JP2015133870A - Power converter and power conversion method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter capable of reducing redundancy and capable of highly integrating plural distribution power supplies.SOLUTION: A power converter 10 includes: a first DC/DC converter 11-1 capable of rising a first DC voltage supplied from a power generator 30 to a DC link voltage; a second DC/DC converter 11-3 capable of lowering a DC link voltage to a second DC voltage to supply the voltage to a storage battery 50; and a control section 15 that controls the first and second DC/DC converters 11. When a charge mode is selected to charge the storage battery 50 isolated from a system, the control section 15 controls either the first DC/DC converter 11-1 to execute a voltage rising operation or the second DC/DC converter 11-3 to execute voltage lowering operation based on the magnitude of the first DC voltage and the second DC voltage.

Description

本発明は、複数の分散電源と組み合わせて用いられる電力変換装置及び電力変換方法に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device and a power conversion method used in combination with a plurality of distributed power sources.
近年、需要家に分散電源を設け、系統と連系させて分散電源からも電力を供給する方式が普及しつつある。分散電源としては、燃料電池装置、太陽光発電装置及び蓄電池などが用いられている。   In recent years, a system in which a distributed power source is provided to a consumer and electric power is supplied from the distributed power source in connection with the system is becoming widespread. As the distributed power source, a fuel cell device, a solar power generation device, a storage battery, and the like are used.
従来、分散電源は、内部にインバータを有する構成が一般的であり、インバータによりDC(直流)電圧をAC(交流)電圧に変換する。例えば、特許文献1には、インバータを有する燃料電池装置の構成が記載されている。そのため、複数の分散電源を統合して用いる場合、各分散電源においてDC電圧をAC電圧に変換した後に、AC電圧で統合する構成が一般的である。   2. Description of the Related Art Conventionally, a distributed power supply generally has a configuration having an inverter inside, and a DC (direct current) voltage is converted into an AC (alternating current) voltage by the inverter. For example, Patent Document 1 describes a configuration of a fuel cell device having an inverter. Therefore, when a plurality of distributed power sources are used in an integrated manner, a configuration in which a DC voltage is converted into an AC voltage in each distributed power source and then integrated with the AC voltage is common.
特開平7−123609号公報JP-A-7-123609
従来は、上記のような構成により複数の分散電源を統合することが一般的であるが、冗長性を低減し、より高度に複数の分散電源を統合することが望まれている。   Conventionally, it is common to integrate a plurality of distributed power sources with the above-described configuration, but it is desired to reduce redundancy and integrate a plurality of distributed power sources to a higher degree.
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、冗長性を低減し、より高度に複数の分散電源を統合することができる電力変換装置及び電力変換方法を提供することにある。   Therefore, the objective of this invention made | formed in view of this point is to provide the power converter device and power conversion method which can reduce redundancy and can integrate a some distributed power supply more highly.
上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、少なくとも1つの発電装置、及び、少なくとも1つの蓄電池と組み合わせて用いられる電力変換装置であって、発電装置から供給される第1のDC電圧を、DCリンク電圧に昇圧可能な第1のDC/DCコンバータと、前記DCリンク電圧を第2のDC電圧に降圧して、蓄電池に供給可能な第2のDC/DCコンバータと、前記第1及び第2のDC/DCコンバータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、系統から解列して前記蓄電池を充電する充電モードとしている場合、前記第1のDC電圧及び前記第2のDC電圧の大小関係に基づいて、前記第1のDC/DCコンバータによる昇圧動作と、前記第2のDC/DCコンバータによる降圧動作とのいずれかのみを実行させることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a power converter according to the present invention is a power converter used in combination with at least one power generator and at least one storage battery, and is a first DC supplied from the power generator. A first DC / DC converter capable of boosting a voltage to a DC link voltage; a second DC / DC converter capable of stepping down the DC link voltage to a second DC voltage and supplying the same to a storage battery; And a control unit that controls the first and second DC / DC converters, and when the control unit is in a charging mode in which the storage battery is charged after being disconnected from the grid, the first DC voltage and the second DC / DC converter are controlled. Based on the magnitude relationship of the DC voltage, only the step-up operation by the first DC / DC converter or the step-down operation by the second DC / DC converter may be executed. The features.
また、本発明に係る電力変換装置において、前記第1のDC/DCコンバータと前記第2のDC/DCコンバータとの双方が接続され、それぞれからの出力を一括して変換可能なインバータをさらに備え、前記インバータを介して系統連系可能であることが好ましい。   The power converter according to the present invention further includes an inverter in which both the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are connected, and the output from each can be collectively converted. It is preferable that grid connection is possible via the inverter.
また、本発明に係る電力変換装置において、前記制御部は、前記第1のDC電圧が前記第2のDC電圧より高い場合は、前記第1のDC/DCコンバータには昇圧動作を実行させず、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させることが好ましい。   Further, in the power conversion device according to the present invention, the control unit does not cause the first DC / DC converter to perform a boost operation when the first DC voltage is higher than the second DC voltage. The step-down operation is preferably performed by the second DC / DC converter.
また、本発明に係る電力変換装置において、前記制御部は、前記第1のDC電圧が前記第2のDC電圧より低い場合は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させ、前記第2のDC/DCコンバータには降圧動作を実行させないことが好ましい。   Further, in the power conversion device according to the present invention, when the first DC voltage is lower than the second DC voltage, the control unit causes the first DC / DC converter to perform a boosting operation, and It is preferable that the second DC / DC converter not perform the step-down operation.
