JP2015186291A - バッテリ充放電装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の電力変換器を並列運転することにより複数倍の出力を得ることが可能なバッテリ充放電制御装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るバッテリ充放電制御装置は、バッテリと、一方の端子が電力系統に接続された第1のAC/DC電力変換器と、一方の端子が負荷に接続された第2のAC/DC電力変換器と、一方の端子が第1のAC/DC電力変換器の一方の端子及び電力系統に接続され、他方の端子が第2のAC/DC電力変換器の一方の端子及び負荷に接続されたゲートスイッチと、一方の端子がバッテリに接続され、他方の端子が第1及び第2のAC/DC電力変換器の他方の端子に接続されたDC/DC電力変換器と、電力情報を測定する電力測定器と、電力情報に基づいて第1及び第2のAC/DC電力変換器の動作モードを切り替え可能である制御装置とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図2
【解決手段】本発明に係るバッテリ充放電制御装置は、バッテリと、一方の端子が電力系統に接続された第1のAC/DC電力変換器と、一方の端子が負荷に接続された第2のAC/DC電力変換器と、一方の端子が第1のAC/DC電力変換器の一方の端子及び電力系統に接続され、他方の端子が第2のAC/DC電力変換器の一方の端子及び負荷に接続されたゲートスイッチと、一方の端子がバッテリに接続され、他方の端子が第1及び第2のAC/DC電力変換器の他方の端子に接続されたDC/DC電力変換器と、電力情報を測定する電力測定器と、電力情報に基づいて第1及び第2のAC/DC電力変換器の動作モードを切り替え可能である制御装置とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、バッテリ充放電制御装置およびその制御方法に関し、より詳細には、電力貯蔵装置の電力を加味して大出力を供給し、電力系統のサポートと需要家のサポートとを分離して行うためのバッテリ充放電制御装置およびその制御方法に関する。
需要家にバッテリを設置して、電力系統から電力を出し入れすることができる充電装置として定置化することは、電力系統安定化上で重要な意義がある。蓄電システムを導入することにより、電力系統の安定化、発電設備利用率の向上ならびに発送配電総合効率の向上を見込むことができる。特に、電気自動車用バッテリは、最も早期に現実化しそうな需要家末端の蓄電設備であるので、電気自動車のバッテリを電力系統に供給する提案は数多くなされている(特許文献1から7参照)。また、特許文献8から10は、周波数制御に代表されるような系統安定化対策を電気自動車用バッテリで行う提案(Vehicle to Grid:V2Gと呼ばれる)がなされている。
図1は、従来のバッテリ充放電制御装置の構成を示す。図1に示されるように、従来のバッテリ充放電制御装置は、スイッチ101と、AC/DC電力変換器111及びバッテリ112を備えた充放電器110とで構成される。バッテリとしては、例えば、定置用蓄電池、キャパシタ、電気自動車駆動用電池などが使用される。
従来のバッテリ充放電制御装置の運用において、通常運転時は、電力系統100からスイッチ101を経由して需要家120に損失の少ない電力を供給する。バッテリ112の充電が必要なときは、AC/DC電力変換器111を介してACをDCに変換することによりバッテリ112を充電する。電力系統100が停電したときは、スイッチ101をオフにして、バッテリ112からAC/DC電力変換器111を介してDCをACに変換することにより需要家120に電力を供給する。電力系統100が復電したときは、AC/DC電力変換器111を停止し、スイッチ101をオンにした後、AC/DC電力変換器111を再起動する。
しかしながら、負荷が小さい需要家に電力を供給する場合には定格が小さいAC/DC電力変換器を使用するなど、負荷の大きさに応じた定格のAC/DC電力変換器を使用した方が高効率であるが、図1に示されるような従来のバッテリ充放電制御装置では、バッテリを充放電するときに、AC/DC電力変換器によって定められた所定の電力しか使用することができなかった。そのため、例えば10kw程度の電力を用いて充電を行う必要がある電気自動車の充電をする場合など大きな電力が必要なときや、電力消費が少ないときであっても、当該定められた電力しか供給することができないことにより電力の供給不足や無駄な電力消費が生じ、必要に応じた電力供給ができないという問題があった。
また、図1に示されるような従来のバッテリ充放電制御装置では、需要家120に影響が出るため、電力系統100のサポートと需要家120のサポートとを分離して行うことができなかった。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載のバッテリ充放電制御装置は、バッテリと、一方の端子が電力系統に接続された第1のAC/DC電力変換器と、一方の端子が負荷に接続された第2のAC/DC電力変換器と、一方の端子が前記第1のAC/DC電力変換器の前記一方の端子及び前記電力系統に接続され、他方の端子が前記第2のAC/DC電力変換器の前記一方の端子及び前記負荷に接続されたゲートスイッチと、一方の端子が前記バッテリに接続され、他方の端子が前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器の他方の端子に接続されたDC/DC電力変換器と、前記電力系統及び前記負荷における電圧及び電流を少なくとも含む電力情報を測定する電力測定器と、前記電力測定器から前記電力情報を受け取り、前記電力情報に基づいて前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御することにより、前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器の動作モードを切り替え可能である制御装置と、を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載のバッテリ充放電制御装置は、バッテリと、一方の端子が電力系統に接続され、他方の端子が負荷に接続された第1のゲートスイッチと、一方の端子が前記電力系統及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第2のゲートスイッチと、一方の端子が前記負荷及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第3のゲートスイッチと、一方の端子が前記第2のゲートスイッチ及び前記第3のゲートスイッチの他方の端子に接続された複数のAC/DC電力変換器と、一方の端子が前記バッテリに接続され、他方の端子が前記複数のAC/DC電力変換器の他方の端子に接続されたDC/DC電力変換器と、前記電力系統及び前記負荷における電圧及び電流を少なくとも含む電力情報を測定する電力測定器と、前記電力測定器から前記電力情報を受け取り、前記電力情報に基づいて前記複数のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御することにより、前記複数のAC/DC電力変換器の動作モードを切り替え可能である制御装置と、を備えたことを特徴とする。
請求項3に記載のバッテリ充放電制御装置は、バッテリと、一方の端子が電力系統に接続され、他方の端子が負荷に接続された第1のゲートスイッチと、一方の端子が前記電力系統及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第2のゲートスイッチと、一方の端子が前記負荷及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第3のゲートスイッチと、一方の端子が前記第2のゲートスイッチ及び前記第3のゲートスイッチの他方の端子に接続された第4のゲートスイッチと、一方の端子が前記バッテリに接続された第5のゲートスイッチと、一方の端子が前記第4のゲートスイッチ及び前記第5のゲートスイッチの他方の端子に接続された複数のAC/DC電力変換器と、前記電力系統及び前記負荷における電圧及び電流を少なくとも含む電力情報を測定する電力測定器と、前記電力測定器から前記電力情報を受け取り、前記電力情報に基づいて前記複数のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御可能である制御装置と、を備え、前記複数のAC/DC電力変換器の各々の他方の端子は、共通母線を介して並列接続されることを特徴とする。
請求項4に記載の方法は、請求項1に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記ゲートスイッチがオン状態のとき、前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器における電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器のそれぞれのスイッチングを制御するステップと、前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、を前記制御装置に実行させることを特徴とする。
請求項5に記載の方法は、請求項1に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記ゲートスイッチがオン状態のとき、前記第1のAC/DC電力変換器を前記電力系統に連系させて、前記第1のAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記第1のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、前記第2のAC/DC電力変換器における電圧、周波数及び位相を前記電力系統における電圧、周波数及び位相にそれぞれ同期させるステップと、前記ゲートスイッチをオフに切り替えるステップと、を前記制御装置に実行させることを特徴とする。
