JP7020824B2 - Battery converter and three-phase power storage system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池パネル、バッテリー及び電源により三相電力を蓄電する三相蓄電システムに用いるバッテリー用コンバータ、及び三相蓄電システムに関する。 The present invention relates to a solar cell panel, a battery converter used in a three-phase power storage system that stores three-phase power by a battery and a power source, and a three-phase power storage system.
従来、太陽電池パネルにて発電した電力を効率的に取り出す太陽光発電システムが知られている(例えば特許文献1を参照)。この太陽光発電システムは、太陽電池パネルにて発電した電力を商用電源へ系統連携させるシステムである。 Conventionally, a photovoltaic power generation system for efficiently extracting electric power generated by a solar cell panel is known (see, for example, Patent Document 1). This photovoltaic power generation system is a system that links the power generated by the solar cell panel to a commercial power source.
また、このような太陽光発電システムに、さらにバッテリーを追加することにより、一層安定かつ効率的な電力供給を実現するシステム(三相蓄電システム)が構成される。この三相蓄電システムにより、電力が電源系統の負荷へ供給されると共に、バッテリーに蓄電される。 Further, by adding a battery to such a photovoltaic power generation system, a system (three-phase power storage system) that realizes more stable and efficient power supply is configured. By this three-phase power storage system, electric power is supplied to the load of the power supply system and is stored in the battery.
図5は、従来の三相蓄電システムの構成例を示す概略図である。この三相蓄電システムは、電源100、PVパネル(太陽電池パネル)101、バッテリー102、負荷103、主幹制御装置110、DC/AC(直流/交流)コンバータ111、PV(太陽電池)/DCコンバータ(太陽電池用コンバータ)112及びBM(バッテリー管理)/DCコンバータ(バッテリー用コンバータ)113を備えて構成される。三相蓄電システムは、電源100からの電力に加え、PVパネル101にて発電した電力及びバッテリー102からの電力を負荷103へ供給するための電力調整の制御を行う。また、三相蓄電システムは、電源100からの電力及びPVパネル101にて発電した電力により、バッテリー102を充電する制御を行う。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional three-phase power storage system. This three-phase power storage system includes a power supply 100, a PV panel (solar cell panel) 101, a
主幹制御装置110は、DC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ112及びBM/DCコンバータ113を統括制御し、前述の制御のために必要な指示を出力する。
The
DC/ACコンバータ111は、電源系統と、当該DC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ112及びBM/DCコンバータ113間の接続箇所であるリンクとの間で電力変換の制御を行う。DC/ACコンバータ111は、主幹制御装置110からリンク電圧指令等の指示を入力し、リンク電圧指令とリンク電圧との間の偏差が0となるように指令を生成し、当該指令に基づいて、電源系統からリンク側へのAC/DCの電力変換、またはその逆方向のDC/ACの電力変換を行う。リンク電圧は、DC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ112及びBM/DCコンバータ113間の電圧である。
The DC /
PV/DCコンバータ112は、PVパネル101の発電を制御する。具体的には、PV/DCコンバータ112は、PVパネル101の発電を効率的に行うために、PVパネル101の出力電圧を制御して最適な電力制御を行う。PV/DCコンバータ112は、主幹制御装置110から動作開始電圧等の指示を入力し、PVパネル101側の電圧(PV電圧)及び電流(PV電流)からPV電力を算出し、動作開始電圧、PV電力等を用いてMPPT制御(Maximum Power Point Tracking:最大電力点追従制御)を行い、制御電圧を算出する。そして、PV/DCコンバータ112は、制御電圧とPV電圧との間の偏差が0となるように電流指令を生成し、電流指令とリンク電流との間の偏差が0となるように指令を生成し、当該指令に基づいてDC/DCの電力変換を行う。
The PV /
PV電圧は、PVパネル101及びPV/DCコンバータ112間の電圧であり、PV電流は、PVパネル101及びPV/DCコンバータ112間を流れる電流である。リンク電流は、PV/DCコンバータ112からDC/ACコンバータ111及びBM/DCコンバータ113へ流れる電流である。
The PV voltage is the voltage between the
また、PV/DCコンバータ112は、リンク電圧が予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、PVパネル101の発電を抑える。
Further, the PV /
BM/DCコンバータ113は、バッテリー102の充電及び放電を制御する。BM/DCコンバータ113は、主幹制御装置110から充電/放電指令、BAT(バッテリー)電流指令等の指示を入力する。BM/DCコンバータ113は、BAT電流指令とバッテリー102側の電流(BAT電流)との間の偏差が0となるように指令を生成し、当該指令に基づいて、充電または放電のためのDC/DCの電力変換を行う。BAT電圧は、バッテリー102の電圧であり、BAT電流は、バッテリー102に流れる電流である。
The BM / DC converter 113 controls charging and discharging of the
ここで、図5に示した三相蓄電システムの運転モードには、主に通常運転と自立運転とがある。通常運転は、電源100が動作している状態において、電源100からの電力及びPVパネル101にて発電した電力を負荷103へ供給しながら、バッテリー102を充電する運転モードである。自立運転は、電源100が動作していない状態において、PVパネル101からの電力及びバッテリー102からの電力を負荷103へ供給する運転モードである。電源100から電力が供給されている状態では通常運転が行われ、電源100からの電力の供給が停止すると、通常運転から自立運転に切り替わる。
Here, the operation modes of the three-phase power storage system shown in FIG. 5 mainly include normal operation and independent operation. The normal operation is an operation mode in which the
図5に示した従来の三相蓄電システムでは、通常運転時に、DC/ACコンバータ111によりリンク電圧が制御される。しかしながら、電源100からの電力の供給が停止し、運転モードが通常運転から自立運転に切り替わると、DC/ACコンバータ111は、リンク電圧を制御することができなくなる。このときのリンク電圧は、PVパネル101及びバッテリー102からの電力に依存し、負荷103に応じて変動することとなり、不安定になる。