また、本発明に係る電力変換装置において、前記第1のDC/DCコンバータは、チョークコイルの一端を接地するか否か切り替える第1のスイッチを備え、前記第2のDC/DCコンバータは、当該DC/DCコンバータの入出力間にてチョークコイルと直列に結合される第2のスイッチを備え、前記制御部は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させない場合は、前記第1のスイッチを常時オフとし、前記制御部は、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させない場合は、前記第2のスイッチを常時オンとすることが好ましい。   In the power converter according to the present invention, the first DC / DC converter includes a first switch for switching whether or not to ground one end of the choke coil, and the second DC / DC converter includes the first DC / DC converter. A second switch coupled in series with the choke coil is provided between the input and output of the DC / DC converter, and when the control unit does not cause the first DC / DC converter to perform a boosting operation, the first switch It is preferable that the switch is always turned off, and the control unit always turns on the second switch when the second DC / DC converter does not perform the step-down operation.
また、本発明に係る電力変換装置において、さらに、前記第1のDC/DCコンバータに並列に配置された第1のリレーと、前記第2のDC/DCコンバータに並列に配置された第2のリレーとを備え、前記制御部は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させない場合は、前記第1のリレーをオンさせて前記第1のDC/DCコンバータをバイパスし、前記制御部は、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させない場合は、前記第2のリレーをオンさせて前記第2のDC/DCコンバータをバイパスすることが好ましい。   In the power converter according to the present invention, the first relay disposed in parallel with the first DC / DC converter and the second relay disposed in parallel with the second DC / DC converter. A relay, and when the control unit does not cause the first DC / DC converter to perform a boosting operation, the control unit turns on the first relay to bypass the first DC / DC converter. Preferably, the unit bypasses the second DC / DC converter by turning on the second relay when the second DC / DC converter does not perform the step-down operation.
また、本発明に係る電力変換装置において、前記第1のDC/DCコンバータに前記第1のDC電圧を供給する発電装置は太陽光発電装置であり、前記制御部は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させない場合、前記第2のDC/DCコンバータにMPPT制御を実行させるように制御することが好ましい。   Further, in the power conversion device according to the present invention, the power generation device that supplies the first DC voltage to the first DC / DC converter is a solar power generation device, and the control unit includes the first DC / DC converter. When the DC converter is not caused to perform the boosting operation, it is preferable to perform control so that the second DC / DC converter performs MPPT control.
また、本発明に係る電力変換装置において、前記制御部は、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させない場合、前記第1のDC/DCコンバータに前記蓄電池の定電流制御又は定電圧制御を実行させることが好ましい。   Further, in the power conversion device according to the present invention, when the control unit does not cause the second DC / DC converter to perform a step-down operation, the first DC / DC converter causes the constant current control or constant voltage of the storage battery to be performed. It is preferable to execute the control.
また、本発明に係る電力変換装置において、前記制御部は、前記太陽光発電装置の発電状況及び前記蓄電池の充電状況に応じて、前記MPPT制御を実行するか否かを決定することが好ましい。   Moreover, the power converter device which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that the said control part determines whether the said MPPT control is performed according to the electric power generation condition of the said solar power generation device, and the charging condition of the said storage battery.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換方法は、発電装置から供給される第1のDC電圧をDCリンク電圧に昇圧可能な第1のDC/DCコンバータと、前記DCリンク電圧を第2のDC電圧に降圧して、蓄電池に供給可能な第2のDC/DCコンバータとを備える電力変換装置における電力変換方法であって、前記電力変換装置を系統から解列するステップと、前記第1のDC電圧及び前記第2のDC電圧の大小関係に基づいて、前記第1のDC/DCコンバータによる昇圧動作と、前記第2のDC/DCコンバータによる降圧動作とのいずれかのみを実行させるステップとを含むことを特徴とする。   In order to solve the above problem, a power conversion method according to the present invention includes a first DC / DC converter capable of boosting a first DC voltage supplied from a power generation device to a DC link voltage, and the DC link voltage. A power conversion method in a power conversion device including a second DC / DC converter capable of supplying the storage battery with a second DC / DC converter that can be stepped down to a second DC voltage, and disconnecting the power conversion device from a system; Based on the magnitude relationship between the first DC voltage and the second DC voltage, only one of the step-up operation by the first DC / DC converter and the step-down operation by the second DC / DC converter is performed. And the step of executing.
本発明によれば、冗長性を低減し、より高度に複数の分散電源を統合することができる。   According to the present invention, redundancy can be reduced and a plurality of distributed power sources can be more highly integrated.
本発明の第1実施形態に係る電力変換システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of a power conversion system concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る電力変換装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the power converter device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る電力変換装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the power converter device which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力変換システム100の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、電力変換システム100は、電力変換装置10と、太陽光発電装置30と、燃料電池装置40と、蓄電池50とを備える。なお、本実施形態においては、電力変換装置10に、太陽光発電装置、燃料電池装置及び蓄電池が1つずつ組み合わされている構成を例に挙げて説明するが、これはあくまでも一例である。これらの分散電源の個数は、それぞれ任意の個数とすることができる。また、発電装置の種類は、太陽光発電装置や燃料電池装置に限定されるものではなく各種の発電装置とすることができる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power conversion system 100 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power conversion system 100 includes a power conversion device 10, a solar power generation device 30, a fuel cell device 40, and a storage battery 50. In the present embodiment, the configuration in which the solar power generation device, the fuel cell device, and the storage battery are combined with the power conversion device 10 one by one will be described as an example, but this is merely an example. The number of these distributed power sources can be any number. Moreover, the kind of power generation device is not limited to a solar power generation device or a fuel cell device, but can be various power generation devices.
