JP5938679B2 - Bidirectional converter - Google Patents
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Description
本発明は、異なる電力システム間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータに関する。 The present invention relates to a bidirectional converter that is used by being inserted into a circuit between different power systems.
従来から、蓄電池と電力系統側との間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータ(電力変換装置)が知られている(例えば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a bidirectional converter (power conversion device) that is used by being inserted in an electric circuit between a storage battery and a power system side is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載された電力変換装置は、電気自動車のバッテリ(蓄電池)の充放電を制御する装置である。特許文献1に記載された電力変換装置は、制御回路の動作電圧を生成する第1電源回路および第2電源回路を備える。第1電源回路は、電力系統から供給される交流電圧から制御回路の動作電圧を生成する。第2電源回路は、電気自動車の直流電源から供給される直流電圧から制御回路の動作電圧を生成する。そして、特許文献1に記載された電力変換装置は、制御回路に動作電圧を供給する電源として、電力系統から電力が供給されている場合に第1電源回路を選択し、電力系統からの電力供給が途絶えた場合に第2電源回路を選択する。
The power converter described in
しかしながら、特許文献1に記載された従来の電力変換装置は、制御回路に動作電圧を供給する電源回路を選択する際に、電力変換の際の使用電力の効率を考慮していないため、当該効率の悪い電源回路を選択する場合があった。
However, the conventional power conversion device described in
本発明は上記の点に鑑みて為された発明であり、本発明の目的は、電力変換の際の使用電力の効率を改善することができる双方向コンバータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a bidirectional converter that can improve the efficiency of power used in power conversion.
本発明の双方向コンバータは、第1の電力システムと第2の電力システムとの間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータであって、前記第1の電力システムと前記第2の電力システムとの間において双方向で電力を変換する電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、各々が前記第1の電力システムまたは前記第2の電力システムから電力供給を受けて前記制御部の駆動電力を当該制御部に供給可能に設けられた第1の制御電源および第2の制御電源と、前記第1の制御電源および前記第2の制御電源のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択する選択部と、前記第1の電力システム側の第1の電圧を計測する第1の計測部と、前記第2の電力システム側の第2の電圧を計測する第2の計測部と、前記第1の電力システムと前記第2の電力システムとの間で変換される予定電力を取得する取得部と、前記第1の計測部で計測された前記第1の電圧、前記第2の計測部で計測された前記第2の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせにおいて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第1の制御電源を用いた場合の効率、および、当該電源として前記第2の制御電源を用いた場合の効率を求める演算部とを備え、前記選択部は、前記第1の制御電源および前記第2の制御電源のうち、前記演算部で演算された前記効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択することを特徴とする。 The bidirectional converter according to the present invention is a bidirectional converter that is used by being inserted into an electric circuit between a first power system and a second power system, and the first power system and the second power system. A power conversion unit that bi-directionally converts power, a control unit that controls the power conversion unit, and each of which receives power from the first power system or the second power system and performs the control Among the first control power source and the second control power source provided so as to be able to supply the drive power of the unit to the control unit, and the first control power source and the second control power source, the efficiency of the power used is high A selection unit that selects the control power source as a power source that supplies the driving power to the control unit, a first measurement unit that measures a first voltage on the first power system side, and the second Second on the power system side Measured by a second measurement unit that measures voltage, an acquisition unit that acquires planned power to be converted between the first power system and the second power system, and the first measurement unit In the combination of the first voltage, the second voltage measured by the second measurement unit, and the scheduled power acquired by the acquisition unit, as a power source for supplying the drive power to the control unit An arithmetic unit that obtains the efficiency when using the first control power source and the efficiency when using the second control power source as the power source, and the selection unit includes the first control power source and Of the second control power sources, the control power source having the higher efficiency calculated by the arithmetic unit is selected as a power source for supplying the driving power to the control unit .
この双方向コンバータにおいて、前記第1の電力システムおよび前記第2の電力システムとは別に設けられて起動時に前記第1の制御電源および前記第2の制御電源の少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段をさらに備えることが好ましい。 In this bidirectional converter, a power supply provided separately from the first power system and the second power system and supplying power to at least one of the first control power supply and the second control power supply at startup Preferably further means are provided.
