WO2012144399A1 - 直流給電システム - Google Patents

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WO2012144399A1
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storage battery
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storage
voltage
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仁志 直江
亮二 松井
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02M7/21—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
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    • H02J2207/00—Details of circuit arrangements for charging or discharging batteries or supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Definitions

  • the present invention relates to a DC power supply system, and more particularly to a DC power supply system in which a power storage unit is directly connected to a DC bus without going through a power converter.
  • the power converter connected to the single-phase three-wire commercial power system converts the DC power generated by the distributed power supply device into AC power and supplies it to the commercial power system.
  • a configuration is adopted in which AC power of a commercial power system is converted to DC power and supplied to equipment.
  • This type of power converter is composed of an inverter bridge composed of a plurality of switching elements and an interconnected relay.
  • the inverter bridge converts DC power to AC power by PWM (pulse width modulation) control, and connects Some are configured to be supplied to two wires (R-phase wire, T-phase wire) other than the neutral wire of the single-phase three-wire commercial power system via a system relay.
  • a smoothing circuit composed of two capacitors connected in series is connected to the DC side of the inverter bridge in order to suppress fluctuations in the input voltage to the inverter bridge.
  • the midpoint of these two capacitors is connected to the neutral point of the single-phase three-wire commercial power system.
  • the two capacitors do not always output the same voltage, and there is a problem that voltage imbalance occurs between the two capacitors. I get up. If voltage imbalance occurs between the two capacitors, the ground voltage at the midpoint of the two capacitors may become unstable.
  • an object of the present invention is to stabilize the ground voltage of the DC bus in a DC power supply system in which the power storage unit is directly connected to the DC bus without going through the power converter. It is to become.
  • a DC power supply system for supplying DC power to a DC load, the DC positive / negative bus arranged between the system power and the DC load, and the power supply voltage to the DC positive / negative bus.
  • a power storage unit that outputs power, and a power conversion device that performs power conversion between the DC positive and negative buses and the power system.
  • the power storage unit includes first and second storage batteries that are connected in series between the DC positive and negative buses, and whose midpoint is grounded.
  • the system power includes a single-phase three-wire power system.
  • the power storage unit further includes a remaining capacity detection unit for detecting the remaining capacity of each of the first and second storage batteries based on the state value of each of the first and second storage batteries.
  • a power conversion device is connected to a DC positive / negative bus, and includes a power conversion circuit that performs power conversion between a DC power of a power storage unit and an AC power of a power system by a plurality of switching elements, and a DC voltage and a remaining capacity between the DC positive / negative buses
  • a power conversion control unit for performing switching control of the plurality of switching elements based on the detection value of the detection unit.
  • the power conversion control unit includes a first switching control unit for switching control of the plurality of switching elements based on a deviation between the DC voltage target value and the DC voltage between the DC positive and negative buses, and the first storage battery. And a second switching control unit for controlling switching of the plurality of switching elements based on a deviation between the remaining capacity detection value of the second storage battery and the remaining capacity detection value of the second storage battery.
  • the second switching control unit has a first condition that the remaining capacity detection value of one of the first storage battery and the second storage battery reaches an upper limit value of the control range, the first storage battery, and the second storage battery.
  • the switching control of the plurality of switching elements is performed based on the deviation of the remaining capacity detection value.
  • the second switching control unit is configured to connect the first storage battery between the power storage unit and the power system.
  • the switching of the plurality of switching elements is controlled so that a current circulation path for discharging the current is formed.
  • the second switching control unit is configured to connect the second storage battery between the power storage unit and the power system.
  • the switching of the plurality of switching elements is controlled so that a current circulation path for discharging the current is formed.
  • the power storage unit when the abnormality is detected in at least one of the first and second storage batteries, the power storage unit further includes a blocking unit for blocking the charging / discharging path of the storage battery in which the abnormality is detected.
  • the DC power supply system further includes a wiring for connecting the middle point of the power storage unit and the neutral point of the power system.
  • the power storage unit in which a power storage unit is directly connected to a DC bus without a power converter, the power storage unit is connected in series between the DC positive and negative buses, and the two storage batteries are grounded at the midpoint
  • FIG. 1 schematically shows an overall configuration of a DC power supply system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. It is a figure which shows the remaining capacity-voltage curve of an electrical storage part. It is a block diagram explaining the detail of the electrical storage part and DC / AC converter in FIG. It is a figure which shows the further detailed structure of the 1st storage battery in FIG. 3, and a 1st storage battery control part. It is a figure which shows the control structure of the control apparatus in FIG. It is a figure explaining the power conversion operation
  • FIG. 10 is a time waveform diagram for explaining the switching control shown in FIG. 9. It is a figure which shows the control structure of the control part in FIG. It is a circuit diagram which shows the detailed structure of the modification of the DC / AC converter which concerns on this Embodiment. It is a circuit diagram which shows the detailed structure of the AC / DC converter in FIG. It is a figure explaining the power conversion operation
  • FIG. 1 schematically shows an overall configuration of a DC power feeding system according to an embodiment of the present invention.
  • the DC power supply system includes a DC bus 1, a photovoltaic power generation system 2, a power storage unit 3, and a system power system 4.
  • the DC bus 1 supplies DC power to the DC load group 5.
  • the DC load group 5 is, for example, an electric device such as an air conditioner, a refrigerator, a washing machine, a television, a lighting device, or a personal computer used at home. Alternatively, it may be an electric device such as a computer, a copier or a facsimile used in an office, or an electric device such as a showcase or a lighting device used in a store.
  • a solar power generation system 2, a power storage unit 3, and a system power system 4 are connected to the DC bus 1.
  • DC power supply system a case will be described in which each of DC bus 1, solar power generation system 2, power storage unit 3, system power system 4, and DC load group 5 is provided.
  • DC bus 1, solar power generation system 2, power storage unit 3, system power system 4, and DC load group 5 is provided.
  • the DC bus 1 is constituted by a positive bus PL and a negative bus SL which are a pair of power lines.
  • the photovoltaic power generation system 2 includes a solar cell 20 and a DC / DC converter 30.
  • the DC / DC converter 30 is disposed between the solar cell 20 and the DC bus 1, converts the DC power received from the solar cell 20 into a voltage, and supplies it to the DC bus 1.
  • the voltage conversion operation in the DC / DC converter 30 is performed from a control unit (not shown) according to the output voltage of the solar battery 20 and the voltage of the DC bus 1 (the line voltage between the positive bus PL and the negative bus SL). It is controlled according to the switching command.
  • the power storage unit 3 is a rechargeable power storage element, and typically includes a secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a nickel metal hydride battery.
  • the power storage unit 3 has a configuration in which two sets of storage batteries composed of a plurality of secondary battery cells are connected in series, and a resistor Rg2 is connected between the midpoint of both storage batteries and the ground.
  • the power storage unit 3 has a rated voltage of 380 V and a storage battery capacity of 10 Ah.
  • FIG. 2 is a diagram showing a remaining capacity-voltage curve of the power storage unit 3.
  • the horizontal axis indicates the remaining capacity (SOC: State of Charge) (%) of the power storage unit 3
  • the vertical axis indicates the voltage (V) of the power storage unit 3.
  • the SOC is a percentage (0 to 100%) of the current remaining capacity with respect to the full charge capacity.
  • power storage unit 3 is 300 V when empty (SOC is 0%), 360 V when SOC is 20%, 380 V (rated voltage) when SOC is 50%, 400V when the SOC is 80%, and 420V when the SOC is fully charged (SOC is 100%).
  • the voltage of the power storage unit 3 is suppressed to a fluctuation range of 380 ⁇ 20V.
  • power storage unit 3 since the change in voltage is relatively stable with respect to the change in SOC, power storage unit 3 has a high voltage stabilization capability. Thereby, the power storage unit 3 can stably supply the power supply voltage to the DC bus 1.
  • the power storage unit 3 is directly connected to the DC bus 1 and exchanges DC power with the DC bus 1.
  • “directly connected” means that a power converter such as a DC / DC converter is not interposed between the DC bus 1 and the power storage unit 3. Therefore, the voltage of DC bus 1 is substantially equal to the power supply voltage of power storage unit 3.
  • the grid power system 4 exchanges DC power with the DC bus 1.
  • the grid power system 4 includes a DC / AC converter 50, an AC / DC converter 70, and a grid power 40.
  • System power 40 is power received from an electric power company or the like (for example, AC 200V).
  • the system power 40 is supplied from a single-phase three-wire commercial AC power system.
  • the neutral wire is grounded via the resistor Rg1
  • AC 200V is supplied using two wires other than the neutral wire (R-phase wire RL and T-phase wire TL). Supply.
  • the DC / AC converter 50 and the AC / DC converter 70 are connected in parallel between the DC bus 1 and the system power 40.
  • the DC / AC converter 50 converts the DC power received from the DC bus 1 into AC power and supplies it to the system power 40.
  • the AC / DC converter 70 converts AC power received from the system power 40 into DC power and supplies it to the DC bus 1.
  • system power is purchased from an electric power company or the like via the AC / DC converter 70 (power purchase), and surplus power is supplied from the electric power company or the like via the DC / AC converter 50. It is possible to sell to (power sale).
  • FIG. 3 is a configuration diagram illustrating details of power storage unit 3 in FIG. 1.
  • power storage unit 3 includes storage batteries 3-1, 3-2 and storage battery control units 4-1, 4-2.
  • the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2 are connected in series between the positive bus PL and the negative bus SL constituting the DC bus 1 via the storage battery control units 4-1 and 4-2. Part 3 is configured.
  • Each of the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2 includes a battery module in which a plurality of secondary battery cells are connected in series.
  • the midpoint of storage battery control units 4-1, 4-2, that is, the midpoint of storage batteries 3-1, 3-2 (point B in the figure) is grounded through neutral point bus NL.
  • a resistor Rg2 is inserted and connected to the neutral point bus NL.
  • the line voltage between positive bus PL and negative bus SL is 380 V (rated voltage of power storage unit 3)
  • the potentials at positive bus PL, negative bus SL, and midpoint B are +190 V, ⁇ 190 V, and ground, respectively. It becomes a potential (0 V).
  • each of storage batteries 3-1 and 3-2 is composed of a secondary battery having a large capacity, so that each storage battery repeats charging / discharging, thereby causing positive bus PL and neutral point bus.
  • Variations in the line voltage of NL and the line voltage between neutral point bus NL and negative bus SL can be leveled. Accordingly, these two line voltages can be kept in balance without performing complicated control, and a stable ground voltage can be generated at the middle point B of the power storage unit 3.
  • the first storage battery control unit 4-1 monitors the state of the first storage battery 3-1, in order to protect the first storage battery 3-1, from overcharge, overdischarge, temperature rise, and the like. Specifically, the first storage battery control unit 4-1 includes the charge / discharge current input / output to / from the first storage battery 3-1, the charge / discharge voltage of the first storage battery 3-1 and the first storage battery 3-1. The temperature is detected, and the state (SOC and temperature state) of the first storage battery 3-1 is monitored based on the detected value. Further, the first storage battery control unit 4-1 transmits the state of the first storage battery 3-1 to the control device 60 of the DC / AC converter 50.
  • the second storage battery control unit 4-2 monitors the state of the second storage battery 3-2. Specifically, the second storage battery control unit 4-2 performs charge / discharge current input / output to / from the second storage battery 3-2, charge / discharge voltage of the second storage battery 3-2, and the second storage battery 3-2. The temperature is detected, and the state (SOC and temperature state) of the second storage battery 3-2 is monitored based on the detected value. Further, the second storage battery control unit 4-2 transmits the state of the second storage battery 3-2 to the control device 60 of the DC / AC converter 50.
  • FIG. 4 shows a more detailed configuration of the first storage battery 3-1 and the first storage battery control unit 4-1 in FIG.
  • the configurations of the second storage battery 3-2 and the second storage battery control unit 4-2 are the same as the configurations of the first storage battery 3-1 and the first storage battery control unit 4-1, respectively.
  • the configurations of the 3-1 and the first storage battery control unit 4-1 will be described.
  • first storage battery 3-1 includes a plurality of battery cells 301 to 304 connected in series, and a plurality of cell measuring units 311 to 314 provided corresponding to each battery cell.
  • four battery cells 301 to 304 are connected in series, but the number of battery cells is not particularly limited.
  • Each cell measurement unit detects the “state value” of the corresponding battery cell. Specifically, each cell measurement unit detects the “state value” of the corresponding battery cell based on the output of the voltage sensor, current sensor, and temperature sensor (both not shown) provided in the corresponding battery cell. To do. That is, the “state value” includes the battery voltage, battery current, and battery temperature of the battery cell.
  • the battery voltage, the battery current, and the battery temperature are collectively referred to as “battery data”.
  • the battery data of the battery cells 301 to 304 detected by the cell measuring units 311 to 314 are output to the first battery control unit 4-1.
  • the first battery control unit 4-1 includes a microcomputer 400, a voltage measurement unit 402, a current measurement unit 404, a cutoff unit 406, a communication unit 408, and an external IF (interface) 410.
  • Voltage measuring unit 402 is provided between positive bus PL and neutral point bus NL. Voltage measurement unit 402 detects charge / discharge voltage Vb1 of first storage battery 3-1, and outputs the detected value to microcomputer 400.
  • Current measuring unit 404 is connected to positive bus PL. Current measurement unit 404 detects charge / discharge current Ib1 of first storage battery 3-1, and outputs the detected value to microcomputer 400.
