JP2009159734A - 直流配電システム - Google Patents

Abstract

【課題】交流電力を直流電力に変換する際の変換効率を高めることができる直流配電システムを提供することにある。
【解決手段】直流配電システムは、交流電源ＡＣの交流電力を直流電力に変換して負荷ＬＦが接続された配電路ＤＬに供給する電力変換装置１と、配電路ＤＬに接続された補助電源装置２とを備え、補助電源装置２は、二次電池２０と、配電路ＤＬから得た電力を元にして二次電池２０に充電電流を出力する充電装置２１と、二次電池２０に蓄えられた電力を配電路ＤＬに供給する放電装置２２と、電力変換装置１が供給する直流電力量を検出する電力検出装置２３と、電力検出装置の検出結果に基づいて充電装置２１および放電装置２２を制御する制御装置２５とを有し、制御装置２５は、電力検出装置２３で検出した直流電力量が電力変換装置１における変換効率をより高くする値となるように、充電装置２１が出力する充電電流の大きさを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流配電システムに関するものである。

従来から、直流負荷（直流電力により駆動される負荷）に直流電力を配電する直流配電システムが提供されている。現状、発電所などから住宅などに供給される電力は交流電力であることから、住宅などで使用される直流配電システムは、交流電力を直流電力に変換して負荷（直流負荷）が接続される配電路に供給する機能を有した電力変換装置を備えている。例えば、特許文献１には、交流電力を直流電力に変換する機能および直流電力を交流電力に変換する機能を有した電力変換装置（双方向電力変換装置）と、蓄電池（二次電池）を備えた補助電源装置や直流発電装置などを含む分散型電源と、電力変換装置若しくは直流発電装置から出力された直流電力を元に所定電圧の直流電源を生成して配電路に供給するＤＣ−ＤＣコンバータとを備えたものが開示されている。
特開２００３−９４２５号公報

ところで、上述した直流配電システムでは、当然ながら電力ロスはできるだけ少ないほうが好ましい。ここで、電力ロスを少なくする方法としては、電力変換装置の変換効率（交流電力を直流電力に変換する際の変換効率）を高くすることが考えられる。しかしながら、電力変換装置の変換効率は、電力変換装置が出力する直流電力の大きさ、つまり配電路に接続されている負荷の軽重に左右されるから、従来の直流配電システムでは、電力変換装置の変換効率を高めることができていなかった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、交流電力を直流電力に変換する際の変換効率を高めることができる直流配電システムを提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明では、交流電力を直流電力に変換して負荷が接続される配電路に供給する電力変換装置と、配電路に接続された分散型電源とを備え、分散型電源は、二次電池と、配電路から得た電力を元にして二次電池に充電電流を出力する充電装置と、二次電池に蓄えられた電力を配電路に供給する放電装置と、電力変換装置が供給する直流電力量を検出する電力検出装置と、電力検出装置で検出した直流電力量に基づいて充電装置および放電装置を制御する制御装置とを有した補助電源装置を含み、制御装置は、電力検出装置で検出した直流電力量が電力変換装置における交流電力から直流電力への変換効率をより高くする値となるように、充電装置が出力する充電電流の大きさを調整することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電力変換装置が配電路に供給する直流電力量に基づいて充電装置が二次電池に出力する充電電流を調整して、配電路から補助電源装置に引き込まれる電力量（直流電力量）を増減させるから、負荷が軽い場合（電力変換装置が配電路に供給する直流電力量が電力変換装置における交流出力から直流出力への変換効率が最大となる値より小さくなるような場合）でも、電力変換装置が配電路に供給する直流電力量を電力変換装置における交流電力から直流電力への変換効率がより高くなる値にすることができて、交流電力を直流電力に変換する際の変換効率を高めることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記補助電源装置は、上記二次電池の充電量を検出する充電量検出装置を有し、上記制御装置は、充電量検出装置で検出した充電量に応じて上記充電装置が出力する充電電流の大きさを調整することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、二次電池の充電量が少ない場合には、充電電流を大きくすることで、二次電池を迅速に充電することが可能となり、また二次電池の充電量が満充電に近くなってきた場合には、充電電流を小さくすることで、二次電池が痛むことを抑制することが可能となるから、二次電池の充電の最適化および二次電池の劣化防止を図ることができる。

