JP2005218151A - Power conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池または燃料電池などの直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に電力を注入する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device that converts DC power, such as a solar cell or a fuel cell, into AC power having a commercial frequency and injects power into the system.
従来、この種の電力変換装置としては、例えば高周波トランスの1次側に共振コンデンサとスイッチング素子を配置し、スイッチング素子の電圧波形を共振させてゼロ電圧スイッチング動作を行うと共に、1次インバータが商用2倍周期で正弦波変調を行い、さらに高周波トランスの2次側ではダイオードとコンデンサで高周波成分を整流し、高周波トランスの2次側に配置した2次インバータで極性切換を行うことにより、概ね力率1の正弦波電流を生成している高効率な電力変換装置があった(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of power conversion device, for example, a resonance capacitor and a switching element are arranged on the primary side of a high-frequency transformer, and a zero voltage switching operation is performed by resonating the voltage waveform of the switching element. By performing sinusoidal modulation with a double period, and further rectifying high-frequency components with a diode and a capacitor on the secondary side of the high-frequency transformer, and switching the polarity with a secondary inverter arranged on the secondary side of the high-frequency transformer, There has been a high-efficiency power converter that generates a sine wave current with a rate of 1 (see, for example, Patent Document 1).
図7は、従来使用している電力変換装置の構成を示す接続図である。直流電源1の出力電力は第1インバータ2で高周波電力に変換された後、高周波トランス3を介して2次側へ電力伝達される。高周波トランス3の2次側に発生した高周波電力は整流手段4で高周波の脈流に変換され、フィルタコンデンサ9で高周波電流成分のみが除去された後、第2インバータ5で系統6に同期した正弦波状の交流電流に変換されて、系統6に注入されるものである。ここで、第1インバータ2はスイッチング素子8と共振コンデンサ7で構成され、第2インバータ5はQ1からQ4の4個のスイッチング素子でフルブリッジ構成されている。
しかしながら、前記従来の構成では、経済性の面で逆潮流が困難でかつ応答性が低い燃料電池のような直流電源においては、発電電力が系統に接続された家庭内機器で消費されない場合、装置内部で発生エネルギーを熱に変換処理する必要があった。 However, in the conventional configuration, in a direct current power source such as a fuel cell in which reverse power flow is difficult in terms of economy and responsiveness is low, if the generated power is not consumed by household equipment connected to the system, the device It was necessary to convert the generated energy into heat internally.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、直流電源で発生した電力を内部に蓄電する手段を有し、逆潮流を発生させることなく発電電力を有効に活用できる電力変換手段を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a power conversion means that has means for accumulating electric power generated by a DC power source and that can effectively utilize generated power without generating a reverse power flow. For the purpose.
前記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、直流電源の出力に第2コンバータと、これに接続された蓄電手段を設けたものである。第2コンバータの動作と蓄電手段によって、内部に電力を充電し、蓄電された電力は必要に応じて外部に取り出すことができるものである。 In order to achieve the above object, a power converter according to the present invention is provided with a second converter and a power storage means connected thereto at the output of a DC power supply. Electric power is charged inside by the operation of the second converter and power storage means, and the stored power can be taken out as needed.
本発明の電力変換装置は、直流電源の出力に接続された蓄電手段に、電力を充電して発電電力の系統への逆潮流を防止することができるため、直流電源の安定な運転が可能となる。 The power conversion device of the present invention can charge the power storage means connected to the output of the DC power supply to prevent the reverse power flow to the system of the generated power, thereby enabling stable operation of the DC power supply. Become.
第1の発明は、高周波トランスと、高周波トランスで絶縁された1次側に直流電源と、直流電力を高周波電力に変換する第1コンバータと、直流電力を所定の電圧に変換する第2コンバータと、蓄電手段と、高周波トランスの2次側には整流手段と、スイッチング素子4個で構成されて系統に交流電流を注入するインバータとが配置され、直流電源の出力に第1コンバータと第2コンバータとを並列に接続し、第2コンバータの出力には直列に蓄電手段を接続することで、発電が家庭内機器の消費を上回った余剰電力を蓄電手段に充電することができる。 A first invention includes a high-frequency transformer, a DC power source on a primary side insulated by the high-frequency transformer, a first converter that converts DC power into high-frequency power, and a second converter that converts DC power into a predetermined voltage. The power storage means, the rectifier means on the secondary side of the high-frequency transformer, and an inverter that is composed of four switching elements and injects alternating current into the system are arranged, and the first converter and the second converter are output to the output of the direct current power supply Are connected in parallel, and the power storage means is connected in series to the output of the second converter, so that it is possible to charge the power storage means with the surplus power whose power generation exceeds the consumption of household devices.
