JPWO2013121618A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、東日本大震災以降の電力不足等に対応するため、蓄電池を具備したシステム、電気自動車を蓄電池として利用するシステム、太陽光発電と蓄電池を組み合わせたシステムなどの開発も進められている。
一般に、電圧制御では太陽電池の電力−電圧特性に基づいて電圧制御範囲が予め設定され、電圧制御範囲としては、山形である電力−電圧特性のピーク電力より右側の範囲が使用される。そして、その下限電圧は最大出力点となる電圧から一定のマージンを持たせた電圧に設定される。
従って、停電時に、常に電圧制御する従来の給電システムでは、太陽電池の発電電力を有効活用できていないという問題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、系統の停電時に、太陽電池から効率よく電力を得、太陽電池の発電電力を有効活用することのできる電力変換装置を得ることを目的とする。
図1はこの発明の実施の形態1における電力変換装置を用いた太陽光発電システムの概略構成図である。
図に示すように、本実施の形態1の電力変換装置10は、分散電源として太陽電池である太陽光パネル1および電力蓄積部としての蓄電池2と、系統としての電力系統3および宅内に配置される冷蔵庫、照明、TV等の負荷4との間に配置されている。蓄電池2としては例えば据置バッテリを用いる。
第1のDC/DC変換回路13は、第1の制御部14により駆動制御され太陽光パネル1からの直流電力を制御する。第2のDC/DC変換回路17は、第2の制御部18により駆動制御され蓄電池2の充放電を制御している。また、後述するが、第2のDC/DC変換回路17は電力系統3の停電時に直流母線25の母線電圧を制御している。DC/AC変換回路21は、第3の制御部22により駆動制御され、直流電圧を所望の交流電圧に変換して電力系統3および負荷4に供給している。また、DC/AC変換回路21は、電力系統3から供給される交流電力を直流電力に変換し、蓄電池2を充電することもできる。
図2は第1の制御部14のブロック図である。
第1の制御部14は、太陽光パネル1の最大電力を引き出す最大電力点追随制御(以下、MPPT制御とする)を行うMPPT制御回路141、太陽光パネル1の出力電圧を制御して太陽光パネル1からの出力電力を制御する電圧制御回路142、MPPT制御回路141と電圧制御回路142との出力を切り換える切換回路143、MPPT制御回路141と電圧制御回路142と切換回路143を制御する第1の制御回路144とを備えている。第1の制御回路144は、MPPT制御回路141や電圧制御回路142に制御パラメータや制御目標値等を出力するとともに、太陽光パネル1の発電状態等を管理している。また、第1の制御回路144は、切換回路143への制御信号を出力する。
図3は第2の制御部18の構成を概略的に示すブロック図である。
第2の制御部18は、蓄電池2の充電制御を行う際の指令値を算出する充電制御回路181、蓄電池2の放電制御を行う際の指令値を算出する放電制御回路182、充電制御回路181と放電制御回路182との出力を切り換える切換回路183、充電制御回路181と放電制御回路182と切換回路183とを制御する第2の制御回路184とを備えている。第2の制御回路184は、充電制御回路181や放電制御回路182に対しては制御パラメータや制御目標値等を出力するとともに、蓄電池2の充電量、充電電流、放電電力等、蓄電池2のステータス情報を管理している。また、第2の制御回路184は、切換回路183への制御信号を出力する。
図4は太陽光パネル1の電力−電圧特性の例を示す図である。横軸は太陽光パネル1のパネル電圧、縦軸は太陽光パネル1の発電電力であり、日射量や太陽光パネル1の温度が異なる3つのケースの電力−電圧特性を示している。
図4に示すように、太陽光パネル1は、日射量の変化や温度変化等の周囲状況によってその電力−電圧特性が変化し、このため最大電力点がずれてしまう。このためMPPT制御では、太陽光パネル1の出力電圧(動作電圧)を変化させ、それによる電力の増減に基づいて、最大電力が得られる点、すなわち、最適動作電圧を探すという動作を絶えず行って太陽光パネル1から最大電力を取り出そうとしている。最大電力点の一般的な探索動作は山登り法と称される。先ず、動作電圧を、例えばΔV増加させ、電力差ΔPを演算し、ΔP>0であれば、最大電力点よりも左側(低電圧側)に現在の電圧があるとして前回と同じ方向に電圧を変化させる。ΔP<0であれば、最大電力点よりも右側(高電圧側)に現在の電圧があるとして前回と逆方向に電圧を変化させるものであり、これによって、最大電力点を探索するものである。以上のように、MPPT制御では、太陽光パネル1の出力電力が最大となる(太陽光パネル1の出力電力が図1に示す最大電力点となる)ように制御される。
電圧制御モードでは、太陽光パネル1の電力−電圧特性に基づいて電圧制御範囲が予め設定され、その電圧制御範囲内で太陽光パネル1の電力を引き出すものである。
電圧制御モードにおける電圧制御範囲は、図4に示すように、電力−電圧特性の最大電力点となる電圧より右側の範囲に設定される。仮に、太陽光パネル1の出力電圧が最大電力点となる電圧(以下、ピーク電圧とする。)より小さくなると太陽光パネル1からの発電電力は単調減少を始め、以降の電圧制御が破綻してしまうため、太陽光パネル1の出力電圧がピーク電圧以下とならないよう電圧制御範囲は設定されている。また、図4に示すように、電力−電圧特性のピーク電圧は太陽光パネル1の周囲状況により随時変化している。従って、周囲状況が変わっても太陽光パネル1の出力電圧がピーク電圧以下とならないよう、電圧制御範囲の下限値は、電力−電圧特性のピーク電圧からある程度のマージンを持たせて設定している。電圧制御モードは、上記のような電圧制御範囲の中で太陽光パネル1の出力電圧を制御して電力を引き出している。
電圧制御モードでは、電圧制御範囲の下限値を電力−電圧特性のピーク電圧からある程度のマージンを持たせて設定しているのに対し、MPPT制御モードでは常に発電電力が最大となるようなピーク電圧を探索している。このため、太陽光パネル1をMPPT制御モードで制御することで、より効率よく太陽光パネル1から発電電力を得ることができる。
以下、「MPPT制御モードでの制御」を「MPPT制御」と、また「電圧制御モードでの制御」を「電圧制御」と適宜記載する。
初めに、電力系統3が正常に供給されている通常運転時について説明する。
まず、図1、図2を参照し、通常運転時における、電力変換装置10の太陽光パネル1に関する動作を説明する。