  • FIG. 4 shows battery data (battery voltage, battery current and battery temperature of each battery cell) from the cell measuring units 311 to 314 inside the first storage battery 3-1, voltage measuring unit.
  • the charge / discharge voltage Vb1 from 402 and the charge / discharge current Ib1 from the current measuring unit 404 are illustrated.
  • the microcomputer 400 is configured to be able to communicate with a control device of the system power system 4 and the photovoltaic power generation system 2 and an external control device that performs overall control of the DC power supply system through the communication unit 408 and the external IF 410. Information from these control devices is also input to the microcomputer 400.
  • the microcomputer 400 calculates the SOC (SOC1) of the first storage battery 3-1, based on the charge / discharge voltage Vb1 from the voltage measurement unit 402 and the charge / discharge current Ib1 from the current measurement unit 404. For example, the microcomputer 400 sequentially calculates the SOC1 of the first storage battery 3-1, based on the integrated value of the charge / discharge amount of the first storage battery 3-1.
  • the integrated value of the charge / discharge amount can be obtained by temporally integrating the product (power) of the charge / discharge current and the charge / discharge voltage. Or you may calculate SOC1 based on the relationship between an open circuit voltage (OCV: Open Circuit Voltage) and SOC.
  • the microcomputer 400 further calculates the degree of deterioration of the first storage battery 3-1 based on the battery data from the cell measuring units 311 to 314. As the degree of deterioration, internal resistance or full charge capacity can be used.
  • the microcomputer 400 outputs the state value, SOC1, and degree of deterioration of the first storage battery 3-1 to an external control device through the communication unit 408 and the external IF 410.
  • the microcomputer 400 monitors the state of the battery cells 301 to 304 based on the battery data from the cell measuring units 311 to 314.
  • an abnormality such as overcharge, overdischarge, or overcurrent is detected in any of the battery cells 301 to 304
  • an abnormality signal indicating an abnormality of the first storage battery 3-1 is detected through the communication unit 408 and the external IF 410. Is output to an external control device.
  • blocking unit 406 that is inserted and connected to the DC bus 1 is provided.
  • the blocking unit 406 is configured to be able to block the charging / discharging path of the first storage battery 3-1 in response to an abnormal signal from the microcomputer 400.
  • blocking unit 406 includes a charge breaker that is inserted and connected to positive bus PL and that can block the charging path, and a discharge breaker that blocks the discharging path.
  • the microcomputer 400 activates the abnormality signal and interrupts the charge / discharge path of the first storage battery 3-1 by the charge breaker and the discharge breaker.
  • the microcomputer 400 conducts the discharge breaker that constitutes the cutoff unit 406 when the first storage battery 3-1 is discharged.
  • the charging circuit breaker is cut off to keep the discharge path of the first storage battery 3-1 while blocking the charging path.
  • the microcomputer 400 conducts the charging circuit breaker when charging the first storage battery 3-1, while the first storage battery 3--1.
  • the discharge circuit breaker is interrupted by interrupting the discharge circuit breaker while maintaining the charging path of the first storage battery 3-1.
  • the microcomputer 400 turns off the charging circuit breaker and the discharging circuit breaker to charge / discharge the first storage battery 3-1. Block the route.
  • the second storage battery 3-2 is configured in the same manner as the first storage battery 3-1, and includes a plurality of battery cells connected in series and a plurality of cell measurement units provided corresponding to each battery cell.
  • the battery data of each battery cell of the second storage battery 3-2 is output to the second storage battery control unit 4-2 (FIG. 3).
  • the second storage battery control unit 4-2 includes a microcomputer, a voltage measurement unit, a current measurement unit, a cutoff unit, a communication unit, and an external IF.
  • the voltage measuring unit detects the charge / discharge voltage Vb2 of the second storage battery 3-2 and outputs the detected value to the microcomputer.
  • the current measuring unit detects the charging / discharging current Ib2 of the second storage battery 3-2 and outputs the detected value to the microcomputer.
  • the microcomputer calculates the SOC (SOC2) of the second storage battery 3-2 based on the charge / discharge voltage Vb2 from the voltage measurement unit and the charge / discharge current Ib2 from the current measurement unit.
  • the microcomputer calculates the degree of deterioration of the second storage battery 3-2 based on the battery data from the second storage battery control unit 4-2.
  • the microcomputer outputs the state value, SOC2, and deterioration degree of the second storage battery 3-2 to the grid power system 4 through the communication unit and the external IF.
  • the microcomputer monitors the state of the plurality of battery cells constituting the second storage battery 3-2 based on the battery data from the second storage battery control unit 4-2, and the microcomputer stores one of the plurality of battery cells.
  • the charging / discharging path of the second storage battery 3-2 is blocked by controlling the blocking unit by the method described above.
  • DC / AC converter 50 includes a DC / AC conversion unit 52, interconnection reactors 54 and 56, a DC voltage detection unit 58, and a control device 60.
  • the DC / AC conversion unit 52 converts the DC power received from the DC bus 1 into AC power according to the switching control signals S1 to S4 from the control device 60, and outputs the AC power to the system power 40.
  • the DC / AC converter 52 includes transistors Q1 to Q4, which are switching elements, and diodes D1 to D4. Transistors Q1 and Q3 are connected in series between positive bus PL and negative bus SL constituting DC bus 1. An intermediate point between transistors Q1 and Q3 is connected to R-phase line RL. Interconnection reactor 54 is connected to R-phase line RL.
  • Transistors Q2 and Q4 are connected in series between positive bus PL and negative bus SL. An intermediate point between transistors Q2 and Q4 is connected to T-phase line TL. Interconnection reactor 56 is connected to T-phase line TL. Between the collector and emitter of each of the transistors Q1 to Q4, diodes D1 to D4 that flow current from the emitter side to the collector side are respectively connected.
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor
  • the DC voltage detection unit 58 is connected between the positive bus PL and the negative bus SL, detects the voltage Vdc of DC power supplied from the DC bus 1 to the DC / AC converter 50, and the detection result is a control device. Output to 60.
  • the control device 60 receives the voltage Vdc from the DC voltage detection unit 58, receives the battery information of the first storage battery 3-1, from the first storage battery control unit 4-1, and receives the second storage battery 3 from the second storage battery control unit 4-2. -2 battery information is received.
  • the battery information of the first storage battery 3-1 includes the state value of the first storage battery 3-1 (charge / discharge voltage Vb 1, charge / discharge current Ib 1, battery temperature Tb 1), SOC 1, and the degree of deterioration.
  • the battery information of the second storage battery 3-2 includes the state value of the second storage battery 3-2 (charge / discharge voltage Vb2, charge / discharge current Ib2, battery temperature Tb2), SOC2, and the degree of deterioration.
  • control device 60 Based on the input information, control device 60 generates switching control signals S1 to S4 for controlling on / off of transistors Q1 to Q4 in accordance with a control structure to be described later, and controls DC / AC converter 52. To do.
  • the control device 60 issues an abnormality signal indicating an abnormality of the first storage battery 3-1 or the second storage battery 3-2 from at least one of the first storage battery control unit 4-1 and the second storage battery control unit 4-2.
  • the storage battery abnormality can be reflected in the control of the DC / AC converter 52.
  • the control device 60 includes the transistor Q 1 that constitutes the DC / AC conversion unit 52. Switching control signals S1 to S4 are generated so that each of .about.Q4 stops the switching operation (all off).
  • FIG. 5 is a diagram showing a control structure of the control device 60 in FIG. Referring to FIG. 5, control device 60 includes a control unit 600, a communication unit 602, external IFs 604 and 606, and gate drivers 611 to 614.
  • the controller 600 generates the switching control signals S1 to S4 so that the DC voltage Vdc becomes a predetermined voltage target value Vdc * during the power conversion operation.
  • Voltage target value Vdc * can be determined in advance, such as 380 V, and stored in a storage unit (not shown). Alternatively, a desired voltage value may be appropriately acquired by performing communication with an external control device through the communication unit 602 and the external IF 604 or 606.
  • the control unit 600 uses the transistors Q1 and Q4 as one set of switch pairs, the transistors Q2 and Q3 as another set of switch pairs, and alternately sets two sets of switch pairs. Turn on and off.
  • the gate drivers 611 to 614 are provided corresponding to the control electrodes (gates or bases) of the transistors Q1 to Q4, respectively. Each of the gate drivers 611 to 614 drives and controls the control electrode of the corresponding transistor in accordance with a command from the control unit 600. Thereby, turn-on and turn-off of the two switch pairs are controlled.
  • the battery information of the first storage battery 3-1 is input from the first storage battery control unit 4-1 to the control unit 600 through the external IF 604 and the communication unit 602. Further, the battery information of the second storage battery 3-2 is input to the control unit 600 from the second storage battery control unit 4-2 through the external IF 606 and the communication unit 602.
  • control unit 600 When the control unit 600 receives the battery information of the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2, there is an SOC imbalance (imbalance) between the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2. Determine whether it has occurred. When it is determined that SOC imbalance occurs between first storage battery 3-1 and second storage battery 3-2, control unit 600 is generated based on voltage target value Vdc *. Correction processing for compensating the SOC imbalance between the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2 is performed on the original switching control signals S 1 to S 4.
  • control unit 600 uses transistors Q1 and Q4 constituting a full bridge circuit as one set of switch pairs and transistors Q2 and Q3 as another set of switch pairs. Turn on / off the switch pairs alternately. In FIG. 6, only the switch pair in the on state is represented by a solid line.
  • control unit 600 turns off the switch pair of transistors Q2 and Q3, while switching the transistors Q1 and Q4.
  • the pair is turned on / off at a predetermined duty ratio (the ratio of the on period to the switching period of the transistors Q1 to Q4).
  • the current flows from the DC side to the AC side through the transistors Q1 and Q4 during the ON period of the transistors Q1 and Q4, thereby energizing from the DC side to the AC side.
  • the electromagnetic energy in the current smoothing connected reactors 54 and 56 is returned to the DC side through the system power 40 and the diodes D2 and D3. If the electromagnetic energy in the current smoothing reactors 54 and 56 decreases during the off period of the transistors Q1 to Q4, the circuit is not energized.
  • the control unit 600 turns off the switch pair of the transistors Q1 and Q4 while switching the switch pair of the transistors Q2 and Q3. Turn on / off at a predetermined duty ratio.
  • this period 2 current flows from the DC side to the AC side through the transistors Q 2 and Q 3 during the ON period of the transistors Q 2 and Q 3, thereby energizing from the DC side to the AC side.
  • the off period of the transistors Q1 to Q4 the electromagnetic energy in the current smoothing connected reactors 54 and 56 is returned to the DC side through the system power 40 and the diodes D1 and D4. If the electromagnetic energy in the current smoothing reactors 54 and 56 decreases during the off period of the transistors Q1 to Q4, the circuit is not energized.
  • control unit 600 receives the battery information of the first storage battery 3-1 from the first storage battery control unit 4-1, and the second storage battery control unit 4-2. Based on the battery information of the second storage battery 3-2, it is determined whether or not there is an SOC imbalance between the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2.
  • control unit 600 sets the SOC control range of the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2.
  • the SOC control range is set so as to have control widths on the upper limit side and the lower limit side with respect to control center SOCr.
  • the lower limit of the SOC control range is referred to as SOCl (control lower limit value)
  • the upper limit of the SOC control range is referred to as SOCu (control upper limit value).
  • Control unit 600 controls first storage battery 3-1 and first storage battery 3-1 so that SOC1 of first storage battery 3-1 and SOC2 of second storage battery 3-2 are maintained between control upper limit value SOCu and control lower limit value SOCl. 2 Controls charging / discharging of the storage battery 3-2.
  • Control unit 600 determines that an SOC imbalance has occurred between first storage battery 3-1 and second storage battery 3-2. In this case, the control unit 600 uses the original switching control signals S1 to S4 generated based on the voltage target value Vdc * to change the SOC between the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2. A correction process for compensating for imbalance is executed.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the switching control for compensating for the SOC imbalance between the storage batteries 3-1 and 3-2.
  • SOC imbalance compensation period for compensating for the SOC imbalance is provided between the periods.
  • control unit 600 turns on / off transistors Q1 to Q4 so as to lower the SOC of storage battery 3-1 and 3-2 having the larger SOC to control center SOCr.
  • the transistor Q1 is PWM-controlled as shown in FIG. Q4 is fixed off.
  • the transistor Q1 to the interconnection reactor 54 to the R phase line RL to the neutral point A to the resistance Rg1 A current circulation path for discharging the first storage battery 3-1, that is, grounding, resistance Rg 2, and middle point B, is formed, and a discharge current flows through the current circulation path.
  • FIG. 10 is a time waveform diagram for explaining the switching control shown in FIG.
  • FIG. 10 shows time waveforms of the switching control signals S1 to S4 in the period 1 and the period 2 shown in FIG.
  • switching control signals S1, S4 having a predetermined duty ratio are output from control unit 600.
  • the switching control signals S1 and S4 are at the H (logic high) level
  • the transistors Q1 and Q4 are both in the PWM control state.
  • the switching control signals S2 and S3 are fixed at the L (logic low) level in the switching period (period of the carrier wave signal, period T in the figure).
  • the control unit 600 calculates a deviation between the SOC 1 of the first storage battery 3-1 received from the first storage battery control unit 4-1, and the control center SOCr, and calculates an SOC imbalance compensation period according to the deviation.
