JP2015149872A - 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性の高い電力変換装置を提供する。【解決手段】 交流側と直流側との接続を切り替える半導体スイッチを備え、交流側がカスケードに接続した複数の単位変換器セル１と、単位変換器セル１の直流側に接続された組電池ＢＴを含む蓄電池装置２と、組電池ＢＴのエネルギー残量が均等になるようにＰＷＭ制御の電圧指令値を生成するＳＯＣバランス制御部１０６１、１０６２と、組電池ＢＴの電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池ＢＴを設定し、ターゲット組電池ＢＴに対する単位変換器セル１の電圧指令値にあらかじめ設定された補正値を加算して電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いて半導体スイッチのゲート信号を生成するゲート信号補正部１０６３と、を有する変換器制御装置１０と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及び電力変換装置の制御方法に関する。

直列側に蓄電池装置を接続した単位変換器セルを、各相において直列（カスケード）に接続した電力変換装置（マルチレベル電力変換装置）が提案されている。このような電力変換装置では、各単位変換器セルのスイッチング素子を制御することにより、蓄電装置から出力される直流電力を交流に変換する。

単位変換器セルの交流側が多段となるように接続された場合、充放電電力はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に一律に流れるため、各単位変換器セルの直流側に接続されている蓄電池装置を個別に充放電することができなかった。

一方、蓄電池の劣化を推定するために、蓄電池を完全に放電した状態から満充電まで充電させて、充電電流値の積算により電池容量を算出する方法（実容量算出方法）が提案されている。

特開２０１１−２２３７３４号公報

井上重徳、他３名、「カスケードＰＷＭ変換器と二次電池を使用した６．６ｋＶトランスレス電力貯蔵システム―２００Ｖ、１０ｋＶ、３．６ｋＷｈミニモデルによる実験検証―」、電気学会論文集Ｄ，Ｖｏｌ．１２９、Ｎｏ．１、ｐｐ．６７

本発明の実施形態は、信頼性の高い電力変換装置を提供することを目的とする。

実施形態によれば、交流側と直流側との接続を切り替える半導体スイッチを備え、交流側がカスケードに接続した複数の単位変換器セルと、前記単位変換器セルの直流側に接続された蓄電池装置と、前記組電池のエネルギー残量が均等になるように前記ＰＷＭ制御の電圧指令値を生成するＳＯＣバランス制御部と、前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値にあらかじめ設定された補正値を加算して電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成するゲート信号補正部と、を有する変換器制御装置と、を備えることを特徴とする電力変換装置が提供される。

図１は、一実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。 図２は、図１に示す電力変換装置の単位変換器セル及び蓄電池装置の一構成例を概略的に示す図である。 図３は、図２に示す蓄電池装置の組電池の他の構成例を概略的に示す図である。 図４は、図２に示す蓄電池装置の組電池の他の構成例を概略的に示す図である。 図５は、第１実施形態の電力変換装置の変換器制御装置の一構成例を説明するブロック図である。 図６は、図５に示すゲート信号生成の一構成例を説明するブロック図である。 図７は、電圧指令値から電圧指令値を生成する動作の一例を説明するための図である。 図８は、第１実施形態の電力変換装置において、組電池の電池容量を算出する方法の一例を説明するフローチャートである。 図９は、組電池の実容量算出方法の一例について説明するための図である。 図１０は、第２実施形態の電力変換装置において、組電池の電池容量を算出する方法の一例を説明するフローチャートである。 図１１は、図５に示すゲート信号生成の他の構成例を説明するブロック図である。 図１２は、電圧指令値から電圧指令値を生成する動作の他の例を説明するための図である。 図１３は、第３実施形態の電力変換装置において、組電池の電池容量を算出する方法の一例を説明するフローチャートである。

以下、実施形態の電力変換装置及び電力変換装置の制御方法について、図面を参照して説明する。

図１は、第１実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、互いに並列に接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相を備えた３相の電力変換装置であって、各相において直列（カスケード）接続された複数の単位変換器セル１と、各単位変換器セル１の直流側に接続された蓄電池装置２と、変換器制御装置１０と、を備えている。なお、各相において直列接続される単位変換器セル１の段数Ｎは２以上であればよく、以下ではＮ＝６の場合を例として説明する。

