KR102549275B1 - 전력 변환 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

전력 변환 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102549275B1
KR102549275B1 KR1020187010343A KR20187010343A KR102549275B1 KR 102549275 B1 KR102549275 B1 KR 102549275B1 KR 1020187010343 A KR1020187010343 A KR 1020187010343A KR 20187010343 A KR20187010343 A KR 20187010343A KR 102549275 B1 KR102549275 B1 KR 102549275B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
converter
power
converters
current
reactive
Prior art date
Application number
KR1020187010343A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180072683A (ko
Inventor
나오키 아야이
Original Assignee
스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모덴키고교가부시키가이샤 filed Critical 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Publication of KR20180072683A publication Critical patent/KR20180072683A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102549275B1 publication Critical patent/KR102549275B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/102—Parallel operation of dc sources being switching converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

중간 버스를 통해, 복수의 직류 전원과 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치로서, 중간 버스와 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는 복수의 DC/DC 컨버터와, 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와, 중간 버스와 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와, 복수의 DC/DC 컨버터 및 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, DC/AC 컨버터 및 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행한다.

Description

전력 변환 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 전력 변환 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 10월 19일 출원의 일본 출원 제2015-205364호에 기초하는 우선권을 주장하며, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
직류 전원의 전압을 단상 교류 전압으로 변환하기 위해서는, 예컨대, 승압 회로(DC/DC 컨버터) 및 인버터 회로를 포함하는 전력 변환 장치가 이용된다. 전통적인 전력 변환 장치에서는, 직류 전원의 전압을, 교류측의 피크 전압보다 높은 일정 전압까지 승압 회로로 승압한 후, 상기 전압을, 인버터 회로로 교류 전압으로 변환하고 있다. 이 경우, 승압 회로 및 인버터 회로는, 상시 고속의 스위칭 동작을 행하고 있다. 그 때문에, 각 스위칭 소자에서는 스위칭 손실이 발생하여, 리액터에서는 철손(鐵損)이 발생한다. 이들 손실은, 변환 효율의 향상을 방해하는 요인이 된다.
한편, 직류 전원의 전압과 교류측의 순시 전압의 절대값을 항상 비교하여, 승압 회로에 대해서는 승압이 필요한 기간만 스위칭 동작시키고, 인버터 회로에 대해서는 강압이 필요한 기간만 스위칭 동작시킨다고 하는 제어가 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조.). 이러한 제어에 의하면, 승압 회로 및 인버터 회로에 스위칭 동작의 휴지(休止) 기간이 생긴다. 휴지 기간이 생기면, 그만큼, 스위칭 손실이나 리액터의 철손이 억제되기 때문에, 변환 효율의 향상에 이바지하게 된다.
또한, 복수의 직류 전원이 있고, 이것에 대응하여 복수의 DC/DC 컨버터를 구비하고 있는 전력 변환 장치에 있어서도, 마찬가지로, 변환 효율을 향상시킬 수 있다(예컨대 특허문헌 2 참조.).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2014-241714호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2014-241715호 공보
본 발명은 중간 버스를 통해, 복수의 직류 전원과 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치로서, 상기 중간 버스와 상기 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는, 복수의 DC/DC 컨버터와, 상기 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와, 상기 중간 버스와 상기 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와, 상기 복수의 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행하는 전력 변환 장치이다.
제어 방법의 관점에서는, 중간 버스와 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는, 복수의 DC/DC 컨버터와, 상기 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와, 상기 중간 버스와 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와, 상기 복수의 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 중간 버스를 통해, 상기 복수의 직류 전원과 상기 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치에 대해, 상기 제어부가 실행하는 전력 변환 장치의 제어 방법으로서, 상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 전력 변환 장치의 제어 방법이다.
도 1은 복수의 직류 전원과 교류 계통 사이에 설치된 전력 변환 장치의 개략 구성을 도시한 단선 접속도이다.
도 2는 도 1의 전력 변환 장치의 회로도의 일례이다.
도 3은 제1 DC/DC 컨버터와 제2 DC/DC 컨버터의 출력을 2067 W, 제3 DC/DC 컨버터와 제4 DC/DC 컨버터의 출력을 1033 W로 했을 때의, 각 DC/DC 컨버터의 피크 전류[Ipeak(Ipeak_1∼Ipeak_4)] 및, 전류의 제곱합을 편의상 (1/20) 스케일로 나타낸 결과를 도시한 막대 그래프이다.
도 4는 축전지가 충방전을 정지하고 있고, 나머지 3대의 태양 전지용 DC/DC 컨버터가 최대 출력으로 동작하고 있는 경우의 각 DC/DC 컨버터를 흐르는 전류의 피크값과, 전체 DC/DC 컨버터의 전류 제곱합을 도시한 막대 그래프이다.
도 5는 태양 전지용의 제1∼제3 DC/DC 컨버터가 2067 W를 출력하고, 축전지의 제4 DC/DC 컨버터의 출력(충전)이 0 W, -2067 W, -3100 W, -4133 W로 변화할 때의, 각 DC/DC 컨버터의 전류 피크값과, 전체 DC/DC 컨버터의 전류 제곱합을 도시한 막대 그래프이다.
도 6은 태양광 발전과 동시에 축전지의 방전을 행하는 경우의 각 DC/DC 컨버터의 전류 피크값과 전체 DC/DC 컨버터의 전류 제곱합을 도시한 막대 그래프이다.
도 7은 태양광 발전 패널을 해열(解列)하고, 발전 정지 중에 무효 전류를 공급하는 DC/DC 컨버터를 1대에 한한다고 하여, 전류 피크값과 제곱합을 계산한 결과를 도시한 막대 그래프이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
전술한 특허문헌 1, 2의 전력 변환 장치에서는, 상기 장치로부터 교류 계통에 출력되는 전력과 일치하는 전력을, DC/DC 컨버터가 출력하도록 스위칭 제어가 행해진다. 그 때문에, DC/DC 컨버터는, 유효 전류 및 무효 전류를 중간 버스에 공급한다. 또한, 특허문헌 2와 같이 복수의 DC/DC 컨버터를 구비하는 경우, 전류의 배분이 행해진다. 이 전류 배분의 요점을 나타내는 식은 이하와 같다. 한편, 이하에서의 문자 폰트의 차이(입체/이탤릭체)에는 의미는 없고, 동일한 문자는 동일한 양을 나타내고 있다(이하 동일함).
