JP6520678B2 - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

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本発明は、DC/DCコンバータを制御する制御装置及び制御方法に関する。
近年、太陽電池(以下、PVとも表記する)とパワーコンディショナー(以下、PCSとも表記する)とを組み合わせた太陽光発電システムを、系統及び負荷(電力使用機器群)に接続することが盛んに行われている。
太陽光発電システム用の一般的なPCSには、最大電力点追従制御(以下、MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御と表記する)を行う機能が付与されている。従って、PCSによってPVから最大電力を取り出すことが可能である。しかしPCSと太陽電池の間に蓄電池等の直流電源を追加した場合、直流電源の出力電力が変化することによりPCSへの入力電力が変動する。入力電力の変動が太陽電池の発電電力の変動によるものか、直流電源の出力電力の変動によるものかを区別する機能がPCSに無ければ、PCSは最大電力点追従制御を適切に行うことができないことが生じ得る。
そのため、太陽光発電システムのPVとPCSとを接続する一対のDCラインに、DC/DCコンバータを介して蓄電池を接続して当該蓄電池の充放電電力を調整することによりPCSの入力電力を目標値近傍の値に制御することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2013−138530号公報
上記のような形で太陽光発電システムと組み合わされた蓄電池の充放電電力の調整時には、通常、充放電電力の目標値である電力指令値をDCラインの電圧で除算することにより電流指令値が算出され、DC/DCコンバータの入出力電流値が、算出した電流指令値となるようにDC/DCコンバータがフィードバック制御されている。
しかしながら、そのような制御だと、電力指令値とは異なる大きさの電力が、DCライン・蓄電池間で授受されることになってしまう。具体的には、例えば、DCラインの電圧Vdcが200Vであり、電力指令値(放電電力指令値)が1kWである場合を考える。
この場合、電流指令値として、5A(=1kW/200V)が算出される。そのため、図1(A)に模式的に示してあるように、5Aの電流が、DC/DCコンバータ(図では、“DC/DC”)を介して蓄電池からDCラインに流入する状態が形成される。
5Aの電流の流入によりDCラインの電圧値Vdcが変わらなければ、電力指令値通りの電力を蓄電池からDCライン側へ供給できる。ただし、5Aの電流の流入によりDCラインの電圧値Vdcは、或る電圧(PVの仕様等に応じた電圧)まで上昇してしまう。そのため、Vdcが、例えば205Vまで上昇した場合には、図1(B)に示してあるように、電力指令値よりも大きな電力(1.025kW)が、DCライン・蓄電池間で授受されることになってしまう。
そして、上記のような問題は、蓄電池制御用のDC/DCコンバータではなくても、直流電力を伝送するための一対の主電力線に一対の副電力線を介して接続されたDC/DCコンバータであれば、生じるものである。
本発明は、上記現状に鑑みて成されたものであり、その目的は、直流電力を伝送するための一対の主電力線に一対の副電力線を介して接続されたDC/DCコンバータを流れる電力をより正確に制御できる制御装置及び制御方法を、提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の、直流電力を伝送するための一対の主電力線に一対の副電力線を介して接続されたDC/DCコンバータを制御する制御装置は、前記一対の副電力線を流れる電流の大きさである副電力線電流値が、電流指令値となるように、前記副電力線電流値の測定結果に基づき前記DC/DCコンバータをフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記DC/DCコンバータと前記一対の主電力線との間で授受される電力の大きさを目標値にするときに、前記一対の主電力線間の電位差である主電力線電位差を測定し、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、前記目標値を測定した主電力線電位差で割った値に変更する第1処理を行ってから、前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、測定した前記主電力線電位差及び前記副電力線電流値と前記目標値とに基づき、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、前記DC/DCコンバータと前記一対の主電力線との間で授受される電力の大きさが前記目標値により近づく値に変更する第2処理を行う電流指令値変更部とを備える。
