特許 7666648 パワーコンディショナ及び電力変換システム

(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】2025-04-14

(45)【発行日】2025-04-22

(54)【発明の名称】パワーコンディショナ及び電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20250415BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20250415BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02M7/48 E

H02M7/48 R

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023569808

(86)(22)【出願日】2022-07-28

(86)【国際出願番号】 JP2022029138

(87)【国際公開番号】W WO2024024040

(87)【国際公開日】2024-02-01

【審査請求日】2023-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡安 正憲

(72)【発明者】

【氏名】李 海青

【審査官】早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０２１７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４０１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０３５３１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ３／００－５／００

Ｈ０２Ｊ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６

Ｈ０２Ｍ７／４２－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電力系統と蓄電池とを接続するインバータ回路と、
上位装置から指令された充電電力の指令値と、前記上位装置から指令された放電電力の指令値とに対して制限を加えるように構成された指令値リミッタと、
前記指令値リミッタにより制限された前記充電電力の指令値、或いは前記指令値リミッタにより制限された前記放電電力の指令値に従って前記インバータ回路に対する駆動信号を生成するように構成された駆動信号生成器と、
前記インバータ回路に印可される直流電圧が所定の充電リミッタ作動電圧よりも高いことを受けて、前記直流電圧と前記充電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値である充電制限用のＰＩ制御値を計算し、前記直流電圧が所定の放電リミッタ作動電圧よりも低いことを受けて、前記直流電圧と前記放電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値である放電制限用のＰＩ制御値を計算するように構成されたＰＩ制御器と、
前記充電制限用のＰＩ制御値に応じて前記充電電力の指令値の大きさを低下させるように前記指令値リミッタによる前記充電電力の指令値に対する制限を調整し、前記放電制限用のＰＩ制御値に応じて前記放電電力の指令値の大きさを低下させるように前記指令値リミッタによる前記放電電力の指令値に対する制限を調整するように構成されたリミッタ調整器と、を備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項2】

請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記指令値リミッタは、前記充電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する充電制限ゲインを掛け、前記放電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する放電制限ゲインを掛けるように構成され、
前記リミッタ調整器は、前記充電制限用のＰＩ制御値に応じて前記充電制限ゲインを低下させ、前記放電制限用のＰＩ制御値に応じて前記放電制限ゲインを低下させるように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項3】

請求項２に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記リミッタ調整器は、前記充電制限用のＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は前記充電制限ゲインをゼロに維持し、前記放電制限用のＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は前記放電制限ゲインをゼロに維持するように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項4】

交流電力系統と蓄電池とを接続するインバータ回路と、
上位装置から指令された充電電力の指令値に対して制限を加えるように構成された指令値リミッタと、
前記指令値リミッタにより制限された前記充電電力の指令値に従って前記インバータ回路に対する駆動信号を生成するように構成された駆動信号生成器と、
前記インバータ回路に印可される直流電圧が所定の充電リミッタ作動電圧よりも高いことを受けて、前記直流電圧と前記充電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値を計算するように構成されたＰＩ制御器と、
前記ＰＩ制御値に応じて前記充電電力の指令値の大きさを低下させるように前記指令値リミッタによる前記充電電力の指令値に対する制限を調整するように構成されたリミッタ調整器と、を備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項5】

請求項４に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記指令値リミッタは、前記充電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する充電制限ゲインを掛けるように構成され、
前記リミッタ調整器は、前記ＰＩ制御値に応じて前記充電制限ゲインを低下させるように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項6】

請求項５に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記リミッタ調整器は、前記ＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は前記充電制限ゲインをゼロに維持するように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項7】

交流電力系統と蓄電池とを接続するインバータ回路と、
上位装置から指令された放電電力の指令値に対して制限を加えるように構成された指令値リミッタと、
前記指令値リミッタにより制限された前記放電電力の指令値に従って前記インバータ回路に対する駆動信号を生成するように構成された駆動信号生成器と、
前記インバータ回路に印可される直流電圧が所定の放電リミッタ作動電圧よりも低いことを受けて、前記直流電圧と前記放電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値を計算するように構成されたＰＩ制御器と、
前記ＰＩ制御値に応じて前記放電電力の指令値の大きさを低下させるように前記指令値リミッタによる前記放電電力の指令値に対する制限を調整するように構成されたリミッタ調整器と、を備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項8】

請求項７に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記指令値リミッタは、前記放電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する放電制限ゲインを掛けるように構成され、
前記リミッタ調整器は、前記ＰＩ制御値に応じて前記放電制限ゲインを低下させるように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項9】

請求項８に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記リミッタ調整器は、前記ＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は前記放電制限ゲインをゼロに維持するように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナ。

【請求項10】

共通の交流電力系統に接続された１又は複数のパワーコンディショナと、
前記１又は複数のパワーコンディショナに充電電力の指令値又は放電電力の指令値を指令する上位装置と、を備え、
前記１又は複数のパワーコンディショナのそれぞれは請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパワーコンディショナである
ことを特徴とする電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、パワーコンディショナ及びそれを備えた電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

交流電力系統にパワーコンディショナを介して蓄電池を接続することにより、交流電力系統の電力変動を蓄電池で抑制する技術が知られている。パワーコンディショナのインバータ回路に入力されるゲートパルスを制御することにより、交流電力系統の交流電力を直流電力へ変換して蓄電池へ充電することや、蓄電池の直流電力を交流電力へ逆変換して交流電力系統に放電することができる。従来のパワーコンディショナでは、上位装置からの指令にしたがってインバータ回路を駆動するゲートパルス信号が制御されている。上位装置としては、例えば特開２０１５－１４９８４０号公報に開示されているエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１４９８４０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、パワーコンディショナは充電状態（ＳＯＣ）を含む蓄電池の運転情報を一般的には把握していない。このため、上位装置が誤って電池を過充電させる指令をパワーコンディショナへ入力した場合、充電電力の指令値にそのまま従ってパワーコンディショナは運転するため、蓄電池の過充電を招くおそれがある。同様に、上位装置から指令された過放電を引き起こす可能性のある電力の指令値にそのまま従ってパワーコンディショナを運転する場合、蓄電池の過放電を招くおそれがある。

【0005】

本開示の１つの目的は、簡易な構成で蓄電池の過充電と過放電の少なくとも一方を防止することができるパワーコンディショナを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の態様によれば、パワーコンディショナは、交流電力系統と蓄電池とを接続するインバータ回路と、指令値リミッタと、駆動信号生成器と、ＰＩ制御器と、リミッタ調整器とを備える。本開示の第１の態様によれば、指令値リミッタ、駆動信号生成器、ＰＩ制御器、及びリミッタ調整器は以下のように構成される。

【0007】

指令値リミッタは、上位装置から指令された充電電力の指令値と、上位装置から指令された放電電力の指令値とに対して制限を加えるように構成される。駆動信号生成器は、指令値リミッタにより制限された充電電力の指令値、或いは指令値リミッタにより制限された放電電力の指令値に従ってインバータ回路に対する駆動信号を生成するように構成される。ＰＩ制御器は、インバータ回路に印可される直流電圧が所定の充電リミッタ作動電圧よりも高いことを受けて、直流電圧と充電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値である充電制限用のＰＩ制御値を計算するように構成される。また、ＰＩ制御器は、インバータ回路に印可される直流電圧が所定の放電リミッタ作動電圧よりも低いことを受けて、直流電圧と放電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値である放電制限用のＰＩ制御値を計算するようにも構成される。リミッタ調整器は、充電制限用のＰＩ制御値に応じて指令値リミッタによる充電電力の指令値に対する制限を強めるように構成される。また、リミッタ調整器は、放電制限用のＰＩ制御値に応じて指令値リミッタによる放電電力の指令値に対する制限を強めるようにも構成される。