請求項6に記載の方法は、請求項2に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、前記複数の第2のゲートスイッチ及び前記複数の第3のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統及び前記負荷のいずれかに接続するステップと、前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、前記AC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記AC/DC電力変換器のスイッチングを制御して、前記AC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、を前記制御装置に実行させることを特徴とする。
請求項7に記載の方法は、請求項2に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、前記複数の第2のゲートスイッチ及び前記複数の第3のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統及び前記負荷のいずれかに接続するステップと、前記負荷に接続された前記複数のAC/DC電力変換器の1つにおける電圧、周波数及び位相を前記電力系統の電圧、周波数及び位相に同期させるステップと、前記電力系統に接続された前記AC/DC電力変換器及び/又は前記負荷に接続された他の前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、当該連系させたAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記連係させたAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、前記連係させたAC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、前記第1のゲートスイッチをオフに切り替えるステップと、を前記制御装置に実行させることを特徴とする。
請求項8に記載の方法は、請求項3に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、前記第2乃至第5のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統、前記負荷及び前記バッテリのいずれかに接続するステップと、前記バッテリに接続された前記AC/DC電力変換器AC/DC電力変換器における電圧の周波数が0となるようにAC/DC電力変換器のスイッチングを制御し、前記電力系統又は前記負荷に接続された前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、前記AC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記AC/DC電力変換器のスイッチングを制御して、前記AC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、を前記制御装置に実行させることを特徴とする。
請求項9に記載の方法は、請求項3に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、前記第2乃至第5のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統、前記負荷及び前記バッテリのいずれかに接続するステップと、前記バッテリに接続された前記AC/DC電力変換器AC/DC電力変換器における電圧の周波数が0となるようにAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、前記負荷に接続された前記複数のAC/DC電力変換器の1つにおける電圧、周波数及び位相を前記電力系統の電圧、周波数及び位相に同期させるステップと、前記電力系統に接続された前記AC/DC電力変換器及び/又は前記負荷に接続された他の前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、当該連系させたAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記連係させたAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、前記連係させたAC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、前記第1のゲートスイッチをオフに切り替えるステップと、を前記制御装置に実行させることを特徴とする。
本発明によると、電力系統100側で有効電力を必要とするときや、電気自動車のバッテリの充電のような比較的大きな電力を有するとき、複数の電力変換器を並列運転することにより複数倍の出力を得ることができる。需要家の電力消費が少ない場合や、バッテリへの電力供給が少ない場合であっても、電力量に応じた数の電力変換器を使用することができるため、必要に応じた効率のよい電力供給が可能となる。
また、本発明によると、電力系統のサポートと需要家のサポートとを分離して行うことができるため、需要家に電力を供給しつつ需要家に影響を与えずに電力系統に対して電力を供給し、また、需要家に電力を供給しつつ需要家に影響を与えずに電力系統からバッテリ充放電制御装置に電力を供給することができ、バッテリ充放電制御装置の母線電圧を調整して消費電力を低減することが可能となる。
[実施例1]
図2は、本発明の実施例1に係るバッテリ充放電制御装置を示す。図2には、AC/DC電力変換器201と、AC/DC電力変換器202、DC/DC電力変換器203と、バッテリ204と、第1のゲートスイッチ205と、第2のゲートスイッチ207と、第3のゲートスイッチ208とを備えた充放電器210と、制御装置220と、電力情報測定器230とを備えたバッテリ充放電制御装置200が示されている。ここで、図2に示される第2のゲートスイッチ207及び第3のゲートスイッチ208は、電気保安上に要求されるものであり、本発明に必須の構成ではないため省略することができる。すなわち、本実施例1では、第2のゲートスイッチ207及び第3のゲートスイッチ208が常時オン状態であってもよい。
図2は、本発明の実施例1に係るバッテリ充放電制御装置を示す。図2には、AC/DC電力変換器201と、AC/DC電力変換器202、DC/DC電力変換器203と、バッテリ204と、第1のゲートスイッチ205と、第2のゲートスイッチ207と、第3のゲートスイッチ208とを備えた充放電器210と、制御装置220と、電力情報測定器230とを備えたバッテリ充放電制御装置200が示されている。ここで、図2に示される第2のゲートスイッチ207及び第3のゲートスイッチ208は、電気保安上に要求されるものであり、本発明に必須の構成ではないため省略することができる。すなわち、本実施例1では、第2のゲートスイッチ207及び第3のゲートスイッチ208が常時オン状態であってもよい。
AC/DC電力変換器201は第2のゲートスイッチ207を介して電力系統100と接続され、AC/DC電力変換器202は第3のゲートスイッチ208を介して需要家120に接続されている。第1のゲートスイッチ205は、AC/DC電力変換器201及び202の一方の端子と接続され、第1のゲートスイッチ205により、2つのAC/DC電力変換器201及び202を分割又は並列して使用することが可能となる。AC/DC電力変換器201及び202の他方の端子、並びにDC/DC電力変換器203は、直流共通母線206を介して並列接続されている。AC/DC電力変換器201及び202、DC/DC電力変換器203、第1のゲートスイッチ205、第2のゲートスイッチ207並びに第3のゲートスイッチ208は、制御装置220によってそれぞれ独立に制御されている。
第2のゲートスイッチ207をオンにすることによりAC/DC電力変換器201を電力系統100に接続することができ、第3のゲートスイッチ208をオンにすることによりAC/DC電力変換器202を需要家120に接続することができる。そのため、第2のゲートスイッチ207及び第3のゲートスイッチ208のオン・オフを制御することにより、AC/DC電力変換器201及び202のそれぞれについて独立に、電力系統100及び/又は需要家120に接続することができる。これにより、電力系統100と需要家120との間で、電力系統100側に必要な電圧制御が需要家120に悪影響を及ぼしたりさせないことや、需要家120側の変動を電力系統100に伝播させないことであったり、需要家120側の低電圧運転により需要家120側の電力消費を抑えたりするなど、電力系統100と需要家120とを分離して運転することでそれぞれに必要な効用をもたらすとともに、互いに影響を与えずに電気保安上の要求を満たすことができる。
AC/DC電力変換器201は有効・無効電力制御とすることができ、電力系統100に擾乱を発生させないように電力系統100から直流共通母線206に電力を引き込むように動作させることができる。AC/DC電力変換器202はAC電圧維持制御とすることができ、需要家120側のAC電圧を一定に保ちながらバッテリ204から直流共通母線206を介して需要家120に電圧供給するように動作することができる。DC/DC電力変換器203はDC電圧維持制御とする。AC/DC電力変換器201及び202は、DC/DC電力変換器203を介してバッテリ204の充電量を増減させて直流共通母線206の電圧を一定に維持するように制御装置220によって制御されている。
電力情報測定器230は、電力系統100及び需要家120の受電点前後の電圧、電流等の値を少なくとも含む電力情報を測定して、測定した電力情報を制御装置220に出力する。
制御装置220は、中央演算処理装置221及び記憶装置222を備える。記憶装置222は、バッテリ204の充放電を制御するための充放電制御アルゴリズムを格納している。中央演算処理装置221は、電力情報測定器230から受信した電力情報を用いて充放電制御アルゴリズムのパラメータを最適化する。制御装置220は、パラメータが最適化された充放電制御アルゴリズムに基づいて、バッテリ204の自律的な充放電制御を行うことができる。
