JP2016140164A - 双方向インバータおよびそれを用いた蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電システムにおいて、蓄電池の過充電・過放電を防ぎながら、ハンチングを起こさない蓄電池の最大限の充放電の利用を実現する。
【解決手段】蓄電池５および直流電源６を含む直流系４と交流系１との間で力行・回生の制御を行うインバータ制御部１１を含む。可変式力行リミッタ１０Ａは電力指令値Ｐ_ipに対する可変力行リミット値Ｌ_powを最適力行リミット値ＢＬ_powに応じて変更する。可変式回生リミッタ１０Ｂは電力指令値Ｐ_ipに対する可変回生リミット値Ｌ_regを最適回生リミット値ＢＬ_regに応じて変更する。最適力行リミット値決定手段２０は運転状況変化に応じてリアルタイムに連続変化する最適力行リミット値ＢＬ_powを決定する。最適回生リミット値決定手段３０は運転状況変化に応じてリアルタイムに連続変化する前記最適回生リミット値ＢＬ_regを決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電システム用の双方向インバータおよびそれを用いた蓄電システムに関する。

図９は従来の蓄電システムの基本構成図である。図９に示すように、双方向インバータＹの交流入出力側が電力系統２と負荷３とを結ぶ交流系電力線（以下、単に「交流系」という）１に接続され、双方向インバータＹの直流入出力側が直流系電力線（以下、単に「直流系」という）４を介して蓄電池５に接続されている。

交流系１において電力系統２から供給されるのが受電電力Ｐ１であり、交流系１から負荷３に供給するのが負荷電力Ｐ２であり、交流系１から電力系統２に供給されるのが逆潮流電力Ｐ８である。双方向インバータＹに対してその交流系１側から取り込まれるのが力行電力Ｐ３であり、双方向インバータＹから交流系１側へ送り出されるのが回生電力Ｐ７である。また、直流系４から蓄電池５へ供給されるのが充電電力Ｐ４であり、蓄電池５から直流系４へ供給されるのが放電電力Ｐ５である。

この蓄電システムは、双方向インバータＹの直流側に蓄電池５が接続されているが、太陽光発電装置などの直流電源は接続されていない一般的な蓄電システムである。このような蓄電システムにおいて、双方向インバータＹの力行（powering operation）・回生（regenerative operation）の制御には、一般的に次の２通りの制御手法が用いられる。

（１）交流系１側の電力を制御したい場合の例として、蓄電池残量ＳＯＣ（State of Charge）が所定の範囲内（例えば、１０〜９０％等）に収まるようにしつつ、双方向インバータＹにおいてピークシフトやピークカットなど必要に応じた力行・回生出力を行う。一般に、真のＳＯＣは充放電中には直接観測することができない。このため、充放電電流を積算してＳＯＣを算出しているが、このように算出したＳＯＣは正確な値ではなく、確実に過充電・過放電を防止する制御を行うことはできない。そのため、充放電電流に代えて蓄電池電圧を観測することにより過充電・過放電を防止している。具体的には、力行運転中に蓄電池電圧Ｖ_batが充電禁止電圧Ｖ_Cupp（図示せず）に達したときに充電を停止し、回生運転中に放電禁止電圧Ｖ_Dlow（図示せず）に達したときに放電を停止する。

また、より高度なシステムでは、図１０に示すように、充電電力Ｐ４の指令値について何段階かのステップを設け、段階的にリミット電力を変化させる（図１０は上限値可変の場合）。この場合、充電の進行に伴って蓄電池電圧Ｖ_batが上昇している状態で、充電電力Ｐ４（≒力行電力Ｐ３）を１ステップ分段階的に低下させる（時刻ｔ４１）。すると、それに応じた蓄電池５の内部抵抗の作用によって蓄電池電圧Ｖ_batもステップ状に低下する。充電電力Ｐ４の指令値を段階的に変化させるのは、過充電を防ぎながら目標ＳＯＣ（充放電していないときの蓄電池電圧に相関するが、充放電時には正確な値が分からない）に近付けるため、力行運転を停止させてしまうのではなく、ステップ状に低下後も引き続き充電を行わせるためである。したがって、蓄電池残量ＳＯＣは勾配を緩やかにした状態で引き続き上昇していく。このような動作が時間経過とともに何回か繰り返され（時刻ｔ４２，ｔ４３）、充電電力Ｐ４が何段階かにわたってステップ状に低下し、蓄電池電圧Ｖ_batもステップ状に急低下と上昇再開とを繰り返す。

このように（１）の方式では、蓄電池電圧Ｖ_batを監視しながら、出力できるときには出力し、出力できないときには停止するか、あるいは段階的に出力を絞る。その結果として、蓄電池５における過充電に至らない範囲で充電を行うことが可能となっている。しかし、充電禁止電圧に達したときに充電を停止する制御の場合、目標ＳＯＣに達する前に充電が停止することになるため、蓄電池容量を有効に活用することができない。また、段階的にリミット電力を変化させる制御の場合、蓄電池容量はより有効に活用できるものの、充電電力Ｐ４の指令値設定に、段階的制御ゆえの複雑さが伴うとともに、充電電力Ｐ４のふらつきが避けられない。

回生運転の場合は、図１０の波形図をちょうど横軸周りに反転したような形態で推移し、こんどは放電電力Ｐ５や回生電力Ｐ７について、上記と同様の問題が生じる。

（２）蓄電池電圧Ｖ_batの値を正確にコントロールしたい場合には、ＣＣＣＶ（C onstant Current Constant Voltage：定電流定電圧）方式による制御を行う。これは、蓄電池電圧Ｖ_batを監視し、目標電圧（一般的にＳＯＣと相関する）に達すると、充放電電流を絞ることにより、その一定電圧を維持するものである。この場合は、蓄電池電圧Ｖ_batを一定化するコントロールが中心（専従）となるため、ピークシフトやピークカットなど交流系１側での所望する力行電力Ｐ３や回生電力Ｐ７の値についての正確なコントロールができなくなってしまう。なお、ピークシフト運転とは、電力系統から負荷への給電状態において、指定した時刻に蓄電池を充電・放電する運転形態をいう。ロードレベリングのため、例えば充電時刻を夜間に設定し、放電時刻を昼間に設定することで、深夜電力を有効利用でき、また、昼間受電電力を削減できる。また、ピークカット運転とは、負荷の消費電力が設定値を超えたときに、その超過分の電力を蓄電池からの放電によってまかなう運転形態をいう。

図１１は、図９の蓄電システムにおいて、その双方向インバータＹと蓄電池５を結ぶ直流系４に対してさらに太陽光発電装置等の直流電源６が追加接続された従来の蓄電システムを示す。この直流電源が接続された蓄電システムにおいて、交流系１側の力行電力Ｐ３や回生電力Ｐ７をコントロールしつつ、蓄電池５の過充電・過放電を防ぎ、なおかつ蓄電池５の最大限の充放電（ハンチングを起こさないで上限・下限一杯までの蓄電池残量ＳＯＣの最大限活用）を実現しようとすれば、次のような問題点が生じる。

〔１〕直流電源が接続されていないシステムにおいては、蓄電池５において放電禁止電圧Ｖ_Dlowまでの放電が行われたときに、引き続き蓄電池電圧Ｖ_batを利用するようにするには、双方向インバータＹにて力行して充電するしかない。しかし、一方、直流電源６が接続されているシステムでは、双方向インバータＹで力行しなくても直流電源６の発電電力Ｐ６によって蓄電池５を充電することができるため、再度の放電が可能になる。つまり、双方向インバータＹを断続的に回生し続けることが可能である。

