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技術 独立電源システム

出願人 日本無線株式会社
発明者 關藤憲秀横田元成金子哲夫
出願日 2013年12月26日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2013-268287
公開日 2015年7月6日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2015-126578
状態 特許登録済
技術分野 直流の給配電
主要キーワード 地熱発電機 独立電源システム 気象観測装置 過電流制限値 定格電圧値 定格出力電力 水力発電機 太陽光発電機
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

外部からの制御なしに、複数の電源から出力される電力に対して自律的に優先順位をつけて負荷に供給することができる独立電源システムを提供することを目的とする。

解決手段

独立電源システムは、電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも2つの電圧変換器と、各々の電圧変換器について、電圧変換器と前記負荷との間に、当該電圧変換器から当該負荷の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオードと、を備え、各々の電圧変換器は、負荷に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、負荷に流れる電流値に応じた電圧で、順位で負荷に電力を供給する。

概要

背景

山奥や離島などの無電源地帯では、気象観測装置通信設備などの電源設備として、電力会社から電力の供給を受けることなく独立して負荷に電力を供給できる独立電源システムが用いられている。このような独立電源システムは、期待される発電量が不安定な発電設備からの電力供給や、現地に供えられた有限燃料からの発電設備からの電力に依存する場合が多い。このため効率的に電力を使用する事が求められている。独立電源システムは、例えば、太陽電池風車等によって、自然エネルギーに基づいて発電を行い、発電された電力を気象観測装置等の負荷に供給している。また、独立電源システムでは、このように自然エネルギーに基づいて発電を行うため、天候等の自然環境の変化によって、発電量が変動する。

このため、独立電源システムは、例えば、発電を行う太陽電池と、発電された電力を蓄える蓄電池充放電回路等から構成される。そして、この独立電源システムは、太陽電池によって発電された電力、および蓄電池に充電された電力を負荷に供給する(例えば、特許文献1参照)。

また、独立電源システムでは、風力発電機、太陽電池など複数の発電装置を組み合わせたハイブリッド型も使われている。このようなハイブリッド型の独立電源システムでは、風力発電機および太陽電池によって発電された電力を制御装置が蓄電池に充電し、発電された電力および充電された電力を負荷に供給する。

概要

外部からの制御なしに、複数の電源から出力される電力に対して自律的に優先順位をつけて負荷に供給することができる独立電源システムを提供することを目的とする。独立電源システムは、電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも2つの電圧変換器と、各々の電圧変換器について、電圧変換器と前記負荷との間に、当該電圧変換器から当該負荷の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオードと、を備え、各々の電圧変換器は、負荷に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、負荷に流れる電流値に応じた電圧で、順位で負荷に電力を供給する。

目的

本発明は、外部からの制御なしに、複数の電源から出力される電力に対して自律的に優先順位をつけて負荷に供給することができる独立電源システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも2つの電圧変換器と、各々の前記電圧変換器について、前記電圧変換器と前記負荷との間に、当該電圧変換器から当該負荷の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオードと、を備え、各々の前記電圧変換器は、前記負荷に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、前記負荷に流れる電流値に応じた電圧で、前記順位で前記負荷に電力を供給することを特徴とする独立電源システム

請求項2

前記電圧変換器は、各々、入力された電力の電圧値を、出力電圧制御部が出力する電圧値に基づいて制御する電圧変換部と、前記電圧変換部から負荷に流れる電流値を検出する電流検出部と、前記最大出力の電圧値に基づいて設定されている前記電流値と電圧値との関係に基づいて、前記電圧変換部の出力の電圧値を決定し、決定した電圧値を前記電圧変換部に出力する前記出力電圧制御部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の独立電源システム。

請求項3

第n(nは1以上の整数)の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値は、第(n+1)の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値より大きいことを特徴とする請求項2に記載の独立電源システム。

請求項4

前記電圧変換器はm(mは、2以上の整数)個であり、第nの前記電圧変換器の前記出力電圧制御部は、前記電流検出部によって検出された電流値が、第nの前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に基づく第nの電流値を超えた後、前記負荷に供給する電圧を、前記最大出力の電圧値から、第(n+1)の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に変化するように前記電圧変換部を制御し、n=1からn=mまで順次、前記出力電圧制御部による前記制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の独立電源システム。

請求項5

前記電流値が、前記第nの電流値より多い予め設定されている第(n+1)の電流値を超えた後、前記順位に応じて、前記第nの電圧変換器からの電力に加えて、前記第(n+1)の電圧変換器からも電力を前記負荷に供給することを特徴とする請求項4に記載の独立電源システム。

技術分野

0001

本発明は、独立電源システムに関する。

背景技術

0002

山奥や離島などの無電源地帯では、気象観測装置通信設備などの電源設備として、電力会社から電力の供給を受けることなく独立して負荷に電力を供給できる独立電源システムが用いられている。このような独立電源システムは、期待される発電量が不安定な発電設備からの電力供給や、現地に供えられた有限燃料からの発電設備からの電力に依存する場合が多い。このため効率的に電力を使用する事が求められている。独立電源システムは、例えば、太陽電池風車等によって、自然エネルギーに基づいて発電を行い、発電された電力を気象観測装置等の負荷に供給している。また、独立電源システムでは、このように自然エネルギーに基づいて発電を行うため、天候等の自然環境の変化によって、発電量が変動する。

0003

このため、独立電源システムは、例えば、発電を行う太陽電池と、発電された電力を蓄える蓄電池充放電回路等から構成される。そして、この独立電源システムは、太陽電池によって発電された電力、および蓄電池に充電された電力を負荷に供給する(例えば、特許文献1参照)。

0004

また、独立電源システムでは、風力発電機、太陽電池など複数の発電装置を組み合わせたハイブリッド型も使われている。このようなハイブリッド型の独立電源システムでは、風力発電機および太陽電池によって発電された電力を制御装置が蓄電池に充電し、発電された電力および充電された電力を負荷に供給する。

先行技術

0005

特開2009−33892号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、ハイブリッド型の独立電源システムにおいては、複数の発電装置および蓄電池からの電力に対して優先順位をつけて負荷に供給する場合、独立電源システムを制御する制御部が必要であり、当該制御部を外部から制御する必要があるという課題があった。

0007

上述の課題を鑑み、本発明は、外部からの制御なしに、複数の電源から出力される電力に対して自律的に優先順位をつけて負荷に供給することができる独立電源システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る独立電源システムは、電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも2つの電圧変換器と、各々の前記電圧変換器について、前記電圧変換器と前記負荷との間に、当該電圧変換器から当該負荷の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオードと、を備え、各々の前記電圧変換器は、前記負荷に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、前記負荷に流れる電流値に応じた電圧で、前記順位で前記負荷に電力を供給することを特徴としている。

