電力変換装置及び直流給電システム
【課題】定電流垂下特性を有する電力変換装置において、電力供給対象の負荷の種類にかかわらず、所望の動作点にて動作することができるようにする。
【解決手段】交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給する電力変換回路と、その電力変換回路の動作を制御するものであって、所定の定格出力電圧（例えば３８３Ｖ）を出力するよう制御すると共に、垂下電流設定値ａを出力電流の上限値とした定電流垂下特性による過電流保護機能を有する制御手段とを備えている。停電等の事故からの復帰時、動作点が本来望まない動作点Ｂになって、本来望まれる定格出力電圧の動作点Ａとならない場合は、例えば過電流保護機能を一時的に停止させて出力電圧を強制的に上昇させることにより出力電圧を定格出力電圧に到達させるといった、動作点を強制的に所望の動作点Ａに移動させるための動作点移動制御を行う。
【解決手段】交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給する電力変換回路と、その電力変換回路の動作を制御するものであって、所定の定格出力電圧（例えば３８３Ｖ）を出力するよう制御すると共に、垂下電流設定値ａを出力電流の上限値とした定電流垂下特性による過電流保護機能を有する制御手段とを備えている。停電等の事故からの復帰時、動作点が本来望まない動作点Ｂになって、本来望まれる定格出力電圧の動作点Ａとならない場合は、例えば過電流保護機能を一時的に停止させて出力電圧を強制的に上昇させることにより出力電圧を定格出力電圧に到達させるといった、動作点を強制的に所望の動作点Ａに移動させるための動作点移動制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流垂下特性を有する電力変換装置、及びこの電力変換装置により交流電力を直流電力に変換して負荷へ供給するよう構成された直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、データセンターや通信ビルなどに構築される情報通信システムでは、使用される情報通信機器の増加に伴い、消費電力が増大している。そのため、地球環境問題の観点からも、情報通信システムでの消費電力を低減することが要求されている。
【０００３】
こうした情報通信システムでの消費電力低減を実現するために、商用電源等の交流電力系統から供給される交流電圧を整流装置にて直流電圧に変換して外部負荷である各種情報通信機器に出力する、直流給電システムが注目されている。また、この直流給電システムでは、高効率化のために、出力電圧を高電圧（例えば直流３８０Ｖ程度）にする動きが進んでいる。
【０００４】
この種の直流給電システムの具体的構成としては、例えば、交流電力系統からの三相の交流（ＡＣ）入力電圧（例えばＡＣ２００Ｖ）を所定電圧値（例えば直流３８３Ｖ）の直流電圧に変換して負荷へ供給するための整流装置と、バックアップ用の蓄電池と、この蓄電池を充電するための、交流電力系統からの交流入力電圧を充電用の直流電圧に変換して蓄電池へ供給する充電装置とを備えたものが知られている。
【０００５】
これらの構成のうち、整流装置及び充電装置は、上記の通り、交流電力を直流電力に変換して出力する、いわゆる電力変換装置として構成されている。そして、いずれも、電力変換という基本的機能に加え、給電システムの安全性を確保すべく、過電流保護のための垂下特性を有している。
【０００６】
電力変換装置に適用される垂下特性としては、主に、出力電流値が所定値を超えると出力電力を一定に保ちながら（即ち出力電流増加に対して出力電圧を低下させながら）垂下させていく定電力垂下（例えば、特許文献１，２参照）と、出力電流値が所定の制限値に達したら出力電流値をその制限値に維持した状態で出力電圧を低下させていく定電流垂下（例えば、特許文献３参照）が挙げられる。
【０００７】
そして、情報通信機器用の電源として用いられる電力変換装置としては、従来、定電力垂下特性を備えたものが一般的である。なぜなら、情報通信機器用の電力変換装置が定電流垂下特性を備えたものであると、次に述べるように、所望の動作点とは異なる動作点で動作してしまうおそれがあるからである。
【０００８】
データセンターでは、負荷として、サーバやルータなど、入力側に安定化電源を有する機器（定電力負荷）が多く、整流装置等の給電系からみると定電力負荷が多く接続された状態となる。これらの定電力負荷には、動作モードとして低電圧・大電流の電源電力で動作可能に構成されたものも多い。
【０００９】
そして、通常時は、整流装置が負荷へ全電力を供給し、充電装置は蓄電池の充電状態に応じて充電電力を供給する。このとき、整流装置は、定常動作状態における所定の動作点（後述する図８の動作点Ａに相当）で定常動作することになる。充電装置についても、出力電圧・出力電流値は若干異なるものの同じように定常動作状態における所定の動作点で定常動作することになる。
【００１０】
そして、交流電力系統で停電などの異常が発生した場合には、整流装置及び充電装置は停止され、整流装置に代わって蓄電池から負荷へ電力が供給される。そして、停電等の異常からの回復後は、整流装置及び充電装置が動作を再開し、負荷電力は整流装置から供給されるようになる。
【００１１】
ここで、もし、過電流保護機能の垂下特性として図８に示すような定電流垂下特性を備えていると、定電力負荷の負荷線と定電流垂下特性を示す線（以下「垂下特性線」とも称す）との交点が２箇所生じてしまう。つまり、本来望まれる、定格出力電圧（図８の例では３８３Ｖ）の動作点Ａとは別に、それよりも電圧が低く且つ電流が高い、本来望まれない動作点Ｂが生じ、整流装置はその動作点Ｂでも動作可能となる。
【００１２】
この場合、動作点Ａでの定常動作時には、その動作点Ａが維持されるため、意図せず動作点Ｂに移動してしまうことはない。しかし、停電等の事故によって蓄電池電力による負荷の動作に切り替わった場合に、その電力供給によって蓄電池電圧が低下していって、蓄電池電圧が動作点Ｂの電圧よりも低くなってしまうと、停電等から回復して整流装置が動作を再開したとき、その再開後の整流装置の動作点は、動作点Ａではなく動作点Ｂとなってしまう。
【００１３】
つまり、停電時等において蓄電池電力で負荷が動作しているとき、蓄電池電圧が動作点Ｂの電圧より低くなると、負荷の動作点は、動作点Ｂよりも電圧が低く且つ電流が大きい点となる。図８は、まさに蓄電池電圧が動作点Ｂの電圧よりも低くなっている状態を示しており、この場合、負荷容量が例えば８０ｋＷだとすると、負荷は、蓄電池電圧と８０ｋＷ負荷線との交点Ｐで動作していることになる。
【００１４】
そして、この状態（交点Ｐを動作点として動作している状態）で、停電から回復し、整流装置の動作が再開されると、整流装置からの電力供給に伴って負荷電圧は上昇していき、動作点は、交点Ｐから、８０ｋＷ負荷線に沿って図８中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移していく。すると、整流装置は、定電流垂下特性を有しているが故に、本来は定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ａで定常動作すべきであるにもかかわらず、動作再開後に動作点が交点Ｐから遷移していく過程で、垂下特性線と交わる動作点Ｂで落ち着いてしまい、その動作点Ｂで定常動作してしまうことになるのである。
【００１５】
尚、図８には、負荷容量が５０ｋＷの場合の負荷線（５０ｋＷ負荷線）も示されているが、５０ｋＷの負荷の場合も同様であり、停電等によって蓄電池からの電力で負荷が動作している間に、蓄電池電圧が動作点Ｄの電圧より低くなってその動作点Ｄよりも低電圧且つ高電流の動作点で動作するようになると、停電等からの回復後、整流装置は、本来は定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ｃまで遷移してそこで落ち着くべきであるにもかかわらず、動作点Ｄで落ち着いてしまうことになる。
【００１６】
このように、定電流垂下特性を備えると本来望まない動作点Ｂ（動作点Ｄ）で定常動作してしまうことがあるという問題は、上述したような、停電等の異常からの回復時に限らず、例えば、整流装置や充電装置の起動時、即ち負荷への電力供給開始時にも起こり得る。
【００１７】
即ち、システム全体が起動し、定電力負荷（特に低電圧・大電流の電源入力が許容された定電力負荷）に対して整流装置又は蓄電池からの電力供給が開始されると、その電力供給開始直後は、図８に示す８０ｋＷ負荷線のように、負荷への入力電圧が上昇し始めると共に入力電流は急上昇していく。そして、定電流垂下特性による制限値である垂下電流設定値よりも大きい所定の起動時最大電流値（図８の例では約５００Ａ）まで上昇すると、その後は入力電圧の上昇に応じて入力電流値は減少していき、やがて所定の動作点で定常動作することになる。尚このとき、整流装置の出力電圧が蓄電池電圧以上となるまでは、負荷への電力供給は蓄電池によって行われる。
【００１８】
この場合において、例えば負荷容量が８０ｋＷであって、負荷への電力供給開始時（整流装置の起動時）に蓄電池の電圧が上記動作点Ｂよりも低い電圧であったとすると、電流値が起動時最大電流値まで急上昇した後に減少していく過程で、動作点Ａに到達するよりも先に動作点Ｂに到達し、以後、その動作点Ｂで定常動作してしまうことになる。
【００１９】
そのため、負荷として上述したような定電力負荷が多く接続されるような電力変換装置においては、一般的には定電流垂下特性は採用されず、定電力垂下特性が採用されているのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００９−１１０７３号公報
【特許文献２】特開２００７−６０８８０号公報
【特許文献３】特開平１０−３３６９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、直流給電システムにおける電力変換装置の過電流保護機能（垂下特性）として定電力垂下特性を用いると、低電圧・大電流での動作も許容すべく、電力変換装置を構成する電力変換素子（半導体スイッチング素子）として大電流を流せるような大きな定格の素子を選定する必要があったり、電力変換装置を含むシステム全体で大電流を許容するようなシステム設計が必要となったりするなど、電力変換装置を含むシステム全体の設計の複雑化や、システム規模の大型化、効率悪化、コストアップなどを招いてしまう。そのため、出力容量の大容量化も困難となっている。
【００２２】
一方、定電流垂下特性であれば、定常動作時の電流値は垂下電流設定値で制限され、垂下電流設定値より大きい電流が定常的に流れることはない。そのため、電力変換装置を含むシステム全体の許容電流を低く抑えることができ、その分、定格電流値の低い電力変換素子の選定が可能となり、システム設計も容易になる。
【００２３】
よって、直流給電システムにおける電力変換装置の垂下特性として、定電力垂下特性ではなく定電流垂下特性を採用することによって、システムの小型化やコストダウンを実現することが望まれている。
【００２４】
しかし、現状は、上述したように、定電流垂下特性を採用すると定電力負荷が接続された場合に、図８に例示したように動作点が２箇所発生してしまい、望ましくない出力電圧・出力電流値（図８では動作点Ｂ）で定常動作してしまうという問題があるため、定電流垂下特性の採用は困難となっているのである。
【００２５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、過電流保護のための垂下特性として定電流垂下特性を有する電力変換装置において、電力供給対象の負荷の種類にかかわらず、所望の動作点にて動作することができるようにし、もって電力変換装置の小型化、低コスト化、大容量化を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給するための電力変換回路と、この電力変換回路の動作を制御するものであって、予め決められた定格出力電圧を出力するよう制御すると共に、出力電流が所定の制限電流値に達した場合にはそれを超える電流を出力しないようにしつつ出力電圧を低下させる、定電流垂下特性による過電流保護機能を有する制御手段と、を備えた電力変換装置であり、電力変換回路が上記定格出力電圧の動作点である定格動作点で動作しているか否か判断する動作点判断手段を備えている。そして、制御手段は、動作点判断手段により定格動作点で動作していないと判断された場合に、動作点を強制的に定格動作点に移動させるための動作点移動制御を行う。
【００２７】
このように構成された電力変換装置によれば、仮に、定電力垂下特性における制限電流値で定常動作するなど、動作点が所望の定格動作点とならない場合には、動作点移動制御によって、動作点を定格動作点に移動させることができる。そのため、電力供給対象の負荷の種類にかかわらず（即ち、電力供給対象が定電力負荷であっても）、所望の定格動作点にて動作させることができる。換言すれば、負荷が定電力負荷であっても、定電流垂下による過電流保護機能を採用することができる。
【００２８】
そのため、定電力垂下による過電流保護機能を備える場合に比べて、許容すべき電流値が小さくて済むため、電力変換装置の過剰設計を回避することができる。これにより、電力変換装置の設計・製造における小型化や低コスト化、大容量化などが可能となる。
【００２９】
動作点を強制的に定格動作点に移動させるための動作点移動制御の具体的内容は種々考えられ、例えば請求項２〜請求項４に記載の方法により行うことができる。
まず、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置であって、制御手段は、動作点移動制御を次のように行う。即ち、定電流垂下特性による過電流保護機能を無効化すると共に、その無効化後に出力電圧を強制的に定格出力電圧まで上昇させることによって動作点移動制御を行う。そして、動作点が定格動作点に移動した後は、定電流垂下特性による過電流保護機能を再び有効化する。
【００３０】
このように構成された電力変換装置によれば、仮に、過電流保護機能の働きによって定電力垂下特性における制限電流値で定常動作している場合であっても、過電流保護機能を無効化することで、出力電流の制限電流値への固定が解除され、動作点を負荷線に沿って移動させることができるようになる。そこで、出力電圧が定格出力電圧になるように制御すれば、動作点が負荷線に沿って移動してやがて所望の定格動作点に到達させることができる。そのため、定格動作点への移動を確実に行うことができる。