電力変換装置10は、複数のDC/DCコンバータ11と、リンクコンデンサ12と、インバータ13と、連系リレー14と、制御部15とを備える。   The power conversion device 10 includes a plurality of DC / DC converters 11, a link capacitor 12, an inverter 13, an interconnection relay 14, and a control unit 15.
図1に示す電力変換装置10の構成においては様々な制御モードが考えられるが、その1つとして、電力変換装置10を系統60から解列して、太陽光発電装置30や燃料電池装置40が発電した電力を全て蓄電池50に充電するモード(以下、「充電モード」と称する)とすることも考えられる。充電モードにおいては、効率良く蓄電池50を充電することが好ましい。本発明は、特に、充電モードにおける蓄電池50の充電効率の向上を目的とするものである。   In the configuration of the power conversion device 10 shown in FIG. 1, various control modes are conceivable. As one of them, the power conversion device 10 is disconnected from the system 60 and the solar power generation device 30 and the fuel cell device 40 are connected. A mode in which all the generated power is charged in the storage battery 50 (hereinafter referred to as “charging mode”) is also conceivable. In the charging mode, it is preferable to charge the storage battery 50 efficiently. The present invention is particularly aimed at improving the charging efficiency of the storage battery 50 in the charging mode.
各DC/DCコンバータ11は、それぞれ、各分散電源から入力されるDC電圧を適切なDC電圧に昇圧して統合する。昇圧されたDC電圧が統合されているノードを、以下「DCリンク」と称することとする。図1に示す例においては、DC/DCコンバータ11−1、11−2及び11−3は、それぞれ、太陽光発電装置30、燃料電池装置40及び蓄電池50と接続している。   Each DC / DC converter 11 boosts and integrates the DC voltage input from each distributed power supply to an appropriate DC voltage. A node in which the boosted DC voltage is integrated is hereinafter referred to as a “DC link”. In the example illustrated in FIG. 1, the DC / DC converters 11-1, 11-2, and 11-3 are connected to the solar power generation device 30, the fuel cell device 40, and the storage battery 50, respectively.
蓄電池50と接続されるDC/DCコンバータ11−3は、双方向のDC/DCコンバータである。DC/DCコンバータ11−3は、蓄電池50を充電する際、DCリンクにおけるDC電圧を蓄電池50の充電に適した電圧に降圧して蓄電池50を充電する。この際、制御部15は、定電流制御(CC制御)や定電圧制御(CV制御)によりDC/DCコンバータ11−3を制御して、蓄電池50を充電することができる。   The DC / DC converter 11-3 connected to the storage battery 50 is a bidirectional DC / DC converter. When the storage battery 50 is charged, the DC / DC converter 11-3 steps down the DC voltage in the DC link to a voltage suitable for charging the storage battery 50 and charges the storage battery 50. At this time, the control unit 15 can charge the storage battery 50 by controlling the DC / DC converter 11-3 by constant current control (CC control) or constant voltage control (CV control).
また、DC/DCコンバータ11−1〜11−3は、昇圧又は降圧動作を実行しないモードで動作させることもできる。例えば、DC/DCコンバータ11−1を、昇圧を実行しないモードで実行させると、DC/DCコンバータ11−1は、太陽光発電装置30から供給されたDC電圧を、ほぼそのままの電圧でDCリンクに出力する。また、例えば、DC/DCコンバータ11−3を、降圧を実行しないモードで動作させると、DC/DCコンバータ11−3は、DCリンクの電圧を、ほぼそのままの電圧で蓄電池50に供給する。DC/DCコンバータ11を、昇圧又は降圧動作を実行しないモードで動作させることの技術的意味や、どのような場合にこのモードで動作させるかについては後述する。   Further, the DC / DC converters 11-1 to 11-3 can be operated in a mode in which the step-up or step-down operation is not executed. For example, when the DC / DC converter 11-1 is executed in a mode that does not perform boosting, the DC / DC converter 11-1 uses the DC link supplied from the solar power generation device 30 with a substantially unchanged voltage as a DC link. Output to. For example, when the DC / DC converter 11-3 is operated in a mode that does not perform step-down, the DC / DC converter 11-3 supplies the voltage of the DC link to the storage battery 50 with almost the same voltage. The technical meaning of operating the DC / DC converter 11 in a mode in which the step-up or step-down operation is not performed, and in which case the mode is operated in this mode will be described later.
リンクコンデンサ12は、DCリンクの電圧を平滑化して安定させる。なお、各DC/DCコンバータ11内に、DCリンクの電圧の安定化のためのコンデンサを更に設けてもよい。   The link capacitor 12 smoothes and stabilizes the DC link voltage. A capacitor for stabilizing the voltage of the DC link may be further provided in each DC / DC converter 11.
インバータ13は、DCリンクにおけるDC電圧をAC電圧に変換する。また、系統60から供給されたAC電圧をDC電圧に変換することもできる。   The inverter 13 converts the DC voltage in the DC link into an AC voltage. Further, the AC voltage supplied from the system 60 can be converted into a DC voltage.