この場合に、図１２に示すように、回生による放電が発電による充電を上回っていると、蓄電池電圧Ｖ_batが次第に低下し、放電禁止電圧Ｖ_Dlowに達すると（時刻ｔ５１）、回生を停止する。すると、発電による充電で蓄電池電圧Ｖ_batが再び上昇を開始する。充電の結果、蓄電池電圧Ｖ_batが上昇して放電禁止解除電圧Ｖ_Duppに達すると（時刻ｔ５２）、再び回生を開始する。以上の動作が繰り返されると、蓄電池電圧Ｖ_batの上下動変化に伴って回生電力Ｐ７にハンチングが生じることになる。したがって、このような回生電力Ｐ７のハンチングを防止・軽減するには、放電再開の判定にヒステリシスや動作遅延を適切に設ける必要がある。しかしながら、システム全体における様々で複雑な変動に対応できるようにする設定はきわめてむずかしいものとなり、ハンチング発生の抑制に関して実際的な解決は困難なものとなっている。その原因は、しきい値判定の結果に応じて制御の態様を切り替えるのであるが、その切り替えが繰り返されるためである。このように上記した目的を実現しようとすれば、制御態様がハンチングを起こすなど不安定になる一方で、ハンチングを防止するには様々な制御要素の追加が必要となり、制御態様の複雑化が避けられないものとなっている。

〔２〕直流電源が接続されていない蓄電システムでは、充電禁止電圧Ｖ_Cuppまで充電した後は、次に放電したいときまで双方向インバータＹは停止しておいたとしても特に問題は生じない。しかし、直流電源６が接続されている蓄電システムにおいては、双方向インバータＹを停止させると、発電電力Ｐ６を無駄にしてしまう。すなわち、双方向インバータＹの停止状態で直流電源６が発電をしているときに、蓄電池５が満充電でなければ、その発電電力Ｐ６を蓄電池５に蓄積できるが、蓄電池５が満充電であれば、その発電電力Ｐ６を利用することができない。そこで、発電電力Ｐ６を無駄にしたくない場合は、何らかの方法で双方向インバータＹを継続動作させて直流電源による発電電力Ｐ６を回生する必要があるが、そのためには特別な対策を必要とする。

図１３に示すように、発電電力Ｐ６によって蓄電池電圧Ｖ_batが上昇している過程において、蓄電池電圧Ｖ_batが充電禁止電圧Ｖ_Cuppに達すると（時刻ｔ６１）、回生電力Ｐ７の出力が再開される。そこでは、発電電力Ｐ６と同じ量の電力を回生するが、変換損失があるために蓄電池電圧Ｖ_batが微減しだす。そして、蓄電池電圧Ｖ_batが充電禁止解除電圧Ｖ_Clowまで低下すると（時刻ｔ６２）、回生電力Ｐ７の出力が再び停止され、結果、発電電力Ｐ６によって蓄電池電圧Ｖ_batが上昇を再開する。すなわち、以上の動作が繰り返されるため、回生電力Ｐ７にハンチングが生じることになる。したがって、このような回生電力Ｐ７のハンチングを防止・軽減するには、〔１〕の場合と同様に、放電再開の判定にヒステリシスや動作遅延を適切に設ける必要がある。しかしながら、回生開始の判定や回生電力Ｐ７の設定値について、上記と同様に、システム全体における様々で複雑な変動に対応するのはきわめてむずかしく、ハンチング発生の抑制に関して実際的な解決は困難となっている。

〔３〕蓄電池電圧Ｖ_batを正確にコントロールして、放電禁止電圧Ｖ_Dlowまで放電し、かつ充電禁止電圧Ｖ_Cuppまで充電するには、ＣＣＣＶ（定電流定電圧）制御を用いれば良い。しかしながら、そうすると、上記のとおり交流側の電力をコントロールすることが不可能になる。

具体的な動作例を図１４で説明する。簡略のため何段かのステップを経て充放電電力を絞る制御ではなく、閾値を超えたときに充放電を停止する制御を仮定するが、本質的には同様である。直流電源６で発電しながら双方向インバータＹの回生運転モードにおいて発電電力Ｐ６よりも大きな一定の回生電力Ｐ７を出力させる。そして、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が漸減している状態で、放電禁止電圧Ｖ_Dlowに達すると（時刻ｔ７１）、双方向インバータＹが回生運転自体をいったん完全に停止させる。その結果、回生電力Ｐ７は急減してゼロレベルとなる。すると、内部抵抗の作用により蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が急上昇し、すでに回生運転が停止していることから直流電源６からの充電により蓄電池電圧Ｖ_batの検出値は次第に上昇することになる。そして、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が放電禁止解除電圧Ｖ_Duppにまで上昇すると（時刻ｔ７２）、それまで停止させられていた回生運転が再開され、回生電力Ｐ７が希望電力値まで急上昇するとともに、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が急速に低下する。再び蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が放電禁止電圧Ｖ_Dlowまで達すると（時刻ｔ７３）、回生運転が再びいったん完全に停止され、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値は反転して急上昇する。以上のような動作を繰り返すため、回生電力Ｐ７にハンチングが生じてしまう。また、応答反応に適切なヒステリシスを設けていなければ、時刻ｔ７１の直後において、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が放電禁止電圧Ｖ_Dlowと放電禁止解除電圧Ｖ_Duppとの間での両者間を繰り返し行き来するようなハンチングを起こすこともある。また、放電禁止解除電圧Ｖ_Duppを高めに設定して適切なヒステリシスをもたせたとしても、ハンチングの周期を長くする効果があるものの、ハンチング自体を防ぐことはできない。このようなハンチングは、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値を放電禁止電圧Ｖ_Dlowや放電禁止解除電圧Ｖ_Duppのしきい値と比較判定した結果に反応して動作モードを瞬間的かつ明示的に切り替えていることに起因する。

以上のように、従来手法では、各部の電圧状態の検出値、電流状態の検出値をそれぞれの比較基準のしきい値と比較して、判定条件に該当すると、動作モードの切り替え、すなわちデジタル的な切り替え制御を行っていた。加えて、過充電・過放電を防止しながら蓄電池の最大限の充放電を利用するには、システム全体を考慮したヒステリシスや動作遅延を適切に設ける必要があるが、このような設定は現実的に困難で実際上、解決が図られている状況にはなかった。

本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、太陽光発電等の直流電源が接続された蓄電システムにおいて、蓄電池の過充電・過放電を防ぎながら、蓄電池の最大限の充放電の利用を可能にすることを目的としている。

本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題を解決する。

本発明による蓄電システム用の双方向インバータは、
電力系統および負荷と接続される交流系と蓄電池および直流電源と接続される直流系との間で力行・回生の制御を行うインバータ制御部を含む双方向インバータであって、
電力指令値に対する可変力行リミット値を最適力行リミット値に応じて変更可能な可変式力行リミッタ、および、前記電力指令値に対する可変回生リミット値を最適回生リミット値に応じて変更可能な可変式回生リミッタを有する力行・回生電力リミット制御手段と、
前記交流系側および前記直流系側における運転状況変化を反映する検出値に対応して前記可変力行リミット値と前記可変回生リミット値で定まる範囲内に収まるようにして求められたリアルタイムに連続変化する前記最適力行リミット値を決定し、その最適力行リミット値を前記可変式力行リミッタにフィードバックする最適力行リミット値決定手段と、
前記交流系側および前記直流系側における運転状況変化を反映する検出値に対応して前記可変力行リミット値と前記可変回生リミット値で定まる範囲内に収まるようにして求められたリアルタイムに連続変化する前記最適回生リミット値を決定し、その最適回生リミット値を前記可変式回生リミッタにフィードバックする最適回生リミット値決定手段とを備え、
前記最適力行リミット値および前記最適回生リミット値によりリミットされた前記電力指令値を前記インバータ制御部に送出することを特徴とする。

上記の構成においては、力行・回生電力リミット制御手段における可変式力行リミッタに対して最適力行リミット値決定手段から与えられる最適力行リミット値によって可変力行リミット値をリアルタイムに最適状態に変更するとともに、可変式回生リミッタに対して最適回生リミット値決定手段から与えられる最適回生リミット値によって可変回生リミット値をリアルタイムに最適状態に変更し、得られた最終電力指令値をインバータ制御部に送出する。ここでフィードバック信号として与える最適力行リミット値と最適回生リミット値はいずれもシビアに限界（ぎりぎり）まで絞り込まれ、しかも連続的に変化するものである。それゆえに、蓄電池を上限・下限の一杯まで充放電しても制御動作はハンチングを起こすことがなく、蓄電池の過充電・過放電を防ぎながらも、最大限の充放電を実現することが可能になる。よって、蓄電池に対するシームレスで安定的な力行制御および回生制御を他の各種の電力からの干渉なく実現することが可能となる。

