CN102422242A - 控制设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种控制设备，其能够通过瞬时地将DC/DC变换器从最大功率点跟踪操作切换到输出电压控制操作来不变地向负载提供电功率。提供第一功率供给装置；第二功率供给装置，其作为电压源操作并且对应情况来改变其电压供给；功率变换装置，其将第一功率供给装置和第二功率供给装置的电功率变换为期望功率；监测单元，其获取第二功率供给装置的装置信息和功率变换装置的输出信息；以及控制单元，其基于监测单元获取的信息来控制功率变换装置。

Description

控制设备和控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制设备，其包括第一电功率供给装置、和作为电压源操作以及具有根据条件改变的供给电压的第二电功率供给装置，并且涉及一种控制方法。作为第一电功率供给装置，例如有太阳能电池、风力发电机、发电机组(engine generator)以及燃料电池。作为其供给电压根据条件改变的电功率供给装置，有二次电池和电容器。

背景技术

近些年已经广泛使用利用太阳能电池、风力发电机、发电机组或燃料电池的分布式电源，并且还开发了组合分布式电源与蓄电设施来均衡来自引起输出改变的分布式电源(诸如太阳能电池或风力发电机)的输出的技术。然而，当分布式电源生成的电功率在蓄电池中充电并且被供给负载时，存在当电功率多次通过电功率变换器时引起的功率变换损失的问题。

关于使用太阳能电池和蓄电池作为电功率供给装置的电功率供给设备，在日本未审查专利公开第2007-201257中描述一种解决上述问题的方法。由于其中蓄电池与太阳能电池并联的太阳能发电系统在调节太阳能电池至蓄电池电压的同时操作，已知太阳能发电系统中的DC/DC变换器不能执行最大功率点跟踪操作。然而，当蓄电池被完全充电时，蓄电池不能被进一步充电。由于该原因，将蓄电池临时从太阳能电池断开，并且同时DC/DC变换器可以执行最大功率点跟踪操作。

日本未审查专利公开第2007-201257解决了上述问题，并且公开一种技术，其中，当在完全充电条件下断开蓄电池时，检测完全充电条件或者切断元件的“断”条件，以将DC/DC变换器从输出电压控制操作改变到最大功率点跟踪操作。

发明内容

本发明要解决的问题

在日本未审查专利公开第2007-201257中，当DC/DC变换器从最大功率点跟踪操作改变到输出电压控制操作时，在预定时间段已经过去之后进行改变。在日本未审查专利公开第2007-201257中，由于控制负载量，操作切换时间不引起问题。

然而，当在普通房屋中安装太阳能发电系统时，负载量根据家庭电功率需求而改变。由于该原因，引起以下问题。例如，假设蓄电池被完全充电并且然后从对应太阳能电池断开以及DC/DC变换器执行最大功率点跟踪操作。在该情形中，由于负载量的变化或日照的变化可以请求来自蓄电池的功率供给。在该情形中，为了从蓄电池中输出电功率，DC/DC变换器的操作需要被切换至输出电压控制操作。在该操作切换中，需要监测至少逆变器的输入/输出功率的信息。如果延迟DC/DC变换器从最大功率点跟踪操作到输出电压控制操作的切换操作，那么负载没有接收足够的电功率并且操作可能需要被停止或者系统可能不能够最优地供给电功率。

在该情形中，将普遍地期望具有两个电功率供给装置(即具有最优操作电压的电功率供给装置和具有可变电压的电功率供给装置)的电功率供给设备。为了描述方便，假设前者电功率供给装置是太阳能电池并且后者电功率供给装置是蓄电池。

如图6所示，太阳能电池101通过第一DC/DC变换器102连接到输出端103。另一方面，蓄电池104通过通/断开关105连接到第二DC/DC变换器106，并且还连接到输出端103。输出端103连接到负载(未示出)以提供功率供给。输出端103可替换地连接到系统电源以通过电反向流进行电功率销售。在这些连接中，第一DC/DC变换器102不变地执行最大功率点跟踪操作，以使得太阳能电池完全输出电功率。另一方面，第二DC/DC变换器106接收蓄电池的剩余量信息和来自外部装置的输出命令，以控制输出电压或者输出电流。根据情况，从太阳能电池101或者输出端103供给电功率，并且向蓄电池104供给电功率，以充电蓄电池104。在该情形中，控制到蓄电池的电流。

