JP2018042428A - Power leveling device - Google Patents
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Abstract
【課題】入力電圧範囲を狭くして電力変換効率を向上させることができる電力平準化装置を提供する。【解決手段】交流電源11からの交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力変換部12と、電力変換部の出力側に直流電力を供給する蓄電部14とを備え、蓄電部は、蓄電素子14aと、この蓄電素子および電力変換部の出力側との間に接続され、電力変換部の出力電流に応じて放電電力を制御する放電制御部14bと、蓄電素子を充電する充電制御部14cとを備え、充電制御部は、蓄電素子の充電電圧が設定値以下となったときに、交流電力を直流電力に変換して蓄電素子を定電力充電する。【選択図】図1A power leveling device capable of narrowing an input voltage range and improving power conversion efficiency is provided. A power conversion unit (12) that converts AC power from an AC power supply (11) into DC power and supplies the load to a load, and a power storage unit (14) that supplies DC power to the output side of the power conversion unit. The discharge control unit 14b is connected between the storage element 14a and the output side of the storage element and the power conversion unit, and controls the discharge power according to the output current of the power conversion unit, and the charge control for charging the storage element The charging control unit converts the AC power into DC power and charges the power storage element at a constant power when the charging voltage of the power storage element becomes equal to or lower than a set value. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、負荷電力変動を抑制して電力平準化を行なう電力平準化装置に関する。 The present invention relates to a power leveling device that performs power leveling while suppressing fluctuations in load power.
近年、クラウドコンピューティングやビッグデータ解析需要の拡大に伴い、データセンター内において、複数のコンピュータが同期して動作するシステムが増加している。コンピュータは、CPUの動作状態等により瞬間的に消費電力が変動するため、複数台のコンピュータが同調して動作すると瞬間的に大きな消費電力が発生しその電力を供給する入力系統に負担が掛かっている(例えば、トランス、発電機等のうなり、ケーブルやブレーカなどの配電設備への過大なストレス)。 In recent years, with an increase in demand for cloud computing and big data analysis, systems in which a plurality of computers operate synchronously in a data center are increasing. Since the power consumption of a computer fluctuates instantaneously depending on the operating state of the CPU, etc., when a plurality of computers operate in synchronism, a large amount of power is instantaneously generated, placing a burden on the input system that supplies the power. (For example, excessive stress on power distribution equipment such as a beat of a transformer, a generator, or a cable or a breaker).
一方、高速化・大容量かにより電算機システム全体の消費電力が肥大化しており、電力供給ユニット(PSU)等の電力変換部の損失低減要求が強くなっている。 On the other hand, the power consumption of the entire computer system has increased due to speeding up and large capacity, and there is a strong demand for reducing the loss of power conversion units such as power supply units (PSUs).
負荷電力変動を入力側に伝えないように電力平準化を行なうために、図6に示すように、ダイオードブリッジ回路100で交流電力を直流電力に変換し、アクティブ型の力率改善回路(PFC)101で昇圧して入力コンデンサ102に蓄積し、このコンデンサ102の出力をDC−DCコンバータ103で負荷に応じた直流電力を出力するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
