JP5276570B2

JP5276570B2 - 電力供給装置

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Publication number: JP5276570B2
Application number: JP2009255359A
Authority: JP
Inventors: 悟田舎片
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: JP2011101523A

Description

本発明は、入力電力を所望の出力電力に変換する電力変換器を有した電力供給装置に関するものである。

従来から、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（交流／直流変換装置）によって商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、直流負荷（直流電力の供給を受けて動作する負荷）に対し分電盤から電力供給線を介して直流電力を配電する配電システムが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の配電システムは、二次電池や太陽電池等を分散電源として用いることにより、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、これらの分散電源から得られる直流電力も併せて利用可能に構成される。これらの分散電源には、出力電圧を昇圧若しくは降圧する電力変換器としてＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。すなわち、複数台の電力変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等）から負荷に電力供給されることになる。

ここで、一般的な電力変換器は、電力の変換効率がその出力電流（出力電力）の大きさに応じて変化することが知られている。そこで、特許文献１においては、電力変換器たるＡＣ／ＤＣコンバータを最大の変換効率に近い状態で動作させるように、他の分散電源の出力を制御する構成を採用している。さらに、特許文献１には、負荷への供給電力の大きさに応じてＡＣ／ＤＣコンバータを複数台並設して用いることも記載されている。

特開２００９−１５３３０１号公報

しかし、従来の配電システムにおいては、たとえば負荷の増設や負荷の入れ替えに伴い、負荷への供給電力が変化すると、既設の電力変換器のみでは負荷への供給電力を賄えなくなることがある。また、負荷への供給電力に合わせて電力の変換効率が高くなるように配電システムの仕様が決められている場合には、負荷への供給電力が大幅に変化することで、電力の変換効率が低下してしまうこともある。これらの問題を解決するためには負荷に合わせて配電システムの仕様を変更する必要があるが、そのためには配電システム全体を入れ替えることとなるので、既存の配電システムが無駄になり、コストの面でも無駄に高くなるという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、配電システムの仕様の変更を容易に実現できる電力供給装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、それぞれ入力電力を所望の出力電力に変換する複数台の電力変換器からなる複数台のモジュール装置と、電力路および通信路からなりモジュール装置と電気的に接続される主幹路とを備え、主幹路に接続される電力供給線を通して負荷に電力を供給する電力供給装置であって、各モジュール装置が、主幹路を接続するための接続口を具備し、それぞれ単位寸法として規定された外形寸法若しくは単位寸法のモジュール装置を複数台並設したものに相当する外形寸法に形成されており、接続口を介して主幹路に着脱自在に取り付けられる器体と、器体内に収納され主幹路に対して接続される内部回路とを有し、内部回路が、負荷から要求されている電力に見合う電力が負荷に供給されるように各々の出力電力を自律制御する機能と、通信路を介した外部からの指令に従って動作する機能とを有することを特徴とする。

この構成によれば、電力変換器は、単位寸法として規定された外形寸法若しくは単位寸法のモジュール装置を複数台並設したものに相当する外形寸法の器体と、主幹路に接続される内部回路とを有するモジュール装置としてモジュール化されているので、電力変換器の増設や交換を容易に行うことができる。そのため、負荷に合わせて配電システムの仕様を容易に変更できるという利点がある。また、モジュール装置の内部回路は、負荷から要求されている電力に見合う電力が負荷に供給されるように各々の出力電力を自律制御する機能を有するので、モジュール装置を主幹路に接続するだけで当該モジュール装置により負荷への電力供給が可能となる。さらに、モジュール装置の内部回路は、通信路を介した外部からの指令に従って動作する機能も有するので、外部からの指令による複雑な制御も可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記主幹路に接続される複数台の前記モジュール装置のうち少なくとも２台のモジュール装置は一群の変換器群を構成し、当該変換器群の全モジュール装置から出力される供給電流の総和が総出力電流として負荷へ供給されており、各モジュール装置における電力の変換効率はそれぞれの供給電流の大きさに応じて変化し、各モジュール装置について供給電流と変換効率との対応関係が予め記憶されている効率記憶部と、変換器群の各モジュール装置への総出力電流の割り当ての規則を表す割当パターンが予め複数記憶されているパターン記憶部と、変換器群に要求する総出力電流を指示する総出力指示部と、総出力指示部で指示された総出力電流および効率記憶部に記憶されている変換効率を用いてパターン記憶部内の１つの割当パターンを適用パターンとして選択する分担決定部と、選択された適用パターンに従って各モジュール装置へ総出力電流が割り当てられるように各モジュール装置の出力を制御する割付制御部とを備え、分担決定部が、パターン記憶部内の各割当パターンに従って変換器群のモジュール装置へ総出力電流を割り当てた場合における変換器群全体での入力電力の総和を、効率記憶部内の変換効率を用いて割当パターンごとに算出し、当該入力電力の総和が最小となる割当パターンを適用パターンとして選択することを特徴とする。

この構成によれば、適用パターンに従って総出力電流の割り当てを行うことにより、他の割当パターンに従って割り当てを行う場合に比べ、変換器群を構成する複数台のモジュール装置全体としての電力の変換効率が高くなる。その結果、電力供給装置全体として電力変換の際に生じる損失を小さくできるという利点がある。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記変換器群の各モジュール装置が、それぞれの発振制御モードに応じて供給電流と変換効率との対応関係が変化するスイッチング電源からなり、前記分担決定部が、変化後の変換効率を用いて適用パターンを選択することを特徴とする。

