專利名稱：控制裝置的設(shè)計(jì)方法及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制裝置的設(shè)計(jì)方法等，特別涉及向控制蓄電池應(yīng)充電或放電的電力的變換器輸出指令值的控制裝置的設(shè)計(jì)方法等。
背景技術(shù)：
在蓄電池中，能夠充電或放電的電力量是有限的。所以，提出了具備如下控制裝置的蓄電裝置，該控制裝置用于通過反饋蓄電量的計(jì)劃值與實(shí)際的蓄電量的值之間的偏差來控制蓄電池的動作(例如，專利文獻(xiàn)I及2)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:特開2001 — 112176號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :特開2010 — 41802號公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1:Doyle, John C. and Glover, Keith and Khargonekar, PramodP.and Francis,Bruce A.著,“State-space solutions to standard H2and H 00 controlproblems，，，IEEE Transactions on Automatic Control, 1989年，第34卷，第8號，p. 831 —847
發(fā)明概要發(fā)明要解決的問題但是，在以往的控制裝置中，有難以將剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性及魯棒性這3個(gè)性能全部以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的是解決以往的問題，提供一種控制裝置的設(shè)計(jì)方法，能夠設(shè)計(jì)對蓄電池進(jìn)行控制以將剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性及魯棒性這3個(gè)性能全部以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)的控制裝置。用于解決問題的手段有關(guān)本發(fā)明的一技術(shù)方案的控制裝置的設(shè)計(jì)方法，該控制裝置向控制蓄電池應(yīng)充電或放電的電力即輸出值以使上述蓄電池的蓄電量適合于控制目標(biāo)值的變換器輸出用于指示充電或放電的輸出指令值，上述設(shè)計(jì)方法包括閾值決定步驟，決定在第I控制量的判斷中使用的第I閾值、在第2控制量的判斷中使用的第2閾值、以及在第3控制量的判斷中使用的第3閾值；權(quán)重函數(shù)設(shè)定步驟，設(shè)定用于計(jì)算上述第I控制量的第I權(quán)重函數(shù)、用于計(jì)算上述第2控制量的第2權(quán)重函數(shù)、以及用于計(jì)算上述第3控制量的第3權(quán)重函數(shù)；以及傳遞函數(shù)決定步驟，決定以上述控制目標(biāo)值與上述輸出值之差及上述輸出值的積分值為輸入、以上述輸出指令值為輸出的上述控制裝置的傳遞函數(shù)；在上述傳遞函數(shù)決定步驟中，通過H c 控制理論決定上述傳遞函數(shù)，以使對上述控制目標(biāo)值與上述輸出值之差乘以上述第I權(quán)重函數(shù)而得到的上述第I控制量比上述第I閾值小，對上述輸出值乘以上述第2權(quán)重函數(shù)而得到的上述第2控制量比上述第2閾值小、并且對上述輸出值的積分值乘以上述第3權(quán)重函數(shù)而得到的上述第3控制量比上述第3閾值小。另外，本發(fā)明不僅能夠作為這樣的控制裝置的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)，還能夠作為通過控制裝置的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的控制裝置實(shí)現(xiàn)。此外，還能夠作為使計(jì)算機(jī)執(zhí)行這樣的控制裝置的設(shè)計(jì)方法的程序?qū)崿F(xiàn)。 此外，該程序當(dāng)然能夠經(jīng)由⑶一 ROM (Compact Disc Read OnlyMemory )等的記錄介質(zhì)及因特網(wǎng)等的傳送介質(zhì)流通。進(jìn)而，本發(fā)明可以作為實(shí)現(xiàn)通過這樣的控制裝置的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的控制裝置的功能的一部分或全部的半導(dǎo)體集成電路(LSI)實(shí)現(xiàn)，或包括這樣的控制裝置的電力控制裝置實(shí)現(xiàn)。發(fā)明效果通過本發(fā)明，能夠設(shè)計(jì)對蓄電池進(jìn)行控制以將剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性及魯棒性這3個(gè)性能全部以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)的控制裝置。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的蓄電裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電力控制裝置的功能模塊的圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的控制裝置的功能模塊的圖。圖4是表示負(fù)載電力、發(fā)電裝置電力和受電點(diǎn)電力目標(biāo)值的變化的一例的圖。