電力轉換裝置、控制系統和控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及轉換分布式電源的輸出的電力轉換裝置、控制系統和控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，在使用電網電力的消費者設施中正在引入分布式電源。分布式電源例如包括諸如光伏電池和燃料電池的電力產生裝置、以及蓄電池。
[0003]分布式電源(光伏電池、燃料電池和蓄電池)的輸出是DC電力，而電網電力是AC電力。因此，從電網接收電力的負載還配置成與AC電力的規格對應。因此，已知的是電力轉換裝置將分布式電源的輸出轉換成AC電力并且將AC電力提供至電網和/或負載。電力轉換裝置包括將DC電力轉換成AC電力的DC/AC轉換器。
[0004]在電力轉換裝置與電網處于連接狀態的情況下，電力轉換裝置將分布式電源的輸出轉換成AC電力，并且將AC電力輸出至配電板，以便將電力提供至電網和/或負載。電力轉換裝置的這種操作稱為連接操作。
[0005]可替代地，在因為電網的斷電等而導致電力轉換裝置與電網處于斷開連接狀態的情況下，電力轉換裝置將分布式電源的輸出轉換成AC電力，并且將AC電力輸出至自給操作插座等，以便將電力提供至負載。電力轉換裝置的這種操作稱為自給操作。
[0006]此外，可以用于電力產生裝置(例如光伏電池)和蓄電池的混合電力轉換裝置是已知的。混合電力轉換裝置將電力產生裝置和蓄電池的輸出提供至電網和/或負載，以執行連接操作或自給操作。此外，混合電力轉換裝置將電力產生裝置的輸出作為DC電力提供至蓄電池，以便為蓄電池充電(例如，專利文獻I)。
[0007]現有技術文件
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本申請公開號2012-228043
【發明內容】
[0010]電力轉換裝置需要將分布式電源的輸出轉換成具有可適于提供至電網和負載的電壓的AC電力，以便執行連接操作或自給操作。電力轉換裝置還包括與分布式電源的電源線連接的DC/DC轉換器。DC/DC轉換器將分布式電源的輸出轉換(升壓)成具有根據電網的設定電壓確定的電壓(以下被稱為中間電壓)的DC電力，并且將該電壓輸出至DC/AC轉換器。具有中間電壓的DC電力通過DC/AC轉換器被轉換成具有可適于提供至電網和負載的電壓的AC電力。因此，分布式電源的輸出可以被提供至電網和/或負載，并且電力轉換裝置執行連接操作或自給操作。
[0011]在通過電力產生裝置的輸出對蓄電池充電的情況下，混合電力轉換裝置通過DC/DC轉換器將電力產生裝置的輸出升壓，然后將升壓后的輸出提供至蓄電池。但是，蓄電池的充電電壓通常小于中間電壓。因此，在通過電力產生裝置的輸出為蓄電池充電的情況下，必要的是混合電力轉換裝置通過DC/DC轉換器將電力產生裝置的輸出升壓至中間電壓，然后將升壓后的輸出降壓至蓄電池的充電電壓。因此，除升壓時引起的轉換損失之外，在電力產生裝置的輸出中也存在降壓時所引起的轉換損失。
[0012]因此，期望提供一種抑制電力產生裝置的輸出的轉換損失的電力轉換裝置、控制系統和控制方法。
[0013]根據第一特征的電力轉換裝置進行操作且切換多個操作模式。多個操作模式包括第一模式和第二模式，在第一模式中，電力產生裝置的輸出轉換成AC電力并且AC電力被提供至電網和負載中的至少一個；在第二模式中，電力產生裝置的輸出被提供至蓄電池。電力轉換裝置包括與電力產生裝置的電源線連接的DC/DC轉換器；以及通過第一電力線與DC/DC轉換器連接的DC/AC轉換器。DC/DC轉換器通過從第一電力線分出的第二電力線與蓄電池連接，并且DC/DC轉換器的輸出電壓在第一模式和第二模式中是不同的。
[0014]在第一特征中，DC/DC轉換器配置為在第一模式中輸出具有根據電網的設定電壓確定的第一電壓的DC電力，并且在第二模式中，輸出具有根據蓄電池的充電電壓確定的第二電壓的DC電力。
[0015]在第一特征中，電力轉換裝置還包括控制部，控制部以時間劃分方式在多個操作模式之中選擇第一模式和第二模式中的任一模式。
[0016]在第一特征中，負載是執行間歇操作的負載，并且在電力產生裝置操作時，控制部在電力轉換裝置與電網處于斷開連接狀態時根據負載的操作狀態來選擇第一模式和第二模式中的任一模式。
[0017]在第一特征中，在電力產生裝置操作時，控制部在電力轉換裝置與電網處于斷開連接狀態且負載的電力消耗小于第一閾值的情況下，選擇第二模式。
[0018]在第一特征中，在電力產生裝置操作時，控制部在電力轉換裝置與電網處于斷開連接狀態且負載的電力消耗大于第一閾值的情況下，選擇第一模式。
[0019]在第一特征中，在負載的電力消耗超過第一閾值且然后經過預定時間的情況下，控制部選擇第二模式。
[0020]在第一特征中，在電力產生裝置操作時，在電力轉換裝置與電網處于斷開連接狀態、負載的電力消耗小于第一閾值以及電力產生裝置的輸出小于第二閾值的情況下，控制部選擇第二模式。
