JP2013009478A - Device of controlling power conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、パワーコンディショナの制御装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a control device for a power conditioner.
自然エネルギーを利用する場合に、エネルギーを電池に貯蔵して、必要な時にインバータにより交流に変換して使用する技術が、従来から知られている。その場合、電池を利用した自立運転と、系統からの電力使用との切換を行うためにパワーコンディショナの制御装置が使用される。 2. Description of the Related Art Conventionally, when using natural energy, a technique for storing energy in a battery and converting it into alternating current using an inverter when necessary is known. In that case, a control device for the power conditioner is used to switch between a self-sustained operation using a battery and the use of electric power from the system.
パワーコンディショナの制御装置は、
(1) 系統電源から電池を充電する。
(2) 電池から放電するエネルギーを系統に供給する。
(3) 系統電圧が無くなったとき電池によって自立運転して、単相3線式負荷に電力を供給する。
などの用途に使用される。この制御装置としては、例えば、特許文献1や2に記載のものが知られている。
The control device for the inverter is
(1) Charge the battery from the grid power supply.
(2) Supply energy discharged from the battery to the grid.
(3) When the system voltage is lost, the battery runs on its own and supplies power to the single-phase three-wire load.
Used for such applications. As this control apparatus, the thing of
パワーコンディショナの制御装置のひとつとして、電池からの電力を単相3線式交流に変換するにあたり、U相、N相及びV相のハーフブリッジ素子を利用したものが知られている。しかし、この従来技術は、N相を作るためのハーフブリッジ素子が1組必要となり、回路が複雑である。また、一般に電池側からの自立運転時と系統の電力容量の差から、及び電力会社が定めた系統連系ガイドラインにより、従来技術では、自立運転時の負荷と系統連系時の負荷とを別々に設けている。そのため、自立運転時と系統連系時とでは、それに合わせて負荷を切り替える必要がある。 As a control device for a power conditioner, a device using U-phase, N-phase, and V-phase half-bridge elements is known for converting electric power from a battery into a single-phase three-wire AC. However, this prior art requires one set of half-bridge elements for producing the N phase, and the circuit is complicated. In general, according to the difference in power capacity of the grid from the stand-alone operation from the battery side and the grid interconnection guidelines established by the power company, the conventional technology separates the load during stand-alone operation from the grid interconnection load. Provided. For this reason, it is necessary to switch the load in accordance with the independent operation and the grid connection.
本実施形態の目的は、インバータが単独運転を検出した時や系統電圧が低下した時に、速やかに自立運転に移行することが可能で、しかも、運転時において系統電源と自立電源が干渉することがないパワーコンディショナの制御装置を提供することにある。
また、前記のようなパワーコンディショナの制御装置を簡単な回路で構成することも、本実施形態の目的の一つである。
The purpose of this embodiment is to make it possible to quickly shift to independent operation when the inverter detects isolated operation or when the system voltage decreases, and the system power supply and the independent power supply may interfere during operation. It is not to provide a control device for the inverter.
Another object of the present embodiment is to configure the control device for the power conditioner as described above with a simple circuit.
上記の目的を達成するために、実施形態のパワーコンディショナの制御装置は、次の点を特徴とする。 In order to achieve the above object, the power conditioner control apparatus of the embodiment is characterized by the following points.
(1)電池からの電力を交流電圧に変換する双方向電力変換回路とインバータブリッジを備える。
(2)系統電源から電池を充電する時は前記インバータブリッジをコンバータとして動作させ、電池の放電時は前記インバータブリッジをインバータとして動作させて、電池と系統電源との連系運転を行う。
(3)系統電圧が消滅したときは自立運転に切替えて単相3線式負荷に電池からの電力を供給する。
(4)連系運転時にインバータ出力から連系リレーをオン及び自立リレーをオフにして単相3線式負荷に電力を供給すると共に、連系リレーと直列に配置されかつ前記自立リレーと連動する系統リレーをオンにして系統電源に電力を供給する。
(5)系統電圧が消失したときは、前記連系リレーをオフ及び系統リレーをオフにし、この系統リレーのオフに連動して自立リレーをオンにして、単相3線式負荷に電池からの電力を供給する自立運転に切り替える。
(1) A bidirectional power conversion circuit that converts electric power from the battery into an AC voltage and an inverter bridge are provided.
