DE112014006215B4

DE112014006215B4 - Energie-Umwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112014006215B4
Application number: DE112014006215.4T
Authority: DE
Inventors: Sadayuki Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: JPWO2015107706A1; JP6161730B2; US9935465B2; US20160329716A1; DE112014006215T5; WO2015107706A1

Abstract

Energie-Umwandlungsvorrichtung (10) zum Umwandeln von DC-Energie von einer ersten DC-Energieversorgung, die außerhalb angeschlossen ist, in AC-Energie, und zum Zuführen der AC-Energie zu einer Last (4), die mit einem Energiesystem (3) verbunden ist, wobei die Energie-Umwandlungsvorrichtung (10) Folgendes aufweist:- eine erste DC/DC-Umsetzereinheit (13) zum Umwandeln einer ersten DC-Spannung, die von der ersten DC-Energieversorgung ausgegeben wird, in eine zweite DC-Spannung;- eine Wechselrichtereinheit (21), die die zweite DC-Spannung erhält, die von der ersten DC/DC-Umsetzereinheit (13) ausgegeben wird, und die die erhaltene zweite DC-Spannung in AC-Spannung umwandelt, oder die AC-Spannung in die zweite DC-Spannung umwandelt;- eine erste Steuerungseinheit (14) für die DC/DC-Umsetzung zum Steuern der ersten DC/DC-Umsetzereinheit (13);- eine Wechselrichter-Steuerungseinheit (22) zum Steuern der Wechselrichtereinheit (21); und- eine Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert zum Erzeugen eines Sollwerts für die AC-Spannung, die als eine Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung für die Wechselrichtereinheit (21) dient; wobei die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert eine Amplitude der AC-Spannung als den Sollwert für die AC-Spannung gemäß einem Leistungswert der ersten DC-Energieversorgung bestimmt, wenn der selbsterhaltende Betrieb durchgeführt wird, für den Fall, dass eine Abkopplung von dem Energiesystem (3) vorliegt, und den Sollwert für die AC-Spannung erzeugt, die als Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung dient;wobei die Wechselrichter-Steuerungseinheit (22) eine Spannungssteuerung für die Wechselrichtereinheit (21) durchführt, so dass die AC-Spannung, die die Amplitude der AC-Spannung hat, die von der Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert bestimmt wurde, von der Wechselrichtereinheit (21) ausgegeben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Umwandlungsvorrichtung mit einer Energie-Erzeugungsvorrichtung, die natürliche Energie verwendet, oder eine Energiespeicher-Einrichtung. Sie betrifft insbesondere eine Steuerungstechnologie, um zu bewirken, dass eine Mehrzahl der Energie-Umwandlungsvorrichtungen parallele Vorgänge durchführt, und zwar in dem Fall, in welchem sie von einem Energiesystem während eines Stromausfalls oder dergleichen abgekoppelt sind.
Stand der Technik
Um Umweltbeeinflussungen zu verringern, ist in jüngster Zeit ein Energie-Erzeugungssystem, das natürliche Energie, wie z. B. eine Solarenergieerzeugung verwendet, die kein Kohlendioxid ausstößt, in die Haushalte vorgedrungen. Bei einem Stromausfall kann jedoch die Energieerzeugung unter Verwendung von natürlicher Energie, die von der Solarenergieerzeugung repräsentiert wird, nur eine maximale Leistung von 1500 W aus einem Ausgang für selbsterhaltenden Betrieb im Voraus in einer Energie-Umwandlungsvorrichtung ausgeben.
Um mit der Energieknappheit und dergleichen nach dem großen Erdbeben in Ostjapan umgehen zu können, werden außerdem ein System mit einer Speicherbatterie, ein System, das ein elektrisches Automobil als eine Speicherbatterie verwendet, ein System, das Solarenergieerzeugung und eine Speicherbatterie kombiniert und dergleichen entwickelt.
Beispielsweise offenbart das unten erwähnte Patentdokument 1 ein Betriebsverfahren für verteilte Energieversorgungen für den Fall, dass bei einem Stromausfall eine Mehrzahl von Solarenergie-Erzeugern und eine Mehrzahl von Speicherbatterien parallel in einer koordinierten Weise betrieben werden, um Energie einer elektrischen Lichtleitung zuzuführen, die von einem System abgekoppelt ist.
Nachstehend wird ein solches Verfahren näher beschrieben. Für den Fall, dass eine Mehrzahl von verteilten Energieversorgungen, die von einer Energieversorgung abgekoppelt sind, auf eine selbsterhaltende Weise parallel betrieben werden, wird eine der verteilten Energieversorgungen als eine AC-Spannungsquelle für den selbsterhaltenden Betrieb eingestellt, die anderen verteilten Energieversorgungen werden als AC-Stromquellen eingestellt, die mit der AC-Spannungsquelle synchronisiert sind, und folglich werden diese verteilten Energieversorgungen auf koordinierte Weise betrieben.
In diesem Fall werden die verteilten Energieversorgungen, die als AC-Stromquellen betrieben werden, klassifiziert als eine erste verteilte Energieversorgung mit einer Speicherbatterie und eine zweite verteilte Energieversorgung, die natürliche Energie verwendet, aber keine Speicherbatterie hat. Die zweite verteilte Energieversorgung wird so gesteuert, dass sie den Maximalleistungspunkt verfolgt, und sie ist so konfiguriert, dass sie dazu imstande ist, Überschussleistung der ersten verteilten Energieversorgung zuzuführen. Folglich wird die Steuerung so durchgeführt, dass das Laden erfolgt, wenn Überschussleistung erzeugt wird.
Das unten erwähnte Patentdokument 2 beschreibt ein Konfigurationsverfahren für eine Parallelbetrieb-Vorrichtung, wobei die Amplitude der AC-Spannung einer Haupt-Energieversorgung so eingestellt ist, dass sie größer ist als diejenige einer Zusatz-Energieversorgung . Der Ausgang einer AC-Energieversorgung wird einer mit Dioden verdrahteten Oder-Schaltung unter Verwendung eines Schalters unterzogen, so dass, falls die Haupt-Energieversorgung keine Anomalie aufweist, Energie nur von der Haupt-Energieversorgung zugeführt wird, und, falls die Haupt-Energieversorgung eine Anomalie aufweist, die Haupt-Energieversorgung automatisch auf die Zusatz-Energieversorgung umgeschaltet wird.
Das Patentdokument 3 offenbart einen Leistungs Conditioner, welcher konfiguriert ist, dass er einen Ausgang einer Speicherbatterie 21 über einen bidirektionalen Chopper 14 an die Eingangsseite eines Wechselrichters 13 liefert. Damit ist es möglich, aus einer Solarzelle 20 die maximale Leistung Pmax wie im netzgekoppelten Betrieb zu erzeugen. Weiterhin wird die Gleichstromleistung aus der Speicherbatterie 21 über den bidirektionalen Chopper 14 auf der Seite des Wechselrichters 13 zugeführt, wobei die Ausgangsspannung des bidirektionalen Choppers 14 auf einen konstanten Wert des Spitzenwertes der Ausgangsspannung des Wechselrichters 13 oder höher geregelt wird.
Das Patentdokument 4 offenbart eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Steuern der Leistungsaufnahme von Verbrauchern, insbesondere zur Leistungsreduzierung von Beleuchtungsmitteln, wie Gasentladungslampen.
Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. JP 4 101 201 B2
Patentdokument 2: Internationale Veröffentlichung Nr.WO 00/ 13 290 A1
Patentdokument 3: JP 2002 - 354 677 A
Patentdokument 4: DE 10 2008 034 989 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Wie oben beschrieben, gilt bei einem in dem Patentdokument 1 beschriebenen Energieeinspeisungs-System Folgendes: Gemäß dem Betriebsverfahren für verteilte Energieversorgungen wird die Steuerung so durchgeführt, dass dann, wenn eine Mehrzahl von verteilten Energieversorgungen auf selbsterhaltende Weise betrieben werden, eine verteilte Energieversorgung, die eine Speicherbatterie enthält, als AC-Spannungsquelle betrieben wird, und die anderen verteilten Energieversorgungen als AC-Stromquellen betrieben werden. Was die verteilte Energieversorgung anbelangt, die als eine AC-Spannungsquelle betrieben wird, können ein Überschuss oder eine Knappheit an Leistung, die einer Last zugeführt wird, bestimmt werden, und der Ladeleistungswert oder der Entladungs-Leistungswert können gesteuert werden.
Was die verteilten Energieversorgungen anbelangt, die als AC-Stromquellen betrieben werden, kann jedoch ein Überschuss oder eine Knappheit an Leistung, die der Last zugeführt wird, nicht bestimmt werden. Daher ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass für die verteilten Energieversorgungen, die als AC-Stromquelle betrieben werden, der Zuführungsleistungswert nicht gemäß der Leistung gesteuert werden kann, die von der Last verwendet wird.
Insbesondere für den Fall, dass eine Mehrzahl von verteilten Energieversorgungen, die als AC-Stromquellen betrieben werden, Speicherbatterien enthält, ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass es unmöglich ist, eine Steuerung durchzuführen, bei welcher Energie bevorzugt aus einer bestimmten Speicherbatterie entladen wird. Folglich ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass der Entladewert von einer Speicherbatterie, bei welcher der Ladezustand klein ist, nicht beschränkt werden kann oder dergleichen.
Bei der Parallelbetrieb-Vorrichtung, die in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, wird die Amplitude der AC-Spannung der Haupt-Energieversorgung so eingestellt, dass sie größer ist als diejenige der Zusatz-Energieversorgung, und der Ausgang der AC-Energieversorgung wird einer mit Dioden verdrahteten Oder-Schaltung unter Verwendung eines Schalters unterzogen. Im Normalbetrieb, bei welchem Energie von einem Energiesystem zugeführt wird, gilt Folgendes: Falls Energie normal von der Haupt-Energieversorgung zugeführt wird, wird die Energiezufuhr von der Haupt-Energieversorgung durchgeführt.
Falls andererseits die Haupt-Energieversorgung ausgefallen ist, kann die Energiezufuhr von der Haupt-Energieversorgung auf die Zusatz-Energieversorgung umgeschaltet werden, und zwar ohne unmittelbare Unterbrechung. Es besteht jedoch ein dahingehendes Problem, dass der Wert der Ausgangsleistung von jeder Energieversorgung nicht gesteuert werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verteilte Energieversorgungsvorrichtung anzugeben, die dazu imstande ist, im selbsterhaltenden Betrieb, bei welchem eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen Energie einer Last auf eine koordinierte Weise zuführen, den Wert der Ausgangsleistung von jeder verteilten Energieversorgung auf der Basis des Energieerzeugungswerts einer Solarbatterie, dem Ladezustand einer Speicherbatterien, dem Leistungs-Erzeugungswert von einem Wechselrichter und dergleichen zu steuern.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energie-Umwandlungsvorrichtung anzugeben, die dazu imstande ist, indem sie den Wert der Zuführungsleistung zu einer Last auf der Basis der Priorität gemäß dem Leistungs-Erzeugungswert und dem Ladezustand von energieerzeugenden Einrichtungen, wie z. B. einer Solarbatterie und einer Speicherbatterien einstellt, die erzeugte Leistung der Solarbatterie oder dergleichen maximal auszunutzen und das Steuern der Entladeleistung von der Speicherbatterie zu minimieren.
Wege zum Lösen der Probleme
Eine Energie-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Energie-Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von DC-Energie einer ersten DC-Energieversorgung, die außerhalb angeschlossen ist, in AC-Energie, und zum Zuführen der AC-Energie zu einer Last, die mit einem Energiesystem verbunden ist, wobei die Energie-Umwandlungsvorrichtung Folgendes aufweist: eine erste DC/DC-Umsetzereinheit zum Umwandeln einer ersten DC-Spannung, die von der ersten DC-Energieversorgung ausgegeben wird, in eine zweite DC-Spannung ; eine Wechselrichtereinheit, die die zweite DC-Spannung erhält, die von der ersten DC/DC-Umsetzereinheit ausgegeben wird, und die die erhaltene zweite DC-Spannung in AC-Spannung umwandelt, oder die AC-Spannung in die zweite DC-Spannung umwandelt, eine erste Steuerungseinheit für die DC/DC-Umsetzung zum Steuern der ersten DC/DC-Umsetzereinheit ; eine Wechselrichter-Steuerungseinheit zum Steuern der Wechselrichtereinheit; und eine Erzeugungseinheit für den AC-Span-nungssollwert zum Erzeugen eines Sollwerts für die AC-Spannung, die als eine Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung für die Wechselrichter dient; wobei die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert eine Amplitude der AC-Spannung als den Sollwert für die AC-Spannung gemäß einem Leistungswert der ersten DC-Energieversorgung bestimmt, wenn der selbsterhaltende Betrieb durchgeführt wird, für den Fall, dass eine Abkopplung von dem Energiesystem vorliegt, und den Sollwert für die AC-Spannung erzeugt, die als Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung dient; wobei die Wechselrichter-Steuerungseinheit eine Spannungssteuerung für die Wechselrichtereinheit durchführt, so dass die AC-Spannung, die die Amplitude der AC-Spannung hat, die von der Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert bestimmt wurde, von der Wechselrichtereinheit ausgegeben wird.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der Energie-Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Wenn Energie von einer Mehrzahl von verteilten Energieversorgungen an eine Last zugeführt wird, kann erzeugte Energie von einer Solarbatterie oder dergleichen, die natürliche Energie in elektrische Energie umwandelt, bevorzugt der Last zugeführt werden, ohne eine Schnittstelle, wie z. B. eine Kommunikation zu verwenden. Folglich ergibt sich eine dahingehende Wirkung, dass ein unnötiges Entladen von einer Speicherbatterie vermieden wird.
Für den Fall beispielsweise, dass der Last zuzuführende Energie nicht durch erzeugte Energie der Solarbatterie zugeführt werden kann, gilt beispielsweise Folgendes: Wenn ein Wechselrichter in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gesteuert wird, die eine Speicherbatterie mit wenig verbleibender Energie hat, wird die Amplitude der AC-Spannung als ein Sollwert für die Amplitude der AC-Spannung verringert. Folglich kann eine Prioritätsreihenfolge für die zu entladende Energie eingestellt werden. Folglich werden Unannehmlichkeiten vermieden, bei welchen eine Speicherbatterie mit kleiner Kapazität als erstes entleert wird und die Energie-Umwandlungsvorrichtung unterbrochen wird.
Selbst in einem solchen Fall, in welchem augenblicklich eine große Leistung infolge einer starken Lastschwankung zugeführt wird, kann die Energie auf eine verteilte Weise von einer Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen zugeführt werden. Folglich ergibt sich eine dahingehende Wirkung, dass ein Fortführen des Betriebs ermöglicht wird, ohne dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung infolge von Überlast unterbrochen wird.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines verteilten Energieversorgungssystems, das aus einer Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen und Lasten gebildet ist, bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Systemkonfiguration einer jeden Energie-Umwandlungsvorrichtung bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration einer ersten Steuerungsschaltung zeigt, die in 2 dargestellt ist.
4 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration einer zweiten Steuerungsschaltung zeigt, die in 2 dargestellt ist.
5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration einer dritten Steuerungsschaltung zeigt, die in 2 dargestellt ist.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozedur eines Verfahrens zum Auswählen einer Haupteinheit (Master) und einer Hilfseinheit (Slave) unter den Energie-Umwandlungsvorrichtungen zeigt, bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Aktivierungsprozess im selbsterhaltenden Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung bei der Ausführungsform 1 zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das dem Prozess in 7 folgt, und das den Aktivierungsprozess im selbsterhaltenden Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung bei der Ausführungsform 1 zeigt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Haupteinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 1 zeigt.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das auf 9 folgt und den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Haupteinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 1 zeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Hilfseinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 1 zeigt.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das auf 11 folgt und den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Hilfseinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 1 zeigt.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das den Inhalt eines Prozesses zum Durchführen einer Phasendetektion auf der Basis einer Wellenform der AC-Spannung im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 1 zeigt.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Verfahren zum Detektieren einer Phase aus der Wellenform der AC-Spannung bei der Ausführungsform 1 zeigt.
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das das Arbeitsprinzip zum proportionalen Verteilen der Ausgangsleistungswerte der Energie-Umwandlungsvorrichtungen im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 1 zeigt.
16 ist ein erläuterndes Diagramm, das das Arbeitsprinzip zum proportionalen Verteilen der Ausgangsleistungswerte der Energie-Umwandlungsvorrichtungen im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 1 zeigt.
17 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Weise zum Bestimmen eines Prioritätsfaktors zeigt, der zum Berechnen des Spannungs-Effektivwerts der Energie-Umwandlungsvorrichtung bei der Ausführungsform 1 zeigt.
18 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur zum Berechnen der effektiven Spannung zeigt, die aus der DC/AC-Umsetzerschaltung im selbsterhaltenden Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung ausgegeben werden soll, bei der Ausführungsform 1.
19 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Systemkonfiguration einer jeden Energie-Umwandlungsvorrichtung bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration einer dritten Steuerungsschaltung einer Energie-Umwandlungsvorrichtung bei der Ausführungsform 3 zeigt.
21 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Haupteinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsforrn 3 zeigt.
22 ist ein Ablaufdiagramm, das auf 21 folgt und den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Haupteinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 3 zeigt.
23 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Hilfseinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 3 zeigt.
24 ist ein Ablaufdiagramm, das auf 23 folgt und den Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Hilfseinheit im selbsterhaltenden Betrieb bei der Ausführungsform 3 zeigt.
25 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Simulationsergebnis zeigt, welches das Verhältnis zwischen der Blindleistung und einer Phase in der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Hilfseinheit zeigt, und zwar für den Fall, dass eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen in einer koordinierten Weise gesteuert werden, bei der Ausführungsform 3.
26 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Simulationsergebnis der Leistungen zeigt, die von den jeweiligen Energie-Umwandlungsvorrichtungen als eine Haupteinheit und eine Hilfseinheit ausgegeben werden, und zwar für den Fall, dass zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen auf koordinierte Weise gesteuert werden.
27 ist ein vergrößertes Kennliniendiagramm, das die Nähe einer optimalen Phase zeigt, bei welcher die Ausgangsleistungen der Haupteinheit und der Hilfseinheit im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, und zwar in dem in 26 gezeigten Simulationsergebnis.
28 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Steuerungsschaltung für die Blindleistung-Minimierung bei der Ausführungsform 3 zeigt.
29 ist ein Ablaufdiagramm, das auf 28 folgt und den Betrieb der Steuerungsschaltung für die Blindleistung-Minimierung bei der Ausführungsform 3 zeigt.
30 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen der Ausgangsleistung der Energie-Umwandlungsvorrichtung zeigt, die als eine Haupteinheit arbeitet, und der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel.
31 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen der Ausgangsleistung der Energie-Umwandlungsvorrichtung zeigt, die als eine Hilfseinheit arbeitet, und der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel.
32 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Berechnen der effektiven Spannung zeigt, die aus der DC/AC-Umsetzerschaltung im selbsterhaltenden Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung ausgegeben werden soll, gemäß Ausführungsform 3.
33 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Berechnen der effektiven Spannung in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3.
34 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Berechnen der effektiven Spannung in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3.

Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsform 1
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines verteilten Energieversorgungssystems, das aus einer Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen und Lasten gebildet ist, bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Das verteilte Energieversorgungssystem in 1 weist Solarpanel 1a bis 1n als Solarbatterie n auf, welche DC-Energieversorgungen sind, Speicherbatterien 2a bis 2n als DC-Speicherbatterien, ein AC-Energiesystem 3, Lasten 4a bis 4x, sowie Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n. Die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n und die Lasten 4a bis 4x sind mit dem Energiesystem 3 über einen Schalter 5 verbunden. Wie in 1 gezeigt, sind die Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n über AC verbunden, und in einem selbsterhaltenden Betrieb, der durchgeführt wird, wenn die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n von dem Energiesystem 3 infolge eines Stromausfalls des Energiesystems 3 oder dergleichen abgekoppelt sind, arbeiten die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n auf eine koordinierten Weise. Nachstehend wird eine solche Konfiguration als ein AC-Koordinationssystem bezeichnet.
In der folgenden Beschreibung sind die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n der vorliegenden Ausführungsform 1 jeweils sowohl mit dem Solarpanel 1, als auch mit der Speicherbatterie 2 als DC-Energieversorgungen zum Zuführen von DC-Energie versehen. Nachstehend wird ein Bezugszeichen 1 verwendet, um kollektiv die Solarpanele 1a bis In ohne Unterscheidung zu bezeichnen, ein Bezugszeichen 2 wird verwendet, um kollektiv die Speicherbatterien 2a bis 2n ohne Unterscheidung zu bezeichnen, ein Bezugszeichen 4 wird verwendet, um kollektiv die Lasten 4a bis 4x ohne Unterscheidung zu bezeichnen, und ein Bezugszeichen 10 wird verwendet, um kollektiv die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n ohne Unterscheidung zu bezeichnen.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Systemkonfiguration einer jeden Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 2, sind das Solarpanel 1, die Speicherbatterie 2, das Energiesystem 3, und die Last 4 mit der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 verbunden. Ein Spannungsmesser 11 misst die DC-Spannung, die von dem Solarpanel 1 ausgegeben wird. Ein Strommesser 12 misst den Strom der von dem Solarpanel 1 ausgegeben wird. Eine erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 wandelt DC-Spannung, die von dem Solarpanel 1 ausgegeben wird, in DC-Busspannung für einen DC-Bus 25 um. Eine erste Steuerungsschaltung 14 steuert die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13.
Ein Spannungsmesser 15 misst die Batteriespannung der Speicherbatterie 2. Ein Strommesser 16 misst den Strom, der von der Speicherbatterie 2 ausgegeben wird. Eine zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 wandelt DC-Spannung, die von der Speicherbatterie 2 ausgegeben wird, in DC-Busspannung für den DC-Bus 25 um. Eine zweite Steuerungsschaltung 18 steuert die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17.
Die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13, die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 und eine (später beschriebene) DC/AC-Umsetzerschaltung 21 sind mit dem DC-Bus 25 verbunden. Die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 wandelt DC-Energie, die von dem DC-Bus 25 zugeführt wird, in AC-Energie um und gibt die AC-Energie an das Energiesystem 3 aus. Ein Spannungsmesser 19 misst die DC-Busspannung des DC-Busses 25. Ein Strommesser 20 misst den Strom, der durch den DC-Bus 25 fließt. Eine dritte Steuerungsschaltung 22 steuert die DC/AC-Umsetzerschaltung 21. Ein Spannungsmesser 23 misst die Systemspannung des Energiesystems 3. Ein Strommesser 24 misst den AC-Strom, der von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird.
Neben einer Konvertierung von DC-Energie, die von dem DC-Bus 25 zugeführt wird, in AC-Energie und einem Ausgeben von AC-Energie an das Energiesystem 3 kann die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 auch AC-Energie, die von dem Energiesystem 3 zugeführt wird, in DC-Energie umwandeln, um die Speicherbatterie 2 über den DC-Bus 25 zu laden.
Folglich weist die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 die Spannungsmesser 11, 15, 19 und 23, die Strommesser 12, 16, 20 und 24, die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13, die erste Steuerungsschaltung 14, die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17, die zweite Steuerungsschaltung 18, die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, die dritte Steuerungsschaltung 22 und den DC-Bus 25 auf. Die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 korrespondiert zu einer Wechselrichtereinheit in den Ansprüchen, und die dritte Steuerungsschaltung 22 korrespondiert zu einer Wechselrichter-Steuerungseinheit in den Ansprüchen.