上記の構成において、さらに次のように構成する好ましい態様がある。

前記最適力行リミット値決定手段については、充電禁止電圧に対する蓄電池電圧の検出値の偏差に対して上下限リミットをかけた結果の第１のリミット値と、双方向インバータからの力行電力の指令値に対して上限リミットをかけた結果の１つ以上の第２のリミット値とのうちから最小のリミット値を選択し、前記最適力行リミット値として出力するように構成された態様が好ましい。

前記最適回生リミット値決定手段については、放電禁止電圧に対する蓄電池電圧の検出値の偏差に対して上下限リミットをかけた結果の第４のリミット値と、双方向インバータからの回生電力の指令値に対して下限リミットをかけた結果の１つ以上の第５のリミット値とのうちから最大のリミット値を選択し、前記最適回生リミット値として出力するように構成された態様が好ましい。

この態様の構成において、充電禁止電圧に対する蓄電池電圧の検出値の偏差に対して上下限リミットをかけた結果の第１のリミット値は、主として、蓄電池の過充電を防止するために使用される。また、双方向インバータからの力行電力の指令値に対して上限リミットをかけた結果の第２のリミット値は、力行電力が以下の電力値を超えないようにするために使用される。具体的には、蓄電池に対する充電電力が蓄電池の最大充電電力値を超えないようにしたり、電力系統からの受電電力が最大受電電力値を超えないようにするために使用される。

また、放電禁止電圧に対する蓄電池電圧の検出値の偏差に対して上下限リミットをかけた結果の第４のリミット値は、主として、蓄電池の過放電を防止するために使用される。また、双方向インバータからの回生電力の指令値に対して下限リミットをかけた結果の第５のリミット値は、回生電力が以下の電力値を超えないようにするために使用される。具体的には、電力系統への逆潮流電力が逆潮流制限電力値を超えないようにするために使用される。

すなわち、充電禁止電圧に対する蓄電池電圧の偏差に対してリミットをかけるので、蓄電池における過充電を防止できる。また、放電禁止電圧に対する蓄電池電圧の偏差に対してリミットをかけるので、蓄電池における過放電を防止できる。

上記の構成において、さらに次のように構成する好ましい態様がある。

前記最適力行リミット値決定手段については、
充電禁止電圧と蓄電池電圧の検出値との偏差を算出する第１の減算手段と、
前記第１の減算手段の出力に対して上下限リミットをかけて第１のリミット値候補を出力する第１のリミッタと、
最大充電電力値と発電電力の検出値との偏差を算出する第２の減算手段と、
前記第２の減算手段の出力に対して上限リミットをかけて第２のリミット値候補を出力する第２のリミッタと、
最大受電電力値と負荷電力の検出値との偏差を算出する第３の減算手段と、
前記第３の減算手段の出力に対して上限リミットをかけて第３のリミット値候補を出力する第３のリミッタと、
前記第１ないし第３のリミット値候補のうちから最小のものを選択し、前記最適力行リミット値として出力する最小値選択手段とを有するように構成された態様が好ましい。

また、前記最適回生リミット値決定手段については、
放電禁止電圧と蓄電池電圧の検出値との偏差を算出する第４の減算手段と、
前記第４の減算手段の出力に対して上下限リミットをかけて第４のリミット値候補を出力する第４のリミッタと、
逆潮流制限電力値と負荷電力の検出値との偏差を算出する第５の減算手段と、
前記第５の減算手段の出力に対して下限リミットをかけて第５のリミット値候補を出力する第５のリミッタと、
前記第４ないし第５のリミット値候補のうちから最大のものを選択し、前記最適回生リミット値として出力する最大値選択手段とを有するように構成された態様が好ましい。

最小値選択手段、最大値選択手段はそれぞれ複数のリミット値候補から最小のもの、最大のものを選択し、得られた結果の最適力行リミット値、最適回生リミット値とする。複数のリミット値候補はそれぞれリアルタイムに連続的に生成される。あるリミット値候補と別のリミット値候補とがその大小関係においてクロッシングして、最小のものあるいは最大のものが、あるリミット値候補から別のリミット値候補へと切り替わる場合、切り替わりポイントの前後にわったって最小のものあるいは最大のものはそれぞれ連続したもの（シームレスに繋がったもの）となる（図８参照）。

それゆえに、上記と同様に、蓄電池を上限・下限の一杯まで充放電しても制御動作はハンチングを起こすことがなく、蓄電池の過充電・過放電を防ぎながらも、最大限の充放電を実現することが可能になり、蓄電池に対するシームレスで安定的な力行制御および回生制御を他の各種の電力からの干渉なく実現することが可能となる。

本発明による蓄電システムは、上記のいずれかの双方向インバータが電力系統および負荷に繋がる交流系と蓄電池および直流電源に繋がる直流系との間に介在された構成を有するものである。

本発明によれば、蓄電システム全体における様々で複雑な変動に対して、蓄電池を上限・下限の一杯まで充放電を可能にしながら、蓄電池の過充電・過放電を防ぎ、従来技術のような双方向インバータ出力のステップ的な変動をなくして、制御動作のハンチングを防止することができる。すなわち、従来技術のような、しきい値判定の結果に応じた制御態様の切り替えゆえに起こるハンチングを防止するための様々な制御要素の追加や、過充電・過放電を防止するための切り替え制御を不要化できる。

本発明の双方向インバータが適用された蓄電システムの基本構成図 本発明の双方向インバータの基本的な構成の一例を示す基本構成図 図２の構成において最適力行リミット値決定手段と最適回生リミット値決定手段の構成をより詳しく示した構成図 図３の構成において最適力行リミット値決定手段と最適回生リミット値決定手段の構成をさらに詳しく示した実施例の構成図 本発明の実施例の蓄電システム用の双方向インバータの回生運転の動作を示す波形図 本発明の実施例の蓄電システム用の双方向インバータの回生運転の動作を示す波形図 本発明の実施例の蓄電システム用の双方向インバータにおいて課題を解決するときの動作を示す波形図 本発明の実施例の蓄電システム用の双方向インバータにおいて課題を解決するときの動作を示す波形図 従来の直流電源なしタイプの蓄電システムの基本構成図 従来例の力行運転の動作を示す波形図 直流電源が追加接続された従来の蓄電システムの基本構成図 図１１に対応する従来例の回生運転の動作を示す波形図 図１１に対応する従来例の回生運転の動作を示す波形図 図１１に対応する従来例の課題を示す波形図

以下、本発明にかかる、直流電源が接続された蓄電システム用の双方向インバータおよび当該双方向インバータを適用した蓄電システムにつき、その実施の形態を説明する。

図１は本発明の双方向インバータが適用された、直流電源が接続された蓄電システムの概略構成図、図２は本発明の双方向インバータの基本的な構成の一例を示す基本構成図である。

図１において、１は電力系統２および負荷３と接続される交流系、４は蓄電池５および直流電源６と接続される直流系、Ｘは交流系１と直流系４との間で力行・回生の制御を行う双方向インバータである。直流電源６について、ここでは一例として独立に制御される太陽光発電装置を２つ含むものとして構成されている。それぞれの太陽光発電装置は太陽電池と昇圧チョッパとを含むものとなっている。ただし、直流電源６としては、太陽光発電装置以外の直流電源でもよい。また、その個数は任意であり、また複数種類のものを組み合わせてもかまわない（詳しくは後述する）。図１１に示す構成の直流電源が接続された蓄電システムに適用してもよい。