電力変換装置10の通常運転時、第1の制御部14が、太陽光パネル1にて電力が発電されているかを確認する。具体的には太陽光パネル1のパネル電圧を計測する電圧計11の計測値が所定値を超えているかを確認する。なお、この所定値は太陽光パネル1の発電が可能となる値として予め設定されている。そして、パネル電圧の計測値が所定値を超えていた場合、第1の制御部14は第3の制御部22に対して太陽光パネル1での発電が可能であることを通知する。通知を受信した第3の制御部22は、電力系統3が停電ではないことを確認する。電力系統3が停電でない場合、第3の制御部22はDC/AC変換回路21を起動するとともに、第1の制御部14に対して太陽光パネル1の発電を開始するよう指示を出す。DC/AC変換回路21の起動により、正負の直流母線25間の母線電圧が予め設定された制御目標電圧となるように制御される。また、電力系統3に回生する電力は、DC/AC変換回路21を電流制御することでシステム全体を動作させるものとする。なお、電力系統3が停電ではないことを確認する動作については後で詳述する。
第3の制御部22は蓄電池2の充放電についての指示を行う。例えば、図示しない宅内の電力管理システム(HOME ENERGY MANAGEMENT SYSTEM)(以下、HEMSとする。)から、蓄電池2のステータス情報送信要求を受けると、第3の制御部22は、蓄電池2のステータス情報である充放電の可否や蓄電量等のステータス情報を管理している第2の制御部18内の第2の制御回路184より入手する。第3の制御部22は、蓄電池2のステータス情報を入手すると、放電あるいは充電の可否判断結果、および最大放電電力あるいは最大充電電力を、HEMSに通知する。HEMSは受信したステータス情報に基づき、第3の制御部22に対し、蓄電池2の放電指示(放電電力指示値を含む)、あるいは蓄電池2の充電指示(充電電力指示値を含む)を通知する。
放電指示の通知を受信した第3の制御部22は、第2の制御部18に対して蓄電池2の放電を開始するよう指示を出すとともに、放電電力指示値を通知する。
第3の制御部22からの放電開始指示は、第2の制御部18内の第2の制御回路184にて受信される。蓄電池2の放電開始指示および放電電力指示値を受信した第2の制御回路184は、放電制御回路182に対して蓄電池2の放電開始指示および放電電力指示値を出力する。その際、切換回路183に対しても放電制御回路182の出力を選択するよう指示する。放電開始指示を受信した放電制御回路182は、蓄電池2の電池電圧を計測する電圧計15にて得られる電圧情報、および蓄電池2の充放電電流を計測する電流計16にて得られる電流情報に基づき、蓄電池2からの実際の放電電力を算出する。算出結果が受信した放電電力指示値となるように、第2のDC/DC変換回路17に対する制御指令を出力する。放電制御回路182からの制御指令は切換回路183を介して第2のDC/DC変換回路17に入力される。第2のDC/DC変換回路17は、制御指令に基づいて動作し、蓄電池2から出力される第3の直流電圧V3を第4の直流電圧V4に変換して出力する。第4の直流電圧V4に変換された蓄電池2からの出力は、DC/AC変換回路21を介して電力系統3、負荷4に供給される。ここで、上述の太陽光パネル1の電力を電力系統3へ出力(回生)する場合と同様、蓄電池2からの電力の電力系統3への出力(回生)は、第3の制御部22により判断される。第3の制御部22は、電圧計19による母線電圧の計測値が制御目標電圧を超えた場合に、電力系統3に電力を回生するようDC/AC変換回路21を制御する。
また、放電制御回路182から第2の制御回路184に通知された第2のDC/DC変換回路17のステータス情報、および第2の制御回路184で管理されている蓄電池2の充電量、充電電流、放電電力等のステータス情報は、第2の制御回路184から第3の制御部22に定期的に通知されている。
充電指示の通知を受信した第3の制御部22は、第2の制御部18に対して蓄電池2の充電を開始するよう指示を出すとともに、充電電力(充電電流)指示値を通知する。
第3の制御部22からの充電開始指示は、第2の制御部18内の第2の制御回路184にて受信される。蓄電池2の充電開始指示および充電電力指示値を受信した第2の制御回路184は、充電制御回路181に対して蓄電池2の充電開始指示および充電電力指示値を出力する。その際、切換回路183に対しても充電制御回路181の出力を選択するよう指示する。充電開始指示を受信した充電制御回路181は、電流計16にて得られる電流情報を元に、蓄電池2への充電電流が充電電力指示値となるように、第2のDC/DC変換回路17に対する制御指令を出力する。充電制御回路181からの制御指令は切換回路183を介して第2のDC/DC変換回路17に入力される。第2のDC/DC変換回路17は、制御指令に基づいて動作して蓄電池2を充電する。
通常動作時において、太陽光パネル1からの発電電力、蓄電池2からの放電電力を電力系統3に出力(回生)する場合の判断、および電力系統3から電力変換装置10内に電力を取り込む(力行)場合の判断は、正負の直流母線25間の母線電圧の計測値に基づき行われる。
第3の制御部22は、通常運転時において、電力系統3の系統電圧を計測する電圧計23による計測結果、DC/AC変換回路21と電力系統3間を流れる交流電流を計測する電流計24による計測結果、および電力系統3に回生するDC/AC変換回路21の出力電力位相から、単独運転検出を行う。単独運転検出方法の詳細は、系統連係規程(JEAC9701−2010)に規定されているものと同様であり、本実施の形態1では詳細な説明を省略する。
以下、電力系統3の停電時における、電力変換装置10の動作を説明する。
第3の制御部22は、単独運転を検出すると、第1の制御部14および第2の制御部18に対し、第1のDC/DC変換回路13および第2のDC/DC変換回路17の動作を停止するよう指示を出す。指示を受信した第1の制御部14および第2の制御部18は、第1のDC/DC変換回路13および第2のDC/DC変換回路17の動作を停止し、停止した旨を第3の制御部22に通知する。第3の制御部22は、第1のDC/DC変換回路13および第2のDC/DC変換回路17の停止を確認すると、DC/AC変換回路21の動作を停止する。
そして、例えば自動的に、電力系統3と、電力変換装置10および宅内の負荷4との間に配置された図示しないスイッチ等が切られ、電力系統3と、電力変換装置10および宅内の負荷4との接続を切り離す。
第3の制御部22からの第2の制御部18に対しての放電指示は、第2の制御部18内の第2の制御回路184にて受信され、第2の制御回路184は蓄電池2からの放電の可否および放電可能電力量を確認する。蓄電池2からの放電が可能であれば、第2の制御回路184は放電制御回路182に対して自立運転での放電開始指示を出力する。その際、切換回路183に対しても放電制御回路182からの出力を選択するよう指示する。放電開始指示を受信した放電制御回路182は、第2のDC/DC変換回路17に対する制御指令を出力し、放電制御回路182は電圧制御にて第2のDC/DC変換回路17の制御を開始する。これにより電圧制御にて蓄電池2の放電制御が開始される(S11、後で説明する図6を参照。)。
