JP6493098B2 - 電源装置及びその充電制御方法 - Google Patents
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Description
本開示の電源装置は、装置内で入力端から出力端に至る交流電路と、前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、前記入力端での入力電圧を検出する電圧センサと、前記変換部についての交流の充放電電流を検出する充放電電流センサと、前記変換部を制御して前記蓄電池を充電又は放電させるとともに、前記電圧センサの検出出力に基づいて前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、当該劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限する制御部と、を備えている。
前記入力端での入力電圧を取得し、前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、前記劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限する、充電制御方法である。
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、出力電流に応じて動的に上限値を定めることができる。従って、常に、その時の上限値を的確に定めることができ、交流電力の利用効率を高めることができる。
この場合、出力電流に応じて予め適切な、充電電流の上限値を定めることができる。従って、上限値を定める手順が簡素で、制御が簡単である。
この場合、数式により簡単に上限値を求めることができる。
(5)前記制御部は、前記劣化の指標を、前記入力電圧の歪み率とすることができる。
(6)前記制御部は、前記劣化の指標を、前記入力電圧の実効値と、前記入力電圧の瞬時値の絶対値での最大値との差とすることができる。
(7)また、前記制御部は、前記劣化の指標を、前記入力電圧及び入力電流の位相及び力率とすることができる。なお、入力電流は、入力端に入力電流センサを設けて検出してもよいし、出力端への出力電流及び、充放電電流に基づいて算出してもよい。
すなわち、前記制御部は、前記入力端での入力電流及び、所定期間に前記入力電流の実効値を求め、当該実効値から理想正弦波を生成し、その後の期間において、前記理想正弦波と実際の入力電流とを互いに比較することで前記劣化の程度を把握するようにしてもよい。
前記入力端での入力電圧を取得し、前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、前記劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限する、充電制御方法である。
以下、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、本発明の一実施形態による電源装置の概要を示す単線接続図である。図において、電源装置1の入力端4には交流電源2が接続され、出力端5には交流負荷3が接続されている。交流負荷3は、電源装置1を通して電源供給したい電気機器である。入力端4から出力端5に至る交流電路6の途中には、ACスイッチ27が設けられている。交流電路6には、DC/DCコンバータ11及び双方向インバータ12を含む変換部13が接続されている。また、交流電路6には、変換部13を介して、蓄電池10が接続されている。
交流電源2が使用できない(又は交流電源2を使用しない)ときは、ACスイッチ27が開路し、蓄電池10に蓄えられた電力が変換部13により交流電力に変換され、交流負荷3に供給される。
図2は、電源装置1の詳細な回路図の一例である。
図2において、入力端4(入力側端子)には外部の交流電源2が接続される。交流電源2としては、商用電力系統の他、太陽光発電その他の小規模発電装置による独立電源も接続可能である。出力端5(出力側端子)には交流負荷3が接続される。入力端4から出力端5へ至る交流電路6(2線路)の1線路には、ACスイッチ27が設けられている。ACスイッチ27は、制御部30により開閉制御される。
上記のように構成された電源装置1の変換部13は、交流電源2の電力により、蓄電池10を充電する動作、及び、蓄電池10の放電電力により、交流負荷3に電力を供給する動作、の双方向動作が可能である。
なお、双方向インバータ12が昇圧を行う場合の交流リアクトル22は、双方向インバータ12の一部である。
次に、交流電源2から交流負荷3に電力供給し、かつ、交流電源2によって蓄電池10を充電する場合の、充電電流の制限について説明する。例えば、交流電源2を、商用電力系統の常設のコンセントからとった場合は、当該コンセントへの屋内配線の分岐元にあるブレーカの定格通電電流の範囲内で、電流(電力)を使用することができる。例えば、交流電源2からの入力電流をIAC、充電電流をIC、交流負荷3への負荷電流をIL、ブレーカの定格電流をINとすると、IL+IC=IACであり、IAC≦INであれば連続して使用することができる。また、入力電圧の電圧降下や波形の歪みも許容範囲内に収まる。
そこで、このような場合の充電電流の制限について説明する。
