JP4708266B2 - Bidirectional power conversion device and power conversion operation switching method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、直流配電網と交流配電網の間の相互電力変換を行う双方向電力変換装置、およびその電力変換動作切替方法に関する。 The present invention relates to a bidirectional power conversion device that performs mutual power conversion between a DC distribution network and an AC distribution network, and a method for switching the power conversion operation thereof.
従来、複数の直流電源と複数の直流負荷が接続される直流配電網と、商用電源と複数の交流負荷が接続される交流配電網との間に双方向電力変換装置を配置し、その双方向電力変換装置で相互の電力変換を行うことで直流配電網の供給電圧を安定させる技術があった(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, a bidirectional power converter is disposed between a DC distribution network in which a plurality of DC power sources and a plurality of DC loads are connected, and an AC distribution network in which a commercial power source and a plurality of AC loads are connected. There has been a technique for stabilizing the supply voltage of a DC power distribution network by performing mutual power conversion with a power converter (see, for example, Patent Document 1).
図4は、従来技術による双方向電力変換装置の構成を示すブロック図である。図4を参照すると、双方向電力変換装置1は直流配電網6および交流配電網10の双方に接続されている。直流配電網6には直流負荷7、燃料電池8、および太陽光発電9が接続されている。燃料電池8および太陽光発電9は直流電源である。また、交流配電網10には交流負荷11が接続されている。さらに、交流配電網10には双方向電力変換装置1との接続点に商用電源12が接続されている。商用電源12は一例としてAC200Vのものである。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a bidirectional power converter according to the prior art. Referring to FIG. 4, the bidirectional power converter 1 is connected to both the DC distribution network 6 and the
ここでは、双方向電力変換装置1の直流から交流への電力変換動作をインバータ動作といい、交流から直流への電力変換動作を整流動作ということにする。また、インバータ動作も整流動作も行わない状態を待機動作ということにする。双方向電力変換装置1は、直流電源から直流負荷7に供給される直流配電網電圧が上昇するとインバータ動作に移行し、直流配電網電圧が低下すると整流動作に移行することで直流配電網電圧を安定させる。 Here, the power conversion operation from the direct current to the alternating current of the bidirectional power conversion device 1 is referred to as an inverter operation, and the power conversion operation from the alternating current to the direct current is referred to as a rectification operation. A state where neither the inverter operation nor the rectifying operation is performed is referred to as a standby operation. The bidirectional power conversion device 1 shifts to the inverter operation when the DC distribution network voltage supplied from the DC power source to the DC load 7 increases, and shifts to the rectification operation when the DC distribution network voltage decreases, thereby reducing the DC distribution network voltage. Stabilize.
双方向電力変換装置1は、双方向変換ユニット2、動作切替制御装置3、直流電圧電流測定器4、および交流電圧電流測定器5を有している。
The bidirectional power conversion device 1 includes a
双方向変換ユニット2は、動作切替制御装置3からの指示に従って、インバータ動作、整流動作、または待機動作を行う。インバータ動作において、双方向変換ユニット2は直流配電網6の電力を交流に変換して交流配電網10に供給する。整流動作において、双方向変換ユニット2は交流配電網10の電力を直流に変換して直流配電網6に供給する。待機動作において、双方向変換ユニット2はインバータ動作と整流動作のどちらも行わない。
The
直流電圧電流測定器4は、直流配電網6で供給されている直流配電網電圧Vdcと、双方向変換ユニット2からの直流出力電流Idcとを測定し、動作切替制御装置3に通知する。
The DC voltage / current measuring device 4 measures the DC distribution network voltage Vdc supplied by the DC distribution network 6 and the DC output current Idc from the
交流電圧電流測定器5は、交流配電網10で供給されている直流配電網電圧Vacと、双方向変換ユニット2からの交流出力電流Iacとを測定し、動作切替制御装置3に通知する。
The AC voltage /
動作切替制御装置3は、直流電圧電流測定器4および交流電圧電流測定器5から通知された測定値に基づいて、直流配電網電圧Vdcを最大電圧VHと最小電圧VLの間の範囲(VL≦Vdc≦VH)に維持するように、インバータ動作、整流動作、または待機動作のいずれかを選択し、双方向電力変換装置1に指示する。
The operation
図5は、従来の双方向電力変換装置の動作を示すフローチャートである。この動作は主に動作切替制御装置3から双方向変換ユニット2への制御による。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the conventional bidirectional power converter. This operation is mainly based on control from the operation
図5を参照すると、双方向電力変換装置1は、運転を開始すると、まず待機動作となる(ステップ901)。待機動作において、双方向電力変換装置1は、直流配電網電圧Vdcが最大電圧VH以上か否か判定する(ステップ902)。 Referring to FIG. 5, when the bidirectional power conversion device 1 starts operation, it first enters a standby operation (step 901). In the standby operation, the bidirectional power converter 1 determines whether the DC distribution network voltage Vdc is equal to or higher than the maximum voltage VH (step 902).
