JP2017079509A - 電力変換装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中間バス6を介して、複数の直流電源3と交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置1であって、中間バス6と複数の直流電源3との間にそれぞれ設けられる複数のDC/DCコンバータ2と、中間バス6に接続された中間コンデンサ7と、中間バス6と交流系統との間に設けられるDC/ACコンバータ8と、複数のDC/DCコンバータ2及びDC/ACコンバータ8を制御する制御部20と、を備え、制御部20は、DC/ACコンバータ8が出力する有効電力を複数のDC/DCコンバータ2に配分するとともに、DC/ACコンバータ8及び中間コンデンサ7が出力する無効電力の合計値を、有効電力の配分係数とは異なる配分係数で複数のDC/DCコンバータ2に配分する制御を行う。
【選択図】図2
Description
I* a 電力変換装置から交流系統への出力電流指令値
Ca 交流側コンデンサのキャパシタンス
Va 交流系統電圧
I* inv 交流側コンデンサに電流を流す前の段階でのインバータ回路の電流指令値
La 交流リアクトルのインダクタンス
V* inv 交流リアクトルを通る前の段階でのインバータ回路の電圧指令値
V* o 中間バスに現れるべき電圧指令値(V* g.iの最も大きい値と、V* invのいずれか大きい方)
Co 中間コンデンサのキャパシタンス
V* g.i 直流入力電圧値(iは、複数の直流電源及びDC/DCコンバータを特定する番号1,2,・・・である。)
I* g.i 直流入力電流指令値
s ラプラス演算子
また、〈 〉は、括弧内の値の平均値を示している。
しかしながら、特許文献2の電力変換装置では、大きな有効電力を出力する太陽光発電パネルが接続されたDC/DCコンバータほど無効電力が多く割り当てられ、特定のDC/DCコンバータに電流が集中する傾向が生じ、当該DC/DCコンバータにおいて発生する電力の損失が大きくなる。
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
この場合、各DC/DCコンバータに流れる電流のピーク値を、最小にすることができる。
この場合、各DC/DCコンバータに流れる電流のピーク値を、最小にすることができる。
この場合、各DC/DCコンバータで発生する電力損失を最小にすることができる。
この場合、蓄電池に無効電流が流れて電力損失が発生することを、防止できる。
以下、本発明の実施形態の詳細について図面を参照して説明する。
図1は、複数の直流電源3と交流系統との間に設けられた電力変換装置1の概略構成を示す単線接続図である。図において、この電力変換装置1は、直流から交流への電力変換を行うものであり、昇圧回路としての複数のDC/DCコンバータ2及び、これに、中間バス(DCバス)6を介して接続されたインバータ回路としてのDC/ACコンバータ8を備えている。なお、この例では4組の直流電源3及びDC/DCコンバータ2を示しているが、「4組」は複数の一例に過ぎない。
図1と対応する部分には同一符号を付している。図において、電力変換装置1は、前述の直流側コンデンサ4、DC/DCコンバータ2、中間コンデンサ7、DC/ACコンバータ8の他、フィルタ回路14及び制御部20、また、計測用の後述のセンサ類を備えている。
フィルタ回路14は、交流リアクトル13と、交流側コンデンサ9とによって構成され、DC/ACコンバータ8の交流出力に含まれる高周波成分が交流系統17に漏れ出ることを防止している。なお、交流系統17は、交流負荷15及び商用電力系統16を含む。
次に、上記のように構成された電力変換装置1の制御理論について説明する。まず、以下のように諸量を定義する。
I* a:交流系統17へ流そうとする交流電流指令値
Iinv:電流センサ34によって検出される交流電流
Ca:交流側コンデンサ9のキャパシタンス
I* inv:DC/ACコンバータ8から交流リアクトル13に流そうとする電流指令値
V* inv:DC/ACコンバータ8の交流側での電圧指令値
Rinv:DC/ACコンバータ8の抵抗成分
Linv:交流リアクトル13のインダクタンス
I* in:DC/DCコンバータ2の直流リアクトル11に流そうとする電流指令値
Iin:電流センサ32によって検出される直流電流
Co:中間コンデンサ7のキャパシタンス
V* o:中間コンデンサ7の両端に現れるべき電圧指令値
Vo:電圧センサ33によって検出される中間電圧
Vg:電圧センサ31によって検出される直流電圧
Rin:DC/DCコンバータ2の抵抗成分
Linv:直流リアクトル11のインダクタンス
ここから、以下のように式を分析していく。
である。交流から直流のときは、
とする。
例えば、太陽光発電パネルに接続された3台のDC/DCコンバータ2が均等に出力し、蓄電池が停止しているときには、giの値は、太陽光発電パネル用のDC/DCコンバータ2では1/3、蓄電池用のDC/DCコンバータ2では0である。このとき、wiを、太陽光発電パネル用のDC/DCコンバータ2では1/6、蓄電池用のDC/DCコンバータ2では1/2とすれば、式(22)のルートの部分の値は、共に、(√2)/4となり、電力が均等になる。
が最小になるようにwiを設定して配分すればよい。
(直流電源が全て太陽光発電パネルのとき)
4台のDC/DCコンバータに全て太陽光発電パネルを接続したときの、各DC/DCコンバータを流れる電流のピーク値と、電流の二乗和を、無効電流の配分方法を変えて計算した。以下、4台のDC/DCコンバータを、第1DC/DCコンバータ、第2DC/DCコンバータ、第3DC/DCコンバータ、第4DC/DCコンバータと称する。
(太陽電池用DC/DCコンバータ3台、蓄電池用DC/DCコンバータ1台のとき)
