JP2013138539A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換回路20aは、蓄電装置3、発電装置4及び電力系統5間の送電及び受電を行う。制御部23は、充電定量制御において、発電装置4の発電電力を用い一定電力量で蓄電装置3を充電する。この際、発電電力量が不足している際には不足分を電力系統5から電力変換回路20aに入力し、発電電力量が余っている場合には余剰分を電力変換回路20aから電力系統5に出力する。発電装置4の発電電力量が上記一定電力量付近にあるとき、電力変換回路20a及び電力系統5間で電力入出力の切り替えが繰り返して発生する。この切り替えが検出又は予測された場合、蓄電装置3a及び電力変換回路20a間で電力の入出力を行うことで上記切り替えを抑制する。
【選択図】図18
Description
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る、蓄電池システムとも呼ぶことができる電力供給システム1の概略全体構成図である。電力供給システム1は、図1に示されるブロックの全て又は一部を備えている。例えば、電力供給システム1は、少なくとも電力変換装置2、蓄電装置3、発電装置4、表示部9及び操作部10を備えている。表示部9及び操作部10は、電力変換装置2の構成要素であっても良い。蓄電装置3には、1以上の二次電池から成る電池部(不図示)が設けられている。蓄電装置3の電池部を形成する二次電池は、任意の種類の二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。本実施形態において、放電及び充電とは、特に記述なき限り蓄電装置3の放電及び充電(より詳細には、蓄電装置3の電池部内の各二次電池の放電及び充電)を意味する。
PB=VB×IB …(1a)
PG=VG×IG …(1b)
PS=VS×IS …(1c)
PBINT=VINT×IBINT …(1d)
PGINT=VINT×IGINT …(1e)
PSINT=VINT×ISINT …(1f)
まず、充電定量制御を説明する。充電定量制御において、制御部23は、発電装置4の発電電力を用いて蓄電装置3が一定の充電基準条件下で充電されるように電力変換回路20を制御する。この充電定量制御において、発電装置4の発電電力量が蓄電装置3の充電に必要な電力量よりも少ないときには、それらの差分に相当する不足電力が電力系統5から電力変換回路20に入力されるように、且つ、発電装置4の発電電力量が蓄電装置3の充電に必要な電力量よりも多いときには、それらの差分に相当する余剰電力が電力変換回路20から電力系統5に出力されるように、入出力電力情報に基づき制御部23は電力変換回路20を制御する。充電定量制御を考える場合、直流負荷8の存在は無視される(直流負荷8の有無は問わない)。
この場合において例えば、図2(a)に示す如く、発電装置4の発電電力量が6kW・sであるならば、発電装置4の発電電力量が蓄電装置3の充電に必要な電力量10kW・s(=PB *)よりも少ないため、それらの差分に相当する不足電力量4kW・sが電力系統5から電力変換回路20に入力されるように、制御部23は電力変換部21Sを制御する。
一方例えば、図2(b)に示す如く、発電装置4の発電電力量が13kW・sであるならば、発電装置4の発電電力量が蓄電装置3の充電に必要な電力量10kW・s(=PB *)よりも多いため、それらの差分に相当する余剰電力量3kW・sが電力変換回路20から電力系統5に出力されるように、制御部23は電力変換部21Sを制御する。
図3において、実線曲線311は発電装置4の発電電力量の時間推移を表し、タイミングtA1が図2(a)の状態に対応し、タイミングtA2が図2(b)の状態に対応する。
このように、充電定量制御では、発電装置4の発電電力の不足分又は余剰分を電力変換回路20及び電力系統5間の電力の入出力にて吸収しつつ、発電装置4の発電電力を用いて蓄電装置3を一定の充電基準条件下で充電する。
ところが、充電定量制御において、仮に図2(c)に示す如く、発電装置4の発電電力量が蓄電用基準電力量PBREF付近の値を持っていたとき、発電電力の不足状態及び余剰状態間の行き来に伴う、電力変換回路20及び電力系統5間の電力の入出力の切り替わりが比較的短期間で繰り返して発生する(図3も参照)。充電定量制御の実行時における、このような切り替わりを系統側ハンチング現象と呼ぶ。系統側ハンチング現象が発生すると電力系統5が不安定になるおそれがある。特に、電力変換装置2、蓄電装置3及び発電装置4を導入した機器が、多数、電力系統5に接続されている状態において、各機器において系統側ハンチング現象が生じたとき、電力系統5の安定性が損なわれるおそれがある。
充電定量制御の実行期間中において、制御部23は、入出力電力情報に基づく系統側ハンチング検出処理HD1Aを行うことで、系統側ハンチング現象の発生を検出することができる。系統側ハンチング検出処理HD1Aにおいて、制御部23は、入出力電力情報に含まれる電流値IS又はISINTに基づき、電力変換部21S及び電力系統5間の電力の入出力の切り替えが所定時間内に所定回数以上検出されたとき、系統側ハンチング検出判定を成す。所定回数は1以上の任意の回数であって良いが、2以上が望ましい。系統側ハンチング検出判定とは、現在、系統側ハンチング現象が発生していると判断することを意味する。
また、充電定量制御の実行期間中において、制御部23は、入出力電力情報に基づく系統側ハンチング予測処理HP1Aを行うことで、系統側ハンチング現象の発生を予測しても良い(即ち、未来において系統側ハンチング現象が発生しそうであるかを予測しても良い)。
