[go: up one dir, main page]

JP6763491B1 - 電力変換システム - Google Patents

電力変換システム Download PDF

Info

Publication number
JP6763491B1
JP6763491B1 JP2019572248A JP2019572248A JP6763491B1 JP 6763491 B1 JP6763491 B1 JP 6763491B1 JP 2019572248 A JP2019572248 A JP 2019572248A JP 2019572248 A JP2019572248 A JP 2019572248A JP 6763491 B1 JP6763491 B1 JP 6763491B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
command value
vector
voltage
power conversion
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019572248A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2020240742A1 (ja
Inventor
義徳 鶴間
義徳 鶴間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP6763491B1 publication Critical patent/JP6763491B1/ja
Publication of JPWO2020240742A1 publication Critical patent/JPWO2020240742A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/66—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with 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
    • H02M7/797—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks for adjusting voltage in AC networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks for adjusting voltage in AC networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H02J7/06—Regulation of charging current or voltage using discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/081—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source
    • H02M1/082—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/043—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using transformers or inductors only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC 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
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC 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, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of DC power input into AC 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, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of DC power input into AC 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, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/66—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

電力変換システムは、電力変換回路と、充電制御モードを備える電力変換制御回路と、指令値生成部とを備える。充電制御モードは、交流電源の電源電圧ベクトルと電源電圧ベクトルよりも遅れ位相を持ち且つ指令値に基づく大きさおよび位相を持つ電圧指令値ベクトルとで決まる連系インダクタンス電圧が連系インダクタンスに印加されるように電力変換回路の出力電圧を制御するモードである。指令値生成部は、蓄電池の電圧が過放電閾値を下回っていない場合における充電制御モードの運転のために第一指令値を生成する。蓄電池の電圧が過放電閾値を下回った場合における充電制御モードの運転のために第二指令値を生成する。第一指令値は、第一大きさおよび第一遅れ位相を持つ第一電圧指令値ベクトルに応じた出力電圧を電力変換回路に出力させる。第二指令値は、第一大きさよりも小さい第二大きさを持つ第二電圧指令値ベクトルに応じた出力電圧を電力変換回路に出力させる。

