JP2016140178A - 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】回生運転のハンチングなしに、蓄電池に対する充放電電力を所望通りに正確に制御しながら、蓄電池と直流電源との間の電力の流れを正確にコントロールする。また、ダブル発電における押し上げ効果なしの運転条件に対応する。【解決手段】回生電力リミット制御手段２０は蓄電池５の充放電電力値Ｐbatと当該充放電電力に対する指令値Ｐrefとの偏差ΔＰに応じた入力値に対する可変回生リミット値を最適回生リミット値ＢＬr_Xに応じて変更可能な可変式回生リミッタ２０Ｘを有する。代表値選択手段３０は複数の回生リミット値候補どうしを所定の指標に従って比較した結果選ばれた代表値を、最適回生リミット値ＢＬr_Xとして出力する。【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１３は従来の蓄電システムの基本構成図である。図１３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と太陽光発電装置等の直流電源６とに接続されている。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。さらに、直流電源６から直流系４に供給されるのが発電電力Ｐ６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。

交流系１側の電力を制御したい場合の例として、双方向インバータＹにおいてピークシフト運転やピークカット運転など必要に応じた力行・回生出力を行う。蓄電池電圧を監視し、目標電圧に達すると、充放電電流を絞ることにより、その一定電圧を維持する定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ充電）制御もある。この場合は、蓄電池電圧を一定化するコントロールが中心（専従）となるため、ピークシフト運転やピークカット運転など交流系１側での力行電力Ｐ３や回生電力Ｐ７の値について、所望で正確なコントロールができない。

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、その切り替えが頻繁に繰り返されるためである。ある制御対象電力がそれに対応するしきい値を超えることで制御態様が変化する動作と、別の制御対象電力がそれに対応するしきい値を超えることで制御態様が変化する動作と、さらに別の制御対象電力がそれに対応するしきい値を超えることで制御態様が変化する動作とは互いに独立したものであるが、第１の制御態様変化が第２、第３の制御態様に影響を与え、また第２の制御態様変化が第３、第１の制御態様に影響を与え、また第３の制御態様変化が第１、第２の制御態様に影響を与える。これら複数の制御態様の変化が不規則な順序でアトランダムに、不測に生起する。そして、その制御態様変化はしきい値判定に基づいた急峻なデジタル的な変化であるために、互いに与える影響が大きく、ある動作モードから別の動作モードへの遷移がシームレスに行えないという欠点がある。結果として、制御態様がハンチングを起こすなど不安定になりがちである。ハンチングを防止するには様々な制御対象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。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。

上記で説明した従来技術の蓄電システム用の双方向インバータにあっては、回生運転時に直流電源によって発電電力が生成されている動作モードにおいて、次のような問題がある。直流電源による発電電力は自然エネルギーに基づくもので変動が大きい。他方、双方向インバータは蓄電池に対する充電電力・放電電力自身を制御対象としてコントロールするものではない。その理由は、蓄電池に対する充電電力・放電電力の値は、その他の電力の流れの制御の結果として決まるものであり、直接の制御対象ではないからである。これに起因して、発電電力の値をそのまま回生する際の双方向インバータでの電力変換ロス分が蓄電池から補われることになり、結果として蓄電池が少し放電してしまって、発電電力のみを回生したいという意図が実現できない。つまり、いわゆるダブル発電における押し上げ効果なしの運転条件を満たすことができない（売電問題）。

蓄電池における充放電がないようにしたいならば、蓄電池の充放電電力がゼロになるようインバータの力行回生電力をフィードバック制御すればよい。しかし、その場合、ゼロ制御ゆえに蓄電池の電力を活用することができなくなる。換言すれば、ピークシフト運転やピークカット運転と直流電源の発電電力回生の運転とが両立できない。つまり、異なる運転形態間でのシームレスな遷移が実現できない。

一方、蓄電池からの充放電をゼロにして発電電力を回生しつつ、蓄電池の電力を有効に活用しようと思えば、状況に応じて制御方法を切り替えればよい。しかし、制御方式を切り替えると回生運転の動作がハンチングしやすくなる。そこで、ハンチングを回避・低減するためには、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り、現実的な解決策とはなっていなかった。また、上記の適切なヒステリシスと動作遅延の設定については、直流電源が自然エネルギー等の不安定な電源であることから最適値の設定が困難であり、また力行回生出力要件によっては最適値の設定が困難である。

本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、回生運転時に直流電源によって発電電力が生成されている動作モードにおいて、回生運転動作のハンチングなしに、蓄電池に対する充放電電力を所望通りに正確に制御しながら、蓄電池と直流電源との間の電力の流れを正確にコントロールすることを目的としている。併せて、ダブル発電における押し上げ効果なしの運転条件に対応し、ハンチングを防止するための様々な制御対象要素の追加を不要化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、
蓄電池の充放電電力値と当該充放電電力に対する指令値との偏差に応じた入力値に対してリミット制限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し、可変回生リミット値によりリミット制限された入力値を出力する回生電力リミット制御手段と、
複数の回生リミット値候補どうしを所定の指標に従って比較した結果選ばれた代表値を、前記最適回生リミット値として前記可変式回生リミッタに出力する代表値選択手段とを備え、
前記回生電力リミット制御手段から出力された出力値を前記インバータ制御部に送出することを特徴としている。

複数の回生リミット値候補は、双方向インバータの回生運転にかかわる各種の制御対象電力それぞれにおける目標値を指令する物理量である。代表値選択手段は、複数の回生リミット値候補のグループ内で候補どうしを所定の指標に従って比較し、その都度所定の指標に適合する１つの候補だけを代表値として選び出し、それを最適回生リミット値として回生電力リミット制御手段における可変式回生リミッタに出力する。どの候補が選ばれようと、得られた結果の最適回生リミット値は時間経過とともにシームレスに繋がっていく。可変式回生リミッタは自身における可変回生リミット値（変数）に対して代表値選択手段から入力した最適回生リミット値を更新設定する。可変式回生リミッタは、更新設定された最適回生リミット値を許容限界値として、入力されてくる値（蓄電池の充放電電力と当該充放電電力に対する指令値との偏差に対応する出力値）をスルーさせる。このようにして得られた最終の回生電力指令値が回生電力リミット制御手段の出力値としてインバータ制御部に送られる。