この双方向コンバータにおいて、前記第1の電圧と前記第1の制御電源の効率とが対応付けられている第1のテーブルと、前記第2の電圧と前記第2の制御電源の効率とが対応付けられている第2のテーブルと、前記第1の電圧、前記第2の電圧および前記予定電力の組み合わせと前記電力変換部の効率とが対応付けられている第3のテーブルとを記憶する記憶部をさらに備え、前記演算部は、前記記憶部に記憶されている前記第1のテーブルを用いて、前記第1の計測部で計測された前記第1の電圧に対応する前記第1の制御電源の効率を決定する第1の決定部と、前記記憶部に記憶されている前記第2のテーブルを用いて、前記第2の計測部で計測された前記第2の電圧に対応する前記第2の制御電源の効率を決定する第2の決定部と、前記記憶部に記憶されている前記第3のテーブルを用いて、前記第1の計測部で計測された前記第1の電圧、前記第2の計測部で計測された前記第2の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせに対応する前記電力変換部の効率を決定する第3の決定部と、前記第1の決定部で決定された前記第1の制御電源の効率、前記第2の決定部で決定された前記第2の制御電源の効率、前記第3の決定部で決定された前記電力変換部の効率、前記取得部で取得された前記予定電力、および、前記駆動電力を用いて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第1の制御電源を用いた場合の効率と、当該電源として前記第2の制御電源を用いた場合の効率とを算出する算出部とを含むことが好ましい。 In this bidirectional converter, the first table in which the first voltage and the efficiency of the first control power supply are associated with each other, and the second voltage and the efficiency of the second control power supply correspond to each other. A storage for storing a second table attached and a third table in which the combination of the first voltage, the second voltage, and the scheduled power is associated with the efficiency of the power conversion unit A first control unit corresponding to the first voltage measured by the first measurement unit using the first table stored in the storage unit. The first determination unit that determines the efficiency of the power supply and the second table stored in the storage unit, and the second voltage corresponding to the second voltage measured by the second measurement unit. A second determining unit that determines the efficiency of the two control power sources; Using the third table stored in the storage unit, the first voltage measured by the first measurement unit, the second voltage measured by the second measurement unit, and A third determination unit that determines the efficiency of the power conversion unit corresponding to the combination of the planned power acquired by the acquisition unit, and the efficiency of the first control power source determined by the first determination unit The efficiency of the second control power source determined by the second determination unit, the efficiency of the power conversion unit determined by the third determination unit, the scheduled power acquired by the acquisition unit, and Using the driving power, the efficiency when the first control power source is used as the power source for supplying the driving power to the control unit, and the efficiency when the second control power source is used as the power source. It is preferable that the calculation part to calculate is included.
本発明の双方向コンバータでは、制御部に駆動電力を供給する制御電源を使用状況に応じて選択することができるので、電力変換の際の使用電力の効率を改善することができる。 In the bidirectional converter according to the present invention, a control power supply that supplies driving power to the control unit can be selected according to the use situation, so that the efficiency of the power used during power conversion can be improved.
以下の実施形態1,2において、双方向コンバータは、制御部の駆動電力(動作電力)を当該制御部に供給可能に設けられた第1の制御電源および第2の制御電源を備える。第1の制御電源および第2の制御電源の各々は、第1の電力システムまたは第2の電力システムから電力供給を受けて制御部に駆動電力を供給する。そして、双方向コンバータは、第1の制御電源および第2の制御電源のうち、双方向コンバータの使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御部に駆動電力を供給する電源として選択する。 In the following first and second embodiments, the bidirectional converter includes a first control power source and a second control power source provided so as to be able to supply drive power (operating power) of the control unit to the control unit. Each of the first control power supply and the second control power supply receives power supply from the first power system or the second power system and supplies drive power to the control unit. Then, the bidirectional converter selects a control power source having higher efficiency of power used by the bidirectional converter as a power source for supplying driving power to the control unit, out of the first control power source and the second control power source.
これにより、双方向コンバータでは、制御部に駆動電力を供給する制御電源を使用状況に応じて選択することができるので、電力変換の際の双方向コンバータの効率を改善することができる。 Thereby, in the bidirectional converter, the control power supply that supplies the driving power to the control unit can be selected according to the use situation, so that the efficiency of the bidirectional converter at the time of power conversion can be improved.