本発明は、交流電力を直流電力に変換する際の変換効率を高めることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の直流配電システムは、図１に示すように、電力系統、一例としては交流電源（商用交流電源）ＡＣから供給される交流電力を直流電力に変換して負荷（例えば直流電源により動作する直流負荷）ＬＦが接続される配電路ＤＬに供給する電力変換装置１と、配電路ＤＬに接続された補助電源装置２および直流発電装置３を含む分散型電源とを備えている。

電力変換装置１は、交流電力を直流電力に変換する交直変換装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）からなり、配電路ＤＬの電位が所定の定電位（例えば、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖなど）となるように、配電路ＤＬに直流電力を供給する。本実施形態における電力変換装置１は、いわゆるスイッチング電源装置である。ここで、電力変換装置１を製造するにあたっては、使用する電子部品の種類や、回路構成によって、交流電力を直流電力に変換する際の変換効率（以下の説明では、「変換効率」と略称する）に所望の特性を持たせることができる。本実施形態における電力変換装置１は、図２に示すように、電力変換装置１から出力される直流電力が所定値Ｗａであるときに、変換効率が最高（変換効率の値が最大値Ｐｍａｘ）となり、直流電力が所定値Ｗａからずれるほど変換効率が低くなるという特性を持つように構成されている。なお、このような特性を有する電力変換装置１は、従来周知の方法により製造することができるから詳細な説明は省略する。

補助電源装置２は、二次電池（例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池など）２０と、配電路ＤＬより得た電力（直流電力）を元にして二次電池２０に充電電流を出力する充電装置２１と、二次電池２０に蓄えられた電力を配電路ＤＬに適した直流電力に変換して配電路ＤＬに供給する放電装置２２と、電力変換装置１が供給する直流電力量を検出する電力検出装置２３と、二次電池２０の充電量を検出する充電量検出装置２４と、電力検出装置２３で検出した直流電力量あるいは充電量検出装置２４で検出した充電量（二次電池２０の充電量）に基づいて充電装置２１および放電装置２２を制御する制御装置２５とを有している。

充電装置２１は、例えば、配電路ＤＬより得た電力を元にして所定の大きさの充電電流を出力する充電電流出力回路（図示せず）と、当該充電電流出力回路と配電路ＤＬとの間に挿入された充電スイッチ（図示せず）とを含むものである。ここで、充電装置２１の充電電流出力回路から出力される充電電流の大きさは制御装置２５によって決定され、充電電流が大きくなれば充電装置２１が配電路ＤＬから引き込む電力量が増え、充電電流が小さくなれば充電装置２１が配電路ＤＬから引き込む電力量が減るようになっている。また、充電スイッチのオンオフも制御装置２５により行われる。一方、放電装置２２は、例えば、二次電池２０より得た電力（直流電力）を元にして所定の大きさの放電電流を出力する放電電流出力回路（図示せず）と、当該放電電流出力回路と配電路ＤＬとの間に挿入された放電スイッチ（図示せず）とを含むものである。ここで、放電装置２２の放電電流出力回路から出力される放電電流の大きさは制御装置２５によって決定されるようになっている。また、放電スイッチのオンオフも制御装置２５により行われる。なお、充電装置２１や放電装置２２は従来周知の回路構成により実現できるから詳細な説明は省略する。