連系リレー14は、インバータ13と系統60との接続状態を切り換える。すなわち、連系リレー14は、電力変換装置10を系統60と連系させるか、又は、系統60から解列させるかを切り換える。電力変換装置10は、通常時には系統60に連系されているが、充電モードにおいては、系統60から解列される。   The interconnection relay 14 switches the connection state between the inverter 13 and the system 60. That is, the interconnection relay 14 switches whether the power conversion device 10 is connected to the system 60 or disconnected from the system 60. The power converter 10 is normally connected to the grid 60, but is disconnected from the grid 60 in the charging mode.
電力変換装置10が系統60に連系されている際は、安定した連系を実現するため、DCリンクの電圧は系統60のAC電圧のピーク・トゥ・ピーク(Peak to Peak)値よりも高い電圧に保持する必要がある。しかしながら、充電モードにおいて、電力変換装置10が系統60から解列されている場合は、DCリンクの電圧を、系統60のAC電圧のピーク・トゥ・ピーク値よりも高い電圧に保持する必要はない。したがって、DCリンクの電圧は、DC/DCコンバータ11を効率よく動作させることが可能な任意の電圧とすることができる。   When the power converter 10 is connected to the grid 60, the DC link voltage is higher than the peak-to-peak (Peak to Peak) value of the AC voltage of the grid 60 in order to realize stable interconnection. Must be held at voltage. However, in the charging mode, when the power conversion device 10 is disconnected from the grid 60, it is not necessary to maintain the DC link voltage at a voltage higher than the peak-to-peak value of the AC voltage of the grid 60. . Therefore, the voltage of the DC link can be any voltage that allows the DC / DC converter 11 to operate efficiently.
制御部15は、電力変換装置10全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部15が行う制御については、さらに後述する。   The control unit 15 controls and manages the entire power conversion apparatus 10 and can be configured by, for example, a processor. The control performed by the control unit 15 will be further described later.
太陽光発電装置30は、太陽光を利用して発電することができる。太陽光発電装置30は太陽電池を備えており、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する。   The solar power generation device 30 can generate power using sunlight. The solar power generation device 30 includes a solar battery, and directly converts sunlight energy into electric power.
燃料電池装置40は、外部から供給される水素及び酸素などのガスを電気化学反応させる燃料電池によって発電を行う。   The fuel cell device 40 generates electric power by a fuel cell that causes an electrochemical reaction of gas such as hydrogen and oxygen supplied from the outside.
蓄電池50は、充電された電力を放電することにより、電力を供給することができる。また、蓄電池50は、系統60、太陽光発電装置30又は燃料電池装置40等から供給される電力を充電することもできる。また、蓄電池50から放電される電力も、電力変換装置10から、電力を消費する各種の負荷に供給することができる。   The storage battery 50 can supply electric power by discharging the charged electric power. Moreover, the storage battery 50 can also charge the electric power supplied from the system | strain 60, the solar power generation device 30, or the fuel cell apparatus 40 grade | etc.,. Moreover, the electric power discharged from the storage battery 50 can also be supplied from the power converter 10 to various loads that consume electric power.
(充電モードにおける動作)
以下、充電モードにおいて、電力変換装置10を系統60から解列させ、蓄電池50を充電する場合の動作について説明する。一例として、太陽光発電装置30により発電された電力で蓄電池50を充電する場合について説明する。
(Operation in charge mode)
Hereinafter, in the charging mode, the operation when the power conversion device 10 is disconnected from the grid 60 and the storage battery 50 is charged will be described. As an example, the case where the storage battery 50 is charged with the electric power generated by the solar power generation device 30 will be described.
本発明の第1実施形態に係る電力変換システム100は、図1に示すように、太陽光発電装置30、燃料電池装置40及び蓄電池50が、内部にDC/AC変換を行うためのインバータを有する構成ではない。したがって、例えば、太陽光発電装置30により発電された電力で蓄電池50を充電する場合、DC/AC変換された電圧を、再度、AC/DC変換して充電する必要はない。すなわち、太陽光発電装置30により発電されたDC電力により、DC/DCコンバータ11−1及びDC/DCコンバータ11−3を介して、AC電圧に変換することなく蓄電池50を充電することができる。したがって、非常に効率良く蓄電池50を充電することができる。   As shown in FIG. 1, the power conversion system 100 according to the first embodiment of the present invention includes an inverter for performing DC / AC conversion in the solar power generation device 30, the fuel cell device 40, and the storage battery 50. It is not a configuration. Therefore, for example, when the storage battery 50 is charged with the power generated by the solar power generation device 30, it is not necessary to AC / DC convert the DC / AC converted voltage again and charge it. That is, the storage battery 50 can be charged by the DC power generated by the solar power generation device 30 without being converted into an AC voltage via the DC / DC converter 11-1 and the DC / DC converter 11-3. Therefore, the storage battery 50 can be charged very efficiently.
また、本発明の第1実施形態に係る電力変換システム100においては、充電モード時に、制御部15が連系リレー14をオフさせて、電力変換装置10を系統60から解列するため、DCリンクの電圧を所定の高い電圧に保持する必要がなくなる。したがって、太陽光発電装置30によって発電された電力のDC電圧を、DC/DCコンバータ11−1が所定の高い電圧まで昇圧する必要がなくなる。   Further, in the power conversion system 100 according to the first embodiment of the present invention, in the charging mode, the control unit 15 turns off the interconnection relay 14 and disconnects the power conversion device 10 from the system 60, so that the DC link It is no longer necessary to maintain the voltage at a predetermined high voltage. Therefore, it is not necessary for the DC / DC converter 11-1 to boost the DC voltage of the power generated by the solar power generation device 30 to a predetermined high voltage.
