WO2023243072A1 - 直流配電システム - Google Patents

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WO2023243072A1
WO2023243072A1 PCT/JP2022/024275 JP2022024275W WO2023243072A1 WO 2023243072 A1 WO2023243072 A1 WO 2023243072A1 JP 2022024275 W JP2022024275 W JP 2022024275W WO 2023243072 A1 WO2023243072 A1 WO 2023243072A1
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WO
WIPO (PCT)
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power
converter
voltage
load
operation mode
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/024275
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
優典 加藤
研一 福野
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2022/024275 priority Critical patent/WO2023243072A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network

Definitions

  • This application relates to a DC power distribution system.
  • a DC power distribution system converts AC power from an AC power system into DC power using an AC-DC converter (Alternating Current-Direct Current converter) and outputs it to the DC system. of DC power to the DC system. Then, the DC power distribution system supplies power from the DC system to the load.
  • AC-DC converter Alternating Current-Direct Current converter
  • a DC power distribution system requires fewer power conversions when charging a DC power source and supplying power to a load than an AC power distribution system, and therefore can reduce power loss associated with power conversion.
  • the DC system voltage, DC power supply voltage, and load supply voltage are different.
  • the DC system voltage is set higher than the DC power supply voltage and the load supply voltage. Therefore, the voltage of the DC power is stepped down as necessary by a DC-DC converter (Direct Current-Direct Current converter) installed between the DC system and the DC power supply voltage and between the DC system and the load. Ru.
  • DC-DC converter Direct Current-Direct Current converter
  • a DC power distribution system may have a reverse flow function that converts surplus power from a solar power generation device or the like into AC power and outputs it to the AC power system.
  • a reverse flow function that converts surplus power from a solar power generation device or the like into AC power and outputs it to the AC power system.
  • the voltage step-down ratio may not be sufficiently reduced. Therefore, in the conventional DC power distribution system, there has been a problem that the effect of improving power loss due to voltage step-down is reduced.
  • the present application was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a DC power distribution system with low power loss even when the DC system voltage and load supply voltage are significantly different.
  • the DC power distribution system of this application has a forward flow function that converts AC power input from the power grid into DC power and outputs it to the DC power grid, and a reverse flow function that converts the DC power of the DC power grid into AC power and outputs it to the power grid.
  • an AC-DC converter having a function, a first sensor that detects the generated power of a power generation device connected to a DC system, and a load DC-DC converter that supplies power to a load connected to the DC system; It includes a second sensor that detects the power supplied from the DC system to the load DC-DC converter and the load, and a switching command generation unit that generates a command to switch between two operation modes of the AC-DC converter.
  • the two operation modes are operation mode 1, in which the reverse flow function of the AC-DC converter is enabled, and operation mode 2, in which the reverse flow function of the AC-DC converter is disabled.
  • the voltage of the DC system is set higher than the value obtained by multiplying the effective voltage value of AC power by the square root of 2, and the switching command generation unit determines that the generated power of the power generation device detected by the first sensor is If the power detected by the two sensors is lower than the power supplied to the load DC-DC converter and the load, the voltage of the DC system is lowered and the AC-DC converter operation mode is changed from operation mode 1 to operation mode 2. It's switching.
  • the generated power of the power generation device detected by the first sensor is smaller than the power supplied to the load DC-DC converter and the load detected by the second sensor, the voltage of the DC system is Since the operation mode of the AC-DC converter is switched from operation mode 1 to operation mode 2 by lowering the voltage, power loss can be reduced even when the DC system voltage and the load supply voltage are significantly different.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a DC power distribution system according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an AC-DC converter according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a DC-DC converter for DC power supply according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure explaining operation of an autonomous operation control part in Embodiment 1.
  • 1 is a configuration diagram of a load DC-DC converter according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing power consumption and power generated by a solar power generation device in an office building according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a flowchart showing operation mode switching processing in the DC power distribution system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of operation mode switching processing in the DC power distribution system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of operation mode switching processing in the DC power distribution system according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing operation mode switching processing in the DC power distribution system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a DC power distribution system according to a second embodiment.
  • 3 is a configuration diagram of a DC power distribution system according to Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a hardware configuration that implements a switching command generation unit according to embodiments 1 to 3.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a DC power distribution system according to the first embodiment.
  • the DC power distribution system 1 of this embodiment is provided between an AC input system 2, a load 3, a DC power supply 4, and a power generation device 5.
  • the AC input system 2 is an AC system that is supplied from a commercial power system operated by a power company to the DC power distribution system 1 via AC power receiving equipment.
  • the load 3 is an electrical device driven by DC power.
  • the DC power source 4 is a storage battery that can be charged and discharged.
  • the power generation device 5 is a power generation device that outputs direct current, such as a solar power generation device that generates power using renewable energy.
  • the power generation device 5 includes a power generation section using renewable energy and a power conversion section.
  • the power generation device 5 can supply DC power to the DC power distribution system 1 .
  • the DC power distribution system 1 of the present embodiment includes an AC-DC converter 20 that converts AC power input from an AC input system 2 into DC power and outputs the DC power to a DC system 50; It includes a load DC-DC converter 30 provided between the DC-DC power supply 40, a DC-DC power supply DC-DC converter 40 provided between the DC system 50 and the DC power supply 4, and a switching command generation unit 10. .
  • the load DC-DC converter 30 converts the DC power of the DC system 50 into a load supply voltage for the load 3 and supplies the voltage to the load 3 .
  • the load 3 is an electrical device driven by DC power, and is composed of one or more electrical devices. The power consumption of the load 3 varies depending on the operating state of the load 3, but hardly changes if the operating state is constant.
  • the voltage supplied from the load DC-DC converter 30 is adjusted so that the power loss in the power supply circuit and input interface section of the load 3 is minimized. It is also possible to improve economical efficiency by minimizing the power consumption in step 3.
  • the load supply voltage is preferably set within an input voltage limit range determined for each load so as not to inhibit the operation of the load.
  • the DC-DC converter 40 for DC power supply converts the DC power of the DC power supply 50 into the charging voltage of the DC power supply 4 and supplies it to the DC power supply 4, and also converts the discharge power of the DC power supply 4 to the voltage of the DC power supply 50. and output to the DC system 50.
  • the switching command generation unit 10 controls the AC-DC converter 20 and the DC-DC converter 40 for DC power supply.
  • the AC line from the AC input system 2 to the AC-DC converter 20 is configured, for example, as a single-phase three-wire system or a three-phase three-wire system, but is shown as a single line in FIG.
  • the DC system 50 is constituted by a pair of DC circuits, for example, a positive electrode side electric wire and a negative electrode side electric wire, but is shown as a single line in FIG. 1.
  • a first sensor 51 that detects the power generated by the power generator 5 is provided between the power generator 5 and the DC system 50.
  • a second sensor 52 that detects the load power supplied to the load DC-DC converter 30 and the load 3 is provided between the load DC-DC converter 30 and the DC system 50.
  • a third sensor 53 is provided between the DC-DC converter 40 for DC power supply and the DC system 50 to detect charging and discharging power supplied to the DC-DC converter 40 for DC power supply and DC power supply 4.
  • a fourth sensor 54 that detects the output power of the AC-DC converter 20 is provided between the AC-DC converter 20 and the DC system 50.
  • the first sensor 51, the second sensor 52, the third sensor 53, and the fourth sensor 54 detect electric power from current and voltage. The electric power detected by the first sensor 51, the second sensor 52, the third sensor 53, and the fourth sensor 54 is sent to the switching command generation unit 10.
  • a DC system voltage command generation unit 29 that generates a DC system voltage command is connected to the AC-DC converter 20.
  • a load supply voltage command generation section 39 that generates a load supply voltage command is connected to the load DC-DC converter 30.
  • a charging/discharging power command generating section 49 that generates a charging/discharging power command is connected to the DC-DC converter 40 for DC power supply.
  • the DC system voltage command generation unit 29, load supply voltage command generation unit 39, and charge/discharge power command generation unit 49 are configured to convert AC-DC converter 20, DC-DC converter 30 for load, and DC-DC converter for DC power supply.
  • the controllers 40 may each have built-in controllers, or may be installed in one controller.
  • the DC power distribution system 1 is a system that is applied to, for example, ordinary homes, office buildings, factories, station buildings, etc.
  • the AC input system is a commercial power system operated by a power company.
  • the DC power source and the power generation device are a storage battery, a solar power generation device, etc., respectively. Therefore, each device constituting the DC power distribution system 1 may be arranged in a distributed manner.
  • the AC-DC converter 20 may be located in building A
  • the DC-DC converter 40 for DC power supply and the DC power supply 4 may be located in another building B.
  • the DC power distribution system 1 performs a power operation (hereinafter referred to as a forward operation) that supplies AC power input from an AC input system 2 to a load 3 and a DC power supply 4 via a DC system 50, and a DC power supply 4. It is also possible to perform a regenerative operation (hereinafter referred to as reverse flow operation) in which the DC power input from the power generation device 5 is supplied to the AC input system 2 via the DC system 50. Forward flow operation and reverse flow operation in the DC power distribution system 1 are controlled by an AC-DC converter 20.
  • the voltage of the DC system 50 is set to be sufficiently higher than the value obtained by multiplying the effective voltage value of the AC input system 2 by the square root of 2. Further, the voltage of the DC system 50 is set higher than the load supply voltage of the load 3 and the charging/discharging voltage of the DC power supply 4. For example, the voltage effective value of the AC input system 2 is set to 400V, the voltage of the DC system 50 is set to 740V, the load supply voltage of the load 3 is set to 340V, and the charge/discharge voltage of the DC power supply 4 is set to 300V. Power is supplied to the load 3 and the DC power supply 4 at a voltage that is stepped down from the voltage of the DC system 50 by the load DC-DC converter 30 and the DC-DC power supply DC-DC converter 40, respectively.
  • the switching command generation unit 10 converts the AC-DC converter 20 and the DC-DC converter for DC power supply based on the power input from the first sensor 51, the second sensor 52, the third sensor 53, and the fourth sensor 54.
  • Control 40 a state in which the reverse current operation of the AC-DC converter 20 is possible is referred to as operation mode 1, and a state in which the reverse flow operation of the AC-DC converter 20 is disabled is referred to as operation mode 2.
  • operation mode 1 is a state in which the voltage of the DC system 50 is set sufficiently higher than the value obtained by multiplying the effective voltage value of the AC input system 2 by the square root of 2
  • operation mode 2 is a state in which the voltage of the DC system 50 is set sufficiently higher than the value obtained by multiplying the effective value of the voltage of the AC input system 2 by the square root of 2.
  • This is a state in which the voltage is set lower than the lower limit voltage in operation mode 1.
  • the lower limit voltage of operation mode 1 is determined by multiplying the maximum effective voltage value of AC input system 2 by the square root of 2, and adding margins such as sensor error and voltage utilization rate of AC-DC converter 20.
  • the switching command generation unit 10 generates a switching command for switching between operation mode 1 and operation mode 2, and sends the switching command to the AC-DC converter 20 and the DC-DC converter 40 for DC power supply.
  • the switching command generation unit 10 also sends a command to change parameters such as a control threshold value and a voltage command value associated with switching the operation mode.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the AC-DC converter according to this embodiment.
  • the AC-DC converter 20 of the present embodiment includes an AC-DC converter 21 that performs power conversion, a fifth sensor 55 that detects the current and voltage of the AC input system 2, and a fifth sensor 55 that detects the current and voltage of the DC input system 50.
  • a sixth sensor 56 for detection an output voltage control section 22 that controls the output voltage of the AC-DC conversion section 21, a current command generation section 23 that generates the current command value Iac_ref of the AC-DC conversion section 21, and a DC system. It also includes a command value filter section 24 that processes the voltage command Vref. Note that if it is necessary to insulate between the AC input system 2 and the AC-DC converter 21, it is necessary to provide an insulation transformer between the AC input system 2 and the AC-DC converter 21.
  • the sixth sensor 56 may be replaced by the fourth sensor 54 shown in FIG.
  • the DC system voltage command Vref is input from the DC system voltage command generation unit 29.