먼저, 기호를, 이하와 같이 정의한다.
I*a 전력 변환 장치로부터 교류 계통에의 출력 전류 지령값
Ca 교류측 콘덴서의 커패시턴스
Va 교류 계통 전압
I*inv 교류측 콘덴서에 전류를 흘리기 전의 단계에서의 인버터 회로의 전류 지령값
La 교류 리액터의 인덕턴스
V*inv 교류 리액터를 통과하기 전의 단계에서의 인버터 회로의 전압 지령값
V*o 중간 버스에 나타나야 할 전압 지령값(V*g.i의 가장 큰 값과, V*inv 중 어느 큰 쪽)
Co 중간 콘덴서의 커패시턴스
V*g.i 직류 입력 전압값(i는, 복수의 직류 전원 및 DC/DC 컨버터를 특정하는 번호 1, 2, …이다.)
I*g.i 직류 입력 전류 지령값
s 라플라스 연산자
한편, 〈 〉는, 괄호 안의 값의 평균값을 나타내고 있다.
Figure 112018036425306-pct00001
상기한 식 (1) 우변의 ( ) 안은, DC/DC 컨버터가 출력하는 전력이고, 이것에는 유효 전력과 무효 전력이 포함된다. 식 (1)을 변형한 식 (2)에 있어서, 전류 지령값 I*in.i는, 직류 전원이 공급하는 유효 전력 I*g.i×V*g.i에 비례하도록 DC/DC 컨버터가 출력하는 전력을 배분하고, 이것을 직류 전원의 전압 V*g.i로 나눔으로써 얻어진다. 즉, 이 경우, DC/DC 컨버터가 출력하는 유효 전력과 무효 전력이 모두, 직류 전원이 출력하는 유효 전력에 비례하도록 배분된다.
여기서, 예컨대, 직류 전원이 태양광 발전 패널인 경우, DC/DC 컨버터는, 출력하는 유효 전력이, 태양광 발전 패널의 출력이 최대가 되는 최적 동작점이 되도록, 제어된다.
그러나, 특허문헌 2의 전력 변환 장치에서는, 큰 유효 전력을 출력하는 태양광 발전 패널이 접속된 DC/DC 컨버터일수록 무효 전력이 많이 할당되고, 특정한 DC/DC 컨버터에 전류가 집중하는 경향이 발생하여, 상기 DC/DC 컨버터에 있어서 발생하는 전력의 손실이 커진다.
이러한 과제를 감안하여, 본 개시는 전력 변환 장치에 있어서 전력의 손실을 더욱 저감하는 것을 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
본 개시의 전력 변환 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 전력의 손실을 더욱 저감할 수 있다.
[실시형태의 요지]
본 발명의 실시형태의 요지로서는, 적어도 이하의 것이 포함된다.
(1) 이것은, 중간 버스를 통해, 복수의 직류 전원과 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치로서, 상기 중간 버스와 상기 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는, 복수의 DC/DC 컨버터와, 상기 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와, 상기 중간 버스와 상기 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와, 상기 복수의 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행하는 전력 변환 장치이다.
상기한 바와 같이 구성된 전력 변환 장치에서는, 무효 전력을, 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 최적으로 배분할 수 있다. 따라서, 예컨대, 각 DC/DC 컨버터의 전력의 피크값이 균등하게 되도록 배분 계수를 설정함으로써, 각 DC/DC 컨버터에 흐르는 전류의 피크값을 최소로 하는 배분이 가능해진다. 또한, 예컨대, 각 DC/DC 컨버터에서 발생하는 전력 손실에 주목하여, 이것을 최소로 하는 배분 계수의 설정도 가능해진다.
한편, 이것으로부터, 상기 제어부는, 하기 (2)와도 관련되지만, 다음과 같이도 표현할 수 있다. 즉, 「상기 제어부는, 상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하여, 각 DC/DC 컨버터의 전력의 피크값을 균등화하는 제어를 행한다.」라고도 말할 수 있다.
(2) 또한, (1)의 전력 변환 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 전력 또는 전류의 피크값이 균등하게 되도록 상기 무효 전력의 합계값을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행해도 좋다.
이 경우, 각 DC/DC 컨버터에 흐르는 전류의 피크값을, 최소로 할 수 있다.
(3) 또한, (1)의 전력 변환 장치에 있어서, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 최대 출력이 서로 동일한 경우, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 무효 전력 또는 무효 전류가 균등하게 되도록 상기 무효 전력의 합계값을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행해도 좋다.
이 경우, 각 DC/DC 컨버터에 흐르는 전류의 피크값을, 최소로 할 수 있다.
(4) 또한, (1)의 전력 변환 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 각각에 대한 입력 전압의 제곱에 비례하여, 무효 전력의 상기 배분 계수를 설정하도록 해도 좋다.
이 경우, 각 DC/DC 컨버터에서 발생하는 전력 손실을 최소로 할 수 있다.
(5) 또한, (1)∼(4) 중 어느 하나의 전력 변환 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터 중, 축전지가 접속된 DC/DC 컨버터를, 무효 전력의 배분의 대상에서 제외하도록 해도 좋다.
이 경우, 축전지에 무효 전류가 흘러 전력 손실이 발생하는 것을, 방지할 수 있다.
(6) 제어 방법의 관점에서는, 중간 버스와 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는, 복수의 DC/DC 컨버터와, 상기 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와, 상기 중간 버스와 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와, 상기 복수의 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 중간 버스를 통해, 상기 복수의 직류 전원과 상기 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치에 대해, 상기 제어부가 실행하는 전력 변환 장치의 제어 방법으로서, 상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 전력 변환 장치의 제어 방법이다.
이러한 전력 변환 장치의 제어 방법에 의하면, 무효 전력을, 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 최적으로 배분할 수 있다. 따라서, 예컨대, 각 DC/DC 컨버터의 전력의 피크값이 균등하게 되도록 배분 계수를 설정함으로써, 각 DC/DC 컨버터에 흐르는 전류의 피크값을 최소로 하는 배분이 가능해진다. 또한, 예컨대, 각 DC/DC 컨버터에서 발생하는 전력 손실에 주목하여, 이것을 최소로 하는 배분 계수의 설정도 가능해진다.
