特許 7553793 制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240911BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240911BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 B

H01M10/48 P

H02J1/00 306B

H02J1/00 306L

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020169746

(22)【出願日】2020-10-07

(65)【公開番号】P2022061672

(43)【公開日】2022-04-19

【審査請求日】2023-10-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】加茂 章太郎

【審査官】辻丸 詔

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１４５６１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０１６２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１０３０５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１３０７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２８１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１７４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６５８３６０３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流配電システムに連系された蓄電池の充電率を取得する充電率取得部と、
前記直流配電システムの直流母線電圧を取得する直流母線電圧取得部と、
前記充電率と前記直流母線電圧とに応じて、前記蓄電池の充電電力または放電電力を決定する充放電電力決定部と、
前記充放電電力決定部が決定した充電電力または放電電力に従って、前記蓄電池の充電または放電を制御する充放電制御部と、を備え、
前記充放電電力決定部は、
前記充電率に応じた前記充電電力を、前記直流母線電圧が電圧下限値以上で電圧目標値未満のときには、前記直流母線電圧が前記電圧目標値であるときよりも抑制した値とし、
前記充電率に応じた前記放電電力を、前記直流母線電圧が前記電圧目標値を超え電圧上限値以下のときには、前記直流母線電圧が前記電圧目標値であるときよりも抑制した値とする制御装置。

【請求項2】

前記充放電電力決定部は、
前記直流母線電圧が前記電圧下限値以上かつ前記電圧上限値以下のときには、
前記充電率が第１閾値以上の場合に、前記充電電力を０とし、
前記充電率が第１閾値よりも大きい第２閾値以下の場合に、前記放電電力を０とする、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記充放電電力決定部は、
前記直流母線電圧が前記電圧上限値を超えるときには、
前記充電率が充電率上限値以下の場合に、前記充電電力を０以外の値とする、請求項１または２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記充放電電力決定部は、
前記直流母線電圧が前記電圧下限値未満のときには、
前記充電率が充電率下限値以上の場合に、前記放電電力を０以外の値とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流配電システムに含まれる蓄電池の充放電を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、直流送電線と当該直流送電線に接続された複数の交直変換器とを備えた直流送電システムに併設された蓄電池の制御装置が開示されている。当該制御装置は、比較判定部、制御部、およびＳＯＣ管理部（第１、第２）を備える。比較判定部は、直流送電線の直流電圧と、予め設定された不感帯とを比較する。制御部は、直流送電線の直流電圧が不感帯を逸脱する場合に、蓄電池に対する指令を生成する。ＳＯＣ管理部は、蓄電池の充電率に応じて交直変換器の直流電圧指令値、あるいは不感帯の上限または下限を変更することで、蓄電池の充放電を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１１８５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されている制御装置は、電圧制御可能である機器が蓄電池以外に存在しない直流送電システムに対しては適用できないという問題がある。

【0005】

本発明の一態様は、直流配電システムにおいて、蓄電池を用いた直流母線電圧の管理と、蓄電池の充電率の適切な管理とを両立させることが可能な、蓄電池の制御装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、直流配電システムに連系された蓄電池の充電率を取得する充電率取得部と、前記直流配電システムの直流母線電圧を取得する直流母線電圧取得部と、前記充電率と前記直流母線電圧とに応じて、前記蓄電池の充電電力または放電電力を決定する充放電電力決定部と、前記充放電電力決定部が決定した充電電力または放電電力に従って、前記蓄電池の充電または放電を制御する充放電制御部と、を備える。

【0007】

本発明の各態様に係る制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記制御装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記制御装置をコンピュータにて実現させる制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、直流配電システムにおいて、蓄電池を用いた直流母線電圧の管理と、蓄電池の充電率の適切な管理とを両立させることが可能な、蓄電池の制御装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る制御装置が適用される直流配電システムの構成を示す図である。

【図2】実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。

【図3】蓄電池のＳＯＣに応じて充放電電力決定部が充電電力および放電電力のいずれを決定するかの例を示す図である。

【図4】直流母線電圧が電圧下限値以上かつ電圧上限値以下であるときに充放電電力決定部が決定する、充電電力および放電電力の具体例を示すグラフである。

【図5】実施形態に係る制御装置における処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】図５に示した第１の充放電電圧決定処理および第２の充放電電圧決定処理の具体例を示すフローチャートである。

【図7】図５に示した第３の充放電電圧決定処理の具体例を示すフローチャートである。

【図8】ＳＯＣが９０％よりも大きい場合における、本実施形態に係る直流配電システムおよび比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。

【図9】ＳＯＣが４０％以上かつ６０％以下である場合における、本実施形態に係る直流配電システムおよび比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。

【図10】ＳＯＣが１０％未満である場合における、本実施形態に係る直流配電システムおよび比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。

【図11】ＳＯＣが１０％以上かつ４０％未満である場合における、本実施形態に係る直流配電システムおよび比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。

【図12】ＳＯＣが６０％よりも大きく、かつ９０％以下である場合における、本実施形態に係る直流配電システムおよび比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

【0011】

（直流配電システム１の構成）
図１は、本実施形態に係る制御装置３０が適用される直流配電システム１の構成を示す図である。図１に示すように、直流配電システム１は、商用電源１０、蓄電池２０、制御装置３０、太陽電池パネル４０、直流母線５０および直流負荷６０を備える。

