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公開番号2021005981
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120025
出願日20190627
発明の名称電源システム
出願人ニチコン株式会社
代理人特許業務法人みのり特許事務所
主分類H02J 1/00 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】制御アルゴリズムや制御部の構成の問題を回避できる電源システムを提供する。
【解決手段】電源システム10は、入力側の電力変換装置11、12と、出力側の電力変換装置13、14と、直流バス15と、入力側制御部16と、出力側制御部17とを備える。入力側制御部16は、電力変換装置11、12の入力電力、入力電流または入力電圧と直流バス電圧との関係が一義的に決まる入出力特性を規定した第1データを有し、第1データに基づいて、直流バス電圧に応じて電力変換装置11、12を制御する。出力側制御部17は、電力変換装置13、14の出力電力、出力電流または出力電圧と直流バス電圧との関係が一義的に決まる入出力特性を規定した第2データを有し、第2データに基づいて、直流バス電圧に応じて電力変換装置13、14を制御することを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
直流電力を出力する入力側電力変換部と、
前記直流電力が入力される出力側電力変換部と、
前記入力側電力変換部と前記出力側電力変換部とを接続し、前記直流電力を伝送する直流バスと、
前記入力側電力変換部を制御する入力側制御部と、
前記出力側電力変換部を制御する出力側制御部と、
を備え、
前記入力側電力変換部および前記出力側電力変換部は、一方が一または複数の電力変換装置で構成され、他方が複数の電力変換装置で構成され、
前記入力側制御部は、
前記入力側電力変換部を構成する前記電力変換装置の入力電力、入力電流または入力電圧と前記直流バスにおける直流バス電圧との関係が一義的に決まる入出力特性を規定した第1データを有し、
前記第1データに基づいて、前記直流バス電圧に応じて前記入力側電力変換部を制御し、
前記出力側制御部は、
前記出力側電力変換部を構成する前記電力変換装置の出力電力、出力電流または出力電圧と前記直流バス電圧との関係が一義的に決まる入出力特性を規定した第2データを有し、
前記第2データに基づいて、前記直流バス電圧に応じて前記出力側電力変換部を制御することを特徴とする電源システム。
続きを表示(約 440 文字)【請求項2】
前記入力側電力変換部は、複数の前記電力変換装置で構成され、
前記第1データでは、複数の異なる前記入出力特性が規定されていることを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
【請求項3】
前記入力側制御部は、前記直流バス電圧が上昇または低下すると、前記第1データに基づいて、前記入力側電力変換部を構成する複数の前記電力変換装置を順次停止させることを特徴とする請求項2に記載の電源システム。
【請求項4】
前記出力側電力変換部が、複数の前記電力変換装置で構成され、
前記第2データでは、複数の異なる前記入出力特性が規定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項5】
前記出力側制御部は、前記直流バス電圧が上昇または低下すると、前記第2データに基づいて、前記出力側電力変換部を構成する複数の前記電力変換装置を順次停止させることを特徴とする請求項4に記載の電源システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電源システムに関し、特に、入力側または出力側の電力変換部の少なくとも一方が複数の電力変換装置で構成された電源システムに関する。
続きを表示(約 4,500 文字)【背景技術】
【0002】
入力側または出力側の電力変換部の少なくとも一方が複数の電力変換装置で構成された電源システムでは、一般に、入力側電力変換部と出力側電力変換部とを接続する直流バスの電圧(以下、直流バス電圧)を一定に維持する制御が行われる(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記の電源システムでは、各電力変換装置の入力・出力の収支が合わなければ、直流バス電圧がゼロや無限大に向かって発散する場合がある。その場合、各電力変換装置において電力変換を行うことができなくなるので、そのような事態を回避するために、直流バス電圧を一定に維持する制御を行い、強制的に入力・出力の収支を合わせている。