以下、図面を参照しながら、実施形態1,2について説明する。
Hereinafter,
(実施形態1)
実施形態1に係るパワーコンディショナ1は、図1に示すように、蓄電池(第1の電力システム)2の蓄電および放電を制御する充放電用の双方向コンバータである。本実施形態のパワーコンディショナ1は、例えば電力会社から電力が供給されている需要家において、蓄電池2と系統側システム(第2の電力システム)3との間の電路に挿入されて用いられる。需要家としては、例えば戸建住宅、集合住宅の各住戸、工場、事務所などがある。なお、図1において、実線は電路を示し、破線は電路以外の信号線などを示す。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、パワーコンディショナ1がV2H(Vehicle to Home)システムに用いられる場合について説明する。V2Hシステムは、電気自動車に搭載されている大容量蓄電池に家庭の電力系統から充電するのみではなく、当該蓄電池に貯めた電力を家庭の電力系統と連係して使用(放電)することができるシステムである。
This embodiment demonstrates the case where the
本実施形態のパワーコンディショナ1は、充放電時に蓄電池2の直流電力(直流電圧、直流電流)と系統側システム3の交流電力(交流電圧、交流電流)とを相互に変換する電気自動車用充放電器である。このパワーコンディショナ1は、蓄電池2の充電時には、系統側システム3からの交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を蓄電池2へ出力する。一方、蓄電池2の放電時には、パワーコンディショナ1は、蓄電池2の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を系統側システム3へ出力する。
The
蓄電池2は、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの電気自動車用大容量蓄電池であり、電気自動車に搭載されている。蓄電池2は、パワーコンディショナ1に接続され、パワーコンディショナ1を介して系統側システム3から供給される電力によって充電される。また、停電時に系統側システム3に接続されている負荷機器(図示せず)を動作させたい場合に、蓄電池2は、パワーコンディショナ1を介して系統側システム3に放電する。
The
系統側システム3は、電力系統31に接続されているシステムである。図示しないが、系統側システム3は、電力系統31に接続されている分電盤を備えており、負荷機器に電力を供給する。当該分電盤は、第2の電路52によってパワーコンディショナ1に接続されている。当該負荷機器は、当該分電盤に接続されており、電力系統31または蓄電池2から電力が供給されると動作する。
The
本実施形態のパワーコンディショナ1は、図1に示すように、第1の接続部11と、第2の接続部12と、解列器13と、電力変換部14と、第1の制御電源15と、第2の制御電源16と、制御装置4とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
第1の接続部11は、電力変換部14側の電路171と蓄電池2側の第1の電路51とを接続するために設けられた端子である。すなわち、第1の接続部11には、蓄電池2が電気的に接続されている。
The
開閉器21は、パワーコンディショナ1と蓄電池2との間の第1の電路51に挿入されて設けられている。そして、開閉器21は、パワーコンディショナ1と蓄電池2との間を電気的に接続させるように閉じたり、パワーコンディショナ1と蓄電池2との間を電気的に遮断させるように開いたりする。開閉器21は、例えば蓄電池2の充放電が行われない場合、または、蓄電池2の充放電中に異常が発生した場合に開く。
The
第2の接続部12は、電力変換部14側の電路172と系統側システム3側の第2の電路52とを接続するために設けられた端子である。すなわち、第2の接続部12には、系統側システム3が電気的に接続されている。
The
解列器13は、第2の接続部12と電力変換部14との間の電路172に挿入されて設けられており、後述の制御部41の制御によって開閉する。すなわち、解列器13は、第2の接続部12と電力変換部14との間を電気的に接続させるように閉じたり、第2の接続部12と電力変換部14との間を電気的に遮断させるように開いたりする。
The
電力変換部14は、蓄電池2と系統側システム3との間において双方向で電力(電圧、電流)を変換する。電力変換部14は、DC/ACインバータ(DC/AC変換部)141と、平滑コンデンサ142と、DC/DCコンバータ(DC/DC変換部)143とを備えている。電力変換部14は、後述の制御部41の制御によって動作する。
The
DC/ACインバータ141は、制御部41の制御によって直流電力(直流電圧、直流電流)と交流電力(交流電圧、交流電流)との間を変換する双方向DC/ACインバータである。DC/ACインバータ141は、スイッチング素子(図示せず)のオンオフによって動作する。このスイッチング素子は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT、以下「IGBT」という)などであり、制御部41からの制御信号に従ってオンオフを切り替える。
The DC /
DC/ACインバータ141は、蓄電池2の充電時には、系統側システム3から第2の接続部12および解列器13を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、平滑コンデンサ142を介して当該直流電力をDC/DCコンバータ143へ出力する。一方、蓄電池2の放電時には、DC/ACインバータ141は、DC/DCコンバータ143から出力された直流電力を交流電力に変換して系統側システム3へ出力する。