直流配電網電圧Vdcが最大電圧VH以上であれば、双方向電力変換装置1は、インバータ動作を開始し(ステップ903)、直流配電網電圧VdcがVL<VT<VHを満たすVTとなるように直流から交流への電力変換を行う(ステップ904)。 If the DC distribution network voltage Vdc is equal to or higher than the maximum voltage VH, the bidirectional power converter 1 starts an inverter operation (step 903) so that the DC distribution network voltage Vdc becomes VT satisfying VL <VT <VH. Power conversion from direct current to alternating current is performed (step 904).
続いて、双方向電力変換装置1は、交流出力電流Iacが最少交流出力電流Imac以上か否か判定する(ステップ905)。交流出力電流Iacが最少交流出力電流Imac以上であれば、双方向電力変換装置1は、ステップ904に戻ってインバータ動作を継続する。
Subsequently, the bidirectional power converter 1 determines whether or not the AC output current Iac is greater than or equal to the minimum AC output current Imac (step 905). If AC output current Iac is equal to or greater than minimum AC output current Imac, bidirectional power conversion device 1 returns to
直流配電網内の電力需給バランスが均衡して交流出力電流Iacが最少交流出力電流Imacを下回ると、双方向電力変換装置1は、ステップ901に戻って待機動作に移行する。 When the power supply / demand balance in the DC distribution network is balanced and the AC output current Iac falls below the minimum AC output current Imac, the bidirectional power conversion device 1 returns to Step 901 and shifts to a standby operation.
ステップ902において、直流配電網電圧Vdcが最大電圧VHより小さければ、双方向電力変換装置1は、直流配電網電圧Vdcが最小電圧VL以下か否か判定する(ステップ906)。
In
直流配電網電圧Vdcが最小電圧VL以下であれば、双方向電力変換装置1は、清流動作を開始し(ステップ907)、直流配電網電圧VdcがVL<VT<VHを満たすVTとなるように交流から直流への電力変換を行う(ステップ908)。 If the DC distribution network voltage Vdc is equal to or lower than the minimum voltage VL, the bidirectional power converter 1 starts a clear flow operation (step 907) so that the DC distribution network voltage Vdc becomes VT that satisfies VL <VT <VH. Power conversion from AC to DC is performed (step 908).
続いて、双方向電力変換装置1は、直流出力電流Idcが最小直流出力電流Imdc以上か否か判定する(ステップ909)。直流出力電流Idcが最少直流出力電流Imdc以上であれば、双方向電力変換装置1は、ステップ908に戻って整流動作を継続する。
Subsequently, the bidirectional power converter 1 determines whether or not the DC output current Idc is greater than or equal to the minimum DC output current Imdc (step 909). If the DC output current Idc is equal to or greater than the minimum DC output current Imdc, the bidirectional power converter 1 returns to
直流配電網内の電力需給バランスが均衡して交流出力電流Idcが最少直流出力電流Imdcを下回ると、双方向電力変換装置1は、ステップ901に戻って待機動作に移行する。 When the power supply / demand balance in the DC distribution network is balanced and the AC output current Idc falls below the minimum DC output current Imdc, the bidirectional power converter 1 returns to Step 901 and shifts to a standby operation.
図6は、従来の双方向電力変換装置の動作例を示すタイミングチャートである。図6を参照すると、直流配電網電圧VdcがVL<Vdc<VHの範囲内の間、双方向電力変換装置1は待機動作を継続する。待機動作では、直流から交流への変換も交流から直流への変換も行われないので、直流出力電流Idcおよび交流出力電流Iacはゼロである。 FIG. 6 is a timing chart showing an operation example of a conventional bidirectional power converter. Referring to FIG. 6, bidirectional power conversion device 1 continues the standby operation while DC distribution network voltage Vdc is within the range of VL <Vdc <VH. In the stand-by operation, neither direct current to alternating current conversion nor alternating current to direct current conversion is performed, so the direct current output current Idc and the alternating current output current Iac are zero.
その後、直流配電網電圧Vdcが上昇して最大電圧VHに達すると、双方向電力変換装置1は、インバータ動作に移行する。インバータ動作に移行すると、交流出力電流Iacが最少交流出力電流Imac以上となる。インバータ動作を継続することで交流出力電流Iacが徐々に低下し、最少交流出力電流Imacを下回ると、双方向電力変換装置1は再び待機動作に戻る。 Thereafter, when the DC distribution network voltage Vdc rises and reaches the maximum voltage VH, the bidirectional power converter 1 shifts to an inverter operation. When shifting to the inverter operation, the AC output current Iac becomes equal to or greater than the minimum AC output current Imac. By continuing the inverter operation, the AC output current Iac gradually decreases, and when the AC output current Imac falls below the minimum AC output current Imac, the bidirectional power conversion device 1 returns to the standby operation again.
