CN101981799B - 电力辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种辅助电力装置。以往，在辅助负载电力的情况下，在逆变器的交流电源中设有交流电力检测装置，因此部件数量变多。本发明中的电力辅助装置的瞬时输出电力运算部包括电力运算部和修正运算部，其中，该电力运算部利用逆变器的输出侧电压和电流的检测值来算出电力，该修正运算部修正该算出的电力。另外，在斩波器的充放电控制部中分别设置限制器部，该限制器值根据由瞬时输出电力运算部所算出的电力而可变。斩波器的充放电控制部构成为：输入逆变器的直流检测电压，获得与所设定的上限电压以及下限电压之间的偏差信号，并输入到电压控制部中而运算充电指令值。

Description

电力辅助装置
技术领域
本发明涉及一种电力辅助装置，特别是涉及不需要电力系统中的电压、电流检测装置的电力辅助装置。 
背景技术
电力辅助装置连接在交流电力系统和负载之间，被作为负载电力的辅助而使用。该电力辅助装置构成为将电力储存装置连接在逆变器的直流电路上，其中，该电力储存装置是组合升降压斩波器和双电层电容器(electric double layer capacitor)等蓄电设备而构成的。这里所说的电力辅助包含电力的削峰(peak cut)、负载平衡、电力储存、以及瞬时电压下降的补偿。作为这样的电力辅助装置，专利文献1、专利文献2等为公知技术。 
图4表示电力辅助装置的概要结构图。1是逆变器，具备将交流变换为直流的正向变换部(forward converting section)2、和具有双向变换功能的双向变换部3，该逆变器设在商用电源4和负载5之间。6是升降压斩波器，7是蓄电设备，由这些6、7来构成电力蓄积装置并连接在逆变器1的直流电路上。 
该电力辅助装置：例如，当负载5变成再生状态时，逆变器1的直流电压上升，当该电压变成预先设定的充电电压以上时，蓄电设备7被经由斩波器6进行充电，当商用电源4的电压下降时，蓄积在蓄电设备7中的能量经由斩波器6、双向变换部3向负载5提供电力。 
专利文献1：日本特开2003-244840号 
专利文献2：日本特开平11-27874号 
发明内容
在包含专利文献1、2的现有技术中，例如在瞬时电压下降补偿的情况等中，在逆变器的正向变换部的交流侧设置测量仪表用变压器、变流器等，由监视部来监视所得到的检测电压、电流，并根据该电压来进行用于执行充电控制和放电控制的监视电压。因而，将需要用于监视商用电力的装置，从而导致电力辅助装置的大型化、成本上升。 
本发明的目的在于，提供一种不需要用于充放电控制的商用电力监视装置的电力辅助装置。 
本发明是一种电力辅助装置，在连接到交流电源的逆变器的直流电路上连接具有斩波器、蓄电设备的电力蓄积装置，连接到逆变器而辅助负载电力，该电力辅助装置的特征在于， 
瞬时输出电力运算部包括电力运算部和修正运算部，其中，该电力运算部检测所述逆变器和负载之间的电压、电流并进行坐标变换，并以变换后的电压和电流为基础算出电力，修正运算部修正该算出的电力， 
并且，斩波器的控制电路包括电压控制部、限制器部以及PWM控制部，其中，该电压控制部分别输入上限电压以及下限电压的各设定值与所述逆变器的被检测出的直流电路电压之间的偏差信号而运算充电指令值和放电指令值，该限制器部分别输入来自各电压控制部的信号，该PWM控制部分别输入来自各限制器部的信号而生成所述斩波器的PWM信号， 
由所述瞬时输出电力运算部算出的电力信号输入到斩波器控制电路的各限制器部，从而使限制器值可变。 
另外，本发明的电力辅助装置，其特征在于，所述瞬时输出电力运算部的修正运算部，修正逆变器的输入输出电力特性。 
如上所述，根据本发明，在电力辅助装置中，即使没有在逆变器的交流电源侧的电力检测装置，也能够根据所推定的瞬时输出电力的电力辅助控制，能够实现装置的小型化。另外，在并行运行时，能够容易地实现负载分担的调整。并且，通过掌握作为电力辅助装置的效 率特性并将其最佳效率点设为限制器的阈值，能够最大限度地利用充放电效率。 
具体实施方式
图1是表示本发明的实施例的结构图，对于与图4相同的部分标记相同符号，省略其说明。10是瞬时输出电力运算部，该瞬时输出电力运算部10具备以下部分的功能：输入从逆变器1的输出侧检测的电压和电流并分别变换为Vq、Iq的坐标变换部11、12；以进行坐标变换了的q轴的电压、电流为基础进行电力运算的电力运算部13；以及修正运算部14。该瞬时输出电力运算部10利用内置在逆变器的控制装置中的功能。 
20是斩波器的控制电路，包括充电控制部和放电控制部。21a、21b是减法运算部，22a、22b是电压控制部，23a、23b是限制器部，24a、24b是PWM控制部，脚标a是充电控制部，脚标b是放电控制部。在减法运算部21a中输入预先设定的上限电压设定值VDCH *和逆变器1的直流电路的检测电压VDC并运算两者的差信号，该差信号输入到电压控制部22a中而算出与差信号对应的充电指令值，并输出到限制器部23a中。限制器部23a使限制器值根据来自瞬时输出电力运算部10的电压Pout而可变，PWM控制部24a根据被该限制器值限制的充电指令值来生成PWM信号，对斩波器6的充电用开关元件执行PWM控制。由此，根据负载再生状态而上升的逆变器1的直流电路电压，经由斩波器6、电抗器8向蓄电设备(在此为双电层电容器)7进行充电。 
另一方面，在放电控制部侧的减法运算部21b中，输入预先设定的下限电压设定值VDCL *和逆变器1的直流电路的检测电压VDC并运算两者的差信号，该差信号输入到电压控制部22b中而算出与差信号对应的放电指令值，并输出到限制器部23b中。限制器部23b使限制器值根据来自瞬时输出电力运算部10的电压Pout而可变，PWM控制部24b根据被该限制器值限制的放电指令值来生成PWM信号，对斩波器6的放电用开关元件执行PWM控制。由此，蓄积在蓄电设备7中的能量， 经由电抗器8、斩波器6提供给逆变器1的直流电路。 
如上述那样构成的本发明，在负载5为动力运行状态而动力运行负载变成预先决定的阈值以上的负载电力(负载电流)时，开始充电控制，利用放电电流指令来执行用于削峰的放电控制。随着负载下降而负过电流减少，根据电力Pout来缩小限制器部25b的限制值，当变成设定的放电停止电压时停止放电控制。 
另外，当负载5变成再生状态时，也同样在变成预先决定的阈值以上的负载电力(负载电流)时执行充电控制。 
接着，说明设在逆变器控制电路中的瞬时输出电力运算部10中的电力Pout的推定法。 
图2表示逆变器的输出电压和电流的矢量图。Voref[V]是逆变器的输出电压指令(相电压：Eoref)，Iodet[A]是检测电流(输出电流指令)，电力运算部13使用这些信号通过软件根据下式来执行瞬时输出电力Pout的推定运算。 
Pout [ kW ] = 3 | Voref | × | Io det | cos θ
另外，如果根据事先的评价试验对逆变器的效率特性进行如下式那样的修正就能够算出效率。 
η＝Pout/Pin[％] 
图3表示逆变器的输入输出电力特性，纵轴是输入电力Pin，在横轴上取输出电力Pout。修正运算部14如ア～ウ那样通过软件进行预计算并插值，能够推定逆变器的任意运行条件下的向逆变器输入的输入电力。 
ア、Pin＝a1×Pout+b1(区域A) 
イ、Pin＝a2×Pout+b2(区域B) 
ウ、Pin＝a3×Pout+b3(区域C) 
在此，a1～a3、b1～b3是常数。 
即，在以线工表示的逆变器的输入输出电力特性中，区域B的效率最佳，效率随着向区域C(电力增加方向)行进而下降。另外，在输入电力小的区域A中，逆变器效率由于损耗量而下降。修正运算部 14在各区域中直线地(以一次方程式)插值。 
在本发明中，将设在逆变器的控制电路中的瞬时输出电力运算部10所运算出的瞬时输出电压Pout输出到斩波器控制电路20中，通过使该限制器部23(23a、23b)的限制器值可变来控制斩波器6，根据负载状态来加减充放电的电力，从而能够进行电力辅助。 
因而，根据本发明，在电力辅助装置中，即使在逆变器的交流电源侧没有设置电力检测装置，也能够根据所推定的瞬时输出电力进行电力辅助控制，能够实现装置的小型化。另外，在并行运行时，能够容易地实现负载分担的调整。并且，通过掌握作为电力辅助装置的效率特性并将其最佳效率点设为限制器的阈值，能够最大限度地利用充放电效率。 
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的结构图。 
图2是逆变器的输出电压和电流的矢量图。 
图3是逆变器的输入输出电力特性图。 
图4是现有的电力辅助装置的结构图。 
附图标记说明 
1：逆变器；2：正向变换部；3：双向变换部；6：斩波器；7：蓄电设备；8：电抗器；10：瞬时输出电力运算部；11、12：坐标变换部；13：电力运算部；20：斩波器控制电路；22：电压控制部；23：限制器部；24：PWM控制部 