【0012】

商用電源１０は、直流母線５０に対してＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）により電力を供給する。商用電源１０は、変圧器１１、ＡＣ－ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ１２、およびブレーカー１３を介して直流母線５０に接続される。変圧器１１は、商用電源１０から入力されるＡＣの電圧を変圧する。ＡＣ－ＤＣコンバータ１２は、変圧器１１から入力されるＡＣをＤＣに変換して出力する。また、直流配電システム１は、ＡＣ－ＤＣコンバータ１２の代わりに整流回路を備えていてもよい。ブレーカー１３は、ＡＣ－ＤＣコンバータ１２から入力されるＤＣの電流が過大になった場合に、ＡＣ－ＤＣコンバータ１２と直流母線５０との間を遮断する。

【0013】

直流母線５０は、商用電源１０、蓄電池２０、および太陽電池パネル４０から供給される電力を直流負荷６０へ供給する電力線である。図１に示す例では、直流負荷６０として、２つの負荷６１および６２が示されている。ただし、直流配電システム１における直流負荷６０の数は、１または３以上であってもよい。

【0014】

蓄電池２０は、電力を内部にエネルギーとして保持し、保持したエネルギーを必要に応じてＤＣにより直流母線５０へ供給する。蓄電池２０は、ブレーカー２１およびＤＣ－ＤＣコンバータ２２を介して直流母線５０に接続されていてもよい。ブレーカー２１は、蓄電池２０から入力されるＤＣの電流が過大になった場合に、蓄電池２０と直流母線５０との間を遮断する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２２は、制御装置３０から入力される指令値に基づいて、蓄電池２０から入力されるＤＣの電圧を変換して直流母線５０へ出力するか、または直流母線５０から入力されるＤＣの電圧を変換して蓄電池２０へ出力する。

【0015】

蓄電池２０は、リチウムイオン電池、ＮａＳ（ナトリウム・硫黄）電池、レドックスフロー電池、鉛蓄電池等の、２次電池を備えた装置であり得る。しかし蓄電池２０は２次電池を備えた装置に限られるものではない。蓄電池２０として、キャパシタ、超伝導電力貯蔵ユニット、フライホイール式電力貯蔵ユニット、圧縮空気式電力貯蔵ユニットなど、電気エネルギーを貯蔵する機能を備えた任意のユニットを用いることができる。

【0016】

制御装置３０は、蓄電池２０の充放電を制御する。制御装置３０の具体的な構成については後述する。

【0017】

太陽電池パネル４０は、太陽光の日射量に応じて発電した電力をＤＣにより直流母線５０へ供給する。太陽電池パネル４０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４１を介して直流母線５０に接続される。ＤＣ－ＤＣコンバータ４１は、太陽電池パネル４０から入力されるＤＣの電圧を変換して出力する。

【0018】

（制御装置３０の構成）
図２は、本実施形態に係る制御装置３０の構成を示す図である。図２に示すように、制御装置３０は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）取得部（充電率取得部）３１と、直流母線電圧取得部３２と、充放電電力決定部３３と、充放電制御部３４と、を備える。

【0019】

ＳＯＣ取得部３１は、直流配電システム１に連系された蓄電池２０のＳＯＣ（充電率）を取得する。ＳＯＣとは、蓄電池２０に充電可能な電力量の最大値に対する、蓄電池２０に充電されている電力量の比率である。ＳＯＣ取得部３１は、ＳＯＣを示す信号を充放電電力決定部３３へ出力する。直流母線電圧取得部３２は、直流母線電圧を取得する。直流母線電圧は、直流母線５０における電圧である。直流母線電圧取得部３２は、直流母線電圧を検出するための直流母線電圧検出用変圧器５１を介して直流母線５０と接続されている。直流母線電圧取得部３２は、直流母線電圧を示す信号を充放電電力決定部３３へ出力する。

【0020】

充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣと直流母線５０における直流母線電圧とに応じて、蓄電池２０の充電電力または放電電力を決定する。充放電電力決定部３３は、決定した充電電力または放電電力を充放電制御部３４へ出力する。

【0021】

なお、図２においては充放電電力決定部３３を構成する回路の具体例が示されている。図２に示す例では、充放電電力決定部３３は、電力決定部３３１と、変動抑制部３３２とを備える。電力決定部３３１は、ＳＯＣに基づいて充電電力または放電電力を決定する。変動抑制部３３２は、電力決定部３３１が決定した充電電力または放電電力を、直流母線電圧に応じて抑制する。しかし、充放電電力決定部３３の構成は、図２に示した例に限定されない。

【0022】

充放電制御部３４は、充放電電力決定部３３が決定した充電電力または放電電力に従って、蓄電池２０の充電または放電を制御する。具体的には、充放電制御部３４は、充放電電力決定部３３が決定した充電電力または放電電力に従って充電または放電が行われるようにＤＣ－ＤＣコンバータ２２を制御するための指令値を生成して、ＤＣ－ＤＣコンバータ２２に出力する。

