JP2018126013A - Power conversion device and power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池等の直流電源から供給される電力を変換して出力する電力変換装置、及び電力変換システムに関する。 The present invention relates to a power conversion device that converts and outputs power supplied from a DC power source such as a solar cell, and a power conversion system.
太陽光発電システムでは、太陽電池により発電された直流電力を交流電力に変換するインバータが用いられる。インバータの電源には、太陽電池により発電された直流電力を降圧して生成した電力を使用することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。太陽電池は日射がない環境（例えば、夜間）では発電しないため、その環境では基本的にインバータを動作させる必要性がない。 In a solar power generation system, an inverter that converts direct-current power generated by a solar cell into alternating-current power is used. It is common to use power generated by stepping down DC power generated by a solar cell as a power source for an inverter (see, for example, Patent Document 1). Since a solar cell does not generate power in an environment where there is no solar radiation (for example, at night), there is basically no need to operate an inverter in that environment.
近年、太陽光発電システムと蓄電システムを連携させたシステム（以下、本明細書では創蓄連携システムという）が普及してきている。創蓄連携システムでは、インバータの直流側のバスに、蓄電システムのＤＣ−ＤＣコンバータが接続されることが一般的である。この構成では、太陽電池が発電していない状態でも蓄電池の充放電により、インバータが動作する場合がある。そこでインバータの電源を、交流側の商用電力系統（以下単に、電力系統という）から取ることもできる構成が考えられる。しかしながらこの構成でも、日射がなく蓄電池が放電しない状態で電力系統が停電した場合、インバータへの電源供給が途絶えてインバータの動作が停止する。 In recent years, a system in which a photovoltaic power generation system and a power storage system are linked (hereinafter referred to as a creation-saving linked system in this specification) has become widespread. In a creation-saving cooperation system, a DC-DC converter of a power storage system is generally connected to a bus on the DC side of an inverter. In this configuration, the inverter may operate due to charging / discharging of the storage battery even when the solar battery is not generating power. Thus, a configuration is conceivable in which the power source of the inverter can be taken from an AC commercial power system (hereinafter simply referred to as a power system). However, even in this configuration, when the power system fails in a state where there is no solar radiation and the storage battery is not discharged, the power supply to the inverter is interrupted and the operation of the inverter is stopped.
創蓄連携システムは自立モードをサポートしており、電力系統が停電した場合、蓄電池から放電される電力を自立出力することができる。自立モードに切り替わるには、蓄電池を制御する制御部が電力系統の停電を認識する必要がある。 The creation cooperation system supports the self-sustained mode, and when the power system fails, the power discharged from the storage battery can be output independently. In order to switch to the self-supporting mode, it is necessary for the control unit that controls the storage battery to recognize a power failure in the power system.
創蓄連携システムには一体型と分離型があるが、近年、柔軟にシステム変更が可能な分離型が注目されている。分離型では既設の太陽光発電システムに蓄電システムを後付けすることができる。分離型の蓄電システムの制御部は基本的に、電力系統の停電を直接検出する装備を備えていない。蓄電システムに、停電を検出するための検出器を追加するとコストが増加する。 There are two types of creation / cooperation systems: an integrated type and a separated type, but in recent years, a separated type that can be flexibly changed is attracting attention. In the separation type, an electricity storage system can be retrofitted to an existing photovoltaic power generation system. Basically, the control unit of the separation-type power storage system is not equipped with a device for directly detecting a power failure in the power system. If a detector for detecting a power failure is added to the power storage system, the cost increases.
そこで、蓄電システムの制御部が太陽光発電システムの制御部から停電の通知を受ける構成が考えられる。しかしながら、一般的なシリアル通信規格を用いた通信では、太陽光発電システムの制御部が停電を検出してから、当該制御部が停電の検出信号を送信するまでに電源を喪失する可能性がある。 Therefore, a configuration in which the control unit of the power storage system receives a power failure notification from the control unit of the solar power generation system is conceivable. However, in communication using a general serial communication standard, there is a possibility that the power supply may be lost after the control unit of the photovoltaic power generation system detects a power failure until the control unit transmits a power failure detection signal. .
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電力系統の状態を直接監視していない電力変換装置が、電力系統の停電の有無を低コストで高精度に認識できる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technology that enables a power conversion device that does not directly monitor the state of the power system to accurately recognize the presence or absence of a power outage of the power system at low cost. There is to do.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換装置は、第１直流電源から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して直流バスに出力する第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記直流バスの直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統へ出力するインバータと、前記インバータを制御する第１制御部と、を備える。前記直流バスには、第２直流電源から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記直流バスに出力する第２ＤＣ−ＤＣコンバータが接続され、前記第１制御部は、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第２制御部と信号線で接続されており、前記電力系統が停電している否かを示す信号を前記信号線に出力する。 In order to solve the above-described problem, a power conversion device according to an aspect of the present invention includes a first DC-DC that converts DC power output from a first DC power source into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to a DC bus. A converter; an inverter that converts the DC power of the DC bus into AC power and outputs the AC power to a power system; and a first control unit that controls the inverter. The DC bus is connected to a second DC-DC converter that converts DC power output from a second DC power source into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to the DC bus, and the first control unit includes: A signal line is connected to a second control unit that controls the second DC-DC converter, and a signal indicating whether or not the power system is out of power is output to the signal line.
本発明によれば、電力系統の状態を直接監視していない電力変換装置が、電力系統の停電の有無を低コストで高精度に認識できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device which is not monitoring the state of an electric power system directly can recognize the presence or absence of the power failure of an electric power system at low cost with high precision.