圖5是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)控制裝置作為H c 控制器的情況下所使用的蓄電裝置的模型的結(jié)構(gòu)例的模塊圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的控制裝置的設(shè)計(jì)方法的處理的流程的流程圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的控制裝置的設(shè)計(jì)方法的處理的流程的流程圖。圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的蓄電裝置的模型所具有的參數(shù)的例子。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的控制裝置的狀態(tài)空間方程式的例子。圖10是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的控制裝置的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的H c 控制器的增益線圖。圖11是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的控制裝置的控制的仿真結(jié)果(W3的效果)的圖。圖12是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的控制裝置的控制的仿真結(jié)果(W3的副作用)的圖。圖13是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的控制裝置的控制的仿真結(jié)果(W4的效果)的圖。圖14是表示以往的蓄電池的控制裝置的結(jié)構(gòu)的模塊圖。
具體實(shí)施例方式(本發(fā)明的基礎(chǔ)知識)本發(fā)明人關(guān)于在“背景技術(shù)”中記載的控制裝置，發(fā)現(xiàn)了會發(fā)生以下的問題。能量管理系統(tǒng)的蓄電池作為停電等的緊急時(shí)的后備用電源使用。此外，該蓄電池通過在白天儲存太陽電池的剩余電力，在夜間作為供給電力的電源使用。近年來，提出了將蓄電池與燃?xì)獍l(fā)動機(jī)或燃料電池等的發(fā)電裝置組合的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，對于僅通過發(fā)電裝置不能供給的急劇變動的負(fù)載的電力需求，通過由響應(yīng)速度比較快的蓄電池輔助地供給電力，能夠使系統(tǒng)整體的電力供需的平衡穩(wěn)定化。但是，在蓄電池中，能夠充電或放電的電力量是有限的。所以，提出了具備如下控制裝置的蓄電裝置，該控制裝置用于通過反饋蓄電量的計(jì)劃值與實(shí)際的蓄電量的值之間的偏差來控制蓄電池的動作(例如，專利文獻(xiàn)I及2)。圖14是表示在專利文獻(xiàn)2中記載的、有關(guān)本發(fā)明的關(guān)聯(lián)技術(shù)的蓄電裝置具備的控制裝置的結(jié)構(gòu)的模塊圖。在圖14中，控制裝置900由蓄電量偏差推定部901、修正量計(jì)算部902和蓄電值輸出指令部903構(gòu)成。控制裝置900以蓄電值輸出計(jì)劃值、計(jì)劃蓄電量和實(shí)際蓄電量這3個(gè)參數(shù)為輸入，以蓄電值應(yīng)輸出的指令值為輸出?？刂蒲b置900通過蓄電量偏差推定部901計(jì)算計(jì)劃蓄電量與實(shí)際蓄電量的偏差。接著，由修正量計(jì)算部902計(jì)算將該偏差按單位時(shí)間劃分的修正量。接著，通過在蓄電值輸出指令部903中將該修正量與蓄電裝置輸出計(jì)劃值相加，計(jì)算蓄電值的輸出值。這樣，控制裝置900由將蓄電量的計(jì)劃值與實(shí)際值的偏差反饋來控制蓄電池的動作的稱作PI控制的控制方法構(gòu)成。這里，所謂PI控制，是古典控制方法中的使用比例動作(Proportional Action)和積分動作(IntegralAction)的控制方式。以下，將控制蓄電池的充電及放電以使蓄電量的計(jì)劃值與實(shí)際值的偏差在較短時(shí)間內(nèi)變小的性能稱作目標(biāo)值跟隨性。但是，在有關(guān)使用PI控制的關(guān)聯(lián)技術(shù)的控制裝置中，有難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值跟隨性和蓄電池的長壽命化的問題。已知蓄電池的容量的較大的變動會加快蓄電池的劣化，從蓄電池的長壽命化的觀點(diǎn)來看抑制蓄電池的容量的變動的性能(以下，稱作剩余容量變動抑制性)是非常重要的。即，存在控制裝置的剩余容量變動抑制性越高則蓄電裝置具備的蓄電池的壽命越延長的關(guān)系O此外，電力供需平衡的性能通過30分鐘同時(shí)同量來評價(jià)。30分鐘同時(shí)同量由每30分鐘的受電點(diǎn)的電力目標(biāo)值和實(shí)際的受電點(diǎn)的電力值之差、與合同電力量之比表示。各需求戶例如通過與電氣業(yè)者之間的協(xié)定而謀求該值總是在±3%以內(nèi)。因而，為了使30分鐘同時(shí)同量接近于0，進(jìn)一步提高對于受電點(diǎn)的電力目標(biāo)值的目標(biāo)值跟隨性對于控制裝置而言變得重要。因此，為了在抑制蓄電池的容量的變動的同時(shí)不使同時(shí)同量變差，需要使剩余容量變動抑制性與目標(biāo)值跟隨性這兩個(gè)性能同時(shí)以適當(dāng)?shù)钠胶鈦韺?shí)現(xiàn)。但是，這兩個(gè)性能處于權(quán)衡(tradeoff)的關(guān)系。這是因?yàn)椋话銥榱颂岣吣繕?biāo)值跟隨性而需要頻繁地反復(fù)進(jìn)行蓄電池的充放電。因而，為了通過PI控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)剩余容量變動抑制性和目標(biāo)值跟隨性的兩個(gè)特性，需要通過嘗試性的作業(yè)來決定PI控制的多個(gè)控制參數(shù)的值。為了通過這樣的嘗試性的作業(yè)來設(shè)計(jì)控制裝置，在設(shè)計(jì)控制裝置時(shí)需要龐大的量的仿真，所以其設(shè)計(jì)并不容易。此外，除了上述問題以外，在仿真上的控制系統(tǒng)的設(shè)想模型(稱作標(biāo)稱模型)與實(shí)際設(shè)備的物理特性之間，因線性近似或老化等的理由而必定有某些誤差。因而，對于控制裝置，還要求對該誤差(稱作模型化誤差)也不喪失控制的穩(wěn)定性的性能。以下，將該性能稱作