在图6示出的配置中，第一DC/DC变换器102进行最大功率点跟踪操作，第二DC/DC变换器106控制输出电压或者输出电流，并且各个DC/DC变换器的操作不需要被切换。然而，要求这样的两个DC/DC变换器不利地增加大小和成本。

在上面的描述中，例示太阳能电池和蓄电池。然而，不但在太阳能电池和蓄电池之间引起、而且在以下情形中普遍引起该问题，其中，具有最优操作电压的诸如太阳能电池、风力发电机、发电机组或燃料电池之类的分布式电源以及作为电压源操作并具有根据条件(电池SOC等)改变的供给电压的典型为锂离子二次电池、镍氢二次电池、电容器等的蓄电装置相互并联。

在当蓄电池为空时使用的切断电路和从切断条件返回的返回电路中也引起上面描述的相同问题。

本发明针对解决上面的问题做出并且具有以下目的：提供一种瞬时地将DC/DC变换器从最大功率点跟踪操作切换至输出电压控制操作以使其能够不变地向负载提供电功率的控制设备和控制方法。

另一目的是提供一种电路，其使得能够使用太阳能电池充电蓄电池并且在充电期间禁止蓄电池输出。

对于该问题的解决方案

根据本发明的一种控制设备解决上面的问题并且特征在于包括第一电功率供给装置；第二电功率供给装置，其作为电压源操作并且具有根据条件改变的供给电压；电功率变换器，其将第一电功率供给装置和第二电功率供给装置的电功率变换为期望电功率；监测单元，其获取第二电功率供给装置的装置信息；以及控制单元，其基于监测单元获取的信息控制电功率变换器。

在本发明中，第一电功率供给装置是例如太阳能电池、风力发电机、发电机组、燃料电池等等。一般地，给出最优生成电压。第二电功率供给装置例如是锂离子二次电池、镍氢二次电池、电容器等。由于根据本发明的控制设备包括上面描述的特性特征，第一电功率供给装置在第二电功率供给装置断开时以最优生成电压条件工作，并且在第二电功率供给装置连接时，进行输出电压控制操作，由此提供稳定电功率。

在一个实施例中，本发明特征在于，监测单元还包括控制单元，其获取电功率变换器的输出电流或输出功率信息，并且基于输出电流或输出功率信息来控制电功率变换器。电功率供给装置中的至少一个是蓄电装置，监测单元获取蓄电装置的充电状态(SOC)信息，并且控制单元基于充电状态(SOC)信息控制电功率变换器。

根据另一方面，本发明提供一种在控制设备中解决以上问题的控制方法，该控制设备具有第一电功率供给装置，其具有最优生成电压；第二电功率供给装置，其作为电压源操作并且具有根据条件改变的供给电压；电功率变换器，其将第一电功率供给装置和第二电功率供给装置的电功率变换为期望的电功率，以输出期望的电功率；以及控制单元，其获取第二电功率供给装置的输出信息并且基于该输出信息来控制电功率变换器，该方法包括由控制单元执行的以下步骤：检测第二电功率供给装置的充电状态；确定充电状态是否是不小于0％并且小于100％；以及当充电状态不小于0％并且小于100％时，输出对电功率变换器的操作禁止和输出控制操作模式的切换控制信号。

另外，在第二电功率供给装置和电功率变换器之间提供开关元件，并且包括以下步骤：当充电状态是100％时切断开关元件；以及输出对电功率变换器的操作允许和最大功率点跟踪操作模式的切换控制信号。而且，包括以下步骤：当充电状态是0％时向电功率变换器输出对操作停止模式的切换命令。

