JP2012135207A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力変換装置に関し、より特定的には、直流負荷に直流電力を給電する直流給電システムに搭載される電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter, and more particularly to a power converter mounted in a DC power supply system that supplies DC power to a DC load.
近年、太陽電池、風力発電装置および燃料電池のような分散電源装置が普及し始めている。現状では、分散電源装置が発電した直流電力を交流電力に変換し、さらに、その交流電力を、電力を消費する機器において直流電力に変換して使用する。このように、直流−交流変換および交流−直流変換が行なわれるため、その電力変換のたびに電力損失が生じる。そこで、分散電源装置が発電する直流電力を交流電力に変換することなく、直流電力のまま送電して機器で使用することにより、変換損失を低減させる直流給電システムが提案されている。 In recent years, distributed power supply devices such as solar cells, wind power generators, and fuel cells have begun to spread. At present, the DC power generated by the distributed power supply device is converted into AC power, and the AC power is converted into DC power and used in a device that consumes the power. Thus, since DC-AC conversion and AC-DC conversion are performed, a power loss occurs at each power conversion. Therefore, a DC power feeding system has been proposed that reduces conversion loss by transmitting DC power as it is and using it in equipment without converting the DC power generated by the distributed power supply into AC power.
このような直流給電システムとして、たとえば特開2005−224009号公報(特許文献1)には、直流バスに接続された複数の電源ユニットの各々が電流制御部を有しており、該電流制御部が、対応する電源ユニットに入出力する電流に従って自律的に直流電圧指令値または直流電圧の制御性を変更する機能を備える構成が開示されている。この特許文献1に記載の直流給電システムは、複数の分散電源が自律的に協調運転するとともに、装置容量に依存せずに、簡単に電源ユニットを追加することを可能としている。
As such a DC power supply system, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-224209 (Patent Document 1), each of a plurality of power supply units connected to a DC bus has a current control unit, and the current control unit However, a configuration is disclosed that has a function of autonomously changing the controllability of a DC voltage command value or DC voltage in accordance with a current input to and output from a corresponding power supply unit. In the DC power supply system described in
しかしながら、上記の特許文献1に記載の直流給電システムにおいては、複数の分散電源を自律的に協調運転することが可能になる一方で、各電源ユニットにおける入出力電流が変化すると、この変化に応じて直流バスの電圧の制御目標値が変更されるため、システム全体の制御が複雑化するという問題があった。
However, in the DC power supply system described in
また、電源ユニットごとに電力変換器を設ける必要あるため、該電力変換器における変換損失が増大するとともに、システムのコストアップが発生するという問題があった。 Further, since it is necessary to provide a power converter for each power supply unit, there is a problem that conversion loss in the power converter increases and the cost of the system increases.
このような課題を解決するためには、蓄電池のような電圧安定化能力の高い電圧源を電力変換器を介さず直流バスに直結することによって、直流バスの電圧を無制御で安定化させることが可能である。 In order to solve such a problem, the voltage of the DC bus is stabilized without control by directly connecting a voltage source having a high voltage stabilizing capability such as a storage battery to the DC bus without using a power converter. Is possible.
しかしながら、上記のように、蓄電池を直流バスに直結させる構成においては、蓄電池に異常が検知された場合には、蓄電池を過充電や過放電などから保護するために蓄電池を直流バスから速やかに遮断する必要が生じる。このように蓄電池が直流バスから遮断された場合においても、直流バスの電圧変動を抑制し、直流負荷に対して安定して直流電力を供給できる直流給電システムの構築が求められる。 However, as described above, in the configuration in which the storage battery is directly connected to the DC bus, when an abnormality is detected in the storage battery, the storage battery is promptly disconnected from the DC bus in order to protect the storage battery from overcharge or overdischarge. Need to do. Thus, even when the storage battery is disconnected from the DC bus, it is required to construct a DC power supply system that can suppress voltage fluctuation of the DC bus and stably supply DC power to the DC load.
それゆえ、この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、直流バスに電力変換器を介さず蓄電部を直結した直流給電システムにおいて、直流バスの電圧を安定化することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to stabilize the voltage of the DC bus in a DC power supply system in which a power storage unit is directly connected to the DC bus without using a power converter. That is.
この発明のある局面に従えば、電力変換装置は、蓄電部および系統電力の間に配設された直流バスに接続される。電力変換装置は、直流バスからの直流電力を交流電力に変換して系統電力へ供給する直流/交流変換部と、系統電力からの交流電力を直流電力に変換して直流バスへ供給する交流/直流変換部と、蓄電部が正常であるときには、直流/交流変換部を、自経路の電流値が電流目標値になるように制御する電流制御モードに設定する一方、蓄電部の異常が検知されたときには、直流/交流変換部の電力変換動作を停止させる第1の電力変換制御手段と、蓄電部が正常であるときには、交流/直流変換部を電流制御モードに設定する一方、蓄電部の異常が検知されたときには、交流/直流変換部を、直流バスの電圧が電圧目標値になるように制御する電圧制御モードに設定する第2の電力変換制御手段とを備える。 According to one aspect of the present invention, the power conversion device is connected to a DC bus disposed between the power storage unit and the system power. The power converter includes a DC / AC converter that converts DC power from a DC bus into AC power and supplies the power to system power, and AC / AC that converts AC power from the system power into DC power and supplies it to the DC bus. When the DC conversion unit and the power storage unit are normal, the DC / AC conversion unit is set to a current control mode for controlling the current value of the own path to be the current target value, while an abnormality of the power storage unit is detected. When the power storage unit is normal, the first power conversion control means for stopping the power conversion operation of the DC / AC conversion unit and when the power storage unit is normal, the AC / DC conversion unit is set to the current control mode, while the power storage unit is abnormal. Is detected, the AC / DC converter is provided with a second power conversion control means for setting the AC / DC converter to a voltage control mode for controlling the voltage of the DC bus to a voltage target value.