【0008】

指令値リミッタは、充電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する充電制限ゲインを掛け、放電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する放電制限ゲインを掛けるように構成されてもよい。また、リミッタ調整器は、充電制限用のＰＩ制御値に応じて充電制限ゲインを低下させ、放電制限用のＰＩ制御値に応じて放電制限ゲインを低下させるように構成されてもよい。さらに、リミッタ調整器は、充電制限用のＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は充電制限ゲインをゼロに維持するように構成されてもよい。リミッタ調整器は、放電制限用のＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は放電制限ゲインをゼロに維持するように構成されてもよい。

【0009】

本開示の第２の態様によれば、パワーコンディショナは、交流電力系統と蓄電池とを接続するインバータ回路と、指令値リミッタと、駆動信号生成器と、ＰＩ制御器と、リミッタ調整器とを備える。本開示の第２の態様によれば、指令値リミッタ、駆動信号生成器、ＰＩ制御器、及びリミッタ調整器は以下のように構成される。

【0010】

指令値リミッタは、上位装置から指令された充電電力の指令値に対して制限を加えるように構成される。駆動信号生成器は、指令値リミッタにより制限された充電電力の指令値に従ってインバータ回路に対する駆動信号を生成するように構成される。ＰＩ制御器は、インバータ回路に印可される直流電圧が所定の充電リミッタ作動電圧よりも高いことを受けて、直流電圧と充電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値である充電制限用のＰＩ制御値を計算するように構成される。リミッタ調整器は、充電制限用のＰＩ制御値に応じて指令値リミッタによる充電電力の指令値に対する制限を強めるように構成される。

【0011】

指令値リミッタは、充電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する充電制限ゲインを掛けるように構成されてもよい。また、リミッタ調整器は、充電制限用のＰＩ制御値に応じて充電制限ゲインを低下させるように構成されてもよい。さらに、リミッタ調整器は、充電制限用のＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は充電制限ゲインをゼロに維持するように構成されてもよい。

【0012】

本開示の第３の態様によれば、パワーコンディショナは、交流電力系統と蓄電池とを接続するインバータ回路と、指令値リミッタと、駆動信号生成器と、ＰＩ制御器と、リミッタ調整器とを備える。本開示の第３の態様によれば、指令値リミッタ、駆動信号生成器、ＰＩ制御器、及びリミッタ調整器は以下のように構成される。

【0013】

指令値リミッタは、上位装置から指令された放電電力の指令値に対して制限を加えるように構成される。駆動信号生成器は、指令値リミッタにより制限された放電電力の指令値に従ってインバータ回路に対する駆動信号を生成するように構成される。ＰＩ制御器は、インバータ回路に印可される直流電圧が所定の放電リミッタ作動電圧よりも低いことを受けて、直流電圧と放電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値である放電制限用のＰＩ制御値を計算するように構成される。リミッタ調整器は、放電制限用のＰＩ制御値に応じて指令値リミッタによる放電電力の指令値に対する制限を強めるように構成される。

【0014】

指令値リミッタは、放電電力の指令値に対して０以上１以下の値を有する放電制限ゲインを掛けるように構成されてもよい。また、リミッタ調整器は、放電制限用のＰＩ制御値に応じて放電制限ゲインを低下させるように構成されてもよい。さらに、リミッタ調整器は、放電制限用のＰＩ制御値が所定範囲から外れている間は放電制限ゲインをゼロに維持するように構成されてもよい。

【0015】

また、本開示は電力変換システムを提供する。本開示の１つの態様によれば、電力変換システムは、共通の交流電力系統に接続された１又は複数のパワーコンディショナと、上記１又は複数のパワーコンディショナに充電電力の指令値又は放電電力の指令値を指令する上位装置とを備える。上記１又は複数のパワーコンディショナは、本開示の第１乃至第３のいずれかの態様にかかるパワーコンディショナである。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、簡易な構成で蓄電池の過充電と過放電の少なくとも一方を防止することができる。特に、直流電圧と充電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値に応じて指令値リミッタによる充電電力の指令値に対する制限を強めることで、電圧の変動に起因する指令値リミッタのチャタリングを抑えて可能な限り充電運転を継続することができる。また、直流電圧と放電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値に応じて指令値リミッタによる放電電力の指令値に対する制限を強めることで、電圧の変動に起因する指令値リミッタのチャタリングを抑えて可能な限り放電運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の実施形態にかかるパワーコンディショナの構成と、パワーコンディショナを用いた電力変換システムの構成とを示す図である。

【図2】充電リミッタ作動電圧値及び放電リミッタ作動電圧値と、パワーコンディショナの電圧範囲及び蓄電池の電圧範囲との関係を示す図である。

【図3】本開示の実施形態にかかるＰＩ制御器の構成の例を示す図である。

【図4】本開示の実施形態にかかるパワーコンディショナの過充電防止動作を説明する図である。

【図5】本開示の実施形態にかかるパワーコンディショナの過放電防止動作を説明する図である。

【図6】蓄電池の一般的な充電運転による電圧及び電流の動きの例と、従来のパワーコンディショナによる充電時と放電時の電圧及び電流の動きの例を示す図である。

【図7】本開示の実施形態にかかるパワーコンディショナによる充電時の電圧及び電流の動きの例と、放電時の電圧及び電流の動きの例とを示す図である。

【図8】本開示の実施形態にかかるパワーコンディショナの制御装置の構成の第１の具体例を示す図である。

【図9】本開示の実施形態にかかるパワーコンディショナの制御装置の構成の第２の具体例を示す図である。

【図10】本開示の実施形態にかかるパワーコンディショナの制御装置の構成の第３の具体例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

１．パワーコンディショナの構成
以下、図を参照して本開示の実施形態に係るパワーコンディショナについて説明する。パワーコンディショナは、パワーコンディショニングシステムとも呼ばれ、一般にＰＣＳと略称される。本明細書でもパワーコンディショナをＰＣＳと略称する。

【0019】

図１は本開示の実施形態に係るＰＣＳ１０の構成と、ＰＣＳ１０を用いた電力変換システム２の構成とを示す図である。電力変換システム２は、上位装置４と単機又は複数のＰＣＳ１０とを組み合わせた系統連系用分散型電源システムである。図１に示す例では便宜的に１つのＰＣＳ１０のみが描かれている。各ＰＣＳ１０には蓄電池６が接続されている。上位装置４は、電力変換システム２を構成する各ＰＣＳ１０に対して充電又は放電を指令するコントローラである。上位装置４の一例としてはＥＭＳを挙げることができる。

【0020】

ＰＣＳ１０は、図示しない三相の交流電力系統が接続される系統接続端子１４と、蓄電池６が接続される直流電源接続端子１２とを備える。ＰＣＳ１０の内部には、交流電力系統の交流電力を直流電力へ変換し、蓄電池６の直流電力を三相の交流電力へ逆変換する三相のインバータ回路２０が設けられている。なお、交流電力系統は単相であってもよい。その場合、ＰＣＳ１０の内部には単相のインバータ回路が設けられる。