例えば、系統側ハンチング予測処理HP1Aにおいて、制御部23は、電流値IG及び電圧値VGに基づき(即ち発電電力量PGに基づき)又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき発電電力量PGに対応する充電電力量PB’を求めて、充電電力量PB’と充電基準条件にて規定されている蓄電用基準電力量PBREFとを比較する。そして、制御部23は、それらの差の絶対値|PB’−PBREF|が所定の正の閾値TH1A以下である場合に、或いは、絶対値|PB’−PBREF|が閾値TH1A以下である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、系統側ハンチング予測判定を成す。系統側ハンチング予測判定とは、近い将来において系統側ハンチング現象が発生しそうであると判断することを意味する。発電電力量PGに対応する充電電力量PB’とは、発電装置4の発電電力量PGに基づく蓄電装置3に対する充電電力量を指し、電力変換部21G及び21Bの電力変換効率と積“IG×VG”を用いて、或いは、電力変換部21Bの電力変換効率と積“IGINT×VINT”を用いて充電電力量PB’を求めることができる。電力変換部21G及び21Bの電力損失量をゼロと仮定すれば、PB’=PGである。
充電定量制御の実行期間中において、系統側ハンチング検出判定又は系統側ハンチング予測判定を成したとき、制御部23は、蓄電装置3の充電電力量を充電基準条件に従った蓄電用基準電力量PBREFから変化させるハンチング抑制制御CNT1Aを実行する。ハンチング抑制制御CNT1Aでは、充電電力量を変化させることで、電力変換回路20及び電力系統5間の入出力電力量の絶対値を増大させ、これによって系統側ハンチング現象を抑制する。電力変換回路20及び電力系統5間の入出力電力量とは、電力系統5から電力変換回路20への入力電力量又は電力変換回路20から電力系統5への出力電力量を指す。系統側ハンチング検出判定又は系統側ハンチング予測判定を成したタイミングを、系統側ハンチング認知タイミングとも呼ぶ。制御部23は、系統側ハンチング認知タイミングから抑制制御CNT1Aを開始することができる(後述のハンチング抑制制御CNT1Bについても同様)。抑制制御CNT1Aは、充電定量制御の中で行われる制御であり、抑制制御CNT1Aの実行期間中には、充電定量制御の内容に修正が加えられる。
制御部23は、抑制制御CNT1Aの実行期間中において、所定の解除条件の成否判定を介して、抑制制御CNT1Aの実行を解除するか否かを判定する解除可否判定処理J1Aを行うことができる。例えば、解除可否判定処理J1Aにおいて、制御部23は、電流値IG及び電圧値VGに基づき(即ち発電電力量PGに基づき)又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき、上述の充電電力量PB’を求めて、充電電力量PB’と充電基準条件にて規定されている蓄電用基準電力量PBREFとを比較する(上述したように、電力変換の電力損失量をゼロとみなせばPB’=PG)。そして、判定処理J1Aにおいて、制御部23は、それらの差の絶対値|PB’−PBREF|が所定の正の閾値TH2A以上である場合に(図6(a)参照)、或いは、絶対値|PB’−PBREF|が閾値TH2A以上である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、或いは、絶対値|PB’−PBREF|が正である状態が所定時間以上継続して観測された場合に(図6(b)参照;図6(b)においてTLが所定時間に対応)、判定処理J1Aにおける解除条件が満たされると判断し(抑制制御CNT1Aの実行を解除しても系統側ハンチング現象は発生しない又は発生しにくいと判断し)、抑制制御CNT1Aの実行を解除する。抑制制御CNT1Aの実行の解除によって、蓄電装置3の充電電力量が蓄電用基準電力量PBREF(=10)に復帰する。
次に、放電定量制御を説明する。制御部23は、発電装置4の発電電力及び蓄電装置3の放電電力を用いて直流負荷8に電力供給を行うことができるが、放電定量制御では、この際、蓄電装置3が一定の放電基準条件下で放電されるように電力変換回路20を制御する。この放電定量制御において、発電装置4の発電電力量と蓄電装置3の放電電力量の合計電力量が直流負荷8の消費電力量よりも少ないときには、それらの差分に相当する不足電力が電力系統5から電力変換回路20に入力されるように、且つ、上記合計電力量が直流負荷8の消費電力量よりも多いときには、それらの差分に相当する余剰電力が電力変換回路20から電力系統5に出力されるように、入出力電力情報に基づき制御部23は電力変換回路20を制御する。
この場合において例えば、図7(a)に示す如く、発電装置4の発電電力量が6kW・sであるならば、上記合計電力量が直流負荷8の消費電力量20kW・sよりも少ないため、それらの差分に相当する不足電力量4kW・sが電力系統5から電力変換回路20に入力されるように、制御部23は電力変換部21Sを制御する。
一方例えば、図7(b)に示す如く、発電装置4の発電電力量が13kW・sであるならば、上記合計電力量が直流負荷8の消費電力量20kW・sよりも多いため、それらの差分に相当する余剰電力量3kW・sが電力変換回路20から電力系統5に出力されるように、制御部23は電力変換部21Sを制御する。
このように、放電定量制御では、発電装置4の発電電力の不足分又は余剰分を電力変換回路20及び電力系統5間の電力の入出力にて吸収しつつ、発電装置4の発電電力及び蓄電装置3の放電電力を用いて直流負荷8に電力供給を行うべく、蓄電装置3を一定の放電基準条件下で放電させる。
放電定量制御の実行期間中において、制御部23は、系統側ハンチング検出処理HD1Bを実行することができる。系統側ハンチング検出処理HD1Bは、上述の系統側ハンチング検出処理HD1Aと同じである。
また、放電定量制御の実行期間中において、制御部23は、入出力電力情報に基づく系統側ハンチング予測処理HP1Bを行うことで、系統側ハンチング現象の発生を予測しても良い。