交流系１は電力系統２から受電電力Ｐ１を受電し、負荷３に対して負荷電力Ｐ２として供給する。力行運転モードにおいて、双方向インバータＸは交流系１の電力を交流−直流変換した上で直流系４側に供給する。このとき、交流系１から送り込まれる電力が力行電力Ｐ３である。双方向インバータＸによって直流系４側に力行された電力は、蓄電池５に対して充電電力Ｐ４として供給される。回生運転モードにおいて、双方向インバータＸは蓄電池５からの放電を行わせ、直流系４上に発生する放電電力Ｐ５を直流−交流変換した上で交流系１側に供給する。また、双方向インバータＸは直流電源６によって生起された発電電力Ｐ６を直流−交流変換した上で交流系１側に供給する。この回生運転モードで交流系１側にもたらされる電力が回生電力Ｐ７である。交流系１において回生電力Ｐ７が電力系統２に送出されるときは、その電力は逆潮流電力Ｐ８となる。

双方向インバータＸの構成を示す図２において、双方向インバータＸは、交流系１と直流系４との間に介在される前述のインバータ制御部１１のほか、このインバータ制御部１１をコントロールするための構成要素として、力行・回生電力リミット制御手段１０と最適力行リミット値決定手段２０と最適回生リミット値決定手段３０とを備えている。

力行・回生電力リミット制御手段１０は、可変式力行リミッタ１０Ａと可変式回生リミッタ１０Ｂを有している。図示例では可変式力行リミッタ１０Ａが前段に位置し、可変式回生リミッタ１０Ｂが後段に位置しているが、その逆の位置関係であってもよい。

可変式力行リミッタ１０Ａは、電力指令値Ｐ_ipと最適力行リミット値ＢＬ_powとを入力とする。最適力行リミット値ＢＬ_powは、交流系１および直流系４における運転状況変化をリアルタイムに反映するもので、電力指令値Ｐ_ipに対する力行リミットを前記の運転状況変化に即してリアルタイムに最適化制御する機能（可変力行リミット値Ｌ_powの最適化調整機能）を有している。最適力行リミット値ＢＬ_powは最適力行リミット値決定手段２０で生成される。最適力行リミット値決定手段２０が行う力行リミットの最適化については、双方向インバータＸの設計段階で運転モードの切り替えに応じて自動化されているのでもよいし、あるいはユーザーが任意に指示を与えることができるようにしてもよい。可変式力行リミッタ１０Ａは、交流系１および直流系４における運転状況変化をリアルタイムに反映しながら、最適力行リミット値ＢＬ_powに応じて電力指令値Ｐ_ipに対する可変力行リミット値Ｌ_powを変更する。すなわち、運転状況が定常状態であれば、上限値（upper limit）である可変力行リミット値Ｌ_powは、単位法表記（基準値に対する相対値での表記）で１．０［p.u.］（per-unit）となるが、定常状態から外れるときには１．０［p.u.］よりも小さいレベル（状況に応じて値が異なる）に変更する。また、１．０［p.u.］よりも大きいときは、強制的に１．０［p.u.］に固定化する。これにより、運転状況において過大（大き過ぎ）と判断されると、その上限値を小さい方に押さえ込んで、過剰な応答性すなわちハンチングを抑制する。

一方、可変式回生リミッタ１０Ｂは、可変式力行リミッタ１０Ａからの電力指令値Ｐ_ip′と最適回生リミット値ＢＬ_regとを入力とする。最適回生リミット値ＢＬ_regは、交流系１および直流系４における運転状況変化をリアルタイムに反映するもので、電力指令値Ｐ_ip′に対する回生リミットを前記の運転状況変化に即してリアルタイムに最適化制御する機能（可変回生リミット値Ｌ_regの最適化調整機能）を有している。最適回生リミット値ＢＬ_regは最適回生リミット値決定手段３０で生成される。最適回生リミット値決定手段３０が行う回生リミットの最適化については、双方向インバータＸの設計段階で運転モードの切り替えに応じて自動化されているのでもよいし、あるいはユーザーが任意に指示を与えることができるようにしてもよい。可変式回生リミッタ１０Ｂは、交流系１および直流系４における運転状況変化をリアルタイムに反映しながら、最適回生リミット値ＢＬ_regに応じて電力指令値Ｐ_ip′に対する可変回生リミット値Ｌ_regを変更する。すなわち、運転状況が定常状態であれば、下限値（lower limit）である可変回生リミット値Ｌ_regは−１．０［p.u.］となるが、定常状態から外れるときには−１．０［p.u.］よりも大きいレベル（状況に応じて値が異なる）に変更する。また、−１．０［p.u.］よりも小さいときは、強制的に−１．０［p.u.］に固定化する。これにより、電力指令値Ｐ_ipが運転状況において過小（小さ過ぎ）と判断されると、その下限値を小さい方に押さえ込んで、過剰な応答性すなわちハンチングを抑制する。

次に、上記のように構成された本実施の形態の直流電源が接続された蓄電システム用の双方向インバータＸの動作を説明する。

結論を先に述べると、この双方向インバータＸによれば、動作態様の遷移を、シームレスに（途切れのない状態で／一貫性・統一性のある状態で）行うことが可能となる。動作態様に変化を生じさせるのであるが、その都度のしきい値判定とそれに伴う何らかの制御信号のデジタル的な（動作態様が別のモードに変わるような）切り替えを行う必要がなく、その都度穏やかな遷移をもって動作態様がシームレスに変化していく。よって、ハンチングを防止することができる。

最終的にインバータ制御部１１に送り込むこととなる最終電力指令値Ｐ_opを生成するところの力行・回生電力リミット制御手段１０における制御は、その可変式力行リミッタ１０Ａによって電力指令値Ｐ_ipに対する力行リミット値（上限値）Ｌ_powを変更し、その可変式回生リミッタ１０Ｂによって電力指令値Ｐ_ipに対する回生リミット値（下限値）Ｌ_regを変更するものであるが、その変更制御に用いる最適力行リミット値ＢＬ_powおよび最適回生リミット値ＢＬ_regはそれぞれ最適力行リミット値決定手段２０および最適回生リミット値決定手段３０で生成される。

可変式力行リミッタ１０Ａ、可変式回生リミッタ１０Ｂは電力指令値Ｐ_ipに対する可変力行リミット値Ｌ_pow、可変回生リミット値Ｌ_regを互いに独立的に変更するものであるから、換言すれば、単に出入り口の開口率を大きくしたり小さくしたりするだけの遷移にすぎないから（図８参照）、デジタル的な（動作態様が別のモードに変わるような）切り替えを行う従来技術とは違って、本質的にシームレス（連続的）で穏やかな変化のもとに電力指令値Ｐ_ipに対するリミット制御の上限値・下限値を切り替える。

蓄電池５の過充電、過放電の防止を図ったり蓄電池残量ＳＯＣの最大限活用を図ったりするための制御要素には様々なものがあるが、とりわけ重要な制御要素は、蓄電池電圧Ｖ_batの指令値、電力系統２および負荷３と接続される交流系１から双方向インバータＸを介して蓄電池５へ送出する力行電力Ｐ３の指令値、蓄電池５および直流電源６と接続される直流系４から双方向インバータＸを介して交流系１へ送出する回生電力Ｐ７の指令値である。これらの指令値はリアルタイムに検出されるフィードバック制御のための各種の検出信号に基づいて調整される。電力指令値Ｐ_ipは、そのようなリアルタイムに調整された信号に応答して調整されることが肝要である。つまり、電力指令値Ｐ_ipが入力されると、それに対してリアルタイムに上下限のリミット値が設定される。

すなわち、電力指令値Ｐ_ipをそのままインバータ制御部１１に送出するのではなく、力行・回生電力リミット制御手段１０を介在させる。この力行・回生電力リミット制御手段１０において、入力されてくる電力指令値Ｐ_ipに対して、可変式力行リミッタ１０Ａおよび可変式回生リミッタ１０Ｂにて上下限リミットが設定され、得られた最終電力指令値Ｐ_opをインバータ制御部１１に送出するのである。