特に、制御装置220は、電力情報における電圧が電力系統100の所定の基準よりも電圧が低いときはバッテリ204から進み無効電力を発生させ、電力情報における電圧が所定の基準よりも高いときはバッテリ204から遅れ無効電力を発生させるようにAC/DC電力変換器201及び202を制御することができる。さらに、制御装置220は、電力情報から算出された周波数が所定の基準よりも高いときはバッテリ204の充電量を増加させ、電力情報から算出された周波数が所定の基準よりも低いときはバッテリ204の充電量を減少させるようにAC/DC電力変換器201及び202を制御することができる。以下、各運転状況におけるバッテリ充放電制御装置200の制御方法について説明する。
(通常運転)
図2に示されるバッテリ充放電制御装置200においては、通常運転時は、第1のゲートスイッチ205、第2のゲートスイッチ207及び第3のゲートスイッチ208がオン状態であり、AC/DC電力変換器201及び202は停止状態であり、電力系統100から第1のゲートスイッチ205を介して需要家120に電力を供給することができる。
図2に示されるバッテリ充放電制御装置200においては、通常運転時は、第1のゲートスイッチ205、第2のゲートスイッチ207及び第3のゲートスイッチ208がオン状態であり、AC/DC電力変換器201及び202は停止状態であり、電力系統100から第1のゲートスイッチ205を介して需要家120に電力を供給することができる。
(通常運転→バッテリ充電)
通常運転時においてバッテリ204の充電が必要となった場合、制御装置220は、AC/DC電力変換器201を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ204の充電量を増加させるようにAC/DC電力変換器201を制御する。ここで、電流モードとは、電源から需要家120に供給する電圧にAC/DC電力変換器の電圧を連系させ、そのAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるようにAC/DC電力変換器のスイッチングを制御する動作モードである。それにより、電力系統100からAC/DC電力変換器201を介してバッテリ204に電力が供給され、バッテリ204が充電される。
通常運転時においてバッテリ204の充電が必要となった場合、制御装置220は、AC/DC電力変換器201を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ204の充電量を増加させるようにAC/DC電力変換器201を制御する。ここで、電流モードとは、電源から需要家120に供給する電圧にAC/DC電力変換器の電圧を連系させ、そのAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるようにAC/DC電力変換器のスイッチングを制御する動作モードである。それにより、電力系統100からAC/DC電力変換器201を介してバッテリ204に電力が供給され、バッテリ204が充電される。
(通常運転→バッテリ放電)
通常運転時においてバッテリ204の放電が必要となった場合、制御装置220は、AC/DC電力変換器202を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ204の充電量を減少させるようにAC/DC電力変換器202を制御する。それにより、バッテリ204からAC/DC電力変換器202を介して需要家120に電力が供給され、バッテリ204の放電がなされ、需要家120に、電力系統100から供給される電力に加え、バッテリ204からの電力を供給することができる。
通常運転時においてバッテリ204の放電が必要となった場合、制御装置220は、AC/DC電力変換器202を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ204の充電量を減少させるようにAC/DC電力変換器202を制御する。それにより、バッテリ204からAC/DC電力変換器202を介して需要家120に電力が供給され、バッテリ204の放電がなされ、需要家120に、電力系統100から供給される電力に加え、バッテリ204からの電力を供給することができる。
(通常運転→並列運転)
通常運転時において、バッテリ204を充放電する際に大きな電力が必要となった場合、制御装置220は、AC/DC電力変換器201及び202の並列運転を行うために、AC/DC電力変換器201及び202を停止状態から電流モードに切り替えて、電力情報に基づいてAC/DC電力変換器201及び202の電圧、周波数及び位相を電力系統100の電圧、周波数及び位相に同期させる。これにより、AC/DC電力変換器201の出力とAC/DC電力変換器202の出力とを足し合わせた出力を生成することができる。バッテリ204の放電時にはバッテリ204から需要家120に当該足し合わせた出力を供給し、バッテリ204の充電時には電力系統100から当該足し合わせた出力をバッテリ204に供給することができる。
通常運転時において、バッテリ204を充放電する際に大きな電力が必要となった場合、制御装置220は、AC/DC電力変換器201及び202の並列運転を行うために、AC/DC電力変換器201及び202を停止状態から電流モードに切り替えて、電力情報に基づいてAC/DC電力変換器201及び202の電圧、周波数及び位相を電力系統100の電圧、周波数及び位相に同期させる。これにより、AC/DC電力変換器201の出力とAC/DC電力変換器202の出力とを足し合わせた出力を生成することができる。バッテリ204の放電時にはバッテリ204から需要家120に当該足し合わせた出力を供給し、バッテリ204の充電時には電力系統100から当該足し合わせた出力をバッテリ204に供給することができる。
(通常運転→停電)
通常運転時において電力系統100が停電した場合、制御装置220は、電力情報測定器230で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以下になったときに停電と判断し、それに応答して、第1のゲートスイッチ205をオフに切り替え、AC/DC電力変換器202を電圧モードに切り替えて、電力情報に基づいて電力系統100から需要家120の供給電圧が維持されるようにAC/DC電力変換器202を制御して、バッテリ204から需要家120に電圧を供給する。このとき、制御装置220は、例えば、周波数が50Hzの商用電圧を需要家120に供給するようにAC/DC電力変換器202を制御することができる。ここで、電圧モードとは、バッテリが電力系統100の代わりとなって需要家120に電圧を供給するようにAC/DC電力変換器を動作させる動作モードである。これにより、バッテリ204からAC/DC電力変換器202を介して需要家120に電力が供給される。
通常運転時において電力系統100が停電した場合、制御装置220は、電力情報測定器230で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以下になったときに停電と判断し、それに応答して、第1のゲートスイッチ205をオフに切り替え、AC/DC電力変換器202を電圧モードに切り替えて、電力情報に基づいて電力系統100から需要家120の供給電圧が維持されるようにAC/DC電力変換器202を制御して、バッテリ204から需要家120に電圧を供給する。このとき、制御装置220は、例えば、周波数が50Hzの商用電圧を需要家120に供給するようにAC/DC電力変換器202を制御することができる。ここで、電圧モードとは、バッテリが電力系統100の代わりとなって需要家120に電圧を供給するようにAC/DC電力変換器を動作させる動作モードである。これにより、バッテリ204からAC/DC電力変換器202を介して需要家120に電力が供給される。
(停電→復電→通常運転)
電力系統100が停電から復電した場合、制御装置220は、電力情報測定器230で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以上になったときに復電と判断し、それに応答して、現在の電力情報から算出した電力系統100の電圧、周波数、位相に基づいて、AC/DC電力変換器202の電圧、周波数、位相を電圧系統100の電圧、周波数、位相に同期させる。次に、制御装置220は、第1のゲートスイッチ205をオンに切り替えた後、AC/DC電力変換器202を停止状態にする。これにより、バッテリ充放電制御装置200は通常運転となり、電力系統100から第1のゲートスイッチ205を介して需要家120に電力が供給される。
電力系統100が停電から復電した場合、制御装置220は、電力情報測定器230で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以上になったときに復電と判断し、それに応答して、現在の電力情報から算出した電力系統100の電圧、周波数、位相に基づいて、AC/DC電力変換器202の電圧、周波数、位相を電圧系統100の電圧、周波数、位相に同期させる。次に、制御装置220は、第1のゲートスイッチ205をオンに切り替えた後、AC/DC電力変換器202を停止状態にする。これにより、バッテリ充放電制御装置200は通常運転となり、電力系統100から第1のゲートスイッチ205を介して需要家120に電力が供給される。
(通常運転→サポート分離)
電力系統100と需要家120のサポートを分離して行う場合について説明する。通常運転時において、制御装置220は、AC/DC電力変換器201を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ204から電力系統100へ、又は電力系統100からバッテリ204へ、電流を0から徐々に増加させるようにAC/DC電力変換器201を制御する。また、制御装置220は、AC/DC電力変換器202を電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて電圧モードのAC/DC電力変換器202の電圧、周波数、位相を電力系統100における電圧、周波数、位相に同期させた後、第3のゲートスイッチ208をオンにする。その後、第1のゲートスイッチ205をオフに切り替える。