【0023】

直流配電システム１における直流母線５０の、定格の直流母線電圧からの、許容される変動幅が定められる。許容される変動幅は例えば±１０％である。許容される直流母線電圧の下限値を、電圧下限値と称する。また、許容される直流母線電圧の上限値を、電圧上限値と称する。電圧下限値と電圧上限値との間の値が定格の直流母線電圧であり、電圧目標値と称する。本実施形態では、電圧目標値は、電圧下限値と電圧上限値との中央の値である。充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値以上かつ電圧上限値以下のときには、ＳＯＣに応じた充電電力または放電電力を決定する。ただし、充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣに応じた充電電力を、直流母線電圧が電圧下限値以上で電圧目標値未満のときには、直流母線電圧が電圧目標値であるときよりも抑制した値とする。これにより、充電による直流母線電圧の低下を抑制し、かつＳＯＣについては増加させることができる。また、充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣに応じた放電電力を、直流母線電圧が電圧目標値を超え電圧上限値以下のときには、直流母線電圧が電圧目標値であるときよりも抑制した値とする。これにより、放電による直流母線電圧の上昇を抑制し、かつＳＯＣについては減少させることができる。したがって、直流母線電圧およびＳＯＣの適切な管理を両立することができる。

【0024】

また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値以上かつ電圧上限値以下のときには、ＳＯＣが予め設定された第１閾値以上である場合に充電電力を０とする。また、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣが第１閾値よりも大きい第２閾値以下である場合に放電電力を０とする。すなわち、ＳＯＣが第１閾値以上かつ第２閾値以下である場合には、充放電電力決定部３３は、充電電力および放電電力のいずれも０と決定する。第１閾値および第２閾値は、蓄電池２０におけるＳＯＣの適切な範囲の下限および上限である。第１閾値および第２閾値は、充電または放電が必要なＳＯＣの範囲を考慮して適宜決定される。したがって、直流母線電圧およびＳＯＣの両方が適切な範囲である場合に、その状態を維持することができる。

【0025】

また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧上限値を超えるときには、ＳＯＣがＳＯＣ上限値（充電率上限値）以下の場合に充電電力を０以外の値とする。ＳＯＣ上限値とは、蓄電池２０に充電することを許容するＳＯＣの上限値である。これにより、制御装置３０は、直流母線電圧を低下させることができる。ただし、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣがＳＯＣ上限値を超える場合には、直流母線電圧が電圧上限値を超えるときであっても、ＳＯＣの制御を優先し、充電電力を０とする。

【0026】

また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値未満のときには、ＳＯＣがＳＯＣ下限値（充電率下限値）以上の場合に放電電力を０以外の値とする。ＳＯＣ下限値とは、蓄電池２０から放電することを許容するＳＯＣの上限値である。これにより、制御装置３０は、直流母線電圧を上昇させることができる。ただし、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣがＳＯＣ下限値未満である場合には、直流母線電圧が電圧下限値未満のときであっても、ＳＯＣの制御を優先し、放電電力を０とする。

【0027】

（ＳＯＣの区分）
図３は、蓄電池２０のＳＯＣに応じて充放電電力決定部３３が充電電力および放電電力のいずれを決定するかの例を示す図である。図３に示す例では、第１閾値は４０％であり、第２閾値は６０％である。また、ＳＯＣ下限値は１０％であり、ＳＯＣ上限値は９０％である。図３に示す例では、これらの値を境界として、ＳＯＣが領域１０１～１０５の５つに区分されている。

【0028】

領域１０１、すなわちＳＯＣが９０％を超える領域について以下に説明する。充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧上限値以下のときには、放電電力を直流母線電圧に応じた値に決定する。このとき充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧目標値を超える場合には、直流母線電圧が電圧目標値であるときよりも放電電力を抑制した値とする。これにより、直流母線電圧が電圧上限値を超えて上昇する事態を回避することができる。また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧上限値を超えるときには、放電電力を０とするのみであり、直流母線電圧を低下させるための充電は行わせず、また放電も行なわせない。すなわち、領域１０１では、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも高いために直流母線電圧の管理よりもＳＯＣの管理を優先する。

【0029】

領域１０２、すなわちＳＯＣが６０％を超え、かつ９０％以下である領域について以下に説明する。充放電電力決定部３３は、放電電力を、直流母線電圧が電圧上限値以下のときには、ＳＯＣに応じた値に決定する。ただし、充放電電力決定部３３は、放電電力を、直流母線電圧が電圧目標値を超え、かつ電圧上限値以下の場合には、直流母線電圧が電圧目標値であるときよりも抑制した値とする。これにより、直流母線電圧が電圧上限値を超えて上昇する事態を回避することができる。一方、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧上限値を超えるときには充電電力を０以外の値に決定する。すなわち、領域１０２では、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧目標値を超えるときに、ＳＯＣよりも直流母線電圧の制御を優先して、抑制された放電電力を決定、または抑制されていない充電電力を決定する。

【0030】

領域１０３、すなわちＳＯＣが４０％以上かつ６０％以下である領域について以下に説明する。充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値以上かつ上限値以下のときには、充電電力および放電電力のいずれも０とする。また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧上限値を超えるときには、充電電力を０以外の値とする。また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値未満のときには、放電電力を０以外の値とする。すなわち、領域１０３では、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値以上かつ上限値以下のときには、蓄電池２０を待機させる。また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧上限値を超える、または電圧下限値未満のときに、ＳＯＣよりも直流母線電圧の制御を優先して、充電電力または放電電力を決定する。