上記の構成において、最適力行リミット値決定手段２０は、双方向インバータＸによる力行制御動作について希望の動作特性を実現するために、最大力行・回生電力値の範囲内で検出値に対応して求められた最適力行リミット値ＢＬ_powを生成する。ここで、最適力行リミット値ＢＬ_powをどのように生成するかについては特に問わない。直流電源が接続された蓄電システムの態様に応じて様々な制御モードがあるが、各々の必要に応じて適宜に定めればよい。そして、その最適力行リミット値ＢＬ_powを力行・回生電力リミット制御手段１０における可変式力行リミッタ１０Ａにフィードバックする。

一方、最適回生リミット値決定手段３０は、双方向インバータＸによる回生制御動作について希望の動作特性を実現するために、最大力行・回生電力値の範囲内で検出値に対応して求められた最適回生リミット値ＢＬ_regを生成する。ここで、最適回生リミット値ＢＬ_regをどのように生成するかについては特に問わない。直流電源が接続された蓄電システムの態様に応じて様々な制御モードがあるが、各々の必要に応じて適宜に定めればよい。そして、その最適回生リミット値ＢＬ_regを力行・回生電力リミット制御手段１０における可変式回生リミッタ１０Ｂにフィードバックする。

上記の最適力行リミット値ＢＬ_powと最適回生リミット値ＢＬ_regのフィードバックは、互いに独立したものであり、原則的にはタイミング的に別個に起こるものであるが、状況によっては同時に起こることもある。

上記のように本発明実施例の直流電源が接続された蓄電システム用の双方向インバータＸは、
（１）可変力行リミット値Ｌ_powを変更可能な可変式力行リミッタ１０Ａと可変回生リミット値Ｌ_regを変更可能な可変式回生リミッタ１０Ｂを有する力行・回生電力リミット制御手段１０
（２）検出値に対応して求められた最適力行リミット値ＢＬ_powを可変式力行リミッタ１０Ａにフィードバックする最適力行リミット値決定手段２０
（３）検出値に対応して求められた最適回生リミット値ＢＬ_regを可変式回生リミッタ１０Ｂにフィードバックする最適回生リミット値決定手段３０
を備えている。

これにより、従来技術の場合のようなデジタル的な閾値比較での判定と動作モードのデジタル的な切り替えとは異なり、双方向インバータＸの前後の交流系１や直流系４における運転状況変化に対してリアルタイムに応答可能な最適力行リミット値ＢＬ_powおよび最適回生リミット値ＢＬ_regを生成し、その生成した最適力行リミット値ＢＬ_powおよび最適回生リミット値ＢＬ_regをそれぞれ力行・回生電力リミット制御手段１０の可変式力行リミッタ１０Ａ、可変式回生リミッタ１０Ｂにフィードバックする。その結果、可変式力行リミッタ１０Ａにおいては、その可変力行リミット値Ｌ_powが最適力行リミット値ＢＬ_powに設定され、電力指令値Ｐ_ipは交流系１や直流系４における現在の状況にリアルタイムで即応して最適力行リミット値ＢＬ_powでリミット設定されることになる。また、可変式回生リミッタ１０Ｂにおいては、その可変回生リミット値Ｌ_regが最適回生リミット値ＢＬ_regに設定され、電力指令値Ｐ_ipは最適な交流系１や直流系４における現在の状況にリアルタイムで即応して可変回生リミット値Ｌ_regでリミット設定されることになる。

その結果として、直流電源が接続された蓄電システムにおいて、蓄電池５の過充電・過放電を防ぎながら、蓄電池５の最大限の充放電を実現することが可能になる。

図３は図２の構成において最適力行リミット値決定手段２０と最適回生リミット値決定手段３０の構成をより詳しく示した構成図である。

図３に示すように、最適力行リミット値決定手段２０は、減算手段４１、ＰＩ制御部５１、リミッタ６１、力行電力レベル調整手段６０ａ、最小値選択手段７１を備えている。減算手段４１は充電禁止電圧Ｖ_Cuppと蓄電池電圧Ｖ_batの検出値との偏差ΔＶ₁ を算出する機能を有している。ＰＩ制御部５１は偏差ΔＶ₁ に対してＰＩ制御（比例・積分制御）を実行する機能を有している。リミッタ６１はＰＩ制御で得られた値ΔＶ₁ ′に対して最大力行・回生電力値の上限値および下限値でリミット設定を行い、得られたリミット値候補Ｌ_p1を最小値選択手段７１に送出する機能を有している。このリミット値候補Ｌ_p1は主として蓄電池５の過充電を防止するために使用される。力行電力レベル調整手段６０ａは、直流系４への出力電力に関する交流系１側での力行電力Ｐ３についてレベルを制限したい値Ｐａに対してリミッタ６２′において最大力行・回生電力値の上限値および下限値でリミット設定を行い、得られたリミット値候補Ｌ_p2′を最小値選択手段７１に送出する機能を有している。このリミット値候補Ｌ_p2′は力行電力Ｐ３が最大力行電力値を超えないようにするために使用される。例えば、蓄電池５に対する充電電力Ｐ４が最大充電電力値を超えないようにしたり、電力系統２からの受電電力が最大受電電力値を超えないようにするために使用される。最小値選択手段７１は、複数のリミット値候補Ｌ_p1，Ｌ_p2′のうちから最小のものを選択し（図８（ａ），（ｂ）参照）、最適力行リミット値ＢＬ_powとして可変式力行リミッタ１０Ａに送出する機能を有している。

最適回生リミット値決定手段３０は、減算手段４４、ＰＩ制御部５２、リミッタ６４、回生電力レベル調整手段６０ｂ、最大値選択手段７２を備えている。減算手段４４は放電禁止電圧Ｖ_Dlowと蓄電池電圧Ｖ_batの検出値との偏差ΔＶ₄ を算出する機能を有している。ＰＩ制御部５２は偏差ΔＶ₄ に対してＰＩ制御を実行する機能を有している。リミッタ６４はＰＩ制御で得られた値ΔＶ₄ ′に対して最大力行・回生電力値の上限値および下限値でリミットをかけ、得られたリミット値候補Ｌ_r4を最大値選択手段７２に送出する機能を有している。このリミット値候補Ｌ_r4は主として蓄電池５の過放電を防止するために使用される。回生電力レベル調整手段６０ｂは、直流電源６からの出力電力に関する交流系１側での回生電力Ｐ７についてレベルを制限したい値Ｐｂに対してリミッタ６５′において最大充電電力値の上限値および下限値でリミットをかけ、得られたリミット値候補Ｌ_r5′を最大値選択手段７２に送出する機能を有している。このリミット値候補Ｌ_r5′は回生電力Ｐ７が最大回生電力値を超えないようにするために使用される。あるいは、電力系統２への逆潮流電力Ｐ８が逆潮流制限電力値を超えないようにするために使用される。最大値選択手段７２は、複数のリミット値候補Ｌ_r4，Ｌ_r5′のうちから最大のものを選択し（図８（ｃ），（ｄ）参照）、最適回生リミット値ＢＬ_regとして可変式回生リミッタ１０Ｂに送出する機能を有している。

なお、直流電源６としては、太陽光発電装置のほか、風力発電装置や水力発電装置など再生可能エネルギーを利用して発電するもの、あるいはディーゼルエンジン発電機、あるいは燃料電池、マイクロガスタービン発電機などで生成された交流電力を整流するものなどであってもよい。その使用個数は単数または任意の複数であり、同じ方式の組み合わせ、異なる方式の組み合わせであってもかまわない。

以下、上記構成の本発明の直流電源が接続された蓄電システム用の双方向インバータにつき、その実施の形態を具体的な実施例のレベルで詳しく説明する。

図４は図３の構成において最適力行リミット値決定手段２０と最適回生リミット値決定手段３０の構成をさらに詳しく示した構成図、すなわち、力行電力レベル調整手段６０ａと回生電力レベル調整手段６０ｂの構成をより詳しく示した構成図である。