上述の通り、通常運転時には、DC/AC変換回路21により正負の直流母線25間の母線電圧が制御されていた。しかし停電時には、電力系統3から電力が供給されないため、DC/AC変換回路21では母線電圧を制御することはできない。このため、蓄電池2の放電により電力を得て所望の電圧を出力することのできる第2のDC/DC変換回路17により、基本的に母線電圧を制御する。具体的には、放電制御回路182は電圧計19による母線電圧の計測値を得、この計測値が予め設定された第1の制御目標電圧となるように第2のDC/DC変換回路17の出力電圧を制御する。
なお、本実施の形態1では、第1の制御目標電圧は、通常運転時において説明した、第3の制御部22からの指令によりDC/AC変換回路21にて母線電圧を制御する場合の制御目標電圧と同じ値に設定している。ただし、第1の制御目標電圧を必ずしもDC/AC変換回路21にて母線電圧を制御する場合の制御目標電圧と同じ値に設定する必要はなく、必要に応じて異なる値としてもよい。
第3の制御部22からの太陽光パネル1の発電開始指示は、第1の制御部14内の第1の制御回路144にて受信される。発電開始指示を受信した第1の制御回路144は、パネル電圧を計測する電圧計11から得られる計測値によりパネル電圧が所定値以上かを確認する(S21)。パネル電圧が所定値未満の場合は、太陽光パネル1での発電ができていないと判断し、パネル電圧が所定値となるまで待機する。太陽光パネル1のパネル電圧が所定値以上であった場合は、第1の制御回路144は電圧制御回路142に対して太陽光パネル1の電圧制御モードを開始するよう指示を出し、電圧制御モードによる発電が開始される(S22)。その際、第1の制御回路144は切換回路143に対しても電圧制御回路142の出力を選択するよう指示を出す。なお、この所定値は太陽光パネル1の発電が可能となる値として予め設定されたものである。ここでは、通常運転時に太陽光パネル1の発電が可能かどうかを判断する際に使用した所定値と同じ値に設定しているが、この所定値の値は必要に応じて適宜設定すればよい。
ここで、電圧制御モードにおける第2の制御目標電圧は、第2のDC/DC変換回路17による母線電圧の目標値である第1の制御目標電圧より大きい値に設定される。
なお、太陽光パネル1の電圧制御モード下では、母線電圧の制御は第1のDC/DC変換回路13、第2のDC/DC変換回路17の両方で行うこととなる。第2のDC/DC変換回路17は、母線電圧が第1の制御目標電圧より小さくならないよう、母線電圧を制御しているといえる。
負荷4の消費電力が太陽光パネル1の発電電力より大きい場合、母線電圧が第2の制御目標電圧より下がるため、太陽光パネル1での発電電力が不足していることがわかる。反対に、負荷4の消費電力が太陽光パネル1の発電電力より小さい場合、余剰電力が発生するため、母線電圧が第2の制御目標電圧より上がり、太陽光パネル1で過剰に発電していることがわかる。そこで、上述のように、電圧計19で計測した実際の母線電圧の値を、第2の制御目標電圧より小さい値に設定された第1の閾値、第2の制御目標電圧より大きく設定された第2の閾値と比較し、その結果に基づきMPPT制御モードと電圧制御モードとを切り換えている。これにより、電力変換装置10を安定に制御することができるとともに、太陽光パネル1の発電電力を有効に利用し、蓄電池2からの放電量を最小限に抑えることができる効果がある。
停電となり、第3の制御部22から放電指示を受けた第2の制御部18の第2の制御回路184により、放電制御回路182に指令が出され、電圧制御による蓄電池2の放電制御が開始される(S11)。その際、第2の制御回路184は、切換回路183に対しても放電制御回路182の出力を選択するよう指示を出す。ステップS11にて蓄電池2の放電制御が開始されると、第2の制御回路184は、電圧計19の計測値から母線電圧が第3の閾値以上かを確認する(S12)。第3の閾値は、太陽光パネル1を電圧制御モードで制御する際の母線電圧の目標値である第2の制御目標電圧より大きく、かつ太陽光パネル1の制御モードをMPPT制御モードから電圧制御モードに切り換える基準となる第2の閾値より小さい値に設定されている。母線電圧が第3の閾値以上である場合、太陽光パネル1での発電電力が負荷4での消費電力より大きいことを意味し、余剰電力が発生していると考えられる。従って、母線電圧が第3の閾値以上の場合、余剰電力が発生しているとして、第2の制御回路184は、充電制御回路181に充電制御を開始するよう指示を出し、蓄電池2の制御を電圧制御による充電制御に切り換える(S13)。その際、第2の制御回路184は、切換回路183に対しても充電制御回路181の出力を選択するよう指示を出す。これにより、太陽光パネル1で発電した余剰電力は蓄電池2に充電され、余剰電力を有効に活用することができる。ステップS13にて蓄電池2の充電制御を開始すると、ステップS12に戻りステップS12以下の処理を繰り返す。
蓄電池2を制御する第2のDC/DC変換回路17の構成にもよるが、基本的に、蓄電池2の充放電の切り換えは、DC/AC変換回路21のように連続的に切り換えることができない。また、例えば、蓄電池2として、リチウムイオンバッテリを使用した場合、充放電を繰り返し切り換えると、蓄電池2が劣化し、電池寿命が短くなる。
本実施の形態1では第3の閾値と第4の閾値に基づいて充放電を切り換えることで充放電の切り換えにヒステリシスを持たせている。例えば太陽光パネル1の発電電力と負荷4の消費電力がほぼ一致していた場合に、負荷4の消費電力の小さな変動によって蓄電池2の充放電制御が切り換わることを防止し、蓄電池2の劣化を抑えることができる効果がある。そして、第4の閾値を第1の制御目標電圧よりも大きく設定することで、太陽光パネル1の発電電力にまだ余裕がある段階で蓄電池2の制御を放電制御に切り換える。このため、負荷4の消費電力が急変した場合でも、蓄電池2は放電制御で待機しており、負荷4の急変に追随することができ、負荷4に安定して電力を供給できる。
図7に示すように、まず、負荷4の消費電力が少ない場合、太陽光パネル1は電圧制御で制御され、太陽光パネル1の発電電力のみで負荷4の消費電力をまかなう。その後、負荷4の消費電力が上がっていき、母線電圧が第1の閾値未満になると、太陽光パネル1の制御をMPPT制御に切り換え、効率的に太陽光パネル1の電力を利用する。そして、更に負荷4の消費電力が上がっていくと、蓄電池2からの放電により、太陽光パネル1の発電電力では足りない電力を蓄電池2で補い負荷4に供給する。負荷4の消費電力が急変し、消費電力が急増した場合にも、蓄電池2から不足電力が供給される。また、日射量が急変して、太陽光パネル1の発電電力が、急に少なくなった場合も、蓄電池2から不足電力が供給される。
なお、第4の閾値が、この発明の所定の閾値である。
仮に、蓄電池2としてリチウムイオンバッテリを用いる場合には、バッテリ側に内蔵されたバッテリ管理ユニット(BATTERY MANAGEMENT UNIT)が、蓄電量、充放電の可否、充電時の最大充電電流などを管理して、第2の制御部18に通知するが、本実施の形態1では、蓄電量、充放電の可否、充電時の最大充電電流などの管理は第2の制御部18で行うものとして説明を行った。