In the conventional three-phase power storage system shown in FIG. 5, the link voltage is controlled by the DC /
これは、DC/ACコンバータ111により、リンク電圧指令とリンク電圧との間の偏差が0となるように指令は生成されるが、電源100から電力が供給されないため、当該指令に基づいた電力変換が行われないからである。
This is because the DC /
自立運転時には、PVパネル101にて発電した電力が、PV/DCコンバータ112及びDC/ACコンバータ111を介して負荷103へ供給される。そして、リンク電圧が高くなり所定値を超えると、前述のとおり、PV/DCコンバータ112は、PVパネル101の発電を抑える。
During the self-sustained operation, the electric power generated by the
このように、従来の三相蓄電システムでは、自立運転時にリンク電圧が高くなり所定値を超えると、PVパネル101から供給可能な電力が存在するにもかかわらず、その電力の供給を強制的に抑えてしまい、電力が有効に利用されていないという問題があった。
As described above, in the conventional three-phase power storage system, when the link voltage becomes high during self-sustaining operation and exceeds a predetermined value, the power supply is forcibly supplied even though the power that can be supplied from the
このため、自立運転時のPVパネル101からの余剰電力を無駄にすることなく、有効に利用することが所望されていた。例えば、この余剰電力を用いてバッテリー102を充電することができれば、余剰電力の有効利用だけでなく、バッテリー102の発電量を増加させ、三相蓄電システム全体として電力供給の安定化を図ることができる。
Therefore, it has been desired to effectively utilize the surplus power from the
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、自立運転時に、太陽電池パネルの電力を用いてバッテリーを充電することで、電力の有効利用を可能とするバッテリー用コンバータ及び三相蓄電システムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is a battery that enables effective use of electric power by charging the battery using the electric power of the solar cell panel during independent operation. The purpose of the present invention is to provide a converter and a three-phase power storage system.
前記課題を解決するために、請求項1のバッテリー用コンバータは、太陽電池パネルの発電を制御する太陽電池用コンバータ、バッテリーの充電及び放電を制御するバッテリー用コンバータ、前記太陽電池用コンバータ及び前記バッテリー用コンバータが接続されたリンクの直流電力と電源の交流電力との間の電力変換を制御するDC/AC(直流/交流)コンバータ、及び、前記太陽電池用コンバータ、前記バッテリー用コンバータ及び前記DC/ACコンバータへ所定の指示を出力する主幹制御装置を備え、前記電源からの電力及び前記太陽電池パネルからの電力を負荷へ供給し、前記バッテリーを充電する通常運転の運転モード、または、前記電源が動作しておらず、前記太陽電池パネルからの電力及び前記バッテリーからの電力を前記負荷へ供給する自立運転の運転モードで動作する三相蓄電システムに用いる前記バッテリー用コンバータにおいて、電圧検出器により検出された前記リンクの電圧であるリンク電圧が予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、前記リンク最大電圧と前記リンク電圧との間の偏差に応じて下降指令を生成し、前記運転モードが前記通常運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれる第1の電流指令から前記下降指令を減算して新たな第1の電流指令を生成し、当該新たな第1の電流指令と、電流検出器により検出された前記バッテリーに流れるバッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行い、前記運転モードが前記自立運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれるリンク電圧指令と、前記リンク電圧との間の偏差が0となるように、第2の電流指令を生成し、前記第2の電流指令から前記下降指令を減算して新たな第2の電流指令を生成し、当該新たな第2の電流指令と前記バッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行う、ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the battery converter according to
さらに、請求項2の三相蓄電システムは、太陽電池パネルの発電を制御する太陽電池用コンバータ、バッテリーの充電及び放電を制御するバッテリー用コンバータ、前記太陽電池用コンバータ及び前記バッテリー用コンバータが接続されたリンクの直流電力と電源の交流電力との間の電力変換を制御するDC/AC(直流/交流)コンバータ、及び、前記太陽電池用コンバータ、前記バッテリー用コンバータ及び前記DC/ACコンバータへ所定の指示を出力する主幹制御装置を備え、前記電源からの電力及び前記太陽電池パネルからの電力を負荷へ供給し、前記バッテリーを充電する通常運転の運転モード、または、前記電源が動作しておらず、前記太陽電池パネルからの電力及び前記バッテリーからの電力を前記負荷へ供給する自立運転の運転モードで動作する三相蓄電システムにおいて、前記バッテリー用コンバータが、前記運転モードが前記通常運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれる第1の電流指令と、電流検出器により検出された前記バッテリーに流れるバッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行い、前記運転モードが前記自立運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれるリンク電圧指令と、電圧検出器により検出された前記リンクの電圧であるリンク電圧との間の偏差が0となるように、第2の電流指令を生成し、当該第2の電流指令と前記バッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行い、前記太陽電池用コンバータが、前記太陽電池パネルの出力電力が最大となる動作点を制御電圧に基づいて追従させるMPPT制御により、前記制御電圧と、電圧検出器により検出された前記太陽電池パネルの電圧との間の偏差が0となるように、電流指令を生成し、当該電流指令と、電流検出器により検出された、前記DC/ACコンバータ及び前記バッテリー用コンバータへ流れる電流との間の偏差が0となるように、指令を生成し、当該指令に基づいて、前記太陽電池パネルの発電を制御し、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれるリンク電圧指令が、予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、前記MPPT制御による追従の処理を保持して前記制御電圧を上昇させることで、前記太陽電池パネルの発電を抑える、ことを特徴とする。
Further, the three-phase power storage system according to
以上のように、本発明によれば、自立運転時に、太陽電池パネルの電力を用いてバッテリーを充電することで、電力の有効利用が可能となる。 As described above, according to the present invention, the electric power can be effectively used by charging the battery using the electric power of the solar cell panel during the self-sustained operation.