電力検出装置２３は、例えば、電力変換装置１から出力された直流電流を検出する電流センサ（一例としてはカレントトランス）からなり、検出した直流電流と配電路ＤＬの電位とに基づいて、電力変換装置１が配電路ＤＬに供給した直流電力（以下、「直流出力電力」と称する）を算出し、その算出結果を制御装置２５に出力する。また、充電量検出装置２４は、二次電池２０の両端電圧を検出し、検出電圧を満充電時の二次電池２０の両端電圧と比較することで、二次電池２０の充電量を算出し、その算出結果を制御装置２５に出力する。なお、このような電力検出装置２３および充電量検出装置２４は従来周知のものを採用できるから詳細な説明は省略する。

制御装置２５は、例えばＣＰＵやメモリなどを有した集積回路（ＩＣ）などからなり、制御装置２５は、電力検出装置２３の検出結果、充電量検出装置２４の検出結果に基づいて、充電装置２１（充電電流出力回路および充電スイッチ）と、放電装置２２（放電電流出力回路および放電スイッチ）とを制御する。また、制御装置２５のメモリには、電力変換装置１の直流出力電力と変換効率との関係（図２参照）などその他必要なデータが格納されている。

以下に、制御装置２５の動作について説明する。まず、負荷ＬＦが軽い場合、つまり電力検出装置２３より得た電力変換装置１の直流出力電力が、所定値Ｗａより小さい場合（例えば図２におけるＷｂである場合）における制御装置２５の動作について説明する。この場合、制御装置２５は、充電装置２１の充電スイッチをオンして、配電路ＤＬから充電装置２１の充電電流出力回路に電力を供給するとともに、充電装置２１の充電電流出力回路により所定の大きさの充電電流を出力させることで、二次電池２０の充電を行わせる。また、制御部２５は、放電装置２２の放電スイッチをオフにして、配電路ＤＬと放電電流出力回路とを遮断するとともに、放電電流出力回路の動作を停止する。

二次電池２０の充電が開始されると、配電路ＤＬから補助電源装置２に充電電流の大きさに応じた電力が引き込まれるから、電力変換装置１の直流出力電流は増加する。ここで、充電電流の大きさは、充電量検出装置２４の検出結果（二次電池２０の充電量）に応じて調整される。例えば、制御装置２５は、二次電池２０の充電量が所定の閾値未満である場合には、充電量が所定の閾値以上である場合よりも、充電電流を大きくする。上記所定の閾値は、二次電池２０の充電量が多いか少ないかを判定するための値であり、このような閾値としては、停電時でも補助電源装置２によって負荷ＬＦを所定期間は駆動することができる充電量に対応する値などを採用できる。また、上記閾値はこのような値に限定されず、二次電池２０の特性や、使用状況など種々の条件を考慮して任意の値に設定することができる。さらに、上記閾値は複数設定するようにしてもよく、これによって二次電池２０の充電電流の大きさ（つまりは充電速度）を他段階で変化させるようにしてもよい。ただし、充電電流の最大値は、電力変換装置１の直流出力電力が所定値Ｗａを上回らない値に設定され、二次電池２０が満充電となった際には充電動作を終了する。つまり、制御装置２５は、電力検出装置２３で検出した直流電力量が電力変換装置１の変換効率をより高くする値となるように、充電装置２１が出力する充電電流の大きさを調整する。

次に、負荷ＬＦが重い場合、つまり電力検出装置２３より得た電力変換装置１の直流出力電力が、所定値Ｗａより大きい場合（例えば図２におけるＷｃである場合）における制御装置２５の動作について説明する。この場合、制御装置２５は、放電装置２２の放電スイッチをオンして、配電路ＤＬと放電装置２２の放電電流出力回路との電路を閉じるとともに、放電装置２２の放電電流出力回路により所定の大きさの放電電流を出力させることで、二次電池２０の放電を行わせる。また、制御部２５は、充電装置２１の充電スイッチをオフにして、配電路ＤＬと充電電流出力回路とを遮断するとともに、充電電流出力回路の動作を停止する。