In order to perform power leveling so as not to transmit the load power fluctuation to the input side, as shown in FIG. 6, the
ところで、一般的に、DC−DCコンバータ103の入力電圧範囲が狭いほど高効率化が可能である(トランス巻数比を上げることで、2次側部品の低耐圧化、1次回路の電流抑制による効果等)。例えば、DC−DCコンバータの入力電圧範囲が360〜400Vである場合と、入力電圧範囲が250〜400Vである場合とを比較すると、入力電圧範囲が360〜400Vの方が、入力電圧範囲が250〜400Vである場合に比較して2%程度効率が良くなる。
By the way, generally, the narrower the input voltage range of the DC-
しかし、上述した複数のコンピュータが同期して動作するシステムのように負荷変動が大きい場合には、DC−DCコンバータ103は広い入力電圧範囲で動作する必要があるため変換効率が低下するという課題がある。
However, when the load fluctuation is large as in the above-described system in which a plurality of computers operate in synchronization, the DC-
すなわち、図7(a)で実線図示のように、負荷電力が周期的に変化する場合には、力率改善回路101で賄えない電力を入力コンデンサ102で賄って負荷電力の変動を吸収し、入力側に電力変動を伝達させないようにする。このため、入力コンデンサ102の電圧は、破線図示のように周期的に減少および増加を繰り返し、この入力コンデンサ102の電圧を後段のDC−DCコンバータにより、電圧を一定化させて負荷に供給する。この場合には、DC−DCコンバータ103を広い入力範囲とせざるを得ない。
That is, as shown by the solid line in FIG. 7A, when the load power changes periodically, the power that cannot be supplied by the power
しかしながら、上述した複数のコンピュータが同期して動作するシステムでは、図7(b)で実線図示のように、負荷電力の変動が周期的ではなく、例えば短時間の電力変動が2回生じた後に、しばらく負荷変動がない状態が継続する場合が多い。このような負荷変動の場合、入力コンデンサ102の電圧は、破線図示のように負荷変動が生じたときに、負荷変動に応じた減少および増加を繰り返すが、負荷変動を生じていない場合には、力率改善回路101の出力電圧を保持することになる。このため、負荷変動を生じていない期間でDC−DCコンバータ103の電力変換効率が無駄に悪くなってしまう。
However, in the above-described system in which a plurality of computers operate in synchronization, as shown by the solid line in FIG. 7B, the load power fluctuation is not periodic, for example, after a short-time power fluctuation occurs twice. In many cases, there is no load fluctuation for a while. In the case of such a load fluctuation, the voltage of the
そこで、本発明は、上述した従来例の課題に着目してなされたものであり、入力電圧範囲を狭くして電力変換効率を向上させることができる電力平準化装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to the problems of the above-described conventional example, and an object thereof is to provide a power leveling apparatus capable of improving the power conversion efficiency by narrowing the input voltage range. .
上記目的を達成するために、本発明に係る電力平準化装置の一態様は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力変換部と、電力変換部の出力側に直流電力を供給する蓄電部とを備え、蓄電部は、蓄電素子と、この蓄電素子および電力変換部の出力側との間に接続され、電力変換部の出力電流に応じて放電電力を制御する放電制御部と、蓄電素子を充電する充電制御部とを備えている。 In order to achieve the above object, one aspect of a power leveling apparatus according to the present invention includes: a power converter that converts AC power from an AC power source into DC power and supplies the power to a load; and an output side of the power converter. The power storage unit is connected between the power storage element and the output side of the power storage unit and the power conversion unit, and controls the discharge power according to the output current of the power conversion unit. A discharge control unit; and a charge control unit that charges the power storage element.