この場合、DCリンクの電圧は任意の電圧とできるので、DC/DCコンバータ11−1とDC/DCコンバータ11−3のいずれか一方のみを動作させ、太陽光発電装置30と蓄電池50との間で動作するDCコンバータの段数を一段とすることで、さらに効率良く蓄電池50を充電することができる。   In this case, since the voltage of the DC link can be an arbitrary voltage, only one of the DC / DC converter 11-1 and the DC / DC converter 11-3 is operated, and the solar power generator 30 and the storage battery 50 are connected. The storage battery 50 can be charged more efficiently by setting the number of stages of the DC converter that operates at 1 to one.
図2を参照して、DC/DCコンバータ11−1とDC/DCコンバータ11−3のいずれか一方のみを動作させ、他方を動作させない場合の動作について説明する。図2は、DC/DCコンバータ11−1については昇圧用の回路の一部を示し、DC/DCコンバータ11−3については降圧用の回路の一部を示している。また、図2においては、燃料電池装置40及びDC/DCコンバータ11−2の記載を省略している。   With reference to FIG. 2, an operation when only one of the DC / DC converter 11-1 and the DC / DC converter 11-3 is operated and the other is not operated will be described. FIG. 2 shows a part of the step-up circuit for the DC / DC converter 11-1 and part of the step-down circuit for the DC / DC converter 11-3. Moreover, in FIG. 2, the description of the fuel cell device 40 and the DC / DC converter 11-2 is omitted.
DC/DCコンバータ11−1は、昇圧用の回路として、チョークコイル111と、ダイオード112と、チョークコイル111の一端を接地するか否か切り替えるスイッチ113とを備える。スイッチ113は、例えばFET(Field Effect Transistor)などの半導体トランジスタである。制御部15は、スイッチ113を周期的にオン/オフさせることにより、DC/DCコンバータ11−1に昇圧動作を行わせ、太陽光発電装置30から供給されるDC電圧をDCリンク電圧に昇圧することができる。   The DC / DC converter 11-1 includes a choke coil 111, a diode 112, and a switch 113 that switches whether one end of the choke coil 111 is grounded as a boosting circuit. The switch 113 is a semiconductor transistor such as an FET (Field Effect Transistor). The control unit 15 periodically turns on / off the switch 113 to cause the DC / DC converter 11-1 to perform a boosting operation and boost the DC voltage supplied from the solar power generation device 30 to the DC link voltage. be able to.
DC/DCコンバータ11−1に昇圧動作を実行させない場合、制御部15は、スイッチ113を常時オフさせる。   When the DC / DC converter 11-1 is not allowed to perform the boosting operation, the control unit 15 always turns off the switch 113.
DC/DCコンバータ11−3は、降圧用の回路として、チョークコイル114と、ダイオード115と、DC/DCコンバータ11−3の入出力間にてチョークコイル114と直列に結合されるスイッチ116を備える。スイッチ116は、例えばFETなどの半導体トランジスタである。制御部15は、スイッチ116を周期的にオン/オフさせることにより、DC/DCコンバータ11−3に降圧動作を行わせ、DCリンクの電圧を降圧して蓄電池50に供給し、蓄電池50を充電することができる。   The DC / DC converter 11-3 includes a choke coil 114, a diode 115, and a switch 116 coupled in series with the choke coil 114 between the input and output of the DC / DC converter 11-3 as a step-down circuit. . The switch 116 is a semiconductor transistor such as an FET. The control unit 15 periodically turns on / off the switch 116 to cause the DC / DC converter 11-3 to perform a step-down operation, step down the voltage of the DC link, supply it to the storage battery 50, and charge the storage battery 50. can do.
DC/DCコンバータ11−3に降圧動作を実行させない場合、制御部15は、スイッチ116を常時オンさせる。   When not causing the DC / DC converter 11-3 to perform the step-down operation, the control unit 15 always turns on the switch 116.
制御部15は、DC/DCコンバータ11からDC/DCコンバータ11の両端の電圧の情報を取得することができる。制御部15は、DC/DCコンバータ11−1から太陽光発電装置30によって発電された電力のDC電圧の情報を取得し、当該DC電圧と蓄電池50を充電するための充電電圧とを比較する。   The control unit 15 can acquire information on the voltage across the DC / DC converter 11 from the DC / DC converter 11. The control unit 15 acquires information on the DC voltage of the power generated by the solar power generation device 30 from the DC / DC converter 11-1, and compares the DC voltage with a charging voltage for charging the storage battery 50.
制御部15は、太陽光発電装置30によって発電された電力のDC電圧が蓄電池50の充電電圧より高い場合は、蓄電池50と接続するDC/DCコンバータ11−3の降圧動作のみを実行させ、太陽光発電装置30に接続するDC/DCコンバータ11−1の昇圧動作は実行させない。   When the DC voltage of the electric power generated by the solar power generation device 30 is higher than the charging voltage of the storage battery 50, the control unit 15 executes only the step-down operation of the DC / DC converter 11-3 connected to the storage battery 50, The step-up operation of the DC / DC converter 11-1 connected to the photovoltaic device 30 is not executed.