Description

本出願は、電力変換システムに関するものである。
従来、例えば日本特開昭５７−１９３９７７号公報に記載されているように、二次電池の出力電圧が低下するとインバータの運転を停止するように構築された電力変換装置が知られている。上記公報にかかる電力変換装置では、二次電池の出力電圧が低下し、インバ─タ停止レベルに達すると、ゲ─ト信号形成回路に停止指令が印加される。これに応じて、ゲ─ト信号形成回路はインバ─タの運転を止めるとともに開閉器を開き、二次電池の過放電が防止される。
日本特開昭５７−１９３９７７号公報
上記従来の技術では、二次電池（すなわち蓄電池）の出力電圧がインバータ停止レベルに達すると、インバータ回路の運転が停止される。このような動作は、蓄電池の過放電を防止する対策にもなる。
そのような対策があるにもかかわらず、蓄電池の過放電が発生してしまう場合がある。過放電が発生する場合の一例は、蓄電池が使用されていない状態で蓄電池が一定期間以上保管されるような場合である。特に、蓄電池がＳＯＣ下限付近まで放電された状態で保管されると、自然放電等で蓄電池のエネルギーが低下することで、蓄電池が過放電状態になるおそれがある。
通常、電力変換装置は、蓄電池を充電するための充電運転モードを実施できるように構築されている。しかしながら、蓄電池が過放電状態に達した場合、蓄電池の直流電圧不足が原因となって、電力変換装置の出力電流波形が悪影響を受けてしまう。
上記の理由から、従来の技術においては、蓄電池が過放電状態にあるときには、電力変換装置が停止されることが普通である。そのような電力変換装置の停止状態において過放電状態の蓄電池を充電するためには、個々の蓄電池を個別に充電する作業が行われていた。
このような個別充電作業は、作業時間および手間を要するという問題があった。特に、ある程度大きな蓄電池容量を持つ電力変換システムにおいては、そのような作業時間および手間が著しいものとなる問題があった。
本出願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、過放電状態の蓄電を充電する際の手間を減らすことができるように改良された電力変換システムを提供することを目的とする。
本出願にかかる電力変換システムは、
直流側が蓄電池に接続され、交流側が連系インダクタンスを介して交流電源に接続された電力変換回路と、
前記連系インダクタンスの側から前記電力変換回路を介して前記蓄電池へと電力を取り込むように前記電力変換回路を制御する充電制御モードを備える電力変換制御回路と、
前記充電制御モードを実行させるための指令値を生成するように構築された指令値生成部と、
を備える。
前記電力変換制御回路が備える前記充電制御モードは、前記交流電源の電源電圧ベクトルと前記電源電圧ベクトルよりも遅れ位相を持ち且つ前記指令値に基づく大きさおよび位相を持つ電圧指令値ベクトルとで決まる連系インダクタンス電圧が前記連系インダクタンスに印加されるように前記電力変換回路の出力電圧を制御するモードであり、
前記指令値生成部は、前記蓄電池の電圧が予め定められた過放電閾値を下回っていない場合における前記充電制御モードの運転のために第一指令値を生成し、前記蓄電池の電圧が前記過放電閾値を下回った場合における前記充電制御モードの運転のために第二指令値を生成し、
前記第一指令値は、第一大きさおよび第一遅れ位相を持つ第一電圧指令値ベクトルに応じた出力電圧を前記電力変換回路に出力させるための指令値であり、
前記第二指令値は、前記第一大きさよりも小さい第二大きさを持つ第二電圧指令値ベクトルに応じた出力電圧を前記電力変換回路に出力させるための指令値である。
なお、連系インダクタンスは、リアクトルまたはトランスを含む。
本出願によれば、蓄電池の過放電時においても、第二電圧指令値ベクトルを実現するための第二指令値に従って適度な充電電流を作り出すことができる。第二電圧指令値ベクトルは第一電圧指令値ベクトルよりも短く設定されているので、インバータ電圧振幅を低減することができる。これにより、蓄電池の電圧不足に起因するインバータ過変調が発生することを抑制しつつ、電力変換回路を運転させることで蓄電池を充電することができる。蓄電池の過放電時においても電力変換回路で蓄電池を充電できるので、蓄電池を個別に手動充電する作業などに頼らなくともよい。その結果、過放電状態の蓄電池を充電する際の手間を減らすことができる。
