CN117813738A - 功率调节器及电力变换*** - Google Patents

Abstract

指令值限制器对从上位装置指示的充电电力及放电电力的指令值加以限制。驱动信号生成器按照通过指令值限制器而被限制后的充电电力的指令值或通过指令值限制器而被限制后的放电电力的指令值，生成对于逆变器电路的驱动信号。PI控制器响应于对逆变器电路施加的直流电压比充电限制器动作电压高这一情况，计算对于直流电压与充电限制器动作电压的偏差的PI控制值即充电限制用的PI控制值，响应于直流电压比放电限制器动作电压低这一情况，计算对于直流电压与放电限制器动作电压的偏差的PI控制值即放电限制用的PI控制值。限制器调整器根据充电限制用的PI控制值，将由指令值限制器进行的对于充电电力的指令值的限制加强，根据放电限制用的PI控制值，将由指令值限制器进行的对于放电电力的指令值的限制加强。

Description

功率调节器及电力变换***

技术领域

本公开涉及功率调节器(power conditioner)及具备它的电力变换***。

背景技术

已知有通过在交流电力***中经由功率调节器连接蓄电池，从而用蓄电池抑制交流电力***的电力变动的技术。通过对功率调节器输入给逆变器电路的栅极脉冲进行控制，能够将交流电力***的交流电力向直流电力变换并向蓄电池充电，或将蓄电池的直流电力向交流电力逆变换并对交流电力***放电。在以往的功率调节器中，按照来自上位装置的指令，控制对逆变器电路进行驱动的栅极脉冲信号。作为上位装置，例如已知有在日本特开2015－149840号公报中公开的能量管理***(EMS)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－149840号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，功率调节器一般不掌握包括充电状态(SOC)的蓄电池的运转信息。因此，在上位装置误向功率调节器输入了使电池过充电的指令的情况下，由于功率调节器原样遵照充电电力的指令值运转，所以有可能导致蓄电池的过充电。同样，在原样遵照从上位装置指示的有可能引起过放电的电力的指令值将功率调节器运转的情况下，有可能导致蓄电池的过放电。

本公开的一个目的是提供一种能够通过简单的结构防止蓄电池的过充电和过放电的至少一方的功率调节器。

用来解决课题的手段

根据本公开的第1技术方案，功率调节器具备将交流电力***与蓄电池连接的逆变器电路、指令值限制器、驱动信号生成器、PI控制器和限制器调整器。根据本公开的第1技术方案，指令值限制器、驱动信号生成器、PI控制器及限制器调整器如以这样构成。

指令值限制器构成为，对从上位装置指示的充电电力的指令值和从上位装置指示的放电电力的指令值加以限制。驱动信号生成器构成为，按照通过指令值限制器而被限制后的充电电力的指令值或通过指令值限制器而被限制后的放电电力的指令值，生成对于逆变器电路的驱动信号。PI控制器构成为，响应于对逆变器电路施加的直流电压比规定的充电限制器动作电压高，计算作为对于直流电压与充电限制器动作电压的偏差的PI控制值的充电限制用的PI控制值。此外，PI控制器构成为，响应于直流电压比规定的放电限制器动作电压低，计算作为对于直流电压与放电限制器动作电压的偏差的PI控制值的放电限制用的PI控制值。限制器调整器构成为，根据充电限制用的PI控制值，将由指令值限制器进行的对于充电电力的指令值的限制加强。此外，限制器调整器构成为，根据放电限制用的PI控制值，将由指令值限制器进行的对于放电电力的指令值的限制加强。

指令值限制器也可以构成为，对于充电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的充电限制增益，对于放电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的放电限制增益。此外，限制器调整器也可以构成为，根据充电限制用的PI控制值使充电限制增益下降，根据放电限制用的PI控制值使放电限制增益下降。进而，限制器调整器也可以构成为，在充电限制用的PI控制值从规定范围脱离的期间中将充电限制增益维持为零。限制器调整器也可以构成为，在放电限制用的PI控制值从规定范围脱离的期间中将放电限制增益维持为零。

根据本公开的第2技术方案，功率调节器具备将交流电力***与蓄电池连接的逆变器电路、指令值限制器、驱动信号生成器、PI控制器和限制器调整器。根据本公开的第2技术方案，指令值限制器、驱动信号生成器、PI控制器及限制器调整器如以下这样构成。

指令值限制器构成为，对从上位装置指示的充电电力的指令值加以限制。驱动信号生成器构成为，按照通过指令值限制器而被限制后的充电电力的指令值，生成对于逆变器电路的驱动信号。PI控制器构成为，响应于对逆变器电路施加的直流电压比规定的充电限制器动作电压高，计算对于直流电压与充电限制器动作电压的偏差的PI控制值。限制器调整器构成为，根据PI控制值，将由指令值限制器进行的对于充电电力的指令值的限制加强。

指令值限制器也可以构成为，对充电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的充电限制增益。此外，限制器调整器也可以构成为，根据充电限制用的PI控制值使充电限制增益降低。限制器调整器也可以构成为，在充电限制用的PI控制值从规定范围脱离的期间中将充电限制增益维持为零。

根据本公开的第3技术方案，功率调节器具备将交流电力***与蓄电池连接的逆变器电路、指令值限制器、驱动信号生成器、PI控制器和限制器调整器。根据本公开的第3技术方案，指令值限制器、驱动信号生成器、PI控制器及限制器调整器如以下这样构成。

指令值限制器构成为，对从上位装置指示的放电电力的指令值加以限制。驱动信号生成器构成为，按照通过指令值限制器而被限制后的放电电力的指令值，生成对于逆变器电路的驱动信号。PI控制器构成为，响应于对逆变器电路施加的直流电压比规定的放电限制器动作电压低，计算作为对于直流电压与放电限制器动作电压的偏差的PI控制值的PI控制值。限制器调整器构成为，根据放电限制用的PI控制值将由指令值限制器进行的对于放电电力的指令值的限制加强。

指令值限制器也可以构成为，对放电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的放电限制增益。限制器调整器也可以构成为，根据放电限制用的PI控制值使放电限制增益降低。进而，限制器调整器也可以构成为，在放电限制用的PI控制值从规定范围脱离的期间中将放电限制增益维持为零。