本実施形態では、Ｕ相は６つの単位変換器セル１Ｕ１〜１Ｕ６と、蓄電池装置２Ｕ１〜２Ｕ６を有している。単位変換器セル１Ｕ１〜１Ｕ６は、交流側で直列に接続されている。単位変換器セル１Ｕ１〜１Ｕ６の直流側にはそれぞれ蓄電池装置２Ｕ１〜２Ｕ６が接続されている。同様に、Ｖ相は６つの単位変換器セル１Ｖ１〜１Ｖ６と、蓄電池装置２Ｖ１〜２Ｖ６を有している。単位変換器セル１Ｖ１〜１Ｖ６は、交流側で直列に接続されている。単位変換器セル１Ｖ１〜１Ｖ６の直流側にはそれぞれ蓄電池装置２Ｖ１〜２Ｖ６が接続されている。Ｗ相は６つの単位変換器セル１Ｗ１〜１Ｗ６と、蓄電池装置２Ｗ１〜２Ｗ６を有している。単位変換器セル１Ｗ１〜１Ｗ６は、交流側で直列に接続されている。単位変換器セル１Ｗ１〜１Ｗ６の直流側にはそれぞれ蓄電池装置２Ｗ１〜２Ｗ６が接続されている。

変換器制御装置１０は、単位変換器セル１を制御する。変換器制御装置１０は複数の単位変換器セル１のスイッチング素子の電気的接続を切替えるゲート信号が出力される。

図２は、図１に示す電力変換装置の単位変換器セル１及び蓄電池装置２の一構成例を概略的に示す図である。

単位変換器セル１は、例えば自励式スイッチング素子によるフルブリッジ回路である。単位変換器セル１は、例えば逆並列ダイオードを接続したＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のスイッチング素子と、平滑コンデンサ１Ｃとを備えている。これらのスイッチング素子は、変換器制御装置１０からの制御信号により電気的接続を切替える。

蓄電池装置２は、組電池ＢＴと、電池監視回路２１と、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）２２と、を備えている。

組電池ＢＴは、複数の二次電池セル０１〜０ｍを有している。二次電池セル０１〜０ｍは、例えば、リチウムイオン電池である。二次電池セル０１〜０ｍ（ｍは正の整数）は、リチウムイオン電池に限らず、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等も採用することができる。

電池監視回路２１は、二次電池セル０１〜０ｍの電圧を検出する電圧検出回路と、組電池ＢＴの充電電流および放電電流を検出する電流検出回路と、組電池ＢＴの少なくとも１箇所の温度を検出する温度検出回路と、を備えている。電圧検出回路、電流検出回路、及び、温度検出回路は、周期的に検出した電圧、電流、及び、温度の値を電池管理装置２２へ出力する。

電池管理装置２２は、電池監視回路２１から受信した電圧、電流、及び、温度の値から、組電池ＢＴの充電状態（ＳＯＣ：stare of charge）を演算する。例えば、電池管理装置２２は、組電池ＢＴの充電電流と放電電流とを積算して組電池ＢＴのＳＯＣを演算して、変換器制御装置１０へ送信する。また、電池管理装置２２は二次電池セル０１〜０ｍの電圧を監視し、組電池ＢＴが完放電になったか否か、および、満充電になったか否かを判断して、完放電あるいは満充電であることを変換器制御装置１０へ送信する。

図３は、組電池ＢＴの他の構成例を説明するための図である。
この例では、組電池ＢＴは並列に接続されたｋ個の二次電池セルのユニットがｍ個直列に接続されている（単位セル並列−直列構成）。このようにｋ×ｍ個の二次電池セル０１１〜０ｍｋを接続すると、図２に示す場合よりも組電池ＢＴの容量を大きくすることができる。

図４は、組電池ＢＴの他の構成例を説明するための図である。
この例では、組電池ＢＴは直列に接続されたｍ個の二次電池セルのユニットがｋ個並列に接続されている（単位セル直列−並列構成）。このようにｋ×ｍ個の二次電池セル０１１〜０ｋｍを接続すると、図２に示す場合よりも組電池ＢＴの容量を大きくすることができる。

