JP6904026B2 - 電源システム、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電源システム、制御方法、及び制御プログラムに関する。

通信機器、通信ネットワークなどの情報通信システムが発達し、それに伴い、システムを安定に稼働するための無停電電源装置（ＵＰＳ）が必要とされるようになった。ＵＰＳは、それ自体を稼働するのに要する電力が小さいこと（すなわち、高効率）が求められる。そこで、例えば特許文献１及び２には、複数のＵＰＳを並列に接続してＵＰＳモジュールを構成し、負荷が要求する電力の最大需要電力に対する割合、すなわち負荷率に応じて使用するＵＰＳの台数を設定し、各ＵＰＳの動作（稼働又は停止）を変更することで高効率を実現する無停電電源システムが開示されている。また、特許文献２には、負荷に給電可能なＵＰＳの台数及びＵＰＳの出力電流を検出し、その検出結果に基づいて各ＵＰＳを操作（稼働又は停止）することで電力効率を向上する無停電電源システムが開示されている。
特許文献１ 特開２０１１−５０２２８号公報
特許文献２ 特開２０１３−２２３４０２号公報
特許文献３ 特開２０１３−２１９９５８号公報

しかしながら、複数のＵＰＳを制御する制御装置が、例えば、負荷及び各ＵＰＳの状態を検出し、その検出結果に応じて稼働するＵＰＳの台数を決定するマスタ制御装置（単にマスタとも呼ぶ）と、各ＵＰＳにそれぞれ備えられ、マスタからの指示に応じてＵＰＳを制御するスレーブ制御装置（単にスレーブとも呼ぶ）と、から構成されるモジュラー型制御装置である場合、マスタによる負荷及び各ＵＰＳの状態検出並びにマスタ及びスレーブ間の通信を停止できないことなどから、上記の従来技術のようにＵＰＳを停止することができず、故に効率化を図ることができない。

本発明の第１の態様においては、負荷に並列に接続され、入力電力を変換して、負荷へ出力電力を供給する電源回路及び電源回路を制御する制御回路を有する複数の電源装置と、複数の電源装置の制御回路に指令を与えるマスタ制御装置と、を備え、マスタ制御装置は、複数の電源装置のうち停止の指令を与えた制御回路の少なくとも一部の動作を停止させる電源システムが提供される。

本発明の第２の態様においては、電源システムの制御方法であって、電源システムは、負荷に並列に接続され、入力電力を変換して、負荷へ出力電力を供給する電源回路及び電源回路を制御する制御回路を有する複数の電源装置と、負荷の状態または入力電力の状態に基づいて、複数の電源装置の制御回路を制御するマスタ制御装置と、を備え、複数の電源装置のうち停止の指令を受けた電源装置のうち少なくとも一部が、制御回路における電源回路を制御するための制御演算の少なくとも一部を停止する制御方法が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電源システムの構成を示す。 スレーブ制御装置における制御ブロックの構成を示す。 電源システムにおける負荷及び各電源装置の動作タイムチャートの一例を示す。 電源システムにおける台数制御フローを示す。 電源システムにおける異常発生時の制御フローを示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る電源システム１の構成を示す。電源システム１は、商用電源３１又は蓄電池３２ａ〜３２ｄから電力を受電して負荷３３に給電するシステムであり、これを制御するモジュラー型制御装置において一部の機能のみを停止することで電力効率を向上することを目的とする。なお、商用電源３１は、交流電力を給電する外部電源であり、蓄電池３２ａ〜３２ｄは、例えば直流電力を蓄電及び給電する電源であり、商用電源３１が停止した場合等の異常時において使用される。電源システム１は、複数の電源装置２１〜２４及びマスタ制御装置１０を備える。なお、電源システム１は、マスタ制御装置とともに必要数の電源装置をラック（不図示）に着脱可能に搭載する、或いはマスタ制御装置を設けた本体に対して必要数の電源装置を着脱可能に搭載することで、必要に応じて容量を増やすとともに保守の容易なモジュール型電源システムを構成してよい。

複数の電源装置２１〜２４は、負荷３３に対して並列に接続され、それぞれが商用電源３１又は蓄電池３２ａ〜３２ｄから電力を受電して負荷３３に給電する装置である。複数の電源装置２１〜２４は、例えば無停電電源装置（ＵＰＳ）であってよく、本実施形態では一例として４つの電源装置２１〜２４を使用する。電源装置２１〜２４は、それぞれ、２つの入力端子２１ｉ〜２４ｉ及び２１ｊ〜２４ｊ及び１つの出力端子２１ｏ〜２４ｏを有する。ここで、一方の入力端子２１ｉ〜２４ｉは商用電源３１に接続され、他方の入力端子２１ｊ〜２４ｊはそれぞれ蓄電池３２ａ〜３２ｄに接続され、出力端子２１ｏ〜２４ｏは負荷３３に接続される。複数の電源装置２１〜２４は、それぞれ、電源回路２１ａ〜２４ａ及びスレーブ制御装置２１ｓ〜２４ｓを含む。