この構成によれば、モジュール装置の発振制御モードに関わらず入力電力の総和が最小となる割当パターンを適用パターンとして選択することが可能となり、変換器群を構成する複数台のモジュール装置全体としての電力の変換効率が高くなる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、分散電源としての太陽電池および蓄電池と、直流を交流に変換する機能を有したパワーコンディショナとを備えた配電システムに用いられ、蓄電池とパワーコンディショナとの間に前記モジュール装置である電力変換器を有し、当該電力変換器が前記主幹路に接続され、太陽電池および蓄電池からの電力をパワーコンディショナの入力とし、太陽電池と蓄電池との一方の出力に余剰電力があれば当該余剰電力をパワーコンディショナを介して商用電力系統に逆潮流させることを特徴とする。

この構成によれば、太陽電池および蓄電池からの電力をパワーコンディショナの入力としているので、パワーコンディショナが太陽電池と蓄電池とで共用されることになり、太陽電池のみならず蓄電池の出力に余剰電力がある場合にも、当該余剰電力をパワーコンディショナを介して商用電力系統に逆潮流させることができる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記パワーコンディショナが前記太陽電池と前記商用電力系統との間に設けられており、太陽電池と前記主幹路との間に電力変換器を有し、当該電力変換器が、太陽電池と前記蓄電池との間で双方向に電力の変換が可能であって、蓄電池の出力に余剰電力があれば当該余剰電力をパワーコンディショナを介して商用電力系統に逆潮流させることを特徴とする。

この構成によれば、太陽電池と主幹路との間の電力変換器を双方向に電力変換可能なものとしたことで、当該電力変換器によって通常時には太陽電池の生じた電力を主幹路に出力し、蓄電池の出力に余剰電力が生じたときには当該余剰電力を商用電力系統に逆潮流させることができる。なお、太陽電池と主幹路との間の電力変換器は、双方向型の１台のモジュール装置で実現してもよいし、一方向型のモジュール装置を２台用いて実現するようにしてもよい。

本発明は、電力変換器が、単位寸法として規定された外形寸法若しくは単位寸法のモジュール装置を複数台並設したものに相当する外形寸法の器体と、主幹路に接続される内部回路とを有するモジュール装置としてモジュール化されているので、電力変換器の増設や交換を容易に行うことができる。したがって、負荷に合わせて配電システムの仕様の変更を容易に実現できるという利点がある。

本発明の実施形態１の配電システムの構成を示す概略ブロック図である。同上の電力供給装置の他の構成例を示す概略ブロック図である。同上に用いるモジュール装置の変換効率−出力特性図である。同上の配電システムの要部の概略ブロック図である。本発明の実施形態２の配電システムの構成を示す概略ブロック図である。同上に用いるモジュール装置の構成を示す概略回路図である。

（実施形態１）
本実施形態の配電システムは、図１に示すように分散電源としての蓄電池３および太陽電池４と、蓄電池３や太陽電池４や商用電源ＡＣからの電力を所望の電力に変換して出力する電力供給装置１とを備えている。

この配電システムは、電力供給装置１から出力される供給電流を、電力供給線５を介して複数の負荷（図示せず）に供給するように構成される。電力供給線５に接続される負荷は、直流電力の供給を受けて動作する直流負荷であって、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置や住宅用警報機などからなる。さらに、交流分電盤６を介して商用電源ＡＣに接続される交流系統の電力供給線７が設けられ、当該電力供給線７には交流電力の供給を受けて動作する交流負荷（図示せず）を接続できるようにしてある。これにより、直流負荷と交流負荷との双方に電力供給することが可能である。

電力供給装置１は、それぞれ入力電力を所望の出力電力に変換する複数台の電力変換器を有している。ここでは、電力供給装置１を構成する電力変換器として、商用電源（交流分電盤６）ＡＣと電力供給線５との間に設けられ交流電力と直流電力とを相互に変換に可能な双方向型のＡＣ／ＤＣコンバータと、太陽電池４の出力を昇圧若しくは降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池（二次電池）３に対する充放電を行うための双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータとが設けられている。

ところで、本実施形態の電力供給装置１は、宅内の定位置に固定される盤装置１０を具備し、上述したような各電力変換器をそれぞれモジュール装置２ａ〜２ｄ（以下、各々を特に区別しないときには単に「モジュール装置２」という）として盤装置１０に収容するとともに、盤装置１０の内部に設けたバスライン（主幹路）１１に対して各モジュール装置２を接続することで構成される。ここで、直流系統の電力供給線５は高圧系（たとえばＤＣ３５０Ｖ）と低圧系（たとえばＤＣ４８Ｖ）との２系統に分かれており、高圧系の電力供給線５はバスライン１１に直接接続され、低圧系の電力供給線５はモジュール装置２ｄたる降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを介してバスライン１１に接続される。

本実施形態では、電力供給装置１に用いられる全てのモジュール装置２はいずれも既定の単位寸法に設定された器体（図示せず）に内部回路（図示せず）を組み込むことにより構成されており、その外形寸法および形状は共通とされる。盤装置１０は、単位寸法のモジュール装置２を複数台並べて取付可能な取付スペース（図示せず）と、取付スペースに取り付けられたモジュール装置２をバスライン１１に接続するための被接続口（図示せず）とを有している。また、各モジュール装置２の器体にはバスライン１１を接続するための接続口（図示せず）がそれぞれ設けられ、当該接続口の形状、配置等も全てのモジュール装置２において共通とされる。そのため、いずれのモジュール装置２であっても、盤装置１０の取付スペースに空きスペースさえあれば、当該取付スペースに対して取り付けるとともにバスライン１１に接続することができる。

