JP5682370B2 - 整流器システム - Google Patents

Description

この発明は、交流電流を直流電流に変換し、負荷に直流電流を供給する整流器システムに関するものである。

従来の整流器システムは、複数の整流器ユニットと、この整流器ユニットの出力側に接続された蓄電池と、前記複数の整流器ユニットからの総出力電流を検出する出力検出部と、これら各機器を監視、制御する監視制御部を備え、前記出力検出部で検出された総出力電流に基づいて整流器ユニットの最適な運転台数を決定し、決定した運転台数分の整流器ユニットを運転させる構成になっている。このように運転台数を削減することで、運転状態にある整流器ユニットについては高負荷率に維持することができるため、整流器ユニットの効率低下による電力損失を低減することができるという効果が得られる（例えば、特許文献１）。

特開２００９−１９５０７９（３−１０頁、図１−８）

従来の整流器システムにおいては総出力電流にのみ着目して整流器ユニットの起動停止制御を行っているため、負荷に供給する電流量を確保しつつ整流器ユニットの運転台数を最小化するために、蓄電池からの放電電流及び放電電流の積分値が過大となる場合もあった。このとき蓄電池として鉛蓄電池を使用する場合には、過放電を行うと電池の劣化が早く、数回程度の使用で使用不能となることが懸念される。特に整流器システムを無停電電源装置（ＵＰＳ）として使用する場合には、蓄電池が使用不能となることにより停電時のバックアップとして機能しえなくなるため、信頼性の面で問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、蓄電池が劣化に至る深い放電を行うことを回避することにより、信頼性の高い整流器システムを提供することを目的とする。

この発明に係る整流器システムは、交流入力端子と直流出力端子において互いに並列に接続され、交流電流を直流電流に変換して負荷に供給する複数の整流器ユニットと、前記直流出力端子に接続された蓄電池と、蓄電池からの蓄電池電流を検出する第１の電流検出器と、複数の整流器ユニットの出力電流の総和である整流器電流を検出する第２の電流検出器とを備えている。
さらに蓄電池電流と整流器電流との合計によって負荷から要求された負荷要求電流を供給できるように、蓄電池電流の時間積分値が所定の設定容量を超えた場合に追加の整流器ユニットを起動して、前記蓄電池を充電する給電制御手段を備えたことを特徴とする。

この発明に係る整流器システムによると、蓄電池電流と整流器電流との合計によって負荷から要求された負荷要求電流を供給できるように、蓄電池電流の時間積分値が所定の設定容量を超えた場合に追加の整流器ユニットを起動して、前記蓄電池を充電する給電制御手段を備えているため、蓄電池が劣化に至る深い放電を行う前に追加の整流器ユニットを起動させて負荷側に必要な電流を供給することができる。従って劣化に至る深い放電を回避できるため信頼性の高い整流器システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１ないし４に係る整流器システムの回路図である。 本発明の実施の形態１に係る整流器システムにおいて、運転例を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る整流器システムにおいて、運転例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る整流器システムにおいて、運転例を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る整流器システムにおいて、運転例を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る整流器システムにおいて、運転例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る整流器システムにおいて、運転例を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る整流器システムにおいて、運転例を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る整流器システムにおいて、運転例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る整流器システムにおいて、運転例を示すグラフである。 本発明の実施の形態４に係る整流器システムにおいて、運転例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る整流器システム１の回路図である。本図において、２は交流電源、３は交流電流を直流電流に変換する整流器ユニットであり、整流器ユニット３は、交流電源２に接続された交流入力端子と負荷４に接続された直流出力端子において、複数台が並列に接続されている。５は整流器ユニット３の直流出力端子と負荷４との間の配線に接続され、整流器ユニット２からの出力電流を充電すると同時に負荷４に直流電流を放電する蓄電池であり、６は蓄電池５に充電され、又は蓄電池５から放電される電流を検出する第１の電流検出器である。本実施の形態においては、さらに複数台の整流器ユニット３からの出力電流の総和である整流器電流を検出する第２の電流検出器７を備えており、第１の電流検出器６と第２の電流検出器７からの出力信号、及び複数台の整流器ユニット３の運転状態（起動状態又は停止状態）に基づいて、整流器ユニット３の運転台数を最小限に制御するために、給電制御手段８により整流器ユニット３に対して起動、停止命令が出力される。