【0021】

直流電源接続端子１２とインバータ回路２０との間には、直流電流を平滑する平滑回路３０が設けられている。平滑回路は抵抗とキャパシタとで構成されている。直流電源接続端子１２と平滑回路３０との間には、直流電流を遮断する直流電流遮断器４０が設けられている。また、系統接続端子１４とインバータ回路２０との間には、三相の交流電流を遮断する交流電流遮断器５０が設けられている。

【0022】

ＰＣＳ１０内には電圧計８０が設けられている。電圧計８０は直流電源接続端子１２の正極と負極との間に生じる直流入力電圧を計測する。或いは、平滑回路３０と直流電流遮断器４０との間に電圧計８０を設置して、平滑回路３０の直流キャパシタ電圧を計測してもよい。電圧計８０で計測された直流電圧は次に説明する制御装置１００に入力される。

【0023】

ＰＣＳ１０内には制御装置１００が設けられている。制御装置１００はＰＣＳ１０の充電動作及び放電動作を制御する。上位装置４からの指令は制御装置１００に入力される。上位装置４から制御装置１００に入力される指令には、蓄電池６から交流電力系統に電力を放電するための放電電力の有効電力指令値（以下、放電電力指令値と表記する）と、交流電力系統から蓄電池６に電力を充電するための充電電力の有効電力指令値（以下、充電電力指令値と表記する）とが含まれる。放電電力指令値は０～１００％の範囲内の値をとる電力指令値である。充電電力指令値は－１００～０％の範囲内の値をとる電力指令値である。

【0024】

制御装置１００は、特定用途向け集積回路（ＡSＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、中央処理装置（ＣＰＵ）、又は別の装置であってもよい。或いは、制御装置１００は、２以上のＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、又は別の装置の組合せであってもよい。制御装置１００に対応するＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、及び別の装置は一連の実行可能な命令を含む。それらの命令が実行されると、対応するＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、及び別の装置は後述する機能を実行するようにトリガされる。命令は記憶媒体に格納されてもよいし、対応するＡＳＩＣやＦＰＧＡに内蔵されてもよい。

【0025】

図１には、制御装置１００が有する機能がブロックで表わされている。制御装置１００は、駆動信号生成器１１０、指令値リミッタ１２０、電圧制限範囲設定器１３０、電圧偏差算出器１４０、ＰＩ制御器１５０、及びリミッタ調整器１６０を備える。これらは、一連の命令の実行によって、対応するＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、又は別の装置において実行される機能である。

【0026】

駆動信号生成器１１０は、インバータ回路２０のスイッチング素子を駆動するゲートパルス発生回路を有する。駆動信号生成器１１０は、電力指令値の入力を受け付け、インバータ回路２０の出力電力が電力指令値になるようにゲートパルス信号を生成する。入力される電力指令値が充電電力指令値の場合、駆動信号生成器１１０は、交流電力系統から蓄電池６への充電が行われるように、インバータ回路２０を駆動するゲートパルス信号を生成する。入力される電力指令値が放電電力指令値の場合、駆動信号生成器１１０は、蓄電池６から交流電力系統への放電が行われるように、インバータ回路２０を駆動するゲートパルス信号を生成する。

【0027】

指令値リミッタ１２０は、上位装置４から駆動信号生成器１１０に入力される電力指令値に対して制限を加える。駆動信号生成器１１０に入力される電力指令値は、指令値リミッタ１２０によって制限を加えられた電力指令値である。電力指令値が負の値をとる充電電力指令値である場合、電力指令値に対して制限を加えるとは、電力指令値をより高い値の指令値（よりゼロに近い指令値）に補正することを意味する。具体例として、指令値リミッタ１２０は、充電電力指令値に対して０以上１以下の値を有する充電制限ゲインを掛ける。指令値リミッタ１２０による充電電力指令値に対する制限は、後述するリミッタ調整器１６０によって自動調整される。

【0028】

上位装置４からＰＣＳ１０に対する指令が放電指令の場合、駆動信号生成器１１０に入力される電力指令値は正の値をとる。電力指令値が正の値をとる放電電力指令値である場合、電力指令値に対して制限を加えるとは、電力指令値をより低い値の指令値（よりゼロに近い指令値）に補正することを意味する。具体例として、指令値リミッタ１２０は、放電電力指令値に対して０以上１以下の値を有する放電制限ゲインを掛ける。指令値リミッタ１２０による放電電力指令値に対する制限も、後述するリミッタ調整器１６０によって自動調整される。

【0029】

電圧制限範囲設定器１３０は、予め設定された充電リミッタ作動電圧と、予め設定された放電リミッタ作動電圧とを記憶する。充電リミッタ作動電圧はＰＣＳ１０の過充電防止動作のトリガとなる電圧である。放電リミッタ作動電圧はＰＣＳ１０の過放電防止動作のトリガとなる電圧である。充電リミッタ作動電圧と放電リミッタ作動電圧を設定する考え方については後述する。

【0030】

電圧偏差算出器１４０は、電圧制限範囲設定器１３０から充電リミッタ作動電圧及び放電リミッタ作動電圧を読み込む。また、電圧偏差算出器１４０は、電圧計８０で計測された直流電圧を一定の周期で取得する。電圧偏差算出器１４０は、電圧計８０から計測直流電圧が取得されるごとに、計測直流電圧と充電リミッタ作動電圧とを比較し、また、計測直流電圧と放電リミッタ作動電圧とを比較する。ただし、比較に用いられる計測直流電圧は瞬時値ではなく所定期間における移動平均値である。

【0031】

計測直流電圧が充電リミッタ作動電圧よりも高い場合、電圧偏差算出器１４０は、充電リミッタ作動電圧に対する計測直流電圧の偏差を出力する。計測直流電圧が放電リミッタ作動電圧よりも低い場合、電圧偏差算出器１４０は、放電リミッタ作動電圧に対する計測直流電圧の偏差を出力する。計測直流電圧が充電リミッタ作動電圧以下で放電リミッタ作動電圧以上の場合、電圧偏差算出器１４０は出力値をゼロにする。

【0032】

電圧偏差算出器１４０の出力はＰＩ制御器１５０に入力される。ＰＩ制御器１５０は、電圧偏差算出器１４０の出力に対するＰＩ制御値を計算する。より詳しくは、ＰＩ制御器１５０は、充電リミッタ作動電圧と計測直流電圧との偏差に対するＰＩ制御値と、放電リミッタ作動電圧と計測直流電圧との偏差に対するＰＩ制御値とを計算する。前者は計測直流電圧が充電リミッタ作動電圧よりも高い場合に計算されるＰＩ制御値であって、充電の制限のために用いられる。後者は計測直流電圧が放電リミッタ作動電圧よりも低い場合に計算されるＰＩ制御値であって、放電の制限のために用いられる。充電制限用のＰＩ制御値を計算する計算式と、放電制限用のＰＩ制御値を計算する計算式とは、それぞれ別々に定義されている。