魯棒性。一般而言，如果要提高目標(biāo)值跟隨性，則模型與實(shí)際設(shè)備的誤差對控制結(jié)果帶來的影響也變大。結(jié)果，魯棒性下降。因而，在PI控制方式中，因?yàn)榕c前面敘述的同時(shí)實(shí)現(xiàn)剩余容量變動抑制性和目標(biāo)值跟隨性的課題同樣的理由，同時(shí)以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)魯棒性和目標(biāo)值跟隨性這兩個(gè)性能的設(shè)計(jì)并不容易。本發(fā)明的目的是解決以往的問題，提供一種控制裝置的設(shè)計(jì)方法，能夠設(shè)計(jì)對蓄電池進(jìn)行控制以將剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性、及魯棒性這3個(gè)性能全部以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)的控制裝置。為了解決這樣的問題，有關(guān)本發(fā)明的一形態(tài)的控制裝置的設(shè)計(jì)方法，該控制裝置向控制蓄電池應(yīng)充電或放電的電力即輸出值以使上述蓄電池的蓄電量適合于控制目標(biāo)值的變換器輸出用于指示充電或放電的輸出指令值，上述設(shè)計(jì)方法包括閾值決定步驟，決定在第I控制量的判斷中使用的第I閾值、在第2控制量的判斷中使用的第2閾值、以及在第3控制量的判斷中使用的第3閾值；權(quán)重函數(shù)設(shè)定步驟，設(shè)定用于計(jì)算上述第I控制量的第I權(quán)重函數(shù)、用于計(jì)算上述第2控制量的第2權(quán)重函數(shù)、以及用于計(jì)算上述第3控制量的第3權(quán)重函數(shù)；以及傳遞函數(shù)決定步驟，決定以上述控制目標(biāo)值與上述輸出值之差及上述輸出值的積分值為輸入、以上述輸出指令值為輸出的上述控制裝置的傳遞函數(shù)；在上述傳遞函數(shù)決定步驟中，通過H c 控制理論決定上述傳遞函數(shù)，以使對上述控制目標(biāo)值與上述輸出值之差乘以上述第I權(quán)重函數(shù)而得到的上述第I控制量比上述第I閾值小，對上述輸出值乘以上述第2權(quán)重函數(shù)而得到的上述第2控制量比上述第2閾值小、并且對上述輸出值的積分值乘以上述第3權(quán)重函數(shù)而得到的上述第3控制量比上述第3閾值小。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在控制裝置的設(shè)計(jì)階段中，能夠通過設(shè)定第I權(quán)重函數(shù)來調(diào)整目標(biāo)值跟隨性。此外，能夠通過設(shè)定第2權(quán)重函數(shù)來調(diào)整魯棒性。此外，能夠通過設(shè)定第3權(quán)重函數(shù)來調(diào)整剩余容量變動抑制性。即，在設(shè)計(jì)時(shí)，能夠單獨(dú)地設(shè)定與想要實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶獾?個(gè)性能分別對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)。此外，例如通過仿真，能夠簡單地確認(rèn)根據(jù)設(shè)定的權(quán)重函數(shù)計(jì)算出的基于H c 控制理論的控制裝置具有的剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性及魯棒性的平衡。因而，能夠設(shè)計(jì)對蓄電池進(jìn)行控制以將剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性及魯棒性這3個(gè)性能全部以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)的控制裝置。此外，也可以是，在上述閾值決定步驟中，還決定第4閾值；在上述權(quán)重函數(shù)設(shè)定步驟中，還設(shè)定第4權(quán)重函數(shù)，該第4權(quán)重函數(shù)用于與上述輸出指令值相乘而計(jì)算第4控制量；在上述傳遞函數(shù)決定步驟中，還通過H c 控制理論決定上述傳遞函數(shù)，以使上述第4控制量比上述第4閾值小。據(jù)此，通過設(shè)定第4權(quán)重函數(shù)，能夠更高精度地調(diào)整魯棒性。因而，能夠更詳細(xì)地調(diào)整剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性及魯棒性的平衡。有關(guān)本發(fā)明的一形態(tài)的控制裝置，具備矩陣存儲部，存儲有系數(shù)矩陣，該系數(shù)矩陣用于將通過前面所述的控制裝置的設(shè)計(jì)方法決定的上述傳遞函數(shù)表現(xiàn)為狀態(tài)空間；狀態(tài)存儲部，用于存儲表示上述狀態(tài)空間的內(nèi)部狀態(tài)的矢量；運(yùn)算部，基于上述控制目標(biāo)值與上述蓄電池的上述輸出值之差、上述蓄電池的上述輸出值的積分值、存儲在上述狀態(tài)存儲部中的內(nèi)部狀態(tài)、以及上述系數(shù)矩陣，計(jì)算上述輸出指令值。