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換システム１を説明するための図である。電力変換システム１は、第１電力変換装置１０及び第２電力変換装置２０を備える。第１電力変換装置１０は太陽電池２用のパワーコンディショナシステムであり、第２電力変換装置２０は蓄電部３用のパワーコンディショナシステムである。図１では、太陽電池２用のパワーコンディショナシステムに、蓄電部３用のパワーコンディショナシステムを後付けした例を示している。
FIG. 1 is a diagram for explaining a
太陽電池２は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する発電装置である。太陽電池２として、シリコン太陽電池、化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感型（有機太陽電池）等が使用される。太陽電池２は第１電力変換装置１０と接続され、発電した電力を第１電力変換装置１０に出力する。
The
第１電力変換装置１０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１、インバータ１２、第１電源部１３、及び第１制御部１４を備える。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１とインバータ１２間は直流バス１５で接続される。
The first
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、太陽電池２から出力される直流電力を、所望の電圧値の直流電力に変換し、変換した直流電力を直流バス１５に出力する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は例えば、昇圧チョッパで構成することができる。
The first DC-
インバータ１２は双方向インバータであり、直流バス１５から入力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統４に接続された配電線に出力する。当該配電線には負荷５が接続される。またインバータ１２は、電力系統４から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を直流バス１５に出力する。
The
第１制御部１４は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２を制御する。第１制御部１４は、太陽電池２の出力電力が最大になるよう第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を制御する。具体的には第１制御部１４は、太陽電池２の出力電圧および出力電流である、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の入力電圧および入力電流を計測して太陽電池２の発電電力を推定する。第１制御部１４は、計測した太陽電池２の出力電圧と推定した発電電力をもとに、太陽電池２の発電電力を最大電力点（最適動作点）にするための指令値を生成する。例えば、山登り法に従い動作点電圧を所定のステップ幅で変化させて最大電力点を探索し、最大電力点を維持するように指令値を生成する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、生成された指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。
The
第１制御部１４は、直流バス１５の電圧が目標値を維持するようにインバータ１２を制御する。具体的には第１制御部１４は、直流バス１５の電圧を検出し、検出したバス電圧を目標値に一致させるための指令値を生成する。インバータ１２は、生成された指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。
The
第１電源部１３は、電力系統４からの交流電力を、所望の低い電圧値の直流電力に変換して制御電源電圧を生成する。例えば、電力系統４の２０２±２０Ｖの交流電圧を、２４Ｖの直流電圧（制御電源電圧）に変換する。また第１電源部１３は、直流バス１５からの直流電力を、所望の低い電圧値の直流電力に変換して制御電源電圧を生成する。例えば、直流バス１５の３００〜３６０Ｖの直流電圧を、２４Ｖの直流電圧（制御電源電圧）に降圧する。第１電源部１３は、生成した制御電源電圧を、第１制御部１４を含むシステム内の各種負荷に供給する。第１電源部１３の詳細な構成は後述する。
The 1st
蓄電部３は、電力を充放電可能であり、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等を含む。蓄電部３は第２電力変換装置２０と接続される。
The
第２電力変換装置２０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、第２電源部２２、及び第２制御部２３を備える。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、蓄電部３と直流バス１５の間に接続され、蓄電部３を充放電する双方向コンバータである。第２制御部２３は、指令値をもとに第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を制御して、蓄電部３を定電流（ＣＣ）／定電圧（ＣＶ）で充電／放電する。第２電源部２２は、蓄電部３または直流バス１５からの直流電力を、所望の低い電圧値の直流電力に変換して制御電源電圧を生成する。第２電源部２２３は、生成した制御電源電圧を、第２制御部２３を含むシステム内の各種負荷に供給する。
The second
操作表示部３０は、本電力変換システム１のユーザインターフェイスであり、室内の所定の位置に設置される。操作表示部３０は例えば、タッチパネルディスプレイで構成することができ、ユーザに所定の情報を提供すると共に、ユーザからの操作を受け付ける。本実施の形態では、操作表示部３０と第１制御部１４とが通信線４３で接続され、両者の間で、所定のシリアル通信規格（例えば、例えばＲＳ−４８５規格、ＴＣＰ−ＩＰ規格）に準拠した通信が行われる。また操作表示部３０は、第１電源部１３と電源線で接続されており、第１電源部１３により生成された制御電源電圧を受けて動作する。
The
なお、操作表示部３０はＡＣコンセントから系統電圧を取得して、操作表示部３０の内部で制御電源電圧を生成してもよい。また操作表示部３０は、壁などに固定されるのではなく、持ち運び可能な携帯端末であってもよい。この場合、操作表示部３０と第１制御部１４間は無線通信で接続される。
The
第１制御部１４と第２制御部２３は、通信線４１と停電通知信号線４２で接続される。第１制御部１４と第２制御部２３の間でも、所定のシリアル通信規格に準拠した通信が行われる。停電通知信号線４２は、第１制御部１４から第２制御部２３に、電力系統４の停電発生の有無を通知するための専用の信号線である。
The
図２は、図１のインバータ１２と電力系統４間の詳細な構成を示す図である。本実施の形態に係る電力変換システム１は、系統連系モードと自立モードをサポートしている。図２において、インバータ１２と電力系統４間の配電線上に系統連系リレーＳ１が挿入される。第１電源部１３は、系統連系リレーＳ１より電力系統４側の給電点から交流電力を取得している。インバータ１２と系統連系リレーＳ１間の接続点から自立出力用の電力線が分岐しており、当該電力線は自立出力端子６に繋がる。当該電力線上に自立出力リレーＳ２が挿入される。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration between the