  • the command value filter section 24 is provided to suppress sudden fluctuations in the input DC system voltage command Vref.
  • the command value filter section 24 is, for example, a low-pass filter, and can suppress rapid fluctuations in the DC system voltage command Vref.
  • the time constant of the low-pass filter is set in advance according to the control characteristics of the AC-DC converter 21.
  • the command value filter 24 may be removed. Further, the command value filter section 24 may include a limiter that limits the upper and lower limits of the DC system voltage command Vref.
  • the DC system voltage command Vref may be set by the user of the DC power distribution system 1 via the user interface, set by a higher-level control device (external controller) that performs energy management control, or set by a switching command generation unit to be described later. It may be set when switching between driving mode 1 and driving mode 2.
  • the current command generation unit 23 generates a current command value Iac_ref based on the DC system voltage command Vref that has passed through the command value filter unit 24 and the voltage of the DC system 50 detected by the sixth sensor 56.
  • the current command generation unit 23 may generate a current command value Iac_ref that has been subjected to limiter processing to limit the upper and lower limits. Note that the current command generation unit 23 may generate a power command value instead of the current command value.
  • the output voltage control unit 22 outputs the current command value Iac_ref generated by the current command generation unit 23, the current and voltage of the AC input system 2 detected by the fifth sensor 55, and the DC system detected by the sixth sensor 56.
  • the AC-DC converter 21 controls the voltage output to the AC input system 2 based on the current and voltage of the AC input system 50.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a DC-DC converter for a DC power supply according to the present embodiment.
  • the DC-DC converter 40 for a DC power supply according to the present embodiment includes a DC-DC converter 41 that performs power conversion, a seventh sensor 57 that detects the current and voltage of the DC system 50, and a current and an eighth sensor 58 that detects voltage, an output voltage control section 42 that controls the output voltage of the DC-DC conversion section 41, and a current command generation section 43 that generates the current command value Ibat_ref of the DC-DC conversion section 41. , a command value filter section 44 that processes the charge/discharge power command Pbat_ref, and an autonomous operation control section 45.
  • the seventh sensor 57 may be replaced by the third sensor 53 shown in FIG.
  • the charge/discharge power command Pbat_ref is input from the charge/discharge power command generation unit 49.
  • the command value filter section 44 is, for example, a low-pass filter, and can suppress rapid fluctuations in the charging/discharging power command Pbat_ref.
  • the time constant of the low-pass filter is set in advance according to the control characteristics of the DC-DC converter 41. If the control response of the DC-DC converter 41 is small and the possibility of overshoot occurring in the output voltage is low, the command value filter 44 may be removed. Further, the command value filter section 44 may include a limiter that limits the upper and lower limits of the charge/discharge power command Pbat_ref.
  • the charge/discharge power command Pbat_ref is determined according to the charge/discharge capacity and remaining capacity of the DC power supply 4. For example, when the DC power supply 4 is configured with a secondary battery, it is determined according to the state of charge (SOC) and state of health (SOH) of the secondary battery.
  • SOC state of charge
  • SOH state of health
  • the autonomous operation control unit 45 generates an autonomous operation charging/discharging power command Pbat_ind for switching to autonomous operation and performing autonomous operation based on the current and voltage of the DC system detected by the seventh sensor 57.
  • the autonomous operation control unit 45 sends the generated autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind to the current command generation unit 43.
  • autonomous operation here means that the DC-DC converter 41 generates an autonomous operation charging/discharging power command Pbat_ind in order to maintain the voltage of the DC system within the target voltage range, and outputs electric power based on the command.
  • heteronomous operation means a state in which the DC-DC converter 41 outputs electric power based on the charging/discharging power command Pbat_ref received from an external controller or the like. Note that the operation of the autonomous operation control unit 45 will be described later.
  • the current command generation unit 43 generates a charge/discharge power command Pbat_ref that has passed through the command value filter unit 44, an autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind generated by the autonomous operation control unit 45, and a DC power supply detected by the eighth sensor 58.
  • a current command value Ibat_ref is generated based on the current and voltage on the fourth side.
  • the current command generation unit 43 may generate a current command value Ibat_ref that has been subjected to limiter processing to limit the upper and lower limits.
  • the output voltage control unit 42 uses the current command value Ibat_ref generated by the current command generation unit 43, the current and voltage of the DC system 50 detected by the seventh sensor 57, and the DC power supply 4 detected by the sixth sensor 56.
  • the voltage output by the DC-DC converter 41 is controlled based on the current and voltage on the side.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the autonomous operation control unit in this embodiment.
  • the vertical axis represents the voltage of the DC system 50
  • the horizontal axis represents the output power of the DC-DC converter 41.
  • the power output by the DC-DC converter 41 to the DC system 50 side is assumed to be positive. Therefore, on the negative side of the horizontal axis, the DC-DC converter 41 outputs (charges) power to the DC power supply 4 side.
  • VH is the upper limit stop voltage
  • VL is the lower limit stop voltage
  • Vc and Vd are the upper and lower limits of the threshold voltage when the DC-DC converter 41 starts autonomous operation.
  • +Pdc is the maximum output power when the DC-DC converter 41 outputs to the DC system 50 side
  • -Pdc is the maximum output power when the DC-DC converter 41 outputs to the DC power supply 4 side. .
  • the autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind generated by the autonomous operation control unit 45 is set as follows.
  • the autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind is set to be equal to the charge/discharge power command Pbat_ref at Vc and Vd, which are the upper and lower limits of the threshold voltage.
  • the autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind is set to increase the output power to the DC system as the DC system voltage decreases so as to prevent a drop in the DC system voltage.
  • the maximum value of the autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind is set by the maximum output power of the DC-DC converter 41+Pdc.
  • the autonomous operation charging/discharging power command Pbat_ind is set to lower the output power to the DC system as the DC system voltage increases so as to prevent the DC system voltage from increasing. If the DC system voltage increases even if the output power to the DC system is lowered, the autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind sets the power to the DC power supply 4 so that the output power of the DC-DC converter 41 becomes negative. It is set to charge.
  • the current command generation unit 43 When the voltage of the DC system 50 detected by the seventh sensor 57 is equal to or higher than Vd and equal to or lower than Vc, the current command generation unit 43 generates a current command value based on the charging/discharging power command Pbat_ref sent from the command value filter unit 44. Generate Ibat_ref. Note that the voltage of the DC system that is higher than or equal to Vd and lower than or equal to Vc is referred to as a steady voltage. Therefore, when the voltage of the DC system is a steady voltage, the DC-DC converter 41 outputs power based on the charging/discharging power command Pbat_ref.
  • the autonomous operation control unit 45 sends the above-mentioned autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind to the current command generation unit 43.
  • the current command generation unit 43 generates a current command value Ibat_ref based on the autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind sent from the autonomous operation control unit 45. Therefore, when the voltage of the DC system is not a steady voltage, the DC-DC converter 41 outputs electric power based on the autonomous operation charging/discharging power command Pbat_ind. As shown in FIG. 4, the region in which the DC-DC converter 41 outputs electric power based on the autonomous operation charge/discharge power command Pbat_ind is shown as the autonomous operation region.
  • the DC-DC converter 41 when the voltage of the DC system 50 is equal to or higher than Vd and equal to or lower than Vc, the DC-DC converter 41 performs heteronomous operation based on the charging/discharging power command Pbat_ref. When the voltage of the DC system 50 is less than Vd or more than Vc, the DC-DC converter 41 performs autonomous operation based on the autonomous operation charging/discharging power command Pbat_ind.
  • the autonomous operation control unit 45 controls the DC power distribution system. Stop the operation of step 1.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of the load DC-DC converter according to the present embodiment.
  • the load DC-DC converter 30 of this embodiment includes a DC-DC converter 31 that performs power conversion, a ninth sensor 59 that detects the voltage and current of the DC system 50, and a current and voltage on the load 3 side. , a tenth sensor 60 that detects , an output voltage control section 32 that controls the output voltage of the DC-DC conversion section 31 , and a command value filter section 33 that processes the load supply voltage command Vload_ref.
  • the ninth sensor 59 may be replaced by the second sensor 52 shown in FIG.
  • the load supply voltage command Vload_ref is input from the load supply voltage command generation unit 39.
  • the command value filter section 33 is, for example, a low-pass filter, and can suppress rapid fluctuations in the load supply voltage command Vload_ref.
  • the time constant of the low-pass filter is set in advance according to the control characteristics of the DC-DC converter 31. If the control response of the DC-DC converter 31 is small and the possibility of overshoot occurring in the output voltage is low, the command value filter 33 may be removed. Further, the command value filter section 33 may include a limiter that limits the upper and lower limits of the load supply voltage command Vload_ref.
  • the load supply voltage command Vload_ref is determined according to the rated voltage of the load 3, the amount of voltage drop in the wiring to the load 3, and the like.
  • the output voltage control unit 32 outputs the load supply voltage command Vload_ref that has passed through the command value filter unit 33, the current and voltage of the DC system detected by the ninth sensor 59, and the load 3 side current and voltage detected by the tenth sensor 60.
  • the voltage output by the DC-DC converter 31 is controlled based on the current and voltage.
  • the DC power distribution system 1 is designed so that less power is purchased from the AC system. Further, the normal operation of the DC power distribution system 1 is also performed so that less power is purchased from the AC system. Therefore, in the DC power distribution system 1, even in the case of normal flow operation, most of the power required by the load 3 is supplied from the power generation device 5 and the DC power supply 4, and the power supplied from the AC input system 2 is reduced. , the frequency of reverse current operation increases. On the other hand, when the power generation device 5 is a solar power generation device, the generated power during cloudy days and at night becomes almost zero. In a situation where the power generation device 5 cannot generate electricity, the DC power distribution system 1 mainly needs to supply power from the AC input system 2 to the load 3 and supply charging power to the DC power source 4.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the passage of time in one day between power consumption in a general office building and power generated by a solar power generation device.
  • the upper diagram shows the power consumption in the office building
  • the lower diagram shows the power generated by the solar power generation device.
  • the power consumption in the office building corresponds to the power consumption of the load 3 in the DC power distribution system 1 of this embodiment.
  • power consumption in office buildings is characterized by being high during the day and low at night. This characteristic matches the characteristic of power generated by a solar power generation device. Therefore, in the DC power distribution system 1 of the present embodiment, there is no need to perform reverse current operation at night, and since the load power is small, it is not necessary to maintain the DC system voltage high.
  • the power loss in AC-DC converters and DC-DC converters is smaller as the buck-boost ratio is smaller, so by setting the nighttime DC system voltage lower than the daytime DC system voltage, the entire DC power distribution system 1 can be expected to reduce losses.
  • the load DC-DC converter and the load together can be considered a constant power load, so if the load power is low, the DC system voltage can be lowered to ensure that even if the current increases, it will not exceed the rated current of the wiring. It can be prevented.
  • FIG. 7 is a flowchart showing operation mode switching processing in the DC power distribution system 1 of this embodiment.
  • the operation mode switching process shown in FIG. 7 is a process when switching from operation mode 1 to operation mode 2.
  • the switching command generation unit 10 determines whether the DC power distribution system 1 is in a steady state.
  • the switching command generation unit 10 ends the switching process.
  • step S01 if the DC power distribution system 1 is in a steady state (YES), the switching command generation unit 10 proceeds to step S02.
  • the steady state is a state in which the DC power distribution system 1 is not in a transient operating state but in normal operation, and is in a forward current operation or a reverse current operation.
  • step S02 the switching command generation unit 10 determines whether the operation mode of the DC power distribution system 1 is operation mode 1. The determination in step S02 can be made by reading the operating state of the DC power distribution system 1 stored in a storage unit or the like. In step S02, if the operation mode of the DC power distribution system 1 is not operation mode 1 (NO), the switching command generation unit 10 ends the switching process. In step S02, if the operation mode of the DC power distribution system 1 is operation mode 1 (YES), the switching command generation unit 10 proceeds to step S03.