【００３１】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置であって、制御手段は、動作点移動制御を次のように行う。即ち、制限電流値を低下させることによって、動作点を、定電力負荷の負荷線に沿って、出力電流は減少して出力電圧は増加するような方向にシフトさせることにより、動作点移動制御を行う。そして、動作点が定格動作点に移動した後は、制限電流値を、低下させる前の元の値に戻す。
【００３２】
このように構成された電力変換装置によれば、仮に、過電流保護機能の働きによって定電力垂下特性における制限電流値で定常動作している場合であっても、その制限電流値を減少させれば、出力電流も減少していく。そして、負荷が定電力負荷であるため、出力電流が減少すれば出力電圧は逆に上昇していく。そのため、制限電流値を減少させることによって出力電圧を上げていけば、動作点は負荷線に沿って移動し、やがて所望の定格動作点に到達させることができる。そのため、定格動作点への移動を確実に行うことができる。
【００３３】
更に、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置であって、電力変換回路の出力側に設けられ、該電力変換回路からの出力電力を消費させるための擬似的な負荷である疑似負荷と、電力変換回路から疑似負荷への電力供給をオン・オフさせるためのスイッチ手段と、を備えている。そして、制御手段は、動作点移動制御を次のように行う。即ち、スイッチ手段をオンさせて電力変換回路からの出力電力を増加させることによって出力電圧を定格出力電圧まで増加させ、該出力電圧が定格出力電圧に到達した後にスイッチ手段をオフさせることにより、動作点移動制御を行う。
【００３４】
このように構成された電力変換装置によれば、スイッチ手段のオン・オフによって、給電対象の負荷として疑似負荷を追加させることができる。これは即ち、電力変換装置が電力供給すべき負荷全体の容量を増加させることができるということである。そして、負荷容量を増加させることができるということは、負荷線をシフトさせることができるということになる。
【００３５】
そのため、仮に、過電流保護機能の働きによって定電力垂下特性における制限電流値で定常動作している場合であっても、スイッチ手段をオンさせて電力変換装置の負荷として疑似負荷を追加することで、負荷線をシフトさせ、これにより、出力電圧が増加する方向に動作点を移動させることができる。そのため、疑似抵抗の抵抗値を適切に選定することで、動作点を、定格出力電圧の動作点にまで移動させることができる。そして、出力電圧が定格出力電圧に到達した後、疑似負荷を切り離して負荷容量を元に戻す（つまり負荷線を元に戻す）ことにより、出力電圧が定格出力電圧に維持されたまま出力電流が減少する方向に動作点を移動させることができ、これにより、定格動作点への移動を確実に行うことができる。
【００３６】
そして、請求項５に記載の発明は、交流電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給する整流装置と、定電力負荷に対して整流装置と並列に接続された蓄電池と、交流電力系統から入力される交流電力を蓄電池の充電用の直流電力に変換して蓄電池を充電する充電装置と、を備えた直流給電システムであり、整流装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置として構成されている。
【００３７】
このように構成された直流給電システムによれば、当該直流給電システムを構成する整流装置として、本発明の電力変換装置が用いられている。そのため、整流装置の動作点が所望の定格動作点とは異なる動作点となってしまっても、上述した動作点移動制御によって、動作点を確実に所望の定格動作点に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。
【図２】第１実施形態における、負荷線と垂下特性線の関係、及び動作点移動機能を説明するための説明図である。
【図３】第１実施形態の出力電圧制御処理を表すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における、負荷線と垂下特性線の関係、及び動作点移動機能を説明するための説明図である。
【図５】第２実施形態の出力電圧制御処理における動作点移動処理を表すフローチャートである。
【図６】第３実施形態における、負荷線と垂下特性線の関係、及び動作点移動機能を説明するための説明図である。
【図７】第３実施形態の出力電圧制御処理における動作点移動処理を表すフローチャートである。
【図８】従来の直流給電システムにおいて、動作点が２箇所生じうることを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態の直流給電システム２について、図１〜図３を用いて説明する。
【００４０】
図１に示すように、本実施形態の直流給電システム２は、商用電力系統等の交流電力系統４から供給される交流電圧（本実施形態では三相交流電圧）を、所定の直流電圧に変換して、外部の負荷６へ供給するものであり、三相交流電圧を整流して所定の直流電圧に変換する整流装置１０と、この整流装置１０から出力された直流電圧を負荷６へ供給するための電力供給線５１，５２とを備える。整流装置１０の定格出力電圧は、本実施形態では３８３Ｖであり、通常はその３８３Ｖの直流電圧が負荷へ出力されるように制御される。
【００４１】
尚、本実施形態の直流給電システム２は、一例として、データセンターや通信ビルなどにおいて各種情報通信機器へ電力を供給するために構築されたものであり、負荷６は、情報通信機器としてのサーバやルータなどの定電力負荷である。また、後述する垂下電流設定値（図２の電流値ａ参照）よりも大きな電流での動作、即ち低電圧・大電流の電源電力による動作も可能に構成されている。
【００４２】
そのため、負荷６の容量が例えば８０ｋＷである場合は、負荷６は、図２に示す８０ｋＷ負荷線上の動作点で動作することになる。また、負荷６の容量が例えば５０ｋＷである場合は、負荷６は、図２に示す５０ｋＷ負荷線上の動作点で動作することになる。本例では、上述したように、整流装置１０は通常は３８３Ｖの定格出力電圧を出力するように動作するため、負荷６の動作点（整流装置１０の動作点でもある）は、通常はその定格出力電圧の動作点となる。即ち、８０ｋＷ負荷の場合は動作点Ａであり、５０ｋＷ負荷の場合は動作点Ｃである。
【００４３】
また、本実施形態の直流給電システム２には、交流電力系統４に異常が生じ、整流装置１０から負荷６へ所定の直流電圧を供給することができなくなったときにでも、負荷６への電力供給を継続できるようにするためのバックアップ用装置として、蓄電池２０及び充電装置３０が備えられている。以下、整流装置１０及び充電装置３０についてより具体的に説明する。
【００４４】
まず、整流装置１０は、交流電力系統４から供給される三相交流電圧を整流する整流回路１２と、整流回路１２からの出力電圧を安定化させるためのコンデンサＣ１と、整流回路１２からコンデンサＣ１を介して出力される直流電圧を、負荷６に供給すべき所定の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力電圧が所定の直流電圧となるよう、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の駆動デューティを制御する出力制御部１６とを備える。
【００４５】
出力制御部１６は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略す）を備えており、このマイコンによるデジタル制御によって、上記の駆動デューティの制御をはじめ、後述する過電流保護機能や、出力電圧制御処理（図３参照）などの各種制御が実現される。なお、マイコンによる制御であることはあくまでも一例であり、例えばロジック回路やアナログ回路等、マイコン以外の他の手段によって上記各制御や各機能を実現してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、半導体スイッチング素子が上記駆動デューティに従ってオン・オフされることにより所望の電圧を出力可能に構成された周知のものである。本実施形態の出力制御部１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力電圧をフィードバックして、その出力電圧が定格出力電圧である３８３Ｖとなるようにするための電圧指令値を設定（演算）する。そして、その設定した電圧指令値に従って上記駆動デューティを制御する。但し、過電流状態となって出力電流が垂下電流設定値に達した場合は、過電流から整流装置１０を保護すべく、次に述べるように出力電圧を低下させる。
【００４７】
即ち、出力制御部１６は、過電流から当該装置を保護するための過電流保護機能を備えている。本実施形態の過電流保護機能は、図２に示すような定電流垂下特性に基づく定電流垂下制御によって実現される。
【００４８】
出力制御部１６は、通常は定格出力電圧である３８３Ｖの直流電圧が負荷へ出力されるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１４を制御するが、その一方で、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力電流を監視しており、出力電流が増大していって垂下電流設定値に達すると、出力電流をその垂下電流設定値に固定（クランプ）しつつ、出力電圧を定格出力電圧３８３Ｖから低下させていく。
【００４９】
尚、整流装置１０は、電力供給対象の負荷６が定電力負荷であるが故に、起動時、蓄電池２０の電圧によっては、ごく短時間であるものの、出力電流値が電流制限値を超えて過電流が流れる可能性がある。これは、定電力負荷の場合は図８に例示したような負荷線にそって負荷への電力供給がなされるためであり、蓄電池２０の電圧が低いほど、短時間ではあるが整流装置１０から垂下電流設定値を超える電流が出力されるおそれが高くなる。
【００５０】
但し、本実施形態の整流装置１０は、上記のような起動時の一時的な過電流状態の発生については許容されている。整流装置１０のような電力変換装置は、一般に、定常動作時における出力電圧・出力電流値に基づいて、それを十分に許容するように設計されるものであり、上述したような起動時のごく短時間（例えば１〜２秒）の過電流については基本的には考慮する必要はない。つまり、起動時のごく短時間に生じる可能性がある過電流について、その過電流が長時間流れた場合を想定した過剰なスペックまでは要求されない。そのため、本実施形態の整流装置１０も、起動時等のごく短時間の過電流は許容しつつ、基本的には定常動作状態での動作状態に基づいてスペック等が定められ、それに基づいて設計・製造されている。
【００５１】
また、整流装置１０には、異常検出部１８が設けられている。この異常検出部１８は、交流電力系統４から供給される三相交流電圧の電圧値や電流値を監視することにより、交流電力系統４から三相交流電圧が正常に供給されているか否かを判断し、停電等の事故発生によって交流電力系統４からの三相交流電圧の供給が正常に行われなくなった場合には、その旨を表す異常検出信号を出力制御部１６に出力する。出力制御部１６は、異常検出部１８から異常検出信号を受けると、自身の動作（延いては整流装置１０の動作）を停止させるなどの所定の処理を行う。
【００５２】
更に、本実施形態の整流装置１０は、自身の動作点が所望の動作点（図２の動作点Ａ）とは異なる動作点で定常動作しているような場合にその動作点を所望の動作点Ａに移動させる、動作点移動機能を備えている。尚、以下の説明において、整流装置１０の動作点とＤＣ−ＤＣコンバータ１４の動作点は同義であるものとする。
【００５３】
本実施形態では、負荷６が定電力負荷であって、整流装置１０の過電流保護機能が定電流垂下制御にて実現されることから、蓄電池２０の電圧によっては、整流装置１０の起動時、或いは停電等の事故によって動作停止した後に動作を再開した時に、負荷６の動作点が、垂下電流設定値よりも大きな電流となってしまっていることが有り得る（例えば８０ｋＷ負荷の場合は図２の動作点Ｐ）。
【００５４】
そして、そのように蓄電池２０の電力によって動作点Ｐで負荷６が動作している状態で、停電から回復し、整流装置１０の動作が再開されると、整流装置１０の出力電圧上昇に伴って、整流装置１０及び負荷６の動作点は、動作点Ｐから８０ｋＷ負荷線に沿って図２中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移していく。すると、整流装置１０は、定電流垂下特性を有しているが故に、本来は定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ａで定常動作すべきであるにもかかわらず、動作点が遷移していく過程で、垂下特性線と最初に交わる動作点Ｂで落ち着いてしまい、その動作点Ｂで定常動作してしまう。
【００５５】
つまり、動作点Ｂに到達したところで、出力制御部１６は、定電流垂下制御を機能させて出力電流をその動作点Ｂの電流値である垂下電流設定値にクランプし、その後、負荷電力増大等によって出力電圧が定格出力電圧３８３Ｖに上昇しない限り、そのクランプした状態で定常動作する。そのため、所望の動作点Ａまで遷移することなく、所望しない動作点Ｂで動作を継続してしまう。
【００５６】
そこで本実施形態では、定電流垂下制御によって整流装置１０が所望の定格出力電圧３８３Ｖの動作点とは異なる動作点で動作している場合に、その動作点を所望の動作点に強制的に移動させるための動作点移動機能を備えているのである。
【００５７】
本実施形態の動作点移動機能の概要は、次の通りである。即ち、出力制御部１６は、まず、定電流垂下制御を一時的に停止する。換言すれば、定電流垂下特性による過電流保護機能を無効化する。そして、定電流垂下制御の停止後、出力制御部１６は、現在設定している電圧指令値、即ち定電流垂下制御中に設定していた電圧指令値を、所定量ずつ段階的に上昇させていくことにより、出力電圧を強制的に上昇させる。
【００５８】
この電圧指令値の上昇により、出力電圧は、図２に示すように、動作点Ｂから負荷線に沿って動作点Ａに向けて移動していく。そして、出力電圧が定格出力電圧３８３Ｖに到達したら（即ち動作点Ａに到達したら）、電圧指令値を定格の３８３Ｖに設定すると共に定電流垂下特性による過電流保護機能を再び動作（有効化）させる。つまり、制御方式を通常状態に初期化する。
【００５９】