自立出力端子６の先端にはＡＣプラグが装着されていてもよいし、予め設定された特定負荷が接続されていてもよい。特定負荷は、電力系統４の停電時に電力変換システム１から優先的に電力供給を受けることができる予め設定された負荷である。図２に示す構成は、一般の負荷５が系統連系リレーＳ１の外側に接続される構成であるため、自立モードでは電力変換システム１から負荷５に電力供給されず、自立出力端子６に接続された負荷にのみ電力が供給される構成である。
An AC plug may be attached to the tip of the self-supporting output terminal 6, or a specific load set in advance may be connected. The specific load is a preset load that can receive power supply from the
第１制御部１４は、系統連系リレーＳ１のコイルへの通電／非通電を制御することにより系統連系リレーＳ１の開閉を制御でき、同様に自立出力リレーＳ２のコイルへの通電／非通電を制御することにより自立出力リレーＳ２の開閉を制御できる。ノーマルオープン型のリレーの場合はコイルに通電することにより接点が閉じ、ノーマルクローズ型のリレーの場合はコイルに通電することにより接点が開く。第１制御部１４は系統連系モードでは系統連系リレーＳ１を閉じて自立出力リレーＳ２を開き、自立モードでは系統連系リレーＳ１を開いて自立出力リレーＳ２を閉じる。
The
図３は、図１の第１電源部１３と第１制御部１４の詳細な構成を示す図である。第１電源部１３は、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａ、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｂ及び分圧回路を含む。第１制御部１４は、降圧回路１４ａ、第１マイクロコンピュータ１４ｂ、トランジスタＱ１及び第１フォトカプラＰ１を含む。
FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the first
絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａ及び絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｂはそれぞれ例えば、フライバック式コンバータ又はフォワード式コンバータで構成される。絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの場合、１次側に整流回路（例えば、ダイオードブリッジ回路）が追加される。
The insulated AC-
上記分圧回路は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の直列回路で構成され、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧を所定の分圧比（例えば、略２：１）で分圧する。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２間の分圧点電圧は、第１マイクロコンピュータ１４ｂのＡ／Ｄポートに入力される。
The voltage dividing circuit is composed of a series circuit of a first resistor R1 and a second resistor R2, and divides the output voltage of the insulated AC-
絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａは、電力系統４から供給される交流電力を１２Ｖの直流電力に変換し、逆流防止用の第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２を介して、システム内負荷７及び降圧回路１４ａに出力する。システム内負荷７には、操作表示部３０やファン等の負荷が含まれる。当該ファンは、システム内の回路基板を冷却するためのファンである。
The insulation type AC-
同様に、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｂは、直流バス１５から供給される直流電力を１２Ｖの直流電力に変換し、逆流防止用の第３ダイオードＤ３及び第４ダイオードＤ４を介して、システム内負荷７及び降圧回路１４ａに出力する。
Similarly, the isolated DC-
降圧回路１４ａは、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａ及び／又は絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｂから供給された直流電力を、所望の低い電圧値の直流電力に変換する。図３に示す例では、１２Ｖの直流電力を５Ｖの直流電力に変換する。降圧回路１４ａは例えば、スイッチングレギュレータで構成される。降圧回路１４ａは、降圧した電圧を第１マイクロコンピュータ１４ｂの電源端子ＶＤＤに出力すると共に、トランジスタＱ１の一端に出力する。トランジスタＱ１の他端は第１フォトカプラＰ１を介してグラウンドラインに接続されている。
The step-down
図３ではトランジスタＱ１に、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを使用している。トランジスタＱ１のコレクタ他端は電源ライン（５Ｖライン）に接続され、エミッタ他端はグラウンドラインに接続され、ベース端子は第１マイクロコンピュータ１４ｂのＩ／Ｏポートに接続されている。なおバイポーラトランジスタの代わりにＦＥＴを使用してもよい。
In FIG. 3, an npn bipolar transistor is used as the transistor Q1. The other end of the collector of the transistor Q1 is connected to the power supply line (5V line), the other end of the emitter is connected to the ground line, and the base terminal is connected to the I / O port of the
第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードは、トランジスタＱ１のエミッタ端子とグラウンドラインとの間に挿入され、第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタは停電通知信号線４２に接続される。
The photodiode of the first photocoupler P1 is inserted between the emitter terminal of the transistor Q1 and the ground line, and the phototransistor of the first photocoupler P1 is connected to the power failure
第１マイクロコンピュータ１４ｂは、Ａ／Ｄポートに入力される電圧を監視して、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧を推定する。上記分圧点とＡ／Ｄポート間の配線には、第５ダイオードＤ５を介して電源電圧ラインが、第６ダイオードＤ６を介してグラウンドラインがそれぞれ接続されており、Ａ／Ｄポートに、サージ等の異常電圧が入力されることが抑制されている。