  • the switching control signals S1 and S4 are subjected to switching control when the SOC imbalance compensation period is ⁇ t.
  • the signal S1 is corrected so as to be longer by ⁇ t.
  • the transistor Q1 can be fixed on, while the transistor Q4 can be fixed off, and the current circulation path for discharging the first storage battery 3-1 shown in FIG. Can be formed.
  • the control unit 600 outputs switching control signals S2 and S3 having a predetermined duty ratio and switching control signals S1 and S4 fixed at the L level in the switching period T.
  • the control unit 600 corrects the switching control signals S2 and S3 so that the period during which the switching signal is at the H level is longer by the switching control signal S2 by ⁇ t.
  • the switching control signals S1 and S4 in the period 1 are those of the switching control signal S4 during the period when the level is H level. Is corrected to be longer by ⁇ t.
  • the switching control signals S2 and S3 are corrected so that the period during which the switching control signal S3 is at the H level is longer by ⁇ t in the switching control signal S3.
  • the transistor Q4 or Q3 can be PWM-controlled, while the transistor Q1 or Q2 can be fixed off, and a current circulation path for discharging the second storage battery 3-2 is formed. can do.
  • power storage unit 3 directly connected to DC bus 1 is configured with two storage batteries that are connected in series and whose midpoint is grounded.
  • a stable ground voltage can be generated at the midpoint of the power storage unit by utilizing the high voltage stabilization capability of each storage battery.
  • the first storage battery 3-1 or the second storage battery 3-2 is connected between the power storage unit 3 and the system power 40 via the DC / AC converter 50.
  • a current circulation path for discharging can be formed.
  • FIG. 11 is a diagram showing a control structure of the control unit 600 in FIG.
  • control unit 600 includes subtraction unit 700, PI control unit 702, SOC correction unit 703, addition units 704 and 705, carrier wave comparators 706 to 709, NOT circuits 710 and 711, including.
  • the subtraction unit 700 calculates a voltage deviation from the difference between the DC voltage Vdc and the voltage target value Vdc *, and outputs the voltage deviation to the PI control unit 702.
  • the PI control unit 702 includes at least a proportional element (P: proportional element) and an integral element (I: integral element). Upon receiving a voltage deviation from the subtraction unit 700, the PI control unit 702 receives the voltage deviation according to the input voltage deviation.
  • a duty ratio d is calculated as a ratio of the on period to the switching period (carrier wave signal period) of each of the transistors Q1 to Q4.
  • the SOC correction unit 703 receives the SOC1 of the first storage battery 3-1 from the first storage battery control unit 4-1, and receives the SOC2 of the second storage battery 3-2 from the second storage battery control unit 4-2. Then, when the SOC correction unit 703 calculates the deviation between the larger one of SOC1 and SOC2 and the control center SOCr, the SOC correction unit 703 calculates the ON period of the transistor as the SOC imbalance compensation period according to the SOC deviation. Then, the SOC correction unit 703 calculates a correction amount ⁇ d of the duty ratio necessary to ensure the calculated on period.
  • the addition unit 704 adds the duty ratio correction amount ⁇ d input from the SOC correction unit 703 to the duty ratio d input from the PI control unit 702 to generate a duty ratio command (d + ⁇ d). Adder 704 outputs the generated duty ratio command to carrier wave comparator 706.
  • the addition unit 705 adds the duty ratio correction amount ⁇ d input from the SOC correction unit 703 to the duty ratio d input from the PI control unit 702 to generate a duty ratio command (d + ⁇ d).
  • Adder 704 outputs the generated duty ratio command to carrier wave comparator 707.
  • the carrier wave comparator 706 compares the duty ratio command (d + ⁇ d) with a carrier wave signal (for example, a triangular wave signal), inverts a binary signal corresponding to the comparison result by the NOT circuit 710, and turns on / off the transistor Q1.
  • a switching control signal S1 for controlling OFF is generated.
  • the carrier wave comparator 707 compares the duty ratio command (d + ⁇ d) with the carrier wave signal, and generates a switching control signal S2 for controlling on / off of the transistor Q2 composed of a binary signal according to the comparison result.
  • the carrier wave comparator 708 compares the duty ratio command d and the carrier wave signal, and generates a switching control signal S3 for controlling on / off of the transistor Q3 composed of a binary signal according to the comparison result.
  • the carrier wave comparator 709 compares the duty ratio command d and the carrier wave signal, inverts a binary signal corresponding to the comparison result by the NOT circuit 711, and controls a switching control signal for controlling on / off of the transistor Q4. S4 is generated.
  • the transistor Q1 (or Q2) is controlled by controlling the switching control signal S1 (or S2) to be continuously at the H level even after the switching control signal S4 (or S3) transits to the L level.
  • the SOC imbalance compensation period may be provided at any timing.
  • the switching control signal S1 (or S2) may be shifted to the H level before the switching control signal S4 (or S3).
  • a period in which only the switching control signal S1 (or S2) is at the H level may be provided at a timing different from the period in which the switching control signals S1, S4 (or S2, S3) are at the H level.
  • the bipolar switching method has been described as the switching control of the power converter.
  • the application of the present invention is not limited to the bipolar switching method.
  • the present invention applies to all switching systems that are provided with an energy transmission period in which the transistors Q1 and Q4 or the transistors Q2 and Q3 are turned on and an SOC imbalance compensation period in which any one of the transistors Q1 to Q4 is turned on. It is possible to apply.
  • the SOC of either one of the storage batteries 3-1 and 3-2 is When the control upper limit value SOCu is reached, or when one of the SOCs reaches the control lower limit value SOCl, it is determined that the SOC is unbalanced between the storage batteries, and the switching control signal is corrected. Also good.
  • the middle point B is grounded by connecting the middle point B of the storage batteries 3-1 and 3-2 constituting the power storage unit 3 via the resistor Rg2.
  • the DC / AC converter in which the neutral point A is electrically connected to the neutral point A of the single-phase three-wire AC power system is illustrated.
  • the present invention can be applied to a DC / AC converter in which a neutral point A of an AC power system is electrically connected.
  • the present invention is applicable to a configuration in which the middle point B of the power storage unit 3 is connected to a neutral line of a single-phase three-wire AC power system. In the configuration shown in FIG.
  • a resistor Rg3 is inserted and connected to the neutral line connecting the middle point B of the power storage unit 3 and the neutral point A of the single-phase three-wire AC power system.
  • the resistor Rg3 is connected to prevent an excessive current from flowing between the neutral point B and the neutral point A.
  • the resistor Rg3 does not necessarily need to be connected to the neutral line.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the AC / DC converter 70 in FIG.
  • AC / DC converter 70 has basically the same circuit configuration as DC / AC converter 50 shown in FIG. 3, and includes AC / DC converter 72, interconnection reactor 74, 76, a DC voltage detection unit 78, and a control device 80.
  • AC / DC converter 72 converts AC power received from system power 40 into DC power and outputs it to DC bus 1 in accordance with switching control signals S11 to S14 from control device 80.
  • AC / DC conversion unit 72 includes transistors Q11 to Q14, which are switching elements, and diodes D11 to D14.
  • Transistors Q11 and Q13 are connected in series between positive bus PL and negative bus SL.
  • An intermediate point between transistors Q11 and Q13 is connected to R-phase line RL.
  • Interconnection reactor 74 is connected to R-phase line RL.
  • Transistors Q12 and Q14 are connected in series between positive bus PL and negative bus SL. An intermediate point between transistors Q12 and Q14 is connected to T-phase line TL. Interconnection reactor 76 is inserted and connected to T-phase line TL. Between the collector and emitter of each of the transistors Q11 to Q14, diodes D11 to D14 that flow current from the emitter side to the collector side are respectively connected.
  • IGBTs can be used as the transistors Q11 to Q14.
  • a power switching element such as a power MOSFET may be used.
  • DC voltage detector 78 is connected between positive bus PL and negative bus SL, detects voltage value Vdc of DC power supplied from AC / DC converter 72 to DC bus 1, and controls the detection result. Output to the device 80.
  • the control device 80 receives the voltage Vdc from the DC voltage detection unit 78, receives battery information of the first storage battery 3-1, from the first storage battery control unit 4-1, and receives the second storage battery 3 from the second storage battery control unit 4-2. -2 battery information is received.
  • the battery information of the first storage battery 3-1 includes the state value of the first storage battery 3-1 (charge / discharge voltage Vb 1, charge / discharge current Ib 1, battery temperature Tb 1), SOC 1, and the degree of deterioration.
  • the battery information of the second storage battery 3-2 includes the state value of the second storage battery 3-2 (charge / discharge voltage Vb2, charge / discharge current Ib2, battery temperature Tb2), SOC2, and the degree of deterioration.
  • control device 80 Based on the input information, control device 80 generates switching control signals S11 to S14 for controlling on / off of transistors Q11 to Q14 in accordance with a control structure described later, and controls AC / DC converter 72. To do.
  • control device 80 generates switching control signals S11 to S14 so that DC voltage Vdc becomes predetermined voltage target value Vdc *.
  • Voltage target value Vdc * can be determined in advance, such as 380 V, and stored in a storage unit (not shown). Or you may make it acquire a desired voltage value suitably by communicating between the control apparatus 80 and an external control apparatus.
  • control device 80 turns off the switch pair of transistors Q11 and Q12, while turning on / off the switch pair of transistors Q13 and Q14 at a predetermined duty ratio.
  • Period 1-1 electromagnetic current is accumulated in interconnection reactors 74 and 76 due to current flowing through transistors Q13 and Q14.
  • the connection point between the diodes D11 and D13 and the connection point of the diodes D12 and D14 is between.
  • the electromagnetic energy emitted from the interconnecting reactors 74 and 76 is received, and this electromagnetic energy is rectified to DC power.
  • the transistors Q11 to Q14 are all turned off in the period 2 in which AC power is rectified to DC power by the diodes D11 and D14 constituting the bridge circuit. It is good also as composition which carries out synchronous rectification as an ON state.
  • the control device 80 When the DC voltage Vdc is larger than the voltage target value Vdc *, the control device 80 reduces the duty ratio of the switch pair so as to reduce the energy transmitted to the DC side, that is, to shorten the period 1-1. Decrease. On the other hand, when the DC voltage Vdc is smaller than the voltage target value Vdc *, the control device 80 increases the duty of the switch pair so as to increase the energy transmitted to the DC side, that is, to lengthen the period 1-1. Increase the ratio.
  • FIG. 15 shows a state in which the power conversion operation is performed by a control mode different from FIG.
  • control device 80 turns off the switch pair of transistors Q13 and Q14 and turns on and off the switch pair of transistors Q11 and Q12 in a half cycle of the system power.
  • period 1-2 In the on period of transistors Q11 and Q12 (hereinafter referred to as “period 1-2”), current flows through transistors Q11 and Q12, and electromagnetic energy is accumulated in interconnection reactors 74 and 76.
  • the interconnection reactor 74 between the connection point of the diodes D11 and D13 and the connection point of the diodes D12 and D14, the electromagnetic energy emitted from 76 is received, and this electromagnetic energy is rectified into DC power.
  • the control device 80 When the DC voltage Vdc is larger than the voltage target value Vdc *, the control device 80 reduces the duty ratio of the switch pair so as to reduce the energy transmitted to the DC side, that is, to shorten the period 1-2. Decrease. On the other hand, when the DC voltage Vdc is smaller than the voltage target value Vdc *, the control device 80 increases the duty of the switch pair so as to increase the energy transmitted to the DC side, that is, to lengthen the period 1-2. Increase the ratio.
  • the second storage battery 3-2 is discharged in the on-period (period 1-1) of the transistors Q13 and Q14, while FIG.
  • first storage battery 3-1 is discharged during the on period (period 1-2) of transistors Q11 and Q12.
  • the AC / DC converter 70 as the correction process for compensating for the SOC imbalance between the storage batteries 3-1, 3-2, the SOC1 and the second of the first storage battery 3-1.
  • the control mode of FIG. 14 and the control mode of FIG. 15 are switched and executed in accordance with the SOC2 deviation of the storage battery 3-2.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining switching control for compensating for SOC imbalance between the storage batteries 3-1 and 3-2.
  • control device 80 compares SOC1 of first storage battery 3-1 with SOC2 of second storage battery 3-2, and the comparison result is obtained. Accordingly, one of the switching control shown in FIG. 5A and the switching control shown in FIG.
  • the first storage battery 3-1 or the second storage battery is connected between the power storage unit 3 and the system power 40 via the AC / DC converter 70.
  • a current circulation path for discharging 3-2 can be formed.
  • one of the first storage battery 3-1 and the second storage battery 3-2 can be prevented from being overdischarged or overcharged, and a state where only one of the storage batteries is charged / discharged can be avoided. It is possible to prevent the power storage unit 3 from progressing.
  • FIG. 17 is a diagram showing a control structure of the control device 80 in FIG. Referring to FIG. 17, control device 80 includes a subtraction unit 800, a PI control unit 802, a carrier wave comparator 804, a selection unit 806, and a comparison unit 808.
  • the subtraction unit 800 calculates a voltage deviation from the difference between the DC voltage Vdc and the voltage target value Vdc *, and outputs the voltage deviation to the PI control unit 802.
  • the PI control unit 802 includes at least a proportional element P and an integration element I.
  • the PI control unit 802 changes the switching period (carrier wave) of each of the transistors Q11 to Q14 according to the input voltage deviation.