各モジュール装置２には、バスライン１１用の接続口とは別に、商用電源（交流分電盤６）ＡＣや太陽電池４や蓄電池３を接続するための接続端子（図示せず）が設けられている。そのため、交流分電盤６や太陽電池４や蓄電池３からの配線は、盤装置１０内に引き込まれ各モジュール装置２の接続端子に接続されることになる。

バスライン１１は、電力供給用の電力路１１ａと通信用の通信路１１ｂとに分かれており、各モジュール装置２におけるバスライン１１の接続口は、電力路１１ａと通信路１１ｂとで別々であってもよいし共通であってもよい。ここでは、電力供給装置１は、バスライン１１の通信路１１ｂに接続された通信インタフェース１２を盤装置１０内に具備しており、通信インタフェース１２に対して外部装置を接続することで、当該外部装置と通信路１１ｂに接続された各モジュール装置２との間で通信が可能となる。なお、電力路１１ａには直流３５０Ｖ±１０Ｖの電圧が印加されるものとする。

各モジュール装置２の内部回路は、それぞれバスライン１１に接続されることにより、負荷から要求されている電力に見合う電力が負荷に供給されるように各々の出力電力を自律制御する機能と、通信路１１ｂを介した外部からの指令に従って動作する機能とを有する。すなわち、電力供給装置１においては、モジュール装置２をバスライン１１に対して接続すれば、特に設定等を行うことなく各モジュール装置２が独自に動作を開始し、負荷への電力供給が可能になる。さらに、通信インタフェース１２を介した後述のコントローラとの通信により、各モジュール装置２の動作を外部から制御することも可能となる。

ここで、各モジュール装置２は、自律制御により動作する際、負荷からの要求をみるためにバスライン１１の電力路１１ａ上の電圧をそれぞれ監視し、当該電圧の大きさに応じて出力の大きさおよび向きを決定するように動作する。つまり、電力路１１ａ上の電圧が低下すれば負荷への供給電力が不足しており、反対に電圧が上昇すれば負荷への供給電力に余剰電力が発生していると推定し、出力の大きさおよび向きを決定する。

たとえば、商用電源ＡＣと電力供給線５との間に設けられたＡＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ａは、電力路１１ａ上の電圧が３５０Ｖ未満であれば商用電源ＡＣからの交流電力を直流電力に変換して出力し、３５０Ｖ以上であれば商用電源ＡＣ側に交流電力を逆潮流（売電）する。蓄電池３に対して充放電を行うＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｃは、電力路１１ａ上の電圧が閾値未満になると蓄電池３の放電を行い、閾値以上になれば蓄電池３の充電を行う。太陽電池４の出力を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｂは、周知の最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行う。また、太陽電池４の出力などが時間帯によって変化する点に着目し、各モジュール装置２の動作特性を時間帯に応じて変化させるようにしてもよい。

以上説明した構成の電力供給装置１によれば、種々の電力変換器をモジュール装置２として盤装置１０に収容し接続することができるので、たとえば図２に示すように、負荷容量に応じて任意の電力変換器を構成要素として加えることが可能である。図２の例では、図１の例に比べて、商用電源ＡＣ用のＡＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｅと、太陽電池４用のＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｆと、蓄電池３の充放電用の双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｇと、高圧系の電力供給線５用のＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｈとが追加されている。要するに、本実施形態の電力供給装置１では、負荷の増設や入れ替えに伴い、モジュール装置２の増設や入れ替え（交換）を容易に行うことができ、負荷に合わせて電力供給装置１の仕様を容易に変更することができる。そのため、従来のように、配電システム全体を入れ替える必要がなく、既存の配電システムが無駄になることもなく、コスト面でも低コストに抑えられるという利点がある。

また、本実施形態ではいずれのモジュール装置２も外形寸法が共通の単位寸法であるものとして説明したが、この例に限らず、いずれかのモジュール装置２を単位寸法のモジュール装置２の複数台分の寸法としてもよい。この場合でも、当該モジュール装置２は、単位寸法のモジュール装置２複数台分に相当する取付スペースに対して取り付けることが可能である。

ところで、盤装置１０に取り付けられる複数台のモジュール装置２ａ〜２ｄのうち、バスライン１１の電力路１１ａ上に電力を出力するモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃは一群の変換器群２０を構成する。これらの変換器群２０を構成する全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃから出力される供給電流の総和は、総出力電流として負荷へ供給されることになる。

ここで、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃは、いわゆるスイッチング電源装置であって、図２に示すように交流電力を直流電力に変換する際の電力の変換効率が、出力される供給電流の大きさに応じて変化する変換効率−出力特性を有する。本実施形態では、各モジュール装置２はそれぞれ供給電流が定格電流値よりも低い最大効率値Ｉｐのときに変換効率が最大となる変換効率−出力特性（変換効率曲線）を持つように構成されているものとする。すなわち、モジュール装置２における電力の変換効率は、供給電流が最大効率値Ｉｐのときに最大となり最大効率値Ｉｐから増大あるいは減少するのに伴って低下する。以下では、説明を簡単にするため、変換器群２０を構成する全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃが共通の変換効率−出力特性を持つものと仮定する。