When charging the
平滑コンデンサ142は、DC/ACインバータ141とDC/DCコンバータ143との間に設けられている。平滑コンデンサ142は、蓄電池2の充電時において、DC/ACインバータ141の出力電圧を平滑し、蓄電池2の放電時において、DC/DCコンバータ143の出力電圧を平滑する。
The smoothing
DC/DCコンバータ143は、制御部41の制御によって直流電力(直流電圧、直流電流)の大きさを変換する双方向DC/DCコンバータである。DC/DCコンバータ143は、スイッチング素子(図示せず)のオンオフによって動作する。このスイッチング素子は、例えばIGBTなどであり、制御部41からの制御信号に従ってオンオフを切り替える。また、DC/DCコンバータ143は、例えばトランスを用いた絶縁型DC/DCコンバータである。なお、DC/DCコンバータ143は、絶縁型に限らず、非絶縁型であってもよい。
The DC /
DC/DCコンバータ143は、蓄電池2の充電時には、DC/ACインバータ141から出力された直流電力を変換して蓄電池2へ出力する。一方、蓄電池2の放電時には、DC/DCコンバータ143は、蓄電池2の直流電力を変換し、平滑コンデンサ142を介してDC/ACインバータ141へ出力する。
The DC /
第1の制御電源15は、制御装置4(制御部41を含む)を駆動するための駆動電力を制御装置4に供給する電源回路である。第1の制御電源15は、第1の接続部11と電力変換部14との間の電路171に接続されている。すなわち、第1の制御電源15は、蓄電池2から電力供給を受けて制御装置4に駆動電力を供給することができるように設けられている。また、第1の制御電源15は、電力変換部14を介して系統側システム3から電力供給を受けて制御装置4に駆動電力を供給することもできる。
The first
第2の制御電源16は、制御装置4(制御部41を含む)を駆動するための駆動電力を制御装置4に供給する電源回路である。第2の制御電源16は、第2の接続部12と電力変換部14との間の電路172に接続されている。すなわち、第2の制御電源16は、系統側システム3から電力供給を受けて制御装置4に駆動電力を供給することができるように設けられている。また、第2の制御電源16は、電力変換部14を介して蓄電池2から電力供給を受けて制御装置4に駆動電力を供給することもできる。
The second
制御装置4は、制御部41と、第1の計測部42と、第2の計測部43と、取得部44と、演算部45と、選択部46と、記憶部47とを備えている。制御装置4は、例えばCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)およびメモリが搭載されたコンピュータ(マイクロコンピュータを含む)を主構成要素とする。
The
制御部41は、電力変換部14を制御する。すなわち、制御部41は、解列器13と、DC/ACインバータ141と、DC/DCコンバータ143とを制御する。これにより、制御部41は、蓄電池2の充電および放電を制御する。この際、制御部41は、第2の接続部12から系統側システム3へ供給する交流電力を、電力系統31が供給する商用電力に協調させる系統連系運転機能を有している。また、制御部41は、蓄電池2に対して充電と放電のいずれを行うのかについて検知する。制御部41は、コンピュータに搭載されたCPUを主構成要素とし、プログラムに従って動作する。
The
第1の計測部42は、第1の接続部11と電力変換部14との間の両端電圧を、蓄電池2側の電池電圧(第1の電圧)V1として計測する。
The
第2の計測部43は、第2の接続部12と電力変換部14との間の両端電圧を、電力系統31側の系統電圧(第2の電圧)V2として計測する。
The
取得部44は、蓄電池2に対する充放電の予定電力(予定電力情報)を取得する。充電の場合、取得部44は、予定充電電力を示す予定充電情報を取得する。予定充電電力は、例えば電路171または第1の電路51に流れる電流と電池電圧V1との積で求められる。放電の場合、取得部44は、予定放電電力を示す予定放電情報を取得する。予定放電電力は、例えば電路172または第2の電路52に流れる電流と系統電圧V2との積で求められる。なお、予定充電電力および予定放電電力を求める手段は、パワーコンディショナ1内にあってもよいし、パワーコンディショナ1とは別であってもよい。予定充電電力および予定放電電力を求める手段がパワーコンディショナ1とは別である場合、取得部44は、予定電力情報を蓄電池2から取得してもよいし、複数の負荷機器を管理するHEMS(Home Energy Management System)などから取得してもよい。また、予定充電電力および予定放電電力は、パワーコンディショナ1内またはパワーコンディショナ1外において、充放電の開始前に予め設定されていてもよい。
The
演算部45は、第1の計測部42で計測された電池電圧V1と、第2の計測部43で計測された系統電圧V2と、取得部44で取得された予定電力との組み合わせにおいて、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いた場合の効率と、当該電源として第2の制御電源16を用いた場合の効率とを求める。演算部45は、第1の決定部451と、第2の決定部452と、第3の決定部453と、算出部454とを備えている。
The
図1に示す第1の決定部451は、記憶部47に記憶されている第1のテーブル471を用いて、第1の計測部42で計測された電池電圧V1に対応する第1の制御電源15の効率η1を決定する。第1の制御電源15の効率η1は、電池電圧V1によって変化する。図3は、第1のテーブル471を示す。図3に示すように、第1のテーブル471では、電池電圧V1と第1の制御電源15の効率η1とが対応付けられている。図3の例では、電池電圧V1がm通りの場合について示されている。