【0033】

ＰＩ制御器１５０で計算された充電制限用のＰＩ制御値及び放電制限用のＰＩ制御値は、それぞれリミッタ調整器１６０に入力される。リミッタ調整器１６０は、充電制限用のＰＩ制御値に応じて指令値リミッタ１２０による充電電力の指令値に対する制限を強める。計測直流電圧と充電リミッタ作動電圧との間に偏差が生じると、充電制限用のＰＩ制御値は正側或いは負側の一方向に変化していく。正側と負側のどちらに変化するかはＰＩ制御の比例ゲインの設定による。

【0034】

充電制限用のＰＩ制御値が初期値から所定の閾値まで変化するまでの間、リミッタ調整器１６０は、充電制限用のＰＩ制御値の変化に対して線形に指令値リミッタ１２０よる制限を強めていく。具体例として、リミッタ調整器１６０は、充電制限用のＰＩ制御値が閾値に近づくに連れて充電制限ゲインを１からゼロに近付けていく。そして、リミッタ調整器１６０は、充電制限用のＰＩ制御値が閾値に達したら充電制限ゲインをゼロにし、充電制限用のＰＩ制御値が閾値で定義される所定範囲から外れている間は充電制限ゲインをゼロに維持する。

【0035】

また、リミッタ調整器１６０は、放電制限用のＰＩ制御値に応じて指令値リミッタ１２０による放電電力の指令値に対する制限を強める。計測直流電圧と放電リミッタ作動電圧との間に偏差が生じると、放電制限用のＰＩ制御値は正側或いは負側の一方向に変化していく。正側と負側のどちらに変化するかはＰＩ制御の比例ゲインの設定による。

【0036】

放電制限用のＰＩ制御値が初期値から所定の閾値まで変化するまでの間、リミッタ調整器１６０は、放電制限用のＰＩ制御値の変化に対して線形に指令値リミッタ１２０よる制限を強めていく。具体例として、リミッタ調整器１６０は、放電制限用のＰＩ制御値が閾値に近づくに連れて放電制限ゲインを１からゼロに近付けていく。そして、リミッタ調整器１６０は、放電制限用のＰＩ制御値が閾値に達したら放電制限ゲインをゼロにし、放電制限用のＰＩ制御値が閾値で定義される所定範囲から外れている間は放電制限ゲインをゼロに維持する。

【0037】

２．パワーコンディショナの動作
次に、上記のごとく構成されたＰＣＳ１０の動作、特に、制御装置１００の動作について説明する。

【0038】

まず、制御装置１００の動作の説明に先立ち、電圧制限範囲設定器１３０で設定される充電リミッタ作動電圧及び放電リミッタ作動電圧について説明する。充電リミッタ作動電圧及び放電リミッタ作動電圧は、ＰＣＳ１０の運転電圧範囲と蓄電池６の電圧範囲とを考慮して設定されている。図２は、充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬ及び放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨと、ＰＣＳ１０の運転電圧範囲及び蓄電池６の電圧範囲との関係を示す図である。

【0039】

図２の例１に示されるように、一般に、ＰＣＳ１０の運転電圧範囲は蓄電池６の電圧範囲に合わせられている。この場合、ＰＣＳ１０の下限運転電圧は蓄電池６の下限電圧と一致し、システム下限電圧Ｖｄｃｍｉｎとして設定される。放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬはシステム下限電圧Ｖｄｃｍｉｎより高い電圧に設定される。例えば、システム下限電圧Ｖｄｃｍｉｎが７１０Ｖの場合、放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬは７２０Ｖに設定される。また、ＰＣＳ１０の上限運転電圧は蓄電池６の上限電圧と一致し、システム上限電圧Ｖｄｃｍａｘとして設定される。充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨはシステム上限電圧Ｖｄｃｍａｘより低い電圧に設定される。例えば、システム上限電圧Ｖｄｃｍａｘが１１００Ｖの場合、充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨは１０９０Ｖに設定される。

【0040】

また、図２の例２に示されるように、ＰＣＳ１０の運転電圧範囲と蓄電池６の電圧範囲との間にずれが生じる場合がある。この場合、ＰＣＳ１０の下限運転電圧と蓄電池６の下限電圧のうち、より高い方がシステム下限電圧Ｖｄｃｍｉｎとして設定される。また、ＰＣＳ１０の上限運転電圧と蓄電池６の上限電圧のうち、より低い方がシステム上限電圧Ｖｄｃｍａｘとして設定される。例えば、ＰＣＳ１０の運転電圧範囲が７１０乃至１１００Ｖで、蓄電池６の電圧範囲が９５０乃至１３００Ｖである場合、システム下限電圧Ｖｄｃｍｉｎは９５０Ｖに設定され、システム上限電圧Ｖｄｃｍａｘは１１００Ｖに設定される。充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬはシステム下限電圧Ｖｄｃｍｉｎより高い電圧に設定される。放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨはシステム上限電圧Ｖｄｃｍａｘより低い電圧に設定される。ただし、ＰＣＳ１０の上限運転電圧は蓄電池６の上限電圧よりも低いことから、ＰＣＳ１０の上限運転電圧付近であっても蓄電池６は過充電にはならない。ゆえに、例２の場合、放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨからシステム上限電圧Ｖｄｃｍａｘの範囲で出力を制限する必要はない。

【0041】

ＰＣＳ１０の動作を決定する一つの要素はＰＩ制御器１５０である。ＰＩ制御器１５０は、充電時と放電時とで異なる動作をするように構成されている。図３はＰＩ制御器１５０の構成の一例を示す図である。図３の上段に示されるＰＩ制御器１５０の構成は、充電時に使用される充電制御用のＰＩ制御器１５０の構成である。図３の下段に示されるＰＩ制御器１５０の構成は、放電時に使用される放電制御用のＰＩ制御器１５０の構成である。ＰＩ制御器１５０は、フィードバック制御部１５０ａとリミッタ換算部１５０ｂとからなる。ただし、充電制御用と放電制御用とで異なる構成のフィードバック制御部１５０ａが用いられる。また、充電制御用と放電制御用とで異なる構成のリミッタ換算部１５０ｂが用いられる。

【0042】

まず、充電制御用の構成について説明する。充電制御用のフィードバック制御部１５０ａは、以下の式（１）で表される伝達関数Ｇ０２を有する比例積分器を備える。ただし、以下の式（１）においてＫｐ２は充電制御用の比例ゲインであり、Ｔ２は充電制御用の時定数である。

【数1】

【0043】

上記の伝達関数Ｇ０２を用いると、充電制御用のフィードバック制御部１５０ａの出力Ｙ（ｓ）を求める方程式は以下の式（２）で表される。フィードバック制御部１５０ａは、入力Ｘ（ｓ）を目標値として出力Ｙ（ｓ）を入力Ｘ（ｓ）に追従させる。ただし、以下の式（２）における入力Ｘ（ｓ）は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋと充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨとの偏差Ｖｄｃｅｒｒである。

【数2】

【0044】

充電制御用のリミッタ換算部１５０ｂは、フィードバック制御部１５０ａの出力を充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２に変換する。この変換には、以下の式（３）で表される充電リミッタゲインＫ２が用いられる。充電リミッタゲインＫ２を用いた比例制御によって、フィードバック制御部１５０ａの出力は電圧から無次元量に変換される。

【数3】

【0045】

上記の充電リミッタゲインＫ２を用いると、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２を求める方程式は以下の式（４）で表される。

