WO2014102998A1

WO2014102998A1 - 電力変換装置

Info

Publication number: WO2014102998A1
Application number: PCT/JP2012/084021
Authority: WO
Inventors: 啓角谷; 伸治今井; 寛岩澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2015-06-28

Abstract

　本発明の目的は、直流と交流とを変換可能であると共に、直流側に接続した蓄電装置の寿命を長期化可能な蓄電システム向けの電力変換装置を提供することにある。　直流と交流とを変換する小型変換装置を複数備え、複数の蓄電装置を備え、複数の小型変換機のそれぞれの直流側に蓄電装置が接続され、複数の小型変換器の直流側が直列接続された電力変換装置であって、蓄電装置の状態に基づいて、小型変換器のＰＷＭ信号のオン期間を入れ替えることで、小型変換器の電力量を自在に変更する。

Description

電力変換装置

　本発明は、電力変換装置に関する。

　例えば、特許文献１には、直流電源回路に接続された単相電力変換器を複数備え、単相電力変換器の交流出力端子を直列に接続した直列多重電力変換装置において、電圧指令に同期したＰＷＭ信号を演算する手段と、ＰＷＭ信号が変化するタイミングを複数の単相電力変換器の間で入れ替えてこれらの単相電力変換器の電圧出力期間を均等化する手段とを備えた前記直列多重電力変換装置が開示されている．
　特許文献２には、直流電源回路に接続された複数の単相電力変換器を備え、単相電力変換器の交流出力端を直列接続する直列多重電力変換器を制御するための制御装置であって、直列多重電力変換器に対する電圧指令を発生する手段と、電圧指令から単相電力変換器の半導体素子をスイッチングするためのＰＷＭ信号を発生する手段と、を備えた制御装置において、電圧指令の大きさに応じて複数のＰＷＭ信号を複数の単相電力変換器に分配する手段を有し、各単相電力変換装器のよる電力分担を均等化させることを特徴とする多重電力変換器の制御装置が開示されている．

特開２００６－３２０１０３号公報特開２００２－５８２５７号公報

　近年、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇が懸念されており、二酸化炭素の排出量の低減や、化石燃料への依存度の低下が求められている。二酸化炭素の排出量の低減や、化石燃料への依存度の低下を図るためには、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーを利用した発電システムの導入が有効であると考えられる。再生可能エネルギーを利用した発電システムの導入にあたっては、気象条件に左右される再生可能エネルギーの変動に伴う電力変動を抑制する手段が必要であり、その手段の一つとして、電気エネルギーの蓄積及び放出が可能な蓄電システムが注目されている。再生可能エネルギーに併設した際の蓄電システムの具体的な動作としては、再生可能エネルギーが発電する電力が余剰である場合には余剰電力を貯蔵し、電力が不足する際には不足電力を補うために蓄電システムから放電する。このように、再生可能エネルギー発電システムに蓄電システムを併設することにより、再生可能エネルギーを有効利用することが可能である。

　再生可能エネルギーの発電システムに併設される蓄電システムは、比較的短いサイクルで充放電が繰り返されるため、蓄電システムを構成する蓄電装置の寿命管理が重要である。従来の蓄電システムは、インバータまたはパワーコンディショナを用いて蓄電装置をまとめて管理している。この場合、蓄電装置の特性ばらつきが主な要因で、一部の性能の低い蓄電装置が、周辺の良好な性能の蓄電装置に悪影響を及ぼすことで、蓄電システム全体の寿命が短期化するという問題がある。

　蓄電システムの寿命を管理する好適な手段の一つとして、特許文献１、特許文献２に開示された技術のように、直流電源回路に接続された複数の単相電力変換器を備え、単相電力変換器の交流出力端を直列接続する直列多重電力変換器を、蓄電システムの電力変換器として採用することが考えられる。上記直列多重電力変換器を用いることにより、蓄電装置の状態を単相電力変換器毎に管理することが可能であることから、蓄電装置の寿命を長期化することが可能である。

　特許文献１に開示されている直列多重電力変換器は、複数ある単相電力変換器が出力する電圧出力期間を均等化することで、複数の単相電力変換器の電力分担を均等化することが可能であるため、蓄電装置が同種であり、新品状態や劣化状態が同様である場合には有効である。ただし、種類が異なる蓄電装置を利用する場合や、同種ではあるが特性の異なる蓄電装置を利用する場合や、蓄電装置の特性ばらつきによって蓄電装置の性能に差異が生じた場合には、蓄電装置の状態に合わせて電力分担を調整することができないために、蓄電装置の状態を最適に管理できず、寿命を長期化できないのみならず、逆に短期化させるという課題があった。

　また、特許文献２に開示された直列多重電力変換器の制御装置も同様に、複数の単相電力変換器の電力分担を均等化する技術であることから、上述と同様に、蓄電装置の状態に応じて電力分担を調整できず、蓄電装置の寿命を長期化できないという課題があった。

　本発明の目的は、直流と交流とを変換可能であると共に、直流側に接続した蓄電装置の寿命を長期化可能な蓄電システム向けの電力変換装置を提供することにある。

電力変換装置は、直流と交流とを変換する単相フルブリッジ回路により構成される小型変換装置を複数備え、複数の蓄電装置を備え、前記小型変換装置の直流側接続端子に前記蓄電装置を接続しており、前記小型変換装置の前記交流側接続端子を直列接続し、前記小型変換装置の交流側接続端子に生成する電圧を合成することで交流電圧を生成する電力変換装置であって、前記小型変換装置の前記直流接続端子に接続する前記蓄電装置の充電容量をすべて加算した充電容量総和値により、前記蓄電装置の前記充電容量を除算した結果である充電容量比を、小さい順に並べた数列を充電容量比列とし、前記電力変換器が生成する前記交流電圧のサイクルである交流電圧サイクルのうち、前記交流電圧サイクルの４分の１の期間で前記小型変換装置が変換する電力を時間積分した小型変換装置の電力量を、前記小型変換装置の数だけ加算した電力量総和値にて、前記小型変換装置の電力量を除算した値である電力量比を、小さい順に並べた数列を電力量比列とすると、前記電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記充電容量比列の傾向と前記電力量比列との傾向がほぼ同等であることを特徴とする。