(2) When the battery is charged from the system power supply, the inverter bridge is operated as a converter, and when the battery is discharged, the inverter bridge is operated as an inverter to perform a linked operation of the battery and the system power supply.
(3) When the system voltage disappears, the operation is switched to the self-sustaining operation and the electric power from the battery is supplied to the single-phase three-wire load.
(4) At the time of interconnection operation, the interconnection relay is turned on and the independent relay is turned off to supply power to the single-phase three-wire load from the inverter output, and is arranged in series with the interconnection relay and interlocked with the autonomous relay. Turn on the grid relay to supply power to the grid power supply.
(5) When the system voltage disappears, the interconnection relay is turned off and the system relay is turned off, the self-supporting relay is turned on in conjunction with the system relay being turned off, and the single-phase three-wire load Switch to independent operation to supply power.
1.第1の実施形態
[構成]
第1の実施形態を、図1を用いて説明する。
電池1に接続された双方向電力変換回路2の出力に、コンデンサ3uと3vが直列となって接続されている。双方向電力変換回路2の出力には、前記コンデンサ3uと3vと並列に、U相のハーフブリッジ回路4uとV相のハーフブリッジ回路4vが接続されている。
1. First Embodiment [Configuration]
A first embodiment will be described with reference to FIG.
U相のハーフブリッジ回路4uの出力は、直列に接続されたリアクトル7uと電流検出器8uを介してU相の連系リレー10uに接続されている。U相の連系リレー10uの出力は、系統リレー30u及びサーキットブレーカ12uを通って、交流電源13のU相に接続されている。V相のハーフブリッジ回路4vの出力は、直列に接続されたリアクトル7vと電流検出器8vを介してV相の連系リレー10vに接続されている。V相の連系リレー10vの出力は、系統リレー30v及びサーキットブレーカ12vを通って、交流電源13のV相に接続されている。なお、このサーキットブレーカ12u,12vは、安全スイッチ用で、系統電源13との開閉を手動で行うものである。
The output of the U-phase half-
U相及びV相のリアクトル7u,7vには、それぞれフィルタコンデンサ9u,9vが接続されている。このリアクトル7u,7vとフィルタコンデンサ9u,9vは、前記各相の電力中の高周波成分(出力リプル)を吸収する。このフィルタコンデンサ9u,9vの他端は、前記双方向電力変換回路2と並列に接続されたコンデンサ3u,3vの中間点から伸びるN相の配線に接続されている。
U相とV相の連系リレー10u,10vには、それぞれ並列に自立リレー31u,31vが接続されている。これら自立リレー31u,31vは、前記サーキットブレーカ12u,12v,12nのb接点(常開接点)12b及び系統リレー30u,30vのb接点(常開接点)30bを介して、制御回路21に接続されている。
一方、系統リレー30u,30vは、自立リレー31u,31vのb接点(常開接点)31bを介して、制御回路21に接続されている。これにより、
(1) 自立リレー31u,31vと、
(2) サーキットブレーカ12u〜12n及び系統リレー30u,30vとは、
(1) 又は(2) のいずれか一方のみが投入され、(1) と(2) の両者が同時に投入されることがない。
On the other hand, the system relays 30u and 30v are connected to the
(1)
(2)
Only either (1) or (2) is input, and both (1) and (2) are not input simultaneously.
