CN111279603A - 电力变换装置及电力变换系统 - Google Patents

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Abstract

电力变换系统具备：蓄电池；第一电力变换装置，被构建为与电力系统进行电网互联，通过将蓄电池的电力变换并向负载设备与电力系统之间的连接点输出，向负载设备供给电力；以及控制机构，在电力系统从第一电力变换装置切离的独立运转时，在蓄电池的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，对不是第一电力变换装置的其他装置发送用来降低向负载设备供给的电力的信号。负载设备包括负载主体和按照指令值对负载主体进行控制的负载控制部。负载设备控制部是上述的其他装置，信号也可以包括对负载控制部发送使负载控制部进行使负载主体的耗电下降的运转的负载调整信号。

Description

电力变换装置及电力变换系统
技术领域
本发明涉及电力变换装置及电力变换系统。
背景技术
以往，例如如在日本特开2017－112762号公报中记载那样，已知有当蓄电装置被断路时执行电力变换装置的停止处理的电力变换系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－112762号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述以往的技术中，当在蓄电池侧检测到某种异常时，使与蓄电池连接的电力变换装置的输出电力急剧地下降。如果突然发生电力变换装置的急停止，则这样的急停止对于电力变换装置以外的其他装置而言成为预想不到的停止动作的可能性较高。
由于在电网互联系统的独立运转中不接受来自电力系统的电力供给，所以如果发生上述那样的预想不到的停止动作，则发生各种问题。例如对于负载设备而言，供给电力突然被断开。例如对于与蓄电池以外的电源连接的其他的电力变换装置而言，独立运转的稳定性突然下降。存在因这些状况导致作为系统整体的控制稳定性下降的问题。
本发明是为了解决上述那样的问题而做出的，目的是提供一种被改良以在独立运转时当蓄电池的剩余电力量下降时抑制系统的控制变得不稳定的电力变换装置及电力变换系统。
用来解决课题的手段
有关本申请的技术方案之一的第一电力变换系统具备：第一电力变换装置，与蓄电池连接，并被构建为与电力系统进行电网互联，通过将上述蓄电池的电力变换并向负载设备与上述电力系统之间的连接点输出，向上述负载设备供给电力；以及控制机构，在上述电力系统从上述第一电力变换装置切离的独立运转时，在上述蓄电池的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，对上述负载设备的负载控制部发送用来降低向上述负载设备供给的电力的负载调整信号。
有关本申请的技术方案之一的第一电力变换系统具备：第一电力变换装置，与蓄电池连接，并被构建为与电力系统进行电网互联，通过将上述蓄电池的电力变换并向负载设备与上述电力系统之间的连接点输出，向上述负载设备供给电力；第二电力变换装置，与太阳能电池板连接，将由上述太阳能电池板发电的电力变换并向上述负载设备与上述电力系统的上述连接点供给；以及控制机构，在上述电力系统从上述第一电力变换装置切离的独立运转时，在上述蓄电池的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，向上述第二电力变换装置发送用来协调地进行上述第一电力变换装置的运转停止和上述第二电力变换装置的运转停止的协调停止信号。
发明效果
根据上述第一电力变换系统，在蓄电池的剩余电力量下降的情况下，能够发出用来降低向负载设备供给的电力的控制指示。由此，能够防止作为电力变换系统整体进行不稳定的电力控制。
根据上述第二电力变换系统，在蓄电池的剩余电力量下降的情况下，通过进行协调停止，能够防止作为电力变换系统整体进行不稳定的电力控制。
附图说明
图1是表示有关实施方式的电力变换系统的图。
图2是表示有关实施方式的电力变换系统的停止动作的图。
图3是由有关实施方式的电力变换系统执行的例程的流程图。
图4是由有关实施方式的电力变换系统执行的例程的流程图。
图5是表示有关实施方式的电力变换系统的蓄电池状态的一例的图。
图6是表示有关实施方式的电力变换系统的蓄电池状态的一例的图。
图7是表示有关实施方式的变形例的电力变换装置及电力变换系统的图。
图8是表示有关比较例的电力变换装置及电力变换系统的图。
图9是表示有关比较例的电力变换装置及电力变换系统的停止动作的图。
具体实施方式
图1是表示有关实施方式的电力变换系统20的图。电力变换系统20具备蓄电池2、包括多个太阳能电池板的太阳能电池阵列3、负载设备4、作为上位监视装置的MSC(主站点控制器)5、断路器6、第一电力变换装置1a和第二电力变换装置1b。