好ましくは、直流バスは、直流バスおよび蓄電部の間を接続/遮断するためのスイッチおよび当該スイッチにより蓄電部を直流バスから遮断するための電源遮断手段を含む。電力変換装置は、蓄電部の異常が検知されたときには、第1の電力変換制御手段による直流/交流変換部の電力変換動作の停止後であって、かつ、第2の電力変換制御手段による電圧制御モードの設定後に、電源遮断手段に蓄電部の遮断指令を出力する。 Preferably, the direct current bus includes a switch for connecting / disconnecting the direct current bus and the power storage unit, and a power shut-off means for shutting off the power storage unit from the direct current bus by the switch. In the power conversion device, when an abnormality of the power storage unit is detected, the voltage after the power conversion operation of the DC / AC conversion unit by the first power conversion control unit is stopped and the voltage by the second power conversion control unit After setting the control mode, a power storage unit shutdown command is output to the power shutdown unit.
好ましくは、電力変換装置は、蓄電部の異常を検知するための蓄電部監視ユニットから蓄電部の異常情報を受信可能に構成される。第1の電力変換制御手段は、蓄電部の異常情報を受信したときに、直流/交流変換部の電力変換動作を停止させる。第2の電力変換制御手段は、蓄電部の異常情報を受信したときに、交流/直流変換部を電圧制御モードに設定する。 Preferably, the power conversion device is configured to be capable of receiving power storage unit abnormality information from a power storage unit monitoring unit for detecting a power storage unit abnormality. The first power conversion control unit stops the power conversion operation of the DC / AC conversion unit when the abnormality information of the power storage unit is received. The second power conversion control means sets the AC / DC converter in the voltage control mode when receiving the abnormality information of the power storage unit.
この発明の別の局面に従えば、電力変換装置は、蓄電部および系統電力の間に配設された直流バスに接続される。電力変換装置は、直流バスおよび系統電力の間で双方向の電力変換を行なう電力変換部と、蓄電部が正常であるときには、電力変換部を、自経路の電流値が電流目標値になるように制御する電流制御モードに設定する一方、蓄電部の異常が検知されたときには、電力変換部を、直流バスの電圧が電圧目標値になるように制御する電圧制御モードに設定する制御部とを備える。 According to another aspect of the present invention, the power converter is connected to a DC bus disposed between the power storage unit and the system power. The power conversion device includes a power conversion unit that performs bidirectional power conversion between the DC bus and the system power and a power conversion unit when the power storage unit is normal, so that the current value of its own path becomes a current target value. A control unit for setting the power conversion unit to a voltage control mode for controlling the voltage of the DC bus to a voltage target value when an abnormality of the power storage unit is detected. Prepare.
好ましくは、制御部は、蓄電部の異常を検知するための蓄電部監視ユニットから蓄電部の異常情報を受信したときには、電力変換部を電圧制御モードに設定する。 Preferably, the control unit sets the power conversion unit in the voltage control mode when receiving the abnormality information of the power storage unit from the power storage unit monitoring unit for detecting the abnormality of the power storage unit.
この発明によれば、直流バスに電力変換器を介さず蓄電部を直結した直流給電システムにおいて、蓄電部が遮断された場合においても直流バスの電圧を安定化することができ、直流負荷に安定的に電力を供給可能な直流給電システムを構築することができる。 According to the present invention, in a DC power supply system in which a power storage unit is directly connected to a DC bus without a power converter, the voltage of the DC bus can be stabilized even when the power storage unit is cut off, and stable to a DC load. Therefore, it is possible to construct a DC power supply system that can supply electric power.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態に従う直流給電システムの全体の構成を概略的に示す図である。 FIG. 1 schematically shows an overall configuration of a DC power feeding system according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、本実施の形態に従う直流給電システムは、直流バス1と、蓄電部3と、系統電力システム4と、直流負荷5と、電池監視ユニット6と、スイッチ7とを備える。
Referring to FIG. 1, the DC power supply system according to the present embodiment includes a
直流バス1は、直流負荷5に直流電力を供給する。直流負荷5は、一例として、家庭で使用される空調機、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパーソナルコンピュータのような電気機器である。あるいは、オフィスで使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器や、または、店舗で使用されるショーケースまたは照明装置のような電気機器であってもよい。直流バス1には、蓄電部3および系統電力システム4が接続されている。
The
なお、本実施の形態に従う直流給電システムにおいては、直流バス1、蓄電部3、系統電力システム4および直流負荷5をそれぞれ1個ずつ備える場合について説明するが、これらの個数には制限がなく、1個でも複数個であってもよい。
In the DC power supply system according to the present embodiment, a case where one
(蓄電部の構成)
蓄電部3は、一例として、リチウムイオン二次電池などの充放電可能に構成された二次電などからなる。蓄電部3は、複数の電池セルを直列接続して構成されており、一例として、定格電圧380Vおよび10Ahを有している。
(Configuration of power storage unit)
The power storage unit 3 includes, for example, a secondary battery configured to be chargeable / dischargeable, such as a lithium ion secondary battery. The power storage unit 3 is configured by connecting a plurality of battery cells in series, and has rated voltages of 380 V and 10 Ah as an example.