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、三相蓄電システムにおいて、通常運転から自立運転に切り替わると、DC/ACコンバータに代わりBM/DCコンバータ(バッテリー用コンバータ)がリンク電圧を制御することを特徴とする。BM/DCコンバータは、通常運転から自立運転に切り替わると、バッテリー側の電流制御からリンク側のリンク電圧制御に切り替える。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is characterized in that, in a three-phase power storage system, when switching from normal operation to independent operation, a BM / DC converter (battery converter) controls the link voltage instead of the DC / AC converter. When the BM / DC converter switches from normal operation to independent operation, the BM / DC converter switches from current control on the battery side to link voltage control on the link side.
これにより、自立運転時に、リンク電圧を安定化することができる。また、太陽電池パネルが発電してリンク電圧が上昇すると、バッテリーを充電することができ、余剰電力を有効に利用することができる。 This makes it possible to stabilize the link voltage during independent operation. Further, when the solar cell panel generates electricity and the link voltage rises, the battery can be charged and the surplus power can be effectively used.
〔三相蓄電システム〕
まず、三相蓄電システムについて説明する。図1は、本発明の実施形態によるBM/DCコンバータを含む三相蓄電システムの全体構成例を示す概略図である。この三相蓄電システムは、電源100、PVパネル101、バッテリー102、負荷103、主幹制御装置1、DC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ2及びBM/DCコンバータ3を備えて構成される。
[Three-phase power storage system]
First, a three-phase power storage system will be described. FIG. 1 is a schematic view showing an overall configuration example of a three-phase power storage system including a BM / DC converter according to an embodiment of the present invention. This three-phase power storage system includes a power supply 100, a
三相蓄電システムは、図5にて説明したとおり、電源100からの電力に加え、PVパネル101からの電力及びバッテリー102からの電力を負荷103へ供給するための電力調整の制御を行う。また、三相蓄電システムは、電源100からの電力及びPVパネル101からの電力によりバッテリー102を充電する制御を行う。三相蓄電システムによる電力調整の制御において、DC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ2及びBM/DCコンバータ3間のリンク電圧が制御される。
As described with reference to FIG. 5, the three-phase power storage system controls power adjustment for supplying power from the
図2は、図1に示す三相蓄電システムによるリンク電圧制御の主体を説明する図である。運転モードが通常運転の場合(ステップS201:通常運転)、DC/ACコンバータ111によるリンク電圧制御が行われる(ステップS202)。一方、運転モードが自立運転の場合(ステップS201:自立運転)、BM/DCコンバータ3によるリンク電圧制御が行われる(ステップS203)。 FIG. 2 is a diagram illustrating a main body of link voltage control by the three-phase power storage system shown in FIG. When the operation mode is normal operation (step S201: normal operation), the link voltage is controlled by the DC / AC converter 111 (step S202). On the other hand, when the operation mode is independent operation (step S201: independent operation), the link voltage is controlled by the BM / DC converter 3 (step S203).
図1に戻って、主幹制御装置1は、DC/ACコンバータ111と、PV/DCコンバータ2と、BM/DCコンバータ3との間で情報の受け渡しを行い、これらを統括制御する。主幹制御装置1は、運転モード(通常運転/自立運転)、リンク電圧指令等の各種指示をDC/ACコンバータ111へ出力し、運転モード、動作開始電圧等の各種指示をPV/DCコンバータ2へ出力する。また、主幹制御装置1は、運転モード、BAT電流指令(通常運転時の指令)、リンク電圧指令(自立運転時の指令)、充電指令、放電指令、充電禁止、放電禁止等の各種指示をBM/DCコンバータ3へ出力する。
Returning to FIG. 1, the
DC/ACコンバータ111は、図5に示したDC/ACコンバータ111と同様に、電源系統とPV/DCコンバータ2及びBM/DCコンバータ3が接続されたリンクとの間で電力変換の制御を行う。DC/ACコンバータ111は、主幹制御装置110から運転モード、リンク電圧指令等の指示を入力すると共に、電圧検出器120からリンク電圧FB(フィードバック)を入力する。そして、DC/ACコンバータ111は、リンク電圧指令とリンク電圧FBとの間の偏差が0となるように、PI制御にて指令を生成し、当該指令に基づいてDC/ACまたはAC/DCの電力変換を行う。
Similar to the DC /
PV/DCコンバータ2は、図5に示したPV/DCコンバータ112と同様に、PVパネル101の発電を制御する。PV/DCコンバータ2は、主幹制御装置110から運転モード、動作開始電圧等の指示を入力すると共に、電圧検出器120からリンク電圧FBを入力する。また、PV/DCコンバータ2は、電圧検出器121からPV電圧FBを、電流検出器122からPV電流FBを、電流検出器122’からPV電流FB’を入力する。PV電圧FBは、PVパネル101の出力電圧であり、PV電流FBは、PVパネル101の出力電流である。PV電流FB’は、当該PV/DCコンバータ2からDC/ACコンバータ111及びBM/DCコンバータ3へ流れるリンク電流である。
The PV /
PV/DCコンバータ2は、PV電圧FB及びPV電流FBからPV電力を算出し、動作開始電圧、PV電力等を用いてMPPT(Maximum Power Point Tracking:最大電力点追従制御)制御を行う。MPPT制御は、PVパネル101の出力電力が最大となる動作点を、基準電圧に操作電圧を加算して得られる制御電圧に基づいて追従させる制御である。尚、MPPT制御は既知であり、詳細については特許文献1を参照されたい。