第2の発明は、特に、第1の発明の蓄電手段を2次電池で構成することで、安価な構成とすることができる。 In the second invention, in particular, the power storage means of the first invention is constituted by a secondary battery, so that an inexpensive configuration can be obtained.
第3の発明は、第1または第2の発明において、蓄電手段の直流電圧を検出する電圧検知手段を配置し、直流電圧に基づいて第2コンバータの出力電流を決定することで、蓄電手段の直列及び並列構成に依存しない汎用性のある装置とすることができる。 According to a third invention, in the first or second invention, the voltage detection means for detecting the DC voltage of the power storage means is arranged, and the output current of the second converter is determined based on the DC voltage, so that the power storage means It can be a versatile device that does not depend on serial and parallel configurations.
第4の発明は、第1〜3のいずれか1つの発明において、第2コンバータの出力電流を一定値以下で制御することで、蓄電手段を長寿命化することができるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the life of the power storage means can be extended by controlling the output current of the second converter at a predetermined value or less.
第5の発明は、第1〜4のいずれか1つの発明において、第2コンバータは双方向出力が可能な構成として、蓄電手段からインバータに電力を供給することで、仮に停電が発生し、かつ直流電源から電力が供給されない場合でも、家庭内機器に電力を供給することができる。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the second converter is configured to be capable of bidirectional output, and power is supplied from the power storage means to the inverter. Even when power is not supplied from a DC power supply, power can be supplied to household devices.
第6の発明は、第1〜5のいずれか1つの発明において、第2コンバータを昇降圧コンバータとすることで、直流電源の電圧、蓄電手段の電圧によらず充放電動作を確保することができる。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the second converter is a step-up / step-down converter, thereby ensuring a charge / discharge operation regardless of the voltage of the DC power supply or the voltage of the storage means. it can.
第7の発明は、第1〜6のいずれか1つの発明において、電圧検知手段の検知電圧がしきい値以下の時は制御手段が第2コンバータの動作を停止することで、蓄電手段がないことを自動で判定する安全な装置とすることができる。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, when the detection voltage of the voltage detection means is equal to or lower than a threshold value, the control means stops the operation of the second converter, so that there is no power storage means. This can be a safe device that automatically determines this.
第8の発明は、第1〜7のいずれか1つの発明において、第2コンバータの制御電力を蓄電手段から供給することで、直流電源及び系統の動作状態にかかわらず、双方向コンバータが動作するための電力を安定に供給することができる。 According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions, the bidirectional converter operates regardless of the operating state of the DC power supply and the system by supplying the control power of the second converter from the power storage means. Therefore, it is possible to stably supply power.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
本実施の形態は請求項1、2に係わる。図1は、本発明の第1の実施の形態における電力変換装置の接続図を示すものである。
(Embodiment 1)
This embodiment relates to
図1において、直流電源11で発電した直流電力は、第1コンバータ12で高周波電力に変換された後、高周波トランス13で昇圧されて2次側へ電力伝達される。高周波トランス13の2次側には整流手段14が配置され、整流手段14の出力にはフィルタコンデンサ16を有するインバータ15、系統17の順で接続されている。また直流電源11の出力には第1コンバータ12と並列に第2コンバータ18が配置されて、第2コンバータの出力には蓄電手段19が接続されている。
In FIG. 1, DC power generated by a
以上のように構成された電力変換装置について以下にその動作、作用を説明する。 The operation | movement and effect | action are demonstrated below about the power converter device comprised as mentioned above.
まず、直流電源11の出力が家庭内機器の消費電力に比較して小さい時は、第1コンバータ12が商用2倍周期で正弦波変調を行い、高周波トランス13の2次側に発生した高周波電力の内、高周波成分はフィルタコンデンサ16で除去され、商用周波成分がインバータ15で極性切換されて、系統電圧に同期した低歪みの交流電流を生成する。一方、直流電源11の出力が家庭内電力に比較して大きく、そのままでは系統17への逆潮流が発生するような場合は、第2コンバータ18が余剰電力分を蓄電手段19に充電する。
First, when the output of the
以上のように、本実施例の形態においては直流電源で発生した電力の内、家庭内で消費されない電力を第2コンバータが蓄電手段に充電することで、発電の継続を実現すると共に、系統への逆潮流も防止することができる。 As described above, in the present embodiment, the second converter charges the power storage means with the power that is not consumed at home out of the power generated by the DC power supply, thereby realizing the continuation of power generation and the system. It is possible to prevent reverse current flow.
なお、蓄電手段19を2次電池にすることで、安価な構成とすることができる。 In addition, it can be set as an inexpensive structure by making the electrical storage means 19 into a secondary battery.