0009

また、本発明の一態様に係る独立電源システムにおいて、前記電圧変換器は、各々、入力された電力の電圧値を、出力電圧制御部が出力する電圧値に基づいて制御する電圧変換部と、前記電圧変換部から負荷に流れる電流値を検出する電流検出部と、前記最大出力の電圧値に基づいて設定されている前記電流値と電圧値との関係に基づいて、前記電圧変換部の出力の電圧値を決定し、決定した電圧値を前記電圧変換部に出力する前記出力電圧制御部と、を備えるようにしてもよい。

0010

また、本発明の一態様に係る独立電源システムにおいて、第n(nは1以上の整数)の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値は、第(n+1)の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値より大きいようにしてもよい。

0011

また、本発明の一態様に係る独立電源システムにおいて、前記電圧変換器はm(mは、2以上の整数)個であり、第nの前記電圧変換器の前記出力電圧制御部は、前記電流検出部によって検出された電流値が、第nの前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に基づく第nの電流値を超えた後、前記負荷に供給する電圧を、前記最大出力の電圧値から、第(n+1)の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に変化するように前記電圧変換部を制御し、n=1からn=mまで順次、前記出力電圧制御部による前記制御を行うようにしてもよい。

0012

また、本発明の一態様に係る独立電源システムにおいて、前記電流値が、前記第nの電流値より多い予め設定されている第(n+1)の電流値を超えた後、前記順位に応じて、前記第nの電圧変換器からの電力に加えて、前記第(n+1)の電圧変換器からも電力を前記負荷に供給するようにしてもよい。

発明の効果

0013

本発明によれば、独立電源システムは、外部からの制御なしに、複数の電源から出力される電力に対して自律的に優先順位をつけて負荷に供給することができる。

図面の簡単な説明

0014

本実施形態に係る独立電源システムの概略構成図である。
本実施形態に係る第n電圧変換器の概略構成図である。
本実施形態に係る2つの電圧変換器の動作の一例を説明する図である。
本実施形態に係る第1電圧変換器、第2電圧変換器、第3A電圧変換器、第4電圧変換器、第5電圧変換器各々の動作の一例を説明する図である。
本実施形態に係る負荷電流に対する母線直流バスの電圧の変化の一例を説明する図である。
本実施形態に係る他の独立電源システムの概略構成図である。

実施例

0015

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る独立電源システム1の概略構成図である。図1に示すように、独立電源システム1は、制御部10、第1電源20−1〜第5電源20−5を備えている。また、制御部10には、負荷30が接続されている。なお、図1では、独立電源システム1が、5つの電源を備える例を示したが、電源は2つ以上であればよい。

0016

負荷30には、制御部10から電圧Vlが供給される。負荷30は、例えば照明機器、気象観測装置、基地局の通信装置等、電力を消費する機器である。例えば、独立電源システム1が、植物工場に設置されている場合、負荷30は、植物に光を照射する照明機器であり、例えばHIDランプ高輝度放電灯)、蛍光灯LED(発光ダイオード)等のいずれか1つであってもよい。また、負荷30の消費電力は、Pslである。

0017

第1電源20−1は、風力発電機であり、風車翼、発電機を有している。第1電源20−1は、風のエネルギーによって風車翼を回転させ、この風車翼が回転したときの回転エネルギーを発電機によって電気エネルギーに変換する。第1電源20−1は、このようにして発電した電力を制御部10に出力する。第1電源20−1の出力電圧はVs1’である。なお、第1電源20−1の発電を効率よく制御するために、第1電源20−1と制御部10との間に、充放電を制御するコントローラおよび蓄電池を備えていてもよい。さらに、充放電を制御するコントローラは、MPPT(Maximum Power Point Tracking;最大電力点追従)方式の制御部を備えていてもよい。ここで、MPPT制御とは、出力される電力が最大となる最適動作点で動作させるように制御する方式である。

0018

第2電源20−2は、太陽光発電機であり、太陽電池を複数並べて相互接続した太陽光パネルを有している。第2電源20−2は、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する。第2電源20−2は、このようにして発電した電力を制御部10に出力する。第2電源20−2の出力電圧はVs2’である。第1電源20−1と同様に、第2電源20−2と制御部10との間に、充放電を制御するコントローラおよび蓄電池を備えていてもよい。

0019

第3電源20−3は、蓄電池である。第3電源20−3は、図1に示す例では、第1電源20−1によって発電された電力が充放電制御部40の制御に応じて充電される。第3電源20−3は、充電された電力を充放電制御部40に出力する。第3電源20−3の出力電圧はVs3’である。

0020

第4電源20−4は、電気化学変化によって電力を取り出す燃料電池である。第4電源20−4は、電力を制御部10に出力する。第4電源20−4の出力電圧はVs4’である。
第5電源20−5は、電力会社等から供給される商用電源受電する。なお、受電する電力は、交流電力である。第5電源20−5は、受電した電力を制御部10に出力する。第5電源20−5の出力電圧はVs5’である。

0021

制御部10は、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5、ダイオード102−1、102−2、102−4、102−5、充放電制御部40、および第6電圧変換器103を備えている。また、充放電制御部40は、第3A電圧変換器101−3A、第3B電圧変換器101−3B、ダイオード102−3A、102−3B、及び制御部41を備えている。制御部10は、第1電源20−1〜第5電源20−5が出力した電力に対して自律的に優先順位をつける。そして、制御部10は、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5およびダイオード102−1、102−2、102−3A、102−4、及び102−5を介して母線直流バスplに、第1電源20−1〜第5電源20−5が出力した電力を供給する。そして、制御部10は、母線直流バスplに供給した電力の電圧を、第6電圧変換器103によって変圧し、変圧した電力を負荷30に供給する。なお、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5各々の定格出力電力はPs1〜Ps5である。

0022

以下の説明において、第1電源20−1〜第5電源20−5のうちの1つを特定しない場合は、第n電源20−n(nは1から5の整数)という。また、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5のうちの1つを特定しない場合は、第n電圧変換器101−nという。また、ダイオード102−1、102−2、102−3A、102−4、および102−5のうちの1つを特定しない場合は、ダイオード102−nという。また、第n電源20−nの出力電圧をVsn’といい、第n電圧変換器101−nの出力電圧をVsnという。

0023

電圧変換器101−nは、入力端が、第n電源20−nに接続され、出力端が、ダイオード102−nのアノードに接続されている。
ダイオード102−nのカソードは、母線直流バスplに接続されている。ダイオード102−nは、第n電圧変換器101−nが出力し負荷に流れる電流が、他の第n電圧変換器101−nに逆流するのを防止する。