次に、この発明の実施の形態2における電力変換装置について説明する。本実施の形態2の電力変換装置は、上記実施の形態1と、第1の制御部14および第2の制御部18の電力系統3の停電時における制御アルゴリズムが一部異なる。電力変換装置の回路構成は上記実施の形態1と同じであるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態2の停電時における詳細な動作を説明する。
第3の制御部22からの太陽光パネル1の発電開始指示は、第1の制御部14内の第1の制御回路144にて受信される。発電開始指示を受信した第1の制御回路144は、太陽光パネル電圧を計測する電圧計11から得られる計測値により太陽光パネル電圧を確認する(S21)。太陽光パネル電圧が所定値未満の場合は、太陽光パネル1での発電ができていないと判断し、パネル電圧が所定値となるまで待機する。太陽光パネル1のパネル電圧が所定値以上であった場合は、第1の制御回路144は電圧制御回路142に対して太陽光パネル1の電圧制御を開始するよう指示を出し、太陽光パネル1の電圧制御による発電が開始される(S22)。その際、切換回路143に対しても電圧制御回路142の出力を選択するよう指示を出す。電力系統3の停電が生じてから、ステップS22までの処理は上記実施の形態1と基本的に同様である。以下の動作の一部が上記実施の形態1と異なっている。
ここで、本実施の形態2では、通常運転時に、太陽光パネル1のMPPT制御モードにおいて、太陽光パネル1の最大電力点のパネル電圧Vmaxを計測し、記憶しておく。なお、計測するパネル電圧Vmaxとして、太陽光パネル1が所定値以上の発電を行っている時の電圧の平均、あるいは時刻毎に数日間の平均電圧などを記憶しておく。
図11において、Aは通常運転時に最大電力点の電圧(Vmax)を計測する点、Bは現在の電圧(Vnow)、発電電力(Pnow)を計測する点、Cは直線近似による最大発電電力推定値(Pmax)、Dは自立運転開始時に電力が供給し始める電圧(Vmin)を計測する点である。
停電となり、第3の制御部22から放電指示を受けた第2の制御部18の第2の制御回路184により、放電制御回路182に指令が出され、電圧制御による蓄電池2の放電制御が開始される(S41)。その際、切換回路183に対しても放電制御回路182からの出力を選択するよう指示する。ステップS41にて蓄電池2の放電制御が開始されると、第2の制御回路184は、太陽光パネル1にて発電可能な余剰電力を推定する(S42)。
Pmax=(Vmin−Vmax)/(Vmin−Vnow)×Pnow
なお、本実施の形態2では、太陽光パネル1から電力が供給し始めるパネル電圧Vminは自立運転開始時に取得したが、例えば通常運転開始時の太陽光パネル1の制御において取得することとしてもよい。
ステップS43で、余剰電力の推定値が所定値以上の場合は、第2の制御回路184は蓄電池2が充電可能かを確認する(S45)。蓄電池2が満充電で充電できない場合は、ステップS44に進み、蓄電池2は放電制御される(S44)。充電可能な場合は、第2の制御回路184により充電制御回路181に充電指令が出され、第2のDC/DC変換回路17を介して電圧制御による蓄電池2の充電制御が開始される(S46)。その際、切換回路183に対しても充電制御回路181の出力を選択するよう指示を出す。
次に、この発明の実施の形態3における電力変換装置について説明する。本実施の形態3の電力変換装置は、上記実施の形態1あるいは2と、第1の制御部14および第2の制御部18の電力系統3の停電時における制御アルゴリズムが一部異なる。電力変換装置の回路構成は上記実施の形態1と同じであるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
電力変換装置10の構成は図1を、第1の制御部14の構成は図2を、第2の制御部18の構成は図3を参照して説明する。
第1の制御部14の停止時の制御フローの図12、13において、実施の形態1、2の対応する制御フローの図5、8の処理と同等の処理は同一のステップ番号を付している。また、第2の制御部18の停止時の制御フローの図14において、実施の形態1の対応する制御フローの図6の処理と同等の処理は同一のステップ番号を付している。
図12、13は、この2枚の図面で一連のフローチャートを説明している。また、図15、16は、この2枚の図面で一連の動作を説明している。
なお、図15(a)は蓄電池2の動作モード(充電、放電)の切り換えタイミングを、図15(b)は太陽光パネル1の制御モード(MPPT制御、電圧制御)の切り換えタイミングを、図15(c)は直流母線電圧の時間変化を示す。図16(a)は太陽光パネル1の発電電力と負荷4の消費電力の時間変化を、図16(b)は蓄電池2の充放電電力の時間変化を示す。
以下、本実施の形態3の停電時における詳細な動作を説明する。
実施の形態2と同様に、電力系統3の停電を検出すると、例えば自動的に電力系統3と電力変換装置10および宅内の負荷4との間に配置された図示しないスイッチ等が切られ、電力系統3と、電力変換装置10および宅内の負荷4との接続が切り離される。電力系統3と、電力変換装置10および宅内の負荷4との切り離しの確認が完了すると、第3の制御部22は、第2の制御部18に対して蓄電池2の放電制御を開始するよう指示を出す。
電圧計15と電流計16の計測値から算出した蓄電池2の充放電電力を用いて、電圧制御モードとMPPT制御モード間のハンチング動作を抑える制御を行う。
なお、電圧計15と電流計16が、この発明の電力蓄積部の充放電電力を計測する電力計測部である。
以下、停電時の電力変換装置10における蓄電池2の制御について、図14を参照して説明する。
なお、上記実施の形態2と同様、停電時には、電力系統3から電力が供給されないため、DC/AC変換回路21では母線電圧を制御することはできない。従って、基本的に、母線電圧は第2のDC/DC変換回路17で制御する。具体的には、放電制御回路182は、電圧計19よる母線電圧の計測値を得、この計測値が予め設定された母線電圧の目標値である第1の制御目標電圧となるように制御する。
具体的には、第3の制御部22内で基準となる基準正弦波(例えばAC200V、60Hz)を発生させ、電圧計23から出力される電圧波形が基準正弦波と同様の正弦波となるようにDC/AC変換回路21を制御する。DC/AC変換回路21より電力供給が開始されると、宅内の冷蔵庫、照明、TVなどの負荷4が起動し、電力消費を開始する。
以下、停電時の電力変換装置10における太陽光パネル1の制御について、図12、13を参照して説明する。図12、13は、停電時における第1の制御部14の制御フローである。
第3の制御部22からの太陽光パネル1の発電開始指示は、第1の制御部14内の第1の制御回路144にて受信される。発電開始指示を受信した第1の制御回路144は、太陽光パネル電圧を計測する電圧計11から得られる計測値により太陽光パネル電圧を確認する(図12、13中のS21)。
太陽光パネル電圧が所定値未満の場合は、S117で太陽光パネル1での発電ができていないと判断し、太陽光パネル電圧が所定値となるまで待機する。なお、太陽光パネル1を制御していた場合は、S117で太陽光パネル1の制御(電圧制御モード、あるいはMPPT制御モード)を停止する。