本発明の一態様によれば、負荷電力変動による電力変換部で賄えない不足電力分を放電制御部で蓄電部の放電電力を制御して賄うことにより、電力変換部の入力電圧範囲を狭くして入力電力を平準化することができる。 According to one aspect of the present invention, the input voltage range of the power conversion unit is narrowed by covering the insufficient power that cannot be covered by the power conversion unit due to load power fluctuation by controlling the discharge power of the power storage unit by the discharge control unit. Thus, the input power can be leveled.
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものである。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic.
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the structure, arrangement, etc. of components as follows. It is not something specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
まず、本発明の一の態様を表す電力平準化装置の第1の実施形態について図1および図2を伴って説明する。 First, a first embodiment of a power leveling device representing one aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
電力平準化装置10は、図1に示すように、例えば230Vの交流電力を出力する交流電源11と、この交流電源11からの交流電力が入力される電力変換部としてのAC/DC変換器12と、このAC/DC変換器12からの出力電力が供給される負荷13と、AC−DC変換器12と並列に接続された蓄電部14とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
ここで、AC/DC変換器12は、力率改善回路(PFC)12aとDC−DCコンバータ12bとで構成されている。力率改善回路12aは、交流電力を直流電圧に変換する整流機能と、入力電流が予め設定した設定電流を超えないように、出力制限電流が設定されている。
Here, the AC /
DC−DCコンバータ12bは、力率改善回路12aから出力される直流電力を負荷13が必要とする直流電圧例えば12Vの直流電力に変換して負荷13にダイオードD1を介して出力する。
The DC-
蓄電部14は、蓄電素子14aと、蓄電素子14aに蓄電された蓄電電力をAC/DC変換器12の出力側に放電する放電制御部14bと、交流電源11から交流電力が入力されて蓄電素子14aを充電する充電制御部14cと、を備えている。
The
蓄電素子14aは、充放電可能な素子であって、電気2重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、電解コンデンサ、各種バッテリ(鉛、アルカリ、リチウムイオン他)等を適用することができる。
The
放電制御部14bは、図2に示すように、自身の出力電圧VA2が入力される入力端子tin2と、この入力端子tin2とグランドとの間に直列に接続された3つの分圧抵抗R11、R12およびR13を有する分圧回路20と、電流監視部21と、放電電流制御部22とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
電流監視部21は、AC/DC変換器12の出力電流を電圧値として検出する電流検出部CDから入力される電流検出値IA1が予め設定したAC/DC変換器12が出力する許容上限電流値IA1u以上であるとき電流を吸引するオペアンプ21aを備えている。このオペアンプ21aは、反転入力端子に電圧値でなる電流検出値IA1が入力され、非反転入力端子に許容上限電流値IA1uに相当する参照電圧Vref1が入力されている。そして、このオペアンプ21aの出力端子がダイオード21bのカソードに接続され、ダイオード21bのアノードが分圧回路20の抵抗R11およびR12の接続点に接続されている。したがって、オペアンプ21aは、電流検出値IA1が設定電流値IA1u以上となるまではハイレベルを維持し、電流検出値IA1が設定電流値IA1u以上となったときにローレベルとなって分圧回路20から電流を引き込む。
The
放電電流制御部22は、オペアンプ22aと、PWM信号生成回路22bと、DC/DCコンバータ22cとで構成されている。
The discharge
オペアンプ22aは、反転入力端子に分圧回路20の抵抗R12およびR13の接続点が接続され、非反転入力端子に12Vに相当する参照電圧Vref2が入力されている。そして、このオペアンプ22aから分圧回路20から入力される分圧電圧Vdが参照電圧Vref2以上であるときにローレベルとなる放電制御信号Vcを出力し、分圧電圧Vdが参照電圧Vref2未満となると、その差分に応じた電圧レベルの放電制御信号Vcを出力する。
In the
PWM信号生成回路22bは、オペアンプ22aから出力される放電制御信号Vcとキャリア信号生成部CSから入力される三角波信号または鋸歯状波信号でなるキャリア信号Scaと比較するコンパレータで構成されている。このコンパレータから放電制御信号Vcがキャリア信号Scaを上回っている間にオン状態となり、放電制御信号Vcがキャリア信号を下回っている間にオフ状態となるPWM信号が出力される。
The PWM