[0021]在第一特征中，在電力產生裝置操作時，在電力轉換裝置與電網處于斷開連接狀態、負載的電力消耗大于第一閾值以及電力產生裝置的輸出大于第二閾值的情況下，控制部選擇第二模式。
[0022]在第一特征中，在蓄電池中蓄積的電能大于預定值的情況下，控制部選擇第一模式。
[0023]在第一特征中，在電力產生裝置操作時，在電力轉換裝置與電網處于連接狀態的情況下，控制部根據電網的電壓來選擇第一模式和第二模式中的任一模式。
[0024]根據第二特征的控制系統包括進行操作且切換多個操作模式的電力轉換裝置以及控制電力轉換裝置的控制裝置。多個操作模式包括第一模式和第二模式，在第一模式中，電力產生裝置的輸出轉換成AC電力并且AC電力被提供至電網和負載中的至少一個，在第二模式中，電力產生裝置的輸出被提供至蓄電池。電力轉換裝置包括DC/DC轉換器和DC/AC轉換器，DC/DC轉換器連接至電力產生裝置的電源線，DC/AC轉換器通過第一電力線連接至DC/DC轉換器。DC/DC轉換器通過從第一電力線分出的第二電力線連接至蓄電池。DC/DC轉換器的輸出電壓在第一模式和第二模式中是不同的。控制裝置以時間劃分方式來選擇第一模式和第二模式中的任一模式。
[0025]根據第三特征的控制方法應用至電力轉換裝置。電力轉換裝置包括DC/DC轉換器和DC/AC轉換器，DC/DC轉換器連接至電力產生裝置的電源線，DC/AC轉換器通過第一電力線連接至DC/DC轉換器。DC/DC轉換器通過從第一電力線分出的第二電力線連接至蓄電池。控制方法包括:以時間劃分方式切換第一模式和第二模式，其中在第一模式中，電力轉換裝置將電力產生裝置的輸出轉換成AC電力并且將AC電力提供至電網和負載中的至少一個，在第二模式中，電力產生裝置的輸出被提供至蓄電池；以及通過DC/DC轉換器來輸出在第一模式和第二模式中不同的電壓。
【附圖說明】
[0026]圖1是示出根據本發明的實施方式的控制系統的整體結構的視圖。
[0027]圖2是示出根據本發明的實施方式的PCS的詳細結構的視圖。
[0028]圖3是示出根據本發明的實施方式的控制方法的流程圖。
[0029]圖4是示出根據本發明的實施方式在斷開連接時的操作模式的選擇流程的視圖。
[0030]圖5是示出根據本發明的實施方式在連接時的操作模式的選擇流程的視圖。
[0031]圖6是示出根據本發明的第一變型在斷開連接時的操作模式的選擇流程的視圖。
[0032]圖7是示出根據本發明的第二變型在斷開連接時的操作模式的選擇流程的視圖。
【具體實施方式】
[0033]在下文中，將參照附圖描述根據本發明實施方式的電力轉換裝置、控制系統和控制方法。在下面關于附圖的描述中，相同或相似的部件將以相同或相似的符號表示。
[0034]但是，應當注意，附圖被示意性地示出，因此其各尺寸和比例與實際的不同。因此，應當參照以下說明來確定具體尺寸。另外，當然即便在附圖之間，某些部件也可以以彼此不同的尺寸或比例示出。
[0035][實施方式的概述]
[0036]在電力產生裝置進行操作時，根據實施方式的電力轉換裝置以多個操作模式的第一模式和第二模式中的至少一種模式進行操作。多個操作模式包括第一模式和第二模式，在第一模式中電力產生裝置的輸出被轉換成AC電力并且AC電力提供至電網和負載中的至少一個，在第二模式中電力產生裝置的輸出提供至蓄電池。電力轉換裝置包括DC/DC轉換器和DC/AC轉換器，其中DC/DC轉換器連接至電力產生裝置的電源線，DC/AC轉換器通過第一電力線連接至DC/DC轉換器。DC/DC轉換器通過從第一電力線分出的第二電力線連接至蓄電池。DC/DC轉換器的輸出電壓在第一模式和第二模式中是不同的。
[0037]這能夠抑制電力產生裝置的輸出的轉換損耗。
[0038][本實施方式]
[0039]以下，將以⑴控制系統的整體結構、(2)PCS的詳細結構、(3)PCS的操作模式和
(4)控制方法的順序來描述根據本實施方式的控制系統。
[0040](I)控制系統的整體結構
[0041]圖1是示出根據本實施方式的控制系統的整體結構的視圖。在以下附圖中，以實線描繪出電力線，并且以虛線描繪出信號線。信號線不限于有線方式的線，還可以是無線方式的線。
[0042]如圖1所示，在根據本實施方式的控制系統中，從電網I接收AC電力的消費者設施設置有光伏電池(PV) 100、蓄電池200、負載300、電力調節子系統(PCS)400、配電板500、和 EMS 700。
[0043]PV 100是分布式電源的實施例，并且用作接收太陽光且產生電力的電力產生裝置。PV 100將產生的DC電力輸出PCS 400。PV 100由一個或多個板構成。此外，可以使用多個由多個構成板構成的串來構成PV100。
[0044]蓄電池200是分布式電源的實施例，并且用作存儲DC電力的裝置。蓄電池200釋放存儲的DC電力，并且將DC電力輸出至PCS 400。此外，通過從PCS 400供給的DC電力來對蓄電池200充電。
[0045]負載300是消耗通過電力線提供的AC電力的裝置。負載300的實施例包括照明設備、空調、冰箱和電視機。負載300可以包括一個裝置，也