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，控制裝置通過進(jìn)行考慮了使蓄電池的剩余容量變動抑制性提高的權(quán)重函數(shù)的H c 控制，能夠?qū)⑹Ｓ嗳萘孔儎右种菩?、目?biāo)值跟隨性、及魯棒性這3個(gè)性能以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)。具體而言，也可以是，上述運(yùn)算部將存儲在上述矩陣存儲部中的第I系數(shù)矩陣與表示某個(gè)時(shí)刻η的內(nèi)部狀態(tài)的矢量相乘而計(jì)算第I相乘結(jié)果，將存儲在上述矩陣存儲部中的第2系數(shù)矩陣與以在某個(gè)時(shí)刻η由控制裝置取得的(I)上述控制目標(biāo)值與上述蓄電池的上述輸出值之差、及(2)上述蓄電池的上述輸出值的積分值為要素的矢量相乘而計(jì)算第2相乘結(jié)果，通過將上述第I及第2相乘結(jié)果相加，計(jì)算表示η+1的時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)的矢量，通過將表示上述η+1的時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)的矢量與存儲在上述矩陣存儲部中的第3系數(shù)矩陣相乘，計(jì)算上述輸出指令值。據(jù)此，運(yùn)算部能夠基于存儲在控制裝置的矩陣存儲部中的系數(shù)矩陣，根據(jù)某個(gè)時(shí) 刻的內(nèi)部狀態(tài)，具體地計(jì)算下個(gè)時(shí)刻的輸出指令值。通過使變換器按照該輸出指令值進(jìn)行蓄電池的充放電，能夠?qū)⑹Ｓ嗳萘孔儎右种菩?、目?biāo)值跟隨性及魯棒性這3個(gè)性能全部以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)。有關(guān)本發(fā)明的一形態(tài)的電力控制裝置具備前面所述的控制裝置；變換器，使上述蓄電池充放電，以使上述蓄電池的上述輸出值與對應(yīng)于從上述控制裝置輸出的上述輸出指令值的電力一致；以及積分器，對上述蓄電池的上述輸出值進(jìn)行積分；上述控制裝置如果被輸入上述控制目標(biāo)值與上述蓄電池的上述輸出值之差、以及由上述積分器積分的上述蓄電池的上述輸出值的積分值，則將上述輸出指令值向上述變換器輸出。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，電力控制裝置能夠按照將使蓄電池的剩余容量變動抑制性提高的權(quán)重函數(shù)包括在內(nèi)的H c 控制來控制變換器的充放電。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)將剩余容量變動抑制性、目標(biāo)值跟隨性及魯棒性這3個(gè)性能全部以適當(dāng)?shù)钠胶鈱?shí)現(xiàn)的電力控制裝置。另外，這些全部或具體的形態(tài)也可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序或記錄介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，也可以通過系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序及記錄介質(zhì)的任意的組合實(shí)現(xiàn)。以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，以下說明的實(shí)施方式都是表示本發(fā)明的一個(gè)具體例。在以下的實(shí)施方式中表示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置及連接形態(tài)、步驟、步驟的順序等是一例，并沒有限定本發(fā)明的意思。此外，關(guān)于以下的實(shí)施方式的構(gòu)成要素中的、在表示最上位概念的獨(dú)立權(quán)利要求中沒有記載的構(gòu)成要素，作為任意的構(gòu)成要素進(jìn)行說明。首先，使用圖1說明本發(fā)明的實(shí)施方式的蓄電裝置的結(jié)構(gòu)的一例。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的蓄電裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施方式的蓄電裝置200取得受電點(diǎn)電力目標(biāo)值、由發(fā)電裝置202發(fā)電的電力、以及由負(fù)載裝置204消耗的電力，向分電盤/配電盤206輸出電力。這里，所謂受電點(diǎn)電力目標(biāo)值，是從需求戶側(cè)朝向系統(tǒng)側(cè)的電力(所謂的逆潮電力)與從系統(tǒng)側(cè)朝向需求戶側(cè)的電力在受電點(diǎn)208上應(yīng)平衡的目標(biāo)值。受電點(diǎn)電力目標(biāo)值在需求戶與電力業(yè)者之間事先被設(shè)定。此外，所謂發(fā)電裝置202，例如是太陽能發(fā)電裝置、風(fēng)力發(fā)電裝置、燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)等發(fā)電裝置。此外，所謂負(fù)載裝置204，是電視機(jī)、空調(diào)、電動汽車的充電裝置等的消耗電力的所有裝置。
