配電システム
【課題】コンデンサの容量を小さくしながらも、負荷への印加電圧の安定化を図ることができる配電システムを提供する。
【解決手段】混合部７は、交流電力供給源３からの交流電力を整流変換部６にて整流することで脈流電力に変換し、直流電力供給源Ｅからの直流電力を前記脈流電力と混合させることにより、脈流電力と混合電力とのうちで電圧値が高い方の電力を後段の電力変換部１５に出力する。電力変換部１５では、脈流電力と直流電力との混合電力を直流電力に変換し、混合配電路Ｌ２０を通して直流負荷に出力する。
【解決手段】混合部７は、交流電力供給源３からの交流電力を整流変換部６にて整流することで脈流電力に変換し、直流電力供給源Ｅからの直流電力を前記脈流電力と混合させることにより、脈流電力と混合電力とのうちで電圧値が高い方の電力を後段の電力変換部１５に出力する。電力変換部１５では、脈流電力と直流電力との混合電力を直流電力に変換し、混合配電路Ｌ２０を通して直流負荷に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を配電する配電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流電力の供給を受けて動作する直流負荷が種々提供されている。この種の直流負荷のうち、商用電源等からの交流電力を供給する一般的な交流コンセントに接続して使用されるものは、整流回路を含み交流を直流に変換する外付けのＡＣアダプタを用いることにより、交流コンセントからの電力供給で動作可能な構成を採用している（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
これに対して、本出願人は、たとえば住宅などの分電盤内に配設した大容量且つ高効率のＡＣ／ＤＣコンバータによって商用電源からの電力を直流電力に変換し、各部屋に設置され正極および負極の一対の給電部を有する直流コンセント等の直流アウトレットに対して直流配電路を介して分電盤から直流電力を配電するＤＣ配電システムを提案している（たとえば特許文献２参照）。このＤＣ配電システムにおいて直流負荷を使用する場合、直流負荷は直流アウトレットに接続されることにより交流電力ではなく直流電力が供給されることとなるため、上記ＡＣアダプタが不要になる。また、この種のＤＣ配電システムでは、商用電源からの電力の消費量を少なく抑えるために、商用電源からの電力を変換して得られる直流電力だけでなく、太陽電池や燃料電池等の自家発電設備からの直流電力も併せて利用することが考えられている。
【特許文献１】特開２００７−５９１５６号公報
【特許文献２】特開２００８−４３０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したＤＣ配電システムにおいては、一般的に、直流負荷への印加電圧の安定化を図るためＡＣ／ＤＣコンバータの出力段に出力電圧の変動を抑制するコンデンサが設けられている。しかしながら、強電系の直流負荷を接続する場合などで直流負荷への印加電圧が高く（たとえば１００〜２００Ｖ）なると、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の安定化を図るためには、前記コンデンサとして比較的大容量且つ高耐圧のコンデンサを用いる必要があり、ＡＣ／ＤＣコンバータの小型化や低コスト化の妨げになるという問題がある。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであって、電圧変動を抑制するために設けられるコンデンサの容量を小さくしながらも、負荷への印加電圧の安定化を図ることができる配電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】
【０００６】
請求項１の発明は、交流電力を供給する交流電力供給源と、直流電力を供給する直流電力供給源と、交流電力供給源および直流電力供給源に接続され、交流電力供給源からの交流電力を整流して得られる脈流電力に直流電力供給源からの直流電力を混合することで、脈流電力および直流電力のうち電圧値が高い方の電力を出力する混合部と、電圧変動を抑制するためのコンデンサを出力段に具備し混合部から出力される電力を直流電力に変換して出力する電力変換部と、電力変換部から出力される直流電力を負荷に供給する混合配電路とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、電力変換部に対しては混合部において脈流と直流とを混合した電力が入力されるので、電力変換部に脈流のみが入力される場合に比べると、電力変換部の出力段に電圧変動を抑制するために設けられるコンデンサの容量を小さくしながらも、電力変換部から出力される負荷への印加電圧の安定化を図ることができるという利点がある。また、負荷に対しては交流電力供給源からの脈流電力と直流電力供給源からの直流電力とを混合した電力が供給されるので、仮に直流電力供給源のみでは賄えない程の大電流が負荷に流れたとしても、交流電力供給源からの電力も併せて利用することで負荷へは安定して電力供給を行うことができるという利点もある。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記混合部に対して前記直流電力供給源から印加される直流電圧が、前記交流電力供給源からの交流電圧を整流して得られる脈流電圧の最大値より小さく且つ最小値よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、混合部において脈流電圧の谷部分の一部が直流電圧によって埋められることとなるので、電力変換部への印加電圧は平準化されゼロになることがなく、電力変換部から出力される負荷への印加電圧の安定化を図ることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記混合部が、前記電力変換部に対する前記交流電力供給源からの電力供給量と前記直流電力供給源からの電力供給量との配分を可変制御する配分制御部を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、交流電力供給源と直流電力供給源との出力配分を可変制御することで、負荷容量に応じた供給電力設定が可能となるので、負荷容量に依存せずに直流電力供給源を選択することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記配分制御部が、前記交流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、配分制御部は交流電圧を変圧できるものであればよいので、比較的簡単な構成で交流電力供給源と直流電力供給源との出力配分を制御可能となる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記配分制御部が、前記直流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、配分制御部は直流電力供給源からの電力供給量を制御するので、商用電源等の交流電力供給源に比べて出力が不安定となる太陽電池等を直流電力供給源に用いた場合でも、混合部に対する直流電力の供給量を安定させることができ、交流電力供給源と直流電力供給源との出力配分が安定するという利点がある。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項３ないし請求項５のいずれかの発明において、前記配分制御部が、入力側と出力側とで電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、複数台の負荷に１つの直流電力供給源を共用する場合でも、配分制御部を介して複数台の負荷間が短絡することはなく、各負荷を独立して動作させることができるので、負荷ごとに個別の直流電力供給源を用意する必要がない。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明において、前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とが各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、負荷ごとに異なる直流電力供給源から電力供給を行うことで、交流電力供給源からの電力供給量と直流電力供給源からの電力供給量との配分を各直流電力供給源の電源容量に応じて個別に設定することができる。