すなわち、自立リレー31u〜31nを動作させる励磁巻線は、
(1) サーキットブレーカ12u〜12nのb接点12bにより、サーキットブレーカ12u〜12nがオフになっている。
(2) 系統リレー30u,30vがオフになっている。
という二つの条件を満足した場合に励磁され、この巻線の励磁により自立リレー31が投入される。
That is, the exciting winding for operating the self-supporting
(1) The
(2) The
When the above two conditions are satisfied, the self-supporting
また、系統リレー30u,30vには、自立リレー31u〜31nのb接点31bが直列に接続されているので、自立リレー31u〜31nが投入されているときは、系統リレー30u,30vは投入されず、系統電源13と電池1による自立電源が混触することはない。
Further, since the
単相3線負荷15は、U相の連系リレー10uと系統リレー30uの接続点と、V相の連系リレー10vと系統リレー30vの接続点の2箇所から200Vを取り出している。また、単相3線負荷15の100Vは、サーキットブレーカ12nのN相から取り出している。すなわち、電池による自立運転になると、自立リレー31u〜31nが投入され、サーキットブレーカ12nから取り出されたN相は、自立リレー31nを通ってコンデンサ3uと3vの中点に接続され、ハーフブリッジインバータが構成される。
The single-phase three-
前記電池1の電圧は、その出力端に設けられた電圧検出回路22によって検出される。電圧検出回路22によって検出された電池電圧は、制御回路21に入力される。
The voltage of the battery 1 is detected by a
制御回路21は、ハーフブリッジ回路4u,4vのゲート駆動回路18u,18v、連系リレー10u,10v、系統リレー30u,30v及び自立リレー31u〜31nを制御して、次の処理を行う。
(1) 電池の充電時は、ハーフブリッジ回路4u,4vをコンバータとして動作させ、電池の放電時は、ハーフブリッジ回路4u,4vをインバータとして動作させる。
(2) 連系運転時に、ハーフブリッジ回路4u,4vを、系統連系インバータとして動作させる。
(3) 自立運転時に、ハーフブリッジ回路4u,4vを、自立インバータとして動作させる。
The
(1) When the battery is charged, the
(2) During the interconnection operation, the
(3) During the independent operation, the
また、制御回路21は、電流検出器8u,8vや負荷15などからの情報、例えば、周波数や電圧、周波数変化率の異常等の情報に基づいて、系統電圧の異常あるいは消失を検出する。この検出結果に従い、制御回路21は、ハーフブリッジ回路4u,4vのゲート駆動回路18u,18vを制御して、単独運転を検出すると、U相及びV相のゲート信号を遮断し、自立運転に切り替えて負荷に電力を供給する。
In addition, the
[作用]
前記のような構成を有する本実施形態の作用を説明する。
[Action]
The operation of the present embodiment having the above configuration will be described.
(1)系統連系運転
サーキットブレーカ12u,12v,12nが投入されると、サーキットブレーカ12u,12v,12nのb接点12bが開放されるため、自立リレー31u〜31nはオフになる。そのため、自立リレー31u〜31nのb接点31bが投入され、このb接点31bに接続された巻線が励磁され、系統リレー30u,30vがオンになり、単相3線負荷15に系統電源13が接続される。
(1) System interconnection operation When the
この状態において、制御回路21が連系リレー10u,10vを投入し、ハーフブリッジ回路4uと4vをインバータとして駆動させる。これにより、U相の連系リレー10uと系統リレー30uの接続点と、V相の連系リレー10vと系統リレー30vの接続点の2箇所において、電池1側と系統電源13とがAC200Vで連系する。その結果、電池1からの電力を、系統又は負荷15に供給することができる。
In this state, the
一方、系統電源13により電池1を充電する場合は、制御回路21によりハーフブリッジ回路4uと4vをコンバータとして運転することにより、双方向電力変換回路2を介して電池を充電する。
On the other hand, when the battery 1 is charged by the
(2)単独運転検出
系統電圧の異常あるいは消失が発生すると、制御回路21はその異常や消失を検出して、単独運転を検出する。単独運転を検出すると、制御回路21は、U相及びV相のゲート信号を遮断すると同時に、連系リレー10u,10vをオフにする。前記のように、系統電源13の異常の判定は、制御回路21が検出した周波数や電圧、周波数変化率の変化などに基づいて行われる。制御回路21は、異常の判定結果に従い、系統リレー30u,30vをオフとする。
(2) Independent operation detection When an abnormality or disappearance of the system voltage occurs, the
(3)自立運転
次に、自立運転について説明する。負荷15に系統電源13からの電圧が印加されていないので、手動でサーキットブレーカ12u〜12nをオフにすると、制御回路21が自立信号を自立リレー31に出力する。これにより、サーキットブレーカ12u〜12nのb接点12bと系統リレー30u,30vのb接点30bの条件が成立して、自立リレー31u〜31nがオンになる。この場合、自立リレー31u〜31nがオンになると、系統リレー30u,30vのコイルには、自立リレー31u〜31nのb接点31bの条件が入っているので、系統リレー30はオフの状態にロックされる。
(3) Independent operation Next, independent operation will be described. Since the voltage from the
この状態で、制御回路21からU相、V相のゲート信号を出力して、ハーブブリッジ回路4u,4vに対してコンデンサ3uと3vの中点との間でハーフブリッジ動作をさせる。すると、ハーブブリッジ回路4u,4vからはAC100Vが2組出力し、コンデンサ3uと3vの中点との間からAC100Vが1組出力する。その結果、自立リレー31u〜31vが投入されているので、負荷15には単相3線式の電圧が印加され、負荷は運転を開始する。
In this state, U-phase and V-phase gate signals are output from the
[効果]