The
以上の回路構成において、太陽電池２が発電を停止しており、蓄電部３が放電していない状態では、直流バス１５から絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｂに電力は供給されない。従って、この状態では第１マイクロコンピュータ１４ｂは専ら、電力系統４からの交流電力をエネルギー源として動作していることになる。例えば、電気料金が安価な夜間では、蓄電部３は充電していることが多く、太陽電池２は停止している。
In the above circuit configuration, when the
上記状況下において電力系統４が停電すると、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力がなくなり、降圧回路１４ａの出力がなくなり、第１マイクロコンピュータ１４ｂが電源を喪失して動作を停止する。
If the
上述のように第１マイクロコンピュータ１４ｂは、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧をＡ／Ｄポートで監視している。第１マイクロコンピュータ１４ｂは、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧が所定の閾値電圧Ｖｔｈを下回ると、電力系統４が停電したと判定する。第１マイクロコンピュータ１４ｂは、停電を検知すると、Ｉ／ＯポートからトランジスタＱ１のベース端子に所定の値以上の電流を流して、トランジスタＱ１を導通させる。
As described above, the
図４は、停電通知信号線４２の制御例を示す図である。停電通知信号線４２は、第１制御部１４の第１マイクロコンピュータ１４ｂから第２制御部２３の第２マイクロコンピュータ２３ｂに、電力系統４の停電発生の有無を２値（ハイレベル、ローレベル）で通知するための信号線である。図４に示す例は、ハイレベルが電力系統４が停電していない通常の状態を示し、ローレベルが電力系統４が停電している状態を示している。
FIG. 4 is a diagram illustrating a control example of the power failure
第１制御部１４の第１マイクロコンピュータ１４ｂと、第２制御部２３の第２マイクロコンピュータ２３ｂ間は、第１フォトカプラＰ１及び第２フォトカプラＰ２により絶縁されている。第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタは、フォトダイオードが導通していない状態でハイレベル（電源電圧）を出力し、フォトダイオードが導通した状態でローレベル（グラウンド電圧）を出力する。
The
第１マイクロコンピュータ１４ｂが停電を検出すると、第１マイクロコンピュータ１４ｂがトランジスタＱ１をターンオフさせることにより、当該フォトダイオードが導通する。第２フォトカプラＰ２は、停電通知信号線４２のレベルを反転させて、第２マイクロコンピュータ２３ｂのＩ／Ｏポートに信号を入力する。なお、ハイレベルとローレベルの関係を図４とは逆に設計してもよい。
When the
図５は、電力系統４の停電時の絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧の推移例を示す図である。降圧回路１４ａ（スイッチングレギュレータ）は、低電圧ロックアウト電圧ＵＶＬＯまで低下すると、発振を停止して出力を停止する。以下、低電圧ロックアウト電圧ＵＶＬＯが７．５Ｖに設定されている降圧回路１４ａを使用する例を想定する。この例では、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧が７．５Ｖまで低下すると、降圧回路１４ａが出力を停止し、第１マイクロコンピュータ１４ｂが電源を喪失して動作を停止する。従って、第１マイクロコンピュータ１４ｂは停電発生後、電源を喪失する前にトランジスタＱ１をターンオフさせる必要がある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a transition example of the output voltage of the insulation type AC-
本実施の形態に係る電力変換システム１において、夜間における、システム内負荷７及び第１制御部１４の消費電力Ｐは約９Ｗと見積もることができる。従って、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力１２Ｖラインに繋がった負荷Ｚは、下記式（１）により推定することができる。
In the
Ｚ＝Ｖ２／Ｐ＝１２Ｖ２／９Ｗ＝１６Ω ・・・式（１） Z = V 2 / P = 12V 2 / 9W = 16Ω ··· formula (1)
１６Ωの負荷が接続された絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧が１２Ｖから７．５Ｖに低下する時間Ｔは、下記式（２）により推定することができる。
The time T during which the output voltage of the isolated AC-
Ｔ＝ＣＲｌｎ（Ｖ１／Ｖ２）＝１５００μＦ×１６Ω×ｌｎ（１２Ｖ／７．５Ｖ）≒１１ｍｓｅｃ ・・・式（２）
Ｃは、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの２次側の電解コンデンサの容量
T = CRln (V1 / V2) = 1500 μF × 16Ω × ln (12V / 7.5V) ≈11 msec (2)
C is the capacity of the electrolytic capacitor on the secondary side of the insulated AC-
第１マイクロコンピュータ１４ｂが停電を検出する閾値電圧Ｖｔｈを９Ｖに設定した場合、停電を検出した時点の９Ｖから７．５Ｖに低下する時間Ｔは、下記式（３）により推定することができる。
When the threshold voltage Vth at which the
Ｔ＝ＣＲｌｎ（Ｖ１／Ｖ２）＝１５００μＦ×１６Ω×ｌｎ（９Ｖ／７．５Ｖ）≒４ｍｓｅｃ ・・・式（３） T = CRln (V1 / V2) = 1500 μF × 16Ω × ln (9V / 7.5V) ≈4 msec Equation (3)
このように第１マイクロコンピュータ１４ｂは、停電を検出してから動作が停止するまで約４ｍｓｅｃの猶予期間があり、その期間内にトランジスタＱ１をターンオフさせて、第２マイクロコンピュータ２３ｂに停電発生を通知することができる。
As described above, the
図６は、本発明の実施の形態に係る電力変換システム１の、停電発生時の動作を示すフローチャートである。第１制御部１４は、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧の低下をもとに、電力系統４の停電を検出する（Ｓ１０）。第１制御部１４は、停電発生を、停電通知信号線４２のレベルを反転させることにより第２制御部２３に通知する（Ｓ１１）。それと同時に第１制御部１４及び第２制御部２３の少なくとも一方は、電力系統４が停電したことを示すログ情報を、図示しない不揮発性メモリに記録してもよい。その後、第１電源部１３及び第１制御部１４が停止する。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the