一方、太陽光パネル1のパネル電圧が所定値以上であった場合は、第1の制御回路144は電圧制御回路142に対して太陽光パネル1を電圧制御モードで制御を開始するよう指示を出す。これにより、太陽光パネル1は電圧制御により発電を開始する(図12、13中のS22)。その際、切換回路143に対しても電圧制御回路142の出力を選択するよう指示を出す。
なお、太陽光パネル1の制御が開始されていた場合は、太陽光パネル1の制御を継続する。また、電力系統3の停電が生じてから、ステップS22までの処理は上記実施の形態1、あるいは実施の形態2と基本的に同様である。以下の動作の一部が上記実施の形態1、あるいは実施の形態2と異なっている。
そして、第3の閾値を超える(図14中のS12)。第3の閾値を越えると、第2の制御部18内の第2の制御回路184は、蓄電池2の制御を充電制御に切り換える。具体的には、S125で現在の蓄電池2の制御モードが充電モードであるか確認する。充電モードである場合は、充電モードを継続する(S15)。
一方、放電モードであった場合は、放電制御回路182に対して停止指示を出力し、第2のDC/DC変換回路17を一旦停止する(S126)。そして、第2のDC/DC変換回路17、充電制御回路181、および放電制御回路182に対してレジスタや各種変数(パラメータ)を初期化するよう指示を出す(S127)。初期化指示を完了すると、第2の制御回路184は、充電制御回路181に起動指示を出力するとともに、切換回路183に対して充電制御回路181の出力を選択するよう指示を出す(S128)。
なお、本実施の形態3では、電流計16より出力される電流値により、第2のDC/DC変換回路17の動作が停止したことを確認する。そして、第2のDC/DC変換回路17の停止を確認後、制御モードを切り換えて、再度第2のDC/DC変換回路17を起動する。
本実施の形態3では、一旦下がった直流母線電圧は、太陽光パネル1の余剰電力により徐々に目標電圧まで回復してくる。なお、蓄電池2の電圧制御の際の応答性能にもよるが、余剰電力が全て蓄電池2に充電されても、直流母線電圧の電圧値が回復せず、蓄電池2の電圧制御目標値までそのまま下がってくる場合がある。
確認の結果、充電電力が第11の所定値以上であった場合は、S104以降を実施し、MPPT制御モードへ移行する(詳細は後述する)。一方、第11の所定値未満であった場合は、蓄電池2が充電制御モードでありかつ充電電力が第12の所定値未満かを確認する(S105)。
蓄電池2が充電制御モードであり、かつ充電電力が第12の所定値未満であった場合は、例えば、宅内の負荷4の消費電力が上昇(あるいは日射量が変化など)により、太陽光パネル1での発電電力では、宅内の負荷4の消費電力を十分にまかなうことができない。この状態で負荷4の消費電力が変化した場合、電力変換装置10が追随できず電力変換装置10が停止する可能性がある。
これを避けるため、本実施の形態3では、太陽光パネル1の発電電力を制御できる電圧制御モードに切り換える。太陽光パネル1の制御がMPPT制御モードから電圧制御モードに切り換ることで、上述したように太陽光パネル1での発電電力が下がる。これにより、蓄電池2の制御モードが充電制御モードから放電制御モードに切り換わる。本実施の形態3では、蓄電池2の制御モードが放電制御モードに切り換わるように第12の所定値を決定する。
このように制御することで、余剰電力が少ない場合は、太陽光パネル1の制御モードを電圧制御モードに移行することで、結果的に蓄電池2の制御モードを放電制御モードに移行するので、負荷4の使用電力が急に増加した場合でも、安定に電力を供給することができる効果がある。
太陽光パネル1を電圧制御モードに移行すると、太陽光パネル1の発電電力はさらに下がり、宅内の負荷4に供給する電力がさらに不足する。太陽光パネル1が電圧制御モードに移行すると、蓄電池2は図14のS122〜S124に示すフローに従い、充電制御モードから放電制御モードに移行する(移行手順の詳細は後述する)。
蓄電池2の充電制御モードから放電制御モードに移行に際しては、第2のDC/DC変換回路17を停止し、再起動するため時間がかかる。その間、不足電力を負荷に供給できないため、電力変換装置10が停止する、あるいは一部の負荷が停止するなどの問題が発生する。
一方、S112で電圧制御モードへの移行マスク期間ではなかった場合、あるいはS113で蓄電池2の充放電を切り換え制御中であった場合は、S114で太陽光パネル1の制御をMPPT制御モードから電圧制御モードに移行する。電圧制御モードへの移行に際しては、図11に示すように、MPPT制御モードでは、電圧制御モードの際の電圧制御範囲より低い電圧で太陽光パネル1の制御を行っている。従って、電圧制御開始時は、直流母線25の直流母線電圧を図11に示す電圧制御範囲の下限電圧になるよう制御を行う。そして、太陽光パネル1の電圧が下限電圧になると、第2の制御回路184は、直流母線電圧が第2の制御目標電圧になるよう制御を開始する。なお、S114で電圧制御モードへ移行すると、第1の制御部14内の第1の制御回路144は、後述する第13の所定値を電圧制御モード時に使用する値に変更し(S115)、S21に戻る。
MPPT制御モードではなかった場合は、本実施の形態3ではMPPT制御モードに移行するため、S106で日射量が急変していないかを確認する。日射量の急変が発生していた場合は、MPPT制御モードに移行しても、最適な制御ポイント(発電電力が最大になるポイント)に制御することができない。そのため、日射量の急変が落ち着くまでMPPT制御モードへの移行は行わず電圧制御モードのまま動作を継続する(S21に戻る)。
一方、日射量の急変が発生していなかった場合は、宅内の負荷4の消費電力が急変しているかを確認する(S107)。宅内の負荷4の消費電力が急変している場合、特に、消費電力が急に増加している場合は、太陽光パネル1の発電電力では負荷4に供給する電力がまかなえない可能性がある。この場合、太陽光パネル1の応答性能にもよるが、負荷急変に追随できないため、蓄電池2を充電制御モードから放電制御モードに切り換わる可能性がある。
従って、宅内の負荷4の消費電力が急変している場合は、負荷4の消費電力が落ち着くまでMPPT制御モードへは移行せず電圧制御モードのまま動作を継続する(S21に戻る)。なお、蓄電池2を充電制御モードから放電制御モード、あるいは放電制御モードから充電制御モードに切り換える場合は、太陽光パネル1は電圧制御モードで制御する必要がある(この理由は後述する)。
例えば、交流電圧のピークでMPPT制御モードに移行した場合、宅内の負荷4のその瞬間の消費電力は最大となる。そのため、電力変換装置10から大きな電力が宅内の負荷4に向かって供給される。これにより、直流母線25の直流母線電圧が下がる。よって、第1のDC/DC変換回路13に出力される指令値が同じであった場合でも、直流母線電圧が変わるため制御ポイントは移動する。これは、MPPT制御開始時の外乱となり、MPPT制御開始から、最大電力点に制御ポイントを持っていくまでの時間が長くなる。