蓄電裝置200具備電力控制裝置190和蓄電池199。電力控制裝置190具有控制裝置100和變換器(inverter) 191。蓄電池199例如是鋰離子電池、鉛蓄電池、鈉硫電池、鎳鎘電池等任意種類的蓄電池。以下，對蓄電裝置200更詳細(xì)地說明。在圖1中，蓄電裝置200由蓄電池199和用于將蓄電池199的直流電流變換為交流后將蓄電裝置200輸出的電力控制為希望的值的電力控制裝置190構(gòu)成。此外，蓄電裝置200與負(fù)載裝置204及發(fā)電裝置202 —起連接在作為單一的分電盤或配電盤的分電盤/配電盤206上。S卩，蓄電裝置200收集蓄電裝置200的充放電電力、發(fā)電裝置202的發(fā)電電力及負(fù)載裝置204的消耗電力。
·
蓄電裝置200中，從蓄電裝置200的外部例如通過用戶的操作來設(shè)定受電點(diǎn)電力目標(biāo)值。所謂受電點(diǎn)，是電氣業(yè)者與需求戶的邊界，是指上述分電盤或配電盤與配電網(wǎng)連接的部位。此外，所謂受電點(diǎn)電力目標(biāo)值，是受電點(diǎn)208的電力應(yīng)取的值。例如在受電點(diǎn)電力目標(biāo)值為O時(shí),是指受電點(diǎn)208處的電流為O。此外,受電點(diǎn)電力目標(biāo)值為正時(shí)意味著需求戶從電氣業(yè)者買電。另一方面，受電點(diǎn)電力目標(biāo)值為負(fù)時(shí)意味著需求戶處于向電氣業(yè)者賣電的狀態(tài)。蓄電裝置200計(jì)算并控制蓄電裝置200應(yīng)充放電的電力，以使實(shí)際的受電點(diǎn)電力成為與受電點(diǎn)電力目標(biāo)值相同的值。具體而言，蓄電裝置200收集發(fā)電裝置202、負(fù)載裝置204及蓄電裝置200各自的電力值，通過將收集的電力值合計(jì)，計(jì)算受電點(diǎn)電力。電力控制裝置190通過變換器191調(diào)整從蓄電池199充放電的電力，進(jìn)行反饋控制，以使計(jì)算出的值成為與受電點(diǎn)電力目標(biāo)值相同的值。另外，上述蓄電池199只要是鋰離子電池或鉛蓄電池、氧化還原流體電池等二次電池，則不限定其形態(tài)。上述發(fā)電裝置202只要是太陽能電池、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、燃料電池、燃?xì)鉁u輪等能夠發(fā)電的設(shè)備，則不限定其形態(tài)。上述負(fù)載裝置204只要是各種家電設(shè)備或動力設(shè)備等消耗電力的設(shè)備，則不限定其形態(tài)。此外，也可以代替收集負(fù)載裝置204的消耗電力的手段，而例如采用通過在受電點(diǎn)設(shè)置瓦特計(jì)來直接收集受電點(diǎn)電力的手段。此外，上述說明主要是設(shè)想有效電力的，在以后的說明中也僅以有效電力為對象進(jìn)行說明，但也可以將有效電力和無效電力這兩個(gè)分別作為控制對象。接著，將蓄電裝置具備的電力控制裝置190的結(jié)構(gòu)表示在圖2中。圖2是表示電力控制裝置190的功能模塊的圖。如圖2所示，電力控制裝置190具有控制裝置100、與蓄電池199連接的變換器191、積分器192和濾波器193。變換器191使蓄電池199充放電，以使蓄電池199的輸出值與從控制裝置100輸出的輸出指令值一致。這里，所謂蓄電池199的輸出值，是由蓄電池199輸出的電力，可以取正負(fù)的值。S卩，在輸出值為正的情況下，蓄電池199在放電。另一方面,在輸出值為負(fù)的情況下，蓄電池199在充電。此外，所謂輸出指令值，是為了實(shí)際上使蓄電池199充放電由控制裝置100決定的蓄電池199的充放電電力即輸出值而向控制蓄電池199的充電及放電動作的變換器191輸出的指令值。積分器192將變換器191使蓄電池199充放電的輸出值進(jìn)行時(shí)間積分。
控制裝置100如果被輸入控制目標(biāo)值與蓄電池199的輸出值之差、以及由積分器192積分的輸出值的積分值，則將輸出指令值向變換器191輸出。S卩，控制裝置100具有取得變換器191的輸出的反饋循環(huán)。以下，更詳細(xì)地說明。控制裝置100具有兩個(gè)輸入信號和I個(gè)輸出信號。控制裝置100的輸入信號中的I個(gè)通過以下的式(I)求出?！?br> (負(fù)載裝置204的消耗電力值一發(fā)電裝置202的輸出值一受電點(diǎn)電力目標(biāo)值)X濾波器193的傳遞函數(shù)-蓄電裝置200的輸出值…式(I)控制裝置100在由式(I)求出的輸入信號的值為正時(shí)，將變換器191的輸出調(diào)整為正的方向。相反，當(dāng)由式(I)求出的輸入信號的值為負(fù)時(shí)，將輸出調(diào)整為負(fù)的方向。這里，變換器191是與蓄電池199連接、用于將蓄電池199的充放電控制為希望的值的設(shè)備。通過上述反饋循環(huán)，蓄電裝置的輸出值被控制成與以下的式(2)的計(jì)算值近似。(負(fù)載裝置204的消耗電力值一發(fā)電裝置202的輸出值一受電點(diǎn)電力目標(biāo)值)X濾波器193的傳遞函數(shù)…式(2)這里，所謂濾波器193，是將輸入的信號的特定的頻率成分取出的信號處理。濾波器193的特性由傳遞函數(shù)示出。例如高通濾波器(高頻帶通過濾波器；HPF)通過使用抑制較低的頻率成分的傳遞函數(shù)，能夠僅將輸入信號的較高的頻率成分輸出。在上述情況下，通過使用高通濾波器，通過傳遞函數(shù)的計(jì)算，以下的式(3)的計(jì)算值越急劇地變化則濾波器193的輸出越大，越緩慢地變化則濾波器193的輸出為越小的值。(負(fù)載裝置的消耗電力值一發(fā)電裝置的輸出值一受電點(diǎn)電力目標(biāo)值)…式(3)S卩，通過使用高通濾波器，蓄電裝置200能夠進(jìn)行將電力的急劇的變化消除的噪