停電発生の通知を受けた第２制御部２３は、第２電力変換装置２０を自立モードに遷移させて待機する（Ｓ１２）。第２制御部２３は直流バス１５の電圧を検出し、バス電圧が規定電圧（例えば、８０Ｖ）以下であるか否か判定する（Ｓ１３）。バス電圧が規定電圧以下の場合（Ｓ１３のＹ）、第２制御部２３は蓄電部３から直流バス１５への放電を開始する（Ｓ１４）。バス電圧が規定電圧以下でない場合（Ｓ１３のＮ）、バス電圧が規定電圧以下に低下するまで待機する（Ｓ１２）。
Receiving the notification of the occurrence of a power failure, the
蓄電部３からの放電によりバス電圧が上昇すると、第１電源部１３が再起動する（Ｓ１５）。再起動された第１電源部１３の制御電源電圧により、第１制御部１４及び操作表示部３０が再起動する（Ｓ１６）。第１制御部１４は、ユーザに自立モードで起動するか否かを選択させるためのメッセージを、操作表示部３０に表示させる（Ｓ１７）。なお、画面表示の代わりに音声メッセージでユーザに報知してもよいし、両者を併用してもよい。蓄電池からの放電により第１電源部１３が起動したか否かを検出するには、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の有無（入力電圧無：蓄電池からの放電により第１電源部１３が起動したと判断できる）や、第２ＤＣ／ＤＣコンバータから直流バスへ流れる電流の有無（電流有：蓄電池からの放電により第１電源部１３が起動したと判断できる）により確認することができる。尚、これら以外の方法を用いても良い。
When the bus voltage increases due to the discharge from the
ユーザが自立モードでの起動を選択すると（Ｓ１８のＹ）、第１制御部１４は第１電力変換装置１０を自立モードで起動させる（Ｓ１９）。ユーザが自立モードでの起動を選択しない場合（Ｓ１８のＮ）、第１電力変換装置１０は停止したままである。なお、ユーザの選択操作を必要としない設定の場合、ステップＳ１８の処理はスキップされる。
When the user selects activation in the independent mode (Y in S18), the
以上説明したように本実施の形態によれば、第２電力変換装置２０は、電力系統４の停電を直接検出するセンサを備える必要がなく、第２電力変換装置２０のコストを抑えることができる。
As described above, according to the present embodiment, the second
また、電力系統４から電力供給を受けて動作している絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧を監視することにより、停電発生を通知するまでの時間を確保しやすくなる。絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの２次側のコンデンサは容量の大きいものを備えるのが一般的であるため、停電発生から降圧回路１４ａがロックアップするまでの時間を比較的長く確保することができる。また、ロックアップするまでの時間をさらに長く確保できる場合、第１マイクロコンピュータ１４ｂが停電検出のログ情報を記録することも可能となる。
In addition, by monitoring the output voltage of the isolated AC-
また、第１マイクロコンピュータ１４ｂから第２マイクロコンピュータ２３ｂへは、通信線４１と別に設けた停電通知信号線４２を使用して、停電の有無を２値レベルの信号で伝達する。これにより高速通信が可能となり、第２マイクロコンピュータ２３ｂへの通知完了前に、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｂの電源が喪失することを防止することができる。従って信頼性が高い停電通知システムを構築することができる。これに対して通常の通信線４１を用いた場合、所定の通信手順が必要となり時間がかかる。
Further, the power failure
また、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧を監視することにより、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａと第１マイクロコンピュータ１４ｂとの絶縁が不要となり、回路構成をシンプルにすることができる。絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａにはトランスが含まれているため、さらに絶縁する必要はない。
Further, by monitoring the output voltage of the insulation type AC-
また、本実施の形態に係る構成では、電力系統４の復電を検出することができる。従来の回路構成の中には、電力系統４の停電により自立モードに切り替わった後、電力系統４の復電を検出できない構成のものがあった。
Further, in the configuration according to the present embodiment, it is possible to detect power recovery of the
図７（ａ）、（ｂ）は、復電を検出できない回路構成例を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）に示す回路構成では、Ｃ接点タイプの系統／自立切替リレーＳ３が、電圧検出センサ８の入力端子の接続先を、系統連系線と自立出力線との間で選択的に切り替える構成になっている。図７（ｂ）に示すように自立モードでは、系統／自立切替リレーＳ３は自立出力線と電圧検出センサを導通させており、電力系統４に接続された系統連系線の電圧が検出できなくなっている。これに対して本実施の形態によれば、第１電源部１３内の絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ１３ａの出力電圧を監視しているため、自立モードでも系統連系線の電圧を監視することができる。
FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating circuit configuration examples in which power recovery cannot be detected. In the circuit configurations shown in FIGS. 7A and 7B, the C contact type system / independent switching relay S3 connects the input terminal of the
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .
上記実施の形態では、第１電力変換装置１０に接続される直流電源として、太陽電池２を例に挙げたが、出力が停止する可能性がある電源であればよく、蓄電部、燃料電池、風力発電装置、マイクロ水力発電装置であってもよい。なお、風力発電装置、マイクロ水力発電装置の場合は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１１をＡＣ−ＤＣコンバータに置き換える必要がある。
In the said embodiment, although the
また第２電力変換装置２０に接続される直流電源として、蓄電部３を例に挙げたが、出力を制御できる電源であればよく、燃料電池であってもよい。
Moreover, although the
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 The embodiment may be specified by the following items.