実施の形態にかかる電力変換システムを示す模式的な構成図である。 実施の形態にかかる電力変換システムが備える電力変換回路の模式的な回路図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの電力変換回路に与えられる制御信号の一例を示す図である。 実施の形態にかかる電力変換システムで充放電される蓄電池の過放電状態を説明するための図である。 インバータ過変調の問題を説明するための図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための簡易的なモデル図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための簡易的なモデル図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態にかかる電力変換システムで実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施の形態にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態の変形例にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態の変形例にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態の変形例にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態の変形例にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態の変形例にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態の他の変形例にかかる電力変換システムの動作を説明するための電圧ベクトル図である。 実施の形態の変形例にかかる電力変換システムを示す模式的な構成図である。
［実施の形態のシステム構成］
図１は、実施の形態にかかる電力変換システム１を示す模式的な構成図である。電力変換システム１は、交流電源１００に接続している。実施の形態における交流電源１００は、三相交流を出力する電力系統である。
電力変換システム１は、蓄電池２と、電力変換装置３と、複数の変流器５と、複数の計器用変成器７と、連系インダクタンスとしての複数の連系リアクトル６と、指令値生成部１０と、を備えている。電力変換装置３は、電力変換回路３ａと電力変換制御回路４とを備えている。
蓄電池２は、蓄電池本体と、この蓄電池本体の状態を管理するバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ）とを備えている。蓄電池本体には、鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池、またはナトリウム硫黄電池などの各種の方式の蓄電池を適用することができる。実施の形態では蓄電池本体の容量がある程度大きい場合が想定されている。例えば単位蓄電池を複数個接続して一つの蓄電池本体が構築されてもよく、大容量蓄電池はこのような形態が取られることも多い。
電力変換回路３ａの直流側が蓄電池２に接続されている。図２は、実施の形態にかかる電力変換システム１が備える電力変換回路３ａの模式的な回路図である。実施の形態における電力変換回路３ａは、一レベルの電圧型三相インバータ回路である。ただし、本発明はこれに限られず、単相あるいは二相のインバータ回路であってもよく、二レベルあるいは三レベルなどを含むマルチレベルインバータ回路であってもよい。
電力変換制御回路４は、電力計算部４ａと、有効電力減算部４ｂと、無効電力減算部４ｃと、有効電力制御部４ｄ１と、無効電力制御部４ｄ２と、インバータ電圧指令演算部４ｅと、ゲートパルス生成部４ｆと、を備える。
電力計算部４ａは、複数の計器用変成器７の計測値および複数の変流器５の計測値に基づいて有効電力計測値と無効電力計測値とを計算する。電力変換制御回路４は、指令値生成部１０から指令値ＰＱ＊を受け取る。指令値ＰＱ＊は、有効電力指令値Ｐ＊と無効電力指令値Ｑ＊とを含んでいる。
有効電力減算部４ｂは、電力計算部４ａからの有効電力計測値Ｐと有効電力指令値Ｐ＊との差分を演算する。無効電力減算部４ｃは、電力計算部４ａからの無効電力計測値Ｑと無効電力指令値Ｑ＊との差分を演算する。
有効電力制御部４ｄ１は、有効電力減算部４ｂの出力値に対して公知のフィードバック制御を実施する。無効電力制御部４ｄ２は、無効電力減算部４ｃの出力値に対して公知のフィードバック制御を実施する。それぞれのフィードバック制御は、ＰＩ制御とＰ制御とＰＩＤ制御とのうち任意の一つを用いることができる。
インバータ電圧指令演算部４ｅは、有効電力制御部４ｄ１からの有効電力指令値と無効電力制御部４ｄ２の無効電力指令値とに基づいて三相分の電圧指令値を生成する。ゲートパルス生成部４ｆは、インバータ電圧指令演算部４ｅからの三相分の電圧指令値に基づいて電力変換回路３ａのスイッチング素子へのゲート駆動用ＰＷＭ信号を生成する。
電力変換制御回路４は、充電制御モードと放電制御モードとを備える。電力変換制御回路４は、指令値生成部１０からの指令値ＰＱ＊の内容に応じて「充電制御モード」と「放電制御モード」とを選択的に実行することができる。
充電制御モードは、連系リアクトル６の側から電力変換回路３ａを介して蓄電池２へと電力を取り込むように電力変換回路３ａを制御するモードである。放電制御モードは、蓄電池２から電力変換回路３ａを介して連系リアクトル６の側へと蓄電池２の電力を放出するように電力変換回路３ａを制御するモードである。各モードの詳細は後ほど説明する。
複数の変流器５は、電力変換回路３ａの三相出力側配線にそれぞれ設けられている。複数の変流器５は、三相（つまりＵ相，Ｖ相，Ｗ相）それぞれの電流を計測する。複数の計器用変成器７は、電力変換回路３ａの三相出力側配線にそれぞれ設けられている。複数の計器用変成器７は、三相間の電圧を計測する。