図５は、本実施形態の電力変換装置の変換器制御装置１０の一構成例を説明するブロック図である。

変換器制御装置１０は、電流指令変換部１０１と、３相-ｄｑ電流変換部１０２と、電流制御部１０３と、３相-ｄｑ電圧変換部１０４と、ｄｑ-３相変換部１０５と、ゲート信号生成部１０６と、を備えている。

電流指令変換部１０１は、上位制御装置から受信する有効電力指令値Ｐ^＊と無効電力指令値Ｑ^＊とから、ｄ-ｑ座標上でのｄ軸電流指令値ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊とを生成する。
ｉｄ^＊ ＝Ｐ^＊／Ｖｄ
ｉｑ^＊ ＝Ｑ^＊／Ｖｄ＝０
ここで、Ｖｄは系統電圧Ｖのｄ軸成分である。

３相-ｄｑ電流変換部１０２は、Ｕ相電流Ｉｕと、Ｖ相電流Ｉｖと、Ｗ相電流Ｉｗとを受信して、これらの値からｄ-ｑ座標上のｄ軸電流成分Ｉｄとｑ軸電流成分Ｉｑとに変換して電流制御部１０３へ出力する。

電流制御部１０３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊とｄ軸成分Ｉｄとの差分と、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊とｑ軸成分Ｉｑとの差分とを演算し、比例積分（ＰＩ）制御により差分がゼロとなる電圧制御値のｄ軸成分とｑ軸成分とを出力する。

３相-ｄｑ電圧変換部１０４は、Ｕ相電圧Ｖｕと、Ｖ相電圧Ｉｖと、Ｗ相電圧Ｖｗとを受信して、これらの値からｄ-ｑ座標上のｄ軸電圧成分Ｖｄとｑ軸電圧成分Ｖｑとに変換して出力する。

ｄ軸電圧成分Ｖｄと電流制御部１０３から出力された電圧制御値のｄ軸成分とは差分器に入力され、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊が演算される。ｑ軸電圧成分Ｖｑと電流制御部１０３から出力された電圧制御値のｑ軸成分とは差分器に入力され、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊が演算される。

ｄｑ-３相変換部１０５は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とを受信し、逆ｄ-ｑ変換を行い、各相の電圧指令値、すなわちＵ相電圧指令ＶｕＰ、Ｖ相電圧指令ＶｖＰ、及び、Ｗ相電圧指令ＶｗＰを出力する。

ゲート信号生成部１０６は、Ｕ相電圧指令ＶｕＰ、Ｖ相電圧指令ＶｖＰ、Ｗ相電圧指令ＶｗＰ、各組電池ＢＴのＳＯＣ（ＳＯＣｕ１、ＳＯＣｕ２、…ＳＯＣｗＮ、）、ｄ軸電流成分Ｉｄ、及び、ｑ軸電流成分Ｉｑを受信する。

ゲート信号生成部１０６は、各組電池ＢＴのＳＯＣ均等化のためのＳＯＣバランス制御を行うとともに、組電池ＢＴの蓄電池の容量を演算するためにゲート信号の補正を行う。

図６は、図５に示すゲート信号生成部１０６の一構成例を説明するブロック図である。ゲート信号生成部１０６は、相間ＳＯＣバランス制御部１０６１、段間ＳＯＣバランス制御部１０６２、及び、ゲート信号補正部１０６３を有している。

相間ＳＯＣバランス制御部１０６１と段間ＳＯＣバランス制御部１０６２とは、組電池の充放電電力を意図的にわずかに異ならせることにより、素子のバラツキや誤差によるＳＯＣの不均一を抑制するＳＯＣバランス制御手段である。これは、ＳＯＣの不均一が増大すると、１台の組電池ＢＴが他よりも早く満充電あるいは完放電に至ることがあり、この場合には他の組電池ＢＴがまだ充電あるいは放電できるにも係らず全ての組電池ＢＴの充電あるいは放電を停止することになるためである。