【数4】

【0046】

次に、放電制御用の構成について説明する。放電制御用のフィードバック制御部１５０ａは、以下の式（５）で表される伝達関数Ｇ０１を有する比例積分器を備える。ただし、以下の式（５）においてＫｐ１は放電制御用の比例ゲインであり、Ｔ１は放電制御用の時定数である。比例ゲインＫｐ１は充電制御用の比例ゲインＫｐ２と同じ値であってもよいし、異なる値に設定されてもよい。時定数Ｔ１は充電制御用の時定数Ｔ２と同じ値であってもよいし、異なる値に設定されてもよい。

【数5】

【0047】

上記の伝達関数Ｇ０１を用いると、放電制御用のフィードバック制御部１５０ａの出力Ｙ（ｓ）を求める方程式は以下の式（６）で表される。フィードバック制御部１５０ａは、入力Ｘ（ｓ）を目標値として出力Ｙ（ｓ）を入力Ｘ（ｓ）に追従させる。ただし、以下の式（６）における入力Ｘ（ｓ）は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋと放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬとの偏差Ｖｄｃｅｒｒである。

【数6】

【0048】

放電制御用のリミッタ換算部１５０ｂは、フィードバック制御部１５０ａの出力を放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１に変換する。この変換には、以下の式（７）で表される放電リミッタゲインＫ１が用いられる。放電リミッタゲインＫ１を用いた比例制御によって、フィードバック制御部１５０ａの出力は電圧から無次元量に変換される。

【数7】

【0049】

上記の放電リミッタゲインＫ１を用いると、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１を求める方程式は以下の式（８）で表される。

【数8】

【0050】

ＰＣＳ１０の動作は、蓄電池６を過充電から保護するための過充電防止動作を含む。ＰＣＳ１０の過充電防止動作の具体例は図４に示される。上位装置４から制御装置１００に充電指令が入力されると、電圧偏差算出器１４０は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋと充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨとの偏差Ｖｄｃｅｒｒを算出する。ＰＩ制御器１５０は、電圧偏差算出器１４０で算出された偏差Ｖｄｃｅｒｒに基づくフィードバック制御を行う。フィードバック制御によるＰ項とＩ項の和が目標値である偏差Ｖｄｃｅｒｒに収束したとき、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２は以下の式（９）で表わされる値に収束する。

【数9】

【0051】

リミッタ調整器１６０は、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２の変化に応じて充電制限ゲインを１からゼロまで低下させる。そして、指令値リミッタ１２０は、上位装置４から入力された充電電力指令値Ｐｒｅｆをリミッタ調整器１６０で調整された充電制限ゲインによって制限し、制限された充電電力指令値Ｐｒｅｆ２を駆動信号生成器１１０に入力する。充電制限ゲインが１のとき、充電電力指令値Ｐｒｅｆがそのまま充電電力指令値Ｐｒｅｆ２となり、充電制限ゲインがゼロのとき、充電電力指令値Ｐｒｅｆ２はゼロとされる。

【0052】

ＰＣＳ１０の動作は、蓄電池６を過放電から保護するための過放電防止動作を含む。ＰＣＳ１０の過放電防止動作の具体例は図５に示される。上位装置４から制御装置１００に放電指令が入力されると、電圧偏差算出器１４０は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋと放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬとの偏差Ｖｄｃｅｒｒを算出する。ＰＩ制御器１５０は、電圧偏差算出器１４０で算出された偏差Ｖｄｃｅｒｒに基づくフィードバック制御を行う。フィードバック制御によるＰ項とＩ項の和が目標値である偏差Ｖｄｃｅｒｒに収束したとき、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１は以下の式（１０）で表わされる値に収束する。

【数10】

【0053】

リミッタ調整器１６０は、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１の変化に応じて放電制限ゲインを１からゼロまで低下させる。そして、指令値リミッタ１２０は、上位装置４から入力された放電電力指令値Ｐｒｅｆをリミッタ調整器１６０で調整された放電制限ゲインによって制限し、制限された放電電力指令値Ｐｒｅｆ２を駆動信号生成器１１０に入力する。放電制限ゲインが１のとき、放電電力指令値Ｐｒｅｆがそのまま放電電力指令値Ｐｒｅｆ２となり、放電制限ゲインがゼロのとき、放電電力指令値Ｐｒｅｆ２はゼロとされる。

【0054】

上述の通り、制御装置１００による過充電防止動作及び過放電防止動作では、単純な比例制御ではなく、比例積分制御を用いて計算されたＰＩ制御値によって充電制限ゲイン及び放電制限ゲインが計算される。仮に、比例積分制御ではなく比例制御のみが用いられた場合、蓄電池６の電圧の変動やインバータ回路２０のスイッチングによる直流リプルの影響により直流電圧が変動し、指令値リミッタ１２０の充電制限ゲイン又は放電制限ゲインが急峻に変動してしまうおそれがある。例えば、放電末期電圧にて急に１００％放電運転した場合、直流電圧は低下する。その直流電圧の低下を受けて指令値リミッタ１２０が作動すると、直流電圧は再び上昇する。単純な比例制御の場合、このような具合にチャタリングが発生してしまうおそれがある。しかし、比例積分制御で得られたＰＩ制御値を用いて充電制限ゲイン及び放電制限ゲインが計算される場合、制御応答に時定数があるためチャタリングは発生せず、なめらかな制御が可能となる。

【0055】

また、過充電防止動作と過放電防止動作とでそれぞれ別々に定義されたＰＩ制御系を用いることで、蓄電池６の充電特性及び放電特性に合わせた指令値リミッタ１２０の動作を実現することができる。例えば、蓄電池６の特性として過放電領域では電圧降下が急峻であることから、指令値リミッタ１２０の過放電防止動作も早くなるように放電制限用のＰＩ制御系を設計してもよい。具体的には、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１の計算式におけるＩ項の時定数Ｔ１を短くすることで、指令値リミッタ１２０の過放電防止動作を早くすることができる。また、過充電領域では電圧変動が緩やかであることから、指令値リミッタ１２０の過充電防止動作も緩やかになるように充電制限用のＰＩ制御系を設計してもよい。具体的には、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２の計算式におけるＩ項の時定数Ｔ２を長くすることで、指令値リミッタ１２０の過充電防止動作を緩やかにすることができる。

【0056】

ここで、従来技術との比較から、本実施形態にかかるＰＣＳ１０の動作の特徴について説明する。図６には、蓄電池の一般的な充電運転方式による電圧及び電流の動きの例が示される。太線は電圧を示し、細線は電流を示している。一般的な充電運転方式は、電圧一定運転（ＣＶ運転）と直流での電流一定運転（ＣＣ運転）との組み合わせである。より詳しくは、放電運転や充電運転の初期から中期ではＣＣ運転が行われる。そして、満充電電圧の付近でＣＣ運転からＣＶ運転に切り替わり、過充電することなく満充電される。満充電後もＣＶ運転が続けられるため、原理的には電池の自己放電補償分の電流が流し続けられる。ただし、一般的な充電運転方式には、蓄電の過放電を防止する特別な機能は備わっていない。一般的な充電運転方式では、単に、電圧が装置の保護停止電圧レベルまで低下したら装置を保護停止するのみである。