The
図1に示す第2の決定部452は、記憶部47に記憶されている第2のテーブル472を用いて、第2の計測部43で計測された系統電圧V2に対応する第2の制御電源16の効率η2を決定する。第2の制御電源16の効率η2は、系統電圧V2によって変化する。図4は、第2のテーブル472を示す。図4に示すように、第2のテーブル472では、系統電圧V2と第2の制御電源16の効率η2とが対応付けられている。図4の例では、系統電圧V2がn通りの場合について示されている。
The
図1に示す第3の決定部453は、記憶部47に記憶されている第3のテーブル473を用いて、第1の計測部42で計測された電池電圧V1と、第2の計測部43で計測された系統電圧V2と、取得部44で取得された予定電力との組み合わせに対応する電力変換部14の効率η3を決定する。電力変換部14の効率η3は、電池電圧V1と、系統電圧V2と、予定電力とによって変化する。図5は、第3のテーブル473を示す。図5に示すように、第3のテーブル473では、電池電圧V1、系統電圧V2および予定電力の組み合わせと電力変換部14の効率η3とが対応付けられている。図5の例では、z通りの場合について示されている。予定電力が1000W、2000W、3000W、4000Wの4通りである場合、zは(m×n×4)通りとなる。
The
図1に示す算出部454は、第1の決定部451で決定された第1の制御電源15の効率η1と、第2の決定部452で決定された第2の制御電源16の効率η2と、第3の決定部453で決定された電力変換部14の効率η3とを取得する。さらに、算出部454は、取得部44で取得された予定電力と、駆動電力とを取得する。そして、算出部454は、当該効率η1と、当該効率η2と、当該効率η3と、当該予定電力と、当該駆動電力とを用いて、パワーコンディショナ1の効率を算出する。すなわち、算出部454は、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いた場合のパワーコンディショナ1の効率と、当該電源として第2の制御電源16を用いた場合のパワーコンディショナ1の効率とを算出する。
The
パワーコンディショナ1の効率は、蓄電池2の充電時には、系統側システム3側の電力A2に対する蓄電池2側の予定充電電力A1の比率(A1/A2)である。制御装置4(制御部41を含む)に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いる場合、系統側システム3側の電力A2は、蓄電池2を充電するのに必要な電力C1と、第1の制御電源15が制御装置4に駆動電力B1を供給するのに必要な電力D1との総和(C1+D1)である。したがって、パワーコンディショナ1の効率は、A1/(C1+D1)である。このとき、電力C1は(A1/η3)となり、電力D1は(B1/(η3・η1))となる。η1は第1の制御電源15の効率であり、η3は電力変換部14の効率である。
The efficiency of the
一方、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第2の制御電源16を用いる場合、系統側システム3側の電力A2は、蓄電池2を充電するのに必要な電力C1と、第2の制御電源16が制御装置4に駆動電力B1を供給するのに必要な電力D2との総和(C1+D2)である。したがって、パワーコンディショナ1の効率は、A1/(C1+D2)である。このとき、電力C1は(A1/η3)となり、電力D2は(B1/η2)となる。η2は第2の制御電源16の効率であり、η3は電力変換部14の効率である。
On the other hand, when the second
また、蓄電池2の放電時には、パワーコンディショナ1の効率は、蓄電池2側の電力A1に対する系統側システム3側の予定放電電力A2の比率(A2/A1)である。制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いる場合、蓄電池2側の電力A1は、系統側システム3に放電するのに必要な電力C1と、第1の制御電源15が制御装置4に駆動電力B1を供給するのに必要な電力D1との総和(C1+D1)である。したがって、パワーコンディショナ1の効率は、A2/(C1+D1)である。このとき、電力C1は(A1/η3)となり、電力D1は(B1/η1)となる。
Further, when the
一方、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第2の制御電源16を用いる場合、蓄電池2側の電力A1は、系統側システム3に放電するのに必要な電力C1と、第2の制御電源16が制御装置4に駆動電力B1を供給するのに必要な電力D2との総和(C1+D2)である。したがって、パワーコンディショナ1の効率は、A2/(C1+D2)である。このとき、電力C1は(A2/η3)となり、電力D2は(B1/(η3・η2))となる。
On the other hand, when the second
したがって、パワーコンディショナ1の効率は、図2に示すように、充電の場合、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いるときでは、A1/{(A1/η3)+(B1/(η3・η1))}となり、当該電源として第2の制御電源を用いるときでは、A1/{(A1/η3)+(B1/η2)}となる。
Therefore, as shown in FIG. 2, the efficiency of the
放電の場合、パワーコンディショナ1の効率は、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いるときでは、A2/{(A2/η3)+(B1/η1)}となり、当該電源として第2の制御電源16を用いるときでは、A2/{(A2/η3)+(B1/(η3・η2))}となる。