負荷６の容量が５０ｋＷの場合も同じ要領であり、初期起動時或いは停電等の事故からの復帰時に、仮に動作点が本来望まない動作点Ｄに落ち着いてしまっても、上記の動作点移動機能により、定電流垂下制御を停止して電圧指令値を上昇させることによって動作点を遷移させ、最終的に定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ｃまで遷移させることができる。
【００６０】
次に、充電装置３０は、交流電力系統４から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換する整流回路３２と、整流回路３２から出力される直流電圧にて蓄電池２０を充電する充電回路３４と、蓄電池２０に蓄積された電力量が目標電力量となるよう充電回路３４を制御する充電制御部３６とを備える。
【００６１】
また、充電装置３０にも、整流装置１０と同様、交流電力系統４から供給される三相交流電圧の電圧値や電流値を監視することにより、交流電力系統４から三相交流電圧が正常に供給されているか否かを判断し、交流電力系統４から供給される三相交流電圧に異常が生じた場合には、その旨を表す異常検出信号を出力する異常検出部３８が設けられている。
【００６２】
尚、蓄電池２０は、充電装置３０によって、負荷６を動作させることが可能な所定の直流電圧値に充電される。そして、蓄電池２０の正極は逆流防止用ダイオードＤ１を介して正極側の電力供給線５１に接続され、蓄電池２０の負極は負極側の電力供給線５２に接続されている。
【００６３】
また、図１において、破線で囲まれている部分（ブリーダ抵抗Ｒ１や接続スイッチ４１などからなる回路）は、後述する第３実施形態において用いられる部分であり、本実施形態では関係ないものである。そのため、本実施形態では、図１におけるその破線で囲まれた回路は存在していないものとみなす。
【００６４】
このように構成された直流給電システム２では、停電等の事故のない通常時は、整流装置１０が負荷６へ全電力を供給し、充電装置３０は蓄電池２０の充電状態に応じて充電電力を供給する。このとき、整流装置１０は、定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ａで定常動作することになる。
【００６５】
そして、交流電力系統で停電などの異常が発生した場合には、整流装置１０及び充電装置３０は停止され、整流装置１０に代わって蓄電池２０から負荷６へ電力が供給される。そして、停電等の異常からの回復後は、整流装置１０及び充電装置３０が動作を再開し、負荷電力は再び整流装置１０から供給されるようになる。
【００６６】
次に、本発明の整流装置１０において出力制御部１６が実行する出力電圧制御処理について、図３を用いて説明する。出力制御部１６は、交流電力系統４からの交流電力供給が正常に開始されると、図３の出力電圧制御処理を実行する。尚、この出力電圧制御処理と並行して、上述した過電流保護のための機能も実行する。
【００６７】
出力制御部１６は、この出力電圧制御処理を開始すると、まずＳ１１０にて、整流装置１０の通常運転を開始させる。つまり、出力電圧Ｖｏが定格出力電圧３８３Ｖとなるように電圧指令値を設定してＤＣ−ＤＣコンバータ１４を動作させる。そして、Ｓ１２０で、出力電圧Ｖｏが定格の３８３Ｖ以上であるか否か判断する。
【００６８】
ここで、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上であれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、そのまま通常運転を継続させる（Ｓ１３０）。そして、Ｓ１４０にて、出力電圧Ｖｏが所定の電圧低下閾値ＶＬより低いか否か判断し、低くなければＳ１３０に戻るが、低ければＳ１５０に移行する。また、Ｓ１２０の処理で出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上ではないと判断された場合も、Ｓ１５０に移行する。
【００６９】
尚、Ｓ１４０の判断処理を行う理由は、交流電力系統４からの交流電力供給は正常に行われているものの整流装置１０の異常或いは負荷６側の異常などの何らかの要因で出力電圧Ｖｏが低下してしまった場合に、動作点が本来望まない動作点にずれてしまう可能性があるためである。
【００７０】
Ｓ１５０では、過電流によって定電流垂下制御が実行中であるか否か、即ち、過電流によって出力電流が垂下電流設定値にクランプされて出力電圧が低下させられている状態であるか否かを判断する。このとき、定電流垂下制御が実行されていない場合、即ち定電流垂下制御によって出力電圧Ｖｏが３８３Ｖとなるのが妨げられているわけではない場合は、Ｓ１２０に戻るが、定電流垂下制御が実行されている場合は、このままでは所望の動作点に到達しないため、Ｓ１６０以降の動作点移動処理に移る。
【００７１】
まずＳ１６０では、充電装置３０に対し、動作停止指令を出力する。充電装置３０の充電制御部３６は、整流装置１０の出力制御部１６からこの動作停止指令が入力されると、充電装置３０による蓄電池２０の充電動作を一時停止させる。尚、このように充電装置３０の動作を停止させるのは、充電装置３０が動作したままであると、充電装置３０からの出力電圧の影響を受けて整流装置１０の出力電圧Ｖｏが十分に増加せず、動作点移動処理の所期の目的を達成できなくなるおそれがあるからである。
【００７２】
充電装置３０を停止させた後、続くＳ１７０では、自身による定電流垂下制御を一時停止させる。つまり、過電流保護機能そのものを一時的に無効化することにより、出力電流の垂下電流設定値へのクランプを解除し、負荷６や自身の電圧指令値に応じて動作点を移動可能な状態にさせる。そして、Ｓ１８０にて、電圧指令値を、現在設定されている電圧指令値（つまり定電流垂下制御時に設定していた値であり、少なくとも定格出力電圧３８３Ｖよりは低い値）に対して所定量Δｖ上昇させる（図２参照）。
【００７３】
そして、Ｓ１９０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上となったか否か判断し、３８３Ｖ以上でなければＳ１８０に戻って現在の電圧指令値をさらに所定量Δｖ上昇させ、Ｓ１９０に進む。このように所定量Δｖずつ段階的に上昇させることで、動作点を所望の動作点に向けて移動させていく。図２の例でいえば、動作点Ｂから動作点Ｂ１，動作点Ｂ２，・・・と、所望の動作点Ａに向けて移動させる。
【００７４】
一方、Ｓ１９０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上と判断した場合、即ち動作点が所望の動作点に移動した場合は、Ｓ２００にて、自身によるＤＣ−ＤＣコンバータ１４の制御方式（ひいては整流装置１０全体の制御方式）を初期化する。つまり、動作点移動処理によって一時的に過電流保護機能が停止（無効化）されていたのを再び有効化して通常通り機能させるようにしたり、電圧指令値の設定にかかわる制御を通常通りに戻したりすることで、通常運転へ復帰させる。
【００７５】
そして、Ｓ２１０にて、充電装置３０に対して動作開始指令を出力し、Ｓ１３０に移行する。充電装置３０の充電制御部３６は、整流装置１０の出力制御部１６からこの動作開始指令が入力されると、充電装置３０による蓄電池２０の充電動作を再開する。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態の直流給電システム２によれば、整流装置１０が、仮に、出力電流が定電力垂下特性における制限値である垂下電流設定値にクランプされて動作するなど、動作点が所望の動作点（動作点Ａ等）とは異なる動作点（動作点Ｂ等）で動作するようになっても、動作点移動処理が実行されることによって、動作点を所望の動作点に移動させることができる。
【００７７】
そのため、電力供給対象の負荷の種類にかかわらず（即ち、電力供給対象が負荷６のような定電力負荷であっても）、整流装置１０を所望の動作点にて動作させることができる。換言すれば、定電力負荷へ電力供給を行うような電力変換装置であっても、定電流垂下による過電流保護機能を採用することができる。
【００７８】
そのため、従来のように定電力垂下による過電流保護機能を備える場合に比べて、許容すべき電流値が小さくて済むため、整流装置１０の過剰設計を回避することができる。これにより、整流装置１０の設計・製造における小型化や低コスト化、大容量化などが可能となる。
【００７９】
また、上記のように整流装置１０の過剰設計を回避できることから、使用する電力範囲内での電力変換効率を向上させることも可能となる。
更に、本実施形態では、動作点を所望の動作点に移動させるための動作点移動処理を、出力制御部１６による処理、即ちソフトウェアにより実現している。つまり、別途ハードウェアを付加する必要はない。そのため、この点でも、部品増によるコストアップや大型化を考慮する必要はない。
【００８０】
そして特に、本実施形態では、定電流垂下制御を一時停止すること、即ち過電流保護機能を無効化することによって、出力電流の垂下電流設定値へのクランプを解除した上で、出力電圧が定格出力電圧になるように電圧指令値を制御（上昇）させることにより、所望の動作点への移動を実現している。そのため、所望の動作点への移動を確実に行うことができる。
【００８１】
なお、本実施形態において、出力制御部１６は本発明の制御手段及び動作点判断手段に相当する。また、図３の出力電圧制御処理における動作点移動処理は本発明の動作点移動制御に相当し、垂下電流設定値は本発明の制限電流値に相当し、定格出力電圧３８３Ｖの動作点である動作点Ａ及び動作点Ｃはいずれも本発明の定格動作点に相当する。また、図３の出力電圧制御処理において、Ｓ１２０及びＳ１５０の判断処理は本発明の動作点判断手段が実行する処理に相当する。
【００８２】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の直流給電システムについて、図４及び図５を用いて説明する。
本実施形態の直流給電システムは、そのハード構成自体は、図１に示した第１実施形態の直流給電システム２と同じであり、第１実施形態と異なるのは動作点移動機能である。そのため、以下の説明では、第１実施形態と異なる部分である動作点移動機能に絞って説明する。
【００８３】
上述した第１実施形態の動作点移動機能は、過電流保護機能を無効化して定電流垂下制御による電流クランプを解除した上で、電圧指令値を上昇させていくことによって、動作点を所望の動作点に遷移させていくものであった。
【００８４】
これに対し、本実施形態の動作点移動機能は、図４に例示するように、定電流垂下制御自体は継続させつつ、その電流制限値である垂下電流設定値を、初期値ａから段階的に減少させていくものである。
【００８５】
図４に示すように、例えば負荷６が８０ｋＷ負荷であって、起動時或いは停電等の事故からの回復時に、第１実施形態（図２参照）と同じように、整流装置１０及び負荷６の動作点が動作点Ｐから８０ｋＷ負荷線に沿って図４中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移して、垂下特性線と最初に交わる動作点Ｂで、定電流垂下制御によって落ち着いてしまったとする。
【００８６】
このような場合、本実施形態では、垂下電流設定値を初期値ａから所定量減少させて設定値ｂとする。これにより、動作点は、現在の動作点Ｂから、８０ｋＷ負荷線に沿って出力電流が減少する方向に遷移していって、出力電流が上記設定値ｂとなる動作点Ｂ１まで移動する。このとき、出力電圧Ｖｏはまだ定格出力電圧３８３Ｖに到達していないため、その場合は、垂下電流設定値を現在の設定値ｂからさらに所定量減少させて設定値ｃとする。これにより、動作点は、現在の動作点Ｂ１から、８０ｋＷ負荷線に沿って出力電流が減少する方向に遷移していって、出力電流が上記設定値ｃとなる動作点Ｂ２まで移動する。このようにして、出力電圧Ｖｏが最終的に定格出力電圧３８３Ｖに到達するまで、垂下電流設定値を所定量ずつ減少させていくのである。
【００８７】
本実施形態において整流装置１０の出力制御部１６が実行する動作点制御処理を、図５を用いて説明する。本実施形態でも、出力制御部１６は、基本的には第１実施形態と同じように図３に示した出力電圧制御処理を実行する。但し、本実施形態では、動作点移動処理として、図３に示した出力電圧制御処理におけるＳ１６０〜Ｓ２１０の動作点移動処理に代わり、図５に示す動作点移動処理を実行する。
【００８８】
図５の動作点移動処理が開始されると、まずＳ３１０にて、充電装置３０へ動作停止指令を出力することにより、充電装置３０による充電動作を停止させる。そして、Ｓ３２０にて、垂下電流設定値を現在の設定値から所定量減少させ、続くＳ３３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上となったか否か判断する。
【００８９】
Ｓ３３０で出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上でなければ、Ｓ３２０に戻って現在の垂下電流設定値をさらに所定量減少させ、Ｓ３３０に進む。一方、Ｓ３３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖと判断した場合、即ち動作点が所望の動作点に移動した場合は、Ｓ３４０にて、垂下電流設定値を初期化する。つまり、動作点移動処理を実行する前の初期の設定値ａに戻すことで、通常運転へ復帰させる。
【００９０】
そして、Ｓ３５０にて、充電装置３０へ動作開始指令を出力して充電装置３０による充電動作を再開させて、この動作点移動処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態では、動作点移動処理として、垂下電流設定値を段階的に低下させることによって、動作点を、負荷６の負荷線に沿って、出力電流が減少して出力電圧Ｖｏが増加するような方向にシフトさせていく。そして、動作点が定格出力電圧３８３Ｖの動作点まで移動した後は、垂下電流設定値を元の値（設定値ａ）に初期化する。
【００９１】
従って、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、本実施形態では、定電流垂下制御における垂下電流設定値を減少させていくことによって、所望の動作点への移動を実現している。そのため、所望の動作点への移動を確実に行うことができる。
【００９２】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の直流給電システムについて、図１，図６及び図７を用いて説明する。