第一电力变换装置1a具备第一电力变换电路10a和第一控制装置11a。第一电力变换电路10a是进行直流交流变换的逆变器电路，由半导体开关元件等构成。第一控制装置11a进行构成第一电力变换电路10a的半导体开关元件的开关控制等。
第一电力变换装置1a与蓄电池2连接。第一电力变换装置1a构建为与电力系统7电网互联。第一控制装置11a通过控制第一电力变换电路10a，将蓄电池2的电力变换而向负载设备4与电力系统7之间的连接点供给。由此，第一电力变换装置1a向负载设备4供给电力。
第一控制装置11a也可以以蓄电池充电模式将第一电力变换电路10a驱动。所谓的蓄电池充电模式，是通过变换电力系统7的系统电压而将蓄电池2充电的运转模式。
第二电力变换装置1b具备第二电力变换电路10b和第二控制装置11b。第二电力变换电路10b是进行直流交流变换的逆变器电路，由半导体开关元件等构成。第二控制装置11b进行构成第二电力变换电路10b的半导体开关元件的开关控制等。
第二电力变换装置1b与太阳能电池阵列3连接。第二电力变换电路10b的输出端被连接到负载设备4与第一电力变换装置1a之间的连接点，经由该连接点也与电力系统7连接。
第二电力变换装置1b构建为与电力系统7电网互联。通过第二控制装置11b控制第二电力变换电路10b，由太阳能电池阵列3发电的电力被变换并向负载设备4与第一电力变换装置1a之间的连接点供给。由此，第二电力变换装置1b向负载设备4供给电力。
负载设备4包括负载主体4b和按照指令值对负载主体4b进行控制的负载控制部4a。假设负载主体4b是感应负载或电阻负载。
断路器6的一端被连接到电力系统7。断路器6的另一端被连接到负载设备4、第一电力变换装置1a及第二电力变换装置1b相互连接而成的配线部。如果断路器6被关断，则负载设备4、第一电力变换装置1a及第二电力变换装置1b与电力系统7切离。在电力系统7被切离后第一电力变换装置1a及第二电力变换装置1b以“独立运转模式”继续发电。
MSC5与第一电力变换电路10a、第二电力变换电路10b、负载控制部4a及断路器6分别以无线或有线方式可通信地连接。
MSC5在上述独立运转模式下的运转时，在蓄电池2的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，对于负载控制部4a发送负载调整信号S3。负载调整信号S3是为了使负载控制部4a进行使负载主体4b的耗电下降的运转而对负载控制部4a发送的信号。
另外，在“剩余电力不足条件”中，也可以包括蓄电池2的剩余电力量达到了预先设定的下限值，也可以包括第一电力变换装置1a基于蓄电池2的剩余电力量而能够输出电力的剩余运转时间Top成为预先设定的下限时间以下。
由于通过由负载调整信号S3减小负载设备4侧的请求电力能够抑制突然的负载电力断开，所以能够防止作为电力变换系统20整体进行不稳定的电力控制。能够防止逆电动势及突入电流的发生，还能够安全地将负载设备4停止。逐渐下降的情况下的变化率例如也可以是斜坡(ramp：倾斜路)状。
此外，MSC5在上述的独立运转模式下的运转时，在蓄电池2的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，将协调停止信号S2向第二电力变换装置1b发送。协调停止信号S2是用来匹配于第一电力变换装置1a的运转停止时间而进行第二电力变换装置1b的运转停止的信号。
伴随着协调停止信号S2的收发的系统协调停止的具体的方式可以想到各种各样的方式。也可以在收发了协调停止信号S2之后，第一电力变换装置1a先停止然后第二电力变换装置1b停止。也可以在收发了协调停止信号S2之后，第二电力变换装置1b先停止，然后第一电力变换装置1a停止。也可以在将协调停止信号S2收发之后，第一电力变换装置1a和第二电力变换装置1b同时停止。
假如仅第一电力变换装置1a停止而仅太阳能发电系统侧的第二电力变换装置1b的运转继续，则成为无蓄电池2的运转，有可能不能进行稳定的电力控制。结果，电力变换系统20的输出变得不稳定，向负载设备4的电力供给变得不稳定。
对于这一点，根据实施方式，当蓄电池2的剩余电力量变少时，能够使第一电力变换装置1a和第二电力变换装置1b协调停止，以免太阳能发电系统侧的第二电力变换装置1b单独继续动作。通过进行协调停止，能够防止作为电力变换系统20整体进行不稳定的电力控制。
如以上这样，根据实施方式，在蓄电池2的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，对于第二电力变换装置1b及负载控制部4a发送协调停止信号S2及负载调整信号S3。通过发送协调停止信号S2及负载调整信号S3，能够防止作为电力变换系统20整体进行不稳定的电力控制。