インバータ制御部に対する最終の回生電力指令値を生成するのが回生電力リミット制御手段である。この回生電力リミット制御手段はインバータ制御部の直前（換言すればインバータ制御部への入力系の最終段）に位置している。相互に直接的な関係性をもたない複数の制御対象電力の回生リミット値候補を代表値選択手段において集約し、最適回生リミット値を生成する。そしてその最適回生リミット値をインバータ制御部の直前の可変式回生リミッタに与え、それを許容限界値として、入力されてくる値をスルーさせている。

以上のようにして、直流電源による発電電力を利用しながらも蓄電池電力を利用するピークカット運転やピークシフト運転の同時設定モードにおいて、蓄電システム全体における様々で複雑な変動に対して、従来技術の場合のしきい値判定を伴うデジタル的な制御態様の切り替えなしに、所望の回生運転動作モードを実現することが可能となる。同時に、直流電源からの発電電力を双方向インバータで交流系に回生する運転モードにおいて、蓄電池からの放電電力分が電力系統側に逆潮流を起こさせていわゆるダブル発電での押し上げ効果が発生するのを回避することが可能となる。

よって、複数の運転モード間での遷移を回生運転のハンチングなしに、また蓄電池に対する充放電電力を所望通りに正確に制御しながら、蓄電池と直流電源との間の電力の流れを正確にコントロールすることが可能となる。なおかつ、そのための構成が比較的簡易なものですむ。なお、蓄電池に対する充放電電力の制御に関しては、ゼロ制御のみに限定されず、正または負の一定値に制御する場合も含み得るものとする。

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。

（１）前記回生電力リミット制御手段については、前記入力値に対する可変回生リミット値を可変回生リミット上限値とし、この可変回生リミット上限値を上位の最適回生リミット値に応じて変更可能な上位の可変式回生リミッタを有するものとし、前記代表値選択手段については、前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最小のものを選択し、前記上位の可変式回生リミッタに対して送出する最小値選択手段を有するという態様である。

これは端的には、可変式回生リミッタがリミット上限値可変タイプであることを限定したものである。すなわち、上記した本発明の基本の構成において、「可変回生リミット値」に「上限値」を付加し、「最適回生リミット値」および「可変式回生リミッタ」の前に「上位の」を付加し、「代表値選択手段」を「最小値選択手段」に限定している。この場合、リミット下限値については特に問うものではなく、固定値であってもよいし、可変値であってもよい。

（２）別の態様として、前記回生電力リミット制御手段については、前記入力値に対する可変回生リミット値を可変回生リミット下限値とし、この可変回生リミット下限値を下位の最適回生リミット値に応じて変更可能な下位の可変式回生リミッタを有するものとし、前記代表値選択手段については、前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最大のものを選択し、前記下位の可変式回生リミッタに対して送出する最大値選択手段を有するという態様である。

これは端的には、可変式回生リミッタがリミット下限値可変タイプであることを限定したものである。すなわち、上記した本発明の基本の構成において、「可変回生リミット値」に「下限値」を付加し、「最適回生リミット値」および「可変式回生リミッタ」の前に「下位の」を付加し、「代表値選択手段」を「最大値選択手段」に限定している。この場合、リミット上限値については特に問うものではなく、固定値であってもよいし、可変値であってもよい。

（３）さらに別の態様として、前記回生電力リミット制御手段については、前記可変回生リミット値を可変回生リミット上限値とし、この可変回生リミット上限値を上位の最適回生リミット値に応じて変更可能な上位の可変式回生リミッタと、前記可変回生リミット値を可変回生リミット下限値とし、この可変回生リミット下限値を下位の最適回生リミット値に応じて変更可能な下位の可変式回生リミッタとを有するものとする。併せて、前記代表値選択手段については、前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最小のものを選択し、前記上位の可変式回生リミッタに対して送出する最小値選択手段と、前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最大のものを選択し、前記下位の可変式回生リミッタに対して送出する最大値選択手段とを有するものとする。

これは端的には、上記の（１）と（２）とを併合したものに相当する。すなわち、リミット上限値可変タイプの上位の可変式回生リミッタとリミット下限値可変タイプの下位の可変式回生リミッタを有するとともに、代表値選択手段として最小値選択手段と最大値選択手段の双方を備えている。

最小値選択手段にかかわる複数の回生リミット値候補は、双方向インバータの回生運転にかかわる各種の制御要素それぞれにおける上限目標値を指令する物理量である。その上限目標値以下であれば適正値として許容するが、上限目標値をさらに上回るときには不適正値として許容せず、強制的にその上限目標値に固定する。

最大値選択手段にかかわる複数の回生リミット値候補は、双方向インバータの回生運転にかかわる各種の制御要素それぞれにおける下限目標値を指令する物理量である。その下限目標値以上であれば適正値として許容するが、下限目標値をさらに下回るときには不適正値として許容せず、強制的にその下限目標値に固定する。

最小値選択手段にかかわる複数の回生リミット値候補と最大値選択手段にかかわる複数の回生リミット値候補の関係については、基本的には互いに無関係なものであり、しかし場合によっては同じものであることもある。個数的にも全く任意であり、同数である必要性はなく、あるいは一方のグループでリミット値候補が１個の場合もあり得る。

最小値選択手段は複数の回生リミット値候補のグループ内で、その都度最小値となっているものを選び出す。グループ内のすべてのリミット値候補の集合体を上下幅をもつひとまとまりの帯状データと捉えると、その帯状データの底辺に沿った１つのラインを形成する。そのラインの上位にはすべてのリミット値候補が存在しているが、そのラインの下位にはリミット値候補は１つも存在しない。上位の可変式回生リミッタは、このようにして生成された上位の最適回生リミット値を上限値として、それ以下のシグナルをスルーさせる。

最大値選択手段は複数の回生リミット値候補のグループ内で、その都度最大値となっているものを選び出す。グループ内のすべてのリミット値候補の集合体を上下幅をもつひとまとまりの帯状データと捉えると、その帯状データの頂辺に沿った１つのラインを形成する。そのラインの下位にはすべてのリミット値候補が存在しているが、そのラインの上位にはリミット値候補は１つも存在しない。可変式回生リミッタは、このようにして生成された下位の最適回生リミット値を下限値として、それ以上のシグナルをスルーさせる。