電力系統100と需要家120のサポートを分離して行う場合について説明する。通常運転時において、制御装置220は、AC/DC電力変換器201を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ204から電力系統100へ、又は電力系統100からバッテリ204へ、電流を0から徐々に増加させるようにAC/DC電力変換器201を制御する。また、制御装置220は、AC/DC電力変換器202を電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて電圧モードのAC/DC電力変換器202の電圧、周波数、位相を電力系統100における電圧、周波数、位相に同期させた後、第3のゲートスイッチ208をオンにする。その後、第1のゲートスイッチ205をオフに切り替える。
これにより、バッテリ204から電力系統100に電力供給することができるとともに、需要家120にはバッテリ204から電力を供給することができるため、需要家120に電力を供給しつつ需要家120に影響を与えずにバッテリ204から電力系統100に送電することが可能となる。また、電力系統100からバッテリ204に電力を供給できるとともに、需要家120にはバッテリ204から電力が供給されるため、需要家120に電力を供給しつつ需要家120に影響を与えずに電力系統100からバッテリ204に電力を供給することが可能となる。
[実施例2]
図3は、本発明の実施例2に係るバッテリ充放電制御装置300を示す。図3には、中央演算処理装置321及び記憶装置322を含む制御装置320と、電力情報を制御装置320に出力する電力情報測定器330と、充放電器340とを備えたバッテリ充放電制御装置300が示されている。充放電器340は、AC/DC電力変換器3011〜301nと、バッテリ303に接続されたDC/DC電力変換器302と、バッテリ303と、第1のゲートスイッチ311と、第2のゲートスイッチ3121〜312nと、第3のゲートスイッチ3131〜313nとを備える。
図3は、本発明の実施例2に係るバッテリ充放電制御装置300を示す。図3には、中央演算処理装置321及び記憶装置322を含む制御装置320と、電力情報を制御装置320に出力する電力情報測定器330と、充放電器340とを備えたバッテリ充放電制御装置300が示されている。充放電器340は、AC/DC電力変換器3011〜301nと、バッテリ303に接続されたDC/DC電力変換器302と、バッテリ303と、第1のゲートスイッチ311と、第2のゲートスイッチ3121〜312nと、第3のゲートスイッチ3131〜313nとを備える。
第2のゲートスイッチ3121〜312nの一端は、電力系統100に接続され、他端はそれぞれAC/DC電力変換器3011〜301nの一端に接続されている。第3のゲートスイッチ3131〜313nの一端は、需要家120に接続され、他端はそれぞれAC/DC電力変換器3011〜301nの一端に接続されている。
AC/DC電力変換器3011〜301nの一端は、それぞれ第2のゲートスイッチ3121〜312nに接続され、それぞれ第3のゲートスイッチ3131〜313nに接続される。AC/DC電力変換器3011〜301nの他端は直流共通母線304を介してDC/DC電力変換器302に接続されている。
AC/DC電力変換器3011〜301n、第1のゲートスイッチ311、第2のゲートスイッチ3121〜312n、第3のゲートスイッチ3131〜313n、及びDC/DC電力変換器302は、制御装置320によってそれぞれ制御されている。また、1つのAC/DC電力変換器301に接続された1組の第2のゲートスイッチ312及び第3のゲートスイッチ313は、一方のゲートスイッチがオンであれば他方はオフとなるように制御装置320によって制御されている。
第2のゲートスイッチ3121〜312nがオンのときはAC/DC電力変換器3011〜301nをそれぞれ電力系統100に接続することができ、第3のゲートスイッチ3131〜313nがオンのときはAC/DC電力変換器3011〜301nをそれぞれ需要家120に接続することができる。そのため、AC/DC電力変換器3011〜301nの各々について独立に、電力系統100又は需要家120に接続することができる。
本発明の実施例2に係るバッテリ充放電制御装置300においては、電力系統100又は需要家120に接続させるAC/DC電力変換器301の個数を可変にすることができるため、需要に応じてAC/DC電力変換器301の接続台数を増減させることが可能となり、電力の調整容量が変更可能となる。そのため、バッテリ303の急速充電や需要家120へのハイパワーの電力供給等が可能となる。
さらに、AC/DC電力変換器3011〜301nの並列運転を行うことによりバッテリ303から需要家120に供給される電力の大きさを制御することで、需要家120における低電力受電を実現し、電気料金を削減することが可能となる。
また、第1のゲートスイッチ311をオフ状態にし、第2のゲートスイッチ3121〜312n及び第3のゲートスイッチ3131〜313nのオン・オフを制御し、任意の数のAC/DC電力変換器を電力系統100側に残りのAC/DC電力変換器を需要家120側に接続することにより、電力系統100に大きな電力を供給したり、逆に需要家120に大きな電力を供給したりすることができる。それにより、例えば、電力系統100側に接続するAC/DC電力変換器301を少数にして需要家120側で低電力受電することにより、電気料金を削減することなども可能となる。
また、AC/DC電力変換器は、定格に近い電圧で運転させる場合には効率が高く、大きな容量のものを小さな負荷で運転する場合には効率が悪い。実施例2に係るバッテリ充放電制御装置300において、1台のAC/DC電力変換器を需要の最低負荷レベルの定格で設計し、需要が増減するに従い、AC/DC電力変換器の接続台数を増減させることにより、高い効率を維持することが可能となる。また、第1のゲートスイッチ311がオフ状態のとき、電力系統100には無効電力を供給し、需要家120には力率1で定格電圧を供給するなど個別の運用が可能となる。加えて、電力系統100側も低負荷一定受電の際に、1台のAC/DC電力変換器を利用して受電することにより、高い効率で運転することが可能となる。以下、各運転状況における実施例2に係るバッテリ充放電制御装置300の制御方法を説明する。
(通常運転)
図3に示されるバッテリ充放電制御装置300において、通常運転時は、第1のゲートスイッチ313はオン状態でAC/DC電力変換器3011〜301nは停止状態であり、電力系統100から第1のゲートスイッチ311を介して需要家120に電力を供給することができる。
図3に示されるバッテリ充放電制御装置300において、通常運転時は、第1のゲートスイッチ313はオン状態でAC/DC電力変換器3011〜301nは停止状態であり、電力系統100から第1のゲートスイッチ311を介して需要家120に電力を供給することができる。
(通常運転→バッテリ充電)
通常運転時においてバッテリ303の充電が必要な場合、制御装置320は、1又は複数の第2のゲートスイッチ312をオンに切り替えた後、オンに切り替えられた第2のゲートスイッチ312に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器301を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ303の充電量を増加させるように電流モードのAC/DC電力変換器301を制御する。それにより、電力系統100から、電流モードのAC/DC電力変換器301を介してバッテリ303に電力が供給され、バッテリ303が充電される。複数のAC/DC電力変換器301を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器301の足し合わせた出力をバッテリ303に供給することができる。
通常運転時においてバッテリ303の充電が必要な場合、制御装置320は、1又は複数の第2のゲートスイッチ312をオンに切り替えた後、オンに切り替えられた第2のゲートスイッチ312に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器301を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ303の充電量を増加させるように電流モードのAC/DC電力変換器301を制御する。それにより、電力系統100から、電流モードのAC/DC電力変換器301を介してバッテリ303に電力が供給され、バッテリ303が充電される。複数のAC/DC電力変換器301を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器301の足し合わせた出力をバッテリ303に供給することができる。
(通常運転→バッテリ放電)
通常運転時においてバッテリ303の放電が必要な場合、制御装置320は、1又は複数の第3のゲートスイッチ313をオンに切り替えた後、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ313に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器301を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ303の充電量を減少させるように電流モードのAC/DC電力変換器301を制御する。それにより、バッテリ303から、電流モードのAC/DC電力変換器301を介して需要家120に電力が供給され、バッテリ303が放電される。複数のAC/DC電力変換器301を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器301の足し合わせた出力をバッテリ303から需要家120に供給することができる。