Claims (1)

1.一种电力辅助装置，在连接到交流电源的逆变器的直流电路上连接具有斩波器、蓄电设备的电力蓄积装置，连接到逆变器而辅助负载电力，该电力辅助装置的特征在于，
瞬时输出电力运算部包括电力运算部和修正运算部，其中，该电力运算部检测所述逆变器和负载之间的电压、电流并坐标变换为q轴电压、q轴电流，以变换后的电压和电流为基础算出电力，修正运算部接收该算出的电力而修正逆变器的输入输出电力特性，
并且，斩波器的控制电路包括第1电压控制部、第2电压控制部、第1限制器部、第2限制器部、第1PWM控制部以及第2PWM控制部，其中，该第1电压控制部输入上限电压的设定值与所述逆变器的被检测出的直流电路电压之间的偏差信号，来运算充电指令值，该第2电压控制部输入下限电压的设定值与所述逆变器的被检测出的直流电路电压之间的偏差信号，来运算放电指令值，该第1限制器部输入来自所述第1电压控制部的信号，该第2限制器部输入来自所述第2电压控制部的信号，该第1PWM控制部输入来自所述第1限制器部的信号而生成针对所述斩波器的充电用开关元件的PWM信号，该第2PWM控制部输入来自所述第2限制器部的信号而生成针对所述斩波器的放电用开关元件的PWM信号，
将由所述瞬时输出电力运算部算出的瞬时输出电力输入到斩波器控制电路的各限制器部中，从而使限制器值可变。
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