例えば、系統側ハンチング予測処理HP1Bにおいて、制御部23は、電流値IG及び電圧値VGに基づき(即ち発電電力量PGに基づき)又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき発電電力量PGに対応する電力量PG’を求めて、電力量PG’と放電基準条件にて規定されている蓄電用基準電力量PBREFとの合計電力量(PG’+PBREF)を直流負荷8の消費電力量と比較する。電力量PG’は電力変換部21Gから出力される電力量であって、積(IGINT×VINT)と等しいと考えることができる。また、ここでは、放電定量制御により電力変換部21Bから蓄電用基準電力量PBREF(=10)の放電電力が直流負荷8に供給されていると考える。故に、合計電力量(PG’+PBREF)は、発電装置4の発電電力及び蓄電装置3の放電電力に基づく、電力変換部21G及び21Bから出力される合計電力量である(電力変換回路20の電力損失を無視すれば、PG’+PBREF=PG+PB)。そして、制御部23は、合計電力量(PG’+PBREF)と直流負荷8の消費電力量との差の絶対値が所定の正の閾値TH3A以下である場合に、或いは、その絶対値が閾値TH3A以下である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、系統側ハンチング予測判定を成す。
放電定量制御の実行期間中において、系統側ハンチング検出判定又は系統側ハンチング予測判定を成したとき、制御部23は、蓄電装置3の放電電力量を放電基準条件に従った蓄電用基準電力量PBREFから変化させるハンチング抑制制御CNT1Bを実行する。ハンチング抑制制御CNT1Bでは、放電電力量を変化させることよって、電力変換回路20及び電力系統5間の入出力電力量の絶対値を増大させ、これによって系統側ハンチング現象を抑制する。抑制制御CNT1Bは、放電定量制御の中で行われる制御であり、抑制制御CNT1Bの実行期間中には、放電定量制御の内容に修正が加えられる。
制御部23は、抑制制御CNT1Bの実行期間中において、所定の解除条件の成否判定を介して、抑制制御CNT1Bの実行を解除するか否かを判定する解除可否判定処理J1Bを行うことができる。例えば、解除可否判定処理J1Bにおいて、制御部23は、上述の方法によって合計電力量(PG’+PBREF)を求め、合計電力量(PG’+PBREF)と直流負荷8の消費電力量との差の絶対値を求める(電力変換回路20の電力損失を無視すれば、PG’+PBREF=PG+PB)。そして、判定処理J1Bにおいて、制御部23は、その絶対値が所定の正の閾値TH4A以上である場合に、或いは、その絶対値が閾値TH4A以上である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、或いは、その絶対値が正である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、判定処理J1Bにおける解除条件が満たされると判断し(抑制制御CNT1Bの実行を解除しても系統側ハンチング現象は発生しない又は発生しにくいと判断し)、抑制制御CNT1Bの実行を解除する。抑制制御CNT1Bの実行の解除によって、蓄電装置3の放電電力量が蓄電用基準電力量PBREF(=10)に復帰する。
次に、系統出力定量制御を説明する。系統出力定量制御において、制御部23は、発電装置4の発電電力を用いて電力変換回路20から電力系統5へ一定の系統出力基準条件下で電力が出力されるように電力変換回路20を制御する。この系統出力定量制御において、発電装置4の発電電力量が電力系統5への出力に必要な電力量よりも少ないときには、それらの差分に相当する不足電力が蓄電装置3から放電されるように、且つ、発電装置4の発電電力量が電力系統5への出力に必要な電力量よりも多いときには、それらの差分に相当する余剰電力にて蓄電装置3が充電されるように、入出力電力情報に基づき制御部23は電力変換回路20を制御する。系統出力定量制御を考える場合、直流負荷8の存在は無視される(直流負荷8の有無は問わない)。
この場合において例えば、図9(a)に示す如く、発電装置4の発電電力量が6kW・sであるならば、発電装置4の発電電力量が電力系統5への出力に必要な電力量10kW・s(=PS *)よりも少ないため、それらの差分に相当する不足電力量4kW・sが蓄電装置3から放電されるように、制御部23は電力変換部21Bを制御する。
一方例えば、図9(b)に示す如く、発電装置4の発電電力量が13kW・sであるならば、発電装置4の発電電力量が電力系統5への出力に必要な電力量10kW・s(=PS *)よりも多いため、それらの差分に相当する余剰電力量3kW・sにて蓄電装置3が充電されるように、制御部23は電力変換部21Bを制御する。
このように、系統出力定量制御では、発電装置4の発電電力の不足分又は余剰分を蓄電装置3の充電又は放電にて吸収しつつ、発電装置4の発電電力を用いて電力変換回路20から電力系統5へ一定の系統出力基準条件下で電力を出力する。
ところが、系統出力定量制御において、仮に図9(c)に示す如く、発電装置4の発電電力量が系統用基準電力量PSREF付近の値を持っていたとき、発電電力の不足状態及び余剰状態間の行き来に伴う、電力変換回路20及び蓄電装置3間の電力の入出力の切り替わり(充電及び放電間の切り替わり)が比較的短期間で繰り返して発生する。系統出力定量制御の実行時における、このような切り替わりを蓄電側ハンチング現象と呼ぶ。蓄電側ハンチング現象に伴う切り替わりは、蓄電装置3にとって好ましいものではなく、蓄電装置3の劣化を促進させうる。
系統出力定量制御の実行期間中において、制御部23は、入出力電力情報に基づく蓄電側ハンチング検出処理HD1Cを行うことで、蓄電側ハンチング現象の発生を検出することができる。蓄電側ハンチング検出処理HD1Cにおいて、制御部23は、入出力電力情報に含まれる電流値IB又はIBINTに基づき、電力変換部21B及び蓄電装置3間の電力の入出力の切り替えが所定時間内に所定回数以上検出されたとき、蓄電側ハンチング検出判定を成す。所定回数は1以上の任意の回数であって良いが、2以上が望ましい。蓄電側ハンチング検出判定とは、現在、蓄電側ハンチング現象が発生していると判断することを意味する。
また、系統出力定量制御の実行期間中において、制御部23は、入出力電力情報に基づく蓄電側ハンチング予測処理HP1Cを行うことで、蓄電側ハンチング現象の発生を予測しても良い(即ち、未来において蓄電側ハンチング現象が発生しそうであるかを予測しても良い)。
