本發(fā)明涉及使用在家庭環(huán)境或工廠等中發(fā)電的電力的能量管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在家庭環(huán)境等中使用由發(fā)電機(jī)例如太陽能電池板發(fā)電的電力的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，具備將由發(fā)電機(jī)發(fā)電的電力或蓄積在蓄電池中的電力向電力系統(tǒng)進(jìn)行輸電的直流電壓總線(以下，稱作hdvc總線)。在該hdvc總線連接有pv變換器、逆變器以及雙向dc-dc變換器等。pv變換器以給定的電壓輸出由太陽能發(fā)電裝置生成的電力。在雙向dc-dc變換器連接有蓄電池，將在蓄電池與hdvc總線之間授受的直流電壓變換為給定的恒定電壓。在這種太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，若由于太陽能發(fā)電裝置的發(fā)電量增減而使hdvc總線電壓變動(dòng)，則存在無法從逆變器穩(wěn)定地輸出恒定的電力的情況。

在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種在直流總線(hvdc總線)連接有太陽能發(fā)電單元等多個(gè)電源單元的電源系統(tǒng)。該電源單元基于直流總線電壓自動(dòng)地決定與直流總線之間授受的電力的授受量。在專利文獻(xiàn)1記載的電源系統(tǒng)中，通過改變各電源單元的電壓電流特性的斜率，從而調(diào)整電源單元的輸出電力量，抑制直流總線電壓的變動(dòng)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2005-224009號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在像專利文獻(xiàn)1記載的那樣通過改變電壓電流特性的斜率來抑制直流總線電壓的變動(dòng)的方法中，控制復(fù)雜，且控制不穩(wěn)定，有可能無法從逆變器穩(wěn)定地輸出恒定的電力。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠通過簡易的控制使逆變器的輸出電力穩(wěn)定化的能量管理系統(tǒng)。

用于解決課題的技術(shù)方案

本發(fā)明涉及的能量管理系統(tǒng)的特征在于，具備：直流電壓總線；發(fā)電裝置，與所述直流電壓總線連接，向所述直流電壓總線輸出發(fā)電電力；雙向dc-dc變換器，與所述直流電壓總線連接，從所述直流電壓總線輸入直流電壓或者向所述直流電壓總線輸出直流電壓；逆變器，與所述直流電壓總線連接，將從所述直流電壓總線輸入的直流電壓變換為交流電壓，使所述逆變器和所述雙向dc-dc變換器各自的電壓變化相對于電流變化的增益相等，所述能量管理系統(tǒng)還具備：控制部，在伴隨著所述發(fā)電裝置的輸出電流的變動(dòng)而所述逆變器或所述雙向dc-dc變換器的輸出電力變動(dòng)了的情況下，調(diào)整所述雙向dc-dc變換器的增益特性相對于所述逆變器的增益特性的偏移，或者，調(diào)整所述逆變器的增益特性相對于所述雙向dc-dc變換器的增益特性的偏移，使所述逆變器的輸出電力接近目標(biāo)值。

在該結(jié)構(gòu)中，通過使逆變器和雙向dc-dc變換器的增益相同，并調(diào)整各自的增益特性的偏移，從而使逆變器的輸出電力接近目標(biāo)值。在該情況下，即使在發(fā)電裝置的發(fā)電量下降(或增大)的情況下，也能夠使逆變器的輸出電力穩(wěn)定。而且，與改變增益的斜率來進(jìn)行控制的情況相比，逆變器的輸出電力的穩(wěn)定控制能夠簡易地進(jìn)行。

本發(fā)明涉及的能量管理系統(tǒng)也可以構(gòu)成為，具備多個(gè)所述雙向dc-dc變換器，所述控制部對多個(gè)所述雙向dc-dc變換器分別調(diào)整增益特性的偏移。

在該結(jié)構(gòu)中，即使設(shè)置有多個(gè)雙向dc-dc變換器，也能夠以簡易的控制使逆變器的輸出電力穩(wěn)定。

在本發(fā)明涉及的能量管理系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述發(fā)電裝置是太陽能發(fā)電裝置，對使輸出電力最大化的電流以及電壓的值進(jìn)行搜索、跟蹤。

在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)電量會(huì)根據(jù)環(huán)境(設(shè)置場所或天氣等)而變動(dòng)。能夠從發(fā)電裝置輸出與環(huán)境相應(yīng)的最大電力。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠通過簡易的控制使逆變器的輸出電力穩(wěn)定化。

