CN116075997A - 电力变换器及控制方法、电力系统及控制方法及程序 - Google Patents

电力变换器及控制方法、电力系统及控制方法及程序 Download PDF

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Abstract

电力变换器具备：对所输入的电力进行变换并输出的电力变换部；和基于参照函数来控制所述电力变换部的电力变换特性的控制部，所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，所述控制部用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。

Description

电力变换器及控制方法、电力系统及控制方法及程序
技术领域
本发明涉及电力变换器、电力变换器的控制方法、电力系统、电力系统的控制方法以及程序。
背景技术
作为依赖化石能源、原子能的大规模电力网络的代替手段，使用了地产地销的电力的电力网络受到关注。在使用了地产地销的电力的电力网络连接作为使用可再生能源发电的发电装置的太阳能发电装置(PhotoVoltaic：PV)、静置型蓄电装置、电动汽车(Electric Vehicle：EV)等多种多样的设备。上述各设备由于是直流电源，因此推进构建直流(DC)下的电力网络(DC电网(grid))的研讨。
作为DC电网的控制方法，有通过与上述各设备连接的电力变换器基于中央控制部的指示对上述各设备进行恒电流控制、恒电压控制来几种控制DC电网的DC母线的电力量的方法。上述集中控制方法虽然能简易地控制DC电网整体，但存在难以平稳地应对电力的急剧的供需变动这样的问题。此外，上述集中控制方法中，特别若遍及大范围在多处进行恒电压控制，电压控制就会不稳定化，从而存在DC母线的电压的振动等的可能性。此外，在多处的恒电压控制中，存在不能进行各设备的电力互换的负载分担的问题，即，存在不能对应于不能各设备的电力供给能力由各设备进行协调向DC母线恒电压地供给电力这样的问题。
为此，通过对各电力变换器赋予基于自端的电力(P)和自端的电压(V)的参照函数，使其自律分散地控制，来控制DC电网(专利文献1～3)。在对应于对DC母线请求的电力量使目标电压值具有下垂特性的情况下，即，在使用了具有下垂特性的参照函数的情况下，该控制有时被称作下垂控制。通过对各电力变换器自律分散地进行下垂控制，能对应于对DC母线请求的电力量实施各设备的电力互换的负载分担，且使DC母线的电压稳定化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP专利第6371603号
专利文献2：国际公开第2019/103059号
专利文献3：JP特开2018-29408号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
但若由具有单一的下垂特性的单一的下垂函数构成参照函数，则为了电压的控制的稳定性，对下垂系数进行某种程度制约。为此，难以实现应对种种负载分担特性的请求等能应对各种用途的灵活的控制特性。
本发明鉴于上述而提出，目的在于，提供实现能应对各种用途的灵活的控制特性的电力变换器、电力变换器的控制方法、电力系统、电力系统的控制方法以及程序。
-用于解决课题的手段-
本发明的一方式是一种电力变换器，具备：电力变换部，其对所输入的电力进行变换并输出；和控制部，其基于参照函数来控制所述电力变换部的电力变换特性，所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，所述控制部用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
也可以，所述电力变换器具备：测定部，其取得所输入或输出的所述电力的电特性值的测定值，所述控制部根据基于所述测定值的电特性值的控制对象值、基于所述参照函数的电特性值的目标值来控制所述电力变换特性。
也可以，所述控制部对应于所述下垂函数的下垂特性来选择所述测定值、所述控制对象值以及所述目标值的电特性值的种类。
也可以，所述控制部在所述下垂函数的下垂系数的绝对值比给定值小的情况下，作为所述测定值而选择电力值或电流值，且作为所述控制对象值以及所述目标值而选择电压值，执行电压值的反馈控制，在所述下垂系数的绝对值为给定值以上的情况下，作为所述测定值而选择电压值，且作为所述控制对象值以及所述目标值而选择电力值或电流值，来执行电力值或电流值的反馈控制。
也可以，所述参照函数基于来自外部的指令来切换或更新。
也可以，所述电力变换器具备：存储部，其能切换或能更新地存储所述参照函数。
本发明的一方式是一种电力系统，具备：所述电力变换器；母线，其与所述电力变换器连接；和电力要素，其与所述电力变换器连接，能进行电力的供给、消耗或充电。
也可以，所述电力系统具备：多个所述电力变换器；和中央控制装置，其输出切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的指令，所述中央控制装置基于该电力系统的电力状况来输出所述指令。
也可以，所述中央控制装置基于从所述多个电力变换器取得的信息来输出所述指令。
本发明的一方式是一种电力变换器的控制方法，具备：控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性，所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
本发明的一方式是一种电力系统的控制方法，所述电力系统具备：多个电力变换器；母线，其与所述多个电力变换器连接；和电力要素，其与所述多个电力变换器分别连接，能进行电力的供给、消耗或充电，所述电力系统的控制方法具备：控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性，取得与该电力系统的电力状况相关的信息的步骤；和基于与所述电力状况相关的信息来切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的步骤，所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