【0031】

領域１０４、すなわちＳＯＣが１０％以上かつ４０％未満である領域について以下に説明する。充放電電力決定部３３は、充電電力を、直流母線電圧が電圧下限値以上のときには、ＳＯＣに応じた値に決定する。ただし、充放電電力決定部３３は、充電電力を、直流母線電圧が電圧下限値以上かつ電圧目標値未満のときには、直流母線電圧が電圧目標値であるときよりも抑制した値とする。これにより、直流母線電圧が電圧下限値よりも低下する事態を回避することができる。一方、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値未満のときには放電電力を０以外の値に決定する。すなわち、領域１０４では、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧目標値未満のときに、ＳＯＣよりも直流母線電圧の制御を優先して、抑制された充電電力を決定または放電電力を決定する。

【0032】

領域１０５、すなわちＳＯＣが１０％未満である領域について以下に説明する。充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値以上のときには、充電電力を直流母線電圧に応じた値に決定する。このとき充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧目標値未満のときには、直流母線電圧が電圧目標値であるときよりも充電電力を抑制した値とする。これにより、直流母線電圧が電圧下限値よりも低下する事態を回避することができる。また、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が電圧下限値未満のときには、充電電力を０とするのみであり、直流母線電圧を上昇させるための放電は行わせず、また充電も行わせない。すなわち、領域１０５では、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも低いために直流母線電圧の管理よりもＳＯＣの管理を優先する。

【0033】

（充電電力および放電電力の具体例）
図４は、直流母線電圧が電圧下限値以上かつ電圧上限値以下であるときに充放電電力決定部３３が決定する、充電電力および放電電力の具体例を示すグラフである。図４において、横軸は蓄電池２０のＳＯＣを示している。また、縦軸は蓄電池２０の充放電の電力を、充電される電力を正の値、放電する電力を負の値として示している。図４には、母線電圧が５４０Ｖ、５７０Ｖ、６００Ｖ、６３０Ｖ、および６６０Ｖである場合のそれぞれについて、蓄電池２０のＳＯＣと充放電電力との関係が示されている。図４に示す例では、直流母線電圧の電圧下限値を５４０Ｖ、電圧目標値を６００Ｖ、電圧上限値を６６０Ｖとしている。

【0034】

符号２０１は、直流母線電圧が６００Ｖである場合における、蓄電池２０のＳＯＣに応じた充電電力を示すグラフである。この場合、充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣが１０％以上かつ４０％以下であるときに、充電電力をＳＯＣの減少に応じて一次関数的に増大させる。充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣが１０％未満であるときには、充電電力を蓄電池２０のＳＯＣが１０％である場合のものと同じとする。蓄電池２０のＳＯＣが４０％以上かつ６０％以下であるとき、充放電電力決定部３３は、充電電力および放電電力を０とする。充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣが６０％以上かつ９０％以下であるときに、放電電力をＳＯＣの増加に応じて一次関数的に増大させる。充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣが９０％以上である場合には、放電電力を蓄電池２０のＳＯＣが９０％である場合のものと同じとする。

【0035】

符号２０２は、直流母線電圧が５７０Ｖである場合における、蓄電池２０のＳＯＣに応じた充電電力を示すグラフである。５７０Ｖという電圧は、電圧下限値以上かつ電圧目標値未満である直流母線電圧の具体例である。この場合、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣに応じた充電電力を、蓄電池２０のＳＯＣが１０％以上かつ４０％未満であるとき、および１０％未満であるときのそれぞれにおいて、直流母線電圧が６００Ｖである場合に同じＳＯＣであるときよりも抑制した値としている。蓄電池２０のＳＯＣが４０％以上であるとき、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が６００Ｖである場合と同様に充電電力または放電電力を決定する。

【0036】

符号２０３は、直流母線電圧が５４０Ｖである場合における充電電力を示すグラフである。５４０Ｖという電圧は、電圧下限値の具体例である。この場合、充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣが４０％未満であるときに、充電電力を０とする。蓄電池２０のＳＯＣが４０％以上であるとき、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が６００Ｖである場合と同様に放電電力を決定する。

【0037】

符号２０４は、直流母線電圧が６３０Ｖである場合における、蓄電池２０のＳＯＣに応じた放電電力を示すグラフである。６３０Ｖという電圧は、電圧目標値を超え、かつ電圧上限値以下である直流母線電圧の具体例である。この場合、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣに応じた放電電力を、（ｉ）蓄電池２０のＳＯＣが６０％を超え、かつ９０％以下であるとき、および（ｉｉ）９０％を超えるときのいずれについても、直流母線電圧が６００Ｖである場合に同じＳＯＣであるときよりも抑制した値としている。蓄電池２０のＳＯＣが６０％以下であるとき、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が６００Ｖである場合と同様に充電電力または放電電力を決定する。

【0038】

符号２０５は、直流母線電圧が６６０Ｖである場合における放電電力を示すグラフである。６６０Ｖという電圧は、電圧上限値の具体例である。この場合、充放電電力決定部３３は、蓄電池２０のＳＯＣが６０％を超えるときに、放電電力を０とする。蓄電池２０のＳＯＣが６０％以下であるとき、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が６００Ｖである場合と同様に充電電力を決定する。