The PV /
具体的には、PV/DCコンバータ2は、PV電流FB及びPV電圧FBから算出したPV電力に基づいて、操作電圧をシフトさせる操作方向を決定し、シフト後の操作電圧を決定し、所定の基準電圧に、シフト後の操作電圧を加算して制御電圧を決定する。そして、PV/DCコンバータ2は、制御電圧とPV電圧FBとの間の偏差が0となるように、PI制御にて電流指令を生成する。PV/DCコンバータ2は、電流指令とPV電流FB’との間の偏差が0となるように、PI制御にて指令を生成し、当該指令に基づいてDC/DCの電力変換を行う。これにより、PVパネル101の出力電圧であるPV電圧FBは、MPPT制御された制御電圧と一致するように制御される。
Specifically, the PV /
また、PV/DCコンバータ2は、リンク電圧FBが予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、操作電圧をシフトさせる操作方向の決定処理及び操作電圧の決定処理を停止することで、MPPT制御による追従の処理を保持し、制御電圧を上昇させる。これにより、PV/DCコンバータ2の端子電圧が上昇し、PVパネル101からの電力の供給を抑えることができ、上昇したリンク電圧FBを低下させることができる。
Further, when the link voltage FB exceeds the preset link maximum voltage, the PV /
BM/DCコンバータ3は、バッテリー102の充電及び放電を制御する。BM/DCコンバータ3は、主幹制御装置1から運転モード、BAT電流指令、リンク電圧指令、充電指令、放電指令、充電禁止、放電禁止等の各種指示を入力する。また、BM/DCコンバータ3は、電圧検出器120からリンク電圧FBを、電圧検出器123からBAT電圧FBを、電流検出器124からBAT電流FBをそれぞれ入力する。BAT電圧は、バッテリー102の電圧であり、BAT電流は、バッテリー102に流れる電流である。
The BM /
BM/DCコンバータ3は、運転モードが通常運転の場合、主幹制御装置1から入力したBAT電流指令を用いて、バッテリー102の電流を制御することで、放電指令または充電指令に従い、バッテリー102の充電または放電を行う。一方、BM/DCコンバータ3は、運転モードが自立運転の場合、主幹制御装置1から入力したリンク電圧指令を用いて、リンク電圧を制御することで、放電指令または充電指令に従い、バッテリー102の充電及び放電を行う。
When the operation mode is normal operation, the BM /
具体的には、BM/DCコンバータ3は、通常運転時に、BAT電流指令とBAT電流FBとの間の偏差が0となるように、PI制御にて指令を生成し、当該指令に基づいてDC/DCの電力変換を行う。
Specifically, the BM /
一方、BM/DCコンバータ3は、自立運転時に、リンク電圧指令とリンク電圧FBとの間の偏差が0となるように、PI制御にて電流指令を生成する。そして、BM/DCコンバータ3は、電流指令とBAT電流FBとの間の偏差が0となるように、PI制御にて指令を生成し、当該指令に基づいてDC/DCの電力変換を行う。
On the other hand, the BM /
これにより、自立運転時に、PVパネル101が発電してリンク電圧が上昇すると、バッテリー102が放電動作から充電動作へ移行し、バッテリー102を充電することができる。
As a result, when the
また、BM/DCコンバータ3は、通常運転時または自立運転時に、リンク電圧FBが予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、通常運転時のBAT電流指令または自立運転時の電流指令が小さくなるように設定する。例えば、自立運転時に、バッテリー102の充電が完了すると、BM/DCコンバータ3によるリンク電圧制御が不能となり、リンク電圧FBが上昇して予め設定されたリンク最大電圧を超えることとなり得る。この場合、通常運転時のBAT電流指令または自立運転時の電流指令は、その値が小さくなるように設定される。
Further, in the BM /
これにより、リンク電圧が上昇してリンク最大電圧を超えた場合、BAT電流指令または電流指令が絞り込まれるから、バッテリー102に流れ込む電流を小さくすることができ、バッテリー102の充電を停止することができる。
As a result, when the link voltage rises and exceeds the link maximum voltage, the BAT current command or the current command is narrowed down, so that the current flowing into the
電圧検出器120は、DC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ2及びBM/DCコンバータ3間のDC電圧をリンク電圧として検出し、リンク電圧をDC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ2及びBM/DCコンバータ3へ出力する。
The
電圧検出器121は、PVパネル101の出力電圧をPV電圧FBとして検出し、PV電圧FBをPV/DCコンバータ2へ出力する。電流検出器122は、PVパネル101の出力電流をPV電流FBとして検出し、PV電流FBをPV/DCコンバータ2へ出力する。電流検出器122’は、PV/DCコンバータ2からDC/ACコンバータ111及びBM/DCコンバータ3へ流れる電流をPV電流FB’として検出し、PV電流FB’をPV/DCコンバータ2へ出力する。
The
電圧検出器123は、バッテリー102の電圧をBAT電圧FBとして検出し、BAT電圧FBをBM/DCコンバータ3へ出力する。電流検出器124は、バッテリー102に流れる電流をBAT電流FBとして検出し、BAT電流FBをBM/DCコンバータ3へ出力する。
The
〔BM/DCコンバータ3〕
次に、図1に示したBM/DCコンバータ3について説明する。図3は、BM/DCコンバータ3の構成例を示すブロック図である。このBM/DCコンバータ3は、選択器10,18,19、減算器11,13,15,16、制御器12,14,17、リミッタ20及びパワー部21を備えている。
[BM / DC converter 3]
Next, the BM /
選択器10は、制御器14から電流指令を入力すると共に、主幹制御装置1からBAT電流指令を入力し、さらに主幹制御装置1から運転モードを入力する。制御器14から入力する電流指令は、後述するように、リンク電圧指令とリンク電圧FBとの間の偏差が0となるように生成された指令である。
The
選択器10は、運転モードが通常運転の場合、主幹制御装置1から入力したBAT電流指令を選択し、運転モードが自立運転の場合、制御器14から入力した電流指令を選択する。そして、選択器10は、選択したBAT電流指令または電流指令を減算器15に出力する。
The
減算器11は、予め設定されたリンク最大電圧を入力すると共に、電圧検出器120からリンク電圧FBを入力し、リンク最大電圧からリンク電圧FBを減算し、減算結果のリンク最大電圧偏差を制御器12に出力する。
The
制御器12は、減算器11からリンク最大電圧偏差を入力し、リンク最大電圧偏差が0となるように、PI制御にて下降指令を生成し、下降指令を減算器15に出力する。
The
具体的には、制御器12は、リンク最大電圧偏差が0以下の場合、すなわちリンク電圧FBがリンク最大電圧以下の場合(リンク電圧FB≦リンク最大電圧の場合)、0の下降指令を生成する。一方、制御器12は、リンク最大電圧偏差が0を超えている場合、すなわちリンク電圧FBがリンク最大電圧よりも大きい場合(リンク電圧FB>リンク最大電圧の場合)、当該リンク最大電圧偏差に基づいたプラスの下降指令を生成する。
Specifically, the