3 ist ein Blockdiagramm, das die ausführliche Konfiguration der ersten Steuerungsschaltung 14 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 3, steuert eine MPPT-Steuerungsschaltung (maximum power point tracking, Steuerungsschaltung für die Maximalleistungspunkt-Verfolgung) 31 die DC-Spannung des Solarpanels 1 um die von dem Solarpanel 1. erzeugte Leistung maximal zu extrahieren. Eine Spannungs-Steuerungsschaltung 32 steuert die Spannung des Solarpanels 1, so dass sie die von dem Solarpanel 1 extrahierte Leistung steuert. Eine Umschalt-Schaltung 33 schaltet zwischen dem Ausgang der MPPT-Steuerungsschaltung 31 und dem Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 um. Eine vierte Steuerungsschaltung 34 gibt Steuerungsparameter, Steuerungs-Sollwerte und dergleichen für die MPPT-Steuerungsschaltung 31 und die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 aus, und sie verwaltet die Energieerzeugungsbedingung des Solarpanels 1 und dergleichen. Die vierte Steuerungsschaltung 34 gibt auch ein Steuerungssignal für die Umschalt-Schaltung 33 aus.
Die erste Steuerungsschaltung 14 ist aus der MPPT-Steuerungsschaltung 31, der Spannungs-Steuerungsschaltung 32, der Umschalt-Schaltung 33 und der vierten Steuerungsschaltung 34 gebildet.
4 ist ein Blockdiagramm, das die ausführliche Konfiguration der zweiten Steuerungsschaltung 18 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 4 berechnet eine Lade-Steuerungsschaltung 41 einen Befehlswert zum Durchführen einer Ladesteuerung für die Speicherbatterie 2. Eine Entlade-Steuerungsschaltung 42 berechnet einen Befehlswert zum Durchführen der Steuerung der Entladung von der Speicherbatterie 2. Eine Umschalt-Schaltung 43 schaltet zwischen dem Ausgang der Lade-Steuerungsschaltung 41 und dem Ausgang der Entlade-Steuerungsschaltung 42 um. Eine fünfte Steuerungsschaltung 44 gibt Steuerungsparameter, Steuerungs-Sollwerte und dergleichen für die Lade-Steuerungsschaltung 41 und die Entlade-Steuerungsschaltung 42 aus und verwaltet den Ladezustand, den Ladestrom, den Entladungs-Leistungswert und dergleichen der Speicherbatterie 2. Die fünfte Steuerungsschaltung 44 gibt auch ein Steuerungssignal für die Umschalt-Schaltung 43 aus.
Die zweite Steuerungsschaltung 18 ist aus der Lade-Steuerungsschaltung 41, der Entlade-Steuerungsschaltung 42, der Umschalt-Schaltung 43 und der fünften Steuerungsschaltung 44 gebildet.
5 ist ein Blockdiagramm, das die ausführliche Konfiguration der dritten Steuerungsschaltung 22 zeigt.
In 5 erzeugt eine Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 eine Sinuswelle. Eine Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 wählt eine von einer sinusoidalen Wellenform der AC-Spannung von dem Energiesystem 3 und der Sinuswelle aus, die von der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 zugeführt wird. Eine Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert die Phase der Sinuswelle, die von der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ausgegeben wird. Eine Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannungswellenform erzeugt eine Referenz-AC-Spannung als eine Referenz zum Durchführen einer Spannungssteuerung für die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 im selbsterhaltenden Betrieb, und zwar auf der Basis der Phase, die von der Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert wird. Eine Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude gibt einen Prioritätsfaktor zum Bestimmen einer Amplitude der AC-Spannung als einen Sollwert für die AC-Spannung aus, die als Referenz zum Durchführen einer Spannungssteuerung für die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 dient. Eine Multiplikationsschaltung 56 multipliziert die Ausgabe der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung mit der Ausgabe der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude. Eine sechste Steuerungsschaltung 57 steuert die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 und steuert die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude. Die sechste Steuerungsschaltung 57 gibt auch ein Steuerungssignal für die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 aus.
Die dritte Steuerungsschaltung 22 ist aus Folgendem gebildet: Der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51, der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52, der Phasen-Detektionsschaltung 53, der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung, der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude, der Multiplikationsschaltung 56 und der sechsten Steuerungsschaltung 57.
Hierbei entspricht die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 einer Referenz-Sinuswellen-Auswahlschaltung in den Ansprüchen; die Phasen-Detektionsschaltung 53 entspricht einer Phasen-Detektionsschaltung in den Ansprüchen; die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung, die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude und die Multiplikationsschaltung 56 entsprechen einer Erzeugungseinheit 57 für den AC-Spannungssollwert in den Ansprüchen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird angenommen, dass sowohl das Solarpanel 1, als auch die Speicherbatterie 2 als verteilte Energieversorgungen vorgesehen sind, die natürliche Energie verwenden. Es ist nicht notwendigerweise unbedingt nötig, beide zu verwenden, und es versteht sich, dass nur eine davon verwendet werden kann, oder dass eine andere energieerzeugende Einrichtung (z. B. ein Windenergiegenerator oder eine Brennstoffzelle) vorgesehen sein können.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird der Fall beschrieben, in welchem eine stationäre Batterie als die Speicherbatterie 2 verwendet wird. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich die gleiche Wirkung jedoch selbst für den Fall, dass z. B. eine Batterie eines elektrischen Automobils verwendet wird. Für den Fall, dass eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird, verwaltet eine Batterie-Managementeinheit (BMU) den Ladezustand, ob oder ob nicht ein Laden oder ein Entladen durchgeführt werden kann, den maximalen Ladestrom beim Laden und dergleichen, und sie sendet sie an die zweite Steuerungsschaltung 18. Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 gilt Folgendes: Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die zweite Steuerungsschaltung 18 den Ladezustand verwaltet, ob oder ob nicht ein Laden oder ein Entladen durchgeführt werden kann, den maximalen Ladestrom beim Laden und dergleichen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 gilt ferner Folgendes: Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die Steuerungen mittels Hardware implementiert sind. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich jedoch die gleiche Wirkung selbst für den Fall, dass alle oder einige der obigen Schaltungen in Software verwirklicht sind. Die Funktionen der obigen Schaltungen können in Software und Hardware unterteilt werden, um die gleichen Funktionen zu erzielen.
Als nächstes wird der spezifische Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit der obigen Konfiguration beschrieben.
Zunächst wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 im Normalbetrieb beschrieben, d. h. für den Fall, dass Energie normal von dem Energiesystem 3 zugeführt wird.
Wenn die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 aktiviert wird, bestätigt die erste Steuerungsschaltung 14, ob oder ob nicht Energie im Solarpanel 1 erzeugt wird. Insbesondere bestätigt die erste Steuerungsschaltung 14, ob oder ob nicht die Spannung des Solarpanels 1, die von dem Spannungsmesser 11 ausgegeben wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet. Falls die Spannung den vorbestimmten Wert überschreitet, benachrichtigt die erste Steuerungsschaltung 14 die dritte Steuerungsschaltung 22, dass eine Energieerzeugung von dem Solarpanel 1 durchgeführt werden kann.
Wenn die Benachrichtigung empfangen worden ist, bestätigt die dritte Steuerungsschaltung 22, dass sich das Energiesystem 3 nicht in einem Stromausfall-Zustand befindet. Wenn bestätigt wird, dass sich das Energiesystem 3 nicht in einem Stromausfall-Zustand befindet, aktiviert die dritte Steuerungsschaltung 22 die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 und weist die erste Steuerungsschaltung 14 an, die Energieerzeugung mittels des Solarpanels 1 durchzuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird im Normalbetrieb die DC-Busspannung des DC-Busses 25 durch die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 verwaltet. Was die Energie anbelangt, die in das Energiesystem 3 hinein rückgewonnen wird, wird die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 durch Stromsteuerung verwaltet, so dass das Gesamtsystem betrieben wird.
Wenn die dritte Steuerungsschaltung 22 den Befehl zum Beginnen der Stromerzeugung durch das Solarpanel 1 ausgegeben hat, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14 die MPPT-Steuerungsschaltung 31 dazu an, die Maximalleistungspunkt-Verfolgung (nachstehend als MPPT-Steuerung bezeichnet) für das Solarpanel 1 zu beginnen. Nachstehend wird das MPPT-Steuerungsverfahren kurz beschrieben.
Bei der MPPT-Steuerung wird eine sogenannte Gradientenmethode bzw. Hill-Climbing-Methode verwendet. Das heißt, ob der letzte Befehlswert erhöht oder verringert worden ist, im Vergleich zu dem Befehlswert, bevor der letzte verwaltet worden ist. Dann wird die erzeugte Leistung des Solarpanels 1, die zu diesem Zeitpunkt gemessen wird, mit der erzeugten Leistung des Solarpanels 1 verglichen, die beim letzten Mal gemessen worden ist. Falls sich der Leistungs-Erzeugungswert erhöht hat, wird der Befehlswert in die gleiche Richtung wie beim letzten Mal verändert. Als ein Ergebnis der Messung des Energieerzeugungswerts zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Für den Fall, dass sich der Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 erhöht hat, wird falls sich der Befehlswert beim letzten Mal im Vergleich zu dem Befehlswert vor dem letzten erhöht hat, der Befehlswert zu diesem Zeitpunkt so gesteuert, dass er sich erhöht. Falls der Befehlswert beim letzten Mal im Vergleich zu dem Befehlswert vor dem letzten abgenommen hat, wird der Befehlswert zu diesem Zeitpunkt so gesteuert, dass er sich verringert.
Andererseits gilt für den Fall, dass sich der Leistungs-Erzeugungswert als Ergebnis eines Vergleichs zwischen der erzeugten Leistung des Solarpanels 1 die zu diesem Zeitpunkt gemessen wird, und der erzeugten Leistung des Solarpanels 1 die beim letzten Mal gemessen worden ist, verringert hat, Folgendes: Falls der Befehlswert beim letzten Mal im Vergleich zu dem Befehlswert vor dem letzten zugenommen hat, wird der Befehlswert zu diesem Zeitpunkt so gesteuert, dass er abnimmt, und falls der Befehlswert beim letzten Mal abgenommen hat im Vergleich zu dem Befehlswert vor dem letzten, wird der Befehlswert zu diesem Zeitpunkt so gesteuert, dass er zunimmt. Durch eine solche Steuerung wird das Solarpanel 1 so gesteuert, dass die Ausgangsleistung maximiert wird.
Bei der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 wird ein darin vorgesehener Aufwärtswandler auf der Basis eines Befehlswerts gesteuert, der von der ersten Steuerungsschaltung 14 ausgegeben wird, so dass die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 DC-Spannung (z. B. für den Fall, dass eine Leistung von 4 kW erzeugt wird, 200 V bis 230 V), die von dem Solarpanel 1 ausgegeben wird, in DC-Busspannung (z. B. 350 V) für den DC-Bus 25 um und gibt die DC-Busspannung aus.
Wenn die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 damit beginnt, die erzeugte Leistung des Solarpanels 1 zuzuführen, dann steuert die dritte Steuerungsschaltung 22 die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 so, dass sie die Leistung ausgibt (regeneriert), die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, und zwar an das Energiesystem 3. Insbesondere gilt Folgendes: Während die DC-Busspannung des DC-Busses 25 überwacht wird, wird, falls die DC-Busspannung einen Steuerungs-Sollwert übersteigt, die Leistung synchronisiert mit einer Wellenform der AC-Spannung ausgegeben, die von dem Energiesystem 3 zugeführt wird.
Die dritte Steuerungsschaltung 22 gibt außerdem einen Befehl zum Laden und Entladen der Speicherbatterie 2 aus. Wenn sie eine Anforderung der Übertragungs-Statusinformation über die Speicherbatterie 2 von einem (nicht dargestellten) Energieverwaltungs-Server in einem Zuhause empfangen hat (nachstehend als „HEMS“ - Heimenergie-Management-System bezeichnet), bezieht die dritte Steuerungsschaltung 22 Statusinformationen, wie z. B., ob oder ob nicht das Laden oder Entladen durchgeführt werden kann, sowie den Ladezustand über die Speicherbatterie 2 von der zweiten Steuerungsschaltung 18. In Antwort darauf berichtet die dritte Steuerungsschaltung 22 an das (nicht dargestellte) HEMS das Ergebnis der Bestimmung, ob oder ob nicht das Laden oder Entladen durchgeführt werden kann, sowie den maximalen Entladungs-Leistungswert oder den maximalen Ladeleistungswert. Auf der Basis der Statusinformation setzt das (nicht dargestellte) HEMS einen Entladebefehl (inklusive einem Entladungs-Leistungswert-Befehlswert) oder einen Ladebefehl (inklusive einem Ladeleistungswert-Befehlswert) für die Speicherbatterie 2 ab, und zwar an die dritte Steuerungsschaltung 22.
Wenn sie den Entladebefehl von dem (nicht dargestellten) HEMS empfangen hat, gibt die dritte Steuerungsschaltung 22 einen Entladebefehl und einen Entladungs-Leistungswert an die zweite Steuerungsschaltung 18 aus. Wenn sie den Entladebefehl von der dritten Steuerungsschaltung 22 empfangen hat, gibt die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 einen Entlade-Startbefehl und den Entladungs-Leistungswert an die Entlade-Steuerungsschaltung 42 aus. Zu diesem Zeitpunkt gibt die fünfte Steuerungsschaltung 44 auch einen Befehl an die Umschalt-Schaltung 43 aus, um einen Steuerungs-Befehlswert auszuwählen, der von der Entlade-Steuerungsschaltung 42 ausgegeben wird.
Wenn sie den Entlade-Startbefehl empfangen hat, der von der fünften Steuerungsschaltung 44 ausgegeben worden ist, dann berechnet die Entlade-Steuerungsschaltung 42 demgemäß die Entladeleistung von der Speicherbatterie 2, und zwar auf der Basis der Spannungsinformation und Strominformation, die von dem Spannungsmesser 15 und dem Strommesser 16 eingegeben worden sind, und sie führt eine Steuerung aus, so dass das Ergebnis der Berechnung den Entladungs-Leistungswert-Befehlswert annimmt. Außerdem bezieht die Entlade-Steuerungsschaltung 42 Statusinformationen über die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 und sendet das Bezugsergebnis an die fünfte Steuerungsschaltung 44.
Die fünfte Steuerungsschaltung 44 sendet regelmäßig Statusinformationen über die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 und Statusinformationen über die Speicherbatterie 2 an die dritte Steuerungsschaltung 22. Wenn der Steuerungs-Befehlswert von der Entlade-Steuerungsschaltung 42 in die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 über die Umschalt-Schaltung 43 eingegeben wird, dann wandelt die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 DC-Spannung (z. B. für den Fall eines Haushalts 140 V bis 210 V), die von der Speicherbatterie 2 ausgegeben wird, in DC-Busspannung (z. B. 350 V) für den DC-Bus 25 um und gibt die DC-Busspannung aus. Die Ausgabe der Speicherbatterie 2, die so in DC-Spannung konvertiert worden ist, wird dem Energiesystem 3 über die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 zugeführt.
Wenn sie den Ladebefehl von dem (nicht dargestellten) HEMS empfangen hat, gibt die dritte Steuerungsschaltung 22 wiederum einen Ladebefehl und einen Ladeleistungswert (Ladestrom) an die zweite Steuerungsschaltung 18 aus. Wenn sie den Ladebefehl von der dritten Steuerungsschaltung 22 empfangen hat, gibt die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 demgemäß einen Lade-Startbefehl und den Ladeleistungswert an die Lade-Steuerungsschaltung 41 aus.
Zu diesem Zeitpunkt gibt die fünfte Steuerungsschaltung 44 auch einen Befehl an die Umschalt-Schaltung 43 aus, um einen Steuerungs-Befehlswert auszuwählen, der von der Lade-Steuerungsschaltung 41 ausgegeben wird. Wenn sie den Lade-Startbefehl von der dritten Steuerungsschaltung 22 empfangen hat, führt die Lade-Steuerungsschaltung 41 eine Steuerung aus, so dass der Ladestrom zu der Speicherbatterie 2 einen Befehlswert annimmt (einen Wert, der erhalten wird, indem der Ladeleistungswert-Befehlswert von der Speicherbatterie-Spannungsinformation, die von dem Spannungsmesser 15 eingegeben wird), und zwar auf der Basis der Strominformation, die von dem Strommesser 16 eingegeben wird.
Wenn die Speicherbatterie 2 geladen wird, gilt hierbei Folgendes: Falls die Ladeleistung von der Energieerzeugung durch das Solarpanel 1 gedeckt ist, wird die Überschussleistung in das Energiesystem 3 hinein rückgewonnen. Wenn andererseits die Ladeleistung infolge einer Knappheit von erzeugter Energie des Solarpanels 1 nicht abgedeckt werden kann, wird die notwendige Leistung von dem Energiesystem 3 aus zugeführt. Falls insbesondere die DC-Busspannung des DC-Busses 25, die von dem Spannungsmesser 19 ausgegeben wird, niedriger als ein Steuerungs-Sollwert ist, dann entnimmt die dritte Steuerungsschaltung 22 die Leistung (Betriebsleistung) aus dem Energiesystem 3 in die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10.
Folglich wird im Normalbetrieb zwischen Leistungsbetrieb und Regeneration auf der Basis der DC-Busspannung des DC-Busses 25 umgeschaltet, die von dem Spannungsmesser 19 detektiert wird. Die dritte Steuerungsschaltung 22 detektiert, ob oder ob nicht sich das Energiesystem 3 in einem Stromausfall Zustand befindet, und zwar auf der Basis von: Messergebnissen, die von dem Spannungsmesser 23 und dem Strommesser 24 ausgegeben werden, welche die Systemspannung und den Systemstrom des Energiesystems 3 messen; und der Ausgangsleistungsphase der Ausgangsleistung, die von dem Energiesystem 3 ausgegeben wird.
Wenn sie den Stromausfall des Energiesystems 3 detektiert hat, gibt die dritte Steuerungsschaltung 22 Befehle an die erste Steuerungsschaltung 14 und die zweite Steuerungsschaltung 18 aus, um den Betrieb der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 und den Betrieb der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 17 zeitweise zu unterbrechen. Wenn sie die Befehle empfangen hat, dann unterbrechen die erste Steuerungsschaltung 14 und die zweite Steuerungsschaltung 18 den Betrieb der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 und den Betrieb der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 17, und sie geben diese Tatsache an die dritte Steuerungsschaltung 22 aus. Wenn sie bestätigt haben, dass der Betrieb der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 und der Betrieb der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 17 unterbrochen sind, dann unterbricht die dritte Steuerungsschaltung 22 demzufolge zeitweise den Betrieb der DC/AC-Umsetzerschaltung 21.
Wenn ein Stromausfall des Energiesystems 3 detektiert wird, dann wird folglich der Betrieb der ersten und der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 und 17 und der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 sämtlich zeitweise unterbrochen. Der Grund dafür ist bei der vorliegenden Ausführungsform 1, dass sichergestellt wird, dass nur eine Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 die Referenz-AC-Spannung während des Stromausfalls erzeugt. Daher ist es notwendig, einmal eine Situation zu erzeugen, in welcher die AC-Spannung überhaupt nicht dem Energiesystem 3 zugeführt wird.
Anschließend wird der selbsterhaltende Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 zur Zeit des Stromausfalls beschrieben.
Wenn ein Stromausfall des Energiesystems 3 detektiert wird, wird der Schalter 5 geöffnet, um die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n und die Lasten 4a bis 4x im Zuhause von dem Energiesystem 3 zu trennen. Wenn die Trennung von dem Energiesystem 3 bestätigt worden ist, dann beginnen die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n mit dem selbsterhaltenden Betrieb.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird eine der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n dazu ausgewählt, als eine Quelle zum Erzeugen der Referenz-AC-Spannung im selbsterhaltenden Betrieb betrieben zu werden. Nachstehend wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die als eine Quelle zum Erzeugen der Referenz-AC-Spannung betrieben wird, als Haupteinheit (Master) bezeichnet, und die anderen Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, die synchronisiert mit der Phase der Referenz-AC-Spannung betrieben werden, die von der Haupteinheit ausgegeben wird, werden als Hilfseinheiten (Slaves) bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird angenommen, dass eine Mehrzahl von Hilfseinheiten koordiniert mit einer Haupteinheit betrieben werden.
Hierbei wird grundsätzlich eine Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die die Speicherbatterie 2 hat, bevorzugt als Haupteinheit ausgewählt. Der Grund dafür ist der Folgende.
Die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Haupteinheit muss die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 durch Spannungssteuerung betreiben, um die Referenz-AC-Spannung zu erzeugen. Für den Fall, dass hier die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 durch Spannungssteuerung in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 betrieben wird (PV-Leistungsaufbereiter), die die Speicherbatterie 2 nicht hat, sondern nur das Solarpanel 1 als eine DC-Energieversorgung hat, dann wird die DC-Busspannung des DC-Busses 25 von der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 verwaltet.
In diesem Fall gilt Folgendes: Um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 so zu steuern, dass sie die vorbestimmte Spannung wird, muss die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 durch Spannungssteuerung betrieben werden, wobei die DC-Busspannung des DC-Busses 25 so gesteuert wird, dass sie konstant ist, und nicht durch MPPT-Steuerung zum maximalen Extrahieren von Leistung, die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird. Folglich ergibt sich für den Fall, dass die DC/DC-Umsetzerschaltung 13, die mit dem Solarpanel 1 verbunden ist, durch Spannungssteuerung betrieben wird, ein dahingehendes Problem, dass die MPPT-Steuerung zum maximalen Extrahieren von Leistung, die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, nicht durchgeführt werden kann.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform 1 die Auswahl der Haupteinheit zum Zeitpunkt der Aktivierung so durchgeführt, dass zumindest so weit wie möglich verhindert wird, dass diejenige Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 eine Haupteinheit wird, welche die Speicherbatterie 2 nicht hat. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, welche die Speicherbatterie 2 nicht hat, eine Haupteinheit wird, und es ergibt sich eine dahingehende Wirkung, dass es ermöglicht wird, dass die erzeugte Leistung des Solarpanels 1 selbst im selbsterhaltenden Betrieb maximal genutzt wird.
Unter Bezugnahme auf das in 6 gezeigte Ablaufdiagramm wird nachstehend die Prozedur der Auswahl der Haupteinheit /Hilfseinheit der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 bei der vorliegenden Ausführungsform 1 beschrieben. In der folgenden Beschreibung gibt der Buchstabe S jeden Prozessschritt an.
Wenn ein Stromausfall detektiert wird (S1), dann bestätigt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 die Art der verteilten Energieversorgung, die angeschlossen ist (S2) Insbesondere bestätigt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, welche Art von verteilter Energieversorgung angeschlossen ist, z. B. das Solarpanel 1, die Speicherbatterie 2 oder eine (nicht dargestellte) Brennstoffzelle.