【0039】

（制御装置３０における処理）
図５は、制御装置３０における処理の一例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートでは、直流母線電圧についての電圧目標値、電圧下限値、および電圧上限値、ならびに、ＳＯＣについての第１閾値、第２閾値、ＳＯＣ下限値およびＳＯＣ上限値は、図３および図４に示した例における値と同じとしている。制御装置３０においては、まずＳＯＣ取得部３１が蓄電池２０のＳＯＣを取得し（Ｓ１）、直流母線電圧取得部３２が直流母線５０における直流母線電圧を取得する（Ｓ２）。ステップＳ１およびＳ２は逆の順で実行されても、同時に実行されてもよい。

【0040】

充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が５４０Ｖ以上かつ６６０Ｖ以下であるか判定する（Ｓ３）。直流母線電圧が５４０Ｖ以上かつ６６０Ｖ以下である場合（Ｓ３でＹＥＳ）、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が６００Ｖ未満であるか判定する（Ｓ４）。直流母線電圧が６００Ｖ未満である場合（Ｓ４でＹＥＳ）、充放電電力決定部３３は、後述する第１の充放電電圧決定処理を実行する（Ｓ５）。直流母線電圧が６００Ｖ未満でない場合（Ｓ４でＮＯ）、充放電電力決定部３３は、後述する第２の充放電電圧決定処理を実行する（Ｓ６）。また、直流母線電圧が５４０Ｖ以上かつ６６０Ｖ以下でない場合（Ｓ３でＮＯ）、充放電電力決定部３３は、後述する第３の充放電電圧決定処理を実行する（Ｓ７）。充放電制御部３４は、ステップＳ５，Ｓ６またはＳ７において充放電電力決定部３３が決定した充電電力または放電電力に従って、蓄電池２０の充電または放電を制御する（Ｓ８）。

【0041】

図６は、図５に示した第１の充放電電圧決定処理および第２の充放電電圧決定処理の具体例を示すフローチャートである。図５においては、第１の充放電電圧決定処理の一例が符号６００１、第２の充放電電圧決定処理の一例が符号６００２で示されている。

【0042】

第１の充放電電圧決定処理では、充放電電力決定部３３は、最初にＳＯＣについて判定する（Ｓ５１）。ＳＯＣが４０％未満である場合（Ｓ５１でＳＯＣ＜４０）、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣに応じた充電電力を決定する（Ｓ５２）。ステップＳ５２において決定される充電電力は、図４において符号２０２または２０３で示したような、抑制された充電電力である。ＳＯＣが４０％以上かつ６０％以下である場合（Ｓ５１で４０≦ＳＯＣ≦６０）、充放電電力決定部３３は、蓄電池２０を待機状態とする（Ｓ５３）。すなわち、充放電電力決定部３３は、充電電力および放電電力のいずれも０とする。ＳＯＣが６０％を超える場合（Ｓ５１でＳＯＣ＞６０）、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣに応じた放電電力を決定する（Ｓ５４）。ステップＳ５４において決定される放電電力は、図４において符号２０４で示したような、抑制されていない放電電力である。

【0043】

第２の充放電電圧決定処理では、充放電電力決定部３３は、第１の充放電電圧決定処理におけるステップＳ５１～Ｓ５４と概ね同様のステップＳ６１～６４を実行する。ただし、ステップＳ６２において充放電電力決定部３３が決定する充電電力は、ステップＳ５２において充放電電力決定部３３が決定する充電電力とは異なり、図４において符号２０１で示したような、抑制されていない充電電力である。また、ステップＳ６４において充放電電力決定部３３が決定する放電電力は、ステップＳ５４において充放電電力決定部３３が決定する放電電力とは異なり、図４において符号２０５または２０６で示したような、抑制された放電電力である。

【0044】

図７は、図５に示した第３の充放電電圧決定処理の具体例を示すフローチャートである。図５に示したとおり、第３の充放電電圧決定処理は、ステップＳ３において直流母線電圧が５４０Ｖ以上かつ６６０Ｖ以下でないと判定された場合に開始される。したがって、第３の充放電電圧決定処理が開始されたとき、直流母線電圧は５４０Ｖ未満、または６６０Ｖを超える値である。

【0045】

第３の充放電電圧決定処理において、充放電電力決定部３３は、直流母線電圧が５４０Ｖ未満であるか判定する（Ｓ７１）。直流母線電圧が５４０Ｖ未満である場合（Ｓ７１でＹＥＳ）、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣが１０％以上であるか判定する（Ｓ７２）。ＳＯＣが１０％以上である場合（Ｓ７２でＹＥＳ）、充放電電力決定部３３は、放電電力を０以外の値に決定する（Ｓ７３）。ステップＳ７３において決定される放電電力は、ステップＳ５４およびＳ６４において決定されるものとは異なる。ステップＳ７３において決定される放電電力は、例えば直流母線電圧に応じた比例積分制御を使用して、直流母線電圧を５４０Ｖに維持するように決定される。

【0046】

直流母線電圧が５４０Ｖ未満でない場合（Ｓ７１でＮＯ）、すなわち直流母線電圧が６６０Ｖを超える場合、充放電電力決定部３３は、ＳＯＣが９０％以下であるか判定する（Ｓ７５）。ＳＯＣが９０％以下である場合（Ｓ７５でＹＥＳ）、充放電電力決定部３３は、充電電力を０以外の値に決定する（Ｓ７６）。ステップＳ７６において決定される充電電力は、ステップＳ５２およびＳ６２において決定されるものとは異なる。ステップＳ７６において決定される充電電力は、例えば直流母線電圧に応じた比例積分制御を使用して、直流母線電圧を６６０Ｖに維持するように決定される。