また、以下では太陽電池４の出力および蓄電池３の残容量が十分にあるものと仮定して説明する。ただし、実際には、たとえば夜間などは太陽電池４の出力が低下することとなり、太陽電池４の出力を昇圧若しくは降圧するＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｂの出力する供給電流は、太陽電池４の出力に応じた限度内で制限されることになる。つまり、モジュール装置２ｂ，２ｃの出力は太陽電池４の出力および蓄電池３の残容量に応じた限度内に制限され、不足分を他のモジュール装置２ａで補うことになる。

外部装置であるコントローラ８（図４参照）は、通信インタフェース１２を介してバスライン１１の通信路１１ｂに接続されており、各モジュール装置２から出力される供給電流や、蓄電池３の残容量、並びに負荷で消費される電力を監視し、各モジュール装置２の動作等を制御する。ここで、コントローラ８には、各モジュール装置２との間で通信インタフェース１２を介してデータ伝送可能となるように通信機能が設けられる。

次に、コントローラ８およびモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃのより具体的な構成について図４を参照して説明する。

各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃは、コントローラ８と通信を行う通信部２１と、入力電力を所望の電力に変換して出力する電流制御回路２２と、電流制御回路２２をフィードバック制御する出力制御部２３とを有する。なお、図４では１台のモジュール装置２ａについてのみ内部構成を図示しているが、他のモジュール装置２ｂ，２ｃについても同様の構成とする。

コントローラ８は、モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃと通信を行う通信部８１と、変換器群２０から出力する必要のある総出力電流を算出する総出力指示部８２とを備えている。総出力指示部８２は、通信部８１を介して収集した蓄電池３の残容量や充放電能力、太陽電池４の動作状況（発電量）と、負荷での消費電流との関係から、変換器群２０のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃが出力すべき総出力電流を算出する。

さらに、コントローラ８は、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃについて供給電流と変換効率との対応関係が予め記憶された効率記憶部８３と、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃへの総出力電流の割り当て方の規則を表す割当パターンが予め複数種類記憶されたパターン記憶部８４とを有する。また、コントローラ８には、パターン記憶部８４内に記憶されたいずれの割当パターンを適用して総出力電流の割り当てを行うのかを決定する分担決定部８５と、分担決定部８５で選択された割当パターンに従って実際に総出力電流の割り当ての指示を出す割付制御部８６とが設けられる。

ここで、上述した図２の変換効率−出力特性に基づいて、たとえば下記表１のような供給電流と変換効率との対応関係を示す効率テーブルが記憶されることになる。表１の例では、モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの定格電流値（４．０〔Ａ〕とする）までの供給電流に対応する電力変換効率が供給電流の０．１〔Ａ〕刻みで表されている。つまり、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれの出力する供給電流が最大効率値（ここでは２．０〔Ａ〕）Ｉｐのときにその電力変換効率が最大（ここでは７５〔％〕）となる。以下、表１の効率テーブルを前提として説明する。

パターン記憶部８４に記憶される割当パターンは、変換器群２０から総出力電流を出力させる際に、変換器群２０を構成する複数台のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれに対して総出力電流をどのように割り当てるのかを指定するものである。つまり、割当パターンは、ある大きさの総出力電流を変換器群２０に出力させるために、変換器郡２０を構成する各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに対してそれぞれ出力させる必要のある供給電流の大きさを決定するためのルールを表している。本実施形態においては、パターン記憶部８４には下記表２に示す「Ｎｏ．１」〜「Ｎｏ．６」の６種類の割当パターンが記憶される。なお、「Ｎｏ．１」〜「Ｎｏ．６」の割当パターンは一例に過ぎず、これらの一部のみを割当パターンとして用いることや、その他の割当パターンを用いることも可能である。

表２における各割当パターンについて以下に説明する。表２の右端の「割り当て例」の欄は、総出力電流を５．０〔Ａ〕とした場合に、各割当パターンにより各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに割り当てられる電流値の一例を示している。

「Ｎｏ．１」〜「Ｎｏ．６」の６種類の割当パターンは、「Ｎｏ．１」および「Ｎｏ．２」の偏重パターンと、「Ｎｏ．３」および「Ｎｏ．４」の全平均化パターンと、「Ｎｏ．５」および「Ｎｏ．６」の準平均化パターンとに大別される。

まず、偏重パターン（Ｎｏ．１，２）は、変換器群２０の少なくとも１台のモジュール装置２に対し、各々の変換効率が最大となる供給電流（最大効率値Ｉｐ）ずつ総出力電流を割り当てた上で、総出力電流の残余分をいずれか１台のモジュール装置２に割り当てるパターンである。そのため、この偏重パターンでは、個別のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの変換効率を高くすることに重点が置かれることになる。

ここに、「Ｎｏ．１」の第１パターンと「Ｎｏ．２」の第２パターンとでは、総出力電流の残余分の扱いが異なっている。つまり、第１パターンでは、既に最大効率値Ｉｐの供給電流が割り当てられたモジュール装置２以外の１台のモジュール装置２に残余分の電流を割り当てる。したがって、残余分の電流が最大効率値Ｉｐ以下であれば、残余分の電流が割り当てられたモジュール装置２からは最大効率値Ｉｐ以下の供給電流が出力される。そのため、たとえば総出力電流が５．０〔Ａ〕の場合、「Ｎｏ．１」の割当パターンでは総出力電流は各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに２〔Ａ〕、２〔Ａ〕、１〔Ａ〕ずつ割り当てられる。