Wenn die Art der angeschlossenen verteilten Energieversorgung bestätigt worden ist, wird eine Priorität eingestellt (S3). Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform 1 werden Prioritäten bestimmt, so dass die höchste Priorität der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit der Speicherbatterie 2 zugewiesen wird, und anschließend werden das elektrische Automobil und dann das Solarpanel priorisiert. In dem Fall, in welchem es eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 gibt, welche die Speicherbatterien 2 haben, werden die Bereitschaftszeiten zufällig unter Verwendung einer Zufallszahl-Tabelle oder dergleichen eingestellt, um eine Differenz der Zeit zu bewirken, die zur Inbetriebnahme im selbsterhaltenden Betrieb benötigt wird, und zwar unter den Vorrichtungen 10, wie später beschrieben.
Der Grund dafür, dass - wie oben beschrieben - die höchste Priorität der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 zugewiesen wird, welche die Speicherbatterie 2 hat und anschließend das elektrische Automobil und dann das Solarpanel priorisiert werden, ist der folgende.
Beim selbsterhaltenden Betrieb ist es für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit die Referenz-AC-Spannung erzeugt, notwendig, die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 durch Spannungssteuerung zu steuern. Die Spannungssteuerung für die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, die bei der vorliegenden Ausführungsform 1 beschrieben ist, wird so durchgeführt, dass die Wellenform der AC-Spannung, die von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird, mit der Wellenform der Referenz-AC-Spannung übereinstimmt, die in der dritten Steuerungsschaltung 22 erzeugt wird. Daher muss die DC-Busspannung des DC-Busses 25 in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 entweder durch die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 oder durch die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 verwaltet werden. In diesem Fall gilt Folgendes: Um die von dem Solarpanel 1 erzeugte Leistung maximal zu extrahieren, ist es notwendig, eine MPPT-Steuerung für die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 durchzuführen. Daher wird die DC-Busspannung des DC-Busses 25 hauptsächlich durch die zweite Steuerungsschaltung 18 verwaltet, die für die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 vorgesehen ist.
Für den Fall, dass die DC-Busspannung des DC-Busses 25 kleiner ist als der Steuerungs-Sollwert, wird Leistung, die nicht von der Leistung abgedeckt werden kann, die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, aus der Speicherbatterie 2 entladen, um die Leistung zuzuführen. Im Gegensatz dazu wird für den Fall, dass die DC-Busspannung höher als die Sollspannung ist, unter Berücksichtigung, dass es Überschussleistung in der erzeugten Leistung des Solarpanels 1 gibt, die Speicherbatterie 2 mit der Überschussleistung geladen. Auch für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 nur die Speicherbatterie 2 hat, wird im selbsterhaltenden Betrieb, falls die DC-Busspannung des DC-Busses 25 höher ist als der Steuerungs-Sollwert und es Überschussleistung gibt, die Speicherbatterie 2 mit der Überschussleistung geladen.
Indem die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die die Speicherbatterie 2 hat, als eine Haupteinheit aktiviert wird, kann folglich für den Fall, dass das Solarpanel 1 in der gleichen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 angeschlossen ist oder auch für den Fall, dass das Solarpanel 1 in einer anderen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 angeschlossen ist, die erzeugte Leistung maximal von beiden Solarpanels 1 extrahiert werden, um dem Energiesystem 3 zugeführt zu werden. Daher kann die erzeugte Leistung eines jeden Solarpanels 1 maximal genutzt werden.
Was ein elektrisches Automobil angeht, gilt Folgendes: Für den Fall, dass ein Benutzer dessen Fahrt unterbricht und das elektrische Automobil als eine Speicherbatterie verwendet, kann der gleiche Betrieb durchgeführt werden, aber für den Fall, dass die Speicherbatterie zum Fahren des Automobils verwendet wird (inklusive dem Fall, dass die Speicherbatterie zum Fahren des Automobils verwendet wird, nachdem der selbsterhaltende Betrieb gestartet worden ist), ist eine Verwendung als Haupteinheit nicht erlaubt. Daher ist die Priorität der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 verringert, die in dem elektrischen Automobil vorgesehen ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 6 gilt Folgendes: Nachdem die Priorität in dem obigen S3 eingestellt worden ist, stellt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 eine Bereitschaftszeit auf der Basis der Priorität ein, die in S3 eingestellt worden ist (S4). Hierbei bezeichnet die Bereitschaftszeit eine Zeit, die benötigt wird, bis die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 im selbsterhaltenden Betrieb in Betrieb genommen wird, seitdem der Stromausfall detektiert worden ist. Für den Fall, dass es eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 für das Energiesystem 3 gibt, gilt Folgendes: Falls die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n, nach der Detektion des Stromausfalls jeweils willkürlich in Betrieb gehen, ohne Bereitschaftszeiten vorzusehen, dann geht eine Mehrzahl von Haupteinheiten in dem Energiesystem 3 in Betrieb, und ein zuverlässiger Koordinationsbetrieb kann nicht durchgeführt werden.
Unter Berücksichtigung des oben Beschriebenen gilt bei der vorliegenden Ausführungsform 1 Folgendes: Für jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wird eine willkürliche Zeit (z. B. eine Zeit von 5 Sekunden bis 20 Sekunden) unter Verwendung einer Zufallszahl-Tabelle oder dergleichen eingestellt, um eine Differenz der Zeit zu bewirken, die für die Inbetriebnahme im selbsterhaltenden Betrieb unter den Vorrichtungen 10 benötigt wird. Selbst wenn es eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 gibt, die die Speicherbatterien 2 haben, ist es folglich möglich, eine Zeitdifferenz unter den Vorrichtungen 10 zu bewirken. Danach wird Zeitversatz (z. B. 0 Sekunden für die Speicherbatterie 2 mit der höchsten Priorität, 20 Sekunden für das elektrische Automobil, 40 Sekunden für das Solarpanel 1) eingestellt, und zwar auf der Basis der Priorität, die in S3 eingestellt worden ist, der Zeitversatz auf der Basis der Priorität wird zu der bestimmten zufälligen Zeit addiert, und die sich ergebende Zeit wird schließlich als die Bereitschaftszeit eingestellt.
Nachdem die Bereitschaftszeit in dem obigen S4 eingestellt worden ist, bestätigt jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, ob die Bereitschaftszeit bereits verstrichen ist (S5). Falls die Bereitschaftszeit noch nicht verstrichen ist, überprüft die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 das Energiesystem 3, um zu bestätigen, ob eine weitere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit aktiviert ist (S8). Falls hier eine andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit aktiviert ist, beginnt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit der Aktivierung als eine Hilfseinheit . Falls beliebige andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 nicht als eine Haupteinheit in S8 aktiviert sind, springt der Prozess zu S5 zurück. Falls die Bereitschaftszeit in S5 verstrichen ist, bestätigt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, ob eine andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit aktiviert ist (S6). Falls hier eine andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit aktiviert ist, beginnt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit der Aktivierung als eine Hilfseinheit (S9). Falls andererseits beliebige Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 nicht als eine Haupteinheit aktiviert sind, beginnt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit der Aktivierung als eine Haupteinheit (S7).
Die Bestätigung, ob eine andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit in S6 oder S8 aktiviert ist, wird auf der Basis durchgeführt, ob die AC-Spannung in dem Energiesystem 3 erzeugt wird. Falls die AC-Spannung erzeugt wird, wird deren effektive Spannung berechnet, und falls die effektive Spannung gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird bestimmt, dass eine andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit aktiviert ist.
Da die Haupteinheit wie oben beschrieben bestimmt wird, gilt selbst in einem solchen verteilten Energieversorgungssystem, in welchem eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 vorgesehen sind, wie in 1 gezeigt, Folgendes: Indem die Aktivierungszeitpunkte der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, die als eine Haupteinheit aktiviert werden sollen, angemessen versetzt werden, kann es verhindert werden, dass eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 gleichzeitig als Haupteinheiten aktiviert werden, und es wird möglich, zu bewirken, dass die Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 Energie dem Energiesystem 3 synchronisiert mit der AC-Spannung zuführen, die von einer Haupteinheit im selbsterhaltenden Betrieb erzeugt wird. Beim Versetzen der Aktivierungszeitpunkte einer jeden Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 fügt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 einen Zeitversatz in Abhängigkeit der Art einer darin enthaltenen Energieversorgungseinrichtung im Voraus hinzu. Dadurch ergibt sich eine dahingehende Wirkung, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, an welche eine Energieversorgungseinrichtung angeschlossen ist, die eine hohe Priorität hat, bevorzugt als eine Haupteinheit aktiviert werden kann.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 7 und 8 die Aktivierungsprozedur einer jeden Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 im selbsterhaltenden Betrieb beschrieben. Wenn ein Stromausfall detektiert wird (S11), dann unterbricht die sechste Steuerungsschaltung 57, die in der dritten Steuerungsschaltung 22 vorgesehen ist, den Betrieb ihrer eigenen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 (S12), und sie bestätigt den Status (die Panel-Spannung des Solarpanels 1, den Ladezustand der Speicherbatterie 2 und dergleichen) der Energieversorgungseinrichtung, die mit der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 verbunden ist (S13).
Nachdem der Zustand der Energieversorgungseinrichtung bestätigt worden ist, wird auf den Befehl eines Benutzers gewartet, in den selbsterhaltenden Betrieb zu wechseln (S14). Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 fordert der Benutzer den selbsterhaltenden Betrieb über das (nicht dargestellte) HEMS an, so dass ein Wechsel in den selbsterhaltenden Betrieb durchgeführt wird.
Wenn die Anforderung für den selbsterhaltenden Betrieb von dem Benutzer eingegeben wird, weist das HEMS jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 dazu an, den selbsterhaltenden Betrieb zu beginnen. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das HEMS den Schalter 5, um die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 und die Lasten 4 von dem Energiesystem 3 zu trennen.
Falls andererseits der Befehl für den selbsterhaltenden Betrieb nicht von dem Benutzer in S14 eingegeben wird, wird bestätigt, ob das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist (S15). Falls das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist, wird zur Rückkehr in den Normalbetrieb jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 einmal angehalten (S24) und wieder aktiviert. Falls das Energiesystem 3 nicht wiederhergestellt ist, springt der Prozess zu S14 zurück.
Falls andererseits die Anforderung zum Aktivieren des selbsterhaltenden Betriebs von dem HEMS im obigen S14 eingegeben wird, dann bestätigt jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, ob sie als eine Haupteinheit oder als eine Hilfseinheit aktiviert werden soll, und zwar gemäß dem in 6 gezeigten Ablaufdiagramm (S16). Falls die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit aktiviert werden soll, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit gemäß den in 9 und 10 gezeigten Ablaufdiagrammen aktiviert, die später beschrieben werden (S17). Nachdem die Aktivierung als Haupteinheit vollständig ist, wird hier die Energiewiederherstellungs-Detektion durchgeführt (S18). Falls eine Energie-Wiederherstellung detektiert wird, wird hier die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 einmal angehalten (S24) und wieder aktiviert, um zum Normalbetrieb zurückzukehren.
Falls andererseits die Energie-Wiederherstellung in S18 nicht detektiert wird, wird bestätigt, ob oder ob nicht eine Unterbrechungsbedingung für die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erfüllt ist (S19). Das heißt, in einem solchen Fall, in welchem das Solarpanel 1 keine Energie erzeugt und der Ladezustand der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder niedriger ist wie ein vorbestimmter Energiespeicherwert oder in welchem eine Überspannung oder ein Überstrom in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 detektiert wird, kann die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 nicht normal aktiviert werden. Daher wird bestätigt, ob oder ob nicht eine solche Unterbrechungsbedingung erfüllt ist. Falls irgendeine Unterbrechungsbedingung nicht erfüllt ist, springt der Prozess zu S18 zurück, um eine Detektion der Energie-Wiederherstellung durchzuführen. Falls andererseits eine Unterbrechungsbedingung für die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erfüllt ist, wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unterbrochen (S24).
Falls andererseits die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 nicht als eine Haupteinheit im obigen S16 aktiviert wird, misst die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 die AC-Spannung (S20), um zu bestätigen, ob die Referenz-AC-Spannung von einer anderen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ausgegeben wird, die zu einer Haupteinheit geworden ist. Insbesondere misst die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 die effektive Spannung des Energiesystems 3, und falls die effektive Spannung gleich groß wie oder größer ist als ein vorbestimmter Wert, wird bestimmt, dass eine Haupteinheit schon aktiviert worden ist. Wenn sie die Aktivierung der Haupteinheit bestätigt hat, beginnt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit der Aktivierung der Hilfseinheit gemäß den in 11 und 12 gezeigten Ablaufdiagrammen, die später beschrieben werden (S21).
Nachdem sie die Aktivierung der Hilfseinheit vervollständigt hat, bestätigt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, ob das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist (S22). Falls eine Energie-Wiederherstellung detektiert wird, wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unterbrochen (S24). Falls andererseits die Energie-Wiederherstellung in S22 nicht detektiert wird, wird bestätigt, ob oder ob nicht eine Unterbrechungsbedingung für die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erfüllt ist (S23). Die Bestätigung einer Unterbrechungsbedingung ist die gleiche wie in dem Fall einer Haupteinheit, wie oben beschrieben (Fall von S19). Falls irgendeine Unterbrechungsbedingung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 nicht in S23 erfüllt ist, springt der Prozess zu S22 zurück. Falls eine Unterbrechungsbedingung in S23 erfüllt ist, wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unterbrochen (S24).
Unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 9 und 10 werden die Einzelheiten der Prozedur der Aktivierung der Haupteinheit (Prozess in S17 und 8) beschrieben.
Wenn die Aktivierung einer Haupteinheit gestartet wird, dann bestätigt die dritte Steuerungsschaltung 22 die Systemspannung, die von dem Spannungsmesser 23 ausgegeben wird, um zu bestimmen, ob ein Stromausfall auftritt (S40). Genauer gesagt: Die effektive Spannung wird gemessen, und falls die effektive Spannung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird bestimmt, dass ein Stromausfall auftritt. Falls bestimmt wird, dass ein Stromausfall nicht auftritt, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder aktiviert, um zum Normalbetrieb zurückzukehren (S41)
Falls andererseits bestimmt wird, dass der Stromausfall in dem obigen S40 auftritt, dann gibt die dritte Steuerungsschaltung 22 eine Anforderung aus, um zu bestätigen, ob die Panel-Spannung des Solarpanels 1 (im Ablaufdiagramm als PV-Panel bezeichnet) gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, so dass die Energieerzeugung bestätigt werden kann, und zwar an die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14. Wenn sie die Anforderung empfangen hat, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 die MPPT-Steuerungsschaltung 31 an, zu bestätigen, ob die Ausgangsspannung des Solarpanes 1, die von dem Spannungsmesser 11 ausgegeben wird, gleich groß wie oder größer ist als ein vorbestimmter Wert. In Antwort auf den Befehl bestätigt die MPPT-Steuerungsschaltung 31 die Spannung des Solarpanels 1, um zu bestimmen, ob die Energieerzeugung durchgeführt werden kann, und sie sendet deren Ergebnis an die vierte Steuerungsschaltung 34 (S42).
Die vierte Steuerungsschaltung 34 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22. Falls das Bestimmungsergebnis angibt, dass die Energieerzeugung durchgeführt werden kann, gilt Folgendes: Um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 an, eine Aktivierung in einem Spannungs-Steuerungsmodus durchzuführen, und sie weist die Umschalt-Schaltung 33 an, den Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 auszuwählen, so dass sie die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 aktiviert (S43).
Nachdem die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S43 aktiviert worden ist, oder falls die Spannung des Solarpanels 1 gleich groß wie oder kleiner ist als die vorbestimmte Spannung in S42 (oder das Solarpanel 1 nicht angeschlossen ist), dann weist die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 dazu an, Energie von der Speicherbatterie 2 zu entladen. Wenn sie den Entladebefehl empfangen hat, weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, zu bestätigen, ob die Spannung, die von dem Spannungsmesser 15 ausgegeben worden ist, gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist (S44).
In Antwort auf den Befehl bestätigt die Entlade-Steuerungsschaltung 42 die Spannung der Speicherbatterie 2, um zu bestimmen, ob das Entladen durchgeführt werden kann, und sie sendet das Ergebnis davon an die fünfte Steuerungsschaltung 44. Die fünfte Steuerungsschaltung 44 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22, und falls das Entladen durchgeführt werden kann - um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren - weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, eine Aktivierung im Spannungs-Steuerungsmodus durchzuführen, und sie weist die Umschalt-Schaltung 43 dazu an, den Ausgang der Entlade-Steuerungsschaltung 42 auszuwählen, so dass die fünfte Steuerungsschaltung 44 die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 aktiviert (S46).
Falls die Spannung der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder kleiner als die vorbestimmte Spannung ist (oder die Speicherbatterie 2 nicht angeschlossen ist), im obigen S44, wird bestätigt, ob die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 für das Solarpanel 1 bereits aktiviert worden ist (S45), und falls die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 noch nicht aktiviert worden ist, springt der Prozess zu S40. zurück.
Falls andererseits bestimmt wird, dass der Ladezustand der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist und das Entladen in dem obigen S44 durchgeführt werden kann und die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 bereits in S46 aktiviert worden ist, oder falls bestimmt wird, dass die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S45 bereits aktiviert worden ist, dann gibt die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 zum Steuern der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 einen Befehl zum Erzeugen einer Wellenform der AC-Spannung aus, die als eine Haupteinheit ausgegeben werden soll. Das heißt, für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Haupteinheit dient, wird die Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 dazu angewiesen, eine Sinuswelle als eine Referenz zu erzeugen. Die sechste Steuerungsschaltung 57 gibt an die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ein Umschalt-Befehlssignal aus, um die Ausgabe der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 auszuwählen und diese auszugeben. In Antwort auf das Umschalt-Befehlssignal schaltet die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 den Ausgang des Spannungsmessers 23, welcher die AC-Spannung misst, die von dem System eingegeben wird, auf den Ausgang der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 um.
Die Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert die Phase der Wellenform der AC-Spannung, die von der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ausgegeben wird. Als ein Phasendetektionsverfahren wird in diesem Fal hier ein Nulldurchgang der Wellenform der AC-Spannung detektiert, die von der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ausgegeben wird, und ein Zeitpunkt, zu welchem der Nulldurchgang detektiert wird, wird an die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung in der nachfolgenden Stufe ausgegeben. Die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt die Referenz-AC-Spannung, indem sie die Phase der AC-Spannung korrigiert, die darin erzeugt wird, und zwar auf der Basis der Information über die Detektionszeit des Nulldurchgangs (S47). Die Einzelheiten eines Phasen-Detektionsprozesses durch die Phasen-Detektionsschaltung 53 wird später beschrieben (siehe das Ablaufdiagramm in 13).
Zu diesem Zeitpunkt gibt auf der Basis eines Befehls von der sechsten Steuerungsschaltung 57 die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude einen Prioritätsfaktor zum Bestimmen einer Amplitude der AC-Spannung als einen Sollwert für die AC-Spannung an die Multiplikationsschaltung 56 aus, so dass der effektive Spannungswert der Wellenform der AC-Spannung z. B. 200 V wird. Die Multiplikationsschaltung 56 multipliziert die Ausgabe der Referenz-AC-Spannung, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt wird, mit dem Prioritätsfaktor von der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude als Verstärkung. Folglich wird eine Wellenform der AC-Spannung erhalten, welche die Amplitude der AC-Spannung hat, die zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert. Dann wird das Ergebnis der Multiplikation an die sechste Steuerungsschaltung 57 ausgegeben. Die sechste Steuerungsschaltung 57 aktiviert die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, so dass die Wellenform der AC-Spannung, die die Amplitude der AC-Spannung hat, welche zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert und von der Multiplikationsschaltung 56 erhalten wird, ausgegeben wird (S48). Dadurch wird die Energie an Stromleitungen ausgegeben, die von dem Energiesystem 3 abgekoppelt sind. Wenn bestätigt worden ist, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Haupteinheit aktiviert worden ist, beginnen die anderen Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 die Aktivierung als Hilfseinheiten.
Der nachfolgende Prozess ist ein Prozess, nachdem die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit aktiviert worden ist, und er wird später beschrieben.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 11 und 12 die Einzelheiten der Prozedur der Hilfseinheit-Aktivierung (der Verarbeitung in S21 in 8) beschrieben.
Wenn die Aktivierung der Hilfseinheit gestartet wird, bestätigt die sechste Steuerungsschaltung 57, die in der dritten Steuerungsschaltung 22 vorgesehen ist, die Systemspannung, die von dem Spannungsmesser 23 ausgegeben worden ist, um zu bestätigen, ob die AC-Spannung von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit zugeführt wird, und sie bestätigt, ob ein Aktivierungsbefehl für den selbsterhaltenden Betrieb von dem (nicht dargestellten) HEMS abgesetzt worden ist (S60). Falls AC-Spannung zugeführt wird und ein Aktivierungsbefehl für den selbsterhaltenden Betrieb nicht von dem HEMS abgesetzt wird, wird bestimmt, dass das System wiederhergestellt ist, und die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wird wieder aktiviert, um zum Normalbetrieb zurückzukehren (S61).
Falls andererseits bestimmt wird, dass ein Stromausfall auftritt, weist wiederum wie in dem Fall der Aktivierung der Haupteinheit die dritte Steuerungsschaltung 22 die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14 dazu an, zu bestätigen, ob die Panel-Spannung des Solarpanels 1 gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, so dass die Energieerzeugung bestätigt werden kann. Wenn sie die Anforderung empfangen hat, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 die MPPT-Steuerungsschaltung 31 demgemäß an, zu bestätigen, ob die Ausgangsspannung des Solarpanels 1, die von dem Spannungsmesser 11 ausgegeben wird, gleich groß wie oder größer ist als ein vorbestimmter Wert (S62). In Antwort auf den Befehl bestätigt die MPPT-Steuerungsschaltung 31 die Spannung des Solarpanels 1, um zu bestimmen, ob die Energieerzeugung durchgeführt werden kann, und sie sendet deren Ergebnis an die vierte Steuerungsschaltung 34.
Die vierte Steuerungsschaltung 34 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22, und falls eine Energieerzeugung bestätigt werden kann, weist - um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren - die vierte Steuerungsschaltung 34 die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 dazu an, die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 in einem Spannungs-Steuerungsmodus zu aktivieren, und sie weist die Umschalt-Schaltung 33 dazu an, den Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 auszuwählen (S63).
Nachdem die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S63 aktiviert worden ist, oder falls die Spannung des Solarpanels 1 gleich groß wie oder kleiner ist als die vorbestimmte Spannung in S62 (oder das Solarpanel 1 nicht angeschlossen ist), dann weist die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 dazu an, Energie von der Speicherbatterie 2 zu entladen. Wenn sie den Entladebefehl empfangen hat, weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, zu bestätigen, ob die Spannung, die von dem Spannungsmesser 15 ausgegeben worden ist, gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
In Antwort auf den Befehl bestätigt die Entlade-Steuerungsschaltung 42 die Spannung der Speicherbatterie 2, um zu bestimmen, ob das Entladen durchgeführt werden kann (S64), und sie sendet das Ergebnis davon an die fünfte Steuerungsschaltung 44. Die fünfte Steuerungsschaltung 44 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22, und falls das Entladen durchgeführt werden kann - um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren - weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, die DC/DC-Umsetzerschaltung 17 im Spannungs-Steuerungsmodus zu aktivieren, und sie weist die Umschalt-Schaltung 43 dazu an, den Ausgang der Entlade-Steuerungsschaltung 42 auszuwählen, so dass die fünfte Steuerungsschaltung 44 die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 aktiviert (S66).