附圖說明

圖1是示出實(shí)施方式涉及的能量管理系統(tǒng)的圖。

圖2是示出發(fā)電裝置、雙向dc-dc變換器以及逆變器的增益特性的一個(gè)例子的圖。

圖3是示出發(fā)電裝置、雙向dc-dc變換器以及逆變器的增益特性的一個(gè)例子的圖。

圖4是示出發(fā)電裝置、雙向dc-dc變換器以及逆變器的增益特性的一個(gè)例子的圖。

圖5是示出控制部的控制模塊的圖。

圖6是示出pv變換器的控制模塊的圖。

圖7是示出雙向dc-dc變換器的控制模塊的圖。

圖8是示出逆變器的控制模塊的圖。

圖9是示出另一個(gè)例子的能量管理系統(tǒng)的圖。

具體實(shí)施方式

圖1是示出本實(shí)施方式涉及的能量管理系統(tǒng)1的圖。

能量管理系統(tǒng)1具備發(fā)電裝置20、雙向dc-dc變換器30、逆變器40以及控制部50。發(fā)電裝置20、雙向dc-dc變換器30以及逆變器40與hvdc總線10連接。

發(fā)電裝置20具備光伏發(fā)電板21和pv變換器22。pv變換器22將由光伏發(fā)電板21產(chǎn)生的電力輸出到hvdc總線10。另外，發(fā)電裝置20也可以是風(fēng)力發(fā)電裝置或氣體發(fā)電裝置等。

發(fā)電裝置20對輸出電壓以及輸出電流進(jìn)行檢測，并基于輸出電壓以及輸出電流進(jìn)行使輸出電力最大的最大電力點(diǎn)跟蹤(mppt：maximumpowerpointtracking)控制。發(fā)電裝置20的發(fā)電量根據(jù)環(huán)境(設(shè)置場所或天氣等)而變動(dòng)。發(fā)電裝置20一邊使輸出的電流變動(dòng)，一邊檢測輸出電壓以及輸出電流，并對輸出電流變動(dòng)前后的電力(輸出電流×輸出電壓)進(jìn)行比較，對最大電力點(diǎn)進(jìn)行搜索、跟蹤。由此，發(fā)電裝置20能夠輸出與此時(shí)的環(huán)境相應(yīng)的最大電力。

在雙向dc-dc變換器30連接有蓄電池b1。雙向dc-dc變換器30對從pv變換器22向hvdc總線10輸出的直流電壓進(jìn)行變壓(升壓或降壓)，并對蓄電池b1進(jìn)行充電。此外，雙向dc-dc變換器30將對蓄電池b1進(jìn)行充電的直流電壓進(jìn)行變壓，并輸出到hvdc總線10。另外，也可以在雙向dc-dc變換器30與蓄電池b1之間設(shè)置開關(guān)，從而例如在蓄電池b1成為滿充電的情況下，斷開開關(guān)。

逆變器40經(jīng)由開閉器s1、s2與電力系統(tǒng)101和配電盤102連接。在配電盤102連接有未圖示的ac輸出端子(ac插座等)。在該ac輸出端子連接微波爐、洗衣機(jī)、空調(diào)等負(fù)載。開閉器s1、s2在電力系統(tǒng)101沒有異常的平時(shí)被接通。此外，在電力系統(tǒng)101異常(例如，停電等)的情況下，開閉器s1、s2被斷開。

逆變器40將從hvdc總線10輸入的直流電壓變換為交流電壓并輸出到電力系統(tǒng)101或配電盤102?；蛘?，將從電力系統(tǒng)101輸入的交流電壓變換為直流電壓。另外，從逆變器40向電力系統(tǒng)101供給電力的情況，是將由發(fā)電裝置20發(fā)電的電力銷售給電力公司的情況。

控制部50根據(jù)電力系統(tǒng)101有無異常來進(jìn)行開閉器s1、s2的接通、斷開控制。此外，控制部50進(jìn)行使hvdc總線10的電壓vbus恒定的控制(以下，稱作總線電壓調(diào)整控制)。發(fā)電裝置20的發(fā)電量根據(jù)環(huán)境而變動(dòng)。因此，在發(fā)電裝置20的發(fā)電量小的情況下，來自發(fā)電裝置20的輸出電力低，hvdc總線10的電壓vbus下降。在該情況下，從逆變器40向電力系統(tǒng)101(或配電盤102)側(cè)輸出的輸出電力pinv也下降。然而，由于在逆變器40連接有電力系統(tǒng)101以及配電盤102，所以期望來自逆變器40的輸出電力pinv恒定。因此，在逆變器40的輸出電力pinv變動(dòng)了的情況下，控制部50通過調(diào)整雙向dc-dc變換器30的電流電壓特性(增益特性)，從而使輸出電力pinv接近目標(biāo)值pinv*。