これに対し、第２パターンでは、既に最大効率値の供給電流が割り当てられたモジュール装置２のうちいずれか１台に残余分の電流を上乗せする。したがって、残余分の電流が割り当てられたモジュール装置２からは最大効率値Ｉｐよりも大きい供給電流が出力される。そのため、たとえば総出力電流が５．０〔Ａ〕の場合、「Ｎｏ．２」の割当パターンでは総出力電流は各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに３〔Ａ〕、２〔Ａ〕、０〔Ａ〕ずつ割り当てられる。

また、全平均化パターン（Ｎｏ．３，４）は、変換器群２０を構成する全てのモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに対し、総出力電流をモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃ間での供給電流のばらつきが小さくなるように極力均等に割り当てるパターンである。要するに、全平均化パターンでは、変換器群２０を構成するモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの台数で総出力電流の大きさを除算し、その結果が各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃへ割り振られる。そのため、この全平均化パターンでは、個別のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの変換効率は重視されず、変換器郡２０を構成する複数台のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの動作のバランスに重点が置かれることになる。

ここに、「Ｎｏ．３」の均等型パターンと「Ｎｏ．４」の残余型パターンとでは、小数レベルで均等に割り当てるのか整数レベルで均等に割り当てるのかが異なる。つまり、均等型パターンでは、全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに対して総出力電流を割り当てる際に、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの供給電流が小数点以下（ここでは小数第１位までとする）の値まで均等になるように割り当てを行う。ここで小数点以下の残余が生じた場合には、当該残余分の電流についても全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに極力均等に割り当てる。そのため、たとえば総出力電流が５．０〔Ａ〕の場合、「Ｎｏ．３」の割当パターンでは総出力電流は各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに１．７〔Ａ〕、１．７〔Ａ〕、１．６〔Ａ〕ずつ割り当てられる。

これに対し、残余型パターンでは、全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに対して総出力電流を割り当てる際に、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの供給電流の整数部分のみ均等になるように割り当てを行う。ここで残余が生じた場合には、当該残余分の電流のうち整数部分のみ全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに極力均等に割り当てる。そのため、たとえば総出力電流が５．０〔Ａ〕の場合、「Ｎｏ．４」の割当パターンでは総出力電流は各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに２〔Ａ〕、２〔Ａ〕、１〔Ａ〕ずつ割り当てられる。なお、残余分の電流に小数点以下の値が含まれている場合には、小数点以下の値をいずれか１台のモジュール装置２に上乗せして割り当てることとする。このとき小数点以下の電流値を割り当てるモジュール装置２としては、当該電流値を上乗せすることで電力変換効率が高くなるものを選択することが望ましい。

また、準平均化パターン（Ｎｏ．５，６）は、変換器群２０を構成する一部（ここでは２台とする）のモジュール装置２に対し、総出力電流をこれらのモジュール装置２間での供給電流のばらつきが小さくなるように極力均等に割り当てるパターンである。要するに、準平均化パターンでは、変換器群２０を構成する一部のモジュール装置２の台数（ここでは２台）で総出力電流の大きさを除算し、その結果がこれら一部のモジュール装置２へ割り振られる。そのため、この準平均化パターンでは、少なくとも１台のモジュール装置２は動作を停止することになる。割付制御部８６にて行われる各モジュール装置２の出力の制御には、供給電流の大きさを制御することのみならず、このようにモジュール装置２の動作を停止させる制御も含む。ここで、「Ｎｏ．５」の均等型パターンと「Ｎｏ．６」の残余型パターンとの関係については、上述した全平均化パターン（Ｎｏ．３，４）の場合と同じであるから説明を省略する。

したがって、たとえば総出力電流が５．０〔Ａ〕の場合、総出力電流は「Ｎｏ．５」の割当パターンでは各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに２〔Ａ〕、２〔Ａ〕、１〔Ａ〕ずつ割り当てられ、「Ｎｏ．６」の割当パターン２ａ，２ｂ，２ｃでは２〔Ａ〕、２〔Ａ〕、１〔Ａ〕ずつ割り当てられることになる。

ところで、コントローラ８の分担決定部８５は、パターン記憶部８４内の上記６種類の各割当パターンを用いて総出力電流の割り当てを行った場合における変換器群２０の全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの入力電力の総和（以下「総入力電力」という）を算出する。さらに、分担決定部８５は、総入力電力と変換器群２０の全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの出力電力の総和（以下「総出力電力」という）との関係から変換器群２０全体での電力の変換効率（以下、「総変換効率」という）を算出し、総変換効率が最大となる割当パターンを求める。このようにして求まった総変換効率が最大の割当パターンは、実際の総出力電流の割り当てに用いられる適用パターンとなる。