　本発明によれば、直流と交流とを変換可能であると共に、直流側に接続した蓄電装置の寿命を長期化可能な蓄電システム向けの電力変換装置を提供することができる。

本願の電力変換装置の実施形態の概略構成を示すシステムブロック図。図１の電力変換装置１を構成する小型変換装置の構成を示す回路図。図１の電力変換装置１を構成する中央制御装置２にて演算される指令電圧と、中央制御装置２より、１小型変換装置３、４、５、６に送電される基本電圧パターンを示したタイムチャート。図１の電源装置を構成する中央制御装置２に実装される蓄電装置の充電状態を制御するための蓄電装置充電状態制御手段を示すブロック線図。図１の電力変換装置１の系統側接続端子１３に発生させる電圧を生成するための指令電圧と交流側電流Igを示すタイムチャート図。図３に示す基本電圧パターンに従って電力変換装置１の小型変換装置を制御した際の、各蓄電装置の電力量を示す棒グラフ。本願の実施形態１における蓄電装置の充電容量比を示す棒グラフ。本願の実施形態１における蓄電装置のSOC比を示す棒グラフ。本願の実施形態１における蓄電装置の内部抵抗比を示す棒グラフ。本願の実施形態１における蓄電装置の目標電力量を示す棒グラフ。本願の実施形態１において、蓄電装置が系統電源系統へ電力を送電する作動状態において、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段の補正電圧パターン演算手段の動作を示すタイムチャート。本願の実施形態１において、蓄電装置が系統電源系統へ電力を送電する作動状態において、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段の最終電圧パターン演算手段の動作を示すタイムチャート。本願の実施形態１において、蓄電装置が系統電源系統より電力を受電する作動状態において、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段が最終電圧パターン演算手段の動作を示すタイムチャート。本願の実施形態２における蓄電装置の充電容量比を示す棒グラフ。本願の実施形態２における蓄電装置の目標電力量を示す棒グラフ。本願の実施形態２において、蓄電装置が系統電源系統へ電力を送電する作動状態において、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段の補正電圧パターン演算手段の動作を示すタイムチャート。本願の実施形態２において、蓄電装置が系統電源系統へ電力を送電する作動状態において、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段の最終電圧パターン演算手段の動作を示すタイムチャート。本願の実施形態２における蓄電装置のSOC比を示す棒グラフ。本願の実施形態２における蓄電装置の内部抵抗比を示す棒グラフ。本願の実施形態２において、蓄電装置が系統電源系統より電力を受電する作動状態における蓄電装置の目標電力量を示す棒グラフ。本願の実施形態２において、蓄電装置が系統電源系統より電力を受電する作動状態の場合に、電力変換装置１を構成する中央制御装置２にて演算される指令電圧と、中央制御装置２より、１小型変換装置３、４、５、６に送電される基本電圧パターンを示したタイムチャート。本願の実施形態２において、蓄電装置が系統電源系統より電力を受電する作動状態において、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段の補正電圧パターン演算手段の動作を示すタイムチャート。本願の実施形態２において、蓄電装置が系統電源系統より電力を受電する作動状態において、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段の最終電圧パターン演算手段の動作を示すタイムチャート。

　以下に説明する実施形態は、電力貯蔵や電力供給を目的とする蓄電システムの電力変換装置に適用できる。

　また、以下に説明する実施形態は、小型変換装置の直流側接続端子にキャパシタを接続することにより、系統電圧の安定化を図る静止型無効電力補償装置の電力変換装置にも適用できる。

　さらに、以下に説明する実施形態は、小型変換装置の直流側接続端子に、蓄電装置やキャパシタではなく、太陽電池パネルを接続することにより、太陽電池パネルで発電した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置にも適用できる。

　次に、電力変換装置の概略構成について、説明する。

　電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換したり、交流電力を直流電力に変換したりする装置である。電力変換装置の直流側接続端子に直流電力源を接続し、交流側接続端子にリアクトルを介して交流電源系統を接続、連系する場合がある。また、交流側接続端子に、発電機を代表とする交流負荷を接続する場合がある。

　以下に説明する実施形態では、電力変換装置の直流側接続端子に蓄電装置を接続し、交流側接続端子にリアクトルを介して交流電源系統を接続し、連系動作を可能とする場合を例に挙げて説明する。

　図面を用いて、本発明の実施形態について具体的に説明する。

　まず、図１を用いて、本願に係る電力変換装置の実施形態の概略構成について説明する。図１は、本願の電力変換装置１を適用した蓄電システムの全体の概略構成を示す。

　電力変換装置１は、一端の接続端子である系統側接続端子１３を介して単相交流電源系統１８と接続しており、直流電源側接続端子７、８、９、１０を介して蓄電装置１４、１５、１６、１７と接続している。

　本実施形態では、系統側接続端子１２に単相交流電源系統１８を接続した場合を例に挙げて説明しているが、発電機などの交流電源負荷を接続しても構わない。

　また、電力変換装置１は、中央制御装置２、小型変換装置３、４、５、６、直流電源側接続端子７、８、９、１０、連系リアクトル１２、および系統側接続端子１３を備えている。電力変換装置１の小型変換装置３、４、５、６の交流側接続端子は電気的に直列接続されており、小型変換装置３、４、５、６の直列接続端１１より連系リアクトル１２を介して系統側接続端子１３に接続されている。また、小型変換装置３、４、５、６の直流側接続端子は直流電源接続端子７、８、９、１０にそれぞれ電気的に接続されている。小型変換装置３、４、５、６の交流側接続端子、および直流側接続端子の詳細は図２にて説明する。

　蓄電装置１４、１５、１６、１７は、それぞれ、図には明記しないが、電気的に直並列に接続された複数の蓄電装置（リチウムイオン二次電池）を備えている。複数の蓄電装置の電気的な接続の仕方は、電力変換装置と蓄電装置によって構成される蓄電システムに要求される出力電圧や蓄電容量などに関する仕様によって、直列接続、並列接続、直並列接続のいずれかが用いられる。本実施形態では、再生可能エネルギーによる発電システムに対応して設けられており、仕様として高電圧、高容量が要求されることから、複数の蓄電装置が電気的に直並列に接続された構成を採用している。

　電力変換装置１を構成する小型変換装置３、４、５、６は、中央制御装置２からの指令信号に基づいて作動することにより、単相交流電源系統１８と蓄電装置１４、１５、１６、１７との間で、電力を送受電する。

　中央制御装置２には、あらかじめ制御プログラムが実装されており、その制御プログラムに基づいて電力変換装置１の小型変換３、４、５、６に指令信号を送信する。図１には明記しないが、中央制御装置２に実装される制御プログラムは、例えば系統側接続端子１３に接続する電源の作動状態を計測するセンサである電圧センサや電流センサ、例えば蓄電装置１４、１５、１６、１７の作動状態を計測するセンサである電圧センサや電流センサや温度センサなど、の出力信号に基づいて、蓄電装置１４、１５、１６、１７の作動状態を最適化するように、電力変換装置１の指令信号を決定する。

　次に、小型変換装置の構成について説明する。

　図２は、図１の電源装置１の電力変換装置１を構成する小型変換装置３、４、５、６の概略構成を示す。

　小型変換装置３、４、５、６は同構成であるため、図２には小型変換装置３の構成のみを示す。

　小型変換装置３は、スイッチング回路、スイッチング回路に電気的に接続された交流側接続端子３３、および蓄電装置１４に接続される直流側接続端子７を備えている。

　スイッチング回路は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるスイッチング素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを備えている。

　尚、本実施形態では、スイッチング素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄとしてＭＯＦＥＴを用いた場合を例に挙げて説明するが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など、他のスイッチング素子を用いても構わない。

　スイッチング回路は、具体的には、上アームのスイッチング素子３１ａのソースと下アームのスイッチング素子３１ｂのドレインとが電気的に直列に接続されて構成された第１のアームと、上アームのスイッチング素子３１ｃのソースと下アームのスイッチング素子３１ｄのドレインとが電気的に直列に接続されて構成された第２のアームとを備え、上アームのスイッチング素子３１ａ、３１ｃのドレイン同士及び下アームのスイッチング素子３１ｂ、３１ｄのソース同士下が電気的に接続されて、第１のアームと第２のアームとが電気的に並列に接続された単相フルブリッジインバータ回路である。

　スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのドレインとソースとの間には、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴの構造上、寄生ダイオードが設けられている。具体的には、スイッチング素子３１ａのドレインとソースとの間にはダイオード３２ａが、スイッチング素子３１ｂのドレインとソースとの間にはダイオード３２ｂが、スイッチング素子３１ｃのドレインとソースとの間にはダイオード３２ｃが、スイッチング素子３１ｄのドレインとソースとの間にダイオード３２ｄが、それぞれ、設けられている。このため、別途、ダイオードを、スイッチング素子のドレインとソースとの間に設ける必要がない。スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた場合には、スイッチング素子のドレインとソースとの間にダイオードを設ける必要がある。

　上アームのスイッチング素子３１ａ、３１ｃのドレインは直流正極側接続端として、直流側接続端子３４の正極側に電気的に接続されている。下アームのスイッチング素子３１ｂ、３１ｄのソースは直流側接続端子３４の負極側に電気的に接続されている。