電源回路２１ａ〜２４ａは、それぞれ、入力端子２１ｉ〜２４ｉ及び２１ｊ〜２４ｊを介して入力電力を入力し、出力端子２１ｏ〜２４ｏを介して出力電力を出力する回路である。電源回路２１ａ〜２４ａはそれぞれ同様に構成されているので、それらを代表して電源回路２１ａについて説明する。電源回路２１ａは、整流器（ＲＥＣ）２１ａ_１、インバータ（ＩＮＶ）２１ａ_２、チョッパ（ＣＨＰ）２１ａ_３、及び検出器（不図示）を有する。

整流器２１ａ_１は、交流を直流に変換する装置である。整流器２１ａ_１は、その入力を入力端子２１ｉに接続し、これを介して商用電源３１から入力される交流電力を直流に変換して出力する。

インバータ２１ａ_２は、直流を交流に変換する装置である。インバータ２１ａ_２は、入力を整流器２１ａ_１及び後述するチョッパ２１ａ_３の出力に接続し、出力を出力端子２１ｏに接続して、整流器２１ａ_１又はチョッパ２１ａ_３から入力される直流電力を交流に変換して出力する。本実施形態では、常時インバータ給電方式を採用する。すなわち、インバータ２１ａ_２は、例えば、商用電源３１から交流電力を正常に受電している場合には、整流器２１ａ_１から出力される直流電力を定電圧且つ定周波数の安定した交流電力に変換して出力し、商用電源３１が停止するなど交流電力の受電が停止した場合には、蓄電池３２ａからチョッパ２１ａ_３を介して出力される直流電力を交流に変換して出力する。それにより、交流電力の変動の影響を受けずに、負荷３３に安定した電力を給電することができる。

チョッパ２１ａ_３は、蓄電池３２ａの充放電を制御する装置である。チョッパ２１ａ_３は、整流器２１ａ_１の出力及びインバータ２１ａ_２の入力と入力端子２１ｊとの間に接続され、例えば、電源回路２１ａが商用電源３１から交流電力を正常に受電している場合には、整流器２１ａ_１から出力される直流電力を蓄電池３２ａに送ってこれを充電し、商用電源３１が停止するなど交流電力の受電が停止した場合には、蓄電池３２ａから出力される直流電力を昇圧又は降圧して出力する。

なお、商用電源３１から受電する交流電力が周波数変動する場合にも電力効率が低下することから、商用電源３１からの交流電力の受電が停止する場合に限らず、交流電力が例えば基準範囲を超えて周波数変動する場合においても蓄電池３２ａから出力される直流電力をチョッパ２１ａ_３及びインバータ２１ａ_２を介して出力してもよい。また、例えば負荷３３が一時的に基準範囲を超えて変動する場合においては、商用電源３１から受電する交流電力を、蓄電池３２ａから出力される直流電力で補って、出力してもよい。

また、例えば商用電源３１の交流電力の振幅変動及び／又は周波数変動が許容範囲である場合には、商用電源３１から受電する交流電力を複数の電源装置２１〜２４を介して負荷３３に給電するとともに、商用電源３１から供給される交流電力を直接負荷３３に送電してもよい。斯かる場合に、インバータ２１ａ_２により、交流電力の位相に合わせて、整流器２１ａ_１から入力される直流電力を交流に変換してよい。

検出器（不図示）は、負荷３３及び電源回路２１ａの状態を検出する。検出される状態として、例えば、電源回路２１ａ内の整流器２１ａ_１の入力電圧及び入力電流（すなわち、商用電源３１から電源装置２１に入力される入力電圧及び入力電流）、インバータ２１ａ_２の入力電圧及び入力電流、インバータ２１ａ_２の出力電圧及び出力電流（すなわち、電源装置２１から負荷３３に給電される電圧及び電流）、チョッパ２１ａ_３の入力電圧及び入力電流（すなわち、蓄電池３２ａから電源装置２１に入力される入力電圧及び入力電流）、及びチョッパ２１ａ_３の出力電圧及び出力電流、蓄電池３２ａの蓄電残量、充放電回数、使用時間、さらにはインバータ２１ａ_２等の温度を含む。検出される状態として、さらに、商用電源３１から電源装置２１に入力される交流電力の周波数及び電源装置２１から出力される交流電力の周波数を含んでよい。検出器の検出結果は、後述するスレーブ制御装置２１ｓ及びこれを介してマスタ制御装置１０に送信される。なお、スレーブ制御装置２１ｓ及びマスタ制御装置１０の両方に直接送信されてもよい。

スレーブ制御装置（単にスレーブとも呼ぶ）２１ｓ〜２４ｓは、それぞれ、電源回路２１ａ〜２４ａを制御する装置である。スレーブ２１ｓ〜２４ｓはそれぞれ同様に構成される。その詳細については後述する。