发明效果

根据本发明，在其中第二电功率供给装置从第一电功率供给装置断开的状态中，当电功率变换器进行最大功率点跟踪操作时，电功率变换器响应于由于负载改变等引起的蓄电池的输出请求可以被瞬时地切换到输出电压控制操作，并且可以从第二电功率供给装置输出电功率。

当蓄电池变为空时，不断开开关，而是停止DC/DC变换器的操作，以使得不能够从蓄电池输出电功率以及使得能够不变地从太阳能电池对蓄电池充电。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的控制设备的框图。

图2是当根据本发明的电功率变换器进行最大功率点跟踪操作时获得的电压功率特性图。

图3是示出根据本发明的控制设备的过渡条件的流程图。

图4是根据本发明的第二实施例的控制设备的框图。

图5是根据本发明的第三实施例的控制设备的框图。

图6是包括两个电功率供给装置，即具有常规最优操作电压的电功率供给装置和具有可变电压的电功率供给装置的电功率供给设备的框图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1是根据本发明的第一实施例的控制设备的框图。在该框图中，包括第一电功率供给装置和第二电功率供给装置。第一电功率供给装置是具有最优生成电压的电功率供给装置，例如太阳能电池。第二电功率供给装置是作为电压源操作并且具有根据条件改变的供给电压的电功率供给装置，例如二次电池。然而，替代太阳能电池，可以使用燃料电池、风力发电机或发电机组。当使用燃料电池或发电机组时，本发明可以应用于混合动力车。另外，替代二次电池可以使用电容器。

如图1所示，根据第一实施例的控制设备包括太阳能电池1、二次电池2、防止电功率从二次电池2反向流到太阳能电池的二极管3、阻止二次电池被充电的开关元件4、监测单元5、控制单元6以及电功率变换器7。二极管3连接至太阳能电池1的输出端，使得太阳能电池1的输出方向被定义为前向方向，并且通过二极管3连接到电功率变换器7的输入端。二次电池2通过开关元件4连接至电功率变换器7的输入端。

监测单元5获取装置信息，诸如二次电池2的充电状态(SOC)之类，以向控制单元6给出控制信号。获取来自电功率变换器7的诸如输出电流或输出功率之类的输出信息，以向控制单元6给出控制信号。控制单元6向开关元件4给出接通或断开开关元件4的控制信号。控制单元6输出将电功率变换器7控制至操作允许模式或操作禁止模式的控制信号、以及将电功率变换器7控制至最大功率点跟踪操作模式或输出电压控制操作模式的控制信号。

作为根据本发明的太阳能电池1，给出通过将多个晶体太阳能电池相互连接而配置的晶体太阳能电池模块、使用通过将多个薄膜太阳能电池(其每个由诸如CVD之类的方法形成在玻璃衬底上的硅半导体或复合半导体制成)串联而获得的电池的薄膜太阳能电池模块、通过层压晶体硅层和非晶硅层获得的堆叠结构太阳能电池模块等。在这些太阳能电池模块中，优选通过将多个太阳能电池元件(其每个由诸如CVD之类的方法形成在玻璃衬底上的硅半导体制成)串联而获得薄膜太阳能电池模块，这是由于其具有高电压输出以及小温度系数。

作为第二电池2，可以使用二次电池，诸如使用化学反应的锂离子电池、镍氢电池或铅蓄电池、双电层电容器等。具体地，优选锂离子电池，因为充电/放电反应基本在无任何副作用的情况下进行并且具有高功率效率。锂离子电池不受任何由不佳充电状态引起的循环恶化(cycle deterioration)或者存储器效应并且具有不依赖温度的充电停止电压。由于该原因。可以优选将锂离子电池使用为本发明的二次电池。作为在本发明中使用的锂离子，提出各种正和负电极材料。可以使用所有材料。在锂离子电池中，特别优选使用LiFePO₄作为正电极材料的锂离子电池，因为这样的锂离子电池具有平坦的充电放电曲线。