　第１のアームの中点、すなわち上アームのスイッチング素子３１ａのソースと下アームのスイッチング素子３１ｂのドレインとの電気的な接続点、及び第２のアームの中点、すなわち上アームのスイッチング素子３１ｃのソースと下アームのスイッチング素子３１ｄのドレインとの電気的な接続点は、それぞれ、交流側接続端子（負荷側接続端）として引き出されている。第１のアーム及び第２のアームのそれぞれの交流側接続端子（負荷側接続端）の先端には交流側接続端子３３が設けられている。２つの交流側接続端子３３のうち、一方の交流側接続端子３３は電力変換装置１の交流側接続端子２に電気的に接続されている。他方の交流側接続端子３３は、小型変換装置３に電気的に直列に接続される小型変換装置４の交流側接続端子の一方に電気的に接続されている。

　また、小型変換装置３は、制御装置３５を備えている。

　制御装置３５は、中央制御装置２から信号伝送された指令電圧が、電力変換装置７が接続される電源側交流端子１７に接続する電源と連系するようにスイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを構成するスイッチング素子の駆動を制御する。このため、制御装置３５は、中央制御装置２から信号伝送された指令電圧と電圧レベルを入力し、この入力された情報や予め記憶された記憶情報などに基づいて、スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄをスイッチング（オン、オフ）させるための駆動パターン制御プログラムにしたがって演算する。そして、制御装置３５は、演算された駆動パターンに関する駆動信号を生成し、スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのゲートに出力し、スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの駆動を制御する。

　次に、図３を用いて電力変換装置１を構成する小型変換装置３、４、５、６の作動を決定するための基本制御アルゴリズムの一例について説明する。

　図３には明記しないが、系統側接続端子１３に交流電源系統を接続した場合の、中央制御装置２から小型変換装置３、４、５、６に送信される指令信号の演算方法を示す。図３は横軸が時間、縦軸が図上方より、中央制御装置２で演算される指令電圧、小型変換装置３の交流側接続端子の基本電圧パターンV0₃、小型変換装置４の交流側接続端子の基本電圧パターンV0₄、小型変換装置５の交流側接続端子の基本電圧パターンV0₅、および小型変換装置６の交流側接続端子の基本電圧パターンV0₆を示し、図上方がそれぞれ正を示す。

　中央制御装置２は、系統側接続端子１３に接続した交流電源系統１８の交流電圧と、蓄電装置１４、１５、１６、１７の作動状態に基づいて指令電圧を演算する。演算した指令電圧に基づいて、時刻０から時刻Ｔ₉の期間では、指令電圧の位相に応じて、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₈の期間に小型変換装置３の基本電圧パターンV0₃を正とし、時刻Ｔ₂から時刻Ｔ₇の期間に小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄を正とし、時刻Ｔ₃から時刻Ｔ₆の期間に小型変換装置５の基本電圧パターンV0₅を正とし、時刻Ｔ₄から時刻Ｔ₅の期間の小型変換装置６の基本電圧パターンV 0₆を正とすることで、図には明記しないが、基本電圧パターンが正の期間に各小型変換装置の交流側接続端子に、直流側接続端子に接続した電圧が印加されることで、直列接続端１１にマルチレベル電圧を生成する。なお、それぞれの時刻は、指令電圧の位相に基づいて決定される値である。なお、図３は指令電圧が正の場合のみの動作概要を示すが、指令電圧が負の場合は上述と同様であるが、正負の符号が逆転した指令が伝送される。

　次に、図４～図１８を用いて、電力変換装置１を適用した蓄電システムを構成する蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電状態を制御するための蓄電装置充電状態制御手段の作動状態について説明する。

　図４は、中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御手段のアルゴリズム概要を示す制御ブロック図である。蓄電装置充電状態制御は、基本電圧パターン演算手段２０１、目標電力量演算手段２０２、補正電圧パターン演算手段２０３、最終電圧パターン演算手段２０４により構成される。

　基本電圧パターン演算手段２０１は、交流電源系統１８の状態、より具体的には電圧センサの出力信号より推定される系統電圧Vg、電流センサの出力信号より推定される交流電流Ig、および目標電力量演算手段２０２により演算される各小型変換器が担う目標電力量EEt_iに基づいて、基本電圧パターン信号V0_iを演算する。ここで、iは小型変換装置の番号を示す整数である。より具体的には、基本電圧パターン演算手段２０１は系統電圧Vgと系統電流Igに基づき、電力変換装置１が系統交流電源系統１８に送受する電力を実現するように、図３に示すような指令電圧を演算する。また、基本電圧パターン演算手段２０１は、上述の指令電圧に基づいて、小型変換装置３、４、５、６の交流側接続端子の基本電圧パターンを図３に示すような形態で演算する。さらに、基本電圧パターン演算手段２０１は、目標電力量演算手段２０２により演算される目標電力量EEt_kに基づいて、基本電圧パターンをどの小型変換装置に割り当てるかを判断し、最終的に基本電圧パターンV0_iを決定する。ここで、kは蓄電装置の番号を示す整数である。より具体的には、目標電力量EEt_kが小さい場合には、図３に示すパターンの中でも、正の期間が比較的短い基本電圧パターンを割り当てる。また、目標電力量EEt_kが大きい場合には、図３に示す基本電圧パターンの中でも、正の期間が比較的長い基本電圧パターンを割り当てる。

　目標電力量演算手段２０２は、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量の比である充電容量比AhCR_k、充電状態であるSOC(State Of Charge)の比であるSOC比SOCR_k、および蓄電装置の劣化状態（State Of Health、以下SOH）を示す内部抵抗の比である内部抵抗比SOH_kに基づいて、目標電力量EEt_kを演算する。ここで、kは蓄電装置の番号を示す整数である。図には明記しないが、蓄電装置１４、１５、１６、１７には状態管理装置が備えられており、この状態管理装置より中央制御装置２に充電容量を示すAhC_k、SOCを示すSOC_k、および内部抵抗を示すSOH_kが伝送される構成をとる。充電容量比AhCR_kは、充電容量を示すAhC_kの全数を加算した充電容量総和値にてAhC_kを除算することで演算される。同様に、SOC比SOCR_kはSOCを示すSOC_kの全数を加算したSOC総和値にてSOC_kを除算することで演算される。内部抵抗比SOHR_kは内部抵抗を示すSOH_kの全数を加算した内部抵抗総和値にてSOH_kを除算することで演算される。目標電力量演算手段２０２の具体的な動作としては、電力変換装置１の作動状態が電力を送電する場合には、充電容量比AhCR_kが小さい蓄電装置の電力分担量を少なくするために、目標電力量EEt_kを小さくする。同様に、電力変換装置１の作動状態が電力を送電する場合には、SOC比SOCR_kが小さい蓄電装置の電力分担量を少なくするために、目標電力量EEt_kを小さくする。また、電力変換装置１の作動状態が電力を送電する場合には、内部抵抗比SOHR_kが大きい蓄電装置の電力分担量を小さくするために目標電力量EEt_kを小さく設定する。また、電力変換装置１の作動状態が電力を受電する際に、上記と同様の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kである場合には、電力を送電する場合とは逆に、目標電力量EEt_kを大きく設定する。なお、目標電力量は、図３に示す指令電圧の１サイクルの期間の中でも、４分の１期間の電力を時間積算した値である。

　補正電圧パターン演算手段２０３は、基本電圧パターン演算手段２０１の出力である基本電圧パターンV0_i、交流電流Ig、蓄電装置の端子電圧VBAT_k、および目標電力量EEt_kに基づいて、小型変換装置３、４、５、６の補正電圧パターンVd_iを演算する。補正電圧パターン演算手段２０３は、図には明記しないが、目標電力量EEt_kと、自身の演算結果である補正電圧パターンVd_iと蓄電池電圧VBAT_iと交流電流Igに基づいて、補正電圧パターンを反映した際の電力量と目標電力量EEt_kの差を逐次監視し、この差分に基づいて補正電圧パターンを演算する。具体的な動作例については後述する。