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項３ないし請求項６のいずれかの発明において、前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とが各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられており、前記配分制御部が、少なくとも１つの混合部に備わっていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、負荷ごとに異なる直流電力供給源から電力供給を行うことで、交流電力供給源からの電力供給量と直流電力供給源からの電力供給量との配分を各直流電力供給源の電源容量に応じて個別に設定することができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明において、前記電力変換部が、力率を改善する力率改善回路を有することを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、負荷に供給される電力の力率を改善することができる。また、たとえ負荷に大電流が流れたとしても、力率改善回路によって高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明において、前記電力変換部が、前記混合部に接続されそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路を有することを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、複数台の負荷に対する出力電圧を各変換回路で個別に設定することができる。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明において、前記電力変換部が、前記混合部に接続され力率を改善する力率改善回路と、１つの力率改善回路の出力をそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路とを有することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、複数台の負荷に対する出力電圧を各変換回路で個別に設定することができる。また、力率改善回路によって、負荷に供給される電力の力率を改善することができ、たとえ負荷に大電流が流れたとしても、高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、電力変換部に対しては混合部において脈流と直流とを混合した電力が入力されるので、電力変換部に脈流のみが入力される場合に比べると、電力変換部の出力段に設けられるコンデンサの容量を小さくしながらも、電力変換部から出力される負荷への印加電圧の安定化を図ることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本実施形態の配電システムは、図１に示すように、宅内の負荷（電気機器）に電力供給するためのものであって、宅内の所定箇所に設置され交流駆動型の負荷（以下、交流負荷という）に交流電力を供給するための交流分電盤１と、宅内の所定箇所に設置され直流駆動型の負荷（以下、直流負荷という）に直流電力を供給するための直流分電盤２とを備えている。
【００３０】
交流分電盤１には、交流引込線路Ｌ１を介して交流電力供給源３に接続される主幹ブレーカ４と、それぞれ交流導電路Ｌ２を介して主幹ブレーカ４に接続される複数個の分岐ブレーカ５とが収納されており、各分岐ブレーカ５にそれぞれ交流配電路Ｌ３を介して交流に対応した負荷回路（各部屋に設置された交流コンセント、壁スイッチ等の配線器具や照明器具などを含む）が接続されることにより、各交流負荷（図示せず）への交流電力の供給が可能となる。ここに、交流電力供給源３は単相三線式の商用電源であって、中性極Ｎ（図６参照）と一対の電圧極Ｖ１，Ｖ２（図６参照）との３線からなる交流引込線路Ｌ１によって主幹ブレーカ４に接続されるものとする。
【００３１】
主幹ブレーカ４は、交流引込線路Ｌ１が接続される１次側端子（図示せず）と、交流導電路Ｌ２が接続される２次側端子（図示せず）と、１次側端子−２次側端子間に挿入された接点（図示せず）とを有しており、当該接点により分岐ブレーカ５への給電をオンオフする。各分岐ブレーカ５は、それぞれ電源端子（図示せず）を具備しており、主幹ブレーカ４の２次側端子に接続された３極（中性極Ｎおよび一対の電圧極Ｌ１，Ｌ２）の交流導電路Ｌ２のうち２極にのみ電源端子を接続する形で、主幹ブレーカ４と電気的に接続される。しかして、中性極Ｎといずれか一方の電圧極Ｌ１，Ｌ２とに接続された分岐ブレーカ５には交流１００Ｖが給電され、一対の電圧極Ｌ１，Ｌ２に接続された分岐ブレーカ５には交流２００Ｖが給電されることとなる。また、各分岐ブレーカ５には、上記負荷回路を接続するための負荷端子（図示せず）と、電源端子−負荷端子間に介在する接点（図示せず）とが設けられており、当該接点により負荷回路への給電をオンオフする。
【００３２】
ここにおいて、本実施形態では、１個の分岐ブレーカ（ここでは、交流１００Ｖが給電される分岐ブレーカとする）５の負荷端子に接続された整流変換部（ダイオードブリッジ）６を交流分電盤１内に設けており、当該整流変換部６により交流を全波整流して脈流に変換するように構成されている。この整流変換部６は、後述する混合部７の一部を構成するものである。
【００３３】
一方、直流分電盤２には、直流導電路Ｌ１０を介して直流電力供給源Ｅに接続される複数個（ここでは３個）の分岐プロテクタ８が収納されており、各分岐プロテクタ８にそれぞれ直流配電路Ｌ１１を介して直流に対応した負荷回路（各部屋に設置され正極および負極の一対の給電部を有する直流コンセント等の直流アウトレット、壁スイッチ等の配線器具や照明器具などを含む）が接続されることにより、各直流負荷（図示せず）への直流電力の供給が可能となる。分岐プロテクタ８は、直流配電路Ｌ１１に流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流負荷への給電を制限ないし遮断する。
【００３４】
直流電力供給源Ｅは、直流電力を生成する自家発電設備としての太陽電池９や燃料電池１０、さらに２次電池１１を含んでおり、これらの出力は直流引込線路Ｌ１２にて直流分電盤２に引き込まれ、直流分電盤２内に設けられた電圧制御部１２にて所定の直流電圧に変換された後に分岐プロテクタ８に入力される。また、直流電力供給源Ｅは、スイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１３を直流分電盤２内に具備している。ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の出力は直流導電路Ｌ１０に接続されており、交流電力供給源３の出力の一部が分岐ブレーカ５を通してＡＣ／ＤＣコンバータ１３に入力されることで直流導電路Ｌ１０上に直流電力が出力される。２次電池１１は充放電を制御するための回路部も含んでおり、太陽電池９や燃料電池１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の出力により適時充電され（充電経路の図示は省略する）、太陽電池９や燃料電池１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３から電力供給の停止時（停電時等）などに必要に応じて放電される。
【００３５】
図示例において、電圧制御部１２は、直流電圧を降圧して出力する降圧チョッパ回路を含んだＤＣ／ＤＣコンバータからなり、太陽電池９と燃料電池１０と２次電池１１とのそれぞれに対して個別に設けられている。しかして、分岐プロテクタ８に直流配電路Ｌ１１を介して接続される直流負荷（以下、弱電系直流負荷という）には比較的低圧（たとえば５〜５０Ｖ）の直流電圧が印加されることとなる。つまり、直流配電路Ｌ１１に接続される弱電系直流負荷においては、直流電力が直接供給されることとなり、交流を直流に変換するＡＣアダプタが不要になる。ここで、電圧制御部１２は、太陽電池９と燃料電池１０と２次電池１１とから弱電系直流負荷への電力の配分を制御する機能を有している。また、各電圧制御部１２の出力側から電流が逆流することがないように、各電圧制御部１２にはダイオード等によって逆流防止の機能が付与されている。なお、電圧制御部１２は、直流電圧を降圧して出力するものに限らず、直流電圧を昇圧または昇降圧して出力するものであってもよく、弱電系直流負荷に応じて適宜設計される。