此外，本公开提供电力变换***。根据本公开的1个技术方案，电力变换***具备：1个或多个功率调节器，与共用的交流电力***连接；以及上位装置，对上述1个或多个功率调节器指示充电电力的指令值或放电电力的指令值。上述1个或多个功率调节器分别是有关本公开的第1～第3技术方案中任一项技术方案的功率调节器。

发明效果

根据本公开，能够通过简单的结构防止蓄电池的过充电和过放电的至少一方。特别是，通过根据对于直流电压与充电限制器动作电压的偏差的PI控制值将由指令值限制器进行的对于电电力的指令值的限制加强，能够抑制起因于电压的变动的指令值限制器的震颤而尽可能地继续充电运转。此外，通过根据对于直流电压与放电限制器动作电压的偏差的PI控制值将由指令值限制器进行的对于放电电力的指令值的限制加强，能够抑制起因于电压的变动的指令值限制器的震颤而尽可能继续放电运转。

附图说明

图1是表示有关本公开的实施方式的功率调节器的结构和使用功率调节器的电力变换***的结构的图。

图2是表示充电限制器动作电压值及放电限制器动作电压值与功率调节器的电压范围及蓄电池的电压范围的关系的图。

图3是表示有关本公开的实施方式的PI控制器的结构的例子的图。

图4是说明有关本公开的实施方式的功率调节器的过充电防止动作的图。

图5是说明有关本公开的实施方式的功率调节器的过放电防止动作的图。

图6是表示由蓄电池的一般的充电运转带来的电压及电流的变动的例子和由以往的功率调节器进行的充电时和放电时的电压及电流的变动的例子的图。

图7是表示由有关本公开的实施方式的功率调节器进行的充电时的电压及电流的变动的例子和放电时的电压及电流的变动的例子的图。

图8是表示有关本公开的实施方式的功率调节器的控制装置的结构的第1具体例的图。

图9是表示有关本公开的实施方式的功率调节器的控制装置的结构的第2具体例的图。

图10是表示有关本公开的实施方式的功率调节器的控制装置的结构的第3具体例的图。

具体实施方式

1.功率调节器的结构

以下，参照附图对有关本公开的实施方式的功率调节器进行说明。功率调节器也被称作功率调节***，一般被简称作PCS。在本说明书中也将功率调节器简称作PCS。

图1是表示有关本公开的实施方式的PCS10的结构和使用PCS10的电力变换***2的结构的图。电力变换***2是将上位装置4与单机或多个PCS10组合的并网用分散型电源***。在图1所示的例子中为方便起见仅描绘了1个PCS10。在各PCS10上连接着蓄电池6。上位装置4是对构成电力变换***2的各PCS10指令充电或放电的控制器。作为上位装置4的一例可以举出EMS。

PCS10具备连接未图示的三相的交流电力***的***连接端子14和连接蓄电池6的直流电源连接端子12。在PCS10的内部中，设有将交流电力***的交流电力向直流电力变换、将蓄电池6的直流电力向三相的交流电力逆变换的三相的逆变器(inverter)电路20。另外，交流电力***也可以是单相。在此情况下，在PCS10的内部中设有单相的逆变器电路。

在直流电源连接端子12与逆变器电路20之间，设有使直流电流变得平滑的平滑电路30。平滑电路由电阻和电容器构成。在直流电源连接端子12与平滑电路30之间，设有将直流电流断路的直流电流断路器40。此外，在***连接端子14与逆变器电路20之间，设有将三相的交流电流断路的交流电流断路器50。

在PCS10内设有电压计80。电压计80计测在直流电源连接端子12的正极与负极之间产生的直流输入电压。或者，也可以在平滑电路30与直流电流断路器40之间设置电压计80，计测平滑电路30的直流电容器电压。由电压计80计测的直流电压被输入给以下说明的控制装置100。

在PCS10内设有控制装置100。控制装置100对PCS10的充电动作及放电动作进行控制。来自上位装置4的指令被输入给控制装置100。在从上位装置4对控制装置100输入的指令中，包括用来从蓄电池6对交流电力***放出电力的放电电力的有功功率指令值(以下，表述为放电电力指令值)，以及用来从交流电力***对蓄电池6充以电力的充电电力的有功功率指令值(以下，表述为充电电力指令值)。放电电力指令值是取0～100％的范围内的值的电力指令值。充电电力指令值是取－100～0％的范围内的值的电力指令值。

控制装置100也可以是面向特定用途的集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理装置(CPU)或其他的装置。或者，控制装置100也可以是将两个以上的ASIC、FPGA、CPU或其他装置的组合。与控制装置100对应的ASIC、FPGA、CPU及其他装置包含一系列的可执行的命令。如果这些命令被执行，则对应的ASIC、FPGA、CPU及其他装置被触发以执行后述的功能。命令既可以保存在存储介质中，也可以内置在对应的ASIC或FPGA中。

在图1中，将控制装置100具有的功能用块表示。控制装置100具备驱动信号生成器110、指令值限制器(limiter)120、电压限制范围设定器130、电压偏差计算器140、PI控制器150及限制器调整器160。它们是通过一系列的命令的执行而在对应的ASIC、FPGA、CPU或其他装置中执行的功能。

驱动信号生成器110具有将逆变器电路20的开关元件驱动的栅极脉冲发生电路。驱动信号生成器110受理电力指令值的输入，生成栅极脉冲信号，以使逆变器电路20的输出电力成为电力指令值。在被输入的电力指令值是充电电力指令值的情况下，驱动信号生成器110生成将逆变器电路20驱动的栅极脉冲信号，以进行从交流电力***向蓄电池6的充电。在被输入的电力指令值是放电电力指令值的情况下，驱动信号生成器110生成将逆变器电路20驱动的栅极脉冲信号，以进行从蓄电池6向交流电力***的放电。

指令值限制器120对从上位装置4输入给驱动信号生成器110的电力指令值加以限制。对驱动信号生成器110输入的电力指令值是被指令值限制器120加以了限制的电力指令值。在电力指令值是取负值的充电电力指令值的情况下，对电力指令值加以限制是指将电力指令值修正为更高的值的指令值(更接近于零的指令值)。作为具体例，指令值限制器120对充电电力指令值乘以具有0以上1以下的值的充电限制增益。由指令值限制器120给出的对于充电电力指令值的限制由后述的限制器调整器160自动调整。