　また、最終電圧パターン演算手段２０４は、基本電圧パターンV0_iと補正電圧パターンVd_iに基づいて、小型変換装置３、４、５、６の最終電圧パターンV_iを演算する。より具体的には、基本電圧パターンV0_iと補正電圧パターンVd_iを加算することで、最終電圧パターンV0_iを演算する。

　以下、図５乃至図１２を用いて、電力変換装置１の中央制御装置２に実装される蓄電装置充電状態制御の、補正電圧パターン演算手段２０３と、最終電圧パターン演算手段２０４の具体的な動作の一例を示す。以下では、図５に示すように、電力変換装置１の作動状態が、蓄電装置１４、１５、１６、１７から交流電源系統１８へ電力を送電しているものとする。なお、図５の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より指令電圧と交流電流Igを示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正を示す。図５のように指令電圧と交流電流Igが同位相である場合に、電力変換器１は蓄電装置１４、１５、１６、１７から交流電源系統１８へ電力を送電する作動状態であることを示す。

　図６は、本実施形態で説明する蓄電装置充電状態制御を適用しない場合の電力変換装置１に接続された蓄電装置３、４、５、６の電力量EE_kを示す。ここで、kは蓄電装置の番号を示す整数である。図６の横軸は蓄電装置番号を示し、縦軸は蓄電装置の電力量EE_kをそれぞれ示し、図上方が電力量が大きいことを示す。

　また、図７、図８、および図９は、本実施形態における蓄電装置の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kを示し、横軸は蓄電装置番号を、縦軸は蓄電装置の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kをそれぞれ示す。以下の説明では、図７、図８、および図９にそれぞれ示す充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kの状態がほぼ同等であるものとする。

　本実施形態の蓄電装置充電状態制御を適用しない場合には、充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、および、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ図７、図８、および図９のような状態であっても、図３に示すように小型変換装置３、４、５、６の電圧パターンが正となる期間を指令する。そのため、電圧パターンの正の期間に差異があるため、図６のように、蓄電装置番号の小さい蓄電装置が担う電力量が小さくなる。これによって、蓄電装置１４、１５、１６、１７の状態が各々変化していくため、蓄電池番号６の寿命が比較的短くなり、蓄電システムの寿命を支配する。

　これに対し、本実施形態の蓄電装置充電状態制御を適用した場合には、以下の手順で蓄電装置の状態をほぼ同等に維持することができる。

　図１０は、図７、図８、および図９にそれぞれ示す充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kの状態がほぼ同等である場合に、本実施形態の蓄電装置充電状態制御の目標電力量演算手段２０２が演算する目標電力量EEt_kを示す。図１０の横軸は蓄電装置番号を示し、縦軸は蓄電装置１３、１４、１５、１６の目標電力量を示す。

　図７、図８、および図９に示すような蓄電装置の状態の場合には、目標電力量演算手段２０２は蓄電装置が担う電力量を均等にする必要があると判断し、図１０に示すように目標電力量EEt_kをほぼ同等に設定する。

　図１１は、図４に示す補正電圧パターン演算手段２０３の動作の一例を示した図である。図１１の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より、指令電圧、交流電流Ig、小型変換装置３の補正電圧パターンVd₃、小型変換装置４の補正電圧パターンVd₄、小型変換装置５の補正電圧パターンVd₅、小型変換装置６の補正電圧パターンVd₆、を示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正であることを示す。

　補正電圧パターン演算手段２０３は、目標電力量演算手段２０２の演算結果である目標電力量EEt_iに基づいて、図６に示す基本電圧パターンでの蓄電装置が担う電力量EE_iを、図１０に示す目標電力量EEt_kに一致させるように補正電圧パターンVd_iを演算する。より具体的には、時間0から時間T₅の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させるために、時間T₁から時間T_bまでの期間で小型変換装置３の補正電圧パターンVd₃を正とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させるために、時間T₂から時間T_aまでの期間で小型変換装置４の補正電圧パターンVd₄を正とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるために、時間T₂から時間T_aまでの期間で小型変換装置５の補正電圧パターンVd₅を負とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T₁から時間T_bまでの期間で小型変換装置６の補正電圧パターンVd₆を負とする。また、時間T₅から時間T₁₀の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させるために、時間T₆から時間T_cまでの期間で小型変換装置３の補正電圧パターンVd₃を正とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させるために、時間T₇から時間T_dまでの期間で小型変換装置４の補正電圧パターンVd₄を正とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるために、時間T₇から時間T_dまでの期間で小型変換装置５の補正電圧パターンVd₅を負とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T₆から時間T_cまでの期間で小型変換装置６の補正電圧パターンVd₆を負とする。なお、補正電圧パターンの正負方向の大きさは、蓄電装置１４、１５、１６、１７の端子電圧であるVBAT_kに基づいて決定される。

　上述の補正電圧パターン演算手段２０３の動作詳細は以下の通りである。時間0から時間T₅の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T₁から時間T_bまでの期間で小型変換装置１７の基本電圧パターンV0₆より、小型変換装置３の基本電圧パターンV0₃へ電圧の正の期間を入れ替え、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させ、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるために、時間T₂から時間T_aまでの期間で小型変換装置５の基本電圧パターンV0₅より、小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₃とVd₆を演算する。また、時間T₅から時間T₁₀の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T₆から時間T_cまでの期間で小型変換装置１７の基本電圧パターンV0₆より、小型変換装置３の基本電圧パターンV0₃へ電圧の正の期間を入れ替え、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させ、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるために、時間T_cから時間T_dまでの期間で小型変換装置５の基本電圧パターンV0₅より、小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₄とVd₅を演算する。

　図１２は、図４に示す最終電圧パターン演算手段２０４の動作の一例を示した図である。図１２の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より、指令電圧、交流電流Ig、小型変換装置３の最終電圧パターンV₃、小型変換装置４の最終電圧パターンV₄、小型変換装置５の最終電圧パターンVd₅、小型変換装置６の最終電圧パターンV₆、を示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正であることを示す。

　最終電圧パターン演算手段２０４は、図１２に示すように、基本電圧パターン演算手段２０１の出力である基本電圧パターンV0_iに、補正電圧パターン演算手段２０３の出力である補正電圧パターンVd_iを加算することで、最終電圧パターンV_iを決定する。より具体的には、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を図３に示す基本電圧パターンV0₃のみの場合より増大させるために、時間T₁から時間T_cまでの期間と時間T₄から時間T_cまでの期間とで小型変換装置３の最終電圧パターンV₃を正とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を図３に示す基本電圧パターンV0₄のみの場合より増大させるために、時間T₂から時間T_aまでの期間と時間T₃から時間T_dまでの期間とで小型変換装置４の最終電圧パターンV₄を正とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を図３に示す基本電圧パターンV0₅のみの場合より減少させるために、時間T_aから時間T₇までの期間と時間T_dから時間T₈までの期間とで小型変換装置５の最終電圧パターンV₅を正とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を図３に示す基本電圧パターンV₆のみの場合より減少させるために、時間T_bから時間T₆までの期間と時間T_cから時間T₉までの期間とで小型変換装置６の最終電圧パターンV₆を正とする。

　上述のように本実施形態の蓄電装置充電状態制御は、蓄電装置１の状態に基づいて、図３に示す小型変換器の基本電圧パターンより、逐次、電圧パターンを補正、分配することで蓄電装置の状態を好適な状態に制御することが可能である。