複数の連系リアクトル６は、電力変換回路３ａの三相交流側それぞれと交流電源１００との間に介在している。
指令値生成部１０は、指令値ＰＱ＊を生成するように構築されている。実施の形態における指令値生成部１０は、電力変換システム１において電力変換装置３を上位制御する上位制御装置である。実施の形態では、一例として指令値生成部１０がいわゆるメインサイトコントローラ（ＭＳＣ）であるものとする。
実施の形態では、少なくとも指令値生成部１０に対して蓄電池２の電圧Ｖｄｃを表す信号が送信される。バッテリマネジメントユニットが蓄電池本体の残容量および電圧Ｖｄｃなどを取得して、指令値生成部１０へと伝達してもよい。あるいは、電力変換回路３ａの内部に設けられた直流電圧計によって蓄電池２の電圧Ｖｄｃが計測されてもよく、この場合には電圧Ｖｄｃが電力変換回路３ａから指令値生成部１０へと伝達されてもよい。
図３は、実施の形態にかかる電力変換システム１の電力変換回路３ａに与えられる制御信号の一例を示す図である。図２に示すように実施の形態の電力変換回路３ａは、二レベルの電圧型三相インバータ回路である。図３にはキャリア三角波が図示されている。Ｕ相〜Ｗ相それぞれの電圧指令値波形とこのキャリア三角波とに基づいて、図示しないパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）が生成される。このＰＷＭ信号がゲート駆動信号となる。ゲートパルス生成部４ｆから６つのスイッチング素子それぞれへと、ゲート駆動信号が入力される。その結果、図３に示すように、Ｕ相とＶ相とＷ相との三相交流波形が生成される。
図４は、実施の形態にかかる電力変換システム１で充放電される蓄電池２の過放電状態を説明するための図である。蓄電池２の残容量は、ＳＯＣ（State of charge）で表されることが一般的である。
図４では、ＳＯＣが０％である状態に対応付けられた蓄電池電圧を「下限電圧設定値ＶＬｌｍｔ」と記載している。下限電圧設定値ＶＬｌｍｔは、ゼロボルトよりもある程度高い電圧レベルに設定されている。図４では、ＳＯＣが１００％である状態に対応付けられた蓄電池電圧を「上限電圧設定値ＶＨｌｍｔ」と記載している。上限電圧設定値ＶＨｌｍｔは、蓄電池２の物理的上限電圧値よりもある程度低い電圧レベルに設定されている。
蓄電池２の物理的限界範囲は、ゼロボルトから物理的上限電圧値までの範囲である。しかし、蓄電池２を高い信頼性で使用することができるように、ＳＯＣの範囲は蓄電池２の物理的限界範囲よりもある程度狭い範囲に設定されている。蓄電池２の残容量がＳＯＣ＝０％よりも低くなる状態は避けるべきである。
しかしながら、例えば長期保管などに起因して、蓄電池２の残容量が０％よりも低くなる不適切なケースが発生しうる。例えば蓄電池２の残容量がＳＯＣ＝０％よりも下となる状態は、蓄電池２の電圧が下限電圧設定値ＶＬｌｍｔを下回る状態である。このような状態が、「過放電状態」の一例である。
図５は、インバータ過変調の問題を説明するための図である。正常なインバータ電圧Ｖａと過変調インバータ電圧Ｖｂとを比較して図示している。過変調インバータ電圧Ｖｂが発生する要因の一つは、蓄電池２の電圧Ｖｄｃが低すぎる場合に適正範囲を超えて電力変換回路３ａの出力電圧指令値を増大させようとする制御が行われることである。
より具体的には、前述した過放電状態では、蓄電池２の電圧が下限電圧設定値ＶＬｌｍｔを下回る状態である。蓄電池２の正常な使用範囲はＳＯＣが０％から１００％となる範囲である。電力変換回路３ａもその条件に合わせて設計されるのが普通である。つまり、電力変換回路３ａの入力直流電圧の正常範囲は、蓄電池２の下限電圧設定値ＶＬｌｍｔから上限電圧設定値ＶＨｌｍｔまでの範囲とされるのが普通である。
過放電状態で生じる低い電圧Ｖｄｃは、電力変換回路３ａの設計時に想定される定格直流電圧範囲を逸脱していることが普通である。その結果、過放電状態では蓄電池２の電圧Ｖｄｃが低すぎるので過変調インバータ電圧Ｖｂが発生してしまう。過変調インバータ電圧Ｖｂが発生すると、電力変換回路３ａの出力電流が高調波を含むものとなるので好ましくない。
［実施の形態の装置の動作］
図６および図７は、実施の形態にかかる電力変換システム１の動作を説明するための簡易的なモデル図である。図６に模式的に示すように、実施の形態における電力変換システム１は、電力変換回路３ａが蓄電池２から三相交流電力を生成するものである。蓄電池２と電力変換回路３ａとを三相交流電圧源１０１で模擬すると、図６のシステムは図７のように模擬することができる。
図７では、三相交流電圧源１０１と交流電源１００とが連系リアクトル６を介して連系している。図７の模式図における三相交流電圧源１０１が電圧指令値ベクトルＶ＊どおりの出力電圧を出力しており、交流電源１００が電源電圧ベクトルＶＳに応じた出力電圧を出力しているとする。電圧指令値ベクトルＶ＊は、電力変換回路３ａに指令値ＰＱ＊を入力することで所望のベクトルに設定することができる。電圧指令値ベクトルＶ＊は、指令値生成部１０で生成された指令値ＰＱ＊に基づく振幅（大きさ）および位相を持つ。
図８〜図１２は、実施の形態にかかる電力変換システム１の動作を説明するための電圧ベクトル図である。図８〜図１１には、電力変換システム１の動作のうち代表的な四種類のベクトル図を示す。