【００９３】
本実施形態の直流給電システムは、そのハード構成については、第１実施形態の直流給電システム２の構成に加え、更に、図１に示すように、図１において破線で囲まれた回路も備えた構成となっている。そして、このハード構成の違いの他に第１実施形態と異なるのは、動作点移動機能である。そのため、以下の説明では、第１実施形態と異なる回路構成及び動作点移動機能に絞って説明する。
【００９４】
本実施形態の直流給電システムは、そのハード構成自体は、図１に示されている通りである。図１の構成のうち、破線で囲まれた回路以外の構成については既に説明したため、ここではその説明を省略する。
【００９５】
そして、本実施形態では、整流装置１０から負荷６に至る電力供給線５１，５２に、負荷６と並列に、ブリーダ抵抗Ｒ１が接続されている。より詳しくは、ブリーダ抵抗Ｒ１と接続スイッチ４１の直列回路が、負荷６と並列になるように接続されている。
【００９６】
接続スイッチ４１は、正極側の電力供給線５１からブリーダ抵抗Ｒ１を経て負極側の電力供給線５２に至る通電経路を導通・遮断するためのスイッチであり、整流装置１０の出力制御部１６からの指令に従ってオン・オフされる。
【００９７】
この接続スイッチ４１がオフされている間は、上記通電経路は遮断されるため、整流装置１０からみれば、電気的には、ブリーダ抵抗Ｒ１は電力供給線５１，５２に対して接続されていない状態と等価となる。
【００９８】
一方、接続スイッチ４１がオンされると、上記通電経路が導通されるため、整流装置１０からの電力は、負荷６だけでなく、ブリーダ抵抗Ｒ１にも供給されて消費されることになる。つまり、整流装置１０からみれば、負荷６に加えて更に、負荷としてブリーダ抵抗Ｒ１が増えたことになり、これにより、全体として負荷容量が増加して、整流装置１０からの供給電力も増大することとなる。
【００９９】
そして、このように負荷容量が増大するということは、図６に例示するように、整流装置１０からみた負荷全体（負荷６及びブリーダ抵抗Ｒ１）の負荷線が、電力が増大する方向にシフトするということである。
【０１００】
本実施形態の動作点移動機能は、このような、ブリーダ抵抗Ｒ１の接続・導通によって負荷線をシフトさせることができるという性質を利用している。
即ち、接続スイッチ４１は、通常時はオフされたままであり、よって、整流装置１０からみた負荷は、通常時は負荷６だけである。一方、図６に例示するように、例えば負荷６が８０ｋＷ負荷であって、起動時或いは停電等の事故からの回復時に、第１実施形態（図２参照）と同じように、整流装置１０及び負荷６の動作点が動作点Ｐから８０ｋＷ負荷線に沿って図６中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移して、垂下特性線と最初に交わる動作点Ｂで、定電流垂下制御によって落ち着いてしまったとする。
【０１０１】
このような場合、本実施形態では、接続スイッチ４１をオンさせて、整流装置１０からみた負荷容量を増加させる。これにより、負荷線は、図６に例示するように図中上方へシフトする。
【０１０２】
ここで、ブリーダ抵抗Ｒ１の抵抗値は、接続スイッチ４１がオンされたときの負荷線（即ち負荷６及びブリーダ抵抗Ｒ１を含む負荷全体の負荷線）が図６中の点Ｃを通るような値に予め設定されている。この点Ｃは、出力電圧Ｖｏは定格出力電圧３８３Ｖであって且つ出力電流は上限の垂下電流設定値となる点である。
【０１０３】
そのため、接続スイッチ４１をオンすると、負荷線のシフトに追随して、動作点は、出力電流値については垂下電流設定値にクランプされているものの出力電圧Ｖｏは上昇していき、やがて、動作点Ｃに達する。つまり、出力電圧Ｖｏは定格出力電圧３８３Ｖに到達することになる。
【０１０４】
そして、出力電圧Ｖｏが定格出力電圧３８３Ｖに到達すると、出力電流が垂下電流設定値から増加するような傾向がない限り、その垂下電流設定値への出力電流のクランプは解除される。そこで、動作点Ｃへ移動した後、接続スイッチ４１を再びオフさせて、負荷線を再び負荷６のみの負荷線に戻すと、出力制御部１６は、定格出力電圧３８３Ｖの電圧出力は維持させつつ出力電流を減少させていく。これにより、動作点は最終的に所望の動作点Ａに移動することになる。
【０１０５】
本実施形態において整流装置１０の出力制御部１６が実行する動作点制御処理を、図７を用いて説明する。本実施形態でも、出力制御部１６は、基本的には第１実施形態と同じように図３に示した出力電圧制御処理を実行する。但し、本実施形態では、動作点移動処理として、図３に示した出力電圧制御処理におけるＳ１６０〜Ｓ２１０の動作点移動処理に代わり、図７に示す動作点移動処理を実行する。
【０１０６】
図７の動作点移動処理が開始されると、まずＳ４１０にて、充電装置３０へ動作停止指令を出力することにより、充電装置３０による充電動作を停止させる。そして、Ｓ４２０にて、接続スイッチ４１へ接続スイッチオン指令を出力して接続スイッチ４１をオンさせることにより、電力供給線５１，５２に対してブリーダ抵抗Ｒ１を接続させる。つまり、整流装置１０の負荷としてブリーダ抵抗Ｒ１を追加させる。そして、続くＳ４３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上となったか否か判断する。
【０１０７】
Ｓ４３０で出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上でなければ、Ｓ４２０に戻って、接続スイッチ４１のオンを引き続き継続させるが、Ｓ４３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖと判断した場合（即ち、図６において動作点Ｃに移動した場合）は、Ｓ４４０にて、接続スイッチ４１へ接続スイッチオフ指令を出力して接続スイッチ４１をオフさせることにより、電力供給線５１，５２に対してブリーダ抵抗Ｒ１を開放させる。
【０１０８】
これにより、上述したように、負荷線は再び負荷６のみの負荷線となって、動作点は、出力電圧Ｖｏが定格の３８３Ｖに維持されたまま、出力電流の低下と共に移動していき、やがて所望の動作点Ａまで移動する。
【０１０９】
その後、Ｓ４５０にて、充電装置３０へ動作開始指令を出力して充電装置３０による充電動作を再開させて、この動作点移動処理を終了する。
尚、接続スイッチ４１のオンによって動作点が動作点Ｃまで移動した後、接続スイッチ４１をオフさせる前に、一時的に過電流保護機能を停止させるようにしてもよい。これにより、過電流保護機能としての定電流垂下制御による垂下電流設定値での出力電流クランプが確実に解除されるため、動作点Ｃから動作点Ａへの移動をより確実に行わせることができる。
【０１１０】
以上説明したように、本実施形態では、動作点移動処理として、接続スイッチ４１をオンさせて負荷容量を増大させ、これにより整流装置１０からの出力電力を増加させることによって出力電圧Ｖｏを定格出力電圧３８３Ｖまで増加させる。つまり、動作点を、とりあえず出力電圧Ｖｏについては定格の３８３Ｖであるような動作点にまで移動させる。そして、出力電圧Ｖｏが定格出力電圧３８３Ｖに到達した後に接続スイッチ４１をオフさせることにより、最終的に所望の動作点Ａに移動させる。
【０１１１】
従って、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。但し、本実施形態では、動作点を移動させるために、別途、ブリーダ抵抗Ｒ１や接続スイッチ４１などのハードウェアが必要となる。しかし、動作点を移動させるための制御としては、単に、接続スイッチ４１をオン・オフさせるだけでよいため、出力制御部１６による制御処理内容については簡素化することができる。
【０１１２】
尚、本実施形態において、ブリーダ抵抗Ｒ１は本発明の疑似負荷に相当し、接続スイッチ４１は本発明のスイッチ手段に相当する。
［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【０１１３】
例えば、第１実施形態では、図３のＳ１８０からＳ１９０に示したように、動作点を定格出力電圧（３８３Ｖ）の動作点まで移動させるために、電圧指令値を所定量ずつ段階的に上昇させるようにしたが、このように電圧指令値を上昇させるのはあくまでも一例であり、最終的に出力電圧を定格出力電圧まで上昇させることができる限り、具体的にどのように上昇させるかは適宜決めることができる。例えば、電圧指令値を一気に定格出力電圧３８３Ｖに設定して、その状態で、出力電圧が３８３Ｖに到達するのを待つようにしてもよい。また、動作点が所望の動作点に移動するまで、電圧指令値を定格の３８３Ｖより高い電圧に設定し、３８３Ｖに到達した後は再び電圧指令値を３８３Ｖに戻すようにしてもよい。
【０１１４】
また、第２実施形態における、垂下電流設定値の段階的な減少についても、具体的にどのように減少させていくかについては適宜決めることができる。即ち、第２実施形態では、図５のＳ３２０からＳ３３０に示したように、動作点を定格出力電圧（３８３Ｖ）の動作点まで移動させるために、垂下電流設定値を所定量ずつ減少させるようにしたが、この所定量を具体的にどの程度の量にするかについては適宜決めることができるし、また、必ずしも同量ずつ減少させていかなければならないわけでもない。
【０１１５】
また、第３実施形態では、抵抗値が固定されたブリーダ抵抗Ｒ１を用いたが、抵抗値を連続的又は段階的に変化させることが可能な抵抗を用いて、抵抗値を連続的又は段階的に変化させていくことによって、動作点を徐々に定格出力電圧まで遷移させるようにしてもよい。更に、整流装置１０の負荷を増加させるための擬似的な負荷として抵抗を用いることもあくまでも一例であり、抵抗に限らず、結果として整流装置１０の負荷を増加させることが可能な負荷であれば何でも良い。
【０１１６】
また、整流装置の構成としては、上記各実施形態における整流装置１０以外に、図１に示した整流装置１０の構成を一つの整流ユニットとして、複数の整流ユニットを備え、各整流ユニットの出力側が並列接続されなる構成のものも考えられる。つまり、複数の整流ユニットを備えることによって冗長性を持たせ、一ユニットあたりの負担を軽減させたり、或いは負荷に応じて運転させる整流ユニットの数を切り換えたりすることができる。
【０１１７】
そして、そのように複数の整流ユニットからなる整流装置に対しても、本発明を適用することができる。
例えば、第１実施形態において、整流装置１０が複数の整流ユニットからなる構成の場合は、必ずしも全ての整流ユニットが動作点移動処理を行う必要はなく、少なくとも一つの整流ユニットが動作点移動処理を行えば、その動作点移動処理によってその整流ユニット自身の動作点を所望の動作点に移動させることができると共に、その整流ユニットの動作点の移動によって他の各整流ユニットの動作点も追随して移動させることができる。
【０１１８】
もちろん、全ての整流ユニットにおいて上記動作点移動処理を行わせるようにしてもよいことはいうまでもない。
また、上記各実施形態では、動作点移動処理を、過電流保護機能が働いているとき（即ち定電流垂下制御によって出力電流が垂下電流設定値にクランプされている場合）に行うようにしたが、これもあくまでも一つの例であって、動作点移動処理をどのような場合に実行するかについても適宜決めることができる。例えば、整流装置１０が起動時する毎に出力電圧が定格出力電圧になるまで無条件で実行するようにしてもよいし、定常動作中に出力電圧が所定の閾値（例えば定格出力電圧或いはそれより所定量低い値）以下となった場合にも実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
２…直流給電システム、４…交流電力系統、６…負荷、１０…整流装置、１２，３２…整流回路、１４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１６…出力制御部、１８，３８…異常検出部、２０…蓄電池、３０…充電装置、３４…充電回路、３６…充電制御部、４１…接続スイッチ、５１，５２…電力供給線、Ｃ１…コンデンサ、Ｄ１…逆流防止用ダイオード、Ｒ１…ブリーダ抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流垂下特性を有する電力変換装置、及びこの電力変換装置により交流電力を直流電力に変換して負荷へ供給するよう構成された直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、データセンターや通信ビルなどに構築される情報通信システムでは、使用される情報通信機器の増加に伴い、消費電力が増大している。そのため、地球環境問題の観点からも、情報通信システムでの消費電力を低減することが要求されている。
【０００３】
こうした情報通信システムでの消費電力低減を実現するために、商用電源等の交流電力系統から供給される交流電圧を整流装置にて直流電圧に変換して外部負荷である各種情報通信機器に出力する、直流給電システムが注目されている。また、この直流給電システムでは、高効率化のために、出力電圧を高電圧（例えば直流３８０Ｖ程度）にする動きが進んでいる。
【０００４】
この種の直流給電システムの具体的構成としては、例えば、交流電力系統からの三相の交流（ＡＣ）入力電圧（例えばＡＣ２００Ｖ）を所定電圧値（例えば直流３８３Ｖ）の直流電圧に変換して負荷へ供給するための整流装置と、バックアップ用の蓄電池と、この蓄電池を充電するための、交流電力系統からの交流入力電圧を充電用の直流電圧に変換して蓄電池へ供給する充電装置とを備えたものが知られている。
【０００５】
これらの構成のうち、整流装置及び充電装置は、上記の通り、交流電力を直流電力に変換して出力する、いわゆる電力変換装置として構成されている。そして、いずれも、電力変換という基本的機能に加え、給電システムの安全性を確保すべく、過電流保護のための垂下特性を有している。
【０００６】
電力変換装置に適用される垂下特性としては、主に、出力電流値が所定値を超えると出力電力を一定に保ちながら（即ち出力電流増加に対して出力電圧を低下させながら）垂下させていく定電力垂下（例えば、特許文献１，２参照）と、出力電流値が所定の制限値に達したら出力電流値をその制限値に維持した状態で出力電圧を低下させていく定電流垂下（例えば、特許文献３参照）が挙げられる。
【０００７】
そして、情報通信機器用の電源として用いられる電力変換装置としては、従来、定電力垂下特性を備えたものが一般的である。なぜなら、情報通信機器用の電力変換装置が定電流垂下特性を備えたものであると、次に述べるように、所望の動作点とは異なる動作点で動作してしまうおそれがあるからである。
【０００８】