　上述では図５に示すように、蓄電装置１４、１５、１６、１７から交流電源系統１８へ電力を送電している場合の作動状態を説明したが、蓄電装置１４、１５、１６、１７の状態が図７、図８、および図９のようにほぼ同等の状態を示す際には、蓄電装置３、４、５、６が交流電源系統１８から電力を受電するような場合においても、図１３に示すように小型変換器１４、１５、１６、１７の電圧パターンは図１２と同等となる。なお、図１３は図１２と同様に、横軸は時間を示し、縦軸は図上方より、指令電圧、交流電流Ig、小型変換装置３の最終電圧パターンV₃、小型変換装置４の最終電圧パターンV₄、小型変換装置５の最終電圧パターンVd₅、小型変換装置６の最終電圧パターンV₆、を示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正であることを示す。

　なお、上述の説明では、図７、図８、および図９にそれぞれ示す充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kの状態がほぼ同等である場合を想定しているため、本実施形態における蓄電装置充電状態制御は、電力変換器１の作動状態、すなわち、蓄電装置１４、１５、１６、１７と交流電源系統１８との間での電力送受の方向にかかわらず、蓄電装置１４、１５、１６、１７の電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比列と、充電容量比AhCR_kを小さい順に並べた数列である充電容量比列、または充電容量比AhCR_kの逆数を小さい順に並べた数列である充電容量比逆数列とが、ほぼ同等となるように小型変換器３、４、５、６の電圧パターンを分配する。同様に、本実施形態における蓄電装置充電状態制御は、蓄電装置１４、１５、１６、１７の電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比列と、SOC比であるSOCR_kを小さい順に並べた数列であるSOC比列、またはSOC比SOCR_kの逆数を小さい順に並べた数列であるSOC比逆数列とが、ほぼ同等となるように小型変換器３、４、５、６の電圧パターンを分配する。さらに、本実施形態における蓄電装置充電状態制御は、蓄電装置１４、１５、１６、１７の電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比列と、内部抵抗比SOHR_iを小さい順に並べた数列である内部抵抗比列、または内部抵抗比SOHR_kの逆数を小さい順に並べた数列である内部抵抗比逆数列とが、ほぼ同等となるように小型変換器３、４、５、６の電圧パターンを分配する。

　次に、図１４乃至図２３を用いて、本実施形態の電力変換装置１を適用した蓄電システムを構成する蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電状態を制御するための蓄電装置充電状態制御手段の上述とは異なる作動状態について説明する。

　以下で説明する本実施形態の電力変換装置１に実装される蓄電装置充電状態制御手段は、図４と同様であるものとする。

　図１４は、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比充AhCR_kを示し、図７と同様に横軸が蓄電装置番号を示し、縦軸は蓄電装置の充電容量比充AhCR_kを示し、図上方が正を示す。ここで、kは蓄電装置の番号を示す整数である。以下の説明では、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_kが、図１４に示すように蓄電装置１４のAhCR₁₄が低く、蓄電装置１５、１６、１７のAhCR₁₅、AhCR₁₆、AhCR₁₇が蓄電装置１４のAhCR₁₄よりも大きく、かつ、蓄電装置１５、１６、１７がほぼ同等である場合を想定する。具体例としては、蓄電装置１４、１５、１６、１７を用いて所定期間、運転を継続した後、蓄電装置１４のみ充電容量比AhCR₁₄が小さい蓄電装置に交換した状況を示す。

　また、以下の説明では、蓄電装置１４、１５、１６、１７のSOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kが図８および図９に示すようにほぼ同等であることを想定する。

　図１５は、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kのそれぞれの状態が、それぞれ図１４、図８、および図９の状態である場合に、図４に示す本実施形態の蓄電装置充電状態制御手段の目標電力量演算手段２０２が演算する蓄電装置１４、１５、１６、１７の目標電力量EEt_kを示す。図１５の横軸は蓄電装置番号を示し、縦軸は蓄電装置の目標電力量EEt_kを示す。なお、目標電力量は指令電圧の１サイクルの中でも、４分の１サイクルの期間にて電力を積分した値を示す。

　蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kのそれぞれの状態が、それぞれ図１４、図８、および図９の状態においては、図４に示す本実施形態の蓄電装置充電状態制御手段の目標電力量演算手段２０２は、電力変換装置１の作動状態が、蓄電装置１４、１５、１６、１７より交流電源系統１８へ電力を送電する場合には、蓄電装置１４の充電容量比AhCR_kが小さいことから、図１５に示すように、蓄電装置１４が担う電力量を他蓄電装置よりも小さくするように目標電力量比EEt_iを演算する。

　図１６は、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kのそれぞれの状態が、それぞれ図１４、図８、および図９の状態における、本実施形態の補正電圧パターン演算手段２０３の作動状態の一例を示した図である。図１６の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より、指令電圧、交流電流Ig、小型変換装置３の最終電圧パターンVd₃、小型変換装置４の最終電圧パターンVd₄、小型変換装置５の最終電圧パターンVd₅、小型変換装置６の最終電圧パターンVd₆、を示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正であることを示す。

　補正電圧パターン演算手段２０３は、目標電力量演算手段２０２の演算結果である目標電力量EEt_kに基づいて、図６に示す基本電圧パターンでの蓄電装置が担う電力量EE_kを、図１５に示す目標電力量EEt_kに一致させるように補正電圧パターンVd_iを演算する。より具体的には、時間0から時間T₅の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させるが、蓄電装置１５、１６、１７よりも電力量EE₁₄を小さい状態とするために、時間T₁から時間T_a2までの期間で小型変換装置３の補正電圧パターンVd₃を正とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きい状態とするために、時間T₂から時間T_c2までの期間で小型変換装置４の補正電圧パターンVd₄を正とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるが、蓄電装置１４よりも電力量EE₁₆を大きくしながら、蓄電装置１５の電力量EE₁₅とほぼ同等とするために、時間T_a2から時間T_b2までの期間で小型変換装置５の補正電圧パターンVd₅を負とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少するが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きくしながら、蓄電装置１５および蓄電装置１６の電力量EE₁₅、EE₁₆とほぼ同等とするために、時間T₁から時間T_a2までの期間と、時間T_b2から時間T_c2までの期間とで小型変換装置６の補正電圧パターンVd₆を負とする。また、時間T₅から時間T₁₀の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させるが、蓄電装置１５、１６、１７よりも電力量EE₁₄を小さい状態とするために、時間T₆から時間T_d2までの期間で小型変換装置３の補正電圧パターンVd₃を正とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きい状態とするために、時間T₇から時間T_f2までの期間で小型変換装置４の補正電圧パターンVd₄を正とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きくしながら、蓄電装置１５の電力量EE₁₅とほぼ同等とするために、時間T₇から時間T_e3までの期間で小型変換装置５の補正電圧パターンVd₅を負とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少するが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きくしながら、蓄電装置１５および蓄電装置１６の電力量EE₁₅とEE₁₆とをほぼ同等とするために、時間T₆から時間T_d2までの期間と、時間T_e2から時間T_f2までの期間とで小型変換装置６の補正電圧パターンVd₆を負とする。なお、補正電圧パターンの正負方向の大きさは、蓄電装置１４、１５、１６、１７の端子電圧であるVBAT_kに基づいて決定される。

　上述の補正電圧パターン演算手段２０３の動作詳細は以下の通りである。時間0から時間T₅の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T₁から時間T_a2までの期間で小型変換装置１７の基本電圧パターンV0₆より、小型変換装置３の基本電圧パターンV0₃へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₃とVd₆とを演算する。また、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させ、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるために、時間T₂から時間T_b2までの期間で小型変換装置５の基本電圧パターンV0₅より、小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₄とVd₅とを演算する。さらに、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T_bから時間T_c2までの期間で小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆より、小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₄とVd₆とを演算する。

　次に、時間T₅から時間T₁₀の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を増大させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T₆から時間T_d2までの期間で小型変換装置１７の基本電圧パターンV0₆より、小型変換装置３の基本電圧パターンV0₃へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₃とVd₆とを演算する。また、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させ、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるために、時間T₇から時間T_e2までの期間で小型変換装置５の基本電圧パターンV0₅より、小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₄とVd₅とを演算する。さらに、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を減少させるために、時間T_e2から時間T_f2までの期間で小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆より、小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₃とVd₆とを演算する。