図3は、充電電流の制限のための、第1の充電制御方法を示すフローチャートである。このような処理は、制御部30により、周期的に実行される。
図において、処理開始により、制御部30は、入力電圧を、基本波の1サイクル以上にわたって取得する(ステップS31)。続いて、制御部30は、歪み率を演算する(ステップS32)。
THD=(V2 2+V3 2+V4 2+・・・+Vn 2)1/2/V1
である。nの値は例えば40であるが、次数の上限を、影響の大きい次数までに限定して演算することもできる。
これが、最も基本的な制御である。
図4は、充電電流の制限のための、第2の充電制御方法を示すフローチャートである。このような処理は、制御部30により、周期的に実行される。
図において、処理開始により、制御部30は、初期値として充電電流を0[A]に設定する(ステップS41)。そして、制御部30は、入力電圧を、基本波の1サイクル以上にわたって取得する(ステップS42)。
図5は、充電電流の制限のための、第3の充電制御方法を示すフローチャートである。このような処理は、制御部30により、周期的に実行される。
図において、処理開始により、制御部30は、電流センサ26からの検出信号に基づいて、出力電流を取得する(ステップS51)。
出力電流が0〜ILS以下のとき、充電電流はICH、
出力電流がILSより大きくILM以下のとき、充電電流はICM、
出力電流がILMより大きくILH以下のとき、充電電流はICS、
である。
なお、上述の各方法のように、充電電流を段階的に模索して決定するのではなく、例えば前述の数式IL+IC=IACに基づいて決定することもできる。
すなわち、電流センサ26は、出力端5への出力電流ILを検出している。そこで、入力端4からの入力電流IACを適宜設定し、充電電流の上限値を、(IAC−IL)に基づいて設定するようにしてもよい。
この場合、数式により簡単に上限値を求めることができる。
以上の説明では、歪み率に基づく充電電流の制限について説明した。但し、歪み率を正確に計算するにはフーリエ変換を行わなければならず、制御部30にとって、計算負荷が重い。そこで、歪み率に代えて、計算負荷が軽く、実用性に富む指標を提案する。
すなわち、制御部30は、入力電圧の歪みによる「波形の劣化」を検出し、当該劣化の程度に応じて蓄電池10の充電電流を制限すればよい。
また、制御部30は、入力電圧のみならず、入力端4での入力電流を検出する電流センサ29(入力電流センサ)の検出出力に基づいて、劣化の指標を、入力電圧及び入力電流の位相及び力率とすることができる。
なお、上記実施形態では、パワーコンディショナの自立運転出力コンセントその他の独立電源を想定したが、商用電力系統であっても、同様の充電電流の制限が必要になる場合がある。例えば、仮設電源のように、商用電力系統から長いケーブルを用いて仮設コンセントを設けた場合には、直近の変圧器から仮設コンセントまでの電路の総延長距離が長くなる。そのため、仮設コンセントから見た電源側のインピーダンスが、常設コンセントよりも、大きくなる。すなわち、この場合も、独立電源と同様に、充電電流の制限が必要になる。
なお、上述の各充電制御方法については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
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 交流電源
3 交流負荷
4 入力端
5 出力端
6 交流電路
10 蓄電池
11 DC/DCコンバータ
12 双方向インバータ
13 変換部
14 電圧センサ
15 コンデンサ
16 直流リアクトル
17 電流センサ
18 DCバス
19 コンデンサ
20 電圧センサ
21 フィルタ回路
22 交流リアクトル
23 コンデンサ
24 電流センサ(充放電電流センサ)
25 電圧センサ
26 電流センサ(出力電流センサ)
27 ACスイッチ
28 電圧センサ
29 電流センサ(入力電流センサ)
30 制御部
Q1〜Q6 スイッチング素子
d1〜d6 ダイオード
Claims (10)
- 装置内で入力端から出力端に至る交流電路と、
前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、
前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、
前記入力端での入力電圧を検出する電圧センサと、
前記変換部についての交流の充放電電流を検出する充放電電流センサと、
前記変換部を制御して前記蓄電池を充電又は放電させるとともに、前記電圧センサの検出出力に基づいて前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、当該劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限する制御部と、
前記出力端への出力電流を検出する出力電流センサと、を備え、
前記制御部は、負荷に一定の出力電流を提供している状態で、充電電流を0[A]から徐々に増大させ、前記劣化の許容限度を表す閾値を超える直前の充電電流を、当該出力電流についての上限値とする電源装置。 - 装置内で入力端から出力端に至る交流電路と、
前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、