聲除去。此外，相反在使用低通濾波器(低頻帶通過濾波器；LPF)的情況下，上述式(3)的計(jì)算值越急劇地變化則濾波器193的輸出越小，越緩慢地變化則濾波器193的輸出為越大的值。通過使用低通濾波器，蓄電裝置200能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)整體的電力供需平衡。另外，也可以考慮安裝使用將高通濾波器的性質(zhì)與低通濾波器的性質(zhì)組合的帶通濾波器(頻帶通過濾波器；BPF)或振幅特性一定的全通濾波器(全頻帶通過濾波器；APF)等的濾波器193。另外，電力控制裝置190也可以不具備濾波器193。但是，通過具備與想要由電力控制裝置190控制的電力中較多地包含的頻帯對應(yīng)的適當(dāng)?shù)臑V波器193，電力控制裝置190能夠進(jìn)行更正確的電力控制。此外，控制裝置100的第2個(gè)輸入信號是將經(jīng)由變換器191輸出的蓄電池199的輸出值通過積分器192積分的值。這相當(dāng)于通過對充放電的電力取積分來計(jì)算充放電的電力的總量。即，蓄電池199的輸出值的積分值意味著蓄電池199的容量的變化量。控制裝置100通過向使蓄電池199的容量的變化量接近于O的方向控制充放電電力，能夠使蓄電池的容量變化變小。接著，參照圖3對控制裝置100的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖3所示，控制裝置100具備運(yùn)算部102、矩陣存儲部104和狀態(tài)存儲部106。矩陣存儲部104存儲有系數(shù)矩陣，該系數(shù)矩陣用于將通過有關(guān)本發(fā)明的控制裝置的設(shè)計(jì)方法決定的傳遞函數(shù)表現(xiàn)為狀態(tài)空間。具體而言是RAM (Random Access Memory)>ROM (Read Only Memory)>SRAM (Static RandomAccess Memory)等。另外，關(guān)于系數(shù)矩陣的決定方法在后面敘述。狀態(tài)存儲部106是用于存儲表示狀態(tài)空間中的內(nèi)部狀態(tài)的矢量的存儲部。具體而言，與矩陣存儲部104同樣，是RAM、ROM、SRAM等。另外，關(guān)于內(nèi)部狀態(tài)的具體例在后面敘述。運(yùn)算部102基于輸入到控制裝置100中的控制目標(biāo)值與蓄電池199的輸出值之差e1、蓄電池199的輸出值的積分值e2、存儲在狀態(tài)存儲部106中的內(nèi)部狀態(tài)、以及存儲在矩陣存儲部104中的系數(shù)矩陣，計(jì)算輸出指令值U。更具體地講，運(yùn)算部102將存儲在矩陣存儲部104中的第I系數(shù)矩陣Ak與表示某 個(gè)時(shí)刻η的內(nèi)部狀態(tài)的矢量相乘。接著，將存儲在矩陣存儲部104中的第2系數(shù)矩陣Bk與以控制裝置100在某個(gè)時(shí)刻η取得的ei及e2為要素的矢量相乘。接著，通過將這兩個(gè)相乘結(jié)果相加，計(jì)算表示η的下個(gè)時(shí)刻(即η+1的時(shí)刻)的內(nèi)部狀態(tài)的矢量。接著，運(yùn)算部102通過將存儲在矩陣存儲部104中的第3系數(shù)矩陣Ck與表示η+1的時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)的矢量相乘，計(jì)算η+1的時(shí)刻的輸出u [η+1]。另外，關(guān)于各系數(shù)矩陣的計(jì)算方法在后面敘述。接著，圖4中表示作為負(fù)載裝置204消耗的電力的負(fù)載裝置電力、作為發(fā)電裝置202發(fā)電的電力的發(fā)電裝置電力、以及受電點(diǎn)電力目標(biāo)值的變化的一例。負(fù)載裝置電力根據(jù)需求戶的需求的變動而時(shí)時(shí)刻刻變化。此外，發(fā)電裝置電力根據(jù)太陽電池、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、燃料電池及燃?xì)鉁u輪等的輸出的變動而時(shí)時(shí)刻刻變化。此外，受電點(diǎn)電力目標(biāo)值由30分鐘單位下的固定值、或單調(diào)變化構(gòu)成。這里，所謂受電點(diǎn)電力目標(biāo)值，如上述那樣，是受電點(diǎn)208的電力應(yīng)取的值。更具體地講，是具有能量管理系統(tǒng)的需求戶對電氣業(yè)者事先通告例如在24小時(shí)后的30分鐘時(shí)段中購入或銷售多少電力的電力值。為了達(dá)到電力供需平衡，需要盡量減小受電點(diǎn)電力目標(biāo)值與實(shí)際的受電點(diǎn)電力之間的誤差。該電力供需平衡的性能用上述的30分鐘同時(shí)同量表示。在同時(shí)同量例如超過±3%的情況下，對于從電力公司購入的輔助電力發(fā)生適用比通常高的單價(jià)的費(fèi)用的罰金(penalty )。因此，蓄電裝置200需要控制充放電電力以盡可能滿足30分鐘± 3%同時(shí)同量。為此，希望控制裝置100的目標(biāo)值跟隨性更高。此外，希望控制裝置100的魯棒性更高。進(jìn)而，如上述那樣，為了抑制蓄電池199的劣化，希望控制裝置100的剩余容量變動抑制性更聞。所以，以下對用于設(shè)計(jì)能夠使目標(biāo)值跟隨性、剩余容量變動抑制性、及魯棒性都在比以往技術(shù)高的維度下平衡的控制裝置100的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說明。更具體地講，作為在控制裝置100中使用的控制器的模型而使用H m (H無窮)控制器。H C 控制器是能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值跟隨性和魯棒性的有關(guān)本發(fā)明的關(guān)聯(lián)技術(shù)。