【００３６】
また、本実施形態の変形例として、図２に示すように太陽電池９および燃料電池１０の出力を、２次電池１１に一旦蓄えてから電圧制御部１２に出力する構成を採用することも考えられる。具体的には、２次電池１１の充電電流を制御する充電回路１４を介して太陽電池９および燃料電池１０を２次電池１１に接続し、２次電池１１の出力を電圧制御部１２の入力側に接続する。この場合、電圧制御部１２は２次電池１１に対してのみ設けられる。
【００３７】
ところで、本実施形態の配電システムでは、上述した交流負荷への電力供給および弱電系直流負荷への電力供給に加えて、比較的高圧（たとえば１００〜２００Ｖ）の直流電圧で駆動する直流負荷（以下、強電系直流負荷という）に対しても直流電力を供給できるように構成されている。
【００３８】
具体的には、図１に示すように、交流電力供給源３からの交流電力を整流変換部６で整流して得られる脈流電力と直流電力供給源Ｅからの直流電力とを混合するための混合部７が交流分電盤１内に設けられ、さらに、脈流と直流とが混合された電力（以下、混合電力という）を直流電力に変換する電力変換部１５が混合部７の出力側に設けられている。混合部７は、交流分電盤１内に、整流変換部６の出力および直流導電路Ｌ１０を電力変換部１５の入力に接続するための接続部１６を有している。ここに、接続部１６は直流導電路Ｌ１０の高電位側（正極）が接続される高電位点１６ａと、直流導電路Ｌ１０の低電位側（負極）が接続される低電位点１６ｂとを有し、高電位点１６ａでは、整流変換部６の出力と直流導電路Ｌ１０とが各々の高電位側同士を互いに接続する形で結線され、低電位点１６ｂでは、整流変換部６の出力と直流導電路Ｌ１０とが各々の低電位側同士を互いに接続する形で結線される。
【００３９】
ここで、直流導電路Ｌ１０側から接続部１６に印加される直流電圧の大きさは、接続部１６に印加される脈流電圧の最小値と最大値との間の大きさに設定される。したがって、接続部１６から電力変換部１５に入力される電圧波形は、図３に示すように脈流の谷部分の一部が直流によって埋められた形となる。要するに、図３に破線で示すように接続部１６には脈流電圧と直流電圧とが同時に印加されるので、電力変換部１５に対しては図３に実線で示すように脈流電力と直流電力とのうち電圧値の高い方の電力が供給されることとなる。なお、図３中に「ＤＣ」で示す期間には直流電力が電力変換部１５に供給され、図３中に「ＡＣ」で示す期間には脈流電力が電力変換部１５に供給されることとなる。
【００４０】
さらに、混合部７は、直流導電路Ｌ１０と接続部１６との間に、接続部１６に入力される直流と脈流との配分を可変制御するための配分制御部１７を具備している。配分制御部１７は、直流分電盤２内に設けられ電圧制御部１２の出力電圧をさらに所望の大きさの直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータからなり、接続部１６に印加される脈流電圧の最小値と最大値との間の範囲内で出力電圧を可変制御するように構成される。
【００４１】
本実施形態の変形例として、図４に示すように（図４では、直流電力供給源Ｅを簡略的に図示する）、整流変換部６の前段（入力側）に配分制御部１８を設けることも考えられる。この場合、配分制御部１８は、交流電圧を所定の大きさに変換してから整流変換部６に出力するのであって、電圧可変トランス（スライダック（登録商標））、あるいはインバータ回路と共振回路とを組み合わせた回路が用いられる。後者の構成では、共振回路の共振周波数に対してインバータ回路の駆動周波数を可変制御することにより、出力電圧を可変制御することができる。このように、交流電力供給源３からの電力供給路上に配分制御部１８を設けることにより、配分制御部１８の構成の簡略化を図ることができる。なお、図４の例では、直流電力供給源Ｅからの電力供給路上と交流電力供給源３からの電力供給路上とのそれぞれに配分制御部１７，１８を設けているが、交流側にのみ配分制御部１８を設けるようにしてもよい。
【００４２】
ここにおいて、接続部１６から交流電力供給源３側および直流電力供給源Ｅ側に電流が逆流することを防止するため、混合部７には逆流防止部が設けられる。本実施形態では、整流変換部（ダイオードブリッジ）６が交流側の逆流防止部として兼用され、また、配分制御部１７にダイオードを設けることにより当該配分制御部１７が直流側の逆流防止部として兼用される。
【００４３】
また、電力変換部１５は、力率を改善するための力率改善回路（ＰＦＣ）１９と、力率改善回路１９の後段において出力電圧を所望の大きさに変換する変換回路２０とを有しており、変換回路２０の出力には、混合配電路Ｌ２０を介して強電系直流負荷２１（図５参照）が接続される。これにより、接続部１６で混合された混合電力は、力率改善回路１９および変換回路２０を通して強電系直流負荷２１に供給されることとなる。ここに、変換回路２０は、直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータからなるものであって、出力電圧の変動を抑制して強電系直流負荷２１への印加電圧の安定化を図るためのコンデンサ（図示せず）を出力段に具備する。なお、図１では、力率改善回路１９と変換回路２０とを別々に表しているが、たとえば変換回路２０としてチョッパ回路を用いる場合には当該チョッパ回路を力率改善回路１９として兼用することが可能である。
【００４４】
以上説明した構成の配電システムによれば、電力変換部１５には接続部１６で脈流と直流とを混合してなる混合電力が入力されるので、電力変換部１５の入力電圧が平準化されることとなり（図３参照）、電力変換部１５に脈流のみが入力される場合に比べて、電力変換部１５の出力電圧の安定化を図ることができる。したがって、電力変換部１５の出力段に設けられているコンデンサとして、比較的容量の小さいものを用いながらも、強電系直流負荷２１に印加される直流電圧の安定化を図ることができる。また、強電系直流負荷２１に対しては、交流電力供給源３からの電力と直流電力供給源Ｅからの電力とを混合した混合電力が供給されるので、直流電力供給源Ｅのみでは賄えない程の大電流が強電系直流負荷２１に流れても、交流電力供給源３からの電力を利用することで、安定した電力供給を行うことができる。
【００４５】
ここにおいて、本実施形態の配電システムを使用するに当たっては、図５に示すように、力率改善回路１９の出力に複数台の変換回路２０を並列接続し、各変換回路２０の出力にそれぞれ強電系直流負荷２１を接続することが考えられる。この場合、１つの力率改善回路１９を複数台の強電系直流負荷２１で共用することができ、また、各変換回路２０の出力電圧を個別に設定することにより、定格電圧の異なる複数台の強電系直流負荷２１を同時に使用することができる。さらに、１つの変換回路２０の出力に、複数台の強電系直流負荷２１を並列接続することも可能である。なお、必要に応じて力率改善回路１９を省略することも可能である。
【００４６】
ところで、上記実施形態では、交流１００Ｖが給電される分岐ブレーカ５の後段に整流変換部６および接続部１６を設ける例を示したが、この例に限らず、交流２００Ｖが給電される分岐ブレーカ５の後段に整流変換部６および接続部１６を設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、図６に示すように、主幹ブレーカ４の２次側端子に接続された３極（中性極Ｎおよび一対の電圧極Ｖ１，Ｖ２）の交流導電路Ｌ２の全てを用いて、接続部１６に入力する脈流を生成することも考えられる。図６の例では、一対の電圧極Ｖ１，Ｖ２の交流導電路Ｌ２のそれぞれがダイオードＤ１，Ｄ２を介して接続部１６における高電位点１６ａに接続され、中性極Ｎの交流導電路Ｌ２が接続部１６における低電位点１６ｂに直接接続されており、各電圧極Ｖ１，Ｖ２の交流導電路Ｌ２にそれぞれ挿入されたダイオードＤ１，Ｄ２が整流変換部並びに逆流防止部として機能する。なお、図６の例では、直流側の配分制御部１７を省略し、逆流防止部としてのダイオードＤ３のみを直流電力供給源Ｅと接続部１６との間に挿入してある。