よって、上位の可変式回生リミッタと下位の可変式回生リミッタとからなる回生電力リミット制御手段の総合作用としては、その都度現在の最適な下限値を形成する下位の最適回生リミット値を最下辺ラインとし、その都度現在の最適な上限値を形成する上位の最適回生リミット値を最上辺ラインとする状態で、回生運転時に入力されてくる蓄電池からの放電電力にかかわる入力値のシグナルを、その最下辺ラインと最上辺ラインとで挟まれた領域内に存在するものに限ってスルーさせる。

このようにして得られた最終の回生電力指令値がインバータ制御部に送られる。ここでフィードバック信号として与える上位の最適回生リミット値と下位の最適回生リミット値はいずれも連続的に変化するものである。それゆえに、電力指令値が切り替わってもハンチングを起こさない充放電を実現することが可能になる。よって、シームレスで安定的な回生制御を実現することが可能となる。

従来技術との比較での大きな特長として、直流電源による発電電力を利用しながらも蓄電池電力を利用するピークカット運転とピークシフト運転の同時設定モードにおいて、蓄電システム全体における様々で複雑な変動に対して、一番大きい電力を回生する動作モードと一番小さい電力を回生する動作モードとを制御態様の切り替えなしで実現することが可能となる。

（４）また、上位の可変式回生リミッタによりリミット制限された出力値をインバータ制御部に送出する動作モードと、下位の可変式回生リミッタによりリミット制限された出力値をインバータ制御部に送出する動作モードとを選択的に切り替え可能に構成した態様もある。これは、（ａ）上位の可変式回生リミッタと最小値選択手段との組み合わせ状態での動作モードと、（ｂ）下位の可変式回生リミッタと最大値選択手段との組み合わせ状態での動作モードとを有し、必要に応じて、両動作モードを任意に切り替えるように構成したものである。

（５）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、相互に直接的な関係性をもたない複数の回生リミット値候補をある共通の指標のもとに集約して、シームレスな最適回生リミット値を生成し、インバータ制御部への入力系の最終段において、そのシームレスな最適回生リミット値をもって、蓄電池の充放電電力値と当該充放電電力に対する指令値との偏差に応じた入力値をリミット制御しているので、双方向インバータ出力のステップ的な変動や回生運転のハンチングなしに、また蓄電池に対する充放電電力を所望通りに正確に制御しながら、蓄電池と直流電源との間の電力の流れを正確にコントロールして、ダブル発電における押し上げ効果なしの運転条件に対応することができる。加えて、ステップ的変動やハンチングを防止するための様々な制御対象要素の追加を不要化し、処理を簡略化することができる。

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 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の構成の一例を示す本発明の双方向インバータの基本構成図 図２の構成の別の一例を示す本発明の双方向インバータの基本構成図 図２の構成をより具体的レベルで展開した本発明の実施例の双方向インバータの概略構成図 図５の構成の実施例の双方向インバータの動作説明図 図５の構成の双方向インバータにおける第１の動作例を示す動作状況構成図 図７の構成の双方向インバータにかかわる電力不適正領域の説明図 図７の構成の双方向インバータにおける上位の最適回生リミット値の説明図 図５の構成の双方向インバータにおける第２の動作例を示す動作状況構成図 図１０の構成の双方向インバータにかかわる電力不適正領域の説明図 図１０の構成の双方向インバータにおける上位の最適回生リミット値の説明図 直流電源が追加接続された従来の直流電源が接続された蓄電システムの基本構成図

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）。

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。双方向インバータＸはまた、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インバータ制御部４０のほか、このインバータ制御部４０をコントロールするための構成要素として、回生電力リミット制御手段２０と代表値選択手段３０とを備えている。１１は検出された蓄電池５の充放電電力Ｐ_batと当該充放電電力に対する指令値Ｐ_refとの偏差ΔＰを生成する減算手段である。減算手段１１から出力される偏差ΔＰは、補償器１２を介して回生電力リミット制御手段２０における可変式回生リミッタ２０Ｘに対して入力される。

可変式回生リミッタ２０Ｘは、それ自身がもつ可変回生リミット値を最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}に応じて変更可能に制御するように構成されており、補償器１２を介して入力されてくる偏差ΔＰに対して、最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}に応じて可変制御された可変回生リミット値のもとにリミット制御を行う。代表値選択手段３０は、複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_X}，Ｌ_{r2_X}，Ｌ_{r3_X}どうしを所定の指標に従って比較した結果選ばれた代表値を、前記の最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}として可変式回生リミッタ２０Ｘに出力するように構成されている。所定の指標については、例えば最も小さい値を選択するとか、最も大きい値を選択するとかが代表例としてあるが、それ以外にも平均値、中間値、最頻値、最新値あるいは最古値などを選択するという指標もある。代表値選択手段３０が扱う複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_X}，Ｌ_{r2_X}，Ｌ_{r3_X}は、双方向インバータＸの回生運転にかかわる各種の制御対象電力それぞれにおける目標値を指令する物理量である。代表値選択手段３０は、その都度所定の指標に適合する１つの候補だけを代表値として選び出し、それを最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}として回生電力リミット制御手段２０における可変式回生リミッタ２０Ｘに出力する。

代表値選択手段３０によってどの候補が選ばれようと、得られた結果の最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}は時間経過とともにシームレスに繋がっていく。可変式回生リミッタ２０Ｘは自身における可変回生リミット値（変数）に対して代表値選択手段３０から入力した最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}を更新設定する。可変式回生リミッタ２０Ｘは、更新設定された最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}を許容限界値として、入力値をスルーさせる。このようにして得られた最終の回生電力指令値Ｐ_{reg_op}がインバータ制御部４０に送られる。

回生電力リミット制御手段２０はインバータ制御部４０の直前に位置している。可変式回生リミッタ２０Ｘに対して最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}を出力する代表値選択手段３０は、相互に直接的な関係性をもたない複数の制御対象電力の回生リミット値候補Ｌ_{r1_X}，Ｌ_{r2_X}，Ｌ_{r3_X}を集約し、所定の指標を元にした選択により最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}を生成する。この最適回生リミット値ＢＬ_{r_X}は、シームレスなものであり、しかもどの候補にも付随する互いに独立して推移する条件をすべてクリアしている。