図４に示すように、最適力行リミット値決定手段２０は、第１の減算手段４１、ＰＩ制御部５１、第１のリミッタ６１、第２の減算手段４２、第２のリミッタ６２、第３の減算手段４３、第３のリミッタ６３、最小値選択手段７１を備えている。第１の減算手段４１は充電禁止電圧Ｖ_Cuppと蓄電池電圧Ｖ_batの検出値との偏差ΔＶ₁ を算出する機能を有している。第１のリミッタ６１はＰＩ制御部５１の出力ΔＶ₁ ′に対して上下限リミットを設定し第１のリミット値候補Ｌ_p1を出力する機能を有している。第２の減算手段４２は最大充電電力値Ｐ_Cmaxと直流電源６からの発電電力Ｐ６の検出値Ｐ_C との偏差ΔＰ₂ を算出する機能を有している。第２のリミッタ６２は第２の減算手段４２の出力ΔＰ₂ に対して上限リミットを設定し第２のリミット値候補Ｌ_p2を出力する機能を有している。第３の減算手段４３は最大受電電力値Ｐ_Fmaxと負荷電力Ｐ２の検出値Ｐ_F との偏差ΔＰ₃ を算出する機能を有している。第３のリミッタ６３は第３の減算手段４３の出力ΔＰ₃ に対して上限リミット設定し第３のリミット値候補Ｌ_p3を出力する機能を有している。最小値選択手段７１は、第１ないし第３のリミット値候補Ｌ_p1〜Ｌ_p3のうちから最小のものを選択し、最適力行リミット値ＢＬ_powとして出力する機能を有している。

最適回生リミット値決定手段３０は、第４の減算手段４４、ＰＩ制御部５２、第４のリミッタ６４、第５の減算手段４５、第５のリミッタ６５、最大値選択手段７２を備えている。第４の減算手段４４は放電禁止電圧Ｖ_Dlowと蓄電池電圧Ｖ_batの検出値との偏差ΔＶ₄ を算出する機能を有している。第４のリミッタ６４はＰＩ制御部５２の出力ΔＶ₄ ′に対して上下限リミットを設定し第４のリミット値候補Ｌ_r4を出力する機能を有している。第５の減算手段４５は逆潮流制限電力値Ｐ_Glimと負荷電力Ｐ２の検出値Ｐ_G との偏差ΔＰ₅ を算出する機能を有している。第５のリミッタ６５は第５の減算手段４５の出力ΔＰ₅ に対して上限リミットを設定し第５のリミット値候補Ｌ_r5を出力する機能を有している。最大値選択手段７２は、第４ないし第５のリミット値候補Ｌ_r4〜Ｌ_r5のうちから最大のものを選択し、最適回生リミット値ＢＬ_regとして出力する機能を有している。

第１のリミッタ６１でリミット上限値の「１．０」とリミット下限値の「−１．０」は、蓄電池電圧Ｖ_batに関しての偏差ΔＶ₁ において正負の領域（力行運転および回生運転）での最大値と最小値に対応している。ここで、第１のリミッタ６１でマイナスの回生側（「−１．０」）がある理由は、太陽電池Ｇによる発電がされている状態で力行するときに蓄電池５の過充電を防止するためには力行電力をゼロまで絞るだけでなく、回生する必要があるからである。なお、正値は力行運転（充電）に対応し、負値は回生運転（放電）に対応している。「０．０」は充電も放電も行わないことを意味する。

第２のリミッタ６２でリミット上限値の「１．０」とリミット下限値の「０．０」は、発電電力Ｐ６に関しての偏差ΔＰ₂ において正の領域（力行運転）での最大値と最小値に対応している。ここで、第２のリミッタ６２にマイナスの回生側（「−１．０」）がない理由は、最大充電電力が発電電力Ｐ６よりも大きいと仮定していることによる。「０．０」は充電も放電も行わないことを意味する。

第３のリミッタ６３でリミット上限値の「１．０」とリミット下限値の「０．０」は、負荷電力Ｐ２の偏差ΔＰ₃ に関しての偏差ΔＰ₃ において正の領域（力行運転）での最大値と最小値に対応している。「０．０」は充電も放電も行わないことを意味する。

第４のリミッタ６４でリミット上限値の「０．１」とリミット下限値の「−１．０」は、蓄電池電圧Ｖ_batに関しての偏差ΔＶ₄ において負の領域（回生運転）およびわずかな正の領域（力行運転）での最大値と最小値に対応している。負値は回生運転（放電）に対応し、正値は力行電力（充電）に対応している。「０．１」は、蓄電池５の自己放電に起因する完全放電あるいは負値へのシフトを抑えるための補充電の意である。「０．０」は充電も放電も行わないことを意味する。

第５のリミッタ６５でリミット上限値の「０．０」とリミット下限値の「−１．０」は、負荷電力Ｐ２に関しての偏差ΔＰ₅ において負の領域（回生運転）での最大値と最小値に対応している。「０．０」は充電も放電も行わないことを意味する。

第１のリミッタ６１と第４のリミッタ６４とは蓄電池電圧Ｖ_batと基準値との偏差にかかわるものであるが、第１のリミッタ６１では「−１．０」〜「１．０」で、第４のリミッタ６４では「−１．０」〜「０．１」となっていて非対称であるが、それは、蓄電池５においては充電電力Ｐ４と放電電力Ｐ５との双方向電力であるのに対し、直流電源６においては発電電力Ｐ６の一方向電力となっていることに起因する。

最適力行リミット値決定手段２０において、第１のリミッタ６１は、充電禁止電圧Ｖ_Cuppに対する蓄電池電圧Ｖ_batの検出値の偏差ΔＶ₁ に応じた信号を上下限リミットして第１のリミット値候補Ｌ_p1を出力する。第２のリミッタ６２は、最大充電電力Ｐ_Cmaxと発電電力Ｐ６の検出値Ｐ_C との偏差ΔＰ₂ に応じた信号を上限リミットして第２のリミット値候補Ｌ_p2を出力する。第３のリミッタ６３は、最大受電電力値Ｐ_Fmaxと負荷電力Ｐ２の検出値Ｐ_F との偏差ΔＰ₃ に応じた信号を上限リミットして第３のリミット値候補Ｌ_p3を出力する。そして、最小値選択手段７１は、第１ないし第３のリミット値候補Ｌ_p1〜Ｌ_p3のうち最小のものを選択し、最適力行リミット値ＢＬ_powとして力行・回生電力リミット制御手段１０における可変式力行リミッタ１０Ａにフィードバックする。

一方、最適回生リミット値決定手段３０において、第４のリミッタ６４は、放電禁止電圧Ｖ_Dlowと蓄電池電圧Ｖ_batの検出値との偏差ΔＶ₄ に応じた信号を上下限リミットして第４のリミット値候補Ｌ_r4を出力する。第５のリミッタ６５は、逆潮流制限電力値Ｐ_Glimと負荷電力Ｐ２の検出値との偏差ΔＰ₅ に応じた信号を下限リミットして第５のリミット値候補Ｌ_r5を出力する。ここで、逆潮流する方向をマイナス方向としているので、回生電力Ｐ７の上限値（絶対値）は、逆潮流制限電力値Ｐ_Glimと負荷電力Ｐ２との合算（和）となる。
そして、最大値選択手段７２は、第４ないし第５のリミット値候補Ｌ_r4〜Ｌ_r5のうち最大のものを選択し、最適回生リミット値ＢＬ_regとして力行・回生電力リミット制御手段１０における可変式回生リミッタ１０Ｂにフィードバックする。

次に、図４のように構成された直流電源を接続した蓄電システム用の双方向インバータＸの動作を説明する。

図５は直流電源６が運転状態にあって発電電力Ｐ６が生起し、なおかつ双方向インバータＸにおいて回生運転が実行され、回生電力Ｐ７が生起している状態を起点とする波形図である。この図は、図１２に示した従来例のようなハンチングが生じていないことを表している。