具体的に説明すると、分担決定部８５は、まず総出力指示部８２から総出力電流値の指示を受け、当該総出力電流を各割当パターンに従って割り当てた場合についてそれぞれ変換器群２０を構成する各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの供給電流を求める。それから分担決定部８５は、このように求めた各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの供給電流を用いて、効率記憶部８３内の効率テーブルに基づき、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃにおける電力の変換効率を求める。これにより、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃごとに供給電流と変換効率とが求まるので、これらと既知の出力電圧（電力路に印加する電圧）とを用いて各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの入力電力を算出することができる。このように求まる全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃについての当該入力電力の総和が総入力電力となり、当該総入力電力と既知の総出力電力との関係で総変換効率を求めることができる。分担決定部８５では、求めた総変換効率を割当パターンごとに一時記憶部（図示せず）に記憶する。

上述のようにして分担決定部８５で選択された適用パターン（いずれかの割当パターン）は、割付制御部８６に通知される。適用パターンの通知を受けた割付制御部８６は、当該適用パターンに従って総出力電流の割り当てを行い、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃから出力すべき供給電流の大きさを求める。割付制御部８６は、求めた供給電流の大きさを表す電流指令を、通信部８１を通して各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに送信する。

コントローラ（割付制御部８６）８からの電流指令を通信部２１にて受けたモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃにおいては、出力制御部２３が電流指令に従って電流制御回路２２を制御する。これにより、電流指令にて指定された供給電流が、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃから出力される。

コントローラ８は、総出力電流の大きさが所定の許容範囲を超えて変化する度に適用パターンの選択を行い、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃへの総出力電流の再割り当てを行うものとする。ただし、これに限らず、適用パターンの選択並びに総出力電流の再割り当てを定期的に行うようにしてもよい。

以上説明した構成によれば、変換器群２０の各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃからは、適用パターンに従って各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに割り当てられた大きさの供給電流が出力されることになる。ここで、適用パターンは複数種類の割当パターンの中から総変換効率が最大となるように選択された割当パターンであるので、当該適用パターンに従うことにより変換器群２０を構成するモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃ全体での電力の変換効率が比較的高くなる。その結果、変換器群２０での電力変換の際に生じる損失を小さく抑えることができ、電力供給装置全体としても電力の変換効率を向上できるという利点がある。

ところで、本実施形態のように変換器群２０を構成する全モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃで変換効率−出力特性が共通である場合には、適用パターンに従って割り当てられる各供給電流をいずれのモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに割り付けても総変換効率は一定である。すなわち、供給電流の組合せが適用パターンに従ってさえいれば、各供給電流の割り当て先をモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃ間で入れ替えても総変換効率に変化は生じない。たとえば、「Ｎｏ．１」の割当パターンでは５〔Ａ〕の総出力電流を２〔Ａ〕、２〔Ａ〕、１〔Ａ〕ずつ割り当てる場合に、供給電流を１〔Ａ〕とするモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃがいずれであっても総変換効率は同じである。

そこで、本実施形態の他の構成例として、分担決定部８５について割り当てられるべき供給電流の組合せを決定する組合せ決定部（図示せず）と、各供給電流をいずれのモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに割り当てるのかを決定する固有割当部（図示せず）とを有する構成とすることが考えられる。この構成では、まず組合せ決定部にて割当パターンに従って総変換効率が最大となる供給電流の組合せを決定した後、固有割当部にて供給電流の割り当て先を含めた適用パターンを決定することになる。

この場合に、固有割当部で割り当てる供給電流の割り当て先をランダムに決定することも考えられるが、モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに優先度を付与し、優先度の高いものから順に大きな供給電流が割り当てられるようにすることが望ましい。ここで、優先度は固定的に決定されるのではなく、一部のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに負担が偏らないように変動的に決定されるものとする。

具体的には、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃからの供給電流量の積算値をモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃごとに監視する積算監視部（図示せず）と、積算監視部の監視結果に基づき優先度を決定する優先度決定部（図示せず）とをコントローラ８に設ける。

積算監視部では、変換器群２０を構成する各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃについて供給電流を監視し、当該供給電流量の積算値〔Ａｈ〕をテーブル上で管理する。積算は定期的（たとえば１秒ごと）に行われる。なお、供給電流量の積算値は、コントローラ８ではなく各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃでそれぞれ行うようにしてもよい。優先度決定部は、上記積算値が小さい順に優先度が高くなるように各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの優先度を決定する。優先度は定期的に更新される。

以上説明したようにモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの優先度により割り当て先を決定する構成では、供給電流量の積算値が小さいモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃから順に大きな供給電流が割り当てられるため、モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃ間での供給電流量のばらつきを小さくできる。すなわち、稼働時間を均等に分散して複数台のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの稼働率の平均化を図ることにより、一部のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに負担が偏ることを防止できる。そのため、一部のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃが酷使されることによりその寿命が短くなることを回避でき、モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの交換等を要せずに配電システムを継続使用できる期間が長くなる。

また、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃのスイッチングの発振制御モードに応じて各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの変換効率−出力特性（変換効率曲線）が変化することがある。たとえば、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御にて各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの出力を制御する場合に、スイッチングの周波数が変化すると変換効率−出力特性も変化する。さらに、ＰＷＭ制御にて出力を行う発振期間と出力を停止する発振停止期間とを交互に繰り返すバースト制御を行う場合には、バースト制御のタイミングの変化に伴い変換効率−出力特性が変化する。そこで、コントローラ８では、これらの発振制御モードの変化後の各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの変換効率−出力特性を発振制御モードの変化と対応付けて予め記憶し、発振制御モードの変化に応じて適用する変換効率−出力特性を可変とすることが望ましい。