図３は図２の基本構成の双方向インバータＸの一例を示す。ここでは、代表値選択手段３０として最小値選択手段３１Ａが用いられている。また、回生電力リミット制御手段２０における可変式回生リミッタ２０Ｘは、補償器１２の出力に対する可変回生リミット値を可変回生リミット上限値とする上位の可変式回生リミッタ２０Ｘ_{_H}として構成されている（２０Ｘ_{_H}で指示するブロック内の破線と上下方向の両矢印参照）。最小値選択手段３１Ａは、所定の指標として、複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_X}，Ｌ_{r2_X}，Ｌ_{r3_X}のうちから最小のものを選択し、上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_X_H}として、リミット上限値可変タイプの上位の可変式回生リミッタ２０Ｘ_{_H}に対して送出する。なお、上位の可変式回生リミッタ２０Ｘ_{_H}におけるリミット下限値については固定値とする。

図４は図２の基本構成の双方向インバータＸの別の一例を示す。ここでは、代表値選択手段３０として最大値選択手段３１Ｂが用いられている。また、回生電力リミット制御手段２０における可変式回生リミッタ２０Ｘは、補償器１２の出力に対する可変回生リミット値を可変回生リミット下限値とする下位の可変式回生リミッタ２０Ｘ_{_L}として構成されている（２０Ｘ_{_L}で指示するブロック内の破線と上下方向の両矢印参照）。最大値選択手段３１Ｂは、所定の指標を大小関係の比較として、複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_X}，Ｌ_{r2_X}，Ｌ_{r3_X}のうちから最大のものを選択し、下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_X_L}として、リミット下限値可変タイプの下位の可変式回生リミッタ２０Ｘ_{_L}に対して送出する。なお、下位の可変式回生リミッタ２０Ｘ_{_L}におけるリミット上限値については固定値とする。

より具体的な双方向インバータＸの構成を示す図５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インバータ制御部４０のほか、このインバータ制御部４０をコントロールするための構成要素として、偏差調整手段１０と回生電力リミット制御手段２０と上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａと下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂとを備えている。

偏差調整手段１０は、減算手段１１、Ｉ制御部１３、リミッタ１４を有している。減算手段１１は検出された蓄電池５の充放電電力Ｐ_batと当該充放電電力に対する指令値Ｐ_refとの偏差ΔＰを生成する機能を有している。Ｉ制御部１３は偏差ΔＰに対してＩ制御（積分制御）を実行する機能を有している。リミッタ１４はＩ制御で得られた積分値Ｐ′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、得られた電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}を回生電力リミット制御手段２０に送出する機能を有している。

回生電力リミット制御手段２０は、リミット上限値可変タイプの上位の可変式回生リミッタ２０Ａとリミット下限可変タイプの下位の可変式回生リミッタ２０Ｂを有している。図示例では上位の可変式回生リミッタ２０Ａが前段に位置し、下位の可変式回生リミッタ２０Ｂ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。

上位の可変式回生リミッタ２０Ａは、電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}と上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}とを入力とする。上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}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、電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}に対する上位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（可変回生リミット上限値Ｌ_{r_H}（上限）の最適化調整機能）を有している。上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}は上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａで生成される。上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａが行う上位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。上位の可変式回生リミッタ２０Ａ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、上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}に応じて電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}に対する可変回生リミット上限値Ｌ_{r_H}（上限）を変更する。すなわち、蓄電池５からの放電電力Ｐ５が小さく、電力指令値Ｐ_refに近づく方向に電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}が増加していくとき、上位の可変式回生リミッタ２０Ａによってリミット制限される前に放電電力Ｐ５が電力指令値Ｐ_refになる場合には、上位の可変式回生リミッタ２０Ａは電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}に対し、リミット制限を行うことなくそのままスルーし、一方で、放電電力Ｐ５が電力指令値Ｐ_refに達する前に上位の可変式回生リミッタ２０Ａにてリミット制限が行われる場合には、電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}は可変回生リミット上限値Ｌ_{r_H}、すなわち上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}になる。これにより、制御態様のデジタル的な切り替えなしに自動的に蓄電池５の充放電電力が電力指令値Ｐ_ref以下で、かつ回生電力Ｐ７が上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}以下となる。

一方、下位の可変式回生リミッタ２０Ｂは、上位の可変式回生リミッタ２０Ａからの電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}′と下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}とを入力とする。下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}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、電力偏差調整値Ｐ_{bat_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（可変回生リミット下限値Ｌ_{r_L}（下限）の最適化調整機能）を有している。下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}は下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂで生成される。下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂが行う下位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。下位の可変式回生リミッタ２０Ｂ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、下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}に応じて電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}′に対する可変回生リミット下限値Ｌ_{r_L}（下限）を変更する。すなわち、蓄電池５からの放電電力Ｐ５が大きく、電力指令値Ｐ_refに近づく方向に電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}′が減少していくとき、下位の可変式回生リミッタ２０Ｂによってリミット制限される前に放電電力Ｐ５が電力指令値Ｐ_refになる場合には、下位の可変式回生リミッタ２０Ｂは電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}′に対し、リミット制限を行うことなくそのままスルーし、放電電力Ｐ５が電力指令値Ｐ_refに達する前に下位の可変式回生リミッタ２０Ｂにてリミット制限が行われる場合には、電力偏差調整値Ｐ_{bat_ip}′は可変回生リミット下限値Ｌ_{r_L}、すなわち下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}になる。これにより、制御態様のデジタル的な切り替えなしに自動的に蓄電池５の充放電電力が電力指令値Ｐ_ref以上で、かつ回生電力が下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}以上となる。

上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａは、双方向インバータＸによる上位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上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}を生成する。そして、その上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}を回生電力リミット制御手段２０における上位の可変式回生リミッタ２０Ａに設定する。

一方、下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂは、双方向インバータＸによる下位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下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}を生成する。そして、その下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}を回生電力リミット制御手段２０における下位の可変式回生リミッタ２０Ｂに設定する。

上記の上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}と下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}の設定は、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。