これにより、リンク電圧FBが上昇してリンク最大電圧を超えた場合、プラスの下降指令が生成され、後段の減算器15の出力信号である電流指令を小さくすることができ、放電を抑えることができる。また、充電時には、バッテリー102に流れ込む電流を小さくすることができ、バッテリー102の充電を停止することができる。
As a result, when the link voltage FB rises and exceeds the link maximum voltage, a positive falling command is generated, the current command which is the output signal of the
ここで、リンク電圧FBが上昇してリンク最大電圧を超えた場合には、図1に示したPV/DCコンバータ2において、前述したとおり、上昇したリンク電圧FBを低下させるための処理が行われる。すなわち、PV/DCコンバータ2は、リンク電圧FBがリンク最大電圧よりも超えた場合、MPPT制御を停止し、制御電圧を上昇させることで、PV/DCコンバータ2の端子電圧が上昇し、PVパネル101からの電力の供給を抑える。
Here, when the link voltage FB rises and exceeds the link maximum voltage, the PV /
したがって、リンク電圧FBが上昇してリンク最大電圧を超えた場合、BM/DCコンバータ3により、バッテリー102の充電を停止することができる。また、PV/DCコンバータ2により、PVパネル101の発電を抑え、上昇したリンク電圧FBを低下させることができる。
Therefore, when the link voltage FB rises and exceeds the link maximum voltage, the BM /
図3に戻って、減算器13は、主幹制御装置1からリンク電圧指令を入力すると共に、電圧検出器120からリンク電圧FBを入力し、リンク電圧指令からリンク電圧FBを減算し、減算結果のリンク電圧偏差を制御器14に出力する。
Returning to FIG. 3, the
制御器14は、減算器13からリンク電圧偏差を入力し、リンク電圧偏差が0となるように、PI制御にて電流指令を生成し、電流指令を選択器10に出力する。これにより、自立運転時の電流指令が生成される。
The
減算器15は、選択器10から通常運転時のBAT電流指令または自立運転時の電流指令を入力すると共に、制御器12から下降指令を入力する。そして、減算器15は、BAT電流指令または電流指令から下降指令を減算し、減算結果のBAT電流指令または電流指令を減算器16に出力する。
The
これにより、リンク電圧FBがリンク最大電圧を超えていない場合、減算器15には0の下降指令が入力されるから、減算器15は、入力したBAT電流指令または電流指令をそのまま出力する。一方、リンク電圧FBが上昇してリンク最大電圧を超えた場合、減算器15にはプラスの下降指令が入力されるから、減算器15は、入力したBAT電流指令または電流指令よりも小さいBAT電流指令または電流指令を出力する。
As a result, when the link voltage FB does not exceed the link maximum voltage, a downward command of 0 is input to the
減算器16は、減算器15から通常運転時のBAT電流指令または自立運転時の電流指令を入力すると共に、電流検出器124からBAT電流FBを入力する。そして、減算器16は、BAT電流指令または電流指令からBAT電流FBを減算し、減算結果のBAT電流偏差を制御器17に出力する。
The
制御器17は、減算器16からBAT電流偏差を入力し、BAT電流偏差が0となるように、PI制御にて指令を生成し、指令をリミッタ20に出力する。
The
選択器18は、0のデータ及び予め設定されたプラス側電流制限(プラスの値)を入力すると共に、主幹制御装置1から充電禁止の指示を入力する。そして、選択器18は、充電禁止の指示がオンの場合、0のデータを選択し、充電禁止の指示がオフの場合、予め設定されたプラス側電流制限を選択する。選択器18は、選択した0のデータまたはプラス側電流制限を充電制限値としてリミッタ20に出力する。
The
選択器19は、0のデータ及び予め設定されたマイナス側電流制限(マイナスの値)を入力すると共に、主幹制御装置1から放電禁止の指示を入力する。そして、選択器19は、放電禁止の指示がオンの場合、0のデータを選択し、放電禁止の指示がオフの場合、予め設定されたマイナス側電流制限を選択する。選択器19は、選択した0のデータまたはマイナス側電流制限を放電制限値としてリミッタ20に出力する。
The
リミッタ20は、制御器17から指令を入力すると共に、選択器18から充電制限値(0またはプラスの値)を、選択器19から放電制限値(0またはマイナスの値)を入力する。そして、リミッタ20は、指令に上下限の制限を加え、上下限を制限した指令をパワー部21に出力する。
The
具体的には、リミッタ20は、充電時において、主幹制御装置1からの充電禁止の指示がオフの場合、指令が充電制限値以下のとき、入力した指令をそのまま出力し、指令が充電制限値を上回るとき、充電制限値を指令に設定して出力する。また、リミッタ20は、充電時において、主幹制御装置1からの充電禁止の指示がオンの場合、指令を充電制限値である0に設定して出力する。これにより、充電禁止の指示がオンの場合、バッテリー102の充電を停止することができる。
Specifically, the
一方、リミッタ20は、放電時において、主幹制御装置1からの放電禁止の指示がオフの場合、指令(放電時の指令はマイナスの指令)が放電制限値(マイナスの値)以上のとき、入力した指令をそのまま出力し、指令が放電制限値を下回るとき、放電制限値を指令に設定して出力する。また、リミッタ20は、放電時において、主幹制御装置1からの放電禁止の指示がオンの場合、指令を充電制限値である0に設定して出力する。これにより、放電禁止の指示がオンの場合、バッテリー102の放電を停止することができる。
On the other hand, the
尚、充電禁止の指示及び放電禁止の指示は、主幹制御装置1において、所定の条件に基づいて生成される。例えば、主幹制御装置1は、DC/ACコンバータ111が手動停止または異常停止したことを検知すると、オンの充電禁止の指示及びオン放電禁止の指示を生成する。また、主幹制御装置1は、電圧検出器120からリンク電圧FBを入力し、リンク電圧FBが予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、オンの充電禁止の指示及びオフの放電禁止の指示を生成する。
The charge prohibition instruction and the discharge prohibition instruction are generated in the
パワー部21は、発振器、コンパレータ、PWM制御器及びパワー変換器を備えて構成される。コンパレータは、リミッタ20から指令を入力すると共に、発振器にて発生した信号(例えば三角波信号等)を入力し、これらの指令及び信号を比較することで、PWM信号を生成する。そして、パワー変換器は、PWM信号に基づいて、リンク側とバッテリー102との間でDC/DCの電力変換を行う。
The
尚、演算器(図示せず)は、電圧検出器123からBAT電圧FBを入力し、予め設定されたBAT最大電圧からBAT電圧FBを減算してBAT最大電圧偏差を求める。そして、演算器は、制御器12と同様の処理を行い、BAT最大電圧偏差が0以下の場合、すなわちBAT電圧FBがBAT最大電圧以下の場合(BAT電圧FB≦BAT最大電圧の場合)、0の下降指令を生成する。一方、演算器は、BAT最大電圧偏差が0を超えている場合、すなわちBAT電圧FBがBAT最大電圧よりも大きい場合(BAT電圧FB>BAT最大電圧の場合)、当該BAT最大電圧偏差に基づいたプラスの下降指令を生成する。演算器は、下降指令を減算器15に出力し、減算器15に、電流指令またはBAT電流指令から、さらにこの下降指令を減算する。
The arithmetic unit (not shown) inputs the BAT voltage FB from the