【００４８】
この場合、図７に示すように（図７では、直流電力供給源Ｅを簡略的に図示する）、接続部１６には一方の電圧極Ｖ１−中性極Ｎ間の電圧と、他方の電圧極Ｖ２−中性極Ｎ間の電圧とが交互に印加されることとなるため、結果的に、電力変換部１５には脈流と直流との混合電力が出力される。なお、図７中に「ＤＣ」で示す期間には直流電力供給源Ｅから電力変換部１５に電流が流れ、図７中に「ＡＣ１」で示す期間には一方の電圧極Ｖ１および中性極Ｎの交流導電路Ｌ２から電力変換部１５に電流が流れ、図７中に「ＡＣ２」で示す期間には他方の電圧極Ｖ２および中性極Ｎの交流導電路Ｌ２から電力変換部１５に電流が流れることとなる。
【００４９】
さらにまた、図８に示すように直流分電盤２内のＡＣ／ＤＣコンバータ１３を省略した構成の配電システムを実現することも可能である。この配電システムでは、交流分電盤１内の分岐ブレーカ５から直流分電盤２内のＡＣ／ＤＣコンバータ１３に給電するための経路が不要となる。図８の例では、直流側の配分制御部１７を省略し、分岐プロテクタ８に対する出力電圧の大きさを制御する電圧制御部１２を、配分制御部１７の代わりに用いるとともに、直流電力供給源Ｅと接続部１６との間に挿入されたダイオードＤ３を逆流防止部として用いている。
【００５０】
なお、上記実施形態では混合部７を交流分電盤１内に設ける例を示したが、この例に限らず、混合部７を交流分電盤１とは別の筐体内に収納するようにしてもよく、たとえば、直流分電盤２内や、電力変換部１５と同一の筐体内に混合部７を収納することが考えられる。
【００５１】
（実施形態２）
本実施形態の配電システムは、図９に示すように混合部７および電力変換部１５が複数個（ここでは２個）ずつ設けられている点が実施形態１の配電システムと相違する。
【００５２】
本実施形態の配電システムによれば、混合配電路Ｌ２０を複数系統（ここでは２系統）に分けることができ、各混合配電路Ｌ２０に対して強電系直流負荷２１をそれぞれ接続することができる。ここで、各混合配電路Ｌ２０から強電系直流負荷２１に印加される電圧の大きさは、各混合配電路Ｌ２０ごとに設けた電力変換部１５にて任意に設定可能であるから、混合配電路Ｌ２０に接続される強電系直流負荷２１の負荷容量に応じて出力電圧を個別に調節することができる。さらに、各混合部７ごとに設けた配分制御部１７にて脈流と直流との配分を任意に調節できるので、混合配電路Ｌ２０に接続される強電系直流負荷２１の負荷容量に応じて電力配分を個別に調節することも可能である。
【００５３】
また、図１０には、本実施形態の変形例として、整流変換部６と混合部７とを３個ずつ設けて混合配電路Ｌ２０を３系統に分けたものを例示する（図１０では、交流電力供給源３および直流電力供給源Ｅを簡略的に図示する）。図１０の例では、各直流電力供給源Ｅからの電力供給路上に配分制御部１７がそれぞれ設けられているだけでなく、各整流変換部６の前段にもそれぞれ配分制御部１８が設けられている。
【００５４】
ところで、本実施形態のように複数系統の混合配電路Ｌ２０を採用する場合に、これら複数系統の混合配電路Ｌ２０で１つの直流電力供給源Ｅを共用すると、直流側の配分制御部１７を通して各混合配電路Ｌ２０に接続された強電系直流負荷２１間で短絡が生じる可能性がある。そこで、図１１に示すように１つの直流電力供給源Ｅを複数系統の混合配電路Ｌ２０で共用する場合には、直流側の配分制御部１７の入出力間を電気的に絶縁することが望ましい。
【００５５】
すなわち、配分制御部１７内に絶縁トランスを用いて入出力間（絶縁トランスの１次側−２次側間）を絶縁することで、配分制御部１７を通して短絡が生じることを防止可能となる。また、強電系直流負荷２１の負荷容量によっては複数の直流電力供給源Ｅを用いる場合があるが、この場合でも、接続可能な直流電力供給源Ｅの台数が配線によって制限されることがなくなる。
【００５６】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態１を示す概略システム構成図である。
【図２】同上の変形例を示す概略システム構成図である。
【図３】同上の混合部の出力電圧を示す説明図である。
【図４】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【図５】同上の負荷の接続例を示す要部の概略システム構成図である。
【図６】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【図７】同上の混合部の出力電圧を示す説明図である。
【図８】同上の変形例を示す概略システム構成図である。
【図９】本発明の実施形態２を示す概略システム構成図である。
【図１０】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【図１１】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
３ 交流電力供給源
６ 整流変換部
７ 混合部
１５ 電力変換部
１７，１８ 配分制御部
１９ 力率改善回路
２０ 変換回路
２１ （強電系直流）負荷
Ｅ 直流電力供給源
Ｌ２０ 混合配電路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を配電する配電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流電力の供給を受けて動作する直流負荷が種々提供されている。この種の直流負荷のうち、商用電源等からの交流電力を供給する一般的な交流コンセントに接続して使用されるものは、整流回路を含み交流を直流に変換する外付けのＡＣアダプタを用いることにより、交流コンセントからの電力供給で動作可能な構成を採用している（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
これに対して、本出願人は、たとえば住宅などの分電盤内に配設した大容量且つ高効率のＡＣ／ＤＣコンバータによって商用電源からの電力を直流電力に変換し、各部屋に設置され正極および負極の一対の給電部を有する直流コンセント等の直流アウトレットに対して直流配電路を介して分電盤から直流電力を配電するＤＣ配電システムを提案している（たとえば特許文献２参照）。このＤＣ配電システムにおいて直流負荷を使用する場合、直流負荷は直流アウトレットに接続されることにより交流電力ではなく直流電力が供給されることとなるため、上記ＡＣアダプタが不要になる。また、この種のＤＣ配電システムでは、商用電源からの電力の消費量を少なく抑えるために、商用電源からの電力を変換して得られる直流電力だけでなく、太陽電池や燃料電池等の自家発電設備からの直流電力も併せて利用することが考えられている。
【特許文献１】特開２００７−５９１５６号公報
【特許文献２】特開２００８−４３０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したＤＣ配電システムにおいては、一般的に、直流負荷への印加電圧の安定化を図るためＡＣ／ＤＣコンバータの出力段に出力電圧の変動を抑制するコンデンサが設けられている。しかしながら、強電系の直流負荷を接続する場合などで直流負荷への印加電圧が高く（たとえば１００〜２００Ｖ）なると、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の安定化を図るためには、前記コンデンサとして比較的大容量且つ高耐圧のコンデンサを用いる必要があり、ＡＣ／ＤＣコンバータの小型化や低コスト化の妨げになるという問題がある。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであって、電圧変動を抑制するために設けられるコンデンサの容量を小さくしながらも、負荷への印加電圧の安定化を図ることができる配電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】
【０００６】