Falls die Spannung der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder kleiner als die vorbestimmte Spannung ist (oder die Speicherbatterie 2 nicht angeschlossen ist), im obigen S64, wird bestätigt, ob die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 für das Solarpanel 1 bereits aktiviert worden ist (S65), und falls die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 noch nicht aktiviert worden ist, springt der Prozess zu S60 zurück.
Falls andererseits bestimmt wird, dass der Ladezustand der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist und das Entladen in dem obigen S64 durchgeführt werden kann und die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 bereits in S66 aktiviert worden ist, oder falls bestimmt wird, dass die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S65 bereits aktiviert worden ist, dann gibt die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 einen Befehl zum Erzeugen einer Wellenform der AC-Spannung aus, die als eine Hilfseinheit ausgegeben werden soll. Das heißt, für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Hilfseinheit dient, gibt die sechste Steuerungsschaltung 57 an die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ein Schaltbefehl-Signal aus, um die Ausgabe des Spannungsmessers 23 auszuwählen, der die AC-Spannung misst, und um diese auszugeben. In Antwort auf das Schaltbefehl-Signal wählt die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 den Ausgang des Spannungsmessers 23 aus, welcher die AC-Spannung misst, die von dem Energiesystem 3 eingegeben wird.
Die Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert anschließend die Phase der Wellenform der AC-Spannung, die von der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ausgegeben wird (S67). Als ein Phasendetektionsverfahren wird in diesem Fall, wie oben beschrieben, ein Nulldurchgang der Wellenform der AC-Spannung detektiert, die von der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ausgegeben wird, und ein Zeitpunkt, zu welchem der Nulldurchgang detektiert wird, wird an die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung in der nachfolgenden Stufe ausgegeben. Die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt die Referenz-AC-Spannung, indem sie die Phase der AC-Spannung korrigiert, die darin erzeugt wird, und zwar auf der Basis der Information über die Detektionszeit des Nulldurchgangs (S68).
Auf der Basis eines Befehls von der sechsten Steuerungsschaltung 57 gibt unterdessen die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude einen Prioritätsfaktor zum Bestimmen einer Amplitude der AC-Spannung als einen Sollwert für die AC-Spannung an die Multiplikationsschaltung 56 aus. Die Multiplikationsschaltung 56 multipliziert die Ausgabe der Referenz-AC-Spannung, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt wird, mit dem Prioritätsfaktor von der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude als Verstärkung. Durch die Ausgabe der Multiplikationsschaltung 56 wird folglich eine Wellenform der AC-Spannung mit der Amplitude der AC-Spannung erhalten, die zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert. Dann wird das Ergebnis der Multiplikation an die sechste Steuerungsschaltung 57 ausgegeben. Die sechste Steuerungsschaltung 57 aktiviert die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, so dass die Wellenform der AC-Spannung, welche die Amplitude der AC-Spannung hat, die zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert und von der Multiplikationsschaltung 56 erhalten wird, ausgegeben wird (S69). Dadurch wird die Energie an Stromleitungen ausgegeben, die von dem Energiesystem 3 abgekoppelt sind.
Der nachfolgende Prozess von S70 bis S74 ist ein Prozess, nachdem die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Hilfseinheit aktiviert worden ist, und er wird später beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 13 und 14 wird als nächstes der Phasen-Detektionsprozess durch die Phasen-Detektionsschaltung 53 besonders beschrieben, die in der dritten Steuerungsschaltung 22 vorgesehen ist.
Wenn die AC-Spannung in die Phasen-Detektionsschaltung 53 eingegeben wird, wird die AC-Spannung eingeführt. Wie in 14 gezeigt, wird in diesem Fall die Wellenform der AC-Spannung abgetastet (Vac(n)), und zwar mit einer bestimmten Abtastperiode Ts (S101).
Nachdem das Abtasten der AC-Spannung in S101 durchgeführt worden ist, wird als nächstes eine Verarbeitung mit einem Tiefpassfilter durchgeführt, um die AC-Spannung Vac(n) nach dem Abtasten gefiltert. Dadurch wird die AC-Spannung Vac(m) in Vac_lpf(n) konvertiert (S102). Das heißt, eine Rauschkomponente wird von der AC-Spannung Vac(n) unter Verwendung eines Filters erster Ordnung mit unendlicher Impulsantwort, eines Filters mehrfacher Ordnung mit endlicher Impulsantwort oder dergleichen entfernt. Anschließend wird die Detektion eines Nulldurchgangs P für die AC-Spannung Vac_lpf(n) durchgeführt, von welcher eine Rauschkomponente entfernt worden ist.
Die Detektionsverarbeitung für den Nulldurchgang P wird beim Anstieg der Wellenform (Sinuswelle) der AC-Spannung durchgeführt. Wie in 14 gezeigt, bestimmt daher z. B. hinsichtlich der AC-Spannungen Vac_lpf(n - 1) und Vac_lpf(n) bei den Zeiten (n - 1) und (n), die Abtastpunkte vor und nach dem Nulldurchgang P sind, die Phasen-Detektionsschaltung 53, ob eine Bedingung von Vac_lpf(n - 1) < 0 und Vac_lpf(n) ≧ 0 erfüllt ist (S103), und sie detektiert die Zeit des Nulldurchgangs P, die die Bedingung erfüllt, mittels linearer Interpolation (S104).
Insbesondere wird zunächst eine Zeitbreite Tcloss, die in 14 gezeigt ist, auf der Basis des folgenden Ausdrucks berechnet. $Tcloss = Ts \cdot Vac_lpf (n) / {Vac_lpf (n) - Vac_lpf (n - 1)}$
Dann wird (n - Tcloss) berechnet, so dass die Zeit des Nulldurchgangs P berechnet wird (S105). Eine Korrektur, die zu der Verzögerungszeit des Tiefpassfilters korrespondiert, wird anschließend zu der Zeit des Nulldurchgangs P (S106) hinzugefügt, und die korrigierte Zeit des Nulldurchgangs P wird als die Phase der Referenz-AC-Spannung ausgegeben (S107).
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird - wie oben beschrieben - die Detektion eines Nulldurchgangs durchgeführt, nachdem eine Rauschkomponente des Referenzsignals mittels des Tiefpassfilters entfernt worden ist. Selbst wenn z. B. die Last 4 mit Energie beaufschlagt wird, bevor die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit aktiviert wird und das Rauschen mit der AC-Spannung überlappt, die von einer Haupteinheit ausgegeben wird, kann daher eine Rauschkomponente von dem Tiefpassfilter entfernt werden, so dass der Nulldurchgang P zuverlässig detektiert werden kann.
Bei der Detektion des Nulldurchgangs P gilt Folgendes: Da eine lineare Interpolation zwischen zwei Abtastpunkten durchgeführt wird, um den Nulldurchgang P in S104 zu detektieren, kann der Nulldurchgang P mit einer Detektionsgenauigkeit erhalten werden, die gleich groß oder höher ist als die Frequenzgenauigkeit, mit welcher die AC-Spannung abgetastet wird. Da außerdem die detektierte Zeit des Nulldurchgangs P gemäß den Gruppenverzögerungseigenschaften des Tiefpassfilters in S106 korrigiert wird, kann die Detektionsgenauigkeit des Nulldurchgangs P weiter verbessert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird die Detektion des Nulldurchgangs P beim Anstieg der Wellenform (Sinuswelle) der AC-Spannung durchgeführt. Ohne Einschränkung darauf kann jedoch die Detektion auch beim Abfallen der Sinuswelle oder sowohl beim Anstieg, als auch beim Abfallen der Sinuswelle durchgeführt werden.
Bei der Detektion des Nulldurchgangs P gilt Folgendes: Um zu verhindern, dass der Nulldurchgang P fehlerhaft detektiert wird, und zwar infolge von Rauschen oder dergleichen, das nicht durch den Tiefpassfilter entfernt worden ist, kann die Detektion des Nulldurchgangs P maskiert werden, und zwar während eines vorbestimmten Zeitraums, nachdem der Nulldurchgang P detektiert worden ist (z. B. in dem Fall, in welchem die Frequenz der AC-Spannung 60 Hz beträgt, kann die Detektion während eines Zeitraums von 16,0 ms maskiert werden). In diesem Fall wird selbst falls in der Nähe des Nulldurchgangs P eine Mehrzahl von Nulldurchgängen P infolge von Rauschen detektiert wird, können die nachfolgend detektierten Nulldurchgänge P maskiert werden. Daher kann die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit stabil betrieben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 führt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die als eine Haupteinheit aktiviert ist, auch eine Steuerung durch, so dass die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 die Sinuswelle auswählt, die von der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 erzeugt wird, und die Phasen-Detektionsschaltung 53 führt eine Phasendetektion durch. Folglich können sowohl bei deiner Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Haupteinheit, als auch bei einer Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Hilfseinheit, deren Phasen-Detektionsschaltungen 53 durch die gleiche Schaltungskonfiguration verwirklicht werden. Es versteht sich, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit direkt eine Sinuswelle erzeugen kann, ohne ein Detektionsergebnis eines Nulldurchgangs zu verwenden, der von der Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert worden ist.
Als nächstes wird die Notwendigkeit einer proportionalen Verteilung der Versorgungsleistungswerte unter den Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 führen nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 nicht gleichmäßig Leistung zu den Lasten 4 zu, sondern die Zufuhr von Leistung wird für jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unter Berücksichtigung des Leistungswerts angepasst, der zugeführt werden kann.
Was beispielsweise zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b anbelangt, wird angenommen, dass eine Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a mit dem Solarpanel 1a von 4 kW und der Speicherbatterie 2a mit einer Kapazität von 4 kWh versehen ist und mit einem Leistungsvermögen von 4 kWh mit dem Energiesystem 3 verbunden werden kann, und dass die andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b nur mit der Speicherbatterie 2b von 4 kWh versehen ist und mit einem Leistungsvermögen von 4 kWh mit dem Energiesystem 3 verbunden werden kann. In diesem Fall wird angenommen, dass beim selbsterhaltenden Betrieb die Last 4a eine Leistung von 5 kW nachfragt, dass das Solarpanel 1, das mit der einen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a verbunden ist, eine Leistung von 4 kW erzeugt, und dass die Speicherbatterie 2 vollständig geladen ist.
In einer solchen Situation gilt Folgendes: Für den Fall, dass die AC-Spannung von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 durch Spannungssteuerung erzeugt wird, ohne jegliche Leistungssteuerung durchzuführen, führen - falls die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a und die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b aktiviert werden, um der Last 4a Energie zuzuführen - die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b die gleiche Leistung zu (in diesem Beispiel: jeweils 2,5 kW). Folglich führt die eine Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a der Last 4a Energie zu, während sie nur 2,5 kW an Leistung extrahiert, obwohl das Solarpanel 1 eine Leistung von 4 kW erzeugen kann. Obwohl ursprünglich die Speicherbatterie 2, die mit der anderen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b verbunden ist, nur eine Entladeleistung von 1 kW benötigen würde, wird daher infolge der Abwesenheit einer Koordination der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b eine Leistung von 2,5 kW jeweils entladen, und folglich kann die Leistung nicht effektiv genutzt werden. Um den obigen Nachteil zu beseitigen, führt demgemäß bei der vorliegenden Ausführungsform 1 jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 im selbsterhaltenden Betrieb selbsttätig eine proportionale Verteilung des Zuführungsleistungswerts durch.
Nachstehend wird ein spezifisches Beispiel eines Proportional-Verteilungsverfahrens für die Zuführungsleistungswerte beschrieben.
Als ein Proportional-Verteilungsverfahren für die Zuführungsleistungswerte können die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 untereinander den Status teilen und ihre eigenen Zuführungsleistungswerte steuern. Um ihre Status zu teilen, müssen die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 Kommunikationsfunktionen haben, die z. B. konform zu Echonet Lite (eingetragene Marke) sind.
Bei einem solchen Verfahren müssen die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 jedoch Kommunikationsfunktionen haben, und außerdem ist es, falls der verwendete Leistungswert der Last 4, der in Echtzeit variiert, stark verändert wird, oder falls der Sonnen-Einstrahlungswert sich stark verändert und damit einhergehend der Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 verändert wird, schwierig, einer solchen Veränderung zu folgen. Insbesondere ist der Zeitraum der Kommunikation zwischen den Vorrichtungen in dem Fall, in welchem Echonet Lite oder dergleichen verwendet wird, dazu angewiesen, einige zehn Sekunden oder länger zu sein. Daher ist es unmöglich, Veränderungen des Werts der verwendeten Leistung der Last 4 oder Veränderungen des Leistungs-Erzeugungswerts des Solarpanels 1 zu folgen, wie oben beschrieben.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform 1 ein Verfahren zum proportionalen Verteilen des Zuführungsleistungswerts auf der Basis der Bestimmung durch jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 selbst beschrieben, ohne eine Kommunikationsfunktion vorzusehen, und zwar unter Bezugnahme auf 15. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird hier das Verfahren zum proportionalen Verteilen der Zuführungsleistungswerte für den Fall beschrieben, in welchem zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b Energie zuzuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird eine proportionale Verteilung der Zuführungsleistungswerte durchgeführt, indem die Amplitude (nachstehend als eine Amplitude der AC-Spannung bezeichnet) einer Wellenform der AC-Spannung gesteuert wird, die von jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ausgegeben wird.
15(a) zeigt eine Wellenform der AC-Spannung, die eine Amplitude Va der AC-Spannung hat, die von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a ausgegeben wird. 15(b) zeigt eine Wellenform der AC-Spannung mit einer Amplitude Vb der AC-Spannung. Für den Fall, dass die Amplituden der AC-Spannung jeweils auf Va und Vb (Va > Vb) eingestellt sind, sind die Wirkleistungen Wa und Wb, die von den jeweiligen Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b ausgegeben werden, so wie in 15(c) dargestellt.
16(a) zeigt das Ergebnis einer Berechnung mittels Simulation der Wirkleistungen, die von den jeweiligen Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 zugeführt werden, für den Fall, dass zur Vereinfachung angenommen wird, dass die Last 4a eine ohmsche Last ist, die effektive Spannung der Wellenform der AC-Spannung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a ausgegeben wird, so eingestellt ist, dass sie konstant bei 200 V ist, und die effektive Spannung der Wellenform der AC-Spannung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b ausgegeben wird, von 180 V auf 200 V verändert wird.
Wie in 16(a) gezeigt, gilt Folgendes: Wenn die effektive Spannung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b ausgegeben wird, zunimmt, dann nimmt der Wert der Zuführungsleistung von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b zu. Indem demgemäß der Wert der Zuführungsleistung von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a verringert wird, können die Zuführungsleistungswerte der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b proportional verteilt werden.
In 16(a) gilt beispielsweise Folgendes: Für den Fall, dass die Last 4a eine Leistung von 5 kW im selbsterhaltenden Betrieb anfordert, führt beispielsweise, falls die effektive Spannung, die von einer Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b ausgegeben wird, 180 V beträgt und die effektive Spannung, die von der anderen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a ausgegeben wird, 200 V beträgt, z. B. die eine Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a eine Leistung von 4 kW zu, was der Maximalwert der Wirkleistung ist, und die andere Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b führt den Rest der Leistung von 1 kW zu. Für den Fall, dass die effektiven Spannungen der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b jeweils 200 V betragen, können die Wirkleistungen proportional verteilt werden, so dass die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b jeweils Wirkleistungen von 2,5 kW zuführen. Folglich können im selbsterhaltenden Betrieb die Zuführungsleistungswerte gesteuert werden, indem die Amplitude der AC-Spannung gesteuert wird, die von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird, d. h. die effektive Spannung.
Auf ähnliche Weise zeigt 16(b) die Werte (den Lade-Leistungswert für die Speicherbatterie 2) von Leistungen, die den jeweiligen Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a und 10b zugeführt werden, und zwar für den Fall, dass die effektive Spannung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10a ausgegeben wird, konstant auf 200 V eingestellt ist, und dass die effektive Spannung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b ausgegeben wird, von 180 V auf 200 V verändert wird.
Wie in 16(b) gezeigt, nimmt der Lade-Leistungswert zu, wenn die effektive Spannung von einer Energie-Umwandlungsvorrichtung 10b abnimmt. Daher gilt bei der vorliegenden Ausführungsform 1 Folgendes: Falls die effektive Spannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die die Speicherbatterie 2 mit einem niedrigen Ladezustand hat, verringert wird, wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass es ermöglicht wird, dass die Speicherbatterie 2 mit einem niedrigen Ladezustand bevorzugt geladen wird. Wie in 16(a) gezeigt, gilt außerdem Folgendes: Falls die effektive Spannung der Speicherbatterie mit einem niedrigen Ladezustand verringert wird, wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass es ermöglicht wird, dass der Entladungs-Leistungswert verringert wird (was es ermöglicht, dass die Priorität zum Entladen verringert wird).
Als nächstes wird die Art und Weise der Einstellung eines Prioritätsfaktors beschrieben, der benötigt wird, um die Amplitude der AC-Spannung der Wellenform der AC-Spannung zu bestimmen, die von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird. Der Prioritätsfaktor wird in diesem Fall nur benötigt, um eine proportionale Verteilung des Zuführungsleistungswerts auf der Basis der Bestimmung durch jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 selbst vorzunehmen, und er ist für die Priorität zum Einstellen einer Haupteinheit und einer Hilfseinheit unter den Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, wie oben beschrieben, irrelevant.
Was das Solarpanel 1 anbelangt, das eine Energie-Erzeugungsvorrichtung ist, gilt Folgendes: Um die erzeugte Leistung maximal auszunutzen, wird ein Prioritätsfaktor auf der Basis der tatsächlich erzeugten Leistung infolge des aktuellen Sonnen-Einstrahlungswerts eingestellt. Was die Speicherbatterie 2 anbelangt, wird ein Prioritätsfaktor auf der Basis des tatsächlichen Ladezustands der Speicherbatterie 2 im Moment eingestellt, anstatt den Kapazitätswert zu bewerten. Insbesondere wird für das Solarpanel 1 eine Datentabelle, die das Verhältnis zwischen der tatsächlichen erzeugten Leistung und dem Prioritätsfaktor voreinstellt, wie in 17(a) gezeigt, im Voraus vorbereitet. Für die Speicherbatterie 2 wird eine Datentabelle, die das Verhältnis zwischen dem Ladezustand und dem Prioritätsfaktor voreinstellt, wie in 17(b) dargestellt, im Voraus vorbereitet.
Unter Verwendung dieser Datentabellen gilt für das Solarpanel 1 beispielsweise Folgendes: Für den Fall, dass dessen Nennleistung 4 kW beträgt und das Solarpanel 1 eine Leistung von 4 kW erzeugen kann, wird der Prioritätsfaktor auf 1 eingestellt. Für den Fall, dass das Solarpanel 1 eine Leistung von 2 kW erzeugen kann, wird der Prioritätsfaktor auf 0,5 eingestellt. Was die Speicherbatterie 2 anbelangt, gilt beispielsweise Folgendes: Für den Fall, dass der Ladezustand bei 75 % ist, wird der Prioritätsfaktor auf 0,5 eingestellt.
Für den Fall, dass der Ladezustand der Speicherbatterie 2 groß ist, kann die Speicherbatterie 2 bevorzugt entladen werden, indem der Prioritätsfaktor erhöht wird. Für den Fall, dass eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, die die Speicherbatterien 2 haben, Energie auf eine koordinierte Weise im selbsterhaltenden Betrieb zuführen, wird daher verhindert, dass die geladene Energie in der Speicherbatterie mit einem niedrigen Ladezustand oder in der Speicherbatterie mit einer kleinen Kapazität früher erschöpft ist, und die gespeicherten Energien in den Speicherbatterien 2 können im Wesentlichen gleichzeitig vollständig entladen werden.
Für den Fall beispielsweise, in welchem fünf Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, die nur mit den Speicherbatterien 2 mit einer Nennleistung von 4 kW versehen sind, auf eine koordinierte Weise betrieben werden, können daher die fünf Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 auf eine koordinierte Weise im Wesentlichen bis zum Schluss betrieben werden. Folglich zeigt sich eine dahingehende Wirkung, dass eine Leistung bis zu 20 kW (= 4 kW x 5) im Wesentlichen bis zum Schluss abgedeckt werden kann, und zwar selbst für den Fall, in welchem eine sehr große Leistung augenblicklich benötigt wird.
Als ein spezifisches Beispiel benötigt ein Aufzug, der in einer Eigentumswohnung verwendet wird, oder dergleichen eine sehr große Leistung zu Beginn seiner Bewegung. Indem die Prioritätsfaktoren für die Speicherbatterien 2 eingestellt werden, wie bei der vorliegenden Ausführungsform 1 beschrieben, kann in diesem Fall die Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 bis im Wesentlichen zur gleichen Zeit betrieben werden, und zwar selbst dann, wenn die Nennkapazitäten der Ladezustände der angeschlossenen Speicherbatterien 2 unterschiedlich sind. Für den Fall beispielsweise, in welchem die Summe der Energien, die in den Speicherbatterien 2 gespeichert ist, immer noch ungefähr 1/3 beträgt, ist es daher möglich, eine Unannehmlichkeit zu verhindern, bei welcher die Speicherbatterien 2 von zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 entleert werden und die zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 unterbrochen werden, so dass der Aufzug nicht aktiviert werden kann.
Als nächstes wird ein Einstellprozess für einen Prioritätsfaktor zum Bestimmen der Amplitude der AC-Spannung als ein Sollwert für die AC-Spannung in der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude in der dritten Steuerungsschaltung 22 unter Bezugnahme auf ein erläuterndes Diagramm in 17 und ein Ablaufdiagramm in 18 beschrieben.
Wenn die Berechnung der effektiven Spannung für die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 gestartet wird, wird der derzeitige Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 bezogen (S81). Nachdem der derzeitige Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 bezogen worden ist, wird der derzeitige Ladezustand der Speicherbatterie 2 bezogen (S82).
Anschließend wird ein neuer Prioritätsfaktor auf der Basis der Leistungs-Erzeugungswerte des Solarpanels 1 bei diesem Mal und beim letzten Mal, des derzeitigen Ladezustands der Speicherbatterie 2, des Prioritätsfaktors, der beim letzten Mal bezogen worden ist, und des derzeitigen Ausgangsleistungswerts der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erzeugt.
Das heißt, auf der Basis der Datentabellen, die in 17(a) und 17(b) gezeigt sind, wird zunächst ein vorläufiger Wert des Prioritätsfaktors erzeugt. Zur gleichen Zeit wie die Berechnung des vorläufigen Werts werden der Prioritätsfaktor beim letzten Mal und der Entladungs-Leistungswert bestätigt. Dann wird die Ausgangsleistung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 von dem Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 subtrahiert, um die Überschussleistung bei der PV-Energieerzeugung zu bestätigen. Als Ergebnis der Bestätigung gilt Folgendes: Falls es Überschussleistung gibt, wird der vorläufige Wert des Prioritätsfaktors korrigiert. Das heißt, der Prioritätsfaktor wird mit dem Prioritätsfaktor beim letzten Mal verglichen, und der Prioritätsfaktor wird so korrigiert, dass er größer ist als der Prioritätsfaktor beim letzten Mal. Indem die Korrektur so durchgeführt wird, gilt Folgendes: Wenn das Solarpanel 1 Überschussleistung anbietet, wird der Ausgangsleistungswert der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erhöht, so dass die erzeugte Leistung wirksam verwendet werden kann und ein unnötiges Entladen von den Speicherbatterien 2 (inklusive der Speicherbatterie 2 einer anderen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10) unterbunden werden kann.