【0047】

ＳＯＣが１０％以上でない場合（Ｓ７２においてＮＯ）、またはＳＯＣが９０％以下でない場合（Ｓ７５でＮＯ）、充放電電力決定部３３は、蓄電池２０を待機とする（Ｓ７４）。すなわち、充放電電力決定部３３は、充電電力および放電電力の両方を０とする。
ステップＳ５２～Ｓ５４、Ｓ６２～Ｓ６４、Ｓ７３、Ｓ７６における、充電電力または放電電力を決定するための、充放電電力決定部３３における処理の具体例は以下のとおりである。この具体例においては、放電電力を正の値とし、充電電力を負の値としている。電力決定部３３１は、以下の式（１）により、直流母線電圧を考慮しない場合における充電電力または放電電力Ｐを決定する。
Ｐ＝（（ＳＯＣＵ－６０）／（９０－６０））×定格放電電流
＋（（ＳＯＣＬ－４０）／（４０－１０））×定格充電電流 （１）
式（１）において、ＳＯＣＵの値は、（ｉ）ＳＯＣの値が６０未満である場合には６０であり、（ｉｉ）ＳＯＣの値が６０以上かつ９０以下である場合にはＳＯＣの値に等しい値であり、（ｉｉｉ）ＳＯＣの値が９０を超える場合には９０である。また、式（１）において、ＳＯＣＬの値は、（ｉ）ＳＯＣの値が１０未満である場合には１０であり、（ｉｉ）ＳＯＣの値が１０以上かつ４０以下である場合にはＳＯＣの値に等しい値であり、（ｉｉｉ）ＳＯＣの値が４０を超える場合には４０である。また、定格放電電流および定格充電電流の値は、蓄電池２０への充電電流または放電電流の基準となる値である。変動抑制部３３２は、直流母線電圧取得部３２が取得した直流母線電圧を、後述する電圧目標値で除算し、０以上１以下の値に規格化する。変動抑制部３３２は、正規化した直流母線電圧が（ｉ）１以上かつ１．１以下である場合、または（ｉｉ）０．９以上１未満である場合には、ＳＯＣに基づいて、実際の充電電力または放電電力を決定する。上記の（ｉ）および（ｉｉ）は、それぞれ順にステップＳ４でＮＯの場合、およびステップＳ４でＹＥＳの場合に対応する。また、正規化した直流母線電圧が０．９未満（Ｓ７１でＹＥＳ）、かつＳＯＣが１０％以上である場合（Ｓ７２でＹＥＳ）には、変動抑制部３３２は、直流母線電圧が５４０Ｖに維持されるように放電電力を決定する（Ｓ７３）。正規化した直流母線電圧が０．９を超え（Ｓ７１でＮＯ）、かつＳＯＣが９０％以下である場合（Ｓ７５でＹＥＳ）には、変動抑制部３３２は、直流母線電圧が６６０Ｖに維持されるように充電電力を決定する（Ｓ７６）。

【0048】

以上のとおり、制御装置３０は、蓄電池２０のＳＯＣと、直流母線５０における直流母線電圧と、に応じて蓄電池２０の充電電力または放電電力を決定し、当該充電電力または放電電力に従って蓄電池２０の充電または放電を制御する。したがって、制御装置３０によれば、直流配電システム１において、蓄電池２０を用いた直流母線電圧の管理と、蓄電池２０の充電率の適切な管理とを両立させることが可能である。特に、制御装置３０は、ＳＯＣおよび直流母線電圧が高い場合には蓄電池２０からの放電電力を抑制し、ＳＯＣおよび直流母線電圧が低い場合には充電電力を抑制する。したがって、これらの場合における直流電圧の変動を抑制できる。また、直流母線電圧の変動を抑制しながらＳＯＣの制御を行うことで、直流配電システム１の直流母線電圧が負荷の変動に対して敏感に変動する場合においても直流配電システム１を長期間にわたって安定的に運用することができる。

【0049】

また、直流配電システム１は、直流母線電圧の変動を抑制するように太陽電池パネル４０からの出力電流を抑制する制御装置をさらに備えていてもよい。さらに、直流配電システム１は、直流母線電圧の変動を抑制するように直流負荷６０に供給される電力を制御する制御装置をさらに備えていてもよい。これらの制御装置を備える場合、直流配電システム１を、より直流母線電圧を安定させて運用することができる。

【0050】

（動作の検証結果）
直流配電システム１、および比較例の直流配電システムについて、動作の検証を行った。ここでいう動作とは、各部における電流、電圧、またはＳＯＣの動作を意味する。比較例の直流配電システムは、制御装置３０の代わりに、ＳＯＣのみに基づいて充電電力または放電電力を決定する制御装置を備える点で、直流配電システム１と相違する。比較例の直流配電システムが備える制御装置における処理は、直流母線電圧が常に電圧目標値であるものとした場合の制御装置３０における処理と同様である。また、この動作の検証においては、蓄電池の充放電の他に、太陽電池パネル４０からの電流についても制御を行っている。また、直流母線電圧についての電圧目標値、電圧下限値、および電圧上限値、ならびに、ＳＯＣについての第１閾値、第２閾値、ＳＯＣ下限値およびＳＯＣ上限値は、図３および図４に示した具体例におけるものと同じとしている。