例えば、蓄電側ハンチング予測処理HP1Cにおいて、制御部23は、電流値IG及び電圧値VGに基づき(即ち発電電力量PGに基づき)又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき発電電力量PGに対応する系統出力電力量PS’を求めて、系統出力電力量PS’と系統出力基準条件にて規定されている系統用基準電力量PSREFとを比較する。そして、制御部23は、それらの差の絶対値|PS’−PSREF|が所定の正の閾値TH5A以下である場合に、或いは、絶対値|PS’−PSREF|が閾値TH5A以下である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、蓄電側ハンチング予測判定を成す。蓄電側ハンチング予測判定とは、近い将来において蓄電側ハンチング現象が発生しそうであると判断することを意味する。発電電力量PGに対応する系統出力電力量PS’とは、発電装置4の発電電力量PGに基づく電力系統5に対する出力電力量を指し、電力変換部21G及び21Sの電力変換効率と積“IG×VG”を用いて、或いは、電力変換部21Sの電力変換効率と積“IGINT×VINT”を用いて系統出力電力量PS’を求めることができる。電力変換部21G及び21Sの電力損失量をゼロと仮定すれば、PS’=PGである。
系統出力定量制御の実行期間中において、蓄電側ハンチング検出判定又は蓄電側ハンチング予測判定を成したとき、制御部23は、電力変換回路20から電力系統5への出力電力量を系統出力基準条件に従った系統用基準電力量PSREFから変化させるハンチング抑制制御CNT1Cを実行する。ハンチング抑制制御CNT1Cでは、電力変換回路20から電力系統5への出力電力量を変化させることで、電力変換回路20及び蓄電装置3間の入出力電力量の絶対値を増大させ、これによって蓄電側ハンチング現象を抑制する。電力変換回路20及び蓄電装置3間の入出力電力量とは、蓄電装置3から電力変換回路20への入力電力量(即ち蓄電装置3の放電電力量)又は電力変換回路20から蓄電装置3への出力電力量(即ち蓄電装置3の充電電力量)を指す。蓄電側ハンチング検出判定又は蓄電側ハンチング予測判定を成したタイミングを、蓄電側ハンチング認知タイミングとも呼ぶ。制御部23は、蓄電側ハンチング認知タイミングから抑制制御CNT1Cを開始することができる(後述のハンチング抑制制御CNT1Dについても同様)。抑制制御CNT1Cは、系統出力定量制御の中で行われる制御であり、抑制制御CNT1Cの実行期間中には、系統出力定量制御の内容に修正が加えられる。
制御部23は、抑制制御CNT1Cの実行期間中において、所定の解除条件の成否判定を介して、抑制制御CNT1Cの実行を解除するか否かを判定する解除可否判定処理J1Cを行うことができる。例えば、解除可否判定処理J1Cにおいて、制御部23は、電流値IG及び電圧値VGに基づき(即ち発電電力量PGに基づき)又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき、上述の系統出力電力量PS’を求めて、系統出力電力量PS’と系統出力基準条件にて規定されている系統用基準電力量PSREFとを比較する(電力変換部21G及び21Sの電力損失を無視すれば、PS’=PGである)。そして、判定処理J1Cにおいて、制御部23は、それらの差の絶対値|PS’−PSREF|が所定の正の閾値TH6A以上である場合に、或いは、絶対値|PS’−PSREF|が閾値TH6A以上である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、或いは、絶対値|PS’−PSREF|が正である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、判定処理J1Cにおける解除条件が満たされると判断し(抑制制御CNT1Cの実行を解除しても蓄電側ハンチング現象は発生しない又は発生しにくいと判断し)、抑制制御CNT1Cの実行を解除する。抑制制御CNT1Cの実行の解除によって、電力系統5への出力電力量が系統用基準電力量PSREF(=10)に復帰する。
次に、系統入力定量制御を説明する。制御部23は、発電装置4の発電電力と電力系統5から電力変換回路20への入力電力を用いて直流負荷8に電力供給を行うことができるが、系統入力定量制御では、この際、電力系統5から電力変換回路20へ一定の系統入力基準条件で電力が入力されるように電力変換回路20を制御する。この系統入力定量制御において、発電装置4の発電電力量と電力系統5から電力変換回路20への入力電力量の合計電力量が直流負荷8の消費電力量よりも少ないときには、それらの差分に相当する不足電力が蓄電装置3から放電されるように、且つ、上記合計電力量が直流負荷8の消費電力量よりも多いときには、それらの差分に相当する余剰電力にて蓄電装置3が充電されるように、入出力電力情報に基づき制御部23は電力変換回路20を制御する。
この場合において例えば、図11(a)に示す如く、発電装置4の発電電力量が6kW・sであるならば、上記合計電力量が直流負荷8の消費電力量20kW・sよりも少ないため、それらの差分に相当する不足電力量4kW・sが蓄電装置3から放電されるように、制御部23は電力変換部21Bを制御する。
一方例えば、図11(b)に示す如く、発電装置4の発電電力量が13kW・sであるならば、上記合計電力量が直流負荷8の消費電力量20kW・sよりも多いため、それらの差分に相当する余剰電力量3kW・sにて蓄電装置3が充電されるように、制御部23は電力変換部21Bを制御する。
このように、系統入力定量制御では、発電装置4の発電電力の不足分又は余剰分を蓄電装置3の充電又は放電にて吸収しつつ、発電装置4の発電電力と電力系統5から電力変換回路20への入力電力とを用いて直流負荷8に電力供給を行うべく、電力系統5から電力変換回路20へ一定の系統入力基準条件で電力を入力させる。
系統入力定量制御の実行期間中において、制御部23は、蓄電側ハンチング検出処理HD1Dを実行することができる。蓄電側ハンチング検出処理HD1Dは、上述の蓄電側ハンチング検出処理HD1Cと同じである。
また、系統入力定量制御の実行期間中において、制御部23は、入出力電力情報に基づく蓄電側ハンチング予測処理HP1Dを行うことで、蓄電側ハンチング現象の発生を予測しても良い。