すなわち、本発明の制御装置は、DC/DCコンバータと一対の主電力線との間で授受される電力の大きさを目標値にするときに、まず、主電力線電位差の測定結果と目標値とから電流指令値を算出して、副電力線電流値を当該電流指令値と一致させるための,DC/DCコンバータのフィードバック制御を開始する。その後、制御装置は、主電力線電位差を再測定する。そして、制御装置は、主電力線電位差の再測定結果と目標値とから電流指令値を再算出して、副電力線電流値を、再算出した電流指令値と一致させるための,DC/DCコンバータのフィードバック制御を開始する。
上記のようにDC/DCコンバータを制御すれば、DC/DCコンバータを流れる電力の大きさを、電流指令値を変更しない場合等よりも目標値に近づけることができる。従って、本発明の制御装置によれば、DC/DCコンバータを流れる電力を、電流指令値を変更しない場合等よりも正確に制御することできる。
電流指令値変更部が行う第2処理としては、様々なものを採用することができる。例えば、第2処理は、『前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、測定した前記主電力線電位差と前記副電力線電流値との乗算結果から前記目標値を減じた値を前記目標値に加算し、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、前記値と前記目標値との加算結果を前記主電力線電位差で割った値に変更する処理』であっても良い。また、第2処理は、『前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、それまでの電流指令値に、測定した前記主電力線電位差と前記副電力線電流値との乗算結果の前記目標値に対する割合を乗じた値に変更する処理』であっても良い。
また、本発明の制御装置の電流指令値変更部は、第2処理をN回(N≧1)繰り返すものであっても、前記主電力線電位差及び前記副電力線電流値の測定結果から算出される電力の大きさと前記目標値との差が所定範囲内の値となるまで、前記第2処理を繰り返すものであっても良い。
また、本発明の制御装置を、前記DC/DCコンバータが、双方向DC/DCコンバータであり、前記目標値が、前記DC/DCコンバータに接続された蓄電池に供給すべき電力又は当該蓄電池から取り出すべき電力の目標値である構成を採用しても良い。また、この構成を採用する場合、本発明の制御装置を、前記一対の主電力線により伝送される電力が、太陽電池から、山登り法を用いた最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナーへの電力であり、前記パワーコンディショナーの最大電力点追従制御と干渉しないように前記目標値及び前記目標値の変更周期を決定する目標値決定部を、さらに備える装置として実現しても良い。
また、本発明の、直流電力を伝送するための一対の主電力線と、当該一対の主電力線に一対の副電力線を介して接続されたDC/DCコンバータとの間で授受される電力の大きさを目標値に制御する制御方法は、前記一対の主電力線間の電位差である主電力線電位差を測定し、前記一対の副電力線を流れる電流の大きさである副電力線電流値が、前記目標値を測定された前記主電力線電位差で割った値である電流指令値となるように、前記副電力線電流値の測定結果に基づき前記DC/DCコンバータをフィードバック制御するフィードバック制御処理を開始し、前記フィードバック制御処理の開始後において所定の条件が満たされたときに、前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、測定した前記主電力線電位差及び前記副電力線電流値と前記目標値とに基づき、前記フィードバック制御処理の前記電流指令値を、前記DC/DCコンバータと前記一対の主電力線との間で授受される電力の大きさが前記目標値により近づく値に変更する。
すなわち、本発明の制御方法では、DC/DCコンバータと一対の主電力線との間で授受される電力の大きさを目標値にするときに、まず、主電力線電位差の測定結果と目標値とから電流指令値が算出されて、副電力線電流値を当該電流指令値と一致させるための,DC/DCコンバータのフィードバック制御が開始される。その後、主電力線電位差が再測定されて、主電力線電位差の再測定結果と目標値とから電流指令値を再算出される。そして、副電力線電流値を、再算出した電流指令値と一致させるための,DC/DCコンバータのフィードバック制御が開始される。
上記のようにDC/DCコンバータを制御すれば、DC/DCコンバータを流れる電力の大きさを、電流指令値を変更しない場合等よりも目標値に近づけることができる。従って、本発明の制御方法によれば、DC/DCコンバータを流れる電力を、電流指令値を変更しない場合等よりも正確に制御することできる。
本発明によれば、直流電力を伝送するための一対の主電力線に一対の副電力線を介して接続されたDC/DCコンバータを流れる電力をより正確に制御することができる。
図1は、従来のDC/DCコンバータの制御にて生ずる問題を説明するための図である。 図2は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置の概略構成及び使用形態の説明図である。 図3は、実施形態に係る蓄電制御装置が備える制御部のハードウェア構成図である。 図4は、制御部(電流指令値設定部)が実行する電流指令値変更処理の流れ図である。 図5は、電流指令値変更処理の内容を説明するための図である。 図6は、電流指令値変更処理の変更例を説明するための流れ図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図2に、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置10の概略構成及び使用形態を示す。