在从上位装置4对于PCS10的指令是放电指令的情况下，对驱动信号生成器110输入的电力指令值取正值。在电力指令值是取正值的放电电力指令值的情况下，对电力指令值加以限制是指将电力指令值修正为更低的值的指令值(更接近于零的指令值)。作为具体例，指令值限制器120对于放电电力指令值乘以具有0以上1以下的值的放电限制增益。由指令值限制器120给出的对于放电电力指令值的限制也由后述的限制器调整器160自动调整。

电压限制范围设定器130存储预先设定的充电限制器动作电压和预先设定的放电限制器动作电压。充电限制器动作电压是作为PCS10的过充电防止动作的触发器的电压。放电限制器动作电压是作为PCS10的过放电防止动作的触发器的电压。关于设定充电限制器动作电压和放电限制器动作电压的考虑方式在后面叙述。

电压偏差计算器140从电压限制范围设定器130将充电限制器动作电压及放电限制器动作电压读入。此外，电压偏差计算器140以一定的周期取得由电压计80计测的直流电压。电压偏差计算器140每当从电压计80取得计测直流电压，就将计测直流电压与充电限制器动作电压比较，此外将计测直流电压与放电限制器动作电压比较。但是，用于比较的计测直流电压不是瞬时值而是规定期间中的移动平均值。

在计测直流电压比充电限制器动作电压高的情况下，电压偏差计算器140输出计测直流电压相对于充电限制器动作电压的偏差。在计测直流电压比放电限制器动作电压低的情况下，电压偏差计算器140输出计测直流电压相对于放电限制器动作电压的偏差。在计测直流电压是充电限制器动作电压以下、放电限制器动作电压以上的情况下，电压偏差计算器140将输出值设为零。

电压偏差计算器140的输出被输入给PI控制器150。PI控制器150计算对于电压偏差计算器140的输出的PI控制值。更详细地讲，PI控制器150计算对于充电限制器动作电压与计测直流电压的偏差的PI控制值，以及对于放电限制器动作电压与计测直流电压的偏差的PI控制值。前者是在计测直流电压比充电限制器动作电压高的情况下计算的PI控制值，为了充电的限制而使用。后者是在计测直流电压比放电限制器动作电压低的情况下计算的PI控制值，被用于放电的限制。分别单独地定义计算充电限制用的PI控制值的计算式和计算放电限制用的PI控制值的计算式。

由PI控制器150计算出的充电限制用的PI控制值及放电限制用的PI控制值分别被输入给限制器调整器160。限制器调整器160根据充电限制用的PI控制值，将由指令值限制器120进行的对于充电电力的指令值的限制加强。如果在计测直流电压与充电限制器动作电压之间发生偏差，则充电限制用的PI控制值向正侧或负侧的一个方向变化。向正侧和负侧的哪一侧变化，取决于PI控制的比例增益的设定。

在充电限制用的PI控制值从初始值到规定的阈值变化的期间中，限制器调整器160相对于充电限制用的PI控制值的变化线性地加强由指令值限制器120进行的限制。作为具体例，限制器调整器160随着充电限制用的PI控制值接近于阈值而使充电限制增益从1向零接近。并且，限制器调整器160一旦充电限制用的PI控制值达到阈值则将充电限制增益设为零，在充电限制用的PI控制值从由阈值定义的规定范围脱离的期间中将充电限制增益维持为零。

此外，限制器调整器160根据放电限制用的PI控制值，将由指令值限制器120进行的对于放电电力的指令值的限制加强。如果在计测直流电压与放电限制器动作电压之间发生偏差，则放电限制用的PI控制值向正侧或负侧的一个方向变化。向正侧和负侧的哪一侧变化，取决于PI控制的比例增益的设定。

在放电限制用的PI控制值从初始值到规定的阈值变化的期间中，限制器调整器160相对于放电限制用的PI控制值的变化线性地加强由指令值限制器120进行的限制。作为具体例，限制器调整器160随着放电限制用的PI控制值接近于阈值而使放电限制增益从1向零接近。并且，限制器调整器160一旦放电限制用的PI控制值达到阈值则将放电限制增益设为零，在放电限制用的PI控制值从由阈值定义的规定范围脱离的期间中将放电限制增益维持为零。

2.功率调节器的动作

接着，对如上述那样构成的PCS10的动作、特别是控制装置100的动作进行说明。

首先，在控制装置100的动作的说明之前，对由电压限制范围设定器130设定的充电限制器动作电压及放电限制器动作电压进行说明。充电限制器动作电压及放电限制器动作电压考虑PCS10的运转电压范围和蓄电池6的电压范围而设定。图2是表示充电限制器动作电压值VdclimL及放电限制器动作电压值VdclimH与PCS10的运转电压范围及蓄电池6的电压范围的关系的图。

如图2的例1所示，一般PCS10的运转电压范围匹配于蓄电池6的电压范围。在此情况下，PCS10的下限运转电压与蓄电池6的下限电压一致，被设定为***下限电压Vdcmin。放电限制器动作电压值VdclimL被设定为比***下限电压Vdcmin高的电压。例如，在***下限电压Vdcmin为710V的情况下，放电限制器动作电压值VdclimL被设定为720V。此外，PCS10的上限运转电压与蓄电池6的上限电压一致，被设定为***上限电压Vdcmax。充电限制器动作电压值VdclimH被设定为比***上限电压Vdcmax低的电压。例如，在***上限电压Vdcmax为1100V的情况下，充电限制器动作电压值VdclimH被设定为1090V。