図２は本実施の形態に係る整流器システム１の運転例を示す図であり、上段から各電流値ｉ（整流器電流ｉｏ、蓄電池電流ｉｂ及び整流器システム出力電流ｉｔ（＝ｉｏ＋ｉｂ））、蓄電池電流積分値ｗｂ、整流器ユニット運転台数ｋの時間変化を示す。ここで、蓄電池電流ｉｂは充電時と放電時とで向きが反転するが、放電時の蓄電池電流ｉｂの符号を正、充電時の符号を負と定める。負荷４に必要な電流（負荷要求電流）が整流器システム出力電流ｉｔと等しくなるように運転されるが、本図に示すのは負荷要求電流が整流器ユニット３の１台の定格電流ｉｒを上回ったり下回ったりして変動するのが繰り返される場合である。

蓄電池電流積分値ｗｂは蓄電池電流ｉｂの時間積分を行ったものであり、蓄電池５の放電電流の積分値から充電電流の積分値を差し引いたものであるため、蓄電池５が放電状態の時に増加し、充電状態の時に減少する。本実施の形態においては、放電時の電流積分値が充電積分値より大きい場合、すなわち蓄電池電流積分値ｗｂが正であって、ｗｂが所定の設定容量ｗｓを上回った（ｗｂ＞ｗｓ）時点（ｔ＝ｔ１）のときに、停止状態にある整流器ユニット３のうち１台を追加して起動する点に特徴がある。ここで、設定容量ｗｓについては、蓄電池の種類によっても違うが、蓄電池の充放電回数は放電容量の大きさによって大きく影響を受けるため、例えば蓄電池の交換周期内での充放電回数を許容できる放電容量値をｗｓに設定すればよい。

図３は本実施の形態に係る整流器システム１における給電制御手段８の制御フローを示す図である。本図に基づいてまず整流器ユニット３の起動判定フローについて説明する。ステップ１０１において整流器ユニット３の起動判定、停止判定に必要な値（整流器電流ｉｏ、蓄電池電流ｉｂ、整流器ユニット３の運転台数ｋ）を検出し、ステップ１０２において整流器ユニット運転台数ｋが１以上であるかどうかを判定し、ステップ１０３において蓄電池電流ｉｂを時間積分することにより蓄電池電流積分値ｗｂを算出し、ステップ１０４において蓄電池電流積分値ｗｂが設定容量ｗｓを超えたかどうかを判定し、ステップ１０５においてステップ１０４の判定がＹＥＳの場合に整流器ユニット３を追加で１台起動させる。以上のように整流器ユニット３の起動判定は、整流器ユニット３の運転台数が１台以上であるとき、蓄電池電流積分値ｗｂが設定容量ｗｓを超えたかどうかによって行う。

次に図３に基づいて整流器ユニット３の停止判定フローについて説明する。ステップ１０６において整流器ユニット３の運転台数ｋが２以上であるかどうかを判定し、ステップ１０７において運転中の整流器ユニット３のうち１台を停止した場合であってもなおその時の負荷４から要求される電流（負荷要求電流＝整流器システム出力電流ｉｔ）を供給するのに十分であるかどうかを判定する。このステップでは、負荷要求電流が変動することを見込んで閾値電流ｉ３だけ余裕を持って定め、ｉｔ≦（ｋ−１）×ｉｒ−ｉ３を満たすかどうかにより判定する。ここで閾値電流ｉ３については、例えば負荷要求電流のパターン（定期的な電流変動分）を考慮して、その変動分より大きな値をｉ３として設定することが可能である。ステップ１０８においてステップ１０７における判定結果がＹＥＳの場合には、整流器ユニット３を１台停止させる。

以上のとおり実施の形態１に係る整流器システム１によると、蓄電池電流積分値ｗｂが所定の設定容量ｗｓを超えた場合に追加の整流器ユニット３を起動するように給電制御手段８が制御する。このときにはこの追加で起動された整流器ユニット３により蓄電池５が充電されることになるため、蓄電池電流積分値ｗｂは設定容量ｗｓを超えることはない。従って蓄電池５が劣化に至る深い放電を行うことを回避できるため、信頼性の高い整流器システム１を提供することができる。