Die Prioritätsfaktoren für das Solarpanel 1 und die Speicherbatterie 2 werden auf die obige Weise berechnet, und dann werden die zwei Prioritätsfaktoren addiert. Falls das Ergebnis der Addition der zwei Prioritätsfaktoren 1 überschreitet, wird 1 ausgegeben. Dann gibt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude das Ergebnis der Addition der Prioritätsfaktoren aus, die auf die obige Weise erhalten worden sind, und zwar an die Multiplikationsschaltung 56 in der nachfolgenden Stufe. Die Multiplikationsschaltung 56 multipliziert die Ausgabe der Referenz-AC-Spannung, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt wird, mit dem Prioritätsfaktor von der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude als Verstärkung. Folglich wird die Amplitude der AC-Spannung als ein Sollwert für die AC-Spannung bestimmt (S83). Die sechste Steuerungsschaltung 57 berechnet die effektive Spannung, die die Amplitude der AC-Spannung hat, welche von der Multiplikationsschaltung 56 erhalten wird (S84). Dann steuert die sechste Steuerungsschaltung 57 die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, so dass eine Wellenform der AC-Spannung, welche die effektive Spannung hat, von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 10 wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit nach dem selbsterhaltenden Betrieb beschrieben.
Die dritte Steuerungsschaltung 22 bestimmt eine Amplitude der AC-Spannung als einen Sollwert für die AC-Spannung, und sie berechnet die effektive Spannung, welche die Amplitude der AC-Spannung hat (S49). Dann steuert die dritte Steuerungsschaltung 22 die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, so dass eine Wellenform der AC-Spannung, welche die effektive Spannung hat, von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird (S50, S51). Die Einzelheiten des Betriebs der dritten Steuerungsschaltung 22 in diesem Fall ist wie bereits unter Bezug auf das Ablaufdiagramm in 18 beschrieben.
Anschließend bestätigt die Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22, ob das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist (S18). Falls das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist, wird hier die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unterbrochen (S24), und nachdem die Unterbrechung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 bestätigt worden ist, wird der Schalter 5 geschlossen, um die Lasten 4 und die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder mit dem Energiesystem 3 zu verbinden. Nachdem die Wiederverbindung abgeschlossen ist, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder aktiviert, so dass sie mit dem Energiesystem 3 verschaltet ist (S52).
Falls andererseits die Energie im obigen S18 nicht wiederhergestellt ist, wird bestätigt, ob eine Unterbrechungsbedingung für die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erfüllt ist (S19). Die Unterbrechungsbedingung korrespondiert in diesem Fall beispielsweise zu dem Fall, in welchem eine sehr große Leistung von der Last 4 umgesetzt wird, so dass die Nennkapazität der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 überschritten wird, oder dem Fall, in welchem die gespeicherte Energie in der Speicherbatterie 2 erschöpft ist und die Energieerzeugung durch das Solarpanel 1 verschwindet. Falls eine Unterbrechungsbedingung in S19 erfüllt ist, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unterbrochen, und dann, wenn das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder aktiviert, so dass sie wieder mit dem Energiesystem 3 verbunden ist (S24). Falls andererseits irgendeine Unterbrechungsbedingung für die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 im obigen S19 nicht erfüllt ist, springt der Prozess zu S49 zurück, um die Steuerung der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 fortzusetzen.
Beim Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs wählt andererseits, wie in 12 gezeigt, die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 den Ausgang des Spannungsmessers 23 aus und misst die Referenz-AC-Spannung, die von einer Haupteinheit ausgegeben wird, welche eine Quelle zum Erzeugen der Referenz-AC-Spannung ist. Danach detektiert die Phasen-Detektionsschaltung 53 die Phase der Wellenform der Referenz-AC-Spannung, die von der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ausgegeben wird (S70), so dass die AC-Spannung, die mit der Wellenform der AC-Spannung der Haupteinheit synchronisiert ist, von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird.
Der anschließende Prozess von S71 bis S74 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs, der in 10 gezeigt ist. Daher wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen.
Nachfolgend wird der koordinierte Betrieb zwischen der Spannungssteuerung für das Solarpanel 1 mittels der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 und der Spannungssteuerung für die Speicherbatterie 2 mittels der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 17 nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs beschrieben. Der Betrieb der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 und der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 17 nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs ist bei einer Haupteinheit und einer Hilfseinheit der gleiche. Daher wird hier nur der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs die erzeugte Energie des Solarpanels 1 bevorzugt der Last 4 zugeführt. Daher wird der Steuerungs-Sollwert für die DC-Busspannung des DC-Busses 25 für die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 so eingestellt, dass er niedriger ist als ein Steuerungs-Sollwert für die DC-Busspannung des DC-Busses 25 für die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 zu der Zeit der Aktivierung. Indem die Einstellung so durchgeführt wird, wird Energie von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 zu der Last 4 geführt, so dass die Energie, die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, der Last 4 bevorzugt zugeführt wird.
Nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs gilt Folgendes: Falls die Panel-Spannung des Solarpanels 1 gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, weist, um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren, die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14 die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 an, das Solarpanel 1 durch Spannungssteuerung zu steuern, und sie weist die Umschalt-Schaltung 33 dazu an, den Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 auszuwählen. Dann aktiviert die vierte Steuerungsschaltung 34 die erste DC/DC Umsetzerschaltung 13, und sie führt eine Steuerung durch, so dass, falls die DC-Busspannung des DC-Busses 25 niedriger ist als die Sollspannung, der Wert der erzeugten Leistung von dem Solarpanel 1 zunimmt, und falls die DC-Busspannung des DC-Busses 25 höher als die Sollspannung ist, der Wert der erzeugten Leistung von dem Solarpanel 1 verringert wird.
Wenn die DC-Busspannung des DC-Busses 25 die Nähe der Sollspannung bei der Spannungssteuerung erreicht, benachrichtigt die vierte Steuerungsschaltung 34 die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22, dass die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 durch Spannungssteuerung in Betrieb genommen worden ist. Wenn sie die Benachrichtigung erhalten hat, oder wenn sie darüber benachrichtigt worden ist, dass die Spannung des Solarpanels 1 kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, dann weist die sechste Steuerungsschaltung 57 die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 dazu an, das Entladen von der Speicherbatterie 2 zu starten.
Wenn sie die Anweisung erhalten hat, bezieht die fünfte Steuerungsschaltung 44 Statusinformationen über die Speicherbatterie 2 von einer (nicht dargestellten) BMU (Batterie-Managementeinheit). Insbesondere bezieht die fünfte Steuerungsschaltung 44 eine Ladezustands-Information über die Speicherbatterie 2 und eine Spannungsinformation über die Speicherbatterie 2. Falls der Ladezustand der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder größer ist als ein vorbestimmter Wert und die Spannung der Speicherbatterie 2 ebenfalls gleich groß wie oder größer ist als ein vorbestimmter Wert, weist dann die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, das Entladen durch Spannungssteuerung durchzuführen, und sie weist die Umschalt-Schaltung 43 dazu an, den Ausgang der Entlade-Steuerungsschaltung 42 auszuwählen. Wenn sie bestätigt hat, dass die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 aktiviert ist, berichtet dann die fünfte Steuerungsschaltung 44 diese Tatsache an die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22.
Anschließend führt die fünfte Steuerungsschaltung 44 eine Spannungssteuerung durch, so dass die DC-Busspannung des DC-Busses 25 einen vorbestimmten Spannungswert annimmt. Das heißt, falls die DC-Busspannung des DC-Busses 25 niedriger ist als die Sollspannung, dann erhöht die fünfte Steuerungsschaltung 44 den Wert der Entladungsleistung von der Speicherbatterie 2, und falls die DC-Busspannung des DC-Busses 25 höher ist als die Sollspannung, dann verringert die fünfte Steuerungsschaltung 44 den Wert der Entladungsleistung von der Speicherbatterie 2.
Für den Fall, dass die Leistung, die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, nicht vollständig von der Last 4 umgesetzt wird, ist selbst dann, wenn der Wert der Entladungsleistung von der Speicherbatterie 2 auf Null verringert wird, die DC-Busspannung des DC-Busses 25 immer noch hoch. In diesem Fall wird daher die Speicherbatterie 2 in den Lademodus geschaltet, um mit der Überschussleistung geladen zu werden.
Das heißt, falls bestimmt wird, dass die DC-Busspannung des DC-Busses 25 eine vorbestimmte Spannung überschreitet, dann gibt die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 einen Entlade-Unterbrechungsbefehl an die Entlade-Steuerungsschaltung 42 aus, um die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 einmal zu unterbrechen. Wenn bestätigt worden ist, dass der Betrieb der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 17 unterbrochen worden ist, gibt die fünfte Steuerungsschaltung 44 einen Lade-Startbefehl an die Lade-Steuerungsschaltung 41 aus, und sie weist die Umschalt-Schaltung 43 dazu an, den Ausgang der Lade-Steuerungsschaltung 41 auszuwählen. Nach der Umschaltung der zweiten DC/DC-Umsetzerschaltung 17 in einen Lademodus berichtet dann die fünfte Steuerungsschaltung 44 diese Tatsache an die dritte Steuerungsschaltung 22.
Wenn sie bestätigt hat, dass die Speicherbatterie 2 in den Lademodus geschaltet worden ist, berichtet die dritte Steuerungsschaltung 22 diese Tatsache an die erste Steuerungsschaltung 14. Wenn die erste Steuerungsschaltung 14 den Bericht erhalten hat, dass die Speicherbatterie 2 in einen Lademodus geschaltet worden ist, schaltet die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14 die Spannungssteuerung auf die MPPT-Steuerung um und weist die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 dazu an, die Spannungssteuerung zu unterbrechen.
Wenn sie den Spannungssteuerung s-Unterbrechungsbefehl erhalten hat, dann sendet die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 an die MPPT-Steuerungsschaltung 31 einen Befehlswert, der momentan ausgegeben wird, einen Registerwert in einer (nicht dargestellten) Integrierschaltung zum Durchführen einer PI-Regelung oder dergleichen, und dergleichen. Nachdem sie die Unterbrechungsbefehle an die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 ausgegeben hat, gibt die vierte Steuerungsschaltung 34 einen Startbefehl an die MPPT-Steuerungsschaltung 31 aus. Zu diesem Zeitpunkt weist die vierte Steuerungsschaltung 34 ebenfalls die Umschalt-Schaltung 33 dazu an, den Ausgang der MPPT-Steuerungsschaltung 31 auszuwählen.
Wenn sie den Startbefehl erhalten hat, startet die MPPT-Steuerungsschaltung 31 die MPPT-Steuerung unter Verwendung des Befehlswerts, des Registerwerts in der Integrierschaltung und dergleichen, die von der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 ausgegeben werden, als Anfangswerte. Wenn die MPPT-Steuerung begonnen wird, dann überwacht die Lade-Steuerungsschaltung 41 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 die DC-Busspannung des DC-Busses 25. Falls es Überschussleistung gibt, führt sie das Laden mit der Überschussleistung aus.
Wenn die Speicherbatterie 2 vollständig geladen ist, gibt die fünfte Steuerungsschaltung 44 einen Lade-Stoppbefehl an die Lade-Steuerungsschaltung 41 aus, und sie gibt einen Entlade-Startbefehl an die Entlade-Steuerungsschaltung 42 aus. Zu diesem Zeitpunkt weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 auch die Umschalt-Schaltung 43 dazu an, den Ausgang der Entlade-Steuerungsschaltung 42 auszuwählen. Nachdem die Speicherbatterie 2 in einen Entladungsmodus umgeschaltet worden ist, benachrichtigt die fünfte Steuerungsschaltung 44 die dritte Steuerungsschaltung 22, dass die Speicherbatterie 2 in einen Entladungsmodus umgeschaltet worden ist. Wenn sie die Benachrichtigung erhalten hat, dass die Speicherbatterie 2 in einen Entladungsmodus umgeschaltet worden ist, benachrichtigt die dritte Steuerungsschaltung 22 die erste Steuerungsschaltung 14, dass die Speicherbatterie 2 in einen Entladungsmodus umgeschaltet worden ist.
Wenn sie bestätigt hat, dass die Speicherbatterie 2 in einen Entladungsmodus umgeschaltet worden ist, überwacht die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14 die DC-Busspannung des DC-Busses 25. Wenn detektiert wird, dass die DC-Busspannung des DC-Busses 25 gleich groß oder größer ist als ein vorbestimmter Wert, gibt die vierte Steuerungsschaltung 34 einen Unterbrechungsbefehl an die MPPT-Steuerungsschaltung 31 aus und gibt einen Aktivierungsbefehl an die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 aus.
Wenn sie den Aktivierungsbefehl erhalten hat, stellt die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 den Registerwert in der Integrierschaltung zum Durchführen einer PI-Regelung oder dergleichen und einen Befehlswert auf vorbestimmte Werte ein, und sie beginnt mit dem Spannungssteuerung s-Betrieb. Wenn sie den Start des Spannungssteuerungs-Betriebs der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 bestätigt hat, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 die Umschalt-Schaltung 33 dazu an, den Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 auszuwählen.
Auch in dem Fall, in dem die Speicherbatterie 2 im Lademodus ist, überwacht die vierte Steuerungsschaltung 34 die DC-Busspannung des DC-Busses 25, und wenn detektiert wird, dass die DC-Busspannung gleich groß wie oder größer ist als die zweite vorbestimmte Spannung, dann schaltet die vierte Steuerungsschaltung 34 die Steuerung für das Solarpanel 1 von der MPPT-Steuerung zu der Spannungssteuerung um, und zwar auf die Weise, die oben beschrieben ist.
Der Grund dafür ist, dass auch in dem Fall, in welchem sich die Speicherbatterie 2 im Lademodus befindet, eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 den selbsterhaltenden Betrieb in einer koordinierten Weise durchführen, und selbst wenn ein Überschussanteil der Leistung, die von einer Mehrzahl von Solarpanels 1 erzeugt wird, für eine Mehrzahl von Speicherbatterien 2 verwendet wird, kann immer noch eine Überschussleistung übrig sein. In diesem Fall steigt die der Last 4 zugeführte AC-Spannung an.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 gilt als Maß für das Obenstehende Folgendes: Auch für den Fall, dass sich die Speicherbatterie 2 in einem Lademodus befindet, wird die DC-Busspannung des DC-Busses 25 überwacht, so dass ein Anstieg der AC-Spannung unterbunden wird, die der Last 4 zugeführt wird. Es versteht sich, dass die zweite vorbestimmte Spannung die gleiche wie die vorbestimmte Spannung sein kann, die beim Umschalten in den Entladungsmodus verwendet wird.
Gemäß der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform 1 gilt wie oben beschrieben Folgendes: Für den Fall, dass eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 Energie zu den Lasten 4 auf eine koordinierte Weise zur Zeit des Stromausfalls zuführen, wird eine Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit betrieben, um die Referenz-AC-Spannung zu erzeugen, und die anderen Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 werden als Hilfseinheiten betrieben, um die Spannungsphase der AC-Spannung zu detektieren, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Haupteinheit ausgegeben wird, und sie geben Energie synchronisiert mit der detektierten Spannungsphase aus.
Zur Zeit des Stromausfalls kann folglich die Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 in einer koordinierten Weise betrieben werden. Selbst wenn augenblicklich eine große Leistung benötigt wird, kann daher die Leistung von der Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 zugeführt werden. Folglich ergibt sich eine dahingehende Wirkung, dass eine Unannehmlichkeit verhindert wird, bei welcher die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 infolge einer augenblicklichen Überlast (wie z. B. Überstrom) unterbrochen werden und ein Stromausfall auftritt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird Energie, die von einer Energie-Energie-Erzeugungsvorrichtung, wie z. B. dem Solarpanel 1 erzeugt wird, bevorzugt der Last 4 zugeführt. Falls die erzeugte Leistung unzureichend ist, wird die notwendige Leistung von einer Energie-Speichereinrichtung, wie z. B. der Speicherbatterie 2 ausgegeben. Folglich ergibt sich eine dahingehende Wirkung, dass es ermöglicht wird, dass die erzeugte Leistung einer Energie-Erzeugungsvorrichtung, wie z. B. dem Solarpanel 1 maximal ausgenutzt wird.
Für den Fall, dass Energie von der Speicherbatterie 2 entladen wird, gilt Folgendes: Da die Priorität gemäß dem Ladezustand eingestellt werden kann, kann die Energie bevorzugt von einer Speicherbatterie 2 mit einem größeren Ladezustand entladen werden. Daher können die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, die mit den Speicherbatterien 2 versehen sind, auf eine koordinierte Weise im Wesentlichen bis zum Schluss betrieben werden. Folglich wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass es verhindert werden kann, selbst wenn eine große Leistung augenblicklich benötigt wird, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 infolge einer Überlast unterbrochen werden.
In dem Fall, in welchem es Überschussleistung in der Leistung gibt, die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, wird die effektive Spannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, welche die Speicherbatterie 2 mit einem niedrigen Ladezustand hat, so gesteuert, dass sie klein ist. Auch hinsichtlich dieser Überschussleistung wird daher eine dahingehende Wirkung erzielt, dass die Überschussleistung bevorzugt der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit einer Speicherbatterie 2 zugewiesen werden kann, die einen niedrigen Ladezustand hat.
Für den Fall, dass die erzeugte Leistung einer Energie-Energie-Erzeugungsvorrichtung, wie z. B. dem Solarpanel 1 groß ist, so dass es Überschussleistung gibt, kann die Speicherbatterie 2 mit der Überschussleistung geladen werden. Wenn sich die Speicherbatterie 2 im Lademodus befindet, wird das Solarpanel 1 einer MPPT-Steuerung unterzogen.
Folglich kann die erzeugte Leistung des Solarpanels 1 maximal extrahiert werden. Auch in einem Lademodus gilt Folgendes. Da die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 durch Spannungssteuerung betrieben wird, kann, falls eine erzeugte Leistung zugeführt wird, die den Lade-Leistungswert überschreitet, der Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 in Echtzeit verringert werden, während die Spannung des DC-Busses 25 überwacht wird. Folglich wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 infolge einer übermäßigen Zufuhr von Leistung unterbrochen wird.
Bei der Auswahl einer Haupteinheit wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, welche die Speicherbatterie 2 hat, bevorzugt als eine Haupteinheit aktiviert. Daher wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass es ermöglicht wird, dass die erzeugte Leistung des Solarpanels 1 maximal ausgenutzt wird, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in welchem z. B. die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die nur das Solarpanel 1 hat, als Haupteinheit betrieben wird.
Der Grund dafür ist der Folgende. Wie oben beschrieben, gilt für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die nur das Solarpanel 1 hat, als Haupteinheit betrieben wird, Folgendes: Da die DC-Busspannung des DC-Busses 25 durch die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 verwaltet werden muss, kann die MPPT-Steuerung nicht für die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 durchgeführt werden, und daher kann die Leistung, die von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, nicht maximal extrahiert werden.
Im Gegensatz dazu gilt für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die das Solarpanel 1 und die Speicherbatterie 2 hat, als eine Haupteinheit betrieben wird, Folgendes: Die DC-Busspannung des DC-Busses 25 kann durch die zweite DC/DC--Umsetzerschaltung 17 gesteuert werden, und daher kann die von dem Solarpanel 1 erzeugte Leistung maximal durch die MPPT-Steuerung extrahiert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 ist die DC-Busspannung des DC-Busses 25 auf die erste vorbestimmte Steuerungs-Sollspannung und die vorbestimmte zweite Steuerungs-Sollspannung eingestellt. Ohne Einschränkung darauf kann die gleiche Wirkung jedoch selbst für den Fall erhalten werden, dass z. B. die erste Steuerungs-Sollspannung und die zweite Steuerungs-Sollspannung gemäß der Batteriespannung der Speicherbatterie 2 verändert werden.
Ausführungsform 2
19 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Systemkonfiguration einer Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Komponenten, die zu denjenigen bei der Ausführungsform 1 korrespondieren oder die gleichen wie diese sind und in 2 gezeigt sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Merkmal der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform 2 ist, dass die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 und die zweite Steuerungsschaltung 18 in der Konfiguration der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 von Ausführungsform 1 weggelassen sind und nur die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13, die erste Steuerungsschaltung 14, die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 und die dritte Steuerungsschaltung 22 vorgesehen sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 wird das Solarpanel 1 als DC-Energieversorgung verwendet, die außerhalb von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 angeschlossen ist. Ohne Einschränkung darauf kann jedoch auch die Speicherbatterie 2 verwendet werden, oder es kann eine andere energieerzeugende Einrichtung (z. B. ein Windenergiegenerator oder eine Brennstoffzelle) verwendet werden.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform 2 wird das Einstellen einer Haupteinheit und einer Hilfseinheit im selbsterhaltenden Betrieb vorgenommen, für den Fall, dass eine Abkopplung vom Energiesystem erfolgt, und zum Zuführen der Energie zu der Last werden die DC/AC-Umsetzerschaltungen 21 aller Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 im Spannungs-Steuerungsmodus betrieben, und eine proportionale Leistungsverteilung wird auf der Basis von Prioritätsfaktoren durchgeführt. Diese Merkmale sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 1. Daher wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
Ausführungsform 3
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird wie bei der Ausführungsform 1 der Fall beschrieben, in welchem eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 auf koordinierte Weise betrieben werden, um Energie zu den Lasten 4 im selbsterhaltenden Betrieb zuzuführen, wie in 1 gezeigt. In der folgenden Beschreibung hat wie bei der Ausführungsform 1 jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 das Solarpanel 1 und die Speicherbatterie 2.
Es versteht sich, dass - anstatt sowohl das Solarpanel 1, als auch die Speicherbatterie 2 zu haben - die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 nur eins davon haben kann oder auch eine andere energieerzeugende Einrichtung (z. B. eine Brennstoffzelle), wie bei der Ausführungsform 2 beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird ein Stromausfall als ein Beispiel von Faktoren zum Durchführen des selbsterhaltenden Betriebs genannt. Die vorliegende Technologie ist jedoch keine Technologie, die nur zur Zeit eines Stromausfalls verwendet wird. Beispielsweise können die Speicherbatterien nachts mit billiger Energie geladen werden, und tagsüber können die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 unter Verwendung der Solarpanel 1 und der Speicherbatterien 2 betrieben werden während sie von dem System getrennt sind. Wie in einem solchen Fall entsprechen der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, die in dem Zustand durchgeführt werden, in welchem die Lasten 4 und die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 von dem System getrennt sind, in den Fällen, die von dem Stromausfall verschieden sind, ebenfalls dem selbsterhaltenden Betrieb.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 sind die Anordnung der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, der Lasten 4 und des Energiesystems 3 die gleichen wie bei der Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist. Die gesamte Konfiguration einer jeden Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ist die gleiche wie diejenige, die in 2 gezeigt ist. Die Konfigurationen der ersten Steuerungsschaltung 14 und der zweiten Steuerungsschaltung 18 sind die gleichen wie in den jeweiligen Konfigurationen bei der Ausführungsform 1, die in 3 und 4 dargestellt sind. Daher ist deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
20 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der dritten Steuerungsschaltung 22 bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 20 erzeugt die Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 eine Sinuswelle und gibt diese an die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 aus. Die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 wählt eine von einer Wellenform der AC-Spannung, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung eingegeben wird, und der von der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 ausgegebenen Sinuswelle aus. Die Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert die Phase einer Wellenform der AC-Spannung, die von dem Energiesystem 3 eingegeben wird. Die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt die Referenz-AC-Spannung, die als eine Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung für die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 im selbsterhaltenden Betrieb dient, auf der Basis der Phase, die von der Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert worden ist.