另外，在電壓vbus恒定的情況下，若用ppvc表示發(fā)電裝置20(pv變換器22)的輸出電力，并用pbdd表示雙向dc-dc變換器30的輸出電力，則pinv+ppvc+pbdd＝0成立。在該式子中，pinv、ppvc、pbdd分別以從各電路朝向hvdc總線10側(cè)的方向?yàn)檎?。以下，將該狀態(tài)稱作hvdc總線10的平衡狀態(tài)。

以下，如圖1所示，用ipvc表示從pv變換器22輸出的電流，用ibdd表示從雙向dc-dc變換器30輸出的電流，并用iinv表示從逆變器40輸出的電流。此外，電流ipvc、ibdd、iinv以從各電路朝向hvdc總線10側(cè)的方向?yàn)檎?/p>

圖2、圖3以及圖4是示出發(fā)電裝置20、雙向dc-dc變換器30以及逆變器40的增益特性的一個(gè)例子的圖。圖2示出發(fā)電量多時(shí)的動(dòng)作點(diǎn)。圖3示出發(fā)電量少時(shí)的動(dòng)作點(diǎn)。圖4示出控制部50進(jìn)行了總線電壓調(diào)整控制時(shí)的動(dòng)作點(diǎn)。

圖2～圖4所示的橫軸是hvdc總線10的電流ibus，縱軸是hvdc總線10的電壓vbus。此外，圖2～圖4所示的電壓vctr是逆變器40的輸入輸出電流為0時(shí)的hvdc總線10的電壓設(shè)定值(例如，380v)。

在本實(shí)施方式中，雙向dc-dc變換器30的增益和逆變器40的增益設(shè)定為相等。增益是指，相對于電流變化的電壓變化比。即，圖2～圖4所示的雙向dc-dc變換器30以及逆變器40的增益特性的斜率(rd)相等。逆變器40的增益特性用vbus＝vctr-rd*ibus(iinv)來表示。雙向dc-dc變換器30的增益特性用vbus＝vctr+δv-rd*ibus(ibdd)來表示。δv是雙向dc-dc變換器30的增益特性相對于逆變器40的增益特性的偏移。

此外，從發(fā)電裝置20(具體地，是pv變換器22)始終輸出恒定的電力。在發(fā)電裝置20的發(fā)電量根據(jù)環(huán)境而變動(dòng)的情況下，從發(fā)電裝置20輸出的電力會(huì)變動(dòng)。例如，在晴天時(shí)發(fā)電量增大的情況下，電力也增大。在雨天時(shí)發(fā)電量減少的情況下，電力也減少。

另外，圖2～圖4所示的電壓v0是發(fā)電裝置20的保護(hù)動(dòng)作開始電壓。雖然未圖示，但是在hvdc總線10連接有電容器。在來自發(fā)電裝置20的輸出電壓異常高的情況下，存在該電容器被擊穿的情況。因此，在電壓ibus超過電壓v0的情況下，發(fā)電裝置20進(jìn)行降低所輸出的電流的控制，對電容器進(jìn)行保護(hù)。

在圖2所示的發(fā)電量多時(shí)，輸出電壓v1、電流ipvc1，此時(shí)的pv變換器22的輸出電力ppvc1是ppvc1＝v1×ipvc1。在vbus＝v1時(shí)，雙向dc-dc變換器30輸出電流ibdd1，逆變器40輸出電流iinv1。此時(shí)的雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd1是pbdd1＝v1×ibdd1。此外，逆變器40的輸出電力pinv1是pinv1＝v1×iinv1。由于ibdd1和iinv1均為負(fù)值，所以在vbus＝v1的情況下，雙向dc-dc變換器30向蓄電池b1輸出電力，逆變器40向電力系統(tǒng)101(或配電盤102)側(cè)輸出電力。

在該圖2中用黑點(diǎn)表示的狀態(tài)是向電力系統(tǒng)101或配電盤102供給給定電力的狀態(tài)下的hvdc總線10的平衡狀態(tài)。即，pinv1+ppvc1+pbdd1＝0。在本實(shí)施方式中，控制部50設(shè)目標(biāo)值pinvv*＝pinv1，進(jìn)行總線電壓調(diào)整控制，使得從逆變器40始終輸出電力pinv1。