此外，如图2的例2所示，有在PCS10的运转电压范围与蓄电池6的电压范围之间发生错位的情况。在此情况下，将PCS10的下限运转电压和蓄电池6的下限电压中的更高者设定为***下限电压Vdcmin。此外，将PCS10的上限运转电压和蓄电池6的上限电压中的更低者设定为***上限电压Vdcmax。例如，在PCS10的运转电压范围为710至1100V、蓄电池6的电压范围为950至1300V的情况下，***下限电压Vdcmin被设定为950V，***上限电压Vdcmax被设定为1100V。充电限制器动作电压值VdclimL被设定为比***下限电压Vdcmin高的电压。放电限制器动作电压值VdclimH被设定为比***上限电压Vdcmax低的电压。但是，由于PCS10的上限运转电压比蓄电池6的上限电压低，所以即使是PCS10的上限运转电压附近，蓄电池6也不会过充电。所以，在例2的情况下，在从放电限制器动作电压值VdclimH到***上限电压Vdcmax的范围中不需要限制输出。

决定PCS10的动作的一个要素是PI控制器150。PI控制器150构成为，在充电时和放电时进行不同的动作。图3是表示PI控制器150的结构的一例的图。图3的上段所示的PI控制器150的结构是在充电时使用的充电控制用的PI控制器150的结构。图3的下段所示的PI控制器150的结构是在放电时使用的放电控制用的PI控制器150的结构。PI控制器150由反馈控制部150a和限制器换算部150b构成。但是，在充电控制用和放电控制用中使用不同的结构的反馈控制部150a。此外，在充电控制用和放电控制用中使用不同的结构的限制器换算部150b。

首先，对充电控制用的结构进行说明。充电控制用的反馈控制部150a具备具有由以下的式(1)表示的传递函数G02的比例积分器。其中，在以下的式(1)中，Kp2是充电控制用的比例增益，T2是充电控制用的时间常数。

[数式1]

如果使用上述的传递函数G02，则求出充电控制用的反馈控制部150a的输出Y(s)的方程式由以下的式(2)表示。反馈控制部150a以输入X(s)为目标值，使输出Y(s)追随于输入X(s)。但是，以下的式(2)中的输入X(s)是计测直流电压Vdcfbk与充电限制器动作电压值VdclimH的偏差Vdcerr。

[数式2]

充电控制用的限制器换算部150b将反馈控制部150a的输出变换为充电限制用的PI控制值G2。在该变换中，使用由以下的式(3)表示的充电限制器增益K2。通过使用充电限制器增益K2的比例控制，将反馈控制部150a的输出从电压变换为无量纲量。

[数式3]

如果使用上述的充电限制器增益K2，则求出充电限制用的PI控制值G2的方程式由以下的式(4)表示。

[数式4]

G2(s)＝1+K2*Y(s) (4)

接着，对放电控制用的结构进行说明。放电控制用的反馈控制部150a具备具有由以下的式(5)表示的传递函数G01的比例积分器。但是，在以下的式(5)中，Kp1是放电控制用的比例增益，T1是放电控制用的时间常数。比例增益Kp1既可以是与充电控制用的比例增益Kp2相同的值，也可以设定为不同的值。时间常数T1既可以是与充电控制用的时间常数T2相同的值，也可以设定为不同的值。

[数式5]

如果使用上述的传递函数G01，则求出放电控制用的反馈控制部150a的输出Y(s)的方程式由以下的式(6)表示。反馈控制部150a以输入X(s)为目标值，使输出Y(s)追随于输入X(s)。其中，以下的式(6)中的输入X(s)是计测直流电压Vdcfbk与放电限制器动作电压值VdclimL的偏差Vdcerr。

[数式6]

放电控制用的限制器换算部150b将反馈控制部150a的输出变换为放电限制用的PI控制值G1。在该变换中，使用由以下的式(7)表示的放电限制器增益K1。通过使用放电限制器增益K1的比例控制，将反馈控制部150a的输出从电压变换为无量纲量。

[数式7]

如果使用上述的放电限制器增益K1，则求出放电限制用的PI控制值G1的方程式由以下的式(8)表示。

[数式8]

G1(s)＝1+K1*Y(s) (8)

PCS10的动作包括用来将蓄电池6从过充电保护的过充电防止动作。PCS10的过充电防止动作的具体例如图4所示。如果从上位装置4对控制装置100输入充电指令，则电压偏差计算器140计算计测直流电压Vdcfbk与充电限制器动作电压值VdclimH的偏差Vdcerr。PI控制器150进行基于由电压偏差计算器140计算出的偏差Vdcerr的反馈控制。当作为由反馈控制带来的P项与I项的和收敛于作为目标值的偏差Vdcerr时，充电限制用的PI控制值G2收敛于由以下的式(9)表示的值。

[数式9]

限制器调整器160对应于充电限制用的PI控制值G2的变化，使充电限制增益从1降低到零。并且，指令值限制器120将从上位装置4输入的充电电力指令值Pref用由限制器调整器160调整后的充电限制增益限制，将被限制后的充电电力指令值Pref2对驱动信号生成器110输入。当充电限制增益为1时，充电电力指令值Pref原样成为充电电力指令值Pref2，当充电限制增益为零时，充电电力指令值Pref2被设为零。

PCS10的动作包括用来保护蓄电池6不会发生过放电的过放电防止动作。PCS10的过放电防止动作的具体例如图5所示。如果从上位装置4对控制装置100输入放电指令，则电压偏差计算器140计算计测直流电压Vdcfbk与放电限制器动作电压值VdclimL的偏差Vdcerr。PI控制器150进行基于由电压偏差计算器140计算出的偏差Vdcerr的反馈控制。当由反馈控制带来的P项与I项的和收敛于作为目标值的偏差Vdcerr时，放电限制用的PI控制值G1收敛于由以下的式(10)表示的值。

[数式10]

限制器调整器160对应于放电限制用的PI控制值G1的变化，使放电限制增益从1降低到零。并且，指令值限制器120将从上位装置4输入的放电电力指令值Pref用由限制器调整器160调整后的放电限制增益限制，将被限制后的放电电力指令值Pref2对驱动信号生成器110输入。当放电限制增益为1时，充电电力指令值Pref原样成为充电电力指令值Pref2，当充电限制增益为零时，放电电力指令值Pref2被设为零。