上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａは最小値選択手段３１Ａを備えている。この最小値選択手段３１Ａは、それ以下は適正であるが、それを上回ると不適切であるとする複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌ_{r3_H}のうちから最小のものを選択し（図８、図９参照）、上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}として上位の可変式回生リミッタ２０Ａに送出する機能を有している。これらの回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌ_{r3_H}は、双方向インバータＸの回生運転にかかわる各種の制御対象電力それぞれにおける上限目標値を指令する物理量である。これらの回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌ_{r3_H}は、ピークシフト運転やピークカット運転や発電電力回生運転など個々の制御対象について、それを上回ると制御上不適切となる上方の限界値を定めるために使用される。ただし、個々の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}またはＬ_{r2_H}またはＬ_{r3_H}は互いに独立したもので、それ自体では回生運転モードでの蓄電池５と直流電源６との間の経時的な電力の流れを正確にコントロールすることはできない。

下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂは最大値選択手段３１Ｂを備えている。この最大値選択手段３１Ｂは、それ以上は適正であるが、それを下回ると不適切であるとする複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌ_{r3_L}のうちから最大のものを選択し（図１１、図１２参照）、下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}として下位の可変式回生リミッタ２０Ｂに送出する機能を有している。これらの回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌ_{r3_L}は、双方向インバータＸの回生運転にかかわる各種の制御対象電力それぞれにおける下限目標値を指令する物理量である。これらの回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌ_{r3_L}は、ピークシフト運転やピークカット運転や発電電力回生運転など個々の制御対象について、それを下回ると制御上不適切となる下方の限界値を定めるために使用される。ただし、個々の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}またはＬ_{r2_L}またはＬ_{r3_L}は互いに独立したもので、それ自体では回生運転モードでの蓄電池５と直流電源６との間の経時的な電力の流れを正確にコントロールすることはできない。

回生電力リミット制御手段２０が出力する最終の回生電力指令値Ｐ_{reg_op}は回生運転にかかわるインバータ制御部４０への指令値であるが、一方で力行運転にかかわる最終の力行電力指令値Ｐ_{pow_op}もインバータ制御部４０に向けて送られてくる。切り替え手段５０は、回生運転時の最終の回生電力指令値Ｐ_{reg_op}と力行運転時の最終の力行電力指令値Ｐ_{pow_op}とを切り替えてインバータ制御部４０に送るようになっている。

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。

次に、上記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の動作を説明する。

最適回生リミット値決定手段３０において、複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌ_{r3_H}が生成ないし入力設定され、それぞれ最小値選択手段３１Ａに送られる。最小値選択手段３１Ａは、入力されてきた複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌ_{r3_H}のうちから、その都度のタイミングで最小のものを選択する。なお、図６では、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_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌ_{r3_H}のいずれかの値で制御されている。図６に示すように、時刻ｔ０〜ｔ３では１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}が選択される。時刻ｔ２で２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}と３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}とがクロスするが、これは１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}の選択に影響を与えない。時刻ｔ３で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}に対して３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}がクロスして下位に回り込むようになるため、３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}が選択される。時刻ｔ５で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}と２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}とがクロスするが、これは３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}の選択に影響を与えない。時刻ｔ６で３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}に対して２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}がクロスして下位に回り込むようになるため、２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}が選択される。時刻ｔ７で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}と３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}とがクロスするが、これは２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}の選択に影響を与えない。時刻ｔ１０で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}と３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}とがクロスするが、これも２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}の選択に影響を与えない。

以上のようにして、複数の回生リミット値候補（Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌ_{r3_H}）のグループ内で、その都度最小値となっているものを選び出す。グループ内のすべてのリミット値候補の集合体を上下幅をもつひとまとまりの帯状データと捉えると、その帯状データの底辺に沿った１つのラインが形成されるが、最小値選択手段３１Ａは、その底辺ラインを上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}（上側の太い実線参照）として生成出力する。すなわち、最小値選択手段３１Ａが生成する上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}は、時刻ｔ０〜ｔ３での１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}、時刻ｔ３〜ｔ６での３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_H}および時刻ｔ６以降での２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}を一連に結んだものとなる。その形態はシームレスとなっている。

一方、下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂにおいて、複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌ_{r3_L}が生成ないし入力設定され、それぞれ最大値選択手段３１Ｂに送られる。最大値選択手段３１Ｂは、入力されてきた複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌ_{r3_L}のうちから、その都度のタイミングで最大のものを選択する。なお、図６では、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_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌ_{r3_L}のいずれかの値で制御されている。図６に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１では１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}が選択される。時刻ｔ１で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}に対して２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}がクロスして上位に回り込むようになるため、２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}が選択される。時刻ｔ３で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}と３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}とがクロスするが、これは２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}の選択に影響を与えない。時刻ｔ４で２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}に対して３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}がクロスして上位に回り込むようになるため、３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}が選択される。時刻ｔ８で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}と２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}とがクロスするが、これは３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}の選択に影響を与えない。時刻ｔ９で３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}に対して１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}がクロスして上位に回り込むようになるため、１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}が選択される。時刻ｔ１１で２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}と３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}とがクロスするが、これは１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}の選択に影響を与えない。

以上のようにして、複数の回生リミット値候補（Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌ_{r3_L}）のグループ内で、その都度最大値となっているものを選び出す。グループ内のすべてのリミット値候補の集合体を上下幅をもつひとまとまりの帯状データと捉えると、その帯状データの頂辺に沿った１つのラインが形成されるが、最大値選択手段３１Ｂは、その頂辺ラインを下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}（下側の太い実線参照）として生成出力する。すなわち、最大値選択手段３１Ｂが生成する下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}は、時刻ｔ０〜ｔ１での１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}、時刻ｔ１〜ｔ４での２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}、時刻ｔ４〜ｔ９での３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}および時刻ｔ９以降での１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}を一連に結んだものとなる。その形態はシームレスとなっている。

以下、具体的動作例を説明する。

（第１の動作例）
図７は図５の構成の蓄電システム用の双方向インバータにおける第１の動作例を示す動作状況構成図、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は電力不適正領域の説明図、図９は図７に対応した上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}および下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}の生成説明図である。

第１の動作例にあっては、図８（ａ）で太い実線で示すように上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａにおける１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}としてピークシフト回生電力の回生リミット値を設定し、図８（ｂ）で太い破線で示すように２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}としてピークカット回生電力の回生リミット値を設定する。図８（ｃ）で太い鎖線で示すのは発電電力Ｐ６である。また、下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂにおける１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}として目標電力値０．０を設定する。２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}および３番目の回生リミット値候補Ｌ_{r3_L}の設定はない。