図５に示すように、蓄電池５が放電中で蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が低下し、これに伴って蓄電池残量ＳＯＣも低下しているとする。この段階で発電電力Ｐ６および回生電力Ｐ７は一定値を保持している（時刻ｔ０〜ｔ１）。蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が低下中に放電禁止電圧Ｖ_Dlowに達すると（時刻ｔ１）、最適回生リミット値決定手段３０において第４の減算手段４４の出力偏差ΔＶ₄ がゼロとなり、ＰＩ制御部５２の出力値ΔＶ₄ ′もゼロになり、第４のリミッタ６４から出力される第４のリミット値候補Ｌ_r4もゼロになる。その結果、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が一定値に落ち着くとともに蓄電池５からの放電電力Ｐ５がなくなり、また蓄電池残量ＳＯＣも一定値に落ち着くように漸減し、発電電力Ｐ６が一定であっても回生電力Ｐ７は次第に滑らかに減少していく。別言すると、回生電力Ｐ７をゆっくりと絞りながら蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が一定となるように制御している。すなわち、従来例の場合のようなハンチングが防止されている。また、蓄電池５における過放電も防止されている。一定時間が経過すると、発電電力Ｐ６によって回生電力Ｐ７がまかなわれる状態に安定する。双方向インバータＸにおける変換ロスのため、回生電力Ｐ７は発電電力Ｐ６よりわずかに小さいものとなり、蓄電池５の充放電はゼロに収束する。それが時刻ｔ２以降の動作波形となる。従来例に従うとハンチングを引き起こす訳であるが、本発明実施例においては、上述の動作メカニズムにより、回生電力Ｐ７の不足分を発電電力Ｐ６によって補うため、ハンチングは生じさせないですんでいる。蓄電池５に対する充放電がゼロ制御となるため、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値は一定値に安定化する。この挙動はいわゆる定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ充電）に相当する。

図６は直流電源６が運転状態にあって発電電力Ｐ６が生起し、なおかつ双方向インバータＸにおいて回生運転は行われておらず、回生電力Ｐ７がゼロレベルとなっている状態を起点とする波形図である。この図は、図１３に示した従来例のようなハンチングが生じていないことを表している。

図６に示すように、蓄電池５が充電中で蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が上昇し、これに伴って蓄電池残量ＳＯＣも上昇しているとする。この段階で発電電力Ｐ６および回生電力Ｐ７は一定値を保持している（時刻ｔ１０〜ｔ１１）。蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が上昇中に充電禁止電圧Ｖ_Cuppに達すると（時刻ｔ１１）、最適力行リミット値決定手段２０において第１の減算手段４１の出力偏差ΔＶ₁ がゼロを下回り、ＰＩ制御部５１の出力値ΔＶ₁ ′がゼロ未満となり、第１のリミッタ６１から出力される第１のリミット値候補Ｌ_r1もゼロ未満になる。その結果、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が一定値に落ち着く。蓄電池５は充電禁止電圧Ｖ_Cuppを維持しながら、回生電力Ｐ７が出力されるようになり、回生電力Ｐ７が緩やかに上昇していく（時刻ｔ１１以降）。また蓄電池残量ＳＯＣも一定値に落ち着くように漸増し、発電電力Ｐ６が一定であっても回生電力Ｐ７は次第に滑らかに増加していく。別言すると、回生電力Ｐ７をゆっくりと増やしながら蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が一定となるように制御している。すなわち、従来例の場合のようなハンチングが防止されている。また、蓄電池５における過充電も防止されている。一定時間が経過すると、発電電力Ｐ６によって回生電力Ｐ７がまかなわれる状態に安定し、ハンチングは生じさせないですんでいる。蓄電池５に対する充放電がゼロ制御となるため、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値は一定値に安定化する。この挙動はいわゆる定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ充電）に相当する。

図７はある時刻から回生電力Ｐ７を増加させる運転モードを示す。回生運転を行っていることから蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が漸次的に低下している過程にあって、時刻ｔ２１において、回生電力Ｐ７を増やす指令を行ったとする。すると、蓄電池５が有する内部抵抗のために蓄電池電圧Ｖ_batの検出値が急激に低下することになるが、もしその低下過程で放電禁止電圧Ｖ_Dlowを達したら（時刻ｔ２２）、蓄電池電圧Ｖ_batの検出値は従来例の図１４の反転上昇とは異なり、放電禁止電圧Ｖ_Dlowを保ったまま推移する。よって、過放電に陥ることなく、過放電直前までの可能な限りの出力を実現することが可能となっている。時刻ｔ２２以降の回生電力Ｐ７の状態遷移は緩やかで漸近的な状態遷移とすることができる。従来技術の場合には、回生運転の瞬時停止という動作態様の劇的な変化をしていた（図１４参照）のに対して、本発明実施例では、回生電力Ｐ７に漸次的な低下を伴いつつも、回生電力Ｐ７の低下動作は緩やかなものであり、回生運転自体は継続される。これ以降の状態遷移は交流系１および直流系４における状況変化の如何にもよるが、直流電源６による発電電力Ｐ６が増加して回生電力Ｐ７を賄うことができるようになるなど好条件が揃うようになれば、回生電力Ｐ７は破線で示すように漸減から漸増に反転推移して希望電力値まで増加させることも可能である。つまり、従来技術のようにしきい値と比較判定した結果に反応して動作モードを瞬間的かつ明示的に切り替える制御形態をとらなくて済み、双方向インバータＸの制御動作のハンチングを防止できる。ここで、シームレスな状態遷移がポイントである。また、蓄電池５の過充電・過放電を防ぎながらも、最大限の充放電を実現できる。つまり、電力消費の無駄を極力回避することができる。

図８は最適力行リミット値決定手段２０および最適回生リミット値決定手段３０の動作を示す波形図である。

図８（ａ）は最小値選択手段７１が第１ないし第３の３つのリミット値候補Ｌ_p1〜Ｌ_p3のうちから最小のものを選択する様子を示す。選択された結果が太い実線で表した最適力行リミット値ＢＬ_powである。なお、選択された結果が分かりやすいように、選択された結果の下方に太い実線を表しており、実際にはＬ_p1〜Ｌ_p3の値で制御されている。一例であるが、時刻ｔ３１までは第１のリミット値候補Ｌ_p1が最小であり、時刻ｔ３１〜ｔ３３でも時刻ｔ３３〜ｔ３４でも第１のリミット値候補Ｌ_p1が最小であり、時刻ｔ３４〜ｔ３５では第２のリミット値候補Ｌ_p2が最小であり、時刻ｔ３５〜ｔ３８でも第２のリミット値候補Ｌ_p2が最小であり、時刻ｔ３８以降では第３のリミット値候補Ｌ_p3が最小である。これら各時間区画での最小値どうしをシームレスに繋いだのが最適力行リミット値ＢＬ_powとなる。

図８（ｂ）は最適力行リミット値ＢＬ_powの正領域の有効波高値を示す。

図８（ｃ）は最大値選択手段７２が第１ないし第２の２つのリミット値候補Ｌ_r4〜Ｌ_r5のうちから最大のものを選択する様子を示す。選択された結果が太い実線で表した最適回生リミット値ＢＬ_regである。なお、選択された結果が分かりやすいように、選択された結果の上方に太い実線を表しており、実際にはＬ_p1〜Ｌ_p3の値で制御されている。一例であるが、時刻ｔ３２までは第４のリミット値候補Ｌ_r4が最大であり、時刻ｔ３２〜ｔ３６では第５のリミット値候補Ｌ_r5が最大であり、時刻ｔ３６〜ｔ３７では第４のリミット値候補Ｌ_r4が最大であり、時刻ｔ３７以降では第５のリミット値候補Ｌ_r5が最大である。これら各時間区画での最大値どうしをシームレスに繋いだのが最適回生リミット値ＢＬ_regとなる。