如上述那样，在由控制装置100进行的过充电防止动作及过放电防止动作中，不是简单的比例控制，而是通过使用比例积分控制计算出的PI控制值计算充电限制增益及放电限制增益。假如在不是比例积分控制而仅使用比例控制的情况下，直流电压通过由蓄电池6的电压的变动或逆变器电路20的开关带来的直流波动的影响而变动，指令值限制器120的充电限制增益或放电限制增益有可能急剧地变动。例如，在放电末期电压下突然进行100％放电运转的情况下，直流电压下降。如果指令值限制器120响应于该直流电压的下降而动作，则直流电压再次上升。在简单的比例控制的情况下，有可能在这样的状况中发生震颤(chattering)。但是，在使用通过比例积分控制得到的PI控制值计算的充电限制增益及放电限制增益的情况下，由于在控制响应中有时间常数所以不发生震颤，能够进行平滑的控制。

此外，通过使用针对过充电防止动作和过放电防止动作分别被定义的PI控制***，能够实现与蓄电池6的充电特性及放电特性匹配的指令值限制器120的动作。例如，作为蓄电池6的特性，在过放电区域中电压降低是急剧的，所以也可以设计放电限制用的PI控制***以使指令值限制器120的过放电防止动作也变快。具体而言，通过使放电限制用的PI控制值G1的计算式中的I项的时间常数T1变短，能够加快指令值限制器120的过放电防止动作。此外，在过充电区域中，由于电压变动较平缓，所以也可以设计充电限制用的PI控制***以使指令值限制器120的过充电防止动作也变得平缓。具体而言，通过使充电限制用的PI控制值G2的计算式中的I项的时间常数T2变长，能够使指令值限制器120的过充电防止动作变得平缓。

这里，根据与以往技术的比较，对有关本实施方式的PCS10的动作的特征进行说明。在图6中表示由蓄电池的一般的充电运转方式带来的电压及电流的变动的例子。粗线表示电压，细线表示电流。一般的充电运转方式是恒压运转(CV运转)与直流下的恒流运转(CC运转)的组合。更详细地讲，在从放电运转或充电运转的初期到中期进行CC运转。并且，在满充电电压的附近从CC运转切换为CV运转，不会发生过充电而被满充电。由于在满充电后也继续CV运转，所以在原理上电池的自放电补偿量的电流持续流动。但是，在一般的充电运转方式中，不具备防止蓄电的过放电的特别的功能。在一般的充电运转方式中，单单只是一旦电压下降到装置的保护停止电压电平则将装置保护停止。

此外，在图6中也表示了由以往的PCS带来的充电时和放电时的电压及电流的变动的例子。粗线表示电压，细线表示电流。以往的PCS原样遵循来自上位装置的电力指令值，使蓄电池充电或放电。因此，在万一电流指令值异常的情况下，蓄电池有可能成为过充电状态或过放电状态。在以往的PCS中，采取一旦电压上升到过充电电压电平就将PCS停止而防止发生过充电、以及一旦电压达到放电收电压电平则将PCS停止而防止发生过放电的措施。

相对于以上那样的以往技术，由有关本实施方式的PCS10带来的充电时的电压及电流的变动如图7所例示。根据PCS10，在通过充电而电压上升了的情况下，通过过充电防止动作发挥功能，能够一边使电流单调下降一边使电压平滑地达到满充电电压。由此，能够防止电压超过过充电电压电平。此外，在电压达到满充电电压后，能够将电压继续维持为满充电电压。进而，在此期间中，如果不是将指令值限制器120完全缩减到0％，而是设为缩减到几％，则能够使自放电补偿量的电流持续流到蓄电池6中。

此外，由有关本实施方式的PCS10带来的放电时的电压及电流的变动也如图7所例示。根据PCS10，在通过放电而电压下降了的情况下，通过过放电防止动作发挥功能，能够在使电流单调下降的同时使放电终止电压。由此，能够防止过放电区域中的急剧的电压下降，保护蓄电池6不会发生过放电。

3.功率调节器的控制装置的结构的具体例

接着，使用附图对控制装置100的结构的具体例进行说明。对于在具体例间共用的功能赋予共用的标号，将关于其功能的说明省略或简略化。

<第1具体例>

图8是表示控制装置100的结构的第1具体例的图。在第1具体例中，指令值限制器120由可变限制器122构成。可变限制器122将正值的电力指令值Pref即放电电力指令值限制为上限值PreflimH。上限值PreflimH由将电力指令值Pref设为100％的情况下的百分率表示。在电力指令值Pref为正值的情况下，从可变限制器122作为被限制的电力指令值Pref2而输出上限值PreflimH。

此外，可变限制器122将负值的电力指令值Pref即充电电力指令值限制为下限值PreflimL。下限值PreflimL由将电力指令值Pref设为－100％的情况下的百分率表示。在电力指令值Pref为负值的情况下，从可变限制器122作为被限制的电力指令值Pref2而输出下限值PreflimL。

在第1具体例中，电压偏差计算器140由限制器142和减法器144构成。限制器142在计测直流电压Vdcfbk为正值的情况下，将由电压限制范围设定器130设定的充电限制器动作电压值VdclimH与计测直流电压Vdcfbk比较。如果计测直流电压Vdcfbk小于充电限制器动作电压值VdclimH，则限制器142将计测直流电压Vdcfbk原样作为被限制的计测直流电压Vdclim输出。如果计测直流电压Vdcfbk是充电限制器动作电压值VdclimH以上，则限制器142将充电限制器动作电压值VdclimH作为被限制的计测直流电压Vdclim输出。

限制器142在计测直流电压Vdcfbk为负值的情况下，将由电压限制范围设定器130设定的放电限制器动作电压值VdclimL与计测直流电压Vdcfbk比较。如果计测直流电压Vdcfbk比放电限制器动作电压值VdclimL大，则限制器142将计测直流电压Vdcfbk原样作为被限制的计测直流电压Vdclim输出。如果计测直流电压Vdcfbk是放电限制器动作电压值VdclimL以下，则限制器142将放电限制器动作电压值VdclimL作为被限制的计测直流电压Vdclim输出。