【0051】

図８は、ＳＯＣが９０％よりも大きい場合における、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。図８においては、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作が、それぞれ符号８００１および８００２に示されている。

【0052】

図９は、ＳＯＣが４０％以上かつ６０％以下である場合における、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。図９においては、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作が、それぞれ符号９００１および９００２に示されている。

【0053】

図１０は、ＳＯＣが１０％未満である場合における、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。図１０においては、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作が、それぞれ符号１０００１および１０００２に示されている。

【0054】

図１１は、ＳＯＣが１０％以上かつ４０％未満である場合における、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。図１１においては、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作が、それぞれ符号１１００１および１１００２に示されている。

【0055】

図１２は、ＳＯＣが６０％よりも大きく、かつ９０％以下である場合における、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作を示す図である。図１２においては、直流配電システム１および比較例の直流配電システムの、各部の動作が、それぞれ符号１２００１および１２００２に示されている。

【0056】

図８～図１２において、横軸は時間である。また、図８～図１２において、「負荷電流」は、直流母線５０から直流負荷６０に流れる電流を示している。また、図８～図１２において、「ＤＣ電圧」は直流母線電圧を示している。また、「蓄電池電流」は直流母線５０から蓄電池２０への充電電流を示している。蓄電池電流が負である場合には、蓄電池２０からの放電電流を示している。また、図８～図１２において、「ＰＶ電流」は、太陽電池パネル４０から直流母線５０へ流れる電流を示している。「ＰＶ電流」については、太陽電池パネル４０から直流母線５０へ流れる電流を負の値で示している。

【0057】

図８の符号８００１に示すように、直流配電システム１においては、ＳＯＣが９０％よりも大きい場合であっても、破線５０１（２箇所）で囲んだように、直流母線電圧が６６０Ｖ近傍まで上昇しているときには、破線５０２（２箇所）で囲んだように、制御装置３０は蓄電池２０を待機させていた。また、ＰＶ電流についても、直流母線電圧が６６０Ｖ近傍まで上昇しているときには、破線５０３（２箇所）で囲んだように、抑制されていた。したがって、直流母線電圧は、６６０Ｖ以下の状態で維持されていた。

【0058】

図８の符号８００２に示すように、比較例の直流配電システムにおいては、ＳＯＣが９０％よりも大きい場合には、直流母線電圧が６６０Ｖ近傍まで上昇しているときでも比較例に係る制御装置は、破線５０４で囲んだように、蓄電池２０から放電させた。このため、比較例の直流配電システムにおいては、破線５０５で囲んだように、直流母線電圧が６６０Ｖを超えて上昇した。検証に用いた直流配電システムは、直流母線電圧が７２０Ｖに到達した場合にシステムを保護するために蓄電池２０および太陽電池パネル４０からの電流を遮断する保護装置を備えていた。比較例の直流配電システムにおいては、保護装置が作動して、破線５０５および５０６で囲んだように、蓄電池電流およびＰＶ電流が０になった。

【0059】

図９の符号９００１に示すように、直流配電システム１においては、ＳＯＣが４０％以上かつ６０％以下である場合には、制御装置３０は蓄電池２０のＳＯＣを調整するための充電電流および放電電流を０とした。ただし、検証に用いた直流配電システムにおいては、直流母線電圧が上限値または下限値である場合に、当該上限値または下限値で直流母線電圧を一定にする制御が動作した。このため、図９の符号９００１においては、直流母線電圧の変動に応じて、蓄電池電流も若干の変動を示した。図９の符号９００２に示すように、ＳＯＣが４０％以上かつ６０％以下である場合の動作は、比較例の直流配電システムにおいても同様であった。

【0060】

図１０の符号１０００１に示すように、直流配電システム１においては、ＳＯＣが１０％未満である場合であっても、直流母線電圧が低下しているときには、制御装置３０は蓄電池２０を充電する充電電流を抑制した。このため、直流配電システム１においては、直流母線電圧が５４０Ｖ以上の状態で維持されていた。

【0061】

図１０の符号１０００２に示すように、比較例の直流配電システムにおいては、ＳＯＣが１０％未満である場合には、比較例に係る制御装置は充電電流を抑制せずに蓄電池２０を充電した。このため、比較例の直流配電システムにおいては、破線５１１（２箇所）で囲んだように、直流母線電圧が５４０Ｖ未満に低下した。

【0062】

図１１の符号１１００１に示すように、直流配電システム１においては、ＳＯＣが１０％以上かつ４０％未満である場合には、制御装置３０は蓄電池２０を充電した。この場合には、ＳＯＣが１０％未満である場合と比較してＳＯＣが大きいため、制御装置３０は充電電流をさらに抑制した。具体的には、充電電流は５０Ａ程度であった。

【0063】

図１１の符号１１００２に示すように、比較例の直流配電システムにおいては、ＳＯＣが１０％以上かつ４０％未満である場合には、比較例に係る制御装置は充電電流を抑制せずに蓄電池２０を充電した。この場合には、ＳＯＣが１０％未満である場合と比較してＳＯＣが大きいため、充電電流は減少した。しかし、具体的な充電電流は１００Ａ程度であり、制御装置３０が決定した充電電流のおよそ２倍である。このため、直流母線電圧は、破線５２１（２箇所）で囲んだように、５４０Ｖ未満までは低下しなかったものの、その近傍まで低下した。