図８（ａ）で太い実線で示すように、ピークシフト回生電力の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１まではゼロレベルの固定値で推移し、時刻ｔ１１で急速に立ち上がり、時刻ｔ１１以降は一定のハイレベルの固定値で推移するような指令情報となっている。つまりは、時刻ｔ１１でピークシフト回生運転を実行しようする運転制御プログラムに対応している。回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}のラインの上位にあるハッチングで強調した領域がピークシフト回生電力の不適正領域Ｅ１_{NG_H}となり、回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}のライン以下の白色の領域がピークシフト回生電力の適正領域Ｅ１_{OK_H}となっている。

図８（ｂ）で太い破線で示すように、ピークカット回生電力の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}は、時刻ｔ１０ですでにハイレベルにあり、時刻ｔ１０から時刻ｔ１６にかけて緩やかに低位レベルに減少するような指令情報となっている。回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}のラインの上位にあるハッチングで強調した領域がピークカット回生電力の不適正領域Ｅ２_{NG_H}となり、回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}のライン以下の白色の領域がピークカット回生電力の適正領域Ｅ２_{OK_H}となっている。

図８（ｃ）で太い鎖線で示す発電電力Ｐ６は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までは一定の中位レベルの固定値で推移し、時刻ｔ１３から緩やかに立ち上がり、時刻ｔ１４およびそれ以降にかけて勾配を漸減しながらも一定のハイレベルに向かう増加傾向を示している。発電電力Ｐ６のラインの上位にあるハッチングで強調した領域が不適正領域Ｅ３_{NG_H}となり、発電電力Ｐ６のライン以下の白色の領域が適正領域Ｅ３_{OK_H}となっている。

上記の複数の運転態様である図８（ａ）のピークシフト回生電力の適正領域Ｅ１_{OK_H}と図８（ｂ）のピークカット回生電力の適正領域Ｅ２_{OK_H}と図８（ｃ）の発電電力Ｐ６の適正領域Ｅ３_{OK_H}の論理積をとった領域が図９で細い縦線群を引いて示す回生電力の適正領域Ｅ_{OK_H}である。そして、この回生電力の適正領域Ｅ_{OK_H}の頂辺に沿ったラインが上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}となる。最小値選択手段３１Ａは、このようにして複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌr_{3_H}のうちから常に最小のものを選択するものであり、選択の結果得られた上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}が図９で太い実線で示すラインとなる。

そして、下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂにおいては、１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}として回生電力の基準値ゼロレベルである「０．０」が設定されている。なお、ここでは、正値は回生運転（放電）に対応している（負値は力行運転（充電）に対応）。

図９において、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１にかけて、１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}が選択されている。時刻ｔ１１で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}に対して発電電力Ｐ６がクロスして下位に回り込むようになるため、発電電力Ｐ６が選択される状態にシームレスに遷移する。時刻ｔ１２で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}と２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}とがクロスするが、これは上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}としての発電電力Ｐ６の選択に影響を与えない。時刻ｔ１３で発電電力Ｐ６が増加し始めるが、１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}と２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}に対して依然として小さいので発電電力Ｐ６がそのまま選択される。時刻ｔ１４で発電電力Ｐ６に対して２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}がクロスして下位に回り込むようになるため、２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}の選択状態にシームレスに遷移する。時刻ｔ１５で１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}と発電電力Ｐ６とがクロスするが、これは２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}の選択に影響を与えない。この状態は時刻ｔ１６まで続いている。

以上のようにして、複数の回生リミット値候補（Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｐ６）のグループ内で、その都度最小値となっているものをリアルタイムに選び出す。グループ内のすべてのリミット値候補の集合体を上下幅をもつひとまとまりの帯状データと捉えると、その帯状データの底辺に沿った１つのラインが形成されるが、最小値選択手段３１Ａは、その底辺ラインを上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}（上側の太い実線参照）として生成出力する。すなわち、最小値選択手段３１Ａが生成する上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}は、時刻ｔ１０〜ｔ１１での１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}、時刻ｔ１１〜ｔ１４での発電電力Ｐ６および時刻ｔ１４以降での２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}を一連に結んだものとなる。その形態はシームレスとなっている。

図９で一連の上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}のラインの上位部分に施したハッチングは、この運転モードでの回生電力の不適正領域Ｅ_{NG_H}となる。その上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}のラインから下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}まで引いた細い縦線群の領域がこの運転モードでの回生電力の適正領域Ｅ_{OK_H}となる。

時刻ｔ１０〜ｔ１１の時間帯では、直流電源６による発電電力Ｐ６は生起しているが、ピークシフト運転にかかわる１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}を上限とすることを条件にして制御している。時刻ｔ１１〜ｔ１４の時間帯では、電力指令値Ｐ_refを０．０にフィードバックする制御が有効になり、結果として発電電力Ｐ６に近い値（Ｐ６から電力損失を引いた値）が回生される。時刻ｔ１４〜ｔ１６の時間帯では、ピークカット運転にかかわる２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}を上限とすることを条件にして制御している。詳しくは次のとおりである。

時刻ｔ１０〜ｔ１１の時間帯では、ピークカット運転中であるため、発電電力Ｐ６は回生せず、蓄電池５の充電に供している。時刻ｔ１１〜ｔ１３の時間帯では、ピークシフト運転を開始したので、発電電力Ｐ６の蓄電池５への充電は停止し、発電電力Ｐ６を交流系１へ回生する。しかし、その回生電力Ｐ７は放電電力Ｐ５をゼロに制御した結果、発電電力Ｐ６に近い値（Ｐ６から電力損失を引いた値）となっている。時刻ｔ１３〜ｔ１４の時間帯では発電電力Ｐ６が増加するが、これに伴って回生電力Ｐ７の上限も追従させ、増加させている。時刻ｔ１４以降では、発電電力Ｐ６が増え続けるが、回生電力Ｐ７のピークカット運転（図８（ｂ）；２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}参照）に制約されて、回生電力Ｐ７の出力は漸次的な抑制を受けるようになっている。

このように時間帯によって運転態様が刻々変遷してゆくが、いずれの態様からいずれの態様へ変遷しようとも、従来例のようなしきい値判定での切り替えゆえに予期せぬステップ的な変動（急変）を招いてしまうというのではなく、リミット値の上限値の連続的・シームレスな推移でもって対応することができる。

（第２の動作例）
図１０は図５の構成の蓄電システム用の双方向インバータにおける第２の動作例を示す動作状況構成図、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は電力不適正領域の説明図、図１２は図１０に対応した下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}および上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}の生成説明図である。