  • step S03 the switching command generating unit 10 outputs the load power Pload supplied to the load DC-DC converter 30 and the load 3 detected by the second sensor 52, and the DC power supply detected by the third sensor 53. It is determined whether the sum of the charging/discharging power Pbat supplied to the DC-DC converter 40 and the DC power source 4 is larger than the generated power Pg of the power generation device 5 detected by the first sensor 51. In step S03, if the sum of Pload and Pbat is less than or equal to Pg (NO), the switching command generation unit 10 ends the switching process. In step S03, if the sum of Pload and Pbat is greater than Pg (YES), the switching command generation unit 10 proceeds to step S04.
  • Pg indicates the direction of flow from the power generation device 5 to the DC system 50
  • Pload indicates the direction of flow from the DC system 50 to the load DC-DC converter 30
  • Pbat indicates the direction of the flow from the DC system 50 to the DC power supply DC-
  • the direction of flow toward the DC converter 40 (charging direction) is defined as positive. If the relationship Pg ⁇ Pload+Pbat holds true, no reverse current operation to the AC input system 2 occurs and there is no problem even if the operation mode 1 is switched, so the switching command generation unit 10 proceeds to step S04.
  • step S03 is a process of determining whether or not a reverse current operation occurs
  • the AC detected by the first sensor 51 provided between the AC-DC converter 20 and the DC system 50 - It may be determined from the output power Pacdc of the DC converter 20 whether or not a reverse current operation is occurring.
  • a filtered value is used to remove the influence of noise and the like. If a filtered value is not used, it is preferable to use a value that is free from the influence of noise, such as an average value over a certain period of time.
  • step S04 the switching command generation unit 10 determines whether the state of charge SOC of the secondary battery, which is the DC power supply 4, is larger than the first threshold value SOCth1 of remaining capacity.
  • the first threshold value SOCth1 of remaining capacity is set to, for example, 80% of the capacity at full charge.
  • step S04 if the SOC is less than or equal to SOCth1 (NO), the switching command generation unit 10 ends the switching process.
  • step S04 if the SOC is larger than SOCth1 (YES), the switching command generation unit 10 proceeds to step S05.
  • the process after step S05 is a process for switching the driving mode from driving mode 1 to driving mode 2.
  • the DC system voltage command generation unit 29 calculates the optimal value of the DC system voltage command Vref.
  • Several methods can be considered for calculating the optimal value of the DC system voltage command Vref. For example, the loss characteristics of each power conversion of the AC-DC converter 20, the load DC-DC converter 30, and the DC-DC power supply converter 40 are stored in advance, and the loss characteristics are used for calculation. There is a way.
  • the DC power distribution system 1 has a storage unit that stores power information (input information) of each of the AC-DC converter 20, the load DC-DC converter 30, and the DC-DC power supply DC-DC converter A function representing loss characteristics is stored in this storage unit using power information or output power information as a variable. A plurality of these functions are prepared for each DC system voltage. By using these functions, it becomes possible to calculate the loss of each converter if the power and DC system voltage are known. Therefore, the loss of each converter can be calculated while changing the DC system voltage, and the DC system voltage at which the total sum of losses is the smallest can be set as the optimum value of Vref.
  • information on the wiring impedance of the DC system can also be stored, and the value of the current flowing through the DC system can be calculated by dividing the detected power value by the voltage value of the DC system.
  • a more optimal Vref can also be determined by calculating the loss in the DC system due to wiring impedance by calculating the value of the current flowing through the DC system.
  • the higher voltage of the load supply voltage to the load 3 and the voltage of the DC power supply 4 may be set as Vref.
  • Vref the higher voltage of the load supply voltage to the load 3 and the voltage of the DC power supply 4.
  • step S06 the switching command generation unit 10 determines whether the DC system voltage command Vref calculated in step S05 is smaller than the operating lower limit voltage Vlim_low of the AC-DC converter 20. In step S06, if Vref is smaller than Vlim_low (YES), the switching command generation unit 10 stops the operation of the AC-DC converter 20 in step S07. By stopping the operation of the AC-DC converter 20, the switching command generation unit 10 can start independent operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply in step S08, and the Vref calculated in step S05 can be started. It is possible to realize a DC system voltage that conforms to the standard voltage.
  • the self-sustaining operation of the DC-DC converter 40 for a DC power supply refers to a state in which the DC-DC converter 40 for a DC power supply controls charging and discharging power of the DC power supply 4 in order to control the DC system voltage.
  • Autonomous operation is a situation in which the AC-DC converter 20 is controlling the DC system voltage, and when the DC system voltage is outside a certain range (voltage range from Vc to Vd), DC-DC conversion for the DC power supply is performed.
  • the device 40 increases or decreases the power command Pbat_ref given to itself and operates so as not to deviate from the voltage range from VH to VL.
  • the AC-DC converter 20 does not control the DC system voltage.
  • a DC-DC converter 40 for the DC power supply controls the DC system voltage and charges and discharges the power necessary to maintain the DC system voltage at the command voltage.
  • the autonomous operation of the DC-DC converter for DC power supply 40 performed here requires a change in operation from the autonomous operation that transitions when the DC system voltage falls below the threshold voltage Vd in operation mode 1.
  • the DC-DC converter 40 for DC power supply controls the DC system voltage to be Vd, but in operation mode 2 In self-sustaining operation, the DC-DC converter 40 for DC power supply needs to control the DC system voltage to Vref.
  • the DC-DC converter 40 for DC power supply is in a heteronomous operation state in which charging and discharging is performed according to the charging and discharging power command value, and the DC system voltage is AC- A DC converter 20 is in control.
  • step S07 and step S08 When the operation of the AC-DC converter 20 is stopped and the independent operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply is started by the processing in step S07 and step S08, the operation from the AC-DC converter 20 to the DC system 50 is started. It is necessary to mechanically cut off the electrical connection between the AC-DC converter 20 and the DC system 50 so that power is not supplied. If the electrical connection between the AC-DC converter 20 and the DC system 50 is not interrupted, for example, the voltage of the DC system 50 is lower than the value obtained by multiplying the effective value voltage of the AC input system 2 by the square root of 2. Sometimes, power is supplied from the AC input system 2 to the DC system 50 via a parasitic diode of the switching semiconductor element of the AC-DC converter 20, a diode connected in parallel to the switching semiconductor element, etc. voltage increases.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of operation mode switching processing in the DC power distribution system of this embodiment.
  • FIG. 8 shows the DC system voltage command Vref in the switching process from step S06 to step S08 in FIG.
  • the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage.
  • Vref calculated in step S05 and Vlim_low are also small, self-sustaining operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply is started.
  • step S06 if Vref is equal to or higher than Vlim_low (NO), the switching command generation unit 10 causes the AC-DC converter 20 to continue operating. Therefore, the DC-DC converter 40 for DC power supply does not start self-sustaining operation. At this time, if the relationship between the threshold voltage Vd of the self-sustaining operation of the DC-DC converter 40 for the DC power supply, Vref, and the operating lower limit voltage Vlim_low of the AC-DC converter 20 is Vd ⁇ Vref ⁇ Vlim_low, the DC-DC converter 40 for the DC power supply There is a possibility that the DC-DC converter 40 switches to self-sustaining operation. Therefore, the switching command generation unit 10 changes Vd to a value smaller than Vref in step S09.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of operation mode switching processing in the DC power distribution system of this embodiment.
  • FIG. 9 shows the DC system voltage command Vref and the threshold voltage Vd for self-sustaining operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply in the switching process from step S06 to step S09 in FIG.
  • the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage.
  • Vd is changed to a value smaller than Vref, it is possible to prevent the DC-DC converter 40 for DC power supply from switching to self-sustaining operation.
  • FIG. 10 is a flowchart showing operation mode switching processing in the DC power distribution system 1 of this embodiment.
  • the operation mode switching process shown in FIG. 10 is a process when switching from operation mode 2 to operation mode 1.
  • the switching command generation unit 10 outputs the load power Pload supplied to the load DC-DC converter 30 and the load 3 detected by the second sensor 52, and the load power Pload detected by the third sensor 53. It is determined whether the sum of the DC-DC converter for DC power supply 40 and the charging/discharging power Pbat supplied to the DC power supply 4 is greater than the generated power Pg of the power generation device 5 detected by the first sensor 51.
  • step S11 if the sum of Pload and Pbat is less than or equal to Pg (NO), the switching command generation unit 10 proceeds to step S18.
  • step S18 the switching command generation unit 10 shifts the driving mode to driving mode 1, and ends the switching process.
  • the DC system voltage command generation unit 29 first sets Vref to the operating lower limit voltage Vlim_low of the AC-DC converter 20. Increase the voltage to a value that exceeds the voltage value. The purpose of this is to increase the DC system voltage to Vlim_low or higher before starting the AC-DC converter 20. Thereafter, the AC-DC converter 20 is started, and the independent operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply is stopped. If the DC-DC converter 40 for the DC power supply is not in self-sustaining operation, the switch to operation mode 1 is completed by returning the DC system voltage command Vref to the AC-DC converter 20 to the steady voltage.
  • the generated power Pg and the load power Pload in step S11 may use time-series predicted generated power and time-series predicted load power, respectively. By using predicted power, it is possible to switch the operation mode before an increase in Pg, a decrease in Pload, etc. actually occur. For example, by using the time-series predicted power in step S11, from a time period when the power generated by solar power generation at night is low and the power consumption of the load is also low, in the morning, the power generated by solar power generation and the power consumed by the load are It is possible to switch in advance to a time period in which both increase.
  • step S11 if the sum of Pload and Pbat is greater than Pg (YES), the switching command generation unit 10 proceeds to step S12.
  • step S12 the switching command generation unit 10 determines whether the DC-DC converter 40 for the DC power supply is in a self-sustaining state. The determination in step S12 can be made by reading out the operating state of the DC-DC converter 40 for DC power supply stored in a storage unit or the like. In step S12, if the DC-DC converter 40 for DC power supply is not in the self-sustaining state (NO), the switching command generation unit 10 ends the switching process. In step S12, if the DC-DC converter 40 for DC power supply is in the self-sustaining state (YES), the switching command generation unit 10 proceeds to step S13.
  • step S13 the DC system voltage command generation unit 29 adjusts Vref based on the remaining capacity of the DC power supply 4. Specifically, as the remaining capacity of the DC power supply 4 decreases and the SOC decreases, the DC system voltage command generation unit 29 increases Vref toward a voltage value exceeding the operating lower limit voltage Vlim_low of the AC-DC converter 20. . The purpose of this adjustment is to raise the DC system voltage to Vlim_low or higher when it is necessary to start the AC-DC converter 20 when the remaining capacity of the DC power supply 4 becomes low.
  • step S14 the switching command generation unit 10 determines whether the state of charge SOC of the secondary battery, which is the DC power source 4, is less than or equal to the second remaining capacity threshold SOCth2.
  • the second threshold value SOCth2 of remaining capacity is set to, for example, 20% of the capacity at full charge.
  • the switching command generation unit 10 ends the switching process.
  • the switching command generation unit 10 proceeds to step S15.
  • the state of charge SOC is less than or equal to the second threshold value SOCth2 of remaining capacity, it can be determined that charging from the DC system 50 to the DC power supply 4 is necessary.
  • step S15 the switching command generation unit 10 starts the AC-DC converter 20. Thereafter, the independent operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply is stopped. Further, the switching command generation unit 10 controls Pbat_ref so that the DC power supply 4 is charged. Through this operation, the DC power distribution system 1 charges the DC power supply 4 using the power input from the AC input system 2 and supplies power to the load 3 at the same time.
  • step S16 the switching command generation unit 10 determines whether the state of charge SOC of the secondary battery, which is the DC power source 4, is larger than the first threshold value SOCth1 of remaining capacity. In step S16, if the SOC is less than or equal to SOCth1 (NO), the switching command generation unit 10 returns to the process of step S16. In step S16, if the SOC is larger than SOCth1 (YES), the switching command generation unit 10 proceeds to step S17.
  • step S17 the switching command generation unit 10 starts the self-sustaining operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply, and stops the AC-DC converter 20. In this manner, in the processing from step S12 to step S17, the AC-DC converter 20 switches between the stopped state and the operating state depending on the charging state of the DC power supply 4, and the AC-DC converter 20 operates intermittently. That's what happens.