本发明的一方式一种程序，使处理器执行电力变换器的控制方法，所述程序具备：控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性，所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
本发明的一方式是程序，使处理器执行电力系统的控制方法，所述电力系统具备：多个电力变换器；母线，其与所述多个电力变换器连接；和电力要素，其与所述多个电力变换器分别连接，能进行电力的供给、消耗或充电，所述程序具备：控制步骤，基于参照函数了控制所述电力变换器的电力变换特性；取得与该电力系统的电力状况相关的信息的步骤；和基于与所述电力状况相关的信息来切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的步骤，所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
本发明的一方式是一种电力系统的控制方法，所述电力系统具备：多个电力变换器；母线，其与所述多个电力变换器连接；和电力要素，其与所述多个电力变换器分别连接，能进行电力的供给、消耗或充电；和中央控制装置，其能与所述多个电力变换器以及保有电力的需求信息的外部服务器进行信息通信，所述电力系统的控制方法具备：控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性；取得与该电力系统的电力状况相关的信息的步骤；从所述外部服务器取得所述需求信息的步骤；和基于与所述电力状况相关的信息和所述需求信息来切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的步骤，所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
-发明效果-
根据本发明，能实现实现能应对各种用途的灵活的控制特性的电力变换器、电力变换器的控制方法、电力系统以及电力系统的控制方法。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的电力系统的结构的图。
图2是表示图1所示的电力变换器的结构的图。
图3是表示图2所示的控制部的结构的图。
图4A是表示电力变换特性的第1例的图。
图4B是示出表示控制的逻辑值表的第1例的图。
图4C是示出表示控制的逻辑值表的第1例的图。
图5A是表示比较方式1A中的电力变换特性的一例的图。
图5B是表示比较方式1B中的电力变换特性的一例的图。
图6是表示电力变换特性的第2例的图。
图7是表示比较方式2A中的电力变换特性的一例的图。
图8是表示比较方式2B中的电力变换特性的一例的图。
图9是表示比较方式2C中的电力变换特性的一例的图。
图10是表示操作量设定部的动作的流程图。
图11是表示电力系统的控制方法的一例的序列图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。另外，并不通过以下说明的实施方式限定本发明。进而，在附图的记载中，对相同的部分适宜标注相同的附图标记。
(实施方式1)
<电力系统的结构>
图1是表示实施方式1所涉及的电力系统的结构的图。电力系统100具备多个电力变换器11、12、13、14、多个电力要素21、22、23、24和母线30。进而，电力系统100具备EMS(Energy Management System，能源管理系统)40。EMS40是中央控制装置的一例。
电力变换器11、12、13是DC/DC变换器，电力变换器14是AC/DC变换器。电力变换器11、12、13、14具有通过有线或无线进行信息通信的功能。关于电力变换器11、12、13、14的结构、功能，之后详述。
母线30在电力系统100中是DC母线，与电力变换器11、12、13、14连接。在电力系统100中，构成包含DC电网的电力网络。
电力要素21作为一例是能进行电力的供给、消耗以及充电的静置型蓄电装置，与电力变换器11连接。静置型蓄电装置是常设的设备内蓄电装置的一例。电力变换器11具有如下功能：对电力要素21所供给的DC电力的电压进行变换并输出到母线30，且对从母线30供给的DC电力的电压进行变换并输出到电力要素21，进行充电。
电力要素22作为一例是能进行电力的发电以及供给的太阳能发电装置，与电力变换器12连接。太阳能发电装置是使用可再生能源进行发电的发电装置的一例。电力变换器12具有对电力要素22所供给的DC电力的电压进行变换并输出到母线30的功能。
电力要素23作为一例是能进行电力的供给、消耗以及充电的车载蓄电装置，与电力变换器13连接。车载蓄电装置搭载于电动汽车EV，是进行移动的非静置型的蓄电装置的一例。电力变换器13具有如下功能：对电力要素23所供给的DC电力的电压进行变换并输出到母线30，并且对从母线30的供给的DC电力的电压进行变换并输出到电力要素23，进行充电。电力变换器13例如设于充电站、住宅用充电设备，但也可以搭载于电动汽车EV。
电力要素24作为一例是商用电力系统，与电力变换器14连接。电力变换器14将电力要素24所供给的AC电力变换成DC电力并输出到母线30，且将从母线30供给的DC电力变换成AC电力并输出到电力要素24。从母线30向电力要素24的电力的输出也被称作逆潮流。
EMS40具有综合地管理电力系统100的状态的功能。EMS40具备控制部41、存储部42和通信部43。