マスタ制御装置（単にマスタとも呼ぶ）１０は、複数の電源装置２１〜２４を制御する装置であり、それらに含まれるスレーブ２１ｓ〜２４ｓとともにモジュラー型制御装置を構成する。マスタ１０は、検出部１０ａ、選択部１０ｂ、及び指示部１０ｃを有する。

検出部１０ａは、負荷３３及び複数の電源装置２１〜２４（電源回路２１ａ〜２４ａ）の状態を検出する。ここで、検出部１０ａは、各電源装置２１〜２４（電源回路２１ａ〜２４ａ）に設けられた検出器（不図示）の検出結果を、各スレーブ制御装置２１ｓ〜２４ｓを介して受信する。ここで、負荷３３の状態、例えば負荷３３に給電される電力の総量（特に、総電流）は、各スレーブ制御装置２１ｓ〜２４ｓから検出結果を収集することで取得することができる。なお、負荷３３の状態は、各電源装置２１〜２４と負荷３３とを接続するラインを直接モニタすることで検出してもよい。また、検出部１０ａは、スレーブ２１ｓ〜２４ｓを介さず、各電源回路２１ａ〜２４ａの検出器から直接検出結果を受信してもよい。受信した検出結果は選択部１０ｂに送信される。

検出部１０ａは、さらに、蓄電池３２ａ〜３２ｄの状態を検出してもよい。蓄電池３２ａ〜３２ｄの状態としてそれぞれの蓄電量を含んでよい。検出部１０ａは、蓄電池３２ａ〜３２ｄの状態を、電源システム１の稼働中に予め定められたタイミングで検出する。この検出時においては、商用電源３１からの給電が停止していなくても、電源装置２１〜２４は蓄電池３２ａ〜３２ｄから給電することとする。なお、検出部１０ａは、蓄電池３２ａ〜３２ｄの状態を、すべての蓄電池３２ａ〜３２ｄについて一時に検出するに限らず、一部ずつ、例えば１つずつ検出してもよい。

選択部１０ｂは、複数の電源装置２１〜２４の制御方式、例えば１／Ｎ制御、台数制御等のいずれかを選択するとともに、複数の電源装置２１〜２４のうち動作させる台数及び電源装置を選択する。１／Ｎ制御を選択した場合においては、選択部１０ｂは、電源装置２１〜２４の全てを動作・分担させる電源装置として選択する。台数制御を選択した場合においては、選択部１０ｂは、検出部１０ａから受信する検出結果、すなわち負荷３３及び複数の電源装置２１〜２４の状態に基づいて動作させる電源装置を選択する。

選択部１０ｂは、負荷３３の状態の検出結果より、負荷３３の変動が基準範囲内であることに応じて、複数の電源装置２１〜２４のうち動作させている電源装置の一部のみ、例えば１台のみの負荷率（定格最大出力に対する出力の割合）を変更させ、負荷３３の変動が基準範囲を超えたことに応じて複数の電源装置２１〜２４の全ての負荷率（定格最大出力に対する出力の割合）を変更させる。例えば、電源装置２１を停止させ、電源装置２２〜２４を稼働している状況において、負荷３３の変動が基準範囲内である場合に電源装置２４のみの負荷率を変更することで、負荷３３の変動が基準範囲を超えた場合に電源装置２３及び２４又は電源装置２２〜２４の負荷率を変更することで、負荷３３における負荷率に等しい電力を負荷３３に給電する。これにより、例えば負荷率が固定された電源装置等、異種の電源装置を組み合わせて電源システム１を構築した場合においても効率良くシステムを運用することができる。

また、選択部１０ｂは、複数の電源装置２１〜２４のうち動作させる電源装置を予め定められたタイミングで変更して、複数の電源装置２１〜２４の間における使用量（すなわち、運転時間）の偏りを低減させる。斯かる場合、例えばマスタ１０の検出部１０ａにより時間単位、日単位、週単位、月単位等の予め定められたインターバルで複数の電源装置２１〜２４のそれぞれの運転時間を監視し、選択部１０ｂにより運転時間の短い電源装置を優先して動作させる装置として選択することとしてもよい。運転時間の長い電源装置を停止させることで電源装置２１〜２４の間における運転時間の偏りを低減して、システム全体を安定に稼働することが可能となる。

また、選択部１０ｂは、複数の電源装置２１〜２４の状態の検出結果より、それらのいずれかに異常が検出された場合、その電源装置以外の複数の電源装置２１〜２４の中から動作させる電源装置を選択する。電源システム１における異常発生時の制御フローの詳細については後述する。

また、選択部１０ｂは、蓄電池３２ａ〜３２ｄの状態の検出結果より、それらのいずれかの蓄電量が不十分である場合に、その電源装置を停止させ、蓄電池を充電することとしてもよい。