本実施形態に係る蓄電池制御装置10は、太陽電池(PV)30とパワーコンディショナー(PCS)32とを一対のDCライン40で接続した太陽光発電システムに蓄電機能を付与するための装置である。尚、蓄電装置10と組み合わされる太陽光発電システムは、PCS32が、山登り法によるMPPT制御機能を有しているものである。また、図2に示した太陽光発電システムは、負荷34及び系統36に接続されているが、蓄電装置10と組み合わされる太陽光発電システムは、負荷34及び系統36の一方のみに接続されているものであっても良い。
図2に示してあるように、蓄電池制御装置10は、太陽光発電システムのDCライン40と蓄電池25とに接続されて使用される装置である。蓄電池制御装置10は、主要な構成要素として、DC/DCコンバータ12と制御部20とを備えている。
DC/DCコンバータ12は、DCライン40側から蓄電池25へ電力を供給することも、蓄電池25からDCライン40側へ電力を供給することもできる双方向DC/DCコンバータである。このDC/DCコンバータ12とDCライン40とを接続する電力線41には、電力線41を流れる電流の大きさを検知するための電流センサ16が設けられている。また、DCライン40には、DCライン40を流れる電流(PV30の出力電流)の大きさを検知するための電流センサ42が設けられている。
制御部20は、蓄電池25の充放電電力(DC/DCコンバータ12によって、DCライン40側から蓄電池25へ、又は、蓄電池25からDCライン40側へ供給する電力)が所望値となるように、DC/DCコンバータ12を制御するユニット(詳細は後述)である。この制御部20には、電流センサ16からの電流値Idcと、電流センサ42からの電流値Iconv とが入力されている。また、制御部20には、DCライン40の電圧値Vdcも入力されている。
図3に、本実施形態に係る蓄電池制御装置10の制御部20のハードウェア構成を示す。図示してあるように、制御部20は、CPUと、ROMと、RAMと、各種センサ用のインタフェース回路と、PWM(Pulse Width Modulation)信号を生成するPWM制御回路とを備えている。制御部20内のROMには、CPUがRAM上に読み出して実行するプログラムが記憶されており、当該プログラムに従ったCPUが各種処理を行うことで、制御部20は、蓄電池25の充放電電力が所望値となるようにDC/DCコンバータ12を制御するユニットとして機能する。
以下、本実施形態に係る蓄電池制御装置10の機能を、制御部20の機能を中心に説明する。
図2に示してあるように、制御部20は、電力指令値決定部21、電流指令値設定部22及びフィードバック制御部23を備えたユニットとして機能するように構成(プログラミング)されている。
フィードバック制御部23は、電流指令値設定部22(詳細は後述)により電流指令値が設定されるユニットである。或る電流指令値が設定されているフィードバック制御部23は、電流値Iconvが、当該電流指令値と一致するように、DC/DCコンバータ12を
フィードバック制御する。より具体的には、フィードバック制御部23は、DC/DCコンバータ12内のスイッチング素子へのPWM信号を出力するユニットとなっている。そして、フィードバック制御部23は、電流値Iconvが、設定されている電流指令値により近づくようにデューティ比を変更しながら、PWM信号を生成・出力する。
電力指令値決定部21は、DCライン40の電圧値Vdc等に基づき、蓄電池25の充放電電力(DC/DCコンバータ12によって、DCライン40側から蓄電池25へ、又は、蓄電池25からDCライン40側へ供給する電力)の目標値である電力指令値を決定するユニットである。この電力指令値決定部21は、PCS32によるMPPT制御と干渉しないように、電力指令値及びその変更周期を決定するユニットとなっている。尚、蓄電池25の充放電制御がMPPT制御と干渉するとは、電力指令値決定部21により決定された電力指令値に従って蓄電池25の充放電制御(DC/DCコンバータ12の制御)が行われたが故に、MPPT制御により、蓄電池25の充放電制御が行われない場合とは異なる方向にPV30の出力電圧が調整されるということである。
電流指令値設定部22は、電力指令値決定部21により新たな電力指令値が決定される度に、図4に示した手順の電流指令値変更処理を行うユニットである。
すなわち、電力指令値決定部21により新たな電力指令値が決定されると、電流指令値設定部22は、まず、DCライン40の電圧値Vdcを測定する(ステップS101)。次いで、電流指令値設定部22は、電力指令値をVdcで除算することにより電力指令値を算出する(ステップS102)。その後、電流指令値設定部22は、算出した電力指令値をフィードバック制御部23に設定する(ステップS103)。