二次電池２０の放電が開始されると、負荷ＬＦには電力変換装置１と補助電源装置２の両方から電力が供給されるから、電力変換装置１の直流出力電流は減少する。ただし、放電電流の最大値は、電力変換装置１の直流出力電力が所定値Ｗａを下回らない値に設定される。つまり、制御装置２５は、電力検出装置２３で検出した直流電力量が電力変換装置１の変換効率をより高くする値となるように、放電装置２２が出力する放電電流の大きさを調整する。

直流発電装置３は、太陽電池３０と、太陽電池３０の出力電圧を昇圧若しくは降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３１とを備えている。ここで、直流発電装置３のＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、配電路ＤＬにおける電力検出装置２３と充電装置２１（あるいは放電装置２２）との間の部位に接続してあり、これによって、直流発電装置３が出力する直流電力に余剰分がある場合には、直流発電装置３により補助電源装置２の二次電池２０を充電することができるようにしている。また、電力変換装置１が配電路ＤＬに供給する直流電力のみを電力検出装置２３で検出できるようにしている。

以上述べた本実施形態の直流配電システムによれば、負荷ＬＦが軽い場合（電力変換装置１の直流出力電力量が所定値Ｗａより小さくなるような場合）には、電力変換装置１の直流出力電力量に基づいて充電装置２１が二次電池２０に出力する充電電流を調整して、配電路ＤＬから補助電源装置２に引き込まれる電力量（直流電力量）を増減させるから、電力変換装置１の直流出力電力量を変換効率がより高くなる値にする（所定値Ｗａに近付ける）ことができて、変換効率を高めることができる。また、負荷ＬＦが重い場合（電力変換装置１の直流出力電力が所定値Ｗａより大きくなるような場合）には、電力変換装置１の直流出力電力量に基づいて放電装置２２が配電路ＤＬに出力する放電電流を調整して、電力変換装置１の直流出力電力量を減少させるから、電力変換装置１の直流出力電力量を変換効率がより高くなる値にする（所定値Ｗａに近付ける）ことができて、変換効率を高めることができる。

さらに、二次電池２０を充電するにあたっては、充電量検出装置２４で検出した充電量に応じて充電装置２２が出力する充電電流の大きさが調整されるから、二次電池２０の充電量が少ないとき（充電量が上記閾値未満であるとき）には、充電量が多いとき（充電量が上記閾値以上であるとき）よりも充電電流を大きくすることで、二次電池２０を迅速に充電することが可能となり、また二次電池２０の充電量が満充電に近くなってきた場合には、充電電流を小さくすることで、二次電池２０が痛むことを抑制することが可能となるから、二次電池２０の充電の最適化および二次電池の劣化防止を図ることができる。

なお、交流電力を提供する電力会社が、電力需要が昼間に比べて減少する深夜の時間帯における電力料金を割り引くサービスを行っている場合には、補助電源装置２において二次電池２０を充電するにあたっては、昼間よりも深夜の時間帯において充電電流を大きくすることで、直流配電システムのランニングコストを低く抑えることが可能となる。

また、本実施形態では、二次電池２０の充電の最適化や劣化防止よりも変換効率を優先するようにしてもよい。つまり、二次電池２０の充電量に関わらず、制御装置２５が、電力変換装置１の直流出力電力量を所定値Ｗａとするように、充電装置２１および放電装置２２の動作制御を行うようにしてもよい。

ところで、本実施形態の直流配電システムは、補助電源装置２を１つ備えているが、補助電源装置２は複数設けられていてもよい。補助電源装置２を複数設けた場合に、複数の補助電源装置２において二次電池２０の充電量が上記所定の閾値未満となっているときには、二次電池２０の充電量が最も少ない補助電源装置２から順番に二次電池２０の充電を行ったり、充電量の最も少ない補助電源装置２ほど充電電流を大きくするようにしたりすることで、補助電源装置２間において二次電池２０の充電量の差が大きくならないようにすることが好ましい。