  • a DC power distribution system configured in this way, if the power generated by the generator is smaller than the power supplied to the load by the load DC-DC converter, the voltage of the DC system is lowered and the AC-DC converter is switched on. Since the operation mode is switched from operation mode 1 to operation mode 2, the step-down ratio when stepping down from the DC system voltage to the load supply voltage for supplying to the load and the charging voltage for charging the DC power supply becomes small. As a result, in the DC distribution system of this embodiment, even if the steady voltage of the DC system voltage and the load supply voltage are significantly different, the voltage of the DC system is reduced when the generated power of the power generation device is small. Power loss can be reduced.
  • the power generation device is a DC power generation device such as a solar power generation device, but it may be an AC power generation device such as a wind power generation device. If the power generation device is an AC power generation device, an AC-DC converter may be installed between the power generation device and the DC system.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a DC power distribution system according to the second embodiment.
  • the DC power distribution system 1 of this embodiment is provided between a DC input system 7, a load 3, a DC power supply 4, and a power generation device 5.
  • the DC input system 7 is a DC system operated by an electric power company.
  • the configuration of the DC power distribution system 1 according to the present embodiment is such that the AC input system 2 is replaced with the DC input system 7 in the configuration of the DC power distribution system according to the first embodiment shown in FIG.
  • the DC converter 20 is replaced by a DC-DC converter 70.
  • the other configuration of the DC power distribution system 1 according to the present embodiment is the same as the configuration of the DC power distribution system according to the first embodiment.
  • the DC power distribution system 1 of this embodiment includes a DC-DC converter 70 that converts DC power input from a DC input system 7 into DC power with a different voltage and outputs it to the DC system 50, and a DC system 50 and a load. 3, a DC-DC converter 40 for a DC power supply provided between the DC system 50 and the DC power supply 4, and a switching command generation unit 10.
  • the load DC-DC converter 30 converts the DC power of the DC system 50 into a load supply voltage for the load 3 and supplies the voltage to the load 3 .
  • the load 3 is an electrical device driven by DC voltage, and is composed of one or more electrical devices.
  • the DC power distribution system 1 of the present embodiment has a forward flow operation in which DC power input from a DC input system 7 is supplied to a load 3 and a DC power supply 4 via a DC system 50, and a DC power supply 4 and a power generation device 5. It is possible to perform a reverse flow operation in which the DC power input from the DC power source is supplied to the DC input system 7 via the DC system 50. Forward flow operation and reverse flow operation in DC power distribution system 1 are controlled by DC-DC converter 70.
  • the DC-DC converter 70 may be configured as an isolated bidirectional converter. In that case, it is possible to perform the reverse current operation without depending on the relationship between the voltage of the DC system 50 and the voltage of the DC input system 7. However, since there is a limit to the step-up/down ratio of the DC-DC converter 70, there is also a limit to the voltage difference between the DC input system 7 and the DC system 50. This limit voltage becomes the lower limit voltage Vlim_low of operation mode 1. Further, the voltage of the DC system 50 is set higher than the load supply voltage of the load 3 and the charging/discharging voltage of the DC power supply 4.
  • the voltage of the DC input system 7 is set to 1500V
  • the voltage of the DC system 50 is set to 740V
  • the load supply voltage of the load 3 is set to 340V
  • the charging/discharging voltage of the DC power supply 4 is set to 300V.
  • Power is supplied to the load 3 and the DC power supply 4 at a voltage that is stepped down from the voltage of the DC system 50 by the load DC-DC converter 30 and the DC-DC power supply DC-DC converter 40, respectively.
  • step S06 in FIG. 7 is a process for stopping the DC-DC converter 70.
  • step S15 in FIG. 10 is a process of activating the DC-DC converter 70 and stopping the independent operation of the DC-DC converter 40 for DC power supply.
  • step S17 in FIG. 10 is a process of starting the self-sustaining operation of the DC-DC converter 40 for the DC power supply and stopping the DC-DC converter 70.
  • a DC power distribution system configured in this way, if the power generated by the generator is smaller than the power supplied to the load by the load DC-DC converter, the voltage of the DC system is lowered and the DC-DC converter Since the operation mode is switched from operation mode 1 to operation mode 2, the step-down ratio when stepping down from the DC system voltage to the load supply voltage for supplying to the load and the charging voltage for charging the DC power supply becomes small.
  • the DC distribution system of this embodiment even if the steady voltage of the DC system voltage and the load supply voltage are significantly different, the voltage of the DC system is reduced when the generated power of the power generation device is small. Power loss can be reduced.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a DC power distribution system according to Embodiment 3.
  • a DC power distribution system 1 according to the present embodiment is provided between an AC input system 2, a load 3, and a power generation device 5.
  • the configuration of the DC power distribution system 1 according to the present embodiment is different from the configuration of the DC power distribution system according to the first embodiment shown in FIG.
  • the generation unit 49 and the third sensor 53 are removed.
  • the other configuration of the DC power distribution system 1 according to the present embodiment is the same as the configuration of the DC power distribution system according to the first embodiment.
  • the operation mode switching process in the DC power distribution system 1 of this embodiment is similar to the flowcharts shown in FIGS. 7 and 10 of the first embodiment. However, in FIGS. 7 and 10, it is necessary to exclude the operation of the DC-DC converter for the DC power supply. Specifically, the operation of the DC-DC converter for the DC power supply in step S08 of FIG. 7 is removed. Further, the operation of the DC-DC converter for the DC power supply in step S15 and step S17 in FIG. 10 is removed. Furthermore, Pbat is removed in step S03 of FIG. 7 and step S11 of FIG.
  • Vref in operation mode 2 needs to be larger than the lower operating limit voltage Vlim_low of the AC-DC converter 20. If the DC system voltage is lower than Vlim_low, the AC-DC converter 20 will stop operating. Therefore, Vref in operation mode 2 of the DC power distribution system of the present embodiment is larger than Vref in operation mode 2 of the DC power distribution system of Embodiment 1.
  • the amount of voltage drop in the DC system when the power generated by the power generation device is small is smaller than in the DC power distribution system of Embodiment 1, but the steady-state voltage of the DC system voltage Even if the load supply voltage and the load supply voltage are significantly different, the voltage of the DC system is lowered when the power generated by the generator is small, so power loss can be reduced.