【0057】

また、図６には、従来のＰＣＳによる充電時と放電時の電圧及び電流の動きの例も示されている。太線は電圧を示し、細線は電流を示している。従来のＰＣＳは、上位装置からの電力指令値にそのまま従って蓄電池に充電或いは放電させる。このため、万が一、電流指令値が異常の場合、蓄電池は過充電状態或いは過放電状態になるおそれがある。従来のＰCＳでは、電圧が過充電電圧レベルまで上昇したらＰCＳを停止して過充電から保護することと、電圧が放電収電圧レベルに達したらＰCＳを停止して過放電から保護することとが行われている。

【0058】

以上のような従来技術に対し、本実施形態にかかるＰＣＳ１０による充電時の電圧及び電流の動きは図７に例示される。ＰＣＳ１０によれば、充電により電圧が上昇してきた場合、過充電防止動作が機能することによって、電流を単調に低下させながら電圧を満充電電圧まで緩やかに到達させることができる。これにより、電圧が過充電電圧レベルをオーバシュートしてしまうことを防ぐことができる。また、電圧が満充電電圧に達した後は、電圧を満充電電圧に維持し続けることができる。さらに、その間、指令値リミッタ１２０を完全に０％まで絞るのではなく、数％に絞ることにすれば、蓄電池６に自己放電補償分の電流を流し続けることができる。

【0059】

また、本実施形態にかかるＰＣＳ１０による放電時の電圧及び電流の動きも図７に例示される。ＰＣＳ１０によれば、放電により電圧が低下してきた場合、過放電防止動作が機能することによって、電流を単調に低下させながら電圧を放電終始電圧まで緩やかに到達させることができる。これにより過放電領域での急峻な電圧降下を防ぎ、蓄電池６を過放電から保護することができる。

【0060】

３．パワーコンディショナの制御装置の構成の具体例
次に、制御装置１００の構成の具体例について図を用いて説明する。具体例間で共通の機能には共通の符号を付し、その機能についての説明を省略或いは簡略化する。

【0061】

＜第１の具体例＞
図８は制御装置１００の構成の第１の具体例を示す図である。第１の具体例では、指令値リミッタ１２０は可変リミッタ１２２からなる。可変リミッタ１２２は正値の電力指令値Ｐｒｅｆ、すなわち、放電電力指令値を上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨに制限する。上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨは電力指令値Ｐｒｅｆを１００％とした場合の百分率で表わされる。電力指令値Ｐｒｅｆが正値の場合、可変リミッタ１２２からは、制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２として上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨが出力される。

【0062】

また、可変リミッタ１２２は負値の電力指令値Ｐｒｅｆ、すなわち、充電電力指令値を下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬに制限する。下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬは電力指令値Ｐｒｅｆを－１００％とした場合の百分率で表わされる。電力指令値Ｐｒｅｆが負値の場合、可変リミッタ１２２からは、制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２として下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬが出力される。

【0063】

第１の具体例では、電圧偏差算出器１４０はリミッタ１４２と減算器１４４とからなる。リミッタ１４２は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが正値の場合、電圧制限範囲設定器１３０で設定された充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨと、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとを比較する。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨ未満であれば、リミッタ１４２は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋをそのまま制限された計測直流電圧Ｖｄｃｌｉｍとして出力する。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨ以上であれば、リミッタ１４２は、充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨを制限された計測直流電圧Ｖｄｃｌｉｍとして出力する。

【0064】

リミッタ１４２は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが負値の場合、電圧制限範囲設定器１３０で設定された放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬと、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとを比較する。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬより大きければ、リミッタ１４２は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋをそのまま制限された計測直流電圧Ｖｄｃｌｉｍとして出力する。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬ以下であれば、リミッタ１４２は、放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬを制限された計測直流電圧Ｖｄｃｌｉｍとして出力する。

【0065】

減算器１４４は、計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋに対する制限された計測直流電圧Ｖｄｃｌｉｍの偏差Ｖｄｃｅｒｒを算出する。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨ以上であれば、偏差Ｖｄｃｅｒｒは充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨと計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとの偏差となる。この場合の偏差Ｖｄｃｅｒｒは正値である。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬ以下であれば、偏差Ｖｄｃｅｒｒは放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬと計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとの偏差となる。この場合の偏差Ｖｄｃｅｒｒは負値である。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬより大きく充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨより小さい場合、偏差Ｖｄｃｅｒｒはゼロとなる。

【0066】

具体例として、充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨを１０９０Ｖとし、放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬを７２０Ｖとする。また、充電時の計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋの例を１１５０Ｖとし、放電時の計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋの例を７１６Ｖとする。この場合、充電時にリミッタ１４２から出力される制限された計測直流電圧Ｖｄｃｌｉｍは１０９０Ｖとなり、減算器１４４から出力される偏差Ｖｄｃｅｒｒは－６０Ｖとなる。また、放電時にリミッタ１４２から出力される制限された計測直流電圧Ｖｄｃｌｉｍは７２０Ｖとなり、減算器１４４から出力される偏差Ｖｄｃｅｒｒは４Ｖとなる。

【0067】

第１の具体例のＰＩ制御器１５０はＰＩ制御器１５２である。ＰＩ制御器１５２は、減算器１４４で算出された偏差Ｖｄｃｅｒｒに対するＰＩ制御値Ｇを計算する。ＰＩ制御器１５２は、図３に示される充電制御用の構成と放電制御用の構成とを切り替えて使用する。したがって、充電時にＰＩ制御器１５２から出力されるＰＩ制御値Ｇは、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２である。放電時にＰＩ制御器１５２から出力されるＰＩ制御値Ｇは、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１である。

【0068】

ただし、第１の具体例では、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２を求める方程式は以下の式（１１）で表される。第１の具体例におけるＰＩ制御値Ｇ２の次元は百分率である。式（１１）によれば、前述の充電時の例のように偏差Ｖｄｃｅｒｒが－６０Ｖであるならば、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２は－６００％となる。

【数11】

【0069】

また、第１の具体例では、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１を求める方程式は以下の式（１２）で表される。第１の具体例におけるＰＩ制御値Ｇ１の次元は百分率である。式（１２）によれば、前述の放電時の例のように偏差Ｖｄｃｅｒｒが４Ｖであるならば、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１は４０％となる。

【数12】

【0070】

第１の具体例では、リミッタ調整器１６０は、リミッタ１６２と減算器１６４とからなる放電制限ゲイン調整回路と、リミッタ１６６と減算器１６８とからなる充電制限ゲイン調整回路とで構成されている。放電制限ゲイン調整回路は、可変リミッタ１２２の上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨを１００％から０％の範囲内で調整する回路である。充電制限ゲイン演算回路は、可変リミッタ１２２の下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬを－１００％から０％の範囲内で調整する回路である。放電制限ゲイン演算回路と充電制限ゲイン演算回路とはＰＩ制御器１５２に並列に接続されている。

【0071】

放電制限ゲイン演算回路を構成するリミッタ１６２は、放電時にＰＩ制御器１５２で計算されたＰＩ制御値Ｇ（放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１）を１００％から０％の範囲内に制限し、制限されたＰＩ制御値ＧＨを出力する。つまり、ＰＩ制御値Ｇが１００％以下であれば、リミッタ１６２は、ＰＩ制御値Ｇをそのまま制限されたＰＩ制御値ＧＨとして出力する。ＰＩ制御値Ｇが１００％より高ければ、リミッタ１６２は、制限されたＰＩ制御値ＧＨとして１００％を出力する。放電制限ゲイン演算回路を構成する減算器１６４は、制限されたＰＩ制御値ＧＨを固定値である１００％から減算し、その差を放電制限ゲインとして出力する。放電制限ゲインは可変リミッタ１２２の上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨとして設定される。