以上説明したように、第1の実施形態では、系統が停電になったときサーキットブレーカ12u〜12nを手動でオフにすることにより、系統電源13の電力で運転していた負荷15に対する接続を変更することなく、自動的に負荷15に単相3線式の自立電源を供給することができる。その結果、サーキットブレーカ12u〜12nを手動でオフにするという簡単な操作で、負荷15の運転を信頼性良く再開することができる。また、3相の交流を生成するにあたり、N相用のハーフブリッジ回路を必要としないので、回路構成が簡単になる。
[effect]
As described above, in the first embodiment, the
2.第2の実施形態
[構成]
第1の実施形態ではサーキットブレーカ12u〜12nをオフにすることにより、自立運転を自動的に行ったが、これでも手動の操作が必要である。第2の実施形態は、サーキットブレーカを手動でオフにすることなく、自動で連系運転から自立運転に切替えるものである。第2の実施形態の構成を図2に示す。
2. Second Embodiment [Configuration]
In the first embodiment, the self-sustaining operation is automatically performed by turning off the
第2の実施形態では、サーキットブレーカ12u,12vの負荷側に、電圧検出リレー40が接続されている。この電圧検出リレー40のa接点(常閉接点)40aが系統電源13のN相と負荷15の中性点の間に設けられている。同様に、制御回路21にも電圧検出リレー10のa接点40aが設けられ、このa接点40aが開となった場合に、系統リレー30u,30vをオフにするように構成されている。一方、自立リレー31の励磁コイルには、第1実施形態のサーキットブレーカ12u〜12nのb接点12bの代わりに、電圧検出リレー40のb接点40bが接続されている。
In the second embodiment, the
[作用]
このような構成を有する第2の実施形態の作用は、次の通りである。
(1)系統連系運転
系統電源13が正常に供給され、サーキットブレーカ12u,12vがオンの時は、その負荷側に設けられた電圧検出リレー40が検出する電圧値も正常である。そのため、系統電源13のN相と負荷15の中性点の間に設けられた電圧検出リレー40のa接点40aがオンになり、系統電源13からの電力が負荷15に供給される。
[Action]
The operation of the second embodiment having such a configuration is as follows.
(1) System interconnection operation When the
同時に、電圧検出リレー40のb接点40bがオフになっているので、自立リレー31u〜31nがオフになる。それに伴い、自立リレー31u〜31nのb接点31bがオンになり、系統リレー30u,30vがオンとなる。その結果、負荷15には、単相3線電源が供給される。
At the same time, since the
制御装置21からの指令により、連系リレー10u,10vがオンになると、U相及びV相のハーフブリッジ回路4u,4vはインバータ動作し、このインバータ動作により電池1からの電力が負荷や系統電源に供給されて、系統連系動作となる。
When the interconnection relays 10u and 10v are turned on by a command from the
(2)単独運転検出及び自立運転
系統電源13が消失すると、これを検出した制御装置21は、ハーフブリッジ回路4u,4vに使用されているパワー素子をゲートオフにして、連系リレー10u,10vをオフにする。系統電源13の消失により、電圧検出リレー40がオフとなると、制御回路21に入力している電圧検出リレー40のa接点40aが開となり、系統リレー30u,30vをオフにする。
(2) Independent operation detection and independent operation When the
電圧検出リレー40のb接点40bと、系統リレー30u,30vのb接点30bが接続されると、自立リレー31u,31vがオンとなる。その結果、自立リレー31u,31vのb接点31bが接続されている励磁コイルへの給電が断たれ、系統リレー30u,30vはオフになる。
When the
このような各リレーの動作時間からあらかじめ定めておいた一定の時間の後に、制御装置21は、ハーフブリッジ回路4u,4vをインバータとして駆動させる。その結果、電池1は自立運転し、単相3線式の電圧を負荷15に供給する。
After a certain time determined in advance from the operation time of each relay, the
[効果]
本実施形態では、サーキットブレーカ12u,12vを手動でオフにしなくても、自動で自立運転に切替わって負荷に電力を供給することができる。
[effect]
In the present embodiment, even if the
3.他の実施形態
以上はリレーシーケンスで系統電源から自立電源に切替える方法を説明したが、これらはディジタルロジックやマイコンによる制御でも達成できることは説明するまでもない。また、図2に示すように、フィルタのコンデンサ9は200V側に挿入しても作用は同じである。また、図2における、電圧検出リレーの代わりに、停電検出回路を使用しても良い。
3. Other Embodiments Although the method for switching from the system power supply to the self-sustained power supply in the relay sequence has been described above, it goes without saying that these can also be achieved by control by digital logic or a microcomputer. Further, as shown in FIG. 2, the effect is the same even if the
なお、前記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 In addition, the said embodiment is shown as an example in this specification, Comprising: It does not intend limiting the range of invention. In other words, the present invention can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof in the same manner as included in the scope and gist of the invention.