[실시형태의 상세]
이하, 본 발명의 실시형태의 상세에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
《회로 구성예》
도 1은 복수의 직류 전원(3)과 교류 계통 사이에 설치된 전력 변환 장치(1)의 개략 구성을 도시한 단선 접속도이다. 도면에 있어서, 이 전력 변환 장치(1)는, 직류로부터 교류로의 전력 변환을 행하는 것이며, 승압 회로로서의 복수의 DC/DC 컨버터(2) 및, 이것에, 중간 버스(DC 버스)(6)를 통해 접속된 인버터 회로로서의 DC/AC 컨버터(8)를 구비하고 있다. 한편, 이 예에서는 4세트의 직류 전원(3) 및 DC/DC 컨버터(2)를 도시하고 있으나, 「4세트」는 복수의 일례에 불과하다.
각 DC/DC 컨버터(2)는, 대응하는 직류 전원(3)과 중간 버스(6) 사이에 설치되어 있다. 또한, 각 DC/DC 컨버터(2)는, 직류 전원(3)과의 사이에, 직류측 콘덴서(4) 및 스위치(5)를 통해 설치되어 있다. 한편, 여기서는 모든 직류 전원(3)에 대응하여 스위치(5)를 설치한 예를 도시하고 있으나, 스위치(5)는 필요한 직류 전원(3)에 한정하여 설치해도 좋다. 중간 버스(6)에는 중간 콘덴서(7)가 접속되어 있다. DC/AC 컨버터(8)는, 중간 버스(6)와 교류 계통 사이에, 교류측 콘덴서(9)를 통해 설치되어 있다. 한편, 직류 전원(3)이란, 예컨대 태양광 발전 패널, 또는, 축전지이다.
이 전력 변환 장치(1)는, 직류 전원(3)의 전압과 교류측의 순시 전압의 절대값을 항상 비교하여, DC/DC 컨버터(2)에 대해서는 승압이 필요한 기간만 스위칭 동작시키고, DC/AC 컨버터(8)에 대해서는 강압이 필요한 기간만 스위칭 동작시킨다고 하는 최소 스위칭 변환 방식의 제어를 행한다. 이러한 제어에 의하면, DC/DC 컨버터(2) 및 DC/AC 컨버터(8)에 각각, 스위칭 동작의 휴지 기간이 생긴다. 휴지 기간이 생기면, 그만큼, 스위칭 손실이나 리액터의 철손이 억제되기 때문에, 변환 효율이 향상된다. 단, 직류 전원(3)의 전압이 상이한 경우에는, 가장 높은 값을 기준으로 한 제어가 행해진다.
도 2는 도 1의 전력 변환 장치(1)의 회로도의 일례이다. 단, 도시의 형편상, 4세트의 직류 전원(3) 및 DC/DC 컨버터(2) 중, 2세트만을 도시하고 있으나, 다른 2세트도 마찬가지로 중간 버스(6)에 대해 병렬적으로 접속되어 있다.
도 1과 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 도면에 있어서, 전력 변환 장치(1)는, 전술한 직류측 콘덴서(4), DC/DC 컨버터(2), 중간 콘덴서(7), DC/AC 컨버터(8) 외에, 필터 회로(14) 및 제어부(20), 또한, 계측용의 후술하는 센서류를 구비하고 있다.
DC/DC 컨버터(2)는, 직류 리액터(11)와, 한 쌍의 스위칭 소자(Q11, Q12)를 구비한 승압(강압도 가능) 초퍼이다. 스위칭 소자(Q11, Q12)로서는, 예컨대, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 이용된다. 스위칭 소자(Q11, Q12)에는, 각각에 병렬 역극성으로, 다이오드(d11, d12)가 접속되어 있다. 한편, 스위칭 소자(Q11, Q12)로서는, 그 외, FET(Field Effect Transistor)도 사용 가능하다.
DC/AC 컨버터(8)는, 풀 브리지를 구성하는 4개의 스위칭 소자(Q81, Q82, Q83, Q84)를 구비하고 있다. 스위칭 소자(Q81∼Q84)는, 예컨대 FET이다.
필터 회로(14)는, 교류 리액터(13)와, 교류측 콘덴서(9)에 의해 구성되고, DC/AC 컨버터(8)의 교류 출력에 포함되는 고주파 성분이 교류 계통(17)으로 누설되는 것을 방지하고 있다. 한편, 교류 계통(17)은, 교류 부하(15) 및 상용 전력 계통(16)을 포함한다.
전술한 센서류로서는, 직류측 콘덴서(4)의 양단 전압(Vg)을 검출하는 전압 센서(31)와, DC/DC 컨버터(2)에 흐르는 전류(Iin)를 검출하는 전류 센서(32)와, 중간 콘덴서(7)의 양단 전압 즉 중간 버스(6)의 2선간 전압(Vo)을 검출하는 전압 센서(33)와, DC/AC 컨버터(8)의 교류측에 흐르는 전류(Iinv)를 검출하는 전류 센서(34)와, 교류측 콘덴서(9)의 양단 전압을 검출하는 전압 센서(35)가 설치되어 있다. 모든 센서의 계측 출력 신호는, 제어부(20)에 보내진다. 제어부(20)는, DC/DC 컨버터(2) 및 DC/AC 컨버터(8)의 스위칭 제어를 행한다.
제어부(20)는 예컨대, CPU를 포함하고, 소프트웨어(컴퓨터 프로그램)를 컴퓨터가 실행함으로써, 필요한 제어 기능을 실현한다. 소프트웨어는, 제어부(20)의 기억 장치(도시하지 않음.)에 저장된다. 단, CPU를 포함하지 않는 하드웨어만의 회로로 제어부(20)를 구성하는 것도 가능하다.
《제어 이론》
다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 전력 변환 장치(1)의 제어 이론에 대해 설명한다. 먼저, 이하와 같이 여러 가지 양을 정의한다.