在圖3所示的發(fā)電量少時(shí)，發(fā)電裝置20的發(fā)電量下降，因此pv變換器22的增益特性從虛線所示的波形變化為實(shí)線所示的波形。用ppvc2表示此時(shí)的pv變換器22的輸出電力。在使從逆變器40輸出作為目標(biāo)值的電力pinv1的情況下，若用pbdd1表示雙向dc-dc變換器30的輸出電力，則根據(jù)pinv1+ppvc1+pbdd1＝0和ppvc2＜ppvc1的關(guān)系，pinv1+ppvc2+pbdd1≠0，hvdc總線10不會(huì)成為平衡狀態(tài)。

因此，在發(fā)電裝置20的發(fā)電量下降的情況下，雙向dc-dc變換器30以及逆變器40的輸出電力被縮小。若用pbdd2(＝v2×ibdd2)表示此時(shí)的雙向dc-dc變換器30的輸出電力，并用pinv2(＝v2×iinv2)表示逆變器40的輸出電力，則|pbdd2|＜|pbdd1|，|pinv2|＜|pinv1|。

因此，在逆變器40的輸出電力pinv從目標(biāo)值pinv*(＝pinv1)減少的情況下，控制部50通過使雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd增加，從而使逆變器40的輸出電力pinv增加?？刂撇?0為了調(diào)整雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd而對偏移δv進(jìn)行調(diào)整。另外，在逆變器40的輸出電力pinv從目標(biāo)值pinv*(＝pinv1)增加的情況下，通過使雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd減少，從而使逆變器40的輸出電力pinv減少。

在圖4中，示出調(diào)整了偏移δv的雙向dc-dc變換器30的增益特性。將輸出電力pinv減少的逆變器40的輸出電力pinv設(shè)為目標(biāo)值pinv*(＝pinv)。在該情況下，逆變器40的輸出電壓vinv是vinv＝v1。在vbdd＝v1時(shí)，從調(diào)整了偏移δv的雙向dc-dc變換器30輸出電流ibdd3。由于ibdd3＞ibdd2，所以雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd3從圖3中的輸出電力pbdd2增加。像這樣，通過對雙向dc-dc變換器30的增益特性的偏移δv進(jìn)行調(diào)整，從而能夠調(diào)整雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd3，其結(jié)果是，能夠使逆變器40的輸出電力pinv接近目標(biāo)值pinv*。

另外，從進(jìn)行mppt控制的發(fā)電裝置20輸出的電力ppvc是恒定的。因此，在圖4中，伴隨著pv變換器22的輸出電壓vpvc(hvdc總線10的電壓vbus)從v2增加至v1，pv變換器22的增益特性從虛線所示的波形變化為實(shí)線所示的波形，pv變換器22的輸出電流ipvc減少。

圖5是示出控制部50的控制模塊的圖。控制部50具備的控制器51對檢測出的逆變器40的輸出電力pinv和目標(biāo)值pinv*進(jìn)行比較，將偏移δv輸出到雙向dc-dc變換器30。

在hvdc總線10為平衡狀態(tài)時(shí)，pinv+ppvc+pbdd＝0成立。此外，從進(jìn)行mppt控制的發(fā)電裝置20輸出的電力ppvc是恒定的。因此，如圖3所示，在逆變器40的輸出電力pinv從目標(biāo)值pinv*(＝pinv1)減少的情況下，使雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd增加，從而使逆變器40的輸出電力pinv增加。在圖3的情況下，逆變器40的輸出電力需要增加δpinv＝pinv*-pinv2的量?？刂破?1通過使輸出電力pinv增加至輸出電力pinv與目標(biāo)值pinv*的誤差為零為止，從而對偏移δv進(jìn)行調(diào)整。

圖6是示出pv變換器22的控制模塊的圖。pv變換器22具有mppt控制部221、電流控制部222以及變換器部223。

對mppt控制部221反饋從變換器部223輸出的電壓vpvc以及電流ipvc的值。mppt控制部221基于電壓vpvc以及電流ipvc，進(jìn)行使輸出電力最大的最大電力點(diǎn)跟蹤控制。mppt控制部221一邊使輸出電流ipvc變動(dòng)，一邊對輸出電流ipvc以及輸出電壓vpvc進(jìn)行檢測，并對輸出電流ipvc變動(dòng)前后的電力進(jìn)行比較，從而搜索成為最大電力點(diǎn)的電流iref1。

電流控制部222基于對由mppt控制部221設(shè)定(搜索)的電流iref1和變換器部223的輸出電流ipvc進(jìn)行比較的結(jié)果，對變換器部223進(jìn)行pwm控制，使變換器部223的輸出電流ipvc與電流iref1一致。