［項目１］
第１直流電源（２）から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して直流バス（１５）に出力する第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（１１）と、
前記直流バス（１５）の直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統（４）へ出力するインバータ（１２）と、
前記インバータ（１２）を制御する第１制御部（１４）と、を備え、
前記直流バス（１５）には、第２直流電源（３）から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記直流バス（１５）に出力する第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）が接続され、
前記第１制御部（１４）は、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）を制御する第２制御部（２３）と信号線（４２）で接続されており、前記電力系統（４）が停電している否かを示す信号を前記信号線（４２）に出力することを特徴とする電力変換装置（１０）。
これによれば、第２制御部（２３）が電力系統（４）の停電発生を、コストを抑えつつ高精度に認識することができる。
［項目２］
前記信号線（４２）は、前記電力系統（４）が停電している否かを示す２値信号を伝達する専用の信号線（４２）であることを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（１０）。
これによれば、所定の通信手順が必要ないため、第１制御部（１４）から第２制御部（２３）に高速に停電の発生を通知することができる。
［項目３］
前記電力系統（４）の交流電力を、前記第１制御部（１４）を動作するための直流電力に変換し、変換した直流電力を前記第１制御部（１４）へ供給する電源部（１３）をさらに備え、
前記第１制御部（１４）は、前記電源部（１３）から供給される直流電力の電圧が所定値より低くなったとき、前記電力系統（１４）が停電していることを示す信号を前記信号線（４２）に出力することを特徴とする項目１または２に記載の電力変換装置（１０）。
これによれば、制御電源電圧を監視することにより、第１制御部（１４）の電源が喪失する前に、停電を検出して停電の発生を第２制御部（２３）に通知することができる。
［項目４］
前記第１制御部（１４）及び前記第２制御部（２３）の少なくとも一方は、前記電源部（１３）から供給される直流電力の電圧が検出閾値以下になってから、前記所定値に到達するまでに、前記電力系統（４）が停電したことを示すログ情報を記録することを特徴とする項目３に記載の電力変換装置（１０）。
これによれば、第１制御部（１４）が停電のログを残すことができる。
［項目５］
前記電源部（１３）は、前記直流バス（１５）の直流電力を、前記第１制御部（１４）を動作するための直流電力に変換し、変換した直流電力を前記第１制御部（１４）へ供給することが可能であることを特徴とする項目３または４に記載の電力変換装置（１０）。
これによれば、電力系統（４）の停電時においても、第１制御部（１４）が動作することが可能となる。
［項目６］
前記インバータ（１２）はスイッチ（Ｓ１）を介して前記電力系統（４）へ交流電力を供給し、
前記電源部（１３）は、前記スイッチ（Ｓ１）より、前記電力系統（４）側の給電点から交流電力を取得することを特徴とする項目５に記載の電力変換装置（１０）。
これによれば、電力系統（４）の復電を検出することができる。
［項目７］
前記第１直流電源（２）は太陽電池（２）であり、
前記第２直流電源（３）は蓄電部（３）であり、
前記インバータ（１２）は、前記電力系統（４）の交流電力を直流電力に変換して前記直流バス（１５）に出力することが可能であり、
前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）は、前記直流バス（１５）から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記蓄電部（３）に出力することが可能であることを特徴とする項目１から６のいずれかに記載の電力変換装置（１０）。
これによれば、太陽電池（２）が発電していない状態で電力系統（４）が停電した場合でも、蓄電部（３）の電力により第１制御部（１４）が動作することができる。
［項目８］
前記第１制御部（１４）は、前記電力系統（４）の停電後の停止状態から、前記蓄電部（３）から放電された直流電力により再起動したとき、本電力変換装置（１０）を自立モードに遷移させる、または前記第１制御部（１４）と有線または無線で接続されたユーザインタフェース部（３０）に、自立モードに切り替えるか否かをユーザに選択させるためのメッセージを報知させることを特徴とする項目７に記載の電力変換装置（１０）。
これによれば、自立モードに切り替えるか否かをユーザに選択させることができる。
［項目９］
項目１から８のいずれかに記載の電力変換装置（１０）と接続される電力変換装置（２０）であって、
第２直流電源（３）から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記直流バス（１５）に出力する第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）と、
前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）を制御する第２制御部（２３）と、を備え、
前記第２制御部（２３）は、前記１制御部（１４）と信号線（４２）で接続されており、前記信号線（４２）から前記電力系統（４）が停電している否かを示す信号を受け取ることを特徴とする電力変換装置（２０）。
これによれば、第２制御部（２３）が電力系統（４）の停電発生を、コストを抑えつつ高精度に認識することができる。
［項目１０］
前記第２直流電源（３）は蓄電部（３）であり、
前記第２制御部（２３）は、前記信号線（４２）から前記電力系統（４）が停電していることを示す信号を受け取ると、前記蓄電部（３）から前記直流バス（１５）に放電するよう、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）を制御することを特徴とする項目９に記載の電力変換装置（２０）。
これによれば、電源部（１３）が直流バス（１５）から電力を取得できるようになる。［項目１１］
第１直流電源（２）から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して直流バス（１５）に出力する第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（１１）と、前記直流バス（１５）の直流電力を交流電力に変換し、前方交流電力を前方電力系統へ出力するインバータ（１２）と、前記インバータ（１２）を制御する第１制御部（１４）と、を有する第１電力変換装置（１０）と、
第２直流電源（３）から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記直流バス（１５）に出力する第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）と、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）を制御する第２制御部（２３）と、を有する第２電力変換装置（２０）と、を備え、
前記第１制御部（１４）は、前記第２制御部（１３）と信号線（４２）で接続されており、前記電力系統（４）が停電している否かを示す信号を前記信号線（４２）に出力することを特徴とする電力変換システム（１）。
これによれば、第２制御部（２３）が電力系統（４）の停電発生を、コストを抑えつつ高精度に認識することができる。
[Item 1]
A first DC-DC converter (11) for converting DC power output from the first DC power source (2) into DC power having a desired voltage value and outputting the DC power to the DC bus (15);
An inverter (12) for converting the DC power of the DC bus (15) into AC power and outputting the AC power to a power system (4);
A first control unit (14) for controlling the inverter (12),
The DC bus (15) includes a second DC-DC converter (21) that converts DC power output from the second DC power source (3) into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to the DC bus (15). ) Is connected,
The first control unit (14) is connected to the second control unit (23) for controlling the second DC-DC converter (21) by a signal line (42), and the power system (4) is interrupted. A power converter (10), wherein a signal indicating whether or not the power is output to the signal line (42).