相間ＳＯＣバランス制御部１０６１は、組電池ＢＴのＳＯＣ（ＳＯＣｕ１、ＳＯＣｕ２…ＳＯＣｗＮ）と、ｄ軸電流成分Ｉｄと、ｑ軸電流成分Ｉｑとを受信する。

相間ＳＯＣバランス制御部１０６１は、各相の平均ＳＯＣ（ＳＯＣｕ、ＳＯＣｖ、ＳＯＣｗ）と、全組電池ＢＴの平均ＳＯＣ（ＳＯＣａｖｅ）とを演算し、各相の平均ＳＯＣを、ＳＯＣａｖｅに追従させる。ここで、各相の平均ＳＯＣは、各相のＮ台の組電池ＢＴの平均ＳＯＣであり、例えばＵ相の平均ＳＯＣｕは、（ＳＯＣｕ１＋ＳＯＣｕ２＋…＋ＳＯＣｕＮ）／Ｎである。全組電池ＢＴの平均ＳＯＣ（ＳＯＣａｖｅ）は、（ＳＯＣｕ＋ＳＯＣｖ＋ＳＯＣｗ）／３である。

相間ＳＯＣバランス制御部１０６１は、各相の平均ＳＯＣ（ＳＯＣｕ１、ＳＯＣｕ２…ＳＯＣｗＮ）とＳＯＣａｖｅとの差を演算し、この差に基づいて、Ｕ相電圧指令ＶｕＰ、Ｖ相電圧指令ＶｖＰ、Ｗ相電圧指令ＶｗＰ、を調整するための値を演算する。このとき、相間ＳＯＣバランス制御部１０６１は、系統電流に影響を与えないように、全相の合計電力が変化しないようにする。

相間ＳＯＣバランス制御部１０６１の出力は各相の電圧指令値ＶｕＰ、ＶｖＰ、ＶｗＰに加えられ、１／Ｎを乗じて、各単位変換器セル１の電圧指令値が演算される。

段間ＳＯＣバランス制御部１０６２は、各組電池ＢＴのＳＯＣをその相の各相平均ＳＯＣ（ＳＯＣｕ、ＳＯＣｖ、ＳＯＣｗ）に追従させる。相間バランス制御と段間バランス制御とを組み合わせることにより、全ての組電池ＢＴのＳＯＣを均等化することができる。

段間ＳＯＣバランス制御部１０６２は、組電池ＢＴのＳＯＣ（ＳＯＣｕ１、ＳＯＣｕ２、…ＳＯＣｗＮ）を受信し、各相の平均ＳＯＣ（ＳＯＣｕ、ＳＯＣｖ、ＳＯＣｗ）を演算する。段間ＳＯＣバランス制御部１０６２は、単位変換器セル１の電圧指令値を調整するための値を演算する。

段間ＳＯＣバランス制御部１０６２の出力と、１／Ｎ器の出力とが加えられてゲート信号補正部１０６３へ入力される。

ゲート信号補正部１０６３は、入力された単位変換器セル１の電圧指令値からゲート信号を生成する。

図７は、ゲート信号補正部１０６３において、電圧指令値から電圧指令値を生成する動作の一例を説明するための図である。図７では、電圧指令値と、各相の６段の単位変換器セル１の搬送波と、単位変換器セル１のゲート信号と、相電圧との関係の一例を示している。

ゲート信号補正部１０６３は、単位変換器セル１の電圧指令値を受信し、それぞれの単位変換器セル１に対応する搬送波を用いてゲート信号を生成する。具体的には、ゲート信号補正部１０６３は、位相をずらして格段の搬送波を生成し、電圧指令との比較によりゲート信号を生成する。単位変換器セルの半導体スイッチは、ゲート信号によりオン／オフを制御している。

なお、図７では、例えばＵ相の電圧指令値として１つの曲線を示したものである。なお、他の三相交流であるＶ相およびＷ相に関しても、それぞれ電圧指令値の曲線が生成されるため、三相交流では全部で３本の電圧指令値の曲線が存在することになる。また、図７では６段の単位変換セルの例を示しており、各段のそれぞれのゲート信号が図上部の三角波で示されている。

このとき、ゲート信号補正部１０６３は、組電池ＢＴの電池容量を算出場合には、電池容量を算出する組電池ＢＴを選択して、その組電池ＢＴの出力電力を変換する単位変換器セル１の電圧指令値を補正する。以下、電圧指令値の補正動作について説明する。