圖7是示出雙向dc-dc變換器30的控制模塊的圖。雙向dc-dc變換器30具有電壓控制部301、電流控制部302以及變換器部303。

電壓控制部301對算出的電壓vref2和變換器部303的輸出電壓vbdd進(jìn)行比較，對電流iref2進(jìn)行調(diào)整，使得誤差為零。另外，電壓vref2通過vref2＝vctr+δv-rd*ibdd算出。δv從控制部50輸入。

電流控制部302基于對由電壓控制部301算出的電流iref2和變換器部303的輸出電流ibdd進(jìn)行比較的結(jié)果，對變換器部303進(jìn)行pwm控制，使變換器部303的輸出電流ibdd與電流iref2一致。

圖8是示出逆變器40的控制模塊的圖。逆變器40具有電壓控制部401、電流控制部402以及逆變器部403。

電壓控制部401基于算出的電壓vref3和逆變器部403的輸出電壓vinv，算出用于使逆變器部403輸出電壓vref3的電流iref3。電壓vref3通過vref3＝vctr-rd*ibdd算出。

電流控制部402基于對由電壓控制部401算出的電流iref3和逆變器部403的輸出電流iinv進(jìn)行比較的結(jié)果，對逆變器部403進(jìn)行pwm控制，使逆變器部403的輸出電流iinv與電流iref3一致。逆變器部403將直流電壓變換為交流電壓。

如以上所說明的那樣，在本實(shí)施方式中，通過對雙向dc-dc變換器30的增益特性的偏移δv進(jìn)行調(diào)整，從而使逆變器40的輸出電力與目標(biāo)值相同。另外，偏移δv的計(jì)算也可以在雙向dc-dc變換器30內(nèi)進(jìn)行。

此外，在本實(shí)施方式中，對逆變器40的輸出進(jìn)行檢測，并對雙向dc-dc變換器30的增益特性進(jìn)行了調(diào)整，但是也可以對逆變器40的輸出進(jìn)行檢測，并對逆變器40的增益特性進(jìn)行調(diào)整。在該情況下，雙向dc-dc變換器30的增益特性是固定的，算出的偏移δv是逆變器40的增益特性相對于雙向dc-dc變換器30的增益特性的偏移。在該結(jié)構(gòu)中，能夠在逆變器40內(nèi)完成輸出的檢測以及偏移δv的計(jì)算等處理，因此不需要在雙向dc-dc變換器30和逆變器40之間進(jìn)行通信。

此外，在本實(shí)施方式中，根據(jù)逆變器40的輸出電力pinv和目標(biāo)值pinv*算出了偏移δv，但是也可以根據(jù)雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd和目標(biāo)值pbdd*算出偏移δv。在該情況下，通過使雙向dc-dc變換器30的輸出電力pbdd收斂于目標(biāo)值，從而使來自逆變器40的輸出電力pinv為目標(biāo)值。

此外，在hvdc總線10也可以連接有多個(gè)雙向dc-dc變換器。圖9是示出另一個(gè)例子的能量管理系統(tǒng)2的圖。在能量管理系統(tǒng)2中，在hvdc總線10還連接有雙向dc-dc變換器31。在雙向dc-dc變換器31連接有蓄電池b2。

在該情況下，雙向dc-dc變換器30、31的增益特性的斜率rd也與逆變器40相等。而且，能夠分別調(diào)整雙向dc-dc變換器30的增益特性的偏移δv1以及雙向dc-dc變換器31的增益特性的偏移δv2，從而使hvdc總線10為平衡狀態(tài)。在該情況下，能夠根據(jù)與雙向dc-dc變換器30、31連接的蓄電池b1、b2的充電量，單獨(dú)地調(diào)整雙向dc-dc變換器30、31各自的電力。此外，即使在對能量管理系統(tǒng)進(jìn)行了施工之后增設(shè)了雙向dc-dc變換器31的情況下，也能夠容易地進(jìn)行使hvdc總線10為平衡狀態(tài)的控制。

附圖標(biāo)記說明

b1、b2：蓄電池；

s1、s2：開閉器；

10：hvdc總線(直流電壓總線)；

20：發(fā)電裝置；

21：光伏發(fā)電板；

22：pv變換器；

30、31：dc-dc變換器；

40：逆變器；

50：控制部；

51：控制器；

101：電力系統(tǒng)；

102：配電盤；

221：mppt控制部；

222：電流控制部；

223：變換器部；

301：電壓控制部；

302：電流控制部；

303：變換器部；

401：電壓控制部；

402：電流控制部；

403：逆變器部。