Va: 전압 센서(35)에 의해 검출되는 교류 계통 전압
I*a: 교류 계통(17)에 흘리고자 하는 교류 전류 지령값
Iinv: 전류 센서(34)에 의해 검출되는 교류 전류
Ca: 교류측 콘덴서(9)의 커패시턴스
I*inv: DC/AC 컨버터(8)로부터 교류 리액터(13)에 흘리고자 하는 전류 지령값
V*inv: DC/AC 컨버터(8)의 교류측에서의 전압 지령값
Rinv: DC/AC 컨버터(8)의 저항 성분
Linv: 교류 리액터(13)의 인덕턴스
I*in: DC/DC 컨버터(2)의 직류 리액터(11)에 흘리고자 하는 전류 지령값
Iin: 전류 센서(32)에 의해 검출되는 직류 전류
Co: 중간 콘덴서(7)의 커패시턴스
V*o: 중간 콘덴서(7)의 양단에 나타나야 할 전압 지령값
Vo: 전압 센서(33)에 의해 검출되는 중간 전압
Vg: 전압 센서(31)에 의해 검출되는 직류 전압
Rin: DC/DC 컨버터(2)의 저항 성분
Linv: 직류 리액터(11)의 인덕턴스
중간 버스(6)에서의 순시 전력의 등식은, 이하의 식 (5)에 의해 나타난다. (t)는 시간의 함수인 것을 나타내고 있다.
Figure 112018036425306-pct00002
식 (5)의 좌변은, 복수의 DC/DC 컨버터(2)로부터 공급되는 전력의 총합을 나타낸다. 우변의 제1항은, DC/AC 컨버터(8)에 공급되는 전력을 나타내고, 제2항은, 중간 콘덴서(7)에 관한 무효 전력을 나타내고 있다.
여기서부터, 이하와 같이 식을 분석해 간다.
Figure 112018036425306-pct00003
Figure 112018036425306-pct00004
식 (9), 식 (13)에 나타내는 바와 같이, I*inv(t)와 V*inv(t)가 서로 동기한 정현파로 나타낼 수 있다고 근사를 하면, 식 (5)의 우변은 식 (17)과 같이 정리된다. 또한, 우변을 각 DC/DC 컨버터(2)로부터 공급되는 전력에 대응하도록 선형 결합의 방식으로 바꿔 써서, 식 (18)이 얻어진다.
gi, wi는, 각각, 각 DC/DC 컨버터로부터 공급하는 유효 전력과 무효 전력의 비율을 나타내는 배분 계수이며, 직류 전원으로부터 교류측에 보내지는 전력의 부호를, 플러스로 정의하고 있다. gi의 부호는, 태양광 발전과 축전지의 방전에서는 플러스, 축전지의 충전에서는 마이너스이다.
식 (19)에 나타낸 바와 같이, 전체로서 전력의 흐름이 직류로부터 교류일 때에는,
Figure 112018036425306-pct00005
이다. 교류로부터 직류일 때에는,
Figure 112018036425306-pct00006
로 한다.
Figure 112018036425306-pct00007
Figure 112018036425306-pct00008
여기서, 참고로, 예컨대, gi=wi라고 하면, 무효 전력은 유효 전력에 비례하여 배분된다(유효 전력 비례 배분). 그러나 이 배분에서는, gi의 부호가 서로 일치하고 있지 않을 때, 즉, 태양광 발전과 축전지의 충전이 동시에 행해질 때에, 태양광 발전 패널로부터 공급하는 무효 전력을 상쇄하는 무효 전력이 축전지로부터 공급되고 있어, 각 DC/DC 컨버터(2)로부터 불필요하게 많은 무효 전력을 공급하고 있게 된다. 이 경우에는 gi의 절대값을 (=wi)로 하여, 각 DC/DC 컨버터(2)로부터 공급하는 무효 전력의 부호, 즉 무효 전류의 위상을 일치시켜 비례 배분하면 된다.
한편, gi(I*inv·V*inv/2)+wi{-(I*inv·V*inv/2)cos(2ωt)+F(2ωt)}가 일정하게 되도록 wi를 결정하면, 무효 전력은 각 DC/DC 컨버터(2)로부터 공급되는 전력이 균등하게 되도록 배분된다(전력 균등 배분). 이 배분 방법에서는 유효 전력의 공급량이 적은 DC/DC 컨버터(2)일수록, 많은 무효 전력이 할당된다.
또한, 이것과 아주 유사하지만, 식 (20)의 전류가 균등하게 되도록 배분하는 방법도 고려된다(전류 균등 배분). 전류를 균등 배분하면 각 DC/DC 컨버터(2)를 흐르는 전류의 피크값이 최소가 되기 때문에, 직류 리액터(11)와 스위칭 소자(Q11, Q12)의 전류 용량을 최소로 할 수 있다.
한편, 식 (20)은, 분모 Vg _i-(Rin _iI*in_i(t)+Lin _i(dI*in_i(t)/dt)의 후반의 전압 강하를 나타내는 부분에 시간 변동 성분이 포함되기 때문에, 엄밀하게는 제1항에도 무효 전류 성분이 포함된다. 그러나, 전원 전압이 200 V 정도인 데 대해, 변동 성분은 수 V 정도로 작기 때문에, 이하의 해석에서는 이것을 무시한다. 또한, 중간 콘덴서(7)를 흐르는 무효 전력 F(2ωt)도 마찬가지로 작기 때문에 무시하면 식 (21)이 얻어진다. 또한, 식 (21)의 제곱 평균의 제곱근을 계산함으로써, DC/DC 컨버터(2)를 흐르는 전류의 실효값의 식 (22)가 얻어진다.
식 (22)에서의 (gi 2+(wi 2/2))1/2이 일정하게 되도록 wi를 설정하면 전력을 균등 배분할 수 있다. 또한, (gi 2+(wi 2/2))1/2/Vg _i가 일정하게 되도록 wi를 설정하면 전류를 균등 배분할 수 있다.
예컨대, 태양광 발전 패널에 접속된 3대의 DC/DC 컨버터(2)가 균등하게 출력하고, 축전지가 정지하고 있을 때에는, gi의 값은, 태양광 발전 패널용의 DC/DC 컨버터(2)에서는 1/3, 축전지용의 DC/DC 컨버터(2)에서는 0이다. 이때, wi를, 태양광 발전 패널용의 DC/DC 컨버터(2)에서는 1/6, 축전지용의 DC/DC 컨버터(2)에서는 1/2이라고 하면, 식 (22)의 루트의 부분의 값은, 모두, (√ 2)/4가 되어, 전력이 균등하게 된다.