図８は、第１実施形態の電力変換装置において、単位変換器セルへのゲート信号を生成する方法の一例を説明するフローチャートである。

電圧指令演算の後、ゲート信号補正部１０６３は、組電池ＢＴの実容量を算出するか否か判断する（ステップＳＡ１）。定期的に複数の組電池ＢＴの実容量を順次算出する場合、例えばカウンタの値が所定値を超えた場合に組電池ＢＴの実用量を算出すると判断する。

組電池ＢＴの実用量を算出しないと判断した場合、ゲート信号補正部１０６３は受信した電圧指令値を補正することなく（補正値＝０）、ゲート信号を生成する。

組電池ＢＴの実容量を算出すると判断した場合、ゲート信号補正部１０６３は実用量を算出する組電池ＢＴに対応する単位変換器セル１を選択する（ステップＳＡ２）。ここでは、Ｕ相Ｎ段の単位変換器セル１ｕＮを選択したターゲット単位変換器セルとして説明する。

続いて、ゲート信号補正部１０６３は、ターゲット単位変換器セル１ｕＮの電圧指令値についての補正値ＶｕＰＰ−Ｎをあらかじめ設定された値とする（ステップＳＡ３）。ゲート信号補正部１０６３は、上記補正値でターゲット単位変換器セル１ｕＮの電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する（ステップＳＡ４）。このとき、ゲート信号補正部１０６３は、ターゲット単位変換器セル１ｕＮ以外の電圧指令値は補正値をゼロとしてゲート信号を生成する、あるいは、補正しない電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。

図９は、組電池の実容量算出方法の一例について説明するための図である。
組電池ＢＴの実容量を算出する場合には、まず実容量を算出する組電池ＢＴをその電圧が放電末電圧となるまで放電して、変換器制御装置１０はこの時点の放電電力状態を０ＷｈとするとともにＳＯＣを０％とする（タイミングＡ）。このときに放電電力値に誤差がある場合は、値が補正される。

続いて、定格電力で組電池ＢＴを一定充電し、その電圧が充電末電圧となるまで充電する。その際に、変換器制御装置１０は組電池ＢＴの充電電力を積算し充電電力量[Ｗｈ]を算出する（タイミングＢ）。充電末電圧に到達した時点での電力積算値を充電容量とする。このとき、内部で保持している充電容量と算出した充電容量との間に誤差が生じている場合は、最新の積算値を充電容量とする。

続いて、定格電力で組電池ＢＴを一定放電し、再びその電圧が放電末電圧となるまで放電する（タイミングＣ）。その際に、変換器制御装置１０は、組電池ＢＴの電圧および電流を監視して組電池ＢＴの放電電力を積算して放電電力量[Ｗｈ]を算出する。放電末電圧に到達した時点での電力積算値を放電容量とする。このとき、内部で保持している放電容量と算出した放電容量との間に誤差が生じている場合は、最新の積算値を放電容量とする。続いて、他の組電池ＢＴの容量と均一になるように選択した組電池ＢＴを充電する。

したがって、最初に組電池ＢＴを放電するように電圧指令値を補正し、選択した組電池ＢＴの電圧が放電末電圧になった後、組電池ＢＴを充電するように電圧指令値を補正し、選択した組電池ＢＴの電圧が充電末電圧になった後、再び組電池ＢＴを放電するように電圧指令値を補正するように、補正値ＶｕＰＰ−Ｎが設定される。このように、補正値ＶｕＰＰ−Ｎを設定するために、ゲート信号補正部１０６３は組電池ＢＴの電圧値を受信して補正値ＶｕＰＰ−Ｎを切り替えてもよい。

ゲート信号補正部１０６３は、ターゲット単位変換器セル１ｕＮの電圧指令値に補正値ＶｕＰＰ−Ｎを加えて電圧指令値を補正し、搬送波と比較してゲート信号を生成する。他の単位変換器セル１の電圧指令値は補正せずに（補正値ゼロとして）、搬送波と比較してゲート信号を生成する。