二次电池的保护电路优选包括防止过充电电路、防止过放电电路、防止过电流电路、相互串联连接的蓄电池装置的每个电池的电压监测电路、调整每个电池的电压的平衡电路等。

还包括检测蓄电池2的充电状态(SOC)的充电状态(SOC)检测器2a。充电状态(SOC)检测器2a是测量来自蓄电池2的输出电压的电压计。然而，依赖环境，可以测量充电的积累状态。作为充电状态(SOC)，100％表示完全充电条件，以及0％表示放电结束条件。因此，作为充电状态(SOC)，不小于100％表示过充电条件，不大于0％表示过放电条件。

作为开关元件4，例如，可以使用机械地控制通/断条件的开关、或诸如MOSFET或IGBT之类的场效应半导体开关，本发明使用可以容易地进行通/断控制的IGBT场效应半导体开关。

电功率变换器7包括DC/DC变换器71和逆变器72。DC/DC变换器71将来自太阳能电池1的输出电压变换为期望电压，以及逆变器72将DC功率变换为AC功率以输出AC功率。DC/DC变换器71是单向变换器或者双向变换器。逆变器72是单向逆变器或者双向逆变器，并且包括检测至少输出功率的输出功率检测器72a。作为DC/DC变换器71和逆变器72，可以分别使用已知DC/DC变换器和已知逆变器。

DC/DC变换器71根据来自控制单元6的控制信号将操作模式转换至最大功率点跟踪模式或输出控制操作模式，并且逆变器72根据来自控制单元6的控制信号将操作模式转换至操作允许模式或操作停止模式。

最大功率点跟踪操作模式是DC/DC变换器71从太阳能电池提取最大电功率的操作模式，这是因为来自太阳能电池的输出电压根据输出电流改变。该控制还称作MPPT(最大功率点跟踪，Maximum Power Point Tracking)控制。在该控制中，监测输入功率或者输出功率，同时DC/DC变换器71控制输入电流来调整电流和电压，以获得最大输出功率。当执行控制时，即使来自太阳能电池的输出根据日照量或者表面温度每秒钟地变化，DC/DC变换器71的输入电压也跟踪来自太阳能电池的输出，使得可以获得最大输出功率。例如，在其中增加输入电流的情形中，当输入功率或输出功率大于之前值时，进一步增加输入电流。当输入功率或者输出功率小于之前值时，进行控制以减小输入电流。

图2示出一定日照条件下太阳能电池的功率电压特性图。在图2中，横坐标表示电压，以及纵坐标表示电功率。下面将参考图2来描述最大功率点跟踪操作。当DC/DC变换器不输出电压时，由Vop给出DC/DC变换器的输入电压，并且其输入电流是零(图2中的点A)。当DC/DC变换器增加其输入电流时，输入功率也增加。操作点移动到点B之后，当进一步增加DC/DC变换器的输入电流时，操作点移动至点C。当点B和点C被相互比较时，进一步增加DC/DC变换器的输入电流，这是因为点C的输入功率大于点B的输入功率。然后，操作点移动至点D。当点C和点D被相互比较时，减小DC/DC变换器的输入电流，这是因为点C的输入功率大于点D的输入功率。以该方式，使得太阳能电池能够靠近最大功率点C操作。

输出控制操作模式控制DC/DC变换器71的操作，使得DC/DC变换器71的输出电压、输出电流或输出功率保持在预定电压。

操作允许模式允许逆变器72操作。

操作停止模式停止逆变器72的操作。由此，不操作逆变器72并且不能获得输出。

监测单元5从检测来自逆变器72的输出功率的输出功率检测器72a获取功率值的检测输出、以及从蓄电池2的充电状态(SOC)检测器2a获取充电状态(SOC)检测输出。

基于监测单元5获取的逆变器72的输出功率信息和蓄电池2的充电状态(SOC)信息，控制单元6向开关元件4输出传导/切断指令，并且向DC/DC变换器71输出操作模式切换控制信号，其将模式切换至最大功率点跟踪操作模式或输出控制操作模式。还向逆变器72输出将模式切换至操作允许模式或操作停止模式的控制信号。控制单元6由诸如微型计算机之类的控制单元配置并且如图3中的流程图所示地操作。