In the case of discharging, the efficiency of the
図1に示す選択部46は、第1の制御電源15および第2の制御電源16のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御装置4に駆動電力を供給する電源として選択する。本実施形態の選択部46は、第1の制御電源15および第2の制御電源16のうち、演算部45で演算された効率が高いほうの制御電源を、制御装置4に駆動電力を供給する電源として選択する。
The
記憶部47は、上述したように、第1のテーブル471と、第2のテーブル472と、第3のテーブル473とを記憶している。なお、記憶部47は、上記以外にも、必要に応じて各種の情報を記憶している。
As described above, the
ところで、本実施形態のパワーコンディショナ1は、起動時に制御部41が電力変換部14を動作させることができないため、パワーコンディショナ1の効率を考慮して第1の制御電源15または第2の制御電源16を選択することができない。
By the way, since the
そこで、本実施形態のパワーコンディショナ1は、起動時に駆動電力を制御装置4に供給する電源として、系統側システム3側の第2の制御電源16を優先的に選択する。
Therefore, the
これにより、パワーコンディショナ1の動作を開始させることができる。たとえパワーコンディショナ1に蓄電池2が接続されていない場合であっても、パワーコンディショナ1を起動させることができる。そして、パワーコンディショナ1の状態(異常など)を把握することできる。
Thereby, operation | movement of the
次に、本実施形態に係るパワーコンディショナ1の動作について図6を用いて説明する。起動時において、パワーコンディショナ1は、第2の制御電源16が制御装置4に駆動電力を供給している。
Next, operation | movement of the
まず、第1の計測部42が電池電圧V1を計測する(S1)。そして、第1の決定部451が第1の制御電源15の効率η1を決定する(S2)。また、第2の計測部43が(系統電圧V2を計測する(S3)。そして、第2の決定部452が第2の制御電源16の効率η2を決定する(S4)。続いて、取得部44が予定電力情報を取得する(S5)。予定電力情報は、充電の場合に予定充電電力を示し、放電の場合に予定放電電力を示す。そして、第3の決定部453が電力変換部14の効率η3を決定する(S6)。その後、算出部454が、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いた場合の使用電力の効率と、当該電源として第2の制御電源16を用いた場合の使用電力の効率とを算出する(S7)。そして、選択部46が、第1の制御電源15および第2の制御電源16のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御装置4に駆動電力を供給する電源として選択する(S8)。
First, the
例えば放電時において、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いる場合、蓄電池2から第1の制御電源15へB1/η1の電力が供給される。B1=100W、η1=0.90(90%)とすると、蓄電池2から第1の制御電源15への供給電力は111Wとなる。このとき、差分電力11W(111W−100W)が損失となる。一方、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第2の制御電源16を用いる場合、電力変換部14から第2の制御電源16へB1/η2の電力が供給される。このとき、蓄電池2から電力変換部14へ(B1/η2)/η3の電力が供給される。B1=100W、η2=0.85(85%)、η3=0.95(95%)とすると、蓄電池2から第2の制御電源16への供給電力は123Wとなる。このとき、差分電力23W(123W−100W)が損失となる。したがって、この例では、制御装置4に駆動電力を供給する電源として第1の制御電源15を用いるほうが好ましい。
For example, when the first
以上説明した本実施形態のパワーコンディショナ1は、第1の制御電源15および第2の制御電源16のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を選択する。これにより、パワーコンディショナ1では、制御装置4(制御部41を含む)に駆動電力を供給する制御電源を使用状況に応じて選択することができるので、電力変換の際のパワーコンディショナ1の効率を改善することができる。
The
この際に、本実施形態のパワーコンディショナ1では、使用時すなわち充電時または放電時の条件によって、パワーコンディショナ1の効率を改善することができる。その結果、蓄電池2の充電時には電力料金を削減することができ、蓄電池2の放電時には蓄電池2の放電時間を延ばすことができる。
At this time, in the
(実施形態2)
実施形態2に係るパワーコンディショナ1は、起動時に用いられる電力供給手段を備えている点で、実施形態1に係るパワーコンディショナ1(図1参照)と相違する。なお、実施形態1のパワーコンディショナ1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
The
本実施形態のパワーコンディショナ1は、電力供給手段を備えている。電力供給手段は、蓄電池2および系統側システム3とは別に設けられており、起動時に第1の制御電源15および第2の制御電源16に電力を供給する。本実施形態のパワーコンディショナ1には、図7に示すように、電力供給手段として、内部電池18が設けられている。なお、図7において、実線は電路を示し、破線は電路以外の信号線などを示す。