これにより、BAT電圧FBが上昇してBAT最大電圧を超えた場合(バッテリー102の充電が完了した場合)、プラスの下降指令が生成され、減算器15の出力信号である電流指令を小さくすることができる。そして、バッテリー102に流れ込む電流を小さくすることができ、バッテリー102の充電を停止することができる。
As a result, when the BAT voltage FB rises and exceeds the BAT maximum voltage (when the charging of the
(BM/DCコンバータ3の処理例)
図4は、図3に示したBM/DCコンバータ3の処理例を示すフローチャートであり、BM/DCコンバータ3の主な処理を示している。BM/DCコンバータ3は、主幹制御装置1から入力した運転モードが通常運転の場合(ステップS401:通常運転)、主幹制御装置1から入力したBAT電流指令を選択する(ステップS402)。
(Processing example of BM / DC converter 3)
FIG. 4 is a flowchart showing a processing example of the BM /
一方、BM/DCコンバータ3は、主幹制御装置1から入力した運転モードが自立運転の場合(ステップS401:自立運転)、リンク電圧指令及びリンク電圧FBに基づいて生成した(リンク電圧制御にて生成した)電流指令を選択する(ステップS403)。ステップS401からステップS403までの処理は、選択器10により行われる。
On the other hand, the BM /
BM/DCコンバータ3は、ステップS402またはステップS403から移行して、リンク電圧FBとリンク最大電圧とを比較する。BM/DCコンバータ3は、リンク電圧FBがリンク最大電圧よりも大きくない場合(ステップS404:N)、ステップS402またはステップS403にて選択したBAT電流指令または電流指令(以下、図4において総称して電流指令という。)をそのまま用いる。
The BM /
一方、BM/DCコンバータ3は、リンク電圧FBがリンク最大電圧よりも大きい場合(ステップS404:Y)、ステップS402またはステップS403にて選択した電流指令が小さくなるように、新たな電流指令を設定する(ステップS405)。これにより、放電時には放電を抑えることができ、充電時には充電を停止することができる。ステップS404及びステップS405の処理は、制御器12及び減算器15により行われる。
On the other hand, when the link voltage FB is larger than the link maximum voltage (step S404: Y), the BM /
BM/DCコンバータ3は、ステップS404またはステップS405から移行して、電流指令とBAT電流FBとの間の偏差が0となるように、PI制御にて指令を生成する(ステップS406)。そして、BM/DCコンバータ3は、指令に基づいて、DC/DCの電力変換を行う(ステップS407)。
The BM /
以上のように、本発明の実施形態のBM/DCコンバータ3によれば、運転モードが通常運転から自立運転に切り替わると、BAT電流FBを電流指令に一致させるバッテリー102側の電流制御から、リンク電圧FBをリンク電圧指令に一致させるリンク側の電圧制御に切り替える。
As described above, according to the BM /
具体的には、選択器10は、主幹制御装置1から入力した運転モードが通常運転から自立運転に切り替わると、主幹制御装置1から入力したBAT電流指令に代えて、制御器14によりリンク電圧偏差が0となるように生成された電流指令を選択する。
Specifically, when the operation mode input from the
制御器17は、電流指令とBAT電流FBとの間の偏差が0となるように、指令を生成し、パワー部21は、指令に基づいて、リンク側とバッテリー102との間でDC/DCの電力変換を行う。
The
これにより、自立運転時に、リンク電圧を安定化することができる。また、自立運転時に、PVパネル101が発電してリンク電圧FBが上昇すると、バッテリー102が放電動作から充電動作に移行し、その電力を用いてバッテリー102を充電することができる。つまり、PVパネル101の余剰電力を無駄にしていた従来の問題を、本発明の実施形態にて解決することができる。
This makes it possible to stabilize the link voltage during independent operation. Further, when the
したがって、自立運転時に、PVパネル101の余剰電力を用いてバッテリー102を充電することで、電力を有効に利用することが可能となり、バッテリー102の発電量を増加させ、三相蓄電システム全体として電力供給の安定化を実現することができる。
Therefore, by charging the
また、本発明の実施形態のBM/DCコンバータ3によれば、制御器12は、リンク電圧FBがリンク最大電圧よりも大きい場合(リンク電圧FB>リンク最大電圧の場合)、リンク最大電圧偏差に基づいたプラスの下降指令を生成する。そして、減算器15は、選択器10から入力した電流指令(通常運転時はBAT電流指令)からプラスの下降指令を減算し、電流指令を小さい値に設定する。
Further, according to the BM /
これにより、例えばバッテリー102の充電が完了してBM/DCコンバータ3によるリンク電圧制御が不能となり、リンク電圧FBがリンク最大電圧を超えた場合、バッテリー102に流れ込む電流を絞り込むことができる。そして、バッテリー102の充電を停止することができる。
As a result, for example, when the charging of the
また、PV/DCコンバータ2は、リンク電圧FBがリンク最大電圧を超えた場合、MPPT制御を保持し、制御電圧を上昇させる。これにより、PV/DCコンバータ2の端子電圧が上昇し、PVパネル101からの電力の供給を抑えることができ、上昇したリンク電圧FBを低下させることができる。
Further, the PV /
したがって、急激なリンク電圧の上昇に対し、DC/ACコンバータ111、PV/DCコンバータ2、BM/DCコンバータ3及びバッテリー102を過電圧から保護することができる。
Therefore, the DC /
尚、前述のとおり、PV/DCコンバータ2は、MPPT制御にて決定した制御電圧とPV電圧FBとの間の偏差が0となるように、電流指令を生成し、電流指令とPV電流FB’との間の偏差が0となるように、指令を生成する。そして、PV/DCコンバータ2は、当該指令に基づいてDC/DCの電力変換を行う。この場合、PV/DCコンバータ2は、図3に示したBM/DCコンバータ3と同様に、選択器18及びリミッタ20を備え、主幹制御装置1からの発電禁止の指示に従い、生成した指令に対し、リミッタ20にて制限を加えるようにしてもよい。
As described above, the PV /
発電禁止の指示は、主幹制御装置1において、所定の条件に基づいて生成される。例えば、主幹制御装置1は、DC/ACコンバータ111が手動停止または異常停止したことを検知すると、オンの発電禁止の指示を生成する。また、主幹制御装置1は、電圧検出器120からリンク電圧FBを入力し、リンク電圧FBが予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、オンの発電禁止の指示を生成する。
The instruction to prohibit power generation is generated in the
PV/DCコンバータ2の選択器18は、0のデータ及び予め設定された発電電流制限を入力すると共に、主幹制御装置1から発電禁止の指示を入力する。そして、選択器18は、発電禁止の指示がオンの場合、0のデータを選択し、発電禁止の指示がオフの場合、予め設定された発電電流制限を選択する。選択器18は、選択した0のデータまたは発電電流制限を発電制限値としてリミッタ20に出力する。
The
リミッタ20は、前述の指令を入力すると共に、選択器18から発電制限値(0または発電電流制限)を入力し、指令に発電制限値の制限を加え、制限後の指令を出力する。制限後の指令に基づいて、DC/DCの電力変換が行われる。