为了获取逆变器72的输出功率信息，包括逆变器输出功率信息获取线51、用以获取蓄电池2的充电状态(SOC)检测输出的充电状态(SOC)信息获取线52、向开关元件4输出传导/切断指令的开关元件控制线61、向DC/DC变换器71输出操作模式切换指令的操作模式切换线62以及向逆变器72输出操作允许/禁止指令的逆变器操作指令输出线63。线51、52和61至63可以形成各自的连接导线或者可以用总线相互连接。当通过线51、52和61至64或者通过总线进行通信时，可以使用诸如RS-232C和RS-485之类的通信协议。

图1中示出的根据本发明的电功率供给设备包括一个太阳能电池1、一个二次电池2、一个二极管3和一个开关元件4。然而，对于它们中的每一个，可以提供多个对应部分，或者，对于它们中的任一个，可以提供多个对应部分。在这样的情形中，太阳能电池1和二极管3之间的串联连接和二次电池2和开关元件4之间的串联连接被连接到DC/DC变换器71的输入端。

DC/DC变换器71的输出端通过DC干线(trunk line)73连接至逆变器72。利用DC功率操作的DC负载74连接至将DC/DC变换器71和逆变器72相互连接的DC干线73。由此，多个输出端连接至DC干线73。作为DC负载74，使用笔记本计算机、电灯、手机的充电器、电加热器、热水器等。

利用AC功率操作的AC负载75和系统电源76连接至逆变器72的输出端。由此，多个AC输出端连接至逆变器72的输出端。作为AC负载75，对于家庭使用，使用空调、电冰箱、洗衣机等。在办公室中，使用个人计算机、打印机、复印机等。

根据本发明的电功率供给设备连接至系统电源76，并且太阳能电池1生成电功率。引起剩余电功率反向流动以及销售，而不需要在DC负载74和AC负载75中消耗以及在蓄电池2中充电。

图3是根据本发明的控制设备的过渡条件的流程图。DC/DC变换器71可以以输出控制操作模式或者最大功率点跟踪操作模式操作，并且逆变器72可以以操作允许模式或者操作停止模式操作。

下面将参考图3中的流程图描述根据本发明的控制设备的操作。

当控制设备开始操作时，监测单元5从蓄电池2的充电状态(SOC)检测器2a获取充电状态。基于监测单元5获取的充电状态(SOC)信息，当蓄电池的充电状态(SOC)在0到100％范围内变化时，在步骤S1中控制单元6确定蓄电池的充电状态(SOC)不等于0％。在步骤S2，控制单元6确定蓄电池的充电状态(SOC)是否不等于100％。在步骤S3，控制单元6确定蓄电池的充电状态(SOC)是否不等于或小于0％并且不等于或大于100％。当确定蓄电池的充电状态(SOC)小于0％或者大于100％时，蓄电池2处于过放电条件或者过充电条件。在步骤S31，确定系统故障以结束流程中的处理。

上面描述的步骤S1到S3确定充电状态(SOC)是否等于或大于0％并且小于100％。由此，步骤S1到S3的顺序可以与上面描述的不同。例如，可以应用S1、S3和S2表达的顺序，S2、S1和S3表达的顺序、S2、S3和S1表达的顺序、S3、S1和S2表达的顺序以及S3、S2和S1表达的顺序。

如上面描述的，在步骤S1到S3中，确定蓄电池的充电状态(SOC)范围从0％变化到100％。由于该原因，在随后的步骤S4中，指示对逆变器72的操作禁止。在步骤S5中，输出操作模式切换控制信号，使得DC/DC变换器71的模式转换至输出控制操作模式。由此，DC/DC变换器71操作保持预定输出电压并且向DC负载74供给电功率。

在该操作条件中，由于开关4处于传导状态，可以充电并且放电蓄电池2。另外，由于在步骤S4逆变器72处于操作禁止条件，因此不向AC装置75和系统电源76提供DC干线73的电功率。在该操作条件中，由(来自太阳能电池的输出量)-(DC负载量)给出的电功率在锂离子二次电池2中充电。可替代地，当来自太阳能电池的输出量小于DC负载量时，放电二次电池以向DC负载74供给电功率。