DC/DCコンバータ22cは、蓄電素子14aとダイオードD2との間に接続され、蓄電素子14aの充電電圧VbをPWM信号に基づいてAC/DC変換器12から出力される電圧VA1に対して許容範囲程度高い電圧VA2に昇圧し、蓄電素子14aの放電を可能とする。
ここで、放電電流制御部22は、電流監視用のコンパレータ22dから出力される動作制御信号Smcによって動作状態と停止状態とに制御される。コンバレータ22dは、非反転入力端子に、AC/DC変換器12の出力電流を電圧値として検出する電流検出部CDから出力される電流検出値IA1が供給され、反転入力端子に参照電圧Vref1より僅かに低い電圧に設定された参照電圧Vref6が供給されている。
DC /
Here, the discharge
したがって、コンパレータ22dは、電流検出値IA1が参照電圧Vref6を下回っている状態では、ローレベルの動作制御信号Smcを放電電流制御部22に出力し、放電電流制御部22は動作停止状態となる。これに対して、電流検出値IA1が参照電圧Vref6を上回っている状態では、コンパレータ22dからハイレベルの動作制御信号Smcが放電電流制御部22に出力され、放電電流制御部22は動作状態となる。
Therefore, the
充電制御部14cは、図1に示すように、充電回路23と、充電制御回路24とを有する。充電回路23は、力率改善回路23aとDC/DCコンバータ23bとで構成され、電力充電指令Sccが入力されたときに、交流電源11からの交流電力を直流電力に変換して蓄電素子14aを充電する。
このときの充電モードとしては、蓄電素子14aが電気2重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタである場合には、充電電圧Vbが設定電圧に達するまでは定電流制御を行い、設定電圧に達すると定電圧制御を行なう。また、蓄電素子14aが各種バッテリであるときにもキャパシタと同様に定電流・定電圧制御を行い、さらに、蓄電素子14aが電解コンデンサである場合には、DC/DCコンバータ23bを省略して力率改善回路23aのみで定電力・定電圧充電を行なう。
As illustrated in FIG. 1, the charging
As the charging mode at this time, when the
充電制御回路24は、蓄電素子14aの充電電圧Vbを監視し、充電電圧Vbが予め設定した通常設定値Vbu(満充電電圧の例えば70%)以下に低下したときに、AC−DC変換器12の出力電流IA1が許容上限電流IA1s1より低い充電許容電流IA1s2未満であるとき、すなわち負荷13の消費電力が小さいときに電力充電指令Sccを充電回路23に出力する。
The charging
また、充電制御回路24は、蓄電素子14aの充電電圧Vbが通常設定値Vbuより低い要充電設定値Vbc(例えば満充電電圧の例えば20%)以下に低下したときに、AC−DC変換器12の出力電流IA1にかかわらず電力充電指令Sccを充電回路23に出力する。
In addition, the
ここで、充電制御回路24は、図3に示すように、蓄電電圧検出部25と、第1制御部26と、第2制御部27と、オア回路28とを備えている。
Here, as shown in FIG. 3, the charging
蓄電電圧検出部25は、蓄電素子14aの充電電圧Vbが入力される電源端子tin2と、この電源端子tin2とグランドとの間に直列接続された分圧抵抗R21、R22およびR23を有する分圧回路25aを備えている。
この分圧回路25aの抵抗R21およびR22の接続点には電流監視部25bが接続されている。また、分圧回路25の抵抗R22およびR32の接続点から蓄電電圧検出値Vbdが出力される。
The storage
A
ここで、電流監視部25bは、放電制御部14bの電流監視部21と同様にオペアンプ29及びダイオード30を有する。オペアンプ29は、非反転入力端子に電流センサCDの電流検出値IA1が供給され、反転入力端子に参照電圧Vref3(AC−DC変換器12の出力電流IA1の許容上限電流IA1s1より低い充電許容電流IA1s2に相当する電圧)が供給されている。また、ダイオード30はアノードがオペアンプ29の出力端子に接続され、カソードが分圧回路25aの抵抗R21及びR22の接続点に接続されている。
Here, the
第1制御部26は、コンパレータ26aを備えている。このコンパレータ26aは、反転入力端子に蓄電電圧検出値Vbdが入力され、非反転入力端子に参照電圧Vref4が供給されている。参照電圧Vref4は、蓄電素子14aの満充電電圧Vbmaxの例えば70%に相当する電圧値に設定されている。したがって、コンパレータ26aから蓄電電圧検出値Vbdが参照電圧Vref4を下回ったときにローレベルからハイレベルとなる電圧低下検出信号Svrがオア回路28に出力される。
The
第2制御部27は、蓄電素子14aの蓄電電圧Vbを分圧する分圧回路27aと、コンパレータ27bを備えている。
The
分圧回路27aは、蓄電素子14aの蓄電電圧Vbが入力される入力端子tin3と、この入力端子tin3とグランドとの間に接続された分圧抵抗R24およびR25とで構成されている。そして、分圧抵抗R24およびR25の接続点から蓄電電圧検出値Vbd2が出力される。
The
コンパレータ27bは、反転入力端子に分圧回路27aの蓄電電圧検出値Vbdが入力され、非反転入力端子に参照電圧Vref5が入力されている。この参照電圧Vref5は、蓄電素子14aの満充電電圧Vbmaxの例えば20%に相当する電圧値に設定されている。したがって、コンパレータ27bから蓄電電圧検出値Vbd2が参照電圧Vref5を下回ったときにローレベルからハイレベルに転換する要充電検出信号Svcがオア回路28に出力される。
In the
オア回路28は、第1制御部26の電圧低下検出信号Svrおよび第2制御部27の要充電検出信号Svcの何れかがハイレベルとなったときに、ハイレベルとなる充電指令信号Scを充電回路CHに出力する。
次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
今、蓄電素子14aの充電電圧Vbが満充電圧Vbmaxに近い状態に充電されているものとする。
The OR
Next, the operation of the first embodiment will be described.