Figure 112018036425306-pct00009
한편, DC/DC 컨버터의 저항에 의해 발생하는 전력 손실을 최소로 하기 위해서는, 식 (24)가 최소가 되도록 wi를 설정하여 배분하면 된다. 식 (24)에 있어서, gi는 wi와 직교하고 있기 때문에, 제2항의
Figure 112018036425306-pct00010
가 최소가 되도록 wi를 설정하여 배분하면 된다.
모든 DC/DC 컨버터(2)가 동일한 것이고 저항 성분 Ri가 서로 동일할 때에는, 식 (25)에 따라 wi를 설정하여 배분하면 전력 손실이 최소가 된다. 또한, 각 DC/DC 컨버터(2)에 접속하는 직류 전원의 전압이 모두 동일하면, 식 (26)과 같이 단순히 wi를 DC/DC 컨버터(2)의 수로 균등 배분하면 손실은 최소가 된다. 따라서, gi가 모두 동일하지 않는 한, 전류의 피크값이 최소가 되는 wi의 설정 배분은, 전력 손실이 최소가 되는 조건과 일치하지 않는다.
이상으로 서술해 온 무효 전류의 배분법은 모든 DC/DC 컨버터(2)로부터 무효 전류를 공급하는 것을 전제로 하고 있으나, 이 경우에는 축전지에 무효 전류가 흐르기 때문에 축전지의 내부 저항에 의한 손실이 증가한다고 하는 문제가 있다. 태양광 발전 패널의 경우에는 출력 임피던스가 비교적 크기 때문에, DC/DC 컨버터(2)와 태양광 발전 패널 사이에 커패시턴스가 큰 콘덴서를 배치하면 무효 전류는 이 콘덴서에서 흡수되기 때문에 태양광 발전 패널에는 무효 전류는 거의 흐르지 않는다.
그러나, 축전지는 임피던스가 작기 때문에, 축전지와 DC/DC 컨버터(2) 사이에 콘덴서를 두어도 효과가 부족하여, 무효 전류가 거의 그대로 축전지에 흐른다. 그래서, 축전지용의 DC/DC 컨버터(2)는 제외하고 태양광 발전 패널용의 DC/DC 컨버터(2)만으로 무효 전류를 배분하는 것이 바람직하다. 단, 축전지가 충방전을 정지하고 있을 때에는, 축전지와 DC/DC 컨버터(2) 사이에 둔 스위치(5)를 개로(開路)하고 있으면 축전지에는 전류는 흐르지 않기 때문에, 축전지용의 DC/DC 컨버터(2)에도 무효 전류를 할당할 수 있다.
《실시예 1》
(직류 전원이 모두 태양광 발전 패널일 때)
구체예를 나타내어, 무효 전류의 최적 배분에 대해 더욱 검토하지만, 계산을 간략화하기 위해서 직류 전원의 전압은 모두 200 V, 교류 계통의 전압은 200 V(실효값)로 하였다.
4대의 DC/DC 컨버터에 모두 태양광 발전 패널을 접속했을 때의, 각 DC/DC 컨버터를 흐르는 전류의 피크값과, 전류의 제곱합을, 무효 전류의 배분 방법을 변경하여 계산하였다. 이하, 4대의 DC/DC 컨버터를, 제1 DC/DC 컨버터, 제2 DC/DC 컨버터, 제3 DC/DC 컨버터, 제4 DC/DC 컨버터라고 칭한다.
제1 DC/DC 컨버터와 제2 DC/DC 컨버터의 출력을 2067 W, 제3 DC/DC 컨버터와 제4 DC/DC 컨버터의 출력을 1033 W로 했을 때의, 각 DC/DC 컨버터의 피크 전류[Ipeak(Ipeak_1∼Ipeak_4)] 및, 전류의 제곱합을 편의상 (1/20) 스케일로 나타낸 결과를 도 3의 막대 그래프로 나타낸다. 막대 그래프는, 해칭된 것이 유효 전류 비례, 검게 칠한 것이 무효 전류 균등, 하얗게 한 것이 전류 균등의 배분을 나타내고 있다.
도시와 같이, 유효 전류 비례 배분으로 하면 제1 DC/DC 컨버터 및 제2 DC/DC 컨버터의 피크 전류가 최대가 되어, 20.7 A가 되었다. 무효 전류 균등 배분으로 하면 제1 DC/DC 컨버터 및 제2 DC/DC 컨버터의 피크 전류가 17.1 A로 내려간다. 전류 균등 배분에서는 더욱 작아져, 15.5 A로 내려간다. 전류의 제곱합에 대해서는, 무효 전류 균등 배분이 가장 작다. 전류 균등 배분의 제곱합과 비교하면, 그 차이는 -3.3%이다.
이 예와 같이 DC/DC 컨버터에 따라 최대 출력이 상이할 때에는, 전류 균등 배분을 채용하여 모든 DC/DC 컨버터의 전류를 평균화하고, 직류 리액터, 스위칭 소자 등의 부품은 동일한 정격(定格)의 것을 이용하는 설계도 고려된다. 모든 DC/DC 컨버터의 최대 출력이 동일할 때에는, 무효 전류 균등 배분을 채용하여 손실을 최소로 하는 설계가 좋다고 생각된다.
《실시예 2》
(태양 전지용 DC/DC 컨버터 3대, 축전지용 DC/DC 컨버터 1대일 때)
(태양광 발전의 잉여 전력을 매전(賣電)할 때)
다음으로, 태양 전지용 DC/DC 컨버터가 3대(제1∼제3), 축전지용 DC/DC 컨버터가 1대(제4)인 경우를 생각한다. 먼저, 축전지가 충방전을 정지하고 있고, 나머지 3대의 태양 전지용 DC/DC 컨버터가 최대 출력으로 동작하고 있는 경우를 생각한다. 이때 축전지는 DC/DC 컨버터로부터 해열되어 있고, 축전지용 DC/DC 컨버터는 무효 전류만을 공급할 수 있는 것으로 한다. 이 경우의 각 DC/DC 컨버터를 흐르는 전류의 피크값과, 전체 DC/DC 컨버터의 전류 제곱합을 도 4에 도시한다.