当监测单元5通过蓄电池2的充电状态(SOC)检测器2a获取SOC＝100％给出的蓄电池的充电状态(SOC)的检测信息时，基于该信息，控制单元6在步骤S1确定蓄电池的充电状态(SOC)是否不等于0％，并且在步骤S2确定蓄电池的充电状态(SOC)是否等于100％。由于该原因，操作移动至步骤S11以切断开关元件4。在步骤S12，控制单元6输出对逆变器72的操作允许指令，并且在步骤S13，输出操作指令以将DC/DC变换器71的模式转换至最大功率点跟踪操作模式。控制单元6向逆变器72传送输出允许指令。

在上面描述的步骤S13的操作条件中，太阳能电池1进行最大功率点跟踪操作。由此，通过逆变器72向AC负载或者系统电源76提供由(来自太阳能电池的输出量)-(DC负载量)给出的电能量。

在该操作条件中，在步骤S14，监测通过逆变器72的电能量，以确定由(太阳能电池的输出量)-(DC负载量)给出的值是否由于日照变化或者DC负载量的增加而为零或更小。当值变为零或更小时，通过逆变器的电能量变为零或更小。在该情形中，在步骤S15使开关元件4进行电传导，并且操作移动至步骤S4以禁止逆变器72的操作。在步骤S5，DC/DC变换器71改变至输出控制操作模式。在该方式中，DC/DC变换器71的模式瞬时地从最大功率点跟踪操作模式切换至输出控制操作模式。然而，如果通过逆变器72的电能量大于0，则该流程结束。

在该方式中，根据本发明，监测来自逆变器72的输出电流，以确定连接至DC干线73的DC负载的电功率消耗、太阳能电池输出以及蓄电池电压是否平衡。当DC负载的电功率消耗大于太阳能电池的输出功率时，禁止逆变器72的操作，并且从DC/DC变换器71向负载供给电功率。然而，当DC负载的电功率消耗小于太阳能电池的输出功率时，允许逆变器72的操作，并且从逆变器72向负载提供电功率。

此后，当监测单元5通过蓄电池2的充电状态(SOC)检测器2a获取SOC＝0％给出的蓄电池的充电状态(SOC)的检测信息时，基于该信息，控制单元6在步骤S1确定蓄电池的充电状态(SOC)是否为0％。由于该原因，操作移动至步骤S21。在步骤S21，监测单元5输出操作切换指令，使得DC/DC变换器71转换至操作停止模式。

在该操作条件中，控制单元6禁止DC/DC变换器71的电传导并且控制使得来自太阳能电池1的全部输出充电至二次电池2。当充电状态(SOC)大于0时，DC/DC变换器71立即转移至输出控制操作模式。此时，根据由(太阳能电池的输出量)-(DC负载量)给出的值而立即给出SOC＝0％，并且系统可能引起振荡。由于该原因，在步骤S22中，确定充电状态是否为10％或更多，以在充电状态(SOC)恢复至10％或更多之前防止DC/DC变换器71转移至输出控制操作模式。

(第二实施例)

图4是第二实施例的框图。第二实施例除了太阳能电池1用燃料电池11替代之外与图1中示出的第一实施例没有不同。一般已知太阳能电池1在最大功率点跟踪操作下供给最大电功率。另一方面，一般已知燃料电池11期望以最优操作电压输出电功率。

由于该原因，在第二实施例中，设计系统使得蓄电池额定电压几乎等于燃料电池11的最优操作电压。当蓄电池被连接时，燃料电池11在被蓄电池电压调节的同时操作。DC/DC变换器71以输出电压控制操作模式操作。(如在第一实施例中，)当由于蓄电池SOC等于0％或100％、由于异常模式等断开蓄电池时，DC/DC变换器71处于输入电压最优操作模式，以最优地操作燃料电池11(几乎与太阳能电池中的最大功率点跟踪操作模式相同)。即使用电容器替代蓄电池，输出电压控制操作模式和输入电压最优操作模式也不改变。