また、直流発電装置３は、太陽電池３０を有するものに限らず、燃料電池（図示せず）と、燃料電池の出力電圧を昇圧若しくは降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３１とを備えたものであってもよい。また、本実施形態の直流配電システムは、太陽電池３０を備えた直流発電装置３と、燃料電池を備えた直流発電装置３との両方を備えていてもよい。

ところで、本実施形態の直流配電システムは、例えば、図３に示すような配電システムに適用することができる。なお、図３では、配電システムを設置する建物として戸建て住宅の家屋Ｈを想定して説明しているが、集合住宅に適用してもよい。

図３に示す家屋Ｈには、直流配電システム１０１と、直流電力により駆動される負荷としての直流機器１０２とが設けられ、直流配電システム１０１の出力端部に接続した直流供給線路Ｗｄｃを通して直流機器１０２に直流電力が供給される。直流配電システム１０１と直流機器１０２との間には、直流供給線路Ｗｄｃに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流給電線路Ｗｄｃ上で直流配電システム１０１から直流機器１０２への給電を制限ないし遮断する直流ブレーカ１１４が設けられる。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力の給電路であるとともに通信路としても兼用されており、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することにより直流供給線路Ｗｄｃに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流配電システム１０１を介して宅内サーバ１１６に接続される。宅内サーバ１１６は、宅内の通信網（以下、「宅内網」という）を構築する主装置であり、宅内網において直流機器１０２が構築するサブシステムなどと通信を行う。

図示例では、サブシステムとして、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、ＩＰ電話機のような情報系の直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１、照明器具のような照明系の直流機器１０２からなる照明システムＫ１０２，Ｋ１０５、来客対応や侵入者の監視などを行う直流機器１０２からなるインターホンシステムＫ１０３、火災感知器のような警報系の直流機器１０２からなる住警器システムＫ１０４などがある。各サブシステムは、自立分散システムを構成しており、サブシステム単独でも動作が可能になっている。

上述した直流ブレーカ１１４は、サブシステムに関連付けて設けられており、図示例では、情報機器システムＫ１０１、照明システムＫ１０２およびインターホンシステムＫ１０３、住警器システムＫ１０４、照明システムＫ１０５に関連付けて４個の直流ブレーカ１１４を設けている。１台の直流ブレーカ１１４に複数個のサブシステムを関連付ける場合には、サブシステムごとに直流供給線路Ｗｄｃの系統を分割する接続ボックス１２１が設けられる。図示例においては、照明システムＫ１０２とインターホンシステムＫ１０３との間に接続ボックス１２１が設けられている。

情報機器システムＫ１０１としては、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で家屋Ｈに先行配置（家屋Ｈの建築時に施工）される直流コンセント１３１に接続される直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１が設けられる。

照明システムＫ１０２、Ｋ１０５としては、家屋Ｈに先行配置される照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０２と、天井に先行配置される引掛シーリング１３２に接続する照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０５とが設けられる。引掛シーリング１３２には、家屋Ｈの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ける。

照明システムＫ１０２を構成する直流機器１０２である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Ｗｄｃに接続されたスイッチ１４１から通信信号を用いて与えることができる。すなわち、スイッチ１４１は直流機器１０２とともに通信の機能を有している。また、スイッチ１４１の操作によらず、宅内網の別の直流機器１０２あるいは宅内サーバ１１６から通信信号により制御の指示がなされることもある。照明器具への指示には、点灯、消灯、調光、点滅点灯などがある。

上述した直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２には、任意の直流機器１０２を接続することができ、接続された直流機器１０２に直流電力を出力するから、以下では直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２を区別する必要がない場合には「直流アウトレット」と呼ぶ。