【0004】
いずれか一つの電力変換装置の入力電力または出力電力を可変させることで、直流バス電圧を一定に維持することができる。入力側の電力変換部がDC/DC電力変換器とAC/DC電力変換器からなり、出力側の電力変換部がDC/DC電力変換器とDC/AC電力変換器からなる回路構成の場合、例えば、入力側のAC/DC電力変換器の交流入力電力を可変させ、直流バス電圧を一定に維持することで、他の電力変換器は電力を自由に入出力できる。
【0005】
しかしながら、何らかの理由により、一つの電力変換装置の入力電力または出力電力を可変させても、直流バス電圧を一定に維持することができない場合(例えば、一つの電力変換装置だけでは、直流バス電圧を一定に維持する電力を賄いきれない場合)がある。この場合、複数の電力変換器を協調させて、直流バス電圧を一定に維持することになる。
【0006】
複数の電力変換器を協調させる場合、どの入力・出力を制御するかの調停の問題が生じる。例えば、一つの出力側の電力変換器の出力を上昇させる場合、他の出力側の電力変換器の出力をどのように抑制するか、あるいは、どの入力側の電力変換器の出力を上昇させるかなど、状況に応じて適切な制御を行う制御アルゴリズムを構成する必要がある。
【0007】
この点、各電力変換器に制御制約が存在すると、制御アルゴリズムを構成することが困難になる。例えば、入力側に太陽電池(太陽光発電装置)が接続される電力変換器は、入力可能な電力の最大値が刻々変化するなど制約が大きいため、当該電力変換器を含む電源システムでは、どのように制御アルゴリズムを構成すればよいのかという問題が生じる。
【0008】
また、制御アルゴリズムを構成できたとしても、コントローラ(制御部)の構成について、下記の問題が生じる。
【0009】
すべての電力変換器を一つのコントローラで集中制御する場合、システム規模が大きくなればコントローラの負荷が高くなり、また、結線のためのハーネスが膨大となってくる。一方で、電力変換器ごとにそれぞれコントローラを設けて分散制御する場合、分散したコントローラの相互の通信が必要となるが、通信遅延・通信途絶などの発生を考慮する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
特開2014−230455号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、制御アルゴリズムや制御部の構成の問題を回避できる電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために、本発明に係る電源システムは、
直流電力を出力する入力側電力変換部と、
前記直流電力が入力される出力側電力変換部と、
前記入力側電力変換部と前記出力側電力変換部とを接続し、前記直流電力を伝送する直流バスと、
前記入力側電力変換部を制御する入力側制御部と、
前記出力側電力変換部を制御する出力側制御部と、
を備え、
前記入力側電力変換部および前記出力側電力変換部は、一方が一または複数の電力変換装置で構成され、他方が複数の電力変換装置で構成され、
前記入力側制御部は、
前記入力側電力変換部を構成する前記電力変換装置の入力電力、入力電流または入力電圧と前記直流バスにおける直流バス電圧との関係が一義的に決まる入出力特性を規定した第1データを有し、
前記第1データに基づいて、前記直流バス電圧に応じて前記入力側電力変換部を制御し、
前記出力側制御部は、
前記出力側電力変換部を構成する前記電力変換装置の出力電力、出力電流または出力電圧と前記直流バス電圧との関係が一義的に決まる入出力特性を規定した第2データを有し、
前記第2データに基づいて、前記直流バス電圧に応じて前記出力側電力変換部を制御することを特徴とする。
【0013】
この構成によれば、直流バス電圧は、特定の電力変換装置の制御に依拠することなく、入力側電力変換部の入力電力、入力電流または入力電圧や、出力側電力変換部の出力電力、出力電流または出力電圧との関係で一義的に決まる値に安定する。また、この構成によれば、入力側制御部および出力側制御部は、相互の通信に依拠することなく、各電力変換装置に意図した(第1データおよび第2データで規定した)電力変換を行わせることができる。
【0014】
上記電源システムにおいて、
前記入力側電力変換部は、複数の前記電力変換装置で構成され、
前記第1データでは、複数の異なる前記入出力特性が規定されていてもよい。
【0015】
上記電源システムにおいて、
前記入力側制御部は、前記直流バス電圧が上昇または低下すると、前記第1データに基づいて、前記入力側電力変換部を構成する複数の前記電力変換装置を順次停止させるよう構成できる。
【0016】
上記電源システムにおいて、
前記出力側電力変換部が、複数の前記電力変換装置で構成され、
前記第2データでは、複数の異なる前記入出力特性が規定されていてもよい。
【0017】
上記電源システムにおいて、
前記出力側制御部は、前記直流バス電圧が上昇または低下すると、前記第2データに基づいて、前記出力側電力変換部を構成する複数の前記電力変換装置を順次停止させるよう構成できる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、制御アルゴリズムや制御部の構成の問題を回避できる電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
本発明の第1実施形態に係る電源システムのブロック図である。
入力側電力変換部を構成する電力変換装置の入出力特性の一例を示す図である。
入力側電力変換部を構成する電力変換装置の入出力特性の別の例を示す図である。
出力側電力変換部を構成する電力変換装置の入出力特性の一例を示す図である。
本発明の第2実施形態に係る電源システムのブロック図である。
各電力変換装置の入出力特性の一例を示す図である。
双方向電力変換器の入出力特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源システムの実施形態について説明する。
【0021】
[第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態に係る電源システム10を示す。
【0022】
電源システム10は、入力側電力変換部を構成する第1電力変換装置11および第2電力変換装置12と、出力側電力変換部を構成する第3電力変換装置13および第4電力変換装置14と、直流バス15と、入力側制御部16と、出力側制御部17とを備える。
【0023】
第1電力変換装置11は、少なくとも1つのDC/DC電力変換器を含み、入力された直流電力(直流入力)を昇圧または降圧して出力する。第1電力変換装置11は、入力側に直流電源1が接続され、出力側に直流バス15が接続される。
【0024】
第2電力変換装置12は、少なくとも1つのAC/DC電力変換器を含み、入力された交流電力(交流入力)を直流電力に変換して出力する。第2電力変換装置12は、入力側に交流電源2(例えば、商用電力系統)が接続され、出力側に直流バス15が接続される。
【0025】
第3電力変換装置13は、少なくとも1つのDC/DC電力変換器を含み、入力された直流電力を昇圧または降圧して出力する。第3電力変換装置13は、入力側に直流バス15が接続され、出力側に直流負荷3が接続される。
【0026】
第4電力変換装置14は、少なくとも1つのDC/AC電力変換器を含み、入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。第4電力変換装置14は、入力側に直流バス15が接続され、出力側に交流負荷4が接続される。
【0027】
直流バス15は、第1電力変換装置11、第2電力変換装置12、第3電力変換装置13および第4電力変換装置14を相互に接続し、例えば、第1電力変換装置11および/または第2電力変換装置12から出力された直流電力を、第3電力変換装置13および/または第4電力変換装置14に伝送する。
【0028】
入力側制御部16は、例えば、マイコンおよび/または専用のICからなり、第1電力変換装置11および第2電力変換装置12の入出力特性に関するデータ(本発明の「第1データ」に相当)を記憶している。入力側制御部16は、このデータに基づいて第1電力変換装置11および第2電力変換装置12を制御する。
【0029】
入力側制御部16が、第1電力変換装置11を制御する制御部と第2電力変換装置12を制御する制御部とで構成される場合(分散制御の場合)、第1電力変換装置11の制御部に第1電力変換装置11の入出力特性に関するデータを記憶させ、第2電力変換装置12の制御部に第2電力変換装置12の入出力特性に関するデータを記憶させる。これにより、第1電力変換装置11の制御部と第2電力変換装置12の制御部とは、相互に通信を行う必要がなくなる。
【0030】
図2に、第1電力変換装置11および第2電力変換装置12の入出力特性の一例を示す。図2に示す入出力特性は、電源システム10の出力電力が減少したときに、自然と第1電力変換装置11および第2電力変換装置12の入力電力を絞る制御を行うためのものである。
(【0031】以降は省略されています)

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