【0072】

前述の放電時の例のようにＰＩ制御値Ｇが４０％の場合、制限されたＰＩ制御値ＧＨはそのまま４０％となり、上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨは６０％に設定される。その結果、放電を指令する電力指令値Ｐｒｅｆは、可変リミッタ１２２において６０％まで制限され、５０％に制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２が駆動信号生成器１１０に入力される。

【0073】

充電制限ゲイン演算回路を構成するリミッタ１６６は、充電時にＰＩ制御器１５２で計算されたＰＩ制御値Ｇ（充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２）を－１００％から０％の範囲内に制限し、制限されたＰＩ制御値ＧＬを出力する。つまり、ＰＩ制御値Ｇが－１００％以上であれば、リミッタ１６６は、ＰＩ制御値Ｇをそのまま制限されたＰＩ制御値ＧＬとして出力する。ＰＩ制御値Ｇが－１００％より低ければ、リミッタ１６６は、制限されたＰＩ制御値ＧＬとして－１００％を出力する。充電制限ゲイン演算回路を構成する減算器１６８は、制限されたＰＩ制御値ＧＬを固定値である－１００％から減算し、その差を充電制限ゲインとして出力する。充電制限ゲインは可変リミッタ１２２の下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬとして設定される。

【0074】

前述の充電時の例のようにＰＩ制御値Ｇが－６００％の場合、制限されたＰＩ制御値ＧＬは－１００％となり、下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬは０％に設定される。その結果、充電を指令する電力指令値Ｐｒｅｆは、可変リミッタ１２２において０％まで制限され、０％に制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２が駆動信号生成器１１０に入力される。

【0075】

＜第２の具体例＞
図９は制御装置１００の構成の第２の具体例を示す図である。第２の具体例では、指令値リミッタ１２０は、第１の具体例と同様に可変リミッタ１２２からなる。可変リミッタ１２２からは、電力指令値Ｐｒｅｆに対して上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨ或いは下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬによって制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２が出力される。

【0076】

第２の具体例では、第１の具体例と同様に、電圧偏差算出器１４０はリミッタ１４２と減算器１４４とからなる。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨ以上であれば、充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨと計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとの偏差Ｖｄｃｅｒｒが減算器１４４から出力される。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬ以下であれば、放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬと計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとの偏差Ｖｄｃｅｒｒが減算器１４４から出力される。

【0077】

第２の具体例では、ＰＩ制御器１５０は放電制御用のＰＩ制御器１５４と充電制御用のＰＩ制御器１５６とからなる。ＰＩ制御器１５４とＰＩ制御器１５６とは減算器１４４に並列に接続されている。

【0078】

放電制御用のＰＩ制御器１５４は図３の下段に示される構成を有する。ＰＩ制御器１５４より出力される放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１は、前述の式（１０）にしたがって計算される。システム下限電圧Ｖｄｃｍｉｎを７１０Ｖとし、放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬを７２０Ｖとすると、前述の放電時の例のように偏差Ｖｄｃｅｒｒが４Ｖであるならば、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１は０．６となる。

【0079】

充電制御用のＰＩ制御器１５６は図３の上段に示される構成を有する。ＰＩ制御器１５６より出力される充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２は、前述の式（９）にしたがって計算される。システム上限電圧Ｖｄｃｍａｘを１１００Ｖとし、充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨを１０９０Ｖとすると、前述の充電時の例のように偏差Ｖｄｃｅｒｒが－６０Ｖであるならば、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２は－５となる。

【0080】

第２の具体例では、リミッタ調整器１６０は、リミッタ１７２と乗算器１７４とからなる放電制限ゲイン調整回路と、リミッタ１７６と乗算器１７８とからなる充電制限ゲイン調整回路とで構成されている。放電制限ゲイン調整回路は、可変リミッタ１２２の上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨを１００％から０％の範囲内で調整する回路である。充電制限ゲイン調整回路は、可変リミッタ１２２の下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬを－１００％から０％の範囲内で調整する回路である。

【0081】

放電制限ゲイン調整回路を構成するリミッタ１７２は、ＰＩ制御器１５４で計算された放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１を１から０の範囲内に制限し、制限されたＰＩ制御値ＧＨを出力する。上位装置４からの指令が放電指令の場合、ＰＩ制御値Ｇ１は１以下の値をとる。ＰＩ制御値Ｇ２が０以上１以下であれば、リミッタ１７２は、ＰＩ制御値Ｇ１をそのまま制限されたＰＩ制御値ＧＨとして出力する。ＰＩ制御値Ｇ１が０より低ければ、リミッタ１７２は、制限されたＰＩ制御値ＧＨとして０を出力する。放電制限ゲイン演算回路を構成する乗算器１７４は、制限されたＰＩ制御値ＧＨを固定値である１００％に乗算し、その積を放電制限ゲインとして出力する。放電制限ゲインは可変リミッタ１２２の上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨとして設定される。

【0082】

前述の放電時の例のようにＰＩ制御値Ｇ１が０．６の場合、制限されたＰＩ制御値ＧＨは０．６となり、上限値ＰｒｅｆｌｉｍＨは６０％に設定される。その結果、放電を指令する電力指令値Ｐｒｅｆは、可変リミッタ１２２において６０％まで制限され、６０％に制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２が駆動信号生成器１１０に入力される。

【0083】

充電制限ゲイン演算回路を構成するリミッタ１７６は、ＰＩ制御器１５６で計算された充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２を１から０の範囲内に制限し、制限されたＰＩ制御値ＧＬを出力する。上位装置４からの指令が充電指令の場合、ＰＩ制御値Ｇ２は１以下の値をとる。ＰＩ制御値Ｇ２が０以上１以下であれば、リミッタ１７６は、ＰＩ制御値Ｇ２をそのまま制限されたＰＩ制御値ＧＬとして出力する。ＰＩ制御値Ｇ２が０より低ければ、リミッタ１７６は、制限されたＰＩ制御値ＧＬとして０を出力する。充電制限ゲイン演算回路を構成する乗算器１７８は、制限されたＰＩ制御値ＧＬを固定値である－１００％に乗算し、その積を充電制限ゲインとして出力する。充電制限ゲインは可変リミッタ１２２の下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬとして設定される。

【0084】

前述の充電時の例のようにＰＩ制御値Ｇ１が－５の場合、制限されたＰＩ制御値ＧＬは０となり、下限値ＰｒｅｆｌｉｍＬは０％に設定される。その結果、充電を指令する電力指令値Ｐｒｅｆは、可変リミッタ１２２において０％まで制限され、０％に制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２が駆動信号生成器１１０に入力される。