ステップS103の処理を終えた電流指令値設定部22は、ステップS104にて、予め定められている規定時間が経過するのを待機する。そして、電流指令値設定部22は、規定時間が経過した場合(ステップS104;YES)には、DCライン40の電圧値Vdcと、電力線41を流れる電流値Iconvとを測定し、測定結果から、充放電電力の実績値を算出する(ステップS105)。ここで、充放電電力の実績値とは、その時点(ステップS105の実行時点)において、DCライン40とDC/DCコンバータ12との間で実際に授受されている電力の値(大きさ)のことである。従って、ステップS105では、Vdc・Iconv(VdcとIconvの乗算結果)が充放電電力の実績値として算出される。
ステップS105の処理を終えた電流指令値設定部22は、電力指令値から実績値を減じた値の絶対値が、予め定められている規定値以下であるか否かを判断する(ステップS106)。
電力指令値から実績値を減じた値の絶対値が規定値を超えていた場合(ステップS106;NO)、電流指令値設定部22は、電力指令値をVdcで除算することにより電流指令値を算出する(ステップS107)。そして、電流指令値設定部22は、算出した電流指令値をフィードバック制御部23に設定(ステップS108)してから、ステップS104に戻って、規定時間が経過するのを待機する。
電流指令値設定部22は、上記のような処理を、電力指令値から実績値を減じた値の絶対値が規定値以下となるまで繰り返す。そして、電流指令値設定部22は、電力指令値から実績値を減じた値の絶対値が規定値以下となった場合(ステップS106;YES)に、この電流指令値調整処理を終了する。
以下、図5を用いて、電流指令値変更処理(図4)の内容を、さらに具体的に説明する。
Vdcが200Vである状況下において、1kWという電力指令値(放電電力指令値)が設定部22に入力されて電流指令値変更処理が開始された場合を考える。
この場合、ステップS101〜S103の処理が行われると、電流指令値として5A(=1kW/200V)が算出されるため、図5(A)に示してあるように、5Aの電流が蓄電池25からDCライン40に流入する状態が形成される。従って、当該電流の流入によりDCライン40の電圧値Vdcが変わらなければ、電力指令値通りの電力を蓄電池25からDCライン40側へ供給できることになる。ただし、電流の流入によりDCライン40の電圧値Vdcは、或る電圧(PV30の仕様等に応じた電圧)まで上昇する。そのため、Vdcが、例えば205Vまで上昇した場合には、図5(B)に示してあるように、電力指令値よりも大きな電力(1.025kW)が蓄電池25からDCライン40側へ供給されることになる。
電流指令値変更処理では、この電力が、充放電電力の実績値として算出されて、電力指令値と比較される(ステップS105、S106)。また、充放電電力の実績値と電力指令値の差が大きかった場合(ステップS106;YES)には、電流の流入により上昇したDCライン40の電圧値Vdcと電力指令値とから電流指令値を再算出して、フィードバック制御部23に設定する処理(ステップS107、S108)が行われる。
そして、電流指令値変更処理では、ステップS107及びS108の処理が、充放電電力の実績値が電力指令値に十分に近づくまで繰り返される。従って、電流指令値変更処理によれば、図5(C)に示してあるように、電力指令値通りの電力が蓄電池25からDCライン40側へ供給される状態を形成することが出来る。
《変形形態》
上記した実施形態に係る蓄電池制御装置10は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、電流指令値設定部22が行う電流指令値変更処理(図4)を、ステップS107において、以下の(1)式や(2)式により電流指令値が算出される処理に変形することが出来る。
電流指令値=現電流指令値・電力指令値/実績値 …(1)
電流指令値=現電流指令値+電流指令値変化量 …(2)
これらの式における現電流指令値は、その時点(ステップS107の処理の実行時点)において電流指令値設定部22に設定されている電流指令値である。また、(2)式における電流指令値変化量は、“電力指令値>実績値”が成立する場合用の値と、“電力指令値<実績値”が成立する場合用の値とが予め定められている情報である。
また、上記した電流指令値変更処理は、電力指令値から実績値を減じた値の絶対値が規定値以下となったときに終了する処理であったが、Vdcの測定結果に基づく電流指令値の変更を1回以上行えば、実績値を電力指令値により近づけることが出来る。従って、電流指令値変更処理を、N回(N≧1)、電流指令値を変更した後に、終了する処理に変形しても良い。
電流指令値変更処理を、図6に示した手順の処理に変形することも出来る。尚、この電流指令値変更処理のステップS201〜S204、S207及びS208の処理は、上記した電流指令値変更処理(図4)のステップS101〜S104、S107及びS108の処理と同じ処理である。
すなわち、電流指令値変更処理を、処理中で実績値を算出せず(ステップS205参照)、電流指令値を、N回(N≧1)、変更したら終了(ステップS209;YES)する
処理に変形することも出来る。