例えば、蓄電側ハンチング予測処理HP1Dにおいて、制御部23は、電流値IG及び電圧値VGに基づき(即ち発電電力量PGに基づき)又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき発電電力量PGに対応する電力量PG’を求めて、電力量PG’と系統入力基準条件にて規定されている系統用基準電力量PSREFとの合計電力量(PG’+PSREF)を直流負荷8の消費電力量と比較する。電力量PG’は電力変換部21Gから出力される電力量であって、積(IGINT×VINT)と等しいと考えることができる。また、ここでは、系統入力定量制御により電力変換部21Sから系統用基準電力量PSREF(=10)の電力が直流負荷8に供給されていると考える。故に、合計電力量(PG’+PSREF)は、発電装置4の発電電力及び電力系統5からの商用交流電力に基づく、電力変換部21G及び21Sから出力される合計電力量である(電力変換回路20の電力損失を無視すれば、PG’+PSREF=PG+PS)。そして、制御部23は、合計電力量(PG’+PSREF)と直流負荷8の消費電力量との差の絶対値が所定の正の閾値TH7A以下である場合に、或いは、その絶対値が閾値TH7A以下である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、蓄電側ハンチング予測判定を成す。
系統入力定量制御の実行期間中において、蓄電側ハンチング検出判定又は蓄電側ハンチング予測判定を成したとき、制御部23は、電力系統5から電力変換回路20への入力電力量を系統入力基準条件に従った系統用基準電力量PSREFから変化させるハンチング抑制制御CNT1Dを実行する。ハンチング抑制制御CNT1Dでは、電力系統5から電力変換回路20への入力電力量を変化させることで、電力変換回路20及び蓄電装置3間の入出力電力量の絶対値を増大させ、これによって蓄電側ハンチング現象を抑制する。抑制制御CNT1Dは、系統入力定量制御の中で行われる制御であり、抑制制御CNT1Dの実行期間中には、系統入力定量制御の内容に修正が加えられる。
制御部23は、抑制制御CNT1Dの実行期間中において、所定の解除条件の成否判定を介して、抑制制御CNT1Dの実行を解除するか否かを判定する解除可否判定処理J1Dを行うことができる。例えば、解除可否判定処理J1Dにおいて、制御部23は、上述の方法によって合計電力量(PG’+PSREF)を求め、合計電力量(PG’+PSREF)と直流負荷8の消費電力量との差の絶対値を求める(電力変換回路20の電力損失を無視すれば、PG’+PSREF=PG+PS)。そして、判定処理J1Dにおいて、制御部23は、その絶対値が所定の正の閾値TH8A以上である場合に、或いは、その絶対値が閾値TH8A以上である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、或いは、その絶対値が正である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、判定処理J1Dにおける解除条件が満たされると判断し(抑制制御CNT1Dの実行を解除しても蓄電側ハンチング現象は発生しない又は発生しにくいと判断し)、抑制制御CNT1Dの実行を解除する。抑制制御CNT1Dの実行の解除によって、電力系統5からの入力電力量が系統用基準電力量PSREF(=10)に復帰する。
次に、図13を参照して電力変換装置2の動作の流れを説明する。図13は、上述の各種定量制御に注目した、電力変換装置2の動作フローチャートである。まず、ステップS11において、制御部23は、上述の充電定量制御、放電定量制御、系統出力定量制御又は系統入力定量制御の実行を開始する(以下、充電定量制御、放電定量制御、系統出力定量制御又は系統入力定量制御を単に定量制御ともいう)。その後、ステップS12において、制御部23は、入出力電力情報に基づき、上述の系統側若しくは蓄電側ハンチング検出処理(HD1A、HD1B、HD1C、HD1D)又は系統側若しくは蓄電側ハンチング予測処理(HP1A、HP1B、HP1C、HP1D)を行う。続くステップS13において、制御部23は、系統側若しくは蓄電側ハンチング検出判定、又は、系統側若しくは蓄電側ハンチング予測判定を成したかをチェックし、それらの何れの判定も成していない場合にはステップS13からステップS12へ戻ってステップS12及びS13の処理を繰り返すが、それらの何れかの判定を成した場合にはステップS14への移行を発生させて、ハンチング抑制制御(CNT1A、CNT1B、CNT1C、CNT1D)の実行を開始する。
本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態及び後述の第3実施形態は、第1実施形態を基礎とする実施形態であり、第2及び第3実施形態において特に記述しない事項に関しては、矛盾なき限り、第1実施形態の記載が第2及び第3実施形態にも適用される。
MPPT制御及び充電定量制御の実行期間中に、上述のハンチング検出処理HD1A又は予測処理HP1Aを行うことができ、
MPPT制御及び放電定量制御の実行期間中に、上述のハンチング検出処理HD1B又は予測処理HP1Bを行うことができ、
MPPT制御及び系統出力定量制御の実行期間中に、上述のハンチング検出処理HD1C又は予測処理HP1Cを行うことができ、
MPPT制御及び系統入力定量制御の実行期間中に、上述のハンチング検出処理HD1D又は予測処理HP1Dを行うことができる。
MPPT制御と充電定量制御又は放電定量制御とを実行している期間中において系統側ハンチング検出判定又は系統側ハンチング予測判定を成したとき、或いは、MPPT制御と系統出力定量制御又は系統入力定量制御とを実行している期間中において蓄電側ハンチング検出判定又は蓄電側ハンチング予測判定を成したとき、制御部23は、発電装置4の電力点の変更を介して発電装置4の発電電力量を変化させるハンチング抑制制御CNT2を実行する。充電定量制御又は放電定量制御に適用されるハンチング抑制制御CNT2では、発電装置4の発電電力量を変化させることによって、電力変換回路20及び電力系統5間の入出力電力量の絶対値を増大させ、これによって系統側ハンチング現象を抑制する。系統出力定量制御又は系統入力定量制御に適用されるハンチング抑制制御CNT2では、発電装置4の発電電力量を変化させることによって、電力変換回路20及び蓄電装置3間の入出力電力量の絶対値を増大させ、これによって蓄電側ハンチング現象を抑制する。抑制制御CNT2は各定量制御の中で行われる制御であって、抑制制御CNT2の実行は各定量制御の内容に影響を与えないが、抑制制御CNT2の実行期間中にはMPPT制御が停止される。