0024

ここで、ダイオード102−nの役割について、さらに説明する。後述するように、第n電圧変換器101−nの出力電圧Vsnの電圧値は、利用者が設定した優先順に応じて、異なっている。例えば、出力電圧Vs1〜Vs5の大小関係が、Vs1>Vs2>Vs3>Vs4>Vs5であるとする。第1電圧変換器101−1が出力した電力が、ダイオード102−1を介して、母線直流バスplに供給されるとき、母線直流バスplの電圧の電圧値は、Vs1である。このとき、第1電圧変換器101−1の出力電圧の電圧値がVs1であるため、ダイオード102−2のアノード側の電圧値がVs2、カソード側の電圧値がVs1である。このように母線直流バスplの電圧値がVs1の場合、ダイオード102−2においては、電圧値の低いアノード側から電圧値の高いカソード側に電流が流れないので、母線直流バスplには、第1電圧変換器101−1からの電力のみが供給されることになる。同様の理由により、母線直流バスplの電圧値がVs1の場合、ダイオード102−3〜ダイオード102−5によって、第3電圧変換器101−3〜第5電圧変換器101−5からの電力は、母線直流バスplに供給されない。
また、消費電流が増加して第1電圧変換器101−1からの電力による母線直流バスplの電圧値がVs1からVs2に下がった場合、ダイオード102−nのアノード側からカソード側に電流が流れるのは、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2のみであり、他の第3電圧変換器101−3〜第5電圧変換器101−5からの電力は、母線直流バスplに供給されない。
なお、本実施形態では、説明を簡単にするために、ダイオード102−nによる電圧降下を省略して説明している。また、電圧降下を低減するために、ダイオード102−nには、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。

0025

第1電圧変換器101−1は、DC−DC(直流—直流)コンバータであり、第1電源20−1が出力した直流電圧Vs1’を直流電圧Vs1に変換し、変換した直流電圧Vs1を、ダイオード102−1を介して母線直流バスplに供給する。
第2電圧変換器101−2は、DC−DCコンバータであり、第2電源20−2が出力した直流電圧Vs2’を直流電圧Vs2に変換し、変換した直流電圧Vs2を、ダイオード102−2を介して母線直流バスplに供給する。なお、電圧Vs2は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Vs1の電圧値より低い電圧値に設定されている。

0026

制御部41は、第3A電圧変換器101−3Aが放電を行っているとき、第3B電圧変換器101−3Bによって第3電源20−3に充電を行わないように制御する。また、制御部41は、第3B電圧変換器101−3Bが第3電源20−3に対して充電を行っているとき、第3A電圧変換器101−3Aが母線直流バスplに第3電源20−3からの直流電圧の放電を行わないように制御する。
第3A電圧変換器101−3Aおよび第3B電圧変換器101−3Bは、DC−DCコンバータである。第3A電圧変換器101−3Aは、制御部41の制御に応じて、第3電源20−3が出力した直流電圧Vs3’を直流電圧Vs3に変換し、変換した直流電圧Vs3を、ダイオード102−3を介して母線直流バスplに供給する。また、第3B電圧変換器101−3Bは、制御部41の制御に応じて、母線直流バスplから供給された直流電圧Vs3を直流電圧Vs3’に電圧変換し、変換した直流電圧Vs3’を第3電源20−3に供給することで充電を行う。なお、電圧Vs3は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Vs1およびVs2の電圧値より低い電圧である。

0027

第4電圧変換器101−4は、DC−DCコンバータであり、第4電源20−4が出力した直流電圧Vs4’を直流電圧Vs4に変換し、変換した直流電圧Vs4を、ダイオード102−4を介して母線直流バスplに供給する。なお、電圧Vs4は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Vs1〜Vs3の電圧値より低い電圧値に設定されている。

0028

第5電圧変換器101−5は、AC−DC(交流−直流)コンバータであり、第5電源20−5が出力した交流電圧Vs5’を直流電圧Vs5に変換し、変換した直流電圧Vs5を、ダイオード102−5を介して母線直流バスplに供給する。なお、電圧Vs5は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Vs1〜Vs4の電圧値より低い電圧値に設定されている。

0029

第6電圧変換器103は、DC−DCコンバータであり、母線直流バスplから供給された直流の電圧を、予め定められている直流の電圧値の電圧Vlに変換し、変換した電力を負荷30に出力する。なお、電圧Vlは、例えば電圧Vs1〜Vs5の電圧値より低い電圧である。なお、第6電圧変換器103は、DC−ACインバータ(Inverter)であってもよい。

0030

次に、第n電圧変換器101−nの構成と動作について、さらに説明する。
図2は、本実施形態に係る第n電圧変換器101−nの概略構成図である。なお、本実施形態では、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5の構成が同じ例を説明するが、異なっていてもよい。

0031

図2に示すように、第n電圧変換器101−nは、電圧変換部111−n、電流検出回路112−n、出力電圧制御部113−n、および記憶部114−nを備えている。

0032

記憶部114−nには、電圧変換器101−nに対する定格電圧値Vsn、第1の過電流制限値Isn、第2の過電流制限値Isn’、定格電圧値Vsnと第1の過電流制限値Isnと第2の過電流制限値Isn’とに基づく、電流値と電圧値との関係が予め記憶されている。なお、本実施形態において、記憶部114−nに記憶されている電流値と電圧値との関係は、電流の増加に応じて電力が一定のまま電圧が下がっていく関係である。

0033

まず、電圧変換部111−nは、出力電圧制御部113−nが出力した定格電圧値Vsnに応じて、定格電圧値を設定する。電圧変換部111−nは、第n電源20−nが出力した直流電圧、または交流電圧を、出力電圧制御部113−nが出力した電圧値の直流電圧に変換し、変換した電圧値を有する電力を電流検出回路112−nに出力する。なお、電圧変換部111−nは、電流検出回路112−nが検出した電流値に応じて出力電圧制御部113−nが出力した電圧値を有する電力を電流検出回路112−nに出力する。

0034

電流検出回路112−nは、電圧変換部111−nからダイオード102−nを介して負荷30に流れる電流値を検出し、検出した電流値を出力電圧制御部113−nに出力する。また、電流検出回路112−nは、電圧変換部111−nが出力した電力を、ダイオード102−nに出力する。