従って、本実施の形態3では、MPPT制御モードへの切り換えは、交流電圧の0クロス点付近で実施する。交流電圧の0クロス点付近ではなかった場合は、MPPT制御モードへは移行せず、電圧制御モードのまま動作を継続する(S21に戻る)。
MPPT制御回路141は、起動指示を受け取ると、第1の制御回路144から入力された指令値情報と、前回計測した太陽光パネル1の発電電力、および現在の発電電力からMPPT制御で指令値を動かす方向を決定する。
電圧制御モードからMPPTモードに移行すると、図15(c)に示すように直流母線25の直流母線電圧の制御主体が蓄電池2を駆動する第2のDC/DC変換部17になる。これにより、図15(c)の期間Bに示すように、直流母線電圧は蓄電池2の電圧制御目標値に向かって下がってくる。その際、太陽光パネル1の発電電力は、MPPT制御モード移行直後は下がる場合(図16(a)の実線波形を参照)がある。
実施の形態3では、MPPT制御モード移行直後、発電電力が下がる場合について示している。これは、以下の理由により発生する。
図15(c)に示すように、直流母線電圧が下がるため、同じ指令値であっても、太陽光パネル1の発電電力は変わる。基本的には、太陽光パネル1の電圧が下がるため、発電電力は上がる。このとき、本来ならば、電圧制御からMPPT制御に切り換えた直後は、図11に示すように電圧を下げる方向に指令値を出す必要がある。
しかし、MPPT制御回路141の指令値が太陽光パネル1の電圧を上げる方向に動かすものであった場合、次回の制御で、MPPT制御回路141は、さらに太陽光パネル1の電圧を上げる方向に指令値を出力する。これが、MPPT制御開始の際の外乱となり、MPPT制御モード移行直後は、一旦発電電力が下がる理由である。なお、図16(a)中の破線は負荷4の消費電力を示す。
しかし、MPPT制御モード切り換え直後は、上述のように、太陽光パネル1の発電電力が一時的に下がることがあるため、蓄電池2への蓄電電力が第12の所定値未満になる場合がある。このときに太陽光パネル1の制御をMPPT制御モードから電圧制御モードに切り換えると、上述したように蓄電池2も放電制御モードに移行する。
このとき、負荷4の消費電力、および日射量がほとんど変わらなかった場合、太陽光パネル1の電圧制御が収束すると、直流母線25の直流母線電圧が第3の閾値を越え、再び蓄電池2が充電制御モードに切り換わる(図14のS12、S125参照)。そして、太陽光パネル1の制御も再びMPPT制御モードに切り換わる。
以上のように、太陽光パネル1の電圧制御モードへの移行を阻止する(マスクする)所定の期間を設けないと、電力変換装置10内の蓄電池2の制御、および太陽光パネル1の制御がハンチングを起こす。よって、本実施の形態3では、太陽光パネル1の電圧制御モードへの移行を阻止する所定の期間を設けることで、上記制御のハンチングを抑えることができる。
S110(図12、13参照)で電圧制御への移行マスクカウンタをセットし、起動を完了すると、第1の制御部14内の第1の制御回路144は、後述する第13の所定値をMPPT制御モード時の所定値に変更する(S111)。
一方、充電モードであり、かつ第12の所定値未満であった場合は、S112で上述した太陽光パネル1の電圧制御への移行をマスクする期間かを確認する。確認の結果、マスクする期間であった場合、第1の制御部14内の第1の制御回路144は、S113で蓄電池2が充放電の制御モードの切り換えを実施しているかを確認する。
太陽光パネル1の制御で、蓄電池2の充放電制御切り換えを確認するのは以下の理由に基づく。本実施の形態3では、蓄電池2の充放電制御モードを切り換える場合、一旦、第2のDC/DC変換回路17の動作を停止させる。従って、太陽光パネル1の制御モードがMPPT制御であった場合、第2のDC/DC変換回路17が停止している期間は、直流母線25の直流電圧は制御されない。
直流母線25の直流母線電圧が制御されなかった場合、図17に示すように、太陽光パネル1により発電された電力で直流母線25に接続された図示していないコンデンサに電力が充電され直流母線電圧が上昇する。図17において、直流母線電圧がCからDに上昇する。
一方、第1のDC/DC変換回路13では、第1の制御部14から出力される制御指令値(昇圧比)、および直流母線電圧に基づき太陽光パネル1のパネル電圧を制御する。従って、制御指令値(昇圧比)が同一であっても、直流母線電圧が高くなるため、太陽光パネル1の動作点(制御ポイント)が点Aから点Bに移動する。
例えば、直流母線電圧が350Vで制御されており、制御ポイントAの動作電圧が200Vとすると、制御指令値は200/350=0.57となる。
そして、上記理由により直流母線電圧が400Vに上昇すると同じ指令値の場合、太陽光パネル1の動作電圧は400×0.57=228Vとなる(制御ポイントB)。
太陽光パネル1は図17に示すように、最適制御ポイントより電圧が大きくなると、発電電力は著しく低下する。従って、蓄電池2の制御を切り換える際に、太陽光パネル1の制御をMPPT制御モードで継続していた場合、制御ポイントは図17のBに移動するため、太陽光パネル1の発電電力が著しく少なくなるため、宅内の負荷4への供給電力が不足し、負荷4が停止してしまう。
従って、本実施の形態3では、図15、16のタイミングチャートに示すように、蓄電池2の制御モードを切り換える際(期間A、および期間C部)は、太陽光パネル1の制御を電圧制御モードに切り換えた後に、蓄電池2の制御モードを切り換えるよう制御することで、上記問題点を解決している。
以下、図18を参照して第13の所定値を用いたMPPT制御モードと電圧制御モードの切り換え制御方法について説明する。なお、第13の所定値が、この発明の第1の所定値である。
本実施の形態3では、
第13の所定値(電圧制御モード時)>第13の所定値(MPPT制御モード時)
とする。
通常、電圧制御モードからMPPT制御モードに切り換えると、余剰電力が発生する。そのため、蓄電地2からの放電電力は少なくなる。その際、蓄電池2からの放電電力が小さい状況で、太陽光パネル1の制御を電圧制御モードからMPPT制御モードに切り換えると、MPPT制御モードでの発電電力が負荷4の消費電力より大きくなり余剰電力が発生する。そのため、蓄電池2は放電制御モードから充電制御モードに切り換わる。
しかし、元々、蓄電池2からも若干の放電があることから、太陽光パネル1を切り換える際は、基本的には、太陽光パネル1は電圧制御モードで発電できる最大の電力を発電している。従って、負荷4の消費電力、および日射量が変化しないとすると、蓄電池2の充電電力(余剰電力)は、
MPPT制御モードでの発電電力−電圧制御モードでの発電電力―放電電力
となる。例えば、MPPT制御モードでの発電電力と電圧制御モードでの発電電力の差が250W程度で、放電電力が200W程度であった場合、蓄電池2を充電制御モードに切り換えると50Wの余剰電力が充電される。