图2是表示有关实施方式的电力变换系统20的停止动作的图。MSC5在蓄电池2的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，对电力变换系统20进行控制，以使向负载设备4供给的电力以图2所示的变化率下降。作为一例，MSC5也可以使向第一电力变换装置1a给出的电力指令值下降，以使向负载设备4供给的负载供给电力以预先设定的下降率逐渐减小。
由此，能够将独立运转中的电力变换系统20平缓地停止，所以能够抑制向负载设备4的电力供给急停止。另外，第二电力变换装置1b也可以平缓地停止，以使输出电力以图2所示的趋向下降。
图8是表示有关比较例的电力变换装置及电力变换系统的图。图9是表示有关比较例的电力变换装置及电力变换系统的停止动作的图。如图9所示，通过第一电力变换装置1a及第二电力变换装置1b急剧地被运转停止而负载供给电力突然下降并非优选。对于这一点，根据实施方式，能够可靠地抑制向负载设备4的供给电力突然被断开。
图3及图4是由有关实施方式的电力变换系统20执行的例程的流程图。在MSC5中，预先以程序的形态存储有图3及图4所记载的例程。
图3的流程图表示基于蓄电池2的剩余电力量计算第一电力变换装置1a能够输出电力的剩余运转时间Top的处理。在图3的例程中，首先，MSC5执行判定蓄电池2的最新的SOC(State of Charge：充电状态)是否为预先设定的阈值SOCth以下的处理(步骤S100)。
SOC表示将规格上的完全放电状态设为0％、将满充电状态设为100％时的剩余电力量[％]。MSC5通过持续地从第一控制装置11a接收蓄电池2的电压值及电流值等的电气信息，计算蓄电池2的SOC。
在步骤S100的判定结果是否定(否)的情况下，此次的例程结束。
在步骤S100的判定结果是肯定(是)的情况下，MSC5计算剩余运转时间Top(步骤S101)。剩余运转时间Top也可以基于根据当前时刻的SOC[％]决定的剩余电力量和当前时刻的负载设备4的耗电来计算。作为负载设备4的耗电，也可以使用例如预先设定的一定期间中的负载设备4的平均耗电的值。
为了更高精度地计算剩余运转时间Top，也可以进行SOC趋势的储存。所谓的SOC趋势的储存，是指跨越预先设定的期间对伴随着向负载设备4的电力供给的SOC的减少趋向进行记录。
通过SOC趋势的储存，将包括蓄电池2的SOC相对较快地下降的高耗电运转的情况和蓄电池2的SOC相对较慢地下降的低耗电运转的情况的各种各样的SOC消耗趋向加以记录。通过基于这些不同的SOC消耗趋向进行各种分析，能够更高精度地计算剩余运转时间Top。各种分析例如也可以包括基于SOC下降率的平均值、SOC下降率的中值及SOC下降率的极大值等根据当前的SOC估算剩余运转时间Top。
接着，通知在步骤S101中计算出的剩余运转时间Top(步骤S102)。例如，也可以从MSC5向系统监视用终端显示剩余运转时间Top的数值或比例等。
接着，MSC5执行判定剩余运转时间Top是否为预先设定的下限阈值TopL以下的处理(步骤S104)。在该步骤S104的判定结果是否定(否)的情况下，此次的例程结束。
在步骤S104的判定结果是肯定(是)的情况下，为SOC≤SOCth且Top≤TopL。在此情况下，MSC5执行向上述的“其他装置”的通信处理，并执行系统停止处理(步骤S106)。在向“其他装置”的通信处理中，MSC5输出上述的协调停止信号S2及负载调整信号S3。在系统停止处理中，对第一电力变换装置1a发出停止信号S1，如在图2中说明那样第一电力变换装置1a被平缓地断开。然后，此次的例程结束。
图4的流程图包括取得蓄电池2的蓄电容量的随着时间的变化的处理。在图4的例程中，首先，执行在图3的例程中叙述的步骤S101、S104的处理。在步骤S104的判定结果是肯定(是)的情况下，MSC5执行用警报器或者系统监视用终端鸣响警报的警报处理(步骤S120)。
在步骤S104的判定结果是否定(否)的情况下，接着，MSC5将SOC采样数据读入(步骤S110)。假设MSC5跨越预先设定的期间将SOC以时间序列采样。
接着，MSC5基于SOC采样数据实施蓄电池特性评价(步骤S112)。蓄电池特性评价可以使用各种各样的公知技术。以下表示具体例。
图5及图6是表示有关实施方式的电力变换系统20的蓄电池状态的一例的图。如图5所示，通过进行向负载设备4的电力供给，蓄电池2的SOC下降，另一方面，如果预先设定的充电条件成立，则成为蓄电池充电模式，蓄电池2被充电，SOC恢复。如图5的特性50那样，也有在蓄电池充电模式下SOC大致被充电到100％的情况。
但是，根据蓄电池2的状态，也有如特性51、52那样通过充电SOC没有充分恢复的情况。所以，在通过充电SOC没有恢复到预先设定的SOC水平的情况下，也可以看作蓄电池2的特性异常或蓄电池2劣化。