図８には、蓄電池２の放電制御モードの一例が示されている。電源電圧ベクトルＶＳに対して進み位相の電圧指令値ベクトルＶ＊ ｄを、三相交流電圧源１０１に発生させる。そうすると、リアクトル電圧Ｖｒが発生し、このリアクトル電圧Ｖｒに対して位相が９０度ずれたリアクトル電流Ｉｒが発生する。図８のリアクトル電流Ｉｒと電源電圧ベクトルＶＳとが同じ方向を向いているので、これは交流電源１００にとってプラスの電力が発生している。よって図８の場合には、蓄電池２から電力が放電されている。
図９には、蓄電池２の充電制御モードの一例を示している。電源電圧ベクトルＶＳに対して遅れ位相の電圧指令値ベクトルＶ＊ １を三相交流電圧源１０１に発生させる。その結果、リアクトル電圧Ｖｒおよびリアクトル電流Ｉｒが発生する。図９のリアクトル電流Ｉｒと電源電圧ベクトルＶＳとが逆向きなので、これは交流電源１００にとってマイナスの電力が発生している。よって図９の場合には、蓄電池２に電力が吸収されている。つまり蓄電池２が充電されている。
実施の形態では、図９に示す電圧指令値ベクトルＶ＊ １を、「第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １」とも称す。第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １は、第一大きさおよび第一遅れ位相θ１を持つ電圧ベクトルである。
図１０は、進み無効電力を付与した電圧指令値ベクトルの一例である。図１０の例は、言い換えるとＣ性を持つ電圧指令値ベクトルの一例である。電圧指令値ベクトルＶ＊の振幅（大きさ）を電源電圧ベクトルＶＳよりも大きくすると、図１０に示すように電源電圧ベクトルＶＳの終点からその延長線上にリアクトル電圧Ｖｒが伸びる。
図１１は、遅れ無効電力を付与した電圧指令値ベクトルの一例である。図１１の例は、言い換えるとＬ性を持つ電圧指令値ベクトルの一例である。電圧指令値ベクトルＶ＊の振幅（大きさ）を電源電圧ベクトルＶＳよりも小さくすると、図１１に示すように電源電圧ベクトルＶＳの終点から電源電圧ベクトルＶＳとは逆向きに伸びるリアクトル電圧Ｖｒが発生する。
実施の形態にかかる電力変換制御回路４が備える「充電制御モード」は、電源電圧ベクトルＶＳと電圧指令値ベクトルＶ＊とで決まるリアクトル電圧がリアクトル６に印加されるように電力変換回路３ａの出力電圧を制御するモードである。図９に示した第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １は、実施の形態における充電制御モードの一例である。
図５で示したインバータ過変調の問題を抑制するためには、電圧指令値ベクトルＶ＊を小さくすることで電圧指令値を抑制することが有効である。そこで、インバータ過変調を抑制するために、上記第一大きさよりも小さな第二大きさを持たせるように上記第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １を修正したものを「第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２」と称す。
実施の形態では、予め一つの第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２が想定されており、この想定された第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２を達成するための指令値ＰＱ＊に従って充電制御モードが実施されるものとする。ただし、複数の第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２それぞれに対応した複数の指令値ＰＱ＊を選択的に使用するような変形例が提供されてもよい。
実施の形態によれば、蓄電池２の過放電時においても、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２を実現するための第二指令値ＰＱ＊ ２に従って、適度な充電電流が作り出される。第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２は第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １よりも短く設定されているので、インバータ電圧振幅を低減することができる。これにより、蓄電池２の電圧不足に起因するインバータ過変調の問題を抑制しつつ、電力変換回路３ａを運転させることで蓄電池２を充電することができる。
蓄電池２の過放電時においても電力変換回路３ａで蓄電池２を充電できるので、蓄電池２の個別手動充電する作業などに頼らなくともよい。その結果、過放電状態の蓄電を充電する際の手間を減らすことができる。
第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２をどの程度小さく設定するかは、いくつかのバリエーションがある。例えば、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２が第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １よりも小さく（短く）されてもよく、この場合にはＶＳ＜Ｖ＊ ２＜Ｖ＊ １であってもよい。また、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２が電源電圧ベクトルＶＳよりも小さく（短く）されてもよく、この場合にはＶ＊ ２＜ＶＳ＜Ｖ＊ １であってもよい。