なお、上記実施形態では、モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの変換効率−出力特性を効率テーブルとして効率記憶部８３に記憶する例を示したが、この例に限らず、たとえば供給電流と変換効率との対応関係を示す演算式を効率記憶部８３に記憶するようにしてもよい。この場合、分担決定部８３は、当該演算式を用いて各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃの変換効率を求めることができる。
（実施形態２）
本実施形態の配電システムは、蓄電池３の余剰電力を商用電源ＡＣ側（商用系統）に逆潮流可能とした点が実施形態１の配電システムと相違する。

本実施形態では、図５に示すように太陽電池４が直流を交流に変換する機能を有したパワーコンディショナ９を介して交流分電盤６に接続されており、太陽電池４の余剰電力をパワーコンディショナ９で交流に変換し商用系統に逆潮流（売電）できるように構成されている。

ここで、電力供給装置１は、商用電源ＡＣと電力路１１ａとの間に設けられ交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ａ’と、太陽電池４と電力路１１ａとの間に設けられた双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｂ’と、蓄電池３と電力路１１ａとの間に設けられた双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置２ｃとを有している。

太陽電池４と電力路１１ａとの間のモジュール装置２ｂ’は、たとえば図６に示すように第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなる第１フルブリッジ回路と第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８からなる第２フルブリッジ回路とをトランスＴ１を挟んで略対称に設けることにより構成される。第１フルブリッジ回路の出力とトランスＴ１との間には、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列回路が挿入される。この構成により、蓄電池３の充電時には、第１フルブリッジ回路を動作させ、太陽電池４の出力（平滑コンデンサＣ１０の両端電圧）Ｖ１をトランスＴ１および第２フルブリッジ回路の寄生ダイオードを介して蓄電池３側に伝達する。一方、蓄電池３の放電時には、第２フルブリッジ回路を動作させ、蓄電池３の出力（平滑コンデンサＣ２０の両端電圧）Ｖ２をトランスＴ１および第１フルブリッジ回路の寄生ダイオードを介して太陽電池４側に伝達する。

さらに、電力供給装置１は、ＣＰＵを主構成とするコントローラ８と、各種の表示が可能な表示部１３とを盤装置１０内に有しており、コントローラ８および表示部１３が通信路１１ｂを介して各モジュール装置２と接続されている。電力路１１ａにはサーキットプロテクタ１４を介して配電用の接続端子１５が接続され、また、コントローラ８には通信用の接続端子１６が接続されている。

以上説明したように太陽電池４と電力路１１ａとの間のモジュール装置２ｂ’を双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータとすることで、太陽電池４の出力を蓄電池３に充電できる一方、負荷側で余剰電力があるときには蓄電池３からパワーコンディショナ９を介して商用電源ＡＣ側に逆潮流可能となる。すなわち、太陽電池４および蓄電池３からの電力をパワーコンディショナ９の入力としているので、パワーコンディショナ９が太陽電池４と蓄電池３とで共用されることになる。したがって、日中など太陽電池４から十分な出力が得られるときには太陽電池４の出力にて蓄電池３を充電し、太陽電池４の出力低下時に、蓄電池３から商用電源ＡＣ側への逆潮流が可能となる。

なお、本実施形態では、太陽電池４と電力路１１ａとの間に設けた双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータを１台のモジュール装置２ｂ’で実現する例を示したが、この例に限らず、一方向型のＤＣ／ＤＣコンバータからなるモジュール装置を２台用いて太陽電池４と蓄電池３との間で双方向の電力変換を実現するようにしてもよい。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の配電システムは、変換器群２０を構成する複数台のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃのうち少なくとも１台が、他とは異なる変換効率−出力特性（変換効率曲線）を持つ点が実施形態１の配電システムと相違する。

すなわち、本実施形態では、複数台のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに割り当てる供給電流の組合せだけでなく、各供給電流をそれぞれいずれのモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに割り付けるかによっても総変換効率は変化する。たとえば、実施形態１で説明した「Ｎｏ．１」の割当パターンにおいては、５〔Ａ〕の総出力電流を２〔Ａ〕、２〔Ａ〕、１〔Ａ〕ずつ割り当てる場合に、供給電流を１〔Ａ〕とするモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃがいずれであるかによって総変換効率は変化する。

そこで、本実施形態においては、実施形態１で説明した表２の「Ｎ０．１」〜「Ｎｏ．６」の６種類の割当パターン（以下、「上位パターン」という）をさらに供給電流の割り当て先の別で細かく分類したパターン（以下、「下位パターン」という）を、割当パターンとして用いるものとする。分担決定部８５では、このように細かく分類された割当パターンのそれぞれについて総変換効率を算出し、当該総変換効率が最大となった割当パターンを適用パターンとして選択する。

以下、具体例を挙げて説明する。ここでは、変換器群２０を構成する３台のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃ全てで相互に変換効率−出力特性が異なり、それぞれ供給電流が２〔Ａ〕、３〔Ａ〕、４〔Ａ〕のときにその電力変換効率が最大（つまり、それぞれの最大効率値Ｉｐが２〔Ａ〕、３〔Ａ〕、４〔Ａ〕）となる場合を想定する。