The
本実施形態に係るパワーコンディショナ1の動作は、起動時に内部電池18からの電力供給によって第1の制御電源15または第2の制御電源16のいずれかを動作させる点以外において、実施形態1のパワーコンディショナ1の動作と同様である。
The operation of the
以上説明した本実施形態のパワーコンディショナ1は、起動時に蓄電池2および系統側システム3とは別に第1の制御電源15および第2の制御電源16に電力を供給する電力供給手段として内部電池18を備える。これにより、第1の制御電源15および第2の制御電源16のうち効率の高いほうを選択する前に、蓄電池2および系統側システム3から電力供給を受けずにパワーコンディショナ1を起動させることができる。例えば、蓄電池2に接続されていないとき、または、電力系統31が停電であるときでも、パワーコンディショナ1を起動させることができる。
The
なお、本実施形態の変形例として、電力供給手段は、内部電池18に代えて、外部電源(図示せず)を接続するための外部電源入力端子(図示せず)であってもよい。本変形例の場合、パワーコンディショナ1は、起動時に、外部電源入力端子に接続された外部電源からの電力供給によって第1の制御電源15または第2の制御電源16のいずれかを動作させる。これにより、第1の制御電源15および第2の制御電源16のうち効率の高いほうを選択する前に、蓄電池2および系統側システム3から電力供給を受けずにパワーコンディショナ1を起動させることができる。
As a modification of the present embodiment, the power supply means may be an external power supply input terminal (not shown) for connecting an external power supply (not shown) instead of the
また、本実施形態の変形例として、電力供給手段は、第1の制御電源15または第2の制御電源16のいずれか一方に電力を供給するのみであってもよい。本変形例においても、第1の制御電源15および第2の制御電源16のうち効率の高いほうを選択する前に、蓄電池2および系統側システム3から電力供給を受けずにパワーコンディショナ1を起動させることができる。
As a modification of the present embodiment, the power supply unit may only supply power to either the first
なお、各実施形態では、双方向コンバータとして、蓄電池2と電力系統31との間に挿入された充放電用のパワーコンディショナ1について説明したが、双方向コンバータは、当該パワーコンディショナ1には限らない。すなわち、双方向コンバータは、パワーコンディショナ1以外のDC/AC変換器であってもよい。当該DC/AC変換器は、第1の電力システム側から第2の電力システム側に対して直流(直流電力、直流電圧、直流電流)を交流(交流電力、交流電圧、交流電流)に変換し、第2の電力システム側から第1の電力システム側に対して交流を直流に変換する。
In each embodiment, the charge /
また、双方向コンバータは、DC/DC変換器であってもよい。当該DC/DC変換器は、いずれの方向に対しても直流(直流電力、直流電圧、直流電流)を異なる大きさの直流(直流電力、直流電圧、直流電流)に変換する。 The bidirectional converter may be a DC / DC converter. The DC / DC converter converts direct current (direct current power, direct current voltage, direct current) into direct current (direct current power, direct current voltage, direct current) of different magnitudes in any direction.
さらに、双方向コンバータは、AC/AC変換器であってもよい。当該AC/AC変換器は、例えばサイクロコンバータなどであり、いずれの方向に対しても交流(交流電力、交流電圧、交流電流)を異なる大きさまたは周波数の交流(交流電力、交流電圧、交流電流)に変換する。例えば、交流の入出力を行うプラグインハイブリッド車を電力系統に連系する場合などに用いることができる。 Further, the bidirectional converter may be an AC / AC converter. The AC / AC converter is, for example, a cycloconverter or the like, and alternating current (alternating current power, alternating voltage, alternating current) of alternating current (alternating current power, alternating voltage, alternating current) with a different magnitude or frequency in any direction. ). For example, it can be used when a plug-in hybrid vehicle that inputs and outputs alternating current is connected to an electric power system.