データセンターでは、負荷として、サーバやルータなど、入力側に安定化電源を有する機器（定電力負荷）が多く、整流装置等の給電系からみると定電力負荷が多く接続された状態となる。これらの定電力負荷には、動作モードとして低電圧・大電流の電源電力で動作可能に構成されたものも多い。
【０００９】
そして、通常時は、整流装置が負荷へ全電力を供給し、充電装置は蓄電池の充電状態に応じて充電電力を供給する。このとき、整流装置は、定常動作状態における所定の動作点（後述する図８の動作点Ａに相当）で定常動作することになる。充電装置についても、出力電圧・出力電流値は若干異なるものの同じように定常動作状態における所定の動作点で定常動作することになる。
【００１０】
そして、交流電力系統で停電などの異常が発生した場合には、整流装置及び充電装置は停止され、整流装置に代わって蓄電池から負荷へ電力が供給される。そして、停電等の異常からの回復後は、整流装置及び充電装置が動作を再開し、負荷電力は整流装置から供給されるようになる。
【００１１】
ここで、もし、過電流保護機能の垂下特性として図８に示すような定電流垂下特性を備えていると、定電力負荷の負荷線と定電流垂下特性を示す線（以下「垂下特性線」とも称す）との交点が２箇所生じてしまう。つまり、本来望まれる、定格出力電圧（図８の例では３８３Ｖ）の動作点Ａとは別に、それよりも電圧が低く且つ電流が高い、本来望まれない動作点Ｂが生じ、整流装置はその動作点Ｂでも動作可能となる。
【００１２】
この場合、動作点Ａでの定常動作時には、その動作点Ａが維持されるため、意図せず動作点Ｂに移動してしまうことはない。しかし、停電等の事故によって蓄電池電力による負荷の動作に切り替わった場合に、その電力供給によって蓄電池電圧が低下していって、蓄電池電圧が動作点Ｂの電圧よりも低くなってしまうと、停電等から回復して整流装置が動作を再開したとき、その再開後の整流装置の動作点は、動作点Ａではなく動作点Ｂとなってしまう。
【００１３】
つまり、停電時等において蓄電池電力で負荷が動作しているとき、蓄電池電圧が動作点Ｂの電圧より低くなると、負荷の動作点は、動作点Ｂよりも電圧が低く且つ電流が大きい点となる。図８は、まさに蓄電池電圧が動作点Ｂの電圧よりも低くなっている状態を示しており、この場合、負荷容量が例えば８０ｋＷだとすると、負荷は、蓄電池電圧と８０ｋＷ負荷線との交点Ｐで動作していることになる。
【００１４】
そして、この状態（交点Ｐを動作点として動作している状態）で、停電から回復し、整流装置の動作が再開されると、整流装置からの電力供給に伴って負荷電圧は上昇していき、動作点は、交点Ｐから、８０ｋＷ負荷線に沿って図８中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移していく。すると、整流装置は、定電流垂下特性を有しているが故に、本来は定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ａで定常動作すべきであるにもかかわらず、動作再開後に動作点が交点Ｐから遷移していく過程で、垂下特性線と交わる動作点Ｂで落ち着いてしまい、その動作点Ｂで定常動作してしまうことになるのである。
【００１５】
尚、図８には、負荷容量が５０ｋＷの場合の負荷線（５０ｋＷ負荷線）も示されているが、５０ｋＷの負荷の場合も同様であり、停電等によって蓄電池からの電力で負荷が動作している間に、蓄電池電圧が動作点Ｄの電圧より低くなってその動作点Ｄよりも低電圧且つ高電流の動作点で動作するようになると、停電等からの回復後、整流装置は、本来は定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ｃまで遷移してそこで落ち着くべきであるにもかかわらず、動作点Ｄで落ち着いてしまうことになる。
【００１６】
このように、定電流垂下特性を備えると本来望まない動作点Ｂ（動作点Ｄ）で定常動作してしまうことがあるという問題は、上述したような、停電等の異常からの回復時に限らず、例えば、整流装置や充電装置の起動時、即ち負荷への電力供給開始時にも起こり得る。
【００１７】
即ち、システム全体が起動し、定電力負荷（特に低電圧・大電流の電源入力が許容された定電力負荷）に対して整流装置又は蓄電池からの電力供給が開始されると、その電力供給開始直後は、図８に示す８０ｋＷ負荷線のように、負荷への入力電圧が上昇し始めると共に入力電流は急上昇していく。そして、定電流垂下特性による制限値である垂下電流設定値よりも大きい所定の起動時最大電流値（図８の例では約５００Ａ）まで上昇すると、その後は入力電圧の上昇に応じて入力電流値は減少していき、やがて所定の動作点で定常動作することになる。尚このとき、整流装置の出力電圧が蓄電池電圧以上となるまでは、負荷への電力供給は蓄電池によって行われる。
【００１８】
この場合において、例えば負荷容量が８０ｋＷであって、負荷への電力供給開始時（整流装置の起動時）に蓄電池の電圧が上記動作点Ｂよりも低い電圧であったとすると、電流値が起動時最大電流値まで急上昇した後に減少していく過程で、動作点Ａに到達するよりも先に動作点Ｂに到達し、以後、その動作点Ｂで定常動作してしまうことになる。
【００１９】
そのため、負荷として上述したような定電力負荷が多く接続されるような電力変換装置においては、一般的には定電流垂下特性は採用されず、定電力垂下特性が採用されているのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００９−１１０７３号公報
【特許文献２】特開２００７−６０８８０号公報
【特許文献３】特開平１０−３３６９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、直流給電システムにおける電力変換装置の過電流保護機能（垂下特性）として定電力垂下特性を用いると、低電圧・大電流での動作も許容すべく、電力変換装置を構成する電力変換素子（半導体スイッチング素子）として大電流を流せるような大きな定格の素子を選定する必要があったり、電力変換装置を含むシステム全体で大電流を許容するようなシステム設計が必要となったりするなど、電力変換装置を含むシステム全体の設計の複雑化や、システム規模の大型化、効率悪化、コストアップなどを招いてしまう。そのため、出力容量の大容量化も困難となっている。
【００２２】
一方、定電流垂下特性であれば、定常動作時の電流値は垂下電流設定値で制限され、垂下電流設定値より大きい電流が定常的に流れることはない。そのため、電力変換装置を含むシステム全体の許容電流を低く抑えることができ、その分、定格電流値の低い電力変換素子の選定が可能となり、システム設計も容易になる。
【００２３】
よって、直流給電システムにおける電力変換装置の垂下特性として、定電力垂下特性ではなく定電流垂下特性を採用することによって、システムの小型化やコストダウンを実現することが望まれている。
【００２４】
しかし、現状は、上述したように、定電流垂下特性を採用すると定電力負荷が接続された場合に、図８に例示したように動作点が２箇所発生してしまい、望ましくない出力電圧・出力電流値（図８では動作点Ｂ）で定常動作してしまうという問題があるため、定電流垂下特性の採用は困難となっているのである。
【００２５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、過電流保護のための垂下特性として定電流垂下特性を有する電力変換装置において、電力供給対象の負荷の種類にかかわらず、所望の動作点にて動作することができるようにし、もって電力変換装置の小型化、低コスト化、大容量化を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給するための電力変換回路と、この電力変換回路の動作を制御するものであって、予め決められた定格出力電圧を出力するよう制御すると共に、出力電流が所定の制限電流値に達した場合にはそれを超える電流を出力しないようにしつつ出力電圧を低下させる、定電流垂下特性による過電流保護機能を有する制御手段と、を備えた電力変換装置であり、電力変換回路が上記定格出力電圧の動作点である定格動作点で動作しているか否か判断する動作点判断手段を備えている。そして、制御手段は、動作点判断手段により定格動作点で動作していないと判断された場合に、動作点を強制的に定格動作点に移動させるための動作点移動制御を行う。
【００２７】
このように構成された電力変換装置によれば、仮に、定電力垂下特性における制限電流値で定常動作するなど、動作点が所望の定格動作点とならない場合には、動作点移動制御によって、動作点を定格動作点に移動させることができる。そのため、電力供給対象の負荷の種類にかかわらず（即ち、電力供給対象が定電力負荷であっても）、所望の定格動作点にて動作させることができる。換言すれば、負荷が定電力負荷であっても、定電流垂下による過電流保護機能を採用することができる。
【００２８】
そのため、定電力垂下による過電流保護機能を備える場合に比べて、許容すべき電流値が小さくて済むため、電力変換装置の過剰設計を回避することができる。これにより、電力変換装置の設計・製造における小型化や低コスト化、大容量化などが可能となる。
【００２９】
動作点を強制的に定格動作点に移動させるための動作点移動制御の具体的内容は種々考えられ、例えば請求項２〜請求項４に記載の方法により行うことができる。
まず、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置であって、制御手段は、動作点移動制御を次のように行う。即ち、定電流垂下特性による過電流保護機能を無効化すると共に、その無効化後に出力電圧を強制的に定格出力電圧まで上昇させることによって動作点移動制御を行う。そして、動作点が定格動作点に移動した後は、定電流垂下特性による過電流保護機能を再び有効化する。
【００３０】
このように構成された電力変換装置によれば、仮に、過電流保護機能の働きによって定電力垂下特性における制限電流値で定常動作している場合であっても、過電流保護機能を無効化することで、出力電流の制限電流値への固定が解除され、動作点を負荷線に沿って移動させることができるようになる。そこで、出力電圧が定格出力電圧になるように制御すれば、動作点が負荷線に沿って移動してやがて所望の定格動作点に到達させることができる。そのため、定格動作点への移動を確実に行うことができる。
【００３１】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置であって、制御手段は、動作点移動制御を次のように行う。即ち、制限電流値を低下させることによって、動作点を、定電力負荷の負荷線に沿って、出力電流は減少して出力電圧は増加するような方向にシフトさせることにより、動作点移動制御を行う。そして、動作点が定格動作点に移動した後は、制限電流値を、低下させる前の元の値に戻す。
【００３２】
このように構成された電力変換装置によれば、仮に、過電流保護機能の働きによって定電力垂下特性における制限電流値で定常動作している場合であっても、その制限電流値を減少させれば、出力電流も減少していく。そして、負荷が定電力負荷であるため、出力電流が減少すれば出力電圧は逆に上昇していく。そのため、制限電流値を減少させることによって出力電圧を上げていけば、動作点は負荷線に沿って移動し、やがて所望の定格動作点に到達させることができる。そのため、定格動作点への移動を確実に行うことができる。
【００３３】
更に、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置であって、電力変換回路の出力側に設けられ、該電力変換回路からの出力電力を消費させるための擬似的な負荷である疑似負荷と、電力変換回路から疑似負荷への電力供給をオン・オフさせるためのスイッチ手段と、を備えている。そして、制御手段は、動作点移動制御を次のように行う。即ち、スイッチ手段をオンさせて電力変換回路からの出力電力を増加させることによって出力電圧を定格出力電圧まで増加させ、該出力電圧が定格出力電圧に到達した後にスイッチ手段をオフさせることにより、動作点移動制御を行う。
【００３４】
このように構成された電力変換装置によれば、スイッチ手段のオン・オフによって、給電対象の負荷として疑似負荷を追加させることができる。これは即ち、電力変換装置が電力供給すべき負荷全体の容量を増加させることができるということである。そして、負荷容量を増加させることができるということは、負荷線をシフトさせることができるということになる。
【００３５】
そのため、仮に、過電流保護機能の働きによって定電力垂下特性における制限電流値で定常動作している場合であっても、スイッチ手段をオンさせて電力変換装置の負荷として疑似負荷を追加することで、負荷線をシフトさせ、これにより、出力電圧が増加する方向に動作点を移動させることができる。そのため、疑似抵抗の抵抗値を適切に選定することで、動作点を、定格出力電圧の動作点にまで移動させることができる。そして、出力電圧が定格出力電圧に到達した後、疑似負荷を切り離して負荷容量を元に戻す（つまり負荷線を元に戻す）ことにより、出力電圧が定格出力電圧に維持されたまま出力電流が減少する方向に動作点を移動させることができ、これにより、定格動作点への移動を確実に行うことができる。
【００３６】
そして、請求項５に記載の発明は、交流電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給する整流装置と、定電力負荷に対して整流装置と並列に接続された蓄電池と、交流電力系統から入力される交流電力を蓄電池の充電用の直流電力に変換して蓄電池を充電する充電装置と、を備えた直流給電システムであり、整流装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置として構成されている。
【００３７】
このように構成された直流給電システムによれば、当該直流給電システムを構成する整流装置として、本発明の電力変換装置が用いられている。そのため、整流装置の動作点が所望の定格動作点とは異なる動作点となってしまっても、上述した動作点移動制御によって、動作点を確実に所望の定格動作点に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。
【図２】第１実施形態における、負荷線と垂下特性線の関係、及び動作点移動機能を説明するための説明図である。
【図３】第１実施形態の出力電圧制御処理を表すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における、負荷線と垂下特性線の関係、及び動作点移動機能を説明するための説明図である。