制御部23は、抑制制御CNT2の実行期間中において、所定の解除条件の成否判定を介して、抑制制御CNT2の実行を解除するか否かを判定する解除可否判定処理J2を行うことができる。充電定量制御が成されている状態を想定して解除可否判定処理J2の例を説明する。解除可否判定処理J2において、制御部23は、例えば下記の第1〜第4解除条件の何れかが満たされるとき、抑制制御CNT2の実行を解除してMPPT制御を再開することができる。
PBREF−PB’≦THB1 …(A1)
PBREF−PB’≧THB2 …(A2)
放電定量制御に対応する第1及び第2解除条件では、上述の式(A1)及び(A2)が夫々下記式(B1)及び(B2)に変更され、抑制制御CNT2の実行期間中に式(B1)又は(B2)を満たす電力量PG’ が観測されたときに、制御部23は、第1又は第2解除条件が充足したと判断する(PG’の定義については第1実施形態を参照)。Qは、直流負荷8の消費電力量を表す。
PG’+PBREF−Q≦THB1 …(B1)
PG’+PBREF−Q≧THB2 …(B2)
また、放電定量制御に関し、制御部23は、抑制制御CNT2の実行期間中において、電流値IG及び電圧値VGに基づき又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき、電力量PG’’を求める。電力量PG’’は、上記仮想発電電力量に電力変換部21Gの電力変換効率を乗じたものに相当する(電力変換効率が100%であると仮定すれば、PG’’は仮想発電電力量(PG+ΔPG)と一致する)。そして、制御部23は、絶対値|PG’’+PBREF−Q|が正である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、放電定量制御に対応する第3解除条件が充足したと判断する。
放電定量制御に対応する第4解除条件は、充電定量制御について上述した第4解除条件と同じである。
系統出力定量制御に対応する第1及び第2解除条件では、上述の式(A1)及び(A2)が夫々下記式(C1)及び(C2)に変更され、抑制制御CNT2の実行期間中に式(C1)又は(C2)を満たす電力量PS’ が観測されたときに、制御部23は、第1又は第2解除条件が充足したと判断する(PS’の定義については第1実施形態を参照)。
PSREF−PS’≦THB1 …(C1)
PSREF−PS’≧THB2 …(C2)
また、系統出力定量制御に関し、制御部23は、抑制制御CNT2の実行期間中において、電流値IG及び電圧値VGに基づき又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき、電力量PS’’を求める。電力量PS’’は、上記仮想発電電力量に電力変換部21G及び21Sの各電力変換効率を乗じたものに相当する(各電力変換効率が100%であると仮定すれば、PS’’は仮想発電電力量(PG+ΔPG)と一致する)。そして、制御部23は、絶対値|PS’’−PSREF|が正である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、系統出力定量制御に対応する第3解除条件が充足したと判断する。
系統入力定量制御に対応する第1及び第2解除条件では、上述の式(A1)及び(A2)が夫々下記式(D1)及び(D2)に変更され、抑制制御CNT2の実行期間中に式(D1)又は(D2)を満たす電力量PG’ が観測されたときに、制御部23は、第1又は第2解除条件が充足したと判断する。
PG’+PSREF−Q≦THB1 …(D1)
PG’+PSREF−Q≧THB2 …(D2)
また、系統入力定量制御に関し、制御部23は、抑制制御CNT2の実行期間中において、電流値IG及び電圧値VGに基づき又は電流値IGINT及び電圧値VINTに基づき、上述の電力量PG’’を求める。そして、制御部23は、絶対値|PG’’+PSREF−Q|が正である状態が所定時間以上継続して観測された場合に、系統入力定量制御に対応する第3解除条件が充足したと判断する。
次に、図17を参照して電力変換装置2の動作の流れを説明する。図17は、上述の各種定量制御に注目した、電力変換装置2の動作フローチャートである。ステップS22及びS23は、図13のステップS12及びS13と同じものである。まず、ステップS21において、制御部23は、何れかの定量制御を実行開始すると共にMPPT制御も実行開始する。その後、ステップS22において、制御部23は、入出力電力情報に基づき、上述のハンチング検出処理又は予測処理を行う。続くステップS23において、制御部23は、ハンチング検出判定又は予測判定を成したかをチェックし、何れかの判定を成した場合にはステップS24への移行を発生させて、ハンチング抑制制御CNT2の実行を開始する(即ちMPPT制御が停止される)。
本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態に係る電力供給システム1には、2つの蓄電装置3が設けられており、これに対応して、第3実施形態に係る電力変換回路20には蓄電装置用の電力変換部21Bが2つ設けられている。蓄電装置の特性、構成及び動作を2つの蓄電装置3間で異ならせることも可能であると共に、電力変換部の特性、構成及び動作を2つの電力変換部21B間で異ならせることも可能であるが、ここでは、説明の簡略化上、2つの蓄電装置3の夫々が、第1実施形態で述べた蓄電装置3と同じ特性及び構成を有すると共に第1実施形態で述べた蓄電装置3と同じ動作を実現し、且つ、2つの電力変換部21Bの夫々が、第1実施形態で述べた電力変換部21Bと同じ特性及び構成を有すると共に第1実施形態で述べた電力変換部21Bと同じ動作を実現するものとする。制御部23は、2つの電力変換部21Bの夫々に対して、第1実施形態で述べた電力変換部21Bに対する制御を成すことができる。
PBa=VBa×IBa …(1g)
PBINTa=VINT×IBINTa …(1h)