図８（ｄ）は最適回生リミット値ＢＬ_regの負領域の有効波高値を示す。

図８（ｅ）は図８（ｂ）の正領域の有効波高値をもつ最適力行リミット値ＢＬ_powと図８（ｄ）の負領域の有効波高値をもつ最適回生リミット値ＢＬ_regを合成した最適化力行・回生リミット値ＢＬを示す。この最適化力行・回生リミット値ＢＬは全体として力行・回生電力リミット制御手段１０における電力指令値Ｐ_ipに対する総合的な上下限リミット制御動作を司る。最適化力行・回生リミット値ＢＬは正領域から負領域にわたる有効全体波高値を伴っている。個々のタイミングにおける有効全体波高値は連続的に推移する。また、有効全体波高値における上限値ポイントはその位置をリアルタイムに変化させている。同様に、有効全体波高値における下限値ポイントはその位置をリアルタイムに変化させている。上限値ポイントの変化と下限値ポイントの変化とは互いに独立している。

このような機能により、交流系１および直流系４における運転状況変化をリアルタイムに反映しながら、蓄電池５に対するシームレスで安定的な力行制御および回生制御を実現することが可能となっている。

以上のように、力行・回生電力リミット制御手段１０における可変式力行リミッタ１０Ａに対して検出系から与える最適力行リミット値ＢＬ_powによって上限リミットをリアルタイムに実行するとともに、可変式回生リミッタ１０Ｂに対して検出系から与える最適回生リミット値ＢＬ_regによって下限リミットをリアルタイムに実行し、得られた最終電力指令値Ｐ_opをインバータ制御部１１に送出する。ここでフィードバック信号として与える最適力行リミット値ＢＬ_powと最適回生リミット値ＢＬ_regはいずれもシビアに限界まで絞り込まれたものである。それゆえに、蓄電池５を上限・下限の一杯まで充放電しても双方向インバータＸの制御動作はハンチングを起こすことがなく、蓄電池５の過充電・過放電を防ぎながらも、最大限の充放電を実現することが可能になる。よって、蓄電池５に対する力行制御および回生制御を他の各種の電力からの干渉なく実現することが可能となる。

本発明は、蓄電システムにおいて、蓄電池の過充電・過放電を防ぐとともに、ハンチング防止や過充電・過放電防止のための様々な制御要素の追加やステップ的な切り替え制御を不要としながら、蓄電池システム全体における様々で複雑な変動に対して、回生運転や力行運転にハンチングを起こさないで状態の蓄電池残量の最大限活用を実現する技術として有用である。

１ 交流系
２ 電力系統
３ 負荷
４ 直流系
５ 蓄電池
６ 直流電源
１０ 力行・回生電力リミット制御手段
１０Ａ 可変式力行リミッタ
１０Ｂ 可変式回生リミッタ
１１ インバータ制御部
２０ 最適力行リミット値決定手段
３０ 最適回生リミット値決定手段
４１ 第１の減算手段
４２ 第２の減算手段
４３ 第３の減算手段
４４ 第４の減算手段
４５ 第５の減算手段
６０ａ 力行電力レベル調整手段
６０ｂ 回生電力レベル調整手段
６１ 第１のリミッタ
６２ 第２のリミッタ
６３ 第３のリミッタ
６４ 第４のリミッタ
６５ 第５のリミッタ
７１ 最小値選択手段
７２ 最大値選択手段
ＢＬ_pow 最適力行リミット値
ＢＬ_reg 最適回生リミット値
Ｌ_pow 可変力行リミット値
Ｌ_reg 回生リミット値
Ｌ_p1 第１のリミット値候補
Ｌ_p2 第２のリミット値候補
Ｌ_p3 第３のリミット値候補
Ｌ_r4 第４のリミット値候補
Ｌ_r5 第５のリミット値候補
Ｐ１ 受電電力
Ｐ２ 負荷電力
Ｐ３ 力行電力
Ｐ４ 充電電力
Ｐ５ 放電電力
Ｐ６ 発電電力
Ｐ７ 回生電力
Ｐ８ 逆潮流電力
Ｐ_ip 電力指令値
Ｐ_Cmax 最大充電電力値
Ｐ_Fmax 最大受電電力値
Ｐ_Glim 逆潮流制限電力値
Ｖ_Dupp 放電禁止解除電圧（蓄電池電圧上限値）
Ｖ_bat 蓄電池電圧
Ｖ_Dlow 放電禁止電圧（蓄電池電圧下限値）
Ｘ 双方向インバータ

Claims (4)

1. 電力系統および負荷と接続される交流系と蓄電池および直流電源と接続される直流系との間で力行・回生の制御を行うインバータ制御部を含む双方向インバータであって、
   電力指令値に対する可変力行リミット値を最適力行リミット値に応じて変更可能な可変式力行リミッタ、および、前記電力指令値に対する可変回生リミット値を最適回生リミット値に応じて変更可能な可変式回生リミッタを有する力行・回生電力リミット制御手段と、
   前記交流系側および前記直流系側における運転状況変化を反映する検出値に対応して前記可変力行リミット値と前記可変回生リミット値で定まる範囲内に収まるようにして求められたリアルタイムに連続変化する前記最適力行リミット値を決定し、その最適力行リミット値を前記可変式力行リミッタにフィードバックする最適力行リミット値決定手段と、
   前記交流系側および前記直流系側における運転状況変化を反映する検出値に対応して前記可変力行リミット値と前記可変回生リミット値で定まる範囲内に収まるようにして求められたリアルタイムに連続変化する前記最適回生リミット値を決定し、その最適回生リミット値を前記可変式回生リミッタにフィードバックする最適回生リミット値決定手段とを備え、
   前記最適力行リミット値および前記最適回生リミット値によりリミットされた前記電力指令値を前記インバータ制御部に送出することを特徴とする双方向インバータ。
2. 前記最適力行リミット値決定手段は、充電禁止電圧に対する蓄電池電圧の検出値の偏差に対して上下限リミットをかけた結果の第１のリミット値と、双方向インバータからの力行電力の指令値に対して上限リミットをかけた結果の１つ以上の第２のリミット値とのうちから最小のリミット値を選択し、前記最適力行リミット値として出力するように構成され、
   前記最適回生リミット値決定手段は、放電禁止電圧に対する蓄電池電圧の検出値の偏差に対して上下限リミットをかけた結果の第４のリミット値と、双方向インバータからの回生電力の指令値に対して下限リミットをかけた結果の１つ以上の第５のリミット値とのうちから最大のリミット値を選択し、前記最適回生リミット値として出力するように構成されている請求項１に記載の双方向インバータ。
3. 前記最適力行リミット値決定手段は、
   充電禁止電圧と蓄電池電圧の検出値との偏差を算出する第１の減算手段と、
   前記第１の減算手段の出力に対して上下限リミットをかけて第１のリミット値候補を出力する第１のリミッタと、
   最大充電電力値と発電電力の検出値との偏差を算出する第２の減算手段と、
   前記第２の減算手段の出力に対して上限リミットをかけて第２のリミット値候補を出力する第２のリミッタと、
   最大受電電力値と負荷電力の検出値との偏差を算出する第３の減算手段と、
   前記第３の減算手段の出力に対して上限リミットをかけて第３のリミット値候補を出力する第３のリミッタと、
   前記第１ないし第３のリミット値候補のうちから最小のものを選択し、前記最適力行リミット値として出力する最小値選択手段とを有し、
   前記最適回生リミット値決定手段は、
   放電禁止電圧と蓄電池電圧の検出値との偏差を算出する第４の減算手段と、
   前記第４の減算手段の出力に対して上下限リミットをかけて第４のリミット値候補を出力する第４のリミッタと、
   逆潮流制限電力値と負荷電力の検出値との偏差を算出する第５の減算手段と、
   前記第５の減算手段の出力に対して下限リミットをかけて第５のリミット値候補を出力する第５のリミッタと、
   前記第４ないし第５のリミット値候補のうちから最大のものを選択し、前記最適回生リミット値として出力する最大値選択手段とを有している請求項１に記載の双方向インバータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の双方向インバータが電力系統および負荷に繋がる交流系と蓄電池および直流電源に繋がる直流系との間に介在されている蓄電システム。

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