前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、
前記入力端での入力電圧を検出する電圧センサと、
前記変換部についての交流の充放電電流を検出する充放電電流センサと、
前記変換部を制御して前記蓄電池を充電又は放電させるとともに、前記電圧センサの検出出力に基づいて前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、当該劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限する制御部と、
前記出力端への出力電流を検出する出力電流センサと、を備え、
前記制御部は、負荷への出力電流に応じて段階的に前記充電電流の上限値を設定する電源装置。 - 装置内で入力端から出力端に至る交流電路と、
前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、
前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、
前記入力端での入力電圧を検出する電圧センサと、
前記変換部についての交流の充放電電流を検出する充放電電流センサと、
前記変換部を制御して前記蓄電池を充電又は放電させるとともに、前記電圧センサの検出出力に基づいて前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、当該劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限する制御部と、
前記出力端への出力電流I L を検出する出力電流センサと、を備え、
前記制御部は、前記入力端からの入力電流I AC を設定し、前記充電電流の上限値を、(I AC −I L )に基づいて設定する電源装置。 - 前記制御部は、前記劣化の指標を、前記入力電圧の歪み率とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記制御部は、前記劣化の指標を、前記入力電圧の実効値と、前記入力電圧の瞬時値の絶対値での最大値との差とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記制御部は、前記劣化の指標を、前記入力電圧及び入力電流の位相及び力率とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記制御部は、前記入力端での入力電流及び、所定期間に前記入力電流の実効値を求め、当該実効値から理想正弦波を生成し、その後の期間において、前記理想正弦波と実際の入力電流とを互いに比較することで前記劣化の程度を把握する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。
- 装置内で入力端から出力端に至る交流電路と、前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、前記変換部を制御して前記蓄電池を充電又は放電させる制御部と、を備えた電源装置について、前記制御部が実行する充電制御方法であって、
前記入力端での入力電圧を取得し、
前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、
前記劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限するにあたって、前記出力端から負荷に一定の出力電流を提供している状態で、充電電流を0[A]から徐々に増大させ、前記劣化の許容限度を表す閾値を超える直前の充電電流を、当該出力電流についての上限値とする、充電制御方法。 - 装置内で入力端から出力端に至る交流電路と、前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、前記変換部を制御して前記蓄電池を充電又は放電させる制御部と、を備えた電源装置について、前記制御部が実行する充電制御方法であって、
前記入力端での入力電圧を取得し、
前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、
前記劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限するにあたって、負荷への出力電流に応じて段階的に前記充電電流の上限値を設定する、充電制御方法。 - 装置内で入力端から出力端に至る交流電路と、前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、前記変換部を制御して前記蓄電池を充電又は放電させる制御部と、を備えた電源装置について、前記制御部が実行する充電制御方法であって、
前記入力端での入力電圧を取得し、
前記入力電圧の歪みによる波形の劣化を検出し、
前記劣化の程度に応じて前記蓄電池の充電電流を制限するにあたって、前記出力端への出力電流I L をとして、前記入力端からの入力電流I AC を設定し、前記充電電流の上限値を、(I AC −I L )に基づいて設定する、充電制御方法。
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