控制部41进行用于实现EMS40的功能的各种运算处理，例如包含CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定用途集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)等处理器来构成。控制部41的功能通过控制部41从存储部42读出并执行各种程序而作为功能部来实现。
存储部42具备存放控制部41为了进行运算处理而使用的各种程序、数据等的例如ROM(Read Only Memory，只读存储器)。此外，存储部42具备为了存储控制部41进行运算处理时的作业空间、控制部41的运算处理的结果等而使用的例如RAM(Random AccessMemory，随机存取机器)。存储部42可以具备HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等辅助存储装置。
通信部43包含通过有线或无线进行信息通信的通信模块来构成。通信部43经由由因特网线路网。便携电话线路网等构成的网络NW来与电力变换器11、12、13、14、外部服务器200进行信息通信。
另外，外部服务器200是设于电力系统100的外部的服务器。外部服务器200例如具备构成为在其他电力系统中作为EMS发挥功能的信息处理装置、数据库，是对EMS40作为数据服务器发挥功能的信息处理装置。外部服务器200存储存在给电力系统100的运用带来影响的可能性的各种信息。
<电力变换器的结构>
接着，说明电力变换器11的具体的结构。图2是表示电力变换器11的结构的图。
电力变换器11具有电力变换部11a、传感器11b、控制部11c和通信部11d。
电力变换部11a进行对从正放电的电力要素21输入的DC电力的电压进行变换并输出到母线30的DC/DC变换。电力变换部11a还能对从母线30输入的DC电力的电压进行变换并输出到电力要素21，进行充电。电力变换部11a例如由包含线圈、电容器、二极管、开关元件等的电气电路构成。开关元件例如是电场效应电容器、绝缘栅型双极晶体管。电力变换部11a例如能通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制来控制电力变换特性。
传感器11b测定电力变换部11a的母线30侧的电力的电特性值。因此，传感器11b测定输入到电力变换器11或从电力变换器11输出的电力的电特性值。传感器11b能测定电流值、电压值、电力值等。传感器11b是取得测定值的测定部的一例。传感器11b将电特性值的测定值输出到控制部11c。
控制部11c为了实现电力变换器11的主要的电力变换功能，包含进行用于控制电力变换部11a的动作的各种运算处理的处理器和存储部来构成。处理器以及存储部分别能使用作为控制部41、存储部42的结构而例示的处理器以及存储部。控制部11c的功能通过处理器从存储部读出并执行各种程序而作为功能部实现。例如，控制部11c基于参照函数来控制电力变换部11a的电力变换特性。具体地，控制部11c将包含用于PWM控制的操作量(例如占空比)的信息的PWM信号输出到电力变换部11a，对电力变换部11a进行PWM控制。另外，控制部11c可以将操作量直接输出到电力变换部11a，也可以经由未图示的其他功能部(例如环路控制部)输出到电力变换部11a。
通信部11d包含以后有线或无线进行信息通信的通信模块和控制通信模块的动作的通信控制部来构成。通信部11d经由网络NW与EMS40进行信息通信。通信部11d例如从EMS40接收指令，输出到控制部11c。通信部11d例如将与从控制部11c输入的电力状况相关的信息发送到EMS40。另外，在与电力状况相关的信息是传感器11b的测定值的情况下，通信部11d例如可以将从传感器11b输入的测定值发送到EMS40。
图3是表示控制部11c的主要的电力变换功能所涉及的结构的图。控制部11c具备：作为通过程序的执行而软件地实现的功能部的操作量设定部11ca以及判定部11cb；和存储部11cc。
操作量设定部11ca基于从传感器11b输入的测定值、从判定部11cb输入的判定信息和存储于存储部11cc的下垂函数信息来设定操作量，并输出到电力变换部11a。在此，所谓下垂函数信息，是用于确定构成参照函数的下垂函数的各种信息，之后详述。判定部11cb基于从传感器11b输入的测定值和存储于存储部11cc的下垂函数信息，根据情况及进一步基于从通信部11d输入的指令来生成判定信息，并输出到操作量设定部11ca。此外，存储部11cc或操作量设定部11ca将与电力状况相关的信息、下垂函数信息等信息输出到通信部11d。
另外，其他电力变换器12、13、14可以具有与电力变换器11同样的结构。其中，电力变换器14的电力变换部是将从电力要素24输入的AC电力变换成DC电力并输出到母线30、或将从母线30输入的DC电力变换成AC电力并输出到电力要素24的所谓的逆变器。
<参照函数的特性>
接着，说明成为控制部11c控制电力变换部11a的电力变换特性的基础的参照函数。图4A是表示电力变换特性的第1例的图，图4B以及图4C是示出表示控制的逻辑值表的第1例的图。图4A是表示电力变换部11a的母线30侧的电力(P)与电压(V)的关系即V-P特性的图，表示电力变换部11a的电力变换特性。另外，在电力变换部11a对母线30供给电力的电力要素21的放电状态的情况下，P是正值，在从母线30供给电力的电力要素21的充电状态的情况下，P是负值。