今度は、直流配電網電圧Vdcが低下して最小電圧VLに達すると、双方向電力変換装置1は、整流動作に移行する。整流動作に移行すると、直流出力電流Idcが最少直流出力電流Imdc以上となる。整流動作を継続することで直流出力電流Idcが徐々に低下し、最少直流出力電流Imdcを下回ると、双方向電力変換装置1は再び待機動作に戻る。
しかしながら、上述した従来技術では、待機動作からインバータ動作へ動作モードを切り替えるとき、直流配電網電圧の測定時間や双方向変換ユニット2の起動にかかる時間に起因する遅延により、直流配電網電圧Vdcが規定範囲の上限である最大電圧VHを超えた状態となることがあった。
However, in the above-described conventional technology, when switching the operation mode from the standby operation to the inverter operation, the DC distribution network voltage Vdc is reduced due to the delay caused by the measurement time of the DC distribution network voltage and the time required to start the
また、上述した従来技術では、待機動作から整流動作へ動作モードを切り替えるとき、同じく遅延により、直流配電網電圧Vdcが規定範囲の下限である最小電圧VLを下回った状態となることがあった。 In the above-described prior art, when the operation mode is switched from the standby operation to the rectification operation, the DC distribution network voltage Vdc may be below the minimum voltage VL that is the lower limit of the specified range due to the delay.
図7は、従来の双方向電力変換装置の直流配電網電圧が規定範囲を超えるときの様子を示すタイミングチャートである。 FIG. 7 is a timing chart showing a state when the DC distribution network voltage of the conventional bidirectional power converter exceeds the specified range.
図7を参照すると、直流配電網電圧Vdcが最大電圧VH以上となり、双方向電力変換装置1が待機動作からインバータ動作への移行を決めてから実際に移行するまでに遅延時間ΔTHがかかっている。その遅延時間ΔTHに起因して直流配電網電圧Vdcが最大電圧VHを超えた状態が続き、電圧ΔVHのオーバーシュート電圧が現れている。 Referring to FIG. 7, the DC distribution network voltage Vdc is equal to or higher than the maximum voltage VH, and it takes a delay time ΔTH from when the bidirectional power conversion apparatus 1 decides the transition from the standby operation to the inverter operation until the actual transition. . Due to the delay time ΔTH, the DC distribution network voltage Vdc continues to exceed the maximum voltage VH, and an overshoot voltage of the voltage ΔVH appears.
また、直流配電網電圧Vdcが最小電圧VL以下となり、双方向電力変換装置1が待機動作から整流動作への移行を決めてから実際に移行するまでに遅延時間ΔTLがかかっている。その遅延時間ΔTLに起因して直流配電網電圧Vdcが最小電圧VLを下回った状態が続き、電圧ΔVLのアンダーシュート電圧が現れている。 In addition, the DC power distribution network voltage Vdc is equal to or lower than the minimum voltage VL, and a delay time ΔTL is required from when the bidirectional power conversion device 1 determines the transition from the standby operation to the rectification operation until the actual transition. Due to the delay time ΔTL, the DC distribution network voltage Vdc continues to be lower than the minimum voltage VL, and an undershoot voltage of the voltage ΔVL appears.
本発明の目的は、動作モードの移行時に直流配電網電圧の規定範囲からの逸脱を抑制することができる双方向電力変換装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the bidirectional | two-way power converter device which can suppress the deviation from the regulation range of a DC distribution network voltage at the time of transfer of an operation mode.