　図１７は、図４に示す最終電圧パターン演算手段２０４の動作の一例を示した図である。図１６の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より、指令電圧、交流電流Ig、小型変換装置３の最終電圧パターンV₃、小型変換装置４の最終電圧パターンV₄、小型変換装置５の最終電圧パターンV₅、小型変換装置６の最終電圧パターンV₆、を示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正であることを示す。

　最終電圧パターン演算手段２０４は、図１７に示すように、基本電圧パターン演算手段２０１の出力である基本電圧パターンV0_iに、補正電圧パターン演算手段２０３の出力である補正電圧パターンVd_iを加算することで、最終電圧パターンV_iを決定する。より具体的には、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を図３に示す基本電圧パターンV0₃のみの場合より増大させるが、蓄電装置１５、１６、１７の電力量よりも小さくするために、時間T₁から時間T_cまでの期間と時間T₄から時間T_d2までの期間とで小型変換装置３の最終電圧パターンV₃を正とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を図３に示す基本電圧パターンV0₄のみの場合より増大させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きく、かつ蓄電装置１６、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T_a2から時間T_c2までの期間と時間T₃から時間T_f2までの期間とで小型変換装置４の最終電圧パターンV₄を正とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を図３に示す基本電圧パターンV0₅のみの場合より減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きく、かつ蓄電装置１５、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T_b2から時間T₇までの期間と時間T_e2から時間T₈までの期間とで小型変換装置５の最終電圧パターンV₅を正とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を図３に示す基本電圧パターンV₆のみの場合より減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きく、かつ蓄電装置１５、１６の電力量とほぼ同等とするために、時間T_a2から時間T_b2までの期間と、時間T_c2から時間T₆までの期間と、時間T_d2から時間T_e2までの期間と、時間T_f2から時間T₉までの期間とで小型変換装置６の最終電圧パターンV₆を正とする。

　なお、上述は、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kの状態がそれぞれ図１４、図８、および図９に示す形態をとり、さらに、電力変換装置１の作動状態が、蓄電装置１４、１５、１６、１７より交流電源系統１８へ電力を送電する場合についての説明である。この場合、上述の通り、目標電力量演算手段２０２より演算される目標電力量EEt_kが図１５に示すような結果となり、結果として蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_kを小さい順に並べた数列である充電容量比の傾向と、電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比列の傾向とがほぼ同等となるように小型変換器３、４、５、６の電圧パターンを分配する。さらに、図１５に示す目標電力量EEt_kの演算結果と同様となる他動作例としては、図１８に示す蓄電装置のSOC比SOCR_kにおいて、蓄電装置１４のSOCR₁₄が蓄電装置１５、１６、１７よりも小さく、さらに蓄電装置１５、１６、１７のSOCR_kがほぼ同等であり、充電容量比AhCR_kと内部抵抗比SOHR_kの状態がそれぞれ図７および図９のようにほぼ同等である場合がある。この際、蓄電装置１４、１５、１６、１７のSOC比SOCR_kを小さい順に並べた数列である充電容量比の傾向と、電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比列の傾向とがほぼ同等となるように小型変換器３、４、５、６の電圧パターンを分配する。また、図１５に示す目標電力量EEt_kの演算結果と同様となる他動作例としては、図１９に示す蓄電装置の内部抵抗比SOHR_kおいて、蓄電装置１４のSOCH₁₄が蓄電装置１５、１６、１７よりも大きく、さらに蓄電装置１５、１６、１７のSOHR_kがほぼ同等であり、充電容量比AhCR_kとSOC比SOCR_kの状態がそれぞれ図７および図８のようにほぼ同等である場合がある。この際、蓄電装置１４、１５、１６、１７のSOC比SOHR_kの逆数を小さい順に並べた数列である内部抵抗比逆数列の傾向と、電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比列の傾向とがほぼ同等となるように小型変換器３、４、５、６の電圧パターンを分配する。

　以上は、電力変換装置１の作動状態が、蓄電装置１４、１５、１６、１７より交流電源系統１８へ電力を送電する場合の動作例についての説明であるが、以下では、図２０の至図２３を用いて、蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合の動作例について説明する。

　図２０は、蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合の、目標電力量演算手段２０２の演算結果の一例である。図２０の横軸は蓄電装置番号を示し、縦軸は蓄電装置の目標電力量EEt_kを示す。

　蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ図１４、図８、および図９に示すように、蓄電装置１４のAhCR₁₄のみが小さく、蓄電装置１５、１６、１７のAhCR_kがほぼ同等であり、かつ、SOC比SOCR_kと内部抵抗比SOHR_kとがすべての蓄電装置でほぼ同等である状況において、目標電力量演算手段２０２は、蓄電装置１４が充電する電力量を比較的多くするために、蓄電装置１４、１５、１６、１７の目標電力量EEt_kを図２０に示すように、蓄電装置１４の電力量EEt₁₄のみ大きくする。

　また、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ図７、図１８、および図９に示すように、蓄電装置１４のSOCR_kのみが小さく、蓄電装置１５、１６、１７のSOC比SOCR_kがほぼ同等であり、かつ、充電容量比AhCR_kと内部抵抗比SOHR_kとがすべての蓄電装置でほぼ同等である状況において、目標電力量演算手段２０２は、蓄電装置１４が充電する電力量を比較的多くするために、蓄電装置１４、１５、１６、１７の目標電力量EEt_kを図２０に示すように、蓄電装置１４の電力量EEt₁₄のみ大きくする。

　さらに、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ図７、図８、および図１９に示すように、蓄電装置１４の内部抵抗比SOHR_kのみが小さく、蓄電装置１５、１６、１７の内部抵抗比SOHR_kがほぼ同等であり、かつ、充電容量比AhCR_kとSOC比SOCR_kとがすべての蓄電装置でほぼ同等である状況において、目標電力量演算手段２０２は、蓄電装置１４が充電する電力量を比較的多くするために、蓄電装置１４、１５、１６、１７の目標電力量EEt_kを図２０に示すように、蓄電装置１４の電力量EEt₁₄のみ大きくする。

　図２１は、蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合の、基本電圧パターン演算手段２０１の動作例を示す。上述のように、目標電力量演算手段２０２の出力である目標電力量EEt_kに基づき、蓄電装置１４の電力量EEt₁₄を最大とするために、小型変換器３の電圧パターンが正となる期間が最長となるように、電圧パターンを小型変換装置３、４、５、６に割り当て、基本電圧パターンV0_iを決定する。より具体的には、図３の基本電圧パターンより、小型変換装置３と小型変換装置６の基本電圧パターンを入れ替えた結果となる。

　図２２は、目標電力量EEt_kが図２０に示す様態をとり、基本電圧パターンV0_iが図２１に示す様態をとった場合の、補正電圧パターン演算手段２０３の動作例を示す図である。図２２の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より、指令電圧、交流電流Ig、小型変換装置３の最終電圧パターンVd₃、小型変換装置４の最終電圧パターンVd₄、小型変換装置５の最終電圧パターンVd₅、小型変換装置６の最終電圧パターンVd₆、を示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正であることを示す。

　図２２において、指令電圧Vgと交流電流Igの位相差が180度ある状態であるが、これは蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合の一例を示している。