請求項１の発明は、交流電力を供給する交流電力供給源と、直流電力を供給する直流電力供給源と、交流電力供給源および直流電力供給源に接続され、交流電力供給源からの交流電力を整流して得られる脈流電力に直流電力供給源からの直流電力を混合することで、脈流電力および直流電力のうち電圧値が高い方の電力を出力する混合部と、電圧変動を抑制するためのコンデンサを出力段に具備し混合部から出力される電力を直流電力に変換して出力する電力変換部と、電力変換部から出力される直流電力を負荷に供給する混合配電路とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、電力変換部に対しては混合部において脈流と直流とを混合した電力が入力されるので、電力変換部に脈流のみが入力される場合に比べると、電力変換部の出力段に電圧変動を抑制するために設けられるコンデンサの容量を小さくしながらも、電力変換部から出力される負荷への印加電圧の安定化を図ることができるという利点がある。また、負荷に対しては交流電力供給源からの脈流電力と直流電力供給源からの直流電力とを混合した電力が供給されるので、仮に直流電力供給源のみでは賄えない程の大電流が負荷に流れたとしても、交流電力供給源からの電力も併せて利用することで負荷へは安定して電力供給を行うことができるという利点もある。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記混合部に対して前記直流電力供給源から印加される直流電圧が、前記交流電力供給源からの交流電圧を整流して得られる脈流電圧の最大値より小さく且つ最小値よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、混合部において脈流電圧の谷部分の一部が直流電圧によって埋められることとなるので、電力変換部への印加電圧は平準化されゼロになることがなく、電力変換部から出力される負荷への印加電圧の安定化を図ることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記混合部が、前記電力変換部に対する前記交流電力供給源からの電力供給量と前記直流電力供給源からの電力供給量との配分を可変制御する配分制御部を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、交流電力供給源と直流電力供給源との出力配分を可変制御することで、負荷容量に応じた供給電力設定が可能となるので、負荷容量に依存せずに直流電力供給源を選択することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記配分制御部が、前記交流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、配分制御部は交流電圧を変圧できるものであればよいので、比較的簡単な構成で交流電力供給源と直流電力供給源との出力配分を制御可能となる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記配分制御部が、前記直流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、配分制御部は直流電力供給源からの電力供給量を制御するので、商用電源等の交流電力供給源に比べて出力が不安定となる太陽電池等を直流電力供給源に用いた場合でも、混合部に対する直流電力の供給量を安定させることができ、交流電力供給源と直流電力供給源との出力配分が安定するという利点がある。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項３ないし請求項５のいずれかの発明において、前記配分制御部が、入力側と出力側とで電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、複数台の負荷に１つの直流電力供給源を共用する場合でも、配分制御部を介して複数台の負荷間が短絡することはなく、各負荷を独立して動作させることができるので、負荷ごとに個別の直流電力供給源を用意する必要がない。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明において、前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とが各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、負荷ごとに異なる直流電力供給源から電力供給を行うことで、交流電力供給源からの電力供給量と直流電力供給源からの電力供給量との配分を各直流電力供給源の電源容量に応じて個別に設定することができる。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項３ないし請求項６のいずれかの発明において、前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とが各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられており、前記配分制御部が、少なくとも１つの混合部に備わっていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、負荷ごとに異なる直流電力供給源から電力供給を行うことで、交流電力供給源からの電力供給量と直流電力供給源からの電力供給量との配分を各直流電力供給源の電源容量に応じて個別に設定することができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明において、前記電力変換部が、力率を改善する力率改善回路を有することを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、負荷に供給される電力の力率を改善することができる。また、たとえ負荷に大電流が流れたとしても、力率改善回路によって高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明において、前記電力変換部が、前記混合部に接続されそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路を有することを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、複数台の負荷に対する出力電圧を各変換回路で個別に設定することができる。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明において、前記電力変換部が、前記混合部に接続され力率を改善する力率改善回路と、１つの力率改善回路の出力をそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路とを有することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、複数台の負荷に対する出力電圧を各変換回路で個別に設定することができる。また、力率改善回路によって、負荷に供給される電力の力率を改善することができ、たとえ負荷に大電流が流れたとしても、高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、電力変換部に対しては混合部において脈流と直流とを混合した電力が入力されるので、電力変換部に脈流のみが入力される場合に比べると、電力変換部の出力段に設けられるコンデンサの容量を小さくしながらも、電力変換部から出力される負荷への印加電圧の安定化を図ることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本実施形態の配電システムは、図１に示すように、宅内の負荷（電気機器）に電力供給するためのものであって、宅内の所定箇所に設置され交流駆動型の負荷（以下、交流負荷という）に交流電力を供給するための交流分電盤１と、宅内の所定箇所に設置され直流駆動型の負荷（以下、直流負荷という）に直流電力を供給するための直流分電盤２とを備えている。
【００３０】