  • the switching command generation unit 10 includes a processor 100 and a storage device 101, as an example of hardware is shown in FIG.
  • the storage device includes a volatile storage device such as a random access memory and a nonvolatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device such as a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • Processor 100 executes a program input from storage device 101. In this case, the program is input from the auxiliary storage device to the processor 100 via the volatile storage device.
  • the processor 100 may output data such as calculation results to a volatile storage device of the storage device 101, or may store data in an auxiliary storage device via the volatile storage device.

Landscapes

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Abstract

直流系統電圧と負荷供給電圧とが大きく異なる場合でも電力損失が小さい直流配電システムを提供する。　ＡＣ－ＤＣ変換器（２０）と、発電装置（５）の発電電力を検出する第１センサ（５１）と、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器（３０）と、負荷供給電力を検出する第２センサ（５２）と、ＡＣ－ＤＣ変換器の２つの運転モードを切り替える切り替え指令生成部（１０）とを備えている。運転モード１のときは直流系統（５０）の電圧は交流電力の電圧実効値に２の平方根をかけた値よりも高く設定されており、切り替え指令生成部は発電電力が負荷供給電力よりも小さい場合は直流系統の電圧を低下させて運転モードを運転モード１から運転モード２へ切り替える。

Description

直流配電システム
　本願は、直流配電システムに関する。
　近年、一般家庭、オフィスビル、工場および駅舎などにおいて、交流電力系統の停電時の対処、自然エネルギーの活用のために、蓄電池などの直流電源、太陽光発電装置など発電装置の設置が進められている。直流配電システムは、交流電力系統からの交流電力をＡＣ－ＤＣ変換器（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ　Ｃｕｒｒｅｎｔ－Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ変換器）で直流電力に変換して直流系統へ出力すると共に、直流電源および太陽光発電装置などからの直流電力を直流系統に供給する。そして、直流配電システムは、直流系統の電力を負荷に供給する。直流配電システムは、交流配電システムに比べて直流電源を充電するときおよび負荷に電力を供給するときの電力変換回数が少ないため、電力変換に伴う電力損失を低減することができる。また、直流配電システムでは、負荷側に交流を直流に変換するＡＣ－ＤＣ変換器を設ける必要がないため、経済性を向上させている。
　一般に直流配電システムでは、直流系統電圧、直流電源電圧および負荷供給電圧はそれぞれ異なる。この場合、直流系統電圧は直流電源電圧および負荷供給電圧に対して高く設定されている。そのため、直流系統と直流電源電圧との間、および直流系統と負荷との間に設置されたＤＣ－ＤＣ変換器（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ－Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ変換器）で必要に応じて直流電力の電圧が降圧される。このとき、ＤＣ－ＤＣ変換器における電圧降圧比が大きいほど電圧降圧に伴う電力損失が大きくなり、電力の利用効率の低下につながるという問題がある。
　電圧降圧比を小さくすることができる従来の直流配電システムとして、直流系統電圧を周期的に変化させ、各負荷が自己の負荷供給電圧に対応する電圧が印加されている間に各負荷に設けられた蓄電装置に電力を蓄えて利用する直流配電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－２５３１１８号公報
　直流配電システムは、太陽光発電装置などの余剰電力を交流電力へ変換して交流電力系統へ出力する逆潮機能を有する場合がある。直流配電システムにおいて安定した逆潮動作のためには、直流系統電圧を交流電力系統の電圧よりも十分に高い電圧に設定する必要がある。従来の直流配電システムにおいて、逆潮動作のために高い電圧に設定された直流系統電圧を周期的に変化させても電圧降圧比を十分小さくできない場合がある。そのため、従来の直流配電システムにおいては、電圧降圧に伴う電力損失の改善効果が小さくなるという問題があった。
　本願は上述のような課題を解決するためになされたもので、直流系統電圧と負荷供給電圧とが大きく異なる場合でも電力損失が小さい直流配電システムを提供することを目的とする。
　本願の直流配電システムは、電力系統から入力された交流電力を直流電力に変換して直流系統に出力する順潮機能および直流系統の直流電力を交流電力に変換して電力系統へ出力する逆潮機能を有するＡＣ－ＤＣ変換器と、直流系統に接続される発電装置の発電電力を検出する第１センサと、直流系統に接続される負荷に電力を供給する負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器と、直流系統から負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および負荷に供給される電力を検出する第２センサと、ＡＣ－ＤＣ変換器の２つの運転モードを切り替える指令を生成する切り替え指令生成部とを備えている。２つの運転モードは、ＡＣ－ＤＣ変換器の逆潮機能が有効な状態の運転モード１と、ＡＣ－ＤＣ変換器の逆潮機能が無効な状態の運転モード２とであり、運転モード１のときは、直流系統の電圧は交流電力の電圧実効値に２の平方根をかけた値よりも高く設定されており、切り替え指令生成部は、第１センサで検出された発電装置の発電電力が第２センサで検出された負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および負荷に供給される電力よりも小さい場合は直流系統の電圧を低下させてＡＣ－ＤＣ変換器の運転モードを運転モード１から運転モード２へ切り替えている。
　本願の直流配電システムは、第１センサで検出された発電装置の発電電力が第２センサで検出された負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および負荷に供給される電力よりも小さい場合は直流系統の電圧を低下させてＡＣ－ＤＣ変換器の運転モードを運転モード１から運転モード２へ切り替えているので、直流系統電圧と負荷供給電圧とが大きく異なる場合でも電力損失を小さくできる。
実施の形態１に係る直流配電システムの構成図である。 実施の形態１に係るＡＣ－ＤＣ変換器の構成図である。 実施の形態１に係る直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器の構成図である。 実施の形態１における自律運転制御部の動作を説明する図である。 実施の形態１に係る負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器の構成図である。 実施の形態１に係るオフィスビルにおける消費電力と太陽光発電装置の発電電力とを示す説明図である。 実施の形態１に係る直流配電システムにおける運転モードの切り替え処理を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る直流配電システムにおける運転モードの切り替え処理の説明図である。 実施の形態１に係る直流配電システムにおける運転モードの切り替え処理の説明図である。 実施の形態１に係る直流配電システムにおける運転モードの切り替え処理を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る直流配電システムの構成図である。 実施の形態３に係る直流配電システムの構成図である。 実施の形態１から３に係る切り替え指令生成部を実現するハードウェア構成を示す図である。
　以下、本願を実施するための実施の形態に係る直流配電システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る直流配電システムの構成図である。本実施の形態の直流配電システム１は、交流入力系統２と、負荷３、直流電源４および発電装置５との間に設けられている。ここで、交流入力系統２は、電力会社が運用する商用電力系統から交流受電設備を介して直流配電システム１に供給される交流系統である。負荷３は、直流電力で駆動される電機機器である。直流電源４は、充電および放電が可能な蓄電池などである。発電装置５は、再生可能エネルギーで発電を行う太陽光発電装置など直流を出力する発電装置である。発電装置５は、再生可能エネルギーによる発電部と電力変換部とで構成されている。発電装置５は、直流配電システム１へ直流電力を供給することができる。
　本実施の形態の直流配電システム１は、交流入力系統２から入力される交流電力を直流電力に変換して直流系統５０に出力するＡＣ－ＤＣ変換器２０と、直流系統５０と負荷３との間に設けられた負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０と、直流系統５０と直流電源４との間に設けられた直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０と、切り替え指令生成部１０とを備えている。負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０は、直流系統５０の直流電力を負荷３の負荷供給電圧に変換して負荷３に供給する。負荷３は直流電力で駆動される電機機器であり、１つまたは複数の電機機器で構成されている。負荷３の消費電力は負荷３の運転状態に応じて変動するが、運転状態が一定であればほとんど変化しない。そのため、負荷３の運転状態が変動しない期間において、負荷３の電源回路、入力インタフェース部における電力損失が最小となるように負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０から供給される電圧を調整することで負荷３の消費電力を最小にして経済性を向上させることも可能である。なお、負荷供給電圧は、負荷の動作を阻害しないように、負荷毎に定められた入力電圧の制限範囲内に設定されていることが好ましい。
　直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０は、直流系統５０の直流電力を直流電源４の充電電圧に変換して直流電源４に供給すると共に、直流電源４の放電電力を直流系統５０の電圧に変換して直流系統５０に出力する。切り替え指令生成部１０は、ＡＣ－ＤＣ変換器２０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０を制御する。
　交流入力系統２からＡＣ－ＤＣ変換器２０への交流電路は、例えば単相三線式または三相三線式で構成されているが、図１においては単線で示されている。また、直流系統５０は、例えば正極側の電線と負極側の電線との一対の直流電路で構成されているが、図１においては単線で示されている。
　発電装置５と直流系統５０との間には、発電装置５の発電電力を検出する第１センサ５１が設けられている。負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０と直流系統５０との間には、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および負荷３に供給される負荷電力を検出する第２センサ５２が設けられている。直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０と直流系統５０との間には、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０および直流電源４に供給される充放電電力を検出する第３センサ５３が設けられている。ＡＣ－ＤＣ変換器２０と直流系統５０との間には、ＡＣ－ＤＣ変換器２０の出力電力を検出する第４センサ５４が設けられている。第１センサ５１、第２センサ５２、第３センサ５３および第４センサ５４は、電流および電圧から電力を検出している。第１センサ５１、第２センサ５２、第３センサ５３および第４センサ５４で検出された電力は、切り替え指令生成部１０に送られる。
　ＡＣ－ＤＣ変換器２０には、直流系統電圧指令を生成する直流系統電圧指令生成部２９が接続されている。負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０には、負荷供給電圧指令を生成する負荷供給電圧指令生成部３９が接続されている。直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０には、充放電電力指令を生成する充放電電力指令生成部４９が接続されている。なお、直流系統電圧指令生成部２９、負荷供給電圧指令生成部３９および充放電電力指令生成部４９は、ＡＣ－ＤＣ変換器２０、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０にそれぞれ内蔵されていてもよく、１つのコントローラに搭載されていてもよい。
　直流配電システム１は、例えば一般家庭、オフィスビル、工場、駅舎などに適用されるシステムである。交流入力系統は、電力会社が運用する商用電力系統である。直流電源および発電装置は、それぞれ蓄電池および太陽光発電装置などである。そのため、直流配電システム１を構成する各機器は、分散して配置されていてもよい。例えばＡＣ－ＤＣ変換器２０は建屋Ａに配置されており、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０および直流電源４は別の建屋Ｂに配置されていてもよい。
　直流配電システム１は、交流入力系統２から入力された交流電力を直流系統５０を経由させて負荷３および直流電源４へ供給する力行動作（これ以降、順潮動作と記す）と、直流電源４および発電装置５から入力された直流電力を直流系統５０を経由させて交流入力系統２へ供給する回生動作（これ以降、逆潮動作と記す）とを行うことが可能である。直流配電システム１において順潮動作および逆潮動作は、ＡＣ－ＤＣ変換器２０によって制御される。
　直流配電システム１において逆潮動作を行うために、直流系統５０の電圧は交流入力系統２の電圧実効値に２の平方根をかけた値よりも十分高く設定される。また、直流系統５０の電圧は、負荷３の負荷供給電圧および直流電源４の充放電電圧よりも高く設定される。例えば、交流入力系統２の電圧実効値が４００Ｖ、直流系統５０の電圧が７４０Ｖ、負荷３の負荷供給電圧が３４０Ｖ、直流電源４の充放電電圧が３００Ｖのように設定される。負荷３および直流電源４へは、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０でそれぞれ直流系統５０の電圧から降圧された電圧で電力が供給される。
　切り替え指令生成部１０は、第１センサ５１、第２センサ５２、第３センサ５３および第４センサ５４から入力された電力に基づいて、ＡＣ－ＤＣ変換器２０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０を制御する。ここで、ＡＣ－ＤＣ変換器２０の逆潮動作が可能な状態を運転モード１とし、ＡＣ－ＤＣ変換器２０の逆潮動作が無効化された状態を運転モード２とする。すなわち、運転モード１とは直流系統５０の電圧が交流入力系統２の電圧実効値に２の平方根をかけた値よりも十分高く設定されている状態であり、運転モード２とは直流系統５０の電圧が運転モード１における下限電圧よりも低く設定されている状態である。運転モード１の下限電圧は交流入力系統２の最大電圧実効値に２の平方根をかけた値に、センサ誤差、ＡＣ－ＤＣ変換器２０の電圧利用率などのマージンを積み上げて決定される。切り替え指令生成部１０は、運転モード１と運転モード２とを切り替えるための切り替え指令を生成してＡＣ－ＤＣ変換器２０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０にその切り替え指令を送る。また、切り替え指令生成部１０は、運転モードの切り替えに伴う制御閾値、電圧指令値などのパラメータの変更指令も送る。