充電定量制御又は放電定量制御を実行している期間中において系統側ハンチング検出判定又は系統側ハンチング予測判定を成したとき、或いは、系統出力定量制御又は系統入力定量制御を実行している期間中において蓄電側ハンチング検出判定又は蓄電側ハンチング予測判定を成したとき、制御部23は、電力変換回路20a及び蓄電装置3a間の電力入出力を行うハンチング抑制制御CNT3を実行する。電力変換回路20a及び蓄電装置3a間の電力入出力とは、電力変換回路20aから蓄電装置3aへの電力出力又は蓄電装置3aから電力変換回路20aへの電力入力を意味する。電力変換回路20aから蓄電装置3aへの電力出力は、電力変換部21Baから蓄電装置3aへ充電電力を供給することを意味し、蓄電装置3aから電力変換回路20aへの電力入力は、蓄電装置3aの放電電力を電力変換部21Baへ供給することを意味する。
図19(b)及び図20(b)の例において、蓄電装置3aの放電電力の全部又は一部は、電力系統5へ出力されていると考えることもできるし、蓄電装置3又は直流負荷8へ出力されていると考えることもできる。
何れにせよ、このような蓄電装置3aの充電又は放電により電力変換回路20a及び電力系統5間に一定方向の継続的な電力の流れが生まれ、系統側ハンチング現象が抑制される。
次に、図23を参照して電力変換装置2aの動作の流れを説明する。図23は、上述の各種定量制御に注目した、電力変換装置2aの動作フローチャートである。ステップS31〜S33、S35及びS36は、夫々、図13のステップS11〜S13、S15及びS16と同じものである。まず、ステップS31において、制御部23は、何れかの定量制御を実行開始する。その後、ステップS32において、制御部23は、入出力電力情報に基づき、上述のハンチング検出処理又は予測処理を行う。続くステップS33において、制御部23は、ハンチング検出判定又は予測判定を成したかをチェックし、何れかの判定を成した場合にはステップS34への移行を発生させて、ハンチング抑制制御CNT3の実行を開始する(即ち、ハンチング抑制用の充放電を蓄電装置3aに行わせる)。
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈1〜注釈8を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
上述の各実施形態では、蓄電装置3の充電電力量を一定することを充電基準条件が指定していると想定し、これに伴い、充電定量制御が蓄電装置3の充電電力量を一定に保つ制御であることを想定した。しかしながら、充電定量制御が蓄電装置3を一定の充電基準条件下で充電させるものである限り、充電定量制御は各実施形態で例示したものに限定されない。即ち例えば、充電定量制御は、蓄電装置3を一定の電流値で充電させる制御(定電流充電制御)であっても良いし、蓄電装置3を一定の電圧値で充電させる制御(定電圧充電制御)であっても良い。同様に、放電定量制御が蓄電装置3を一定の放電基準条件下で放電させるものである限り、放電定量制御は各実施形態で例示したものに限定されず、例えば、放電定量制御は、蓄電装置3を一定の電流値で放電させる制御(定電流放電制御)であっても良い。
注釈1の記載からも理解されるように、充電定量制御において、制御部23は、電力についての充電指令量PB *の代わりに、電力変換部21Bから蓄電装置3に供給される充電電流の電流値IBを指定する充電指令量IB *を生成して電力変換部21Bに与えても良く、電力変換部21Bは、充電指令量IB *にて指定された電流値を持つ充電電流を蓄電装置3に供給するべく充電用電力変換を行っても良い。充電定量制御において、制御部23は、充電指令量IB *に蓄電用基準電流量IBREFの値を代入することで蓄電装置3を一定の蓄電用基準電流量IBREFで充電させることができる。この場合、充電基準条件は蓄電装置3を一定の蓄電用基準電流量IBREFで充電することを指定していることになる。尚、本明細書において、用語“電流値”と用語“電流量”は同義であり、用語“電圧値”と用語“電圧量”は同義である。
発電装置4の発電電力量に依存する電圧値と電流値の双方を用いた予測処理HP1A及びHP1B並びに解除可否判定処理J1A及びJ1Bを上述した。しかしながら、電圧値VG及び電圧値VB間の比、電圧値VINT及び電圧値VB間の比、又は、電圧値VG、VB及びVINTが制御部23にとって既知であるならば、制御部23は、発電装置4の発電電力量に応じた電流値の情報のみを用いて、即ち電流値IG又はIGINTのみを用いて予測処理HP1A及びHP1B並びに解除可否判定処理J1A及びJ1Bを成すこともできる。この際、上述の処理HP1A、HP1B、J1A及びJ1Bにおいて、既知の電圧の情報を用いて任意の“電力量”及び“電力量を表す記号”を“電流値”及び“電流値を表す記号”に変換すれば良く、この変換を介して実現される処理は、上述の処理HP1A、HP1B、J1A及びJ1Bと等価である。
上述したように、充電定量制御では蓄電装置3の充電の条件(以下、充電条件という)が充電基準条件にて指定され、放電定量制御では蓄電装置3の放電の条件(以下、放電条件という)が放電基準条件にて指定され、系統出力定量制御では電力変換回路(20又は20a)から電力系統5への電力の出力条件(以下、系統出力条件という)が系統出力基準条件にて指定され、系統入力定量制御では電力系統5から電力変換回路(20又は20a)への電力の入力条件(以下、系統入力条件という)が系統入力基準条件にて指定されている。
制御部23が取得すべき入出力電力情報に電圧値、電流値及び電力量を表す情報が全て含まれている必要は必ずしも無い。第1〜第3実施形態において、入出力電力情報は、電圧値を表す電圧情報(即ち、VB、VG、VS及びVINT、又は、VB、VBa、VG、VS及びVINT)、電流値を表す電流情報(即ち、IB、IG、IS、IBINT、IGINT及びISINT、又は、IB、IBa、IG、IS、IBINT、IBINTa、IGINT及びISINT)、及び、電力量を表す電力情報(即ち、PB、PG、PS、PBINT、PGINT及びPSINT、又は、PB、PBa、PG、PS、PBINT、PBINTa、PGINT及びPSINT)の内、少なくとも1つの情報を含んでいれば良い。