また、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の第二遅れ位相θ２をどのような位相に設定するのかも、いくつかのバリエーションがある。第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の第二遅れ位相θ２は、例えば図１３のように電源電圧ベクトルＶＳに対して第一遅れ位相θ１よりも遅れていてもよく、逆に例えば図１５のように第一遅れ位相θ１よりも進んでいてもよい。あるいは第一遅れ位相θ１と第二遅れ位相θ２とが同じであってもよい（後述する第三基準交点Ａｘ３の変形例を参照）。
第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２のバリエーションについて、本願発明者は鋭意研究を行った。図１２は、蓄電池２の電圧が過放電閾値を下回った場合における充電制御モードにおいて、実施の形態にかかる電力変換システム１が実施する動作の一例を説明するための図である。本願発明者の知見によれば、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２を短くする様々なバリエーションのうち、図９に示した充電動作用の電圧指令値ベクトルＶ＊ １と図１１に示した遅れ無効電力を持つ電圧指令値ベクトルＶ＊ Ｃとを合成した合成ベクトルが好ましい。この合成ベクトルが、図１２の最下段に示す第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２である。
図１３〜図１７は、実施の形態にかかる電力変換システム１の動作を説明するための電圧ベクトル図である。図１３〜図１７には、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２のバリエーションが図示されている。図１６は図１４の部分拡大図であり、図１７は図１６の部分拡大図である。なお、図１５および図１６には第一遅れ位相θ１および第二遅れ位相θ２を記載しているのに対し、図１４ではこれらを便宜上省略しているが図１４においては第一遅れ位相θ１よりも第二遅れ位相θ２がわずかに大きい。
図１３には、電源電圧ベクトルＶＳと、第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １と、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２と、第一リアクトル電圧ベクトルＶｒ１と、第一リアクトル電流ベクトルＩｒ１と、第一仮想円Ｓ１と、第二仮想円Ｓ２とが図示されている。
第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の始点は第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １の始点と同じである。第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点は、終点Ａ２である。第一リアクトル電圧ベクトルＶｒ１は、電源電圧ベクトルＶＳと第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １とを合成したときのリアクトル電圧を表す電圧ベクトルである。第二リアクトル電圧ベクトルＶｒ２は、電源電圧ベクトルＶＳと第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２とを合成したときのリアクトル電圧を表す電圧ベクトルである。
第一仮想円Ｓ１は、第一リアクトル電圧ベクトルＶｒ１の始点を中心に第一リアクトル電圧ベクトルＶｒ１の終点を回転させたときの第一リアクトル電圧ベクトルＶｒ１の終点の軌跡からなる仮想円である。第二仮想円Ｓ２は、電源電圧ベクトルＶＳの始点を中心に電源電圧ベクトルＶＳの終点を回転させたときの電源電圧ベクトルＶＳの終点の軌跡からなる仮想円である。
指令値生成部１０は、図１３〜図１６に示すように、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が第一仮想円Ｓ１の円周と重なるように第二指令値ＰＱ＊ ２を生成してもよい。
図１３〜図１５のベクトル図におけるベクトル長さを比較すると、図１４では有効電力成分ベクトルＰｂａｔＣと無効電力成分ベクトルＱｂａｔＣとが同じ長さであり、図１３ではＰｂａｔＣ＞ＱｂａｔＣであり、図１５ではＰｂａｔＣ＜ＱｂａｔＣであるという違いがある。有効電力成分ベクトルＰｂａｔＣは、第二リアクトル電圧ベクトルＶｒ２に基づく蓄電池充電電力のうち有効電力に寄与する成分を表すものである。無効電力成分ベクトルＱｂａｔＣは、第二リアクトル電圧ベクトルＶｒ２に基づく蓄電池充電電力のうち無効電力に寄与する成分を表すものである。
図１３〜図１６では、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２それぞれの無効電力の大きさが異なる。図１３〜図１６のうち、図１３に示す無効電力成分ベクトルＱｂａｔＣが最小であり、図１５に示す無効電力成分ベクトルＱｂａｔＣが最大である。許容される無効電力の大きさに応じて、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２を調整してもよい。