Now, it is assumed that the charging voltage Vb of the
この状態では、蓄電部14の充電制御部14cは、分圧回路25aの分圧電圧Vbdが第1制御部26のコンパレータ26aの参照電圧Vref4以上であり、コンパレータ26aから出力される電圧低下検出信号Svrがローレベルとなる。また、第2制御部27のコンパレータ27bから出力される要充電検出信号Svcもローレベルとなっている。このため、オア回路28から電力充電指令Sccは出力されず、充電回路23は作動を停止している。
In this state, the
また、負荷13の消費電力がAC/DC変換器12から出力される直流電力で十分に賄える範囲内であるものとすると、AC/DC変換器12から出力される電流IA1は、放電制御部14bの電流監視用のコンパレータ22dの参照電圧Vref6より低くなっている。このため、コンパレータ22dから出力される動作制御信号Smcがローレベルとなっており、放電電流制御部22は動作停止状態にあり、DC/DCコンバータ22cは動作を停止している。
この結果、負荷13の消費電力が小さい間は、蓄電素子14aの充電処理を行わない場合に、AC/DC変換器12のみが作動状態となる。
If the power consumption of the
As a result, while the power consumption of the
このDC/DCコンバータ22cの停止状態から、AC/DC変換器12から出力される電流IA1が増加して、放電制御部14bの電流監視用のコンパレータ22dの参照電圧Vref6より高く、放電制御部14bの電流監視部21のオペアンプ21aの参照電圧Vref1より低い状態(Vref6<IA1<Vref1)となると、電流監視用のコンパレータ22dから出力される動作制御信号Smcがハイレベルとなり、放電電流制御部22が動作状態となり、DC/DCコンバータ22cが動作状態となる。
しかしながら、この状態では、AC/DC変換器12から出力される電流IA1が放電制御部14bの電流監視部21のオペアンプ21aの参照電圧Vref1より低くなっている。このため、オペアンプ21aの出力はハイレベルを維持し、ダイオード21bを通じて分圧回路20の電流を引き込むことはない。
From the stopped state of the DC /
However, in this state, the current IA1 output from the AC /
したがって、分圧回路20の抵抗R11、抵抗R12及びR13で分圧された分圧電圧Vdが放電電流制御部22のオペアンプ22aの反転入力端子に供給される。このため、オペアンプ22aから参照電圧Vref2との差分に応じた低い電圧レベルの放電制御信号Vcが出力される。これに応じて、PWM信号生成回路22bから放電制御信号Vcの電圧レベルに応じたPWM信号がDC/DCコンバータ22cに出力され、このDC/DCコンバータ22cの出力電圧が上昇する。このDC/DCコンバータ22cの出力電圧の上昇は、例えば負荷13の電圧が12Vであるときに、ダイオードD2がオンしない程度に例えば11Vまで上昇し、蓄電素子14aが負荷13の消費電力を分担するための準備を行なう。
Accordingly, the divided voltage Vd divided by the resistors R11 and R12 and R13 of the
この状態から負荷13の消費電力がさらに増加することにより、AC/DC変換器12から出力される出力電流IA1がAC/DC変換器12で賄える許容上限電流値IA1u以上となると、放電制御部14bの電流監視部21で、オペアンプ21aの出力はローレベルすなわちグランド電位となり、ダイオード21bを通じて分圧回路20の電流を引き込むことになる。
このため、分圧回路20の抵抗R22およびR23間から出力される分圧電圧Vdは、オペアンプ22aの参照電圧Vref2より十分に小さくなり、オペアンプ22aから出力される放電制御信号Vcの電圧レベルが急増する。したがって、PWM信号生成回路22bからオン状態の幅が広いPWM信号が得られ、このPWM信号がDC/DCコンバータ22cに供給される。
When the power consumption of the
For this reason, the divided voltage Vd output between the resistors R22 and R23 of the
したがって、DC/DCコンバータ22cで、PWM信号のオン状態の幅に応じて蓄電素子14aの蓄電電圧Vbを基準電圧VA2まで昇圧させる。このため、負荷13の消費電力の不足分に応じた出力電流IA2が、蓄電素子14aから放電制御部14bのDC/DCコンバータ22cを通じ、さらにダイオードD2を介して負荷13側へ出力され、AC/DC変換器12の出力電流IA1に加算されて負荷13へ供給される。
Therefore, the DC /
このため、AC/DC変換器12で賄い切れない電流量を蓄電素子14aからの電流量で賄うことができる。このとき、負荷13への出力電圧は基準電圧VA1を維持するので、負荷13で必要とする消費電力を供給することができる。
For this reason, the amount of current that cannot be covered by the AC /
この蓄電部14からの電力供給によって、蓄電素子14aの充電電圧Vbが減少し、充電制御部14cの第1制御部26の参照電圧Vref4未満に低下する。このとき、電流監視部25bで監視するAC/DC変換器12の出力電流IA1が充電許容電流IA1s2を超えているときには、オペアンプ29の出力がハイレベルとなっている。
Due to the power supply from the
このため、分圧回路25aの抵抗R21およびR22の接続点へ電流がダイオード30を介して供給されることにより、抵抗R22およびR23の接続点の分圧電圧Vdはオペアンプ26aの参照電圧Vref4より上昇し、蓄電電圧低下検出信号Svrがローレベルとなっている。