このように補正した電圧指令値から生成したゲート信号によりターゲット単位変換器セル１ｕＮを制御し、補正しない電圧指令値から生成したゲート信号により他の単位変換器セル１を制御すると、選択した組電池ＢＴについて実容量を算出することが可能となる。すなわち、他の組電池ＢＴはＳＯＣバランス制御によりＳＯＣが均等となるように制御されるが、選択した組電池ＢＴについては完全に放電した状態から満充電まで充電され、その後再び完全に放電した状態となる。

その結果、変換器制御装置１０は、選択した組電池ＢＴの充放電電流を積算することにより、組電池ＢＴの充電電力量と放電電力量とを算出し、これらの値から組電池ＢＴの劣化度を判断することができる。

なお、ゲート信号補正部１０６３は、他の組電池ＢＴについても同様に、単位変換器セル１の電圧指令値を補正して充電電力量と放電電力量とを算出し、すべての組電池ＢＴの劣化度を順次判断することができる。したがって、変換器制御装置１０は、組電池ＢＴ毎の劣化度に応じた制御を行うことが可能になり、１つの組電池ＢＴの完放電や満充電により電力変換装置が頻繁に停止したり、出力電力が低下したりすることを回避することができる。

上記のように、本実施形態によれば、信頼性の高い電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。

次に、第２実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、ゲート信号補正部１０６３が上位制御装置から有効電力指令Ｐ^＊を受信することと、ゲート信号補正部１０６３における電圧指令値の補正値を設定する動作とが上述の第１実施形態と異なっている。

図１０は、本実施形態の電力変換装置において、単位変換器セルへのゲート信号を生成する方法の一例を説明するフローチャートである。

電圧指令演算の後、ゲート信号補正部１０６３は、組電池ＢＴの実容量を算出するか否か判断する（ステップＳＢ１）。上述の第１実施形態と同様に、定期的に複数の組電池ＢＴの実容量を順次算出する場合、例えばカウンタの値が所定値を超えた場合に所定の組電池ＢＴの実用量を算出すると判断する。

組電池ＢＴの実用量を算出しないと判断した場合、ゲート信号補正部１０６３は受信した電圧指令値を補正することなく（補正値＝０）、ゲート信号を生成する。

組電池ＢＴの実容量を算出すると判断した場合、ゲート信号補正部１０６３は実用量を算出する組電池ＢＴに対応する単位変換器セル１を選択する（ステップＳＢ２）。ここでは、Ｕ相Ｎ段の単位変換器セル１ｕＮを選択したターゲット単位変換器セルとして説明する。

続いて、ゲート信号補正部１０６３は、有効電力指令Ｐ^＊がゼロよりも大きいか否かを判断する（ステップＳＢ３）。ゲート信号補正部１０６３は、上位制御装置から有効電力指令Ｐ^＊を受信する。

ゲート信号補正部１０６３は、ターゲットとなる組電池ＢＴを他の組電池ＢＴよりも先に完放電あるいは満充電とするために、電力指令Ｐ^＊が入力（Ｐ^＊≦０）であれば、電圧指令値の補正量ＶｕＰｐ−Ｎ＞０とし（ステップＳＢ４）、出力Ｐ^＊≧０であれば、電圧指令値の補正量ＶｕＰｐ−Ｎ≦０とする（ステップＳＢ５）。なお、補正量ＶｕＰｐ−Ｎは、パラメータ設定などで設定される固定値とする。

ゲート信号補正部１０６３は、補正後の電圧指令値を用いてターゲット単位変換器セル１ｕＮのゲート信号を生成する（ステップＳＢ６）。このとき、ゲート信号補正部１０６３は、ターゲット単位変換器セル１ｕＮ以外の電圧指令値は補正値をゼロとしてゲート信号を生成する、あるいは、補正しない電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。

上記のように電圧指令値を補正すると、電力変換装置を充放電するとき、個別にターゲットとした組電池ＢＴのみ完放電あるいは満充電とすることが可能となり、ターゲットとした組電池ＢＴの電池容量を算出することができる。

さらに、上記のように電圧指令値を補正すると、電力変換装置において複数の組電池ＢＴを充電する場合には、ターゲットとなる組電池ＢＴの充電量が他の組電池ＢＴよりも多くなり、電力変換装置において複数の組電池ＢＴを放電する場合には、ターゲットとなる組電池ＢＴの放電量が他の組電池ＢＴよりも多くなる。したがって、ターゲットの組電池ＢＴの実容量に要する時間を短縮することができる。