【0064】

図１２の符号１２００１に示すように、直流配電システム１においては、ＳＯＣが６０％よりも大きく、かつ９０％以下である場合には、制御装置３０は直流母線電圧の上昇幅が大きいときに、破線５３１（２箇所）で囲んだように、蓄電池２０を充電した。また、制御装置３０は、直流母線電圧の上昇幅が小さいときに、破線５３２で囲んだように、放電電流を抑制して蓄電池２０から放電した。これにより直流母線電圧の変動が抑制されたため、直流配電システム１においてＰＶ電流は一定であった。

【0065】

図１２の符号１２００２に示すように、比較例の直流配電システムにおいては、ＳＯＣが６０％よりも大きく、かつ９０％以下である場合には、比較例に係る制御装置は放電電流を抑制せずに蓄電池２０からの放電を行った。このため、比較例の直流配電システムにおいては、直流母線電圧の変動を抑制するため、破線５３３（２箇所）で囲んだように、ＰＶ電流を抑制する制御が２回にわたり実行された。

【0066】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る制御装置は、直流配電システムに連系された蓄電池の充電率を取得する充電率取得部と、前記直流配電システムの直流母線電圧を取得する直流母線電圧取得部と、前記充電率と前記直流母線電圧とに応じて、前記蓄電池の充電電力または放電電力を決定する充放電電力決定部と、前記充放電電力決定部が決定した充電電力または放電電力に従って、前記蓄電池の充電または放電を制御する充放電制御部と、を備える。

【0067】

上記の構成によれば、充放電電力決定部は、充電率取得部が取得した充電率と、直流母線電圧取得部が取得した直流母線電圧とに応じて、蓄電池の充電電力または放電電力を決定する。充放電制御部は、充放電電力決定部が決定した充電電力または放電電力に従って、蓄電池の充電または放電を制御する。したがって、直流配電システムにおいて、蓄電池を用いた直流母線電圧の管理と、蓄電池の充電率の適切な管理とを両立させることができる。

【0068】

本発明の態様２に係る制御装置において、前記充放電電力決定部は、前記充電率に応じた前記充電電力を、前記直流母線電圧が電圧下限値以上で電圧目標値未満のときには、前記直流母線電圧が前記電圧目標値であるときよりも抑制した値とし、前記充電率に応じた前記放電電力を、前記直流母線電圧が前記電圧目標値を超え電圧上限値以下のときには、前記直流母線電圧が前記電圧目標値であるときよりも抑制した値とすることが好ましい。

【0069】

上記の構成によれば、充放電電力決定部は、直流母線電圧に応じて、充電電力または放電電力を抑制する。したがって、直流母線電圧の変動を抑制しながら、蓄電池の充電率を適切な範囲に近づけることができる。

【0070】

本発明の態様３に係る制御装置において、前記充放電電力決定部は、前記直流母線電圧が前記電圧下限値以上かつ前記電圧上限値以下のときには、前記充電率が第１閾値以上の場合に、前記充電電力を０とし、前記充電率が第１閾値よりも大きい第２閾値以下の場合に、前記放電電力を０とすることが好ましい。

【0071】

上記の構成によれば、充放電電力決定部は、直流母線電圧が正常な範囲内であり、かつ充電率が第１閾値以上第２閾値以下である場合に、充電電力および放電電力を０とする。したがって、直流母線電圧および充電率が適切な状態である場合に、その状態を維持することができる。

【0072】

本発明の態様４に係る制御装置において、前記充放電電力決定部は、前記直流母線電圧が前記電圧上限値を超えるときには、前記充電率が充電率上限値以下の場合に、前記充電電力を０以外の値とすることが好ましい。

【0073】

上記の構成によれば、充放電電力決定部は、充電率が充電率上限値以下の場合であれば、直流母線電圧が電圧上限値を超えるときに充電電力を０以外の値とする。したがって、直流母線電圧が電圧上限値を超えるときに、充電率が充電率上限値以下であれば、蓄電池への充電により直流母線電圧を低下させることができる。

【0074】

本発明の態様５に係る制御装置において、前記充放電電力決定部は、前記直流母線電圧が前記電圧下限値未満のときには、前記充電率が充電率下限値以上の場合に、前記放電電力を０以外の値とすることが好ましい。

【0075】

上記の構成によれば、充放電電力決定部は、充電率が充電率下限値以上の場合であれば、直流母線電圧が電圧下限値未満のときに放電電力を０以外の値とする。したがって、直流母線電圧が電圧下限値未満のときに、充電率が充電率下限値以上であれば、蓄電池からの放電により直流母線電圧を上昇させることができる。

【0076】

〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置３０の制御ブロック（特にＳＯＣ取得部３１、直流母線電圧取得部３２、充放電電力決定部３３、および充放電制御部３４）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

【0077】

後者の場合、制御装置３０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

【0078】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0079】

１ 直流配電システム
２０ 蓄電池
３０ 制御装置
３１ ＳＯＣ取得部（充電率取得部）
３２ 直流母線電圧取得部
３３ 充放電電力決定部
３４ 充放電制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】