Therefore, current is supplied to the connection point between the resistors R21 and R22 of the
このとき、第2制御部27のコンパレータ27bから出力される要充電検出信号Svcもローレベルを維持するので、オア回路18から出力される電力充電指令Sccはローレベルを維持し、充電回路CHによる蓄電素子14aの充電処理は実行されない。
At this time, the charge-required detection signal Svc output from the
この状態で、負荷13の消費電力が減少して、AC/DC変換器12から出力される出力電流IA1の電圧値が参照電圧Vref3より減少すると、オペアンプ29の出力がローレベルとなり、分圧回路25aの抵抗R21およびR22の接続点への電流の供給を停止する。
In this state, when the power consumption of the
このため、第1制御部26のコンパレータ26aから出力される電流低下検出信号Svrがハイレベルとなってオア回路28からハイレベルの電力充電指令Sccが充電回路23のDC/DCコンバータ23bに出力される。このため、充電回路23で、交流電源11からの交流電力を直流電流に変換するとともに降圧して、蓄電素子14aを充電する。このとき、蓄電素子14aが電気2重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタであるときには充電電圧が設定電圧未満であるときには定電流制御を行い、設定電圧に達すると定電圧制御を行う。また、蓄電素子14aがバッテリで構成されているときには定電圧制御のみを行うようにしてもよく、蓄電素子14aが電解コンデンサで構成されているときには、DC/DCコンバータ23bを省略して力率改善回路23aのみを設けるようにしてもよい。
For this reason, the current drop detection signal Svr output from the
また、上記第1制御部26による充電処理中に、蓄電素子14の充電電圧Vbがさらに低下して、第2制御部27の参照電圧Vref5以下すなわち満充電電圧Vbmaxの20%未満に低下すると、第2制御部27のコンパレータ27bからハイレベルの要充電検出信号Svcがオア回路28に出力される。
Further, during the charging process by the
このため、オア回路28から充電指令が連続的に出力されることになり、充電回路23でAC/DC変換器12の出力電流IA1の値にかかわらず蓄電素子14aの充電が行われる。
Therefore, the charging command is continuously output from the
このように、第1の実施形態によると、交流電源11の交流電力が直接AC/DC変換器12に供給され、このAC/DC変換器12の力率改善回路12aで交流電力を全波整流するとともに、力率改善処理を行い、さらにDC/DCコンバータ12bで、負荷13が必要とする直流電圧に降圧してダイオードD1を介して負荷13に出力する。このとき、負荷13の必要電流がAC/DC変換器12のみで賄える場合には、このAC/DC変換器12のみが駆動される。そして、負荷13が必要とする電流を放電制御部14bの電流監視部21で監視し、負荷13が必要とする電流がAC/DC変換器12で賄える電流を超えたときに、蓄電部14の放電制御部14bが駆動されて、蓄電素子14aの蓄電電圧Vbを設定電圧VA2まで昇圧することで、AC/DC変換器12で賄える電流を超えた電流分に相当する放電電流が負荷13に供給される。
As described above, according to the first embodiment, the AC power of the
このため、AC/DC変換器12を負荷13で必要とする全電流範囲をカバーするように動作させる必要がなく、一定の入力電力で生成できる電圧及び電流を出力するように電力変換するだけでよく、入力電力の変動を生じることがない。
For this reason, it is not necessary to operate the AC /
この結果、AC/DC変換器12の入力電圧範囲を狭くして電力変換効率を向上させることができ、同時に負荷13の消費電力の変動によるAC/DC変換器12で賄えない電流分を蓄電素子14aの蓄電電力を放電させることにより賄うことができる。したがって、AC/DC変換器12と蓄電部14の放電制御部14bの双方が動作している場合の変換効率を前述した従来例の変換効率に対して約1.0%向上させることができる。負荷13の消費電力変動をAC/DC変換器12のみで賄える場合には、従来例の変換効率に対して2.0%向上させることができる。
As a result, the input voltage range of the AC /
よって、第1の実施形態によると、負荷の消費電力変動がAC/DC変換器12の入力側に影響することがなく、AC/DC変換器12の入力電圧を平準化することができるとともに、変換効率を向上させることができる。
次に、本発明に係る入力電力平準化装置の第2の実施形態について図4を伴って説明する。
Therefore, according to the first embodiment, the power consumption fluctuation of the load does not affect the input side of the AC /
Next, a second embodiment of the input power leveling apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
この第2の実施形態では、蓄電素子の充電をAC/DC変換器から出力される直流電力を使用して行うようにしたものである。 In the second embodiment, the storage element is charged using DC power output from the AC / DC converter.