0035

出力電圧制御部113−nは、記憶部114−nに記憶されている定格電圧値Vsnを読み出し、読み出した定格電圧値Vsnを電圧変換部111−nに出力する。また、出力電圧制御部113−nは、電流検出回路112−nが検出した電流値に応じて、記憶部114−nに記憶されている電流値に対する電圧値を用いて、電流検出回路112−nが出力した電流値に対応する電圧値を読み出し、読み出した電圧値を電圧変換部111−nに出力する。

0036

次に、複数の電圧変換器の動作について説明する。図3では、第1電圧変換部111−1と第2電圧変換部111−2とによる2つの電圧変換器の動作について説明する。図3は、本実施形態に係る2つの電圧変換器の動作の一例を説明する図である。図3(a)は、第1電圧変換部111−1の動作について説明する図である。図3(b)は、第2電圧変換部111−2の動作について説明する図である。図3(c)は、第1電圧変換部111−1と第2電圧変換部111−2とを組み合わせたときの動作について説明する図である。図3(a)〜図3(c)において、横軸は電流、縦軸は電圧を示している。

0037

まず、第1電圧変換部111−1が単独で動作する場合について説明する。図3(a)の直線201のように、電流が0(=Is10)から第1の過電流制限値Is1までの間、第1電圧変換部111−1の出力電圧制御部113−1は、電流検出回路112−1が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs1の定電圧である電力を出力するように第1電圧変換部111−1を制御する。
また、図3(a)の直線202のように、電流が第1の過電流制限値Is1から電圧がVs2になるIs1’までの間、出力電圧制御部113−1は、電流検出回路112−1が検出した電流値に基づいて、電圧がVs1からVs2まで減少する電力を出力するように第1電圧変換部111−1を制御する。換言すると、出力電圧制御部113−1は、負荷電流が定格電流である第1の過電流制限値がIs1より多くなっても第1電圧変換部111−1からの出力を停止させずに、負荷電流の増加に応じて、出力する電圧を徐々に下げていくように第1電圧変換部111−1を制御する。
また、図3(a)の直線203のように、電流がIs1’から電圧がVs3になるIs1’’までの間、出力電圧制御部113−1は、電流検出回路112−1が検出した電流値に基づいて、電圧がVs2からVs3まで減少する電力を出力するように第1電圧変換部111−1を制御する。
さらに、図3(a)の直線204のように、電圧がVs3であるIs1’’以降、出力電圧制御部113−1は、電流検出回路112−1が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs3から0まで減少する電力を出力するように第1電圧変換部111−1を制御する。
以上のように、第1電圧変換器101−1は、定格出力電力のPs1を超えないように維持するようにVs1とIs1が調整されるような上述した垂下特性を有する。

0038

次に、第2電圧変換部111−2が単独で動作する場合について説明する。図3(b)の直線211のように、電流が0(=Is20)から第1の過電流制限値Is2までの間、第2電圧変換部111−2の出力電圧制御部113−2は、電流検出回路112−2が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs2の定電圧である電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。
また、図3(b)の直線212のように、電流が第1の過電流制限値Is2から電圧がVs3になるIs2’までの間、出力電圧制御部113−2は、電流検出回路112−2が検出した電流値に基づいて、電圧がVs2からVs3まで減少する電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。
さらに、図3(b)の直線213のように、電圧がVs3であるIs2’以降、出力電圧制御部113−2は、電流検出回路112−2が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs3から0まで減少する電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。
以上のように、第2電圧変換器101−2は、定格出力電力のPs2を超えないように維持するようにVs2とIs2が調整されるような上述した垂下特性を有する。

0039

次に、第1電圧変換部111−1と第2電圧変換部111−2とによる2つの電圧変換器の動作について説明する。
図3(c)の直線201及び直線202のように、電流値が0からIs1’までの間の動作は、第1電圧変換部111−1による動作であり、図3(a)の直線201と直線202と同様である。
図3(b)の直線211のように、電流値がIs1’からIs1’+Is2までの間、第1電圧変換部111−1と第2電圧変換部111−2は、電圧値がVs2の定電圧である電力を出力する。また、図3(c)の符号231が示す領域の画像のように、第2電圧変換部111−2による電流がIs20(図3(b)参照)を示す直線210は、符号231が示す領域の画像の矢印のように直線203と204に拡張される。
また、図3(c)の直線221’のように、電流値がIs1’+Is2以降、第1電圧変換部111−1と第2電圧変換部111−2は、電圧値がVs2からVs3まで減少する電力を出力する。さらに、図3(c)の直線222’のように、電圧値がVs3以降、第1電圧変換部111−1と第2電圧変換部111−2は、電圧値がVs3から0まで減少する電力を出力する。また、図3(c)の符号241が示す領域の画像のように、第1電圧変換部111−1と第2電圧変換部111−2によって、第2電圧変換部111−2における直線221は直線221’に拡張され、第2電圧変換部111−2における直線222は直線222’に拡張される。
図3(c)の右に示すように、符号241が示す領域の画像を拡大すると、この領域は、符号241−1が示す領域と、符号241−2が示す領域とを有している。符号241−1が示す領域は、直線212及び213が、第1電圧変換部111−1によって拡張された領域である。また、符号241−2が示す領域は、符号241が示す領域の画像の矢印のように直線212及び213が、第2電圧変換部111−2によって拡張された領域である。
この結果、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2は、電流値に応じて、図3(c)の直線201、202、211、221’及び222’に示した電圧値の電力を母線直流バスplに供給することになる。すなわち、本実施形態では、負荷電流の増加分に応じて、母線直流バスplの電圧値が、下がっていく。

0040

図4は、本実施形態に係る第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5各々の動作の一例を説明する図である。図4において、横軸は電流、縦軸は電圧を示している。
図4の符号301〜305が示す領域の画像は、それぞれ第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5における負荷電流に対する出力電圧を表している。また、図4における横軸の電流は、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5が1つずつの場合に、負荷30に流れる電流を表している。

0041

第1電圧変換器101−1の記憶部114−1には、定格電圧値Vs1、第1の過電流制限値Is1、第2の過電流制限値Is1’が予め記憶されている。また、上述したように、第1電圧変換器101−1の定格出力電力はPs1である。なお、第1の過電流制限値Is1[A]は、Ps1[W]/Vs1[V]である。
まず、第1電圧変換部111−1が単独で動作する場合について説明する。
負荷電流が0から第1の過電流制限値Is1までの間、直線311のように、出力電圧制御部113−1は、電流検出回路112−1が検出した電流値に基づいて、定格電圧値がVs1の定電圧である電力を出力するように第1電圧変換部111−1を制御する。この負荷電流の範囲における電力P1[W]は、Vs1[V]×Is1[A]、すなわち定格出力電力のPs1[W]に等しい。