すなわち、本実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法によれば、上述の第１実施形態と同様に信頼性の高い電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。

次に、第３実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法について図面を参照して説明する。

図１１は、本実施形態の電力変換装置のゲート信号生成部１０６の一構成例を説明するブロック図である。

本実施形態では、ゲート信号生成部１０６は、ゲート信号補正部１０６３の前段に配置された反転部１０６４をさらに備えている。

反転部１０６４は、単位変換器セルへの電圧指令値を受信し、ターゲット単位変換器セルへの電圧指令値を逆相とし、他の電圧指令値はそのままゲート信号補正部１０６３へ出力する。

ゲート信号補正部１０６３は、反転部１０６４から電圧指令値を受信し、ターゲット単位変換器セルと同相の他の単位変換器セルの電圧指令値に（Ｎ＋１）／（Ｎ−１）を乗じて電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。

図１２は、本実施形態の電力変換装置において電圧指令値から電圧指令値を生成する動作の一例を説明するための図である。図１２では、電圧指令値と、各相の６段の単位変換器セル１の搬送波と、単位変換器セル１のゲート信号と、相電圧との関係の一例を示している。

ゲート信号補正部１０６３は、第１実施形態と同様に、位相をずらして格段の搬送波を生成し、電圧指令との比較によりゲート信号を生成している。ここで、ゲート信号補正部１０６３は、補正後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。すなわち、ターゲット単位変換器セル（図１２では６段目）の電圧指令値は逆相となっている。また、ターゲット単位変換器セル以外には（Ｎ＋１）／（Ｎ−１）の係数を乗じて補正した後の電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。

なお、図１２では、ターゲット単位変換器セル以外の電圧指令値として１つの曲線を示しているが、段間ＳＯＣバランス制御により各相内の複数の単位変換器セル１について電圧指令値が調整される場合には、電圧指令値は各相内の段数分となる。

本実施形態の電力変換装置では、複数の組電池ＢＴのＳＯＣを均一にするように補正前の電圧指令値が生成されるため、上記のように、ターゲット単位変換器セルへのゲート信号を逆相にすると、ターゲットの組電池ＢＴのＳＯＣとＳＯＣの平均値との差が徐々に大きくなり、個別に完放電あるいは満充電とすることが可能である。

図１３は、本実施形態の電力変換装置において、単位変換器セルへのゲート信号を生成する方法の一例を説明するフローチャートである。

電圧指令演算の後、ゲート信号生成部１０６は、組電池ＢＴの実容量を算出するか否か判断する（ステップＳＣ１）。上述の第１実施形態と同様に、定期的に複数の組電池ＢＴの実容量を順次算出する場合、例えばカウンタの値が所定値を超えた場合に所定の組電池ＢＴの実用量を算出すると判断する。

組電池ＢＴの実用量を算出しないと判断した場合、ゲート信号生成部１０６は受信した電圧指令値を補正することなく、ゲート信号を生成する。

組電池ＢＴの実容量を算出すると判断した場合、ゲート信号生成部１０６は実用量を算出する組電池ＢＴに対応する単位変換器セル１を選択する（ステップＳＣ２）。ここでは、Ｕ相Ｎ段の単位変換器セル１ｕＮを選択したターゲット単位変換器セルとして説明する。

続いて、ゲート信号生成部１０６は、反転部１０６４において、ターゲット単位変換器セル１ｕＮの電圧指令値ＶｕＰ−Ｎを逆相にする（ステップＳＣ３）とともに、ゲート信号補正部１０６３において、Ｎ相内の他のターゲット単位変換器セルの電圧指令値に（Ｎ＋１）／（Ｎ−１）を乗じる（ステップＳＣ４）。

ゲート信号生成部１０６は、上記のように補正した電圧指令値を用いてゲート信号を生成する（ステップＳＣ５）。このとき、ゲート信号生成部１０５はターゲットの組電池ＢＴを含まない相については、電圧指令値の補正値をゼロとしてゲート信号を生成する、あるいは、補正しない電圧指令値を用いてゲート信号を生成する。