  • the duty ratio d as a ratio of the ON period to the signal period) is calculated.
  • the carrier wave comparator 804 compares the duty ratio d with a carrier wave signal (for example, a triangular wave signal), and performs switching control for controlling on / off of the transistors Q11 to Q14 composed of binary signals according to the comparison result. Signals S11 to S14 are generated. Specifically, carrier wave comparator 804 uses switching control signals S11 and S12 for controlling on / off of the switch pair of transistors Q11 and Q12 as one set of switching control signals, and sets the switch pair of transistors Q13 and Q14. Two sets of switching control signals (S11, S12) and (S13, S14) are generated using the switching control signals S13 and S14 as another set of switching control signals in order to control on / off.
  • a carrier wave signal for example, a triangular wave signal
  • the comparison unit 808 compares the SOC1 of the first storage battery 3-1 received from the first storage battery control unit 4-1, and the SOC2 of the second storage battery 3-2 received from the second storage battery control unit 4-2. Then, the comparison unit 808 outputs a signal indicating the comparison result to the selection unit 806.
  • the selection unit 806 selects one of the two sets of switching control signals (S11, S12) and (S13, S14) based on the comparison result signal received from the comparison unit 808. Specifically, when it is determined from the comparison result signal that the SOC2 of the second storage battery 3-2 is larger than the SOC1 of the first storage battery 3-1, the selection unit 806 selects the switching control signal (S13, S14). Select. In this case, the selection unit 806 fixes the non-selected switching control signals (S11, S12) to the L level.
  • the selection unit 806 selects the switching control signal (S11, S12). . In this case, the selection unit 806 fixes the non-selected switching control signals (S13, S14) to the L level.
  • the AC / DC converter according to the present embodiment provides the SOC imbalance compensation period by the control method as shown in FIG. 15, but provides a period during which any one of the transistors Q11 to Q14 is turned on.
  • the SOC imbalance between the storage batteries 3-1 and 3-2 may be corrected.
  • the middle point B is grounded by connecting the middle point B of the storage batteries 3-1 and 3-2 constituting the power storage unit 3 via the resistor Rg2.
  • an AC / DC converter in which a neutral point A of a single-phase three-wire AC power system is electrically connected is illustrated.
  • the present invention relates to a middle point B of the power storage unit 3 and a single-phase three-wire system.
  • the present invention can be applied to an AC / DC converter in which a neutral point A of an AC power system is electrically connected.
  • the present invention can also be applied to a configuration in which the middle point B of the power storage unit 3 is connected to a neutral line of a single-phase three-wire AC power system.
  • the power storage unit directly connected to the DC bus is configured by two storage batteries that are connected in series and whose midpoint is grounded. This makes it possible to generate a stable ground voltage at the midpoint by utilizing the energy leveling capability of each storage battery.
  • the power conversion device by performing switching control to compensate for the SOC imbalance between the two storage batteries connected in series, it is possible to suppress variation in performance between the storage batteries, Progress of deterioration of the power storage unit can be suppressed.
  • the present invention can be used for a DC power supply system in which a power storage unit is directly connected to a DC bus without using a power converter.

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Abstract

　直流給電システムは、単相３線式の電力系統および直流負荷（５）の間に配設された直流バス（１）と、電源電圧を直流バス（１）に出力する蓄電部（３）と、直流バス（１）と電力系統との間で電力変換を行なう電力変換装置（５０，７０）とを備える。蓄電部（３）は、直流バス（１）の直流正負母線間に直列に接続され、かつ、その中点が接地された２個の蓄電池（３－１，３－２）を含む。電力変換装置（５０，７０）は、直流バス（１）の直流電圧および蓄電池（３－１，３－２）の各々の残容量に基づいて電力変換を制御するための制御装置（６０，８０）を含む。

Description

直流給電システム
　この発明は、直流給電システムに関し、より特定的には、蓄電部が電力変換器を介さず直流バスに直結された直流給電システムに関する。
　近年、太陽電池、風力発電装置および燃料電池のような分散電源装置が普及し始めている。現状では、分散電源装置が発電した直流電力を交流電力に変換し、さらに、その交流電力を、電力を消費する機器において直流電力に変換して使用する。このように、直流－交流変換および交流－直流変換が行なわれるため、その電力変換のたびに電力損失が生じる。そこで、分散電源装置が発電する直流電力を交流電力に変換することなく、直流電力のまま送電して機器で使用することにより、変換損失を低減させる直流給電システムが提案されている。
　このような直流給電システムにおいては、単相３線式の商用電力系統に連系される電力変換装置によって、分散電源装置が発電する直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に供給するとともに、商用電力系統の交流電力を直流電力に変換して機器に供給する構成が採用されている。そして、この種の電力変換装置としては、複数のスイッチング素子からなるインバータブリッジと連系リレーとから構成され、インバータブリッジでＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって直流電力を交流電力に変換して、連系リレーを介して単相３線式の商用電力系統の中性線以外の２線（Ｒ相線、Ｔ相線）に供給可能に構成されたものがある。
特開平１０－１８９２８７号公報
　上記の従来の電力変換装置においては、インバータブリッジの直流側には、インバータブリッジへの入力電圧の変動を抑えるために、直列接続された２個のコンデンサからなる平滑回路が接続されている。そして、この２個のコンデンサの中点は、単相３線式の商用電力系統の中性点に接続されている。２個のコンデンサの中点と単相３線式の商用電力系統の中性点とを接続することによって、Ｒ相線および中性線間および中性線およびＴ相線間に対して同じ電圧を供給するためである。
　しかしながら、インバータブリッジの特性の変化やＰＷＭ制御における制御誤差などの要因により、２個のコンデンサが必ずしも同じ電圧を出力するとは限らず、２個のコンデンサの間で電圧のアンバランスが生じるという不具合が起きてしまう。そして、２個のコンデンサの間で電圧のアンバランスが生じると、２個のコンデンサの中点の対地電圧が不安定となる虞がある。
　それゆえ、この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電部が電力変換器を介さず直流バスに直結された直流給電システムにおいて、直流バスの対地電圧を安定化することである。
　この発明のある局面に従えば、直流負荷に直流電力を供給するための直流給電システムであって、系統電力および直流負荷の間に配設された直流正負母線と、電源電圧を直流正負母線に出力する蓄電部と、直流正負母線と電力系統との間で電力変換を行なう電力変換装置とを備える。蓄電部は、直流正負母線間に直列に接続され、かつ、その中点が接地された第１および第２の蓄電池を含む。
　好ましくは、系統電力は、単相３線式の電力系統を含む。蓄電部は、第１および第２の蓄電池の各々の状態値に基づいて、第１および第２の蓄電池の各々の残容量を検出するための残容量検出部をさらに含む。電力変換装置は、直流正負母線に接続され、複数のスイッチング素子によって蓄電部の直流電力および電力系統の交流電力の間で電力変換を行なう電力変換回路と、直流正負母線間の直流電圧および残容量検出部の検出値に基づいて、複数のスイッチング素子をスイッチング制御するための電力変換制御部とを含む。
　好ましくは、電力変換制御部は、直流電圧目標値と直流正負母線間の直流電圧との偏差に基づいて、複数のスイッチング素子をスイッチング制御するための第１のスイッチング制御部と、第１の蓄電池の残容量検出値と第２の蓄電池の残容量検出値との偏差に基づいて、複数のスイッチング素子をスイッチング制御するための第２のスイッチング制御部とを含む。
　好ましくは、第２のスイッチング制御部は、第１の蓄電池および第２の蓄電池のうちの一方の残容量検出値が制御範囲の上限値に達するという第１の条件、第１の蓄電池および第２の蓄電池のうちの他方の残容量検出値が制御範囲の下限値に達するという第２の条件の少なくとも一方が成立すると、残容量検出値の偏差に基づいて複数のスイッチング素子をスイッチング制御する。
　好ましくは、第２のスイッチング制御部は、第１の蓄電池の残容量検出値が第２の蓄電池の残容量検出値よりも大きい場合には、蓄電部および電力系統の間で、第１の蓄電池を放電するための電流循環経路が形成されるように、複数のスイッチング素子をスイッチング制御する。
　好ましくは、第２のスイッチング制御部は、第２の蓄電池の残容量検出値が第１の蓄電池の残容量検出値よりも大きい場合には、蓄電部および電力系統の間で、第２の蓄電池を放電するための電流循環経路が形成されるように、複数のスイッチング素子をスイッチング制御する。
　好ましくは、蓄電部は、第１および第２の蓄電池の少なくとも一方に異常が検知された場合には、当該異常が検知された蓄電池の充放電経路を遮断するための遮断部をさらに含む。
　好ましくは、直流給電システムは、蓄電部の中点および電力系統の中性点を接続する配線をさらに備える。