將對該H c 控制器追加了用于提高剩余容量變動抑制性的新的權(quán)重函數(shù)及控制量的H c 控制器作為有關(guān)本實(shí)施方式的控制裝置100使用。在以下的記載中，作為控制裝置100的設(shè)計(jì)方法，說明在安裝H c 控制器時(shí)需要的各種參數(shù)的決定方法。圖5是表示在通過本發(fā)明的實(shí)施方式的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)被模型化為H c 控制器的控制裝置100的情況下使用的蓄電裝置的模型的結(jié)構(gòu)例的模塊圖。通過適當(dāng)?shù)貨Q定圖5所示的濾波器130、控制裝置131、控制對象132、積分器133、及權(quán)重函數(shù)的各模型具有的參數(shù)，能夠設(shè)計(jì)控制裝置100。以下，更詳細(xì)地進(jìn)行說明。K (S)是作為控制裝置131的H °o控制器的傳遞函數(shù)。具體而言，相當(dāng)于圖2所示的電力控制裝置190具備的控制裝置100。P (S)是控制對象132的傳遞函數(shù)。具體而言，相當(dāng)于圖2所示的電力控制裝置190具備的變換器191。指令值w是控制目標(biāo)值。具體而言，是通過上述式(3)計(jì)算的值。更具體地講，指令值w相當(dāng)于圖2所示的負(fù)載裝置204的消耗電力值一發(fā)電裝置202的輸出值一受電點(diǎn)電力目標(biāo)值。Y1是控制對象132的輸出。具體而言，相當(dāng)于圖2所示的蓄電池的輸出值。 F Cs)是濾波器130的傳遞函數(shù)。具體而言，例如通過具有高通特性的傳遞函數(shù)，僅將指令值的高頻成分作為H c 控制器的目標(biāo)值輸入。積分器133是將控制對象的輸出yi進(jìn)行時(shí)間積分的積分器。y2是積分器133的輸出。在被模型化為H 控制器的控制裝置131的輸入中有ei和e2。作為ei，通過將濾波器130的輸出與控制對象132的輸出yi的差值向控制裝置131輸入，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)值輸入的反饋構(gòu)造。此外，將積分器133的輸出y2原樣作為輸入e2向作為H ^ 控制器的控制裝置131輸入。此外，將向H 控制器的輸入G1、控制對象的輸出y1、時(shí)間積分的輸出y2、向控制對象的輸入u分別乘以權(quán)重函數(shù)1、w2、w3、W4而得到的值分別定義為控制量τχ、z2、Z3 > ζ4。權(quán)重函數(shù)Wp W2、W3、W4分別表示為傳遞函數(shù)。通過將包含在各個(gè)傳遞函數(shù)中的增益在頻帶中增大或減小，能夠使控制裝置131的特性變化。另外，上述傳遞函數(shù)中包含的s表示拉普拉斯(Laplace)變換的變量。另外，關(guān)于控制量Z1' Z2, Z3> Z4、及權(quán)重函數(shù)W1' V2,W3、W4的詳細(xì)情況在后面敘述。接著，參照圖6及圖7表示H c 控制器的設(shè)計(jì)方法。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的控制裝置的設(shè)計(jì)方法的處理的流程的流程圖。如上述那樣，控制裝置100被模型化為H c 控制器。這里，H c 控制理論是用于構(gòu)建對干擾信號及模型化誤差的影響進(jìn)行抑制的控制系統(tǒng)的控制理論。具體而言，利用稱作H c 范數(shù)的范數(shù)來評價(jià)傳遞函數(shù)，并決定傳遞函數(shù)以使其比希望的值小，由此達(dá)到目的性能。更具體地講，一般以稱作受控體(Plant)的通用的控制模型為對象，采用使從干擾信號被輸入起到輸出評價(jià)為止的傳遞函數(shù)的H c 范數(shù)小的設(shè)計(jì)過程。成為通過將控制對象的不確定的部分作為干擾信號處理來抑制模型的不確定性的影響的控制系統(tǒng)。這里，將對于來自設(shè)想的標(biāo)稱模型的誤差也有效的、不失去穩(wěn)定性的性質(zhì)稱作魯棒性(健壯性)。在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下需要控制對象的模型。但是，多數(shù)情況下難以得到控制對象的嚴(yán)密的模型，在得到的模型與現(xiàn)實(shí)的控制對象之間不能避免誤差。魯棒控制是對于這樣的誤差也維持穩(wěn)定性等的意思，是用于設(shè)計(jì)強(qiáng)健的控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，H c 控制的優(yōu)點(diǎn)是通過該魯棒性，不再需要嚴(yán)密的模型化。在以上所述的H C 控制器設(shè)計(jì)中，首先，基于圖5所示的控制模型，決定控制量τχ、z2、Z3、Z4的規(guī)格(S102)。所謂控制量Zp Z2, Z3> Z4的規(guī)格，例如是與控制量Zp Z2, Z3> Z4各自的上限對應(yīng)的閾值。此外，也可以將與上限及下限對應(yīng)的閾值決定為規(guī)格。一般優(yōu)選控制量ZpZ2、Z3、Z4都較接近于O。但是，在實(shí)際決定H c 控制器的增益的情況下，使哪個(gè)控制量都完全成為O是困難的。因而，需要根據(jù)由作為對象系統(tǒng)的蓄電裝置200的特性決定的對控制裝置100要求的規(guī)格，將應(yīng)重點(diǎn)減小的控制量的閾值決定為更小。例如，如果設(shè)想的噪聲較多地含有高頻帶的成分，則可以考慮將相應(yīng)的控制量Z的閾值決定為在高頻帶中重點(diǎn)地變小。相反，如果設(shè)想的噪聲較多地含有低頻帶的成分，則也可以將相應(yīng)的控制量Z的閾值決定為在低頻帶中重點(diǎn)地變小。接著’將權(quán)重函數(shù)巧^^^各自的值基于其規(guī)格進(jìn)行設(shè)定^順)。例如，如果將Z設(shè)定為了在高頻帶中重點(diǎn)地變小，則W的值如式(4)所示，設(shè)定為在高頻帶中具有較大的高通特性的傳遞函數(shù)。[數(shù)式I]