通常運転時においてバッテリ303の放電が必要な場合、制御装置320は、1又は複数の第3のゲートスイッチ313をオンに切り替えた後、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ313に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器301を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ303の充電量を減少させるように電流モードのAC/DC電力変換器301を制御する。それにより、バッテリ303から、電流モードのAC/DC電力変換器301を介して需要家120に電力が供給され、バッテリ303が放電される。複数のAC/DC電力変換器301を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器301の足し合わせた出力をバッテリ303から需要家120に供給することができる。
(通常運転→停電)
通常運転時において電力系統100が停電した場合、制御装置320は、電力情報測定器330で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以下になったときに停電と判断し、それに応答して、第1のゲートスイッチ311をオフに切り替え、第3のゲートスイッチ313をオンに切り替え、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ313に接続されたAC/DC電力変換器301を電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて、電力系統100から需要家120への供給電圧が維持されるように、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ313に接続されたAC/DC電力変換器301を制御して、バッテリ303から需要家120に電圧を供給する。これにより、需要家120側を停電させず、バッテリ303から電圧モードのAC/DC電力変換器301を介して需要家120に電力が供給できる。
通常運転時において電力系統100が停電した場合、制御装置320は、電力情報測定器330で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以下になったときに停電と判断し、それに応答して、第1のゲートスイッチ311をオフに切り替え、第3のゲートスイッチ313をオンに切り替え、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ313に接続されたAC/DC電力変換器301を電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて、電力系統100から需要家120への供給電圧が維持されるように、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ313に接続されたAC/DC電力変換器301を制御して、バッテリ303から需要家120に電圧を供給する。これにより、需要家120側を停電させず、バッテリ303から電圧モードのAC/DC電力変換器301を介して需要家120に電力が供給できる。
また、複数の第3のゲートスイッチ313をオンに切り替えた場合には、そのうちの1つに接続されたAC/DC電力変換器301を停止状態から電圧モードに切り替えて需要家120に電圧を供給し、他のAC/DC電力変換器301を停止状態から電流モードに切り替えることにより、上述のように並列運転を行うこともできる。
(停電→復電→通常運転)
電力系統100が停電から復電した場合、制御装置320は、電力情報測定器330で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以上になったときに復電と判断し、それに応答して、現在の電力情報から算出した電力系統100の電圧、周波数、位相に基づいて、電圧モードのAC/DC電力変換器301の電圧、周波数、位相を電圧系統100における電圧、周波数、位相に同期させる。次に、制御装置320は、第1のゲートスイッチ311をオンに切り替えた後、電圧モードのAC/DC電力変換器301を停止状態にする。これにより、バッテリ充放電制御装置300は通常運転となり、電力系統100から第1のゲートスイッチ311を介して需要家120に電力が供給される。
電力系統100が停電から復電した場合、制御装置320は、電力情報測定器330で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以上になったときに復電と判断し、それに応答して、現在の電力情報から算出した電力系統100の電圧、周波数、位相に基づいて、電圧モードのAC/DC電力変換器301の電圧、周波数、位相を電圧系統100における電圧、周波数、位相に同期させる。次に、制御装置320は、第1のゲートスイッチ311をオンに切り替えた後、電圧モードのAC/DC電力変換器301を停止状態にする。これにより、バッテリ充放電制御装置300は通常運転となり、電力系統100から第1のゲートスイッチ311を介して需要家120に電力が供給される。
(通常運転→サポート分離)
電力系統100と需要家120のサポートを分離して行う場合について説明する。通常運転時において、制御装置320は、1又は複数の第2のゲートスイッチ312及び第3のゲートスイッチ313をオンに切り替えた後、オンに切り替えられた第2のゲートスイッチ312に接続されたAC/DC電力変換器301を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ303から電力系統100へ、又は電力系統100からバッテリ303へ、電流を0から徐々に増加させるようにAC/DC電力変換器301を制御する。また、制御装置320は、電流モードではない他のAC/DC電力変換器301のうちの1つを停止状態から電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて電圧モードのAC/DC電力変換器301における電圧、周波数、位相を電力系統120における電圧、周波数、位相に同期させる。その後、制御装置320は、第1のゲートスイッチ311をオフに切り替える。
電力系統100と需要家120のサポートを分離して行う場合について説明する。通常運転時において、制御装置320は、1又は複数の第2のゲートスイッチ312及び第3のゲートスイッチ313をオンに切り替えた後、オンに切り替えられた第2のゲートスイッチ312に接続されたAC/DC電力変換器301を停止状態から電流モードに切り替え、バッテリ303から電力系統100へ、又は電力系統100からバッテリ303へ、電流を0から徐々に増加させるようにAC/DC電力変換器301を制御する。また、制御装置320は、電流モードではない他のAC/DC電力変換器301のうちの1つを停止状態から電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて電圧モードのAC/DC電力変換器301における電圧、周波数、位相を電力系統120における電圧、周波数、位相に同期させる。その後、制御装置320は、第1のゲートスイッチ311をオフに切り替える。
これにより、電力系統100に接続されたAC/DC電力変換器301を介してバッテリ303から電力系統100へ、または電力系統100からバッテリ303へ電力を供給することができるとともに、需要家120にはバッテリ303から需要家120に接続されたAC/DC電力変換器301を介して電力を供給することができる。そのため、需要家120に電力を供給しつつ需要家120に影響を与えずに、バッテリ303から電力系統100へ、又は電力系統100からバッテリ303へ電力を供給することが可能となる。
なお、図3では、それぞれ4つ以上(n≦4)のAC/DC電力変換器3011〜301n、第2のゲートスイッチ3121〜312n及び第3のゲートスイッチ3131〜313nを用いたバッテリ充放電制御装置300の例を示しているが、これに限定されず、それぞれn≦2としてバッテリ充放電制御装置300を構成することが可能である。
[実施例3]
図4は、本発明の実施例3に係るバッテリ充放電制御装置400を示す。図4には、中央演算処理装置421及び記憶装置422を含む制御装置420と、電力情報を制御装置420に出力する電力情報測定器430と、双方向充電器440とを備えたバッテリ充放電制御装置400が示されている。双方向充電器440は、AC/DC電力変換器4011、4012、…、401n−1及び401nと、第1のゲートスイッチ411と、第2のゲートスイッチ4121〜412nと、第3のゲートスイッチ4131〜413nと、第4のゲートスイッチ4141〜414nと、第5のゲートスイッチ4151〜415nと、を含む。
図4は、本発明の実施例3に係るバッテリ充放電制御装置400を示す。図4には、中央演算処理装置421及び記憶装置422を含む制御装置420と、電力情報を制御装置420に出力する電力情報測定器430と、双方向充電器440とを備えたバッテリ充放電制御装置400が示されている。双方向充電器440は、AC/DC電力変換器4011、4012、…、401n−1及び401nと、第1のゲートスイッチ411と、第2のゲートスイッチ4121〜412nと、第3のゲートスイッチ4131〜413nと、第4のゲートスイッチ4141〜414nと、第5のゲートスイッチ4151〜415nと、を含む。
第2のゲートスイッチ4121〜412nの一端は電力系統100に接続され、他端はそれぞれ第4のゲートスイッチ4141〜414nの一端に接続されている。第3のゲートスイッチ4131〜413nの一端は需要家120に接続され、他端はそれぞれ第4のゲートスイッチ4141〜414nの一端に接続されている。
第4のゲートスイッチ4141〜414nの他端はそれぞれAC/DC電力変換器4011〜401nの一端に接続されている。第5のゲートスイッチ4151〜415nの一端はそれぞれバッテリ402に接続され、他端はそれぞれAC/DC電力変換器4011〜401nの一端に接続されている。AC/DC電力変換器4011〜401nの他端は直流共通母線403に接続されている。
1つの第4のゲートスイッチ414に接続された1組の第2のゲートスイッチ412及び第3のゲートスイッチ413は、一方のゲートスイッチがオンであれば他方はオフとなるように制御装置420によって制御されている。また、1つのAC/DC電力変換器401に接続された1組の第4のゲートスイッチ414及び第5のゲートスイッチ415は、一方のゲートスイッチがオンであれば他方はオフとなるように制御装置420によって制御されている。