控制部11c将电力变换部11a的电力变换特性控制成以线DL1所示的参照函数的特性。即，控制部11c控制电力变换部11a，以使得以V的值和P的值定义的动作点位于线DL1上。线DL1是在中途弯曲的直线状或曲线状的线。该参照函数将对应于输入值的区间定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成。具体地，线DL1将表征下垂特性相互不同的多个下垂函数的线DL11、DL12、DL13、DL14连接来构成。若将输入值设为V，则线DL11在V为V1以上且P为大致零的区间中定义，是具有绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。线DL14在V为V3以下且P为略P2的区间中定义，是具有绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。线DL12在V1以下V2以上且大致0以上P1以下的区间中定义中，是具有比线DL11、DL14绝对值小的负的倾斜度的大致直线状。线DL13在V2以下V3以上且P1以上大致P2以下的区间中定义，是具有比线DL11、DL14绝对值小且比线DL12绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。
例如，P2是300kW，V1、V2、V3分别是400V、390V、370V。
线DL1、DL11、DL12、DL13、DL14通过下垂函数信息来确定。下垂函数信息例如包含以横轴为P且以纵轴为V的坐标中的下垂函数的边界的坐标信息、下垂函数的切片信息、倾斜度(即下垂系数)的信息、形状(直线、曲线等)的信息。在下垂函数是曲线的情况下，例如是二次曲线、指数曲线，但并没有特别限定。
图4B是表示控制部11c进行基于电压的控制时所用的逻辑值表T1的一例。图4C表示控制部11c进行基于电力的控制时所用的逻辑值表T1的一例。这样的逻辑值表T1、T2例如存放于存储部11cc，在控制时读出并使用。
在逻辑值表T1、T2中，所谓“dP1”、“dP2”、“dP3”，是指控制部11c执行如下那样的控制方法，基于传感器11b的电压的测定值Vo、和下垂函数信息来决定目标电力Pref(目标值的一例)，进行设定操作量以使得Pref与传感器11b的电力的测定值Po(控制对象值的一例)的差分成为容许范围以下的反馈控制，以下适宜记载为dP1控制、dP2控制、dP3控制，在不区别它们的情况下，有时记载为dP控制。另一方面，所谓“dV”，是指控制部11c执行如下那样的控制方法，基于传感器11b的电力的测定值Po、和下垂函数信息来决定目标电压Vref(目标值的一例)，进行反馈控制以使得Vref与传感器11b的电压的测定值Vo(控制对象值的一例)的差分成为容许范围以下，以下有时适宜记载为dV控制。这些反馈控制例如能使用将存储于存储部11cc的比例增益、积分时间、微分时间等参数读出并执行的PID控制等公知的手法来执行。另外，反馈控制的参数可以对应于下垂函数信息的差异(例如下垂系数的差异)来适宜设定例如切换能实现更稳定的控制的参数。例如，可以在dP1控制、dP2控制、dP3控制、dV控制的各自中设定不同的反馈控制的参数。dP控制、dV控制是相互不同的控制方式的一例。
如逻辑值表T1、T2所示那样，关于控制部11c执行dP控制以及dV控制的哪一者的控制方式，对应于下垂函数的下垂特性来选择。具体地，根据逻辑值表T1，若V为V1以上，则是dP1控制，若不足V1且V2以上，则是dV控制，若不足V2且为V3以上，则是dP2控制，若不足V3，则是dP3控制。此外，根据逻辑值表T2，若P大致为零，则是dP1控制，若比零大且P1以下，则是dV控制，若比P1大且不足P2，则是dP2控制，若为P2以上，则是dP3控制。
关于控制部11c执行dP控制以及dV控制的哪一者的控制方式，判定部11cb基于从传感器11b输入的测定值和存储于存储部11cc的下垂函数信息来判定。判定部11cb将该判定结果作为判定信息输出到操作量设定部11ca，操作量设定部11ca设定操作量。在控制部11c中，对应于下垂函数的下垂特性来选择测定值、控制对象值以及目标值的电特性值的种类。具体地，在下垂系数的绝对值为给定值以上的情况下，作为测定值，选择电压值、控制对象值，并且作为目标值，选择电力值，执行dP控制。此外，在下垂系数的绝对值比给定值小的情况下，作为测定值，选择电力值、控制对象值，并且作为目标值，选择电压值，执行dV控制。在图4A、图4B以及图4C的情况下，在线DL11、DL13、DL14的情况下，下垂系数的绝对值为给定值以上，分别执行作为dP控制的dP1控制、dP2控制、dP3控制。此外，在线DL12的情况下，下垂系数的绝对值比给定值小，执行dV控制。另外，在dP控制或后述的dI控制中，由于下垂系数的绝对值比较大且虚拟电阻大，因此难以受到线路电阻的影响，能达成比较的正确的负载分。另一方面，在dV控制中，由于下垂系数的绝对值比较小且虚拟电阻小，因此，能缩窄易于受到线路电阻的影响的控制的电压范围。此外，判定部11cb的判定可以使用逻辑值表T1、T2的任意一方或两方来进行。
此外，控制部11c例如可以包含能选择性地执行dP控制和dV控制两方的控制框来构成。此外，控制部11c例如可以分开具有执行dP控制的dP控制框和执行dV控制的dV控制框。在该情况下，控制部11c可以构成为，dP控制框设定用于dP控制的操作量，与其独立地，dV控制框设定用于dV控制的操作量，通过切换开关来将用于所执行的一方的控制的操作量输出到电力变换部11a。
若是以上那样构成的电力变换器11，则控制部11c中的参照函数将下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，控制部11c由于通过与下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制电力变换特性，因此，能基于自由度高的参照函数来实现能应对各种用途的灵活的控制特性。
此外，在控制部11c中，由于在下垂函数的下垂系数的绝对值比给定值小的情况下，执行dV控制，在下垂系数的绝对值为给定值以上的情况下，执行dP控制，因此，能根据下垂特性而区分使用合适的控制方式，能同时实现与其下垂特性相应的高的响应性、高的控制性能、高的稳定性。