すなわち、第2の実施形態では、図4に示すように、蓄電部14の充電制御部14cが放電制御部14bと並列に設けられている。このため、充電制御部14cでは、充電回路23を構成する力率改善回路が省略されてDC/DCコンバータ23bのみで構成され、このDC/DCコンバータ23bが第1の実施形態と同様の構成を有する充電制御回路24からの電力充電指令によって制御される。また、ダイオードD2が省略されている。
その他の構成は、前述した第1の実施形態の図1〜図3と同様の構成を有する。
That is, in 2nd Embodiment, as shown in FIG. 4, the
Other configurations have the same configurations as those in the first embodiment described above with reference to FIGS.
この第2の実施形態では、蓄電部14における蓄電素子14aの充電がAC/DC変換器12の出力電力によって行われることを除いては第1の実施形態と同様の入力電力の平準化を行うことができる。
In the second embodiment, the input power is leveled in the same manner as in the first embodiment except that the
このため、第2の実施形態でも、前述した第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。したがって、AC/DC変換器12及び蓄電部14の放電制御部14bが動作している状態で、前述した従来例に比較して電力変換効率を1.0%向上させることができる。
For this reason, also in 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment mentioned above can be acquired. Therefore, in the state where the AC /
さらに、負荷13の消費電力をAC/DC変換器12のみで賄える場合の電力変換効率を2.0%向上させることができる。
次に、本発明に係る電力平準化装置の第3の実施形態について図5を伴って説明する。
この第3の実施形態では、力率改善回路を共通化するようにしたものである。
Furthermore, the power conversion efficiency when the power consumption of the
Next, a third embodiment of the power leveling apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, the power factor correction circuit is shared.
すなわち、第3の実施形態では、図5に示すように、交流電源11に、第1の実施形態におけるAC/DC変換器12および充電制御部14cに設けられた力率改善回路を独立させた力率改善回路31を接続し、この力率改善回路31の出力をDC/DCコンバータ12b及び蓄電部14の充電制御部14cにおけるDC/DCコンバータに供給するようにしたことを除いては第1の実施形態と同様の構成を有する。その他の構成について第1の実施形態と同様の構成を有する。
That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 5, the
この第3の実施形態によると、第1の実施形態におけるAC/DC変換器12と充電制御部14cとに個別に設けられた力率改善回路を共通化して独立させた力率改善回路の出力をDC/DCコンバータ12bと、充電制御部14cのDC/DCコンバータ12bとに分配供給する。ここで、充電制御部14cの電力は小容量であり、独自で力率改善回路を設ける場合には充電器効率が低下することになる。このため、第3の実施形態の構成とすることにより、DC/DCコンバータ12bの大容量の力率改善回路を、充電制御部14cの力率改善回路として使用することができ、DC/DCコンバータ12bと放電制御部14bとを同時に動作させている状態での電力変換効率を前述した従来例の電力変換効率に比較して1.3%向上することができる。さらに、DC/DCコンバータ12bのみが動作する負荷変動がない期間の変換効率を2.0%向上させることができる。
According to the third embodiment, the output of the power factor improvement circuit in which the power factor improvement circuits provided separately in the AC /
なお、上記各実施形態においては、電力変換系統が1系統である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電力変換系統が複数系統並列に接続されている場合にも本発明を適用することができる。 In each of the above embodiments, the case where the power conversion system is one system has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to a case where the power conversion system is connected in parallel to a plurality of systems. Can be applied.