Die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude bestimmt eine Amplitude der AC-Spannung als einen Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung, die als eine Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung für die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 dient. Die Multiplikationsschaltung 56 multipliziert die Ausgabe der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 mit der Ausgabe der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude. Die sechste Steuerungsschaltung 57 steuert die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 und steuert die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Ausführungsform 3 ist, dass die dritte Steuerungsschaltung 22 ferner, zusätzlich zu der obigen Konfiguration, eine Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung aufweist, welche die Blindleistung der Wechselgröße misst und eine Steuerung durchführt, um die Phase der Referenz-AC-Spannung (der Sinuswelle) zu korrigieren, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung ausgegeben wird, so dass der Absolutwert der Blindleistung minimiert wird. Die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung korrespondiert zu einer Steuerungseinheit zur Blindleistung-Minimierung in den Ansprüchen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 ist die Verbindungsreihenfolge der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51, der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52, der Phasen-Detektionsschaltung 53 und der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung verschieden von derjenigen bei der Ausführungsform 1. Bei der Konfiguration bei der vorliegenden Ausführungsform 3 kann daher die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die als eine Haupteinheit betrieben wird, direkt die Sinuswelle selbst verwenden, und zwar als das Referenzsignal zum Steuern der DC/AC-Umsetzerschaltung 21. Folglich zeigt sich eine dahingehende Wirkung, dass ein Fehler bei der Detektion der Phase vermieden wird, welcher verursacht würde, wenn die Phase mittels der Phasen-Detektionsschaltung 53 bei der Ausführungsform 1 detektiert würde.
Die dritte Steuerungsschaltung 22 ist aus Folgendem gebildet: Der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51, der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52, der Phasen-Detektionsschaltung 53, der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung, der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude, der Multiplikationsschaltung 56, der sechsten Steuerungsschaltung 57 und der Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird wie in den Ausführungsformen 1 und 2 der Fall beschrieben, in welchem das Solarpanel 1 als eine energieerzeugende Einrichtung und als eine verteilte Energieversorgung verwendet wird, welche natürliche Energie nutzt. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich die gleiche Wirkung jedoch selbst für den Fall, dass z. B. die Windenergieerzeugung verwendet wird. Alternativ kann eine Brennstoffzelle als eine energieerzeugende Einrichtung verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird der Fall beschrieben, in welchem eine stationäre Batterie als die Speicherbatterie 2 verwendet wird. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich die gleiche Wirkung jedoch selbst für den Fall, dass z. B. eine Batterie eines elektrischen Automobils verwendet wird.
Für den Fall, dass eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird, verwaltet eine Batterie-Managementeinheit (BMU) den Ladezustand, ob oder ob nicht ein Laden oder ein Entladen durchgeführt werden kann, den maximalen Ladestrom beim Laden und dergleichen, und sie sendet sie an die zweite Steuerungsschaltung 18. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 gilt Folgendes: Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die zweite Steuerungsschaltung 18 den Ladezustand verwaltet, ob oder ob nicht ein Laden oder ein Entladen durchgeführt werden kann, den maximalen Ladestrom beim Laden und dergleichen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 gilt ferner Folgendes: Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die Steuerungen mittels Hardware implementiert sind. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich jedoch die gleiche Wirkung selbst für den Fall, dass alle oder einige der obigen Schaltungen in Software verwirklicht sind. Die Funktionen der obigen Schaltungen können in Software und Hardware unterteilt werden, um die gleichen Funktionen zu erzielen.
Als nächstes wird der spezifische Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit der obigen Konfiguration beschrieben.
Der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 in dem Fall (Normalbetrieb), in welchem Energie auf normale Weise dem Energiesystem 3 zugeführt wird, ist die gleiche wie bei der Ausführungsform 1. Daher wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen.
Nachfolgend wird der selbsterhaltende Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 zur Zeit des Stromausfalls beschrieben.
Wenn ein Stromausfall des Energiesystems 3 detektiert wird, wird der Schalter 5 geöffnet, um die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n und die Lasten 4a bis 4x im Zuhause von dem Energiesystem 3 zu trennen. Wenn die Trennung von dem Energiesystem 3 bestätigt worden ist, dann beginnen die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n mit dem selbsterhaltenden Betrieb.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird wie bei der Ausführungsform 1 eine der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10a bis 10n dazu ausgewählt, als eine Haupteinheit zum Erzeugen der Referenz-AC-Spannung im selbsterhaltenden Betrieb betrieben zu werden. Hinsichtlich der Energie-Umwandlungsvorrichtung als eine Haupteinheit arbeiten die anderen Energie-Umwandlungsvorrichtungen in einer koordinierten Weise synchronisiert mit der Phase der Referenz-AC-Spannung, die von der Haupteinheit ausgegeben wird. Folglich werden sie in der folgenden Beschreibung als Hilfseinheiten definiert. Wie bei der Ausführungsform 1 wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, welche die Speicherbatterie 2 hat, bevorzugt als eine Haupteinheit ausgewählt.
Nachstehend wird der Betrieb für den Fall beschrieben, in welchem die Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 auf koordinierte Weise im selbsterhaltenden Betrieb betrieben werden.
Wenn ein Stromausfall detektiert worden ist, unterbricht die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 deren Betrieb. Dann bestätigt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 den Status (die Panel-Spannung des Solarpanels 1, den Ladezustand der Speicherbatterie 2 und dergleichen) einer jeden Energieversorgungseinrichtung, die mit der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 verbunden ist. Nachdem der Zustand einer jeden Energieversorgungseinrichtung bestätigt worden ist, wird auf den Befehl eines Benutzers gewartet, in den selbsterhaltenden Betrieb zu wechseln. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 fordert der Benutzer den selbsterhaltenden Betrieb über das (nicht dargestellte) HEMS an, so dass ein Wechsel in den selbsterhaltenden Betrieb durchgeführt wird.
Wenn die Anforderung für den selbsterhaltenden Betrieb von dem Benutzer eingegeben wird, weist das HEMS jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 dazu an, den selbsterhaltenden Betrieb zu beginnen. Wenn sie den Befehl für selbsterhaltenden Betrieb empfangen hat, beginnt jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 mit dem selbsterhaltenden Betrieb. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 für den Betrieb als eine Haupteinheit von dem HEMS benannt. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das HEMS den Schalter 5, um die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 und die Lasten 4 von dem Energiesystem 3 zu trennen.
Falls andererseits der Befehl für den selbsterhaltenden Betrieb nicht von dem Benutzer eingegeben wird, geht jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 in Bereitschaft, bis das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist. Wenn das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist, wird jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder in einem normalen koordinierten Betriebsmodus aktiviert.
Unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 21 und 22 wird die Prozedur zur Aktivierung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit beschrieben.
In der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die von dem HEMS dazu angewiesen worden ist, als eine Haupteinheit aktiviert zu werden, bestätigt in S240 die dritte Steuerungsschaltung 22 die Systemspannung, die von dem Spannungsmesser 23 ausgegeben worden ist, um wieder zu bestimmen, ob ein Stromausfall auftritt (S240). Insbesondere wird die effektive Spannung der Wechselgröße gemessen, und falls deren Wert kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird bestimmt, dass ein Stromausfall auftritt. Falls bestimmt wird, dass ein Stromausfall nicht auftritt, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder in einem normalen koordinierten Betriebsmodus (S241).
Falls andererseits bestimmt wird, dass der Stromausfall in dem obigen S240 auftritt, dann gibt die dritte Steuerungsschaltung 22 eine Anforderung aus, um zu bestätigen, ob die Panel-Spannung des Solarpanels 1 (im Ablaufdiagramm als PV-Panel bezeichnet) gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, so dass die Energieerzeugung bestätigt werden kann, und zwar an die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14. Wenn sie die Anforderung empfangen hat, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 die MPPT-Steuerungsschaltung 31 an, zu bestätigen, ob die Ausgangsspannung des Solarpanels 1, die von dem Spannungsmesser 11 ausgegeben wird, gleich groß wie oder größer ist als ein vorbestimmter Wert. In Antwort auf den Befehl bestätigt die MPPT-Steuerungsschaltung 31 die Spannung des Solarpanels 1 um zu bestimmen, ob die Energieerzeugung durchgeführt werden kann, und sie sendet deren Ergebnis an die vierte Steuerungsschaltung 34 (S242).
Die vierte Steuerungsschaltung 34 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22. Falls das Bestimmungsergebnis angibt, dass die Energieerzeugung durchgeführt werden kann, gilt Folgendes: Um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 an, eine Aktivierung in einem Spannungs-Steuerungsmodus durchzuführen, sie weist die Umschalt-Schaltung 33 an, den Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 auszuwählen, und sie weist die Umschalt-Schaltung 33 an, den Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 auszuwählen, so dass sie die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 aktiviert (S243).
Nachdem die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S243 aktiviert worden ist, oder falls die Spannung des Solarpanels 1 gleich groß wie oder kleiner ist als die vorbestimmte Spannung in S242 (oder das Solarpanel 1 nicht angeschlossen ist), dann weist die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 dazu an, Energie von der Speicherbatterie 2 zu entladen. Wenn sie den Entladebefehl empfangen hat, weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, zu bestätigen, ob die Spannung, die von dem Spannungsmesser 15 ausgegeben worden ist, gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist (S244).
In Antwort auf den Befehl bestätigt die Entlade-Steuerungsschaltung 42 die Spannung der Speicherbatterie 2, um zu bestimmen, ob das Entladen durchgeführt werden kann, und sie sendet das Ergebnis davon an die fünfte Steuerungsschaltung 44. Die fünfte Steuerungsschaltung 44 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22, und falls das Entladen durchgeführt werden kann - um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren - weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, eine Aktivierung im Spannungs-Steuerungsmodus durchzuführen, und sie weist die Umschalt-Schaltung 43 dazu an, den Ausgang der Entlade-Steuerungsschaltung 42 auszuwählen, so dass die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 aktiviert wird (S246).
Falls die Spannung der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder kleiner als die vorbestimmte Spannung ist (oder die Speicherbatterie 2 nicht angeschlossen ist), im obigen S244, wird bestätigt, ob die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 für das Solarpanel 1 bereits aktiviert worden ist (S245), und falls die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 noch nicht aktiviert worden ist, springt der Prozess zu S240 zurück.
Falls andererseits bestimmt wird, dass der Ladezustand der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist und das Entladen in dem obigen S244 durchgeführt werden kann und die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 bereits in S246 aktiviert worden ist, oder falls bestimmt wird, dass die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S245 bereits aktiviert worden ist, dann gibt die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 zum Steuern der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 einen Befehl zum Erzeugen einer Wellenform der AC-Spannung aus, die als eine Haupteinheit ausgegeben werden soll.
Das heißt, für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Haupteinheit dient, wird die Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 dazu angewiesen, eine Sinuswelle als eine Referenz zu erzeugen. Die sechste Steuerungsschaltung 57 gibt an die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ein Umschalt-Befehlssignal aus, um die Ausgabe der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 auszuwählen. In Antwort auf das Umschalt-Befehlssignal schaltet die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 den Ausgang der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung auf den Ausgang der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 um (S247).
Zu diesem Zeitpunkt gibt auf der Basis eines Befehls von der sechsten Steuerungsschaltung 57 die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude einen Prioritätsfaktor (Multiplikationsfaktor) zum Bestimmen einer Amplitude der AC-Spannung als einen Sollwert für die AC-Spannung an die Multiplikationsschaltung 56 aus, so dass die effektive Spannung der Wellenform der AC-Spannung z. B. 200 V wird. Die Multiplikationsschaltung 56 multipliziert die Ausgabe der Referenz-AC-Spannung, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt wird, mit dem Prioritätsfaktor von der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude als Verstärkung. Folglich wird eine Wellenform der AC-Spannung erhalten, welche die Amplitude der AC-Spannung hat, die zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert. Dann wird das Ergebnis der Multiplikation an die sechste Steuerungsschaltung 57 ausgegeben.
Die sechste Steuerungsschaltung 57 aktiviert die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, so dass die Referenz-AC-Spannung, die eine Wellenform (Sinuswelle) hat, welche die Amplitude der AC-Spannung hat, welche zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert und von der Multiplikationsschaltung 56 erhalten wird, ausgegeben wird (S248). Dadurch wird die Energie an Stromleitungen ausgegeben, die von dem Energiesystem 3 abgekoppelt sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 gibt die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die als eine Haupteinheit aktiviert ist, direkt die Referenz-Sinuswelle aus, die von der Sinuswellen-Erzeugungsschaltung 51 erzeugt wird. Im Vergleich zur Ausführungsform 1 gilt daher Folgendes: Bei der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die als eine Haupteinheit aktiviert ist, wird eine dahingehende Wirkung erhalten, dass ein Fehler bei der Detektion der Phase vermieden wird, der verursacht würde, wenn die Phase mittels der Phasen-Detektionsschaltung 53 bei der Ausführungsform 1 detektiert würde. Die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die als eine Haupteinheit aktiviert ist, führt keine Phasensteuerung für die Referenz-AC-Spannung mittels der Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung durch.
Wenn bestätigt worden ist, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als Haupteinheit aktiviert worden ist, beginnen die anderen Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 die Aktivierung als Hilfseinheiten. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 23 und 24 die Prozedur zur Aktivierung einer jeden Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit beschrieben.
Wenn die Aktivierung der Hilfseinheit gestartet wird, bestätigt die sechste Steuerungsschaltung 57, die in der dritten Steuerungsschaltung 22 vorgesehen ist, die Systemspannung, die von dem Spannungsmesser 23 ausgegeben worden ist, um zu bestätigen, ob die AC-Spannung von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit zugeführt wird, und sie bestätigt, ob ein Aktivierungsbefehl für den selbsterhaltenden Betrieb von dem (nicht dargestellten) HEMS abgesetzt wird (S260). Falls AC-Spannung zugeführt wird und ein Aktivierungsbefehl für den selbsterhaltenden Betrieb nicht von dem HEMS abgesetzt wird, wird bestimmt, dass das System wiederhergestellt ist, und eine normale Aktivierung (in einem koordinierten Betriebsmodus) wird durchgeführt (S261).
Falls andererseits der Aktivierungsbefehl für den selbsterhaltenden Betrieb von dem HEMS ausgegeben wird und bestimmt wird, dass ein Stromausfall auftritt, weist wiederum wie in dem Fall der Aktivierung der Haupteinheit die dritte Steuerungsschaltung 22 die vierte Steuerungsschaltung 34 in der ersten Steuerungsschaltung 14 dazu an, zu bestätigen, ob die Panel-Spannung des Solarpanels 1 gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, so dass die Energieerzeugung bestätigt werden kann.
Wenn sie die Anforderung empfangen hat, weist die vierte Steuerungsschaltung 34 die MPPT-Steuerungsschaltung 31 demgemäß an, zu bestätigen, ob die Ausgangsspannung des Solarpanels 1, die von dem Spannungsmesser 11 ausgegeben wird, gleich groß wie oder größer ist als ein vorbestimmter Wert (S262). In Antwort auf den Befehl bestätigt die MPPT-Steuerungsschaltung 31 die Spannung des Solarpanels 1, um zu bestimmen, ob die Energieerzeugung durchgeführt werden kann, und sie sendet deren Ergebnis an die vierte Steuerungsschaltung 34.
Die vierte Steuerungsschaltung 34 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22, und falls eine Energieerzeugung bestätigt werden kann, weist - um die DC-Busspannung des DC-Busses 25 zu stabilisieren - die vierte Steuerungsschaltung 34 die Spannungs-Steuerungsschaltung 32 dazu an, die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 in einem Spannungs-Steuerungsmodus zu aktivieren, und sie weist die Umschalt-Schaltung 33 dazu an, den Ausgang der Spannungs-Steuerungsschaltung 32 auszuwählen (S263).
Nachdem die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S263 aktiviert worden ist, oder falls die Spannung des Solarpanels 1 gleich groß wie oder kleiner ist als die vorbestimmte Spannung in S262 (oder das Solarpanel 1 nicht angeschlossen ist), dann weist die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 die fünfte Steuerungsschaltung 44 in der zweiten Steuerungsschaltung 18 dazu an, Energie von der Speicherbatterie 2 zu entladen. Wenn sie den Entladebefehl empfangen hat, weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, zu bestätigen, ob die Spannung, die von dem Spannungsmesser 15 ausgegeben worden ist, gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
In Antwort auf den Befehl bestätigt die Entlade-Steuerungsschaltung 42 die Spannung der Speicherbatterie 2, um zu bestimmen, ob das Entladen durchgeführt werden kann (S264), und sie sendet das Ergebnis davon an die fünfte Steuerungsschaltung 44. Die fünfte Steuerungsschaltung 44 sendet das Bestimmungsergebnis an die dritte Steuerungsschaltung 22, und falls das Entladen durchgeführt werden kann, weist die fünfte Steuerungsschaltung 44 die Entlade-Steuerungsschaltung 42 dazu an, die DC/DC-Umsetzerschaltung 17 im Spannungs-Steuerungsmodus in S264 zu aktivieren, und sie weist die Umschalt-Schaltung 43 dazu an, den Ausgang der Entlade-Steuerungsschaltung 42 auszuwählen, so dass die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 aktiviert wird (S266).
Falls die Spannung der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder kleiner als die vorbestimmte Spannung ist (oder die Speicherbatterie 2 nicht angeschlossen ist), im obigen S264, wird bestätigt, ob die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 für das Solarpanel 1 bereits aktiviert worden ist (S265), und falls die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 noch nicht aktiviert worden ist, springt der Prozess zu S260 zurück.
Falls andererseits bestimmt wird, dass der Ladezustand der Speicherbatterie 2 gleich groß wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist und das Entladen in dem obigen S264 durchgeführt werden kann und die zweite DC/DC-Umsetzerschaltung 17 bereits in S266 aktiviert worden ist, oder falls bestimmt wird, dass die erste DC/DC-Umsetzerschaltung 13 im obigen S265 bereits aktiviert worden ist, dann gibt die sechste Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22 einen Befehl zum Erzeugen einer Wellenform der AC-Spannung aus, die als eine Hilfseinheit ausgegeben werden soll.
Das heißt, für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit dient, detektiert in der sechsten Steuerungsschaltung 57 die Phasen-Detektionsschaltung 53 die Phase einer Wellenform der AC-Spannung, die von dem Spannungsmesser 23 ausgegeben wird, welcher die AC-Spannung misst, die von dem Energiesystem 3 eingegeben wird (S267). Als ein Phasendetektionsverfahren wird wie bei der Ausführungsform 1 ein Nulldurchgang der Wellenform der AC-Spannung detektiert, die von dem Energiesystem 3 eingegeben wird, und eine Zeit, zu welcher der Nulldurchgang detektiert wird, wird an die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung ausgegeben.
Die sechste Steuerungsschaltung 57 gibt an die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ein Schaltbefehl-Signal aus, um die Ausgabe der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung auszuwählen und diese auszugeben. In Antwort auf das Umschalt-Befehlssignal wählt die Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 den Ausgang der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung aus.
Andererseits führt die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung eine Steuerung aus, um die Phase der Sinuswelle zu korrigieren, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung ausgegeben wird, um den Absolutwert der Blindleistung zu minimieren, die von ihrer eigenen Vorrichtung ausgegeben wird. Das heißt, die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung gibt einen Korrekturwert für die Phase der Referenz-AC-Spannung (der Sinuswelle) aus, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung ausgegeben wird, und zwar an die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung.
Auf der Basis eines Befehls von der sechsten Steuerungsschaltung 57 gibt unterdessen die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude einen Prioritätsfaktor zum Bestimmen einer Amplitude der AC-Spannung als einen Sollwert für die AC-Spannung an die Multiplikationsschaltung 56 aus. Die Multiplikationsschaltung 56 multipliziert die Ausgabe der Referenz-AC-Spannung, die von der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung erzeugt wird, mit dem Prioritätsfaktor von der Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude als Verstärkung.
Durch die Ausgabe der Multiplikationsschaltung 56 wird folglich eine Referenz-AC-Spannung erhalten, die die Amplitude der AC-Spannung hat, welche zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert. Dann wird das Ergebnis der Multiplikation an die sechste Steuerungsschaltung 57 ausgegeben. Die sechste Steuerungsschaltung 57 aktiviert die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, so dass die Referenz-AC-Spannung, die die Amplitude der AC-Spannung hat, welche zu dem Steuerungs-Sollwert für die AC-Spannung korrespondiert und von der Multiplikationsschaltung 56 erhalten wird, ausgegeben wird (S269). Dadurch wird die Energie an Stromleitungen ausgegeben, die von dem Energiesystem 3 abgekoppelt sind.
Nachfolgend wird der Betrieb der Phasen-Detektionsschaltung 53, der Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung und der Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung, die oben beschrieben sind, unten detaillierter beschrieben.
Für den Fall, dass die Referenz-Sinuswelle unter Verwendung eines Referenz-Taktgebers erzeugt wird, der in jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 verwendet wird, gibt es eine Abweichung (z. B. ungefähr 100 pp) unter den Referenz-Taktgebern in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10. Selbst wenn die Phase intern angepasst wird, wird die Phase der Sinuswelle daher allmählich infolge der Taktabweichung verschoben.
Als ein Verfahren, um dies zu lösen, können beispielsweise deren Referenz-Taktgeber miteinander unter Verwendung einer PLL synchronisiert werden, oder ein Nulldurchgang kann pro Periode der AC-Spannung detektiert werden, um die Phasen der Referenz-Sinuswellen miteinander in Übereinstimmung zu bringen. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird das letztgenannte Verfahren verwendet, bei welchem ein Nulldurchgang detektiert wird, um die Phasen miteinander in Übereinstimmung zu bringen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 werden unter einer Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 die Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 als Hilfseinheiten durch Spannungssteuerung auf eine koordinierte Weise betrieben, und zwar unter Verwendung, als eine Referenz, der Wellenform der AC-Spannung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ausgegeben wird, welche als eine Haupteinheit betrieben wird. Wie oben beschrieben, wird zu dieser Zeit die Phase der Referenz-Sinuswelle, die in jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erzeugt wird, welche als eine Hilfseinheit betrieben wird, allmählich infolge einer Taktfrequenz-Abweichung verschoben.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform 3 ein Nulldurchgang mittels der Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert, um die Verschiebung der Phase infolge der Taktfrequenz-Abweichung zu korrigieren, und eine Feinanpassung der Phase, die durch die Impedanzen des Energiesystems 3 und der Lasten 4 verursacht werden, wird unter Verwendung der optimalen Phaseninformation durchgeführt, die von der Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung detektiert wird. Der Betrieb der Phasen-Detektionsschaltung 53 ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1 (13 und 14). Daher wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen.
Unter Bezugnahme auf 25 und 26 wird die Notwendigkeit der Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung beschrieben.
Für den Fall, dass die Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 in einer koordinierten Weise durch Spannungssteuerung betrieben werden, ist es schwierig, eine Steuerung beispielsweise zum selbsttätigen Unterbinden des Werts der Leistung durchzuführen, die von jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 an die Last zugeführt wird, und zwar auf der Basis des Ladezustands der Speicherbatterie 2 und nur unter Verwendung des Detektionsergebnisses eines Nulldurchgangs der AC-Spannung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 eingegeben worden ist.