AC/DC電力変換器401は、第2のゲートスイッチ412がオンのとき、オン状態の第4のゲートスイッチ414を介して電力系統100に接続することができ、第3のゲートスイッチ413がオンのとき、オン状態の第4のゲートスイッチ414を介して需要家120に接続することができる。そのため、AC/DC電力変換器4011〜401nの各々について独立に、電力系統100又は需要家120に接続することができる。
第5のゲートスイッチ415がオンのとき、AC/DC電力変換器401は、バッテリ402と接続される。
実施例5に係るバッテリ充放電制御装置400においては、バッテリ、キャパシタ、太陽電池、燃料電池などの直流機器も同じAC/DC電力変換器を用いて電力を授受することができる。これは、AC/DC電力変換器401を周波数0運転モードで動作させることにより実現することができる。ここで、周波数0運転モードとは、AC/DC電力変換器における電圧の周波数が0となるようにAC/DC電力変換器のスイッチングを制御する動作モードであり、周波数0運転モードによりAC/DC電力変換器を用いてDC/DC電力変換を行うことができる。
直流共通母線403の電圧調整のために、通常は別の構成のDC/DCコンバータなどを使うが、本実施例によると、AC用と全く同じ電力変換器を使うことで標準品化することができるため、交流も直流も同じ電力変換器を用いることができ、低コスト化を実現することができる。
(通常運転)
図4に示されるバッテリ充放電制御装置400において、通常運転時は、第1のゲートスイッチ411はオン状態でAC/DC電力変換器4011〜401nは停止状態であり、電力系統100から第1のゲートスイッチ411を介して需要家120に電力を供給することができる。
図4に示されるバッテリ充放電制御装置400において、通常運転時は、第1のゲートスイッチ411はオン状態でAC/DC電力変換器4011〜401nは停止状態であり、電力系統100から第1のゲートスイッチ411を介して需要家120に電力を供給することができる。
(通常運転→バッテリ充電)
通常運転時においてバッテリ402の充電が必要な場合、制御装置420は、1又は複数の第2のゲートスイッチ412をオンに切り替え、オンに切り替えられた第2のゲートスイッチ412に接続された第4のゲートスイッチ414をオンに切り替えて、AC/DC電力変換器401を電力系統100に接続する。また、電力系統100に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器401を停止状態から電流モードに切り替える。また、停止状態の1又は複数の他のAC/DC電力変換器401を周波数0運転モードに切り替えて、この周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401に接続された第5のゲートスイッチ415をオンに切り替える。バッテリ402の充電量を増加させるように電流モードのAC/DC電力変換器401を制御することにより、電力系統100から、電流モードのAC/DC電力変換器401及び周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401を介してバッテリ402に電力が供給され、バッテリ402が充電される。複数のAC/DC電力変換器401を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器401の足し合わせた出力をバッテリ402に供給することができる。
通常運転時においてバッテリ402の充電が必要な場合、制御装置420は、1又は複数の第2のゲートスイッチ412をオンに切り替え、オンに切り替えられた第2のゲートスイッチ412に接続された第4のゲートスイッチ414をオンに切り替えて、AC/DC電力変換器401を電力系統100に接続する。また、電力系統100に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器401を停止状態から電流モードに切り替える。また、停止状態の1又は複数の他のAC/DC電力変換器401を周波数0運転モードに切り替えて、この周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401に接続された第5のゲートスイッチ415をオンに切り替える。バッテリ402の充電量を増加させるように電流モードのAC/DC電力変換器401を制御することにより、電力系統100から、電流モードのAC/DC電力変換器401及び周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401を介してバッテリ402に電力が供給され、バッテリ402が充電される。複数のAC/DC電力変換器401を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器401の足し合わせた出力をバッテリ402に供給することができる。
ここで、電力系統100に接続して電流モードとして動作させるAC/DC電力変換器401の数は、その総数の半分以下とすることが好ましい。また、電流モードにしたAC/DC電力変換器401の数と同数のAC/DC電力変換器401を周波数0運転モードに切り替えることが好ましい。以下の運転においても同様である。
(通常運転→バッテリ放電)
通常運転時においてバッテリ402の放電が必要な場合、制御装置420は、1又は複数の第3のゲートスイッチ413をオンに切り替え、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ413に接続された第4のゲートスイッチ414をオンに切り替えて、AC/DC電力変換器401を需要家120に接続する。また、需要家120に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器401を停止状態から電流モードに切り替える。また、停止状態の1又は複数の他のAC/DC電力変換器401を周波数0運転モードに切り替えて、この周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401に接続された第5のゲートスイッチ415をオンに切り替える。バッテリ402の充電量を減少させるように電流モードのAC/DC電力変換器401を制御することにより、バッテリ402から、電流モードのAC/DC電力変換器401及び周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401を介して需要家120に電力が供給され、バッテリ402が放電される。複数のAC/DC電力変換器401を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器401の足し合わせた出力をバッテリ402から需要家120に供給することができる。
通常運転時においてバッテリ402の放電が必要な場合、制御装置420は、1又は複数の第3のゲートスイッチ413をオンに切り替え、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ413に接続された第4のゲートスイッチ414をオンに切り替えて、AC/DC電力変換器401を需要家120に接続する。また、需要家120に接続された1又は複数のAC/DC電力変換器401を停止状態から電流モードに切り替える。また、停止状態の1又は複数の他のAC/DC電力変換器401を周波数0運転モードに切り替えて、この周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401に接続された第5のゲートスイッチ415をオンに切り替える。バッテリ402の充電量を減少させるように電流モードのAC/DC電力変換器401を制御することにより、バッテリ402から、電流モードのAC/DC電力変換器401及び周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401を介して需要家120に電力が供給され、バッテリ402が放電される。複数のAC/DC電力変換器401を並列運転した場合は、複数のAC/DC電力変換器401の足し合わせた出力をバッテリ402から需要家120に供給することができる。
(通常運転→停電)
通常運転時において電力系統100が停電した場合、制御装置420は、電力情報測定器430で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以下になったときに停電と判断し、それに応答して、第1のゲートスイッチ411をオフに切り替え、第3のゲートスイッチ413をオンに切り替え、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ413に接続された第4のゲートスイッチ414をオンに切り替えて、AC/DC電力変換器401を需要家120に接続する。また、需要家120から需要家120への供給電圧を維持するように電力系統100に接続されたAC/DC電力変換器401を電圧モードに切り替える。また、電圧モードのAC/DC電力変換器401とは別のAC/DC電力変換器401を停止状態から周波数0運転モードに切り替え、周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401に接続された第5のゲートスイッチ415をオンに切り替える。これにより、需要家120側を停電させずに、電圧モードのAC/DC電力変換器401及び周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401を介してバッテリ402から需要家120に電力が供給される。また、本構成においても上述のように停電時に並列運転を行うこともできることは言うまでもない。