指示部１０ｃは、選択部１０ｂにより選択された動作させる電源装置を除く残りの動作させない電源装置のスレーブ２１ｓ〜２４ｓの少なくとも一部に対して、電源回路を制御するための制御演算の少なくとも一部の停止を指示する。それにより、例えば、後述する制御演算部５１、パルス幅変調部５３、及びＡ／Ｄ変換器制御部５４のうちの少なくとも１つが停止される。また、指示部１０ｃは、動作させる電源装置の電流出力がすべて等しくなるようにスレーブに指令値を送信し、制御方式を変更する或いは台数制御において動作させる電源装置を変更する場合に電流出力の分担率を緩やかに変えるようスレーブに指令値を送信してもよい。それにより、動作させる電源装置２１〜２４の台数の増減による出力電圧の過渡変動を低減して、安定に給電することができる。

図２は、スレーブ２１ｓにおける制御ブロックの構成を示す。なお、スレーブ２２ｓ〜２４ｓも同様に構成される。スレーブ２１ｓは、Ａ／Ｄ変換器６０、制御プロセッサ４０、及び制御回路５０を有する。

Ａ／Ｄ変換器６０は、電源回路２１ａ（に含まれる検出器）に接続され、負荷３３及び電源回路２１ａの状態を表すアナログデータを受信し、デジタル形式のＡ／Ｄ変換データに変換して後述するＡ／Ｄ変換器制御部５４に送信する。負荷３３及び電源回路２１ａの状態として、上述の整流器の入力電圧及び入力電流等を含んでよい。

制御プロセッサ４０は、プログラムを実行することにより指令値演算部４１及びシーケンス制御部４２として機能して、制御回路５０の少なくとも一部の動作を運転状態に応じて停止させるプロセッサである。なお、プロセッサは、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）でもよい。

指令値演算部４１は、電源回路２１ａからＡ／Ｄ変換器６０及び制御回路５０を介して送信される負荷３３及び電源回路２１ａの状態に関する状態変数を受信し、これに基づいて電源装置２１から負荷３３に給電する電力（すなわち、出力電力）の振幅値を演算し、その演算結果を指令値として制御回路５０に送信する。

シーケンス制御部４２は、後述する制御回路５０の高速シリアル通信部５６を介してマスタ１０から電源装置２１の起動及び停止信号、負荷に給電する総電力量（すなわち、指令値）等を受信し、これらに基づいて制御プロセッサ４０及び制御回路５０の各制御ブロックに信号を送信する。シーケンス制御部４２は、例えば、指令値演算部４１にこれを起動又は停止する起動及び停止信号を送信し、後述する制御演算部５１にこれを起動又は停止する起動及び停止信号を送信し、キャリア生成部５２にキャリア同期信号を送信し、パルス幅変調部５３にこれを起動又は停止する起動及び停止信号を送信し、Ａ／Ｄ変換器制御部５４にこれを起動又は停止する起動及び停止信号を送信し、高速シリアル通信部５６に電源装置２１の状態（すなわち、運転状態）を送信する。

制御回路５０は、各制御ブロックをハードウェア実装する集積回路であり、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であってよい。制御回路５０は、制御演算部５１、キャリア生成部５２、パルス幅変調部（ＰＷＭ）５３、Ａ／Ｄ変換器制御部５４、及び高速シリアル通信部５６を有する。

制御演算部５１は、制御演算を行う回路の一例であり、電源回路２１ａの状態に応じて出力電力の目標瞬時値を演算する。制御演算部５１は、指令値演算部４１から指令値を受信し、またＡ／Ｄ変換器６０からＡ／Ｄ変換器制御部５４を介して電源回路２１ａの状態を表すＡ／Ｄデータを受信し、これらを用いて瞬時値制御の目標値（すなわち、目標瞬時値）を演算してパルス幅変調部５３に送信する。

キャリア生成部５２は、シーケンス制御部４２から受信するキャリア同期信号に同期してキャリアを生成し、パルス幅変調部５３に送信する。なお、キャリアは例えば三角波であってよい。ここで、キャリア生成部５２は、制御回路５０内のクロック生成回路（不図示）からクロック信号を受信し、これを用いてキャリア同期信号に同期したタイミングでゼロクロス又はピーク・ボトムを有する三角波をキャリアとして生成してもよい。

パルス幅変調部（ＰＷＭ）５３は、ＰＷＭ回路の一例であり、目標瞬時値に基づき電源回路２１ａをＰＷＭ制御する。パルス幅変調部５３は、キャリア生成部５２から受信するキャリアと制御演算部５１から受信する目標瞬時値とを比較（すなわち、三角波比較）し、その結果に基づいて電源回路２１ａに整流器２１ａ_１、インバータ２１ａ_２、及びチョッパ２１ａ_３を駆動するためのゲート信号を送信して電源回路２１ａを制御する。

Ａ／Ｄ変換器制御部５４は、Ａ／Ｄ変換器６０から送信されるＡ／Ｄ変換データを受信して、Ａ／Ｄデータとして制御演算部５１に送信するとともに、チップセレクト信号などのＡ／Ｄ変換器を制御するためのＡ／Ｄ変換器制御信号をＡ／Ｄ変換器６０に送信してＡ／Ｄ変換器６０を駆動する。