如此地，若是电力变换器11，则能在参照函数中表现具有各种下垂特性的各种目标值(下垂函数)，因此，能实现能执行各种负载分担的高的控制性能。为此，进行集中控制方法的情况这样的制约消除，参照函数的表现的自由度提升，其中，该集中控制方法在EMS40等中进行系统的最优化来生成下垂函数。此外，例如还能进行考虑了线路电阻的影响的能进行更正确的负载分担的参照函数的表现。此外，下通过使用与下垂系数相应的控制方式，以使得在垂函数的下垂系数的绝对值比给定值小的情况下执行dV控制，在下垂系数的绝对值为给定值以上的情况下执行dP控制，能更合适地发挥各个控制方式的优点，并且控制的稳定性以及响应性提升。
另外，在电力变换器12、13、14中，它们的控制部也将它们的电力变换部的电力变换特性分别控制成所设定的参照函数的特性。各个参照函数将对应于输入值的区间定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成。其中，各个参照函数由对应于电力变换器12、13、14的特性、分别连接的电力要素22、23、24的特性并根据适合下垂函数信息而确定的下垂函数构成。
进而，电力变换器12、13、14各自的控制部通过与下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。控制与控制部11c中的控制同样地设定、执行。其结果，能实现应对各种用途的灵活的控制特性，或者，能根据下垂特性区分使用合适的控制方式，从而同时实现与该下垂特性相应的高的响应性、高的控制性能、高的稳定性。进而，在电力系统100的整体中，控制变得稳定。
(比较方式1)
以下与比较方式1对比来更详细地说明实施方式1的效果。在实施方式1以及比较方式1中，母线30的动作电压范围为300V～400V，母线30的额定电压为380V。在该情况下，特别在电力变换器11、12、13、14当中的例如电力变换器11、13、14中，为了在母线30的动作电压范围内进行电力的负载分担而使参照函数具有下垂特性。一般，电力变换器若在额定输出(本例中300kW)附近动作则效率高。为此，在动作电压范围内，设想使参照函数具有下垂特性不变地维持额定输出附近的动作。另一方面，在接近于动作电压范围的上限的范围(例如390V～400V)内，设想以窄的电压范围使参照函数具有下垂特性，以使得不给电力系统100的微电网的稳定性带来影响。
图5A是表示比较方式1A中的电力变换特性的一例的图，图5B是表示比较方式1B中的电力变换特性的一例的图。图5A是比较方式1A，示出以实线表示的参照函数将下垂系数的绝对值设定得比给定值小、控制部仅进行dV控制的情况。图5B是比较方式1B，表示以实线表示的参照函数将下垂系数的绝对值设定得比给定值大、控制部仅进行dP控制的情况。另外，V1＝400V、V2＝390V、V3＝300V、V4＝370V、P2＝300kW。即，电力变换器11的输出的上限为也是额定输出的300kW，输出范围为0kW～300kW。
在比较方式1A的情况下，在V1～V2即390V～400V的电压范围内，能在窄的电压范围内具有下垂特性，反之，由于不能增大下垂系数，因此不能在宽的电压范围具有下垂特性。为此，在动作电压下，在额定输出附近不能具有下垂特性。
此外，在比较方式1B的情况下，由于能加大下垂系数，因此能在宽的电压范围具有下垂特性，但反之，由于不能减小下垂特性，因此不能在窄的电压范围内具有下垂特性。为此，在额定输出附近不能具有下垂特性。
与此相对，在图4A、图4B以及图4C所示的实施方式1的情况下，由于组合了下垂系数的绝对值为给定值以下的dV控制和比给定值大的dP控制，因此，在动作电压范围内，能具有下垂特性不变地在额定输出附近动作，能在390V～400V的窄的电压范围内具有其他下垂特性。
(电力变换特性的其他势力)
图6是表示实施方式1中的电力变换特性的第2例的图。在本例中，作为电力要素21、23，设想2个蓄电池(蓄电池1、蓄电池2)经由比较长的线路长度并联连接的结构的情况。此外，在本第2例中，意在使蓄电池1相比于蓄电池2在电压范围内的更大范围内具有下垂特性不变地进行充电。
在本第2例中，电力变换器11的控制部11c将电力变换部11a的电力变换特性控制成以线DL2示出的参照函数的特性。线DL2将表征下垂特性相互不同的多个下垂函数的线DL21、DL22、DL23、DL24连接来构成。若将输入值设为V，则线DL21在V为V5以上且P为大致-P3的区间中定义，是具有绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。线DL24在V为V10以下且P为大致P3的区间中定义，是具有绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。线DL22在V5以下V8以上的区间中定义，是具有比线DL21、DL24绝对值小的负的倾斜度的大致直线状。线DL23在V8以下V10以上的区间中定义，是具有比线DL21、DL22、DL24绝对值小的负的倾斜度的大致直线状。
此外，电力变换器13的控制部将电力变换部的电力变换特性控制成以线DL3表示的参照函数的特性。线DL3将表征下垂特性相互不同的多个下垂函数的线DL31、DL32、DL33、DL34连接来构成。若将输入值设为V，则线DL31在V为V5以上且P为大致-P3的区间中定义，是具有绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。线DL34在V为V10以下且P为大致P3的区间中定义，是具有绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。线DL32在V5以下V8以上的区间中定义，是具有比线DL31、DL34绝对值小的负的倾斜度的大致直线状。线DL33在V8以下V10以上的区间中定义，是具有比线DL31、DL34绝对值小且比线DL32绝对值大的负的倾斜度的大致直线状。
例如，P3为300kW，V5、V6、V7、V8、V9、V10分别为400V、380V、360V、340V、320V、300V。
线DL2、DL3、DL21～DL24、DL31～DL34通过下垂函数信息来确定。