上記目的を達成するために、本発明の双方向電力変換装置は、
直流電源と直流負荷が接続される直流配電網と、交流電源と交流負荷が接続される交流配電網の間に接続され、相互の電力変換および供給を行う双方向電力変換装置であって、
前記直流配電網の直流の電力を交流に変換して前記交流配電網に供給するインバータ動作と、前記交流配電網の電力を直流に変換して前記直流配電網に供給する整流動作と、前記インバータ動作と前記整流動作のどちらも行わない待機動作のいずれかで動作する双方向変換部と、
前記直流配電網で供給されている直流配電網電圧を測定する直流測定部と、
前記直流測定部によって測定された直流配電網電圧から、該直流配電網電圧の変化率を算出し、該変化率と前記双方向変換部の動作の移行にかかる遅延時間とを用いて、前記待機動作から前記インバータ動作への移行の判定に用いる規定範囲の上限より低いインバータ動作閾値電圧と、前記待機動作から前記整流動作への移行の判定に用いる前記規定範囲の下限より高い整流動作閾値電圧を算出する動作電圧算出装置と、
前記直流測定部で測定された前記直流配電網電圧と前記動作電圧算出装置で算出された前記インバータ動作閾値電圧を用いた判定により前記双方向変換部を前記待機動作から前記インバータ動作に移行させ、前記直流配電網電圧と前記整流動作閾値電圧を用いた判定により前記双方向変換部を前記待機動作から前記整流動作に移行させる動作切替制御装置と、を有している。
In order to achieve the above object, the bidirectional power conversion device of the present invention provides:
A bidirectional power converter connected between a DC power distribution network to which a DC power supply and a DC load are connected, and an AC distribution network to which an AC power supply and an AC load are connected, and performs mutual power conversion and supply,
Inverter operation for converting direct current power of the direct current distribution network to alternating current and supplying the alternating current distribution network, rectification operation for converting electric power of the alternating current distribution network to direct current and supplying the direct current distribution network, and the inverter A bidirectional conversion unit that operates in either a standby operation in which neither the operation nor the rectifying operation is performed;
A DC measuring unit for measuring a DC distribution network voltage supplied by the DC distribution network;
The change rate of the DC distribution network voltage is calculated from the DC distribution network voltage measured by the DC measurement unit, and the waiting time is calculated using the change rate and a delay time required for the operation of the bidirectional conversion unit. An inverter operation threshold voltage lower than an upper limit of a specified range used for determination of transition from operation to the inverter operation, and a rectification operation threshold voltage higher than a lower limit of the specified range used for determination of transition from the standby operation to the rectification operation. An operating voltage calculating device for calculating;
The bidirectional conversion unit is shifted from the standby operation to the inverter operation by determination using the DC distribution network voltage measured by the DC measurement unit and the inverter operation threshold voltage calculated by the operating voltage calculation device, An operation switching control device that shifts the bidirectional converter from the standby operation to the rectification operation based on the determination using the DC distribution network voltage and the rectification operation threshold voltage.
したがって、本発明によれば、変化率と遅延時間から算出した閾値で動作モードを移行させるので、直流配電網電圧が予測される変動を示したときに規定範囲にある間に動作モードを移行させることができ、直流配電網電圧が規定範囲から逸脱するのを抑制することができる。 Therefore, according to the present invention, since the operation mode is shifted with the threshold value calculated from the change rate and the delay time, the operation mode is shifted while the DC distribution network voltage shows an expected fluctuation while it is within the specified range. It is possible to suppress the DC distribution network voltage from deviating from the specified range.
また、前記動作電圧算出装置は、前記直流配電網電圧の規定範囲の上限値をVH、下限値をVLとし、前記双方向変換ユニットの前記待機動作から前記インバータ動作への応答特性から予め定められた遅延時間をΔTH、前記待機動作から前記整流動作への応答特性から予め定められた遅延時間をΔTLとし、前記直流配電網電圧の変化率をdVdc/dtとして、前記インバータ動作閾値電圧を(VH−ΔTH・dVdc/dt)により求め、前記整流動作閾値電圧を(VL−ΔTL・dVdc/dt)により求めることにしてもよい。 In addition, the operating voltage calculation device is preliminarily determined from a response characteristic from the standby operation to the inverter operation of the bidirectional conversion unit, where the upper limit value of the DC distribution network voltage is VH and the lower limit value is VL. The delay time is ΔTH, the delay time predetermined from the response characteristic from the standby operation to the rectifying operation is ΔTL, the change rate of the DC distribution network voltage is dVdc / dt, and the inverter operation threshold voltage is (VH). -ΔTH · dVdc / dt), and the threshold voltage for rectification operation may be obtained by (VL-ΔTL · dVdc / dt).
また、前記双方向変換ユニットから前記交流配電網へ供給される交流出力電流を測定する交流測定部を更に有し、
前記直流測定部は、前記双方向変換ユニットから前記直流配電網へ供給される直流出力電流を更に測定し、
前記動作切替制御装置は、前記待機動作において、前記直流配電網電圧が前記インバータ動作閾値電圧以上になると前記インバータ動作に移行し、前記直流配電網電圧が前記整流動作閾値電圧以下になると前記整流動作に移行し、前記インバータ動作において、前記直流測定部で測定された前記直流出力電流が所定の閾値を下回ると前記待機動作に戻り、前記整流動作において、前記交流測定部で測定された前記交流出力電流が所定の閾値を下回ると前記待機動作に戻ることにしてもよい。
Moreover, it further has an AC measuring unit for measuring an AC output current supplied from the bidirectional conversion unit to the AC distribution network,
The direct current measurement unit further measures a direct current output current supplied from the bidirectional conversion unit to the direct current distribution network,
In the standby operation, the operation switching control device shifts to the inverter operation when the DC distribution network voltage becomes equal to or higher than the inverter operation threshold voltage, and the rectification operation when the DC distribution network voltage becomes lower than the rectification operation threshold voltage. In the inverter operation, when the DC output current measured by the DC measurement unit falls below a predetermined threshold value, the operation returns to the standby operation, and the AC output measured by the AC measurement unit in the rectification operation. When the current falls below a predetermined threshold, the standby operation may be returned.