10…電力平準化装置、11…交流電源、12…AC/DC変換器、13…負荷、14…蓄電部、14a…蓄電素子、14b…放電制御部、14c…充電制御部、20…分圧回路、21…電流監視部、21a…オペアンプ、22…放電電流制御部、22a…オペアンプ、22b…PWM信号生成回路、22c…DC/DCコンバータ、25…蓄電電圧検出部、25a…分圧回路、25b…電流監視部、26…第1制御部、26a…コンパレータ、27…第2制御部、27a…コンパレータ、28…オア回路、31…力率改善回路
DESCRIPTION OF
上記目的を達成するために本発明に係る電力平準化装置の一態様は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力変換部と、電力変換部の出力側に直流電力を供給する蓄電部とを備え、蓄電部は、蓄電素子と、この蓄電素子および電力変換部の出力側との間に接続され、電力変換部の出力電流に応じて放電電力を制御する放電制御部と、蓄電素子を充電する充電制御部とを備え、充電制御部は、蓄電素子の充電電圧が設定値以下となったときに、交流電力を直流電力に変換して蓄電素子を定電力充電する。 In order to achieve the above object, one aspect of a power leveling apparatus according to the present invention includes a power conversion unit that converts AC power from an AC power source into DC power and supplies the DC power to a load, and a DC on the output side of the power conversion unit. A power storage unit that supplies electric power, and the power storage unit is connected between the power storage element and the output side of the power storage unit and the power conversion unit, and controls discharge power according to the output current of the power conversion unit A control unit and a charge control unit for charging the power storage element, and the charge control unit converts the AC power to DC power when the charge voltage of the power storage element becomes equal to or lower than a set value to Charge.
上記目的を達成するために本発明に係る電力平準化装置の一態様は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力変換部と、電力変換部の出力側に直流電力を供給する蓄電部とを備え、蓄電部は、蓄電素子と、この蓄電素子および電力変換部の出力側との間に接続され、電力変換部の出力電流に応じて放電電力を制御する放電制御部と、蓄電素子を充電する充電制御部とを備え、充電制御部は、蓄電素子の充電電圧が設定値以下となったときに、交流電力を直流電力に変換して蓄電素子を定電力充電し、放電制御部は、分圧回路と、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が設定電流より大きいときに分圧回路から電流を引き抜く電流監視部と、分圧回路の分圧電圧を設定電圧と比較して放電指令信号を生成する放電電流制御部とを備えている。 In order to achieve the above object, one aspect of a power leveling apparatus according to the present invention includes a power conversion unit that converts AC power from an AC power source into DC power and supplies the DC power to a load, and a DC on the output side of the power conversion unit A power storage unit that supplies electric power, and the power storage unit is connected between the power storage element and the output side of the power storage unit and the power conversion unit, and controls discharge power according to the output current of the power conversion unit A control unit and a charge control unit for charging the power storage element, and the charge control unit converts the AC power to DC power when the charge voltage of the power storage element becomes equal to or lower than a set value to The charge and discharge control unit monitors the output current of the voltage dividing circuit and the power conversion unit, and draws the current from the voltage dividing circuit when the output current is larger than the set current, and the voltage dividing circuit of the voltage dividing circuit Discharge that generates a discharge command signal by comparing the voltage with the set voltage That comprise a flow controller.
Claims (8)
前記電力変換部の出力側に直流電力を供給する蓄電部とを備え、
前記蓄電部は、蓄電素子と、該蓄電素子および前記電力変換部の出力側との間に接続され、前記電力変換部の出力電流に応じて放電電力を制御する放電制御部と、前記蓄電素子を充電する充電制御部とを備えている
ことを特徴とする電力平準化装置。 A power converter that converts AC power from an AC power source to DC power and supplies the load to the load;
A power storage unit for supplying DC power to the output side of the power conversion unit,
The power storage unit is connected between the power storage element and the output side of the power storage element and the power conversion unit, and controls the discharge power according to the output current of the power conversion unit, and the power storage element A power leveling device comprising: a charge control unit for charging the battery.
前記力率改善回路の出力をDC/DCコンバータで構成される電力変換部に入力するとともに、前記充電制御部に入力することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の電力平準化装置。 Equipped with a common power factor correction circuit to which AC power is input,
The power according to any one of claims 1 to 6, wherein an output of the power factor correction circuit is input to a power conversion unit configured by a DC / DC converter and also input to the charge control unit. Leveling device.
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