図2は、蓄電部3の充電容量−電圧曲線を示す図である。図2において、横軸は蓄電部3の充電容量(Ah)、縦軸は蓄電部3の電圧(V)を示している。図2を参照して、蓄電部3は、空状態(充電容量が0%)のときに300Vとなり、充電容量20%のときに360Vとなり、充電容量50%のときに380Vとなり、充電容量80%のときに400Vとなり、満充電状態(充電容量が100%)のときに420Vとなる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a charge capacity-voltage curve of the power storage unit 3. In FIG. 2, the horizontal axis represents the charge capacity (Ah) of the power storage unit 3, and the vertical axis represents the voltage (V) of the power storage unit 3. Referring to FIG. 2, power storage unit 3 is 300 V when it is empty (charging capacity is 0%), 360 V when charging capacity is 20%, 380 V when charging capacity is 50%, and charging capacity of 80 %, It becomes 400V, and when fully charged (charge capacity is 100%), it becomes 420V.
なお、上述の図2に示す特性は、蓄電部3の一例として、リチウムイオン二次電池を用いた場合について説明したが、蓄電部3としては、リチウムイオン電池に限らず、鉛蓄電池またはニッケル水素電池などを使用することも可能である。 The above-described characteristics shown in FIG. 2 have been described with respect to the case where a lithium ion secondary battery is used as an example of the power storage unit 3. However, the power storage unit 3 is not limited to a lithium ion battery, but is a lead storage battery or nickel hydride. It is also possible to use a battery or the like.
ここで、図1に示す構成において、蓄電部3は、直流バス1に「直結」されており、直
流バス1との間で直流電力の授受を行なう。ここで、「直結」とは、直流バス1と蓄電部3との間に、DC/DC変換器のような電力変換器が介在していないことを意味する。したがって、直流バス1の電圧は、蓄電部3の電源電圧とほぼ等しくなる。このように蓄電部3を直流バス1に直結する構成としたことにより、蓄電部3が有する高い電圧安定化能力を活かして、急激な負荷変動による直流バス1の電圧変動を抑制することが可能となる。
Here, in the configuration shown in FIG. 1, power storage unit 3 is “directly connected” to
スイッチ7は、蓄電部3と直流バス1との間に配設される。スイッチ7は、電池監視ユニット6からのシャットダウン信号SDが非活性化(導通指令に相当する。)されると、蓄電部3を直流バス1と電気的に接続し、シャットダウン信号SDが活性化(遮断指令に相当する。)されると、蓄電部3と直流バス1との間の電路を遮断する。
Switch 7 is arranged between power storage unit 3 and
電池監視ユニット6は、過充電、過放電および温度上昇などから蓄電部3を保護するために、蓄電部3の状態を監視する。具体的には、充放電電流検出部60は、直流バス1に介挿され、蓄電部3に対して入出力される充放電電流Ibを検出し、その検出値を電池監視ユニット6へ出力する。充放電電圧検出部62は、蓄電部3の充放電電圧Vbを検出し、その検出値を電池監視ユニット6へ出力する。温度検出部64は、蓄電部3の温度Tbを検出し、その検出値を電池監視ユニット6へ出力する。なお、充放電電流検出部60は、蓄電部3からの放電電流Idcを、正値の充放電電流Ibとして検出し、蓄電部3への充電電流Ichを、負値の充放電電流Ibとして検出する。電池監視ユニット6は、充放電電流検出部60からの充放電電流Ibの検出値、充放電電圧検出部62からの充放電電圧Vbの検出値および温度検出部64からの蓄電池温度Tbの検出値に基づいて、蓄電部3の状態(充電状態および温度状態)を監視する。そして、蓄電部3の異常が検知されると、電池監視ユニット6は、蓄電部3を保護するためにシャットダウン信号SDを活性化(遮断指令)することにより、スイッチ7によって蓄電部3と直流バス1との間の電路を遮断する。
The battery monitoring unit 6 monitors the state of the power storage unit 3 in order to protect the power storage unit 3 from overcharge, overdischarge, temperature rise, and the like. Specifically, charging / discharging
さらに、電池監視ユニット6は、上述のシャットダウン信号SDを活性化(遮断指令)するのに先行して、蓄電部3の遮断を予告するためのシャットダウン予告信号SDNを活性化する。この活性化されたシャットダウン予告信号SDNは、系統電力システム4内のDC/AC変換器42およびAC/DC変換器44へ送信される。DC/AC変換器42は、電池監視ユニット6からシャットダウン予告信号SDNを受けると、電力変換動作を停止する。一方、AC/DC変換器44は、電池監視ユニット6からシャットダウン予告信号SDNを受けると、後述する方法によって、「電流制御モード」から「電圧制御モード」に切換わる。
Further, the battery monitoring unit 6 activates the shutdown notice signal SDN for notifying the shutoff of the power storage unit 3 prior to the activation (shutoff command) of the above-described shutdown signal SD. The activated shutdown notice signal SDN is transmitted to the DC /
(系統電力システムの構成)
図1に示す構成において、系統電力システム4は、直流バス1との間で直流電力の授受を行なう。系統電力システム4は、DC/AC変換器42と、AC/DC変換器44と、系統電力40とを含む。
(System power system configuration)
In the configuration shown in FIG. 1, system power system 4 exchanges DC power with
系統電力40は、電力会社等から受電する電力(たとえば、AC200Vとする)である。DC/AC変換器42およびAC/DC変換器44は、直流バス1および系統電力40の間に並列接続される。本実施の形態に従う直流給電システムにおいては、AC/DC変換器44を介して電力会社等から系統電力40を買う(買電)するとともに、DC/AC変換器42を介して余剰電力を電力会社等に売る(売電)することを可能に構成されている。なお、図1では、DC/AC変換器42に流れる電流をIsell、AC/DC変換器44に流れる電流をIbuyと表記する。また、直流負荷5に供給される電流Iloadと表記する。買電時においては、電流Ibuyから電流Iloadを差し引いた電流が、蓄電部3の充電電流Ichとなる。また、売電時においては、蓄電部3の放電電流Idcから電流Iloadを差し引いた電流が、電流Isellとなる。電流IsellおよびIbuyをどのような値にするかについては、直流給電システムの使用者または管理者が自在に設定することができる。
DC/AC変換器42は、直流バス1から受ける直流電力を交流電力に変換して系統電力40へ供給する。図3は、図1におけるDC/AC変換器42の概略構成図である。
The DC /
図3を参照して、DC/AC変換器42は、DC/AC変換部30と、連系リアクトル32と、制御部34と、直流電圧検出部36と、自経路電流検出部38とを含む。
Referring to FIG. 3, DC /
DC/AC変換部30は、制御部34からの駆動信号DRV1に応じて、直流バス1から受けた直流電力を交流電力に変換して系統電力40(図1)へ出力する。DC/AC変換部30は、スイッチング素子であるトランジスタQ1〜Q4と、ダイオードD1〜D4とを含む。トランジスタQ1,Q2は、直流バス1を構成する正母線PLおよび負母線SLの間に直列に接続される。連系リアクトル32は、トランジスタQ1およびQ2の接続点と系統電力40との間に接続される。トランジスタQ3,Q4は、正母線PLおよび負母線SLの間に直列に接続される。連系リアクトル32は、トランジスタQ3およびQ4の接続点と系統電力40との間に接続される。各トランジスタQ1〜Q4のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1〜D4がそれぞれ接続されている。
The DC / AC conversion unit 30 converts the DC power received from the
なお、トランジスタQ1〜Q4として、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar
Transistor)を用いることができる。または、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いてもよい。
As the transistors Q1 to Q4, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar)
Transistor) can be used. Alternatively, a power switching element such as a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) may be used.