なお、各実施形態において、パワーコンディショナ1に接続される系統側システム3は、太陽光発電設備(太陽電池パネル、パワーコンディショナ)を備えてもよい。この場合、双方向コンバータとしてのパワーコンディショナ1は、当該太陽光発電設備からの出力を直流のままで用いて蓄電池2を充電してもよい。すなわち、太陽光発電設備からの出力を交流に変換することなく、直流のままで蓄電池2を充電してもよい。一方、当該太陽光発電設備からの出力を交流に変換し、当該交流を用いて蓄電池2を充電してもよい。
In each embodiment,
1 パワーコンディショナ(双方向コンバータ)
14 電力変換部
15 第1の制御電源
16 第2の制御電源
18 内部電池
2 蓄電池(第1の電力システム)
3 系統側システム(第2の電力システム)
41 制御部
42 第1の計測部
43 第2の計測部
44 取得部
45 演算部
46 選択部
V1 電池電圧(第1の電圧)
V2 系統電圧(第2の電圧)
1 Power conditioner (bidirectional converter)
3 System side system (second power system)
41
V2 System voltage (second voltage)
Claims (3)
前記第1の電力システムと前記第2の電力システムとの間において双方向で電力を変換する電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御部と、
各々が前記第1の電力システムまたは前記第2の電力システムから電力供給を受けて前記制御部の駆動電力を当該制御部に供給可能に設けられた第1の制御電源および第2の制御電源と、
前記第1の制御電源および前記第2の制御電源のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択する選択部と、
前記第1の電力システム側の第1の電圧を計測する第1の計測部と、
前記第2の電力システム側の第2の電圧を計測する第2の計測部と、
前記第1の電力システムと前記第2の電力システムとの間で変換される予定電力を取得する取得部と、
前記第1の計測部で計測された前記第1の電圧、前記第2の計測部で計測された前記第2の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせにおいて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第1の制御電源を用いた場合の効率、および、当該電源として前記第2の制御電源を用いた場合の効率を求める演算部とを備え、
前記選択部は、前記第1の制御電源および前記第2の制御電源のうち、前記演算部で演算された前記効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択する
ことを特徴とする双方向コンバータ。 A bidirectional converter used by being inserted into an electric circuit between a first electric power system and a second electric power system,
A power converter that converts power bidirectionally between the first power system and the second power system;
A control unit for controlling the power conversion unit;
A first control power source and a second control power source, each of which is supplied with power from the first power system or the second power system and is capable of supplying drive power of the control unit to the control unit; ,
A selection unit that selects a control power source having a higher efficiency of power use of the first control power source and the second control power source as a power source for supplying the driving power to the control unit ;
A first measuring unit for measuring a first voltage on the first power system side;
A second measuring unit for measuring a second voltage on the second power system side;
An acquisition unit that acquires scheduled power to be converted between the first power system and the second power system;
In the combination of the first voltage measured by the first measurement unit, the second voltage measured by the second measurement unit, and the scheduled power acquired by the acquisition unit, the control A calculation unit for obtaining efficiency when the first control power source is used as a power source for supplying the driving power to the unit, and efficiency when the second control power source is used as the power source ,
Of the first control power supply and the second control power supply, the selection section uses the control power having the higher efficiency calculated by the calculation section as a power supply for supplying the control power to the control section. Bidirectional converter, characterized by selection .
前記演算部は、The computing unit is
前記記憶部に記憶されている前記第1のテーブルを用いて、前記第1の計測部で計測された前記第1の電圧に対応する前記第1の制御電源の効率を決定する第1の決定部と、A first determination for determining an efficiency of the first control power source corresponding to the first voltage measured by the first measurement unit using the first table stored in the storage unit. And
前記記憶部に記憶されている前記第2のテーブルを用いて、前記第2の計測部で計測された前記第2の電圧に対応する前記第2の制御電源の効率を決定する第2の決定部と、Second determination for determining the efficiency of the second control power supply corresponding to the second voltage measured by the second measurement unit using the second table stored in the storage unit And
前記記憶部に記憶されている前記第3のテーブルを用いて、前記第1の計測部で計測された前記第1の電圧、前記第2の計測部で計測された前記第2の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせに対応する前記電力変換部の効率を決定する第3の決定部と、Using the third table stored in the storage unit, the first voltage measured by the first measurement unit, the second voltage measured by the second measurement unit, and A third determination unit that determines the efficiency of the power conversion unit corresponding to the combination of the scheduled power acquired by the acquisition unit;
前記第1の決定部で決定された前記第1の制御電源の効率、前記第2の決定部で決定された前記第2の制御電源の効率、前記第3の決定部で決定された前記電力変換部の効率、前記取得部で取得された前記予定電力、および、前記駆動電力を用いて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第1の制御電源を用いた場合の効率と、当該電源として前記第2の制御電源を用いた場合の効率とを算出する算出部とを含むThe efficiency of the first control power source determined by the first determination unit, the efficiency of the second control power source determined by the second determination unit, and the power determined by the third determination unit The efficiency of the conversion unit, the planned power acquired by the acquisition unit, and the efficiency when the first control power source is used as a power source for supplying the driving power to the control unit using the driving power And a calculation unit for calculating the efficiency when the second control power source is used as the power source.
ことを特徴とする請求項1記載の双方向コンバータ。The bidirectional converter according to claim 1.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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