交流分電盤１には、交流引込線路Ｌ１を介して交流電力供給源３に接続される主幹ブレーカ４と、それぞれ交流導電路Ｌ２を介して主幹ブレーカ４に接続される複数個の分岐ブレーカ５とが収納されており、各分岐ブレーカ５にそれぞれ交流配電路Ｌ３を介して交流に対応した負荷回路（各部屋に設置された交流コンセント、壁スイッチ等の配線器具や照明器具などを含む）が接続されることにより、各交流負荷（図示せず）への交流電力の供給が可能となる。ここに、交流電力供給源３は単相三線式の商用電源であって、中性極Ｎ（図６参照）と一対の電圧極Ｖ１，Ｖ２（図６参照）との３線からなる交流引込線路Ｌ１によって主幹ブレーカ４に接続されるものとする。
【００３１】
主幹ブレーカ４は、交流引込線路Ｌ１が接続される１次側端子（図示せず）と、交流導電路Ｌ２が接続される２次側端子（図示せず）と、１次側端子−２次側端子間に挿入された接点（図示せず）とを有しており、当該接点により分岐ブレーカ５への給電をオンオフする。各分岐ブレーカ５は、それぞれ電源端子（図示せず）を具備しており、主幹ブレーカ４の２次側端子に接続された３極（中性極Ｎおよび一対の電圧極Ｌ１，Ｌ２）の交流導電路Ｌ２のうち２極にのみ電源端子を接続する形で、主幹ブレーカ４と電気的に接続される。しかして、中性極Ｎといずれか一方の電圧極Ｌ１，Ｌ２とに接続された分岐ブレーカ５には交流１００Ｖが給電され、一対の電圧極Ｌ１，Ｌ２に接続された分岐ブレーカ５には交流２００Ｖが給電されることとなる。また、各分岐ブレーカ５には、上記負荷回路を接続するための負荷端子（図示せず）と、電源端子−負荷端子間に介在する接点（図示せず）とが設けられており、当該接点により負荷回路への給電をオンオフする。
【００３２】
ここにおいて、本実施形態では、１個の分岐ブレーカ（ここでは、交流１００Ｖが給電される分岐ブレーカとする）５の負荷端子に接続された整流変換部（ダイオードブリッジ）６を交流分電盤１内に設けており、当該整流変換部６により交流を全波整流して脈流に変換するように構成されている。この整流変換部６は、後述する混合部７の一部を構成するものである。
【００３３】
一方、直流分電盤２には、直流導電路Ｌ１０を介して直流電力供給源Ｅに接続される複数個（ここでは３個）の分岐プロテクタ８が収納されており、各分岐プロテクタ８にそれぞれ直流配電路Ｌ１１を介して直流に対応した負荷回路（各部屋に設置され正極および負極の一対の給電部を有する直流コンセント等の直流アウトレット、壁スイッチ等の配線器具や照明器具などを含む）が接続されることにより、各直流負荷（図示せず）への直流電力の供給が可能となる。分岐プロテクタ８は、直流配電路Ｌ１１に流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流負荷への給電を制限ないし遮断する。
【００３４】
直流電力供給源Ｅは、直流電力を生成する自家発電設備としての太陽電池９や燃料電池１０、さらに２次電池１１を含んでおり、これらの出力は直流引込線路Ｌ１２にて直流分電盤２に引き込まれ、直流分電盤２内に設けられた電圧制御部１２にて所定の直流電圧に変換された後に分岐プロテクタ８に入力される。また、直流電力供給源Ｅは、スイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１３を直流分電盤２内に具備している。ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の出力は直流導電路Ｌ１０に接続されており、交流電力供給源３の出力の一部が分岐ブレーカ５を通してＡＣ／ＤＣコンバータ１３に入力されることで直流導電路Ｌ１０上に直流電力が出力される。２次電池１１は充放電を制御するための回路部も含んでおり、太陽電池９や燃料電池１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の出力により適時充電され（充電経路の図示は省略する）、太陽電池９や燃料電池１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３から電力供給の停止時（停電時等）などに必要に応じて放電される。
【００３５】
図示例において、電圧制御部１２は、直流電圧を降圧して出力する降圧チョッパ回路を含んだＤＣ／ＤＣコンバータからなり、太陽電池９と燃料電池１０と２次電池１１とのそれぞれに対して個別に設けられている。しかして、分岐プロテクタ８に直流配電路Ｌ１１を介して接続される直流負荷（以下、弱電系直流負荷という）には比較的低圧（たとえば５〜５０Ｖ）の直流電圧が印加されることとなる。つまり、直流配電路Ｌ１１に接続される弱電系直流負荷においては、直流電力が直接供給されることとなり、交流を直流に変換するＡＣアダプタが不要になる。ここで、電圧制御部１２は、太陽電池９と燃料電池１０と２次電池１１とから弱電系直流負荷への電力の配分を制御する機能を有している。また、各電圧制御部１２の出力側から電流が逆流することがないように、各電圧制御部１２にはダイオード等によって逆流防止の機能が付与されている。なお、電圧制御部１２は、直流電圧を降圧して出力するものに限らず、直流電圧を昇圧または昇降圧して出力するものであってもよく、弱電系直流負荷に応じて適宜設計される。
【００３６】
また、本実施形態の変形例として、図２に示すように太陽電池９および燃料電池１０の出力を、２次電池１１に一旦蓄えてから電圧制御部１２に出力する構成を採用することも考えられる。具体的には、２次電池１１の充電電流を制御する充電回路１４を介して太陽電池９および燃料電池１０を２次電池１１に接続し、２次電池１１の出力を電圧制御部１２の入力側に接続する。この場合、電圧制御部１２は２次電池１１に対してのみ設けられる。
【００３７】
ところで、本実施形態の配電システムでは、上述した交流負荷への電力供給および弱電系直流負荷への電力供給に加えて、比較的高圧（たとえば１００〜２００Ｖ）の直流電圧で駆動する直流負荷（以下、強電系直流負荷という）に対しても直流電力を供給できるように構成されている。
【００３８】
具体的には、図１に示すように、交流電力供給源３からの交流電力を整流変換部６で整流して得られる脈流電力と直流電力供給源Ｅからの直流電力とを混合するための混合部７が交流分電盤１内に設けられ、さらに、脈流と直流とが混合された電力（以下、混合電力という）を直流電力に変換する電力変換部１５が混合部７の出力側に設けられている。混合部７は、交流分電盤１内に、整流変換部６の出力および直流導電路Ｌ１０を電力変換部１５の入力に接続するための接続部１６を有している。ここに、接続部１６は直流導電路Ｌ１０の高電位側（正極）が接続される高電位点１６ａと、直流導電路Ｌ１０の低電位側（負極）が接続される低電位点１６ｂとを有し、高電位点１６ａでは、整流変換部６の出力と直流導電路Ｌ１０とが各々の高電位側同士を互いに接続する形で結線され、低電位点１６ｂでは、整流変換部６の出力と直流導電路Ｌ１０とが各々の低電位側同士を互いに接続する形で結線される。
【００３９】
ここで、直流導電路Ｌ１０側から接続部１６に印加される直流電圧の大きさは、接続部１６に印加される脈流電圧の最小値と最大値との間の大きさに設定される。したがって、接続部１６から電力変換部１５に入力される電圧波形は、図３に示すように脈流の谷部分の一部が直流によって埋められた形となる。要するに、図３に破線で示すように接続部１６には脈流電圧と直流電圧とが同時に印加されるので、電力変換部１５に対しては図３に実線で示すように脈流電力と直流電力とのうち電圧値の高い方の電力が供給されることとなる。なお、図３中に「ＤＣ」で示す期間には直流電力が電力変換部１５に供給され、図３中に「ＡＣ」で示す期間には脈流電力が電力変換部１５に供給されることとなる。
【００４０】
さらに、混合部７は、直流導電路Ｌ１０と接続部１６との間に、接続部１６に入力される直流と脈流との配分を可変制御するための配分制御部１７を具備している。配分制御部１７は、直流分電盤２内に設けられ電圧制御部１２の出力電圧をさらに所望の大きさの直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータからなり、接続部１６に印加される脈流電圧の最小値と最大値との間の範囲内で出力電圧を可変制御するように構成される。
【００４１】