第２の動作例にあっては、図１１（ａ）で太い実線で示すように下位の最適回生リミット値決定手段３０Ｂにおける１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}としてピークシフト回生電力の回生リミット値を設定し、図１１（ｂ）で太い破線で示すように２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}としてピークカット回生電力の回生リミット値を設定する。図１１（ｃ）で太い鎖線で示すのは発電電力Ｐ６である。また、上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａにおける１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}としてシステムの最大回生電力値を設定する。２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_H}および３番目の回生リミット値候補Ｌr_{3_H}の設定はない。

図１１（ａ）で太い実線で示すように、ピークシフト回生電力の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}は、時刻ｔ２０から時刻ｔ２３まではゼロレベルの固定値で推移し、時刻ｔ２３で急速に立ち上がり、時刻ｔ２３以降は一定のハイレベルの固定値で推移するような指令情報となっている。つまりは、時刻ｔ２３でピークシフト回生運転を実行しようする運転制御プログラムに対応している。回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}のラインの下位にあるハッチングで強調した領域がピークシフト回生電力の不適正領域Ｅ１_{NG_L}となり、回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}のライン以上の白色の領域がピークシフト回生電力の適正領域Ｅ１_{OK_L}となっている。

図１１（ｂ）で太い破線で示すように、ピークカット回生電力の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}は、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１にかけてゼロレベルの固定値で推移し、時刻ｔ２１でやや急速に立ち上がり、時刻ｔ２３までは勾配を徐々に下げながらも上昇し、時刻ｔ２３で頂点に達し、時刻ｔ２３からは緩やかに低下し始め、時刻ｔ２５までは勾配を徐々にマイナス側に強めながら低下し、時刻ｔ２５以降はゼロレベルで推移するような指令情報となっている。回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}のラインの下位にあるハッチングで強調した領域がピークカット回生電力の不適正領域Ｅ２_{NG_L}となり、回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}のライン以上の白色の領域がピークカット回生電力の適正領域Ｅ２_{OK_L}となっている。

図１１（ｃ）で太い鎖線で示す発電電力Ｐ６は、時刻ｔ２０から時刻ｔ２６まで一定の中位レベルの固定値で推移する。発電電力Ｐ６のラインの下位にあるハッチングで強調した領域が不適正領域Ｅ３_{NG_L}となり、発電電力Ｐ６のライン以上の白色の領域が適正領域Ｅ３_{OK_L}となっている。

上記の複数の運転態様である図１１（ａ）のピークシフト回生電力の適正領域Ｅ１_{OK_L}と図１１（ｂ）のピークカット回生電力の適正領域Ｅ２_{OK_L}と図１１（ｃ）の発電電力の適正領域Ｅ３_{OK_L}の論理積をとった領域が図１２で細い縦線群を引いて示す回生電力の適正領域Ｅ_{OK_L}である。そして、この回生電力の適正領域Ｅ_{OK_L}の底辺に沿ったラインが下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}となる。最大値選択手段３１Ｂは、このようにして複数の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｐ６のうちから常に最大のものを選択するものであり、選択の結果得られた下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}が図１２で太い実線で示すラインとなる。

そして、上位の最適回生リミット値決定手段３０Ａにおいては、１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_H}としてシステムの最大回生電力の値が設定されている。

図１２において、時刻ｔ２０から時刻ｔ２２にかけて、蓄電池５からの放電電力を０．０に制御することにより発電電力Ｐ６に近い電力（電力損失を引いた値）を回生する。時刻ｔ２１で２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}が立ち上がるが、このことは下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}としての発電電力Ｐ６の選択に影響を与えない。時刻ｔ２２で発電電力Ｐ６に対して２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}がクロスして上位に回り込むようになるため、２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}が選択される状態にシームレスに遷移する。時刻ｔ２３で２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}に対して１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}がクロスして上位に回り込むようになるため、１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}の選択状態にシームレスに遷移する。時刻ｔ２４で２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}と発電電力Ｐ６とがクロスするが、これは１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}の選択に影響を与えない。この状態は時刻ｔ２６まで続いている。

以上のようにして、複数の回生リミット値候補（Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｐ６）のグループ内で、その都度最大値となっているものをリアルタイムに選び出す。グループ内のすべてのリミット値候補の集合体を上下幅をもつひとまとまりの帯状データと捉えると、その帯状データの頂辺に沿った１つのラインが形成されるが、最大値選択手段３１Ｂは、その頂辺ラインを下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}（下側の太い実線参照）として生成出力する。すなわち、最大値選択手段３１Ｂが生成する下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}は、時刻ｔ２０〜ｔ２２での発電電力Ｐ６、時刻ｔ２２〜ｔ２３での２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}および時刻ｔ２３以降での１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}を一連に結んだものとなる。その形態はシームレスとなっている。

図１２で一連の下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}のラインの下位部分に施したハッチングは、この運転モードでの回生電力の不適正領域Ｅ_{NG_L}となる。その下位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_L}のラインから上位の最適回生リミット値ＢＬ_{r_H}まで引いた細い縦線群の領域がこの運転モードでの回生電力の適正領域Ｅ_{OK_L}となる。

時刻ｔ２０〜ｔ２１の時間帯では、直流電源６による発電電力Ｐ６が生起しており、一方、ピークシフト運転もピークカット運転も指令されていないので、発電電力Ｐ６を下限とする状態で運転している。時刻ｔ２１でピークカット運転が開始されるが、時刻ｔ２２までは発電電力Ｐ６がピークカット運転にかかわる２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}よりも大きいので、引き続いて発電電力Ｐ６を下限とする状態で運転している。時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３の時間帯では、ピークカット運転にかかわる２番目の回生リミット値候補Ｌ_{r2_L}を下限とする状態で運転している。時刻ｔ２３〜ｔ２６の時間帯では、ピークシフト運転にかかわる１番目の回生リミット値候補Ｌ_{r1_L}を下限とする状態で運転している。

このように時間帯によって運転態様が刻々変遷してゆくが、いずれの態様からいずれの態様へ変遷しようとも、従来例のようなしきい値判定に基づいて切り替えるのではなく、リミット値の下限値の連続的・シームレスな推移でもって対応することができる。