【図５】第２実施形態の出力電圧制御処理における動作点移動処理を表すフローチャートである。
【図６】第３実施形態における、負荷線と垂下特性線の関係、及び動作点移動機能を説明するための説明図である。
【図７】第３実施形態の出力電圧制御処理における動作点移動処理を表すフローチャートである。
【図８】従来の直流給電システムにおいて、動作点が２箇所生じうることを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態の直流給電システム２について、図１〜図３を用いて説明する。
【００４０】
図１に示すように、本実施形態の直流給電システム２は、商用電力系統等の交流電力系統４から供給される交流電圧（本実施形態では三相交流電圧）を、所定の直流電圧に変換して、外部の負荷６へ供給するものであり、三相交流電圧を整流して所定の直流電圧に変換する整流装置１０と、この整流装置１０から出力された直流電圧を負荷６へ供給するための電力供給線５１，５２とを備える。整流装置１０の定格出力電圧は、本実施形態では３８３Ｖであり、通常はその３８３Ｖの直流電圧が負荷へ出力されるように制御される。
【００４１】
尚、本実施形態の直流給電システム２は、一例として、データセンターや通信ビルなどにおいて各種情報通信機器へ電力を供給するために構築されたものであり、負荷６は、情報通信機器としてのサーバやルータなどの定電力負荷である。また、後述する垂下電流設定値（図２の電流値ａ参照）よりも大きな電流での動作、即ち低電圧・大電流の電源電力による動作も可能に構成されている。
【００４２】
そのため、負荷６の容量が例えば８０ｋＷである場合は、負荷６は、図２に示す８０ｋＷ負荷線上の動作点で動作することになる。また、負荷６の容量が例えば５０ｋＷである場合は、負荷６は、図２に示す５０ｋＷ負荷線上の動作点で動作することになる。本例では、上述したように、整流装置１０は通常は３８３Ｖの定格出力電圧を出力するように動作するため、負荷６の動作点（整流装置１０の動作点でもある）は、通常はその定格出力電圧の動作点となる。即ち、８０ｋＷ負荷の場合は動作点Ａであり、５０ｋＷ負荷の場合は動作点Ｃである。
【００４３】
また、本実施形態の直流給電システム２には、交流電力系統４に異常が生じ、整流装置１０から負荷６へ所定の直流電圧を供給することができなくなったときにでも、負荷６への電力供給を継続できるようにするためのバックアップ用装置として、蓄電池２０及び充電装置３０が備えられている。以下、整流装置１０及び充電装置３０についてより具体的に説明する。
【００４４】
まず、整流装置１０は、交流電力系統４から供給される三相交流電圧を整流する整流回路１２と、整流回路１２からの出力電圧を安定化させるためのコンデンサＣ１と、整流回路１２からコンデンサＣ１を介して出力される直流電圧を、負荷６に供給すべき所定の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力電圧が所定の直流電圧となるよう、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の駆動デューティを制御する出力制御部１６とを備える。
【００４５】
出力制御部１６は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略す）を備えており、このマイコンによるデジタル制御によって、上記の駆動デューティの制御をはじめ、後述する過電流保護機能や、出力電圧制御処理（図３参照）などの各種制御が実現される。なお、マイコンによる制御であることはあくまでも一例であり、例えばロジック回路やアナログ回路等、マイコン以外の他の手段によって上記各制御や各機能を実現してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、半導体スイッチング素子が上記駆動デューティに従ってオン・オフされることにより所望の電圧を出力可能に構成された周知のものである。本実施形態の出力制御部１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力電圧をフィードバックして、その出力電圧が定格出力電圧である３８３Ｖとなるようにするための電圧指令値を設定（演算）する。そして、その設定した電圧指令値に従って上記駆動デューティを制御する。但し、過電流状態となって出力電流が垂下電流設定値に達した場合は、過電流から整流装置１０を保護すべく、次に述べるように出力電圧を低下させる。
【００４７】
即ち、出力制御部１６は、過電流から当該装置を保護するための過電流保護機能を備えている。本実施形態の過電流保護機能は、図２に示すような定電流垂下特性に基づく定電流垂下制御によって実現される。
【００４８】
出力制御部１６は、通常は定格出力電圧である３８３Ｖの直流電圧が負荷へ出力されるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１４を制御するが、その一方で、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力電流を監視しており、出力電流が増大していって垂下電流設定値に達すると、出力電流をその垂下電流設定値に固定（クランプ）しつつ、出力電圧を定格出力電圧３８３Ｖから低下させていく。
【００４９】
尚、整流装置１０は、電力供給対象の負荷６が定電力負荷であるが故に、起動時、蓄電池２０の電圧によっては、ごく短時間であるものの、出力電流値が電流制限値を超えて過電流が流れる可能性がある。これは、定電力負荷の場合は図８に例示したような負荷線にそって負荷への電力供給がなされるためであり、蓄電池２０の電圧が低いほど、短時間ではあるが整流装置１０から垂下電流設定値を超える電流が出力されるおそれが高くなる。
【００５０】
但し、本実施形態の整流装置１０は、上記のような起動時の一時的な過電流状態の発生については許容されている。整流装置１０のような電力変換装置は、一般に、定常動作時における出力電圧・出力電流値に基づいて、それを十分に許容するように設計されるものであり、上述したような起動時のごく短時間（例えば１〜２秒）の過電流については基本的には考慮する必要はない。つまり、起動時のごく短時間に生じる可能性がある過電流について、その過電流が長時間流れた場合を想定した過剰なスペックまでは要求されない。そのため、本実施形態の整流装置１０も、起動時等のごく短時間の過電流は許容しつつ、基本的には定常動作状態での動作状態に基づいてスペック等が定められ、それに基づいて設計・製造されている。
【００５１】
また、整流装置１０には、異常検出部１８が設けられている。この異常検出部１８は、交流電力系統４から供給される三相交流電圧の電圧値や電流値を監視することにより、交流電力系統４から三相交流電圧が正常に供給されているか否かを判断し、停電等の事故発生によって交流電力系統４からの三相交流電圧の供給が正常に行われなくなった場合には、その旨を表す異常検出信号を出力制御部１６に出力する。出力制御部１６は、異常検出部１８から異常検出信号を受けると、自身の動作（延いては整流装置１０の動作）を停止させるなどの所定の処理を行う。
【００５２】
更に、本実施形態の整流装置１０は、自身の動作点が所望の動作点（図２の動作点Ａ）とは異なる動作点で定常動作しているような場合にその動作点を所望の動作点Ａに移動させる、動作点移動機能を備えている。尚、以下の説明において、整流装置１０の動作点とＤＣ−ＤＣコンバータ１４の動作点は同義であるものとする。
【００５３】
本実施形態では、負荷６が定電力負荷であって、整流装置１０の過電流保護機能が定電流垂下制御にて実現されることから、蓄電池２０の電圧によっては、整流装置１０の起動時、或いは停電等の事故によって動作停止した後に動作を再開した時に、負荷６の動作点が、垂下電流設定値よりも大きな電流となってしまっていることが有り得る（例えば８０ｋＷ負荷の場合は図２の動作点Ｐ）。
【００５４】
そして、そのように蓄電池２０の電力によって動作点Ｐで負荷６が動作している状態で、停電から回復し、整流装置１０の動作が再開されると、整流装置１０の出力電圧上昇に伴って、整流装置１０及び負荷６の動作点は、動作点Ｐから８０ｋＷ負荷線に沿って図２中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移していく。すると、整流装置１０は、定電流垂下特性を有しているが故に、本来は定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ａで定常動作すべきであるにもかかわらず、動作点が遷移していく過程で、垂下特性線と最初に交わる動作点Ｂで落ち着いてしまい、その動作点Ｂで定常動作してしまう。
【００５５】
つまり、動作点Ｂに到達したところで、出力制御部１６は、定電流垂下制御を機能させて出力電流をその動作点Ｂの電流値である垂下電流設定値にクランプし、その後、負荷電力増大等によって出力電圧が定格出力電圧３８３Ｖに上昇しない限り、そのクランプした状態で定常動作する。そのため、所望の動作点Ａまで遷移することなく、所望しない動作点Ｂで動作を継続してしまう。
【００５６】
そこで本実施形態では、定電流垂下制御によって整流装置１０が所望の定格出力電圧３８３Ｖの動作点とは異なる動作点で動作している場合に、その動作点を所望の動作点に強制的に移動させるための動作点移動機能を備えているのである。
【００５７】
本実施形態の動作点移動機能の概要は、次の通りである。即ち、出力制御部１６は、まず、定電流垂下制御を一時的に停止する。換言すれば、定電流垂下特性による過電流保護機能を無効化する。そして、定電流垂下制御の停止後、出力制御部１６は、現在設定している電圧指令値、即ち定電流垂下制御中に設定していた電圧指令値を、所定量ずつ段階的に上昇させていくことにより、出力電圧を強制的に上昇させる。
【００５８】
この電圧指令値の上昇により、出力電圧は、図２に示すように、動作点Ｂから負荷線に沿って動作点Ａに向けて移動していく。そして、出力電圧が定格出力電圧３８３Ｖに到達したら（即ち動作点Ａに到達したら）、電圧指令値を定格の３８３Ｖに設定すると共に定電流垂下特性による過電流保護機能を再び動作（有効化）させる。つまり、制御方式を通常状態に初期化する。
【００５９】
負荷６の容量が５０ｋＷの場合も同じ要領であり、初期起動時或いは停電等の事故からの復帰時に、仮に動作点が本来望まない動作点Ｄに落ち着いてしまっても、上記の動作点移動機能により、定電流垂下制御を停止して電圧指令値を上昇させることによって動作点を遷移させ、最終的に定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ｃまで遷移させることができる。
【００６０】
次に、充電装置３０は、交流電力系統４から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換する整流回路３２と、整流回路３２から出力される直流電圧にて蓄電池２０を充電する充電回路３４と、蓄電池２０に蓄積された電力量が目標電力量となるよう充電回路３４を制御する充電制御部３６とを備える。
【００６１】
また、充電装置３０にも、整流装置１０と同様、交流電力系統４から供給される三相交流電圧の電圧値や電流値を監視することにより、交流電力系統４から三相交流電圧が正常に供給されているか否かを判断し、交流電力系統４から供給される三相交流電圧に異常が生じた場合には、その旨を表す異常検出信号を出力する異常検出部３８が設けられている。
【００６２】
尚、蓄電池２０は、充電装置３０によって、負荷６を動作させることが可能な所定の直流電圧値に充電される。そして、蓄電池２０の正極は逆流防止用ダイオードＤ１を介して正極側の電力供給線５１に接続され、蓄電池２０の負極は負極側の電力供給線５２に接続されている。
【００６３】
また、図１において、破線で囲まれている部分（ブリーダ抵抗Ｒ１や接続スイッチ４１などからなる回路）は、後述する第３実施形態において用いられる部分であり、本実施形態では関係ないものである。そのため、本実施形態では、図１におけるその破線で囲まれた回路は存在していないものとみなす。
【００６４】
このように構成された直流給電システム２では、停電等の事故のない通常時は、整流装置１０が負荷６へ全電力を供給し、充電装置３０は蓄電池２０の充電状態に応じて充電電力を供給する。このとき、整流装置１０は、定格出力電圧３８３Ｖの動作点Ａで定常動作することになる。
【００６５】
そして、交流電力系統で停電などの異常が発生した場合には、整流装置１０及び充電装置３０は停止され、整流装置１０に代わって蓄電池２０から負荷６へ電力が供給される。そして、停電等の異常からの回復後は、整流装置１０及び充電装置３０が動作を再開し、負荷電力は再び整流装置１０から供給されるようになる。
【００６６】
次に、本発明の整流装置１０において出力制御部１６が実行する出力電圧制御処理について、図３を用いて説明する。出力制御部１６は、交流電力系統４からの交流電力供給が正常に開始されると、図３の出力電圧制御処理を実行する。尚、この出力電圧制御処理と並行して、上述した過電流保護のための機能も実行する。
【００６７】
出力制御部１６は、この出力電圧制御処理を開始すると、まずＳ１１０にて、整流装置１０の通常運転を開始させる。つまり、出力電圧Ｖｏが定格出力電圧３８３Ｖとなるように電圧指令値を設定してＤＣ−ＤＣコンバータ１４を動作させる。そして、Ｓ１２０で、出力電圧Ｖｏが定格の３８３Ｖ以上であるか否か判断する。
【００６８】
ここで、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上であれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、そのまま通常運転を継続させる（Ｓ１３０）。そして、Ｓ１４０にて、出力電圧Ｖｏが所定の電圧低下閾値ＶＬより低いか否か判断し、低くなければＳ１３０に戻るが、低ければＳ１５０に移行する。また、Ｓ１２０の処理で出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上ではないと判断された場合も、Ｓ１５０に移行する。
【００６９】
尚、Ｓ１４０の判断処理を行う理由は、交流電力系統４からの交流電力供給は正常に行われているものの整流装置１０の異常或いは負荷６側の異常などの何らかの要因で出力電圧Ｖｏが低下してしまった場合に、動作点が本来望まない動作点にずれてしまう可能性があるためである。
【００７０】