减法器144计算被限制后的计测直流电压Vdclim相对于计测直流电压Vdcfbk的偏差Vdcerr。如果计测直流电压Vdcfbk是充电限制器动作电压值VdclimH以上，则偏差Vdcerr成为充电限制器动作电压值VdclimH与计测直流电压Vdcfbk的偏差。该情况下的偏差Vdcerr是正值。如果计测直流电压Vdcfbk是放电限制器动作电压值VdclimL以下，则偏差Vdcerr成为放电限制器动作电压值VdclimL与计测直流电压Vdcfbk的偏差。该情况下的偏差Vdcerr是负值。在计测直流电压Vdcfbk比放电限制器动作电压值VdclimL大、比充电限制器动作电压值VdclimH小的情况下，偏差Vdcerr成为零。

作为具体例，将充电限制器动作电压值VdclimH设为1090V，将放电限制器动作电压值VdclimL设为720V。此外，设充电时的计测直流电压Vdcfbk的例子为1150V，设放电时的计测直流电压Vdcfbk的例子为716V。在此情况下，在充电时从限制器142输出的被限制的计测直流电压Vdclim为1090V，从减法器144输出的偏差Vdcerr为－60V。此外，在放电时从限制器142输出的被限制的计测直流电压Vdclim为720V，从减法器144输出的偏差Vdcerr为4V。

第1具体例的PI控制器150是PI控制器152。PI控制器152计算对于由减法器144计算出的偏差Vdcerr的PI控制值G。PI控制器152将图3所示的充电控制用的结构和放电控制用的结构切换而使用。因而，在充电时从PI控制器152输出的PI控制值G是充电限制用的PI控制值G2。在放电时从PI控制器152输出的PI控制值G是放电限制用的PI控制值G1。

但是，在第1具体例中，求出充电限制用的PI控制值G2的方程式由以下的式(11)表示。第1具体例的PI控制值G2的量纲是百分率。根据式(11)，如上述的充电时的例子那样，如果偏差Vdcerr是－60V，则充电限制用的PI控制值G2为－600％。

[数式11]

G2(s)＝K2*Y(s)(11)

此外，在第1具体例中，求出放电限制用的PI控制值G1的方程式由以下的式(12)表示。第1具体例中的PI控制值G1的量纲是百分率。根据式(12)，如果如上述的放电时的例子那样偏差Vdcerr是4V，则放电限制用的PI控制值G1为40％。

[数式12]

G1(s)＝K1*Y(s)(12)

在在第1具体例中，限制器调整器160通过由限制器162和减法器164组成的放电限制增益调整电路、以及由限制器166和减法器168组成的充电限制增益调整电路构成。放电限制增益调整电路是将可变限制器122的上限值PreflimH在100％到0％的范围内调整的电路。充电限制增益运算电路是将可变限制器122的下限值PreflimL在从－100％到0％的范围内调整的电路。放电限制增益运算电路和充电限制增益运算电路与PI控制器152并联地连接。

构成放电限制增益运算电路的限制器162在放电时将由PI控制器152计算出的PI控制值G(放电限制用的PI控制值G1)限制在从100％到0％的范围内，输出被限制后的PI控制值GH。即，如果PI控制值G是100％以下，则限制器162将PI控制值G原样作为被限制后的PI控制值GH输出。如果PI控制值G比100％高，则限制器162作为被限制的PI控制值GH而输出100％。构成放电限制增益运算电路的减法器164将被限制后的PI控制值GH从作为固定值的100％中减去，将其差作为放电限制增益输出。放电限制增益被设定为可变限制器122的上限值PreflimH。

在如上述的放电时的例子那样PI控制值G为40％的情况下，被限制的PI控制值GH原样成为40％，上限值PreflimH被设定为60％。结果，指令放电的电力指令值Pref在可变限制器122中被限制到60％，被限制为50％的电力指令值Pref2被输入给驱动信号生成器110。

构成充电限制增益运算电路的限制器166在充电时将由PI控制器152计算出的PI控制值G(充电限制用的PI控制值G2)限制在从－100％到0％的范围内，输出被限制后的PI控制值GL。即，如果PI控制值G是－100％以上，则限制器166将PI控制值G原样作为被限制的PI控制值GL输出。如果PI控制值G比－100％低，则限制器166作为被限制的PI控制值GL而输出－100％。构成充电限制增益运算电路的减法器168将被限制后的PI控制值GL从作为固定值的100％中减去，将其差作为充电限制增益输出。充电限制增益被设定为可变限制器122的下限值PreflimL。

在如上述的充电时的例子那样PI控制值G为－600％的情况下，被限制后的PI控制值GL成为－100％，下限值PreflimL被设定为0％。结果，指令充电的电力指令值Pref在可变限制器122中被限制到0％，被限制到0％的电力指令值Pref2被输入给驱动信号生成器110。

<第2具体例>

图9是表示控制装置100的结构的第2具体例的图。在第2具体例中，指令值限制器120与第1具体例同样由可变限制器122构成。从可变限制器122输出对于电力指令值Pref由上限值PreflimH或下限值PreflimL进行了限制的电力指令值Pref2。

在第2具体例中，与第1具体例同样，电压偏差计算器140由限制器142和减法器144构成。如果计测直流电压Vdcfbk是充电限制器动作电压值VdclimH以上，则从减法器144输出充电限制器动作电压值VdclimH与计测直流电压Vdcfbk的偏差Vdcerr。如果计测直流电压Vdcfbk是放电限制器动作电压值VdclimL以下，则从减法器144输出放电限制器动作电压值VdclimL与计测直流电压Vdcfbk的偏差Vdcerr。

在第2具体例中，PI控制器150由放电控制用的PI控制器154和充电控制用的PI控制器156构成。PI控制器154及PI控制器156与减法器144并联地连接。

放电控制用的PI控制器154具有在图3的下段表示的结构。从PI控制器154输出的放电限制用的PI控制值G1按照上述的式(10)计算。若设***下限电压Vdcmin为710V，设放电限制器动作电压值VdclimL为720V，如果如上述的放电时的例子那样偏差Vdcerr是4V，则放电限制用的PI控制值G1为0.6。

充电控制用的PI控制器156具有在图3的上段表示的结构。从PI控制器156输出的充电限制用的PI控制值G2按照上述的式(9)计算。若设***上限电压Vdcmax为1100V，设充电限制器动作电压值VdclimH为1090V，如果如上述的充电时的例子那样偏差Vdcerr是－60V，则充电限制用的PI控制值G2为－5。