　この発明によれば、直流バスに電力変換器を介さず蓄電部を直結した直流給電システムにおいて、該蓄電部を、直流正負母線間に直列接続され、かつその中点を接地した２個の蓄電池により構成することにより、各蓄電池が有するエネルギー平準化能力を活かして、蓄電部の中点に安定した対地電圧を生成することができる。
　また、当該２個の蓄電池の残容量の偏差に応じて電力変換回路のスイッチング制御を行なうことにより蓄電池間の残容量の不均衡を抑制することができる。この結果、蓄電部の劣化の進行を抑制することができる。
この発明の実施の形態に従う直流給電システムの全体の構成を概略的に示す図である。 蓄電部の残容量－電圧曲線を示す図である。 図１における蓄電部およびＤＣ／ＡＣ変換器の詳細を説明する構成図である。 図３における第１蓄電池および第１蓄電池制御部のさらに詳細な構成を示す図である。 図３における制御装置の制御構造を示す図である。 ＤＣ／ＡＣ変換器の電力変換動作について説明する図である。 本発明の実施の形態による蓄電部のＳＯＣ制御範囲の設定を説明する概念図である。 蓄電池間のＳＯＣのアンバランスを補償するためのスイッチング制御を説明する図である。 ＳＯＣ不均衡補償期間におけるＤＣ／ＡＣ変換器の動作を説明する図である。 図９に示すスイッチング制御を説明するための時間波形図である。 図５における制御部の制御構造を示す図である。 本実施の形態に係るＤＣ／ＡＣ変換器の変形例の詳細な構成を示す回路図である。 図１におけるＡＣ／ＤＣ変換器の詳細な構成を示す回路図である。 ＡＣ／ＤＣ変換器の電力変換動作を説明する図である。 ＡＣ／ＤＣ変換器の電力変換動作を説明する図である。 蓄電池間のＳＯＣのアンバランスを補償するためのスイッチング制御を説明する図である。 図１３における制御装置の制御構造を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
　（直流給電システムの構成）
　図１は、この発明の実施の形態に従う直流給電システムの全体の構成を概略的に示す図である。
　図１を参照して、本実施の形態に従う直流給電システムは、直流バス１と、太陽光発電システム２と、蓄電部３と、系統電力システム４とを備える。
　直流バス１は、直流負荷群５に直流電力を供給する。直流負荷群５は、一例として、家庭で使用される空調機、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパーソナルコンピュータのような電気機器である。あるいは、オフィスで使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器や、または、店舗で使用されるショーケースまたは照明装置のような電気機器であってもよい。直流バス１には、太陽光発電システム２、蓄電部３および系統電力システム４が接続されている。
　なお、本実施の形態に従う直流給電システムにおいては、直流バス１、太陽光発電システム２、蓄電部３、系統電力システム４および直流負荷群５をそれぞれ１個ずつ備える場合について説明するが、これらの個数には制限がなく、１個でも複数個であってもよい。
　直流バス１は、電力線対である正母線ＰＬおよび負母線ＳＬで構成される。
　太陽光発電システム２は、太陽電池２０と、ＤＣ／ＤＣ変換器３０とを含む。ＤＣ／ＤＣ変換器３０は、太陽電池２０と直流バス１との間に配置されており、太陽電池２０から受ける直流電力を電圧変換して直流バス１へ供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器３０における電圧変換動作は、太陽電池２０の出力電圧と、直流バス１の電圧（正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間の線間電圧）とに応じて、図示しない制御部からのスイッチング指令に従って制御される。
　蓄電部３は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的にリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池で構成される。蓄電部３は、複数の二次電池セルからなる蓄電池を２組直列に接続し、両蓄電池の中点と接地との間に抵抗Ｒｇ２を接続した構成とする。蓄電部３は、一例として、定格電圧３８０Ｖおよび蓄電池容量１０Ａｈを有している。
　図２は、蓄電部３の残容量－電圧曲線を示す図である。図２において、横軸は蓄電部３の残容量（ＳＯＣ：State　of　Charge）（％）、縦軸は蓄電部３の電圧（Ｖ）を示している。なお、ＳＯＣは、満充電容量に対する現在の残容量を百分率（０～１００％）で示したものである。図２を参照して、蓄電部３は、空状態（ＳＯＣが０％）のときに３００Ｖとなり、ＳＯＣが２０％のときに３６０Ｖとなり、ＳＯＣが５０％のときに３８０Ｖ（定格電圧）となり、ＳＯＣが８０％のときに４００Ｖとなり、満充電状態（ＳＯＣが１００％）のときに４２０Ｖとなる。
　図２に示す特性において、２０％から８０％までの広いＳＯＣの範囲で、蓄電部３の電圧は３８０±２０Ｖの変動範囲に抑えられている。このように、ＳＯＣの変化に対して電圧の変化が比較的安定しているため、蓄電部３は高い電圧安定化能力を有している。これにより、蓄電部３は、直流バス１に電源電圧を安定して供給することができる。
　図１に示す構成において、蓄電部３は、直流バス１に直結されており、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。ここで、「直結」とは、直流バス１と蓄電部３との間に、ＤＣ／ＤＣ変換器のような電力変換器が介在していないことを意味する。したがって、直流バス１の電圧は、蓄電部３の電源電圧とほぼ等しくなる。このように蓄電部３を直流バス１に直結する構成としたことにより、蓄電部３が有する高い電圧安定化能力を活かして、急激な負荷変動による直流バス１の電圧変動を抑制することが可能となる。
　系統電力システム４は、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。系統電力システム４は、ＤＣ／ＡＣ変換器５０と、ＡＣ／ＤＣ変換器７０と、系統電力４０とを含む。
　系統電力４０は、電力会社等から受電する電力（たとえば、ＡＣ２００Ｖとする）である。系統電力４０は、単相３線式の商用交流電力系統から供給される。単相３線式の商用交流電力系統は、中性線が抵抗Ｒｇ１を介して接地されており、中性線以外の２線（Ｒ相線ＲＬおよびＴ相線ＴＬ）を使用してＡＣ２００Ｖを供給する。
　ＤＣ／ＡＣ変換器５０およびＡＣ／ＤＣ変換器７０は、直流バス１および系統電力４０の間に並列接続される。ＤＣ／ＡＣ変換器５０は、直流バス１から受ける直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ供給する。一方、ＡＣ／ＤＣ変換器７０は、系統電力４０から受ける交流電力を直流電力に変換して直流バス１へ供給する。本実施の形態に従う直流給電システムにおいては、ＡＣ／ＤＣ変換器７０を介して電力会社等から系統電力を買う（買電）するとともに、ＤＣ／ＡＣ変換器５０を介して余剰電力を電力会社等に売る（売電）することを可能に構成されている。
　（蓄電部の構成）
　次に、図面を参照して、この発明の実施の形態に従う直流給電システムに適用される蓄電部３の構成について説明する。
　図３は、図１における蓄電部３の詳細を説明する構成図である。
　図３を参照して、蓄電部３は、蓄電池３－１，３－２と、蓄電池制御部４－１，４－２とを含む。
　第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２は、蓄電池制御部４－１，４－２を介して直流バス１を構成する正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続され、蓄電部３を構成する。第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の各々は、複数の二次電池セルが直列接続されてなる電池モジュールから構成される。蓄電池制御部４－１，４－２の中点、すなわち、蓄電池３－１，３－２の中点（図中の点Ｂ）は、中性点母線ＮＬを介して接地される。中性点母線ＮＬには、抵抗Ｒｇ２が介挿接続されている。したがって、たとえば正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの線間電圧が３８０Ｖ（蓄電部３の定格電圧）である場合、正母線ＰＬ、負母線ＳＬ、中点Ｂにおける電位はそれぞれ、＋１９０Ｖ，－１９０Ｖ，接地電位（０Ｖ）となる。
　なお、図３に示すように、蓄電池３－１，３－２の各々を大容量の二次電池により構成したことによって、各蓄電池が充放電を繰り返すことによって、正母線ＰＬおよび中性点母線ＮＬの線間電圧、および中性点母線ＮＬおよび負母線ＳＬ間の線間電圧の変動を平準化することができる。これにより、複雑な制御を行なうことなく、これら２つの線間電圧を平衡に保つことができ、蓄電部３の中点Ｂに安定した対地電圧を生成することができる。
　第１蓄電池制御部４－１は、過充電、過放電および温度上昇などから第１蓄電池３－１を保護するために、第１蓄電池３－１の状態を監視する。具体的には、第１蓄電池制御部４－１は、第１蓄電池３－１に対して入出力される充放電電流、第１蓄電池３－１の充放電電圧および第１蓄電池３－１の温度を検出し、その検出値に基づいて第１蓄電池３－１の状態（ＳＯＣおよび温度状態）を監視する。また、第１蓄電池制御部４－１は、第１蓄電池３－１の状態をＤＣ／ＡＣ変換器５０の制御装置６０へ送信する。
　第２蓄電池制御部４－２は、第２蓄電池３－２の状態を監視する。具体的には、第２蓄電池制御部４－２は、第２蓄電池３－２に対して入出力される充放電電流、第２蓄電池３－２の充放電電圧および第２蓄電池３－２の温度を検出し、その検出値に基づいて第２蓄電池３－２の状態（ＳＯＣおよび温度状態）を監視する。また、第２蓄電池制御部４－２は、第２蓄電池３－２の状態をＤＣ／ＡＣ変換器５０の制御装置６０へ送信する。
　図４には、図３における第１蓄電池３－１および第１蓄電池制御部４－１のさらに詳細な構成が示される。なお、第２蓄電池３－２および第２蓄電池制御部４－２の構成は、第１蓄電池３－１および第１蓄電池制御部４－１の構成とそれぞれ同様であるので、以下では第１蓄電池３－１および第１蓄電池制御部４－１の構成について説明する。
　図４を参照して、第１蓄電池３－１は、直列接続された複数の電池セル３０１～３０４と、各電池セルに対応して設けられた複数のセル測定部３１１～３１４とを含む。なお、図４では、４個の電池セル３０１～３０４を直列接続させているが、電池セルの個数は特に限定されるものではない。
　各セル測定部は、対応する電池セルの「状態値」を検出する。具体的には、各セル測定部は、対応する電池セルに設けられた電圧センサ、電流センサおよび温度センサ（ともに図示せず）の出力に基づいて、対応する電池セルの「状態値」を検出する。すなわち、「状態値」は、電池セルの電池電圧、電池電流および電池温度を含む。以下では、電池電圧、電池電流および電池温度を包括的に「電池データ」とも総称する。セル測定部３１１～３１４によりそれぞれ検出された電池セル３０１～３０４の電池データは、第１電池制御部４－１へ出力される。
　第１電池制御部４－１は、マイコン４００と、電圧測定部４０２と、電流測定部４０４と、遮断部４０６と、通信部４０８と、外部ＩＦ（インターフェース）４１０とを含む。
　電圧測定部４０２は、正母線ＰＬおよび中性点母線ＮＬの間に設けられる。電圧測定部４０２は、第１蓄電池３－１の充放電電圧Ｖｂ１を検出し、その検出値をマイコン４００へ出力する。電流測定部４０４は、正母線ＰＬに介挿接続される。電流測定部４０４は、第１蓄電池３－１の充放電電流Ｉｂ１を検出し、その検出値をマイコン４００へ出力する。
　マイコン４００に入力される情報として、図４には、第１蓄電池３－１内部のセル測定部３１１～３１４からの電池データ（各電池セルの電池電圧、電池電流および電池温度）、電圧測定部４０２からの充放電電圧Ｖｂ１および電流測定部４０４からの充放電電流Ｉｂ１を例示する。図示しないが、マイコン４００は、通信部４０８および外部ＩＦ４１０を通じて、系統電力システム４および太陽光発電システム２の制御装置や直流給電システムを統括制御する外部の制御装置と通信可能に構成されており、これらの制御装置からの情報についても、マイコン４００に入力される。
　マイコン４００は、電圧測定部４０２からの充放電電圧Ｖｂ１および電流測定部４０４からの充放電電流Ｉｂ１に基づいて、第１蓄電池３－１のＳＯＣ（ＳＯＣ１）を演算する。たとえば、マイコン４００は、第１蓄電池３－１の充放電量の積算値に基づいて第１蓄電池３－１のＳＯＣ１を順次演算する。充放電量の積算値は、充放電電流および充放電電圧の積（電力）を時間的に積分することで得られる。あるいは、開放電圧（ＯＣＶ：Open　Circuit　Voltage）とＳＯＣとの関係に基づいてＳＯＣ１を算出してもよい。マイコン４００は、さらに、セル測定部３１１～３１４からの電池データに基づいて、第１蓄電池３－１の劣化度合いを演算する。劣化度合いとしては、内部抵抗や満充電容量を用いることができる。マイコン４００は、第１蓄電池３－１の状態値、ＳＯＣ１および劣化度合いを、通信部４０８および外部ＩＦ４１０を通じて、外部の制御装置へ出力する。
　また、マイコン４００は、セル測定部３１１～３１４からの電池データに基づいて、電池セル３０１～３０４の状態を監視する。そして、電池セル３０１～３０４のいずれかに過充電、過放電や過電流などの異常が検知された場合には、通信部４０８および外部ＩＦ４１０を通じて、第１蓄電池３－１の異常を示す異常信号を外部の制御装置へ出力する。
　第１蓄電池３－１および系統電力システム４の間には、直流バス１に介挿接続された遮断部４０６が設けられる。この遮断部４０６は、マイコン４００からの異常信号に応答して第１蓄電池３－１の充放電経路を遮断可能に構成される。たとえば、遮断部４０６は、正母線ＰＬに介挿接続された、充電経路を遮断可能にする充電遮断器と放電経路を遮断する放電遮断器とで構成される。第１蓄電池３－１の異常が検知されると、マイコン４００は、異常信号を活性化し、充電遮断器および放電遮断器により第１蓄電池３－１の充放電経路を遮断する。
　具体的には、第１蓄電池３－１の過充電または過電流が検知された場合には、マイコン４００は、第１蓄電池３－１の放電時には遮断部４０６を構成する放電用遮断器を導通する一方で、第１蓄電池３－１の充電時には充電用遮断器を遮断することにより第１蓄電池３－１の放電経路を保ちつつ充電経路を遮断する。これに対して、第１蓄電池３－１の過放電が検知された場合には、マイコン４００は、第１蓄電池３－１の充電時には充電用遮断器を導通する一方で、第１蓄電池３－１の放電時には放電用遮断器を遮断することにより第１蓄電池３－１の充電経路を保ちつつ放電経路を遮断する。さらに、第１蓄電池３－１が高温となる異常温度が検知された場合には、マイコン４００は、充電用遮断器および放電用遮断器を遮断することにより、第１蓄電池３－１の充放電経路を遮断する。
