JP6289925B2 - Power converter and control method of power converter - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電力変換装置及び電力変換装置の制御方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power conversion device and a method for controlling the power conversion device.
直列側に蓄電池装置を接続した単位変換器セルを、各相において直列(カスケード)に接続した電力変換装置(マルチレベル電力変換装置)が提案されている。このような電力変換装置では、各単位変換器セルのスイッチング素子を制御することにより、蓄電装置から出力される直流電力を交流に変換する。 There has been proposed a power conversion device (multilevel power conversion device) in which unit converter cells connected to a storage battery device on the series side are connected in series (cascade) in each phase. In such a power converter, the DC power output from the power storage device is converted into AC by controlling the switching elements of each unit converter cell.
単位変換器セルの交流側が多段となるように接続された場合、充放電電力はU相,V相,W相の各相に一律に流れるため、各単位変換器セルの直流側に接続されている蓄電池装置を個別に充放電することができなかった。 When the AC side of the unit converter cell is connected in multiple stages, the charge / discharge power flows uniformly to each phase of the U phase, V phase, and W phase, so it is connected to the DC side of each unit converter cell. It was not possible to charge and discharge the storage battery devices individually.
一方、蓄電池の劣化を推定するために、蓄電池を完全に放電した状態から満充電まで充電させて、充電電流値の積算により電池容量を算出する方法(実容量算出方法)が提案されている。 On the other hand, in order to estimate the deterioration of the storage battery, a method (actual capacity calculation method) has been proposed in which the storage battery is charged from a fully discharged state to a full charge and the battery capacity is calculated by integrating the charging current value.
本発明の実施形態は、信頼性の高い電力変換装置を提供することを目的とする。 An object of an embodiment of the present invention is to provide a highly reliable power conversion device.
実施形態によれば、交流側と直流側との接続を切り替える半導体スイッチを備え、交流側がカスケードに接続した複数の単位変換器セルと、前記単位変換器セルの直流側に接続された蓄電池装置と、前記組電池のエネルギー残量が均等になるようにPWM制御の電圧指令値を生成するSOCバランス制御部と、前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値にあらかじめ設定された補正値を加算して電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成するゲート信号補正部と、を有する変換器制御装置と、を備える電力変換装置が提供される。 According to the embodiment, the semiconductor switch includes a semiconductor switch that switches the connection between the alternating current side and the direct current side, the alternating current side is connected in cascade, and the storage battery device is connected to the direct current side of the unit converter cell; An SOC balance control unit that generates a voltage command value for PWM control so that the remaining energy of the assembled battery becomes equal, and when measuring the battery capacity of the assembled battery individually, the target assembled battery is set, A voltage command value is corrected by adding a preset correction value to the voltage command value of the unit converter cell for the target assembled battery, and a gate signal for the semiconductor switch is generated using the corrected voltage command value. There is provided a power conversion device including a converter control device having a gate signal correction unit.
以下、実施形態の電力変換装置及び電力変換装置の制御方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a power conversion device and a method for controlling the power conversion device according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は、第1実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、互いに並列に接続されたU相、V相、W相を備えた3相の電力変換装置であって、各相において直列(カスケード)接続された複数の単位変換器セル1と、各単位変換器セル1の直流側に接続された蓄電池装置2と、変換器制御装置10と、を備えている。なお、各相において直列接続される単位変換器セル1の段数Nは2以上であればよく、以下ではN=6の場合を例として説明する。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the power conversion device according to the first embodiment.
The power conversion device of this embodiment is a three-phase power conversion device including a U phase, a V phase, and a W phase connected in parallel to each other, and a plurality of unit conversions connected in series (cascade) in each phase A
本実施形態では、U相は6つの単位変換器セル1U1〜1U6と、蓄電池装置2U1〜2U6を有している。単位変換器セル1U1〜1U6は、交流側で直列に接続されている。単位変換器セル1U1〜1U6の直流側にはそれぞれ蓄電池装置2U1〜2U6が接続されている。同様に、V相は6つの単位変換器セル1V1〜1V6と、蓄電池装置2V1〜2V6を有している。単位変換器セル1V1〜1V6は、交流側で直列に接続されている。単位変換器セル1V1〜1V6の直流側にはそれぞれ蓄電池装置2V1〜2V6が接続されている。W相は6つの単位変換器セル1W1〜1W6と、蓄電池装置2W1〜2W6を有している。単位変換器セル1W1〜1W6は、交流側で直列に接続されている。単位変換器セル1W1〜1W6の直流側にはそれぞれ蓄電池装置2W1〜2W6が接続されている。 In this embodiment, the U phase has six unit converter cells 1U1 to 1U6 and storage battery devices 2U1 to 2U6. Unit converter cells 1U1 to 1U6 are connected in series on the AC side. Storage battery devices 2U1-2U6 are connected to the DC side of unit converter cells 1U1-1U6, respectively. Similarly, the V phase has six unit converter cells 1V1 to 1V6 and storage battery devices 2V1 to 2V6. The unit converter cells 1V1 to 1V6 are connected in series on the AC side. Storage battery devices 2V1 to 2V6 are connected to the DC side of unit converter cells 1V1 to 1V6, respectively. The W phase has six unit converter cells 1W1 to 1W6 and storage battery devices 2W1 to 2W6. Unit converter cells 1W1 to 1W6 are connected in series on the AC side. Storage battery devices 2W1 to 2W6 are connected to the DC side of unit converter cells 1W1 to 1W6, respectively.