在第2具体例中，限制器调整器160通过由限制器172和乘法器174组成的放电限制增益调整电路、以及由限制器176和乘法器178组成的充电限制增益调整电路构成。放电限制增益调整电路是将可变限制器122的上限值PreflimH在从100％到0％的范围内调整的电路。充电限制增益调整电路是将可变限制器122的下限值PreflimL在从－100％到0％的范围内调整的电路。

构成放电限制增益调整电路的限制器172将由PI控制器154计算出的放电限制用的PI控制值G1限制在从1到0的范围内，输出被限制的PI控制值GH。在来自上位装置4的指令是放电指令的情况下，PI控制值G1取1以下的值。如果PI控制值G2是0以上1以下，则限制器172将PI控制值G1原样作为被限制后的PI控制值GH输出。如果PI控制值G1比0低，则限制器172作为被限制后的PI控制值GH而输出0。构成放电限制增益运算电路的乘法器174对被限制后的PI控制值GH乘以作为固定值的100％，将其积作为放电限制增益输出。放电限制增益被设定为可变限制器122的上限值PreflimH。

在如上述的放电时的例子那样PI控制值G1是0.6的情况下，被限制后的PI控制值GH为0.6，上限值PreflimH被设定为60％。结果，指令放电的电力指令值Pref在可变限制器122中被限制到60％以内，被限制为60％的电力指令值Pref2被输入给驱动信号生成器110。

构成充电限制增益运算电路的限制器176将由PI控制器156计算出的充电限制用的PI控制值G2限制为从1到0的范围内，输出被限制后的PI控制值GL。在来自上位装置4的指令是充电指令的情况下，PI控制值G2取1以下的值。如果PI控制值G2是0以上1以下，则限制器176将PI控制值G2原样作为被限制的PI控制值GL输出。如果PI控制值G2比0低，则限制器176作为被限制的PI控制值GL而输出0。构成充电限制增益运算电路的乘法器178对被限制后的PI控制值GL乘以作为固定值的－100％，将其积作为充电限制增益输出。充电限制增益被设定为可变限制器122的下限值PreflimL。

在如上述的充电时的例子那样PI控制值G1为－5的情况下，被限制后的PI控制值GL成为0，下限值PreflimL被设定为0％。结果，指令充电的电力指令值Pref在可变限制器122中被限制到0％以内，被限制为0％的电力指令值Pref2被输入给驱动信号生成器110。

<第3具体例>

图10是表示控制装置100的结构的第3具体例的图。在第3具体例中，指令值限制器120由增益乘法器124构成。增益乘法器124对于电力指令值Pref乘以增益。对于正值的电力指令值Pref即放电电力指令值，乘以从1到0的范围内的放电限制增益。对于负值的电力指令值Pref即充电电力指令值，乘以从1到0的范围内的充电限制增益。从增益乘法器124作为被限制后的电力指令值Pref2而输出被乘以放电限制增益或充电限制增益后的电力指令值Pref。

在第3具体例中，与第1具体例及第2具体例同样，电压偏差计算器140由限制器142和减法器144构成。如果计测直流电压Vdcfbk是充电限制器动作电压值VdclimH以上，则从减法器144输出充电限制器动作电压值VdclimH与计测直流电压Vdcfbk的偏差Vdcerr。如果计测直流电压Vdcfbk是放电限制器动作电压值VdclimL以下，则从减法器144输出放电限制器动作电压值VdclimL与计测直流电压Vdcfbk的偏差Vdcerr。

在第3具体例中，与第2具体例同样，PI控制器150由放电控制用的PI控制器154和充电限制用的PI控制器156构成。放电控制用的PI控制器154具有在图3的下段表示的结构，输出放电限制用的PI控制值G1。充电控制用的PI控制器156具有在图3的上段表示的结构，输出充电限制用的PI控制值G2。

在第3具体例中，限制器调整器160由放电限制增益设定用的限制器182、充电限制增益设定用的限制器184、增益切换器186和切换判定器188构成。限制器调整器160是将在增益乘法器124中对电力指令值Pref乘以的放电限制增益及充电限制增益分别在从1到0的范围内调整的电路。

放电限制增益设定用的限制器182将由PI控制器154计算出的放电限制用的PI控制值G1限制在从1到0的范围内，将被限制后的PI控制值作为放电限制增益GH输出。在来自上位装置4的指令是放电指令的情况下，PI控制值G1取1以下的值。如果PI控制值G1是0以上1以下，则限制器182将PI控制值G1原样作为放电限制增益GH输出。如果PI控制值G1比0低，则限制器182作为被限制后的放电限制增益GH而输出0。

充电限制增益设定用的限制器184将由PI控制器156计算出的充电限制用的PI控制值G2限制在从1到0的范围内，将被限制后的PI控制值作为充电限制增益GL输出。在来自上位装置4的指令是充电指令的情况下，PI控制值G2取1以下的值。如果PI控制值G2是0以上1以下，则限制器184将PI控制值G2原样作为充电限制增益GL输出。如果PI控制值G2比0低，则限制器184作为被限制后的充电限制增益GL而输出0。

从限制器182输出的放电限制增益GH和从限制器184输出的充电限制增益GL都被输入给增益切换器186。增益切换器186通过从切换判定器188输入的触发器信号，将选择的增益在放电限制增益GH与充电限制增益GL之间切换。由增益切换器186选择的增益被输入给增益乘法器124，作为放电限制增益或充电限制增益被乘以电力指令值Pref。

切换判定器188将电力指令值Pref与作为基准值的零比较，将基于该比较结果的触发器信号输入给增益切换器186。切换判定器188响应于电力指令值Pref成为零以上，对增益切换器186输入触发器信号，以选择从限制器182输入的放电限制增益GH。此外，切换判定器188响应于电力指令值Pref成为零，对增益切换器186输入触发器信号，以选择从限制器184输入的充电限制增益GL。

在放电时，由于电力指令值Pref是正值，所以在增益切换器186中选择从限制器182输入的放电限制增益GH。由此，放电限制增益GH被输入给增益乘法器124。在如上述的放电时的例子那样由PI控制器154计算出的PI控制值G1是0.6的情况下，放电限制增益GH为0.6，在增益乘法器124中对电力指令值Pref乘以0.5。结果，相对于电力指令值Pref的比例被限制为0.6的电力指令值Pref2被输入给驱动信号生成器110。