　第２蓄電池３－２は、第１蓄電池３－１と同様に構成され、直列接続された複数の電池セルと、各電池セルに対応して設けられた複数のセル測定部とを含む。第２蓄電池３－２の各電池セルの電池データは、第２蓄電池制御部４－２（図３）へ出力される。
　第２蓄電池制御部４－２は、第１蓄電池制御部４－１と同様に、マイコン、電圧測定部、電流測定部、遮断部、通信部および外部ＩＦを含んで構成される。電圧測定部は、第２蓄電池３－２の充放電電圧Ｖｂ２を検出し、その検出値をマイコンへ出力する。電流測定部は、第２蓄電池３－２の充放電電流Ｉｂ２を検出し、その検出値をマイコンへ出力する。マイコンは、電圧測定部からの充放電電圧Ｖｂ２および電流測定部からの充放電電流Ｉｂ２に基づいて、第２蓄電池３－２のＳＯＣ（ＳＯＣ２）を演算する。また、マイコンは、第２蓄電池制御部４－２からの電池データに基づいて、第２蓄電池３－２の劣化度合いを演算する。マイコンは、第２蓄電池３－２の状態値、ＳＯＣ２および劣化度合いを、通信部および外部ＩＦを通じて、系統電力システム４へ出力する。
　さらに、マイコンは、第２蓄電池制御部４－２からの電池データに基づいて、第２蓄電池３－２を構成する複数の電池セルの状態を監視しており、複数の電池セルのいずれかに異常が検知された場合には、上述した方法によって遮断部を制御することにより、第２蓄電池３－２の充放電経路を遮断する。
　（ＤＣ／ＡＣ変換器の構成）
　再び図３を参照して、この発明の実施の形態に従う直流給電システムに適用される電力変換装置の一形態であるＤＣ／ＡＣ変換器５０の構成について説明する。
　図３を参照して、ＤＣ／ＡＣ変換器５０は、ＤＣ／ＡＣ変換部５２と、連系リアクトル５４，５６と、直流電圧検出部５８と、制御装置６０とを含む。
　ＤＣ／ＡＣ変換部５２は、制御装置６０からのスイッチング制御信号Ｓ１～Ｓ４に応じて、直流バス１から受けた直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ出力する。ＤＣ／ＡＣ変換部５２は、スイッチング素子であるトランジスタＱ１～Ｑ４と、ダイオードＤ１～Ｄ４とを含む。トランジスタＱ１，Ｑ３は、直流バス１を構成する正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ１とトランジスタＱ３との中間点はＲ相線ＲＬに接続される。連系リアクトル５４は、Ｒ相線ＲＬに介挿接続される。
　トランジスタＱ２，Ｑ４は、正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ２とトランジスタＱ４との中間点はＴ相線ＴＬに接続される。連系リアクトル５６は、Ｔ相線ＴＬに介挿接続される。各トランジスタＱ１～Ｑ４のコレクタ－エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１～Ｄ４がそれぞれ接続されている。
　なお、トランジスタＱ１～Ｑ４として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）を用いることができる。または、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field-Effect　Transistor）等の電力スイッチング素子を用いてもよい。
　直流電圧検出部５８は、正母線ＰＬと負母線ＳＬとの間に接続され、直流バス１からＤＣ／ＡＣ変換器５０へ供給される直流電力の電圧Ｖｄｃを検出し、その検出結果を制御装置６０へ出力する。
　制御装置６０は、直流電圧検出部５８から電圧Ｖｄｃを受け、第１蓄電池制御部４－１から第１蓄電池３－１の電池情報を受け、第２蓄電池制御部４－２から第２蓄電池３－２の電池情報を受ける。第１蓄電池３－１の電池情報には、第１蓄電池３－１の状態値（充放電電圧Ｖｂ１，充放電電流Ｉｂ１，電池温度Ｔｂ１）、ＳＯＣ１および劣化度合いなどが含まれる。第２蓄電池３－２の電池情報には、第２蓄電池３－２の状態値（充放電電圧Ｖｂ２，充放電電流Ｉｂ２，電池温度Ｔｂ２）、ＳＯＣ２および劣化度合いなどが含まれる。制御装置６０は、これらの入力情報に基づいて、後述する制御構造に従って、トランジスタＱ１～Ｑ４のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１～Ｓ４を生成し、ＤＣ／ＡＣ変換部５２を制御する。
　また、制御装置６０は、第１蓄電池制御部４－１および第２蓄電池制御部４－２の少なくとも一方から、第１蓄電池３－１または第２蓄電池３－２の異常を示す異常信号が発せられた場合には、蓄電池の異常をＤＣ／ＡＣ変換部５２の制御に反映することが可能に構成されている。具体的には、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の少なくとも一方の充放電経路が遮断されている場合には、制御装置６０は、ＤＣ／ＡＣ変換部５２を構成するトランジスタＱ１～Ｑ４の各々がスイッチング動作を停止（すべてオフ）するように、スイッチング制御信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。
　図５は、図３における制御装置６０の制御構造を示す図である。
　図５を参照して、制御装置６０は、制御部６００と、通信部６０２と、外部ＩＦ６０４，６０６と、ゲートドライバ６１１～６１４とを含む。
　制御部６００は、電力変換動作時には、直流電圧Ｖｄｃが所定の電圧目標値Ｖｄｃ＊となるようにスイッチング制御信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。なお、電圧目標値Ｖｄｃ＊は、たとえば３８０Ｖのように事前に決定し、図示しない記憶部に格納しておくことができる。あるいは、通信部６０２および外部ＩＦ６０４または６０６を通じて、外部の制御装置との間で通信を行なうことによって、所望の電圧値を適宜取得するようにしてもよい。
　制御部６００は、フルブリッジ回路を構成するトランジスタＱ１～Ｑ４において、トランジスタＱ１およびＱ４を１組のスイッチペアとし、トランジスタＱ２およびＱ３をもう１組のスイッチペアとして、２組のスイッチペアを交互にオン・オフさせる。
　ゲートドライバ６１１～６１４は、トランジスタＱ１～Ｑ４の制御電極（ゲートまたはベース）に対応してそれぞれ設けられる。ゲートドライバ６１１～６１４の各々は、制御部６００からの指令に従って、対応するトランジスタの制御電極を駆動制御する。これにより、２組のスイッチペアのターンオンおよびターンオフが制御される。
　図５に示す構成において、制御部６００には、外部ＩＦ６０４および通信部６０２を通じて、第１蓄電池制御部４－１から第１蓄電池３－１の電池情報が入力される。また、制御部６００には、外部ＩＦ６０６および通信部６０２を通じて、第２蓄電池制御部４－２から第２蓄電池３－２の電池情報が入力される。
　制御部６００は、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の電池情報を受けると、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の間でＳＯＣのアンバランス（不均衡）が生じているか否かを判断する。そして、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の間でＳＯＣのアンバランスが生じていると判断された場合には、制御部６００は、電圧目標値Ｖｄｃ＊に基づいて生成された本来のスイッチング制御信号Ｓ１～Ｓ４に対して、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２間のＳＯＣのアンバランスを補償するための補正処理を実行する。
　以下、図６を参照して、ＤＣ／ＡＣ変換器５０の電力変換動作について説明する。
　電力変換動作時においては、制御部６００は、フルブリッジ回路を構成するトランジスタＱ１～Ｑ４において、トランジスタＱ１およびＱ４を１組のスイッチペアとし、トランジスタＱ２およびＱ３をもう１組のスイッチペアとして、２組のスイッチペアを交互にオン・オフさせる。図６では、オン状態のスイッチペアのみを実線で表わすものとする。
　図６に示すように、制御部６００は、系統電力の半周期（以下、「期間１」と称す）では、トランジスタＱ２およびＱ３のスイッチペアをオフ状態とする一方で、トランジスタＱ１およびＱ４のスイッチペアを所定のデューティー比（トランジスタＱ１～Ｑ４のスイッチング周期に対するオン期間の割合）でオン・オフさせる。この期間１では、トランジスタＱ１およびＱ４のオン期間にトランジスタＱ１およびＱ４を通って系統電力４０側へ電流が流れることにより、直流側から交流側へ通電する。そして、トランジスタＱ１～Ｑ４のオフ期間に電流平滑用の連系リアクトル５４，５６中の電磁エネルギーが系統電力４０とダイオードＤ２，Ｄ３とを通って直流側へ還流される。トランジスタＱ１～Ｑ４のオフ期間に電流平滑用の連系リアクトル５４，５６中の電磁エネルギーが減少していくと、回路の通電は行なわれなくなる。
　続いて、系統電力の次の半周期（以下、「期間２」と称す）では、制御部６００は、トランジスタＱ１およびＱ４のスイッチペアをオフ状態とする一方で、トランジスタＱ２およびＱ３のスイッチペアを所定のデューティー比でオン・オフさせる。この期間２では、トランジスタＱ２およびＱ３のオン期間にトランジスタＱ２およびＱ３を通って系統電力４０側へ電流が流れることにより、直流側から交流側へ通電する。そして、トランジスタＱ１～Ｑ４のオフ期間に電流平滑用の連系リアクトル５４，５６中の電磁エネルギーが系統電力４０とダイオードＤ１，Ｄ４とを通って直流側へ還流される。トランジスタＱ１～Ｑ４のオフ期間に電流平滑用の連系リアクトル５４，５６中の電磁エネルギーが減少していくと、回路の通電は行なわれなくなる。
　このように、フルブリッジ回路の２組のスイッチペアを交互にオン・オフさせることによって、正弦波の出力波形を有する交流電力をＲ相線ＲＬおよびＴ相線ＴＬの間に出力することができる。なお、上記の期間１および期間２では、直流電圧Ｖｄｃが電圧目標値Ｖｄｃ＊よりも大きい場合には、制御部６００は、系統電力４０側へ伝達されるエネルギーを増やすように、各スイッチペアのデューティー比を増大させる。一方、直流電圧Ｖｄｃが電圧目標値Ｖｄｃ＊より小さい場合には、制御部６００は、系統電力４０側へ伝達されるエネルギーを減らすように、各スイッチペアのデューティー比を減少させる。
　図６に示すトランジスタＱ１～Ｑ４のスイッチング制御と並行して、制御部６００は、第１蓄電池制御部４－１からの第１蓄電池３－１の電池情報および第２蓄電池制御部４－２からの第２蓄電池３－２の電池情報に基づいて、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の間でＳＯＣのアンバランスが生じているか否かを判断する。
　具体的には、制御部６００は、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２のＳＯＣ制御範囲を設定する。図７を参照して、ＳＯＣ制御範囲は、制御中心ＳＯＣｒに対して、上限側および下限側に制御幅を持つように設定される。図７では、ＳＯＣ制御範囲の下限をＳＯＣｌ（制御下限値）と称し、ＳＯＣ制御範囲の上限をＳＯＣｕ（制御上限値）と称する。制御部６００は、第１蓄電池３－１のＳＯＣ１および第２蓄電池３－２のＳＯＣ２が、制御上限値ＳＯＣｕおよび制御下限値ＳＯＣｌの間に維持されるように、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の充放電を制御する。
　具体的には、図７に示すように、第１蓄電池３－１のＳＯＣ１が制御上限値ＳＯＣｕに到達する一方で、第２蓄電池３－２のＳＯＣ２が制御下限値ＳＯＣｌに到達した場合には、制御部６００は、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の間でＳＯＣのアンバランスが生じていると判断する。この場合、制御部６００は、電圧目標値Ｖｄｃ＊に基づいて生成された本来のスイッチング制御信号Ｓ１～Ｓ４に対して、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の間でのＳＯＣのアンバランスを補償するための補正処理を実行する。
　以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るスイッチング制御信号の補正処理について詳細に説明する。
　図８は、蓄電池３－１，３－２間のＳＯＣのアンバランスを補償するためのスイッチング制御を説明する図である。
　図８を参照して、本発明の実施の形態に係るスイッチング制御では、図６に示した期間１（系統電力の半周期）において、トランジスタＱ１およびＱ４のオン期間と、トランジスタＱ１～Ｑ４のオフ期間との間に、ＳＯＣのアンバランスを補償するための期間（以下、「ＳＯＣ不均衡補償期間」と称する）を設ける。
　このＳＯＣ不均衡補償期間では、制御部６００は、蓄電池３－１，３－２のうちのＳＯＣが大きい方の蓄電池のＳＯＣを制御中心ＳＯＣｒまで低下させるように、トランジスタＱ１～Ｑ４のオン・オフを制御する。たとえば、図７に示すように、第１蓄電池３－１のＳＯＣ１が第２蓄電池３－２のＳＯＣ２よりも大きい場合には、図８に示すように、トランジスタＱ１をＰＷＭ制御し、トランジスタＱ２～Ｑ４をオフに固定する。
　このようにすると、ＳＯＣ不均衡補償期間では、図９に示すように、蓄電部３および系統電力４０の間で、トランジスタＱ１～連系リアクトル５４～Ｒ相線ＲＬ～中性点Ａ～抵抗Ｒｇ１～接地～抵抗Ｒｇ２～中点Ｂという、第１蓄電池３－１を放電させるための電流循環経路が形成され、この電流循環経路を放電電流が流れる。そして、第１蓄電池３－１のＳＯＣ１が制御中心ＳＯＣｒまで低下することによってＳＯＣ不均衡補償期間が終了すると、トランジスタＱ１～Ｑ４はいずれもオフ状態となる。
　図１０は、図９に示すスイッチング制御を説明するための時間波形図である。なお、図１０は、図６に示した期間１および期間２におけるスイッチング制御信号Ｓ１～Ｓ４の時間波形を示したものである。
　図１０を参照して、期間１では、制御部６００から、所定のデューティー比のスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ４が出力される。スイッチング制御信号Ｓ１およびＳ４がＨ（論理ハイ）レベルとなる期間（図中の期間ｔ）において、トランジスタＱ１およびＱ４がいずれもＰＷＭ制御状態となる。一方、スイッチング制御信号Ｓ１およびＳ４がＬレベルとなる期間において、トランジスタＱ１およびＱ４がいずれもオフ状態となる。一方、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ３は、スイッチング周期（搬送波信号の周期、図中の期間Ｔ）において、Ｌ（論理ロー）レベルに固定されている。