0042

負荷電流がIs1を超えた後、負荷電流が第1の過電流制限値Is1から第2の過電流制限値Is1’までの間、直線312のように、出力電圧制御部113−1は、電流検出回路112−1が検出した電流値に基づいて、定格電圧値がVs1から電圧Vs2まで減少する電力を出力するように第1電圧変換部111−1を制御する。電流値がIs1’[A]における電力P1’は、Vs2[V]×Is1’[A]である。
さらに、直線313のように、電圧値がVs2であるIs1’以降、出力電圧制御部113−1は、電流検出回路112−1が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs2から0まで減少する電力を出力するように第1電圧変換部111−1を制御する。また、直線313のように、電圧値がVs3のとき電流値がIs1’’、電圧値がVs4のとき電流値がIs1’’’、電圧値がVs5のとき電流値がIs1’’’’である。この電力P1’が定格出力電力のPs1と等しくなるように、第2電圧変換器101−2の定格電圧値Vs2および第1の過電流制限値Is1’とを設計者が予め選択しておくことで、第1電圧変換器101−1は、この範囲において、定電力を出力することができる。

0043

第2電圧変換器101−2の記憶部114−2には、定格電圧値Vs2、第1の過電流制限値Is2、第2の過電流制限値Is2’が予め記憶されている。なお、第1の過電流制限値Is2[A]は、Ps2[W]/Vs2[V]である。
負荷電流が0から第1の過電流制限値Is2までの間、直線321のように、出力電圧制御部113−2は、定格電圧値がVs2の定電圧である電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。負荷電流がIs2を超えた後、負荷電流が第2の過電流制限値Is2’までの間、直線322のように、出力電圧制御部113−2は、定格電圧値がVs2から電圧Vs3まで減少する電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。電流値がIs2’[A]における電力P2’は、Vs3[V]×Is2’[A]である。
さらに、直線323のように、電圧値がVs3であるIs2’以降、出力電圧制御部113−2は、電流検出回路112−2が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs3から0まで減少する電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。また、直線323のように、電圧値がVs4のとき電流値がIs2’’、電圧値がVs5のとき電流値がIs2’’’である。この電力P2’が定格出力電力のPs2と等しくなるように、第3電圧変換器101−3の定格電圧値Vs3および第2の過電流制限値Is2’とを設計者が予め選択しておくことで、第2電圧変換器101−2は、この範囲において、定電力を出力することができる。

0044

第3A電圧変換器101−3Aの記憶部114−3には、定格電圧値Vs3、第1の過電流制限値Is3、第2の過電流制限値Is3’が予め記憶されている。なお、第1の過電流制限値Is3[A]は、Ps3[W]/Vs3[V]である。
負荷電流が0から第1の過電流制限値Is3までの間、直線331のように、出力電圧制御部113−3は、定格電圧値がVs3の定電圧である電力を出力するように電圧変換部111−3を制御する。負荷電流がIs3を超えた後、負荷電流が第2の過電流制限値Is3’までの間、直線332のように、出力電圧制御部113−3は、定格電圧値がVs3から電圧Vs4まで減少する電力を出力するように電圧変換部111−3を制御する。電流値がIs3’[A]における電力P3’は、Vs4[V]×Is3’[A]である。
さらに、直線333のように、電圧値がVs4であるIs3’以降、出力電圧制御部113−3は、電流検出回路112−3が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs4から0まで減少する電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。また、直線333のように、電圧値がVs5のとき電流値がIs3’’である。この電力P3’が定格出力電力のPs3と等しくなるように、第4電圧変換器101−4の定格電圧値Vs4および第2の過電流制限値Is3’とを設計者が予め選択しておくことで、第3電圧変換器101−3は、この範囲において、定電力を出力することができる。

0045

第4電圧変換器101−4の記憶部114−4には、定格電圧値Vs4、第1の過電流制限値Is4、第2の過電流制限値Is4’が予め記憶されている。なお、第1の過電流制限値Is4[A]は、Ps4[W]/Vs4[V]である。
負荷電流が0から第1の過電流制限値Is4までの間、直線341のように、出力電圧制御部113−4は、定格電圧値Vs4の定電圧である電力を出力するように電圧変換部111−4を制御する。負荷電流がIs4を超えた後、負荷電流が第2の過電流制限値Is4’までの間、直線342のように、出力電圧制御部113−4は、定格電圧値Vs4から電圧Vs5まで減少する電力を出力するように電圧変換部111−4を制御する。この範囲における電力P4’は、Vs5[V]×Is4’[A]である。
さらに、直線343のように、電圧値がVs5であるIs4’以降、出力電圧制御部113−4は、電流検出回路112−4が検出した電流値に基づいて、電圧値がVs5から0まで減少する電力を出力するように第2電圧変換部111−2を制御する。この電力P4’が定格出力電力のPs4と等しくなるように、第5電圧変換器101−5の定格電圧値Vs5および第2の過電流制限値Is4’とを設計者が予め選択しておくことで、第4電圧変換器101−4は、この範囲において、定電力を出力することができる。

0046

第5電圧変換器101−5の記憶部114−5には、定格電圧値Vs5、第1の過電流制限値Is5が予め記憶されている。なお、第1の過電流制限値Is5[A]は、Ps5[W]/Vs5[V]である。
負荷電流が0から第1の過電流制限値Is5までの間、直線351のように、出力電圧制御部113−5は、定格電圧値Vs5の定電圧である電力を出力するように電圧変換部111−5を制御する。負荷電流が第1の過電流制限値Is5以降、直線352のように、出力電圧制御部113−5は、定格電圧値Vs5から電圧値が減少する電力を出力するように電圧変換部111−5を制御する。

0047

次に、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5によって母線直流バスplに供給される電圧について説明する。
図5は、本実施形態に係る負荷電流に対する母線直流バスplの電圧の変化の一例を説明する図である。図5において、横軸は電流、縦軸は電圧を表している。また、図5における横軸の電流は、母線直流バスplに流れる電流を表している。
また、図5において、電流I1は、図4の電流Is1に相当し、電流I2は、図4の電流Is1’に相当する。電流I3は、図4の電流Is1’+Is2に相当し、電流I4は、図4の電流Is1’+Is2’に相当する。電流I5は、図4の電流Is1’+Is2’
+Is3に相当し、電流I6は、図4の電流Is1’+Is2’ +Is3’に相当する。電流I7は、図4の電流Is1’+Is2’ +Is3’ +Is4に相当し、電流I8は、図4の電流Is1’+Is2’
+Is3’ +Is4’に相当する。電流I9は、図4の電流Is1’+Is2’ +Is3’ +Is4’+Is5に相当する。