また、制御部15は、太陽光発電装置30によって発電された電力のDC電圧が蓄電池50の充電電圧より低い場合は、太陽光発電装置30に接続するDC/DCコンバータ11−1の昇圧動作のみを実行させ、蓄電池50と接続するDC/DCコンバータ11−3の降圧動作は実行させない。   In addition, when the DC voltage of the electric power generated by the solar power generation device 30 is lower than the charging voltage of the storage battery 50, the control unit 15 performs only the boosting operation of the DC / DC converter 11-1 connected to the solar power generation device 30. The step-down operation of the DC / DC converter 11-3 connected to the storage battery 50 is not executed.
通常、制御部15は、太陽光発電装置30から最大電力を取り出すため、太陽光発電装置30に接続するDC/DCコンバータ11−1に対しMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御を行う。しかしながら、太陽光発電装置30によって発電された電力のDC電圧が蓄電池50の充電電圧より高く、DC/DCコンバータ11−1に昇圧動作を実行させない場合は、DC/DCコンバータ11−3にMPPT制御を実行させるように制御することもできる。   Normally, the control unit 15 performs MPPT (Maximum Power Point Tracking) control on the DC / DC converter 11-1 connected to the solar power generation device 30 in order to extract the maximum power from the solar power generation device 30. However, when the DC voltage of the electric power generated by the solar power generation device 30 is higher than the charging voltage of the storage battery 50 and the DC / DC converter 11-1 does not perform the boosting operation, the DC / DC converter 11-3 performs MPPT control. It can also be controlled to execute.
また、制御部15は、太陽光発電装置30によって発電された電力のDC電圧が蓄電池50の充電電圧より低く、DC/DCコンバータ11−3に降圧動作を実行させない場合は、DC/DCコンバータ11−1にCC制御やCV制御を実行させるように制御することもできる。   Moreover, the control part 15 is the DC / DC converter 11 when DC voltage of the electric power generated by the solar power generation device 30 is lower than the charging voltage of the storage battery 50 and the DC / DC converter 11-3 does not perform the step-down operation. It is also possible to perform control so that CC control or CV control is executed by -1.
また、制御部15は、CC制御やCV制御といった蓄電池50に対する充電制御の電力と、太陽光発電装置30のMPPT制御による最大発電電力とを比較し、MPPT制御を実行するか否かを決定することもできる。   Moreover, the control part 15 compares the electric power of charge control with respect to the storage battery 50, such as CC control and CV control, and the maximum generated electric power by MPPT control of the solar power generation device 30, and determines whether to perform MPPT control. You can also.
例えば、制御部15は、MPPT制御による最大発電電力が充電制御の電力より大きい場合は、MPPT制御を行わずに充電制御に必要な電力のポイントでの太陽光発電装置30の発電を行い、MPPT制御による最大発電電力が充電制御の電力より小さい場合は、MPPT制御を行って、太陽光発電装置30が発電できる最大の電力を全て用いて蓄電池50を充電するようにしてもよい。   For example, when the maximum generated power by the MPPT control is larger than the power for the charging control, the control unit 15 performs the power generation of the solar power generation device 30 at the point of the power necessary for the charging control without performing the MPPT control, and MPPT When the maximum generated power by the control is smaller than the power of the charging control, MPPT control may be performed to charge the storage battery 50 using all the maximum power that can be generated by the solar power generation device 30.
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態に係る電力変換装置20の動作を説明する図である。第2実施形態に係る電力変換装置20は、DC/DCコンバータ11−1の入出力端に並列に配置されたリレー16と、DC/DCコンバータ11−3の入出力端に並列に配置されたリレー17とを備える点で、第1実施形態に係る電力変換装置10と相違する。なお、図2と同様に、燃料電池装置40及びDC/DCコンバータ11−2の記載は省略している。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the power conversion device 20 according to the second embodiment of the present invention. The power conversion device 20 according to the second embodiment is arranged in parallel with the relay 16 arranged in parallel with the input / output end of the DC / DC converter 11-1 and in parallel with the input / output end of the DC / DC converter 11-3. It differs from the power converter device 10 which concerns on 1st Embodiment by a point provided with the relay 17. FIG. As in FIG. 2, the fuel cell device 40 and the DC / DC converter 11-2 are not shown.
第2実施形態は、第1実施形態と、DC/DCコンバータ11−1に昇圧動作を実行させない場合の制御、及び、DC/DCコンバータ11−3に降圧動作を実行させない場合の制御が異なる。   The second embodiment is different from the first embodiment in the control when the DC / DC converter 11-1 does not execute the step-up operation and the control when the DC / DC converter 11-3 does not execute the step-down operation.
DC/DCコンバータ11−1に昇圧動作を実行させない場合、制御部15は、リレー16をオンさせてDC/DCコンバータ11−1の入出力間をバイパスする。また、DC/DCコンバータ11−3に降圧動作を実行させない場合、制御部15は、リレー17をオンさせてDC/DCコンバータ11−3の入出力間をバイパスする。   When not causing the DC / DC converter 11-1 to perform the boosting operation, the control unit 15 turns on the relay 16 to bypass the input / output of the DC / DC converter 11-1. Further, when the DC / DC converter 11-3 is not allowed to perform the step-down operation, the control unit 15 turns on the relay 17 to bypass the input / output of the DC / DC converter 11-3.