1…電池
2…双方向電力変換回路
3u、3v…コンデンサ
4u,4v…ハーフブリッジ回路
7u、7v…リアクトル
8u、8v…電流検出器
9u、9v…フィルタコンデンサ
10u,10v…連系リレー
12u,12v,12n…サーキットブレーカ
13…系統電源
15…負荷
18u,18v…ゲート駆動回路
21…制御回路
22…電圧検出器
30u,30v…系統リレー
31u,31v,31n…自立リレー
40…電圧検出リレー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
系統電源から電池を充電する時は前記インバータブリッジをコンバータとして動作させ、電池の放電時は前記インバータブリッジをインバータとして動作させて、電池と系統電源との連系運転を行い、
系統電圧が消滅したときは自立運転に切替えて単相3線式負荷に電池からの電力を供給するパワーコンディショナの制御装置において、
連系運転時にインバータ出力から連系リレーをオン及び自立リレーをオフにして単相3線式負荷に電力を供給すると共に、連系リレーと直列に配置されかつ前記自立リレーと連動する系統リレーをオンにして系統電源に電力を供給し、
系統電圧が消失したときは、前記連系リレーをオフ及び系統リレーをオフにし、この系統リレーのオフに連動して自立リレーをオンにして、単相3線式負荷に電池からの電力を供給する自立運転に切り替えることを特徴とするパワーコンディショナの制御装置。 It has a bidirectional power conversion circuit that converts power from the battery into AC voltage and an inverter bridge,
When charging the battery from the system power supply, the inverter bridge is operated as a converter, and when the battery is discharged, the inverter bridge is operated as an inverter, and the battery and the system power supply are connected.
In the control device of the power conditioner that supplies power from the battery to the single-phase three-wire load by switching to the independent operation when the system voltage disappears,
A power relay is connected to the single-phase three-wire load by turning on the relay and turning off the independent relay from the inverter output during the grid operation, and is connected in series with the grid relay and interlocking with the autonomous relay. Turn it on to supply power to the grid power supply,
When the system voltage disappears, turn off the grid relay and the system relay, turn on the self-sustaining relay in conjunction with the system relay off, and supply power from the battery to the single-phase three-wire load A control device for a power conditioner, characterized in that it switches to a self-sustaining operation.
自立リレーがオンになったとき、直流側を前記2つのコンデンサの中間点が、前記単相3線式負荷のN相に接続され、
前記インバータブリッジがハーフブリッジ動作へと移行することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパワーコンディショナの制御装置。 An inverter bridge has a configuration in which two capacitors connected in series are connected in parallel with the bidirectional conversion circuit, and two half-bridge circuits of U phase and V phase are connected in parallel with the bidirectional conversion circuit. With
When the self-supporting relay is turned on, the midpoint of the two capacitors on the DC side is connected to the N phase of the single-phase three-wire load,
The inverter control apparatus according to claim 1 or 2, wherein the inverter bridge shifts to a half-bridge operation.
この電圧検出リレーにより、系統電圧が低下又は消滅を検出したした場合に、自立リレーがオンとなり、自立運転を開始することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパワーコンディショナの制御装置。 An AC power supply voltage detection relay is provided on the system power supply side of the system relay, and the b contact of this voltage detection relay is connected in series to the self-supporting relay,
The control of the power conditioner according to claim 1 or 2, wherein when the system voltage is detected to drop or disappear by the voltage detection relay, the self-sustained relay is turned on and the self-sustaining operation is started. apparatus.
5. The control apparatus for a power conditioner according to claim 4, wherein a filter capacitor that absorbs output ripple of the inverter is connected to output sides of two half-bridge circuits of U phase and V phase.
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