交直流变换装置的制作方法

1.本发明涉及交直流变换装置。


背景技术：

2.与蓄电池连接的交直流变换装置(pcs：power conditioning subsystem，功率调节子系统)例如通过控制对于逆变器(inverter)电路(交直流变换电路)的栅极脉冲，由此进行交流电力与直流电力之间的正向变换及逆向变换而使蓄电池充放电。
3.例如，公知有计算对蓄电装置的充放电的控制计划值、对pcs给出向蓄电池的充放电指示的能量管理系统(ems：energy management system)(例如参照专利文献1)。
4.这样，与蓄电池连接的交直流变换装置根据来自ems等的上位装置的指令值，控制用来使蓄电池充放电的输出。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特许2015－149840号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的课题
9.但是，以往的交直流变换装置不能普遍地掌握蓄电池的soc(states of charge：充电状态)等的运转信息，在以来自上位装置的充放电指令进行运转的情况下，有可能发生蓄电池的过充放电。
10.本发明是为了解决上述那样的课题而做出的，目的是提供一种能够以简单的结构防止蓄电池的过充放电的交直流变换装置。
11.用来解决课题的手段
12.有关本发明的一技术方案的交直流变换装置的特征在于，具有：逆变器电路，对蓄电池的直流电力和交流电力进行相互变换；指令值取得部，从上位装置取得指令值，以使上述蓄电池充电或放电；直流电压取得部，取得上述蓄电池侧的直流电压；以及限幅处理部，进行处理，该处理是基于上述直流电压取得部所取得的直流电压而设定为对上述指令值取得部所取得的指令值的上限及下限分别进行限制的处理。
13.发明效果
14.根据本发明，能够以简单的结构防止蓄电池的过充放电。
附图说明
15.图1是表示有关一实施方式的交直流变换装置(pcs)的结构例的图。
16.图2是例示控制部具有的功能的功能框图。
17.图3是表示对于蓄电池的指令值的上限及下限的控制(限制)例的图。
18.图4是表示对于蓄电池的指令值上限乘以的增益的控制例的图。
19.图5是表示对于蓄电池的指令值下限乘以的增益的控制例的图。
20.图6是例示控制部进行的处理的顺序的图。
21.图7是表示交直流变换装置的电压范围与蓄电池的电压范围的关系的图。
22.图8是表示交直流变换装置的电压范围与蓄电池的电压范围的关系的图。
23.图9是表示交直流变换装置的电压范围与蓄电池的电压范围的关系的图。
24.图10是表示交直流变换装置的电压范围与蓄电池的电压范围的关系的图。
具体实施方式
25.以下，使用附图说明交直流变换装置的一实施方式。图1是表示有关一实施方式的交直流变换装置(pcs)1的结构例的图。
26.交直流变换装置1例如充放电运转范围被设定为660v～1200v，在直流电源连接部10－1、10－2上连接着蓄电池100。蓄电池100其电池电压的充放电运转范围例如被设定为710v～970v。
27.并且，交直流变换装置1在直流电源连接部10－1、10－2与三相的系统连接部12之间对直流电力和交流电力进行相互变换，从上位装置(ems等)基于充放电指示使蓄电池100充放电。
28.此外，交直流变换装置1具有将蓄电池100的直流电力和经由系统连接部12输入输出的三相的交流电力相互变换的三相的逆变器电路(交直流变换电路)14。
29.在直流电源连接部10－1、10－2与逆变器电路14之间，设有将直流电流切断的直流电流断路器16－1、16－2。此外，在直流电流断路器16－1、16－2与逆变器电路14之间，作为直流中间电路而设有r1、r2及c1、c2。此外，在系统连接部12与逆变器电路14之间，设有将三相的交流电流切断的交流电流断路器18。
30.控制部2设在交直流变换装置1内，控制构成交直流变换装置1的各部。例如，控制部2通过基于来自上位装置的充放电指示控制对于逆变器电路14的栅极脉冲，由此使逆变器电路14进行交流电力与直流电力之间的正向变换及逆向变换，使蓄电池100充放电。