次に、太陽電池用DC/DCコンバータが3台(第1〜第3)、蓄電池用DC/DCコンバータが1台(第4)の場合を考える。まず、蓄電池が充放電を停止しており、残り3台の太陽電池用DC/DCコンバータが最大出力で動作している場合を考える。このとき蓄電池はDC/DCコンバータから解列しており、蓄電池用DC/DCコンバータは無効電流のみを供給できるものとする。この場合の各DC/DCコンバータを流れる電流のピーク値と、全DC/DCコンバータの電流2乗和を図4に示す。
今後は、余剰電力の買取価格が更に低下していくので、売電のメリットが期待できなくなる。そこで、太陽光発電の余剰電力を売電しないで蓄電池に充電して自家消費に使うようになる。この場合、太陽光発電をしているときには蓄電池は充電をしているので、蓄電池用DC/DCコンバータから無効電流を供給することはできない。よって、太陽電池用DC/DCコンバータのみで無効電流を供給しなければならないが、自家消費が少なく蓄電池の充電の割合が大きいほど、インバータの出力は小さくなるので、無効電流の必要量も小さくなる。
自家消費が発電よりも多い時には、発電と同時に蓄電池の放電を行う。この場合の各DC/DCコンバータの電流ピーク値と全DC/DCコンバータの電流二乗和を図6に示す。太陽電池用の第1〜第3DC/DCコンバータの出力は電力変換装置の最大出力6200Wから蓄電池用の第4DC/DCコンバータの出力を引いた残りを均等配分し、第4DC/DCコンバータの出力は0W、2067W、3100W、4133Wと変化させている。
太陽光発電停止中に蓄電池が充電または放電を行うときに、蓄電池に無効電流を流さないためには太陽電池用のDC/DCコンバータが無効電流を供給する必要がある。太陽光発電していないときに太陽電池用DC/DCコンバータを動作させると、中間バスから流れる電流によってDC/DCコンバータの太陽電池側にあるコンデンサが充電されてその電圧が上昇する。このとき太陽電池の各PN接合に外部から順方向電圧が加わるため導通状態となり、DC/DCコンバータの電池側が短絡する。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
2 DC/DCコンバータ
3 直流電源
4 直流側コンデンサ
5 スイッチ
6 中間バス
7 中間コンデンサ
8 DC/ACコンバータ
9 交流側コンデンサ
11 直流リアクトル
13 交流リアクトル
14 フィルタ回路
15 交流負荷
16 商用電力系統
17 交流系統
20 制御部
31 電圧センサ
32 電流センサ
33 電圧センサ
34 電流センサ
35 電圧センサ
Q11,Q12,Q81,Q82,Q83,Q84 スイッチング素子
d11,d12 ダイオード
Claims (6)
- 中間バスを介して、複数の直流電源と交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置であって、
前記中間バスと前記複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のDC/DCコンバータと、
前記中間バスに接続された中間コンデンサと、
前記中間バスと前記交流系統との間に設けられるDC/ACコンバータと、
前記複数のDC/DCコンバータ及び前記DC/ACコンバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記DC/ACコンバータが出力する有効電力を前記複数のDC/DCコンバータに配分するとともに、前記DC/ACコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のDC/DCコンバータに配分する制御を行う電力変換装置。 - 前記制御部は、前記複数のDC/DCコンバータの電力又は電流のピーク値が均等になるように前記無効電力の合計値を前記複数のDC/DCコンバータに配分する制御を行う請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記複数のDC/DCコンバータの最大出力が互いに同一である場合、前記制御部は、前記複数のDC/DCコンバータの無効電力又は無効電流が均等になるように前記無効電力の合計値を前記複数のDC/DCコンバータに配分する制御を行う請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記複数のDC/DCコンバータの各々に対する入力電圧の二乗に比例して、前記無効電流の配分係数を設定する請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記複数のDC/DCコンバータのうち、蓄電池が接続されたDC/DCコンバータを、無効電力の配分の対象から除外する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 中間バスと複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のDC/DCコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるDC/ACコンバータと、前記複数のDC/DCコンバータ及び前記DC/ACコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して、前記複数の直流電源と前記交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、
前記DC/ACコンバータが出力する有効電力を前記複数のDC/DCコンバータに配分するとともに、前記DC/ACコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のDC/DCコンバータに配分する電力変換装置の制御方法。
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