　制御部６００は、第１蓄電池制御部４－１から受けた第１蓄電池３－１のＳＯＣ１と、制御中心ＳＯＣｒとの偏差を算出し、この偏差に応じてＳＯＣ不均衡補償期間を算出する。
　第１蓄電池３－１のＳＯＣ１が第２蓄電池３－２のＳＯＣ２よりも大きい場合には、ＳＯＣ不均衡補償期間をΔｔとすると、スイッチング制御信号Ｓ１およびＳ４は、Ｈレベルとなる期間がスイッチング制御信号Ｓ１の方がΔｔだけ長くなるように補正される。これにより、ＳＯＣ不均衡補償期間では、トランジスタＱ１をオンに固定する一方で、トランジスタＱ４をオフに固定することができ、図９に示した第１蓄電池３－１を放電させるための電流循環経路を形成することができる。
　また、期間２では、制御部６００から、所定のデューティー比のスイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ３と、スイッチング周期ＴにおいてＬレベルに固定されたスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ４とが出力される。制御部６００は、Ｈレベルとなる期間がスイッチング制御信号Ｓ２の方がΔｔだけ長くなるように、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ３を補正する。これにより、ＳＯＣ不均衡補償期間では、トランジスタＱ２をＰＷＭ制御する一方で、トランジスタＱ３をオフに固定することができ、第１蓄電池３－１を放電させるための電流循環経路を形成することができる。
　なお、第２蓄電池３－２のＳＯＣ２が第１蓄電池３－１のＳＯＣ１よりも大きい場合には、期間１では、スイッチング制御信号Ｓ１およびＳ４は、Ｈレベルとなる期間がスイッチング制御信号Ｓ４の方がΔｔだけ長くなるように補正される。また、期間２では、スイッチング制御信号Ｓ２およびＳ３は、Ｈレベルとなる期間がスイッチング制御信号Ｓ３の方がΔｔだけ長くなるように補正される。これにより、ＳＯＣ不均衡補償期間では、トランジスタＱ４またはＱ３をＰＷＭ制御する一方で、トランジスタＱ１またはＱ２をオフに固定することができ、第２蓄電池３－２を放電させるための電流循環経路を形成することができる。
　以上のように、本実施の形態に係る直流給電システムによれば、直流バス１に直結される蓄電部３を、直列接続され、かつその中点が接地された２個の蓄電池で構成することにより、各蓄電池の有する高い電圧安定化能力を活かして、蓄電部の中点に安定した対地電圧を生成することができる。
　また、本実施の形態に係る直流給電システムによれば、ＤＣ／ＡＣ変換器５０を介して、蓄電部３と系統電力４０との間に、第１蓄電池３－１または第２蓄電池３－２を放電させるための電流循環経路を形成することができる。これにより、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の間でＳＯＣが不均衡となるのを抑制することができる。この結果、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２のいずれか一方が過放電または過充電になるのを回避でき、蓄電部３の劣化の進行を抑制することができる。
　図１１は、図５における制御部６００の制御構造を示す図である。
　図１１を参照して、制御部６００は、減算部７００と、ＰＩ制御部７０２と、ＳＯＣ補正部７０３と、加算部７０４，７０５と、搬送波比較器７０６～７０９と、ＮＯＴ回路７１０，７１１とを含む。
　減算部７００は、直流電圧Ｖｄｃと電圧目標値Ｖｄｃ＊との差から電圧偏差を演算し、ＰＩ制御部７０２へ出力する。
　ＰＩ制御部７０２は、少なくとも比例要素（Ｐ：proportional　element）および積分要素（Ｉ：integral　element）を含んで構成され、減算部７００から電圧偏差を受けると、この入力された電圧偏差に応じて、各トランジスタＱ１～Ｑ４のスイッチング周期（搬送波信号の周期）に対するオン期間の割合としてのデューティー比ｄを演算する。
　ＳＯＣ補正部７０３は、第１蓄電池制御部４－１から第１蓄電池３－１のＳＯＣ１を受け、第２蓄電池制御部４－２から第２蓄電池３－２のＳＯＣ２を受ける。そして、ＳＯＣ補正部７０３は、ＳＯＣ１およびＳＯＣ２のうちの大きい方と制御中心ＳＯＣｒとの偏差を演算すると、このＳＯＣの偏差に応じて、ＳＯＣ不均衡補償期間としてのトランジスタのオン期間を算出する。そして、ＳＯＣ補正部７０３は、この算出されたオン期間を確保するのに必要なデューティー比の補正量Δｄを演算する。
　加算部７０４は、ＰＩ制御部７０２から入力されたデューティー比ｄに、ＳＯＣ補正部７０３から入力されたデューティー比の補正量Δｄを加算し、デューティー比指令（ｄ＋Δｄ）を生成する。加算部７０４は、生成されたデューティー比指令を搬送波比較器７０６へ出力する。
　加算部７０５は、ＰＩ制御部７０２から入力されたデューティー比ｄに、ＳＯＣ補正部７０３から入力されたデューティー比の補正量Δｄを加算し、デューティー比指令（ｄ＋Δｄ）を生成する。加算部７０４は、生成されたデューティー比指令を搬送波比較器７０７へ出力する。
　搬送波比較器７０６は、デューティー比指令（ｄ＋Δｄ）と搬送波信号（たとえば三角波信号とする）とを比較し、その比較結果に応じた２値信号をＮＯＴ回路７１０により反転して、トランジスタＱ１のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１を生成する。
　搬送波比較器７０７は、デューティー比指令（ｄ＋Δｄ）と搬送波信号とを比較し、その比較結果に応じた２値信号からなるトランジスタＱ２のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ２を生成する。
　搬送波比較器７０８は、デューティー比指令ｄと搬送波信号とを比較し、その比較結果に応じた２値信号からなるトランジスタＱ３のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ３を生成する。
　搬送波比較器７０９は、デューティー比指令ｄと搬送波信号とを比較し、その比較結果に応じた２値信号をＮＯＴ回路７１１により反転して、トランジスタＱ４のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ４を生成する。
　なお、図１０では、スイッチング制御信号Ｓ４（またはＳ３）がＬレベルに遷移した後もスイッチング制御信号Ｓ１（またはＳ２）が継続してＨレベルとなるように制御することで、トランジスタＱ１（またはＱ２）のみをオンする期間（ＳＯＣ不均衡補償期間）を形成する構成について説明したが、どのようなタイミングでＳＯＣ不均衡補償期間を設けてもよい。たとえばスイッチング制御信号Ｓ１（またはＳ２）をスイッチング制御信号Ｓ４（またはＳ３）よりも先にＨレベルに遷移させる構成としてもよい。あるいは、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ４（またはＳ２，Ｓ３）がＨレベルとなる期間とは別のタイミングで、スイッチング制御信号Ｓ１（またはＳ２）のみをＨレベルとする期間を設けてもよい。
　また、本実施の形態では、電力変換器のスイッチング制御として、バイポーラスイッチング方式を説明したが、本発明の適用はバイポーラスイッチング方式に限定されるものではない。すなわち、本発明は、トランジスタＱ１およびＱ４、またはトランジスタＱ２およびＱ３をオンするエネルギー伝達期間と、トランジスタＱ１～Ｑ４のいずれか１つをオンするＳＯＣ不均衡補償期間とを設けられる全てのスイッチング方式に適用することが可能である。
　また、本実施の形態では、蓄電池３－１，３－２のうちの一方のＳＯＣが制御上限値ＳＯＣｕに到達し、かつ、他方のＳＯＣが制御下限値ＳＯＣｌに到達した場合に、蓄電池間のＳＯＣのアンバランスが生じていると判断してＳＯＣの不均衡を補償するためのスイッチング制御信号の補正処理を行なう例を示したが、蓄電池３－１，３－２のいずれか一方のＳＯＣが制御上限値ＳＯＣｕに到達した場合、あるいは、一方のＳＯＣが制御下限値ＳＯＣｌに到達した場合に、蓄電池間のＳＯＣのアンバランスが生じていると判断してスイッチング制御信号の補正処理を行なう構成としてもよい。
　なお、上述した実施の形態においては、直流給電システムの一形態として、蓄電部３を構成する蓄電池３－１，３－２の中点Ｂを抵抗Ｒｇ２を介して接地することにより、中点Ｂと単相３線式交流電力系統の中性点Ａとが電気的に接続されてなるＤＣ／ＡＣ変換器について例示したが、本願発明は、蓄電部３の中点Ｂと単相３線式交流電力系統の中性点Ａとが電気的に接続されてなるＤＣ／ＡＣ変換器に適用することが可能である。たとえば、図１２に示すように、蓄電部３の中点Ｂを単相３線式交流電力系統の中性線に接続する構成についても、本願発明は適用可能である。なお、図１２に示す構成では、蓄電部３の中点Ｂと単相３線式交流電力系統の中性点Ａとを結ぶ中性線には抵抗Ｒｇ３が介挿接続される。この抵抗Ｒｇ３は、中点Ｂと中性点Ａとの間に過大な電流が流れることを防止するために接続されているが、必ずしも中性線に抵抗を介挿接続させる必要はない。
　（ＡＣ／ＤＣ変換器の構成）
　図１３は、図１におけるＡＣ／ＤＣ変換器７０の詳細な構成を示す回路図である。
　図１３を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器７０は、図３に示すＤＣ／ＡＣ変換器５０とは回路構成が基本的に同じであり、ＡＣ／ＤＣ変換部７２と、連系リアクトル７４，７６と、直流電圧検出部７８と、制御装置８０とを含む。
　ＡＣ／ＤＣ変換部７２は、制御装置８０からのスイッチング制御信号Ｓ１１～Ｓ１４に応じて、系統電力４０から受けた交流電力を直流電力に変換して直流バス１へ出力する。ＡＣ／ＤＣ変換部７２は、スイッチング素子であるトランジスタＱ１１～Ｑ１４と、ダイオードＤ１１～Ｄ１４とを含む。トランジスタＱ１１，Ｑ１３は、正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ１１とトランジスタＱ１３との中間点はＲ相線ＲＬに接続される。連系リアクトル７４は、Ｒ相線ＲＬに介挿接続される。
　トランジスタＱ１２，Ｑ１４は、正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ１２とトランジスタＱ１４との中間点はＴ相線ＴＬに接続される。連系リアクトル７６は、Ｔ相線ＴＬに介挿接続される。各トランジスタＱ１１～Ｑ１４のコレクタ－エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１～Ｄ１４がそれぞれ接続されている。
　なお、トランジスタＱ１１～Ｑ１４として、たとえば、ＩＧＢＴを用いることができる。または、パワーＭＯＳＦＥＴ等の電力スイッチング素子を用いてもよい。
　直流電圧検出部７８は、正母線ＰＬと負母線ＳＬとの間に接続され、ＡＣ／ＤＣ変換部７２から直流バス１へ供給される直流電力の電圧値Ｖｄｃを検出し、その検出結果を制御装置８０へ出力する。
　制御装置８０は、直流電圧検出部７８から電圧Ｖｄｃを受け、第１蓄電池制御部４－１から第１蓄電池３－１の電池情報を受け、第２蓄電池制御部４－２から第２蓄電池３－２の電池情報を受ける。第１蓄電池３－１の電池情報には、第１蓄電池３－１の状態値（充放電電圧Ｖｂ１，充放電電流Ｉｂ１，電池温度Ｔｂ１）、ＳＯＣ１および劣化度合いなどが含まれる。第２蓄電池３－２の電池情報には、第２蓄電池３－２の状態値（充放電電圧Ｖｂ２，充放電電流Ｉｂ２，電池温度Ｔｂ２）、ＳＯＣ２および劣化度合いなどが含まれる。制御装置８０は、これらの入力情報に基づいて、後述する制御構造に従って、トランジスタＱ１１～Ｑ１４のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１１～Ｓ１４を生成し、ＡＣ／ＤＣ変換部７２を制御する。
　以下、図１４を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器７０の電力変換動作について説明する。
　電力変換動作時においては、制御装置８０は、直流電圧Ｖｄｃが所定の電圧目標値Ｖｄｃ＊となるようにスイッチング制御信号Ｓ１１～Ｓ１４を生成する。なお、電圧目標値Ｖｄｃ＊は、たとえば３８０Ｖのように事前に決定し、図示しない記憶部に格納しておくことができる。あるいは、制御装置８０と外部の制御装置との間で通信を行なうことによって、所望の電圧値を適宜取得するようにしてもよい。
　図１４に示すように、制御装置８０は、系統電力の半周期では、トランジスタＱ１１およびＱ１２のスイッチペアをオフ状態とする一方で、トランジスタＱ１３およびＱ１４のスイッチペアを所定のデューティー比でオン・オフさせる。トランジスタＱ１３およびＱ１４のオン期間（以下、「期間１－１」と称す）では、トランジスタＱ１３およびＱ１４を通って電流が流れることにより、連系リアクトル７４，７６に電磁エネルギーが蓄積される。続いて、トランジスタＱ１３およびＱ１４のオフ期間、すなわち、トランジスタＱ１１～Ｑ１４のオフ期間（以下、「期間２」と称す）では、ダイオードＤ１１およびＤ１３の接続点およびダイオードＤ１２およびＤ１４の接続点の間に、連系リアクトル７４，７６から放出される電磁エネルギーを受け、この電磁エネルギーを直流電力に整流する。
　なお、図１４においては、ブリッジ回路を構成するダイオードＤ１１およびＤ１４により交流電力を直流電力に整流する期間２において、トランジスタＱ１１～Ｑ１４をすべてオフ状態とする構成としたが、トランジスタＱ１１およびＱ１４についてはオン状態として同期整流させる構成としてもよい。
　制御装置８０は、直流電圧Ｖｄｃが電圧目標値Ｖｄｃ＊よりも大きい場合には、直流側へ伝達されるエネルギーを減らすように、すなわち、期間１－１を短くするように、スイッチペアのデューティー比を減少させる。一方、直流電圧Ｖｄｃが電圧目標値Ｖｄｃ＊より小さい場合には、制御装置８０は、直流側へ伝達されるエネルギーを増やすように、すなわち、期間１－１を長くするように、スイッチペアのデューティー比を増大させる。
　ここで、トランジスタＱ１３およびＱ１４のオン期間（期間１－１）においては、図１４（ａ）に示すように、連系リアクトル７４，７６に電磁エネルギーが蓄積されるのと同時に、図１４（ｂ）に示すように、蓄電部３および系統電力４０の間で、連系リアクトル７６～トランジスタＱ１４～第２蓄電池３－２～中点Ｂ～抵抗Ｒｇ２～接地～抵抗Ｒｇ１～中性点Ａという、第２蓄電池３－２を放電させるための電流循環経路が形成され、この電流循環経路を放電電流が流れる。すなわち、トランジスタＱ１３およびＱ１４のオン期間（期間１－１）中に第２蓄電池３－２の放電が行なわれる。