本発明によれば、変化率と遅延時間から算出した閾値で動作モードを移行させるので、直流配電網電圧が規定範囲内にある間に動作モードを移行させることができ、直流配電網電圧が規定範囲から逸脱するのを抑制することができる。 According to the present invention, since the operation mode is shifted with the threshold value calculated from the rate of change and the delay time, the operation mode can be shifted while the DC distribution network voltage is within the specified range, and the DC distribution network voltage is defined. Deviation from the range can be suppressed.
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態による双方向電力変換装置の構成を示すブロック図である。図1を参照すると、双方向電力変換装置20は直流配電網6および交流配電網10の双方に接続されている。直流配電網6には直流負荷7、燃料電池8、および太陽光発電9が接続されている。燃料電池8および太陽光発電9は直流電源である。また、交流配電網10には交流負荷11が接続されている。さらに、交流配電網10には双方向電力変換装置1との接続点に商用電源12が接続されている。商用電源12は一例としてAC200Vのものである。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a bidirectional power converter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the
ここでは、双方向電力変換装置20の直流から交流への電力変換動作をインバータ動作といい、交流から直流への電力変換動作を整流動作ということにする。また、インバータ動作も整流動作も行わない状態を待機動作ということにする。双方向電力変換装置20は、直流電源から直流負荷7に供給される直流配電網電圧が上昇するとインバータ動作に移行し、直流配電網電圧が低下すると整流動作に移行することで直流配電網電圧を安定させる。
Here, the power conversion operation from the direct current to the alternating current of the bidirectional
双方向電力変換装置20は、双方向変換ユニット2、動作切替制御装置22、直流電圧電流測定器4、交流電圧電流測定器5、および動作電圧算出装置21を有している。
The bidirectional
双方向変換ユニット2は、動作切替制御装置22からの指示に従って、インバータ動作、整流動作、または待機動作を行う。インバータ動作において、双方向変換ユニット2は直流配電網6の電力を交流に変換して交流配電網10に供給する。整流動作において、双方向変換ユニット2は交流配電網10の電力を直流に変換して直流配電網6に供給する。待機動作において、双方向変換ユニット2はインバータ動作と整流動作のどちらも行わない。
The
直流電圧電流測定器4は、直流配電網6で供給されている直流配電網電圧Vdcと、双方向変換ユニット2からの直流出力電流Idcとを測定し、直流配電網電圧Vdcと直流出力電流Idcを動作切替制御装置22に通知し、直流配電網電圧Vdcを動作電圧算出装置21に通知する。
The DC voltage / current measuring device 4 measures the DC distribution network voltage Vdc supplied from the DC distribution network 6 and the DC output current Idc from the
交流電圧電流測定器5は、交流配電網10で供給されている直流配電網電圧Vacと、双方向変換ユニット2からの交流出力電流Iacとを測定し、動作切替制御装置3に通知する。
The AC voltage /
動作電圧算出装置21は、直流電圧電流測定器4によって測定された直流配電網電圧Vdcから、待機動作からインバータ動作への移行の判定に用いるインバータ動作閾値電圧VH′または待機動作から整流動作への移行の判定に用いる整流動作閾値電圧VL′を算出し、動作切替制御装置22に通知する。
The operating voltage calculation device 21 uses the DC distribution network voltage Vdc measured by the DC voltage / current measuring device 4 to determine the inverter operation threshold voltage VH ′ used for determining the transition from the standby operation to the inverter operation or the standby operation to the rectification operation. A rectification operation threshold voltage VL ′ used for determination of transition is calculated and notified to the operation switching
インバータ動作閾値電圧VH′の算出において、動作電圧算出装置21は、まず、双方向変換ユニット2の待機動作からインバータ動作への切り替えにかかる遅延時間ΔTHに対して十分に短い任意の時間での直流配電網電圧Vdcの変化率(直流電圧時間変化率)ΔV/Δtを算出する。例えば、双方向変換ユニット2の遅延時間ΔTHが10ミリ秒程度であれば、動作電圧算出装置21は1ミリ秒程度の間の直流電圧時間変化率ΔV/Δtを算出すればよい。遅延時間ΔTHは、待機動作からインバータ動作への切り替え応答特性より設定することができる。
In the calculation of the inverter operation threshold voltage VH ′, the operation voltage calculation device 21 first starts direct current at an arbitrary time sufficiently short with respect to the delay time ΔTH required for switching the
そして、直流配電網電圧Vdcを維持する規定範囲の上限が最大電圧VHであるとすると、動作電圧算出装置21は、その直流電圧時間変化率ΔV/Δtを用いて、インバータ動作開始電圧VH’=VH−ΔTH×ΔV/Δtを算出する。 Then, assuming that the upper limit of the specified range for maintaining the DC distribution network voltage Vdc is the maximum voltage VH, the operating voltage calculation device 21 uses the DC voltage time change rate ΔV / Δt, and uses the inverter operation start voltage VH ′ = VH−ΔTH × ΔV / Δt is calculated.