　図２は、本実施の形態に係るＡＣ－ＤＣ変換器の構成図である。本実施の形態のＡＣ－ＤＣ変換器２０は、電力変換を行うＡＣ－ＤＣ変換部２１と、交流入力系統２の電流および電圧を検出する第５センサ５５と、直流系統５０の電流および電圧を検出する第６センサ５６と、ＡＣ－ＤＣ変換部２１の出力電圧を制御する出力電圧制御部２２と、ＡＣ－ＤＣ変換部２１の電流指令値Ｉａｃ＿ｒｅｆを生成する電流指令生成部２３と、直流系統電圧指令Ｖｒｅｆを処理する指令値フィルタ部２４とを備えている。なお、交流入力系統２とＡＣ－ＤＣ変換部２１との間を絶縁する必要がある場合は、交流入力系統２とＡＣ－ＤＣ変換部２１との間に絶縁トンランスを設ける必要がある。第６センサ５６は、図１に示す第４センサ５４で代用されてもよい。
　直流系統電圧指令Ｖｒｅｆは、直流系統電圧指令生成部２９から入力される。直流系統電圧指令Ｖｒｅｆの変動幅が大きい場合、その直流系統電圧指令Ｖｒｅｆをそのまま用いるとＡＣ－ＤＣ変換部２１が出力する直流系統５０の電圧にオーバーシュートが発生する可能性がある。指令値フィルタ部２４は、入力された直流系統電圧指令Ｖｒｅｆの急激な変動を抑制するために備えられている。指令値フィルタ部２４は、例えばローパスフィルタであり直流系統電圧指令Ｖｒｅｆの急激な変動を抑制することができる。ローパスフィルタの時定数は、ＡＣ－ＤＣ変換部２１の制御特性に合わせて予め設定される。ＡＣ－ＤＣ変換部２１の制御応答が小さく出力電圧にオーバーシュートが発生する可能性が低い場合は、指令値フィルタ部２４は除かれてもよい。また、指令値フィルタ部２４は直流系統電圧指令Ｖｒｅｆの上下限を制限するリミッタを備えていてもよい。
　なお、直流系統電圧指令Ｖｒｅｆは、ユーザーインターフェースを介して直流配電システム１のユーザーによって設定されたり、エネルギー管理制御を行う上位制御装置（外部コントローラ）によって設定されたり、後述する切り替え指令生成部が行う運転モード１と運転モード２との切り替えに伴って設定されたりする。
　電流指令生成部２３は、指令値フィルタ部２４を通過した直流系統電圧指令Ｖｒｅｆと第６センサ５６で検出された直流系統５０の電圧とに基づいて電流指令値Ｉａｃ＿ｒｅｆを生成する。電流指令生成部２３は、上下限を制限するリミッタ処理が行われた電流指令値Ｉａｃ＿ｒｅｆを生成する場合もある。なお、電流指令生成部２３は、電流指令値の代わりに電力指令値を生成してもよい。
　出力電圧制御部２２は、電流指令生成部２３で生成された電流指令値Ｉａｃ＿ｒｅｆと、第５センサ５５で検出された交流入力系統２の電流および電圧と、第６センサ５６で検出された直流系統５０の電流および電圧とに基づいてＡＣ－ＤＣ変換部２１が交流入力系統２へ出力する電圧を制御する。
　図３は、本実施の形態に係る直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器の構成図である。本実施の形態の直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０は、電力変換を行うＤＣ－ＤＣ変換部４１と、直流系統５０の電流および電圧を検出する第７センサ５７と、直流電源４側の電流および電圧を検出する第８センサ５８と、ＤＣ－ＤＣ変換部４１の出力電圧を制御する出力電圧制御部４２と、ＤＣ－ＤＣ変換部４１の電流指令値Ｉｂａｔ＿ｒｅｆを生成する電流指令生成部４３と、充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆを処理する指令値フィルタ部４４と、自律運転制御部４５とを備えている。第７センサ５７は、図１に示す第３センサ５３で代用されてもよい。
　充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆは、充放電電力指令生成部４９から入力される。指令値フィルタ部４４は、例えばローパスフィルタであり充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆの急激な変動を抑制することができる。ローパスフィルタの時定数は、ＤＣ－ＤＣ変換部４１の制御特性に合わせて予め設定される。ＤＣ－ＤＣ変換部４１の制御応答が小さく出力電圧にオーバーシュートが発生する可能性が低い場合は、指令値フィルタ部４４は除かれてもよい。また、指令値フィルタ部４４は充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆの上下限を制限するリミッタを備えていてもよい。
　なお、充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆは、直流電源４の充放電能力および残容量などに応じて決定される。例えば、直流電源４が二次電池で構成されている場合、二次電池の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）および健全状態ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）などに応じて決定される。
　自律運転制御部４５は、第７センサ５７で検出された直流系統の電流および電圧に基づいて自律運転への切り替えと自律運転を行うための自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄの生成を行う。自律運転制御部４５は、生成した自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄを電流指令生成部４３に送る。なお、ここで自律運転とは、ＤＣ－ＤＣ変換部４１が直流系統の電圧を目標電圧範囲内に維持するために自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄの生成を行い、その指令に基づいて電力を出力している状態を意味する。また、他律運転とは、ＤＣ－ＤＣ変換部４１が外部コントローラなどから受信した充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆに基づいて電力を出力している状態を意味する。なお、自律運転制御部４５の動作については後述する。
　電流指令生成部４３は、指令値フィルタ部４４を通過した充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆと、自律運転制御部４５で生成された自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄと、第８センサ５８で検出された直流電源４側の電流および電圧とに基づいて電流指令値Ｉｂａｔ＿ｒｅｆを生成する。電流指令生成部４３は、上下限を制限するリミッタ処理が行われた電流指令値Ｉｂａｔ＿ｒｅｆを生成する場合もある。
　出力電圧制御部４２は、電流指令生成部４３で生成された電流指令値Ｉｂａｔ＿ｒｅｆと、第７センサ５７で検出された直流系統５０の電流および電圧と、第６センサ５６で検出された直流電源４側の電流および電圧とに基づいてＤＣ－ＤＣ変換部４１が出力する電圧を制御する。
　図４は、本実施の形態における自律運転制御部の動作を説明する図である。図４において、縦軸は直流系統５０の電圧、横軸はＤＣ－ＤＣ変換部４１の出力電力である。横軸において、ＤＣ－ＤＣ変換部４１が直流系統５０側に出力する電力を正とする。したがって、横軸のマイナス側では、ＤＣ－ＤＣ変換部４１は直流電源４側に電力を出力（充電）する。図４において、ＶＨは上限停止電圧、ＶＬは下限停止電圧、ＶｃおよびＶｄはＤＣ－ＤＣ変換部４１が自律運転を開始するときの閾値電圧の上限および下限である。また、＋ＰｄｃはＤＣ－ＤＣ変換部４１が直流系統５０側に出力するときの最大出力電力であり、－ＰｄｃはＤＣ－ＤＣ変換部４１が直流電源４側に出力するときの最大出力電力である。
　自律運転制御部４５が生成する自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄは次のように設定されている。自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄは、閾値電圧の上限および下限であるＶｃおよびＶｄにおいて充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆと等しくなるように設定されている。閾値電圧Ｖｄより低い電圧領域においては、自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄは、直流系統電圧の低下を防ぐように直流系統電圧が下がるほど直流系統への出力電力を上げるように設定されている。このとき、自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄの最大値は、ＤＣ－ＤＣ変換部４１の最大出力電力＋Ｐｄｃよって設定される。閾値電圧Ｖｃより高い電圧領域においては、自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄは、直流系統電圧の上昇を防ぐように直流系統電圧が上がるほど直流系統への出力電力を下げるように設定されている。直流系統への出力電力を下げても直流系統電圧が上昇する場合は、自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄはＤＣ－ＤＣ変換部４１の出力電力がマイナスになるように、すなわち直流電源４へ電力を充電するように設定されている。
　第７センサ５７で検出された直流系統５０の電圧がＶｄ以上およびＶｃ以下の場合、電流指令生成部４３は、指令値フィルタ部４４から送られてくる充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆに基づいて電流指令値Ｉｂａｔ＿ｒｅｆを生成する。なお、Ｖｄ以上およびＶｃ以下の直流系統の電圧を定常電圧と称する。したがって、直流系統の電圧が定常電圧のときＤＣ－ＤＣ変換部４１は、充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆに基づいて電力を出力する。
　第７センサ５７で検出された直流系統５０の電圧がＶｄ未満またはＶｃを超えた場合、自律運転制御部４５は、上述の自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄを電流指令生成部４３に送る。電流指令生成部４３は、自律運転制御部４５から送られてくる自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄに基づいて電流指令値Ｉｂａｔ＿ｒｅｆを生成する。したがって、直流系統の電圧が定常電圧ではないときＤＣ－ＤＣ変換部４１は、自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄに基づいて電力を出力する。図４に示すように、ＤＣ－ＤＣ変換部４１が自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄに基づいて電力を出力する領域を自律運転領域として示している。
　すなわち、直流系統５０の電圧がＶｄ以上およびＶｃ以下の場合、ＤＣ－ＤＣ変換部４１は、充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｒｅｆに基づいて他律運転を行う。直流系統５０の電圧がＶｄ未満またはＶｃを超えた場合ＤＣ－ＤＣ変換部４１は、自律運転充放電電力指令Ｐｂａｔ_ｉｎｄに基づいて自律運転を行う。
　ＤＣ－ＤＣ変換部４１が自律運転を行い最大出力電力を出力し続けても直流系統５０の電圧が上限停止電圧ＶＨを上回るまたは下限停止電圧ＶＬを下回る場合、自律運転制御部４５は直流配電システム１の動作を停止させる。
　図５は、本実施の形態に係る負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器の構成図である。本実施の形態の負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０は、電力変換を行うＤＣ－ＤＣ変換部３１と、直流系統５０の電圧および電流を検出する第９センサ５９と、負荷３側の電流および電圧を検出する第１０センサ６０と、ＤＣ－ＤＣ変換部３１の出力電圧を制御する出力電圧制御部３２と、負荷供給電圧指令Ｖｌｏａｄ＿ｒｅｆを処理する指令値フィルタ部３３とを備えている。第９センサ５９は、図１に示す第２センサ５２で代用されてもよい。
　負荷供給電圧指令Ｖｌｏａｄ＿ｒｅｆは、負荷供給電圧指令生成部３９から入力される。指令値フィルタ部３３は、例えばローパスフィルタであり負荷供給電圧指令Ｖｌｏａｄ＿ｒｅｆの急激な変動を抑制することができる。ローパスフィルタの時定数は、ＤＣ－ＤＣ変換部３１の制御特性に合わせて予め設定される。ＤＣ－ＤＣ変換部３１の制御応答が小さく出力電圧にオーバーシュートが発生する可能性が低い場合は、指令値フィルタ部３３は除かれてもよい。また、指令値フィルタ部３３は負荷供給電圧指令Ｖｌｏａｄ＿ｒｅｆの上下限を制限するリミッタを備えていてもよい。
　なお、負荷供給電圧指令Ｖｌｏａｄ＿ｒｅｆは、負荷３の定格電圧、負荷３への配線での電圧低下量などに応じて決定される。
　出力電圧制御部３２は、指令値フィルタ部３３を通過した負荷供給電圧指令Ｖｌｏａｄ＿ｒｅｆと、第９センサ５９で検出された直流系統の電流および電圧と、第１０センサ６０で検出された負荷３側の電流および電圧とに基づいてＤＣ－ＤＣ変換部３１が出力する電圧を制御する。
　直流配電システム１は、省エネルギーの観点から、交流系統から購入する電力が少なくなるように設計されている。また、直流配電システム１の通常運転も交流系統から購入する電力が少なくなるように行われる。そのため、直流配電システム１においては、順潮動作の場合でも発電装置５および直流電源４から負荷３が必要とする電力の大部分を供給して交流入力系統２から供給される電力を少なくすると共に、逆潮動作の頻度が高くなる。一方、発電装置５が太陽光発電装置である場合、曇天時および夜間の発電電力はほぼゼロとなる。発電装置５が発電できない状況においては、直流配電システム１は主に交流入力系統２から負荷３への電力の供給と直流電源４への充電電力の供給を行う必要がある。
　図６は、一般のオフィスビルにおける消費電力と太陽光発電装置の発電電力との１日の時間経過の一例を示す説明図である。図６において、上の図はオフィスビルにおける消費電力であり、下の図は太陽光発電装置の発電電力である。オフィスビルにおける消費電力は、本実施の形態の直流配電システム１における負荷３の消費電力に相当する。図６に示すように、オフィスビルにおける消費電力は、日中が多く夜間は少ないという特徴をもつ。この特徴は太陽光発電装置の発電電力の特徴と一致する。そのため、本実施の形態の直流配電システム１において、夜間は逆潮動作を行う必要がなくかつ負荷電力が少ないため直流系統電圧を高く保持することが不要となる。一般に、ＡＣ－ＤＣ変換器およびＤＣ－ＤＣ変換器での電力損失は昇降圧比が小さいほど少ないため、夜間の直流系統電圧を日中の直流系統電圧よりも低く設定することで直流配電システム１全体の損失低減が期待できる。なお、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器と負荷とは合わせて定電力負荷と見なせるため、負荷電力が低い場合であれば直流系統電圧を低くして電流が増えても配線の定格電流を超えることを防止できる。
　次に、本実施の形態の直流配電システム１における運転モードの切り替えの手順について説明する。なお、以下の説明において、直流電源４は二次電池で構成されているとする。
　図７は、本実施の形態の直流配電システム１における運転モードの切り替え処理を示すフローチャートである。図７に示す運転モードの切り替え処理は、運転モード１から運転モード２へ切り替えるときの処理である。処理開始後ステップＳ０１において、切り替え指令生成部１０は直流配電システム１が定常状態であるか否かを判定する。ステップＳ０１において、直流配電システム１が立ち上がり中または立ち下がり中などの非定常状態の場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０は切り替え処理を終了する。ステップＳ０１において、直流配電システム１が定常状態の場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ０２に進む。ここで、定常状態とは、直流配電システム１が過渡動作状態ではなく正常に動作している状態であり、順潮動作または逆潮動作を行っている状態である。
　ステップＳ０２において、切り替え指令生成部１０は直流配電システム１の運転モードが運転モード１であるか否かを判定する。ステップＳ０２における判定は、記憶部などに保持された直流配電システム１の運転状態を読み出すことで行うことができる。ステップＳ０２において、直流配電システム１の運転モードが運転モード１でない場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０は切り替え処理を終了する。ステップＳ０２において、直流配電システム１の運転モードが運転モード１の場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ０３に進む。