制御部20を、2つ以上のプロセッサが使用されているもの、例えば、フィードバック制御部23が、デジタルシグナルプロセッサ等であり、電力指令値決定部21及び電流指令値設定部22がCPUを中心とした電子回路であるものに変形しても良い。
また、蓄電池制御装置10を、接続先の組合せが蓄電池25及び太陽光発電システムのDCライン40とはなっていないDC/DCコンバータ12を制御する制御装置に変形しても良いことは当然のことである。
10 蓄電池制御装置
12 DC/DCコンバータ
16、42 電流センサ
20 制御部
21 電力指令値決定部
22 電流指令値設定部
23 フィードバック制御部
25 蓄電池
30 太陽電池
32 パワーコンディショナー
34 負荷
36 系統
40 DCライン
41 電力線

Claims (6)

  1. 直流電力を伝送するための一対の主電力線に一対の副電力線を介して接続されたDC/DCコンバータを制御する制御装置であって、
    前記一対の副電力線を流れる電流の大きさである副電力線電流値が、電流指令値となるように、前記副電力線電流値の測定結果に基づき前記DC/DCコンバータをフィードバック制御するフィードバック制御部と、
    前記DC/DCコンバータと前記一対の主電力線との間で授受される電力の大きさを目標値にするときに、前記一対の主電力線間の電位差である主電力線電位差を測定し、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、前記目標値を測定した主電力線電位差で割った値に変更する第1処理を行ってから、前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、測定した前記主電力線電位差及び前記副電力線電流値と前記目標値とに基づき、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、前記DC/DCコンバータと前記一対の主電力線との間で授受される電力の大きさが前記目標値により近づく値に変更する第2処理を行う電流指令値変更部と、
    を備えることを特徴とする制御装置。
  2. 前記第2処理が、前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、測定した前記主電力線電位差と前記副電力線電流値との乗算結果から前記目標値を減じた値の符号によって、予め定められている2つの電流指令値変化量の中の一方を選択し、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、それまでの電流指令値に、選択した電流指令値変化量を加算した値に変更する処理である
    ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記第2処理が、前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、前記フィードバック制御部の前記電流指令値を、それまでの電流指令値に、測定した前記主電力線電位差と前記副電力線電流値との乗算結果の前記目標値に対する割合を乗じた値に変更する処理である
    ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  4. 前記電流指令値変更部は、前記主電力線電位差及び前記副電力線電流値の測定結果から算出される電力の大きさと前記目標値との差が所定範囲内の値となるまで、前記第2処理
    を繰り返す
    ことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の制御装置。
  5. 前記DC/DCコンバータが、双方向DC/DCコンバータであり、
    前記目標値が、前記DC/DCコンバータに接続された蓄電池に供給すべき電力又は当該蓄電池から取り出すべき電力の目標値である
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の制御装置。
  6. 直流電力を伝送するための一対の主電力線と、当該一対の主電力線に一対の副電力線を介して接続されたDC/DCコンバータとの間で授受される電力の大きさを目標値に制御する制御方法であって、
    前記一対の主電力線間の電位差である主電力線電位差を測定し、
    前記一対の副電力線を流れる電流の大きさである副電力線電流値が、前記目標値を測定された前記主電力線電位差で割った値である電流指令値となるように、前記副電力線電流値の測定結果に基づき前記DC/DCコンバータをフィードバック制御するフィードバック制御処理を開始し、
    前記フィードバック制御処理の開始後において所定の条件が満たされたときに、前記主電力線電位差と前記副電力線電流値とを測定し、
    測定した前記主電力線電位差及び前記副電力線電流値と前記目標値とに基づき、前記フィードバック制御処理の前記電流指令値を、前記DC/DCコンバータと前記一対の主電力線との間で授受される電力の大きさが前記目標値により近づく値に変更する
    ことを特徴とする制御方法。
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