また、図１３〜図１６では、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２それぞれの有効電力成分ベクトルＰｂａｔＣの大きさが異なる。図１３〜図１６のうち、図１３に示す有効電力成分ベクトルＰｂａｔＣが最大であり、図１５に示す有効電力成分ベクトルＰｂａｔＣが最小である。充電速度の観点からは有効電力成分ベクトルＰｂａｔＣが大きいほど有利なので、そのような観点から第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２を定めてもよい。
なお、図１３〜図１６では、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が第一仮想円Ｓ１の円周と重なっている。従って、第二リアクトル電圧ベクトルＶｒ２の大きさ（長さ）を、第一リアクトル電圧ベクトルＶｒ１と同じ大きさ（長さ）にすることができる。
図１６には、仮想円弧部Ｌａｒｃｒｅｆが図示されている。仮想円弧部Ｌａｒｃｒｅｆは、第一仮想円Ｓ１の円周のうち第一基準交点Ａｘ１と第二基準交点Ａｘ２との間を伸びている部分である。第一基準交点Ａｘ１は、第一仮想円Ｓ１と第二仮想円Ｓ２との交点のうち第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １の終点に近いほうの交点である。第二基準交点Ａｘ２は、第一仮想円Ｓ１と電源電圧ベクトルＶＳとの交点である。
ただし、第一基準交点Ａｘ１は仮想円弧部Ｌａｒｃｒｅｆに含まれるけれども、第二基準交点Ａｘ２は仮想円弧部Ｌａｒｃｒｅｆに含まれないものとする。
指令値生成部１０は、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が仮想円弧部Ｌａｒｃｒｅｆと重なるように第二指令値ＰＱ＊ ２を生成してもよい。指令値生成部１０は、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が第一仮想円Ｓ１の内側あるいは外側に位置するように第二指令値ＰＱ＊ ２を生成してもよい。
図１６には、所定領域ＲＶｒｅｆ２がドット模様で示されている。所定領域ＲＶｒｅｆ２は、第一仮想円Ｓ１と第二仮想円Ｓ２と電源電圧ベクトルＶＳとで囲まれ且つ電源電圧ベクトルＶＳを含まないように予め定めた領域である。指令値生成部１０は、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が所定領域ＲＶｒｅｆ２の内側あるいは外側に位置するように第二指令値ＰＱ＊ ２を生成してもよい。
図１６に示す第三基準交点Ａｘ３は、第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １と第一仮想円Ｓ１との交点である。指令値生成部１０は、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が第三基準交点Ａｘ３と一致するように第二指令値ＰＱ＊ ２を生成してもよい。これにより、第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １と第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２とに同じ遅れ位相θ２を持たせてもよい。
［実施の形態の具体的制御の例］
図１８は、実施の形態にかかる電力変換システム１で実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図１８のルーチンは、通常時充電制御モードと過放電時の充電制御モードとを選択的に使用するルーチンの一例である。図１８のルーチンは、指令値生成部１０と電力変換制御回路４との協働により実施される。図１８のルーチンは、予め定められた所定周期で繰り返し実行されている。
図１８のフローチャートでは、まず、蓄電池２の電圧Ｖｄｃが不足しているか否かが判定される（ステップＳ１００）。このステップでは、電圧Ｖｄｃが予め定めた過放電閾値Ｖｏｖｔｈを下回っているか否かが判定される。過放電閾値は、例えば図４に示した下限電圧設定値ＶＬｌｍｔと同じ値であってもよいし、下限電圧設定値ＶＬｌｍｔよりも大きくまたは小さく定めた他の閾値であってもよい。ステップＳ１００でＶｄｃ＜Ｖｏｖｔｈとなっている場合には、電圧Ｖｄｃが低すぎるので、電圧Ｖｄｃが不足していると判定される。
ステップＳ１００で電圧Ｖｄｃが不足していないと判定された場合には、処理はステップＳ１０１に進む。ステップＳ１０１では、充電指令が出されているか否かが判定される。充電指令がどのような条件で出されるかは、各種公知の技術に基づいて定めればよいため、ここでは詳細の説明は省略する。ステップＳ１０１で充電指令が出されていない場合には、蓄電池２が過放電ではなく且つ充電指令も出されていないので、今回のルーチンが終了する。
ステップＳ１０１で充電指令が出されている場合には、蓄電池２は過放電ではないものの充電指令が出されている。そこで通常充電制御モードが実施される（ステップＳ１０２）。通常充電制御モードは、蓄電池２の電圧Ｖｄｃが過放電閾値Ｖｏｖｔｈを下回っていない場合における充電制御モードである。