0048

負荷電流が0からI1までの範囲では、直線311のように、第1電圧変換器101−1から、定電圧Vs1が母線直流バスplに供給される。
次に、負荷電流がI1からI2までの範囲では、直線312のように、定電圧Vs1から電圧Vs2に下がる電圧が、第1電圧変換器101−1から母線直流バスplに供給される。このように、負荷電流が0からI2までの範囲では、第1電圧変換器101−1からのみの電力が母線直流バスplに供給され、供給される最大電力はPs1(=Vs×I1)である。この結果、負荷電流が0からI2までの範囲では、第1電源20−1の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスplに供給される。

0049

次に、負荷電流がI2からI3までの範囲では、第1電圧変換器101−1からの出力に加えて、直線321のように、定電圧Vs2が、第2電圧変換器101−2から母線直流バスplに供給される。このため、動作点Pにおいて、母線直流バスplに供給される電圧値はVs2、電流値はIs2aである。
次に、負荷電流がI3からI4までの範囲では、第1電圧変換器101−1からの出力に加えて、直線402のように、定電圧Vs2から電圧Vs3に下がる電圧が、第2電圧変換器101−2から母線直流バスplに供給される。この直線402は、図3で説明したように、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2とによって、第2電圧変換器101−2の直線322が拡張される。このように、負荷電流がI2からI4までの範囲では、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2からの電力が母線直流バスplに供給され、供給される最大電力はPs1+Ps2である。この結果、負荷電流がI2からI4までの範囲では、第1電源20−1と第2電源20−2の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスplに供給される。

0050

次に、負荷電流がI4からI5までの範囲では、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2からの出力に加えて、直線331のように、第3電圧変換器101−3から定電圧Vs3が母線直流バスplに供給される。
次に、負荷電流がI5からI6までの範囲では、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2からの出力に加えて、直線403のように、定電圧Vs3から電圧Vs4に下がる電圧が、第3電圧変換器101−3から母線直流バスplに供給される。この直線403は、第1電圧変換器101−1〜第3A電圧変換器101−3Aによって、第3A電圧変換器101−3Aの直線332が拡張される。このように、負荷電流がI4からI6までの範囲では、第1電圧変換器101−1〜第3A電圧変換器101−3Aからの電力が母線直流バスplに供給され、供給される最大電力はPs1+Ps2+Ps3である。この結果、負荷電流がI4からI6までの範囲では、第1電源20−1〜第3電源20−3の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスplに供給される。

0051

次に、負荷電流がI6からI7までの範囲では、第1電圧変換器101−1〜第3A電圧変換器101−3Aからの出力に加えて、直線341のように第4電圧変換器101−4から定電圧Vs4が母線直流バスplに供給される。
次に、負荷電流がI7からI8までの範囲では、第1電圧変換器101−1〜第3A電圧変換器101−3Aからの出力に加えて、直線404のように、定電圧Vs4から電圧Vs5に下がる電圧が、第4電圧変換器101−4から母線直流バスplに供給される。この直線404は、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4によって、第4電圧変換器101−4の直線342が拡張される。このように、負荷電流がI6からI7までの範囲では、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4からの電力が母線直流バスplに供給され、供給される最大電力はPs1+Ps2+Ps3+Ps4である。この結果、負荷電流がI6からI7までの範囲では、第1電源20−1〜第4電源20−4の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスplに供給される。

0052

次に、負荷電流がI8からI9までの範囲では、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4からの出力に加えて、直線351のように第5電圧変換器101−5から定電圧Vs5が母線直流バスplに供給される。
次に、負荷電流がI9より多い範囲では、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4からの出力に加えて、直線405のように、定電圧Vs5から下がる電圧が、第5電圧変換器101−5から母線直流バスplに供給される。この直線405は、第1電圧変換器101−1〜第5電圧変換器101−5によって、第5電圧変換器101−5の直線352が拡張される。このように、負荷電流がI8より多い範囲では、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5から電力が母線直流バスplに供給され、供給される最大電力はPs1+Ps2+Ps3+Ps4+Ps5である。この結果、負荷電流がI8以上の範囲では、第1電源20−1〜第5電源20−5の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスplに供給される。

0053

図5を用いて、本実施形態の具体例を説明する。
独立電源システム1の利用者によって、第1電源20−1〜第5電源20−5に対する優先順位が、第1電源20−1を1位、第2電源20−2を2位、第3電源20−3を3位、第4電源20−4を4位、第5電源20−5を5位に選択しているとする。また、第1電源20−1〜第5電源20−5の最大出力電圧が380Wあるとする。この場合、第1電圧変換器101−1の記憶部114−1には、定格出力電力Ps1が380[W]、電圧Vs1が380[V]、第1の過電流制限値Is1が1[A]、電圧Vs2(=1+1)が380[V]、第2の過電流制限値Is1’が1.03[A]として記憶されている。
また、第2電圧変換器101−2の記憶部114−2には、定格出力電力Ps2が380[W]、電圧Vs2が370[V]、第1の過電流制限値Is2が1.03[A]、電圧Vs3(=2+1)が360[V]、第2の過電流制限値Is2’が1.06[A]として記憶されている。
また、第3A電圧変換器101−3Aの記憶部114−3には、定格出力電力Ps3が380[W]、電圧Vs3が360[V]、第1の過電流制限値Is3が1.06[A]、電圧Vs4(=3+1)が350[V]、第2の過電流制限値Is3’が1.09[A]として記憶されている。
また、第4電圧変換器101−4の記憶部114−4には、定格出力電力Ps4が380[W]、電圧Vs4が350[V]、第1の過電流制限値Is4が1.09[A]、電圧Vs5(=4+1)が340[V]、第2の過電流制限値Is4’が1.12[A]として記憶されている。
また、第5電圧変換器101−5の記憶部114−5には、定格出力電力Ps5が380[W]、電圧Vs5が340[V]、第1の過電流制限値Is5が1.12[A]、電圧Vs6(=5+1)が330[V]、第2の過電流制限値Is5’が1.15[A]として記憶されている。

0054

負荷電流が0[A]から1[A]まで、第1電圧変換器101−1は、電圧が380[V]の電力を母線直流バスplに供給する。さらに、負荷電流が1[A]を超えた後、約1.03[A](=Is1’)まで、第1電圧変換器101−1は、電圧を380[V]から370[V]まで下げながら母線直流バスplに供給する。