変換器制御装置10は、単位変換器セル1を制御する。変換器制御装置10は複数の単位変換器セル1のスイッチング素子の電気的接続を切替えるゲート信号が出力される。
The
図2は、図1に示す電力変換装置の単位変換器セル1及び蓄電池装置2の一構成例を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the
単位変換器セル1は、例えば自励式スイッチング素子によるフルブリッジ回路である。単位変換器セル1は、例えば逆並列ダイオードを接続したIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のスイッチング素子と、平滑コンデンサ1Cとを備えている。これらのスイッチング素子は、変換器制御装置10からの制御信号により電気的接続を切替える。
The
蓄電池装置2は、組電池BTと、電池監視回路21と、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)22と、を備えている。
The
組電池BTは、複数の二次電池セル01〜0mを有している。二次電池セル01〜0mは、例えば、リチウムイオン電池である。二次電池セル01〜0m(mは正の整数)は、リチウムイオン電池に限らず、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等も採用することができる。 The assembled battery BT has a plurality of secondary battery cells 01 to 0m. The secondary battery cells 01 to 0m are, for example, lithium ion batteries. The secondary battery cells 01 to 0m (m is a positive integer) are not limited to lithium ion batteries, and nickel hydride storage batteries, lead storage batteries, nickel / cadmium storage batteries, and the like can also be used.
電池監視回路21は、二次電池セル01〜0mの電圧を検出する電圧検出回路と、組電池BTの充電電流および放電電流を検出する電流検出回路と、組電池BTの少なくとも1箇所の温度を検出する温度検出回路と、を備えている。電圧検出回路、電流検出回路、及び、温度検出回路は、周期的に検出した電圧、電流、及び、温度の値を電池管理装置22へ出力する。
The
電池管理装置22は、電池監視回路21から受信した電圧、電流、及び、温度の値から、組電池BTの充電状態(SOC:stare of charge)を演算する。例えば、電池管理装置22は、組電池BTの充電電流と放電電流とを積算して組電池BTのSOCを演算して、変換器制御装置10へ送信する。また、電池管理装置22は二次電池セル01〜0mの電圧を監視し、組電池BTが完放電になったか否か、および、満充電になったか否かを判断して、完放電あるいは満充電であることを変換器制御装置10へ送信する。
The battery management device 22 calculates the state of charge (SOC) of the assembled battery BT from the voltage, current, and temperature values received from the
図3は、組電池BTの他の構成例を説明するための図である。
この例では、組電池BTは並列に接続されたk個の二次電池セルのユニットがm個直列に接続されている(単位セル並列−直列構成)。このようにk×m個の二次電池セル011〜0mkを接続すると、図2に示す場合よりも組電池BTの容量を大きくすることができる。
FIG. 3 is a diagram for explaining another configuration example of the assembled battery BT.
In this example, the assembled battery BT includes m units of k secondary battery cells connected in parallel (unit cell parallel-series configuration). When k × m
図4は、組電池BTの他の構成例を説明するための図である。
この例では、組電池BTは直列に接続されたm個の二次電池セルのユニットがk個並列に接続されている(単位セル直列−並列構成)。このようにk×m個の二次電池セル011〜0kmを接続すると、図2に示す場合よりも組電池BTの容量を大きくすることができる。
FIG. 4 is a diagram for explaining another configuration example of the assembled battery BT.
In this example, the assembled battery BT includes m units of m secondary battery cells connected in series and connected in parallel (unit cell series-parallel configuration). When k × m
図5は、本実施形態の電力変換装置の変換器制御装置10の一構成例を説明するブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the
変換器制御装置10は、電流指令変換部101と、3相-dq電流変換部102と、電流制御部103と、3相-dq電圧変換部104と、dq-3相変換部105と、ゲート信号生成部106と、を備えている。
The
電流指令変換部101は、上位制御装置から受信する有効電力指令値P*と無効電力指令値Q*とから、d-q座標上でのd軸電流指令値id*と、q軸電流指令値iq*とを生成する。
id* =P*/Vd
iq* =Q*/Vd=0
ここで、Vdは系統電圧Vのd軸成分である。
The current
id * = P * / Vd
iq * = Q * / Vd = 0
Here, Vd is a d-axis component of the system voltage V.
3相-dq電流変換部102は、U相電流Iuと、V相電流Ivと、W相電流Iwとを受信して、これらの値からd-q座標上のd軸電流成分Idとq軸電流成分Iqとに変換して電流制御部103へ出力する。
The three-phase-dq
電流制御部103は、d軸電流指令値id*とd軸成分Idとの差分と、q軸電流指令値iq*とq軸成分Iqとの差分とを演算し、比例積分(PI)制御により差分がゼロとなる電圧制御値のd軸成分とq軸成分とを出力する。
The
3相-dq電圧変換部104は、U相電圧Vuと、V相電圧Ivと、W相電圧Vwとを受信して、これらの値からd-q座標上のd軸電圧成分Vdとq軸電圧成分Vqとに変換して出力する。
The three-phase-
d軸電圧成分Vdと電流制御部103から出力された電圧制御値のd軸成分とは差分器に入力され、d軸電圧指令Vd*が演算される。q軸電圧成分Vqと電流制御部103から出力された電圧制御値のq軸成分とは差分器に入力され、q軸電圧指令Vq*が演算される。
The d-axis voltage component Vd and the d-axis component of the voltage control value output from the
dq-3相変換部105は、d軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*とを受信し、逆d-q変換を行い、各相の電圧指令値、すなわちU相電圧指令VuP、V相電圧指令VvP、及び、W相電圧指令VwPを出力する。
The dq-3
ゲート信号生成部106は、U相電圧指令VuP、V相電圧指令VvP、W相電圧指令VwP、各組電池BTのSOC(SOCu1、SOCu2、…SOCwN、)、d軸電流成分Id、及び、q軸電流成分Iqを受信する。
The gate
ゲート信号生成部106は、各組電池BTのSOC均等化のためのSOCバランス制御を行うとともに、組電池BTの蓄電池の容量を演算するためにゲート信号の補正を行う。
The gate
図6は、図5に示すゲート信号生成部106の一構成例を説明するブロック図である。ゲート信号生成部106は、相間SOCバランス制御部1061、段間SOCバランス制御部1062、及び、ゲート信号補正部1063を有している。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the gate
相間SOCバランス制御部1061と段間SOCバランス制御部1062とは、組電池の充放電電力を意図的にわずかに異ならせることにより、素子のバラツキや誤差によるSOCの不均一を抑制するSOCバランス制御手段である。これは、SOCの不均一が増大すると、1台の組電池BTが他よりも早く満充電あるいは完放電に至ることがあり、この場合には他の組電池BTがまだ充電あるいは放電できるにも係らず全ての組電池BTの充電あるいは放電を停止することになるためである。
The inter-phase SOC
相間SOCバランス制御部1061は、組電池BTのSOC(SOCu1、SOCu2…SOCwN)と、d軸電流成分Idと、q軸電流成分Iqとを受信する。
The inter-phase SOC
相間SOCバランス制御部1061は、各相の平均SOC(SOCu、SOCv、SOCw)と、全組電池BTの平均SOC(SOCave)とを演算し、各相の平均SOCを、SOCaveに追従させる。ここで、各相の平均SOCは、各相のN台の組電池BTの平均SOCであり、例えばU相の平均SOCuは、(SOCu1+SOCu2+…+SOCuN)/Nである。全組電池BTの平均SOC(SOCave)は、(SOCu+SOCv+SOCw)/3である。
The inter-phase SOC
相間SOCバランス制御部1061は、各相の平均SOC(SOCu1、SOCu2…SOCwN)とSOCaveとの差を演算し、この差に基づいて、U相電圧指令VuP、V相電圧指令VvP、W相電圧指令VwP、を調整するための値を演算する。このとき、相間SOCバランス制御部1061は、系統電流に影響を与えないように、全相の合計電力が変化しないようにする。
The inter-phase SOC
相間SOCバランス制御部1061の出力は各相の電圧指令値VuP、VvP、VwPに加えられ、1/Nを乗じて、各単位変換器セル1の電圧指令値が演算される。
The output of the interphase SOC
段間SOCバランス制御部1062は、各組電池BTのSOCをその相の各相平均SOC(SOCu、SOCv、SOCw)に追従させる。相間バランス制御と段間バランス制御とを組み合わせることにより、全ての組電池BTのSOCを均等化することができる。
The interstage SOC
段間SOCバランス制御部1062は、組電池BTのSOC(SOCu1、SOCu2、…SOCwN)を受信し、各相の平均SOC(SOCu、SOCv、SOCw)を演算する。段間SOCバランス制御部1062は、単位変換器セル1の電圧指令値を調整するための値を演算する。
The interstage SOC
段間SOCバランス制御部1062の出力と、1/N器の出力とが加えられてゲート信号補正部1063へ入力される。
The output of the interstage SOC
ゲート信号補正部1063は、入力された単位変換器セル1の電圧指令値からゲート信号を生成する。
The gate
図7は、ゲート信号補正部1063において、電圧指令値から電圧指令値を生成する動作の一例を説明するための図である。図7では、電圧指令値と、各相の6段の単位変換器セル1の搬送波と、単位変換器セル1のゲート信号と、相電圧との関係の一例を示している。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of an operation of generating a voltage command value from the voltage command value in the gate
ゲート信号補正部1063は、単位変換器セル1の電圧指令値を受信し、それぞれの単位変換器セル1に対応する搬送波を用いてゲート信号を生成する。具体的には、ゲート信号補正部1063は、位相をずらして格段の搬送波を生成し、電圧指令との比較によりゲート信号を生成する。単位変換器セルの半導体スイッチは、ゲート信号によりオン/オフを制御している。
The gate
なお、図7では、例えばU相の電圧指令値として1つの曲線を示したものである。なお、他の三相交流であるV相およびW相に関しても、それぞれ電圧指令値の曲線が生成されるため、三相交流では全部で3本の電圧指令値の曲線が存在することになる。また、図7では6段の単位変換セルの例を示しており、各段のそれぞれのゲート信号が図上部の三角波で示されている。 In FIG. 7, for example, one curve is shown as the U-phase voltage command value. In addition, since the curve of a voltage command value is produced | generated also about the V phase and W phase which are other three-phase alternating currents, the curve of three voltage command values exists in total in three-phase alternating current. In addition, FIG. 7 shows an example of a unit conversion cell of six stages, and each gate signal of each stage is indicated by a triangular wave at the top of the figure.
このとき、ゲート信号補正部1063は、組電池BTの電池容量を算出場合には、電池容量を算出する組電池BTを選択して、その組電池BTの出力電力を変換する単位変換器セル1の電圧指令値を補正する。以下、電圧指令値の補正動作について説明する。
At this time, when calculating the battery capacity of the assembled battery BT, the gate
図8は、第1実施形態の電力変換装置において、単位変換器セルへのゲート信号を生成する方法の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of a method for generating a gate signal to the unit converter cell in the power conversion device of the first embodiment.
電圧指令演算の後、ゲート信号補正部1063は、組電池BTの実容量を算出するか否か判断する(ステップSA1)。定期的に複数の組電池BTの実容量を順次算出する場合、例えばカウンタの値が所定値を超えた場合に組電池BTの実用量を算出すると判断する。
After the voltage command calculation, the gate
組電池BTの実用量を算出しないと判断した場合、ゲート信号補正部1063は受信した電圧指令値を補正することなく(補正値=0)、ゲート信号を生成する。
When it is determined that the practical amount of the assembled battery BT is not calculated, the gate
組電池BTの実容量を算出すると判断した場合、ゲート信号補正部1063は実用量を算出する組電池BTに対応する単位変換器セル1を選択する(ステップSA2)。ここでは、U相N段の単位変換器セル1uNを選択したターゲット単位変換器セルとして説明する。
When it is determined that the actual capacity of the assembled battery BT is calculated, the gate
続いて、ゲート信号補正部1063は、ターゲット単位変換器セル1uNの電圧指令値についての補正値VuPP−Nをあらかじめ設定された値とする(ステップSA3)。ゲート信号補正部1063は、上記補正値でターゲット単位変換器セル1uNの電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する(ステップSA4)。このとき、ゲート信号補正部1063は、ターゲット単位変換器セル1uN以外の電圧指令値は補正値をゼロとしてゲート信号を生成する、あるいは、補正しない電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。
Subsequently, the gate
図9は、組電池の実容量算出方法の一例について説明するための図である。
組電池BTの実容量を算出する場合には、まず実容量を算出する組電池BTをその電圧が放電末電圧となるまで放電して、変換器制御装置10はこの時点の放電電力状態を0WhとするとともにSOCを0%とする(タイミングA)。このときに放電電力値に誤差がある場合は、値が補正される。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a method for calculating the actual capacity of the assembled battery.
When calculating the actual capacity of the assembled battery BT, first, the assembled battery BT for calculating the actual capacity is discharged until the voltage reaches the end-of-discharge voltage, and the
続いて、定格電力で組電池BTを一定充電し、その電圧が充電末電圧となるまで充電する。その際に、変換器制御装置10は組電池BTの充電電力を積算し充電電力量[Wh]を算出する(タイミングB)。充電末電圧に到達した時点での電力積算値を充電容量とする。このとき、内部で保持している充電容量と算出した充電容量との間に誤差が生じている場合は、最新の積算値を充電容量とする。
Subsequently, the assembled battery BT is charged with a constant power and charged until the voltage reaches the end-of-charge voltage. At that time, the
続いて、定格電力で組電池BTを一定放電し、再びその電圧が放電末電圧となるまで放電する(タイミングC)。その際に、変換器制御装置10は、組電池BTの電圧および電流を監視して組電池BTの放電電力を積算して放電電力量[Wh]を算出する。放電末電圧に到達した時点での電力積算値を放電容量とする。このとき、内部で保持している放電容量と算出した放電容量との間に誤差が生じている場合は、最新の積算値を放電容量とする。続いて、他の組電池BTの容量と均一になるように選択した組電池BTを充電する。
Subsequently, the assembled battery BT is discharged at a constant power at a rated power, and is discharged again until the voltage reaches a discharge end voltage (timing C). At that time, the
したがって、最初に組電池BTを放電するように電圧指令値を補正し、選択した組電池BTの電圧が放電末電圧になった後、組電池BTを充電するように電圧指令値を補正し、選択した組電池BTの電圧が充電末電圧になった後、再び組電池BTを放電するように電圧指令値を補正するように、補正値VuPP−Nが設定される。このように、補正値VuPP−Nを設定するために、ゲート信号補正部1063は組電池BTの電圧値を受信して補正値VuPP−Nを切り替えてもよい。
Therefore, the voltage command value is corrected so that the assembled battery BT is discharged first, and after the voltage of the selected assembled battery BT becomes the end-of-discharge voltage, the voltage command value is corrected so as to charge the assembled battery BT, After the voltage of the selected assembled battery BT reaches the end-of-charge voltage, the correction value VuPP-N is set so that the voltage command value is corrected so that the assembled battery BT is discharged again. Thus, in order to set the correction value VuPP-N, the gate
ゲート信号補正部1063は、ターゲット単位変換器セル1uNの電圧指令値に補正値VuPP−Nを加えて電圧指令値を補正し、搬送波と比較してゲート信号を生成する。他の単位変換器セル1の電圧指令値は補正せずに(補正値ゼロとして)、搬送波と比較してゲート信号を生成する。
The gate
このように補正した電圧指令値から生成したゲート信号によりターゲット単位変換器セル1uNを制御し、補正しない電圧指令値から生成したゲート信号により他の単位変換器セル1を制御すると、選択した組電池BTについて実容量を算出することが可能となる。すなわち、他の組電池BTはSOCバランス制御によりSOCが均等となるように制御されるが、選択した組電池BTについては完全に放電した状態から満充電まで充電され、その後再び完全に放電した状態となる。
When the target unit converter cell 1uN is controlled by the gate signal generated from the voltage command value corrected in this way, and the other
その結果、変換器制御装置10は、選択した組電池BTの充放電電流を積算することにより、組電池BTの充電電力量と放電電力量とを算出し、これらの値から組電池BTの劣化度を判断することができる。
As a result, the
なお、ゲート信号補正部1063は、他の組電池BTについても同様に、単位変換器セル1の電圧指令値を補正して充電電力量と放電電力量とを算出し、すべての組電池BTの劣化度を順次判断することができる。したがって、変換器制御装置10は、組電池BT毎の劣化度に応じた制御を行うことが可能になり、1つの組電池BTの完放電や満充電により電力変換装置が頻繁に停止したり、出力電力が低下したりすることを回避することができる。
Similarly, the gate
上記のように、本実施形態によれば、信頼性の高い電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a highly reliable power converter and a method for controlling the power converter.
次に、第2実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において上述の第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 Next, the power converter of 2nd Embodiment and the control method of a power converter are demonstrated with reference to drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態では、ゲート信号補正部1063が上位制御装置から有効電力指令P*を受信することと、ゲート信号補正部1063における電圧指令値の補正値を設定する動作とが上述の第1実施形態と異なっている。
In the present embodiment, the operation of the gate
図10は、本実施形態の電力変換装置において、単位変換器セルへのゲート信号を生成する方法の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart for explaining an example of a method for generating a gate signal to the unit converter cell in the power conversion device of the present embodiment.
電圧指令演算の後、ゲート信号補正部1063は、組電池BTの実容量を算出するか否か判断する(ステップSB1)。上述の第1実施形態と同様に、定期的に複数の組電池BTの実容量を順次算出する場合、例えばカウンタの値が所定値を超えた場合に所定の組電池BTの実用量を算出すると判断する。
After the voltage command calculation, the gate
組電池BTの実用量を算出しないと判断した場合、ゲート信号補正部1063は受信した電圧指令値を補正することなく(補正値=0)、ゲート信号を生成する。
When it is determined that the practical amount of the assembled battery BT is not calculated, the gate
組電池BTの実容量を算出すると判断した場合、ゲート信号補正部1063は実用量を算出する組電池BTに対応する単位変換器セル1を選択する(ステップSB2)。ここでは、U相N段の単位変換器セル1uNを選択したターゲット単位変換器セルとして説明する。
When it is determined that the actual capacity of the assembled battery BT is calculated, the gate
続いて、ゲート信号補正部1063は、有効電力指令P*がゼロよりも大きいか否かを判断する(ステップSB3)。ゲート信号補正部1063は、上位制御装置から有効電力指令P*を受信する。
Subsequently, the gate
ゲート信号補正部1063は、ターゲットとなる組電池BTを他の組電池BTよりも先に完放電あるいは満充電とするために、電力指令P*が入力(P*≦0)であれば、電圧指令値の補正量VuPp−N>0とし(ステップSB4)、出力P*≧0であれば、電圧指令値の補正量VuPp−N≦0とする(ステップSB5)。なお、補正量VuPp−Nは、パラメータ設定などで設定される固定値とする。
When the power command P * is input (P * ≦ 0), the gate
ゲート信号補正部1063は、補正後の電圧指令値を用いてターゲット単位変換器セル1uNのゲート信号を生成する(ステップSB6)。このとき、ゲート信号補正部1063は、ターゲット単位変換器セル1uN以外の電圧指令値は補正値をゼロとしてゲート信号を生成する、あるいは、補正しない電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。
The gate
上記のように電圧指令値を補正すると、電力変換装置を充放電するとき、個別にターゲットとした組電池BTのみ完放電あるいは満充電とすることが可能となり、ターゲットとした組電池BTの電池容量を算出することができる。 When the voltage command value is corrected as described above, when charging / discharging the power converter, only the target battery pack BT can be completely discharged or fully charged, and the battery capacity of the target battery pack BT is set. Can be calculated.
さらに、上記のように電圧指令値を補正すると、電力変換装置において複数の組電池BTを充電する場合には、ターゲットとなる組電池BTの充電量が他の組電池BTよりも多くなり、電力変換装置において複数の組電池BTを放電する場合には、ターゲットとなる組電池BTの放電量が他の組電池BTよりも多くなる。したがって、ターゲットの組電池BTの実容量に要する時間を短縮することができる。 Further, when the voltage command value is corrected as described above, when charging a plurality of assembled batteries BT in the power conversion device, the charge amount of the target assembled battery BT becomes larger than that of the other assembled batteries BT, When discharging a plurality of assembled batteries BT in the conversion device, the discharge amount of the target assembled battery BT is larger than that of the other assembled batteries BT. Therefore, the time required for the actual capacity of the target assembled battery BT can be shortened.
すなわち、本実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法によれば、上述の第1実施形態と同様に信頼性の高い電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。 That is, according to the power conversion device and the power conversion device control method of the present embodiment, it is possible to provide a highly reliable power conversion device and a power conversion device control method as in the first embodiment.
次に、第3実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法について図面を参照して説明する。 Next, the power converter of 3rd Embodiment and the control method of a power converter are demonstrated with reference to drawings.
図11は、本実施形態の電力変換装置のゲート信号生成部106の一構成例を説明するブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the gate
本実施形態では、ゲート信号生成部106は、ゲート信号補正部1063の前段に配置された反転部1064をさらに備えている。
In the present embodiment, the gate
反転部1064は、単位変換器セルへの電圧指令値を受信し、ターゲット単位変換器セルへの電圧指令値を逆相とし、他の電圧指令値はそのままゲート信号補正部1063へ出力する。
The
ゲート信号補正部1063は、反転部1064から電圧指令値を受信し、ターゲット単位変換器セルと同相の他の単位変換器セルの電圧指令値に(N+1)/(N−1)を乗じて電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。
The gate
図12は、本実施形態の電力変換装置において電圧指令値から電圧指令値を生成する動作の一例を説明するための図である。図12では、電圧指令値と、各相の6段の単位変換器セル1の搬送波と、単位変換器セル1のゲート信号と、相電圧との関係の一例を示している。
FIG. 12 is a diagram for explaining an example of an operation for generating a voltage command value from a voltage command value in the power conversion device of the present embodiment. FIG. 12 shows an example of the relationship between the voltage command value, the carrier wave of the six-stage
ゲート信号補正部1063は、第1実施形態と同様に、位相をずらして格段の搬送波を生成し、電圧指令との比較によりゲート信号を生成している。ここで、ゲート信号補正部1063は、補正後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。すなわち、ターゲット単位変換器セル(図12では6段目)の電圧指令値は逆相となっている。また、ターゲット単位変換器セル以外には(N+1)/(N−1)の係数を乗じて補正した後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。
Similarly to the first embodiment, the gate
なお、図12では、ターゲット単位変換器セル以外の電圧指令値として1つの曲線を示しているが、段間SOCバランス制御により各相内の複数の単位変換器セル1について電圧指令値が調整される場合には、電圧指令値は各相内の段数分となる。
In FIG. 12, one curve is shown as the voltage command value other than the target unit converter cell, but the voltage command value is adjusted for a plurality of
本実施形態の電力変換装置では、複数の組電池BTのSOCを均一にするように補正前の電圧指令値が生成されるため、上記のように、ターゲット単位変換器セルへのゲート信号を逆相にすると、ターゲットの組電池BTのSOCとSOCの平均値との差が徐々に大きくなり、個別に完放電あるいは満充電とすることが可能である。 In the power conversion device of the present embodiment, since the voltage command value before correction is generated so as to make the SOC of the plurality of assembled batteries BT uniform, the gate signal to the target unit converter cell is reversed as described above. In the phase, the difference between the SOC of the target assembled battery BT and the average value of the SOC gradually increases, and complete discharge or full charge can be achieved individually.
図13は、本実施形態の電力変換装置において、単位変換器セルへのゲート信号を生成する方法の一例を説明するフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart for explaining an example of a method for generating a gate signal to a unit converter cell in the power conversion device of this embodiment.
電圧指令演算の後、ゲート信号生成部106は、組電池BTの実容量を算出するか否か判断する(ステップSC1)。上述の第1実施形態と同様に、定期的に複数の組電池BTの実容量を順次算出する場合、例えばカウンタの値が所定値を超えた場合に所定の組電池BTの実用量を算出すると判断する。
After the voltage command calculation, the gate
組電池BTの実用量を算出しないと判断した場合、ゲート信号生成部106は受信した電圧指令値を補正することなく、ゲート信号を生成する。
When it is determined that the practical amount of the assembled battery BT is not calculated, the gate
組電池BTの実容量を算出すると判断した場合、ゲート信号生成部106は実用量を算出する組電池BTに対応する単位変換器セル1を選択する(ステップSC2)。ここでは、U相N段の単位変換器セル1uNを選択したターゲット単位変換器セルとして説明する。
When it is determined that the actual capacity of the assembled battery BT is calculated, the gate
続いて、ゲート信号生成部106は、反転部1064において、ターゲット単位変換器セル1uNの電圧指令値VuP−Nを逆相にする(ステップSC3)とともに、ゲート信号補正部1063において、N相内の他のターゲット単位変換器セルの電圧指令値に(N+1)/(N−1)を乗じる(ステップSC4)。
Subsequently, the gate
ゲート信号生成部106は、上記のように補正した電圧指令値を用いてゲート信号を生成する(ステップSC5)。このとき、ゲート信号生成部105はターゲットの組電池BTを含まない相については、電圧指令値の補正値をゼロとしてゲート信号を生成する、あるいは、補正しない電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。
The gate
上記のように電圧指令値を補正すると、電力変換装置を充放電するとき、相のエネルギーを変えることなく、個別にターゲットとした組電池BTのみ完放電あるいは満充電とすることが可能となり、ターゲットとした組電池BTの電池容量を算出することができる。 When the voltage command value is corrected as described above, when charging / discharging the power conversion device, only the assembled battery BT targeted individually can be completely discharged or fully charged without changing the phase energy. The battery capacity of the assembled battery BT can be calculated.
すなわち、本実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法によれば、上述の第1実施形態と同様に信頼性の高い電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。 That is, according to the power conversion device and the power conversion device control method of the present embodiment, it is possible to provide a highly reliable power conversion device and a power conversion device control method as in the first embodiment.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
BT…組電池、1…単位変換器セル、1U1〜1U6…単位変換器セル(U相)、1V1〜1V6…単位変換器セル(V相)、1W1〜1W6…単位変換器セル(W相)、2…蓄電池装置、2U1〜2U6…蓄電池装置(U相)、2V1〜2V6…蓄電池装置(V相)、2W1〜2W6…蓄電池装置(W相)、10…変換器制御装置、106…ゲート信号生成部、1061…相間SOCバランス制御部、1062…段間SOCバランス制御部、1063…ゲート信号補正部、1064…反転部。
BT ... assembled battery, 1 ... unit converter cell, 1U1-1U6 ... unit converter cell (U phase), 1V1-1V6 ... unit converter cell (V phase), 1W1-1W6 ... unit converter cell (W phase) DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、
前記組電池のエネルギー残量が均等になるようにPWM制御の電圧指令値を生成するSOCバランス制御部と、前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値にあらかじめ設定された補正値を加算して電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成するゲート信号補正部と、を有する変換器制御装置と、を備える電力変換装置。 A plurality of unit converter cells having a semiconductor switch for switching the connection between the AC side and the DC side, the AC side being connected in cascade,
A storage battery device including an assembled battery connected to the DC side of the unit converter cell;
An SOC balance control unit that generates a voltage command value for PWM control so that the remaining energy of the assembled battery is equalized, and when measuring the battery capacity of the assembled battery individually, setting a target assembled battery, A gate that corrects a voltage command value by adding a preset correction value to the voltage command value of the unit converter cell for the target assembled battery, and generates a gate signal of the semiconductor switch using the corrected voltage command value power conversion device and a transducer controller having a signal correction unit.
前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、
前記組電池のエネルギー残量が均等になるようにPWM制御の電圧指令値を生成するSOCバランス制御部と、
前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値を逆相にする反転部と、Nを前記ターゲット組電池と同相に含まれる前記単位変換器セルの段数とした場合に前記ターゲット組電池と同相の他の前記単位変換器セルの電圧指令値に(N+1)/(N−1)を乗じて補正し、補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成するゲート信号補正部と、を有する変換器制御装置と、を備える電力変換装置。 A plurality of unit converter cells having a semiconductor switch for switching the connection between the AC side and the DC side, the AC side being connected in cascade,
A storage battery device including an assembled battery connected to the DC side of the unit converter cell;
An SOC balance control unit that generates a voltage command value for PWM control so that the remaining energy of the assembled battery is equalized;
When individually measuring the battery capacity of the assembled battery, a target assembled battery is set, an inversion unit that reverses the voltage command value of the unit converter cell with respect to the target assembled battery, and N is the target assembled battery the unit converter when the number of stages of the cell to the voltage command value of the target assembled battery and other of said unit converters cell phase (N + 1) / (N -1) is multiplied by the correction contained in phase with, power conversion device and a transducer controller with a gate signal correction unit, a generating a gate signal of the semiconductor switch with a voltage command value after correction.
前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、を備えた電力変換器の制御方法であって、
前記組電池のエネルギー残量が均等になるようにPWM制御の電圧指令値を生成し、
前記組電池の電池容量を個別に測定するか否かを判断し、
前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、
前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値にあらかじめ設定された補正値を加算して電圧指令値を補正し、
補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成する、
電力変換装置の制御方法。 A plurality of unit converter cells having a semiconductor switch for switching the connection between the AC side and the DC side, the AC side being connected in cascade,
A storage battery device including an assembled battery connected to the DC side of the unit converter cell, and a control method of a power converter comprising:
Generate a voltage command value for PWM control so that the remaining energy of the assembled battery is equal,
Determine whether to measure the battery capacity of the assembled battery individually,
When measuring the battery capacity of the assembled battery individually, set the target assembled battery,
Correct the voltage command value by adding a preset correction value to the voltage command value of the unit converter cell for the target assembled battery,
Generating a gate signal of the semiconductor switch using the corrected voltage command value ;
Control method of power converter.
前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、を備えた電力変換装置の制御方法であって、
前記組電池のエネルギー残量が均等になるようにPWM制御の電圧指令値を生成し、
前記組電池の電池容量を個別に測定するか否かを判断し、
前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、
前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値を逆相にする反転部と、Nを前記ターゲット組電池と同相に含まれる前記単位変換器セルの段数とした場合に前記ターゲット組電池と同相の他の前記単位変換器セルの電圧指令値に(N+1)/(N−1)を乗じて補正し、
補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成する、
電力変換装置の制御方法。 A plurality of unit converter cells having a semiconductor switch for switching the connection between the AC side and the DC side, the AC side being connected in cascade,
A storage battery device including an assembled battery connected to the DC side of the unit converter cell, and a control method for a power conversion device comprising:
Generate a voltage command value for PWM control so that the remaining energy of the assembled battery is equal,
Determine whether to measure the battery capacity of the assembled battery individually,
When measuring the battery capacity of the assembled battery individually, set the target assembled battery,
An inversion unit that reverses the voltage command value of the unit converter cell with respect to the target assembled battery, and the target assembled battery when N is the number of stages of the unit converter cell included in the same phase as the target assembled battery a voltage command value of the other of said unit converters cell-phase multiplied by the (N + 1) / (N -1) is corrected,
Generating a gate signal of the semiconductor switch using the corrected voltage command value ;
Control method of power converter.
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