(実施の形態2)
本実施の形態は請求項3に係わる。図2は、本発明の第2の実施の形態における電力変換装置の接続図を示すものである。
(Embodiment 2)
This embodiment relates to claim 3. FIG. 2 is a connection diagram of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
図2において、図1の回路構成と異なるのは、蓄電手段19の電圧検出手段20と、第2コンバータ制御手段21と、第2コンバータ電力指令手段22とを配置して、第2コンバータに電流指令値を与えるようにした点である。上記以外の構成要素は第1の実施の形態と同等であり、説明を省略する。 2 is different from the circuit configuration of FIG. 1 in that a voltage detection means 20, a second converter control means 21, and a second converter power command means 22 of the power storage means 19 are arranged, and a current is supplied to the second converter. The command value is given. Components other than those described above are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上のように構成された電力変換装置について以下にその動作、作用を説明する。 The operation | movement and effect | action are demonstrated below about the power converter device comprised as mentioned above.
直流電源11の出力が家庭内電力に比較して大きく、そのままでは系統17への逆潮流が発生するような場合に、第2コンバータ18の余剰電力が充電電力として演算されて、第2コンバータ電力指令手段22から電力指令値が生成される。同時に電圧検出手段20は蓄電手段19の電圧を検出し、前記電力指令値を除算することで、電流指令値が得られる。電流指令値は第2コンバータ制御手段21を通じて、第2コンバータ18のスイッチング素子の駆動信号として与えられる。
When the output of the
以上のように、本実施の形態においては蓄電手段の直流電圧を検出する電圧検知手段を有し、蓄電手段の直流電圧に基づいて第2コンバータの出力電流指令値を決定することで、蓄電手段の直列及び並列構成に依存しない汎用性のある装置とすることができる。 As described above, the present embodiment has voltage detection means for detecting the DC voltage of the power storage means, and determines the output current command value of the second converter based on the DC voltage of the power storage means. It is possible to provide a versatile device that does not depend on the serial and parallel configurations.
(実施の形態3)
本実施の形態は請求項4に係わる。図3は、本発明の第3の実施の形態における電力変換装置の接続図を示すものである。
(Embodiment 3)
This embodiment relates to claim 4. FIG. 3 is a connection diagram of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention.
図3において、図2の回路構成と異なるのは、第2コンバータ制御手段21の出力に出力電流リミッタ23を配置する構成とした点である。上記以外の構成要素は第2の実施の形態と同等であり、説明を省略する。
3 is different from the circuit configuration of FIG. 2 in that an
以上のように構成された電力変換装置について、図3を参照して以下にその動作、作用を説明する。 About the power converter device comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below with reference to FIG.
図3において、直流電源11の出力が家庭内電力に比較して大きく、そのままでは系統17への逆潮流が発生するような場合に、第2コンバータ18の余剰電力が充電電力として演算されて、第2コンバータ電力指令手段22から電力指令値が生成される。同時に電圧検出手段20は蓄電手段19の電圧を検出し、前記電力指令値を除算することで、第2コンバータ制御手段21で電流指令値が得られる。ここで、前記電力指令値と蓄電手段19の電圧によって決定された第2コンバータ18への出力電流指令値が、出力電流リミッタ23に比較して大きい場合、電流指令値は出力電流リミッタ値に変更されて、第2コンバータ18のスイッチング素子の駆動信号として与えられる。なお、出力電流リミッタ値は蓄電手段19の容量によって決定づけられるものである。
In FIG. 3, when the output of the
以上のように、本実施の形態においては第2コンバータの出力電流を一定値以下で制御することで、蓄電手段を長寿命化することを実現することができる。 As described above, in this embodiment, it is possible to extend the life of the power storage means by controlling the output current of the second converter at a certain value or less.
(実施の形態4)
本実施の形態は請求項5、6に係わる。図4は、本発明の第4の実施の形態における電力変換装置の接続図を示すものである。
(Embodiment 4)
This embodiment relates to
図4において図3の回路構成と異なるのは、第2コンバータを双方向コンバータ24として、インバータ15と系統17との間にリレーを配置して装置と系統17との切り離しを可能にした点である。上記以外の構成要素は第1の実施の形態と同等であり、説明を省略する。
4 is different from the circuit configuration of FIG. 3 in that the second converter is a
以上のように構成された電力変換装置について、以下にその動作、作用を説明する。 About the power converter device comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
インバータ15と系統17との間は切り離しが可能とする構成において、直流電源11の出力が家庭内電力に比較して大きく、そのままでは系統17への逆潮流が発生するような場合は、双方向コンバータ24が直流電源11で発生した電力の一部を蓄電手段19に充電する。また、インバータ15の出力を系統17と独立に出力する場合において、蓄電手段19の電圧は双方向コンバータ24によって、第1コンバータ12の直流電圧と同一の電圧に変換される。さらに第1コンバータは高周波スイッチングで商用2倍周期の正弦波変調を行い、高周波トランス13で電力伝達されて、整流手段14とインバータ15とで、系統17とは独立の交流電圧を発生する。
In the configuration in which the
以上のように、本実施の形態においては第2コンバータが双方向出力が可能な構成として、蓄電手段からインバータに電力を供給することで、仮に停電が発生し、かつ直流電源から電力が供給されない場合でも、家庭内機器に電力を供給することができる。 As described above, in the present embodiment, the second converter is configured to be capable of bidirectional output, and by supplying power from the power storage means to the inverter, a power failure occurs and power is not supplied from the DC power supply. Even in this case, it is possible to supply power to household devices.