高速シリアル通信部５６は、マスタ１０に接続され、マスタ１０から指令値、起動及び停止信号等を受信するとともに、電源装置２１の状態（すなわち、運転状態）をマスタ１０に送信する。

上述のように構成されるスレーブ２１ｓ（及び２２ｓ〜２４ｓ）において、マスタ１０により複数の電源装置２１〜２４のうち動作させない電源装置として選択されて停止信号を受信した場合、制御プロセッサ４０は、制御回路５０内の制御演算部５１に対するクロック供給を停止させる、キャリア生成部５２に対するクロック供給を停止する、パルス幅変調部５３に対するクロック供給を停止させる、Ａ／Ｄ変換器制御部５４に対するクロック供給を停止させる、或いは制御回路５０との間の通信頻度（例えば、バスアクセスの頻度）を減らす又は通信を停止することのうちの少なくとも１つを実行する。ここで、クロック供給が停止された制御ブロックは停止する。それにより、スレーブ２１ｓの消費電力を抑えることができる。これは、特に、制御装置による電力消費の割合が比較的大きい小容量の電源装置において効果が大きい。

本実施形態に係る電源システム１では、マスタ１０と電源装置２１〜２４にそれぞれ備えられるスレーブ２１ｓ〜２４ｓとから構成されるモジュラー型制御装置を採用していることで、電源装置２１〜２４の起動を律速（特に、遅延）し得る制御ブロック、例えば指令値を演算する指令値演算部４１、マスタ１０から送信される情報を有し、制御プロセッサ４０及び制御回路５０の各制御ブロックに起動及び停止信号を送信するシーケンス制御部４２、キャリアを生成するキャリア生成部５２、及びマスタ１０と通信する高速シリアル通信部５６を停止せず、その他の制御ブロックを停止する又は稼働頻度を下げることで、マスタ１０から起動信号を受信した際に素早く起動するとともに制御装置の消費電力を装置全体の停止することなく抑えることができる。

なお、制御プロセッサ４０が電源装置２１〜２４の起動を遅延し得ない制御ブロックを含む場合、それらのうちの少なくとも一部を停止してもよい。また、選択部１０ｂにより動作させる電源装置として選択されなかった電源装置のうちの少なくとも一部の電源装置については制御プロセッサ４０を停止、低速動作等させ、他の電源装置については制御プロセッサ４０を稼働し、制御回路５０の一部の制御ブロックを停止する又は稼働頻度を下げることとしてもよい。この場合に、マスタ１０は、基準以上の負荷の上昇に応じて、制御プロセッサ４０が稼働中の電源装置における制御回路５０の制御ブロックの動作を再開させて電源装置の運転を開始させるとともに、さらなる負荷の上昇に備えて停止等をしている制御プロセッサ４０の動作を予め再開させてもよい。

図３は、電源システム１における負荷３３及び各電源装置２１〜２４の動作タイムチャートの一例を示す。なお、負荷３３における負荷率（すなわち、給電を要する電力の最大需要電力に対する割合）１００％は、各電源装置２１〜２４の出力（すなわち、出力される電力量）１００％の総和に等しい。

時刻Ｔ_０では、負荷３３は停止中（負荷率は零）である。これに応じて、マスタ１０は、電源装置２１〜２４の全てを停止している。

時刻Ｔ_１では、負荷３３が稼働し、負荷率が１００％に上昇する。これに応じて、マスタ１０は、電源装置２１〜２４の制御方式として１／Ｎ制御を選択するとともに、電源装置２１〜２４の全てを稼働する。電源装置２１〜２４は、それぞれ運転を開始して、互いに等しく出力を１００％まで上げる。それにより、電源装置２１〜２４から負荷率１００％に等しい量の総電力が出力される。

時刻Ｔ_２では、負荷３３が変動し、負荷率が５０％に降下する。これに応じて、マスタ１０は、電源装置２１〜２４の制御方式を１／Ｎ制御から台数制御に変更するとともに、電源装置２１及び２２を稼働し、電源装置２３及び２４を停止する。電源装置２１〜２４は、マスタ１０から指令を受けて、時刻Ｔ_２の後のＴ_２１まで互いに等しく出力をそれぞれ５０％まで下げ、電源装置２１及び２２は時刻Ｔ_２１の後、互いに等しく出力をそれぞれ１００％まで上げ、電源装置２３及び２４は時刻Ｔ_２１の後、互いに等しく出力をそれぞれ０％まで下げる（すなわち、停止する）。それにより、電源装置２１及び２２から負荷率５０％に等しい量の総電力が出力される。

時刻Ｔ_３では、負荷３３が変動し、負荷率がさらに２５％まで降下する。これに応じて、マスタ１０は、電源装置２１〜２４の制御方式として台数制御を維持するとともに、電源装置２１のみを稼働し、電源装置２２をさらに停止する。マスタ１０から指令を受けて、電源装置２１は出力１００％を維持し、電源装置２３及び２４は出力０％を維持し（すなわち、停止を維持し）、電源装置２２は時刻Ｔ_３１の後、出力を０％まで下げる（すなわち、停止する）。それにより、電源装置２１のみにより負荷率２５％に等しい量の総電力が出力される。