Ｓ１５０では、過電流によって定電流垂下制御が実行中であるか否か、即ち、過電流によって出力電流が垂下電流設定値にクランプされて出力電圧が低下させられている状態であるか否かを判断する。このとき、定電流垂下制御が実行されていない場合、即ち定電流垂下制御によって出力電圧Ｖｏが３８３Ｖとなるのが妨げられているわけではない場合は、Ｓ１２０に戻るが、定電流垂下制御が実行されている場合は、このままでは所望の動作点に到達しないため、Ｓ１６０以降の動作点移動処理に移る。
【００７１】
まずＳ１６０では、充電装置３０に対し、動作停止指令を出力する。充電装置３０の充電制御部３６は、整流装置１０の出力制御部１６からこの動作停止指令が入力されると、充電装置３０による蓄電池２０の充電動作を一時停止させる。尚、このように充電装置３０の動作を停止させるのは、充電装置３０が動作したままであると、充電装置３０からの出力電圧の影響を受けて整流装置１０の出力電圧Ｖｏが十分に増加せず、動作点移動処理の所期の目的を達成できなくなるおそれがあるからである。
【００７２】
充電装置３０を停止させた後、続くＳ１７０では、自身による定電流垂下制御を一時停止させる。つまり、過電流保護機能そのものを一時的に無効化することにより、出力電流の垂下電流設定値へのクランプを解除し、負荷６や自身の電圧指令値に応じて動作点を移動可能な状態にさせる。そして、Ｓ１８０にて、電圧指令値を、現在設定されている電圧指令値（つまり定電流垂下制御時に設定していた値であり、少なくとも定格出力電圧３８３Ｖよりは低い値）に対して所定量Δｖ上昇させる（図２参照）。
【００７３】
そして、Ｓ１９０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上となったか否か判断し、３８３Ｖ以上でなければＳ１８０に戻って現在の電圧指令値をさらに所定量Δｖ上昇させ、Ｓ１９０に進む。このように所定量Δｖずつ段階的に上昇させることで、動作点を所望の動作点に向けて移動させていく。図２の例でいえば、動作点Ｂから動作点Ｂ１，動作点Ｂ２，・・・と、所望の動作点Ａに向けて移動させる。
【００７４】
一方、Ｓ１９０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上と判断した場合、即ち動作点が所望の動作点に移動した場合は、Ｓ２００にて、自身によるＤＣ−ＤＣコンバータ１４の制御方式（ひいては整流装置１０全体の制御方式）を初期化する。つまり、動作点移動処理によって一時的に過電流保護機能が停止（無効化）されていたのを再び有効化して通常通り機能させるようにしたり、電圧指令値の設定にかかわる制御を通常通りに戻したりすることで、通常運転へ復帰させる。
【００７５】
そして、Ｓ２１０にて、充電装置３０に対して動作開始指令を出力し、Ｓ１３０に移行する。充電装置３０の充電制御部３６は、整流装置１０の出力制御部１６からこの動作開始指令が入力されると、充電装置３０による蓄電池２０の充電動作を再開する。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態の直流給電システム２によれば、整流装置１０が、仮に、出力電流が定電力垂下特性における制限値である垂下電流設定値にクランプされて動作するなど、動作点が所望の動作点（動作点Ａ等）とは異なる動作点（動作点Ｂ等）で動作するようになっても、動作点移動処理が実行されることによって、動作点を所望の動作点に移動させることができる。
【００７７】
そのため、電力供給対象の負荷の種類にかかわらず（即ち、電力供給対象が負荷６のような定電力負荷であっても）、整流装置１０を所望の動作点にて動作させることができる。換言すれば、定電力負荷へ電力供給を行うような電力変換装置であっても、定電流垂下による過電流保護機能を採用することができる。
【００７８】
そのため、従来のように定電力垂下による過電流保護機能を備える場合に比べて、許容すべき電流値が小さくて済むため、整流装置１０の過剰設計を回避することができる。これにより、整流装置１０の設計・製造における小型化や低コスト化、大容量化などが可能となる。
【００７９】
また、上記のように整流装置１０の過剰設計を回避できることから、使用する電力範囲内での電力変換効率を向上させることも可能となる。
更に、本実施形態では、動作点を所望の動作点に移動させるための動作点移動処理を、出力制御部１６による処理、即ちソフトウェアにより実現している。つまり、別途ハードウェアを付加する必要はない。そのため、この点でも、部品増によるコストアップや大型化を考慮する必要はない。
【００８０】
そして特に、本実施形態では、定電流垂下制御を一時停止すること、即ち過電流保護機能を無効化することによって、出力電流の垂下電流設定値へのクランプを解除した上で、出力電圧が定格出力電圧になるように電圧指令値を制御（上昇）させることにより、所望の動作点への移動を実現している。そのため、所望の動作点への移動を確実に行うことができる。
【００８１】
なお、本実施形態において、出力制御部１６は本発明の制御手段及び動作点判断手段に相当する。また、図３の出力電圧制御処理における動作点移動処理は本発明の動作点移動制御に相当し、垂下電流設定値は本発明の制限電流値に相当し、定格出力電圧３８３Ｖの動作点である動作点Ａ及び動作点Ｃはいずれも本発明の定格動作点に相当する。また、図３の出力電圧制御処理において、Ｓ１２０及びＳ１５０の判断処理は本発明の動作点判断手段が実行する処理に相当する。
【００８２】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の直流給電システムについて、図４及び図５を用いて説明する。
本実施形態の直流給電システムは、そのハード構成自体は、図１に示した第１実施形態の直流給電システム２と同じであり、第１実施形態と異なるのは動作点移動機能である。そのため、以下の説明では、第１実施形態と異なる部分である動作点移動機能に絞って説明する。
【００８３】
上述した第１実施形態の動作点移動機能は、過電流保護機能を無効化して定電流垂下制御による電流クランプを解除した上で、電圧指令値を上昇させていくことによって、動作点を所望の動作点に遷移させていくものであった。
【００８４】
これに対し、本実施形態の動作点移動機能は、図４に例示するように、定電流垂下制御自体は継続させつつ、その電流制限値である垂下電流設定値を、初期値ａから段階的に減少させていくものである。
【００８５】
図４に示すように、例えば負荷６が８０ｋＷ負荷であって、起動時或いは停電等の事故からの回復時に、第１実施形態（図２参照）と同じように、整流装置１０及び負荷６の動作点が動作点Ｐから８０ｋＷ負荷線に沿って図４中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移して、垂下特性線と最初に交わる動作点Ｂで、定電流垂下制御によって落ち着いてしまったとする。
【００８６】
このような場合、本実施形態では、垂下電流設定値を初期値ａから所定量減少させて設定値ｂとする。これにより、動作点は、現在の動作点Ｂから、８０ｋＷ負荷線に沿って出力電流が減少する方向に遷移していって、出力電流が上記設定値ｂとなる動作点Ｂ１まで移動する。このとき、出力電圧Ｖｏはまだ定格出力電圧３８３Ｖに到達していないため、その場合は、垂下電流設定値を現在の設定値ｂからさらに所定量減少させて設定値ｃとする。これにより、動作点は、現在の動作点Ｂ１から、８０ｋＷ負荷線に沿って出力電流が減少する方向に遷移していって、出力電流が上記設定値ｃとなる動作点Ｂ２まで移動する。このようにして、出力電圧Ｖｏが最終的に定格出力電圧３８３Ｖに到達するまで、垂下電流設定値を所定量ずつ減少させていくのである。
【００８７】
本実施形態において整流装置１０の出力制御部１６が実行する動作点制御処理を、図５を用いて説明する。本実施形態でも、出力制御部１６は、基本的には第１実施形態と同じように図３に示した出力電圧制御処理を実行する。但し、本実施形態では、動作点移動処理として、図３に示した出力電圧制御処理におけるＳ１６０〜Ｓ２１０の動作点移動処理に代わり、図５に示す動作点移動処理を実行する。
【００８８】
図５の動作点移動処理が開始されると、まずＳ３１０にて、充電装置３０へ動作停止指令を出力することにより、充電装置３０による充電動作を停止させる。そして、Ｓ３２０にて、垂下電流設定値を現在の設定値から所定量減少させ、続くＳ３３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上となったか否か判断する。
【００８９】
Ｓ３３０で出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上でなければ、Ｓ３２０に戻って現在の垂下電流設定値をさらに所定量減少させ、Ｓ３３０に進む。一方、Ｓ３３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖと判断した場合、即ち動作点が所望の動作点に移動した場合は、Ｓ３４０にて、垂下電流設定値を初期化する。つまり、動作点移動処理を実行する前の初期の設定値ａに戻すことで、通常運転へ復帰させる。
【００９０】
そして、Ｓ３５０にて、充電装置３０へ動作開始指令を出力して充電装置３０による充電動作を再開させて、この動作点移動処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態では、動作点移動処理として、垂下電流設定値を段階的に低下させることによって、動作点を、負荷６の負荷線に沿って、出力電流が減少して出力電圧Ｖｏが増加するような方向にシフトさせていく。そして、動作点が定格出力電圧３８３Ｖの動作点まで移動した後は、垂下電流設定値を元の値（設定値ａ）に初期化する。
【００９１】
従って、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、本実施形態では、定電流垂下制御における垂下電流設定値を減少させていくことによって、所望の動作点への移動を実現している。そのため、所望の動作点への移動を確実に行うことができる。
【００９２】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の直流給電システムについて、図１，図６及び図７を用いて説明する。
【００９３】
本実施形態の直流給電システムは、そのハード構成については、第１実施形態の直流給電システム２の構成に加え、更に、図１に示すように、図１において破線で囲まれた回路も備えた構成となっている。そして、このハード構成の違いの他に第１実施形態と異なるのは、動作点移動機能である。そのため、以下の説明では、第１実施形態と異なる回路構成及び動作点移動機能に絞って説明する。
【００９４】
本実施形態の直流給電システムは、そのハード構成自体は、図１に示されている通りである。図１の構成のうち、破線で囲まれた回路以外の構成については既に説明したため、ここではその説明を省略する。
【００９５】
そして、本実施形態では、整流装置１０から負荷６に至る電力供給線５１，５２に、負荷６と並列に、ブリーダ抵抗Ｒ１が接続されている。より詳しくは、ブリーダ抵抗Ｒ１と接続スイッチ４１の直列回路が、負荷６と並列になるように接続されている。
【００９６】
接続スイッチ４１は、正極側の電力供給線５１からブリーダ抵抗Ｒ１を経て負極側の電力供給線５２に至る通電経路を導通・遮断するためのスイッチであり、整流装置１０の出力制御部１６からの指令に従ってオン・オフされる。
【００９７】
この接続スイッチ４１がオフされている間は、上記通電経路は遮断されるため、整流装置１０からみれば、電気的には、ブリーダ抵抗Ｒ１は電力供給線５１，５２に対して接続されていない状態と等価となる。
【００９８】
一方、接続スイッチ４１がオンされると、上記通電経路が導通されるため、整流装置１０からの電力は、負荷６だけでなく、ブリーダ抵抗Ｒ１にも供給されて消費されることになる。つまり、整流装置１０からみれば、負荷６に加えて更に、負荷としてブリーダ抵抗Ｒ１が増えたことになり、これにより、全体として負荷容量が増加して、整流装置１０からの供給電力も増大することとなる。
【００９９】
そして、このように負荷容量が増大するということは、図６に例示するように、整流装置１０からみた負荷全体（負荷６及びブリーダ抵抗Ｒ１）の負荷線が、電力が増大する方向にシフトするということである。
【０１００】
本実施形態の動作点移動機能は、このような、ブリーダ抵抗Ｒ１の接続・導通によって負荷線をシフトさせることができるという性質を利用している。
即ち、接続スイッチ４１は、通常時はオフされたままであり、よって、整流装置１０からみた負荷は、通常時は負荷６だけである。一方、図６に例示するように、例えば負荷６が８０ｋＷ負荷であって、起動時或いは停電等の事故からの回復時に、第１実施形態（図２参照）と同じように、整流装置１０及び負荷６の動作点が動作点Ｐから８０ｋＷ負荷線に沿って図６中左方向へ（つまり電圧が高く電流が低くなる方向へ）遷移して、垂下特性線と最初に交わる動作点Ｂで、定電流垂下制御によって落ち着いてしまったとする。
【０１０１】
このような場合、本実施形態では、接続スイッチ４１をオンさせて、整流装置１０からみた負荷容量を増加させる。これにより、負荷線は、図６に例示するように図中上方へシフトする。
【０１０２】
ここで、ブリーダ抵抗Ｒ１の抵抗値は、接続スイッチ４１がオンされたときの負荷線（即ち負荷６及びブリーダ抵抗Ｒ１を含む負荷全体の負荷線）が図６中の点Ｃを通るような値に予め設定されている。この点Ｃは、出力電圧Ｖｏは定格出力電圧３８３Ｖであって且つ出力電流は上限の垂下電流設定値となる点である。
【０１０３】
そのため、接続スイッチ４１をオンすると、負荷線のシフトに追随して、動作点は、出力電流値については垂下電流設定値にクランプされているものの出力電圧Ｖｏは上昇していき、やがて、動作点Ｃに達する。つまり、出力電圧Ｖｏは定格出力電圧３８３Ｖに到達することになる。
【０１０４】
そして、出力電圧Ｖｏが定格出力電圧３８３Ｖに到達すると、出力電流が垂下電流設定値から増加するような傾向がない限り、その垂下電流設定値への出力電流のクランプは解除される。そこで、動作点Ｃへ移動した後、接続スイッチ４１を再びオフさせて、負荷線を再び負荷６のみの負荷線に戻すと、出力制御部１６は、定格出力電圧３８３Ｖの電圧出力は維持させつつ出力電流を減少させていく。これにより、動作点は最終的に所望の動作点Ａに移動することになる。
【０１０５】