此外，如图6所示，蓄电池2的容量维持率通常与充放电反复次数成比例而下降。在实际的特性62相对于基准特性61超过预先设定的基准幅度Dth而背离的情况下，也可以看作蓄电池2是异常。
除此以外，也可以基于容量维持率是否低于预先设定的基准维持率Pth，来评价蓄电池2的消耗的进展程度。此外，也可以基于充放电反复次数是否达到了预先设定的基准次数Nth来评价蓄电池2的消耗的进展程度。
接着，MSC5执行基于步骤S112的蓄电池特性评价的结果判定蓄电池2是否达到了寿命的处理(步骤S118)。在步骤S118的判定结果是否定(否)的情况下，此次的例程结束。
在步骤S118的判定结果是肯定(是)的情况下，在进行步骤S120的警报处理之后，此次的例程结束。
根据有关上述图3及图4的具体的处理，通过实时地监视蓄电池状态，能够精度良好地评价是否能够实现独立运转的继续。通过预先正确地检测蓄电池2的状态，能够在蓄电池2的剩余电力量枯竭之前有余量地使由第一电力变换装置1a进行的向负载设备4的电力供给停止。因而，能够抑制向负载设备4的供给电力突然被断开。此外，通过将SOC趋势评价并储存，能够精度良好地监视蓄电池2的状态。
图7是表示有关实施方式的变形例的第一电力变换装置1a及电力变换系统20的图。在图7的变形例中，MSC5被省略，代替MSC5而内置在第一电力变换装置1a中的第一控制装置11a执行上述有关实施方式的各控制动作。
例如，第一控制装置11a在独立运转模式下，在蓄电池2的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，向负载控制部4a及第二控制装置11b发送协调停止信号S2及负载调整信号S3。关于这以外的MSC5的动作也同样由第一控制装置11a执行。根据图7的变形例，提供一种被改良以抑制因向负载设备4的供给电力突然被断开带来的危害的第一电力变换装置1a。
另外，在上述的实施方式中，下述的特征结构(A)～(D)全部被搭载在同一个电力变换系统20中。结构(A)是通过向负载控制部4a传递负载调整信号S3来降低负载供给电力。结构(B)是通过向第二电力变换装置1b传递协调停止信号S2而使第一电力变换装置1a和第二电力变换装置1b协调停止。结构(C)是进行蓄电池2的剩余运转时间Top的计算及蓄电池2的各种评价。结构(D)是通过至少使第一电力变换装置1a的输出电力以预先设定的下降率逐渐下降来进行柔和的负载电力断开。
但是，特征结构(A)～(D)不需要同时被实施。也可以提供具有特征结构(A)～(D)中的一个或多个结构的电力变换系统20。
标号说明
1a第一电力变换装置；1b第二电力变换装置；2蓄电池；3太阳能电池阵列；4负载设备；4a负载控制部；4b负载主体；6断路器；7电力系统；10a第一电力变换电路；10b第二电力变换电路；11a第一控制装置；11b第二控制装置；20电力变换系统；S1停止信号；S2协调停止信号；S3负载调整信号；SOCth阈值；Top剩余运转时间。

Claims (4)

1.一种电力变换系统，其特征在于，
具备：
第一电力变换装置，与蓄电池连接，并被构建为与电力系统进行电网互联，通过将上述蓄电池的电力变换并向负载设备与上述电力系统之间的连接点输出，向上述负载设备供给电力；以及
控制机构，在上述电力系统从上述第一电力变换装置切离的独立运转时，在上述蓄电池的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，对上述负载设备的负载控制部发送用来降低向上述负载设备供给的电力的负载调整信号。
2.一种电力变换系统，其特征在于，
具备：
第一电力变换装置，与蓄电池连接，并被构建为与电力系统进行电网互联，通过将上述蓄电池的电力变换并向负载设备与上述电力系统之间的连接点输出，向上述负载设备供给电力；
第二电力变换装置，与太阳能电池板连接，将由上述太阳能电池板发电的电力变换并向上述负载设备与上述电力系统的上述连接点供给；以及
控制机构，在上述电力系统从上述第一电力变换装置切离的独立运转时，在上述蓄电池的状态与预先设定的剩余电力不足条件一致的情况下，向上述第二电力变换装置发送用来协调地进行上述第一电力变换装置的运转停止和上述第二电力变换装置的运转停止的协调停止信号。
3.如权利要求1或2所述的电力变换系统，其特征在于，
包括基于上述蓄电池的剩余电力量计算上述第一电力变换装置能够输出电力的剩余运转时间的机构、和取得上述蓄电池的蓄电容量的随着时间的变化的机构中的至少一个。
4.如权利要求1或2所述的电力变换系统，其特征在于，
在上述蓄电池的状态与上述剩余电力不足条件一致的情况下，控制上述第一电力变换装置，以使上述第一电力变换装置的输出电力以预先设定的下降率逐渐减小。
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