JP6866819B2 - 電力変換装置及びその温度上昇抑制方法 - Google Patents
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Description
かかる課題に鑑み、本発明は、電力変換装置全体としての出力電力を抑制することなく、温度上昇抑制を実現することを目的とする。
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。
なお、出力対象とは、例えば、商用電力系統に接続された交流電路又は、蓄電池である。
この場合、入力電力及び、出力電力の合計値を変化させることなく、複数の電力変換器の出力電力をそれぞれの目標値に変更するか又は近づけることができる。従って、例えば、入力電力が太陽光発電に基づくものであれば、発電電力を抑制する無駄を生じさせない。
これにより、例えば、電力変換器が商用電力系統に接続されていて売電単価が比較的高い場合は、なるべく売電に執着すべく、段階的な変化により徐々に変化させて温度抑制効果を見ることができる。逆に、売電単価が比較的安く、電力変換器が蓄電池に接続されている場合は、なるべく蓄電に執着すべく、段階的な変化により徐々に変化させて温度抑制効果を見ることができる。
このように蓄電池への出力が複数系統ある場合は、そのうちの1系統の電力変換器の出力電力を0にする方が、損失の合計値を、より抑制できる場合もあり得る。この場合、結果的に目標値が立て替えられたことになり、第3の電力変換器の目標値分の出力電力を第2の電力変換器に余分に背負わせた形となる。目標値のトータルの出力電力(Po1_min+Po2_min+Po3_min)は不変である。
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照して説明する。
図1は、電力変換装置100の一例と、その入出力回路とを示す回路図である。まず、主回路要素から説明すると、電力変換装置100は、一つの筐体1内に、電力変換器として、DC/DCコンバータ1A,1C及びインバータ1Bを備えている。電力変換装置100の直流側(図の左側)には、太陽光発電パネル2及び蓄電池3が接続されている。また、電力変換装置00の交流側(図の右側)には、交流電路4が接続されている。交流電路4には、需要家の負荷4Rが接続されると共に、商用電力系統4Sが接続されている。
以下、太陽光発電の発電電力に基づいて交流電路4への電力供給と、蓄電池3への充電とが行われている状態における、電力変換装置100の温度上昇抑制について説明する。
図3は、かかる状態における図1の電力変換装置100を、入力/出力の観点から概念的に簡略化したブロック図である。図において、電力変換装置100は、一つの筐体1内に、「入力1」としてのDC/DCコンバータ1Aと、「出力1」としてのインバータ1Bと、「出力2」としてのDC/DCコンバータ1Cとを備え、DCバス10を介して相互に接続されている。
Pi×ηi=(Po1/ηo1)+(Po2/ηo2)
である。上記式の左辺すなわち、DCバス10に実際に供給される入力電力は、出力1と出力2とで分け合うことになる。
次に、下段のグラフにおいて、インバータ1Bの出力電力がPo1’、損失がηo1’であり、DC/DCコンバータ1Cの出力電力がPo2’、損失がηo2’、であるとする。この場合、出力電力の合計値Psumは、Psum=(Po1’+Po2’)である。また、損失の合計値ηsum’は、ηsum’=(ηo1’+ηo2’)である。
ただ、図5の下段のグラフにおいて、損失の合計値が最小になる(Po1’,Po2’)は、Po1’=Po2’のときではなく、適切な組合せがある。この組合せは、例えば、予め実験により調べておくことができる。すなわち、損失の合計値が最小になる出力電力の組合せ(Po1_min,Po2_min)は、予め分かっている。
次に、下段のグラフにおいて、インバータ1Bの出力電力がPo1’、損失がηo1’であり、DC/DCコンバータ1Cの出力電力がPo2’、損失がηo2’、であるとする。この場合、出力電力の合計値Psumは、Psum=(Po1’+Po2’)である。また、損失の合計値ηsum’は、ηsum’=(ηo1’+ηo2’)である。
以下、温度上昇抑制の制御の例について説明する。
図7は、制御部30によって実行される温度上昇抑制制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、定期的に実行される。まず、制御部30は、温度センサ11の検出値が閾値以上か否かを判定する(ステップS71)。この閾値とは、温度上昇抑制制御が必要となる所定の温度である。温度の検出値が閾値未満であれば、制御部30は、既に温度上昇抑制中か否かを判定する(ステップS73)。温度上昇抑制中でない場合は、制御部30は、通常運転を継続する(ステップS75)。
上記制御例1(図7)では、出力電力をいきなり目標値であるPo1_minとPo2_minとに変更するが、これに限らず、段階的に目標値に近づけてもよい。例えば売電単価が高く、できるだけ売電に執着したい場合は、売電量を少しでも多く確保すべく段階的に目標値に向けてインバータ1Bの出力電力を減少させることができる。逆に、売電単価が比較的安く、できるだけ蓄電に執着したい場合は、蓄電量を少しでも多く確保すべく段階的に目標値に向けてDC/DCコンバータ1Cの出力電力を減少させることができる。
Po1−(Po1−Po1_min)×0.1
に変更し(減少させ)、かつ、DC/DCコンバータ1Cの出力電力Po2については、インバータ1Bの出力電力の減少分を増加させる。すなわち、DC/DCコンバータ1Cの出力電力Po2を、
Po2+(Po1−Po1_min)×0.1
に変更する(増加させる)。2つの出力電力の合計値は、インバータ1Bの出力電力の減少分とDC/DCコンバータ1Cの出力電力の増加分とが相殺され、変わらない。
Po2−(Po2−Po2_min)×0.1
に変更し(減少させ)、かつ、インバータ1Bの出力電力Po1については、DC/DCコンバータ1Cの出力電力の減少分を増加させる。すなわち、インバータ1Bの出力電力Po1を、
Po1+(Po2−Po2_min)×0.1
に変更する(増加させる)。2つの出力電力の合計値は、インバータ1Bの出力電力の増加分とDC/DCコンバータ1Cの出力電力の減少分とが相殺され、変わらない。
上記制御例1,2に示すように、制御部30は、インバータ1B及びDC/DCコンバータ1Cの2つの電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、温度センサ11が検出する温度が上昇して閾値に達した場合は、インバータ1B及びDC/DCコンバータ1Cの各出力電力をそれぞれの目標値に変更するか又は少なくとも近づける。