直流電圧検出部36は、正母線PLと負母線SLとの間に接続され、直流バス1からDC/AC変換部30へ供給される直流電力の電圧値Vdcを検出し、その検出結果を制御部34へ出力する。
自経路電流検出部38は、負母線SLに介挿され、直流バス1からDC/AC変換部30へ供給される直流電力の電流値(自経路電流値)Isellを検出し、その検出結果を制御部34へ出力する。
The own path
制御部34は、直流電圧検出部36から受けた電圧値Vdcと、自経路電流検出部38から受けた自経路電流値Isellと、電池監視ユニット6から受けたシャットダウン予告信号SDNとに基づいて、後述する制御構造に従って、トランジスタQ1〜Q4のオン・オフを制御する駆動信号DRV1を生成し、DC/AC変換部30を制御する。
The
図4は、図3における制御部34の制御構造を示す図である。
図4を参照して、制御部34は、減算部340と、切替部342と、スイッチング素子駆動信号生成部344と、制御目標値選択部346とを含む。
FIG. 4 is a diagram showing a control structure of the
Referring to FIG. 4,
制御目標値選択部346は、自経路電流値Isellの電流目標値Isell*を決定する。この電流目標値Isell*は、たとえば日時に応じて異なる電流値となるように事前に決定し、図示しない記憶部に格納しておくことができる。あるいは、制御部34と直流給電システムの外部との間で通信を行なうことによって、所望の電流値を適宜取得するようにしてもよい。
The control target
制御目標値選択部346は、さらに、電池監視ユニット6から活性化されたシャットダウン予告信号SDNを受けたときには、切替信号を非活性化して切替部342へ出力する。一方、シャットダウン予告信号SDNが非活性化されているときには、制御目標値選択部346は、切替信号を活性化して切替部342へ出力する。
Control target
減算部340は、自経路電流値Isellと電流目標値Isell*との差から電流偏差を演算し、切替部342へ出力する。
The
切替部342は、制御目標値選択部346から出力された切替信号に基づいて、減算部340から受けた電流偏差およびDC/AC変換部30の動作を停止させる停止指令のいずれか一方を選択してスイッチング素子駆動信号生成部344へ出力する。具体的には、切替部342は、切替信号が活性化されているとき、すなわち、シャットダウン予告信号SDNが非活性化されているときには、減算部340から受けた電流偏差を選択してスイッチング素子駆動信号生成部344へ出力する。一方、切替部342は、切替信号が非活性化されているとき、すなわち、シャットダウン予告信号SDNが活性化されているときには、停止指令を選択してスイッチング素子駆動信号生成部344へ出力する。
Based on the switching signal output from control target
スイッチング素子駆動信号生成部344は、少なくとも比例要素(P:proportional element)および積分要素(I:integral element)を含んで構成され、切替部342から電流偏差を受けると、この入力された電流偏差に応じて操作信号を生成する。そして、スイッチング素子駆動信号生成部344は、この操作信号に基づいてDC/AC変換部30のトランジスタQ1〜Q4のオンデューティーを規定するデューティー指令を生成すると、この生成したデューティー指令と搬送波とを比較して、駆動信号DRV1を生成して、DC/AC変換部30を制御する。
The switching element drive
以上のように、シャットダウン予告信号SDNが非活性化されているとき、すなわち、蓄電部3の異常が検知されていないときには、制御部34は、自経路電流値Isellが所定の電流目標値Isell*となるように駆動信号DRV1を生成してDC/AC変換部30を制御する(以下、「電流制御モード」とも称す)。
As described above, when shutdown notice signal SDN is inactivated, that is, when abnormality of power storage unit 3 is not detected,
これに対して、スイッチング素子駆動信号生成部344は、切替部342から停止指令を受けたときには、DC/AC変換部30における電力変換動作を停止させる。具体的には、スイッチング素子駆動信号生成部344は、DC/AC変換部30に含まれるトランジスタQ1〜Q4のゲートを遮断する。したがって、シャットダウン予告信号SDNが活性化されたとき、すなわち、蓄電部3の異常が検知されたときには、DC/AC変換部30は動作を停止する。このとき、DC/AC変換部30は、シャットダウン信号SDが活性化されて蓄電部3と直流バス1との間の電路が遮断されるのに先行して、停止する。
On the other hand, when the switching element drive
再び図1を参照して、AC/DC変換器44は、系統電力40から受ける交流電力を直流電力に変換して直流バス1へ供給する。図5は、図1におけるAC/DC変換器44の概略構成図である。
Referring again to FIG. 1, AC /
図5を参照して、AC/DC変換器44は、整流部52と、昇圧回路50と、制御部54と、直流電圧検出部56と、自経路電流検出部58とを含む。
Referring to FIG. 5, AC /
整流部52は、正母線PLおよび負母線SLの間に直列接続されたダイオードD7およびD8と、正母線PLおよび負母線SLの間に直列接続されたダイオードD9およびD10とを含む。整流部52は、ダイオードD7およびD8の接続点およびダイオードD9およびD10の接続点の間に系統電力40からの交流電力を受け、この交流電力を直流電力に整流する。
昇圧回路50は、制御部54からの駆動信号DRV2に応じて、整流部52からの直流
電力を昇圧する。昇圧回路50は、整流部52の出力端子間に直列接続されたインダクタL1およびスイッチング素子であるトランジスタQ5、ダイオードD5,D6およびインダクタL1からなる昇圧チョッパ回路と、平滑コンデンサC1とを含む。
The
平滑コンデンサC1は、正母線PLと負母線SLとの間に接続され、正母線PLおよび負母線SLの間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。なお、トランジスタQ5として、たとえば、IGBTを用いることができる。または、パワーMOSFET等の電力スイッチング素子を用いてもよい。 Smoothing capacitor C1 is connected between positive bus PL and negative bus SL, and reduces an AC component included in a DC voltage between positive bus PL and negative bus SL. For example, an IGBT can be used as the transistor Q5. Alternatively, a power switching element such as a power MOSFET may be used.