0055

次に、負荷電流が約1.03[A]から約2.06[A](=Is1’+Is2)まで、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2は、電圧が370[V]の電力を母線直流バスplに供給する。さらに、負荷電流が2.06[A]を超えた後、約2.09[A](=Is1’+Is2’)まで、第1電圧変換器101−1と第2電圧変換器101−2は、電圧を370[V]から360[V]まで下げながら母線直流バスplに供給する。

0056

次に、負荷電流が約2.09[A]から約3.15[A](=Is1’+Is2’+Is3)まで、第1電圧変換器101−1〜第3A電圧変換器101−3Aは、電圧が360[V]の電力を母線直流バスplに供給する。さらに、負荷電流が3.12[A]を超えた後、約3.18[A](=Is1’+Is2’+Is3’)まで、第1電圧変換器101−1〜第3A電圧変換器101−3Aは、電圧を360[V]から350[V]まで下げながら母線直流バスplに供給する。

0057

次に、負荷電流が約3.18[A]から約4.27[A](=Is1’+Is2’+Is3’+Is4)まで、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4は、電圧が350[V]の電力を母線直流バスplに供給する。さらに、負荷電流が4.27[A]を超えた後、約4.30[A](=Is1’+Is2’+Is3’+Is4’)まで、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4は、電圧を350[V]から340[V]まで下げながら母線直流バスplに供給する。

0058

次に、負荷電流が4.30[A]から約5.42[A](=Is1’+Is2’+Is3’+Is4’+Is5)まで、第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5は、電圧が340[V]の電力を母線直流バスplに供給する。さらに、負荷電流が5.42[A]を超えた後、電第1電圧変換器101−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4電圧変換器101−4、第5電圧変換器101−5は、電圧を340[V]から下げながら母線直流バスplに供給する。

0059

上述した動作によって、負荷電流が0[A]からI2[A]の範囲では、第1電源20−1から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスplに供給される。同様に、負荷電流がI2[A]からI4[A]の範囲では、第1電源20−1と第2電源20−2から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスplに供給される。同様に、負荷電流がI4[A]からI6[A]の範囲では、第1電源20−1〜第3電源20−3から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスplに供給される。同様に、負荷電流がI6[A]からI8[A]の範囲では、第1電源20−1〜第4電源20−4から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスplに供給される。同様に、負荷電流がI8[A]以降では、第1電源20−1〜第5電源20−5から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスplに供給される。

0060

以上のように、本実施形態に係る独立電源システム1は、電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも2つの電圧変換器(第n電圧変換器101−n)と、各々の前記電圧変換器(第n電圧変換器101−n)について、電圧変換器(第n電圧変換器101−n)と負荷30との間に、当該電圧変換器(第n電圧変換器101−n)から当該負荷30の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオード102−nと、を備え、各々の電圧変換器(第n電圧変換器101−n)は、負荷30に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、母線直流バスplに流れる電流値に応じた電圧で、順位で前記負荷に電力を供給する。
また、本実施形態に係る独立電源システム1において、電圧変換器(第n電圧変換器101−n)は、各々、入力された電力の電圧値を、出力電圧制御部113−nが出力する電圧値に基づいて制御する電圧変換部111−nと、電圧変換部111−nから負荷に流れる電流値を検出する電流検出部(電流検出回路112−n)と、最大出力の電圧値に基づいて設定されている電流値と電圧値との関係に基づいて、電圧変換部111−nの出力の電圧値を決定し、決定した電圧値を電圧変換部111−nに出力する出力電圧制御部113−nと、を備える。
また、本実施形態の独立電源システム1において、電圧変換器(第n電圧変換器101−n)はm(mは、2以上の整数)個であり、第nの電圧変換器の出力電圧制御部113−nは、電流検出部(電流検出回路112−n)によって検出された電流値が、第nの電圧変換器に対して設定されている最大出力の電圧値に基づく第nの電流値を超えた後、負荷30に供給する電圧を、最大出力の電圧値から、第(n+1)の電圧変換器に対して設定されている最大出力の電圧値に変化するように電圧変換部を制御し、n=1からn=mまで順次、出力電圧制御部による制御を行う。

0061

この構成により、実施形態に係る独立電源システム1は、制御部10が自律的に供給される電力を選択することによって、自然エネルギーによって発電された電力を優先的に負荷30に供給する。自然エネルギーによる電力だけでは負荷30に供給する電力をまかなえない場合、制御部10は、蓄電池である第3電源20−3、および燃料電池である第4電源20−4からも電力を負荷30に供給する。さらに、第1電源20−1〜第4電源20−4からの電力だけでは、負荷30に供給する電力が不足する場合、不足分のみを商用電源である第5電源20−5から負荷30に供給する。

0062

この結果、本実施形態の独立電源システム1によれば、負荷30の消費電力に合わせて、外部から制御することなく、利用者が望む優先順位で複数の電源20からの電力を、自律的に選択して負荷30に供給することができる。

0063

なお、本実施形態では、第1電源20−1〜第5電源20−5が、制御部10に直接、電力を出力する例を説明したが、これに限られない。
図6は、本実施形態に係る他の独立電源システム1Aの概略構成図である。図6に示すように、独立電源システム1Aは、制御部10A、第1電源20−1、第2電源20−2、第3電源20A−3、第4電源20A−4、第5電源20−5、MPPT制御部411、MPPT制御部412、充放電制御部40A、充放電制御部42A、受電装置415、EMS(エネルギー・マネージメント・システム)420、および記憶部421を備えている。なお、図1で説明した独立電源システム1と同じ機能を有する機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。

0064

記憶部421には、第1電圧変換器101A−1、第2電圧変換器101A−2、第3A電圧変換器101−3A、第4A電圧変換器101−4A、第5電圧変換器101A−5に対する、それぞれの定格電圧値Vs1〜Vs5が予め記憶されている。
MPPT制御部411は、第1電源20−1が発電する電力および電圧Vs1を、EMS420の制御に応じて、最適な動作点(以下、最適動作点という)になるように制御し、制御した電圧Vs1の電力を制御部10Aに出力する。
MPPT制御部412は、第2電源20−2が発電する電力および電圧Vs2を、EMS420の制御に応じて、最適動作点になるように制御し、制御した電圧Vs2の電力を制御部10Aに出力する。ここで、電圧Vs2は、電圧Vs1の電圧値より低い電圧である。
なお、MPPT制御部411およびMPPT制御部412は、例えば、電流センサバッテリ電圧監視部、スイッチング素子等を含む充放電を制御するコントローラを含んで構成されている。

0065

第3電源20−3は、蓄電池である。第3電源20−3は、充放電制御部40Aによって充電される。第3電源20−3は、充電された電力を充放電制御部40Aに出力する。
第4電源20−4は、蓄電池である。第4電源20−4は、充放電制御部42Aによって充電される。第4電源20−4は、充電された電力を充放電制御部42Aに出力する。