これらの直流アウトレットは、直流機器１０２に直接設けた接触子（図示せず）または接続線を介して設けた接触子（図示せず）が差し込まれる差込式の接続口が器体に開口し、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが器体に保持された構造を有している。すなわち、直流アウトレットは接触式で給電を行う。直流アウトレットに接続された直流機器１０２が通信機能を有する場合には、直流供給線路Ｗｄｃを通して通信信号を伝送することが可能になる。直流機器１０２だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。

宅内サーバ１１６は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網ＮＴに接続される接続口を有している。宅内サーバ１１６が広域網ＮＴに接続されている場合には、広域網ＮＴに接続されたコンピュータサーバであるセンタサーバ２００によるサービスを享受することができる。

センタサーバ２００が提供するサービスには、広域網ＮＴを通して宅内網に接続された機器（主として直流機器１０２であるが通信機能を有した他の機器も含む）の監視や制御を可能にするサービスがある。このサービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットＴＶ、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末（図示せず）を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。

宅内サーバ１１６は、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ２００との間の通信と、宅内網に接続された機器との間の通信との両方の機能を備え、宅内網の機器に関する識別情報（ここでは、ＩＰアドレスを用いるものとする）の取得の機能を備える。

宅内サーバ１１６は、センタサーバ２００との通信機能を用いることにより、広域網ＮＴに接続された通信端末からセンタサーバ２００を通して宅内の機器の監視や制御を可能にする。センタサーバ２００は、宅内の機器と広域網ＮＴ上の通信端末とを仲介する。

通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ２００に記憶させ、宅内の機器は定期的に片方向のポーリング通信を行うことにより、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。この動作により、通信端末から宅内の機器の監視や制御が可能になる。

また、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器からセンタサーバ２００に通知し、センタサーバ２００から通信端末に対して電子メールによる通知を行う。

宅内サーバ１１６における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理である。宅内サーバ１１６では、ＵＰｎＰ（Universal Plug and Play）を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。宅内サーバ１１６はブラウザ機能を有する表示器１１７を備え、検出した機器の一覧を表示器１１７に表示する。この表示器１１７はタッチパネル式もしくは操作部が付設された構成を有し、表示器１１７の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択する操作が可能になっている。したがって、宅内サーバ１１６の利用者（施工業者あるいは家人）は、表示器１１７の画面上で機器の監視ないし制御が可能になる。表示器１１７は宅内サーバ１１６とは分離して設けてもよい。

宅内サーバ１１６では、機器の接続に関する情報を管理しており、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出されるが、機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うほか、宅内サーバ１１６にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。

機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ１１６を通すことなく連動動作することができる。各機器について、連動動作の関係付けを行うことにより、たとえば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。

図３に示す直流配電システム１０１は、基本的には、商用電源のように宅外から供給される交流電源ＡＣの電力変換により直流電力を生成する。図示する構成では、交流電源ＡＣは、分電盤１１０に内器として取り付けられた主幹ブレーカ１１１を通して、スイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２から出力される直流電力は、協調制御部１１３を通して各直流ブレーカ１１４に接続される。

直流配電システム１０１には、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間（たとえば、商用電源ＡＣの停電期間）に備えて二次電池１６２が設けられている。また、直流電力を生成する太陽電池１６１や燃料電池１６３を併用することも可能になっている。交流電源ＡＣから直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を備える主電源に対して、太陽電池１６１や二次電池１６２や燃料電池１６３は分散電源になる。なお、図示例において、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３は出力電圧を制御する回路部を含み、二次電池１６２は放電だけではなく充電を制御する回路部も含んでいる。

分散電源のうち太陽電池１６１や燃料電池１６３は必ずしも設けなくてもよいが、二次電池１６２は設けるのが望ましい。二次電池１６２は主電源や他の分散電源により適時充電され、二次電池１６２の放電は、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池１６２の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部１１３により行われる。すなわち、協調制御部１１３は、直流配電システム１０１を構成する主電源および分散電源から直流機器１０２への電力の配分を制御する直流電力制御部として機能する。なお、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３の出力を交流電力に変換し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の入力電力として用いる構成を採用してもよい。