제1∼제3 DC/DC 컨버터의 전류 피크값(Ipeak_1, Ipeak_2, Ipeak_3)은, 유효 전류 비례 배분에서 20.7 A, 무효 전류 균등 배분에서 18.1 A, 전류 균등 배분에서 15.5 A가 된다. 전류 제곱합은, 유효 전류 비례 배분과 전류 균등 배분에서 서로 동일하고, 무효 전류 비례 배분은 이들과 비교해서 8.3% 작아진다. 이와 같이, 태양광 발전 패널이 발전을 하고 있을 때에 축전지를 정지하고, 그 동안에 무효 전류 균등 배분에 따라 축전지용 DC/DC 컨버터로부터 무효 전류를 공급하면 변환 효율을 올릴 수 있다. 혹은 전류 균등 배분을 하면 효율에 변화는 없으나, 태양 전지용 DC/DC 컨버터에 흐르는 전류의 피크값을 저감할 수 있기 때문에, 직류 리액터 등의 부품의 정격을 낮출 수 있다. 태양광 발전의 잉여 전력을 매전하고, 축전지에 의한 압상(押上), 이른바 더블 발전을 행하지 않을 때에는, 이들 방법은 유효하다.
(태양광 발전의 잉여 전력을 축전지에 충전할 때)
앞으로는, 잉여 전력의 매입 가격이 더욱 저하되어 가기 때문에, 매전의 메리트를 기대할 수 없게 된다. 그래서, 태양광 발전의 잉여 전력을 매전하지 않고 축전지에 충전하여 자가 소비에 사용하게 된다. 이 경우, 태양광 발전을 하고 있을 때에는 축전지는 충전을 하고 있기 때문에, 축전지용 DC/DC 컨버터로부터 무효 전류를 공급할 수 없다. 따라서, 태양 전지용 DC/DC 컨버터만으로 무효 전류를 공급하지 않으면 안 되지만, 자가 소비가 적고 축전지의 충전의 비율이 클수록, 인버터의 출력은 작아지기 때문에, 무효 전류의 필요량도 작아진다.
태양 전지용의 제1∼제3 DC/DC 컨버터가 2067 W를 출력하고, 축전지용의 제4 DC/DC 컨버터의 출력(충전)이 0 W, -2067 W, -3100 W, -4133 W로 변화할 때의, 각 DC/DC 컨버터의 전류 피크값과, 전체 DC/DC 컨버터의 전류 제곱합을 도 5에 도시한다. 무효 전류는 축전지용의 제4 DC/DC 컨버터에는 흘리지 않고, 제1∼제3 DC/DC 컨버터에서만 균등 배분하고 있다.
태양 전지용 DC/DC 컨버터의 전류 피크는 축전지의 충전이 0일 때에 최대로 20.7 A이지만, 축전지의 충전량이 증가함에 따라, 무효 전류의 부담이 작아지기 때문에 전류 피크는 작아진다. 한편, 축전지용 DC/DC 컨버터에 흐르는 것은 유효 전류만이기 때문에, 전류값이 태양 전지용 DC/DC 컨버터의 전류 피크값과 동일한 20.7 A가 되는 것은 충전량이 4133 W일 때이다.
따라서, 필요한 냉각만 가능하면 태양 전지용 DC/DC 컨버터에 사용하고 있는 것과 동일한 직류 리액터, 반도체 디바이스로 4 ㎾까지 충전할 수 있다. 주간에 부재인 경우가 많아 전력 소비가 적은 집에서는, 태양광 발전의 잉여가 많기 때문에, 충전 능력이 큰 것이 좋다. 축전지용 DC/DC 컨버터에는 유효 전류만을 부담시킴으로써, 그만큼, 유효 전류를 많이 흘릴 수 있다면 충전 능력을 올릴 수 있기 때문에, 잉여 전류를 자가 소비하는 운용에는 유리하다.
(태양광 발전과 축전지의 방전을 동시에 행할 때)
자가 소비가 발전보다 많을 때에는, 발전과 동시에 축전지의 방전을 행한다. 이 경우의 각 DC/DC 컨버터의 전류 피크값과 전체 DC/DC 컨버터의 전류 제곱합을 도 6에 도시한다. 태양 전지용의 제1∼제3 DC/DC 컨버터의 출력은 전력 변환 장치의 최대 출력 6200 W로부터 축전지용의 제4 DC/DC 컨버터의 출력을 뺀 나머지를 균등 배분하고, 제4 DC/DC 컨버터의 출력은 0 W, 2067 W, 3100 W, 4133 W로 변화시키고 있다.
무효 전류는 태양 전지용의 제1∼제3 DC/DC 컨버터에서만 균등 배분하였다. 축전지용의 제4 DC/DC 컨버터의 출력이 0 W일 때에는 도 5와 동일하다. 도 5에서는 축전지의 충전이 증가함에 따라, 태양 전지용의 제4 DC/DC 컨버터의 무효 전류 부담이 작아졌으나, 도 6에서는 태양 전지용의 제4 DC/DC 컨버터의 무효 전류 부담은 변화하지 않고, 축전지의 방전이 증가함에 따라 유효 전류가 작아지고 있다. 전류 제곱합은 축전지의 방전이 4133 W일 때에 최대가 되고 있다.
(태양광 발전의 정지 중에 축전지가 충전·방전을 행할 때)
태양광 발전 정지 중에 축전지가 충전 또는 방전을 행할 때에, 축전지에 무효 전류를 흘리지 않기 위해서는 태양 전지용의 DC/DC 컨버터가 무효 전류를 공급할 필요가 있다. 태양광 발전하고 있지 않을 때에 태양 전지용 DC/DC 컨버터를 동작시키면, 중간 버스로부터 흐르는 전류에 의해 DC/DC 컨버터의 태양 전지측에 있는 콘덴서가 충전되어 그 전압이 상승한다. 이때 태양 전지의 각 PN 접합에 외부로부터 순방향 전압이 가해지기 때문에 도통(導通) 상태가 되어, DC/DC 컨버터의 전지측이 단락한다.