また、現状の整流器ユニット３の運転台数ｋより１台減らして運転した場合であっても負荷要求電流をまかなうのに十分であると判断される場合には、運転中の整流器ユニット３のうち１台を停止するように給電制御手段８が制御を行うため、整流器ユニット３の運転台数を必要最小限に制御でき、高効率な整流器システム１を提供することができる。しかも、整流器ユニット３の運転台数を１台減らした後に負荷要求電流が多少変動した場合であっても、この変動が閾値電流ｉ３の範囲内であれば蓄電池５から放電しなくても負荷要求電流をまかなうことができる。従って蓄電池５の充放電回数を低減することができるため蓄電池５の寿命を延ばすことができ、更に信頼性の高い整流器システム１を提供することができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、蓄電池５の蓄電池電流積分値ｗｂが所定の設定容量ｗｓを超えた場合に停止状態の整流器ユニット３の１台を起動させる場合について述べたが、本実施の形態では実施の形態１に係る給電制御方法に加え、蓄電池電流ｉｂが０（ゼロ）を超える所定の設定電流値ｉｓを超えた場合でも、停止状態の整流器ユニット３の１台を起動させることを特徴とする。

本実施の形態にかかる整流器システム１の回路構成は図１に示される実施の形態１と同じであるため説明を省略し、図４、図５を用いて運転例について説明する。図４では負荷要求電流、すなわち整流器システム出力電流ｉｔが、整流器ユニット３の１台の定格電流ｉｒを上回ったり下回ったりして変動するのが繰り返される場合である。ここで設定電流ｉｓについては、蓄電池５の種類によっても違うが、蓄電池の充放電回数は放電電流の大きさによって大きく影響を受けるため、例えば蓄電池の交換周期内での充放電回数を許容できる放電電流値をｉｓとして設定すればよい。図４における設定電流ｉｓについては、後に説明する図５で用いられるものよりも比較的小さな値を採用している。従って本図においては、蓄電池電流積分値ｗｂが所定の設定容量ｗｓに到達する前に、蓄電池電流ｉｂが設定電流ｉｓに到達したｔ＝ｔ２の時点において、停止状態にある整流器ユニット３のうち１台を追加して起動している。

一方図５においては、設定電流ｉｓを図４にて採用したものよりも比較的大きな値を採用している。本図においては、図４に示したものとは反対に、蓄電池電流ｉｂが設定電流ｉｓに到達する前に、蓄電池電流積分値ｗｂが所定の設定容量ｗｓに到達したｔ＝ｔ３の時点において、停止状態にある整流器ユニット３のうち１台を追加して起動している。

図６は本実施の形態に係る整流器システム１における給電制御手段８の制御フローを示すものである。ステップ２０１において整流器ユニット３の起動判定、停止判定に必要な値（整流器電流ｉｏ、蓄電池電流ｉｂ、整流器ユニット３の運転台数ｋ）を検出し、ステップ２０２において整流器ユニット運転台数ｋが１以上であるかどうかを判定し、ステップ２０３において蓄電池電流ｉｂが設定電流ｉｓを超えたかどうかを判定し、ステップ２０４においてステップ２０３の判定がＹＥＳの場合に整流器ユニット３を追加で１台起動させる。以上のように整流器ユニット３の起動判定は、整流器ユニット３の運転台数が１台以上であるとき、蓄電池電流ｉｂが設定電流ｉｓを超えたかどうかによって行っている。なお、以降に続く蓄電池電流積分値ｗｂに基づいて起動判定を行うフロー（ステップ２０５〜２０７）及び停止判定フロー（ステップ２０８〜２１０）については、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

以上のとおり実施の形態２に係る整流器システム１によると、蓄電池電流ｉｂが所定の設定電流ｉｓを超えた場合に追加の整流器ユニット３を起動するように給電制御手段８が制御する。このときにはこの追加で起動された整流器ユニット３により蓄電池５が充電されることになるため、蓄電池電流ｉｂは設定電流ｉｓを超えることはない。従って蓄電池５が劣化に至る深い放電電流を流すことを回避できるため、信頼性の高い整流器システム１を提供することができる。

また、実施の形態１に係る整流器システム１によると、蓄電池電流ｉｂが所定の設定電流ｉｓを超えない場合であっても、蓄電池電流積分値ｗｂが所定の設定容量ｗｓを超えた場合には追加の整流器ユニット３を起動するように給電制御手段６が制御する。このときにはこの追加で起動された整流器ユニットにより蓄電池５が充電されることになるため、蓄電池電流積分値ｗｂは設定容量ｗｓを超えることはない。従って蓄電池５が劣化に至る深い放電を行うことを回避できるため、信頼性の高い整流器システム１を提供することができる。