ここで、宅内の負荷4の消費電力が、例えばインバーター機器(短時間で周期的に消費電力が増加する機器)が動作すると、平均消費電力が50W未満であっても数秒間100W程度の消費電力が発生すると、蓄電池2に供給する余剰電力がなくなり、蓄電池2は再度放電制御モードに切り換わる。
そこで、宅内の負荷4の消費電力が元に戻ると、再び余剰電力が発生し、蓄電池2は、再度電圧制御モードに切り換わる。そして十数秒間、宅内の負荷4の消費電力が20W程度になると再び、太陽光パネル1の制御モードがMPPT制御モードに切換わり、再度蓄電池2が充電制御モードに切り換わる。
従って、本実施の形態3では、上記ハンチングを抑えるために、MPPT制御モードへの移行は、少なくとも太陽光パネル1がMPPT制御モードに切換わっても、蓄電池2の制御モードが放電制御モードを維持できる放電電力がある場合に移行するよう電圧制御時の第13の所定値を決定する。
具体的には、実施の形態2で推定したMPPT制御モードでの最大発電電力から、同様の方法で推定して求めた電圧制御モードで発電できる最大発電電力を引いた差分値にハンチング防止用のオフセット電力をプラスした値を設定する(例えば、250W+150W=400W)。
具体的には、図18に示すように、MPPT制御モード移行後に、S111(図12、13参照)で第13の所定値をMPPT制御モード時に使用する値に変更する。また、電圧制御モード移行後は、S115で第13の所定値を電圧制御時に使用する値に変更する。
例えば、電圧制御モード時の第13の所定値を400W程度とした場合は、MPPT制御モード時は50W程度とする。
そして、S116で直流母線電圧が第11の閾値と比較される。通常、第11の閾値は蓄電池2の制御目標値よりも小さく設定されるが、例えば、負荷4の消費電力が、瞬間的に上昇した場合など、第2のDC/DC変換回路17の応答が追随できず、直流母線25の直流母線電圧が第11の閾値を上回ることがある。その際、S116からS112へ進み、太陽光パネル1の制御はMPPT制御から電圧制御に再度移行する。
一方、第13の所定値を下げていた場合は、S102で放電電力が第13の所定値以上(例えば、400W−250W=150W)となり、負荷4の消費電力が、瞬間的に上昇した場合でも、すぐには電圧制御モードには移行せず、MPPT制御モードを継続できる。これにより、上記ハンチングを防止できるとともに、不必要な太陽光パネル1の制御モード切り換えが発生しないので、太陽光パネル1の発電電力を最大限活用できる効果がある。
一方、S102で第13の所定値未満であった場合は、S116で直流母線電圧を確認する。確認の結果、直流母線電圧が第11の閾値以下の場合は、S21に戻る。また、第11の閾値を超えていた場合は、太陽光パネル1での発電電力が多いと判断し、S112に進み、図12、13に示すフローに従い、太陽光パネル1の制御を電圧制御モードに移行する。
このように制御することで、蓄電池2の充電制御モードへの移行をスムーズに進めることができる効果がある。
これは、上述したように、蓄電池2の制御モード移行に当たっては、太陽光パネル1を電圧制御モードに移行させる必要があるためである。
S14で直流母線電圧が第4の閾値を越えている場合は、負荷4に電力が十分供給されていると判断し、前回の制御(現在の制御)を継続し(S15)、S12に戻る。一方、S14で第4の閾値以下の場合は、S121で蓄電池2の制御モードを確認する。
S121で放電モードであった場合は、前回の制御(現在の制御)を継続し(S15)、S12に戻る。S121で充電モードであった場合は、第2の制御部18内の第2の制御回路184は、蓄電池2の制御モードを充電制御モードから放電制御モードに切り換える。
そして、電圧制御モードへの切り換えを完了すると、第1の制御部14は第2の制御部18内の第2の制御回路184に電圧制御モードへの移行完了を通知する。第2の制御回路184は、第1の制御部14より電圧制御モードへの移行完了通知を受信すると、S122で一旦第2のDC/DC変換回路17を停止する。そして、第2のDC/DC変換回路17の停止を確認すると、S123で第2のDC/DC変換回路17、充電制御回路181、および放電制御回路182に対してレジスタや各種変数(パラメータ)を初期化するよう指示を出す。
なお、本実施の形態3では、電流計16より出力される電流の絶対値が所定値未満でとなったかを確認することで、第2のDC/DC変換回路17の停止を確認する。
初期化指示を完了すると、第2の制御回路184は、放電制御回路182に起動指示を出力するとともに、切換回路183に対して放電制御回路182の出力を選択するよう指示を出す(S124)。S124で放電制御モードでの起動を完了するとS12に戻り、蓄電池2の制御を継続する。
これを放電電力が第13の所定値以上であればMPPT制御モードへ移行し、放電電力が第13の所定値未満であれば電圧制御モードへ移行することで、電圧制御モードとMPPTモード間のハンチング動作を抑える効果を損なうことなく、制御処理を簡素化することができる。
これにより、太陽光パネル1の切り換え時に制御モードが繰り返し切り換えられるハンチング動作を抑制することができ、ハンチング発生により、太陽光パネル1の発電電力を最大限活用することができなくなるとの問題点を解決することができる効果がある。
なお、本実施の形態3では、制御モードのマスクを太陽光パネル1の制御のみに適用した場合について説明したが、マスク期間に蓄電池2の制御モードについても移行をマスクするように制御しても同様の効果を奏する。
ただし、蓄電池2に本マスク制御を採用する場合は、負荷急変により、負荷4への供給電力が不足した場合は、充電制御モードから放電制御モードへ切り換える必要があるため、図14のS14中の第4の閾値を太陽光パネル1の制御切り換えマスク期間中と通常で切り換える。
なお、制御切り換えマスク期間中は第4の閾値をマスク期間以外の値より小さく設定することで、蓄電池2の制御モードの不必要な切り換えについても抑えることができる。
蓄電池2の制御モードの移行に際しては、上述したように太陽光パネル1の制御モードを電圧制御モードに切り換える必要がある。従って、蓄電池2の不必要な制御モードの移行を抑えることで、太陽光パネル1の制御モードの移行についても抑えることができるので、太陽光パネル1の発電能力を最大限活用することができ、停電時の自立運転での動作継続時間の拡大を図ることができる効果がある。なお、蓄電池2の制御モード移行マスク期間中は、太陽光パネル1の制御モード移行を抑えるよう制御することで、不必要な制御モードの移行(太陽光パネル制御、および蓄電池制御)を抑えることができる。
また、蓄電池2の制御モード移行マスク期間中に負荷4の消費電力が急変する、あるいは日射量が急変し、太陽光パネル1の発電電力が急変した場合に対応する必要がある。よって、蓄電池2の制御については、完全にマスクするのではなく、図14のS12の第3の閾値、S14中の第4の閾値をマスク期間中とそれ以外で切り換えるよう構成することで、負荷急変や日射急変にも対応することができる。
これにより、蓄電池2の制御モード切り換え時に太陽光パネル1のパネル電圧が大きく変化することを抑える(図17参照)ことができ、電力変換装置10を安定に動作させることができる効果がある。
上記第1の制御部は、自立運転時に上記電力制御モードと上記電圧制御モードの2種類の制御モードを切り換える制御回路を有し、上記分散電源の電圧制御モード時は上記第1の制御目標電圧より高い第2の制御目標電圧で制御するとともに、上記母線電圧計測部による上記母線電圧の計測値が、上記第1の制御目標電圧よりも高く、上記第2の制御目標電圧よりも低い第1の閾値電圧より低くなった場合に、上記電力制御モードへ切換え、上記第2の制御目標電圧よりも高い第2の閾値電圧を超えた場合に、上記電圧制御モードへ切換えるよう制御する。
この第2の発明に係る電力変換装置は、分散電源からの直流電力を変換し系統、負荷に供給する電力変換装置において、上記分散電源から出力される第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換する第1のDC/DC変換回路と、上記第1のDC/DC変換回路と正負の直流母線を介して接続され、直流電圧を所望の交流電圧に変換して出力するDC/AC変換回路と、少なくとも自立運転時に上記直流母線間の母線電圧を制御する第2のDC/DC変換回路と、上記母線電圧を計測する母線電圧計測部と、上記分散電源の最大電力を引き出す電力制御モードと上記直流母線間の母線電圧を制御する電圧制御モードとの2種類の制御モードを有し、上記第1のDC/DC変換回路を駆動制御する第1の制御部と、上記第2のDC/DC変換回路を駆動制御する第2の制御部と、上記DC/AC変換回路を駆動制御する第3の制御部とを備えている。そして、上記第2の制御部は、自立運転時に上記母線電圧計測部による上記母線電圧の計測値に基づき上記第2のDC/DC変換回路を駆動制御して上記母線電圧を制御し、上記第1の制御部は、自立運転時における上記母線電圧計測部による上記母線電圧の計測値に基づき上記2種類の制御モードを切り換え、
上記第2のDC/DC変換回路は充放電可能な電力蓄積部に接続され、かつ上記電力蓄積部の充放電電力を計測する電力計測部を備え、上記第1の制御部は、上記電力蓄積部が充電状態にある場合、あるいは上記電力蓄積部が放電状態にあり、かつ上記電力計測部より出力される放電電力が第1の所定値以上の場合には、上記第1のDC/DC変換回路の制御を上記電力制御モードに切換え、上記電力蓄積部が放電状態にあり、かつ上記電力計測部より出力される放電電力が上記第1の所定値未満の場合には、上記第1のDC/DC変換回路の制御を上記電圧制御モードに切換えるように制御し、上記第1の制御部で制御方法を切り換える上記第1の所定値は、上記電力制御モードで制御している場合より、上記電圧制御モードで制御している場合の方が大きい値とする。
この第2の発明に係る電力変換装置は、上記のように構成されているため、系統の停電時に、太陽電池から効率よく電力を得、太陽電池の発電電力を有効活用することができる。
Claims (10)
- 分散電源からの直流電力を変換し系統、負荷に供給する電力変換装置において、
上記分散電源から出力される第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換する第1のDC/DC変換回路と、
上記第1のDC/DC変換回路と正負の直流母線を介して接続され、直流電圧を所望の交流電圧に変換して出力するDC/AC変換回路と、
少なくとも上記系統の停電時に上記直流母線間の母線電圧を制御する第2のDC/DC変換回路と、
上記分散電源の最大電力を引き出す電力制御モードと上記直流母線間の母線電圧を制御する電圧制御モードとの2種類の制御モードを有し、上記第1のDC/DC変換回路を駆動制御する第1の制御部と、
上記第2のDC/DC変換回路を駆動制御する第2の制御部と、
上記DC/AC変換回路を駆動制御する第3の制御部とを備え、
上記第2の制御部は、上記系統の停電時に上記第2のDC/DC変換回路を駆動制御して上記母線電圧を制御し、
上記第1の制御部は、上記系統の停電時における上記第2の制御部の制御情報に基づき上記2種類の制御モードを切り換える電力変換装置。 - 上記第2のDC/DC変換回路は充放電可能な電力蓄積部に接続され、かつ上記母線電圧を計測する母線電圧計測部を備え、
上記第2の制御部は、上記系統の停電時に上記母線電圧計測部による母線電圧の計測値に基づき上記第2のDC/DC変換回路からの出力電圧を制御して上記母線電圧を制御し、
上記2種類の制御モードを切り換えるための上記第2の制御部の制御情報は、上記母線電圧計測部による母線電圧の計測値である請求項1に記載の電力変換装置。 - 上記系統の停電時の上記分散電源の電圧制御モードにおいて上記第1のDC/DC変換回路による上記母線電圧の制御目標電圧を設定し、
上記第1の制御部は、上記母線電圧の計測値が上記制御目標電圧より小さい第1の閾値以下ならば上記電力制御モードを選択し、上記母線電圧の計測値が上記制御目標電圧より大きい第2の閾値以上ならば上記電圧制御モードを選択する請求項2に記載の電力変換装置。 - 上記第2の制御部は、上記母線電圧の計測値が所定の閾値以下ならば上記第2のDC/DC変換回路により上記電力蓄積部の放電制御を開始し、上記第1の閾値は、上記所定の閾値より小さい値に設定される請求項3に記載の電力変換装置。
- 上記2種類の制御モードを切り換えるための上記第2の制御部の制御情報は、上記電力蓄積部の充放電制御情報である請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記電力蓄積部の充放電制御の切り換えは、上記分散電源が発電可能な余剰電力の推定値に基づき行われる請求項5に記載の電力変換装置。
- 上記第2のDC/DC変換回路は充放電可能な電力蓄積部に接続され、かつ電力蓄積部の充放電電力を計測する電力計測部を備え、
上記第1の制御部は、上記該電力蓄積部が充電状態にある場合、あるいは上記電力蓄積部が放電状態にあり、かつ上記電力計測部より出力される放電電力が第1の所定値以上の場合には、上記第1のDC/DC変換回路の制御を上記電力制御モードに切換え、上記電力蓄積部が放電状態にあり、かつ上記電力計測部より出力される放電電力が上記第1の所定値未満の場合には、上記第1のDC/DC変換回路の制御を上記電圧制御モードに切換えるように制御する請求項1に記載の電力変換装置。 - 上記第1の制御部で上記電力制御モードから上記電圧制御モードに切り換える場合、上記切り換えを所定の期間阻止するように制御する請求項7に記載の電力変換装置。
- 上記第1の制御部で制御方法を切り換える上記第1の所定値は、上記電力制御モードで制御している場合より、上記電圧制御モードで制御している場合の方が大きい値とする請求項7に記載の電力変換装置。
- 上記電力蓄積部を充電から放電、あるいは放電から充電に切り換える際は、上記第1の制御部は強制的に上記電圧制御モードに切り換えるよう制御する請求項7に記載の電力変換装置。
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