Wie oben beschrieben, rührt dies daher, das die Phase der AC-Spannung, die von jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ausgegeben wird, infolge der Impedanz des Energiesystems 3, des Energieverbrauchs der Lasten 4 und dergleichen variiert. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform 3 eine Feinanpassung der Phase der AC-Spannung durchgeführt, wobei das Hauptaugenmerk auf die Blindleistung gelegt wird, die von ihrer eigenen Vorrichtung ausgegeben wird. Nachfolgend wird dieser Punkt beschrieben.
25 zeigt ein Beispiel eines Simulationsergebnisses des Verhältnisses zwischen einem Phasen-Korrekturwert, der der Wellenform der Referenz-AC-Spannung auf Seiten der Hilfseinheit gegeben wird, und der Blindleistung, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit ausgegeben wird (für den Fall, dass Energie von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 zu dem Energiesystem 3 zugeführt wird), und zwar für den Fall, dass zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 in einer koordinierten Weise durch Spannungssteuerung betrieben werden. Bei dieser Simulation ist die Systemfrequenz auf 60 Hz eingestellt, und das Integrationsergebnis für 2 Sekunden (120 Perioden) wird als Blindleistung berechnet.
In 25 gibt „0 Grad“ den Fall an, in welchem die Wellenformen (Sinuswellen) der Referenz-AC-Spannungen der Haupteinheit und der Hilfseinheit die gleiche Phase haben. In Bezug auf die „0 Grad“ gibt die Plusseite den Fall an, in welchem die Phase der Referenz-AC-Spannung der Hilfseinheit in Bezug auf diejenige der Haupteinheit vorauseilt, und die Minusseite gibt den Fall an, in welchem die Phase der Referenz-AC-Spannung der Hilfseinheit derjenigen der Haupteinheit nacheilt.
26 zeigt ein Beispiel des Simulationsergebnisses des Verhältnisses zwischen einem Phasen-Korrekturwert, der der Referenz-AC-Spannung auf Seiten der Hilfseinheit zugeteilt wird, und der Leistung Wm (die in 26 mit einer durchgezogenen Linie angezeigt ist) und der Leistung Ws (die in 26 mit einer unterbrochenen Linie angezeigt ist), die von den Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 als eine Haupteinheit und eine Hilfseinheit ausgegeben werden, und zwar für den Fall, in welchem zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 in einer koordinierten Weise durch Spannungssteuerung betrieben werden.
In der in 26 gezeigten Simulation sind die effektiven Spannungen der Referenz-AC-Spannung gegeben, so dass die Ausgangsleistungen Wm und Ws von Haupteinheit und Hilfseinheit im Wesentlichen miteinander bei der Phase übereinstimmen, wo der Absolutwert der Blindleistung minimiert ist. Falls die effektiven Spannungen der Referenz-AC-Spannungen die gleichen sind, stimmen daher die Ausgangsleistungen Wm und Ws von Haupteinheit und Hilfseinheit im Wesentlichen miteinander bei der Phase von 0 Grad überein.
27 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe einer optimalen Phase θ0, bei welcher die Ausgangsleistungen Wm und Ws von Haupteinheit und Hilfseinheit im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, und zwar in dem in 26 gezeigten Simulationsergebnis.
Wie in 27 gezeigt, gilt in der Nähe der optimalen Phase θ0 Folgendes: Die Ausgangsleistung von jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 variiert stark, mit einer nur leichten Veränderung von deren Phase. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 steuert daher die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung die Phase θj der Referenz-AC-Spannung auf Seiten der Hilfseinheit, um in Bezug auf die optimale Phase θ0 leicht vorauszueilen, so dass die Blindleistung minimiert ist.
Diese Steuerung führt zu einer dahingehenden Wirkung, dass eine proportionale Verteilung der Ausgangsleistungen von den Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 ermöglicht wird, während es verhindert wird, dass die Leistung, die von jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ausgegeben wird, sich stark verändert, und zwar selbst dann, wenn deren Phase leicht variiert.
Unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme, die in 28 und 29 gezeigt sind, wird der detaillierte Betrieb der Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung beschrieben.
Hierbei bezeichnen Wac_neg(n) und Wac_neg(n - 1) jeweils den aktuellen Wert und den letzten Wert der berechneten Integrationsergebnisse der Blindleistung. Außerdem gibt sign_flag ein Flag an, das angibt, ob in der letzten Steuerung die Phase zum Vorauseilen oder zum Nacheilen gesteuert worden ist. Außerem gibt Ac_phase die Phasenkorrektur-Information an, die von der Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung berechnet worden ist. Die Werte dieser Variablen werden initialisiert (S321).
Nachdem die Initialisierung vollständig ist, berechnet die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung die Blindleistung (Wac_neg(n)), und zwar unter Verwendung von Informationen von dem Spannungsmesser 23 und dem Strommesser 24 über die sechste Steuerungsschaltung 57 (S322). Die Blindleistung wird berechnet, indem über einen vorbestimmten Zeitraum die Leistung integriert wird, die negativ werden soll, wenn sie für den Fall berechnet wird, dass die Wirkleistung in der von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 an die Last 4 zugeführten Leistung als positiv angenommen wird.
Nachdem die Blindleistung in S322 berechnet worden ist, wird bestimmt, ob die Blindleistung Wac_neg(n), die dieses Mal berechnet worden ist, größer ist als Wac_neg(n - 1), die beim letzten Mal berechnet worden ist (S323). Als Ergebnis der Bestimmung wird, falls der Wert bei diesem Mal größer oder gleich dem Wert beim letzten Mal ist, als nächstes bestätigt, ob sing_flag „0“ ist (S324). Hierbei ist sign_flag ein Flag, das auf „0“ gesetzt werden soll, falls die Phase bei der letzten Steuerung zum Vorauseilen gesteuert worden ist, und es wird auf „1“ gesetzt, falls die Phase bei der letzten Steuerung zum Nacheilen gesteuert worden ist.
Falls bestimmt wird, dass sign_flag „0“ im obigen S324 ist, wird unter Berücksichtigung, dass der Absolutwert der Blindleistung infolge des Vorauseilens der Phase beim letzten Mal zugenommen hat, die Phasen-Korrekturinformation Ac_phase dazu veranlasst, um Ac_step nachzueilen, und da veranlasst wird, dass die Phase nacheilt, wird sign_flag auf „1“ gesetzt (S325). Der Ac_step ist ein Schritt, mittels welchem die Phase in der Steuerung zur Blindleistung-Minimierung gesteuert wird, und bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird der Fall beschrieben, in welchem der Schritt ein vorbestimmter fester Wert ist.
Falls andererseits bestimmt wird, dass sign_flag „1“ in dem obigen S324 ist, wird unter Berücksichtigung, dass der Absolutwert der Blindleistung infolge des Nacheilens der Phase beim letzten Mal zugenommen hat, die Phasen-Korrekturinformation Ac_phase dazu veranlasst, um Ac_step vorauszueilen, und da veranlasst wird, dass die Phase vorauseilt, wird sign_flag auf „0“ gesetzt (S326).
Falls andererseits bestimmt wird, das die Blindleistung Wac_neg(n), die dieses Mal im obigen S323 berechnet worden ist, kleiner ist als Wac_neg(n - 1), die beim letzten Mal berechnet worden ist, wird bestätigt, ob oder ob nicht sing_flag „0“ ist (S327).
Falls hier bestimmt wird, dass sing_flag „0“ ist, wird unter Berücksichtigung, dass der Absolutwert der Reaktivleistung infolge des Vorauseilens der Phase beim letzten Mal abgenommen hat, Ac_phase dazu veranlasst, um Ac_step vorauszueilen, und da veranlasst worden ist, dass die Phase vorauseilt, wird sign_flag auf „0“ gesetzt (S328). Falls bestimmt wird, dass sign_flag „1“ im obigen S327 ist, wird unter Berücksichtigung, dass der Absolutwert der Blindleistung infolge des Nacheilens der Phase beim letzten Mal abgenommen hat, Ac_phase dazu veranlasst, um Ac_step vorauszueilen, und da veranlasst wird, dass die Phase vorauseilt, wird sign_flag auf „1“ gesetzt (S329).
Nachdem irgendeine der Verarbeitungen in den obigen S325, S326, S328 und S329 abgeschlossen worden ist, ersetzt die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung Wac_neg(n) mit Wac_neg(n - 1) (S330), und sie bestätigt, ob der selbsterhaltende Betrieb beendet worden ist (S331). Falls der selbsterhaltende Betrieb beendet worden ist, wird die Steuerung zur Blindleistung-Minimierung beendet. Falls der selbsterhaltende Betrieb nicht beendet worden ist, springt der Prozess zu dem obigen S322 zurück, um die Blindleistung erneut zu messen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 gilt Folgendes: Da die Phase der Wellenform (Sinuswelle) der Referenz-AC-Spannung, die in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 verwendet wird, die als eine Hilfseinheit betrieben wird, wie oben beschrieben gesteuert wird, kann die Referenz-AC-Spannung, die infolge der Impedanzen des Energiesystems 3 und der Lasten 4 variiert, so gesteuert werden, das sie konstant eine optimale Phase hat.
Beispielsweise wird eine dahingehende Wirkung erhalten, dass, selbst wenn sich die Leistungsaufnahme in den Lasten 4 schnell verändert und sich die Impedanz insgesamt verändert, die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 so gesteuert werden kann, dass sie als eine Hilfseinheit mit einer optimalen Phase arbeitet, während sie der Veränderung folgt. Außerdem wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass, selbst wenn die Impedanzen des Energiesystems 3 und der Lasten 4 nicht im Voraus bekannt sind, da die Steuerung auf der Basis des Blindleistungswert erfolgt, die Referenz-AC-Spannung so gesteuert werden kann, dass sie konstant eine optimale Phase hat.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform 3 gilt, wie in den obigen Ausführungsformen 1 und 2, Folgendes: Nach Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs wird, anstatt Leistungen gleichmäßig von den Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 zu der Last 4 zuzuführen, die Zufuhr von Leistungen unter Berücksichtigung des Leistungswerts angepasst, den jede Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 zuführen kann.
Die Notwendigkeit einer solchen proportionalen Verteilung der Zuführungsleistungen unter den Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs ist so, wie bereits bei der Ausführungsform 1 beschrieben, und das spezifische Proportional-Verteilungsverfahren ist in diesem Fall das gleiche wie dasjenige, das unter Bezugnahme auf 15 und 16 bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist. Daher ist deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
Unter Bezugnahme auf 30 und 31 wird nachfolgend ein Verfahren zum Bestimmen der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel in jeder der Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 beschrieben, die als eine Haupteinheit und eine Hilfseinheit dienen.
30 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen der Ausgangsleistung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 zeigt, die als eine Haupteinheit arbeitet, und der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel. 31 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen der Ausgangsleistung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 zeigt, die als eine Hilfseinheit arbeitet, und der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel.
Der Graph für die Haupteinheit, die in 30 gezeigt ist, gibt ein Simulationsergebnis für den Fall an, in welchem angenommen wird, dass die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung, wenn der Ladezustand in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit 100 % ist (d. h. für den Fall, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit vollständig Leistung ausgibt, d. h. die Priorität am höchsten ist), 200 V beträgt.
In 30 gibt eine Linie, wo der Ladezustand 100 % ist, die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung an, die veranlasst, dass die Leistungen, die von einer Haupteinheit und einer Hilfseinheit ausgegeben werden, im Wesentlichen gleich sind, während die Leistungsaufnahme in den Lasten 4 unter der obigen Bedingung variiert. In 30 gibt eine Linie, wo der Ladezustand 10 % ist, die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung an, die veranlasst, dass die Leistung, die von einer Haupteinheit ausgegeben wird, ungefähr 1/9 der Leistung ist, die von einer Hilfseinheit ausgegeben wird, während die Leistungsaufnahme in den Lasten 4 unter der obigen Bedingung variiert.
Das heißt, für den Fall, dass eine Leistung von 1000 W von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit ausgegeben wird, ein Sollwert für die effektive AC-Spannung, die die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgibt, Werte in einem Bereich von ungefähr 192 V (Ladezustand : 100 %), wenn der Ladezustand 100 % ist, bis ungefähr 182 V (Ladezustand : 10 %) annimmt, wie in 30 gezeigt. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform 3 der Ladezustand der Speicherbatterie in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit 100 % ist, wird die untere Grenzspannung der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung, die eine Haupteinheit annehmen kann, auf 190 V eingestellt, und wenn der Ladezustand der Speicherbatterie 10 % ist, dann wird die untere Grenzspannung auf 175 V eingestellt (es sei angemerkt, dass für den Ladezustand zwischen 100 % und 10 % beispielsweise eine lineare Interpolation zwischen 190 V und 175 V durchgeführt wird).
Für den Fall, dass eine Leistung von 2000 W von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit zugeführt wird, ist ursprünglich, wenn der Ladezustand 100 % ist, die effektive Spannung auf Seiten der Haupteinheit ungefähr 185 V (siehe die unterbrochene Linie der Ladezustand -100 %-Linie in 30), und wenn der Ladezustand 10 % ist, ist die effektive Spannung auf Seiten der Haupteinheit ungefähr 168 V (siehe die unterbrochene Linie der Ladezustand -10 %-Linie in 30).
Wie in 31 gezeigt, gilt ähnlich Folgendes: Wenn der Ladezustand 100 % ist, ist die effektive Spannung auf Seiten der Hilfseinheit 200 V, und wenn der Ladezustand 10 % ist, ist die effektive Spannung auf Seiten der Hilfseinheit ungefähr 165 V (siehe die unterbrochene Linie der Ladezustand-10 %-Linie in 31). Für den Fall, dass eine Leistung von 2000 W entladen wird, wenn der Ladezustand auf Seiten der Haupteinheit und der Ladezustand auf Seiten der Hilfseinheit ungefähr 30 % ist, ist ein Sollwert für die effektive AC-Spannung auf Seiten der Haupteinheit ungefähr 172 V, und ein Sollwert für die effektive AC-Spannung auf Seiten der Hilfseinheit ist ungefähr 173 V.
Daher wird der Effektivwert der AC-Spannung, die den Lasten 4 zugeführt wird, kleiner als 172,5 V. Falls die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung abnimmt, nimmt die effektive Spannung der den Lasten 4 zugeführten AC-Spannung ab. Daher wird die untere Grenzspannung für die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung eingestellt, die eine Haupteinheit (und eine Hilfseinheit, wie später noch beschrieben) annehmen können. Auch für die anderen Werte des Ladezustands kann die Berechnung unter der gleichen Bedingung durchgeführt werden (z. B. durch lineare Interpolation zwischen dem Ladezustand von 100 % und dem Ladezustand von 10 %), auch wenn dies nicht gezeigt ist.
In 31 gibt eine Linie, wo der Ladezustand 100 % ist, die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung an, die veranlasst, dass die Leistungen, die von einer Haupteinheit und einer Hilfseinheit ausgegeben werden, im Wesentlichen gleich sind, während die Leistungsaufnahme in den Lasten 4 unter der obigen Bedingung variiert. In 31 gibt eine Linie, wo der Ladezustand 10 % ist, die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung an, die veranlasst, dass die Leistung, die von der Hilfseinheit ausgegeben wird, ungefähr 1/9 der Leistung ist, die von der Haupteinheit ausgegeben wird, während die Leistungsaufnahme in den Lasten 4 unter der obigen Bedingung variiert.
Auch bei der Hilfseinheit gilt, wie bei der Haupteinheit, Folgendes: Falls die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung abnimmt, nimmt die effektive Spannung der AC-Spannung ab, die der Last 4 zugeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 ist daher die untere Grenzspannung der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung, die die Hilfseinheit aufnehmen kann, auf 180 V eingestellt. Auch für die anderen Werte des Ladezustands kann die Berechnung unter der gleichen Bedingung durchgeführt werden (z. B. durch lineare Interpolation zwischen dem Ladezustand von 100 % und dem Ladezustand von 10 %), auch wenn dies nicht gezeigt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 gilt Folgendes, wie oben beschrieben: Da die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung die Phase der Referenz-AC-Spannung auf Seiten der Hilfseinheit so steuert, dass sie im Vergleich zu derjenigen auf Seiten der Haupteinheit vorauseilt, um die Blindleistung zu minimieren (siehe 27), ist, wie in 30 und 31 gezeigt, der Graph, der zum Berechnen der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung genutzt wird, zwischen Haupteinheit und Hilfseinheit verschieden. Da außerdem die Phase der Referenz-AC-Spannung auf Seiten der Hilfseinheit so gesteuert wird, dass sie im Vergleich zu derjenigen auf Seiten der Haupteinheit vorauseilt, wird die untere Grenzspannung für die effektive Spannung auf Seiten der Haupteinheit verringert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 werden, wie in 30 und in 31 gezeigt, Tabellendaten für die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel verwendet. Ohne Einschränkung darauf versteht es sich jedoch, dass z. B. für den Fall, dass die Phase der AC-Spannung auf Seiten der Haupteinheit so gesteuert wird, dass sie vorauseilt, die Kennlinien in 30 und 31 zwischen der Haupteinheit und der Hilfseinheit umgekehrt werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Bestimmen der Amplitude der AC-Spannung beschrieben, d. h. der effektiven Spannung der AC-Spannung, die von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 bei der vorliegenden Ausführungsform 3 ausgegeben wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird die Amplitude der AC-Spannung so bestimmt, dass sie die erzeugte Leistung des Solarpanels 1, das eine energieerzeugende Einrichtung ist, maximal ausnutzt. Was die Speicherbatterie 2 anbelangt, wird die Amplitude der AC-Spannung auf der Basis des Ladezustands der Speicherbatterie 2 bestimmt.
Das heißt, was das Solarpanel 1 angeht, gilt beispielsweise Folgendes: Für den Fall, dass die Nennleistung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 einen Wert von 4 kW hat und eine Energieerzeugung bei 4 kW durchgeführt werden kann, wird die erzeugte Leistung von der Solarpanel 1 dem System zugeführt, ohne Energie von der Speicherbatterie 2 zu entladen. Falls es zu diesem Zeitpunkt Überschussleistung gibt, wird die Speicherbatterie 2 mit der Überschussleistung geladen. Falls die Speicherbatterie 2 geladen wird und dann immer noch Überschussleistung übrig ist, oder falls die Speicherbatterie 2 vollständig geladen worden ist, wird die Amplitude der AC-Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung erhöht, um die effektive Leistung weiter zu erhöhen, und die erzeugte Leistung von dem Solarpanel 1 wird an das Energiesystem 3 ausgegeben.
Selbst für den Fall, dass die effektive Spannung auf 200 V eingestellt ist, was der obere Grenzwert ist, gilt Folgendes: Falls es Überschussleistung in der erzeugten Leistung des Solarpanels 1 gibt, wird eine Steuerung durchgeführt, um die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung weiter zu erhöhen, so dass die erzeugte Leistung des Solarpanels 1 dem Energiesystem 3 so weit wie möglich zugeführt werden kann. Außerdem überwacht die sechste Steuerungsschaltung 57 die effektive Spannung des Energiesystems 3, und die Erzeugungsschaltung für die Ausgangsamplitude 55 steuert die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung innerhalb eines solchen Bereichs, in welchem die effektive Spannung des Energiesystems 3 nicht die obere Grenzspannung überschreitet.
Was die Speicherbatterie 2 anbelangt, gilt andererseits Folgendes: Die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung wird auf der Basis des Ladezustands bestimmt. Die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung wird beispielsweise so bestimmt, dass die Speicherbatterie 2 mit einem Ladezustand von 50 % Leistung zuführt, die im Wesentlichen die Hälfte der Leistung beträgt, die von der Speicherbatterie 2 mit einem Ladezustand von 100 % zugeführt wird.
Als ein Verfahren zur Bestimmung werden Tabellendaten im Voraus für eine Haupteinheit und eine Hilfseinheit vorbereitet, um es zu erlauben, dass der effektive Spannungswert der Wellenform der Referenz-AC-Spannung in Bezug auf den Ladezustand und die Ausgangsleistung von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 bestimmt wird (siehe die oben beschriebenen 30 und 31), und der effektive Spannungswert der Wellenform der Referenz-AC-Spannung wird auf der Basis der Daten bestimmt. Für den Fall beispielsweise, dass der Ladezustand 10 % ist und die Ausgangsleistung 750 W in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit beträgt, wird bestimmt, dass der effektive Spannungswert der Wellenform der Referenz-AC-Spannung 185 V beträgt, und zwar aus 30.
Für den Fall, dass keine Steuerung erfolgt, wird normalerweise beispielsweise unter einer Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 Leistung bevorzugt von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ausgegeben, bei welcher die Phase der Wellenform der Referenz-AC-Spannung am meisten vorauseilt. Falls die Speicherbatterien 2 die gleichen Kapazitäten haben, wird daher der Ladezustand der Speicherbatterie 2 der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die die am meisten vorauseilende Phase hat, als erstes zu Null.
Für den Fall jedoch, dass eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, welche die Speicherbatterien 2 haben, Energie auf eine koordinierte Weise im selbsterhaltenden Betrieb zuführen, indem die effektiven Spannungen der Wellenformen der Referenz-AC-Spannung auf die obige Weise gesteuert werden, wird verhindert, dass die Speicherbatterie mit einem niedrigen Ladezustand oder die Speicherbatterie mit einer kleinen Kapazität die geladene Energie früher erschöpft. Folglich wird eine dahingehende Wirkung erhalten, dass es allen gespeicherten Energien ermöglicht wird, im Wesentlichen gleichzeitig vollständig zu sein.
Indem die Steuerung so durchgeführt wird, werden für den Fall, dass fünf Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10, die nur die Speicherbatterien 2 mit einer Nennleistung von 4 kW (aber mit verschiedenen Kapazitäten) haben, in einer koordinierten Weise betrieben werden, können die fünf Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 in einer koordinierten Weise im Wesentlichen bis zum Schluss betrieben werden. Folglich ergibt sich eine dahingehende Wirkung, dass eine Leistung bis zu 20 kW im Wesentlichen bis zum Ende abgedeckt werden kann, und zwar selbst für den Fall, dass eine sehr große Leistung augenblicklich benötigt wird.
Ein Aufzug beispielsweise, der in einer Eigentumswohnung verwendet wird oder dergleichen, benötigt eine sehr große Leistung zu Beginn seiner Bewegung. Indem die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung auf der Basis des Ladezustands bestimmt wird, wie bei der vorliegenden Ausführungsform 3 beschrieben, kann in diesem Fall die Mehrzahl von Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 bis im Wesentlichen zur gleichen Zeit betrieben werden, selbst wenn die Kapazitäten oder die Ladezustandswerte der angeschlossenen Speicherbatterien 2 verschieden sind.
Für den Fall beispielsweise, in welchem die Summe der Energien, die in den Speicherbatterien 2 gespeichert ist, immer noch ungefähr 1/3 beträgt, ist es daher möglich, eine Unannehmlichkeit zu verhindern, bei welcher die Speicherbatterien 2 von zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 entleert werden und die zwei Energie-Umwandlungsvorrichtungen 10 unterbrochen werden, so dass der Aufzug nicht aktiviert werden kann.
32 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Berechnen der effektiven Wellenform der Referenz-AC-Spannung zeigt, die aus der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 im selbsterhaltenden Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung ausgegeben werden soll, in jeder Energie-Umwandlungsvorrichtung 10.