通常運転時において電力系統100が停電した場合、制御装置420は、電力情報測定器430で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以下になったときに停電と判断し、それに応答して、第1のゲートスイッチ411をオフに切り替え、第3のゲートスイッチ413をオンに切り替え、オンに切り替えられた第3のゲートスイッチ413に接続された第4のゲートスイッチ414をオンに切り替えて、AC/DC電力変換器401を需要家120に接続する。また、需要家120から需要家120への供給電圧を維持するように電力系統100に接続されたAC/DC電力変換器401を電圧モードに切り替える。また、電圧モードのAC/DC電力変換器401とは別のAC/DC電力変換器401を停止状態から周波数0運転モードに切り替え、周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401に接続された第5のゲートスイッチ415をオンに切り替える。これにより、需要家120側を停電させずに、電圧モードのAC/DC電力変換器401及び周波数0運転モードのAC/DC電力変換器401を介してバッテリ402から需要家120に電力が供給される。また、本構成においても上述のように停電時に並列運転を行うこともできることは言うまでもない。
(停電→復電→通常運転)
電力系統100が停電から復電した場合、制御装置420は、電力情報測定器430で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以上になったときに復電と判断し、それに応答して、現在の電力情報から算出した電力系統100の電圧、周波数、位相に基づいて、電圧モード及び電流モードのAC/DC電力変換器401の電圧、周波数、位相を電圧系統100における電圧、周波数、位相に同期させる。次に、制御装置420は、第1のゲートスイッチ411をオンに切り替えた後、電圧モード及び電流モードのAC/DC電力変換器301を停止状態にする。これにより、バッテリ充放電制御装置400は通常運転となり、電力系統100から第1のゲートスイッチ411を介して需要家120に電力が供給される。
電力系統100が停電から復電した場合、制御装置420は、電力情報測定器430で検出・送信された電力情報の電圧値が所定の値以上になったときに復電と判断し、それに応答して、現在の電力情報から算出した電力系統100の電圧、周波数、位相に基づいて、電圧モード及び電流モードのAC/DC電力変換器401の電圧、周波数、位相を電圧系統100における電圧、周波数、位相に同期させる。次に、制御装置420は、第1のゲートスイッチ411をオンに切り替えた後、電圧モード及び電流モードのAC/DC電力変換器301を停止状態にする。これにより、バッテリ充放電制御装置400は通常運転となり、電力系統100から第1のゲートスイッチ411を介して需要家120に電力が供給される。
(通常運転→サポート分離)
電力系統100と需要家120のサポートを分離して行う場合について説明する。通常運転時において、制御装置420は、AC/DC電力変換器401を電力系統100に接続するように第2のゲートスイッチ412及び第4のゲートスイッチ414をオンにし、AC/DC電力変換器401を需要家120に接続するように第3のゲートスイッチ413及び第4のゲートスイッチ414をオンにし、AC/DC電力変換器401をバッテリ402に接続するように第5のゲートスイッチ412をオンにする。また、制御装置420は、需要家120に接続されたAC/DC電力変換器401のうちの1つを電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて電力系統100から需要家120の供給電圧が維持されるように電圧モードのAC/DC電力変換器401における電圧、周波数、位相を電力系統120における電圧、周波数、位相に同期させる。また、制御装置420は、需要家120に接続されたAC/DC電力変換器401が複数ある場合は、電圧モードではないAC/DC電力変換器401の少なくとも1つを電流モードに切り替えて並列運転するようにしてもよい。制御装置420は、バッテリ402に接続されたAC/DC電力変換器401を周波数0運転モードに切り替え、電力系統100に接続されたAC/DC電力変換器401を電流モードに切り替える。その後、制御装置420は、第1のゲートスイッチ411をオフに切り替える。
電力系統100と需要家120のサポートを分離して行う場合について説明する。通常運転時において、制御装置420は、AC/DC電力変換器401を電力系統100に接続するように第2のゲートスイッチ412及び第4のゲートスイッチ414をオンにし、AC/DC電力変換器401を需要家120に接続するように第3のゲートスイッチ413及び第4のゲートスイッチ414をオンにし、AC/DC電力変換器401をバッテリ402に接続するように第5のゲートスイッチ412をオンにする。また、制御装置420は、需要家120に接続されたAC/DC電力変換器401のうちの1つを電圧モードに切り替え、電力情報に基づいて電力系統100から需要家120の供給電圧が維持されるように電圧モードのAC/DC電力変換器401における電圧、周波数、位相を電力系統120における電圧、周波数、位相に同期させる。また、制御装置420は、需要家120に接続されたAC/DC電力変換器401が複数ある場合は、電圧モードではないAC/DC電力変換器401の少なくとも1つを電流モードに切り替えて並列運転するようにしてもよい。制御装置420は、バッテリ402に接続されたAC/DC電力変換器401を周波数0運転モードに切り替え、電力系統100に接続されたAC/DC電力変換器401を電流モードに切り替える。その後、制御装置420は、第1のゲートスイッチ411をオフに切り替える。
これにより、電力系統100に接続されたAC/DC電力変換器401を介してバッテリ402から電力系統100へ、または電力系統100からバッテリ402へ電力を供給することができるとともに、需要家120にはバッテリ402から需要家120に接続されたAC/DC電力変換器301を介して電力を供給することができる。そのため、需要家120に電力を供給しつつ需要家120に影響を与えずに、バッテリ402から電力系統100へ、又は電力系統100からバッテリ402へ電力を供給することが可能となる。
なお、図4では、それぞれ4つ以上(n≦4)のAC/DC電力変換器4011〜401n、第2のゲートスイッチ4121〜412n、第3のゲートスイッチ4131〜413n、第4のゲートスイッチ4141〜414n、第5のゲートスイッチ4151〜415nを用いたバッテリ充放電制御装置の例を示しているが、これに限定されず、それぞれn≦2としてバッテリ充放電制御装置400を構成することが可能である。
100 電力系統
101 スイッチ
110、210、340 充放電器
111、201、202、3011〜301n AC/DC電力変換器
112、204、303 バッテリ
120 需要家
200、300 バッテリ充放電制御装置
203、302 DC/DC電力変換器
205、311 第1のゲートスイッチ
206、304 直流共通母線
220、320 制御装置
221、321 中央演算処理装置
222、322 記憶装置
230、330 電力情報測定器
207、3121〜312n、4121〜412n 第2のゲートスイッチ
208、3131〜313n、4131〜413n 第3のゲートスイッチ
4141〜414n 第4のゲートスイッチ
4151〜415n 第5のゲートスイッチ
101 スイッチ
110、210、340 充放電器
111、201、202、3011〜301n AC/DC電力変換器
112、204、303 バッテリ
120 需要家
200、300 バッテリ充放電制御装置
203、302 DC/DC電力変換器
205、311 第1のゲートスイッチ
206、304 直流共通母線
220、320 制御装置
221、321 中央演算処理装置
222、322 記憶装置
230、330 電力情報測定器
207、3121〜312n、4121〜412n 第2のゲートスイッチ
208、3131〜313n、4131〜413n 第3のゲートスイッチ
4141〜414n 第4のゲートスイッチ
4151〜415n 第5のゲートスイッチ
Claims (9)
- バッテリと、
一方の端子が電力系統に接続された第1のAC/DC電力変換器と、
一方の端子が負荷に接続された第2のAC/DC電力変換器と、
一方の端子が前記第1のAC/DC電力変換器の前記一方の端子及び前記電力系統に接続され、他方の端子が前記第2のAC/DC電力変換器の前記一方の端子及び前記負荷に接続されたゲートスイッチと、
一方の端子が前記バッテリに接続され、他方の端子が前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器の他方の端子に接続されたDC/DC電力変換器と、
前記電力系統及び前記負荷における電圧及び電流を少なくとも含む電力情報を測定する電力測定器と、
前記電力測定器から前記電力情報を受け取り、前記電力情報に基づいて前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御することにより、前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器の動作モードを切り替え可能である制御装置と、
を備えたことを特徴とするバッテリ充放電制御装置。 - バッテリと、
一方の端子が電力系統に接続され、他方の端子が負荷に接続された第1のゲートスイッチと、
一方の端子が前記電力系統及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第2のゲートスイッチと、
一方の端子が前記負荷及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第3のゲートスイッチと、
一方の端子が前記第2のゲートスイッチ及び前記第3のゲートスイッチの他方の端子に接続された複数のAC/DC電力変換器と、
一方の端子が前記バッテリに接続され、他方の端子が前記複数のAC/DC電力変換器の他方の端子に接続されたDC/DC電力変換器と、
前記電力系統及び前記負荷における電圧及び電流を少なくとも含む電力情報を測定する電力測定器と、