　これに対して、図１５には、図１４とは別の制御態様によって電力変換動作を行なう様子が示される。図１５では、制御装置８０は、系統電力の半周期では、トランジスタＱ１３およびＱ１４のスイッチペアをオフ状態とする一方で、トランジスタＱ１１およびＱ１２のスイッチペアを所定のデューティー比でオン・オフさせる。トランジスタＱ１１およびＱ１２のオン期間（以下、「期間１－２」と称す）では、トランジスタＱ１１およびＱ１２を通って電流が流れることにより、連系リアクトル７４，７６に電磁エネルギーが蓄積される。続いて、トランジスタＱ１１およびＱ１２のオフ期間、すなわち、トランジスタＱ１１～Ｑ１４のオフ期間（期間２）では、ダイオードＤ１１およびＤ１３の接続点およびダイオードＤ１２およびＤ１４の接続点の間に、連系リアクトル７４，７６から放出される電磁エネルギーを受け、この電磁エネルギーを直流電力に整流する。
　制御装置８０は、直流電圧Ｖｄｃが電圧目標値Ｖｄｃ＊よりも大きい場合には、直流側へ伝達されるエネルギーを減らすように、すなわち、期間１－２を短くするように、スイッチペアのデューティー比を減少させる。一方、直流電圧Ｖｄｃが電圧目標値Ｖｄｃ＊より小さい場合には、制御装置８０は、直流側へ伝達されるエネルギーを増やすように、すなわち、期間１－２を長くするように、スイッチペアのデューティー比を増大させる。
　図１５においては、トランジスタＱ１１およびＱ１２のオン期間（期間１－２）において、同図（ａ）に示すように、連系リアクトル７４，７６に電磁エネルギーが蓄積されるのと同時に、同図（ｂ）に示すように、蓄電部３および系統電力４０の間で、中性点Ａ～抵抗Ｒｇ１～接地～抵抗Ｒｇ２～中点Ｂ～第１蓄電池３－１～トランジスタＱ１１～連系リアクトル７４という、第１蓄電池３－１を放電させるための電流循環経路が形成され、この電流循環経路を放電電流が流れる。すなわち、トランジスタＱ１１およびＱ１２のオン期間（期間１－２）中に第１蓄電池３－１の放電が行なわれる。
　以上のように、図１４の制御態様に従って電力変換動作を行なう場合には、トランジスタＱ１３およびＱ１４のオン期間（期間１－１）において第２蓄電池３－２が放電される一方で、図１５の制御態様に従って電力変換動作を行なう場合には、トランジスタＱ１１およびＱ１２のオン期間（期間１－２）において第１蓄電池３－１が放電される。
　そこで、本実施の形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器７０では、蓄電池３－１，３－２間のＳＯＣのアンバランスを補償するための補正処理として、第１蓄電池３－１のＳＯＣ１および第２蓄電池３－２のＳＯＣ２の偏差に応じて、図１４の制御態様と図１５の制御態様とを切替えて実行する。
　図１６は、蓄電池３－１，３－２間のＳＯＣのアンバランスを補償するためのスイッチング制御を説明する図である。
　図１６を参照して、本発明の実施の形態に係るスイッチング制御では、制御装置８０は、第１蓄電池３－１のＳＯＣ１と第２蓄電池３－２のＳＯＣ２とを比較し、その比較結果に応じて、同図（Ａ）に示すスイッチング制御および同図（Ｂ）に示すスイッチング制御のいずれかを選択して実行する。
　具体的には、図１６（Ａ）を参照して、第２蓄電池３－２のＳＯＣ２が第１蓄電池３－１のＳＯＣ１よりも大きい場合には、図１４で説明したように、系統電力の半周期において、トランジスタＱ１１およびＱ１２をオフ状態とし、トランジスタＱ１３およびＱ１４を所定のデューティー比でオン・オフさせる。これにより、トランジスタＱ１３およびＱ１４のオン期間（期間１－１）において第２蓄電池３－２を放電させることができる。
　これに対して、図１６（Ｂ）を参照して、第１蓄電池３－１のＳＯＣ１が第２蓄電池３－２のＳＯＣ２よりも大きい場合には、図１５で説明したように、系統電力の半周期において、トランジスタＱ１３およびＱ１４をオフ状態とし、トランジスタＱ１１およびＱ１２を所定のデューティー比でオン・オフさせる。これにより、トランジスタＱ１１およびＱ１２のオン期間（期間１－２）において第１蓄電池３－１を放電させることができる。
　以上のように、本実施の形態に係る直流給電システムによれば、ＡＣ／ＤＣ変換器７０を介して、蓄電部３と系統電力４０との間に、第１蓄電池３－１または第２蓄電池３－２を放電させるための電流循環経路を形成することができる。これにより、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２の間でＳＯＣが不均衡となるのを抑制することができる。この結果、第１蓄電池３－１および第２蓄電池３－２のいずれか一方が過放電または過充電になるのを回避することができるとともに、片方の蓄電池だけを多く充放電するような状態を防ぐことができ、蓄電部３の劣化の進行を抑制することができる。
　図１７は、図１３における制御装置８０の制御構造を示す図である。
　図１７を参照して、制御装置８０は、減算部８００と、ＰＩ制御部８０２と、搬送波比較器８０４と、選択部８０６と、比較部８０８とを含む。
　減算部８００は、直流電圧Ｖｄｃと電圧目標値Ｖｄｃ＊との差から電圧偏差を演算し、ＰＩ制御部８０２へ出力する。
　ＰＩ制御部８０２は、少なくとも比例要素Ｐおよび積分要素Ｉを含んで構成され、減算部８００から電圧偏差を受けると、この入力された電圧偏差に応じて、各トランジスタＱ１１～Ｑ１４のスイッチング周期（搬送波信号の周期）に対するオン期間の割合としてのデューティー比ｄを演算する。
　搬送波比較器８０４は、デューティー比ｄと搬送波信号（たとえば三角波信号とする）とを比較し、その比較結果に応じた２値信号からなるトランジスタＱ１１～Ｑ１４のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１１～Ｓ１４を生成する。具体的には、搬送波比較器８０４は、トランジスタＱ１１およびＱ１２のスイッチペアのオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１１およびＳ１２を１組のスイッチング制御信号とし、トランジスタＱ１３およびＱ１４のスイッチペアのオン・オフを制御するためスイッチング制御信号Ｓ１３およびＳ１４をもう１組のスイッチング制御信号として、２組のスイッチング制御信号（Ｓ１１，Ｓ１２）および（Ｓ１３，Ｓ１４）を生成する。
　比較部８０８は、第１蓄電池制御部４－１から受けた第１蓄電池３－１のＳＯＣ１と、第２蓄電池制御部４－２から受けた第２蓄電池３－２のＳＯＣ２とを比較する。そして、比較部８０８は、比較結果を示す信号を選択部８０６へ出力する。
　選択部８０６は、比較部８０８から受けた比較結果信号に基づいて、２組のスイッチング制御信号（Ｓ１１，Ｓ１２）および（Ｓ１３，Ｓ１４）のいずれか一方を選択する。具体的には、比較結果信号から第２蓄電池３－２のＳＯＣ２が第１蓄電池３－１のＳＯＣ１よりも大きいと判断される場合には、選択部８０６は、スイッチング制御信号（Ｓ１３，Ｓ１４）を選択する。この場合、選択部８０６は、非選択のスイッチング制御信号（Ｓ１１，Ｓ１２）については、Ｌレベルに固定する。
　一方、比較結果信号から第１蓄電池３－１のＳＯＣ１が第２蓄電池３－２のＳＯＣ２よりも大きいと判断される場合には、選択部８０６は、スイッチング制御信号（Ｓ１１，Ｓ１２）を選択する。この場合、選択部８０６は、非選択のスイッチング制御信号（Ｓ１３，Ｓ１４）については、Ｌレベルに固定する。
　なお、本実施の形態におけるＡＣ／ＤＣ変換器は、図１５に示すような制御方式によりＳＯＣ不均衡補償期間を設けているが、トランジスタＱ１１～Ｑ１４のいずれか１つをオンする期間を設けることにより蓄電池３－１，３－２間のＳＯＣの不均衡を補正する構成としてもよい。
　また、上述した実施の形態においては、電力変換装置の一形態として、蓄電部３を構成する蓄電池３－１，３－２の中点Ｂを抵抗Ｒｇ２を介して接地することにより、中点Ｂと単相３線式交流電力系統の中性点Ａとが電気的に接続されてなるＡＣ／ＤＣ変換器について例示したが、本願発明は、蓄電部３の中点Ｂと単相３線式交流電力系統の中性点Ａとが電気的に接続されてなるＡＣ／ＤＣ変換器に適用することが可能である。たとえば、図１２で説明したように、蓄電部３の中点Ｂを単相３線式交流電力系統の中性線に接続する構成についても、本願発明は適用可能である。
　また、本実施の形態では、電力変換装置として、直流バスおよび系統電力の間に、ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器を並列に設置する構成を示したが、これらを一体化した双方向電力変換器に対しても、本発明による電力変換制御を適用することができる。
　以上のように、この発明の実施の形態に係る直流給電システムによれば、直流バスに直結される蓄電部を、直列接続され、かつ、その中点が接地された２個の蓄電池により構成したことにより、各蓄電池が有するエネルギー平準化能力を活かして、中点に安定した対地電圧を生成することができる。
　また、電力変換装置において、直列接続された２個の蓄電池間でのＳＯＣの不均衡を補償するためのスイッチング制御を行なうことにより、蓄電池間の性能にばらつきが生じるのを抑制することができ、蓄電部の劣化の進行を抑制することができる。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　この発明は、蓄電部が電力変換器を介さず直流バスに直結された直流給電システムに利用することができる。
　１　直流バス、２　太陽光発電システム、３　蓄電池、４　系統電力システム、５　直流負荷群、２０　太陽電池、３０　ＤＣ／ＤＣ変換器、４０　系統電力、５０　ＤＣ／ＡＣ変換器、５２　ＤＣ／ＡＣ変換部、５４，５６，７４，７６　連系リアクトル、５８，６２，６４，７８，８２，８４　直流電圧検出部、６０，６０Ａ，６０Ｂ，８０　制御部、７０　ＡＣ／ＤＣ変換器、７２　ＡＣ／ＤＣ変換器部、６００，６０３～６０５，８００　減算部、６０１，６０２　加算部、６１０，６１５，８０２　ＰＩ制御部、６１１～６１４，８０４　搬送波比較器、６２１，６２４　ＮＯＴ回路、８０６　選択部、８０８
　比較部、Ｃｈ，Ｃｌ　コンデンサ、Ｄ１～Ｄ４，Ｄ１１～Ｄ１４　ダイオード、Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４　トランジスタ。

Claims (8)

  1. 　直流負荷（５）に直流電力を供給するための直流給電システムであって、
    　系統電力（４０）および前記直流負荷（５）の間に配設された直流正負母線（１）と、
    　電源電圧を前記直流正負母線（１）に出力する蓄電部（３）と、
    　前記直流正負母線（１）と前記系統電力（４０）との間で電力変換を行なう電力変換装置（５０，７０）とを備え、
    　前記蓄電部（３）は、前記直流正負母線（１）間に直列に接続され、かつ、その中点が接地された第１および第２の蓄電池（３－１，３－２）を含む、直流給電システム。
  2. 　前記系統電力（４０）は、単相３線式の電力系統を含み、
    　前記蓄電部（３）は、前記第１および第２の蓄電池（３－１，３－２）の各々の状態値に基づいて、前記第１および第２の蓄電池（３－１，３－２）の各々の残容量を検出するための残容量検出部（４－１，４－２）をさらに含み、
    　前記電力変換装置（５０，７０）は、
    　前記直流正負母線（１）に接続され、複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４）によって前記蓄電部（３）の直流電力および前記電力系統の交流電力の間で電力変換を行なう電力変換回路（５２，７２）と、
    　前記直流正負母線（１）間の直流電圧および前記残容量検出部（４－１，４－２）の検出値に基づいて、前記複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４）をスイッチング制御するための電力変換制御部（６０，８０）とを含む、請求項１に記載の直流給電システム。
  3. 　前記電力変換制御部（６０，８０）は、
    　直流電圧目標値と前記直流正負母線（１）間の直流電圧との偏差に基づいて、前記複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４）をスイッチング制御するための第１のスイッチング制御部と、
    　前記第１の蓄電池（３－１）の残容量検出値と前記第２の蓄電池（３－２）の残容量検出値との偏差に基づいて、前記複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４）をスイッチング制御するための第２のスイッチング制御部とを含む、請求項２に記載の直流給電システム。
  4. 　前記第２のスイッチング制御部は、前記第１の蓄電池（３－１）および前記第２の蓄電池（３－２）のうちの一方の残容量検出値が制御範囲の上限値に達するという第１の条件、前記第１の蓄電池（３－１）および前記第２の蓄電池（３－２）のうちの他方の残容量検出値が前記制御範囲の下限値に達するという第２の条件の少なくとも一方が成立すると、前記残容量検出値の偏差に基づいて前記複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４）をスイッチング制御する、請求項３に記載の直流給電システム。
  5. 　前記第２のスイッチング制御部は、前記第１の蓄電池（３－１）の残容量検出値が前記第２の蓄電池（３－２）の残容量検出値よりも大きい場合には、前記蓄電部（３）および前記電力系統の間で、前記第１の蓄電池（３－１）を放電するための電流循環経路が形成されるように、前記複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４）をスイッチング制御する、請求項３に記載の直流給電システム。
  6. 　前記第２のスイッチング制御部は、前記第２の蓄電池（３－２）の残容量検出値が前記第１の蓄電池（３－１）の残容量検出値よりも大きい場合には、前記蓄電部（３）および前記電力系統の間で、前記第２の蓄電池（３－２）を放電するための電流循環経路が形成されるように、前記複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ４，Ｑ１１～Ｑ１４）をスイッチング制御する、請求項３に記載の直流給電システム。
  7. 　前記蓄電部（３）は、前記第１および前記第２の蓄電池（３－１，３－２）の少なくとも一方に異常が検知された場合には、当該異常が検知された蓄電池の充放電経路を遮断するための遮断部（４０６）をさらに含む、請求項１に記載の直流給電システム。
  8. 　前記蓄電部（３）の中点および前記系統電力（４０）の中性点を接続する配線（ＮＬ）をさらに備える、請求項１に記載の直流給電システム。
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