なお、インバータ1Bが商用電力系統4Sに接続され、DC/DCコンバータ1Cが蓄電池3に接続されている場合、制御部30が、インバータ1Bの出力電力を減少させ、DC/DCコンバータ1Cの出力電力を増加させるよう制御したとすると、売電を減らす分を蓄電池3に蓄電することで、電力を無駄なく活用することができる。また、インバータ1Bに含まれる交流リアクトル17は、一般に、DC/DCコンバータ1Cに含まれる直流リアクトル15より発熱量が大きい。従って、このときは、発熱量の大きい交流リアクトル17に流れる電流を減らすことで、温度上昇抑制の効果を高めることができる。
図9は、図3と同様に、電力変換装置100を、入力/出力の観点から概念的に簡略化したブロック図である。図3との違いは、蓄電池(図示せず。)に接続されるDC/DCコンバータ1Dが「出力3」として追加されている点である。
すなわち、電力変換装置100は、一つの筐体1内に、「入力1」としてのDC/DCコンバータ1Aと、「出力1」としてのインバータ1Bと、「出力2」としてのDC/DCコンバータ1Cと、「出力3」としてのDC/DCコンバータ1Dとを備え、これらは、DCバス10を介して相互に接続されている。
Pi×ηi=(Po1/ηo1)+(Po2/ηo2)+(Po3/ηo3)
である。上記式の左辺すなわち、DCバス10に実際に供給される入力電力は、出力1,出力2,出力3で分け合うことになる。
図10は、図9の構成について、制御部30によって実行される温度上昇抑制制御のさらに他の例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、定期的に実行される。まず、制御部30は、温度センサ11の検出値が閾値以上か否かを判定する(ステップS101)。この閾値とは、温度上昇抑制制御が必要となる所定の温度である。温度の検出値が閾値未満であれば、制御部30は、温度上昇抑制中か否かを判定する(ステップS105)。この判定は、最初は「No」であり、通常運転が行われる(ステップS107)。
パターン(1):
Po1がPo1_min、Po2が(Po2_min+Po3_min)、Po3が0、又は、
Po1がPo1_min、Po2が0、Po3が(Po2_min+Po3_min)
パターン(2):
Po1がPo1_min、Po2がPo2_min、Po3がPo3_min
逆に、パターン(2)の方が全体として損失が小さい場合には、制御部30は、ステップS104において、出力電力の制御による温度上昇制御(2)を実行する。すなわち、これは、パターン(2)となるように出力電力を制御する。
また、出力がさらに多い(4以上)であっても、各電力変換器における損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を温度上昇抑制の目標値として記憶しておくことにより、上記制御例3と同様な考え方を適用することができる。
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。
1A DC/DCコンバータ(電力変換器)
1B インバータ(電力変換器)
1C DC/DCコンバータ(電力変換器)
1D DC/DCコンバータ(電力変換器)
2 太陽光発電パネル
3 蓄電池
4 交流電路
4R 負荷
4S 商用電力系統
5 電圧センサ
6 直流側コンデンサ
7 直流リアクトル
8 電流センサ
9 電圧センサ
10 DCバス
11 温度センサ
12 中間コンデンサ
13 電圧センサ
14 直流側コンデンサ
15 直流リアクトル
16 電流センサ
17 交流リアクトル
18 電流センサ
19 交流側コンデンサ
20,21 コンデンサ
22 電圧センサ
23,24 電流センサ
30制御部
100 電力変換装置
d1〜d8 ダイオード
Q1〜Q8 スイッチング素子
Claims (5)
- 筐体と、
前記筐体内に設けられ、入力電力が供給されるDCバスと、
前記筐体内にあって、前記DCバスに接続され、前記DCバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、
前記筐体内の所定部位での温度を検出する温度センサと、
前記複数の電力変換器を制御するとともに、前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行可能な制御部と、
を備えている電力変換装置。 - 前記制御部は、前記複数の電力変換器のうち一方の出力電力の増加量が他方の出力電力の減少量となるよう制御する、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記複数の電力変換器について、それぞれ、現在の出力電力から前記目標値までの変化量を細分して、段階的に逐次変化させる、請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記複数の電力変換器のうち、第1の電力変換器が商用電力系統に、第2の電力変換器が蓄電池に、第3の電力変換器が他の蓄電池に、それぞれ接続されており、かつ、前記第1の電力変換器、前記第2の電力変換器、前記第3の電力変換器についての本来の前記目標値をそれぞれ、Po1_min、Po2_min、Po3_minとした場合、
前記制御部は、前記温度が上昇して閾値に達した場合に、前記目標値を変更し、前記第1の電力変換器の出力電力はPo1_min、前記第2の電力変換器の出力電力は(Po2_min+Po3_min)、前記第3の電力変換器の出力電力は0、とする制御オプションを有する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 筐体内に、入力電力が供給されるDCバスと、前記DCバスに接続され、前記DCバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、を有する電力変換装置を対象とする、電力変換装置の温度上昇抑制方法であって、
前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、
前記筐体内の所定部位での温度を検出し、
前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行する、
電力変換装置の温度上昇抑制方法。
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- 2017-10-06 JP JP2017195749A patent/JP6866819B2/ja active Active
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