本実施形態において整流装置１０の出力制御部１６が実行する動作点制御処理を、図７を用いて説明する。本実施形態でも、出力制御部１６は、基本的には第１実施形態と同じように図３に示した出力電圧制御処理を実行する。但し、本実施形態では、動作点移動処理として、図３に示した出力電圧制御処理におけるＳ１６０〜Ｓ２１０の動作点移動処理に代わり、図７に示す動作点移動処理を実行する。
【０１０６】
図７の動作点移動処理が開始されると、まずＳ４１０にて、充電装置３０へ動作停止指令を出力することにより、充電装置３０による充電動作を停止させる。そして、Ｓ４２０にて、接続スイッチ４１へ接続スイッチオン指令を出力して接続スイッチ４１をオンさせることにより、電力供給線５１，５２に対してブリーダ抵抗Ｒ１を接続させる。つまり、整流装置１０の負荷としてブリーダ抵抗Ｒ１を追加させる。そして、続くＳ４３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上となったか否か判断する。
【０１０７】
Ｓ４３０で出力電圧Ｖｏが３８３Ｖ以上でなければ、Ｓ４２０に戻って、接続スイッチ４１のオンを引き続き継続させるが、Ｓ４３０にて、出力電圧Ｖｏが３８３Ｖと判断した場合（即ち、図６において動作点Ｃに移動した場合）は、Ｓ４４０にて、接続スイッチ４１へ接続スイッチオフ指令を出力して接続スイッチ４１をオフさせることにより、電力供給線５１，５２に対してブリーダ抵抗Ｒ１を開放させる。
【０１０８】
これにより、上述したように、負荷線は再び負荷６のみの負荷線となって、動作点は、出力電圧Ｖｏが定格の３８３Ｖに維持されたまま、出力電流の低下と共に移動していき、やがて所望の動作点Ａまで移動する。
【０１０９】
その後、Ｓ４５０にて、充電装置３０へ動作開始指令を出力して充電装置３０による充電動作を再開させて、この動作点移動処理を終了する。
尚、接続スイッチ４１のオンによって動作点が動作点Ｃまで移動した後、接続スイッチ４１をオフさせる前に、一時的に過電流保護機能を停止させるようにしてもよい。これにより、過電流保護機能としての定電流垂下制御による垂下電流設定値での出力電流クランプが確実に解除されるため、動作点Ｃから動作点Ａへの移動をより確実に行わせることができる。
【０１１０】
以上説明したように、本実施形態では、動作点移動処理として、接続スイッチ４１をオンさせて負荷容量を増大させ、これにより整流装置１０からの出力電力を増加させることによって出力電圧Ｖｏを定格出力電圧３８３Ｖまで増加させる。つまり、動作点を、とりあえず出力電圧Ｖｏについては定格の３８３Ｖであるような動作点にまで移動させる。そして、出力電圧Ｖｏが定格出力電圧３８３Ｖに到達した後に接続スイッチ４１をオフさせることにより、最終的に所望の動作点Ａに移動させる。
【０１１１】
従って、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。但し、本実施形態では、動作点を移動させるために、別途、ブリーダ抵抗Ｒ１や接続スイッチ４１などのハードウェアが必要となる。しかし、動作点を移動させるための制御としては、単に、接続スイッチ４１をオン・オフさせるだけでよいため、出力制御部１６による制御処理内容については簡素化することができる。
【０１１２】
尚、本実施形態において、ブリーダ抵抗Ｒ１は本発明の疑似負荷に相当し、接続スイッチ４１は本発明のスイッチ手段に相当する。
［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【０１１３】
例えば、第１実施形態では、図３のＳ１８０からＳ１９０に示したように、動作点を定格出力電圧（３８３Ｖ）の動作点まで移動させるために、電圧指令値を所定量ずつ段階的に上昇させるようにしたが、このように電圧指令値を上昇させるのはあくまでも一例であり、最終的に出力電圧を定格出力電圧まで上昇させることができる限り、具体的にどのように上昇させるかは適宜決めることができる。例えば、電圧指令値を一気に定格出力電圧３８３Ｖに設定して、その状態で、出力電圧が３８３Ｖに到達するのを待つようにしてもよい。また、動作点が所望の動作点に移動するまで、電圧指令値を定格の３８３Ｖより高い電圧に設定し、３８３Ｖに到達した後は再び電圧指令値を３８３Ｖに戻すようにしてもよい。
【０１１４】
また、第２実施形態における、垂下電流設定値の段階的な減少についても、具体的にどのように減少させていくかについては適宜決めることができる。即ち、第２実施形態では、図５のＳ３２０からＳ３３０に示したように、動作点を定格出力電圧（３８３Ｖ）の動作点まで移動させるために、垂下電流設定値を所定量ずつ減少させるようにしたが、この所定量を具体的にどの程度の量にするかについては適宜決めることができるし、また、必ずしも同量ずつ減少させていかなければならないわけでもない。
【０１１５】
また、第３実施形態では、抵抗値が固定されたブリーダ抵抗Ｒ１を用いたが、抵抗値を連続的又は段階的に変化させることが可能な抵抗を用いて、抵抗値を連続的又は段階的に変化させていくことによって、動作点を徐々に定格出力電圧まで遷移させるようにしてもよい。更に、整流装置１０の負荷を増加させるための擬似的な負荷として抵抗を用いることもあくまでも一例であり、抵抗に限らず、結果として整流装置１０の負荷を増加させることが可能な負荷であれば何でも良い。
【０１１６】
また、整流装置の構成としては、上記各実施形態における整流装置１０以外に、図１に示した整流装置１０の構成を一つの整流ユニットとして、複数の整流ユニットを備え、各整流ユニットの出力側が並列接続されなる構成のものも考えられる。つまり、複数の整流ユニットを備えることによって冗長性を持たせ、一ユニットあたりの負担を軽減させたり、或いは負荷に応じて運転させる整流ユニットの数を切り換えたりすることができる。
【０１１７】
そして、そのように複数の整流ユニットからなる整流装置に対しても、本発明を適用することができる。
例えば、第１実施形態において、整流装置１０が複数の整流ユニットからなる構成の場合は、必ずしも全ての整流ユニットが動作点移動処理を行う必要はなく、少なくとも一つの整流ユニットが動作点移動処理を行えば、その動作点移動処理によってその整流ユニット自身の動作点を所望の動作点に移動させることができると共に、その整流ユニットの動作点の移動によって他の各整流ユニットの動作点も追随して移動させることができる。
【０１１８】
もちろん、全ての整流ユニットにおいて上記動作点移動処理を行わせるようにしてもよいことはいうまでもない。
また、上記各実施形態では、動作点移動処理を、過電流保護機能が働いているとき（即ち定電流垂下制御によって出力電流が垂下電流設定値にクランプされている場合）に行うようにしたが、これもあくまでも一つの例であって、動作点移動処理をどのような場合に実行するかについても適宜決めることができる。例えば、整流装置１０が起動時する毎に出力電圧が定格出力電圧になるまで無条件で実行するようにしてもよいし、定常動作中に出力電圧が所定の閾値（例えば定格出力電圧或いはそれより所定量低い値）以下となった場合にも実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
２…直流給電システム、４…交流電力系統、６…負荷、１０…整流装置、１２，３２…整流回路、１４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１６…出力制御部、１８，３８…異常検出部、２０…蓄電池、３０…充電装置、３４…充電回路、３６…充電制御部、４１…接続スイッチ、５１，５２…電力供給線、Ｃ１…コンデンサ、Ｄ１…逆流防止用ダイオード、Ｒ１…ブリーダ抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給するための電力変換回路と、
前記電力変換回路の動作を制御するものであって、予め決められた定格出力電圧を出力するよう制御すると共に、出力電流が所定の制限電流値に達した場合にはそれを超える電流を出力しないようにしつつ出力電圧を低下させる、定電流垂下特性による過電流保護機能を有する制御手段と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電力変換回路が前記定格出力電圧の動作点である定格動作点で動作しているか否か判断する動作点判断手段を備え、
前記制御手段は、前記動作点判断手段により前記定格動作点で動作していないと判断された場合に、前記動作点を強制的に前記定格動作点に移動させるための動作点移動制御を行う
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、前記動作点移動制御を、前記定電流垂下特性による過電流保護機能を無効化すると共に、その無効化後に前記出力電圧を強制的に前記定格出力電圧まで上昇させることにより行い、前記動作点が前記定格動作点に移動した後は、前記定電流垂下特性による前記過電流保護機能を再び有効化する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、前記動作点移動制御を、前記制限電流値を低下させることによって、前記動作点を、前記定電力負荷の負荷線に沿って、前記出力電流は減少して前記出力電圧は増加するような方向にシフトさせることにより行い、前記動作点が前記定格動作点に移動した後は、前記制限電流値を前記低下させる前の元の値に戻す
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換回路の出力側に設けられ、該電力変換回路からの出力電力を消費させるための擬似的な負荷である疑似負荷と、
前記電力変換回路から前記疑似負荷への電力供給をオン・オフさせるためのスイッチ手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記動作点移動制御を、前記スイッチ手段をオンさせて前記電力変換回路からの出力電力を増加させることによって前記出力電圧を前記定格出力電圧まで増加させ、該出力電圧が前記定格出力電圧に到達した後に前記スイッチ手段をオフさせることにより行う
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
交流電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給する整流装置と、
前記定電力負荷に対して前記整流装置と並列に接続された蓄電池と、
前記交流電力系統から入力される交流電力を前記蓄電池の充電用の直流電力に変換して該蓄電池を充電する充電装置と、
を備え、
前記整流装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置として構成されている
ことを特徴とする直流給電システム。
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給するための電力変換回路と、
前記電力変換回路の動作を制御するものであって、予め決められた定格出力電圧を出力するよう制御すると共に、出力電流が所定の制限電流値に達した場合にはそれを超える電流を出力しないようにしつつ出力電圧を低下させる、定電流垂下特性による過電流保護機能を有する制御手段と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電力変換回路が前記定格出力電圧の動作点である定格動作点で動作しているか否か判断する動作点判断手段を備え、
前記制御手段は、前記動作点判断手段により前記定格動作点で動作していないと判断された場合に、前記動作点を強制的に前記定格動作点に移動させるための動作点移動制御を行う
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、前記動作点移動制御を、前記定電流垂下特性による過電流保護機能を無効化すると共に、その無効化後に前記出力電圧を強制的に前記定格出力電圧まで上昇させることにより行い、前記動作点が前記定格動作点に移動した後は、前記定電流垂下特性による前記過電流保護機能を再び有効化する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、前記動作点移動制御を、前記制限電流値を低下させることによって、前記動作点を、前記定電力負荷の負荷線に沿って、前記出力電流は減少して前記出力電圧は増加するような方向にシフトさせることにより行い、前記動作点が前記定格動作点に移動した後は、前記制限電流値を前記低下させる前の元の値に戻す
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換回路の出力側に設けられ、該電力変換回路からの出力電力を消費させるための擬似的な負荷である疑似負荷と、
前記電力変換回路から前記疑似負荷への電力供給をオン・オフさせるためのスイッチ手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記動作点移動制御を、前記スイッチ手段をオンさせて前記電力変換回路からの出力電力を増加させることによって前記出力電圧を前記定格出力電圧まで増加させ、該出力電圧が前記定格出力電圧に到達した後に前記スイッチ手段をオフさせることにより行う
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
交流電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して定電力負荷へ供給する整流装置と、
前記定電力負荷に対して前記整流装置と並列に接続された蓄電池と、
前記交流電力系統から入力される交流電力を前記蓄電池の充電用の直流電力に変換して該蓄電池を充電する充電装置と、
を備え、
前記整流装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置として構成されている
ことを特徴とする直流給電システム。
【図１】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図２】
【図４】
【図６】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図２】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−６５５１３（Ｐ２０１２−６５５１３Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９８６４（Ｐ２０１０−２０９８６４）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
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