分担決定部８５は、総出力電流の指示を受け、「Ｎ０．１」〜「Ｎｏ．６」の６種類の各上位パターンをさらに複数の下位パターンで分類した各割当パターンについて、総変換効率を求める。たとえば総出力電流が７〔Ａ〕であるとすれば、「Ｎｏ．１」の偏重パターンは、さらに３台のモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃのいずれに対して最大効率値Ｉｐとなる供給電流を割り当てるかによって、３通りの下位パターンに分類される。つまり、各モジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃに対してそれぞれ２〔Ａ〕、３〔Ａ〕、２〔Ａ〕ずつ割り当てる第１の下位パターンと、０〔Ａ〕、３〔Ａ〕、４〔Ａ〕ずつ割り当てる第２の下位パターンと、２〔Ａ〕、１〔Ａ〕、４〔Ａ〕ずつ割り当てる第３の下位パターンとがある。分担決定部８５は、これらの各下位パターンについて、それぞれ総変換効率を算出する。

以上説明した本実施形態の構成によれば、異なる変換効率−出力特性を持つモジュール装置２ａ，２ｂ，２ｃを組み合わせて変換器群２０を構成するような場合でも、変換器群２０全体としての変換効率を高くすることができる。しかも、供給電流の割り当て先も考慮して細かく分類された下位パターンを用いることにより、上位パターンのみを用いる場合に比べて、総変換効率が最大となる割当パターンを選択する際の選択肢が多くなる。その結果、総変換効率の点からより最適な適用パターンにて総出力電流の割り当てを行うことができるという利点がある。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

ところで、上記各実施形態では、電力変換器をモジュール装置２として説明したが、電力変換器以外の装置、たとえば電力計測装置などをモジュール化してモジュール装置２として電力供給装置１に付加できる構成としてもよい。

１電力供給装置
２ａ〜２ｄモジュール装置
３蓄電池
４太陽電池
５電力供給線
９パワーコンディショナ
１０盤装置
１１バスライン（主幹路）
１１ａ電力路
１１ｂ通信路
２０変換器群
８２総出力指示部
８３効率記憶部
８４パターン記憶部
８５分担決定部
８６割付制御部

Claims

それぞれ入力電力を所望の出力電力に変換する複数台の電力変換器からなる複数台のモジュール装置と、電力路および通信路からなりモジュール装置と電気的に接続される主幹路とを備え、主幹路に接続される電力供給線を通して負荷に電力を供給する電力供給装置であって、各モジュール装置は、主幹路を接続するための接続口を具備し、それぞれ単位寸法として規定された外形寸法若しくは単位寸法のモジュール装置を複数台並設したものに相当する外形寸法に形成されており、接続口を介して主幹路に着脱自在に取り付けられる器体と、器体内に収納され主幹路に対して接続される内部回路とを有し、内部回路は、負荷から要求されている電力に見合う電力が負荷に供給されるように各々の出力電力を自律制御する機能と、通信路を介した外部からの指令に従って動作する機能とを有することを特徴とする電力供給装置。
前記主幹路に接続される複数台の前記モジュール装置のうち少なくとも２台のモジュール装置は一群の変換器群を構成し、当該変換器群の全モジュール装置から出力される供給電流の総和が総出力電流として負荷へ供給されており、各モジュール装置における電力の変換効率はそれぞれの供給電流の大きさに応じて変化し、各モジュール装置について供給電流と変換効率との対応関係が予め記憶されている効率記憶部と、変換器群の各モジュール装置への総出力電流の割り当ての規則を表す割当パターンが予め複数記憶されているパターン記憶部と、変換器群に要求する総出力電流を指示する総出力指示部と、総出力指示部で指示された総出力電流および効率記憶部に記憶されている変換効率を用いてパターン記憶部内の１つの割当パターンを適用パターンとして選択する分担決定部と、選択された適用パターンに従って各モジュール装置へ総出力電流が割り当てられるように各モジュール装置の出力を制御する割付制御部とを備え、分担決定部は、パターン記憶部内の各割当パターンに従って変換器群のモジュール装置へ総出力電流を割り当てた場合における変換器群全体での入力電力の総和を、効率記憶部内の変換効率を用いて割当パターンごとに算出し、当該入力電力の総和が最小となる割当パターンを適用パターンとして選択することを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
前記変換器群の各モジュール装置は、それぞれの発振制御モードに応じて供給電流と変換効率との対応関係が変化するスイッチング電源からなり、前記分担決定部は、変化後の変換効率を用いて適用パターンを選択することを特徴とする請求項２記載の電力供給装置。
分散電源としての太陽電池および蓄電池と、直流を交流に変換する機能を有したパワーコンディショナとを備えた配電システムに用いられ、蓄電池とパワーコンディショナとの間に前記モジュール装置である電力変換器を有し、当該電力変換器が前記主幹路に接続され、太陽電池および蓄電池からの電力をパワーコンディショナの入力とし、太陽電池と蓄電池との一方の出力に余剰電力があれば当該余剰電力をパワーコンディショナを介して商用電力系統に逆潮流させることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
前記パワーコンディショナは前記太陽電池と前記商用電力系統との間に設けられており、太陽電池と前記主幹路との間に電力変換器を有し、当該電力変換器は、太陽電池と前記蓄電池との間で双方向に電力の変換が可能であって、蓄電池の出力に余剰電力があれば当該余剰電力をパワーコンディショナを介して商用電力系統に逆潮流させることを特徴とする請求項４記載の電力供給装置。