控制部11c、电力变换器13的控制部进行控制时所用的逻辑值表例如存放于各控制部的存储部，在控制时读出并使用。在逻辑值表中规定用于设定是执行dV控制还是执行dP控制的信息。
关于各控制部执行dP控制以及dV控制的哪一者的控制方式，对应于下垂函数的下垂特性来选择。例如，各控制部的判定部基于从传感器输入的测定值和存储于存储部的下垂函数信息来判定控制方式。判定部将该判定结果作为判定信息输出到操作量设定部，操作量设定部设定操作量。在各控制部中，对应于下垂函数的下垂特性来选择测定值、控制对象值以及目标值的电特性值的种类。在图6的情况下，在针对蓄电池1的线DL21、DL22、DL24的情况下，下垂系数的绝对值为给定值以上，执行dP控制，在线DL23的情况下，下垂系数的绝对值比给定值小，执行dV控制。此外，在针对蓄电池2的线DL31、DL33、DL34的情况下，下垂系数的绝对值为给定值以上，执行dP控制，在线DL32的情况下，下垂系数的绝对值比给定值小，执行dV控制。
在本第2例中，也能实现能应对各种用途的灵活的控制特性，进而，能同时实现高的响应性、高的控制性能、高的稳定性。
(比较方式2)
以下与比较方式2对比来更详细说明本第2例的效果。在本第2例以及比较方式2中，设想在动作电压范围当中的比较高的一侧的范围(例如360V～400V)，希望做出使蓄电池1以及蓄电池2在充电方向上正确地具有负载分担的参照函数。在线路长度长的情况下，若下垂系数(＝线路的虚拟电阻)不大就不能达成正确的负载分担，因此，设想使用大的下垂系数来在蓄电池1进而蓄电池2进行正确的负载分担。另一方面，在动作电压范围当中的比较低的一侧的范围(例如300V～360V)，设想尽可能向充电方向偏向从而设为收在动作范围内这样的参照函数的情况。
图7是表示比较方式2A中的电力变换特性的一例的图。比较方式2A表示以实线表示的参照函数将下垂系数的绝对值设定得比给定值小、控制部仪进行dV控制的情况。另外，V11＝390V、V12＝350V。电力变换器11、12的充电上限以及放电上限均为300kW。
在比较方式2A的情况下，由于不能加大下垂系数的制约，因此，难以正确进行负载分担。例如，在蓄电池2的线路长度比蓄电池1的线路长度长的情况下，有时蓄电池2的下垂会成为大的负载分担。此外，由于不能加大下垂系数，因此有时不能有效活用动作电压范围(300V～400V)。
图8是表示比较方式2B中的电力变换特性的一例的图。比较方式2B表示以实线表示的参照函数将下垂系数的绝对值设定为给定值以上、控制部仅进行dP控制的情况。另外，V13＝200V。
在比较方式2B的情况下，由于能加大下垂系数，因此，能正确进行负载分担。但由于不能减小下垂系数的制约，因此，有时电压变动范围会过于变大。
图9是表示比较方式2C中的电力变换特性的一例的图。比较方式2C表示如下那样的情况：以实线表示的参照函数针对蓄电池1将下垂系数的绝对值设定为给定值以上，控制部仅进行dP控制，针对蓄电池2将下垂系数的绝对值设定得比给定值小，控制部仅进行dV控制。另外，V13＝200V。
在比较方式2C的情况下，在动作电压范围当中的比较高的一侧的范围(360V～400V)能进行正确的负载分担，但dP控制的蓄电池1有时会脱离动作电压范围，蓄电池2有时不能有效地活用动作电压范围。
与此相对，在图6所示的第2例的情况想，通过在360V～400V的范围使用大的下垂系数，能达成正确的负载分担，与此同时，在动作电压范围当中的比较低的一侧的范围(例如300V～360V)，能在尽可能向充电方向施予偏向的同时收在动作电压范围内。
<控制方法>
接着，说明电力变换器11、12、13、14的控制方法以及电力系统100的控制方法。在电力系统100，电力变换器11、12、13、14能执行个别自律分散地进行控制的所谓的自端控制、和EMS40对应于电力系统100的电力状况来协调控制电力变换器11、12、13、14的集中控制。另外，例如，自端控制以比较短的周期重复执行，集中控制以比自端控制的周期长的间隔执行。自端控制也被称作一次控制，集中控制也被称作二次控制。这些控制方法例如在各电力变换器或EMS40中使处理器执行程序。
<自端控制>
首先，关于自端控制中的电力变换器11、12、13、14的控制方法，以电力变换器11为例进行说明。在其他电力变换器12、13、14中，可以也适宜执行与以下的说明同样的控制方法。另外，在电力要素22是太阳能发电装置那样出于效率等观点不控制发电量的要素的情况下，电力变换器12可以若从电力要素22被输入与其发电量相应的电力，就用该发电量执行使得向母线30的输出电力成为最大地动作的MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点追踪)方式的控制。
在电力变换器11的控制方法中，控制部11c执行基于参照函数来控制电力变换器11的电力变换特性即电力变换部11a的电力变换特性的控制步骤。
参照图3以及图10来进一步具体说明该控制步骤的内容的一例。图10是表示操作量设定部11ca的动作的流程图。
首先，在步骤S101中，操作量设定部11ca从传感器11b取得测定值。接着，在步骤S102，操作量设定部11ca从存储部11cc取得下垂函数信息。接着，在步骤S103，操作量设定部11ca从判定部11cb取得判定信息。接着，在步骤S104，操作量设定部11ca基于测定值以及下垂函数信息来设定基于判定信息的用于执行控制方法中的反馈控制的操作量，将其输出到电力变换部11a。由此执行电力变换部11a的控制。
<集中控制>
接着，说明集中控制。在以下所示的示例中，设于电力变换器11、12、13、14的外部的EMS40通过根据指令来切换或更新电力变换器11、12、13、14用在控制中的参照函数，由此执行集中控制。在此，所谓根据指令切换参照函数，是指电力变换器11、12、13、14各自的存储部存储多个参照函数，根据指令来切换控制中使用的参照函数。此外，所谓根据指令更新参照函数，是指指令包含与参照函数相关的信息，根据指令来更新参照函数的一部分或整体。电力变换器11、12、13、14各自的存储部能切换或更新地存储参照函数。