上記のように電圧指令値を補正すると、電力変換装置を充放電するとき、相のエネルギーを変えることなく、個別にターゲットとした組電池ＢＴのみ完放電あるいは満充電とすることが可能となり、ターゲットとした組電池ＢＴの電池容量を算出することができる。

すなわち、本実施形態の電力変換装置および電力変換装置の制御方法によれば、上述の第１実施形態と同様に信頼性の高い電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＢＴ…組電池、１…単位変換器セル、１Ｕ１〜１Ｕ６…単位変換器セル（Ｕ相）、１Ｖ１〜１Ｖ６…単位変換器セル（Ｖ相）、１Ｗ１〜１Ｗ６…単位変換器セル（Ｗ相）、２…蓄電池装置、２Ｕ１〜２Ｕ６…蓄電池装置（Ｕ相）、２Ｖ１〜２Ｖ６…蓄電池装置（Ｖ相）、２Ｗ１〜２Ｗ６…蓄電池装置（Ｗ相）、１０…変換器制御装置、１０６…ゲート信号生成部、１０６１…相間ＳＯＣバランス制御部、１０６２…段間ＳＯＣバランス制御部、１０６３…ゲート信号補正部、１０６４…反転部。

Claims (7)

1. 交流側と直流側との接続を切り替える半導体スイッチを備え、交流側がカスケードに接続した複数の単位変換器セルと、
   前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、
   前記組電池のエネルギー残量が均等になるように前記ＰＷＭ制御の電圧指令値を生成するＳＯＣバランス制御部と、前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値にあらかじめ設定された補正値を加算して電圧指令値を補正し、補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成するゲート信号補正部と、を有する変換器制御装置と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記ゲート信号補正部は、前記電力変換装置を充電するときには前記補正値を正の値とし、前記電力変換措置を放電するときには前記補正値を負の値とすることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 交流側と直流側との接続を切り替える半導体スイッチを備え、交流側がカスケードに接続した複数の単位変換器セルと、
   前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、
   前記組電池のエネルギー残量が均等になるように前記ＰＷＭ制御の電圧指令値を生成するＳＯＣバランス制御部と、
   前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値を逆相にする反転部と、Ｎを前記ターゲット組電池と同相に含まれる前記単位変換器セルの段数とした場合に前記ターゲット組電池と同相の他の単位変換器セルの電圧指令値に（Ｎ＋１）／（Ｎ−１）を乗じて補正し、補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成するゲート信号補正部と、を有する変換器制御装置と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
4. 前記単位変換器セルがカスケード接続された相を３相備える請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電力変換装置。
5. 交流側と直流側との接続を切り替える半導体スイッチを備え、交流側がカスケードに接続した複数の単位変換器セルと、
   前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、を備えた電力変換器の制御方法であって、
   前記組電池のエネルギー残量が均等になるように前記ＰＷＭ制御の電圧指令値を生成し、
   前記組電池の電池容量を個別に測定するか否かを判断し、
   前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、
   前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値にあらかじめ設定された補正値を加算して電圧指令値を補正し、
   補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成する、
   ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
6. 前記電圧指令値を補正する工程において、前記電力変換装置を充電するときには前記補正値を正の値とし、前記電力変換措置を放電するときには前記補正値を負の値とすることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置の制御方法。
7. 交流側と直流側との接続を切り替える半導体スイッチを備え、交流側がカスケードに接続した複数の単位変換器セルと、
   前記単位変換器セルの直流側に接続された組電池を含む蓄電池装置と、を備えた電力変換装置の制御方法であって、
   前記組電池のエネルギー残量が均等になるように前記ＰＷＭ制御の電圧指令値を生成し、
   前記組電池の電池容量を個別に測定するか否かを判断し、
   前記組電池の電池容量を個別に測定するときに、ターゲット組電池を設定し、
   前記ターゲット組電池に対する前記単位変換器セルの電圧指令値を逆相にする反転部と、Ｎを前記ターゲット組電池と同相に含まれる前記単位変換器セルの段数とした場合に前記ターゲット組電池と同相の他の単位変換器セルの電圧指令値に（Ｎ＋１）／（Ｎ−１）を乗じて補正し、
   補正後の電圧指令値を用いて前記半導体スイッチのゲート信号を生成する
   ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。

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