The
具体的には、リミッタ20は、主幹制御装置1からの発電禁止の指示がオフの場合、指令が発電制限値以下のとき、入力した指令をそのまま出力し、指令が発電制限値を上回るとき、発電制限値を指令に設定して出力する。また、リミッタ20は、主幹制御装置1からの発電禁止の指示がオンの場合、指令を発電制限値である0に設定して出力する。これにより、発電禁止の指示がオンの場合、PVパネル101の発電を抑え、上昇したリンク電圧FBを低下させることができる。
Specifically, the
尚、本発明の実施形態によるBM/DCコンバータ3のハードウェア構成としては、マイクロプロセッサMPU等により実現することができる。BM/DCコンバータ3は、MPU、CPU、RAM等の揮発性の記憶媒体、ROM等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。BM/DCコンバータ3に備えた選択器10,18,19、減算器11,13,15,16、制御器12,14,17及びリミッタ20の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD-ROM、DVD等)、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。PV/DCコンバータ2についても同様である。
The hardware configuration of the BM /
1,110 主幹制御装置
2,112 PV/DCコンバータ(太陽電池用コンバータ)
3,113 BM/DCコンバータ(バッテリー用コンバータ)
10,18,19 選択器
11,13,15,16 減算器
12,14,17 制御器
20 リミッタ
21 パワー部
100 電源
101 PVパネル
102 バッテリー
103 負荷
111 DC/ACコンバータ
120,121,123 電圧検出器
122,122’,124 電流検出器
1,110 Main controller 2,112 PV / DC converter (converter for solar cells)
3,113 BM / DC converter (battery converter)
10, 18, 19
Claims (2)
電圧検出器により検出された前記リンクの電圧であるリンク電圧が予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、前記リンク最大電圧と前記リンク電圧との間の偏差に応じて下降指令を生成し、
前記運転モードが前記通常運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれる第1の電流指令から前記下降指令を減算して新たな第1の電流指令を生成し、当該新たな第1の電流指令と、電流検出器により検出された前記バッテリーに流れるバッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行い、
前記運転モードが前記自立運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれるリンク電圧指令と、前記リンク電圧との間の偏差が0となるように、第2の電流指令を生成し、前記第2の電流指令から前記下降指令を減算して新たな第2の電流指令を生成し、当該新たな第2の電流指令と前記バッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行う、ことを特徴とするバッテリー用コンバータ。 A converter for a solar cell that controls power generation of a solar cell panel, a converter for a battery that controls charging and discharging of a battery, a DC power of a link to which the converter for the solar battery and the converter for the battery are connected, and an AC power of a power source. The power supply includes a DC / AC (DC / AC) converter that controls power conversion between the two, and a main control device that outputs a predetermined instruction to the solar cell converter, the battery converter, and the DC / AC converter. The operation mode of normal operation in which the power from the solar cell panel and the electric power from the solar cell panel are supplied to the load to charge the battery, or the power source is not operating and the electric power from the solar cell panel and the battery are used. In the battery converter used for a three-phase power storage system that operates in an operation mode of self-sustaining operation that supplies the power of the above to the load.
When the link voltage, which is the voltage of the link detected by the voltage detector, exceeds the preset maximum link voltage, a downward command is generated according to the deviation between the maximum link voltage and the link voltage.
When the operation mode is the normal operation, the lowering command is subtracted from the first current command included in the instruction input from the main control device to generate a new first current command, and the new first current command is generated. The battery is charged or discharged so that the deviation between the current command of 1 and the battery current flowing through the battery detected by the current detector becomes 0.
When the operation mode is the self-sustaining operation, a second current command is generated so that the deviation between the link voltage command included in the instruction input from the main control device and the link voltage becomes zero. , The lowering command is subtracted from the second current command to generate a new second current command, so that the deviation between the new second current command and the battery current becomes zero. A battery converter characterized by charging or discharging the battery.