이 상태에서는 태양 전지용 DC/DC 컨버터의 콘덴서로부터 무효 전력을 공급할 수 없기 때문에, 태양 전지가 발전하고 있지 않을 때에 DC/DC 컨버터로부터 무효 전류를 공급하기 위해서는, 태양 전지와 DC/DC 컨버터 사이에 제어부(20)에 의해 개폐를 제어할 수 있는 스위치(5)를 설치하여 태양광 발전 패널을 해열할 필요가 있다. 비용 상승을 가능한 한 억제하기 위해서, 발전 정지 중에 무효 전류를 공급하는 DC/DC 컨버터를 1대에 한한다고 하여, 전류 피크값과 제곱합을 계산하였다. 도 7은 이 계산 결과를 도시한 막대 그래프이다.
무효 전류 공급용은 제1 DC/DC 컨버터로 행한다고 하고, 제2 DC/DC 컨버터, 제3 DC/DC 컨버터는 정지하고 있다. 축전지용의 제4 DC/DC 컨버터는 유효 전류만을 공급한다고 하고, 출력이 2067 W, 3100 W, 4133 W인 경우를 계산하였다. 축전지의 방전이 4133 W일 때에 제4 DC/DC 컨버터에 흐르는 유효 전류, 제1 DC/DC 컨버터에 흐르는 무효 전류의 피크값은 모두 10.7 A가 된다. 도 7은 축전지가 방전을 행하고 있는 경우를 도시하였으나, 충전을 행하고 있을 때에도 전류의 방향이 변할 뿐이며 결과는 동일해진다.
《보충 기록》
한편, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 전력 변환 장치 2: DC/DC 컨버터
3: 직류 전원 4: 직류측 콘덴서
5: 스위치 6: 중간 버스
7: 중간 콘덴서 8: DC/AC 컨버터
9: 교류측 콘덴서 11: 직류 리액터
13: 교류 리액터 14: 필터 회로
15: 교류 부하 16: 상용 전력 계통
17: 교류 계통 20: 제어부
31: 전압 센서 32: 전류 센서
33: 전압 센서 34: 전류 센서
35: 전압 센서
Q11, Q12, Q81, Q82, Q83, Q84: 스위칭 소자 d11, d12: 다이오드

Claims (7)

  1. 중간 버스를 통해, 복수의 직류 전원과 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치로서,
    상기 중간 버스와 상기 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는, 복수의 DC/DC 컨버터와,
    상기 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와,
    상기 중간 버스와 상기 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행하는 것인 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 전력 또는 전류의 피크값이 균등하게 되도록 상기 무효 전력의 합계값을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행하는 것인 전력 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 최대 출력이 서로 동일한 경우, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 무효 전력 또는 무효 전류가 균등하게 되도록 상기 무효 전력의 합계값을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 제어를 행하는 것인 전력 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 각각에 대한 입력 전압의 제곱에 비례하여, 무효 전력의 상기 배분 계수를 설정하는 것인 전력 변환 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 DC/DC 컨버터 중, 축전지가 접속된 DC/DC 컨버터를, 무효 전력의 배분의 대상에서 제외하는 것인 전력 변환 장치.
  6. 중간 버스와 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는, 복수의 DC/DC 컨버터와, 상기 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와, 상기 중간 버스와 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와, 상기 복수의 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 중간 버스를 통해, 상기 복수의 직류 전원과 상기 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치에 대해, 상기 제어부가 실행하는 전력 변환 장치의 제어 방법으로서,
    상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하는 것인 전력 변환 장치의 제어 방법.
  7. 중간 버스를 통해, 복수의 직류 전원과 교류 계통 사이에서의 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치로서,
    상기 중간 버스와 상기 복수의 직류 전원 사이에 각각 설치되는, 복수의 DC/DC 컨버터와,
    상기 중간 버스에 접속된 중간 콘덴서와,
    상기 중간 버스와 상기 교류 계통 사이에 설치되는 DC/AC 컨버터와,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터 및 상기 DC/AC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 DC/AC 컨버터가 출력하는 유효 전력을 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하고, 상기 DC/AC 컨버터 및 상기 중간 콘덴서가 출력하는 무효 전력의 합계값을, 상기 유효 전력의 배분 계수와는 상이한 배분 계수로 상기 복수의 DC/DC 컨버터에 배분하여, 각 DC/DC 컨버터의 전력의 피크값을 균등화하는 제어를 행하는 것인 전력 변환 장치.