　ステップＳ０３において、切り替え指令生成部１０は、第２センサ５２で検出される負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および負荷３に供給される負荷電力Ｐｌｏａｄと、第３センサ５３で検出される直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０および直流電源４に供給される充放電電力Ｐｂａｔとの合計が第１センサ５１で検出される発電装置５の発電電力Ｐｇよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ０３において、ＰｌｏａｄとＰｂａｔとの合計がＰｇ以下の場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０は切り替え処理を終了する。ステップＳ０３において、ＰｌｏａｄとＰｂａｔとの合計がＰｇよりも大きい場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ０４に進む。ここで、Ｐｇは発電装置５から直流系統５０へ流れ込む方向をプラス、Ｐｌｏａｄは直流系統５０から負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０側へ流れ出す方向をプラス、Ｐｂａｔは直流系統５０から直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０側へ流れ出す方向（充電方向）をプラスとしている。Ｐｇ＜Ｐｌｏａｄ＋Ｐｂａｔの関係が成り立つ場合、交流入力系統２への逆潮動作は発生せず運転モード１を切り替えても問題ないため、切り替え指令生成部１０はステップＳ０４へ進む。
　なお、ステップＳ０３の判定は逆潮動作が発生するか否かを判定する処理であるため、ＡＣ－ＤＣ変換器２０と直流系統５０との間に設けられた第１センサ５１で検出されるＡＣ－ＤＣ変換器２０の出力電力Ｐａｃｄｃから逆潮動作が発生しているか否かを判定してもよい。
　ステップＳ０３で用いられる各電力は、ノイズなどの影響を除去するためにフィルタリングされた値が用いられる。フィルタリングされた値を用いない場合は一定期間の平均値を用いるなど、ノイズの影響を除いた値を用いることが好ましい。
　ステップＳ０４において、切り替え指令生成部１０は、直流電源４である二次電池の充電状態ＳＯＣが残容量の第１閾値ＳＯＣｔｈ１より大きいか否かを判定する。ここで、残容量の第１閾値ＳＯＣｔｈ１は、例えば満充電時の容量の８０％に設定されている。ステップＳ０４において、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ１以下の場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０は切り替え処理を終了する。ステップＳ０４において、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ１よりも大きい場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ０５に進む。
　ステップＳ０５以降の処理は、運転モードを運転モード１から運転モード２に切り替えるための処理となる。ステップＳ０５において、直流系統電圧指令生成部２９は、直流系統電圧指令Ｖｒｅｆの最適値を算出する。直流系統電圧指令Ｖｒｅｆの最適値の算出にはいくつかの方法が考えられる。例えば、予めＡＣ－ＤＣ変換器２０、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０のそれぞれの電力変換の損失特性を記憶しておき、その損失特性を算出に利用する方法がある。具体的には、直流配電システム１は記憶部を有しており、ＡＣ－ＤＣ変換器２０、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０のそれぞれの電力情報（入力電力の情報または出力電力の情報）を変数として損失特性を表す関数をこの記憶部に記憶させておく。これらの関数は直流系統電圧毎に複数準備されている。これらの関数を用いることにより、電力と直流系統電圧とがわかればそれぞれの変換器の損失を算出することが可能となる。そのため、直流系統電圧を変化させながらそれぞれの変換器の損失を算出し、損失の総和が最も小さくなる直流系統電圧をＶｒｅｆの最適値とすることができる。このとき、直流系統の配線インピーダンスの情報も記憶しておき、検出した電力値を直流系統の電圧値で除算することで直流系統に流れる電流値を算出することもできる。直流系統に流れる電流値を算出することで配線インピーダンスによる直流系統における損失を計算することでより最適なＶｒｅｆを求めることもできる。
　なお、簡易的には負荷３への負荷供給電圧および直流電源４の電圧のうち電圧の高い方の電圧をＶｒｅｆとして設定してもよい。これにより、直流系統電圧から負荷３および直流電源４への降圧比を小さくすることが可能である。さらに、実際にＶｒｅｆを変動させて、Ｐａｃｄｃ＋Ｐｇ－（Ｐｌｏａｄ＋Ｐｂａｔ）が最も小さくなるように山登り法などを用いてＶｒｅｆの最適値を設定することも考えられる。
　次にステップＳ０６において、切り替え指令生成部１０は、ステップＳ０５で算出された直流系統電圧指令ＶｒｅｆがＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作下限電圧Ｖｌｉｍ＿ｌｏｗよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ０６において、ＶｒｅｆがＶｌｉｍ＿ｌｏｗよりも小さい場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０は、ステップＳ０７においてＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作を停止させる。切り替え指令生成部１０がＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作を停止させることで、ステップＳ０８において直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転を開始させることができ、ステップＳ０５で算出されたＶｒｅｆに準じた直流系統電圧を実現させることができる。ここで、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転とは、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が直流系統電圧を制御するために直流電源４の充放電電力を制御している状態を意味する。自律運転との違いを説明する。自律運転はＡＣ－ＤＣ変換器２０が直流系統電圧を制御している状況で、直流系統電圧が一定の範囲（ＶｃからＶｄの電圧範囲）外となった場合に、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自身に与えられている電力指令Ｐｂａｔ＿ｒｅｆを増減させて、ＶＨからＶＬの電圧範囲から逸脱しないように運転することである。一方で自立運転では、ＡＣ－ＤＣ変換器２０は直流系統電圧を制御していない。直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が直流系統電圧を制御し、直流系統電圧を指令電圧に保つために必要な電力の充放電を行う。
　なお、ここで行われる直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転は、運転モード１において直流系統電圧が閾値電圧Ｖｄを下回ることで遷移する自律運転とは動作を変更する必要がある。運転モード１において直流系統電圧が閾値電圧Ｖｄを下回ることで遷移する自律運転では、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０は直流系統電圧がＶｄとなるように制御を行うが、運転モード２での自立運転では、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０は直流系統電圧をＶｒｅｆに制御する必要がある。なお、運転モード１において直流系統電圧が定常電圧であれば直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０は充放電電力指令値に応じて充放電を行う他律運転状態であり、直流系統電圧はＡＣ－ＤＣ変換器２０が制御している。
　ステップＳ０７およびステップＳ０８の処理によってＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作が停止され直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転が開始されたときは、ＡＣ－ＤＣ変換器２０から直流系統５０への電力供給が行われないように、ＡＣ－ＤＣ変換器２０と直流系統５０との電気的な接続を機械的に遮断する必要がある。仮にＡＣ－ＤＣ変換器２０と直流系統５０との電気的な接続が遮断されていない場合、例えば直流系統５０の電圧が交流入力系統２の実効値電圧に２の平方根をかけた値よりも低いときに、ＡＣ－ＤＣ変換器２０のスイッチング用半導体素子のもつ寄生ダイオード、スイッチング用半導体素子に並列接続されたダイオードなどを介して交流入力系統２から直流系統５０へ電力が供給されて直流系統５０の電圧が上昇する。
　図８は、本実施の形態の直流配電システムにおける運転モードの切り替え処理の説明図である。図８は、図７のステップＳ０６からステップＳ０８までの切り替え処理における直流系統電圧指令Ｖｒｅｆを示している。図８において、横軸は時間、縦軸は電圧である。図８に示すように、ステップＳ０５で算出されたＶｒｅｆがＶｌｉｍ＿ｌｏｗも小さい場合は、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転が開始される。
　ステップＳ０６において、ＶｒｅｆがＶｌｉｍ＿ｌｏｗ以上の場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０は、ＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作を継続させる。そのため、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０は自立運転が開始されない。このとき、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転の閾値電圧Ｖｄと、Ｖｒｅｆと、ＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作下限電圧Ｖｌｉｍ＿ｌｏｗとの関係がＶｄ≧Ｖｒｅｆ≧Ｖｌｉｍ＿ｌｏｗの場合、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自立運転に切り替わる可能性がある。そこで、切り替え指令生成部１０は、ステップＳ０９においてＶｄをＶｒｅｆよりも小さい値に変更する。
　図９は、本実施の形態の直流配電システムにおける運転モードの切り替え処理の説明図である。図９は、図７のステップＳ０６からステップＳ０９までの切り替え処理における直流系統電圧指令Ｖｒｅｆおよび直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０自立運転の閾値電圧Ｖｄを示している。図９において、横軸は時間、縦軸は電圧である。図９に示すように、ＶｄをＶｒｅｆよりも小さい値に変更することで直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自立運転に切り替わることを防止することが可能となる。
　次に、本実施の形態の直流配電システム１における運転モード２から運転モード１への切り替えの手順について説明する。なお、以下の説明において、直流電源４は二次電池で構成されているとする。
　図１０は、本実施の形態の直流配電システム１における運転モードの切り替え処理を示すフローチャートである。図１０に示す運転モードの切り替え処理は、運転モード２から運転モード１へ切り替えるときの処理である。処理開始後ステップＳ１１において、切り替え指令生成部１０は、第２センサ５２で検出される負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および負荷３に供給される負荷電力Ｐｌｏａｄと、第３センサ５３で検出される直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０および直流電源４に供給される充放電電力Ｐｂａｔとの合計が第１センサ５１で検出される発電装置５の発電電力Ｐｇよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１１において、ＰｌｏａｄとＰｂａｔとの合計がＰｇ以下の場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ１８に進む。ステップＳ１８において、切り替え指令生成部１０は運転モードを運転モード１に移行させて切り替え処理を終了する。運転モード１への切り替えでは、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自立運転を行っている場合、まず直流系統電圧指令生成部２９は、ＶｒｅｆをＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作下限電圧Ｖｌｉｍ＿ｌｏｗを超える電圧値へ向かって上昇させる。この目的は、ＡＣ－ＤＣ変換器２０を起動する前に直流系統電圧をＶｌｉｍ＿ｌｏｗ以上に上昇させるためである。その後、ＡＣ－ＤＣ変換器２０を起動し、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転を停止させる。直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自立運転を行っていない場合、ＡＣ－ＤＣ変換器２０への直流系統電圧指令Ｖｒｅｆを定常電圧へ戻すことで運転モード１への切り替えは完了する。
　なお、ステップＳ１１における発電電力Ｐｇおよび負荷電力Ｐｌｏａｄは、時系列の発電予測電力および時系列の負荷予測電力をそれぞれ用いる場合もある。予測電力を用いることで、Ｐｇの増加、Ｐｌｏａｄの減少などが実際に起こる前に運転モードの切り替えが可能である。例えば、ステップＳ１１において時系列の予測電力を用いることで、夜間の太陽光発電の発電電力が少なくかつ負荷の消費電力も少ない時間帯から、朝になり太陽光発電の発電電力および負荷の消費電力が共に増加する時間帯への切り替えを事前に行うことができる。そのため、運転モード１への切り替え中に直流系統電圧が太陽光発電の発電電力により急上昇して太陽光発電を抑制してしまったり、直流系統電圧が過電圧になって直流配電システムが停止したりすることを防ぐ効果がある。ステップＳ１１において、ＰｌｏａｄとＰｂａｔとの合計がＰｇよりも大きい場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ１２に進む。
　ステップＳ１２において、切り替え指令生成部１０は直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自立運転状態か否かを判定する。ステップＳ１２における判定は、記憶部などに保持された直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の運転状態を読み出すことで行うことができる。ステップＳ１２において、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自立運転状態でない場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０は切り替え処理を終了する。ステップＳ１２において、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０が自立運転状態の場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ１３に進む。
　ステップＳ１３において、直流系統電圧指令生成部２９は、直流電源４の残容量に基づいてＶｒｅｆの調整を行う。具体的には、直流系統電圧指令生成部２９は、直流電源４の残容量が少なくなりＳＯＣが下がるにつれて、ＶｒｅｆをＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作下限電圧Ｖｌｉｍ＿ｌｏｗを超える電圧値へ向かって上昇させる。この調整の目的は、直流電源４の残容量が少なくなったときにＡＣ－ＤＣ変換器２０を起動する必要があるが、そのときに直流系統電圧をＶｌｉｍ＿ｌｏｗ以上にするためである。
　ステップＳ１４において、切り替え指令生成部１０は、直流電源４である二次電池の充電状態ＳＯＣが残容量の第２閾値ＳＯＣｔｈ２以下であるか否かを判定する。ここで、残容量の第２閾値ＳＯＣｔｈ２は、例えば満充電時の容量の２０％に設定されている。ステップＳ１４において、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ２を超えている場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０は切り替え処理を終了する。ステップＳ１４において、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ２以下の場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ１５に進む。充電状態ＳＯＣが残容量の第２閾値ＳＯＣｔｈ２以下の場合、直流系統５０から直流電源４へ充電が必要であると判断できる。