以下、昇圧回路50の昇圧動作について説明する。昇圧動作時においては、制御部54は、トランジスタQ5を所定のデューティー比でオン・オフさせる。トランジスタQ5のオン期間においては、整流部52からインダクタL1およびダイオードD6を順に介して、放電電流が正母線PLへ流れる。同時に、整流部52からインダクタL1、トランジスタQ5および負母線SLを順に介して、ポンプ電流が流れる。インダクタL1は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。続いて、トランジスタQ5がオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタL1は、蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、昇圧回路50から正母線PLおよび負母線SLへ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてインダクタL1に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。
Hereinafter, the boosting operation of the boosting
このような昇圧回路50の昇圧動作を制御するため、制御部54は、トランジスタQ5のオン・オフを制御する駆動信号DRV2を生成する。
In order to control the boosting operation of the
直流電圧検出部56は、正母線PLと負母線SLとの間に接続され、昇圧回路50から直流バス1へ供給される直流電力の電圧値Vdcを検出し、その検出結果を制御部54へ出力する。
DC
自経路電流検出部58は、負母線SLに介挿され、昇圧回路50から直流バス1へ供給される直流電力の電流値(自経路電流値)Ibuyを検出し、その検出結果を制御部54へ出力する。
The own path
制御部54は、直流電圧検出部56から受けた電圧値Vdcと、自経路電流検出部58から受けた自経路電流値Ibuyと、電池監視ユニット6から受けたシャットダウン予告信号SDNとに基づいて、後述する制御構造に従って、トランジスタQ5のオン・オフを制御する駆動信号DRV2を生成し、昇圧回路50を制御する。
Based on the voltage value Vdc received from the DC
図6は、図5における制御部54の制御構造を示す図である。
図6を参照して、制御部54は、減算部540,542と、切替部544と、スイッチング素子駆動信号生成部546と、制御目標値選択部548とを含む。
FIG. 6 is a diagram showing a control structure of the
Referring to FIG. 6,
制御目標値選択部548は、自経路電流値Ibuyの電流目標値Ibuy*を決定する。この電流目標値Ibuy*は、たとえば日時に応じて異なる電流値となるように事前に決定し、図示しない記憶部に格納しておくことができる。あるいは、制御部54と直流給電システムの外部との間で通信を行なうことによって、所望の電流値を適宜取得するようにしてもよい。
The control target
制御目標値選択部548は、さらに、直流電圧値Vdcの電圧目標値Vdc*を決定する。この電圧目標値Vdc*は、たとえば蓄電部3の定格電圧380Vに等しい電圧値となるように事前に決定し、図示しない記憶部に格納しておくことができる。あるいは、制御部54と直流給電システムの外部との間で通信を行なうことによって、所望の電流値を適宜取得するようにしてもよい。
Control target
制御目標値選択部548は、さらに、電池監視ユニット6から活性化されたシャットダウン予告信号SDNを受けたときには、切替信号を非活性化して切替部544へ出力する。一方、シャットダウン予告信号SDNが非活性化されているときには、制御目標値選択部548は、切替信号を活性化して切替部544へ出力する。
Control target
減算部542は、自経路電流値Ibuyと電流目標値Ibuy*との差から電流偏差を演算し、切替部544へ出力する。
The
減算部540は、直流電圧値Vdcと電圧目標値Vdc*との差から電圧偏差を演算し、切替部544へ出力する。
The
切替部544は、制御目標値選択部548から出力された切替信号に基づいて、減算部542から受けた電流偏差および減算部540から受けた電圧偏差のいずれか一方を選択してスイッチング素子駆動信号生成部546へ出力する。具体的には、切替部544は、切替信号が活性化されているときには、減算部542から受けた電流偏差を選択してスイッチング素子駆動信号生成部546へ出力する。一方、切替部544は、切替信号が非活性化されているとき、すなわち、シャットダウン予告信号SDNが活性化されているときには、減算部540から受けた電圧偏差を選択してスイッチング素子駆動信号生成部546へ出力する。
The
スイッチング素子駆動信号生成部546は、少なくとも比例要素および積分要素を含んで構成され、切替部544から電流偏差を受けると、この入力された電流偏差に応じて操作信号を生成する。そして、スイッチング素子駆動信号生成部546は、この操作信号に基づいて昇圧回路50のトランジスタQ5のオンデューティーを規定するデューティー指令を生成すると、この生成したデューティー指令と搬送波とを比較して、駆動信号DRV2を生成して、昇圧回路50を制御する。以上のように、制御部54は、自経路電流値Ibuyが所定の電流目標値Ibuy*となるように駆動信号DRV2を生成して昇圧回路50を制御する(電流制御モード)。
The switching element drive
これに対して、スイッチング素子駆動信号生成部546は、切替部544から電圧偏差を受けると、この入力された電圧偏差に応じて操作信号を生成する。そして、スイッチング素子駆動信号生成部546は、この操作信号に基づいて昇圧回路50のトランジスタQ5のオンデューティーを規定するデューティー指令を生成すると、この生成したデューティー指令と搬送波とを比較して、駆動信号DRV2を生成して、昇圧回路50を制御する。以上のように、制御部54は、直流電圧値Vdcが所定の電圧目標値Vdc*となるように駆動信号DRV2を生成して昇圧回路50を制御する(以下、「電圧制御モード」とも称す)。
On the other hand, when receiving a voltage deviation from the