前記バッテリー用コンバータは、
前記運転モードが前記通常運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれる第1の電流指令と、電流検出器により検出された前記バッテリーに流れるバッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行い、
前記運転モードが前記自立運転の場合、前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれるリンク電圧指令と、電圧検出器により検出された前記リンクの電圧であるリンク電圧との間の偏差が0となるように、第2の電流指令を生成し、当該第2の電流指令と前記バッテリー電流との間の偏差が0となるように、前記バッテリーの充電または放電を行い、
前記太陽電池用コンバータは、
前記太陽電池パネルの出力電力が最大となる動作点を制御電圧に基づいて追従させるMPPT制御により、前記制御電圧と、電圧検出器により検出された前記太陽電池パネルの電圧との間の偏差が0となるように、電流指令を生成し、当該電流指令と、電流検出器により検出された、前記DC/ACコンバータ及び前記バッテリー用コンバータへ流れる電流との間の偏差が0となるように、指令を生成し、当該指令に基づいて、前記太陽電池パネルの発電を制御し、
前記主幹制御装置から入力した前記指示に含まれるリンク電圧指令が、予め設定されたリンク最大電圧を超えた場合、前記MPPT制御による追従の処理を保持して前記制御電圧を上昇させることで、前記太陽電池パネルの発電を抑える、ことを特徴とする三相蓄電システム。 A solar cell converter that controls the power generation of the solar cell panel, a battery converter that controls the charging and discharging of the battery, the DC power of the link to which the solar cell converter and the battery converter are connected, and the AC power of the power source. The power supply includes a DC / AC (DC / AC) converter that controls power conversion between the two, and a main control device that outputs a predetermined instruction to the solar cell converter, the battery converter, and the DC / AC converter. The operation mode of normal operation in which the electric power from the solar cell panel and the electric power from the solar cell panel are supplied to the load to charge the battery, or the electric power from the solar cell panel and the electric power from the battery when the power source is not operating. In a three-phase power storage system that operates in a self-sustaining operation mode that supplies the power of
The battery converter is
When the operation mode is the normal operation, the deviation between the first current command included in the instruction input from the main control device and the battery current flowing through the battery detected by the current detector is 0. Charge or discharge the battery so that
When the operation mode is the self-sustaining operation, the deviation between the link voltage command included in the instruction input from the main control device and the link voltage which is the voltage of the link detected by the voltage detector is 0. A second current command is generated so that the battery is charged or discharged so that the deviation between the second current command and the battery current becomes zero.
The converter for solar cells is
The deviation between the control voltage and the voltage of the solar cell panel detected by the voltage detector is 0 by MPPT control that follows the operating point at which the output power of the solar cell panel is maximized based on the control voltage. A current command is generated so that the deviation between the current command and the current flowing to the DC / AC converter and the battery converter detected by the current detector becomes zero. And control the power generation of the solar cell panel based on the command.
When the link voltage command included in the instruction input from the main control device exceeds the preset maximum link voltage, the follow-up process by the MPPT control is maintained and the control voltage is increased to increase the control voltage. A three-phase power storage system characterized by suppressing the power generation of solar cell panels.
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