0066

充放電制御部40Aは、第3A電圧変換器101−3A、第3B電圧変換器101−3B、ダイオード102−3A、102−3B、及び制御部41Aを備えている。なお、図1の充放電制御部40と同じ機能を有する機能部には同じ符号を用いて、説明を省略する。
制御部41Aは、制御部41と同様に、第3A電圧変換器101−3Aおよび第3B電圧変換器101−3Bを制御する。さらに、制御部41Aは、EMS420の制御に応じて第3A電圧変換器101−3Aによって第3電源20A−3の電力を母線直流バスPlに供給させるか否かを制御する。また、制御部41Aは、EMS420の制御に応じて第3B電圧変換器101−3Bによって母線直流バスPlからの電力を第3電源20A−3に充電させるか否かを制御する。

0067

充放電制御部42Aは、第4A電圧変換器101−4A、第4B電圧変換器101−4B、ダイオード102−4A、102−4B、及び制御部43Aを備えている。第4A電圧変換器101−4Aは、第3A電圧変換器101−3Aに対応し、第4B電圧変換器101−4Bは、第3B電圧変換器101−3Bに対応し、ダイオード102−4Aは、ダイオード102−3Aに対応し、ダイオード102−4Bは、ダイオード102−3Bに対応する。
制御部43Aは、制御部41Aと同様に、第4A電圧変換器101−4Aおよび第4B電圧変換器101−4Bを制御する。さらに、制御部43Aは、EMS420の制御に応じて第4A電圧変換器101−4Aによって第4電源20A−4の電力を母線直流バスPlに供給させるか否かを制御する。また、制御部43Aは、EMS420の制御に応じて第4B電圧変換器101−4Bによって母線直流バスPlからの電力を第4電源20A−4に充電させるか否かを制御する。

0068

受電装置415は、EMS420の制御に応じて、第5電源20−5が出力した電力を受電し、受電した電力を制御部10に出力する。
EMS420は、記憶部421に記憶されている定格電圧値Vs1を読み出し、読み出した定格電圧値Vs1を制御部10Aの第1電圧変換器101A−1に出力する。以下同様に、EMS420は、記憶部421に記憶されている定格電圧値Vs2〜Vs5を読み出し、読み出した定格電圧値Vs2〜Vs5を、対応する第2電圧変換器101A、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4A電圧変換器101−4A、2〜第5電圧変換器101A−5に出力する。また、EMS420は、MPPT制御部411、MPPT制御部412、充放電制御部40A、充放電制御部42A、受電装置415、第1電圧変換器101A−1、第2電圧変換器101−2、第5電圧変換器101A−5を制御する。なお、第1電圧変換器101A−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4A電圧変換器101−4A、第5電圧変換器101A−5各々の定格出力電力はPs1〜Ps5である。

0069

図6に示した独立電源システム1Aでは、EMS420が、利用者によって予め選択された優先順位に基づく定格電圧値Vs1〜Vs5を記憶部421から読み出し、読み出した定格電圧を対応する第1電圧変換器101A−1、第2電圧変換器101−2、第3A電圧変換器101−3A、第4A電圧変換器101−4A、第5電圧変換器101A−5に出力する。これにより、本実施形態の独立電源システム1Aは、独立電源システム1と同様に、第1電源20A−1〜第5電源20A−5が出力する電力を自律的に選択して負荷30に供給することができる。

0070

なお、本実施形態では、図1および図6において、負荷30が1つの場合を説明したが、これに限られず、負荷は2つ以上であってもよい。図1の例では、このように負荷が2つ以上であっても、負荷の消費電力に合わせて、予め制御部10の第1電圧変換器101−1〜第5電圧変換器101−5を、それぞれ図4に示したような複数の負荷の消費電流に対応する出力電圧になるように制御することで、外部から制御することなく、自律的に負荷に供給する電源を選択することができる。あるいは、図6の例では、このように負荷が2つ以上であっても、負荷の消費電力に合わせて、予め制御部10Aの第1電圧変換器101A−1〜第5電圧変換器101A−5を、それぞれ図4に示したような複数の負荷の消費電流に対応する出力電圧になるように制御することで、外部から制御することなく、自律的に負荷に供給する電源を選択することができる。

0071

また、本実施形態において、図1に示した独立電源システム1では、第1電源20−1として風力発電機、第2電源20−2として太陽光発電機、第3電源20−3として蓄電池、第4電源20−4として燃料電池、および第5電源20−5として商用電源の例を説明したが、これに限られない。また、図6に示した独立電源システム1Aでは、第1電源20−1として風力発電機、第2電源20−2として太陽光発電機、第3電源20−3として蓄電池、第4電源20−4として蓄電池、および第5電源20−5として商用電源の例を説明したが、これに限られない。第1電源20−1〜第5電源20−5(または、第1電源20A−1〜第5電源20A−5)の電源20は、独立電源システム1(または1A)の使用される環境に応じて、他の電源、例えば地熱発電機水力発電機等であってもよい。また、本実施形態では、各電源20から供給される電力を負荷30に供給する優先順位の例として、第1電源20−1から第5電源20−5の順である例を説明したが、優先順位はこれに限られない。独立電源システム1(または1A)の使用される環境に応じて、他の順位、例えば、第2電源20−2を1位、第1電源20−1を2位、第4電源20−4を3位、第3電源20−3を4位、第5電源20−5を5位であってもよい。

0072

なお、制御部10の一部の機能を実現するためのプログラムコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワーク電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

0073

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

0074

1、1A…独立電源システム、10、10A…制御部、20…電源、20−1…第1電源、20−2…第2電源、20−3、20A−3…第3電源、20−4、20A−4…第4電源、20−5…第5電源、30…負荷、40、40A、42A…充放電制御部、41、41A、43A…制御部、101−n、101A−n、101−1〜101−5、…第1電圧変換器〜第5電圧変換器、101A−1…第1電圧変換器、101A−2…第2電圧変換器、101−3A…第3A電圧変換器、101−3B…第3B電圧変換器、101−4A…第4A電圧変換器、101−4B…第4B電圧変換器、101A−5…第5電圧変換器、102−n、102−1〜102−5、102−3A、102−3B、102−4A、102−4B…ダイオード、103…第6電圧変換器、111−n…電圧変換部、112−n…電流検出回路、113−n…出力電圧制御部、114−n…記憶部、411、412…MPPT制御部、40、415…受電装置、420…EMS、421…記憶部、pl…母線直流バス

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