　補正電圧パターン演算手段２０３は、図２１に示す基本電圧パターンでの蓄電装置が担う電力量EE_kを、図２０に示す目標電力量EEt_kに一致させるように補正電圧パターンVd_iを演算する。より具体的には、時間0から時間T₅の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を減少させるために、時間T₁から時間T_a3までの期間で小型変換装置３の補正電圧パターンVd₃を負とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さく、かつ蓄電装置１６、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T_b3から時間T_c2までの期間で小型変換装置４の補正電圧パターンVd₄を負とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さく、かつ蓄電装置１５、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T_a3から時間T_b3までの期間で小型変換装置５の補正電圧パターンVd₅を負とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を増大させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さく、かつ蓄電装置１５および蓄電装置１６の電力量とほぼ同等とするために、時間T₁から時間T_c3までの期間で小型変換装置６の補正電圧パターンVd₆を正とする。また、時間T₅から時間T₁₀の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を減少させるために、時間T₆から時間T_d3までの期間で小型変換装置３の補正電圧パターンVd₃を負とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を増大させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも大きく、かつ蓄電装置１６、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T_e3から時間T₇までの期間で小型変換装置４の補正電圧パターンVd₄を負とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さくしながら、蓄電装置１５、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T_d3から時間T_e3までの期間と、時間T₇から時間T_f3までの期間と、で小型変換装置５の補正電圧パターンVd₅を負とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を増大させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さくしながら、蓄電装置１５および蓄電装置１６の電力量₆とをほぼ同等とするために、時間T₆から時間T_f3までの期間とで小型変換装置６の補正電圧パターンVd₆を正とする。なお、補正電圧パターンの正負方向の大きさは、蓄電装置１４、１５、１６、１７の端子電圧であるVBAT_kに基づいて決定される。

　上述の補正電圧パターン演算手段２０３の動作詳細は以下の通りである。時間0から時間T₅の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を減少させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を増加させるために、時間T₁から時間T_a3までの期間で小型変換装置３の基本電圧パターンV0₃より、小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₃とVd₆とを演算する。また、蓄電装置１６の電力量EE₁₅を減少させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₆を増大させるために、時間T_a3から時間T_b3までの期間で小型変換装置５の基本電圧パターンV0₅より、小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₅とVd₆とを演算する。さらに、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を減少させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を増大させるために、時間T_b3から時間T_c3までの期間で小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄より、小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₄とVd₆とを演算する。

　次に、時間T₅から時間T₁₀の期間では、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を減少させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を増大させるために、時間T₆から時間T_d3までの期間で小型変換装置３の基本電圧パターンV0₃より、小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₃とVd₆とを演算する。また、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を減少させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を増大させるために、時間T_e3から時間T₇までの期間で小型変換装置４の基本電圧パターンV0₄より、小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₄とVd₆とを演算する。さらに、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を減少させ、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を増大させるために、時間T_d3から時間T_e3までの期間と、時間T₇から時間T_f3までの期間とで小型変換装置５の基本電圧パターンV0₅より、小型変換装置６の基本電圧パターンV0₆へ電圧の正の期間を入れ替えるように補正電圧パターンVd₅とVd₆とを演算する。

　図２３は、最終電圧パターン演算手段２０４の動作の一例を示した図である。図２３の横軸は時間を示し、縦軸は図上方より、指令電圧、交流電流Ig、小型変換装置３の最終電圧パターンV₃、小型変換装置４の最終電圧パターンV₄、小型変換装置５の最終電圧パターンV₅、小型変換装置６の最終電圧パターンV₆、を示し、図上方に向かって電圧が正、電流が正であることを示す。

　最終電圧パターン演算手段２０４は、図２３に示すように、基本電圧パターン演算手段２０１の出力である基本電圧パターンV0_iに、補正電圧パターン演算手段２０３の出力である補正電圧パターンVd_iを加算することで、最終電圧パターンV_iを決定する。より具体的には、蓄電装置１４の電力量EE₁₄を図２１に示す基本電圧パターンV0₃のみの場合より減少させために、時間T_a3から時間T₆までの期間と時間T_d3から時間T₉までの期間とで小型変換装置３の最終電圧パターンV₃を正とし、蓄電装置１５の電力量EE₁₅を図２１に示す基本電圧パターンV0₄のみの場合より減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さく、かつ蓄電装置１６、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T₃から時間T_b3までの期間と時間T_c3から時間T_e3までの期間とで小型変換装置４の最終電圧パターンV₄を正とし、蓄電装置１６の電力量EE₁₆を図２１に示す基本電圧パターンV0₅のみの場合より減少させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さく、かつ蓄電装置１５、１７の電力量とほぼ同等とするために、時間T₂から時間T_a3までの期間と、時間T_b3から時間T_d3までの期間と、時間T_e3から時間T₇までの期間と、時間T_f3から時間T₈までの期間とで小型変換装置５の最終電圧パターンV₅を正とし、蓄電装置１７の電力量EE₁₇を図２１に示す基本電圧パターンV0₆のみの場合より増大させるが、蓄電装置１４の電力量EE₁₄よりも小さく、かつ蓄電装置１５、１６の電力量とほぼ同等とするために、時間T₁から時間T_c3までの期間と、時間T₄から時間T_f3までの期間とで小型変換装置６の最終電圧パターンV₆を正とする。

　上述のように本実施形態の蓄電装置充電状態制御は、蓄電装置１の状態に基づいて、図３に示す小型変換器の基本電圧パターンより、逐次、電圧パターンを補正、分配することで、蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合であっても、蓄電装置の状態を好適な状態に制御することが可能である。

　ここで、蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合で、かつ、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ図１４、図８、および図９に示すように、蓄電装置１４のAhCR₁₄のみが小さく、蓄電装置１５、１６、１７のAhCR_kがほぼ同等であり、かつ、SOC比SOCR_kと内部抵抗比SOHR_kとがすべての蓄電装置でほぼ同等である状況においては、本実施形態の蓄電装置充電状態制御により、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_kの逆数を小さい順に並べた数列である充電容量比逆数列と、蓄電装置１４、１５、１６、１７の電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比の傾向とがほぼ同等となる。

　また、蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合で、かつ、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ図７、図１８、および図９に示すように、蓄電装置１４のSOCR_kのみが小さく、蓄電装置１５、１６、１７のSOC比SOCR_kがほぼ同等であり、かつ、充電容量比AhCR_kと内部抵抗比SOHR_kとがすべての蓄電装置でほぼ同等である状況においては、本実施形態の蓄電装置充電状態制御により、蓄電装置１４、１５、１６、１７のSOC比SOCR_kの逆数を小さい順に並べた数列であるSOC比逆数列と、蓄電装置１４、１５、１６、１７の電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比の傾向とがほぼ同等となる。

　さらに、蓄電装置１４、１５、１６、１７が交流電源系統１８より電力を受電する場合で、かつ、蓄電装置１４、１５、１６、１７の充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ図７、図８、および図１９に示すように、蓄電装置１４の内部抵抗比SOHR_kのみが小さく、蓄電装置１５、１６、１７の内部抵抗比SOHR_kがほぼ同等であり、かつ、充電容量比AhCR_kとSOC比SOCR_kとがすべての蓄電装置でほぼ同等である状況において、本実施形態の蓄電装置充電状態制御により、蓄電装置１４、１５、１６、１７の内部抵抗比SOHR_kを小さい順に並べた数列である内部抵抗比列と、蓄電装置１４、１５、１６、１７の電力量EE_kを小さい順に並べた数列である電力量比の傾向とがほぼ同等となる。

　以上の説明では、電力変換装置１が単相の交流電源系統１８と連系した場合の作動例を示したが、これに限ったものではない。小型変換装置を直列にしたストリングを３つ設け、各ストリングの緒くれる接続端を中性点として接続し、三相の交流電源系統と連系する構成を備え、中央制御装置にて各小型変換器の直流側接続端子に接続する蓄電装置の状態を制御するように、小型変換装置の交流側接続端子に生成する電圧パターンを制御するものであってもよい。また、三相の交流電源系統ではなく、三相の交流負荷に接続するものであってもよい。