本実施形態の変形例として、図４に示すように（図４では、直流電力供給源Ｅを簡略的に図示する）、整流変換部６の前段（入力側）に配分制御部１８を設けることも考えられる。この場合、配分制御部１８は、交流電圧を所定の大きさに変換してから整流変換部６に出力するのであって、電圧可変トランス（スライダック（登録商標））、あるいはインバータ回路と共振回路とを組み合わせた回路が用いられる。後者の構成では、共振回路の共振周波数に対してインバータ回路の駆動周波数を可変制御することにより、出力電圧を可変制御することができる。このように、交流電力供給源３からの電力供給路上に配分制御部１８を設けることにより、配分制御部１８の構成の簡略化を図ることができる。なお、図４の例では、直流電力供給源Ｅからの電力供給路上と交流電力供給源３からの電力供給路上とのそれぞれに配分制御部１７，１８を設けているが、交流側にのみ配分制御部１８を設けるようにしてもよい。
【００４２】
ここにおいて、接続部１６から交流電力供給源３側および直流電力供給源Ｅ側に電流が逆流することを防止するため、混合部７には逆流防止部が設けられる。本実施形態では、整流変換部（ダイオードブリッジ）６が交流側の逆流防止部として兼用され、また、配分制御部１７にダイオードを設けることにより当該配分制御部１７が直流側の逆流防止部として兼用される。
【００４３】
また、電力変換部１５は、力率を改善するための力率改善回路（ＰＦＣ）１９と、力率改善回路１９の後段において出力電圧を所望の大きさに変換する変換回路２０とを有しており、変換回路２０の出力には、混合配電路Ｌ２０を介して強電系直流負荷２１（図５参照）が接続される。これにより、接続部１６で混合された混合電力は、力率改善回路１９および変換回路２０を通して強電系直流負荷２１に供給されることとなる。ここに、変換回路２０は、直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータからなるものであって、出力電圧の変動を抑制して強電系直流負荷２１への印加電圧の安定化を図るためのコンデンサ（図示せず）を出力段に具備する。なお、図１では、力率改善回路１９と変換回路２０とを別々に表しているが、たとえば変換回路２０としてチョッパ回路を用いる場合には当該チョッパ回路を力率改善回路１９として兼用することが可能である。
【００４４】
以上説明した構成の配電システムによれば、電力変換部１５には接続部１６で脈流と直流とを混合してなる混合電力が入力されるので、電力変換部１５の入力電圧が平準化されることとなり（図３参照）、電力変換部１５に脈流のみが入力される場合に比べて、電力変換部１５の出力電圧の安定化を図ることができる。したがって、電力変換部１５の出力段に設けられているコンデンサとして、比較的容量の小さいものを用いながらも、強電系直流負荷２１に印加される直流電圧の安定化を図ることができる。また、強電系直流負荷２１に対しては、交流電力供給源３からの電力と直流電力供給源Ｅからの電力とを混合した混合電力が供給されるので、直流電力供給源Ｅのみでは賄えない程の大電流が強電系直流負荷２１に流れても、交流電力供給源３からの電力を利用することで、安定した電力供給を行うことができる。
【００４５】
ここにおいて、本実施形態の配電システムを使用するに当たっては、図５に示すように、力率改善回路１９の出力に複数台の変換回路２０を並列接続し、各変換回路２０の出力にそれぞれ強電系直流負荷２１を接続することが考えられる。この場合、１つの力率改善回路１９を複数台の強電系直流負荷２１で共用することができ、また、各変換回路２０の出力電圧を個別に設定することにより、定格電圧の異なる複数台の強電系直流負荷２１を同時に使用することができる。さらに、１つの変換回路２０の出力に、複数台の強電系直流負荷２１を並列接続することも可能である。なお、必要に応じて力率改善回路１９を省略することも可能である。
【００４６】
ところで、上記実施形態では、交流１００Ｖが給電される分岐ブレーカ５の後段に整流変換部６および接続部１６を設ける例を示したが、この例に限らず、交流２００Ｖが給電される分岐ブレーカ５の後段に整流変換部６および接続部１６を設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、図６に示すように、主幹ブレーカ４の２次側端子に接続された３極（中性極Ｎおよび一対の電圧極Ｖ１，Ｖ２）の交流導電路Ｌ２の全てを用いて、接続部１６に入力する脈流を生成することも考えられる。図６の例では、一対の電圧極Ｖ１，Ｖ２の交流導電路Ｌ２のそれぞれがダイオードＤ１，Ｄ２を介して接続部１６における高電位点１６ａに接続され、中性極Ｎの交流導電路Ｌ２が接続部１６における低電位点１６ｂに直接接続されており、各電圧極Ｖ１，Ｖ２の交流導電路Ｌ２にそれぞれ挿入されたダイオードＤ１，Ｄ２が整流変換部並びに逆流防止部として機能する。なお、図６の例では、直流側の配分制御部１７を省略し、逆流防止部としてのダイオードＤ３のみを直流電力供給源Ｅと接続部１６との間に挿入してある。
【００４８】
この場合、図７に示すように（図７では、直流電力供給源Ｅを簡略的に図示する）、接続部１６には一方の電圧極Ｖ１−中性極Ｎ間の電圧と、他方の電圧極Ｖ２−中性極Ｎ間の電圧とが交互に印加されることとなるため、結果的に、電力変換部１５には脈流と直流との混合電力が出力される。なお、図７中に「ＤＣ」で示す期間には直流電力供給源Ｅから電力変換部１５に電流が流れ、図７中に「ＡＣ１」で示す期間には一方の電圧極Ｖ１および中性極Ｎの交流導電路Ｌ２から電力変換部１５に電流が流れ、図７中に「ＡＣ２」で示す期間には他方の電圧極Ｖ２および中性極Ｎの交流導電路Ｌ２から電力変換部１５に電流が流れることとなる。
【００４９】
さらにまた、図８に示すように直流分電盤２内のＡＣ／ＤＣコンバータ１３を省略した構成の配電システムを実現することも可能である。この配電システムでは、交流分電盤１内の分岐ブレーカ５から直流分電盤２内のＡＣ／ＤＣコンバータ１３に給電するための経路が不要となる。図８の例では、直流側の配分制御部１７を省略し、分岐プロテクタ８に対する出力電圧の大きさを制御する電圧制御部１２を、配分制御部１７の代わりに用いるとともに、直流電力供給源Ｅと接続部１６との間に挿入されたダイオードＤ３を逆流防止部として用いている。
【００５０】
なお、上記実施形態では混合部７を交流分電盤１内に設ける例を示したが、この例に限らず、混合部７を交流分電盤１とは別の筐体内に収納するようにしてもよく、たとえば、直流分電盤２内や、電力変換部１５と同一の筐体内に混合部７を収納することが考えられる。
【００５１】
（実施形態２）
本実施形態の配電システムは、図９に示すように混合部７および電力変換部１５が複数個（ここでは２個）ずつ設けられている点が実施形態１の配電システムと相違する。
【００５２】
本実施形態の配電システムによれば、混合配電路Ｌ２０を複数系統（ここでは２系統）に分けることができ、各混合配電路Ｌ２０に対して強電系直流負荷２１をそれぞれ接続することができる。ここで、各混合配電路Ｌ２０から強電系直流負荷２１に印加される電圧の大きさは、各混合配電路Ｌ２０ごとに設けた電力変換部１５にて任意に設定可能であるから、混合配電路Ｌ２０に接続される強電系直流負荷２１の負荷容量に応じて出力電圧を個別に調節することができる。さらに、各混合部７ごとに設けた配分制御部１７にて脈流と直流との配分を任意に調節できるので、混合配電路Ｌ２０に接続される強電系直流負荷２１の負荷容量に応じて電力配分を個別に調節することも可能である。
【００５３】
また、図１０には、本実施形態の変形例として、整流変換部６と混合部７とを３個ずつ設けて混合配電路Ｌ２０を３系統に分けたものを例示する（図１０では、交流電力供給源３および直流電力供給源Ｅを簡略的に図示する）。図１０の例では、各直流電力供給源Ｅからの電力供給路上に配分制御部１７がそれぞれ設けられているだけでなく、各整流変換部６の前段にもそれぞれ配分制御部１８が設けられている。
【００５４】
ところで、本実施形態のように複数系統の混合配電路Ｌ２０を採用する場合に、これら複数系統の混合配電路Ｌ２０で１つの直流電力供給源Ｅを共用すると、直流側の配分制御部１７を通して各混合配電路Ｌ２０に接続された強電系直流負荷２１間で短絡が生じる可能性がある。そこで、図１１に示すように１つの直流電力供給源Ｅを複数系統の混合配電路Ｌ２０で共用する場合には、直流側の配分制御部１７の入出力間を電気的に絶縁することが望ましい。
【００５５】
すなわち、配分制御部１７内に絶縁トランスを用いて入出力間（絶縁トランスの１次側−２次側間）を絶縁することで、配分制御部１７を通して短絡が生じることを防止可能となる。また、強電系直流負荷２１の負荷容量によっては複数の直流電力供給源Ｅを用いる場合があるが、この場合でも、接続可能な直流電力供給源Ｅの台数が配線によって制限されることがなくなる。