時刻Ｔ_４では、負荷３３が変動し、負荷率が７５％に上昇する。これに応じて、マスタ１０は、電源装置２１〜２４の制御方式として台数制御を維持するとともに、電源装置２１〜２３を稼働する、すなわち電源装置２２及び２３を再稼働する。マスタ１０から指令を受けて、電源装置２１は出力１００％を維持し、電源装置２４は出力０％を維持し（すなわち、停止を維持し）、電源装置２２及び２３は時刻Ｔ_４１の後、出力を１００％まで上げる。それにより、電源装置２１〜２３のみにより負荷率７５％に等しい量の総電力が出力される。

時刻Ｔ_５では、一例として、電源装置２２が異常又はメンテナンスにより停止したとする。マスタ１０は、電源装置２２の異常を検出し、電源装置２１〜２４の制御方式として台数制御を維持するとともに、電源装置２２に代えて電源装置２４を稼働する。マスタ１０から指令を受けて、電源装置２１及び２３は出力１００％を維持し、電源装置２４は時刻Ｔ_５１の後、出力を１００％まで上げる。それにより、電源装置２１，２３，２４により負荷率７５％に等しい量の総電力の出力を維持する。

図４は、本実施形態に係る電源システム１における台数制御フローを示す。この台数制御フローは、図３の動作タイムチャート内の時刻Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４における台数制御に適用される。時刻Ｔ_２における台数制御を例に台数制御フローを説明する。

ステップＳ１１では、マスタ１０により、負荷３３及び電源装置２１〜２４の状態を検出する。マスタ１０は、検出部１０ａにより、各電源装置２１〜２４（電源回路２１ａ〜２４ａ）に設けられた検出器（不図示）から検出結果を各スレーブ制御装置２１ｓ〜２４ｓを介して受信する。本例の一つとしては、時刻Ｔ_２における負荷率１００％から５０％の低下が検出される。

ステップＳ１２では、マスタ１０により、負荷３３における負荷率（ここでは、単に、負荷とも呼ぶ）が変動したか否か判断する。マスタ１０は、選択部１０ｂにより、検出部１０ａにより受信した検出結果に基づいて、負荷の変動を判断する。負荷が変動したと判断した場合、ステップＳ１３に進む。負荷は変動していないと判断した場合、ステップＳ１１に戻る。それにより、電源装置２１〜２４の制御方式及び運転状態が維持される。本例では、マスタ１０は負荷が変動したと判断して、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、マスタ１０により、運転台数を変更するかどうか判断する。運転台数を変更する場合、マスタ１０は、選択部１０ｂにより、電源装置２１〜２４の制御方式として１／Ｎ制御を選択している場合には台数制御に制御方式を変更し、負荷３３の状態、さらには電源装置２１〜２４の状態に基づいて、動作させる台数及び電源装置を選択して、ステップＳ１４に進む。運転台数を変更しない場合、ステップＳ１１に戻る。それにより、電源装置２１〜２４の制御方式及び運転状態が維持される。本例では、マスタ１０は、運転台数を変更することを判断し、電源装置２１〜２４の制御方式を１／Ｎ制御から台数制御に変更するとともに、電源装置２１及び２２の２台を稼働し、電源装置２３及び２４を停止することを選択する。

なお、負荷３３の変動を検出した時刻Ｔ_２から台数制御を開始する時刻Ｔ_２１まで、電源装置２１〜２４の制御方式として１／Ｎ制御が維持されるため、電源装置２１〜２４は互いに等しく出力をそれぞれ５０％まで下げることとなる。

ステップＳ１４では、マスタ１０により、停止対象の電源装置を停止する。本例では、マスタ１０は、指示部１０ｃにより、停止対象の電源装置２３及び２４のスレーブ２３ｓ及び２４ｓに停止信号を送信する。電源装置２３及び２４のスレーブ２３ｓ，２４ｓは、パルス幅変調部５３から電源回路２３ａ及び２４ａに送信するゲート信号を停止する。それにより、電源装置２３及び２４が停止する。このとき、スレーブ２３ｓ，２４ｓの制御プロセッサ４０（シーケンス制御部４２）が、制御演算部５１、パルス幅変調部５３、及びＡ／Ｄ変換器制御部５４に停止信号を送信（すなわち、クロック供給を停止）するとともに、制御プロセッサ４０と制御回路５０との間の通信頻度を減らす又は通信を停止する。ここで、停止信号を受信した制御ブロックは停止する。それにより、スレーブ２３ｓ，２４ｓの消費電力が抑えられる。