前記電力測定器から前記電力情報を受け取り、前記電力情報に基づいて前記複数のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御することにより、前記複数のAC/DC電力変換器の動作モードを切り替え可能である制御装置と、
を備えたことを特徴とするバッテリ充放電制御装置。 - バッテリと、
一方の端子が電力系統に接続され、他方の端子が負荷に接続された第1のゲートスイッチと、
一方の端子が前記電力系統及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第2のゲートスイッチと、
一方の端子が前記負荷及び前記第1のゲートスイッチに接続された複数の第3のゲートスイッチと、
一方の端子が前記第2のゲートスイッチ及び前記第3のゲートスイッチの他方の端子に接続された第4のゲートスイッチと、
一方の端子が前記バッテリに接続された第5のゲートスイッチと、
一方の端子が前記第4のゲートスイッチ及び前記第5のゲートスイッチの他方の端子に接続された複数のAC/DC電力変換器と、
前記電力系統及び前記負荷における電圧及び電流を少なくとも含む電力情報を測定する電力測定器と、
前記電力測定器から前記電力情報を受け取り、前記電力情報に基づいて前記複数のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御可能である制御装置と、
を備え、
前記複数のAC/DC電力変換器の各々の他方の端子は、共通母線を介して並列接続されることを特徴とするバッテリ充放電制御装置。 - 請求項1に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記ゲートスイッチがオン状態のとき、
前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器における電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器のそれぞれのスイッチングを制御するステップと、
前記第1のAC/DC電力変換器及び前記第2のAC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、
を前記制御装置に実行させることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記ゲートスイッチがオン状態のとき、
前記第1のAC/DC電力変換器を前記電力系統に連系させて、前記第1のAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記第1のAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、
前記第2のAC/DC電力変換器における電圧、周波数及び位相を前記電力系統における電圧、周波数及び位相にそれぞれ同期させるステップと、
前記ゲートスイッチをオフに切り替えるステップと、
を前記制御装置に実行させることを特徴とする方法。 - 請求項2に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、
前記複数の第2のゲートスイッチ及び前記複数の第3のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統及び前記負荷のいずれかに接続するステップと、
前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、前記AC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記AC/DC電力変換器のスイッチングを制御して、前記AC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、
を前記制御装置に実行させることを特徴とする方法。 - 請求項2に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、
前記複数の第2のゲートスイッチ及び前記複数の第3のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統及び前記負荷のいずれかに接続するステップと、
前記負荷に接続された前記複数のAC/DC電力変換器の1つにおける電圧、周波数及び位相を前記電力系統の電圧、周波数及び位相に同期させるステップと、
前記電力系統に接続された前記AC/DC電力変換器及び/又は前記負荷に接続された他の前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、当該連系させたAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記連係させたAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、
前記連係させたAC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、
前記第1のゲートスイッチをオフに切り替えるステップと、
を前記制御装置に実行させることを特徴とする方法。 - 請求項3に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、
前記第2乃至第5のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統、前記負荷及び前記バッテリのいずれかに接続するステップと、
前記バッテリに接続された前記AC/DC電力変換器AC/DC電力変換器における電圧の周波数が0となるようにAC/DC電力変換器のスイッチングを制御し、前記電力系統又は前記負荷に接続された前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、前記AC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記AC/DC電力変換器のスイッチングを制御して、前記AC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、
を前記制御装置に実行させることを特徴とする方法。 - 請求項3に記載のバッテリ充放電制御装置を制御する方法であって、前記第1のゲートスイッチがオン状態のとき、
前記第2乃至第5のゲートスイッチのオン・オフを制御して、前記複数のAC/DC電力変換器の各々を前記電力系統、前記負荷及び前記バッテリのいずれかに接続するステップと、
前記バッテリに接続された前記AC/DC電力変換器AC/DC電力変換器における電圧の周波数が0となるようにAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、
前記負荷に接続された前記複数のAC/DC電力変換器の1つにおける電圧、周波数及び位相を前記電力系統の電圧、周波数及び位相に同期させるステップと、
前記電力系統に接続された前記AC/DC電力変換器及び/又は前記負荷に接続された他の前記AC/DC電力変換器の電圧を前記電力系統の電圧に連系させて、当該連系させたAC/DC電力変換器を通過する電流が所定の値となるように前記連係させたAC/DC電力変換器のスイッチングを制御するステップと、
前記連係させたAC/DC電力変換器の並列運転を行うステップと、
前記第1のゲートスイッチをオフに切り替えるステップと、
を前記制御装置に実行させることを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014058529A JP2015186291A (ja) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | バッテリ充放電装置及びその制御方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014058529A JP2015186291A (ja) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | バッテリ充放電装置及びその制御方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2014058529A Pending JP2015186291A (ja) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | バッテリ充放電装置及びその制御方法 |
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JP (1) | JP2015186291A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105703606A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-06-22 | 湖南工业大学 | 一种双向dc-dc增量式pid电压精度控制方法 |
WO2017199645A1 (ja) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | 株式会社村田製作所 | 電力供給装置、電力供給方法及び蓄電装置 |
JP2019149897A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-05 | 富士電機株式会社 | 無停電電源装置およびその制御方法 |
WO2023048324A1 (ko) * | 2021-09-24 | 2023-03-30 | 성실에너지 주식회사 | 원코드 전원플러그를 이용한 전력 동기화 방법을 구비한 자동차 |
-
2014
- 2014-03-20 JP JP2014058529A patent/JP2015186291A/ja active Pending
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CN108886263A (zh) * | 2016-05-18 | 2018-11-23 | 株式会社村田制作所 | 电力供给装置、电力供给方法及蓄电装置 |
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