權(quán)利要求
1.一種控制裝置的設(shè)計(jì)方法，該控制裝置向控制蓄電池應(yīng)充電或放電的電力即輸出值以使上述蓄電池的蓄電量適合于控制目標(biāo)值的變換器，輸出用于指示充電或放電的輸出指令值，上述設(shè)計(jì)方法包括閾值決定步驟，決定在第I控制量的判斷中使用的第I閾值、在第2控制量的判斷中使用的第2閾值、以及在第3控制量的判斷中使用的第3閾值；權(quán)重函數(shù)設(shè)定步驟，設(shè)定用于計(jì)算上述第I控制量的第I權(quán)重函數(shù)、用于計(jì)算上述第2 控制量的第2權(quán)重函數(shù)、以及用于計(jì)算上述第3控制量的第3權(quán)重函數(shù)；以及傳遞函數(shù)決定步驟，決定以上述控制目標(biāo)值與上述輸出值之差及上述輸出值的積分值為輸入、以上述輸出指令值為輸出的上述控制裝置的傳遞函數(shù)；在上述傳遞函數(shù)決定步驟中，通過H c 控制理論決定上述傳遞函數(shù)，以使對上述控制目標(biāo)值與上述輸出值之差乘以上述第I權(quán)重函數(shù)而得到的上述第I控制量比上述第I閾值小、對上述輸出值乘以上述第2權(quán)重函數(shù)而得到的上述第2控制量比上述第2閾值小、并且對上述輸出值的積分值乘以上述第3權(quán)重函數(shù)而得到的上述第3控制量比上述第3閾值小。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置的設(shè)計(jì)方法，在上述閾值決定步驟中，還決定第4閾值；在上述權(quán)重函數(shù)設(shè)定步驟中，還設(shè)定第4權(quán)重函數(shù)，該第4權(quán)重函數(shù)用于與上述輸出指令值相乘而計(jì)算第4控制量；在上述傳遞函數(shù)決定步驟中，還通過H c 控制理論決定上述傳遞函數(shù)，以使上述第4控制量比上述第4閾值小。
3.—種控制裝置，具備矩陣存儲部，存儲有用于將通過權(quán)利要求1或2所述的控制裝置的設(shè)計(jì)方法決定的上述傳遞函數(shù)表現(xiàn)為狀態(tài)空間的系數(shù)矩陣；狀態(tài)存儲部，用于存儲表示上述狀態(tài)空間的內(nèi)部狀態(tài)的矢量；以及運(yùn)算部，基于上述控制目標(biāo)值與上述蓄電池的上述輸出值之差、上述蓄電池的上述輸出值的積分值、存儲在上述狀態(tài)存儲部中的內(nèi)部狀態(tài)、以及上述系數(shù)矩陣，計(jì)算上述輸出指令值。
4.如權(quán)利要求3所述的控制裝置，上述運(yùn)算部將存儲在上述矩陣存儲部中的第I系數(shù)矩陣與表示某時(shí)刻η的內(nèi)部狀態(tài)的矢量相乘而計(jì)算第I相乘結(jié)果，將存儲在上述矩陣存儲部中的第2系數(shù)矩陣與下述矢量相乘而計(jì)算第2相乘結(jié)果，該矢量是以在某時(shí)刻η由控制裝置取得的(I)上述控制目標(biāo)值與上述蓄電池的上述輸出值之差及(2)上述蓄電池的上述輸出值的積分值為要素的矢量，通過將上述第I相乘結(jié)果及第2相乘結(jié)果相加，計(jì)算表示η+1的時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)的矢量，通過將表示上述η+1的時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)的矢量與存儲在上述矩陣存儲部中的第3系數(shù)矩陣相乘， 計(jì)算上述輸出指令值。
5.一種電力控制裝置，具備權(quán)利要求3所述的控制裝置；變換器，使上述蓄電池充放電，以使上述蓄電池的上述輸出值與對應(yīng)于從上述控制裝置輸出的上述輸出指令值的電力一致；以及積分器，將上述蓄電池的上述輸出值積分；上述控制裝置在被輸入上述控制目標(biāo)值與上述蓄電池的上述輸出值之差、以及由上述積分器積分的上述蓄電池的上述輸出值的積分值時(shí)，向上述變換器輸出上述輸出指令值。
6.一種程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求1或2所述的控制裝置的設(shè)計(jì)方法中包含的步驟。
7.一種計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)，記錄有權(quán)利要求6所述的程序。
全文摘要
本發(fā)明的控制裝置的設(shè)計(jì)方法包括閾值決定步驟(S102a)，決定第1、第2及第3閾值；權(quán)重函數(shù)設(shè)定步驟(S103a)，設(shè)定用于與控制目標(biāo)值和蓄電池的輸出值之差相乘而計(jì)算第1控制量的第1權(quán)重函數(shù)、用于與蓄電池的輸出值相乘而計(jì)算第2控制量的第2權(quán)重函數(shù)、以及用于與蓄電池的輸出值的積分值相乘而計(jì)算第3控制量的第3權(quán)重函數(shù)；以及傳遞函數(shù)決定步驟(S104a)，通過H∞控制理論決定控制裝置的傳遞函數(shù)，以使第1控制量、第2控制量及第3控制量分別比第1、第2及第3閾值小。
文檔編號H01M10/44GK103004052SQ20128000198
公開日2013年3月27日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者宮崎誠也, 工藤貴弘, 山本裕, 永原正章 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社