(実施の形態5)
本実施の形態は請求項7に係わる。本実施の形態5において、回路の構成要素は第2の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
(Embodiment 5)
This embodiment relates to claim 7. In the fifth embodiment, circuit components are the same as those in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上のように構成された電力変換装置について、図5の波形図を参照して以下にその動作、作用を説明する。 About the power converter device comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below with reference to the waveform diagram of FIG.
蓄電手段19の電圧を検知する電圧検知手段20によって得られた電圧検知手段信号が、しきい値以上の時は第2コンバータ制御手段21は第2コンバータ24に起動信号を送り、また、これがしきい値以下の時は停止信号を送信する。ここで仮に交換などの理由により蓄電手段19が未接続であった場合は、電圧検知信号が出力されないことから蓄電手段19が未接続または劣化していると自動判定し、第2コンバータ24の動作を停止する。
When the voltage detection means signal obtained by the voltage detection means 20 for detecting the voltage of the storage means 19 is equal to or greater than the threshold value, the second converter control means 21 sends an activation signal to the
以上のように、本実施の形態においては電圧検知手段の検知電圧がしきい値以下の時は制御手段が第2コンバータの動作を停止することで、蓄電手段がないことを自動で判定する安全な装置とすることができる。 As described above, in the present embodiment, when the detection voltage of the voltage detection means is equal to or lower than the threshold value, the control means automatically determines that there is no power storage means by stopping the operation of the second converter. Device.
(実施の形態6)
本実施の形態は請求項8に係わる。図6は、本発明の第6の実施の形態における電力変換装置の接続図を示すものである。図6において図2の回路構成と異なるのは、制御電力発生手段25を配置して、蓄電手段から電力を供給する構成とした点である。上記以外の構成要素は実施の形態2と同等であり、説明を省略する。
(Embodiment 6)
This embodiment relates to claim 8. FIG. 6 is a connection diagram of the power conversion device according to the sixth embodiment of the present invention. 6 is different from the circuit configuration of FIG. 2 in that the control power generation means 25 is arranged to supply power from the power storage means. Components other than those described above are the same as those in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上のように構成された電力変換装置について、以下にその動作、作用を説明する。 About the power converter device comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
制御電力発生手段25は蓄電手段19を電力供給源として、双方向コンバータ24と第2コンバータ制御手段21を駆動する電力を生成する。したがって直流電源11及び系統17の動作状況にかかわらず、常時双方向コンバータ24を動作させる。
The control power generation means 25 generates power for driving the
以上のように、本実施の形態においては双方向コンバータの制御電力を蓄電手段から与えることで、直流電源及び系統の動作状態にかかわらず、双方向コンバータが動作するための電力を安定に供給することができる。 As described above, in the present embodiment, by supplying the control power of the bidirectional converter from the power storage means, the power for operating the bidirectional converter can be stably supplied regardless of the operating state of the DC power supply and the system. be able to.
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は蓄電手段を有して効率的な余剰電力処理を実現す可能となるので、太陽電池や燃料電池及び風力発電等の用途にも適用できる。 As described above, the power conversion device according to the present invention has power storage means and can realize efficient surplus power processing, and thus can be applied to uses such as solar cells, fuel cells, and wind power generation.
11 直流電源
12 第1コンバータ
13 高周波トランス
14 整流手段
15 インバータ
16 フィルタコンデンサ
17 系統
18 第2コンバータ
19 蓄電手段
20 電圧検出手段
21 第2コンバータ制御手段
22 第2コンバータ電力指令手段
23 出力電流リミッタ
24 双方向コンバータ
25 制御電力発生手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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JP2004017879A JP2005218151A (en) | 2004-01-27 | 2004-01-27 | Power conversion device |
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Cited By (3)
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WO2016013549A1 (en) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | Ntn株式会社 | Power transmission device |
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2004
- 2004-01-27 JP JP2004017879A patent/JP2005218151A/en active Pending
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