上述のように、制御部54は、シャットダウン予告信号SDNが非活性化されているとき、すなわち、蓄電部3の異常が検知されていないときには、自経路電流Ibuyが所定の電流目標値Ibuy*となるように駆動信号DRV2を生成して昇圧回路50を制御する(電流制御モード)。そして、シャットダウン予告信号SDNが活性化されたとき、すなわち、蓄電部3の異常が検知されたときには、直流電圧値Vdcが所定の電圧目標値Vdc*となるように駆動信号DRV2を生成して昇圧回路50を制御する(電圧制御モード)。すなわち、蓄電部3の異常が検知されたときには、制御部54は、昇圧回路50について、電流制御モードから電圧制御モードに切換える。なお、この制御モードの切換えは、シャットダウン信号SDが活性化されて蓄電部3と直流バス1との間の電路が遮断されるのに先行して、実行される。
As described above, when the shutdown notice signal SDN is deactivated, that is, when the abnormality of the power storage unit 3 is not detected, the
以下、蓄電部3の異常が検知された場合の直流給電システムの運転制御(異常時運転制御)について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, operation control of the DC power supply system (abnormal operation control) when an abnormality of the power storage unit 3 is detected will be described with reference to the drawings.
(異常時制御)
図7は、電池監視ユニット6(図1)における異常検知時の処理を説明するためのタイミングチャートである。
(Control when abnormal)
FIG. 7 is a timing chart for explaining processing at the time of abnormality detection in the battery monitoring unit 6 (FIG. 1).
電池監視ユニット6は、充放電電流検出部60から入力される充放電電流値Ib、充放電電圧検出部62から入力される充放電電圧値Vbおよび温度検出部64から入力される蓄電池温度Tbに基づいて、蓄電部3の異常診断を実行する。そして、図3に示すように、時刻t1において蓄電部3の異常が検知された場合には、電池監視ユニット6は、シャットダウン予告信号SDNを活性化(論理ハイ)させる。
The battery monitoring unit 6 uses the charge / discharge current value Ib input from the charge / discharge
活性化されたシャットダウン予告信号SDNは、系統電力システム4内のDC/AC変換器42およびAC/DC変換器44へそれぞれ送信される。DC/AC変換器42においては、図3および図4で説明したように、制御部34が、シャットダウン予告信号SDNの活性化に応じて、DC/AC変換器42における電力変換動作を停止させる。
The activated shutdown notice signal SDN is transmitted to the DC /
また、AC/DC変換器44においては、図5および図6で説明したように、制御部54が、シャットダウン予告信号SDNの活性化に応じて、昇圧回路50に対する制御モードを、電流制御モードから電圧制御モードに切換える。
In AC /
続いて、時刻t2から所定期間が経過した時刻t3において、電池監視ユニット6は、シャットダウン信号SDを活性化(論理ハイ)させる。このシャットダウン信号SDの活性化に応じて、スイッチ7によって蓄電部3と直流バス1との間の電路が遮断される。なお、所定期間は、電池監視ユニット6および系統電力システム4の間の通信におけるタイムラグを考慮したものであり、一例として、数ミリ秒〜数秒程度に設定される。この所定期間を設けたことによって、タイムラグの影響を受けることなく、蓄電部3および直流バス1の間の電路が遮断されるよりも前に、確実に昇圧回路50に対する制御モードが切換えられる。
Subsequently, at time t3 when a predetermined period has elapsed from time t2, the battery monitoring unit 6 activates the shutdown signal SD (logic high). In response to the activation of the shutdown signal SD, the switch 7 interrupts the electrical path between the power storage unit 3 and the
すなわち、蓄電部3の異常検知時においては、蓄電部3と直流バス1との間の電路を遮断するのに先行して、系統電力システム4において、DC/AC変換器42を停止するとともに、AC/DC変換器44に対する制御モードを電流制御モードから電圧制御モードに切換える。
That is, at the time of abnormality detection of the power storage unit 3, the DC /
ここで、蓄電部3の異常が検知された場合には、蓄電部3の保護の観点から蓄電部3を直流バス1から遮断させる必要がある一方で、蓄電部3の遮断後においては、負荷変動によって直流バス1の電圧が低下してしまう可能性がある。本実施の形態に従う直流給電システムにおいては、蓄電部3を遮断するのに先行して、DC/AC変換器42の電力変換動作を停止させるとともに、AC/DC変換器44に対して、直流バス1の電圧値Vdcを所定の目標電圧Vdc*に維持するように電圧制御モードによる制御が実行される。そのため、その後に、蓄電部3を直流バス1から遮断したことによって、直流バス1の電圧値が低下するのを抑制することができる。この結果、蓄電部3の異常が検知された後においても、継続して、直流負荷5に直流電力を安定的に供給することが可能となる。
Here, when an abnormality of the power storage unit 3 is detected, it is necessary to disconnect the power storage unit 3 from the
なお、蓄電部3の異常が検知された場合には、電池監視ユニット6は、上記のシャットダウン予告信号SDNを生成するとともに、蓄電部3の異常を報知する構成とすることにより、直流給電システムの使用者または管理者に蓄電部3の異常を知らせることができる。なお、異常を報知する手段としては、異常報知灯を点灯させる、あるいは、警報音を発生させる、という手法が考えられる。あるいは、光、リモコンへの表示、直流負荷5に接続される表示器への表示などの手法を用いることも可能である。