31.此时，控制部2取得蓄电池100的直流输入电压。作为直流输入电压的检测位置，例如也可以取得在直流电源连接部10－1、10－2之间发生的直流输入电压。此外，也可以取得直流电流断路器16－1、16－2与逆变器电路14之间的电容器电压。此外，也可以从蓄电池100或上位装置(ems等)通过通信机构等转送电池电压信息。
32.图2是例示控制部2具有的功能的功能框图。如图2所示，控制部2例如具有直流电压取得部20、设定部22、比较部24、限幅(增益)运算部26、指令值取得部28、限幅处理部30及指令值输出部32。
33.直流电压取得部20例如经由直流电源连接部10－1、10－2，以规定的定时，周期性地取得蓄电池100的直流电压。指令值取得部28例如经由通信，以规定的定时，周期性地从上位装置取得充放电指令值。例如，在使蓄电池100放电的情况下，将指令值设为0％～ 100％的范围内的值。此外，在使蓄电池100充电的情况下，将指令值设为－100％～0％的范围内的值。
34.设定部22存储预先设定的充电限制开始电压、充电限制结束电压、充电限制解除电压，充电限制解除速度，放电限制开始电压、放电限制结束电压、放电限制解除电压，放电
限制解除速度。
35.比较部24对从直流电压取得部20输入的直流电压值与设定部22存储的充电限制开始电压、充电限制结束电压、充电限制解除电压，放电限制开始电压、放电限制结束电压、放电限制解除电压进行比较，将比较结果对限幅(增益)运算部26输出。
36.限幅(增益)运算部26基于从比较部24输入的比较结果，做出是进行充电限制开始、充电限制解除、放电限制开始、还是放电限制解除的判断。此外，限幅(增益)运算部26将直流电压取得部20所取得的电压与设定在设定部22中的充电限制开始电压、充电限制结束电压、充电限制解除电压比较，运算充电限制增益、放电限制增益。充电限制增益、放电限制增益是0～1.0的范围内的值，在增益是1.0的情况下，为不进行充电限制或放电控制，在增益是0的情况下，为充电限制或放电控制零即充电停止或放电停止。限幅(增益)运算部26将运算出的增益对限幅处理部30输出。
37.限幅处理部30基于从限幅(增益)运算部26输入的充电限制增益、放电限制增益，运算指令值的上下限限幅。限幅处理部30根据运算出的指令值的上下限限幅，对指令值取得部28所取得的来自上位装置的充放电指令值进行限幅处理。限幅处理部30将处理后的指令值向指令值输出部32输出。
38.例如，指令值输出部32在使蓄电池100放电的情况下，将指令值设为0％～ 100％的范围内的值。此外，指令值输出部32在使蓄电池100充电的情况下，将指令值设为－100％～0％的范围内的值。因而，指令值输出部32在限幅处理部30不进行限制指令值的上限及下限的设定的情况下，输出－100％～ 100％的范围内的指令值。
39.另一方面，指令值输出部32在通过限幅处理部30所进行的设定而分别限制了指令值(例如p指令值)的上限及下限的情况下，将被限制的范围内的指令值对逆变器电路14输出。即，限幅处理部30设定对于指令值输出部32基于来自上位装置的充放电指示输出的指令值的上限及下限的限幅。
40.更具体地讲，限幅处理部30例如对指令值输出部32进行图3～图5所例示的以下这样的多个设定。
41.另外，以下使用的使放电限制电压值(例如720v)、放电限制解除电压值(例如740v)、充电限制电压值(例如960v)、充电限制解除电压值(例如930v)以及指令值输出部32输出的指令值依次向最大值及最小值分别接近的步骤(procedure，次序)，是根据蓄电池100的特性而预先设定的。
42.首先，对蓄电池100接近于放电末期的情况进行说明。蓄电池100的电压下降，如果电压下降到规定值以下，则限幅处理部30为了防止过放电，将指令值输出部32输出的指令值的上限根据蓄电池100的电压电平逐渐从 100％到0％乘以增益而降低。
43.例如，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压从规定值以上的电压成为预先设定的放电限制电压值(720v)以下的情况下，基于直流电压取得部20所取得的直流电压进行设定，以将指令值输出部32输出的指令值的上限降低而进行限制(参照图3、图4)。
44.此时，通过蓄电池100的输出电流减小而作用在蓄电池100的内部电阻r上的电压下降，蓄电池100的输出电压暂时上升。所以，限幅处理部30为了防止降低后的指令值的上限因蓄电池100的输出电压的恢复而再次上升，在蓄电池100的输出电压成为放电限制电压
值(720v)以下的情况下，进行设定以满足下式(1)。
45.指令值＝min{上一次的指令值上限，当前的指令值上限}
…
(1)
46.此外，限幅处理部30在蓄电池100的输出电压成为放电限制电压值(720v)以下的情况下，不解除对指令值的上限进行限制的设定，直到蓄电池100的输出电压恢复(充电)为规定值以上。
47.例如，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压成为放电限制电压值(720v)以下之后，进行设定，以将指令值输出部32输出的指令值限制为上一次的指令值以下，直到直流电压取得部20所取得的直流电压成为预先设定的放电限制解除电压值(740v)以上。
48.此外，在通过指令值输出部32输出使蓄电池100充电的指令值而使得蓄电池100的输出电压恢复为规定值以上的情况下，限幅处理部30解除将指令值的上限降低的设定。此时，限幅处理部30不是一次地解除将指令值的上限降低的设定，而是花费规定时间(例如5秒)，或一边以规定的变化率逐渐提高指令值的上限，一边将指令值的上限提高到 100％。
49.例如，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压从放电限制电压值(720v)上升到放电限制解除电压值(740v)的情况下，进行设定，以将指令值输出部32输出的指令值分为多次地依次向最大值( 100％)接近。
50.此时，通过蓄电池100的输出电流增大，施加在蓄电池100的内部电阻r上的电压上升，蓄电池100的输出电压暂时下降。所以，限幅处理部30为了防止上升后的指令值的上限因蓄电池100的输出电压的恢复而再次下降，在蓄电池100的输出电压成为放电限制解除电压值(740v)以上的情况下，进行设定以满足下式(2)。
51.指令值＝max{上一次的指令值上限，当前的指令值上限}
…
(2)
52.即，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压上升到放电限制解除电压值(740v)之后，进行设定，以将指令值输出部32输出的指令值限制为上一次的指令值以上。
53.接着，对蓄电池100接近于充电末期的情况进行说明。蓄电池100的电压上升，如果电压上升到规定值以上，则限幅处理部30为了防止过充电，将指令值输出部32输出的指令值的下限根据蓄电池100的电压电平逐渐从－100％到0％乘以增益而提高。
54.例如，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压从规定值以下的电压成为预先设定的充电限制电压值(960v)以上的情况下，进行设定，以基于直流电压取得部20所取得的直流电压，将指令值输出部32输出的指令值的下限提高而进行限制(参照图3、图5)。
55.此时，施加在蓄电池100的内部电阻r上的电压上升，蓄电池100的输出电压暂时下降。所以，限幅处理部30为了防止提高后的指令值的下限因蓄电池100的输出电压的恢复而再次下降，在蓄电池100的输出电压成为充电限制电压值(960v)以上的情况下，进行设定以满足下式(3)。
56.指令值＝max{上一次的指令值下限，当前的指令值下限}
…
(3)
57.此外，限幅处理部30在蓄电池100的输出电压成为充电限制电压值(960v)以上的情况下，不解除对指令值的下限进行限制的设定，直到蓄电池100的输出电压(放电)成为规定值以下。
58.例如，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压成为充电限制电压值(960v)以上之后，进行设定，以将指令值输出部32输出的指令值限制为上一次的指令值以上，直到直流电压取得部20所取得的直流电压成为预先设定的充电限制解除电压值(930v)以下。
59.此外，在通过指令值输出部32输出使蓄电池100放电的指令值而使得蓄电池100的输出电压成为规定值以下的情况下，限幅处理部30解除将指令值的下限提高的设定。此时，限幅处理部30不是一次解除将指令值的下限提高的设定，而是花费规定时间(例如5秒)，或一边以规定的变化率逐渐降低指令值的下限，一边将指令值的下限降低到－100％。
60.例如，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压从充电限制电压值(960v)下降到充电限制解除电压值(930v)的情况下，进行设定，以将指令值输出部32输出的指令值分为多次地依次向最小值(－100％)接近。
61.此时，施加在蓄电池100的内部电阻r上的电压下降，蓄电池100的输出电压暂时上升。所以，限幅处理部30为了防止降低后的指令值的下限通过蓄电池100的输出电压的下降而再次上升，在蓄电池100的输出电压成为充电限制解除电压值(930v)以下的情况下，进行设定以满足下式(4)。
62.指令值＝min{上一次的指令值下限，当前的指令值下限}
…
(4)
63.即，限幅处理部30在直流电压取得部20所取得的直流电压下降到充电限制解除电压值(930v)之后，进行设定，以将指令值输出部32输出的指令值限制为上一次的指令值以下。
64.接着，对控制部2进行的处理的具体例进行说明。图6是例示控制部2进行的处理的顺序的图。如图6所示，控制部2例如对p指令值进行设定限制上限的上限增益的上限限制处理200和设定限制下限的下限增益的下限限制处理220。
65.在上限限制处理200中，增益设定部201对逆变器电路14(图1)设定基于直流输入电压的上限增益，对比较器202及选择器203输出。比较器202将上一次的上限增益与当前的上限增益比较，将比较结果对选择器203输出。最小值选择部(min)204将上一次的上限增益与当前的上限增益比较，将相对较小的上限增益对选择器208输出。
66.比较器205将对于逆变器电路14的直流输入电压与放电限制解除电压值(740v)比较，将比较结果对变化量限幅器206及选择器208输出。变化量限幅器206在直流输入电压为放电限制解除电压值(740v)以上的情况下，例如进行以花费5秒(或10秒)的时间将指令值的上限逐渐提高的方式设定上限增益的处理。
67.最大值选择部(max)207为了防止提高后的指令值的上限因蓄电池100的输出电压的恢复而再次下降，在蓄电池100的输出电压成为放电限制解除电压值(740v)以上的情况下，设定上限增益以满足上式(2)。并且，最大值选择部207将所设定的上限增益对选择器203输出。
68.选择器203基于从比较器202输入的比较结果，对选择器208输出基于从增益设定部201或最大值选择部207输入的值的上限增益。
69.选择器208基于从比较器205输入的比较结果，对乘法器209输出基于从选择器203或最小值选择部204输入的值的上限增益。
70.乘法器209对于预先设定在指令值输出部32(参照图2)中的指令值的最大值(
100％)，乘以从选择器208输入的上限增益，对指令值输出部28输出的指令值的上限进行限制。
71.在下限限制处理220中，增益设定部221对于逆变器电路14(图1)设定基于直流输入电压的下限增益，对比较器222及选择器223输出。比较器222将上一次的下限增益与当前的下限增益比较，将比较结果对选择器223输出。最小值选择部(min)224将上一次的下限增益与当前的下限增益比较，对选择器228输出绝对值相对小的下限增益。
72.比较器225将对于逆变器电路14的直流输入电压与充电限制解除电压值(930v)比较，将比较结果对变化量限幅器226及选择器228输出。变化量限幅器226在直流输入电压为充电限制解除电压值(930v)以下的情况下，例如进行以花费5秒(或10秒)的时间将指令值的下限逐渐改变的方式设定下限增益的处理。
73.最大值选择部(max)227为了防止降低后的指令值的下限因蓄电池100的输出电压的下降而再次上升，在蓄电池100的输出电压成为充电限制解除电压值(930v)以下的情况下，对选择器223输出绝对值相对大的下限增益。
74.选择器223基于从比较器222输入的比较结果，对选择器228输出基于从增益设定部221或最小值选择部227输入的值的下限增益。
75.选择器228基于从比较器225输入的比较结果，经由极性反转器230向乘法器229输出基于从选择器223或最大值选择部224输入的值的下限增益。极性反转器230使下限增益的值的极性反转。
76.并且，乘法器229对于预先设定在指令值输出部32(参照图2)中的指令值的最小值(－100％)，乘以从极性反转器230输入的下限增益，对指令值输出部32输出的指令值的下限进行限制。
77.另外，对于交直流变换装置1处置的电压范围与蓄电池100的电压范围之间的关系，如图7～图10所示那样可以考虑4种组合。
78.例如，如图7所示，有蓄电池100的上限电压在交直流变换装置1处置的电压范围内、但蓄电池100的下限电压在交直流变换装置1处置的电压范围外的情况。
79.此外，如图8所示，有蓄电池100的上限电压在交直流变换装置1处置的电压范围外、但蓄电池100的下限电压在交直流变换装置1处置的电压范围内的情况。
80.此外，如图9所示，有蓄电池100的上限电压及下限电压都在交直流变换装置1处置的电压范围外的情况。
81.此外，如图10所示，有蓄电池100的上限电压及下限电压都在交直流变换装置1处置的电压范围内的情况。图3所示的例子也是蓄电池100的上限电压及下限电压处于交直流变换装置1的电压范围内的情况。
82.因而，充电指令时的蓄电池100的上限电压以及放电指令时的蓄电池100的下限电压需要考虑交直流变换装置1所处置的电压范围和蓄电池100的电压范围来设定。
83.例如，在设定对于蓄电池100的指令值的下限的情况下，需要进行设定以满足下式(5)。
84.下限设定值＝max(蓄电池电压下限，交直流变换装置运转电压下限)
…
(5)
85.作为具体例，在蓄电池电压下限为660v、交直流变换装置运转电压下限为710v的情况下，指令值的下限设定值为下式(6)那样。
86.下限设定值＝max(660v，710v)＝710v
…
(6)
87.此外，在设定对于蓄电池100的指令值的上限的情况下，需要进行设定以满足下式(7)。
88.上限设定值＝min(蓄电池电压上限，交直流变换装置运转电压上限)
…
(7)
89.作为具体例，在蓄电池电压上限为970v、交直流变换装置运转电压上限为1200v的情况下，指令值的上限设定值为下式(8)那样。
90.上限设定值＝min(970v，1200v)＝970v
…
(8)
91.如以上说明，有关一实施方式的交直流变换装置1由于具备基于直流电压取得部20所取得的直流电压进行设定以对指令值输出部32输出的指令值的上限及下限分别进行限制的限幅处理部30，所以能够以简单的结构防止蓄电池100的过充放电。
92.另外，控制部2进行的控制的各功能既可以分别一部分或全部由pld(programmable logic device：可编程逻辑器件)或fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)等的硬件构成，也可以构成为cpu等的处理器执行的程序。
93.标号说明
[0094]1…
交直流变换装置；2
…
控制部；10－1、10－2
…
直流电源连接部；12
…
系统连接部；14
…
逆变器电路；16－1、16－2
…
直流电流断路器；18
…
交流电流断路器；20
…
直流电压取得部；22
…
设定部；24
…
比较部；26
…
限幅(增益)运算部；28
…
指令值取得部；30
…
限幅处理部；32
…
指令值输出部；100
…
蓄电池。