KR1020187010343A 2015-10-19 2016-07-04 전력 변환 장치 및 그 제어 방법 KR102549275B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015205364A JP6536346B2 (ja) 2015-10-19 2015-10-19 電力変換装置及びその制御方法
JPJP-P-2015-205364 2015-10-19
PCT/JP2016/069818 WO2017068815A1 (ja) 2015-10-19 2016-07-04 電力変換装置及びその制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180072683A KR20180072683A (ko) 2018-06-29
KR102549275B1 true KR102549275B1 (ko) 2023-06-28

Family

ID=58556971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187010343A KR102549275B1 (ko) 2015-10-19 2016-07-04 전력 변환 장치 및 그 제어 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20180262012A1 (ko)
EP (1) EP3367551A4 (ko)
JP (1) JP6536346B2 (ko)
KR (1) KR102549275B1 (ko)
CN (1) CN108207118B (ko)
AU (1) AU2016342806B2 (ko)
TW (1) TWI752921B (ko)
WO (1) WO2017068815A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102488002B1 (ko) * 2018-04-05 2023-01-13 한국전자통신연구원 전력 변환 시스템 및 그것의 동작 방법
WO2020152900A1 (ja) * 2019-01-22 2020-07-30 住友電気工業株式会社 電力変換装置及びその制御方法
JP2020145819A (ja) * 2019-03-05 2020-09-10 オムロン株式会社 パワーコンディショナ
CN115146744B (zh) * 2022-09-01 2022-12-06 安徽南瑞中天电力电子有限公司 一种融合时间特征的电能表负荷实时辨识方法、识别系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006060983A (ja) 2004-08-24 2006-03-02 Matsushita Ecology Systems Co Ltd 電源装置
JP2014099986A (ja) 2012-11-14 2014-05-29 Toshiba Corp 複合蓄電システム
JP2014199795A (ja) 2013-03-15 2014-10-23 東京エレクトロン株式会社 有機デバイスの製造方法、有機デバイスの製造装置及び有機デバイス
JP2015180125A (ja) 2014-03-18 2015-10-08 株式会社東芝 制御装置、電力変換装置及び制御システム

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9112379B2 (en) * 2006-12-06 2015-08-18 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
EP2104200B1 (de) * 2008-03-22 2019-02-27 SMA Solar Technology AG Verfahren zur ansteuerung eines multi-string-wechselrichters für photovoltaikanlagen
DK2363947T3 (da) * 2010-03-03 2012-08-06 Sma Solar Technology Ag Vekselretter med elsystem med flere forsyninger
JP6086867B2 (ja) * 2010-10-25 2017-03-08 ブルーム エナジー コーポレーション 燃料電池制御装置および方法
WO2012123559A2 (de) * 2011-03-16 2012-09-20 Sma Solar Technology Ag Netzgekoppelter wechselrichter, wechselrichteranordnung und betriebsverfahren für eine wechselrichteranordnung
US9124136B1 (en) * 2011-06-10 2015-09-01 The Florida State University Research Foundation, Inc. System and method for single-phase, single-stage grid-interactive inverter
US20120319489A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 Mccaslin Shawn R Power Shuffling Solar String Equalization System
US9099938B2 (en) * 2011-12-16 2015-08-04 Empower Micro Systems Bi-directional energy converter with multiple DC sources
US9787170B2 (en) * 2012-02-13 2017-10-10 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
US20130300196A1 (en) * 2012-05-09 2013-11-14 Dynapower Company, Llc Multi-port inverter/converter system for dynamic micro-grid applications
WO2014032668A1 (en) * 2012-09-03 2014-03-06 Vestas Wind Systems A/S Connection system for power generation system with dc output
JP5940946B2 (ja) * 2012-09-20 2016-06-29 京セラ株式会社 パワーコンディショナ及びその制御方法
US9685887B2 (en) * 2012-10-12 2017-06-20 Younicos Inc. Controlling power conversion systems
WO2014124672A1 (en) * 2013-02-14 2014-08-21 Abb Technology Ltd Method of controlling a solar power plant, a power conversion system, a dc/ac inverter and a solar power plant
US9898018B2 (en) * 2013-03-14 2018-02-20 Arda Power Inc. Power clipping method and system
WO2014147771A1 (ja) * 2013-03-20 2014-09-25 富士電機株式会社 太陽光発電システム
JP5618022B1 (ja) 2013-06-11 2014-11-05 住友電気工業株式会社 インバータ装置
JP5618023B1 (ja) 2013-06-11 2014-11-05 住友電気工業株式会社 インバータ装置
US20150015072A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Infineon Technologies Austria Ag Power Converter Circuit and Method
CN104753080A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 长沙理工大学 单相光伏电源并网逆变器混成自动机控制方法
CN104868764B (zh) * 2014-02-26 2017-08-04 全汉企业股份有限公司 逆变装置及其电源转换方法
US10008854B2 (en) * 2015-02-19 2018-06-26 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for time-domain droop control with integrated phasor current control

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006060983A (ja) 2004-08-24 2006-03-02 Matsushita Ecology Systems Co Ltd 電源装置
JP2014099986A (ja) 2012-11-14 2014-05-29 Toshiba Corp 複合蓄電システム
JP2014199795A (ja) 2013-03-15 2014-10-23 東京エレクトロン株式会社 有機デバイスの製造方法、有機デバイスの製造装置及び有機デバイス
JP2015180125A (ja) 2014-03-18 2015-10-08 株式会社東芝 制御装置、電力変換装置及び制御システム

Also Published As

Publication number Publication date
TWI752921B (zh) 2022-01-21
US20180262012A1 (en) 2018-09-13
JP2017079509A (ja) 2017-04-27
CN108207118B (zh) 2021-01-12
AU2016342806B2 (en) 2020-10-08
EP3367551A1 (en) 2018-08-29
TW201715813A (zh) 2017-05-01
CN108207118A (zh) 2018-06-26
EP3367551A4 (en) 2019-05-15
JP6536346B2 (ja) 2019-07-03
AU2016342806A1 (en) 2018-03-29
KR20180072683A (ko) 2018-06-29
WO2017068815A1 (ja) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102549275B1 (ko) 전력 변환 장치 및 그 제어 방법
US10114076B2 (en) Semiconductor device for hybrid energy storage systems
US10447070B2 (en) Solar energy system with built-in battery charger and its method
US7737669B2 (en) Hierarchical control for an integrated voltage regulator
JP5882845B2 (ja) 電力貯蔵型太陽光発電システム
KR20120113271A (ko) 다상 ａｃ 그리드의 개별 위상을 흐르는 부분 전력의 레벨링
JP2012135196A (ja) 二段電力コンバータを動作させるための方法およびシステム
CN104160614A (zh) 交流电动机驱动系统
US10666143B2 (en) Control device for direct power converter
JP2010178495A (ja) 電力変換装置、及び電力変換システム
Mackay et al. DC ready devices-Is redimensioning of the rectification components necessary?
JP2018019481A (ja) 電力変換装置
JP2014099986A (ja) 複合蓄電システム
US20160043625A1 (en) Power converting system and method of controlling the same
CN108323224B (zh) 电力变换装置及其控制方法
Rajesh et al. Predictive control of three level boost converter interfaced SPV system for bi-polar DC micro grid
JP2013090364A (ja) 直流電源のパワーコンディショナ、及び、電力変換用プログラム
JP6623845B2 (ja) 電力変換システム及び電力制御方法
JP2014090563A (ja) パワーコンディショナー
US8853518B2 (en) System employing a thermoelectric device to power an electronic circuit from heat generated by semiconductor devices, and method of powering a system
JP2019213366A (ja) 電力変換装置、太陽光発電システム、及び、電力変換装置の制御方法
JP7357236B2 (ja) 電力システム
JP6228057B2 (ja) 電力制御装置及び電力制御方法
KR20150004227A (ko) 전력변환장치 및 에너지 저장 시스템
Pandya et al. A new control algorithm for energy storage integration with radial distribution feeder

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant