CN112020807A - 电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
在太阳能电池(1)以及屋内配电***(10)之间配置太阳能电池用电力变换装置(2)。在蓄电池(3)以及屋内配电***(10)之间配置蓄电池用电力变换装置(4)。在屋内配电***(10)的交流有效电压脱离依照从HEMS(7)发送的不灵敏带信息规定的电压范围时,执行用于通过从第1DC/AC变换电路(208)以及第2DC/AC变换电路(408)输出的有功功率以及无功功率的控制而使交流有效电压恢复到该电压范围内的***电压稳定化控制。
Description
技术领域
本发明涉及电力变换装置,更特定而言,涉及利用将太阳能电池等利用可再生能源的创造能源设备(以下还称为“创能设备”)以及蓄电池等储蓄能源设备(以下还称为“蓄能设备”)等分散电源以交流进行***互连的电力变换装置的分散电源的输出控制。
背景技术
近年来,为了降低环境负荷,不排出二氧化碳的太阳能电池等利用自然能源的发电***在各家庭得到普及。另外,为了应对东日本大地震以后的电力不足等,具备蓄电池的***、将电动汽车用作蓄电池的***、组合太阳能电池和蓄电池的***等的产品化得到发展。进而,为了大幅削减二氧化碳的排出量,提高住宅等的绝热性能等,并且设置太阳能电池等利用可再生能源的创能器,将在住宅中使用的1年间的电力收支设为零的零排放住宅(以后还称为“ZEH住宅”或者还简称为“ZEH”)的普及得到促进。
如上所述,在大量投入太阳能电池等可再生能源时,在太阳能电池的情况下,发生在白天的日照量多的时间带中配电***的电压上升等问题。针对该问题,采取利用太阳能电池的发电电力抑制的逆潮电力的抑制或者利用静止型无功功率补偿装置(SVC:StaticVar Compensator)、以蓄电池设施为代表的***稳定化用设施的电力补偿等的对策。然而,在这些对策中,存在无法最大限地活用太阳能电池可发电的电力或者SVC等***稳定化设施价格高等问题。另外,作为同样的对策的一环,政府从2016年度开始实施面向提高发电电力的自家消耗率(本地生产本地消费)的辅助事业,计划今后进行促进。另外,关于上述ZEH住宅的促进事业,为了实现本地生产本地消费,从2016年度开始,通过发放辅助金还促进普及与ZEH条件无关的蓄电池。
另外,最近,被称为空地开发的、利用工厂、学校等的空地的大规模的城镇开发(例如神奈川县藤泽市的可持续发展智慧城、九州大学空地开发等)得到发展。在这样的开发中,对各户设置太阳能电池的事例也出现。另外,根据如上述的政府的方针,在今后的城镇开发中,预测ZEH住宅(在各户中几kW的创能设备(太阳能电池等))的设置成为前提。在该情况下,在每一户设置4kW的太阳能电池时,在300户程度的城镇规模中,形成所谓巨型太阳能***(mega solar)。在这样的情形中,为了配电***的稳定化(换言之,***电压的上升抑制),需要在城镇内设置昂贵的SVC、蓄电池等***稳定化设施。在智慧城镇中导入该设施时,担心要求消费者也负担一部分。
另外,作为单独住宅的应对,在配电***的电压上升时,与太阳能电池连接的电力变换装置输出无功功率而抑制***电压的控制是公知的,但在实施该控制的情况下,存在伴随由于无功功率引起的视在功率的上升,需要太阳能电池的发电电力的抑制的可能性。
根据这些观点,在日本特开2016-182021(专利文献1)中,公开了设置于具备多个电压控制设备的分散型发电***的无功功率协调控制装置。电压控制设备与低压配电线连接,具有以将本端的电压测量值维持于预先设定的目标电压范围内的方式调整无功功率的功能。该无功功率协调控制装置构成具备:信息生成单元,在电压控制设备满足预定条件的情况下,生成用于以变更该电压控制设备以外的其他电压控制设备的目标电压范围的方式委托的目标电压变更委托信息;以及信息发送单元,发送该生成的目标电压变更委托信息,在电压控制设备是能够调整无功功率的状态的期间,判定为满足该预定条件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-182021
发明内容
在专利文献1记载的无功功率协调控制装置以及电力控制***中,为了使***电压稳定化,根据来自上位EMS(Energy Management System,能源管理***)的指令,控制从各分散电源输出的有功功率以及无功功率。然而,该控制周期成为来自上位EMS的通信周期(例如30分周期),所以在300户程度的ZEH住宅密集的城镇中由于日照急剧变化而***电压急剧上升的情况下,需要抑制太阳能电池的发电电力来实现***电压的稳定化等,存在发生本来不必要的发电量抑制等这样的问题。另一方面,为了使***电压稳定化,SVC、大容量的城镇蓄电池等昂贵的***稳定化设施的导入发生成本面的问题。
本发明是为了解决如上述的问题而完成的,其目的在于,在分散电源通过电力变换装置与交流配电***互连的结构中,无需导入SVC、大容量的配电***用蓄电池等昂贵的配电***电压稳定化设施,而抑制由于分散电源的输出电力或者负载的功耗的急剧变化引起的交流配电***的电压变动。
在本发明的某个方面中,配置于分散电源以及交流配电***之间的电力变换装置具备逆变器部、电压测量部、有效电压计算部、电压控制目标值生成部、通信接口部以及逆变器控制部。逆变器部将从分散电源输出的直流电力变换为交流电力。电压测量部测量交流配电***的交流电压。根据由有效电压计算部和电压测量部测量出的交流电压,计算交流配电***的交流有效电压。根据由电压控制目标值生成部和有效电压计算部计算出的交流有效电压,生成交流配电***的电压控制目标值。通信接口部在与电力变换装置的外部之间,发送接收数据。逆变器控制部控制逆变器部的输出。逆变器控制部在交流有效电压脱离依照通信接口部接收到的不灵敏带信息以包括电压控制目标值的方式规定的电压范围的情况下,以执行用于通过从逆变器部输出的有功功率以及无功功率的控制使交流有效电压恢复到电压范围内的***电压稳定化控制的方式控制逆变器部的动作。
根据本发明,在交流配电***的交流有效电压脱离通过不灵敏带信息规定的电压范围时,能够通过利用电力变换装置的自主的有功功率以及无功功率的控制,使交流配电***的交流有效电压恢复到该电压范围内。其结果,即使不导入昂贵的***稳定化设施,也能够通过与分散电源对应地配置的电力变换装置的输出控制,抑制由于分散电源的输出电力或者负载的功耗的急剧变化引起的交流配电***的电压变动。
附图说明
图1是示出应用本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置的分散电源***的结构的框图。
图2是用于进一步说明图1所示的消费者屋内的各种设施的结构的框图。
图3是说明图1所示的太阳能电池用电力变换装置以及蓄电池用电力变换装置的结构的框图。
图4是说明控制太阳能电池用电力变换装置的第1DC/DC变换电路的第1控制电路的结构的框图。
图5是说明控制太阳能电池用电力变换装置的第1DC/AC变换电路的第2控制电路的结构的框图。
图6是说明控制蓄电池用电力变换装置的第2DC/DC变换电路的第3控制电路的结构的框图。
图7是说明控制蓄电池用电力变换装置的第2DC/AC变换电路的第4控制电路的结构的框图。
图8是说明图5以及图7所示的无功电流波形生成电路的结构的框图。
图9是说明图5以及图7所示的有功电流波形生成电路的结构的框图。
图10是说明图5以及图7所示的有效电压计算电路的结构例的框图。
图11是说明图5以及图7所示的电压控制目标值生成电路的结构的框图。
图12是说明通过无功电流的输出控制交流有效电压值的上升的***电压稳定化控制的原理的概念图。
图13是说明通知给太阳能电池用电力变换装置以及蓄电池用电力变换装置的不灵敏带宽度信息的一个例子的概念图。
图14是用于说明利用SVR(自动电压调整器)的***电压控制的概念图。
图15是用于说明本发明的实施方式1所涉及的使用不灵敏带宽度信息的配电***电压稳定化控制的动作的概念图。
图16是用于说明本发明的实施方式1所涉及的与城镇内的消费者位置对应的不灵敏带宽度的设定的概念图。
图17是本发明的实施方式1所涉及的与***电压稳定化控制有关的各种设备之间的动作时序图。
图18是说明与***电压稳定化控制有关的HEMS7的控制处理的流程图。
图19是说明图18中的生成不灵敏带宽度信息的控制处理的详细情况的流程图。
图20是说明不灵敏带宽度的校正的概念图。
图21是用于说明用于控制有功电流以及无功电流的电流指令值的生成的概念图。
图22是说明实施方式1所涉及的太阳能电池用电力变换装置的控制处理的第1流程图。
图23是说明实施方式1所涉及的太阳能电池用电力变换装置的控制处理的第2流程图。
图24是说明本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池用电力变换装置的不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的计算处理的流程图。
图25是说明实施方式1所涉及的蓄电池用电力变换装置的控制处理的第1流程图。
图26是说明实施方式1所涉及的蓄电池用电力变换装置的控制处理的第2流程图。
图27是说明实施方式2所涉及的电压控制目标值生成电路的结构的框图。
图28是说明实施方式2所涉及的HEMS的控制处理的流程图。
图29是说明实施方式2所涉及的用于不灵敏带宽度信息的生成的控制处理的详细情况的流程图。
图30是说明实施方式2中的不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的概念图。
图31是说明实施方式3中的不灵敏带宽度信息以及***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的概念图。
图32是说明实施方式4中的不灵敏带宽度信息以及***电压稳定化控制时的目标电压、以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的概念图。
(符号说明)
1:太阳能电池;2:太阳能电池用电力变换装置;3:蓄电池;4:蓄电池用电力变换装置;5:负载;6:配电盘;7:HEMS;8:智能电表;9:柱上变压器;10:屋内配电***;11:屋内通信网络;12:信号线;13:屋外通信网络;14:柱上变压器以下的配电***;15:CEMS;18:消费者;19:划区;20:城镇蓄电池;21:城镇蓄电池用电力变换装置;22:电压计;23:自动电压调整器;24:变电站;25:配电自动化***;61:电力测量电路;201、206、210、401、406、410:电压计;202、207、211、402、407、411:电流计;203:第1DC/DC变换电路;204:第1控制电路;205:直流母线;208:第1DC/AC变换电路(第1逆变器);209:第2控制电路;212:通信接口;403:第2DC/DC变换电路;404:第2控制电路;405:直流母线;408:第2DC/AC变换电路(第2逆变器);409:第4控制电路;412:通信接口;2041:MPPT控制电路;2042:电压控制电路;2043:切换电路;2044:第5控制电路;2091:相位检测电路;2092:无功电流控制电路;2093:无功电流波形生成电路;2094:有功电流控制电路;2095:有功电流波形生成电路;2096:加法电路;2097:第6控制电路;2098:有效电压计算电路;2099:电压控制目标值生成电路;2100:不灵敏带表生成电路;4041:充电控制电路;4042:放电控制电路;4043:切换电路;4044:第7控制电路;4091:相位检测电路;4092:无功电流控制电路;4093:无功电流波形生成电路;4094:有功电流控制电路;4095:有功电流波形生成电路;4096:加法电路;4097:第8控制电路;4098:有效电压计算电路;4099:电压控制目标值生成电路;4100:不灵敏带表生成电路;20931:移相电路;20932:限幅器;20933:乘法器;20934:无功功率输出时间测量电路;20935:无功功率测量电路;20941:有功电流不灵敏带控制指令生成电路;20942:有功电流控制指令生成电路;20943:加法器;20944:输出抑制控制电路;20945:有功功率测量电路;20946:输出抑制时间测量电路;20981:乘法器;20982:累计器;20983:平方根计算器;20984:除法器;20991:乘法器;20992、20992a~20992m、20998:寄存器;20993:加法器;20995:第1乘法器;20996:加法器;20997:第2乘法器。
具体实施方式
以下,参照附图详细说明本发明的实施方式。此外,以下,对图中的同一或者相当部分附加同一符号,原则上不重复其说明。
实施方式1.
图1是示出应用本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置的分散电源***的结构的框图。
参照图1,分散电源***配置于由多个划区(例如30个划区程度)的集合体构成的智慧城镇内。构成该智慧城镇的多个划区各自由与共同的柱上变压器连接的多个消费者(例如10所程度)构成。在图1中,例示划区19Q、19R、19Z以及与划区19Q、19R、19Z分别对应的柱上变压器9Q、9R、9Z,但划区的数量是任意的。另外,在划区19Q中,例示消费者a以及消费者b,但消费者数也是任意的。
各消费者宅18具备太阳能电池1、太阳能电池用电力变换装置2、蓄电池3、蓄电池用电力变换装置4、消费者屋内的负载5、配电盘6、HEMS(Home Energy Management System,家庭能源管理***)7、智能电表8、屋内配电***10、屋内通信网络11以及信号线12。屋内通信网络11连接HEMS7和屋内的住宅设置设备。信号线12将由配电盘6测量出的各设备的功耗等发送给HEMS7。
此外,在图1中,对上述各要素的符号附加后缀a、b来例示划区19Q内的消费者a以及消费者b的消费者宅18a、18b的结构,但各消费者宅中的***的结构相同,所以在不区分消费者而说明时,不附加符号a、b而记载。同样地,关于柱上变压器,在不区分划区而说明的情况下,不附加符号Q、R、Z,而简记为柱上变压器9。
进而,作为在各消费者以及各划区中共用的智慧城镇的结构,配置变电站24、变电站24以及各柱上变压器9之间的柱上变压器1次侧的配电***16、柱上变压器9以及各消费者之间的柱上变压器2次侧的配电***14、屋外通信网络13、CEMS(Community EnergyManagement System,社区能源管理***)15、城镇蓄电池20、城镇蓄电池用电力变换装置21、自动电压调整器23以及利用DSO(Distribution System Operator,配电***操作员)的配电自动化***25。
CEMS15管理由划区19Q~19Z构成的街区内的供需电力。屋外通信网络13对各消费者的HEMS7以及CEMS15之间进行通信连接。城镇蓄电池用电力变换装置21在城镇蓄电池20以及配电***16之间,执行直流/交流电力变换。对配电***16配置用于电压测量的多个电压计22。电压计22的配置个数是任意的,在图1中,例示配置电压计22a~22x的结构。通过自动电压调整器23以及配电自动化***25,控制配电***16的电压。以下,将自动电压调整器23还称为SVR(Step Voltage Regulator,步进电压调节器)23。具体而言,通过依照来自配电自动化***25的控制指令,SVR23进行抽头切换,调整配电***16的电压。
在本实施方式中,设为在各消费者屋内作为“分散电源”设置太阳能电池1以及蓄电池3,进行以下的说明。太阳能电池1与“创能设备”的一个实施例对应,蓄电池3与“蓄能设备”的一个实施例对应。此外,无需全部消费者具有太阳能电池1(创能设备)以及蓄电池3(蓄能设备)这两方,也可以各消费者仅具有太阳能电池1以及蓄电池3的一方。
在图2中,示出用于进一步说明图1所示的消费者宅18内的各种设施的结构的框图。
参照图2,通过太阳能电池1以及太阳能电池用电力变换装置2,构成利用创能设备的分散电源,通过蓄电池3以及蓄电池用电力变换装置4,构成利用蓄能设备的分散电源。此外,也可以如上所述,在各消费者宅的电源***中,仅配置利用创能设备的分散电源以及利用蓄能设备的分散电源的一方。
负载5例如包括二氧化碳热泵热水机(EcoCute(注册商标))等蓄热设备51、空调器52、电冰箱53、照明54、IH烹饪加热器55。负载5通过从屋内配电***10供给的电力动作。在配电盘6的内部,配置用于以断路器单位测量功耗的电力测量电路61。由电力测量电路61测量的测定值经由信号线12被发送到HEMS7。HEMS7能够经由屋内通信网络11在与负载5的各设备以及智能电表8之间交换数据。进而,HEMS7能够通过屋外通信网络13在与CEMS15之间交换数据。
接下来,在图3中示出说明太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的结构的框图。
参照图3,太阳能电池用电力变换装置2包括电压计201、电流计202、第1DC/DC变换电路203、第1控制电路204、直流母线205、电压计206、电流计207、第1DC/AC变换电路208、第2控制电路209、电压计210、电流计211以及通信接口电路212。
电压计201测量从太阳能电池1输出的电压(DC)。电流计202测量从太阳能电池1输出的电流(DC)。第1DC/DC变换电路203将从太阳能电池1输出的第1直流电压的直流电力变换为第2直流电压的直流电力。第1控制电路204控制第1DC/DC变换电路203。直流母线205将从第1DC/DC变换电路203输出的第2直流电压供给到第1DC/AC变换电路208。电压计206测量直流母线205的电压。电流计207测量从第1DC/DC变换电路203输出的电流(DC)。
第1DC/AC变换电路208将从第1DC/DC变换电路203输出的直流电力变换为交流电力。第2控制电路209控制第1DC/AC变换电路208。电压计210测量从第1DC/AC变换电路208输出的电压(AC)。电流计211测量从第1DC/AC变换电路208输出的电流(AC)。通信接口电路212在太阳能电池用电力变换装置2与HEMS7之间进行通信。
蓄电池用电力变换装置4包括电压计401、电流计402、第2DC/DC变换电路403、第3控制电路404、直流母线405、电压计406、电流计407、第2DC/AC变换电路408、第4控制电路409、电压计410、电流计411以及通信接口电路412。
电压计401测量从蓄电池3输出的电压(DC)。电流计402测量从蓄电池3输出的电流(DC)。第2DC/DC变换电路将从蓄电池3输出的第3直流电压的直流电力变换为第4直流电压的直流电力。第3控制电路404控制第2DC/DC变换电路403。直流母线405将从第2DC/DC变换电路403输出的第4直流电压供给到第2DC/AC变换电路408。
电压计406测量直流母线405的电压。电流计407测量从第2DC/DC变换电路403输出的直流电流。第2DC/AC变换电路408将从第2DC/DC变换电路403输出的直流电力变换为交流电力。第4控制电路409控制第2DC/AC变换电路408。电压计410测量从第2DC/AC变换电路408输出的电压(AC)。电流计411测量从第2DC/AC变换电路408输出的电流(AC)。通信接口电路412在蓄电池用电力变换装置4与HEMS7之间进行通信。
此外,作为第1DC/DC变换电路203以及第2DC/DC变换电路403以及第1DC/AC变换电路208以及第2DC/AC变换电路408的结构,能够适当使用公知的DC/DC转换器以及逆变器的结构。另外,在图3的结构中,第1DC/AC变换电路208以及第2DC/AC变换电路408各自与“逆变器部”的一个实施例对应,特别是,第1DC/AC变换电路208与“第1逆变器”对应,第2DC/AC变换电路408与“第2逆变器”对应。另外,第2控制电路209以及第4控制电路409与“逆变器控制部”的一个实施例对应。
图4是说明图3所示的、控制太阳能电池用电力变换装置2的第1DC/DC变换电路的第1控制电路204的结构的框图。
参照图4,第1控制电路204具有MPPT(Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)控制电路2041、电压控制电路2042、切换电路2043以及第5控制电路2044。MPPT控制电路2041根据电压计201以及电流计202的测量值,为了所谓最大电力点追踪控制,为了最大限取出从太阳能电池1发电的电力,检索太阳能电池1的最大电力点。具体而言,MPPT控制电路2041生成用于将由电压计201测定的直流电压控制为与上述最大电力点对应的电压的第1DC/DC变换电路的控制指令值。
电压控制电路2042根据电压计206的测量值,生成用于将直流母线205的直流电压(第2直流电压)维持为预先决定的目标电压(例如350V)的、第1DC/DC变换电路203的控制指令值。
第5控制电路2044输出向MPPT控制电路2041以及电压控制电路2042的控制参数以及控制目标值等,并且管理太阳能电池1的发电状态等。第5控制电路2044还输出切换电路2043的控制信号。
切换电路2043依照来自第5控制电路2044的控制信号,将MPPT控制电路2041以及电压控制电路2042的输出中的一方,作为第1DC/DC变换电路203的控制指令值选择性地输出。
如后所述,以MPPT模式或者电压控制模式,控制第1DC/DC变换电路203。切换电路2043以在MPPT模式中输出MPPT控制电路2041生成的控制指令值,另一方面,在电压控制模式中输出电压控制电路2042生成的控制指令值的方式控制。
图5是说明图3所示的、控制太阳能电池用电力变换装置2的第1DC/AC变换电路208的第2控制电路209的结构的框图。
参照图5,第2控制电路209具有相位检测电路2091、无功电流控制电路2092、无功电流波形生成电路2093、有功电流控制电路2094、有功电流波形生成电路2095、加法器2096、第6控制电路2097、有效电压计算电路2098、电压控制目标值生成电路2099以及不灵敏带表生成电路2100。
相位检测电路2091从由电压计210测量出的交流的电压波形检测相位。无功电流控制电路2092根据从有效电压计算电路2098输出的配电***的交流电压的有效电压、由电压控制目标值生成电路2099生成的电压控制目标值以及由不灵敏带表生成电路2100生成的不灵敏带宽度信息,生成从第1DC/AC变换电路208输出的无功电流的振幅指令。无功电流控制电路2092的详细情况在后面说明。
无功电流波形生成电路2093根据从相位检测电路2091输出的交流电压的相位检测信息以及由无功电流控制电路2092生成的振幅指令值,生成从第1DC/AC变换电路208输出的无功电流波形。
有功电流控制电路2094根据经由第6控制电路2097通知的、由电压计206测量出的直流母线205的电压、由电流计207测量出的在直流母线205流过的电流、从有效电压计算电路2098输出的屋内配电***10的交流有效电压、由电压控制目标值生成电路2099生成的电压控制目标值、从无功电流控制电路2092输出的无功电流振幅信息以及由不灵敏带表生成电路2100生成的不灵敏带宽度信息,生成从第1DC/AC变换电路208输出的有功电流的振幅指令值。有功电流波形生成电路2095根据从相位检测电路2091输出的交流电压的相位检测信息以及由有功电流控制电路2094生成的振幅指令值,生成从第1DC/AC变换电路208输出的有功电流波形。
加法器2096通过对从无功电流波形生成电路2093输出的无功电流波形和从有功电流波形生成电路2095输出的有功电流波形进行加法,生成从第1DC/AC变换电路208输出的交流电流目标值。第6控制电路2097根据从加法器2096输出的交流电流目标值和从电流计211输出的交流电流的测量结果,生成用于将第1DC/AC变换电路208的输出电流控制为交流电流目标值的、第1DC/AC变换电路208的控制指令值。
有效电压计算电路2098根据从电压计210输出的屋内配电***10的交流电压,计算交流有效电压。电压控制目标值生成电路2099根据从有效电压计算电路2098输出的交流有效电压,生成交流电压(交流有效电压)的控制目标值。不灵敏带表生成电路2100生成不灵敏带宽度信息。
此外,在无功功率生成时,由第6控制电路2097计算视在功率。在计算的视在功率超过第1DC/AC变换电路208的容量的情况下,第6控制电路2097通过修正从加法器2096输出的交流电流目标值,以使第1DC/AC变换电路208的输出电力(输出电流)成为第1DC/AC变换电路208的容量以下的方式控制。
图6是说明图3所示的、控制蓄电池用电力变换装置4的第2DC/DC变换电路403的第3控制电路404的结构的框图。
参照图6,第3控制电路404具有充电控制电路4041、放电控制电路4042、切换电路4043以及第7控制电路4044。
充电控制电路4041生成进行蓄电池3的充电控制时的第2DC/DC变换电路403的控制指令值。放电控制电路4042生成进行从蓄电池3的放电控制时的第2DC/DC变换电路403的控制指令值。第7控制电路4044输出向充电控制电路4041以及放电控制电路4042的控制参数以及控制目标值等,并且管理蓄电池3的充电量、充电电流、放电电力量等。第7控制电路4044还输出切换电路4043的控制信号。
切换电路4043依照来自第7控制电路4044的控制信号,将充电控制电路4041以及放电控制电路4042的输出中的一方作为第2DC/DC变换电路403的控制指令值选择性地输出。
切换电路2043以在被指示蓄电池3的充电时输出充电控制电路4041生成的控制指令值,另一方面,在被指示蓄电池3的放电时输出放电控制电路4042生成的控制指令值的方式控制。
图7是说明图3所示的、控制蓄电池用电力变换装置4的第2DC/AC变换电路408的第4控制电路409的结构的框图。
参照图7,第4控制电路409具有相位检测电路4091、无功电流控制电路4092、无功电流波形生成电路4093、有功电流控制电路4094、有功电流波形生成电路4095、加法器4096、第8控制电路4097、有效电压计算电路4098、电压控制目标值生成电路4099以及不灵敏带表生成电路4100。
相位检测电路4091从由电压计410测量出的交流的电压波形检测相位。无功电流控制电路4092根据从有效电压计算电路4098输出的配电***的交流电压的有效电压、由电压控制目标值生成电路4099生成的电压控制目标值(屋内配电***10)以及由不灵敏带表生成电路4100生成的不灵敏带宽度信息,生成从第2DC/AC变换电路408输出的无功电流的振幅指令。无功电流控制电路4092的详细情况在后面说明。
无功电流波形生成电路4093根据从相位检测电路4091输出的交流电压的相位检测信息以及由无功电流控制电路4092生成的振幅指令值,生成从第2DC/AC变换电路408输出的无功电流波形。
有功电流控制电路4094根据经由第8控制电路4097通知的由电压计406测量出的直流母线405的电压、由电流计407测量出的在直流母线405流过的电流、从有效电压计算电路4098输出的屋内配电***10的交流有效电压、由电压控制目标值生成电路4099生成的电压控制目标值(屋内配电***10)、从无功电流控制电路4092输出的无功电流振幅信息以及由不灵敏带表生成电路4100生成的不灵敏带宽度信息,生成从第2DC/AC变换电路408输出的有功电流的振幅指令值。有功电流波形生成电路4095根据从相位检测电路4091输出的交流电压的相位检测信息以及由有功电流控制电路4094生成的振幅指令值,生成从第2DC/AC变换电路408输出的有功电流波形。
加法器4096通过对从无功电流波形生成电路4093输出的无功电流波形和从有功电流波形生成电路4095输出的有功电流波形进行加法,生成从第2DC/AC变换电路408输出的交流电流目标值。第8控制电路4097根据从加法器4096输出的交流电流目标值和从电流计411输出的交流电流的测量结果,生成用于将第2DC/AC变换电路408的输出电流控制为交流电流目标值的、第2DC/AC变换电路408的控制指令值。
有效电压计算电路4098根据从电压计410输出的屋内配电***10的交流电压,计算交流有效电压。电压控制目标值生成电路4099根据从有效电压计算电路4098输出的交流有效电压,生成交流电压(交流有效电压)的控制目标值。不灵敏带表生成电路4100生成不灵敏带宽度信息。
此外,在无功功率生成时,由第8控制电路4097计算视在功率。在计算出的视在功率超过第2DC/AC变换电路408的容量的情况下,第8控制电路4097通过修正从加法器4096输出的交流电流目标值,以使第2DC/AC变换电路408的输出电力(输出电流)成为第2DC/AC变换电路408的容量以下的方式控制。
接下来,进一步说明图5以及图7的主要的块的详细情况。
图8是说明图5以及图7所示的无功电流波形生成电路2093、4093的结构的框图。此外,无功电流波形生成电路2093以及4093的结构相同,所以代表性地说明无功电流波形生成电路2093。
无功电流波形生成电路2093具有移相电路20931、限幅器20932、乘法器20933、无功功率输出时间测量电路20934以及无功功率测量电路20935。
移相电路20931使从相位检测电路2091输出的相位信息偏移π/2(90°),生成成为生成无功电流时的基准的余弦波(COS波形)。限幅器20932以使从无功电流控制电路2092输出的无功电流振幅不超过预先决定的上限值的方式限制。来自无功电流控制电路2092的无功电流振幅在不超过该上限值的情况下,不被限幅器209932限制而原样地输出给乘法器20933。另一方面,在来自无功电流控制电路2092的无功电流振幅超过该上限值的情况下,从限幅器209932向乘法器20933输出上述上限值。乘法器20933通过从移相电路20931输出的基准余弦波(COS波形)和限幅器20932通过后的无功电流的振幅信息的乘法,生成无功电流指令值。
无功功率输出时间测量电路20934根据从无功电流控制电路2092输出的无功电流的振幅信息,测量无功功率的输出时间。无功功率测量电路20935根据从无功电流控制电路2092输出的无功电流的振幅信息,测量从第1DC/AC变换电路208输出的无功功率。
图9是说明图5以及图7所示的有功电流控制电路2094、4094的结构的框图。此外,有功电流控制电路2094以及4094的结构相同,所以代表性地说明有功电流控制电路2094。
参照图9,有功电流控制电路2094具有有功电流不灵敏带控制指令生成电路20941、有功电流控制指令生成电路20942、减法器20943、输出抑制控制电路20944、有功功率测量电路20945以及输出抑制时间测量电路20496。
有功电流不灵敏带控制指令生成电路20941根据从电压控制目标值生成电路2099输出的电压控制目标值、从无功电流控制电路2092输出的无功电流振幅信息、从有效电压计算电路2098输出的有效电压计算结果以及从不灵敏带表生成电路2100输出的不灵敏带宽度信息,生成用于抑制有功功率的指令值。有功电流控制指令生成电路20942根据经由第6控制电路2097输入的电压计206的测量结果以及电流计207的测量结果,生成用于控制有功功率的有功电流指令值。
减法器20943通过从有功电流控制指令生成电路20942的输出减去有功电流不灵敏带控制指令生成电路20941的输出,生成有功电流指令值。输出抑制控制电路20944根据从第6控制电路2097输出的输出抑制指令,在需要输出电力的抑制的情况下,抑制从减法器20943输出的有功电流指令值。此外,从配电自动化***25,经由CEMS15以及HEMS7,通知该输出抑制指令。
有功功率测量电路20945根据通过了输出抑制控制电路20944后的有功电流指令值,测量有功功率量。输出抑制时间测量电路20946根据有功电流不灵敏带控制指令生成电路20941的输出以及输出抑制控制电路20944的输出,测量有功功率的输出被抑制的时间。
图10是说明图5以及图7所示的有效电压计算电路2098、4098的结构例的框图。此外,有效电压计算电路2098以及4098的结构相同,所以代表性地说明有效电压计算电路2098。
参照图10,有效电压计算电路2098具有乘法器20981、累计器20982、平方根计算器20983以及除法器20984。
乘法器20981通过对利用电压计210测量的屋内配电***的交流电压的测量值彼此进行乘法,计算电压平方值。乘法器20981的输出被输入给累计器20982。由此,计算电压平方值的总和。具体而言,依照从相位检测电路2091输出的相位检测信息,例如针对配电交流***的每1周期,在未图示的寄存器中锁存由累计器20982计算出的总和,并且累计值被复位成零。
累计器20982的输出(即未图示的寄存器输出)被输入给平方根计算器20983,求出电压平方值的总和的平方根。进而,在除法器20984中,将平方根计算器20983的输出值除以与配电交流***的1个周期期间相当的累计器20982中的累计采样数N(N:自然数)。其结果,除法器20984的输出值与屋内配电***10的交流有效电压相当。
图11是说明图5以及图7所示的电压控制目标值生成电路2099、4099的结构的框图。此外,电压控制目标值生成电路2099以及4099的结构相同,所以代表性地说明电压控制目标值生成电路2099。
参照图11,电压控制目标值生成电路2099具有构成FIR(Finite ImpulseResponse,有限冲激响应)滤波器的、乘法器20991、多级的寄存器20992a~20992m以及多级的加法器20993a~20993m。
电压控制目标值生成电路2099被输入由有效电压计算电路2098计算出的、屋内配电***10的交流有效电压,计算该交流有效电压的移动平均值。例如,在本实施方式1中,计算1分钟的移动平均值。将由电压控制目标值生成电路2099计算出的、屋内配电***10的交流有效电压移动平均值,作为屋内配电***10的电压控制目标值,送出到有功电流控制电路2094以及第6控制电路2097。
在本实施方式1中,如图1例示,说明作为“创能设备”使用活用自然能源的太阳能电池1的情况,但不限于此,例如还能够使用燃料电池、风力发电设施等。或者,也可以将太阳能电池1和其他创能设备的组合作为“创能设备”配置给消费者。
关于作为“蓄能设备”的蓄电池3,说明使用定置的安置型电池的情况,但不限于此,例如,还能够将电动汽车的车载电池用作蓄电池。或者,还能够将安置电池以及车载电池的组合作为“蓄能设备”。另外,在使用锂离子电池的情况下,严密而言,内置于电池侧的电池管理组件管理蓄电量、可否充放电、充电时的最大充电电流等,通知给第3控制电路404,但在本实施方式中,为了简化说明,设为由第3控制电路404统一地进行蓄电量、可否充放电、充电时的最大充电电流等的管理,进行说明。进而,在本实施方式中,为了简化说明,设为用硬件实施图3~图11的框图中记载的由各块实现的各种控制功能,进行说明,但如后所述,在本实施方式中说明的各控制功能不限定于仅利用硬件的实现。
接下来,说明本实施方式1的电力变换装置的具体的动作。
再次参照图1,设想在配置应用实施方式1所涉及的电力变换装置的分散电源***的智慧城镇中,各消费者宅18由ZEH住宅构成,在所有住宅中设置太阳能电池1(例如容量是4~6kW程度)的情形。在该情形中,在智慧城镇整体中构成所谓巨型太阳能***。
在各消费者宅18中,从柱上变压器9经由智能电表8对屋内配电***10供给电力。进而,对HEMS7经由屋外通信网络13连接CEMS15。以下,说明使用由太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4构成的电力变换装置的、屋内配电***10的***电压稳定化控制。
再次参照图2,在HEMS7起动后,HEMS7确认与屋内通信网络11连接的、太阳能电池用电力变换装置2、蓄电池用电力变换装置4、蓄热设备51以及空调器52等各种负载设备的现况。此时,在从CEMS15向各变换装置通知控制用的目标电压信息、阈值电压(不灵敏带宽度信息)等的情况下,HEMS7针对太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4,在HEMS7内将经由屋内通信网络11通知的信息加工一部分而通知。
作为屋内通信网络11的协议,能够使用节能和家庭护理网络(Echonet Light:注册商标),作为物理层,能够使用以太网(Ethernet:注册商标)。但是,屋内通信网络11的协议不限于节能和家庭护理网络,能够应用其他协议或者独自的协议。同样地,物理层也不限于以太网,能够应用Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network,无线智能公用网络)、特小无线等无线网络、利用电灯布线的PLC(Power Line Communications,电力线通信)网络或者光网络等。
进而,CEMS15以及HEMS7之间用屋外通信网络13连接。CEMS15以及HEMS7之间的信息的交换在后面说明。HEMS7在结束各设备的现况的确认后,监视各设备的动作。具体而言,监视各设备的功耗、太阳能电池1的发电电力以及蓄电池3的充放电电力的测量值。另外,HEMS7在从CEMS15被通知指令的情况下,依照该指令内容,对各设备通知指示。或者,HEMNS7将各种测量值(功耗量等)以及现况信息送给CEMS15。
接下来,说明利用本实施方式1所涉及的电力变换装置的、配电***14(柱上变压器2次侧)中的***电压的稳定化控制的具体的动作原理。
在太阳能电池1等分散电源的发电电力量增加,和与屋内的互连点相当的配电***14的交流电压(交流有效电压)上升的情况下,通过从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率,能够抑制交流电压(交流有效电压)的上升。因此,太阳能电池用电力变换装置2构成为具备监视屋内配电***10的交流电压的交流有效电压值,在交流有效电压值上升的情况下输出无功功率的功能。
在图12中,示出用于说明通过无功电流的输出抑制交流有效电压值的上升的***电压稳定化控制的原理的圆形图表。
参照图12,以原点0为中心的圆形图表的横轴表示有功功率(或者有功电流),纵轴表示无功功率(或者无功电流)。一般而言,与太阳能电池1连接的太阳能电池用电力变换装置2的容量(可输出的最大电力或者最大电流)与太阳能电池1的最大发电电力等同的情形较多。例如,在搭载有4kW的太阳能电池1的情况下,一般太阳能电池用电力变换装置2的容量也被设计成4kW。
图12的圆形图表示出太阳能电池用电力变换装置2可输出的最大电力(与圆形图表的半径相当)。即,太阳能电池用电力变换装置2能够在圆形图表的内侧的范围内针对屋内配电***10供给电力。
进一步说明图12的圆形图表。例如,在无功功率是零的情况下,太阳能电池用电力变换装置2能够输出太阳能电池1的最大发电电力。此时的输出电力与在图12中记载为有功功率(最大)的矢量的大小相当。
然而,在从太阳能电池1产生最大电力的状态,为了抑制***电压的上升而输出无功功率时,对无功功率以及有功功率进行加法而得到的矢量的终点如图12所示成为圆形图表的外侧。这样的电力无法从太阳能电池用电力变换装置2输出。
因此,在输出无功功率的情况下,需要如图12所示在抑制有功功率的输出之后,加上无功功率。在***互连规定中,功率因数被规定为0.85以上。图12中的θ表示成为cosθ=0.85的有功功率以及无功功率的相位差。因此,从太阳能电池用电力变换装置2能够输出的无功功率的最大值(图12中的Pimax)成为太阳能电池用电力变换装置2的额定容量以及sinθ之积。
在本实施方式1中,在太阳能电池用电力变换装置2为了输出无功功率而需要抑制有功功率的情况下,通过并非从太阳能电池用电力变换装置2而从蓄电池用电力变换装置4输出无功功率,抑制配电***14(屋内配电***10)的交流电压的上升。由此,在最大限确保太阳能电池1的发电电力的基础上,执行利用无功功率的输出的***电压稳定化控制。
具体而言,在太阳能电池1的发电电力是太阳能电池用电力变换装置2的额定电力(最大输出电力)的85%以下的情况下,即使从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率,由于有功功率以及无功功率的矢量和的终点停止于图12的圆形图表的内侧,所以来自太阳能电池1的发电电力不被抑制。在该情况下,通过从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率,执行***电压稳定化控制。
另一方面,在来自太阳能电池1的发电电力超过太阳能电池用电力变换装置2的额定电力(最大输出电力)的85%的情况下,在从太阳能电池用电力变换装置2发生无功功率时,有有功功率以及无功功率的矢量和的终点出去到图12的圆形图表的外侧的情况。在该情况下,为了避免太阳能电池用电力变换装置2的有功功率、即太阳能电池1的发电量的抑制,以在直至蓄电池用电力变换装置4的额定电力(最大输出电力)的范围内输出无功功率的方式控制蓄电池用电力变换装置4,从而执行***电压稳定化控制。
这样,关于用于***电压稳定化控制的无功功率,除了需要太阳能电池1的发电电力(有功功率)的抑制的情形以外,基本上从太阳能电池用电力变换装置2输出。由此,能够实现如以下说明的功耗抑制。
例如,在太阳能电池1的发电电力充分,蓄电池3是满充电状态的情况下,蓄电池用电力变换装置4为了抑制自身的功耗被设定成待机模式(几乎不发生待机电力的动作模式)而成为停止充放电的状态。在设想起动这样的状态的蓄电池用电力变换装置4来发生无功功率时,在待机模式中,也需要向在蓄电池3以及蓄电池用电力变换装置4之间以及屋内配电***10以及蓄电池用电力变换装置4之间配置的继电器电路(未图示)的供给电力、向控制蓄电池用电力变换装置4的第3控制电路404以及第4控制电路409的供给电力,从而担心待机电力的增加。另外,即使在使用待机中的蓄电池用电力变换装置4的情况下,为了无功功率发生使第2DC/AC变换电路408动作,所以发生开关损耗、导通损耗,不必要地消耗电力。
因此,在从太阳能电池1输出的发电电力不被抑制的情况下,通过相比于蓄电池用电力变换装置4优先控制太阳能电池用电力变换装置2以输出无功功率,不会发生上述不必要的功耗,而能够执行***电压稳定化控制。
另一方面,在太阳能电池1的发电电力是预先决定的基准值以上的情况下,通过起动蓄电池用电力变换装置4而发生无功功率,抑制屋内配电***10的交流有效电压的上升。由此,无需不必要地抑制从太阳能电池1等创能设备输出的发电电力,能够输出用于抑制交流有效电压的上升的无功功率。例如,如上所述,在功率因数被决定为0.85以上的情况下,能够在考虑电压计、电流计等测定器的误差以及太阳能电池用电力变换装置2中的损耗等的基础上,与太阳能电池用电力变换装置2的额定电力的0.85倍的数值对应地决定上述基准值。
通过利用使用太阳能电池用电力变换装置2和/或蓄电池用电力变换装置4的***电压稳定化控制抑制屋内配电***10的电压上升,还能够抑制配电***14(柱上变压器2次侧)的电压上升。即,上述***电压稳定化控制能够使屋内配电***10以及配电***14这两方的电压稳定化。这样,通过配置于各消费者屋内的分散电源***,无需在配电***14中配置SVC、***用蓄电池等昂贵的配电***稳定化设施或者使配电***稳定化小容量化,而能够抑制配电***14的电压上升,所以能够实现成本削减。
另外,在本实施方式1中,说明将屋内配电***10的交流电压作为对象的***电压稳定化控制,但只要能够测量,则也能够将其他部位的交流电压、例如智能电表8的输入侧或者柱上变压器9的正下方等的交流电压作为***电压稳定控制的对象。
在本实施方式1中,作为上述***稳定化控制的开始条件,设定以下说明的不灵敏带。在本实施方式1中,太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4不经由通信线直接交换相互的信息而动作,所以HEMS7加工从CEMS15接收到的不灵敏带宽度信息,通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4。
在图13中,示出说明通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度信息的一个例子的概念图。在图13的纵轴中,示出设为***电压稳定化控制的对象的屋内配电***10的交流有效电压。
图13中的虚线表示从电压控制目标值生成电路2099输出的电压控制目标值(如上所述与屋内配电***10的交流有效电压移动平均值相当)。另外,单点划线表示根据从CEMS15通知的不灵敏带宽度信息生成的不灵敏带上限电压以及不灵敏带下限电压。
在实施方式1中,HEMS7在交流有效电压脱离不灵敏带上限电压的情况下,以成为“太阳能电池1的发电电力小于基准值的情况下的不灵敏带宽度”<“蓄电池3的不灵敏带宽度”<“太阳能电池1的发电电力是基准值以上的情况下的不灵敏带宽度”的方式,加工不灵敏带的范围。将加工后的各不灵敏带宽度信息从HEMS7通知给太阳能电池用电力变换装置2(通知2种)以及蓄电池用电力变换装置4。
此外,发电电力的基准值在实施方式1中设为额定电力的0.85倍。另外,不灵敏带宽度的关系不限于上述。通过如上所述设定,在太阳能电池1的发电电力小于基准值的情况下,从太阳能电池用电力变换装置2开始***电压稳定化控制(无功功率输出),在太阳能电池1发电基准值以上的情况下,从蓄电池用电力变换装置4开始***电压稳定化控制(无功功率输出)。此外,详细的动作后述。
接下来,使用图1以及图14~图16,说明本实施方式1的电力变换装置的动作原理。在实施方式1中,关于太阳能电池1等创能设备的发电电力的急剧的变化,活用对各消费者设置的分散电源内的电力变换装置,实现***电压的稳定化,并且关于长周期的电压变动,如以往那样,通过设置于配电***16(柱上变压器1次侧)的自动电压调整器(SVR)23的抽头切换进行调整。
首先,使用图14,说明利用SVR(自动电压调整器)的***电压控制的动作印象。图14的横轴是时间轴,在纵轴中示出由配电盘6内的电力测量电路61测量出的屋内配电***10的交流有效电压。
图1所示的自动电压调整器(SVR)23在配电***16(柱上变压器9的2次侧)的交流有效电压(配电***电压)脱离配电***16中的SVR23的运用电压的上限电压或者下限电压预先决定的时间(例如60秒程度)时,执行抽头切换,以将配电***电压自动调整为适当值的方式控制。例如,本该SVR23的运用电压范围能够设为配电***电压(6600V)的±1.5%(6600V±100V)。
在图14中,用虚线表示将配电***电压中的SVR23的运用上限电压以及运用下限电压换算为屋内配电***10的交流电压而得到的结果。以下,设为在屋内配电***10的交流有效电压比图中的运用上限电压上升的情况下,配电***电压也比SVR运用上限电压上升,同样地,在屋内配电***10的交流有效电压比图中的运用下限电压降低的情况下,配电***电压也比SVR运用下限电压降低,进行说明。
参照图14,由于日照急剧变化而在城镇内设置的太阳能电池1的发电电力急剧增加,从而屋内配电***10的交流有效电压上升。通过屋内配电***10的电压上升,配电***电压也上升。在时刻t1,配电***电压超过SVR运用上限电压,从而在从时刻t1经过预先决定的时间(60秒)的时刻t2,SVR23执行用于使配电***电压降低的抽头切换。由此,配电***电压降低,并且屋内配电***10的交流有效电压也降低。在图14中,为了比较,用虚线表示在时刻t2未进行抽头切换的情况的电压举动。
另一方面,在该时间点,日照量回到复原,从而太阳能电池1的发电电力转为减少,屋内配电***10的交流有效电压在由于SVR23中的抽头切换引起的减少后也逐渐继续降低,配电***电压也降低。其结果,在时刻t3,配电***电压比SVR运用下限电压降低,所以在从时刻t3经过预先决定的时间(60秒)的时刻t4,SVR23执行用于使配电***电压上升的抽头切换。其结果,关于SVR23中的抽头,与直至时刻t2同样地设定。因此,在时刻t4以后,配电***电压以及屋内配电***10的交流有效电压与在时刻t2未执行抽头切换的情况同样地推移。
这样,在由于依照利用太阳能电池1的发电电力变化的屋内配电***10的交流有效电压变化而配电***电压变化时,通过SVR23的抽头切换,配电***电压被静定在SVR运用电压范围内(SVR运用下限电压~SVR运用上限电压)。另一方面,在图14的控制例中,根据日照量的变化,SVR23在短的期间进行2次的抽头切换动作,所以担心SVR23的设备寿命变短。此外,一般而言,在未导入可再生能源等的配电***中,上述抽头切换在一日实施20~30次程度。
因此,在本实施方式1中,通过利用使用上述电力变换装置的***电压稳定化控制抑制屋内配电***10的电压的大幅的变动,在抑制利用SVR23的抽头切换的次数的基础上,使配电***电压稳定化。例如,如上所述,在SVR23的运用电压范围是配电***电压(6600V)的±1.5%(6600V±100V)的情况下,以将太阳能电池1的发电电力变动所引起的配电***电压的变动幅度抑制得比上述运用电压范围的电压幅度窄的方式(例如±75V以内),控制消费者侧的分散电源内的电力变换装置(太阳能电池用电力变换装置2和/或蓄电池用电力变换装置4)。
接下来,参照图15,说明活用本实施方式1的消费者侧的分散电源的***电压稳定化控制的动作印象。与图14同样地,图15的横轴是时间轴,纵轴示出屋内配电***10的交流有效电压。关于SVR23的运用上限电压以及运用下限电压,也示出与图14同样的例子。
参照图14,在图中用粗线表示的、屋内配电***10的交流有效电压的电压控制目标值Vr*如在图11中说明,依照由配电盘6内的电力测量电路61测量出的交流有效电压的1分钟的移动平均值设定。此外,电压控制目标值Vr*的设定手法不限于此,当然也可以在低通滤波器中施加LPF来求出交流有效电压。另一方面,用实线表示的、屋内配电***10的交流有效电压(瞬时值)根据日照量的变化按照折线状逐次变化。
图14的斜线区域表示各时间点下的、以交流有效电压的电压控制目标值Vr*为中心的不灵敏带宽度的电压范围。在由于日照急剧变化,屋内配电***10的交流有效电压急剧地变化而脱离不灵敏带宽度的电压范围时,执行用于通过从电力变换装置(太阳能电池用电力变换装置2和/或蓄电池用电力变换装置4)输出的有功功率以及无功功率的控制而将屋内配电***10的交流有效电压抑制于不灵敏带宽度的范围内的***电压稳定化控制。
此外,在即使进行利用电力变换装置的***电压稳定化控制,仍无法充分抑制电压的上升或者降低的情况下,通过根据配电***电压(配电***16)的交流电压脱离SVR运用电压范围,SVR23执行抽头切换,能够实现配电***电压的稳定化。在图14的例子中,在时刻ta、tb~tc、td,为了抑制配电***电压,执行SVR23中的抽头切换,在该定时,关于屋内配电***10的交流有效电压也降低。
根据图15所示的、利用电力变换装置的***电压稳定化控制和SVR23的抽头切换的组合,相比于如在图14中说明的、仅通过SVR23的抽头切换实现***电压的稳定化的情况,能够在抑制SVR23的动作(抽头切换)次数的基础上,使配电***16以及屋内配电***10的交流电压稳定化。
接下来,说明具体的动作印象。关于从CEMS15针对对各消费者设置的分散电源(太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4)通知的不灵敏带宽度信息,在HEMS7中一旦接收之后,在为了太阳能电池用和蓄电池用加工的基础之上,通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4。关于其详细情况在后面说明。
太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4各自在从HEMS7接收到不灵敏带信息时,根据从电压控制目标值生成电路2099以及4099输出的电压控制目标值以及接收到的不灵敏带宽度信息,计算如在图15中斜线所示的、不进行***电压稳定化控制的不灵敏带宽度的上限电压值以及下限电压值。
然后,判定屋内配电***10的交流有效电压是否进入到计算的该上限电压值以及下限电压的范围内,在是范围外的情况下,开始***电压稳定化控制。此外,具体的处理的流程在后面说明。
在图16中,示出说明与城镇内的各消费者的位置对应的不灵敏带宽度的设定的概念图。图16的横轴表示从自动电压调整器(SVR)23的距离,纵轴表示屋内配电***10的交流有效电压。
参照图16,配电***14(柱上变压器9的2次侧)的交流有效电压根据各消费者的位置而变化,相比于城镇的入口,在城镇终端中上升或者下降。即,在位于城镇终端的消费者宅18中,配电***14以及屋内配电***10中的交流有效电压的变动幅度相对地变大。
因此,在同样地设定各消费者的分散电源的不灵敏带宽度的情况下,从***电压的振幅(上升或者下降幅度)大的城镇终端的消费者,开始利用有功功率以及无功功率的调整的***电压稳定化控制。因此,相比于城镇入口侧的消费者,太阳能电池1的发电电力的抑制量变多。或者,担心由于在输出无功功率时发生的电力变换装置的电力损耗等引起的功耗量增加等,发生依赖于城镇内的消费者宅18的位置而利用电力变换装置的***电压稳定化控制的实施次数不同所引起的不公平。因此,在本实施方式1中,为了抑制如上述的问题,针对每个消费者,使规定***电压稳定化控制的开始条件的不灵敏带宽度变化。
具体而言,根据从自动电压调整器(SVR)23至各消费者宅18的配电***的阻抗信息,以在城镇入口的消费者宅18和其他消费者宅18中在大致相同定时开始***电压稳定化控制的方式,用CEMS15计算不灵敏带宽度。其结果,将针对每个消费者宅18计算出的不灵敏带宽度,从CEMS15通知给各消费者宅18的HEMS7。
例如,如图16所示,在城镇入口侧,不灵敏带宽度被设定得较窄,另一方面,能够朝向***电压的振幅变大的城镇终端,将不灵敏带宽度设定得逐渐变宽。其结果,不论在城镇内的配电***的哪个位置连接消费者的分散电源,都能够在大致相同定时开始***电压稳定化控制,所以能够抑制上述由城镇内的消费者宅18的位置的差异引起的不公平。
图17是本发明的实施方式1所涉及的与***电压稳定化控制有关的各种设备之间的动作时序图。使用图17,说明以CEMS15为中心的、用于***电压稳定化控制的不灵敏带信息的生成以及通知的处理的流程。
参照图17,配电自动化***25以30分周期收集配置于配电***16的电压计22a~22x(图1)的测量结果(交流有效电压)。另外,关于自动电压调整器23的SVR静定值(当前使用的变压器的绕组比信息),也以30分单位通知给配电自动化***25。进而,由配电自动化***25一旦收集配电***阻抗信息、设置于配电***的电压计22的信息,通知给CEMS15。此外,通知周期不限定于30分,能够设为任意的时间长。此外,还能够在与电压计22相关的信息和与自动电压调整器(SVR)23相关的信息之间,设定不同的通知周期。另外,关于与SVR23相关的信息,并非基于一定周期的通知,还能够针对上述抽头切换的每次执行通知。
配电自动化***25除了电压计22中的电压测量结果以及自动电压调整器(SVR)23的SVR静定值信息以外,将自身具有的配电***的阻抗信息,也以30分周期通知给CEMS15。另一方面,CEMS15根据从配电自动化***25送来的上述信息以及在各消费者中测量出的以5分周期送来的***电压控制目标值(具体而言在本实施方式1中配电***的交流有效电压值的1分钟的移动平均值)、设置于消费者的各分散电源的有功/无功功率控制量(包括有功功率以及无功功率)、无功功率输出时间、有功功率输出抑制信息(HEMS7从太阳能电池用电力变换装置2、蓄电池用电力变换装置4以及电力测量电路61以5分周期收集本信息),针对每个消费者,计算不灵敏带宽度信息。关于不灵敏带宽度的计算方法的详细情况,省略说明,通过预先制作任意的计算式或者计算表,能够计算不灵敏带宽度。以30分周期,对设置于各消费者宅18内的HEMS7,通知由CEMS15计算出的各消费者的不灵敏带宽度信息。
另外,CEMS15关于城镇蓄电池用电力变换装置21,也根据以5分周期收集到的***电压控制目标值、有功/无功功率控制量(包括有功功率以及无功功率)、无功功率输出时间、有功功率输出抑制信息以及从配电自动化***25通知的各种信息,计算不灵敏带宽度信息,以30分周期通知。
接下来,使用图1~图24,说明太阳能电池用电力变换装置2、蓄电池用电力变换装置4以及HEMS7的动作。
图18是说明与***电压稳定化控制有关的HEMS7的控制处理的流程图。
参照图18,HEMS7在步骤(以下还简称为“S”)101中确认是否为各种测量结果的收集时刻(以5分周期实施)。在是收集时间的情况下(S101的“是”判定时),HEMS7通过S102收集各种测量结果。从太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4,收集由电压控制目标值生成电路2099(4099)生成的各个电力变换装置的电压控制目标值(目标电压)、由无功电流波形生成电路2093(4093)内的无功功率输出时间测量电路20934测量出的无功功率的输出时间以及根据从无功电流控制电路2092(4092)输出的无功电流振幅信息生成的无功功率控制量。进而,从配电盘6内的电力测量电路61收集由电力测量电路61测量出的负载的功耗量、太阳能电池1的发电电力量以及蓄电池3的充放电电力量(5分钟)。
HEMS7在各种数据的收集完成时,通过S103经由屋外通信网络13对CEMS15通知收集到的测量结果。HEMS7在S103中向CEMS15的通知完成的情况或者S101的“否”的情况下,通过S104确认是否从CEMS15通知新的不灵敏带信息。
在未通知的情况下(S104的“否”判定时),处理返回到S101。另一方面,在被通知不灵敏带信息的情况下(S104的“是”判定时),HEMS7通过S105生成通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度信息。
在图19中,示出说明通过图18的S105生成不灵敏带宽度信息的控制处理的详细情况的流程图。
参照图19,HEMS7在不灵敏带宽度信息的生成开始后,通过S121确认不灵敏带宽度的电压范围是否适当。在本实施方式1中,如使用图15说明,关于屋内配电***10的电压控制目标值,由于依照屋内配电***10的交流有效电压的1分钟的移动平均值设定,所以随着时间经过而变化。因此,在电压控制目标值接近屋内配电***10的***电压上下限规定值的情况下,需要不灵敏带宽度的校正。
图20是说明不灵敏带宽度的校正的概念图。图20的纵轴表示屋内配电***10的交流有效电压。
参照图20,对屋内配电***10的交流有效电压设定***电压上限规定值Vsmax以及***电压上限规定值Vsmin。因此,关于不灵敏带的上限电压Vdz1以及下限电压Vdz2,也需要设定于Vsmin≤Vdz2<Vdz1≤Vsmax的范围内。
另一方面,作为不灵敏带宽度信息,从CEMS15通知针对电压控制目标值Vr*的、不灵敏带的上限电压Vdz1以及下限电压Vdz2的电压差(ΔVdz),在HEMS7中,通过Vr*±ΔVdz的运算,计算不灵敏带的上限电压Vdz1以及下限电压Vdz2。
因此,如图20中的左侧所示,在基于通知的不灵敏带信息的不灵敏带的上限电压(Vr*+ΔVdz)超过***电压上限规定值Vsmax的情况下,需要该上限电压的校正。例如,如图20中的右侧所示,以限制于Vdz1=Vsmax的方式执行校正。另一方面,关于不灵敏带的下限电压Vdz2,无需校正,而能够设定为Vr*-ΔVdz。
再次参照图19,HEMS7通过S121,判定依照通知的不灵敏带宽度信息的不灵敏带是否为规定值以内、具体而言不灵敏带宽度的上限电压以及下限电压是否为***电压上限规定值Vsmax~***电压下限规定值Vsmin的范围内。
在脱离Vsmax~Vsmin的范围的情况下(S121的“否”判定时),HEMS7通过步骤S122,将不灵敏带宽度校正为适当范围(图20的右侧)。校正后的不灵敏带宽度的上限电压以及下限电压收敛于Vsmax~Vsmin的范围内。在是Vsmax~Vsmin的范围内的情况下(S121的“是”判定时),跳过S122的处理,维持通知的不灵敏带宽度。
接下来,HEMS7通过S123以及S124,生成太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4用的不灵敏带信息。
再次参照图13,在本实施方式1中,根据太阳能电池1的发电电力,切换在太阳能电池用电力变换装置2中使用的不灵敏带信息。具体而言,如在图12中说明,在太阳能电池用电力变换装置2中生成并输出无功功率时,在对从太阳能电池1输出的发电电力不施加抑制的情况下,以相比于蓄电池用电力变换装置4先从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率的方式加工不灵敏带宽度信息。
另一方面,在从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率时对太阳能电池1的发电电力施加抑制的情况下,以相比于太阳能电池用电力变换装置2先从蓄电池用电力变换装置4输出无功功率的方式加工不灵敏带宽度。其结果,在本实施方式1中,关于太阳能电池用电力变换装置2,制作2种不灵敏带宽度信息。另一方面,关于蓄电池用电力变换装置4,制作1种不灵敏带宽度信息。
具体而言,如图13所示,以成为“太阳能电池的不灵敏带宽度(发电量是基准值以下)”>“蓄电池的不灵敏带宽度信息”>“太阳能电池的不灵敏带宽度(发电量超过基准值)”的方式,HEMS7通过S123以及S124,生成太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4用的不灵敏带信息。
再次参照图19,HEMS7在利用S123以及S124的不灵敏带宽度信息的生成完成后,通过S125,生成不灵敏带宽度脱离时的太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的控制目标电压。
在本实施方式1中,为了抑制***电压稳定化控制的执行/停止在短期间内连续地切换的振荡动作,在HEMS7中,例如,在屋内配电***10的交流有效电压的交流有效电压脱离不灵敏带宽度的上限电压的情况下,如图13所示,将电压控制目标值(屋内配电***10)与在S123以及S124中设定的不灵敏带范围的上限电压中的最小值之间的电压设定为上述不灵敏带宽度脱离时的目标电压。
此外,如上所述屋内配电***10的交流有效电压的电压控制目标值Vr*由于取交流有效电压的移动平均值,所以随着时间经过而变化。因此,设为该控制目标电压由相对上述电压控制目标值的电压差规定的电压。另外,在S125中,还决定***电压稳定化控制的结束条件。在本实施方式1中,如图13所示,在HEMS7中生成无功功率控制结束电压,通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4。此外,各分散电源中的***电压稳定化控制的详细情况后述。
如上所述,在HEMS7中,生成不灵敏带宽度信息及不灵敏带脱离时的***电压控制目标值以及作为***电压稳定化控制的结束条件之一的无功功率控制结束电压,通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4。由此,在太阳能电池1的发电量少,无需由太阳能电池用电力变换装置2抑制太阳能电池1的发电电力而能够进行***电压稳定化控制的情况下,能够优先地将太阳能电池用电力变换装置2活用于***电压稳定化控制。另一方面,在太阳能电池1的发电量多,在从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率时,需要抑制太阳能电池1的发电电力的情况下,能够从蓄电池用电力变换装置4将无功功率优先地活用于***电压稳定化控制。即,无需不必要地抑制来自太阳能电池1的发电电力,而能够进行***电压稳定化控制。
另外,在无需抑制太阳能电池1的发电电力而能够执行***电压稳定化控制的情况下,从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率而实现***电压的稳定化,所以还能够抑制在蓄电池用电力变换装置4中输出无功功率的情况下发生的电力损耗(开关损耗以及待机电力等)。
进而,通过如上所述生成不灵敏带脱离时的***电压控制目标值以及作为***电压稳定化控制的结束条件之一的无功功率控制结束电压,能够对***电压稳定化控制的开始/结束条件附加迟滞。其结果,能够抑制***电压稳定化控制的振荡动作。
接下来,说明太阳能电池用电力变换装置2的动作。
再次参照图1以及图2,在从太阳能电池1的发电开始后,太阳能电池用电力变换装置2为了将从太阳能电池1发电的直流电力供给到屋内配电***10而起动。具体而言,在本实施方式1中,在从太阳能电池1输出的直流电压成为预先决定的判定值以上的情况下,起动太阳能电池用电力变换装置2。
再次参照图3以及图4,在太阳能电池用电力变换装置2起动后,在通常时,第1控制电路204中的第5控制电路2044指示MPPT控制电路2041,以使来自太阳能电池1的输出电力成为最大的方式开始MPPT控制。进而,第5控制电路2044针对切换电路2043,以选择MPPT控制电路2041的输出的方式输出控制信号。
另一方面,在图5中,第2控制电路209中的第6控制电路2097以使从电压计206输出的直流母线205的直流电压成为恒定的方式,用有功电流控制电路2094计算有功电流的振幅,用有功电流波形生成电路2095生成电流指令值。
在图21中,示出用于说明用于控制有功电流以及无功电流的电流指令值的生成的概念图。
参照图21以及图7,有功电流波形生成电路2095根据由相位检测电路2091检测出的交流电压的零交叉点信息,生成有功电流基准波形。有功电流基准波形是频率和相位与交流电压相同的正弦波。通过针对有功电流基准波形乘以从有功电流控制电路2094输出的有功电流振幅信息,生成有功电流指令值。
同样地,无功电流波形生成电路2093根据由相位检测电路2091检测出的交流电压的零交叉点信息,生成无功电流基准波形。无功电流基准波形是与有功电流基准波形具有(π/2)的相位差的余弦波。通过针对无功电流基准波形乘以从无功电流控制电路2092输出的无功电流振幅信息,生成无功电流指令值。
通过在加法器2096中加上计算出的有功电流指令值以及无功电流指令值,依照三角函数的合成,生成输出电流指令值,输入给第6控制电路2097。在第6控制电路2097中,根据输入的输出电流指令值,计算从第1DC/AC变换电路208输出的视在功率(视在电流)。在计算出的视在功率超过额定电力的情况下,以收敛于额定电力内的方式加工输出电流指令值。这样设定的输出电流指令值被输入给第1DC/AC变换电路208。
在图22以及图23中,示出说明实施方式1所涉及的太阳能电池用电力变换装置2的控制处理的流程图。在太阳能电池用电力变换装置2的运转中,通过第1控制电路204以及第2控制电路209,继续执行图22以及图23所示的各步骤。
参照图22,在太阳能电池用电力变换装置2起动后,通过S201,收集各种传感器信息。具体而言,由电压计201以及电流计202测量出的太阳能电池1的电压以及电流被输入给第1控制电路204中的MPPT控制电路2041。另外,由电压计206收集到的直流母线205的直流母线电压被输入给第1控制电路204中的电压控制电路2042以及第2控制电路209中的第6控制电路2097。进而,由电流计207测量出的在直流母线流过的电流以及由电流计211测量出的在屋内配电***10流过的交流电流的测量结果被输入给第2控制电路209中的第6控制电路2097。另外,由电压计210测量出的屋内配电***10的交流电压被输入给第2控制电路209中的有效电压计算电路2098以及相位检测电路2091。
在各种传感器的测量结果的收集结束后,通过S202,在MPPT控制电路2041中计算从太阳能电池1发电的电力。计算结果被通知给第5控制电路2044。第5控制电路2044在接收到发电电力时,将其接收结果通知给第2控制电路209中的第6控制电路2097。
另一方面,电压计210的交流电压的测量结果被输入给相位检测电路2091以及有效电压计算电路2098。相位检测电路2091检测输入的交流电压的零交叉点,将检测结果输出给无功电流波形生成电路2093、有功电流波形生成电路2095以及有效电压计算电路2098。在S203中,有效电压计算电路2098通过在图10中说明的结构,根据输入的交流电压,计算交流有效电压。
由有效电压计算电路2098计算出的屋内配电***10的交流有效电压被输入给无功电流控制电路2092、有功电流控制电路2094、第6控制电路2097以及电压控制目标值生成电路2099。
在S204中,电压控制目标值生成电路2099在被输入交流有效电压时,计算太阳能电池用电力变换装置2的电压控制目标值。在本实施方式1中,将通过使用图11所示的FIR滤波器计算出的1分钟的移动平均值设定为屋内配电***10的电压控制目标值。
如图11所示,将从有效电压计算电路2098输入的交流有效电压在乘法器20991中与预先决定的系数m相乘之后,供给到寄存器20992a以及加法器20993a。寄存器20992以及加法器20993的组被准备计算移动平均的采样数量。寄存器20992如图11所示通过移位寄存器结构连接。相乘的系数m以计算移动平均的交流有效电压的采样数的倒数提供。由电压控制目标值生成电路2099计算出的交流电压控制目标值被输入给无功电流控制电路2092、有功电流控制电路2094以及第6控制电路2097。
在利用S204的交流电压控制目标值的计算完成后,通过S205,第2控制电路209中的第6控制电路2097针对通信接口电路212,确认是否从HEMS7接受到该测量结果的发送请求。在接受到发送请求的情况下(S205的“是”判定时),通过S206,经由通信接口电路212,将上述太阳能电池1的发电电力、太阳能电池1的控制模式(详细情况后述,MPPT控制模式以及电压控制模式这2种)、屋内配电***10的交流有效电压、交流电压控制目标值以及详细情况后述的、无功功率输出时间的测量结果、无功功率控制量的测量结果、输出的有功功率量以及进行输出抑制的时间信息通知给HEMS7。在利用S206的测量数据发送后,无功功率的输出时间的测量结果、无功功率控制量的测量结果、输出的有功功率量以及进行输出抑制的时间信息被临时清零。
接下来,通过S207,第2控制电路209中的第6控制电路2097确认是否从HEMS7接收到不灵敏带宽度信息。在接收到不灵敏带宽度信息的情况下(S207的“是”判定时),通过S208,更新不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的***电压控制目标值以及无功功率控制结束时电压。
在未接收到不灵敏带宽度信息的情况下(S207的“否”判定时)、或者利用S208的更新结束时,通过S209,根据从第6控制电路2097输出的信息,通过不灵敏带表生成电路2100,开始不灵敏带宽度、***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率的***稳定化控制的结束判定电压的制作。在实施方式1中,如在图13以及图20中说明,根据从电压控制目标值生成电路2099输出的电压控制目标值以及通知的2种无功功率宽度信息,生成不灵敏带电压范围。具体而言,根据在太阳能电池1的发电电力是基准值以下时使用的第1不灵敏带宽度信息和在太阳能电池1的发电电力超过基准值时使用的第2不灵敏带信息,生成图13的中央以及右侧所示的2种不灵敏带电压范围。
此时,生成同时发送的进行***电压稳定化控制时的2种***电压控制目标值(从上侧脱离不灵敏带电压范围的情况和从下侧脱离不灵敏带电压范围的情况这2种)以及2种无功功率控制结束电压(从上侧脱离不灵敏带电压范围的情况和从下侧脱离不灵敏带电压范围的情况这2种)。
图24是说明不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的***电压控制目标值以及无功功率控制结束电压的计算处理的流程图。图24是示出图22的S209中的处理的详细情况的图。
参照图24,在S251中,判定在S202中测量出的太阳能电池1的发电电力是否为基准值以下。在太阳能电池1的发电电力是基准值以下的情况下(S251的“是”判定时),通过S253,根据第1不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的***电压控制目标值、无功功率控制结束电压以及电压控制目标值生成电路2099的输出,计算不灵敏带电压范围、***电压稳定化控制时的目标电压以及判断无功功率控制结束时的交流有效电压值。
另一方面,在太阳能电池1的发电电力超过基准值的情况下(S251的“否”判定时),通过S252,根据第2不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的***电压控制目标值、无功功率控制结束电压以及电压控制目标值生成电路2099的输出,计算不灵敏带电压范围、***电压稳定化控制时的目标电压以及判断无功功率控制结束时的交流有效电压值。此外,在本实施方式1中,***电压稳定化控制时的目标电压以及判断无功功率控制结束时的交流有效电压值通过太阳能电池1的发电电力切换。
再次参照图22,在S209结束后,通过S210,第6控制电路2097根据存储于寄存器(未图示)的标志值,确认第1DC/AC变换电路208是否进行***电压稳定化控制。在***电压稳定化控制的非执行时(S210的“否”判定时),处理进入到S211,判定屋内配电***10的交流有效电压是否脱离在S209中设定的不灵敏带电压范围。
在未脱离不灵敏带电压范围的情况下(S211的“否”判定时),处理返回到S201。即,在屋内配电***10的交流有效电压是不灵敏带电压范围内的期间,不执行***电压稳定化控制,而原样地反复利用S201~S211的处理。
相对于此,在交流有效电压(屋内配电***10)脱离不灵敏带电压范围的情况下(S211的“是”判定时),第6控制电路2097通过S212,在寄存器(未图示)中设置***电压稳定化控制标志,并且通过S213,开始***电压稳定化控制。
在***电压稳定化控制开始后(S213)或者在是执行中时(S210的“是”判定时),无功电流控制电路2092通过S214计算(控制)输出的无功电流的振幅。例如,能够通过用于使屋内配电***10的交流有效电压接近不灵敏带宽度脱离时的太阳能电池用电力变换装置2的控制目标电压(图19的S125)的PI(比例积分)控制,计算无功电流的电流振幅值。
有功电流控制电路2094也能够通过用于使直流母线205的电压接近预先决定的目标电压(例如350V)的PI(比例积分)控制,计算有功电流的电流振幅值。如在图21中说明,根据无功电流以及有功电流的电流振幅值,无功电流波形生成电路2093生成无功电流指令值,并且有功电流波形生成电路2095生成有功电流指令值。进而,通过利用加法器2096的无功电流指令值以及有功电流指令值的加法,求出电流指令值。
参照图23,通过S215,第6控制电路2097确认来自加法器2096的电流指令值是否未超过预先决定的范围。例如,S215在电流指令值超过最大电流值、具体而言第1DC/AC变换电路208的最大电流值(额定值)时判定为“否”,另一方面,否则判定为“是”。
在电流指令值超过最大电流值的情况下(S215的“是”判定时),通过S216,第6控制电路2097以将太阳能电池1的控制变更为电压控制模式的方式,通知给第1控制电路204中的第5控制电路2044。此时,来自太阳能电池1的发电电力也通知。此外,以防止在短时间内反复切换MPPT控制以及电压控制的动作的方式(防止振荡),在本实施方式1中,在从MPPT控制以及电压控制的切换时起预先决定的时间内,屏蔽新的控制的切换,并且关于在S215中判定的最大电流值,优选使判定从电压控制模式向MPPT控制模式的切换时的最大电流值小于判定从MPPT控制模式向电压控制模式的切换时的最大电流值。由此,能够防止太阳能电池1的控制模式(MPPT控制模式和电压控制模式)在短时间内频繁地切换,稳定地执行***电压稳定化控制。
第5控制电路2044在接收到将太阳能电池1的控制模式变更为电压控制模式的指示时,如果MPPT控制电路2041是动作中,则输出控制停止指示,并且取入当前的指令值等信息。然后,针对电压控制电路2042,送出从第6控制电路2097通知的发电电力信息,在并非动作中的情况下,送出从上述MPPT控制电路2041获得的当前的指令值等信息。电压控制电路2042在从第5控制电路2044接受到发电电力信息时,以成为接受的发电电力量的方式生成控制指令值。此外,在电压控制电路2042未起动的情况下,将从MPPT控制电路2041获得的当前的指令值等信息作为初始值开始控制。另外,第6控制电路2097与对电压控制电路2042进行发电电力信息等的通知的同时,针对切换电路2043,输出用于选择电压控制电路2042的输出的控制信号。
在电流指令值未超过最大电流值的情况下(S215的“否”判定时),通过S217,第6控制电路2097指示第5控制电路2044,以MPPT控制模式动作。第5控制电路2044在接收到利用MPPT控制模式的动作指示时,在以电压控制模式动作的情况下,从电压控制电路2042读入当前的指令值等信息,并且将读入的控制信息通知给MPPT控制电路2041。进而,第5控制电路2044以将通知的信息作为初始值开始MPPT控制的方式输出指示,并且针对切换电路2043,输出用于选择MPPT控制电路2041的输出的控制信号。在以MPPT控制动作的情况下,原样地继续控制。
在S216或者S217中的处理完成后,第6控制电路2097通过S218,根据从加法器2096输出的电流指令值,计算视在功率(视在电流)。在S219中,判定在S218中计算出的视在功率(视在电流)是否未超过太阳能电池用电力变换装置2的容量。在超过容量的情况下(S219的“否”判定时),使处理进入到S220,开始有功功率的抑制。具体而言,第6控制电路2097在视在功率(视在电流)超过太阳能电池用电力变换装置2的容量的情况下,通知第5控制电路2044使得抑制来自太阳能电池1的发电电力。此时,发电量也通知。第5控制电路2044在接受到该通知时,确认太阳能电池1的当前的控制模式,在是MPPT控制模式的情况下,转移到电压控制模式。
具体而言,如上所述,第5控制电路2044针对MPPT控制电路2041,输出控制停止指示,并且取入当前的指令值等信息。然后,第5控制电路2044针对电压控制电路2042,送出从第6控制电路2097通知的发电电力信息,并且在并非动作中的情况下,送出从上述MPPT控制电路2041获得的当前的指令值等信息。电压控制电路2042在从第5控制电路2044接受到发电电力信息时,以成为接受的发电电力的方式生成控制指令值。此时,在电压控制电路2042未起动的情况下,将从MPPT控制电路2041获得的当前的指令值等信息作为初始值开始控制。另外,第5控制电路2044与对电压控制电路2042进行发电电力信息等的通知的同时,针对切换电路2043,输出用于选择电压控制电路2042的输出的控制信号。
另一方面,在以电压控制模式动作的情况下,第5控制电路2044将接受的发电电力通知给电压控制电路2042。电压控制电路2042以成为接受的发电电力的方式生成控制指令值。生成的控制指令值经由切换电路2043被输出给第1DC/DC变换电路203。
在S220中的有功功率(太阳能电池1的发电电力)的抑制指示完成或者视在功率未超过太阳能电池用电力变换装置2的容量的情况下(S219的“是”判定时),第6控制电路2097进行***电压稳定化控制的结束条件的确认。
第6控制电路2097通过S221,对第5控制电路2044确认当前的太阳能电池1的控制是否为MPPT控制模式。在是MPPT控制模式的情况下,第6控制电路2097将从无功电流波形生成电路2093中的无功功率测量电路20935通知的无功功率的测量结果与预先决定的结束判定值比较。而且,在并未以MPPT控制模式动作的情况或者无功功率的测量结果是结束判定值以上的情况下,S221被判定为“否”,处理返回到S201。由此,继续***电压稳定化控制。
另一方面,在太阳能电池1以MPPT控制模式动作并且无功功率的测量结果小于结束判定值的情况下,将S221判定为“是”,通过S222,判断为结束***电压稳定化控制。进而,通过S223,在对***电压稳定化控制标志进行清零之后,处理返回到S201。
接下来,说明如上所述判断***电压稳定化控制的结束条件(S221)的理由。
通常,在***互连运转时,太阳能电池1为了最大限取出发电电力,以MPPT控制模式动作。因此,设想在太阳能电池1以电压控制动作模式动作的情况下,在屋内配电***10中流过大量再生电力,从而***电压上升。另外,关于屋内配电***10以及配电***14等的***电压稳定化控制,根据***阻抗的结构,还有相比于利用无功功率的控制,利用有功功率的控制更有效的情况。具体而言,在***阻抗的主要项目由电抗器、电容器的影响引起的情况下,利用无功功率的***电压稳定化控制有效,另一方面,在***阻抗的主要项目是电阻的情况下,利用有功功率的***电压稳定化控制有效。因此,在实施方式1中,通过作为***电压稳定化控制的结束条件,使用太阳能电池1的控制模式和无功功率的测量结果这两方,能够可靠地判断***电压稳定化控制的结束。
此外,在本实施方式1中,说明优先地实施利用无功功率的***电压稳定化控制的情况,但在从配电自动化***25通知的***阻抗信息的主要项目是电阻分量的情况下,能够使有功功率控制优先而实施***电压稳定化控制。具体而言,在***阻抗的主要项目是电抗器、电容器的情况下,在比较控制有功功率的情况和控制无功功率的情况时,无功功率对配电交流***的电压振幅造成的影响更大。另一方面,在***阻抗的主要项目是电阻分量的情况下,即使控制无功功率,对***电压的影响也小。因此,在***阻抗的主要项目是电抗器、电容器的情况下,优选如图22以及图23所示,在无功功率的输出成为容许内的最大值的情况下执行S216以及S220,从而进行使无功功率优先的***电压稳定化控制。另一方面,在***阻抗的主要项目是电阻分量的情况下,优选先执行S216以及S220,进行使有功功率的抑制优先的***电压稳定化控制。
这样,依据***阻抗信息的结构,切换优先地执行无功功率的输出以及有功功率的抑制中的哪一个,从而能够更有效地进行***电压稳定化控制。例如,HEMS7能够根据经由CEMS15从配电自动化***25通知的***阻抗信息,判断利用无功功率的输出的***电压的抑制和利用有功功率的抑制的***电压降低的优先次序。通过从HEMS7对太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4通知该判断结果,能够根据配电***的阻抗信息,有效地实施***电压稳定化控制。
接下来,说明蓄电池用电力变换装置4的动作。
再次参照图3,在实施方式1中,蓄电池用电力变换装置4通常根据从HEMS7通知的运转计划动作。具体而言,设为具有将太阳能电池1的发电电力最大限出售的“售电优先模式”、对太阳能电池1的发电电力的剩余电力进行充电的“充电优先模式”、将购电电力抑制为预先决定的上限值以下的“削峰模式”以及仅进行各种传感器的测量结果的收集、测量数据的定期的通信的“待机模式”这4种。待机模式的特征在于功耗非常小。
蓄电池用电力变换装置4在电源被接通时以待机模式起动,直至接收到来自HEMS7的运转计划以待机模式动作。在待机模式中,蓄电池用电力变换装置4进行各种传感器信息的收集,并且仅实施从HEMS7接收不灵敏带宽度信息以及将各种传感器的测量结果发送给HEMS7。
在图25以及图26中,示出说明实施方式1所涉及的蓄电池用电力变换装置4的控制处理的流程图。在蓄电池用电力变换装置4的运转中,通过第3控制电路404以及第4控制电路409,继续执行图25以及图26所示的各步骤。
参照图25以及图3~图5及图8~图12,在蓄电池用电力变换装置4起动后,通过S301,收集各种传感器信息。具体而言,由电压计401及电流计402测量出的蓄电池3的电压及电流以及由电压计406收集到的直流母线405的直流母线电压被输入给第3控制电路404中的、第7控制电路4044、充电控制电路4041以及放电控制电路4042。进而,由电流计407测量出的在直流母线流过的电流以及由电流计411测量出的在屋内配电***流过的交流电流的测量结果被输入给第4控制电路409中的第8控制电路4097。另外,由电压计410测量出的屋内配电***10的交流电压被输入给第4控制电路409中的有效电压计算电路4098以及相位检测电路4091。
在各种传感器的测量结果的收集结束后,通过S302,第7控制电路4044根据从电压计401以及电流计402输出的传感器信息,计算来自蓄电池3的充放电电力量。此时,还计算蓄电池3的充电电力量(SOC:State of Charge,充电状态)。此外,在本实施方式1中,设为蓄电池3的充电电力量是由第7控制电路4044计算的电力量而继续说明,但能够用任意的要素执行蓄电池3的充电电力量(SOC)的计算。例如,还能够构成为用设置于蓄电池3内的未图示的电池管理组件(BMU)计算SOC,第7控制电路4044从蓄电池3内的BMU接收SOC的计算结果。
第7控制电路4044在充放电电力以及充电电力量(SOC)的计算完成后,将其接收结果通知给第4控制电路409中的第8控制电路4097。另一方面,电压计410的交流电压的测量结果被输入给相位检测电路4091以及有效电压计算电路4098。相位检测电路4091检测输入的交流电压的零交叉点,将检测结果输出给无功电流波形生成电路4093、有功电流波形生成电路4095以及有效电压计算电路4098。
通过S303,有效电压计算电路4098根据输入的交流电压,计算配电***的交流有效电压。如上所述,有效电压计算电路4098能够设为与图10所示的有效电压计算电路2098相同的结构。由有效电压计算电路4098计算出的屋内配电***10的交流有效电压被输入给无功电流控制电路4092、有功电流控制电路4094、第8控制电路4097、以及电压控制目标值生成电路4099。
通过S304,电压控制目标值生成电路4099在被输入交流有效电压时,计算蓄电池用电力变换装置4的电压控制目标值。此外,电压控制目标值生成电路4099的结构以及动作与电压控制目标值生成电路2099(图11)相同,所以不重复详细的说明。即,电压控制目标值生成电路4099逐次计算屋内配电***10的交流有效电压(有效电压计算电路4098)的一定期间(例如1分钟)的移动平均值,作为交流电压控制目标值。由电压控制目标值生成电路4099计算出的交流电压控制目标值被输入给无功电流控制电路4092、有功电流控制电路4094以及第8控制电路4097。
在S304中交流电压控制目标值的计算完成后,通过S305,第8控制电路4097对通信接口电路412确认是否从HEMS7接受到该测量结果的发送请求。在接受到发送请求的情况下(S305的“是”判定时),通过S306,经由通信接口电路412,与上述蓄电池3的充放电电力量、蓄电池3的充电电力量(SOC)、配电***的交流有效电压、电压控制目标值以及太阳能电池用电力变换装置2同样地,将无功功率的输出时间的测量结果、无功功率控制量的测量结果、输出的有功功率量以及进行输出抑制的时间信息通知给HEMS7。在测量数据的发送完成后(S306),无功功率的输出时间的测量结果、无功功率控制量的测量结果、输出的有功功率量以及进行输出抑制的时间信息被临时清零。
接下来,通过S307,第8控制电路4097确认是否从HEMS7接收到不灵敏带宽度信息。在接收到不灵敏带宽度信息的情况下(S307的“是”判定时),通过S308,不灵敏带宽度信息、进行***电压稳定化控制时的***电压控制目标值以及无功功率控制结束电压被更新。
在S307的“否”判定时或者S308的结束时,通过S309,不灵敏带表生成电路4100根据从第8控制电路4097输出的信息,开始不灵敏带宽度、***电压稳定化控制时的目标电压以及无功功率控制结束电压的制作。在实施方式1中,如图13的左侧所示,根据从电压控制目标值生成电路4099输出的电压控制目标值以及通知的无功功率宽度信息,生成不灵敏带电压范围。此时,还生成进行***电压稳定化控制时的***电压控制目标值以及无功功率控制结束电压。
在S309结束后,通过S310,第8控制电路4097根据存储于寄存器(未图示)的标志值,确认第2DC/AC变换电路408是否正在进行***电压稳定化控制。在未进行***电压稳定化控制的情况下(S310的“否”判定时),处理进入到S311,确认屋内配电***10的交流有效电压是否脱离在S309中设定的不灵敏带电压范围。
在未脱离的情况下(S311的“否”判定时),处理返回到S301。即,在屋内配电***10的交流有效电压是不灵敏带电压范围内的期间,不执行***电压稳定化控制,而原样地反复利用S301~S311的处理。
相对于此,在交流有效电压(屋内配电***10)脱离不灵敏带电压范围的情况下(S311的“是”判定时),第8控制电路4097通过S312,在上述寄存器(未图示)中设置***电压稳定化控制标志,并且通过S313开始***电压稳定化控制。
在***电压稳定化控制开始后(S313)或者在是执行中时(S310的“是”判定时),第8控制电路4097通过S314,确认屋内配电***10的交流有效电压是否脱离不灵敏带宽度的上限值。在***电压的交流有效电压脱离不灵敏带宽度的上限值的情况下(S314的“是”判定时),第8控制电路4097针对第7控制电路4044,确认当前的动作状态(充电/放电/待机)。此时,在已进行从蓄电池3的充放电的情况下,还确认充放电电力。由此,通过S315确认可否使蓄电池3的充电电力量增加。
在蓄电池3放电的情况下或者能够使充电电力增加的情况下,S315被判定为“是”,处理进入到S316。第8控制电路4097计算充放电电力,将计算结果通知给第7控制电路4044。第7控制电路4044在接受到充放电电力的计算结果时,在从蓄电池3放电的情况下,将接受的放电电力作为目标值通知给放电控制电路4042。由此,在S316中,放电控制电路4042将接收到的放电电力目标作为目标,控制来自蓄电池3的放电电力。
另一方面,虽然进行放电,但在从第8控制电路4097被通知充电电力的情况下,通过S316,第7控制电路4044指示放电控制电路4042停止放电控制,并且针对充电控制电路4041通知充电电力目标。充电控制电路4041在接受到充电电力目标时,开始充电控制。此时,第7控制电路4044针对切换电路4043,输出用于选择充电控制电路4041的输出的控制信号。
在本实施方式1中,如上所述太阳能电池用电力变换装置2为了将来自太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最小限,使无功功率的输出优先,即使在无功功率控制下***电压仍未收敛于适当范围内的情况下,实施有功功率的抑制。另一方面,蓄电池用电力变换装置4在屋内配电***10的交流有效电压超过不灵敏带宽度的上限电压值的情况下,抑制从蓄电池3放电的放电电力。具体而言,在从蓄电池3放电的情况下,放电电力被抑制或者进行从放电向充电的切换。特别是,通过切换到充电控制,能够抑制作为***电压上升的主要原因的有功功率的逆直流,抑制***电压的上升。由此,能够使从太阳能电池用电力变换装置2输出的太阳能电池1的发电电力的抑制成为最小限,并且能够抑制来自蓄电池3的不必要的放电。其结果,能够高效地使用通过太阳能电池1发电的电力。
相对于此,在S314中,在屋内配电***10的交流有效电压未脱离不灵敏带宽度的上限值的情况下(S314的“否”判定时),通过S317,第8控制电路4097确认屋内配电***10的交流有效电压是否脱离不灵敏带宽度的下限值(下限电压)。
在未脱离下限值的情况下(S317的“否”判定时),不优先地实施利用蓄电池3的放电的***电压稳定化控制,处理进入到S320(图26)。在脱离下限值的情况下(S317的“是”判定时),通过S318,判断可否增加来自蓄电池3的放电电力。具体而言,第8控制电路4097针对第7控制电路4044确认当前的动作状态(充电/放电/待机)。此时,在已进行从蓄电池3的充放电的情况下,还确认充放电电力。
确认的结果,在蓄电池3充电的情况下或者能够使放电电力增加的情况下,S318被判定为“是”,处理进入到S319。第8控制电路4097计算充放电电力,将计算结果通知给第7控制电路4044。第7控制电路4044在接受到充放电电力时,在已从蓄电池3放电的情况下,将接受的放电电力作为目标值通知给放电控制电路4042。放电控制电路4042将接受的放电电力目标作为目标,控制来自蓄电池3的放电电力。另一方面,在已进行充电的状态下,从第8控制电路4097被指示充电电力的抑制的情况下,第7控制电路4044指示充电控制电路4041将从第8控制电路4097接受的充电电力目标作为目标电力进行充电控制。充电控制电路4041将指示的充电电力目标作为目标值,控制第2DC/DC变换电路403。在已进行充电的状态下从第8控制电路4097指示进行放电的情况下,第7控制电路4044指示充电控制电路4041停止充电控制,并且针对放电控制电路4042通知放电电力目标。放电控制电路4042在接受到放电电力目标时,开始放电控制。此时,第7控制电路4044针对切换电路4043,输出用于选择放电控制电路4042的输出的控制信号。
在S315的“否”判定时、S319的结束时、S317的“否”判定时、S318的“否”判定时或者S319的结束时,第8控制电路4097通过S320(图26),计算输出的无功功率的振幅。
参照图26,在S320中,与太阳能电池用电力变换装置2的情况同样地,在蓄电池用电力变换装置4中,也能够使用用于使屋内配电***10的交流有效电压接近不灵敏带宽度脱离时的蓄电池用电力变换装置4的目标电压(图19的S125)的PI控制,计算无功电流的电流振幅值。如在图21中说明,在被输入无功电流的电流振幅时,无功电流波形生成电路4093生成无功电流指令值。另一方面,有功电流控制电路4094根据来自蓄电池3的充放电电力,计算有功电流的电流振幅。在有功电流波形生成电路4095中,如上所述根据有功电流的电流振幅信息,生成有功电流的指令值。进而,通过利用加法器4098的无功电流指令值以及有功电流指令值的加法,求出电流指令值。在S321中,根据求出的电流指令值(视在电流),计算视在功率。
在S322中,判定在S321中计算的视在功率是否未超过蓄电池用电力变换装置4的容量。在超过容量的情况下(S322的“否”判定时),使处理进入到S323,开始有功功率的抑制。具体而言,第8控制电路4097指示第7控制电路4044削减充放电电力。接受到指示的第7控制电路4044指示充电控制电路4041或者放电控制电路4042削减充放电电力量。在该情况下,不进行从充电动作向放电动作的转移或者从放电动作向充电动作的转移。
在S323中的有功功率(蓄电池3的充放电电力)的抑制指示完成或者视在功率未超过蓄电池用电力变换装置4的容量的情况下(S322的“是”判定时),通过S324,第8控制电路4097进行***电压稳定化控制的结束条件的确认。
第8控制电路4097在S324中,确认屋内配电***10的交流有效电压的当前的值是无功功率控制结束电压(图13)以下、还是无功功率控制结束电压(图13)以上。在由于脱离不灵敏带宽度的上限电压而已开始***电压稳定化控制的情况下,在交流有效电压成为无功功率控制结束电压以下时,S324被判定为“是”。另一方面,在由于脱离不灵敏带宽度的下限电压而已开始***电压稳定化控制的情况下,在交流有效电压成为无功功率控制结束电压以上时,S324被判定为“是”。
在S324的“否”判定时,处理返回到S301,继续***电压稳定化控制。另一方面,在S324的“是”判定时,使处理进入到S325。在S325中,第8控制电路4097将从无功电流波形生成电路4093中的无功功率测量电路20935通知的无功功率的测量结果与预先决定的结束判定值比较。然后,在无功功率的测量结果比结束判定值高的情况下(S325的“否”判定时),处理返回到S301(图25),继续***电压稳定化控制。
另一方面,在无功功率的测量结果是结束判定值以下的情况下,将S325判定为“是”,通过S326,判断为结束***电压稳定化控制。进而,通过S327,在将***电压稳定化控制标志清零之后,处理返回到S301。
这样,在本实施方式1所涉及的电力变换装置中,将由第1控制电路204计算出的指令值输入给第1DC/DC变换电路203,用于太阳能电池1的输出电压的控制,取出由太阳能电池1发电的电力。同样地,将由第2控制电路209计算出的指令值,输入给第1DC/AC变换电路208,用于将从第1DC/DC变换电路203输出的由太阳能电池1发电的电力变换为交流电力的控制。其结果,将利用太阳能电池1的发电电力作为交流电力输出给屋内配电***10。
同样地,将由第3控制电路404计算出的指令值输入给第2DC/DC变换电路403,用于来自蓄电池3的充放电电力的控制。将由第4控制电路409计算出的指令值输入给第2DC/AC变换电路408,用于将从第2DC/DC变换电路403输出的蓄电池3的充放电电力变换为交流电力的控制。其结果,将来自蓄电池3的输出电力,最终作为交流电力输出给屋内配电***10。
接下来,说明如上所述判断***电压稳定化控制的结束条件(S324、S325)的理由。
通常,在***互连运转时不进行***电压稳定化控制的情况下,屋内配电***10的交流有效电压成为图13所示的电压控制目标值附近的值。因此,即使在由于日照急剧变化等的影响在当前的自动电压调整器(SVR)23的抽头选择下***电压脱离SVR的运用电压范围的情况下(参照图14),在通过上述***电压稳定化控制控制***电压的情况下,在日照等条件返回到原来时即使不输出无功功率仍以朝向目标电压变化的方式控制屋内配电***10的***电压,从而返回到电压控制目标值附近。
例如,如在图13中说明,在脱离不灵敏带宽度的上限值的情况下,将***稳定化控制的结束判定电压(条件)设定为比***电压稳定化控制中的目标电压小并且比电压控制目标值(移动平均值)大的值。在成设这样的设定时,在上述日照等条件返回到原来时,即使不进行***电压稳定化控制(即即使不输出无功功率),屋内配电***10的交流有效电压仍成为利用***电压稳定化控制的目标电压以下。这样,通过设定结束条件,能够可靠地判断***电压稳定化控制的结束。另外,在实施方式1中,在蓄电池用电力变换装置4的结束条件中包括与无功功率以及结束判定值的比较(S324)以及交流有效电压和结束判定电压的比较(S325)这两方,另一方面,在太阳能电池用电力变换装置2的结束条件中,进行与无功功率以及结束判定值的比较(S221),但不包括与结束判定电压的比较。由此,也能够使利用太阳能电池用电力变换装置2的无功功率输出的结束早于利用蓄电池用电力变换装置4的无功功率的输出结束。
此外,在本实施方式1中,关于城镇蓄电池用电力变换装置21的动作,省略详细的说明,但与蓄电池用电力变换装置4同样地,能够通过CEMS15实施从CEMS15通知的不灵敏带宽度信息的加工(例如在图13以及图20中说明的加工)以及***电压稳定化控制时的***电压控制目标值以及无功功率控制结束电压的计算。进而,如果构成为将由蓄电池用电力变换装置4测量出的各种测量数据在同样的定时通知给CEMS15,则与蓄电池用电力变换装置4同样地,能够控制城镇蓄电池用电力变换装置21。另外,关于城镇蓄电池用电力变换装置21的控制,也能够在通过CEMS15生成不灵敏带宽度信息时,根据配电***的阻抗信息、来自太阳能电池1的发电量预测以及负载的功耗预测结果决定。由此,不伴随与消费者侧分散电源的通信,利用城镇蓄电池用电力变换装置21的***电压稳定化控制也能够自主地执行。其结果,通过与太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4连动的***电压稳定化控制,能够抑制屋内配电***10以及配电***14的电压变动,所以能够实现配置于各个消费者屋内的蓄电池3的蓄电容量以及城镇蓄电池20的蓄电容量。
如以上所述,在配置有本实施方式1所涉及的电力变换装置的分散电源***中,在配电***电压(屋内配电***10或者配电***14)由于日照急剧变化或者负载急剧变化而临时地上升或者下降的情况下,能够使用消费者屋内的分散电源来实现***电压的稳定化。例如,即使在ZEH住宅集中300户程度而构成巨型太阳能***的情况下,无需导入昂贵的SVC等***稳定化设施,能够实现配电***电压的稳定化。具体而言,活用配置于配电***16(柱上变压器9的1次侧)的以往的自动电压调整器(SVR),通过自动电压调整器(SVR)调整长周期的电压变动,另一方面,关于日照急剧变化、负载变动所引起的短周期的电压变动,通过各消费者宅18的分散电源(电力变换装置)控制有功功率和/或无功功率,从而无需导入新的***稳定化设施,能够实现***电压的稳定化。另外,关于为了使配电***电压稳定化而导入的配电***用的蓄电池(城镇蓄电池20),也能够通过如上所述与消费者侧的蓄电池3协作/协调地动作,实现蓄电池容量的削减。
进而,通过根据配电***的阻抗信息、来自太阳能电池1的发电量预测以及负载的功耗预测结果,针对每个消费者设定不灵敏带宽度信息,能够使利用各消费者宅18中的分散电源的***电压稳定化控制的开始以及结束的定时一致,能够防止起因于与各消费者的配电***的互连点的差异,在每个消费者的负担中产生差别。
进而,在本实施方式1中,在是如太阳能电池1以及太阳能电池用电力变换装置2的创能设备的情况下,通过根据太阳能电池1(创能设备)的发电电力切换不灵敏带信息,能够避免来自创能设备的发电电力被不必要地抑制。具体而言,在太阳能电池1(创能设备)的发电电力是基准值以上、且在作为创能设备的太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率时产生抑制视在功率的必要的情况下,将不灵敏带宽度取得较大而难以开始***电压稳定化控制,从而能够使利用作为蓄能设备的蓄电池用电力变换装置4等其他分散电源的***电压稳定化控制先开始。
另外,在太阳能电池1(创能设备)的发电电力小、且即使作为创能设备的太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率仍未产生抑制视在功率的必要的情况下,将不灵敏带宽度取得较小而易于开始***电压稳定化控制,从而利用作为蓄能设备的蓄电池用电力变换装置4等的***电压稳定化控制难以开始,从而能够实现***整体的功耗抑制。
实施方式2.
在实施方式1中,说明关于通知给太阳能电池用电力变换装置2的不灵敏带信息宽度,用HEMS7加工成2种,关于通知给蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度信息,也用HEMS7加工,而将合计3种不同的不灵敏带宽度信息从HEMS通知给电力变换装置的例子。
在实施方式2中,不实施如实施方式1的不灵敏带宽度信息的加工。进而,***电压稳定化控制时的***电压(屋内配电***10)的目标电压以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的计算不同。此外,作为实施方式2的控制结构,电压控制目标值生成电路2099、4099的结构与实施方式1不同。在实施方式2中,仅详细说明与实施方式1不同的部分,关于与实施方式1同样的结构以及控制处理,省略说明。
图27是说明实施方式2所涉及的电压控制目标值生成电路的结构的框图。在实施方式2中,电压控制目标值生成电路2099以及4099的结构也相同,所以代表性地说明电压控制目标值生成电路2099。
参照图27,电压控制目标值生成电路2099具有第1乘法器20995、加法器20996、第2乘法器20997以及寄存器20998。
第1乘法器20995将由有效电压计算电路2098计算出的交流有效电压与系数k1相乘。从第1乘法器20995输出的乘法值被输入给加法器20996。加法器20996对第1乘法器20995的输出和第2乘法器20997的输出进行加法。加法器20996的输出被输出给第6控制电路2097等,并且还被输入给寄存器20998,被赋予1个采样量的时间延迟。寄存器20998的输出被输入给第2乘法器20997,在第2乘法器20997中与(1.0-K1)相乘,如上所述,被输入给加法器20996。
这样,电压控制目标值生成电路2099通过使用IIR(Infinite Impulse Response,无限冲激响应)滤波器去掉有效电压的高频分量,生成电压控制目标值。通过这样构成,相比于实施方式1(图11)的结构,能够减少寄存器以及加法器的数量。另外,结构简易,所以还能够使用CPU等用软件(S/W)安装。
接下来,使用图28~图30说明实施方式2中的不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的各电力变换装置的***电压控制目标(目标电压)以及利用各电力变换装置的无功功率控制的***电压稳定化控制的结束判定电压的计算。
图28是说明实施方式2所涉及的HEMS7(图1)的控制处理的流程图。
参照图28,HEMS7执行与图18同样的S101~S103。由此,HEMS以一定的时间周期,收集太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的电压控制目标值(目标电压)、由无功电流波形生成电路2093(4093)内的无功功率输出时间测量电路20934测量出的无功功率的输出时间以及根据从无功电流控制电路2092(4092)输出的无功电流振幅信息生成的无功功率控制量以及由配电盘6内的电力测量电路61测量出的负载的功耗量、太阳能电池1的发电电力量以及蓄电池3的充放电电力量,并发送给CEMS15。
进而,HEMS7通过与图18同样的S104,确认是否未从CEMS15通知新的不灵敏带信息。在未通知的情况下(S104的“否”判定时),处理返回到S101。另一方面,在被通知不灵敏带信息的情况下(S104的“是”判定时),HEMS7通过S501生成通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度信息。
在图29中,示出说明利用图28的S501的控制处理的详细情况的流程图。另外,在图30中,示出说明实施方式2中的不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的概念图。
参照图30,在实施方式1中,单独地设定太阳能电池用电力变换装置2(2种类)以及蓄电池用电力变换装置4(1种)的不灵敏带信息(图13),相对于此,在实施方式2中,针对太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4共同地设定不灵敏带信息。
进而,在实施方式2中,在太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4中,单独地设定***电压稳定化控制时的目标电压以及结束利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压。因此,在实施方式2中,关于图23所示的、太阳能电池用电力变换装置2中的***电压稳定化控制的结束条件(S221),附加与图26的S324同样的、利用交流有效电压以及结束判定电压的比较的条件。
参照图29,HEMS7通过与图19同样的S121,确认不灵敏带宽度的电压范围是否适当。在实施方式2中,如上所述,通过从屋内配电***10的交流有效电压利用图26所示的一次的IIR滤波器去除高频分量,计算屋内配电***10的电压控制目标值。另外,电压控制目标值与实施方式1同样地,随着时间经过而变化。与实施方式1同样地,在利用针对太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4共同的不灵敏带宽度信息的不灵敏带的上限电压以及下限电压脱离从***电压上限规定值至***电压家电规定值的范围的情况下,通过S122,与在图20中说明同样地,以使不灵敏带的上限电压以及下限电压的至少一方进入到***电压上限规定值以及***电压下限规定值之间的方式校正。
HEMS7在S121的“是”判定时或者S122的结束时,通过S521,生成对太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4共同的不灵敏带信息。此时,通过上述S121以及S122,以使不灵敏带的上限电压以及下限电压收敛于***电压上限规定值以及***电压下限规定值之间的方式,根据需要加工从CEMS15通知的不灵敏带信息。
在图30的(a)中,示出脱离不灵敏带宽度的上限电压的情况下的、太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4各自的、***电压稳定化控制时的目标电压以及结束判定电压的设定。
如图30的(a)所示,在脱离不灵敏带宽度的上限电压的情况下,以使“不灵敏带宽度的上限电压”≥“作为创能设备的太阳能电池用电力变换装置2的目标电压”≥“作为蓄能设备的蓄电池用电力变换装置4的目标电压”≥“作为创能设备的太阳能电池用电力变换装置2的结束判定电压”≥“作为蓄能设备的蓄电池用电力变换装置4的结束判定电压”≥“屋内配电***10的电压控制目标值”的关系成立的方式,设定太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的目标电压以及结束判定电压。
在图30的(b)中,示出脱离不灵敏带宽度的下限电压的情况下的、太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4各自的、***电压稳定化控制时的目标电压以及结束判定电压的设定。
如图30的(b)所示,在脱离不灵敏带宽度的下限电压的情况下,以使“不灵敏带宽度的下限电压”≤“作为创能设备的太阳能电池用电力变换装置2的目标电压”≤“作为蓄能设备的蓄电池用电力变换装置4的目标电压”≤“作为创能设备的太阳能电池用电力变换装置2的结束判定电压”≤“作为蓄能设备的蓄电池用电力变换装置4的结束判定电压”≤“屋内配电***10的电压控制目标值”的关系成立的方式,设定太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的目标电压以及结束判定电压。
通过如图30(a)、(b)所示设定,能够在作为创能设备的太阳能电池用电力变换装置2和作为蓄能设备的蓄电池用电力变换装置4中同时开始***电压稳定化控制。进而,在屋内配电***10的交流有效电压脱离不灵敏带宽度的上限电压的情况下,蓄电池用电力变换装置4用的目标电压比太阳能电池用电力变换装置2用的目标电压低,所以从蓄电池用电力变换装置4优先地输出无功功率。由此,能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限,所以能够将太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最低限。同样地,在屋内配电***10的交流有效电压脱离不灵敏带宽度的下限电压的情况下,蓄电池用电力变换装置4用的目标电压比太阳能电池用电力变换装置2用的目标电压高,所以从蓄电池用电力变换装置4优先地输出无功功率。由此,能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限,所以能够将太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最低限。
进而,将***电压的交流有效电压脱离不灵敏带宽度的上限电压的情况下的***电压稳定化控制的结束判定电压设定得高于蓄电池用电力变换装置4用的结束判定电压,所以太阳能电池用电力变换装置2能够优先地结束无功功率的输出。由此,能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限,所以能够将太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最低限。同样地,关于***电压的有效电压脱离不灵敏带宽度的下限电压的情况下的***电压稳定化控制的结束判定电压,通过将太阳能电池用电力变换装置2用的结束判定电压设定得低于蓄电池用电力变换装置4用的结束判定电压,太阳能电池用电力变换装置2能够优先地结束无功功率的输出。由此,能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限,所以能够将太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最低限。
再次参照图29,HEMS7在S522中,如在图30的(a)、(b)中说明,生成通知给太阳能电池用电力变换装置2的、***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率的输出的***电压稳定化控制的结束判定电压。同样地,HEMS7在S523中,如在图30的(a)、(b)中说明,生成通知给蓄电池用电力变换装置4的、***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率的输出的***电压稳定化控制的结束判定电压。
再次参照图28,HEMS7在S523结束后,通过S107将在S521~S523(图29)中生成的、不灵敏带宽度信息以及***电压稳定化控制时的目标电压以及结束判定电压发送给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4。
如以上说明,在本实施方式2中,在HEMS7中生成不灵敏带宽度信息、***电压稳定化控制时的电压目标以及结束判定电压,所以能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限。其结果,能够将太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最小限。另外,通过如图30的(a)、(b)所示的、***电压稳定化控制的目标电压以及作为***电压稳定化控制的结束条件之一的结束判定电压的设定,能够对进行***电压稳定化控制时的开始/结束条件附加迟滞。由此,能够防止在短时间内反复***电压稳定化控制的开始/停止的振荡动作。
实施方式3.
在实施方式3中,与实施方式1相反,说明关于通知给太阳能电池用电力变换装置2的不灵敏带信息宽度,用HEMS7生成1种,关于通知给蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度信息,也用HEMS7生成2种,将3种不同的不灵敏带宽度信息通知给各电力变换装置的情况。
在图31中,示出说明实施方式3中的不灵敏带宽度信息以及***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的概念图。
参照图31,在实施方式3中,HEMS7将蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度,依照太阳能电池1的发电电力以及基准值的比较,设定为2种。具体而言,以成为“太阳能电池1的发电电力小于基准值的情况下的蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度”<“太阳能电池用电力变换装置2的不灵敏带宽度”<“太阳能电池1的发电电力是基准值以上的情况下的蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度”的方式,加工不灵敏带宽度的范围。加工的各个不灵敏带宽度信息被通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4(通知2种)。
此外,与太阳能电池1的发电电力相关的上述基准值与实施方式1的情况同样地,能够设为额定电力的0.85倍。另外,不灵敏带宽度的种类以及关系不限于上述。例如,太阳能电池用电力变换装置2的不灵敏带宽度信息也能够与实施方式1同样地生成2种。或者,还能够根据太阳能电池1的发电电力将不灵敏带宽度信息进而切换为多阶段,实施***电压稳定化控制。
另外,在实施方式3中,与实施方式1同样地,在太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4中,共同地设定***电压稳定化控制时的目标电压以及结束利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压。
根据实施方式3,在太阳能电池1的发电电力小于基准值的情况下,能够通过来自太阳能电池用电力变换装置2的无功功率的输出,开始***电压稳定化控制。另一方面,在太阳能电池1的发电电力是基准值以上的情况下,能够通过来自蓄电池用电力变换装置4的无功功率的输出,开始***电压稳定化控制。
其结果,与在实施方式1(图13)中说明同样地,在即使从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率,仍不对太阳能电池1的发电电力施加抑制的发电电力(太阳能电池1)的情况下,以在从蓄电池用电力变换装置4开始无功功率输出之前从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率的方式,加工不灵敏带宽度信息。相反,在当从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率时对太阳能电池1的发电电力施加抑制的发电电力(太阳能电池1)的情况下,以在从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率之前从蓄电池用电力变换装置4输出无功功率的方式,加工不灵敏带宽度。
如以上所述,根据本实施方式3,如图31所示,关于蓄电池用电力变换装置4,通过根据太阳能电池1的发电电力生成2种不灵敏带宽度信息,根据太阳能电池1的发电电力的大小,适当地选择从太阳能电池用电力变换装置2的无功功率的输出以及利用蓄电池用电力变换装置4的无功功率的输出,无需不必要地抑制太阳能电池1的发电电力,而能够执行***电压稳定化控制。进而,在无需抑制太阳能电池1的发电电力而能够进行***电压稳定化控制的情况下,从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率,所以能够抑制在从蓄电池用电力变换装置4输出无功功率的情况下发生的功耗(开关损耗以及待机电力等)。
另外,通过如图31所示设定不灵敏带脱离时的***电压稳定化控制的目标电压以及作为***电压稳定化控制的结束条件之一的结束判定电压,能够对进行***电压稳定化控制时的开始/结束条件附加迟滞。其结果,能够防止在短时间内反复***电压稳定化控制的开始/停止的振荡动作。
实施方式4.
在实施方式4中,相比于实施方式2,根据太阳能电池1的发电电力,将***电压稳定化控制时的蓄电池用电力变换装置4的目标电压(屋内配电***10的交流有效电压)设定为2种。
图32示出说明实施方式4中的不灵敏带宽度信息以及***电压稳定化控制时的目标电压以及利用无功功率输出的***电压稳定化控制的结束判定电压的概念图。
参照图32,在实施方式4中,HEMS7依照太阳能电池1的发电电力以及基准值的比较,将蓄电池用电力变换装置4的目标电压设定为2种。具体而言,在脱离不灵敏带宽度的上限电压的情况下,以成为“不灵敏带宽度的上限电压”≥“太阳能电池用电力变换装置2(创能设备)的目标电压”以及“太阳能电池1的发电电力小于基准值的情况下的蓄电池用电力变换装置4(蓄能设备)的目标电压”≥“太阳能电池1的发电电力是基准值以上的情况下的蓄电池用电力变换装置4(蓄能设备)的目标电压”≥太阳能电池用电力变换装置2(创能设备)的结束判定电压”≥“蓄电池用电力变换装置4(蓄能设备)的结束判定电压”≥“屋内配电***10的电压控制目标值”的方式,设定太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的目标电压以及结束判定电压。
另一方面,虽然图示省略,在脱离不灵敏带宽度的下限电压的情况下,以成为“不灵敏带宽度的下限电压”≤“太阳能电池用电力变换装置2(创能设备)的目标电压”以及“太阳能电池1的发电电力小于基准值的情况下的蓄电池用电力变换装置4(蓄能设备)的目标电压”≤“太阳能电池1的发电电力是基准值以上的情况下的蓄电池用电力变换装置4(蓄能设备)的目标电压”≤“太阳能电池用电力变换装置2(创能设备)的结束判定电压”≤“蓄电池用电力变换装置4(蓄能设备)的结束判定电压”≤“屋内配电***10的电压控制目标值”的方式,设定太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的目标电压以及结束判定电压。
通过如上所述设定,与实施方式2同样地,在屋内配电***10的交流有效电压脱离不灵敏带宽度的上限电压的情况下,太阳能电池1的发电电力是基准值以上时的蓄电池用电力变换装置4用的目标电压低于太阳能电池用电力变换装置2用的目标电压,所以从蓄电池用电力变换装置4优先地输出无功功率。由此,能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限,所以能够将太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最低限。
同样地,在屋内配电***10的交流有效电压脱离不灵敏带宽度的下限电压的情况下,太阳能电池1的发电电力是基准值以上时的蓄电池用电力变换装置4用的目标电压高于太阳能电池用电力变换装置2的目标电压,所以从蓄电池用电力变换装置4优先地输出无功功率。由此,能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限,所以能够将太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最低限。
其结果,通过实施方式4,也与实施方式2同样地,能够将从太阳能电池用电力变换装置2输出的无功功率抑制为最小限,所以能够将来自太阳能电池1的发电电力的抑制抑制为最小限。另外,与实施方式2同样地,能够对进行***电压稳定化控制时的开始/结束条件附加迟滞,所以能够防止***电压稳定化控制的振荡动作。
此外,在本实施方式1~4中,构成为在电压控制目标值生成电路2099(4099)中生成交流电压的电压控制目标值时,使用从有效电压计算电路2098(4098)输出的交流有效电压的移动平均值或者通过利用IIR滤波器的LPF(Low Pass Filter,低通滤波器)去除高频分量后的值,但不限于此,例如,即使利用使用FIR滤波器或者通过模拟滤波器后的信号,也能够起到同样的效果。另外,计算移动平均值的时间长也不限于1分,能够采用5分或者30秒等任意的时间长。进而,IIR滤波器以及FIR滤波器的结构也不限定于图11、图27例示的一次的结构,还能够使用二次或者进而高次的滤波器。
进而,在本实施方式1~4中,从通信接口电路212(412)输出的由分散电源测量出的各种测量结果也可以是由电压控制目标值生成电路2099(4099)生成的交流电压的控制目标电压、为了控制交流电压而抑制的有功功率量、抑制有功功率的时间、从第1DC/AC变换电路208或者第2DC/AC变换电路408供给的无功功率量以及输出无功功率的时间中的至少1个。进而,上述测量结果也可以包括蓄电池3的蓄电电力量(SOC)、由太阳能电池1发电的发电电力、负载的功耗。
进而,在本实施方式1~4中,通过HEMS7,如图13以及图30~图32所示设定***电压稳定化控制时的太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的目标电压,但电压控制目标值的设定不限定于这样的例子。只要在第1DC/AC变换电路208或者第2DC/AC变换电路408中控制有功功率以及无功功率时的交流电压的电压控制目标值设定于从电压控制目标值生成电路2099(4099)输出的交流电压的控制目标电压与不灵敏带宽度的上限以及下限电压中的任一方之间,能够使屋内配电***10的***电压收敛于与SVR的运用上下限电压值对应的范围内,所以能够起到同样的效果。
进而,在本实施方式1~4中,在由第2控制电路209或者第4控制电路409进行***电压稳定化控制时,用于在第2控制电路209或者第4控制电路409中控制交流电压的有功功率以及无功功率都小于预先决定的判定值的情况下,以结束***电压稳定化控制的方式控制,也能够起到同样的效果。
另外,在本实施方式1~4中,构成为多台太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4等分散电源与配电***连接,在多个分散电源如实施方式所示包括多个创能设备以及蓄能设备的情况下,在创能设备以及蓄能设备之间使用不灵敏带宽度信息。由此,如上所述,通过在创能设备的发电状态或者蓄电设备的动作状态(充电或者放电)、蓄热设备的动作状态(蓄热或者待机)下改变不灵敏带宽度信息,能够避免不必要的创能设备的发电电力的抑制或者无功功率的发生。例如,在***电压的上升时,在蓄电设备动作的情况下,能够优先地实施降低放电电力或者使充电电力增加或者起动蓄热设备等动作。另一方面,在***电压的降低时,在蓄电设备动作的情况下,能够优先地实施降低充电电力或者使放电电力增加或者在蓄热设备动作的情况下停止等动作。
另外,在本实施方式1~4中,多台太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4等分散电源与配电***连接,在多个分散电源如实施方式所示包括多个创能设备以及蓄能设备的情况下,以在太阳能电池用电力变换装置2(第1DC/AC变换电路208)以及蓄电池用电力变换装置4(第2DC/AC变换电路408)之间不同的方式,控制配电***的交流有效电压脱离通过不灵敏带宽度信息表示的电压范围时的***电压稳定化控制的结束条件。由此,在由于通过无功功率的输出而视在功率增加,创能设备(太阳能电池1)等抑制了发电电力的情况下,能够优先地结束利用创能设备侧(太阳能电池用电力变换装置2)的***电压稳定化控制,并且继续利用蓄能设备侧(蓄电池用电力变换装置4)的***电压稳定化控制。其结果,通过***电压稳定化控制实现***电压的稳定化,并且能够防止总能设备的发电电力被过度抑制。
此外,在本实施方式1~4中,在***电压脱离通过不灵敏带宽度信息表示的电压范围的情况下,将由第1DC/AC变换电路208以及第2DC/AC变换电路408执行的***电压稳定化控制的目标电压设定于不灵敏带宽度信息内,并且在***电压稳定化控制的结束条件中,包括从第1DC/AC变换电路208或者第2DC/AC变换电路408输出的无功功率量成为结束判定值以下。由此,能够防止在短时间内反复***电压稳定化控制的开始以及结束的振荡动作。
进而,关于***电压稳定化控制的结束条件,在与配电***连接的多个分散电源如实施方式所示包括多个创能设备以及蓄能设备的结构中,通过以使创能设备侧(太阳能电池用电力变换装置2)的无功功率的输出比蓄能设备侧(蓄电池用电力变换装置4)的无功功率的输出先结束的方式设定,能够防止创能设备的发电电力被过度抑制。
此外,在本实施方式1~4中,太阳能电池用电力变换装置2优先地执行利用无功功率的控制的***电压稳定化控制,但不限于此,例如,也可以根据***的阻抗,针对每个消费者,决定有功功率控制(图23的S216)以及无功功率控制(S图23的214)的优先次序。具体而言,优选在***阻抗的主要项目是电抗器、电容器的情况下,如在实施方式1~4中说明,使利用无功功率的***电压稳定化控制优先,另一方面,在***阻抗的主要项目是电阻的情况下,使有功功率控制优先而执行***电压稳定化控制。此时,HEMS7能够根据经由CEMS15从配电自动化***25通知的***阻抗信息,判断上述无功功率控制以及有功功率控制的优先次序。因此,通过将由HEMS7提供的该判断结果通知给太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4,能够根据配电***的阻抗信息,有效地执行***电压稳定化控制。
另外,在本实施方式1~4中,在决定蓄电池用电力变换装置4的不灵敏带宽度信息时,在即使太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率但太阳能电池1的发电电力不被抑制的情况下,以从太阳能电池用电力变换装置2输出无功功率,并且使蓄电池用电力变换装置4不动作的方式执行***电压稳定化控制。由此,不会不必要地发生由于使蓄电池用电力变换装置4动作而发生的、由于开关损耗、导通损耗引起的电力损耗,能够抑制***电压的上升。另外,在蓄电池用电力变换装置4未进行充放电的情况下,能够使蓄电池用电力变换装置4以能够削减待机电力的待机模式动作,所以能够抑制不必要的电力消耗。
在本实施方式1~4中,用HEMS7加工不灵敏带宽度信息等,通知给消费者宅18内的蓄电池用电力变换装置4以及太阳能电池用电力变换装置2,所以蓄电池用电力变换装置4以及太阳能电池用电力变换装置2无需经由屋内通信网络11等直接交换数据,能够协调以及协作而抑制屋内配电***10的电压上升。例如,在太阳能电池1的发电电力是基准值以上的情况下,通过不灵敏带的加工,在抑制太阳能电池1的发电力之前,蓄电池用电力变换装置4能够输出无功功率而开始***电压稳定化控制。由此,不需要蓄电池用电力变换装置4以及太阳能电池用电力变换装置2之间的通信,能够防止太阳能电池1的发电电力被过度抑制。
同样地,根据从配电自动化***25通知的配电***的阻抗信息、来自太阳能电池1的发电量预测以及负载的功耗预测结果,通过CEMS15生成不灵敏带信息,所以各消费者宅18内的分散电源彼此无需直接通信,各消费者宅18内的分散电源(电力变换装置)能够自主地协调以及协作而执行***电压稳定化控制。此外,在实施方式1~4中,说明用HEMS7加工从CEMS15通知的不灵敏带信息并通知给各分散电源的控制,但不限于此,还能够在各分散电源内、即各消费者宅18的蓄电池用电力变换装置4以及太阳能电池用电力变换装置2中,加工不灵敏带信息。
另外,在实施方式1~4中,为了控制太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4中的无功功率的输出而加工不灵敏带信息,并且对***电压稳定化控制的开始以及结束条件附加迟滞。由此,能够防止在短时间内反复***电池稳定化控制的开始以及结束的振荡动作。特别是,能够防止使蓄电池用电力变换装置4在与待机模式以及其他动作模式之间振荡,并且防止使未图示的主电路的导通用的继电器等不必要地导通断开,所以能够防止设备寿命的降低。
另外,在本实施方式1~4中,在来自太阳能电池1的发电电力不被抑制而能够输出给屋内配电***10的情况下,无需利用蓄电池用电力变换装置4,而能够通过太阳能电池用电力变换装置2内的第1DC/AC变换电路208发生无功功率。因此,不会发生上述不必要的功耗,而能够抑制屋内配电***10的电压上升。进而,在太阳能电池1的发电电力是基准值以上的情况下,能够以起动蓄电池用电力变换装置4发生无功功率而抑制屋内配电***10的电压上升的方式,加工不灵敏带信息。由此,能够避免从太阳能电池1等创能设备输出的发电电力被不必要地抑制。
另外,能够用配置于各消费者宅18内的分散电源的电力变换装置,抑制屋内配电***10以及配电***14的电压上升,所以能够在配电***14中,使SVC、***用蓄电池等昂贵的***稳定化设施小容量化或者省略***稳定化设施的配置,所以具有能够削减成本的效果。此外,在本实施方式1~4中,将成为***电压稳定化控制的对象的交流电压设为屋内配电***10中的电压,但只要能够测量,则能够将其他部位的交流电压、例如智能电表8的输入侧或者柱上变压器9的正下方等的交流电压作为***电压稳定控制的对象。
另外,在本实施方式1~4中,作为蓄电池3设想消费者宅18中的定置型蓄电池进行说明,但作为蓄电池3,还能够使用电动汽车(EV:Electric Vehicle)、插电类型的混合动力汽车(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)或者燃料电池汽车(FCV:Fuel CellVehicle)等的车载蓄电池。此外,在***电压稳定化控制时,仅发生无功功率,所以即使在EV、PHEV、FCV等的车载蓄电池未与蓄电池用电力变换装置4电连接的状态下,也能够使用蓄电池用电力变换装置4来执行***电压稳定化控制。
进而,在实施方式1中,说明作为蓄电池3使用1台定置型电池的情况,但不限于此,还能够与2台以上的多个蓄电池或者其他分散电源设备协作,而构成“蓄能设备”。此外,在协作地使用多台蓄电池的情况下,还能够用上述车载蓄电池构成其中的1台或者多台。
变形例的说明.
此外,在本实施方式1~4中,为了易于理解地说明,说明如图3~图11以及图27所示用硬件(H/W)构成太阳能电池用电力变换装置2以及蓄电池用电力变换装置4的控制电路的情况,但即使用安装于CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)上的软件(S/W)实现各块所记载的、各块或者一部分的块的功能,也能够实现同样的控制功能。或者,关于至少一部分的块,还能够通过软件以及硬件的功能分割,实现同样的控制功能。
应认为本次公开的实施方式在所有方面为例示而非限制性的。本发明的范围并非由上述说明示出而由权利要求书示出,意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。
Claims (14)
1.一种电力变换装置,配置于分散电源以及交流配电***之间,其中,具备:
逆变器部,将从所述分散电源输出的直流电力变换为交流电力;
电压测量部,测量所述交流配电***的交流电压;
有效电压计算部,根据由所述电压测量部测量出的交流电压,计算所述交流配电***的交流有效电压;
电压控制目标值生成部,根据由所述有效电压计算部计算出的所述交流有效电压,生成所述交流配电***的电压控制目标值;
通信接口部,用于在与所述电力变换装置的外部之间发送接收数据;以及
逆变器控制部,控制所述逆变器部的输出,
所述逆变器控制部在所述交流有效电压脱离依照所述通信接口部接收到的不灵敏带信息以包括所述电压控制目标值的方式规定的电压范围的情况下,以执行用于通过从所述逆变器部输出的有功功率以及无功功率的控制使所述交流有效电压恢复到所述电压范围内的***电压稳定化控制的方式控制所述逆变器部的动作。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置,其中,
所述电压控制目标值生成部依照由所述有效电压计算部计算出的所述交流有效电压的移动平均值或者通过低通滤波器从所述交流有效电压去除高频分量而得到的值,生成所述电压控制目标值。
3.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置,其中,
从所述通信接口部发送给所述电力变换装置的外部的数据包括由所述电压控制目标值生成部生成的所述电压控制目标值、为了所述***电压稳定化控制从所述逆变器部输出的所述无功功率、所述无功功率的输出时间长、用于所述***电压稳定化控制的从所述逆变器部输出的所述有功功率的抑制量以及所述有功功率的抑制时间长的至少1个。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述逆变器控制部在所述***电压稳定化控制中,计算用于使所述交流有效电压收敛于所述电压范围内的所述无功功率的控制指令值,在无法从所述逆变器部输出依照所述控制指令值的电力的情况下,以使所述交流有效电压收敛于所述电压范围内的方式调整所述有功功率的控制指令值。
5.根据权利要求1~3中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述逆变器控制部在所述***电压稳定化控制中,计算用于使所述交流有效电压收敛于所述电压范围内的所述无功功率以及所述有功功率中的一方的控制指令值,在无法从所述逆变器部输出依照所述一方的控制指令值的电力的情况下,以使所述交流有效电压收敛于所述电压范围内的方式调整所述无功功率以及所述有功功率中的另一方的控制指令值,
所述通信接口部从所述电力变换装置的外部接收的数据包括所述交流配电***的阻抗信息,
根据所述阻抗信息,选择性地决定所述无功功率以及所述有功功率中的优先被控制的所述一方。
6.根据权利要求1~5中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述逆变器控制部在所述***电压稳定化控制中,以使所述交流有效电压朝向在所述电压范围内设定的目标电压变化的方式控制所述有功功率以及所述无功功率,
所述目标电压在所述交流有效电压脱离到所述电压范围的高电压侧而开始所述***电压稳定化控制的情况下,设定于由所述电压控制目标值生成部生成的所述电压控制目标值以及所述电压范围的上限电压之间。
7.根据权利要求1~5中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述逆变器控制部在执行伴随从所述逆变器部输出所述无功功率的所述***电压稳定化控制时,以使所述交流有效电压朝向在所述电压范围内设定的目标电压变化的方式控制所述无功功率,
所述***电压稳定化控制的结束条件包括从所述逆变器部输出的所述无功功率成为预先决定的判定结束值以下的条件。
8.根据权利要求1~7中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述逆变器控制部在所述***电压稳定化控制中,在从所述逆变器部输出的视在功率不超过所述逆变器部的额定容量的范围内,控制所述有功功率以及所述无功功率,
所述***电压稳定化控制的结束条件包括从所述逆变器部输出的所述无功功率成为预先决定的判定结束值以下的条件。
9.根据权利要求1~8中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述分散电源包括具有直流电力的发电能力的创能设备,
所述逆变器部包括将创能设备发电得到的所述直流电力变换为所述交流电力的第1逆变器,
针对所述第1逆变器,设定多个种类的所述不灵敏带信息,
所述第1逆变器以在所述交流有效电压脱离根据从所述多个种类的不灵敏带信息选择的1个不灵敏带信息规定的所述电压范围的情况下执行所述***电压稳定化控制的方式被控制,
根据所述创能设备的发电电力,从所述多个种类的不灵敏带信息选择所述1个不灵敏带信息。
10.根据权利要求1~8中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述分散电源针对所述交流配电***连接有多台,
多台所述分散电源包括具有直流电力的发电能力的创能设备以及具有直流电力的蓄电扬力的蓄能设备,
所述逆变器部包括:
第1逆变器,将所述创能设备发电得到的所述直流电力变换为所述交流电力;以及
第2逆变器,执行从所述蓄能设备输入输出的所述直流电力与所述交流电力之间的电力变换,
针对所述第1逆变器以及所述第2逆变器,分别设定不同的所述不灵敏带信息。
11.根据权利要求10所述的电力变换装置,其中,
针对所述第2逆变器,设定多个种类的所述不灵敏带信息,
所述第2逆变器以在所述交流有效电压脱离根据从所述多个种类的不灵敏带信息选择的1个不灵敏带信息规定的所述电压范围的情况下执行所述***电压稳定化控制的方式被控制,
根据所述创能设备的发电电力,从所述多个种类的不灵敏带信息选择所述1个不灵敏带信息。
12.根据权利要求1~8中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述分散电源针对所述交流配电***连接有多台,
多台所述分散电源包括具有直流电力的发电能力的创能设备以及具有直流电力的蓄电扬力的蓄能设备,
所述逆变器部包括:
第1逆变器,将所述创能设备发电得到的所述直流电力变换为所述交流电力;以及
第2逆变器,执行从所述蓄能设备输入输出的所述直流电力与所述交流电力之间的电力变换,
所述第1逆变器在所述***电压稳定化控制中,以使所述交流有效电压朝向在所述电压范围内设定的第1目标电压变化的方式控制所述有功功率以及所述无功功率,
所述第2逆变器在所述***电压稳定化控制中,以使所述交流有效电压朝向在所述电压范围内设定的第2目标电压变化的方式控制所述有功功率以及所述无功功率,
所述第1目标电压和所述第2目标电压被设定成不同的值。
13.根据权利要求12所述的电力变换装置,其中,
所述第2目标电压根据所述创能设备的发电电力被设定成多个阶段。
14.根据权利要求1~8中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述分散电源针对所述交流配电***连接有多台,
多台所述分散电源包括具有直流电力的发电能力的创能设备以及具有直流电力的蓄电扬力的蓄能设备,
所述逆变器部包括:
第1逆变器,将所述创能设备发电得到的所述直流电力变换为所述交流电力;以及
第2逆变器,执行从所述蓄能设备输入输出的所述直流电力与所述交流电力之间的电力变换,
在所述第1以及第2逆变器中,单独地设定所述***电压稳定化控制的结束条件,
以使利用所述第1逆变器的所述无功功率的输出结束比利用所述第2逆变器的所述无功功率的输出结束早的方式,设定所述结束条件。
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