例如，在EMS40与电力变换器11、12、13、14的信息通信遵循TCP/IP协议的情况下，在进行参照函数的更新的指令信号的IP数据包的数据部分中包含下垂函数信息。如上述那样，下垂函数信息是下垂函数的边界的坐标信息、下垂函数的切片信息、倾斜度(即下垂系数)的信息或形状(直线、曲线等)等，在数据部分中包含这些信息当中的成为更新的对象的信息作为数据串。更新中使用的下垂函数信息存储于EMS40的存储部42，控制部41适宜读出并使用。
接着，参照图11的序列图来说明电力系统100的控制方法的一例，作为集中控制。
首先，在步骤S201，EMS40呼叫自装置的计时器，开始计时。
接着，在步骤S202，EMS40对电力变换器11、12、13、14分别请求自端测量信息。所谓自端测量信息，是与电力系统100的电力状况相关的信息的一例，包含由电力变换器11、12、13、14各自的传感器测定的测定值、测定时刻。
接着，在步骤S203，电力变换器11、12、13、14分别将自端测量信息发送到EMS40。EMS40将各自的自端测量信息存储到存储部42。
接着，在步骤S204，EMS40对外部服务器200请求有给电力系统100的运用带来影响的可能性的各种信息，作为与电力系统100的电力状况相关的信息的一例。在本例中，EMS40对外部服务器200请求发电量/需求预测信息。发电量/需求预测信息包含电力系统100中的发电量的预测信息、电力的需求预测信息，例如可以包含设置电力系统100的地域的季节、当前的天气、今后的天气预报等信息。此外，在外部服务器200作为其他电力系统的EMS发挥功能的情况下，在该其他电力系统的运用状态有给电力系统100的运用带来影响的可能性的情况下，发电量/需求预测信息可以包含该其他电力系统中的发电量的预测信息、电力的需求预测信息。
接着，在步骤S205，外部服务器200对EMS40发送发电量/需求预测信息。EMS40将发电量/需求预测信息存储到存储部42。
接着，在步骤S206，EMS40的控制部41将发送来的各信息即与电力系统100的电力状况相关的信息等从存储部42读出，基于其来执行电力系统100的运用最优化计算。
执行运用最优化计算，以使得在各种条件中应用。例如，控制电力系统100，以使得母线30成为给定的电压的动作点。在该状态下，EMS40根据发电量/需求预测信息而预想为设置作为太阳能发电装置的电力要素22的地域的今后的天气为晴天，发电量增加，并且，根据从与电力要素22连接的电力变换器12取得的自端测量信息，对电力要素22判定为在电力供给这点上有富余。在该情况下，EMS40为了在该动作点对作为静置型蓄电装置的电力要素21充电，判定为更新与电力要素21连接的电力变换器11的参照函数。此外，EMS40为了不与该更新同时从作为商用电力系统的电力要素24进行电力供给，判定为更新与电力要素24连接的电力变换器14的参照函数。另外，参照函数也可以不是更新而是切换。
此外，运用最优化计算还能也出于削峰填谷、夜间电力的活用等不超过作为商用电力系统的电力要素24的合同电力的观点、电费的适合化的观点来条件设定、执行。
此外，EMS40的存储部42存放学习完毕模型，EMS40可以使用学习完毕模型来执行运用最优化计算。学习完毕模型例如能使用将与电力系统100的电力状况相关的信息和与其对应的针对电力变换器11、12、13、14的参照函数的切换、更新的结果作为示教数据、通过利用了神经网络的深度学习而生成的学习完毕模型。
接着，在步骤S207，EMS40对电力变换器11、12、13、14当中的更新对象的电力变换器输出参照函数(下垂函数)的更新指令，执行进行更新的步骤。接着，在步骤S208，EMS40将计时器重置。接着，电力变换器11、12、13、14在步骤S209分别执行自端控制。这些自端控制是反映了电力系统100，对电力变换器11、12、13、14进行协调控制。
根据以上说明的电力变换器11、12、13、14的控制方法以及电力系统100的控制方法，实现能应对各种用途的灵活的控制特性。
另外，在上述实施方式中，作为测定值、目标值、控制对象值等电特性值，取代电力值而使用电流值。在该情况下，例如将参照函数定义为电流(I)与电压(V)的关系即V-I特性。此外，在反馈控制中，例如控制部11c基于传感器11b的电压的测定值Vo、和下垂函数信息来决定目标电力Iref(目标值的一例)来设定操作量，以使得Iref与传感器11b的电流的测定值Io(控制对象值的一例)的差分成为容许范围以下，该反馈控制也被称作dI控制，取代dP控制或和dP控制一起执行。此外，在dV控制中，基于传感器11b的电流的测定值Io、和下垂函数信息来决定目标电压Vref。dP控制、dV控制、dI控制是相互不同的控制方式的一例，将它们适宜组合使用。
此外，在上述实施方式中，参照函数将4个下垂函数连接来构成，但也可以将2个3个或5个以上的下垂函数连接来构成。
此外，并不通过上述实施方式限定本发明。将上述的各构成要素适宜组合而构成的方案也含在本发明中。此外，进一步的效果、变形例能由本领域技术人员容易地导出。因而，本发明的更广泛的方式并不限定于上述的实施方式，能进行各种变更。
产业上的可利用性
本发明能利用在电力变换器、电力变换器的控制方法、电力系统以及电力系统的控制方法中。
-符号说明-
11、12、13、14：电力变换器
11a：电力变换部
11b：传感器
11c、41：控制部
11ca：操作量设定部
11cb：判定部
11cc、42：存储部
11d、43：通信部
21、22、23、24：电力要素
30：母线
40：EMS
100：电力系统
200：外部服务器
DL1、DL11、DL12、DL13：线
EV：电动汽车
NW：网络。

Claims (14)

1.一种电力变换器，其特征在于，具备：
电力变换部，其将所输入的电力变换并输出；和
控制部，其基于参照函数来控制所述电力变换部的电力变换特性，
