JPWO2018051600A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
電力値と効率との関係を表す電力情報と運転順序である運転優先度の情報を含む属性情報を保有し、並列接続された複数の電力変換器ユニットと、
要求電力に応じて各電力変換器ユニットが分担する電力を調整する電力分担調整器と、
を備え、
前記電力分担調整器は、前記各電力変換器ユニットから入手した前記属性情報を基に、前記電力変換器ユニットの電力変換動作の可否を管理し、各電力変換器ユニットが分担する電力を調整することを特徴とするものである。
入力側に複数の直流電源が接続され、出力側で並列接続された複数の電力変換器ユニットと、電力変換器ユニットごとに電力を調整する電力分担調整器とを有して、各電力変換器ユニットの効率特性(電力と効率との関係を示す特性)を利用して、装置全体として効率が良くなるように、電力分担調整器により各電力変換器ユニットが分担する電力の調整を行うようにしたので、全ての電力変換器の定格電力あたりの比率を一律に決定する場合に比べ、装置全体としての電力変換効率をより高くすることが可能となる。
また、本発明における電力変換装置は、この高効率化を実現するため、各電力変換器ユニットが分担する電力値などの条件を手動設定または通信により取得することで特定することができ、外部装置などからの要求電力に応じた電力変換の高効率化を実現できる。
図1は本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置の構成の一例を示す図である。
図に示すように、この電力変換装置は、電力変換器ユニット2が出力位置にて並列接続され、並列出力先の要求電力に応じて各電力変換器ユニットを調整する(例えば各電力変換器ユニットが分担する電力値を調整する)電力分担調整器3を備える。電力分担調整器3は、前記電力変換装置に用いられる電力変換器ユニット2の定格効率点、最高効率点、許容効率点に対応する電力情報を取得する機能を備える。前記要求電力は、外部装置から電力分担調整器3に入力される値、交流負荷あるいは潮流電力に対応する制御演算結果(図中で負荷と電力分担調整器3を結ぶ破線参照)、もしくは、任意の設定値を使用する。以上において、電力情報とは、原則、該当する電力値とこれに対応する電力変換器ユニットの効率(以下、単に効率と呼ぶ)の値の組(セット)を言い、通常は、予め、作業者の手動操作による入力設定、あるいは通信手段により与えられた2次元の数値データとして、各電力変換器ユニットが内部メモリ等に保持しているものである。
電力分担調整器3は、直流電源1と電力変換器ユニット2の接続状態の情報を電力変換器ユニット2より取得、もしくは、予め接続状態を設定することで、前記電力変換装置の電力変換動作の可否を管理する。電力分担調整器3は、要求された充放電電力に応じて、前記電力変換装置の構成から電気変換効率の良い各電力変換器ユニット2の電力分担を決定する。前記電力変換装置の各入力と並列出力の形態は、直流に限定せず、いずれか一方もしくは両方が交流でもよい。なお、上記接続状態の情報は、上記直流電源1が移動体の直流電源(例えばEVなど)である場合に特に必要となるものである。また、電力変換動作の可否とは、電力変換装置全体として、各直流電源と各電力変換器ユニットの電力変換動作の可否を意味する。
第1に、要求電力がN台全ての変換器ユニットの第3の電力しきい値以下のとき、第3の運転モード(図では「mode=3」)を選択する。第2に、要求電力が個々の変換器ユニットの第3の電力しきい値以上かつ変換器ユニットの第2の電力しきい値以下のとき、第2の運転モード(図では「mode=2」)を選択する。第3に要求電力が複数台の変換器ユニットの第2の電力しきい値以上かつ変換器ユニットの第1の電力しきい値以下のとき第1の運転モード(図では「mode=1」)を選択する。第4に前記第1から第3の条件に含まれない、かつ、要求電力が電力調整可能な変換器ユニットの第1の電力しきい値の総和以下のとき、第2の運転モードを選択する。なお、図5に示すフロー例F2の基本的な動作は、前記フロー例F1と同様のため、詳しい説明は省略する。
以上において、基準化した電力とは、変換器Cの入力電力が100%の場合の電力のことを意味する(以下同じ)。
前記要求電力が基準化した電力の360%未満から300%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の300%未満から240%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを第2の電力しきい値に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の240%未満から200%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを零出力に選択し、変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の200%未満から130%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の130%未満から100%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の100%未満から60%以上のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の60%未満から40%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の40%未満から30%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の30%未満のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
なお、電力分担調整器3にて変換器Aの第1の電力しきい値を200%から150%に変更する。
前記要求電力が基準化した電力の340%未満から310%のとき、変換器Aを第1の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の310%未満から300%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の300%未満から285%以上のとき、変換器Aを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを第2の電力しきい値に選択し、変換器Cを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の285%未満から250%以上のとき、変換器Aを第1の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の250%未満から240%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを第2の電力しきい値に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の240%未満から170%以上のとき、変換器Aを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の170%未満から150%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを第3の電力しきい値に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の150%未満から130%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の130%未満から100%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の100%未満から60%以上のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の60%未満から40%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の40%未満から30%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の30%未満のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
なお、電力分担調整器3にて変換器Aの第1の電力しきい値、および第2の電力しきい値を、ともに100%とする。
前記要求電力が基準化した電力の290%未満から260%以上のとき、変換器Aと変換器Cを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の260%未満から240%以上のとき、変換器Aと変換器Bを第2の電力しきい値に選択し、変換器Cを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の240%未満から230%以上のとき、変換器Aと変換器Cを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の230%未満から130%以上のとき、変換器Aを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の130%未満から100%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の100%未満から60%以上のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の60%未満から40%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の40%未満から30%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の30%未満のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
前記変換器Bの第1の電力しきい値が基準化した電力の100%、第2の電力しきい値が基準化した電力の60%、第3の電力しきい値が基準化した電力の35%とし、
前記変換器Cの第1の電力しきい値が基準化した電力の100%、第2の電力しきい値が基準化した電力の60%、第3の電力しきい値が基準化した電力の40%とする。
前記要求電力が基準化した電力の260%未満から220%以上のとき、変換器Aを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを第1の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の220%未満から190%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の190%未満から160%以上のとき、変換器Aを第1の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の160%未満から130%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを第2の電力しきい値に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の130%未満から100%以上のとき、変換器Aを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の100%未満から70%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の70%未満から60%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の60%未満のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
図8は、本発明の実施の形態2にかかる運転モード選択フローの構成例を示す図である。本実施の形態2の電力変換装置においては、実施の形態1に比べて、第2の電力しきい値と第3の電力しきい値を不要とする高効率充放電機能を実現することができる。図8は、当該機能を実現するためのフローチャートを示している。すなわち、前記電力分担調整器3にて操作する複数の電力変換器ユニット2の第2の電力しきい値と第3の電力しきい値を、予め定めた第1の電力しきい値に対する比率によって決定することで、実施の形態1より簡易化した高効率充放電機能を実現することができる。例えば、図8においては、P2=0.6P1、P3=0.4P1とした。
図9は、本発明の実施の形態3にかかる運転モード選択フローの構成例を示す図である。本実施の形態3の電力変換装置においては、実施の形態1の構成に加えて、第1の電力しきい値から第3の電力しきい値に対応する電力変換効率と、第1の電力しきい値と第2の電力しきい値に対応する電力変換効率を直線近似した効率特性η1と、第2の電力しきい値と第3の電力しきい値に対応する電力変換効率を直線近似した効率特性η2を用いて高効率充放電機能向上を実現する構成となっている。なお、第3の電力しきい値から零までの効率特性の直線近似は、効率特性η1を利用する。
前記変換器Bの第1の電力しきい値が基準化した電力の130%、第2の電力しきい値が基準化した電力の100%、第3の電力しきい値が基準化した電力の30%とし、
前記変換器Cの第1の電力しきい値が基準化した電力の100%、第2の電力しきい値が基準化した電力の60%、第3の電力しきい値が基準化した電力の40%とする。
前記要求電力が基準化した電力の390%未満から360%以上のとき、変換器Cを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aを第1の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の360%未満から300%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の300%未満から240%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを第2の電力しきい値に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の240%未満から200%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを零出力に選択し、変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の200%未満から130%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の130%未満から100%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の100%未満から60%以上のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の60%未満から40%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の40%未満から30%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の30%未満のとき、変換器Cを調整用に選択し、変換器Aと変換器Bを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の260%未満から220%以上のとき、変換器Aを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを第1の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の220%未満から190%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを第2の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の190%未満から160%以上のとき、変換器Aを第1の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の160%未満から130%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bを第2の電力しきい値に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の130%未満から100%以上のとき、変換器Aを第2の電力しきい値に選択し、変換器Bを調整用に選択し、変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の100%未満から70%以上のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の70%未満から60%以上のとき、変換器Bを調整用に選択し、変換器Aと変換器Cを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の60%未満のとき、変換器Aを調整用に選択し、変換器Bと変換器Cを零出力に選択する。
また、同様に、電力変換器ユニット2は、その内部に、上述のプロセッサ100と記憶装置101を含み、これらは、上記と同様の動作を行う。さらに、この電力変換器ユニット2は電力分担調整器3と同様、他の機器と情報のやり取りをするための入出力機器を備えていることは、いうまでもない。
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
電力値と効率との関係を表す電力情報と運転順序である運転優先度の情報を含む属性情報を保有し、並列接続された複数の電力変換器ユニットと、
要求電力に応じて各電力変換器ユニットが分担する電力を調整する電力分担調整器と、
を備え、
前記電力分担調整器は、前記各電力変換器ユニットから入手した前記属性情報を基に、前記電力変換器ユニットの電力変換動作の可否を管理し、前記属性情報のうち電力情報に関わる情報である、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの定格効率に対応する第1の電力しきい値と、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの最高効率に対応する第2の電力しきい値と、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの基準となる効率である許容効率に対応する第3の電力しきい値を使用して、各電力変換器ユニットが分担する電力を調整することを特徴とするものである。
Claims (15)
- 電力値と効率との関係を表す電力情報と運転順序である運転優先度の情報を含む属性情報を保有し、並列接続された複数の電力変換器ユニットと、
要求電力に応じて各電力変換器ユニットが分担する電力を調整する電力分担調整器と、
を備え、
前記電力分担調整器は、前記各電力変換器ユニットから入手した前記属性情報を基に、前記電力変換器ユニットの電力変換動作の可否を管理し、各電力変換器ユニットが分担する電力を調整することを特徴とする電力変換装置。 - 前記属性情報は、前記複数の電力変換器ユニットの入力端と出力端の並列接続構成の情報を含み、
前記電力分担調整器は、前記属性情報のうち電力情報に関わる情報である、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの定格効率に対応する第1の電力しきい値と、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの最高効率に対応する第2の電力しきい値と、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの基準となる効率である許容効率に対応する第3の電力しきい値を使用するとともに、前記属性情報を用いて各電力変換器ユニットの運転優先度を設定することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記電力分担調整器は、前記要求電力に応じて、
前記第1の電力しきい値から前記第2の電力しきい値の範囲で前記電力変換器ユニットの電力調整を行い不要な前記電力変換器ユニットからの出力をゼロとする第1の運転モードと、前記第2の電力しきい値と前記第3の電力しきい値の範囲で前記電力変換器ユニットの電力調整を行い不要な前記電力変換器ユニットからの出力をゼロとする第2の運転モードと、前記第3の電力しきい値以下の範囲で前記電力変換器ユニットの電力調整を行い不要な前記電力変換器ユニットからの出力をゼロとする第3の運転モード、の3種類の運転モードから1つの運転モードを選択することにより、各電力変換器ユニットが分担する電力を前記電力分担調整器により調整することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記運転優先度は、予め与えられた運転優先度に関する情報によって変更される場合を除き、前記第1の電力しきい値の大きい順に設定されることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記第1の運転モードは、
前記要求電力が、2台以上の前記電力変換器ユニットの前記第2の電力しきい値の和以上のとき、調整用の1台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を、前記第1の電力しきい値、前記第2の電力しきい値、もしくは零に設定し、
前記要求電力が、1台の前記電力変換器ユニットの前記第2の電力しきい値以上のとき、調整用の1台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定し、
前記第2の運転モードは、
前記第1の運転モードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、前記要求電力が、2台以上の前記電力変換器ユニットの前記第3の電力しきい値の和以上のとき、調整用の1台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を、前記第2の電力しきい値、前記第3の電力しきい値、もしくは零に設定し、
前記要求電力が、1台の前記電力変換器ユニットの前記第3の電力しきい値以上のとき、調整用の1台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定し、
前記第3の運転モードは、
前記第1の運転モードまたは前記第2の運転モードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、調整用の1台の電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定することを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記電力分担調整器は、前記定格効率、前記最高効率、および前記許容効率の情報を用いて、前記第1の電力しきい値と前記第2の電力しきい値間の電力区間の効率を前記定格効率と前記最高効率を用いて直線近似した第1の効率特性を生成し、前記第2の電力しきい値と前記第3の電力しきい値の間の電力区間の効率を前記最高効率と前記許容効率を用いて直線近似した第2の効率特性を生成することを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記第1の運転モードは、前記要求電力が少なくとも1台以上の前記電力変換器ユニットの前記第2の電力しきい値の和以上のとき、前記第1の効率特性を用いて、最も効率が高くなる前記各電力変換器ユニットの充放電電力を設定し、
前記第2の運転モードは、前記第1の運転モードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、前記要求電力が少なくとも1台以上の前記電力変換器ユニットの前記第3の電力しきい値の和以上のとき、前記第2の効率特性を用いて最も効率が高くなる前記各電力変換器ユニットの充放電電力を設定し、
前記第3のモードは、前記第1のモードまたは前記第2のモードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、調整用の電力変換器ユニット1台を除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定することを特徴とする請求項3または請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記電力分担調整器は、前記第1の電力しきい値から前記第3の電力しきい値のすべての値を取得できない場合において、前記第1の電力しきい値と、前記第2の電力しきい値に対応する0から1で表される比率1と、前記第3の電力しきい値に対応する0から1で表される比率2の3情報を入力でき、前記第1の電力しきい値と前記比率1の積を基に前記第2の電力しきい値を、前記第1の電力しきい値と前記比率2の積を基に前記第3の電力しきい値を取得することを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換器ユニットに予め前記第1の電力しきい値から第3の電力しきい値が設定された場合において、前記電力分担調整器が前記第1の電力しきい値から前記第3の電力しきい値を取得することを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力分担調整器に予め複数の前記電力変換器ユニットの前記第1の電力しきい値から第3の電力しきい値が設定された場合において、前記電力分担調整器が前記属性情報を取得することを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力分担調整器が前記第1の電力しきい値から第3の電力しきい値に対応する電力情報を取得し、前記電力情報に基づき各電力変換器ユニットの運転優先度を決定することを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力分担調整器が前記電力変換器ユニットの属性情報を取得し、この属性情報に基づき、前記電力変換器ユニットの運転優先度を決定することを特徴とする請求項2から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換器ユニットに接続される直流電源は、当該直流電源を管理あるいは監視する装置を有し、前記直流電源を管理あるいは監視する装置を介して、充電可否と、放電可否と、充電電力上限と、放電電力上限のいずれかの情報を取得できる構成において、前記電力分担調整器は、前記第1の運転モードから第3の運転モードの電力分担の決定条件から前記直流電源を管理あるいは監視する装置の情報に応じた条件を除外することを特徴とする請求項3から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換器ユニットに接続される直流電源が移動体の電源である構成において、前記電力分担調整器は、移動体が接続された前記電力変換器ユニットを前記第1の運転モードから第3の運転モードの対象から除外して前記直流電源に優先的に充電することを特徴とする請求項3から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換器ユニットの入力電圧と出力電圧のうち、いずれか一方もしくは両方の大きさに応じて、前記第1の電力しきい値から前記第3の電力しきい値の値を変更することを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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