また、整流動作閾値電圧VL′の算出において、動作電圧算出装置21は、まず、双方向変換ユニット2の待機動作から整流動作への切り替えにかかる遅延時間ΔTLに対して十分に短い任意の時間での直流配電網電圧Vdcの変化率(直流電圧時間変化率)ΔV/Δtを算出する。例えば、双方向変換ユニット2の遅延時間が10ミリ秒程度であれば、動作電圧算出装置21は1ミリ秒程度の間の直流電圧時間変化率ΔV/Δtを算出すればよい。遅延時間ΔTLは、待機動作から整流動作への切り替え応答特性より設定することができる。
In calculating the rectification operation threshold voltage VL ′, the operation voltage calculation device 21 firstly has an arbitrary time sufficiently short with respect to the delay time ΔTL required to switch the
そして、直流配電網電圧Vdcを維持する規定範囲の下限が最小電圧VLであるとすると、動作電圧算出装置21は、直流電圧時間変化率ΔV/Δtを用いて、インバータ動作開始電圧VL’=VL−ΔTL×ΔV/Δtを算出する。 Then, assuming that the lower limit of the prescribed range for maintaining the DC distribution network voltage Vdc is the minimum voltage VL, the operating voltage calculation device 21 uses the DC voltage time change rate ΔV / Δt, and uses the inverter operation start voltage VL ′ = VL. -ΔTL × ΔV / Δt is calculated.
なお、待機動作から整流動作への遅延時間ΔTLが、待機動作からインバータ動作への遅延時間ΔTHと同程度であれば、インバータ動作閾値電圧VH′の算出と整流動作閾値電圧VL′の算出とで直流電圧時間変化率ΔV/Δtの演算は同じものとすることができる。 If the delay time ΔTL from the standby operation to the rectification operation is approximately the same as the delay time ΔTH from the standby operation to the inverter operation, the calculation of the inverter operation threshold voltage VH ′ and the calculation of the rectification operation threshold voltage VL ′ are performed. The calculation of the DC voltage time change rate ΔV / Δt can be the same.
動作切替制御装置22は、直流電圧電流測定器4および交流電圧電流測定器5から通知された測定値と、動作電圧算出装置21から通知されたインバータ動作閾値電圧VH′および整流動作閾値電圧VL′とに基づいて、インバータ動作、整流動作、または待機動作のいずれかを選択し、双方向電力変換装置1に指示する。
The operation switching
図2は、本実施形態による双方向電力変換装置の動作を示すフローチャートである。この動作は主に動作切替制御装置22から双方向変換ユニット2への制御による。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the bidirectional power converter according to this embodiment. This operation is mainly based on the control from the operation switching
図2を参照すると、双方向電力変換装置20は、運転を開始すると、まず待機動作となる(ステップ101)。待機動作において、双方向電力変換装置20は、直流配電網電圧Vdcが最大電圧VH′以上か否か判定する(ステップ102)。
Referring to FIG. 2, when the
直流配電網電圧Vdcが最大電圧VH′以上であれば、双方向電力変換装置20は、インバータ動作を開始し(ステップ103)、直流配電網電圧VdcがVL<VT<VHを満たすVTとなるように直流から交流への電力変換を行う(ステップ104)。
If the DC distribution network voltage Vdc is equal to or higher than the maximum voltage VH ′, the
続いて、双方向電力変換装置20は、交流出力電流Iacが最少交流出力電流Imac以上か否か判定する(ステップ105)。交流出力電流Iacが最少交流出力電流Imac以上であれば、双方向電力変換装置20は、ステップ104に戻ってインバータ動作を継続する。
Subsequently, the
直流配電網内の電力需給バランスが均衡して交流出力電流Iacが最少交流出力電流Imacを下回ると、双方向電力変換装置20は、ステップ101に戻って待機動作に移行する。
When the power supply / demand balance in the DC distribution network is balanced and the AC output current Iac falls below the minimum AC output current Imac, the
ステップ102において、直流配電網電圧Vdcが最大電圧VH′より小さければ、双方向電力変換装置20は、直流配電網電圧Vdcが最小電圧VL′以下か否か判定する(ステップ106)。
In
直流配電網電圧Vdcが最小電圧VL′以下であれば、双方向電力変換装置20は、清流動作を開始し(ステップ107)、直流配電網電圧VdcがVL<VT<VHを満たすVTとなるように交流から直流への電力変換を行う(ステップ108)。
If the DC distribution network voltage Vdc is equal to or lower than the minimum voltage VL ′, the bidirectional
続いて、双方向電力変換装置20は、直流出力電流Idcが最小直流出力電流Imdc以上か否か判定する(ステップ109)。直流出力電流Idcが最少直流出力電流Imdc以上であれば、双方向電力変換装置20は、ステップ108に戻って整流動作を継続する。
Subsequently, the
直流配電網内の電力需給バランスが均衡して交流出力電流Idcが最少直流出力電流Imdcを下回ると、双方向電力変換装置20は、ステップ101に戻って待機動作に移行する。
When the power supply / demand balance in the DC distribution network is balanced and the AC output current Idc falls below the minimum DC output current Imdc, the
図3は、本実施形態による双方向電力変換装置の動作モード切替時の直流配電網電圧の過渡変動を示すグラフである。本実施形態によれば、動作モードを切り替えるとき、応答特性から予め設定した遅延時間と直流配電網電圧の変化率から、予測される変動を示した場合に直流配電網電圧が規定範囲にある間に動作モードを切り替えることができるように設定した閾値を用いて、動作モードの切り替え判定をする。そのため、本実施形態の双方向電力変換装置は、図3に示すように、直流配電網電圧を最大電圧VHと最小電圧VLの間の範囲に維持し、安定動作させることができる。 FIG. 3 is a graph showing a transient fluctuation of the DC distribution network voltage when the operation mode of the bidirectional power converter according to the present embodiment is switched. According to the present embodiment, when the operation mode is switched, while the fluctuations predicted from the delay time set in advance from the response characteristics and the change rate of the DC distribution network voltage are indicated, the DC distribution network voltage is within the specified range. The switching of the operation mode is determined using a threshold value set so that the operation mode can be switched. Therefore, as shown in FIG. 3, the bidirectional power conversion device of the present embodiment can maintain the DC distribution network voltage in a range between the maximum voltage VH and the minimum voltage VL, and can be stably operated.
2 双方向変換ユニット
4 直流電圧電流測定器
5 交流電圧電流測定器
6 直流配電網
7 直流負荷
8 燃料電池
9 太陽光発電
10 交流配電網
11 交流負荷
12 商用電源
20 双方向電力変換装置
21 動作電圧算出装置
22 動作切替制御装置
101〜109 ステップ
2 Bidirectional Conversion Unit 4 DC Voltage
Claims (6)
前記直流配電網の直流の電力を交流に変換して前記交流配電網に供給するインバータ動作と、前記交流配電網の電力を直流に変換して前記直流配電網に供給する整流動作と、前記インバータ動作と前記整流動作のどちらも行わない待機動作のいずれかで動作する双方向変換部と、
前記直流配電網で供給されている直流配電網電圧を測定する直流測定部と、
前記直流測定部によって測定された直流配電網電圧から、該直流配電網電圧の変化率を算出し、該変化率と前記双方向変換部の動作の移行にかかる遅延時間とを用いて、前記待機動作から前記インバータ動作への移行の判定に用いる規定範囲の上限より低いインバータ動作閾値電圧と、前記待機動作から前記整流動作への移行の判定に用いる前記規定範囲の下限より高い整流動作閾値電圧を算出する動作電圧算出装置と、
前記直流測定部で測定された前記直流配電網電圧と前記動作電圧算出装置で算出された前記インバータ動作閾値電圧を用いた判定により前記双方向変換部を前記待機動作から前記インバータ動作に移行させ、前記直流配電網電圧と前記整流動作閾値電圧を用いた判定により前記双方向変換部を前記待機動作から前記整流動作に移行させる動作切替制御装置と、を有する双方向電力変換装置。 A bidirectional power converter connected between a DC power distribution network to which a DC power supply and a DC load are connected, and an AC distribution network to which an AC power supply and an AC load are connected, and performs mutual power conversion and supply,
Inverter operation for converting direct current power of the direct current distribution network to alternating current and supplying the alternating current distribution network, rectification operation for converting electric power of the alternating current distribution network to direct current and supplying the direct current distribution network, and the inverter A bidirectional conversion unit that operates in either a standby operation in which neither the operation nor the rectifying operation is performed;
A DC measuring unit for measuring a DC distribution network voltage supplied by the DC distribution network;
The change rate of the DC distribution network voltage is calculated from the DC distribution network voltage measured by the DC measurement unit, and the waiting time is calculated using the change rate and a delay time required for the operation of the bidirectional conversion unit. An inverter operation threshold voltage lower than an upper limit of a specified range used for determination of transition from operation to the inverter operation, and a rectification operation threshold voltage higher than a lower limit of the specified range used for determination of transition from the standby operation to the rectification operation. An operating voltage calculating device for calculating;
The bidirectional conversion unit is shifted from the standby operation to the inverter operation by determination using the DC distribution network voltage measured by the DC measurement unit and the inverter operation threshold voltage calculated by the operating voltage calculation device, An bidirectional power conversion device comprising: an operation switching control device that shifts the bidirectional converter from the standby operation to the rectification operation based on the determination using the DC distribution network voltage and the rectification operation threshold voltage.
前記直流測定部は、前記双方向変換ユニットから前記直流配電網へ供給される直流出力電流を更に測定し、
前記動作切替制御装置は、前記待機動作において、前記直流配電網電圧が前記インバータ動作閾値電圧以上になると前記インバータ動作に移行し、前記直流配電網電圧が前記整流動作閾値電圧以下になると前記整流動作に移行し、前記インバータ動作において、前記直流測定部で測定された前記直流出力電流が所定の閾値を下回ると前記待機動作に戻り、前記整流動作において、前記交流測定部で測定された前記交流出力電流が所定の閾値を下回ると前記待機動作に戻る、請求項1または2に記載の双方向電力変換装置。 An AC measuring unit for measuring an AC output current supplied from the bidirectional conversion unit to the AC distribution network;
The direct current measurement unit further measures a direct current output current supplied from the bidirectional conversion unit to the direct current distribution network,
In the standby operation, the operation switching control device shifts to the inverter operation when the DC distribution network voltage becomes equal to or higher than the inverter operation threshold voltage, and the rectification operation when the DC distribution network voltage becomes lower than the rectification operation threshold voltage. In the inverter operation, when the DC output current measured by the DC measurement unit falls below a predetermined threshold value, the operation returns to the standby operation, and the AC output measured by the AC measurement unit in the rectification operation. The bidirectional power converter according to claim 1 or 2, wherein when the current falls below a predetermined threshold value, the standby operation is resumed.
前記直流配電網で供給されている直流配電網電圧を測定し、
測定された前記直流配電網電圧から、該直流配電網電圧の変化率を算出し、
該変化率を用いて、前記待機動作から前記インバータ動作への移行の判定に用いるインバータ動作閾値電圧と、前記待機動作から前記整流動作への移行の判定に用いる整流動作閾値電圧を算出し、
前記直流配電網電圧と前記インバータ動作閾値電圧を用いた判定により前記待機動作から前記インバータ動作に移行し、
前記直流配電網電圧と前記整流動作閾値電圧を用いた判定により前記待機動作から前記整流動作に移行する、電力変換動作切替方法。 In a bidirectional power conversion device connected between a DC power distribution network to which a DC power supply and a DC load are connected and an AC distribution network to which an AC power supply and an AC load are connected, and performing mutual power conversion and supply, the DC power distribution Inverter operation for converting the DC power of the network to AC and supplying it to the AC distribution network, Rectification operation for converting the power of the AC distribution network to DC and supplying it to the DC distribution network, the inverter operation and the A power conversion operation switching method for switching between a standby operation in which neither rectification operation is performed,
Measure the DC distribution network voltage supplied by the DC distribution network,
From the measured DC distribution network voltage, the rate of change of the DC distribution network voltage is calculated,
Using the rate of change, the inverter operation threshold voltage used for determining the transition from the standby operation to the inverter operation, and the rectification operation threshold voltage used for determining the transition from the standby operation to the rectification operation are calculated,
Transition from the standby operation to the inverter operation by the determination using the DC distribution network voltage and the inverter operation threshold voltage,
A power conversion operation switching method in which the standby operation is shifted to the rectification operation by determination using the DC distribution network voltage and the rectification operation threshold voltage.
前記待機動作において、前記直流配電網電圧が前記インバータ動作閾値電圧以上になると前記インバータ動作に移行し、前記直流配電網電圧が前記整流動作閾値電圧以下になると前記整流動作に移行し、前記インバータ動作において、前記直流出力電流が所定の閾値を下回ると前記待機動作に戻り、前記整流動作において、前記交流出力電流が所定の閾値を下回ると前記待機動作に戻る、請求項4または5に記載の電力変換動作切替方法。 Measuring the AC output current supplied from the bidirectional conversion unit to the AC distribution network and the DC output current supplied from the bidirectional conversion unit to the DC distribution network;
In the standby operation, when the DC distribution network voltage is equal to or higher than the inverter operation threshold voltage, the inverter operation is performed, and when the DC distribution network voltage is lower than the rectification operation threshold voltage, the rectification operation is performed, and the inverter operation is performed. 6. The power according to claim 4, wherein when the DC output current falls below a predetermined threshold, the standby operation is resumed, and when the AC output current falls below a predetermined threshold in the rectifying operation, the standby operation is resumed. Conversion operation switching method.
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