According to this, the 2nd control part (23) can recognize the occurrence of a power failure of electric power system (4) with high accuracy, suppressing cost.
[Item 2]
The power conversion according to
According to this, since a predetermined communication procedure is not necessary, it is possible to notify the occurrence of a power failure from the first control unit (14) to the second control unit (23) at high speed.
[Item 3]
A power supply unit (13) that converts AC power of the power system (4) into DC power for operating the first control unit (14) and supplies the converted DC power to the first control unit (14). )
The first control unit (14) outputs a signal indicating that the power system (14) is out of power when the voltage of the DC power supplied from the power supply unit (13) is lower than a predetermined value. 3. The power conversion device (10) according to
According to this, by monitoring the control power supply voltage, before the power supply of the first control unit (14) is lost, it is possible to detect a power failure and notify the second control unit (23) of the occurrence of the power failure. it can.
[Item 4]
At least one of the first control unit (14) and the second control unit (23) reaches the predetermined value after the voltage of the DC power supplied from the power supply unit (13) falls below a detection threshold. The power conversion device (10) according to
According to this, the 1st control part (14) can leave the log of a power failure.
[Item 5]
The power supply unit (13) converts the DC power of the DC bus (15) into DC power for operating the first control unit (14), and the converted DC power is converted into the first control unit (14). The power conversion device (10) according to
According to this, the first control unit (14) can be operated even during a power failure of the power system (4).
[Item 6]
The inverter (12) supplies AC power to the power system (4) via a switch (S1),
The power converter (10) according to
According to this, it is possible to detect power recovery of the power system (4).
[Item 7]
The first DC power source (2) is a solar cell (2);
The second DC power supply (3) is a power storage unit (3),
The inverter (12) is capable of converting AC power of the power system (4) into DC power and outputting it to the DC bus (15).
The second DC-DC converter (21) is capable of converting DC power output from the DC bus (15) into DC power having a desired voltage value and outputting the DC power to the power storage unit (3). The power conversion device (10) according to any one of
According to this, even when the power system (4) has a power failure while the solar cell (2) is not generating power, the first control unit (14) can be operated by the power of the power storage unit (3).
[Item 8]
When the first control unit (14) restarts with the DC power discharged from the power storage unit (3) from a stop state after a power failure of the power system (4), the first control unit (14) Transition to the independent mode, or let the user interface unit (30) connected to the first control unit (14) wired or wirelessly notify the user of a message for selecting whether or not to switch to the independent mode.
According to this, the user can select whether or not to switch to the self-supporting mode.
[Item 9]
A power converter (20) connected to the power converter (10) according to any one of
A second DC-DC converter (21) for converting DC power output from the second DC power source (3) into DC power having a desired voltage value and outputting the DC power to the DC bus (15);
A second controller (23) for controlling the second DC-DC converter (21),
The second control unit (23) is connected to the first control unit (14) by a signal line (42), and whether or not the power system (4) is out of power from the signal line (42). A power converter (20), characterized by receiving a signal indicating.
According to this, the 2nd control part (23) can recognize the occurrence of a power failure of electric power system (4) with high accuracy, suppressing cost.
[Item 10]
The second DC power supply (3) is a power storage unit (3),
When the second control unit (23) receives a signal from the signal line (42) indicating that the power system (4) is out of power, the power storage unit (3) to the DC bus (15). The power converter (20) according to item 9, wherein the second DC-DC converter (21) is controlled to discharge.
According to this, the power supply unit (13) can acquire power from the DC bus (15). [Item 11]
A first DC-DC converter (11) for converting DC power output from the first DC power source (2) into DC power having a desired voltage value and outputting the DC power to the DC bus (15); and the DC bus (15) A first power conversion device having an inverter (12) that converts DC power into AC power and outputs front AC power to the front power system, and a first control unit (14) that controls the inverter (12) ( 10) and
A second DC-DC converter (21) for converting DC power output from the second DC power supply (3) into DC power having a desired voltage value and outputting the DC power to the DC bus (15); and the second DC-DC converter A second power converter (20) having a second control unit (23) for controlling (21),
The first control unit (14) is connected to the second control unit (13) through a signal line (42), and a signal indicating whether or not the power system (4) has a power failure is transmitted to the signal line. The power conversion system (1) characterized by outputting to (42).