Wenn die Berechnung der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung für die DC/AC-Umsetzerschaltung 21 gestartet wird, wird der Wert der durch das Solarpanel 1 erzeugten Leistung bezogen (S381). Nachdem der Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 bezogen worden ist, wird der Ladezustand der Speicherbatterie 2 bezogen (S382). Dann wird die Amplitude der AC-Spannung, d. h. die effektive Spannung, der Wellenform der Referenz-AC-Spannung bestimmt, und zwar auf der Basis des Leistungs-Erzeugungswerts des Solarpanels 1, des Ladezustands der Speicherbatterie 2, des Ausgangsleistungswerts der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, des Betriebsmodus (Haupteinheit /Hilfseinheit) und der effektiven Spannung des Energiesystems 3 (S383).
Als nächstes wird ein spezifisches Verfahren zum Bestimmen der effektiven Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel unter Bezugnahme auf 33 und 34 beschrieben.
Zunächst wird der Fall beschrieben, in welchem das Solarpanel 1 überhaupt keine Leistung während der Nacht oder dergleichen erzeugt, oder in welchem das Solarpanel 1 nicht vorgesehen ist, und zwar unter Bezugnahme auf 33.
Wenn sie von der sechsten Steuerungsschaltung 57 Informationen über den Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1, den Ladezustand der Speicherbatterie 2, den Ausgangsleistungswert der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 und den Betriebsmodus (Haupteinheit/Hilfseinheit) bezogen hat, wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude eine zu verwendende Tabelle aus, und zwar gemäß dem Betriebsmodus.
Wenn z. B. der Betriebsmodus eine Haupteinheit angibt, dann wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude die in 30 gezeigte Tabelle aus, und wenn der Betriebsmodus eine Hilfseinheit angibt, dann wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude die in 31 gezeigte Tabelle aus. Nachdem sie die Tabelle ausgewählt hat, wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude Tabellendaten aus, welche das Verhältnis zwischen der korrespondierenden Ausgangsleistung und der effektiven Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel angeben, und zwar auf der Basis der Ladezustand-Information über die Speicherbatterie 2.
Der momentane Betriebspunkt wird bestätigt (hier als Beispiel ein Punkt mit ausgefülltem Kreis, bei welchem die Ausgangsleistung 1000 W beträgt und die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung 190 V beträgt, in 33). In 33 beträgt bei dem momentanen Ladezustand swert die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel 187,5 V, wenn die Leistung von 1000 W ausgegeben wird. Daher gibt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude einen Prioritätsfaktor an die Multiplikationsschaltung 56 aus, so dass die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung, die von der Multiplikationsschaltung 56 ausgegeben wird und zu dem neuen Steuerungsziel korrespondiert, 187,5 V wird.
Als nächstes wird der Fall beschrieben, in welchem das Solarpanel 1 Leistung erzeugt, unter Bezugnahme auf 34.
Wenn sie von der sechsten Steuerungsschaltung 57 Informationen über den Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1, den Ladezustand der Speicherbatterie 2, den Ausgangsleistungswert der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 und den Betriebsmodus (Haupteinheit/Hilfseinheit) bezogen hat, wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude eine zu verwendende Tabelle aus, und zwar gemäß dem Betriebsmodus.
Wenn z. B. der Betriebsmodus eine Haupteinheit angibt, dann wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude die in 30 gezeigte Tabelle aus, und wenn der Betriebsmodus eine Hilfseinheit angibt, dann wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude die in 31 gezeigte Tabelle aus. Nachdem sie die Tabelle ausgewählt hat, wählt die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude wie in dem obigen Fall Tabellendaten aus, welche das Verhältnis zwischen der korrespondierenden Ausgangsleistung und der effektiven Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel angeben, und zwar auf der Basis der Ladezustand-Information über die Speicherbatterie 2.
Der momentane Betriebspunkt wird bestätigt (hier als Beispiel ein Punkt mit ausgefülltem Kreis, bei welchem die Ausgangsleistung 2500 W beträgt und die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung 190 V beträgt, in 33). Dann wird der Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 bestätigt, der im obigen S381 bezogen worden ist.
Für den Fall, dass der Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 einen Wert von 2000 W hat (durch den Pfeil mit der dicken durchgezogenen Linie in 34 angezeigt), dann priorisiert die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude die erzeugte Leistung des Solarpanels 1 und berechnet die Leistung, die von der Speicherbatterie 2 entladen werden soll, um den Wert der Zuführungsleistung beizubehalten, die momentan ausgegeben wird. In dem vorliegenden Beispiel ist die von der Speicherbatterie 2 zu entladende Leistung 2500 W - 2000 W = 500 W (in 34 als neuer Entladungswert beschrieben).
Aus dem Berechnungsergebnis und den ausgewählten Tabellendaten berechnet dann die Erzeugungsschaltung für die Ausgangsamplitude 55 die effektive Spannung (in 34: Neue effektive Spannung = 192,5 V) der Wellenform der Referenz-AC-Spannung als ein neues Steuerungsziel zum Ausgeben des Entladeleistungswerts (im vorliegenden Beispiel: Entsprechend 500 W) aus der Speicherbatterie 2. Die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude gibt einen Prioritätsfaktor an die Multiplikationsschaltung 56 aus, so dass die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung, welche das neue Steuerungsziel wird und von der Multiplikationsschaltung 56 ausgegeben wird, einen Wert von 192,5 annimmt.
Für den Fall, dass der Leistungs-Erzeugungswert des Solarpanels 1 einen Wert von 3000 W hat (mit einem Pfeil mit dicker unterbrochener Linie in 34 angezeigt), dann priorisiert die Erzeugungsschaltung 55 für die Ausgangsamplitude die erzeugte Leistung des Solarpanels 1 und führt eine Steuerung durch, so dass die erzeugte Leistung maximal an das Energiesystem 3 ausgegeben wird. Derzeit gilt daher Folgendes: Da die erzeugte Leistung (3000 W) des Solarpanels 1 größer als die Leistung (2500 W) ist, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 ausgegeben wird, wird Überschussleistung (hier: 3000 W - 2500 W = 500 W) erzeugt.
In diesem Fall ist es notwendig, den Wert der Leistung zu erhöhen, die von der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 an das Energiesystem 3 zugeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wird daher die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung als ein neues Steuerungsziel jenseits von 200 V eingestellt, was die obere Grenzspannung ist (in 34 ist die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung als ein neues Steuerungsziel mit der Bezeichnung Vnew versehen). In den Tabellendaten sind auch einzustellende Daten, wenn die Überschussleistung (im vorliegenden Fall: 500 W) von dem Solarpanel 1 erzeugt wird, ebenfalls im Voraus als eine Tabelle gespeichert.
Für den Fall, dass der effektive Spannungswert der Wellenform der Referenz-AC-Spannung jenseits von 200 V eingestellt wird, was die obere Grenzspannung ist, gilt wie oben beschrieben Folgendes: Falls die Überschussleistung nicht vollständig verbraucht werden kann, obwohl den Lasten 4, die mit dem Energiesystem 3 verbunden sind, Energie zugeführt wird oder die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 die Speicherbatterie 2 lädt, nimmt die effektive Spannugn der Wechselgröße des Energiesystems 3 zu.
Demzufolge wird bei der vorliegenden Ausführungsform 3 für den Fall, dass die effektive Spannung der Wellenform der Referenz-AC-Spannung jenseits von 200 V eingestellt wird, welches die obere Grenzspannung ist, die effektive Spannung des Energiesystems 3 über den Spannungsmesser 23 überwacht. Falls dann die effektive Spannung des Energiesystems 3 einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die effektive Spannung der Referenz-AC-Spannung als ein Steuerungsziel sequenziell verringert, so dass ein Versagen der Lasten 4 oder eine Unterbrechung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 infolge von Überspannung der Wechselgröße verhindert wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 22 wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit nach Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs beschrieben.
Die dritte Steuerungsschaltung 22 bestimmt eine Amplitude der AC-Spannung als einen Sollwert für die AC-Spannung, und sie berechnet die effektive Spannung, welche die Amplitude der AC-Spannung hat (S249). Dann steuert die dritte Steuerungsschaltung 22 die DC/AC-Umsetzerschaltung 21, so dass eine Wellenform der AC-Spannung, welche die effektive Spannung hat, von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird (S250, S251). Die Einzelheiten des Betriebs der dritten Steuerungsschaltung 22 in diesem Fall ist wie bereits unter Bezug auf das Ablaufdiagramm in 32 und auf 33 und 34 beschrieben.
Anschließend bestätigt die Steuerungsschaltung 57 in der dritten Steuerungsschaltung 22, ob das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist (S218). Falls das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist, wird hier die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unterbrochen (S224), und nachdem die Unterbrechung der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 bestätigt worden ist, wird der Schalter 5 geschlossen, um die Lasten 4 und die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder mit dem Energiesystem 3 zu verbinden. Nachdem die Wiederverbindung abgeschlossen ist, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder aktiviert, so dass sie mit dem Energiesystem 3 verschaltet ist (S252).
Falls andererseits die Energie im obigen S218 nicht wiederhergestellt ist, wird bestätigt, ob eine Unterbrechungsbedingung für die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 erfüllt ist (S219). Die Unterbrechungsbedingung korrespondiert in diesem Fall beispielsweise zu dem Fall, in welchem eine sehr große Leistung von der Last 4 umgesetzt wird, so dass die Nennkapazität der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 überschritten wird, oder dem Fall, in welchem die gespeicherte Energie in der Speicherbatterie 2 erschöpft ist und die Energieerzeugung durch das Solarpanel 1 verschwindet.
Falls eine Unterbrechungsbedingung in S219 erfüllt ist, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 unterbrochen, und dann, wenn das Energiesystem 3 wiederhergestellt ist, wird die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 wieder aktiviert, so dass sie wieder mit dem Energiesystem 3 verbunden ist (S224). Falls andererseits irgendeine Unterbrechungsbedingung für die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 im obigen S219 nicht erfüllt ist, springt der Prozess zu S249 zurück, um die Steuerung der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 fortzusetzen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 24 wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Hilfseinheit nach Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs beschrieben.
In der dritten Steuerungsschaltung 22 in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 detektiert die Phasen-Detektionsschaltung 53 die Phase der Wellenform der Referenz-AC-Spannung, die von der Referenzsignal-Auswahlschaltung 52 ausgegeben wird, und danach erzeugt die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung die Referenz-AC-Spannung (Sinuswelle) auf der Basis der Phase, die von der Phasen-Detektionsschaltung 53 detektiert worden ist.
Zu diesem Zeitpunkt gibt die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung einen Korrekturwert für die Phase der Referenz-AC-Spannung (Sinuswelle) an die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung aus, so dass der Absolutwert der Blindleistung minimiert wird, die von der DC/AC-Umsetzerschaltung 21 ausgegeben wird. In Antwort darauf korrigiert die Erzeugungsschaltung 54 für die Referenz-AC-Spannung eine optimale Phase durch die Steuerung zur Blindleistung-Minimierung, die oben beschrieben ist (S270).
Der anschließende Betrieb von S271 bis S274 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 als eine Haupteinheit nach der Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs, der in 23 gezeigt ist. Daher wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen.
Der koordinierte Betrieb zwischen der Spannungssteuerung für das Solarpanel 1 mittels der ersten DC/DC-Umsetzerschaltung 13 nach Aktivierung des selbsterhaltenden Betriebs und der Spannungssteuerung für die Speicherbatterie 2 mittels der zweiten Spannungssteuerung 17; das Steuerungsverfahren (MPPT-Steuerungsverfahren und das Spannungs-Spannungs-Steuerungsverfahren zum Steuern der Spannung des DC-Busses 25, so dass sie konstant ist) für das Solarpanel 1 im selbsterhaltenden Betrieb; und das Steuerungsverfahren für die Speicherbatterie 2 sind die gleichen wie diejenigen, die in der obigen Ausführungsform 1 beschrieben sind. Daher ist deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
Wie oben beschrieben, kann die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform 3 die gleiche Wirkung bieten wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben. Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform 3 die Steuerungsschaltung 58 für die Blindleistung-Minimierung in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 vorgesehen. Da die Phase der Wellenform (Sinuswelle) der Referenz-AC-Spannung, die in der Energie-Umwandlungsvorrichtung 10, die als eine Hilfseinheit arbeitet, so gesteuert wird, dass sie korrigiert wird, können folglich die Referenz-AC-Spannung, die infolge der Impedanzen des Energiesystems 3 der Lasten 4 variiert, so gesteuert werden, dass sie konstant eine optimale Phase haben.
Das heißt, selbst wenn sich die Leistungsaufnahme in den Lasten 4 schnell verändert und sich die Impedanz insgesamt verändert, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung 10 so gesteuert werden kann, dass sie als eine Hilfseinheit mit einer optimalen Phase arbeitet, während sie der Veränderung folgt. Außerdem wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass, selbst wenn die Impedanzen des Energiesystems 3 und der Lasten 4 nicht im Voraus bekannt sind, da die Steuerung auf der Basis des Blindleistungswert erfolgt, die Referenz-AC-Spannung so gesteuert werden kann, dass sie konstant eine optimale Phase hat und eine unnötige Leistungsaufnahme verhindert werden kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1, 2, 3 wird der Fall beschrieben, in welchem Solarpanel 1 als eine DC-Energieversorgung verwendet werden, und zwar unter Verwendung von natürlicher Energie. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich jedoch auch die gleiche Wirkung in dem Fall, in welchem eine energieerzeugende Einrichtung, wie z. B. ein Generator verwendet wird, der die Windenergie nutzt.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1, 2, 3 wird der Fall beschrieben, in welchem Speicherbatterien 2 als andere Energieversorgungen verwendet werden. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich jedoch auch die gleiche Wirkung für den Fall, dass eine energiespeichernde Einrichtung, wie z. B. eine Batterie verwendet wird, die in einem elektrischen Automobil oder in einem elektrischen Motorrad vorgesehen ist.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1, 2, 3 wird der Fall beschrieben, in welchem Energie, die von einer DC-Energiezufuhr, wie z. B. dem Solarpanel 1 oder der Speicherbatterie 2 zugeführt wird, in AC umgewandelt wird und dann die AC-Energie den Lasten 4 zugeführt wird. Ohne Einschränkung darauf zeigt sich jedoch auch die gleiche Wirkung für den Fall, dass die DC-Busspannung des DC-Busses 25 direkt oder durch DC/DC-Umsetzung als DC-Energie den Lasten 4 zugeführt wird, d. h. für den Fall, dass Energie den Lasten 4 zugeführt wird, die an eine DC-Speisung angepasst sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf die Konfigurationen gemäß den obigen Ausführungsformen 1, 2, 3 beschränkt. Ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, können die obigen Konfigurationen modifiziert oder dabei teilweise Merkmale weggelassen werden.

Claims

Energie-Umwandlungsvorrichtung (10) zum Umwandeln von DC-Energie von einer ersten DC-Energieversorgung, die außerhalb angeschlossen ist, in AC-Energie, und zum Zuführen der AC-Energie zu einer Last (4), die mit einem Energiesystem (3) verbunden ist, wobei die Energie-Umwandlungsvorrichtung (10) Folgendes aufweist: - eine erste DC/DC-Umsetzereinheit (13) zum Umwandeln einer ersten DC-Spannung, die von der ersten DC-Energieversorgung ausgegeben wird, in eine zweite DC-Spannung; - eine Wechselrichtereinheit (21), die die zweite DC-Spannung erhält, die von der ersten DC/DC-Umsetzereinheit (13) ausgegeben wird, und die die erhaltene zweite DC-Spannung in AC-Spannung umwandelt, oder die AC-Spannung in die zweite DC-Spannung umwandelt; - eine erste Steuerungseinheit (14) für die DC/DC-Umsetzung zum Steuern der ersten DC/DC-Umsetzereinheit (13); - eine Wechselrichter-Steuerungseinheit (22) zum Steuern der Wechselrichtereinheit (21); und - eine Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert zum Erzeugen eines Sollwerts für die AC-Spannung, die als eine Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung für die Wechselrichtereinheit (21) dient; wobei die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert eine Amplitude der AC-Spannung als den Sollwert für die AC-Spannung gemäß einem Leistungswert der ersten DC-Energieversorgung bestimmt, wenn der selbsterhaltende Betrieb durchgeführt wird, für den Fall, dass eine Abkopplung von dem Energiesystem (3) vorliegt, und den Sollwert für die AC-Spannung erzeugt, die als Referenz zum Durchführen der Spannungssteuerung dient; wobei die Wechselrichter-Steuerungseinheit (22) eine Spannungssteuerung für die Wechselrichtereinheit (21) durchführt, so dass die AC-Spannung, die die Amplitude der AC-Spannung hat, die von der Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert bestimmt wurde, von der Wechselrichtereinheit (21) ausgegeben wird.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert Folgendes aufweist: - eine erste Sinuswellen-Erzeugungsschaltung (51) zum Selbst-Erzeugen einer Sinuswelle, die als eine Referenz für die AC-Spannung dient; - eine Referenz-Sinuswellen-Auswahlschaltung (52) zum Auswählen einer von der Sinuswelle, die von der ersten Sinuswellen-Erzeugungsschaltung (51) erzeugt wird, und der AC-Spannung, die von außerhalb zugeführt wird; und - eine Phasen-Detektionsschaltung (53) zum Detektieren einer Phase einer Wellenform, die von der Referenz-Sinuswellen-Auswahlschaltung (52) ausgewählt und ausgegeben wird, und wobei die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert den Sollwert für die AC-Spannung erzeugt, die als Referenz dient, auf der Basis des Ergebnisses der Phasendetektion mittels der Phasen-Detektionsschaltung (53).
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert Folgendes aufweist: - eine Phasen-Detektionsschaltung (53) zum Detektieren der Phase einer AC-Spannung, die von außerhalb zugeführt wird; - eine erste Sinuswellen-Erzeugungsschaltung (51) zum Selbst-Erzeugen einer Sinuswelle, die als eine Referenz für die AC-Spannung dient; - eine zweite Sinuswellen-Erzeugungsschaltung (54) zum Erzeugen einer Sinuswelle, die mit einer AC-Spannung synchronisiert ist, die als eine Referenz dient, auf der Basis eines Ergebnisses der Phasendetektion, die von der Phasen-Detektionsschaltung (53) ausgegeben wird; und - eine Referenz-Sinuswellen-Auswahlschaltung (52) zum Auswählen des Ausgangs der ersten Sinuswellen-Erzeugungsschaltung (51) und des Ausgangs der zweiten Sinuswellen-Erzeugungsschaltung (54), und wobei die Erzeugungseinheit für den AC- Spannungssollwert den Sollwert für die AC-Spannung erzeugt, die als eine Referenz dienen soll, auf der Basis einer Sinuswelle, die von der Referenz-Sinuswellen-Auswahlschaltung (52) ausgegeben wird.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei für den Fall, dass sie als eine AC-Referenz-Spannungsquelle im selbsterhaltenden Betrieb dient, die Referenz-Sinuswellen-Auswahlschaltung (52) die Sinuswelle auswählt, die von der ersten Sinuswellen-Erzeugungsschaltung (51) ausgegeben wird.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, die ferner eine Leistungs-Messeinheit zum Messen der Leistung, die von der Wechselrichtereinheit (21) dem Energiesystem (3) zugeführt wird, und eine Steuerungseinheit (58) zur Blindleistung-Minimierung aufweist; wobei dann, wenn die Leistung mittels der Leistungs-Messeinheit gemessen wird, die Steuerungseinheit (58) zur Blindleistung-Minimierung deren Wirkleistung und deren Blindleistung misst und eine Phase der AC-Spannung misst, die als eine Referenz dient und von der Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert erzeugt wird, um die Blindleistung zu minimieren.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Phasen-Detektionsschaltung (53) die Phase einer eingegebenen Wellenform misst, indem sie einen Nulldurchgang der eingegebenen Wellenform detektiert.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerungseinheit (58) zur Blindleistung-Minimierung eine Phase korrigiert, die von der Phasen-Detektionsschaltung (53) erhalten wird, welche dem Nulldurchgang detektiert, um die Blindleistung zu minimieren, und zwar von der Wirkleistung und der Blindleistung, die von der Leistungs-Messeinheit gemessen wird.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei für den Fall, dass die erste DC-Energieversorgung eine Speicherbatterie (2) ist, wenn der Sollwert für die AC-Spannung im selbsterhaltenden Betrieb erzeugt wird, die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert eine Spannungsamplitude als den Sollwert für die AC-Spannung bestimmt, und zwar auf der Basis eines Ladezustands der Speicherbatterie (2) und eines Werts der Leistung, die von der Wechselrichtereinheit (21) der Last (4) zugeführt wird.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei für den Fall, dass die erste DC-Energieversorgung eine Solarbatterie (1) ist, wenn der Sollwert für die AC-Spannung im selbsterhaltenden Betrieb erzeugt wird, die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert eine Spannungsamplitude als den Sollwert für die AC-Spannung bestimmt, so dass Energie, die von der Solarbatterie (1) erzeugt wird, dem Energiesystem (3) vollständig zugeführt werden kann.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei für den Fall, dass die erste DC-Energieversorgung eine Speicherbatterie (2) ist, wenn der Sollwert für die AC-Spannung im selbsterhaltenden Betrieb erzeugt wird, die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert eine Spannungsamplitude als den Sollwert für die AC-Spannung bestimmt, und zwar auf der Basis eines Ladezustands der Speicherbatterie (2).
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes aufweist: - eine zweite DC-Energieversorgung, die außerhalb angeschlossen ist; eine zweite DC/DC-Umsetzereinheit (17) zum Umwandeln der dritten DC-Spannung, die von der zweiten DC-Energieversorgung ausgegeben wird, in die zweite DC-Spannung, und zum Ausgeben der zweiten DC-Spannung an die Wechselrichtereinheit (21); und - eine zweite Steuerungseinheit (18) für die DC/DC-Umsetzung zum Steuern der zweiten DC/DC-Umsetzereinheit, wobei für den Fall, dass eine von erster DC-Energieversorgung und zweiter DC-Energieversorung eine Solarbatterie (1) ist und die andere eine Speicherbatterie (2) ist, wenn der Sollwert für die AC-Spannung im selbsterhaltenden Betrieb erzeugt wird, die Erzeugungseinheit für den AC-Spannungssollwert eine Spannungsamplitude als den Sollwert für die AC-Spannung bestimmt, und zwar auf Basi eines Leistungs-Erzeugungswerts der Solarbatterie (1), eines Ladezustands der Speicherbatterie (2) und eines Werts der Leistung, die von der Wechselrichtereinheit (21) der Last (4) zugeführt wird.
Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei für den Fall, das eine von Solarbatterie (1) und Speicherbatterie (2) mit der ersten DC/DC-Umsetzereinheit (13) verbunden ist und die andere mit der zweiten DC/DC-Umsetzereinheit (17) verbunden ist, die zweite DC-Spannung von der zweiten DC/DC-Umsetzereinheit verwaltet wird, an welche die Speicherbatterie (2) angeschlossen ist, und eine Maximalleistungspunkt-Verfolgungssteuerung (MPPT-Steuerung) zum maximalen Extrahieren der Leistung, die von der Solarbatterie (1) erzeugt wird, an der ersten DC/DC-Umsetzereinheit durchgeführt wird, die mit der Solarbatterie (1) verbunden ist.