このように、本発明の実施形態によれば、電力変換装置10が、発電装置からDC電圧の供給を受ける第1のDC/DCコンバータ11−1と、蓄電池にDC電圧を供給する第2のDC/DCコンバータ11−3を備える構成であり、より高度に複数の分散電源を統合することができる。また、連系リレー14が電力変換装置10を系統60から解列して充電モードとすることにより、DCリンク電圧を系統60との連系を考慮した高い電圧に保持する必要がなくなるため、DCリンク電圧を蓄電池50の充電に適した電圧まで下げることができ、蓄電池50の充電効率を向上させることができる。また、制御部15が、充電モードにおいて、第1のDC/DCコンバータ11−1の昇圧動作と第2のDC/DCコンバータ11−3の降圧動作のいずれかのみを実行させることにより、電圧変換を行うDC/DCコンバータを1段とすることができ、蓄電池50の充電効率を向上させることができる。   Thus, according to the embodiment of the present invention, the power conversion device 10 includes the first DC / DC converter 11-1 that receives supply of DC voltage from the power generation device, and the second that supplies DC voltage to the storage battery. The configuration includes the DC / DC converter 11-3, and a plurality of distributed power sources can be integrated more highly. Further, since the interconnection relay 14 disconnects the power conversion device 10 from the system 60 and sets the charging mode, it is not necessary to maintain the DC link voltage at a high voltage considering the interconnection with the system 60. The link voltage can be lowered to a voltage suitable for charging the storage battery 50, and the charging efficiency of the storage battery 50 can be improved. Further, in the charging mode, the control unit 15 performs only one of the step-up operation of the first DC / DC converter 11-1 and the step-down operation of the second DC / DC converter 11-3, thereby converting the voltage. The DC / DC converter that performs the operation can be made one stage, and the charging efficiency of the storage battery 50 can be improved.
また、第1のDC/DCコンバータ11―1に並列に配置された第1のリレー16と、第2のDC/DCコンバータ11−3に並列に配置された第2のリレー17とを設けて、制御部15が、第1のDC/DCコンバータ11−1に昇圧動作を実行させない場合は、第1のリレー16をオンさせて第1のDC/DCコンバータ11−1をバイパスし、第2のDC/DCコンバータ11−3に降圧動作を実行させない場合は、第2のリレー17をオンさせて第2のDC/DCコンバータ11−3をバイパスすることにより、DC/DCコンバータ11−1及び11−3の内部のチョークコイルやスイッチによる損失を低減することができるため、さらに、蓄電池50の充電効率を向上させることができる。   Also, a first relay 16 arranged in parallel with the first DC / DC converter 11-1 and a second relay 17 arranged in parallel with the second DC / DC converter 11-3 are provided. When the control unit 15 does not cause the first DC / DC converter 11-1 to perform the step-up operation, the first relay 16 is turned on to bypass the first DC / DC converter 11-1, and the second When the DC / DC converter 11-3 is not to perform the step-down operation, the second relay 17 is turned on to bypass the second DC / DC converter 11-3, and the DC / DC converter 11-1 and Since the loss due to the choke coil or the switch 11-3 can be reduced, the charging efficiency of the storage battery 50 can be further improved.
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。   Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention.
10 電力変換装置
11 DC/DCコンバータ
12 リンクコンデンサ
13 インバータ
14 連系リレー
15 制御部
16 リレー
17 リレー
20 電力変換装置
30 太陽光発電装置
40 燃料電池装置
50 蓄電池
60 系統
100 電力変換システム
111 チョークコイル
112 ダイオード
113 スイッチ
114 チョークコイル
115 ダイオード
116 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power converter 11 DC / DC converter 12 Link capacitor 13 Inverter 14 Linkage relay 15 Control part 16 Relay 17 Relay 20 Power converter 30 Solar power generation device 40 Fuel cell apparatus 50 Storage battery 60 System 100 Power conversion system 111 Choke coil 112 Diode 113 switch 114 Choke coil 115 Diode 116 switch

Claims (10)

  1. 少なくとも1つの発電装置、及び、少なくとも1つの蓄電池と組み合わせて用いられる電力変換装置であって、
    発電装置から供給される第1のDC電圧を、DCリンク電圧に昇圧可能な第1のDC/DCコンバータと、
    前記DCリンク電圧を第2のDC電圧に降圧して、蓄電池に供給可能な第2のDC/DCコンバータと、
    前記第1及び第2のDC/DCコンバータを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、系統から解列して前記蓄電池を充電する充電モードとしている場合、前記第1のDC電圧及び前記第2のDC電圧の大小関係に基づいて、前記第1のDC/DCコンバータによる昇圧動作と、前記第2のDC/DCコンバータによる降圧動作とのいずれかのみを実行させることを特徴とする電力変換装置。
    A power conversion device used in combination with at least one power generation device and at least one storage battery,
    A first DC / DC converter capable of boosting the first DC voltage supplied from the power generation device to a DC link voltage;
    A second DC / DC converter capable of stepping down the DC link voltage to a second DC voltage and supplying it to a storage battery;
    A controller for controlling the first and second DC / DC converters,
    When the control unit is in a charging mode in which the storage battery is disconnected from the grid, the first DC / DC converter is based on a magnitude relationship between the first DC voltage and the second DC voltage. A power conversion device that executes only one of the step-up operation by the second step and the step-down operation by the second DC / DC converter.
  2. 請求項1に記載の電力変換装置において、前記第1のDC/DCコンバータと前記第2のDC/DCコンバータとの双方が接続され、それぞれからの出力を一括して変換可能なインバータをさらに備え、
    前記インバータを介して系統連系可能であることを特徴とする電力変換装置。
    The power converter according to claim 1, further comprising: an inverter to which both the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are connected and capable of collectively converting outputs from each. ,
    A power conversion device capable of system interconnection via the inverter.