【0085】

＜第３の具体例＞
図１０は制御装置１００の構成の第３の具体例を示す図である。第３の具体例では、指令値リミッタ１２０はゲイン乗算器１２４からなる。ゲイン乗算器１２４は電力指令値Ｐｒｅｆに対してゲインを乗算する。正値の電力指令値Ｐｒｅｆ、すなわち、放電電力指令値に対しては、１から０までの範囲内の放電制限ゲインが乗算される。負値の電力指令値Ｐｒｅｆ、すなわち、充電電力指令値に対しては、１から０までの範囲内の充電制限ゲインが乗算される。ゲイン乗算器１２４からは、制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２として放電制限ゲイン或いは充電制限ゲインが乗算された電力指令値Ｐｒｅｆが出力される。

【0086】

第３の具体例では、第１の具体例及び第２の具体例と同様に、電圧偏差算出器１４０はリミッタ１４２と減算器１４４とからなる。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨ以上であれば、充電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＨと計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとの偏差Ｖｄｃｅｒｒが減算器１４４から出力される。計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋが放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬ以下であれば、放電リミッタ作動電圧値ＶｄｃｌｉｍＬと計測直流電圧Ｖｄｃｆｂｋとの偏差Ｖｄｃｅｒｒが減算器１４４から出力される。

【0087】

第３の具体例では、第２の具体例と同様に、ＰＩ制御器１５０は放電制御用のＰＩ制御器１５４と充電制限用のＰＩ制御器１５６とからなる。放電制御用のＰＩ制御器１５４は図３の下段に示される構成を有し、放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１を出力する。充電制御用のＰＩ制御器１５６は図３の上段に示される構成を有し、充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２を出力する。

【0088】

第３の具体例では、リミッタ調整器１６０は、放電制限ゲイン設定用のリミッタ１８２と、充電制限ゲイン設定用のリミッタ１８４と、ゲイン切替器１８６と、切替判定器１８８とで構成されている。リミッタ調整器１６０は、ゲイン乗算器１２４において電力指令値Ｐｒｅｆに乗算される放電制限ゲイン及び充電制限ゲインをそれぞれ１から０までの範囲内で調整する回路である。

【0089】

放電制限ゲイン設定用のリミッタ１８２は、ＰＩ制御器１５４で計算された放電制限用のＰＩ制御値Ｇ１を１から０の範囲内に制限し、制限されたＰＩ制御値を放電制限ゲインＧＨとして出力する。上位装置４からの指令が放電指令の場合、ＰＩ制御値Ｇ１は１以下の値をとる。ＰＩ制御値Ｇ１が０以上１以下であれば、リミッタ１８２は、ＰＩ制御値Ｇ１をそのまま放電制限ゲインＧＨとして出力する。ＰＩ制御値Ｇ１が０より低ければ、リミッタ１８２は、制限された放電制限ゲインＧＨとして０を出力する。

【0090】

充電制限ゲイン設定用のリミッタ１８４は、ＰＩ制御器１５６で計算された充電制限用のＰＩ制御値Ｇ２を１から０の範囲内に制限し、制限されたＰＩ制御値を充電制限ゲインＧＬとして出力する。上位装置４からの指令が充電指令の場合、ＰＩ制御値Ｇ２は１以下の値をとる。ＰＩ制御値Ｇ２が０以上１以下であれば、リミッタ１８４は、ＰＩ制御値Ｇ２をそのまま充電制限ゲインＧＬとして出力する。ＰＩ制御値Ｇ２が０より低ければ、リミッタ１８４は、制限された充電制限ゲインＧＬとして０を出力する。

【0091】

リミッタ１８２から出力される放電制限ゲインＧＨと、リミッタ１８４から出力される充電制限ゲインＧＬとは、ともにゲイン切替器１８６に入力される。ゲイン切替器１８６は、切替判定器１８８から入力されるトリガ信号によって、選択するゲインを放電制限ゲインＧＨと充電制限ゲインＧＬとの間で切り替える。ゲイン切替器１８６によって選択されたゲインはゲイン乗算器１２４に入力され、放電制限ゲイン或いは充電制限ゲインとして電力指令値Ｐｒｅｆに乗算される。

【0092】

切替判定器１８８は、電力指令値Ｐｒｅｆを基準値であるゼロと比較し、その比較結果に基づいたトリガ信号をゲイン切替器１８６に入力する。切替判定器１８８は、電力指令値Ｐｒｅｆがゼロ以上になったことを受けて、リミッタ１８２から入力される放電制限ゲインＧＨが選択されるようにゲイン切替器１８６に対してトリガ信号を入力する。また、切替判定器１８８は、電力指令値Ｐｒｅｆがゼロになったことを受けて、リミッタ１８４から入力される充電制限ゲインＧＬが選択されるようにゲイン切替器１８６に対してトリガ信号を入力する。

【0093】

放電時には、電力指令値Ｐｒｅｆは正値であるため、ゲイン切替器１８６ではリミッタ１８２から入力される放電制限ゲインＧＨが選択される。これにより、放電制限ゲインＧＨがゲイン乗算器１２４に入力される。前述の放電時の例のようにＰＩ制御器１５４で計算されたＰＩ制御値Ｇ１が０．６の場合、放電制限ゲインＧＨは０．６となり、ゲイン乗算器１２４では電力指令値Ｐｒｅｆに０．５が乗算される。その結果、電力指令値Ｐｒｅｆに対する割合が０．６に制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２が駆動信号生成器１１０に入力される。

【0094】

充電時には、電力指令値Ｐｒｅｆは負値であるため、ゲイン切替器１８６ではリミッタ１８４から入力される充電制限ゲインＧＬが選択される。これにより、充電制限ゲインＧＬがゲイン乗算器１２４に入力される。前述の充電時の例のようにＰＩ制御器１５６で計算されたＰＩ制御値Ｇ２が－５の場合、充電制限ゲインＧＬはゼロとなり、ゲイン乗算器１２４では電力指令値Ｐｒｅｆにゼロが乗算される。その結果、電力指令値Ｐｒｅｆに対する割合がゼロに制限された電力指令値Ｐｒｅｆ２が駆動信号生成器１１０に入力される。

【0095】

４．効果
以上述べたように、本実施形態に係るＰＣＳ１０によれば、第１乃至第３の具体例に示されるような簡易な構成で蓄電池６の過充電と過放電を防止することができる。また、従来のＰＣＳからハードウェアを変更することなく、制御装置のソフトウェアのみの変更によって本実施形態に係るＰＣＳ１０を実現することができる。

【0096】

本実施形態に係るＰＣＳ１０によれば、計測直流電圧と充電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値に応じて指令値リミッタ１２０による充電電力の指令値に対する制限が強められる。これにより、電圧の変動に起因する指令値リミッタ１２０のチャタリングを抑えて可能な限り充電運転を継続することができる。また、本実施形態に係るＰＣＳ１０によれば、計測直流電圧と放電リミッタ作動電圧との偏差に対するＰＩ制御値に応じて指令値リミッタ１２０による放電電力の指令値に対する制限が強められる。これにより、電圧の変動に起因する指令値リミッタ１２０のチャタリングを抑えて可能な限り放電運転を継続することができる。

【符号の説明】

【0097】

２ 電力変換システム
４ 上位装置
６ 蓄電池
１０ パワーコンディショナ
２０ インバータ回路
８０ 電圧計
１００ 制御装置
１１０ 駆動信号生成器
１２０ 指令値リミッタ
１３０ 電圧制限範囲設定器
１４０ 電圧偏差算出器
１５０ ＰＩ制御器
１６０ リミッタ調整器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】