ステップＳ１５では、マスタ１０により、運転対象の電源装置に対して指令値を変更する。本例では、マスタ１０は、指示部１０ｃにより、運転対象の電源装置２１及び２２のスレーブ２１ｓ及び２２ｓにそれぞれ出力５０％から１００％に上昇する指令値を送信する。このとき、スレーブ２１ｓ，２２ｓの制御プロセッサ４０（指令値演算部４１及びシーケンス制御部４２）が出力５０％から１００％に緩やかに上昇する出力電流の振幅値を演算し、制御回路５０の制御演算部５１がその演算結果を指令値と用いて瞬時値制御における目標瞬時値を演算し、パルス幅変調部５３が目標瞬時値に基づいて電源回路２１ａ及び２２ａをＰＷＭ制御することで、電源装置２１及び２２から負荷率５０％に等しい量の総電力が出力される。

ステップＳ１５の後、ステップＳ１１に戻り、上述のステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返す。

図５は、本実施形態に係る電源システム１における異常発生時の制御フローを示す。この異常発生時の制御フローは、図３の動作タイムチャート内の時刻Ｔ_５における台数制御に適用される。

ステップＳ２１では、スレーブ２１ｓ〜２４ｓにより、それぞれ電源装置２１〜２４において異常（メンテナンスによる停止を含む）が検知されたか否か判断する。スレーブ２１ｓ〜２４ｓのそれぞれの制御プロセッサ４０は、Ａ／Ｄ変換器６０から制御回路５０を介して送信される電源回路２１ａ〜２４ａの状態に関する状態変数を受信し、これに基づいて電源装置２１〜２４の異常を検知する。電源装置２１〜２４の少なくとも１つについて異常が検知された場合、ステップＳ２２に進み、異常が検知されない場合、ステップＳ２１に戻る。本例では、スレーブ２２ｓの制御プロセッサ４０により電源装置２２の異常が検知されたと判断され、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、スレーブ２１ｓ〜２４ｓにより、異常が検知された電源装置を停止する。本例では、異常が検知された電源装置２２のスレーブ２２ｓは、制御プロセッサ４０（シーケンス制御部４２）によりパルス幅変調部５３に停止信号を送信して、パルス幅変調部５３から電源回路２２ａに送信するゲート信号を停止する。それにより、電源装置２２が停止する。このとき、制御プロセッサ４０（シーケンス制御部４２）が、制御演算部５１、パルス幅変調部５３、及びＡ／Ｄ変換器制御部５４に停止信号を送信（すなわち、クロック供給を停止）するとともに、制御プロセッサ４０と制御回路５０との間の通信頻度を減らす又は通信を停止する。ここで、停止信号を受信した制御ブロックは停止する。それにより、スレーブ２２ｓの消費電力が抑えられる。

ステップＳ２３では、スレーブ２１ｓ〜２４ｓにより、異常検知をマスタ１０に通知する。本例では、スレーブ２２ｓにおいて、制御プロセッサ４０（シーケンス制御部４２）が、電源装置２２において異常を検知したことを運転状態として高速シリアル通信部５６を介してマスタ１０に通知する。

ステップＳ２４では、マスタ１０により、電源装置２１〜２４の運転台数を変更する。マスタ１０は、選択部１０ｂにより、電源装置２１〜２４の制御方式として１／Ｎ制御を選択している場合には台数制御に制御方式を変更し、負荷３３の状態、さらには電源装置２１〜２４の状態に基づいて動作させる台数及び電源装置を選択する。本例では、マスタ１０は、電源装置２１〜２４の制御方式として台数制御を維持するとともに、電源装置２２に代えて電源装置２４を稼働することを選択する。

ステップＳ２５では、マスタ１０により、運転対象の電源装置に対して指令値を変更する。本例では、マスタ１０は、指示部１０ｃにより、運転対象の電源装置２４のスレーブ２４ｓに出力０％から１００％に上昇する指令値を送信する。このとき、スレーブ２４ｓの制御プロセッサ４０（指令値演算部４１及びシーケンス制御部４２）が出力０％から１００％に緩やかに上昇する電流の振幅値を演算し、制御回路５０の制御演算部５１がその演算結果を指令値と用いて瞬時値制御における目標瞬時値を演算し、パルス幅変調部５３が目標瞬時値に基づいて電源回路２４ｓをＰＷＭ制御することで、電源装置２１，２３，２４により負荷率７５％に等しい量の総電力の出力を維持する。

ステップＳ２５の後、ステップＳ２１に戻り、上述のステップＳ２１〜Ｓ２５を繰り返す。

なお、本実施形態に係る電源システム１では、同種の電源装置２１〜２４を備えることとしたが、少なくとも一部が異種の電源装置を備えてもよい。また、台数制御において、一部の電源装置を常時稼働し、一部の電源装置についてのみ制御装置を停止してもよい。制御装置を停止する場合に、一部の電源装置については上述のようにスレーブ内の機能ブロックの一部を停止し、残りの電源装置については制御装置の全機能ブロックを停止してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１…電源システム、１０…マスタ制御装置（マスタ）、１０ａ…検出部、１０ｂ…選択部、１０ｃ…指示部、２１〜２４…電源装置、２１ａ〜２４ａ…電源回路、２１ｓ〜２４ｓ…スレーブ制御装置（スレーブ）、２１ｉ〜２４ｉ…入力端子、２１ｊ〜２４ｊ…入力端子、２１ｏ〜２４ｏ…出力端子、２１ａ_１…整流器、２１ａ_２…インバータ、２１ａ_３…チョッパ、３１…商用電源、３２ａ〜３２ｄ…蓄電池、３３…負荷、４０…制御プロセッサ、４１…指令値演算部、４２…シーケンス制御部、５０…制御回路、５１…制御演算部、５２…キャリア生成部、５３…パルス幅変調部、５４…Ａ／Ｄ変換器制御部、５６…高速シリアル通信部、６０…Ａ／Ｄ変換器。