对于燃料电池主体的操作和停止，可以进行任何操作。例如，可以根据蓄电池的充电状态(SOC)、DC负载量或时间来操作或者停止燃料电池，或者可以始终操作燃料电池。控制单元可以控制燃料电池主体的操作和停止。

(第三实施例)

图5是第三实施例的框图。第三实施例与图1中的第一实施例的不同在于：输出功率系统不是AC功率系统而是被假设为微电网等的DC电网83，并且用开关单元82替代逆变器72。在第一实施例中，检测来自逆变器72的输出功率。相反，在第三实施例中，检测开关单元82的电流。可替代地，用电功率检测替代电流检测。开关单元82的操作对应第一实施例中逆变器的操作/停止。操作对应“通”状态，以及停止对应“断”状态。其他配置与第一实施例中的那些相同。

(第四实施例)

在第一实施例中，在SOC＝0％给出的条件中，DC/DC变换器71在操作停止模式，并且不能获得输出。由于该原因，不能向DC负载74供给电功率。然而，当双向逆变器用作逆变器72时，仅仅在满足SOC＝0％时可以从系统电源76向DC负载74提供电功率。当进行时间控制使得双向逆变器用作DC/DC变换器71并且双向逆变器在深夜操作时，二次电池可以在其中电功率率(electric power rate)低的深夜电功率区中从系统电源充电。其他配置和操作与第一实施例中的那些相同。

(第五实施例)

在第一实施例中，控制单元6指示开关元件4被电传导/切断，切换DC/DC变换器71的操作模式以及指示逆变器72被允许输出或者被禁止输出。监测单元5不监测开关元件4、DC/DC变换器71以及逆变器72的各个条件。然而，监测单元5包括对于开关元件4的传导/切断条件、DC/DC变换器71的控制操作的切换条件以及逆变器72的输出允许/禁止条件的监测单元。通过监测这些部分，提高系统的准确性，使得能够防止错误操作等。

(第六实施例)

在第一实施例中，仅仅在充电方向切断电功率的IGBT元件用作开关元件4。然而，当使用在两个方向上切断电功率的IGBT元件时，在SOC＝0％给出的条件中，DC/DC变换器71的操作停止模式不被设置为DC/DC变换器71的操作停止模式，而是可以切断充电侧的IGBT元件。然而，当太阳能电池开始下一输出时，如果充电侧的IGBT元件仍然切断，则DC/DC变换器71向DC干线73提供电功率而不需要开始向蓄电池充电。由于该原因，还要求控制监测DC/DC变换器71的输出情况等，以使充电侧的IGBT元件进行电传导。

(第七实施例)

在第一实施例中，在步骤S1确定SOC＝0并且在步骤S2确定SOC＝100，以执行条件过渡。然而，当在步骤S1设置A≤SOC＜100并且在步骤S2设置0＜SOC≤B时，可以将A和B设置到范围从0到50变化的任何值。根据设置手册改变条件过渡的SOC期望条件。在上面的实施例中，基于SOC值执行条件过渡。可替代地，可以基于蓄电池电压执行条件过渡。

(第八实施例)

在第一实施例中，当满足0＜SOC＜100给出的条件时，禁止逆变器72输出。然而，这样的数值设置是系统设计手册的事情。由于该原因，根据设计手册，可以允许逆变器72在0＜SOC＜100给出的条件下操作，以向AC负载75提供电功率或者引起电功率反向流到系统电源76。例如，在其中1kW的电功率必须从9点到10点反向流到系统电源的情形中，仅仅在该时间段即使在0＜SOC＜100给出的范围中，通过添加以下流动来实现电反向流动，其中控制单元6指示逆变器72输出1kW的电功率，而不需要进行禁止来自逆变器的输出的流动。

在上面描述的实施例中，当SOC＝100％时，在步骤S14中，通过监测来自逆变器的输出电能量来进行控制。来自逆变器的输出电能量等于(太阳能电池的输出量)-(DC负载量)给出的值。由于该原因，可以测量太阳能电池的输出电能量和DC负载的电功率消耗二者，并且可以使用两个值之间的差异。