在充电时，由于电力指令值Pref是负值，所以在增益切换器186中选择从限制器184输入的充电限制增益GL。由此，充电限制增益GL被输入到增益乘法器124中。在如上述的充电时的例子那样由PI控制器156计算出的PI控制值G2为－5的情况下，充电限制增益GL为零，在增益乘法器124中对电力指令值Pref乘以零。结果，相对于电力指令值Pref的比例被限制为零的电力指令值Pref2被输入给驱动信号生成器110。

4.效果

如以上所述，根据有关本实施方式的PCS10，能够通过第1至第3具体例所示那样的简单的结构防止蓄电池6的过充电和过放电。此外，与以往的PCS相比无需变更硬件而仅通过控制装置的软件的变更，就能够实现有关本实施方式的PCS10。

根据有关本实施方式的PCS10，根据对于计测直流电压与充电限制器动作电压之间的偏差的PI控制值，将由指令值限制器120进行的对于充电电力的指令值的限制加强。由此，能够抑制起因于电压的变动的指令值限制器120的震颤而尽可能继续充电运转。此外，根据有关本实施方式的PCS10，能够根据对于计测直流电压与放电限制器动作电压之间的偏差的PI控制值，将由指令值限制器120进行的对于放电电力的指令值的限制加强。由此，能够抑制起因于电压的变动的指令值限制器120的震颤而尽可能继续放电运转。

标号说明

2 电力变换***

4 上位装置

6 蓄电池

10 功率调节器

20 逆变器电路

80 电压计

100 控制装置

110 驱动信号生成器

120 指令值限制器

130 电压限制范围设定器

140 电压偏差计算器

150 PI控制器

160 限制器调整器

Claims (10)

1.一种功率调节器，其特征在于，

具备：

逆变器电路，将交流电力***与蓄电池连接；

指令值限制器，构成为，对从上位装置指示的充电电力的指令值和从上述上位装置指示的放电电力的指令值加以限制；

驱动信号生成器，构成为，按照通过上述指令值限制器而被限制后的上述充电电力的指令值或通过上述指令值限制器而被限制后的上述放电电力的指令值，生成对于上述逆变器电路的驱动信号；

PI控制器，构成为，响应于对上述逆变器电路施加的直流电压比规定的充电限制器动作电压高这一情况，计算作为对于上述直流电压与上述充电限制器动作电压之间的偏差的PI控制值的充电限制用的PI控制值，响应于上述直流电压比规定的放电限制器动作电压低这一情况，计算作为对于上述直流电压与上述放电限制器动作电压的偏差的PI控制值的放电限制用的PI控制值；以及

限制器调整器，构成为，根据上述充电限制用的PI控制值，将由上述指令值限制器进行的对于上述充电电力的指令值的限制加强，根据上述放电限制用的PI控制值，将由上述指令值限制器进行的对于上述放电电力的指令值的限制加强。

2.如权利要求1所述的功率调节器，其特征在于，

上述指令值限制器构成为，对于上述充电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的充电限制增益，对于上述放电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的放电限制增益；

上述限制器调整器构成为，根据上述充电限制用的PI控制值使上述充电限制增益下降，根据上述放电限制用的PI控制值使上述放电限制增益下降。

3.如权利要求2所述的功率调节器，其特征在于，

上述限制器调整器构成为，在上述充电限制用的PI控制值从规定范围脱离的期间中将上述充电限制增益维持为零，在上述放电限制用的PI控制值从规定范围脱离的期间中将上述放电限制增益维持为零。

4.一种功率调节器，其特征在于，

具备：

逆变器电路，将交流电力***与蓄电池连接；

指令值限制器，构成为，对从上位装置指示的充电电力的指令值加以限制；

驱动信号生成器，构成为，按照通过上述指令值限制器而被限制后的上述充电电力的指令值，生成对于上述逆变器电路的驱动信号；

PI控制器，构成为，响应于对上述逆变器电路施加的直流电压比规定的充电限制器动作电压高这一情况，计算对于上述直流电压与上述充电限制器动作电压之间的偏差的PI控制值；以及

限制器调整器，构成为，根据上述PI控制值，将由上述指令值限制器进行的对于上述充电电力的指令值的限制加强。

5.如权利要求4所述的功率调节器，其特征在于，

上述指令值限制器构成为，对上述充电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的充电限制增益；

上述限制器调整器构成为，根据上述PI控制值使上述充电限制增益下降。

6.如权利要求5所述的功率调节器，其特征在于，

上述限制器调整器构成为，在上述PI控制值从规定范围脱离的期间中将上述充电限制增益维持为零。

7.一种功率调节器，其特征在于，

具备：

逆变器电路，将交流电力***与蓄电池连接；

指令值限制器，构成为，对从上位装置指示的放电电力的指令值加以限制；

驱动信号生成器，构成为，按照通过上述指令值限制器而被限制后的上述放电电力的指令值，生成对于上述逆变器电路的驱动信号；

PI控制器，构成为，响应于对上述逆变器电路施加的直流电压比规定的放电限制器动作电压低这一情况，计算对于上述直流电压与上述放电限制器动作电压之间的偏差的PI控制值；以及

限制器调整器，构成为，根据上述PI控制值将由上述指令值限制器进行的对于上述放电电力的指令值的限制加强。

8.如权利要求7所述的功率调节器，其特征在于，

上述指令值限制器构成为，对上述放电电力的指令值乘以具有0以上1以下的值的放电限制增益；

上述限制器调整器构成为，根据上述PI控制值使上述放电限制增益下降。

9.如权利要求8所述的功率调节器，其特征在于，

上述限制器调整器构成为，在上述PI控制值从规定范围脱离的期间中将上述放电限制增益维持为零。

10.一种电力变换***，其特征在于，

具备：

1个或多个功率调节器，与共用的交流电力***连接；以及

上位装置，对上述1个或多个功率调节器指示充电电力的指令值或放电电力的指令值；

上述1个或多个功率调节器分别是权利要求1～9中任一项所述的功率调节器。