In addition, when the abnormality of the power storage unit 3 is detected, the battery monitoring unit 6 generates the shutdown notice signal SDN and notifies the abnormality of the power storage unit 3 so that the DC power supply system The user or the administrator can be notified of the abnormality of the power storage unit 3. As means for notifying abnormality, a method of turning on an abnormality notification lamp or generating an alarm sound can be considered. Alternatively, it is also possible to use methods such as light, display on a remote controller, display on a display connected to the
なお、本実施の形態においては、一例として、系統電力システム4がDC/AC変換器42およびAC/DC変換器44を備える構成について説明したが、直流バス1から受ける直流電力を交流電力に変換して系統電力へ供給する一方、系統電力からの交流電力を直流電力に変換して直流バス1へ供給することが可能に構成された双方向DC/AC変換器を備える構成とすることも可能である。この場合、双方向DC/AC変換器は、電池監視ユニット6からシャットダウン予告信号SDNを受けると、直流バス1の電圧値Vdcを所定の目標電圧Vdc*に維持するように電圧制御モードによる制御が行なわれる。
In the present embodiment, the configuration in which the grid power system 4 includes the DC /
(変更例)
本発明は、上述した電池監視ユニット6がシャットダウン信号SDおよびシャットダウン予告信号SDNをスイッチ7および系統電力システム4へそれぞれ出力する構成に代えて、シャットダウン予告信号SDNを受けた系統電力システム4がシャットダウン信号SDをスイッチ7へ出力する構成についても適用できる。
(Example of change)
In the present invention, instead of the configuration in which the battery monitoring unit 6 described above outputs the shutdown signal SD and the shutdown warning signal SDN to the switch 7 and the grid power system 4 respectively, the grid power system 4 that has received the shutdown warning signal SDN receives the shutdown signal. The present invention can also be applied to a configuration that outputs SD to the switch 7.
図8は、本発明の実施の形態の変更例に従う直流給電システムの全体の構成を概略的に示す図である。 FIG. 8 is a diagram schematically showing an overall configuration of a DC power feeding system according to a modification of the embodiment of the present invention.
図8を参照して、直流給電システムは、図1に示す直流給電システムにおいて、電池監視ユニット6からスイッチ7へシャットダウン信号SDを出力する構成に代えて、系統電力システム4からシャットダウン信号SDをスイッチ7へ出力する構成としたものである。 Referring to FIG. 8, the DC power supply system switches the shutdown signal SD from the grid power system 4 to the DC power supply system shown in FIG. 1, instead of the configuration in which the shutdown signal SD is output from the battery monitoring unit 6 to the switch 7. 7 is configured to output to 7.
具体的には、電池監視ユニット6は、蓄電部3の異常が検知された場合には、シャットダウン予告信号SDNを活性化する。この活性化されたシャットダウン予告信号SDNは、系統電力システム4内のDC/AC変換器42およびAC/DC変換器44へ送信される。これにより、DC/AC変換器42においては、制御部34は、シャットダウン予告信号SDNを受けると、DC/AC変換部30における電力変換動作を停止する。また、AC/DC変換器44においては、制御部54は、シャットダウン予告信号SDNを受けると、昇圧回路50について、電流制御モードから電圧制御モードに切換える。
Specifically, battery monitoring unit 6 activates shutdown notice signal SDN when an abnormality of power storage unit 3 is detected. The activated shutdown notice signal SDN is transmitted to the DC /
そして、DC/AC変換器42およびAC/DC変換器44の各々において上記の処理が完了すると、系統電力システム4は、シャットダウン信号SDを活性化(遮断指令)してスイッチ7へ出力する。したがって、このシャットダウン信号SDの活性化に応じて、スイッチ7によって蓄電部3と直流バス1との間の電路が遮断される。
When the above processing is completed in each of the DC /
その他については、上述した実施の形態についての記載と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。 Since others are the same as those described in the above embodiment, detailed description will not be repeated.