According to this, the 2nd control part (23) can recognize the occurrence of a power failure of electric power system (4) with high accuracy, suppressing cost.
１ 電力変換システム、 ２ 太陽電池、 ３ 蓄電部、 ４ 電力系統、 ５ 負荷、 ６ 自立出力端子、 ７ システム内負荷、 ８ 電圧検出センサ、 １０ 第１電力変換装置、 １１ 第１ＤＣ−ＤＣコンバータ、 １２ インバータ、 １３ 第１電源部、 １３ａ 絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ、 １３ｂ 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ、 １４ 第１制御部、 １４ａ 降圧回路、 １４ｂ 第１マイクロコンピュータ、 Ｐ１ 第１フォトカプラ、 １５ 直流バス、 ２０ 第２電力変換装置、 ２１ 第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、 ２２ 第２電源部、 ２３ 第２制御部、 ３０ 操作表示部、 ４１ 通信線、 ４２ 停電通知信号線、 ４３ 通信線、 Ｓ１ 系統連系リレー、 Ｓ２ 自立出力リレー、 Ｓ３ 系統／自立切替リレー、 Ｒ１ 第１抵抗、 Ｒ２ 第２抵抗、 Ｄ１ 第１ダイオード、 Ｄ２ 第２ダイオード、 Ｄ３ 第３ダイオード、 Ｄ４ 第４ダイオード、 Ｄ５ 第５ダイオード、 Ｄ６ 第６ダイオード、 Ｑ１ トランジスタ、 ２３ｂ 第２マイクロコンピュータ、 Ｐ２ 第２フォトカプラ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記直流バスの直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統へ出力するインバータと、
前記インバータを制御する第１制御部と、を備え、
前記直流バスには、第２直流電源から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記直流バスに出力する第２ＤＣ−ＤＣコンバータが接続され、
前記第１制御部は、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第２制御部と信号線で接続されており、前記電力系統が停電している否かを示す信号を前記信号線に出力することを特徴とする電力変換装置。 A first DC-DC converter that converts DC power output from the first DC power source into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to a DC bus;
An inverter that converts the DC power of the DC bus into AC power and outputs the AC power to a power system;
A first control unit for controlling the inverter,
Connected to the DC bus is a second DC-DC converter that converts DC power output from a second DC power source into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to the DC bus,
The first control unit is connected to a second control unit that controls the second DC-DC converter through a signal line, and outputs a signal indicating whether or not the power system is out of power to the signal line. The power converter characterized by this.
前記第１制御部は、前記電源部から供給される直流電力の電圧が所定値より低くなったとき、前記電力系統が停電していることを示す信号を前記信号線に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。 A power supply unit that converts AC power of the power system into DC power for operating the first control unit, and supplies the converted DC power to the first control unit;
The first control unit outputs a signal indicating that the power system is out of power to the signal line when the voltage of the DC power supplied from the power source unit is lower than a predetermined value. The power conversion device according to claim 1 or 2.
前記電源部は、前記スイッチより前記電力系統側の給電点から交流電力を取得することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。 The inverter supplies AC power to the power system via a switch,
The power converter according to claim 5, wherein the power supply unit obtains AC power from a feed point on the power system side from the switch.
前記第２直流電源は蓄電部であり、
前記インバータは、前記電力系統の交流電力を直流電力に変換して前記直流バスに出力することが可能であり、
前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記直流バスから出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記蓄電部に出力することが可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電力変換装置。 The first DC power source is a solar cell;
The second DC power source is a power storage unit;
The inverter is capable of converting AC power of the power system into DC power and outputting it to the DC bus,
7. The second DC-DC converter can convert DC power output from the DC bus into DC power having a desired voltage value and output the DC power to the power storage unit. The power converter device in any one of.
第２直流電源から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記直流バスに出力する第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第２制御部と、を備え、
前記第２制御部は、前記１制御部と信号線で接続されており、前記信号線から前記電力系統が停電している否かを示す信号を受け取ることを特徴とする電力変換装置。 A power converter connected to the power converter according to any one of claims 1 to 8,
A second DC-DC converter that converts DC power output from the second DC power source into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to the DC bus;
A second control unit for controlling the second DC-DC converter,
The second control unit is connected to the first control unit through a signal line, and receives a signal indicating whether or not the power system is out of power from the signal line.
前記第２制御部は、前記信号線から前記電力系統が停電していることを示す信号を受け取ると、前記蓄電部から前記直流バスに放電するよう、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。 The second DC power source is a power storage unit;
When the second control unit receives a signal indicating that the power system is out of power from the signal line, the second control unit controls the second DC-DC converter to discharge from the power storage unit to the DC bus. The power converter according to claim 9, wherein
第２直流電源から出力される直流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して前記直流バスに出力する第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第２制御部と、を有する第２電力変換装置と、を備え、
前記第１制御部は、前記第２制御部と信号線で接続されており、前記電力系統が停電している否かを示す信号を前記信号線に出力することを特徴とする電力変換システム。 A first DC-DC converter that converts DC power output from the first DC power source into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to a DC bus; converts the DC power of the DC bus into AC power; A first power conversion device comprising: an inverter that outputs to the front power system; and a first control unit that controls the inverter;
A second DC-DC converter that converts DC power output from the second DC power source into DC power having a desired voltage value and outputs the DC power to the DC bus; a second control unit that controls the second DC-DC converter; A second power conversion device having
The first control unit is connected to the second control unit through a signal line, and outputs a signal indicating whether or not the power system is out of power to the signal line.
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