また、現状の運転台数ｋより１台減らして運転した場合であっても負荷要求電流をまかなうのに十分であると判断される場合には、運転中の整流器ユニット３のうち１台を停止するように給電制御手段８が制御を行うため、整流器ユニット３の運転台数を必要最小限に制御でき、高効率な整流器システム１を提供することができる。しかも、整流器ユニット３の運転台数を１台減らした後に負荷要求電流が多少変動した場合であっても、この変動が閾値電流ｉ３の範囲内であれば蓄電池５から放電しなくても負荷要求電流をまかなうことができる。従って蓄電池５の充放電回数を低減することができるため蓄電池５の寿命を延ばすことができ、更に信頼性の高い整流器システム１を提供することができる。

なお、本実施の形態においては、蓄電池電流ｉｂに基づく起動判定フロー（図６におけるステップ２０３〜２０４）と蓄電池電流積分値ｗｂに基づく判定フロー（同図におけるステップ２０５〜２０７）とを組み合わせたものについて説明を行ったが、蓄電池電流ｉｂに基づく起動判定フローのみを備える給電制御手段８であっても、前記のとおり蓄電池が劣化に至る深い放電電流を回避できるため、信頼性の高い整流器システム１を提供することができるという効果を奏することはいうまでもない。

実施の形態３．
実施の形態１においては、蓄電池５の蓄電池電流積分値ｗｂが所定の設定容量ｗｓを超えたときに停止状態の整流器ユニット３の１台を起動させる場合について述べたが、本実施の形態では実施の形態１に係る給電制御方法に加え、蓄電池電流ｉｂが正（放電方向）である時間、すなわち蓄電池放電時間ｔｂが設定時間ｔｓを越えたときに、停止状態の整流器ユニット３を１台追加で起動させることを特徴とする。

本実施の形態にかかる整流器システム１の回路構成は図１に示される実施の形態１と同じであるが、蓄電池放電時間ｔｂをカウントするカウンタ（図１には図示せず）を備えている点が異なる。このカウンタは蓄電池電流ｉｂが０以下となった時又は整流器ユニット３を追加起動した時にリセットされ、蓄電池電流ｉｂが再び正となるとカウントを開始する。蓄電池放電時間ｔｂのカウントは各機器とは別個に設けられたハードウェアカウンタで行ってもよいし、給電制御手段８の内部に設けられたソフトウェアカウンタで行ってもよい。

次に図７、図８を用いて運転例について説明する。図７では負荷要求電流、すなわち整流器システム出力電流ｉｔが、整流器ユニット３の１台の定格電流ｉｒを上回ったり下回ったりして変動するのが繰り返される場合である。図５に示す場合では設定時間ｔｓが比較的短く定められているため、蓄電池電流積分値ｗｂが設定容量ｗｓを超える以前に蓄電池放電時間ｔｂが設定時間ｔｓを超えた時点（ｔ＝ｔ４）において、停止状態にある整流器ユニット３のうち１台を追加して起動している。一方、図８には図７の運転例よりも設定時間ｔｓが長い場合の運転例を示す。この運転例では蓄電池放電時間ｔｂがいずれの場合も設定時間ｔｓを上回ることがなく、蓄電池電流積分値ｗｂが所定容量ｗｓを超えた時点（ｔ＝ｔ５）において、停止状態にある整流器ユニット３のうち１台を追加して起動している。

図９は本実施の形態に係る整流器システム１における給電制御手段８の制御フローを示すものである。ステップ３０１において整流器ユニット３の起動判定、停止判定に必要な値（整流器電流ｉｏ、蓄電池電流ｉｂ、整流器ユニット３の運転台数ｋ）を検出し、ステップ３０２において整流器ユニット運転台数ｋが１以上であるかどうかを判定し、ステップ３０３において蓄電池電流ｉｂが正であればｔｂをカウントし、ステップ３０４においてｔｂが設定時間ｔｓを超えた場合には、ステップ３０５において整流器ユニット３を追加で１台起動させる。以上のように整流器ユニット３の起動判定は、整流器ユニット３の運転台数が１台以上であるとき、蓄電池放電時間ｔｂが設定時間ｔｓを超えたときかどうかにより行う。なお、以降に続く蓄電池電流積分値ｗｂに基づいて起動判定を行うフロー（ステップ３０６〜３０８）及び停止判定フロー（ステップ３０９〜３１１）については、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

以上のとおり本実施の形態に係る整流器システム１によれば、前記実施の形態１の整流器システム１の奏する効果に加えて、蓄電池放電時間ｔｂが設定時間ｔｓを超えた場合に追加の整流器ユニット３を１台起動させるため、図７に示すように設定時間ｔｓを比較的短めに定めておくことにより、蓄電池５が設定容量ｗｓを放電する以前に追加の整流器ユニット３を起動することも可能となる。従って蓄電池５の放電量を実施の形態１に示すものよりも低減させることにより蓄電池５の劣化を抑制することが可能となるため、更に信頼性の高い整流器システム１を提供することができる。