本発明の実施の形態の変更例によれば、蓄電部3の異常が検知された場合には、系統電力システム4が、DC/AC変換器42の電力変換動作を停止させる一方、AC/DC変換器44に対して、直流バス1の電圧値Vdcを所定の目標電圧Vdc*に維持するように電圧制御モードによる制御を行ない、その後に、蓄電部3を直流バス1から遮断させる。したがって、上述の本発明の実施の形態における効果と同様の効果を発揮させることができる。さらに、本変更例において、シャットダウン信号SDは、系統電力システム4によって、AC/DC変換器44に対する制御モードを電圧制御モードに切換えた後に活性化されるため、直流バス1の電圧値Vdcの安定度を向上することができる。この結果、蓄電部3の異常が検知された後においても、継続して、直流負荷5に直流電力を安定的に供給することが可能となる。
According to the modification of the embodiment of the present invention, when the abnormality of the power storage unit 3 is detected, the grid power system 4 stops the power conversion operation of the DC /
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
1 直流バス、3 蓄電部、4 系統電力システム、5 直流負荷、6 電池監視ユニット、7 スイッチ、30 DC/AC変換部、32 連系リアクトル、34 制御部
、36,56 直流電圧検出部、38,58 自経路電流検出部、40 系統電力、42 DC/AC変換器、44 AC/DC変換器、50 昇圧回路、52 整流部、54 制御部、340,540,542 減算部、342,544 切替部、344,546 スイッチング素子駆動信号生成部、346,548 制御目標値選択部、C1 平滑コンデンサ、D1〜D9 ダイオード、PL 正母線、SL 負母線、Q1〜Q5 トランジスタ。
1 DC bus, 3 power storage unit, 4 grid power system, 5 DC load, 6 battery monitoring unit, 7 switch, 30 DC / AC conversion unit, 32 interconnection reactor, 34 control unit, 36, 56 DC voltage detection unit, 38 58, self-path current detection unit, 40 system power, 42 DC / AC converter, 44 AC / DC converter, 50 booster circuit, 52 rectifier unit, 54 control unit, 340, 540, 542 subtraction unit, 342, 544 switching Unit, 344, 546 switching element drive signal generation unit, 346, 548 control target value selection unit, C1 smoothing capacitor, D1-D9 diode, PL positive bus, SL negative bus, Q1-Q5 transistor.
Claims (5)
前記直流バスからの直流電力を交流電力に変換して前記系統電力へ供給する直流/交流変換部と、
前記系統電力からの交流電力を直流電力に変換して前記直流バスへ供給する交流/直流変換部と、
前記蓄電部が正常であるときには、前記直流/交流変換部を、自経路の電流値が電流目標値になるように制御する電流制御モードに設定する一方、前記蓄電部の異常が検知されたときには、前記直流/交流変換部の電力変換動作を停止させる第1の電力変換制御手段と、
前記蓄電部が正常であるときには、前記交流/直流変換部を前記電流制御モードに設定する一方、前記蓄電部の異常が検知されたときには、前記交流/直流変換部を、前記直流バスの電圧が電圧目標値になるように制御する電圧制御モードに設定する第2の電力変換制御手段とを備える、電力変換装置。 A power conversion device connected to a DC bus disposed between a power storage unit and system power,
A DC / AC converter that converts DC power from the DC bus into AC power and supplies the AC power;
An AC / DC converter that converts AC power from the grid power to DC power and supplies the DC bus;
When the power storage unit is normal, the DC / AC conversion unit is set to a current control mode for controlling the current value of its own path to be a current target value, while when an abnormality of the power storage unit is detected First power conversion control means for stopping the power conversion operation of the DC / AC converter,
When the power storage unit is normal, the AC / DC conversion unit is set to the current control mode. On the other hand, when an abnormality of the power storage unit is detected, the AC / DC conversion unit is connected to the DC bus voltage. A power conversion device comprising: a second power conversion control unit that sets a voltage control mode for controlling the voltage target value.
前記蓄電部の異常が検知されたときには、前記第1の電力変換制御手段による前記直流/交流変換部の電力変換動作の停止後であって、かつ、前記第2の電力変換制御手段による前記電圧制御モードの設定後に、前記電源遮断手段に前記蓄電部の遮断指令を出力する、請求項1に記載の電力変換装置。 The DC bus includes a switch for connecting / disconnecting between the DC bus and the power storage unit, and a power shut-off means for disconnecting the power storage unit from the DC bus by the switch,
When the abnormality of the power storage unit is detected, the voltage after the power conversion operation of the DC / AC conversion unit by the first power conversion control unit is stopped and the voltage by the second power conversion control unit The power conversion device according to claim 1, wherein after the control mode is set, an instruction to shut off the power storage unit is output to the power shutoff unit.
前記第1の電力変換制御手段は、前記蓄電部の異常情報を受信したときに、前記直流/交流変換部の電力変換動作を停止させ、
前記第2の電力変換制御手段は、前記蓄電部の異常情報を受信したときに、前記交流/直流変換部を前記電圧制御モードに設定する、請求項1または2に記載の電力変換装置。 The power conversion device is configured to be capable of receiving abnormality information of the power storage unit from a power storage unit monitoring unit for detecting abnormality of the power storage unit,
The first power conversion control means stops the power conversion operation of the DC / AC converter when receiving abnormality information of the power storage unit,
3. The power conversion device according to claim 1, wherein the second power conversion control unit sets the AC / DC conversion unit to the voltage control mode when the abnormality information of the power storage unit is received.
前記直流バスおよび前記系統電力の間で双方向の電力変換を行なう電力変換部と、
前記蓄電部が正常であるときには、前記電力変換部を、自経路の電流値が電流目標値になるように制御する電流制御モードに設定する一方、前記蓄電部の異常が検知されたときには、前記電力変換部を、前記直流バスの電圧が電圧目標値になるように制御する電圧制御モードに設定する制御部とを備える、電力変換装置。 A power conversion device connected to a DC bus disposed between a power storage unit and system power,
A power converter that performs bidirectional power conversion between the DC bus and the grid power;
When the power storage unit is normal, the power conversion unit is set to a current control mode for controlling the current value of the own path to be a current target value, while when an abnormality of the power storage unit is detected, And a control unit that sets the power conversion unit in a voltage control mode that controls the voltage of the DC bus to be a voltage target value.
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