電力変換部21B、21Ba、21G及び21Sは、夫々、蓄電装置3、蓄電装置3a、発電装置4及び電力系統5に接続される第1蓄電側回路、第2蓄電側回路、発電側回路及び系統側回路の例であり、第1蓄電側回路、第2蓄電側回路、発電側回路又は系統側回路に、電力変換部21B、21Ba、21G又は21Sを形成する回路以外の回路が更に含まれていても良い。
第1〜第3実施形態の夫々において、図24(a)に示す如く、中間配線22に対し直流負荷8と二次電池8aが接続されていても良い。二次電池8aは、任意の種類の1以上の二次電池(例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池)から成る。二次電池8aは、例えば、電気自動車等の電動車両に搭載される電池である。中間配線22に対し直流負荷8と二次電池8aが接続される場合、第1〜第3実施形態の説明文を含む上述の各説明文において、直流負荷8へ送られる電力を直流負荷8及び二次電池8aへ送られる電力とみなせば良く、即ち例えば、直流負荷8の消費電力を直流負荷8の消費電力及び二次電池8aの充電電力との合計とみなすと共に直流負荷8への供給電力を直流負荷8及び二次電池8aへの供給電力とみなせば良い。尚、中間配線22に対し直流負荷8と二次電池8aが接続される場合、中間配線22と直流負荷8及び二次電池8aとの間に1以上の電力変換部を介在させても良い。
制御部23を、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成することができる。ソフトウェアを用いて実現される機能をプログラムとして記述し、該プログラムをプログラム実行装置(例えばコンピュータ)上で実行することによって、その機能を実現するようにしてもよい。具体的には例えば、制御部23にCPU(Central Processing Unit)を設けておき、図示されないフラッシュメモリに格納されたプログラムを当該CPUに実行させることで、必要な機能を実現することができる。
2、2a 電力変換装置
3、3a 蓄電装置
4 発電装置
5 電力系統
8 直流負荷
20、20a 電力変換回路
21B、21Ba、21G、21S 電力変換部
22 中間配線
23 制御部
Claims (4)
- 充電及び放電が可能な第1蓄電装置に接続される第1蓄電側回路、充電及び放電が可能な第2蓄電装置に接続される第2蓄電側回路、発電を行って発電電力を出力する発電装置に接続される発電側回路及び電力系統に接続される系統側回路を有し、電力変換を介して前記第1蓄電装置、前記第2蓄電装置、前記発電装置及び前記電力系統間における送電及び受電を行う電力変換回路と、
前記電力変換回路を制御することで前記送電及び受電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記発電電力の不足分又は余剰分を前記電力変換回路及び前記電力系統間の電力の入出力にて吸収しつつ、前記発電装置の発電電力を用いて前記第1蓄電装置を一定の第1基準条件下で充電する、又は、前記発電装置の発電電力及び前記第1蓄電装置の放電電力を用いて前記電力変換回路に接続された負荷及び二次電池の少なくとも一方に電力供給を行うべく前記第1蓄電装置を一定の第2基準条件下で放電させる定量制御を実行し、
前記定量制御において、前記電力変換回路及び前記電力系統間の電力の入出力の切り替えが所定時間内に所定回数以上検出されたとき、或いは、前記発電装置の発電電力量又は前記発電電力量に応じた値と前記第1基準条件又は前記第2基準条件とに基づいて前記切り替えの発生が予測されたとき、前記制御部は、前記電力変換回路から前記第2蓄電装置への電力出力又は前記第2蓄電装置から前記電力変換回路への電力入力を行うことで前記切り替えを抑制する抑制制御を実行する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 充電及び放電が可能な第1蓄電装置に接続される第1蓄電側回路、充電及び放電が可能な第2蓄電装置に接続される第2蓄電側回路、発電を行って発電電力を出力する発電装置に接続される発電側回路及び電力系統に接続される系統側回路を有し、電力変換を介して前記第1蓄電装置、前記第2蓄電装置、前記発電装置及び前記電力系統間における送電及び受電を行う電力変換回路と、
前記電力変換回路を制御することで前記送電及び受電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記発電電力の不足分又は余剰分を前記第1蓄電装置の充電又は放電にて吸収しつつ、前記発電装置の発電電力を用いて前記電力変換回路から前記電力系統へ一定の第1基準条件下で電力を出力する、又は、前記発電電力と前記電力系統から前記電力変換回路への入力電力とを用いて前記電力変換回路に接続された負荷及び二次電池の少なくとも一方に電力供給を行うべく前記電力系統から前記電力変換回路へ一定の第2基準条件で電力を入力する定量制御を実行し、
前記定量制御において、前記電力変換回路及び前記第1蓄電装置間の電力の入出力の切り替えが所定時間内に所定回数以上検出されたとき、或いは、前記発電装置の発電電力量又は前記発電電力量に応じた値と前記第1基準条件又は前記第2基準条件とに基づいて前記切り替えの発生が予測されたとき、前記制御部は、前記電力変換回路から前記第2蓄電装置への電力出力又は前記第2蓄電装置から前記電力変換回路への電力入力を行うことで前記切り替えを抑制する抑制制御を実行する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記制御部は、前記抑制制御の実行期間中において、前記発電装置の発電電力量又は前記発電電力量に応じた値と、前記第1基準条件又は前記第2基準条件とに基づき、所定の解除条件が満たされると判断した場合に、前記抑制制御の実行を解除する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、前記抑制制御の実行期間中において、前記切り替えが検出されたとき前記抑制制御の実行を解除する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
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