　さらに、以上の説明では、蓄電装置１４、１５、１６、１７の状態である充電容量比AhCR_k、SOC比SOCR_k、および、内部抵抗比SOHR_kがそれぞれ一つのみ、および一つの蓄電装置のみが変化した場合の動作例を説明したが、これに限ったものではなく、上記３つの状態が、各蓄電装置で同時に変化する場合にも、本実施形態の蓄電装置充電状態制御は、蓄電装置の状態と、交流電源系統との作動状態に基づいて、各小型変換装置の交流側接続端子に生成する電圧パターンを制御する。

　１・・・電力変換装置、２・・・中央制御装置、３、４、５、６・・・小型変換装置、７、８、９、１０・・・直流電源側接続端子、１１・・・直列接続端、１２・・・連系リアクトル、１３・・・系統側接続端子、１４，１５，１６，１７・・・蓄電装置、１８・・・単相交流電源系統、３３・・・交流側接続端子、３５・・・制御装置。

Claims

直流と交流とを変換する単相フルブリッジ回路により構成される小型変換装置を複数備え、複数の蓄電装置を備え、前記小型変換装置の直流側接続端子に前記蓄電装置を接続しており、前記小型変換装置の前記交流側接続端子を直列接続し、前記小型変換装置の交流側接続端子に生成する電圧を合成することで交流電圧を生成する電力変換装置であって、
前記小型変換装置の前記直流接続端子に接続する前記蓄電装置の充電容量をすべて加算した充電容量総和値により、前記蓄電装置の前記充電容量を除算した結果である充電容量比を、小さい順に並べた数列を充電容量比列とし、
前記電力変換器が生成する前記交流電圧のサイクルである交流電圧サイクルのうち、前記交流電圧サイクルの４分の１の期間で前記小型変換装置が変換する電力を時間積分した小型変換装置の電力量を、前記小型変換装置の数だけ加算した電力量総和値にて、前記小型変換装置の電力量を除算した値である電力量比を、小さい順に並べた数列を電力量比列とすると、
前記電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記充電容量比列の傾向と前記電力量比列との傾向がほぼ同等であることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、前記蓄電装置の電圧を計測するセンサの出力値である電圧センサ出力信号、電流を計測するセンサの出力値である電流センサ出力信号、および、温度を計測するセンサの出力値である温度センサ出力信号の少なくとも一つに基づいて推定される前記蓄電装置の充電状態に基づき、逐次、複数の前記小型変換装置の前記交流側接続端子に生成する電圧のパターンを分配することで、
前記電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記充電容量比列の傾向と前記電力量比列の傾向をほぼ同等とすることを特徴とする電力変換装置。
請求項２において、電力変換装置が電力を受電する運転条件において、前記充電容量比列の傾向と前記電力量逆数比列の傾向をほぼ同等とすることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、電力量総和値を、前記小型変換装置の電力量で除算した値である電力量逆数比を、小さい順に並べた数列を電力量逆数比列とすると、電力変換装置が電力を受電する運転条件において、前記充電容量比列の傾向と前記電力量逆数比列との傾向がほぼ同等であることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、複数の蓄電装置において、前記蓄電装置の前記充電容量と前記充電状態がほぼ均一である状態で、前記小型変換装置のうち、一部の前記小型変換装置の前記直流側接続端子に接続した前記蓄電装置の全数を、前記一部以外の前記小型変換装置の前記直流側接続端子に接続した前記蓄電装置の前記充電容量と大きく異なる蓄電装置に交換した場合に、前記一部以外の前記小型変換装置の前記電力量はほぼ均一の数値群を示すとともに、前記一部の前記小型変換装置の前記電力量が前記数値群より大きく逸脱することを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、小型変換装置を複数備え、複数の前記蓄電装置を備え、前記小型変換装置の直流側接続端子に前記蓄電装置を接続しており、前記小型変換装置の交流側接続端子を直列接続し、前記小型変換装置の前記交流側接続端子に生成する電圧を合成することで交流電圧を生成する電力変換装置であって、
前記小型変換装置の前記直流接続端子に接続する前記蓄電装置の充電状態を示すSOCをすべて加算したSOC総和値にて、前記蓄電装置の前記SOCを除算した結果であるSOC比を、小さい順に並べた数列であるSOC比列の傾向とすると、電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記電力量比列との傾向と前記SOC比列とほぼ同等であることを特徴とする電力変換装置。
請求項６において、前記蓄電装置の充電状態に基づき、逐次、複数の前記小型変換装置の前記交流側接続端子に生成する電圧のパターンを分配することで、電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記電力量比列の傾向と前記SOC比列の傾向をほぼ同等とすることを特徴とする電力変換装置。
　請求項６において、前記SOC総和値を、前記蓄電装置の前記SOCにて除算した結果であるSOC比逆数を、小さい順に並べた数列であるSOC比逆数列の傾向とすると、電力変換装置が電力を受電する運転条件において、前記電力量比列との傾向と前記SOC比逆数列とほぼ同等であることを特徴とする電力変換装置。
請求項８において、前記蓄電装置の充電状態に基づき、逐次、複数の前記小型変換装置の前記交流側接続端子に生成する電圧のパターンを分配することで、電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記電力量比列の傾向と前記SOC比逆数列の傾向をほぼ同等とすることを特徴とする電力変換装置。
請求項６において、複数の前記蓄電装置において、前記蓄電装置の前記SOCと前記充電状態がほぼ均一である状態で、前記小型変換装置のうち、一部の前記小型変換装置の前記直流側接続端子に接続した前記蓄電装置の全数を、前記一部以外の前記小型変換装置の前記直流側接続端子に接続した前記蓄電装置の前記SOCと大きく異なる蓄電装置２に交換した場合に、前記一部以外の前記小型変換装置の前記電力量はほぼ均一の数値群を示すとともに、前記一部の前記小型変換装置の前記電力量が示す前記数値群より大きく逸脱することを特徴とする電力変換装置。
　請求項６において、前記小型変換装置の前記直流接続端子に接続する前記蓄電装置の内部抵抗をすべて加算した内部抵抗総和値を、前記蓄電装置の前記内部抵抗により除算した結果である内部抵抗逆数比を、小さい順に並べた数列である内部抵抗逆数比列の傾向とすると、電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記電力量比列との傾向と前記内部抵抗逆数比列とほぼ同等であることを特徴とする電力変換装置。
請求項１１において、前記蓄電装置の充電状態に基づき、逐次、複数の前記小型変換装置の前記交流側接続端子に生成する電圧のパターンを分配することで、電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記電力量比列の傾向と前記内部抵抗逆数比列の傾向をほぼ同等とすることを特徴とする電力変換装置。
　請求項６において、前記内部抵抗総和値により、前記蓄電装置の前記内部抵抗を除算した結果である内部抵抗比を、小さい順に並べた数列である内部抵抗比列の傾向とすると、電力変換装置が電力を受電する運転条件において、前記電力量比列との傾向と前記内部抵抗比列とほぼ同等であることを特徴とする電力変換装置。
請求項１３において、前記蓄電装置の充電状態に基づき、逐次、複数の前記小型変換装置の前記交流側接続端子に生成する電圧のパターンを分配することで、電力変換装置より電力を送電する運転条件において、前記電力量比列の傾向と前記内部抵抗比列の傾向をほぼ同等とすることを特徴とする電力変換装置。
請求項６において、複数の前記蓄電装置において、前記蓄電装置の前記内部抵抗と前記充電状態がほぼ均一である状態で、前記小型変換装置のうち、一部の前記小型変換装置の前記直流側接続端子に接続した前記蓄電装置の全数を、前記一部以外の前記小型変換装置の前記直流側接続端子に接続した前記蓄電装置の前記充電容量と大きく異なる蓄電装置に交換した場合に、前記一部以外の前記小型変換装置の前記電力量はほぼ均一の数値群を示すとともに、前記一部の前記小型変換装置の前記電力量が示す前記数値群より大きく逸脱することを特徴とする電力変換装置。