(第九实施例)

在第一实施例中，在SOC＝0％给出的条件下，将DC/DC变换器71规定为：在充电状态(SOC)恢复为10％或更多之前，不转换到输出电压控制操作模式。然而，不具体限制数值值，即10％，并且只要系统不引起振荡就可以使用任何数值值。类似地，即使在SOC＝100％给出的条件中，如果逆变器72允许/禁止操作，则系统也可能引起振荡。当逆变器72切换操作的允许/禁止时，优选进行防止振荡，使得暂时不进行任何另外的切换等。

参考标号描述

1：太阳能电池

2：蓄电池

3：二极管

4：开关元件

5：监测单元

6：控制单元

7：电功率变换器

71：DC/DC变换器

72：逆变器

73：DC干线

74：DC负载

75：AC负载

76：系统电源

Claims (14)

1.一种控制设备，包括：

第一电功率供给装置；

第二电功率供给装置，其作为电压源操作并且具有根据条件改变的供给电压；

电功率变换器，其将第一电功率供给装置和第二电功率供给装置的电功率变换为期望的电功率；

监测单元，其获取第二电功率供给装置的装置信息；以及

控制单元，其基于监测单元获取的装置信息控制电功率变换器。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，监测单元还获取电功率变换器的输出电流或输出功率信息，并且控制单元基于输出电流或输出功率信息控制电功率变换器。

3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，第二电功率供给装置是蓄电装置，监测单元获取蓄电装置的充电状态信息，以及控制单元基于充电状态信息控制电功率变换器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，在蓄电装置和电功率变换器之间提供通/断开关，以及控制单元基于充电状态信息控制通/断开关。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制设备，其中，第一电功率供给装置是太阳能电池，监测单元获取蓄电装置的充电状态信息，以及控制单元控制基于充电状态信息将电功率变换器控制至最大功率点跟踪操作模式和输出控制操作模式。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的控制设备，其中，第一电功率供给装置是燃料电池，并且监测单元获取蓄电装置的充电状态信息，以及控制单元基于充电状态信息将电功率变换器控制至输入电压最优操作模式以及输出控制操作模式。

7.根据权利要求5或6所述的控制设备，其中，控制单元还将电功率变换器控制至操作停止模式。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制设备，其中，电功率变换器包括DC/DC变换器以及逆变器，将DC/DC变换器控制至最大功率点跟踪操作模式以及输出控制操作模式，以及将逆变器控制至操作允许模式和操作停止模式。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制设备，其中，DC/DC变换器是单向或双向DC/DC变换器。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的控制设备，其中，逆变器是单向或者双向逆变器。

11.根据权利要求8所述的控制设备，其中，DC/DC变换器的输出端通过开关单元连接至DC电网，负载连接至DC/DC变换器的输出端，以及开关单元的输出端通过监测单元被监测，以对开关单元进行通/断控制。

12.一种控制设备中的控制方法，该控制设备包括：第一电功率供给装置，其具有最优生成电压；第二电功率供给装置，其作为电压源操作并且具有根据条件改变的供给电压；电功率变换器，其将第一电功率供给装置和第二电功率供给装置的电功率变换为期望电功率以输出该期望电功率；以及控制单元，其获取第二电功率供给装置的输出信息并且基于该输出信息控制电功率变换器，该方法包括由控制单元执行的以下步骤：

检测第二电功率供给装置的充电状态；

确定充电状态是否是不小于0％并且小于100％；以及

当充电状态不小于0％并且小于100％时，输出对电功率变换器的操作禁止和输出控制操作模式的切换命令。

13.根据权利要求12所述的控制方法，该设备还包括在第二电功率供给装置和电功率变换器之间的开关元件，该方法还包括以下步骤：

当充电状态是100％时切断该开关元件；以及

输出对电功率变换器的操作允许和最大功率点跟踪操作模式的切换命令。

14.根据权利要求12或13所述的控制方法，还包括以下步骤：当充电状态是0％时，向电功率变换器输出对操作停止模式的切换命令。

Images