【００５６】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態１を示す概略システム構成図である。
【図２】同上の変形例を示す概略システム構成図である。
【図３】同上の混合部の出力電圧を示す説明図である。
【図４】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【図５】同上の負荷の接続例を示す要部の概略システム構成図である。
【図６】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【図７】同上の混合部の出力電圧を示す説明図である。
【図８】同上の変形例を示す概略システム構成図である。
【図９】本発明の実施形態２を示す概略システム構成図である。
【図１０】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【図１１】同上の変形例を示す要部の概略システム構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
３ 交流電力供給源
６ 整流変換部
７ 混合部
１５ 電力変換部
１７，１８ 配分制御部
１９ 力率改善回路
２０ 変換回路
２１ （強電系直流）負荷
Ｅ 直流電力供給源
Ｌ２０ 混合配電路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を供給する交流電力供給源と、直流電力を供給する直流電力供給源と、交流電力供給源および直流電力供給源に接続され、交流電力供給源からの交流電力を整流して得られる脈流電力に直流電力供給源からの直流電力を混合することで、脈流電力および直流電力のうち電圧値が高い方の電力を出力する混合部と、電圧変動を抑制するためのコンデンサを出力段に具備し混合部から出力される電力を直流電力に変換して出力する電力変換部と、電力変換部から出力される直流電力を負荷に供給する混合配電路とを備えることを特徴とする配電システム。
【請求項２】
前記混合部に対して前記直流電力供給源から印加される直流電圧は、前記交流電力供給源からの交流電圧を整流して得られる脈流電圧の最大値より小さく且つ最小値よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載の配電システム。
【請求項３】
前記混合部は、前記電力変換部に対する前記交流電力供給源からの電力供給量と前記直流電力供給源からの電力供給量との配分を可変制御する配分制御部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配電システム。
【請求項４】
前記配分制御部は、前記交流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする請求項３記載の配電システム。
【請求項５】
前記配分制御部は、前記直流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする請求項３記載の配電システム。
【請求項６】
前記配分制御部は、入力側と出力側とで電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項７】
前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とは各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項８】
前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とは各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられており、前記配分制御部は、少なくとも１つの混合部に備わっていることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項９】
前記電力変換部は、力率を改善する力率改善回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項１０】
前記電力変換部は、前記混合部に接続されそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項１１】
前記電力変換部は、前記混合部に接続され力率を改善する力率改善回路と、１つの力率改善回路の出力をそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項１】
交流電力を供給する交流電力供給源と、直流電力を供給する直流電力供給源と、交流電力供給源および直流電力供給源に接続され、交流電力供給源からの交流電力を整流して得られる脈流電力に直流電力供給源からの直流電力を混合することで、脈流電力および直流電力のうち電圧値が高い方の電力を出力する混合部と、電圧変動を抑制するためのコンデンサを出力段に具備し混合部から出力される電力を直流電力に変換して出力する電力変換部と、電力変換部から出力される直流電力を負荷に供給する混合配電路とを備えることを特徴とする配電システム。
【請求項２】
前記混合部に対して前記直流電力供給源から印加される直流電圧は、前記交流電力供給源からの交流電圧を整流して得られる脈流電圧の最大値より小さく且つ最小値よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載の配電システム。
【請求項３】
前記混合部は、前記電力変換部に対する前記交流電力供給源からの電力供給量と前記直流電力供給源からの電力供給量との配分を可変制御する配分制御部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配電システム。
【請求項４】
前記配分制御部は、前記交流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする請求項３記載の配電システム。
【請求項５】
前記配分制御部は、前記直流電力供給源からの電力供給路上に設けられていることを特徴とする請求項３記載の配電システム。
【請求項６】
前記配分制御部は、入力側と出力側とで電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項７】
前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とは各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項８】
前記直流電力供給源が複数設けられ、前記混合部と前記電力変換部と前記混合配電路とは各直流電力供給源ごとにそれぞれ設けられており、前記配分制御部は、少なくとも１つの混合部に備わっていることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項９】
前記電力変換部は、力率を改善する力率改善回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項１０】
前記電力変換部は、前記混合部に接続されそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の配電システム。
【請求項１１】
前記電力変換部は、前記混合部に接続され力率を改善する力率改善回路と、１つの力率改善回路の出力をそれぞれ直流電力に変換して出力する複数の変換回路とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の配電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１１００５６（Ｐ２０１０−１１００５６Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７７４２６（Ｐ２００８−２７７４２６）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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