所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，
所述控制部用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
2.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，
所述电力变换器具备：测定部，其取得所输入或输出的所述电力的电特性值的测定值，
所述控制部根据基于所述测定值的电特性值的控制对象值、基于所述参照函数的电特性值的目标值来控制所述电力变换特性。
3.根据权利要求2所述的电力变换器，其特征在于，
所述控制部对应于所述下垂函数的下垂特性来选择所述测定值、所述控制对象值以及所述目标值的电特性值的种类。
4.根据权利要求3所述的电力变换器，其特征在于，
所述控制部在所述下垂函数的下垂系数的绝对值比给定值小的情况下，作为所述测定值而选择电力值或电流值，且作为所述控制对象值以及所述目标值而选择电压值，执行电压值的反馈控制，在所述下垂系数的绝对值为给定值以上的情况下，作为所述测定值而选择电压值，且作为所述控制对象值以及所述目标值而选择电力值或电流值，来执行电力值或电流值的反馈控制。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电力变换器，其特征在于，
所述参照函数基于来自外部的指令来切换或更新。
6.根据权利要求4或5所述的电力变换器，其特征在于，
所述电力变换器具备：
存储部，其能切换或能更新地存储所述参照函数。
7.一种电力系统，其特征在于，具备：
权利要求1～6中任一项所述的电力变换器；
母线，其与所述电力变换器连接；和
电力要素，其与所述电力变换器连接，能进行电力的供给、消耗或充电。
8.根据权利要求7所述的电力系统，其特征在于，具备：
多个所述电力变换器；和
中央控制装置，其输出切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的指令，
所述中央控制装置基于该电力系统的电力状况来输出所述指令。
9.根据权利要求8所述的电力系统，其特征在于，
所述中央控制装置基于从所述多个电力变换器取得的信息来输出所述指令。
10.一种电力变换器的控制方法，其特征在于，具备：
控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性，
所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，
在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
11.一种电力系统的控制方法，其特征在于，
所述电力系统具备：
多个电力变换器；
母线，其与所述多个电力变换器连接；和
电力要素，其与所述多个电力变换器分别连接，能进行电力的供给、消耗或充电，
所述电力系统的控制方法具备：
控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性，
取得与该电力系统的电力状况相关的信息的步骤；和
基于与所述电力状况相关的信息来切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的步骤，
所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，
在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
12.一种程序，其特征在于，使处理器执行电力变换器的控制方法，所述程序具备：
控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性，
所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，
在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
13.一种程序，其特征在于，使处理器执行电力系统的控制方法，
所述电力系统具备：
多个电力变换器；
母线，其与所述多个电力变换器连接；和
电力要素，其与所述多个电力变换器分别连接，能进行电力的供给、消耗或充电，
所述程序具备：
控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性；
取得与该电力系统的电力状况相关的信息的步骤；和
基于与所述电力状况相关的信息来切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的步骤，
所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，
在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
14.一种电力系统的控制方法，其特征在于，
所述电力系统具备：
多个电力变换器；
母线，其与所述多个电力变换器连接；和
电力要素，其与所述多个电力变换器分别连接，能进行电力的供给、消耗或充电；和
中央控制装置，其能与所述多个电力变换器以及保有电力的需求信息的外部服务器进行信息通信，
所述电力系统的控制方法具备：
控制步骤，基于参照函数来控制所述电力变换器的电力变换特性；
取得与该电力系统的电力状况相关的信息的步骤；
从所述外部服务器取得所述需求信息的步骤；和
基于与所述电力状况相关的信息和所述需求信息来切换或更新所述多个电力变换器的至少一个参照函数的步骤，
所述参照函数将对应于输入值定义的下垂特性相互不同的多个下垂函数连接来构成，
在所述控制步骤中，用与所述下垂函数的下垂特性相应的相互不同的控制方式来控制所述电力变换特性。
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