実施の形態４．
実施の形態３においては、蓄電池５の蓄電池電流積分値ｗｂが所定の設定容量ｗｓを超えたとき、又は蓄電池放電時間ｔｂが設定時間ｔｓを越えたときに、停止状態の整流器ユニット３を１台追加で起動させる場合について述べたが、本実施の形態では実施の形態３に係る給電制御方法に加え、蓄電池電流ｉｂが０（ゼロ）を超える所定の設定電流値ｉｓを超えた場合でも、停止状態の整流器ユニット３の１台を起動させることを特徴とする。

以下図１０を使用して、本実施の形態に係る整流器システム１の運転例について説明する。図１０では負荷要求電流、すなわち整流器システム出力電流ｉｔが、整流器ユニット３の１台の定格電流ｉｒを上回ったり下回ったりして変動するのが繰り返されており、しかもその電流変化率がこれまでの実施の形態と比較して大きい場合である。この場合には蓄電池電流積分値ｗｂが設定容量ｗｓを超えず、また蓄電池放電時間ｔｂが設定時間ｔｓを超えない場合であっても、蓄電池電流ｉｂが設定電流ｉｓを超えた時点（ｔ＝ｔ６）において、停止状態の整流器ユニット３の１台を起動している。

図１１は本実施の形態に係る整流器システム１における給電制御手段８の制御フローを示すものである。ここで、ステップ４０２〜ステップ４０４は図６に示された蓄電池電流ｉｂに基づいて起動判定を行うフロー（ステップ２０２〜２０４）と、ステップ４０５〜４０７は図９に示された蓄電池放電時間ｔｂに基づいて起動判定を行うフロー（ステップ３０３〜３０５）と、ステップ４０８〜４１０は図３に示された蓄電池電流積分値ｗｂに基づいて起動判定を行うフロー（ステップ１０３〜１０５）と、ステップ４１１〜４１３は図３に示された停止判定フロー（ステップ１０６〜１０８）と、各々同じであるため、内容の説明は省略する。

以上のとおり本実施の形態に係る整流器システム１によれば、前記実施の形態３の整流器システム１と同じ効果を奏する。さらに、図１０に示すように負荷要求電流ｉｔの電流変化率が大きく、蓄電池電流積分値ｗｂに基づく起動判定及び蓄電池放電時間ｔｂに基づく起動判定のいずれにおいても整流器ユニット３の追加起動が行えない場合であっても、蓄電池電流ｉｂが設定電流ｉｓを超えることにより停止状態の整流器ユニット３の１台を起動させるため、蓄電池５が過放電にいたるのを未然に防止することができる。従って蓄電池５の放電量を実施の形態１に示すものよりも低減させることにより蓄電池５の劣化を抑制することが可能となるため、更に信頼性の高い整流器システム１を提供することができる。

１ 整流器システム
３ 整流器ユニット
４ 負荷
５ 蓄電池
６ 第１の電流検出器
７ 第２の電流検出器
８ 給電制御手段

Claims (3)

1. 交流入力端子と直流出力端子において互いに並列に接続され、交流電流を直流電流に変換して負荷に供給する複数の整流器ユニットと、
   前記直流出力端子に接続された蓄電池と、
   前記蓄電池からの蓄電池電流を検出する第１の電流検出器と、
   前記複数の整流器ユニットの出力電流の総和である整流器電流を検出する第２の電流検出器と、
   前記蓄電池電流と前記整流器電流との合計によって前記負荷から要求された負荷要求電流を供給できるように、前記蓄電池電流の時間積分値が所定の設定容量を超えた場合に追加の整流器ユニットを起動して、前記蓄電池を充電する給電制御手段と
   を備えた整流器システム。
2. 給電制御手段は、蓄電池放電時間が所定の設定時間を超えた場合に追加の整流器ユニットを起動することを特徴とする
   請求項１に記載の整流器システム。
3. 給電制御手段は、下記不等式
   ｉｔ≦（ｋ−１）×ｉｒ−ｉ３、
   ここでｉｔ：負荷要求電流、ｋ：整流器ユニットの運転台数、ｉｒ：整流器ユニット１台あたりの定格電流、ｉ３：所定の閾値電流
   を満たす場合に整流器ユニットのうちの１台を停止することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の整流器システム。

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