Claims (11)

1. 負荷に並列に接続され、入力電力を変換して、前記負荷へ出力電力を供給する電源回路及び前記電源回路を制御するスレーブ制御装置を有する複数の電源装置と、
   前記複数の電源装置の前記スレーブ制御装置に指令を与えるマスタ制御装置と、
   を備え、
   前記マスタ制御装置は、前記複数の電源装置のうち停止の指令を与えた前記スレーブ制御装置の少なくとも一部の動作を停止させ、さらに、負荷の変動が基準範囲内であることに応じて、前記複数の電源装置のうち動作させている電源装置の一部のみの負荷率を変更させ、負荷の変動が前記基準範囲を超えたことに応じて、前記複数の電源装置の全ての負荷率を変更させる、電源システム。
2. 前記スレーブ制御装置は、
   前記出力電力の指令値を演算する指令値演算部と、
   前記電源回路の状態に応じて前記出力電力の目標瞬時値を演算する制御演算部と、
   を有し、
   前記複数の電源装置のうち、停止の指令を受けた電源装置のうち少なくとも一部の前記スレーブ制御装置は、前記制御演算部の動作を停止する
   請求項１に記載の電源システム。
3. 前記スレーブ制御装置は、
   プログラムを実行することにより前記指令値演算部として機能する制御プロセッサと、
   前記制御演算部をハードウェア実装する制御回路と、
   を有し、
   前記複数の電源装置のうち前記停止の指令を受けた電源装置のうち少なくとも一部の前記制御プロセッサは、前記制御回路の少なくとも一部の動作を停止させる
   請求項２に記載の電源システム。
4. 前記複数の電源装置のうち前記停止の指令を受けた電源装置のうち少なくとも一部の前記制御プロセッサは、前記制御回路における制御演算を行う回路に対するクロック供給を停止させる請求項３に記載の電源システム。
5. 前記制御回路は、目標瞬時値に基づき前記電源回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ回路を更に有し、
   前記複数の電源装置のうち前記停止の指令を受けた電源装置のうち少なくとも一部の前記制御プロセッサは、前記ＰＷＭ回路に対するクロック供給を停止させる
   請求項３または４に記載の電源システム。
6. 前記複数の電源装置のうち前記停止の指令を受けた電源装置のうち少なくとも一部の前記制御プロセッサは、前記制御回路との間の通信頻度を減らす請求項３から５のいずれか一項に記載の電源システム。
7. 前記マスタ制御装置は、前記複数の電源装置のうち前記停止の指令を受けた電源装置の一部について、前記制御プロセッサの動作を停止させる請求項３から６のいずれか一項に記載の電源システム。
8. 前記マスタ制御装置は、前記複数の電源装置のうち異常が検出された電源装置以外の中から動作させる電源装置を選択する請求項１から７のいずれか一項に記載の電源システム。
9. 前記マスタ制御装置は、前記複数の電源装置のうち動作させる電源装置を予め定められたタイミングで変更して、前記複数の電源装置の間における使用量の偏りを低減させる請求項１から８のいずれか一項に記載の電源システム。
10. 前記マスタ制御装置は、
    前記複数の電源装置のそれぞれの運転時間を監視し、
    前記複数の電源装置のうち動作させる電源装置を前記予め定められたタイミングで変更して、前記複数の電源装置の間における運転時間の差を低減させる請求項９に記載の電源システム。
11. 電源システムの制御方法であって、
    前記電源システムは、
    負荷に並列に接続され、入力電力を変換して、前記負荷へ出力電力を供給する電源回路及び前記電源回路を制御するスレーブ制御装置を有する複数の電源装置と、
    前記負荷の状態または入力電力の状態に基づいて、前記複数の電源装置の前記スレーブ制御装置を制御するマスタ制御装置と、
    を備え、
    前記複数の電源装置のうち停止の指令を受けた電源装置のうち少なくとも一部が、前記スレーブ制御装置における前記電源回路を制御するための制御演算の少なくとも一部を停止させ、さらに、負荷の変動が基準範囲内であることに応じて、前記複数の電源装置のうち動作させている電源装置の一部のみの負荷率を変更させ、負荷の変動が前記基準範囲を超えたことに応じて、前記複数の電源装置の全ての負荷率を変更させる
    制御方法。

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