　ステップＳ１５において、切り替え指令生成部１０は、ＡＣ－ＤＣ変換器２０を起動する。その後、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転を停止する。さらに、切り替え指令生成部１０は、直流電源４の充電を行うようにＰｂａｔ＿ｒｅｆを制御する。この動作によって、直流配電システム１は、交流入力系統２から入力された電力を用いて直流電源４の充電を行うと同時に負荷３へ電力を供給する。
　ステップＳ１６において、切り替え指令生成部１０は、直流電源４である二次電池の充電状態ＳＯＣが残容量の第１閾値ＳＯＣｔｈ１より大きいか否かを判定する。ステップＳ１６において、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ１以下の場合（ＮＯ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ１６の処理に戻る。ステップＳ１６において、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ１よりも大きい場合（ＹＥＳ）、切り替え指令生成部１０はステップＳ１７に進む。
　ステップＳ１７において、切り替え指令生成部１０は、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転を開始すると共に、ＡＣ－ＤＣ変換器２０を停止する。このように、ステップＳ１２からステップＳ１７の処理では、直流電源４の充電状態に応じてＡＣ－ＤＣ変換器２０は停止状態と動作状態とを切り替えることとなり、ＡＣ－ＤＣ変換器２０は間欠動作していることなる。
　このように構成された直流配電システムにおいては、発電装置の発電電力が負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器が負荷に供給する電力よりも小さい場合は直流系統の電圧を低下させてＡＣ－ＤＣ変換器の運転モードを運転モード１から運転モード２へ切り替えているので、直流系統電圧から負荷に供給するための負荷供給電圧および直流電源を充電するための充電電圧へ降圧するときの降圧比が小さくなる。その結果、本実施の形態の直流配電システムにおいては、直流系統電圧の定常電圧と負荷供給電圧とが大きく異なる場合でも、発電装置の発電電力が小さいときに直流系統の電圧を低下させているので電力損失を小さくできる。
　なお、本実施の形態の直流配電システムにおいては、発電装置を太陽光発電装置などの直流発電装置としているが、風力発電装置などの交流発電装置でもよい。発電装置が交流発電装置の場合は、発電装置と直流系統との間にＡＣ－ＤＣ変換器を設置すればよい。
実施の形態２．
　図１１は、実施の形態２に係る直流配電システムの構成図である。本実施の形態の直流配電システム１は、直流入力系統７と、負荷３、直流電源４および発電装置５との間に設けられている。ここで、直流入力系統７は、電力会社が運用する直流系統である。図１１に示すように、本実施の形態の直流配電システム１の構成は、図１に示す実施の形態１の直流配電システムの構成において、交流入力系統２が直流入力系統７に置き換わり、ＡＣ－ＤＣ変換器２０がＤＣ－ＤＣ変換器７０に置き換わったものである。本実施の形態の直流配電システム１のそれ以外の構成は、実施の形態１の直流配電システムの構成と同様である。
　本実施の形態の直流配電システム１は、直流入力系統７から入力される直流電力を電圧の異なる直流電力に変換して直流系統５０に出力するＤＣ－ＤＣ変換器７０と、直流系統５０と負荷３との間に設けられた負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０と、直流系統５０と直流電源４との間に設けられた直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０と、切り替え指令生成部１０とを備えている。負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０は、直流系統５０の直流電力を負荷３の負荷供給電圧に変換して負荷３に供給する。負荷３は直流電圧で駆動される電機機器であり、１つまたは複数の電機機器で構成されている。
　本実施の形態の直流配電システム１は、直流入力系統７から入力された直流電力を直流系統５０を経由させて負荷３および直流電源４へ供給する順潮動作と、直流電源４および発電装置５から入力された直流電力を直流系統５０を経由させて直流入力系統７へ供給する逆潮動作とを行うことが可能である。直流配電システム１において順潮動作および逆潮動作は、ＤＣ－ＤＣ変換器７０によって制御される。
　本実施の形態の直流配電システム１においては、ＤＣ－ＤＣ変換器７０は絶縁型双方向変換器で構成される場合がある。その場合、直流系統５０の電圧と直流入力系統７の電圧との関係性に依存せず逆潮動作を行うことが可能である。ただし、ＤＣ－ＤＣ変換器７０の昇降圧比にも限界があるため、直流入力系統７と直流系統５０との電圧差にも限界がある。この限界電圧が運転モード１の下限電圧Ｖｌｉｍ_ｌｏｗとなる。また、直流系統５０の電圧は、負荷３の負荷供給電圧および直流電源４の充放電電圧よりも高く設定される。例えば、直流入力系統７の電圧が１５００Ｖ、直流系統５０の電圧が７４０Ｖ、負荷３の負荷供給電圧が３４０Ｖ、直流電源４の充放電電圧が３００Ｖのように設定される。負荷３および直流電源４へは、負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器３０および直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０でそれぞれ直流系統５０の電圧から降圧された電圧で電力が供給される。
　本実施の形態の直流配電システム１における運転モードの切り替え処理は、実施の形態１の図７および図１０に示したフローチャートと同様である。ただし、図７および図１０において、ＡＣ－ＤＣ変換器２０をＤＣ－ＤＣ変換器７０に読み替える必要がある。例えば、本実施の形態の直流配電システム１において、運転モード１から運転モード２へ切り替える場合、図７のステップＳ０６はＤＣ－ＤＣ変換器７０を停止させる処理となる。また、運転モード２から運転モード１へ切り替える場合、図１０のステップＳ１５は、ＤＣ－ＤＣ変換器７０を起動させると共に、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転を停止させる処理となる。同様に、図１０のステップＳ１７は、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０の自立運転を開始させると共に、ＤＣ－ＤＣ変換器７０を停止させる処理となる。
　このように構成された直流配電システムにおいては、発電装置の発電電力が負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器が負荷に供給する電力よりも小さい場合は直流系統の電圧を低下させてＤＣ－ＤＣ変換器の運転モードを運転モード１から運転モード２へ切り替えているので、直流系統電圧から負荷に供給するための負荷供給電圧および直流電源を充電するための充電電圧へ降圧するときの降圧比が小さくなる。その結果、本実施の形態の直流配電システムにおいては、直流系統電圧の定常電圧と負荷供給電圧とが大きく異なる場合でも、発電装置の発電電力が小さいときに直流系統の電圧を低下させているので電力損失を小さくできる。
実施の形態３．
　図１２は、実施の形態３に係る直流配電システムの構成図である。本実施の形態の直流配電システム１は、交流入力系統２と、負荷３および発電装置５との間に設けられている。図１２に示すように、本実施の形態の直流配電システム１の構成は、図１に示す実施の形態１の直流配電システムの構成から直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器４０と、充放電電力指令生成部４９と、第３センサ５３とが除かれている。本実施の形態の直流配電システム１のそれ以外の構成は、実施の形態１の直流配電システムの構成と同様である。
　本実施の形態の直流配電システム１における運転モードの切り替え処理は、実施の形態１の図７および図１０に示したフローチャートと同様である。ただし、図７および図１０において、直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器の動作を除く必要がある。具体的には、図７のステップＳ０８における直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器の動作が除かれる。また、図１０のステップＳ１５およびステップＳ１７における直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器の動作が除かれる。さらに、図７のステップＳ０３および図１０のステップＳ１１において、Ｐｂａｔが除かれる。
　本実施の形態の直流配電システムにおいては、運転モード２におけるＶｒｅｆはＡＣ－ＤＣ変換器２０の動作下限電圧Ｖｌｉｍ＿ｌｏｗよりも大きい必要がある。直流系統電圧がＶｌｉｍ＿ｌｏｗよりも小さい場合、ＡＣ－ＤＣ変換器２０が動作を停止してしまう。そのため、本実施の形態の直流配電システムの運転モード２におけるＶｒｅｆは、実施の形態１の直流配電システムの運転モード２におけるＶｒｅｆよりも大きくなる。そのため、本実施の形態の直流配電システムにおいては、発電装置の発電電力が小さいときの直流系統の電圧の低下量が実施の形態１の直流配電システムよりも小さくなるが、直流系統電圧の定常電圧と負荷供給電圧とが大きく異なる場合でも発電装置の発電電力が小さいときに直流系統の電圧を低下させているので電力損失を小さくできる。
　なお、切り替え指令生成部１０は、ハードウェアの一例を図１３に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１から構成される。記憶装置は、図示していないがランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果などのデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
　本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　直流配電システム、２　交流入力系統、３　負荷、４　直流電源、５　発電装置、７　直流入力系統、１０　切り替え指令生成部、２０　ＡＣ－ＤＣ変換器、２１　ＡＣ－ＤＣ変換部、２２　出力電圧制御部、２３　電流指令生成部、２４　指令値フィルタ部、２９　直流系統電圧指令生成部、３０　負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器、３１　ＤＣ－ＤＣ変換部、３２　出力電圧制御部、３３　指令値フィルタ部、３９　負荷供給電圧指令生成部、４０　直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器、４１　ＤＣ－ＤＣ変換部、４２　出力電圧制御部、４３　電流指令生成部、４４　指令値フィルタ部、４５　自律運転制御部、４９　充放電電力指令生成部、５０　直流系統、５１　第１センサ、５２　第２センサ、５３　第３センサ、５４　第４センサ、５５　第５センサ、５６　第６センサ、５７　第７センサ、５８　第８センサ、５９　第９センサ、６０　第１０センサ、７０　ＤＣ－ＤＣ変換器、１００　プロセッサ、１０１　記憶装置。

Claims (7)

  1. 　電力系統から入力された交流電力を直流電力に変換して直流系統に出力する順潮機能および前記直流系統の直流電力を交流電力に変換して前記電力系統へ出力する逆潮機能を有するＡＣ－ＤＣ変換器と、
    　前記直流系統に接続される発電装置の発電電力を検出する第１センサと、
    　前記直流系統に接続される負荷に電力を供給する負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器と、
    　前記直流系統から前記負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および前記負荷に供給される電力を検出する第２センサと、
    　前記ＡＣ－ＤＣ変換器の２つの運転モードを切り替える指令を生成する切り替え指令生成部とを備えた直流配電システムであって、
    　前記２つの運転モードは、前記ＡＣ－ＤＣ変換器の前記逆潮機能が有効な状態の運転モード１と、前記ＡＣ－ＤＣ変換器の前記逆潮機能が無効な状態の運転モード２とであり、前記運転モード１のときは前記直流系統の電圧は前記交流電力の電圧実効値に２の平方根をかけた値よりも高く設定されており、
    　前記切り替え指令生成部は、前記第１センサで検出された前記発電装置の発電電力が前記第２センサで検出された前記負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および前記負荷に供給される電力よりも小さい場合は前記直流系統の電圧を低下させて前記ＡＣ－ＤＣ変換器の運転モードを前記運転モード１から前記運転モード２へ切り替えることを特徴とする直流配電システム。
  2. 　前記直流系統に接続される直流電源の充放電電力を入出力する直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器をさらに備え、
    　前記ＡＣ－ＤＣ変換器の運転モードが前記運転モード２のときは、前記直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器が前記直流電源の放電電力を前記直流系統に出力することを特徴とする請求項１に記載の直流配電システム。
  3. 　前記直流電源の残容量に関する第１閾値と、前記第１閾値よりも小さい第２閾値とが予め設定されており、前記ＡＣ－ＤＣ変換器の運転モードが前記運転モード２の状態において、前記直流電源の残容量が前記第１閾値よりも大きいの場合は前記ＡＣ－ＤＣ変換器は停止され、前記直流電源の残容量が第２閾値以下の場合は前記ＡＣ－ＤＣ変換器が起動されることを特徴とする請求項２に記載の直流配電システム。
  4. 　前記直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器は、前記直流電源の残容量が小さいほど前記直流系統へ出力する電圧を上げることを特徴とする請求項２または３に記載の直流配電システム。
  5. 　前記直流系統の電圧に対する前記ＡＣ－ＤＣ変換器、前記負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および前記直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器それぞれにおける電力変換の損失特性を記憶する記憶部と、前記ＡＣ－ＤＣ変換器が前記直流系統に出力する電圧である直流系統電圧指令を生成する直流系統電圧指令生成部とをさらに備え、
    　前記直流系統電圧指令生成部は、前記記憶部に記憶された前記損失特性に基づいて前記ＡＣ－ＤＣ変換器、前記負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および前記直流電源用ＤＣ－ＤＣ変換器の電力変換の損失の総和が最も小さくなる直流系統電圧指令を生成することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の直流配電システム。
  6. 　前記発電装置の時系列の発電予測電力と前記負荷の時系列の負荷予測電力とを記憶する記憶部をさらに備え、
    　前記切り替え指令生成部は、前記発電予測電力が前記負荷予測電力よりも小さい時間帯には前記直流系統の電圧を低下させて前記ＡＣ－ＤＣ変換器の運転モードを前記運転モード１から前記運転モード２へ切り替えることを特徴とする請求項1に記載の直流配電システム。
  7. 　電力系統から入力された直流電力を電圧の異なる直流電力に変換して直流系統に出力する順潮機能および前記直流系統の直流電力を電圧の異なる直流電力に変換して前記電力系統へ出力する逆潮機能を有するＤＣ－ＤＣ変換器と、
    　前記直流系統に接続される発電装置の発電電力を検出する第１センサと、
    　前記直流系統に接続される負荷に電力を供給する負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器と、
    　前記直流系統から前記負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および前記負荷に供給される電力を検出する第２センサと、
    　前記ＤＣ－ＤＣ変換器の２つの運転モードを切り替える指令を生成する切り替え指令生成部とを備えた直流配電システムであって、
    　前記２つの運転モードは、前記ＤＣ－ＤＣ変換器の逆潮機能が有効な状態の運転モード１と、前記ＤＣ－ＤＣ変換器の逆潮動作が無効な状態の運転モード２とであり、
    　前記切り替え指令生成部は、前記第１センサで検出された前記発電装置の発電電力が前記第２センサで検出された前記負荷用ＤＣ－ＤＣ変換器および前記負荷に供給される電力よりも小さい場合は前記直流系統の電圧を低下させて前記ＤＣ－ＤＣ変換器の運転モードを前記運転モード１から前記運転モード２へ切り替えることを特徴とする直流配電システム。
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