  3. 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記第1のDC電圧が前記第2のDC電圧より高い場合は、前記第1のDC/DCコンバータには昇圧動作を実行させず、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させることを特徴とする電力変換装置。   3. The power conversion device according to claim 1, wherein when the first DC voltage is higher than the second DC voltage, the control unit performs a boosting operation on the first DC / DC converter. Without causing the second DC / DC converter to perform a step-down operation.
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記第1のDC電圧が前記第2のDC電圧より低い場合は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させ、前記第2のDC/DCコンバータには降圧動作を実行させないことを特徴とする電力変換装置。   4. The power conversion device according to claim 1, wherein when the first DC voltage is lower than the second DC voltage, the control unit supplies the first DC / DC converter with the first DC voltage. A power conversion device, wherein a step-up operation is performed and the second DC / DC converter is not allowed to perform a step-down operation.
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
    前記第1のDC/DCコンバータは、チョークコイルの一端を接地するか否か切り替える第1のスイッチを備え、
    前記第2のDC/DCコンバータは、当該DC/DCコンバータの入出力間にてチョークコイルと直列に結合される第2のスイッチを備え、
    前記制御部は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させない場合は、前記第1のスイッチを常時オフとし、
    前記制御部は、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させない場合は、前記第2のスイッチを常時オンとすることを特徴とする電力変換装置。
    In the power converter according to any one of claims 1 to 4,
    The first DC / DC converter includes a first switch for switching whether to ground one end of the choke coil,
    The second DC / DC converter includes a second switch coupled in series with the choke coil between the input and output of the DC / DC converter,
    The control unit always turns off the first switch when the first DC / DC converter does not perform a boosting operation.
    The control unit always turns on the second switch when the second DC / DC converter does not perform the step-down operation.
  6. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電力変換装置において、さらに、
    前記第1のDC/DCコンバータに並列に配置された第1のリレーと、
    前記第2のDC/DCコンバータに並列に配置された第2のリレーとを備え、
    前記制御部は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させない場合は、前記第1のリレーをオンさせて前記第1のDC/DCコンバータをバイパスし、
    前記制御部は、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させない場合は、前記第2のリレーをオンさせて前記第2のDC/DCコンバータをバイパスすることを特徴とする電力変換装置。
    In the power converter according to any one of claims 1 to 4, further,
    A first relay disposed in parallel with the first DC / DC converter;
    A second relay disposed in parallel with the second DC / DC converter,
    When the control unit does not cause the first DC / DC converter to perform a boost operation, the control unit turns on the first relay to bypass the first DC / DC converter;
    The control unit turns on the second relay to bypass the second DC / DC converter when the second DC / DC converter does not perform the step-down operation. .
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
    前記第1のDC/DCコンバータに前記第1のDC電圧を供給する発電装置は太陽光発電装置であり、
    前記制御部は、前記第1のDC/DCコンバータに昇圧動作を実行させない場合、前記第2のDC/DCコンバータにMPPT制御を実行させるように制御することを特徴とする電力変換装置。
    In the power converter according to any one of claims 1 to 6,
    The power generator that supplies the first DC voltage to the first DC / DC converter is a solar power generator,
    The control unit controls the second DC / DC converter to perform MPPT control when the first DC / DC converter does not perform the step-up operation.
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記第2のDC/DCコンバータに降圧動作を実行させない場合、前記第1のDC/DCコンバータに前記蓄電池の定電流制御又は定電圧制御を実行させることを特徴とする電力変換装置。   8. The power conversion device according to claim 1, wherein the control unit causes the first DC / DC converter to store the storage battery when the second DC / DC converter does not perform a step-down operation. 9. A power converter that performs constant current control or constant voltage control.
  9. 請求項7に記載の電力変換装置において、前記制御部は、前記太陽光発電装置の発電状況及び前記蓄電池の充電状況に応じて、前記MPPT制御を実行するか否かを決定することを特徴とする電力変換装置。   The power conversion device according to claim 7, wherein the control unit determines whether to execute the MPPT control according to a power generation state of the photovoltaic power generation device and a charging state of the storage battery. Power converter.
  10. 発電装置から供給される第1のDC電圧をDCリンク電圧に昇圧可能な第1のDC/DCコンバータと、前記DCリンク電圧を第2のDC電圧に降圧して、蓄電池に供給可能な第2のDC/DCコンバータとを備える電力変換装置における電力変換方法であって、
    前記電力変換装置を系統から解列するステップと、
    前記第1のDC電圧及び前記第2のDC電圧の大小関係に基づいて、前記第1のDC/DCコンバータによる昇圧動作と、前記第2のDC/DCコンバータによる降圧動作とのいずれかのみを実行させるステップとを含むことを特徴とする電力変換方法。
    A first DC / DC converter capable of boosting the first DC voltage supplied from the power generation device to a DC link voltage; and a second DC / DC converter capable of stepping down the DC link voltage to a second DC voltage and supplying it to the storage battery. A power conversion method in a power conversion device comprising the DC / DC converter of
    Disconnecting the power converter from the grid;
    Based on the magnitude relationship between the first DC voltage and the second DC voltage, only one of the step-up operation by the first DC / DC converter and the step-down operation by the second DC / DC converter is performed. And a step of executing the power conversion method.
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