直流機器１０２の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択されるから、協調制御部１１３にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するのが望ましい。通常は、１系統のサブシステム（もしくは１台の直流ブレーカ１１４に接続された直流機器１０２）に対して１種類の電圧が供給されるが、１系統のサブシステムに対して３線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。あるいはまた、直流供給線路Ｗｄｃを２線式とし、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用することも可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。

上述の構成例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を１個だけ図示しているが、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を並設することが可能であり、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の台数を増減させるのが望ましい。

上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、協調制御部１１３、直流ブレーカ１１４、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３には通信機能が設けられており、主電源および分散電源や直流機器１０２を含む負荷の状態に対処する連携動作を行うことを可能にしている。この通信に用いる通信信号は、直流機器１０２に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送する。

上述の例では主幹ブレーカ１１１から出力された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１１２により直流電力に変換するために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を分電盤１１０内に配置しているが、主幹ブレーカ１１１の出力側において分電盤１１０内に設けた分岐ブレーカ（図示せず）で交流供給線路を複数系統に分岐し、各系統の交流供給線路にＡＣ／ＤＣコンバータを設けて系統ごとに直流電力に変換する構成を採用してもよい。

この場合、家屋Ｈの各階や各部屋を単位として直流配電システム１０１を設けることができるから、直流配電システム１０１を系統別に管理することができ、しかも、直流電力を利用する直流機器１０２との間の直流供給線路Ｗｄｃの距離が小さくなるから、直流供給線路Ｗｄｃでの電圧降下による電力損失を低減させることができる。また、主幹ブレーカ１１１および分岐ブレーカを分電盤１１０に収納し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２と協調制御部１１３と直流ブレーカ１１４と宅内サーバ１１６とを分電盤１１０とは別の盤に収納してもよい。

上述した図３に示す配電システムにおいては、本実施形態の直流配電システムは、図３に示す直流配電システム１０１の代わりに採用することができる。

なお、本実施形態の直流配電システムは、あくまでも本発明の一実施形態に過ぎないものであって、本発明の技術的範囲を本実施形態の直流配電システムに限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更は当然に行える。例えば、電力変換装置１としては、定格電力において変換効率の値が最大値Ｐｍａｘとなるものであってもよく、この場合においても、変換効率を高めることができる。

本発明の一実施形態の直流配電システムの概略説明図である。 電力変換装置の直流電流出力と変換効率との関係を示すグラフである。 家屋に設置される配電システムの説明図である。

符号の説明

１ 電力変換装置
２ 補助電源装置
２０ 二次電池
２１ 充電装置
２２ 放電装置
２３ 電力検出装置
２４ 充電量検出装置
２５ 制御装置
ＡＣ 交流電源
ＬＦ 負荷
ＤＬ 配電路

Claims (2)

1. 交流電力を直流電力に変換して負荷が接続される配電路に供給する電力変換装置と、配電路に接続された分散型電源とを備え、
   分散型電源は、二次電池と、配電路から得た電力を元にして二次電池に充電電流を出力する充電装置と、二次電池に蓄えられた電力を配電路に供給する放電装置と、電力変換装置が供給する直流電力量を検出する電力検出装置と、電力検出装置で検出した直流電力量に基づいて充電装置および放電装置を制御する制御装置とを有した補助電源装置を含み、
   制御装置は、電力検出装置で検出した直流電力量が電力変換装置における交流電力から直流電力への変換効率をより高くする値となるように、充電装置が出力する充電電流の大きさを調整することを特徴とする直流配電システム。
2. 上記補助電源装置は、上記二次電池の充電量を検出する充電量検出装置を有し、
   上記制御装置は、充電量検出装置で検出した充電量に応じて上記充電装置が出力する充電電流の大きさを調整することを特徴とする請求項１記載の直流配電システム。

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