以上詳述したように、複数の制御対象電力ごとにしきい値判定を行って個別的に（相互に直接の関係性をもたずに）制御を続けるがゆえに出力形態に予期せぬステップ的な変動（急変）を招来する従来技術とは異なり、インバータ制御部４０に対する最終的な指令値を生成する直前の回生電力リミット制御手段２０において、相互に直接的な関係性をもたない複数の制御対象電力を集約して、それらに共通する判定基準として、リミッタ上限値に対しては複数の制御対象電力のうちの最も小さいものを選び、また、リミッタ下限値に対しては複数の制御対象電力のうちの最も大きいものを選ぶことで、すべての制御対象電力が要求している条件を満たすことができる。したがって、集約的で単純な処理（最小値選択、最大値選択）をもって、複数の運転モード間の遷移を互いにシームレスに実現することができる。すなわち、蓄電池５と直流電源６との間の電力の流れを正確にコントロールし、回生運転モードにおいて蓄電池５に対する充放電電力を正確にゼロ制御することを比較的容易に実現することができる。なお、充放電電力の正確なゼロ制御は動作の好ましい一例ではあるが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、正または負の一定値に固定化するコントロールの場合も含み得るものとする。

なお、上記実施形態では、偏差調整手段１０とリミッタ１４との間を中継する手段としてＩ制御部（積分制御部）１３を用いているが、必ずしもそれに限定する必要はなく、Ｉ制御部に代えてＰＩ制御部（比例積分制御部）やＰＩＤ制御部（比例積分微分制御部）を使用してもよい。ただし、ＰＩ制御はＩ制御に比べて動作が速いため、後段にさらに蓄電池電圧についてＰＩ制御を伴うリミット制御が控えている場合には、２つのＰＩ制御が干渉して動作乱れが発生し、正確な制御が困難になってしまう。そこで、そのような場合には、応答性の比較的緩やかなＩ制御部が好ましいと言える。

蓄電池５にかかわる電力指令値Ｐ_refについては通常これをゼロ（０．０）に設定するが、本発明は必ずしもそれに限定されるものではなく、ゼロに比較的近い任意の値（正・負いずれも可）を取り得るものとなっている。

直流電源６からの発電電力Ｐ６を双方向インバータＹで交流系１に回生する運転モードにおいて、放電電力Ｐ５をゼロにすることにより蓄電池５からの放電電力Ｐ５が電力系統２側に逆潮流を起こしていわゆるダブル発電での押し上げ効果が発生するのを防止する。すなわち、放電電力Ｐ５をゼロ制御することでダブル発電における押し上げ効果なしに対応することができる。発電電力Ｐ６を回生しながら蓄電池５に対する一定充電速度での充電や蓄電池５からの一定放電速度での放電が可能となる。

本発明は、蓄電システムにおいて、蓄電池と直流電源との間の電力の流れを正確にコントロールして、ダブル発電における押し上げ効果なしの運転条件に対応し、併せて、ステップ的変動やハンチングを防止するための様々な制御対象要素の追加を不要化し、処理を簡素化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
２０ 回生電力リミット制御手段
２０Ａ 上位の可変式回生リミッタ
２０Ｂ 下位の可変式回生リミッタ
２０Ｘ 可変式回生リミッタ
３０ 代表値選択手段
３１Ａ 最小値選択手段
３１Ｂ 最大値選択手段
４０ インバータ制御部
ＢＬ_{r_H} 上位の最適回生リミット値
ＢＬ_{r_L} 下位の最適回生リミット値
Ｌ_{r1_H}，Ｌ_{r2_H}，Ｌr_{3_H} 回生リミット値候補
Ｌ_{r1_L}，Ｌ_{r2_L}，Ｌr_{3_L} 回生リミット値候補
Ｌ_{r1_X}，Ｌ_{r2_X}，Ｌ_{r3_X} 回生リミット値候補
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_bat 蓄電池の充放電電力
Ｐ_ref （蓄電池の充放電電力に対する）電力指令値
ΔＰ 偏差
Ｘ 双方向インバータ

Claims (6)

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、
   蓄電池の充放電電力値と当該充放電電力に対する指令値との偏差に応じた入力値に対してリミット制限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し、可変回生リミット値によりリミット制限された入力値を出力する回生電力リミット制御手段と、
   複数の回生リミット値候補どうしを所定の指標に従って比較した結果選ばれた代表値を、前記最適回生リミット値として前記可変式回生リミッタに出力する代表値選択手段とを備え、
   前記回生電力リミット制御手段から出力された出力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. 前記回生電力リミット制御手段は、前記可変回生リミット値を可変回生リミット上限値とし、この可変回生リミット上限値を上位の最適回生リミット値に応じて変更可能な上位の可変式回生リミッタを有し、
   前記代表値選択手段は、前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最小のものを選択し、前記上位の可変式回生リミッタに対して送出する最小値選択手段を有している請求項１に記載の双方向インバータ。
3. 前記回生電力リミット制御手段は、前記可変回生リミット値を可変回生リミット下限値とし、この可変回生リミット下限値を下位の最適回生リミット値に応じて変更可能な下位の可変式回生リミッタを有し、
   前記代表値選択手段は、前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最大のものを選択し、前記下位の可変式回生リミッタに対して送出する最大値選択手段を有している請求項１に記載の双方向インバータ。
4. 前記回生電力リミット制御手段は、
   前記可変回生リミット値を可変回生リミット上限値とし、この可変回生リミット上限値を上位の最適回生リミット値に応じて変更可能な上位の可変式回生リミッタと、
   前記可変回生リミット値を可変回生リミット下限値とし、この可変回生リミット下限値を下位の最適回生リミット値に応じて変更可能な下位の可変式回生リミッタとを有し、
   前記代表値選択手段は、
   前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最小のものを選択し、前記上位の可変式回生リミッタに対して送出する最小値選択手段と、
   前記所定の指標を大小関係の比較として、前記複数の回生リミット値候補のうちから最大のものを選択し、前記下位の可変式回生リミッタに対して送出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。
5. 前記上位の可変式回生リミッタによりリミット制限された出力値を前記インバータ制御部に送出する動作モードと、前記下位の可変式回生リミッタによりリミット制限された出力値を前記インバータ制御部に送出する動作モードとが選択的に切り替え可能に構成されている請求項４に記載の双方向インバータ。
6. 請求項１ないし請求項５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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