指令値生成部１０は、通常充電制御モードのための第一指令値ＰＱ＊ １を生成する。実施の形態における第一指令値ＰＱ＊ １は、前述した図９の第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １に応じた出力電圧を電力変換回路３ａに出力させるための指令値である。
通常充電制御モードが開始された後、予め定められた所定充電終了条件が成立することで充電が完了したとみなされると、通常充電制御モードが終了する（ステップＳ１０２ａ）。その後、今回のルーチンが終了する。
ステップＳ１００で電圧Ｖｄｃが不足していると判定された場合には、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理が実行される。ステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理は、蓄電池２が過放電状態にあるときのための充電制御モードである。
図１８における具体的制御は、好ましい制御としてステップＳ１０３を含んでいる。ステップＳ１０３は、電力変換回路３ａと交流電源１００との連系点に電力変換回路３ａが出力する無効電力が無効電力上限値を超えないように、指令値生成部１０が無効電力指令値Ｑ＊を生成するステップである。
ステップＳ１０３においては、まず現在の無効電力上限値Ｑｌｍｔが取得される。無効電力上限値Ｑｌｍｔは、電力変換システム１と交流電源１００との系統連系点に電力変換システム１が出力する無効電力の上限を定めた値である。無効電力上限値Ｑｌｍｔは、現在の電力変換システム１および交流電源１００の運転状態などに応じて取得されてもよく、系統情報などの形態で上位監視装置あるいは電力事業者から取得されてもよい。
この無効電力上限値Ｑｌｍｔと、現時点で電力変換システム１が出力している無効電力計測値Ｑとの差分が、「Ｑ増加可能量」である。「Ｑ増加可能量」は、現時点で電力変換システム１が増加させることが可能な無効電力の大きさである。
次に、有効電力指令値Ｐ＊および無効電力指令値Ｑ＊を決定する処理が実行される（ステップＳ１０４）。インバータ過変調を抑制するために、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２がある程度以上は短く設定される必要がある。また、充電速度を高めるために、図１３〜図１５で例示した有効電力成分ベクトルＰｂａｔＣはなるべく長いことが好ましい。また、無効電力指令値Ｑ＊は、Ｑ可能増加量を超えない範囲内で設定されることが好ましい。
これらの複数の観点から第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の候補が想定されうる。実施の形態では、具体的制御の一例として、複数のＱ可能増加量と複数の第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２とを予め対応付けた対応規則が指令値生成部１０の不揮発メモリに記憶されるものとし、この対応規則に従って可変に第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２が選択的に使用されるものとする。
次に、指令値生成部１０は、過放電時の充電制御モードのための第二指令値ＰＱ＊ ２を電力変換制御回路４へと伝達する（ステップＳ１０６）。第二指令値ＰＱ＊ ２に従って電力変換制御回路４が電力変換回路３ａを制御することで、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２に応じた出力電圧を電力変換回路３ａに出力させることができる。
次に、第二指令値ＰＱ＊ ２に基づいてゲートパルスが生成される（ステップＳ１０７）。ゲートパルスの生成は、電力変換制御回路４のゲートパルス生成部４ｆで実施される。
その後、予め定められた所定充電終了条件が成立することで充電が完了したとみなされると、過放電時の充電制御モードが終了する（ステップＳ１０８）。所定充電終了条件は、例えばＶｄｃ≧Ｖｏｖｔｈとなった場合に条件成立とするものでもよい。あるいは、所定充電終了条件は、例えばＶｄｃ≧（Ｖｏｖｔｈ＋α）となった場合に条件成立とするものでもよく、このαは予め定められたプラス補正値である。その後、今回のルーチンが終了する。
なお、図１８のフローチャートの変形例として、Ｑ可能増加量に応じた第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の可変設定をしない場合には、ステップＳ１０３が省略されてもよい。その場合には、予め設定された一つの第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２に基づいて、毎回の過放電時の充電制御モードにおいて同じ第二指令値ＰＱ＊ ２が生成されてもよい。
図１９は、実施の形態の変形例にかかる電力変換システム１の動作を説明するための電圧ベクトル図である。図１９には、仮想四角形ＳＱが図示されている。仮想四角形ＳＱの第一長辺は、電源電圧ベクトルＶＳである。仮想四角形ＳＱの対角線は、第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １である。指令値生成部１０は、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が第一長辺と平行な第二長辺ＬＳＱに重なるように第二指令値ＰＱ＊ ２を生成してもよい。
図２０は、実施の形態の他の変形例にかかる電力変換システム１の動作を説明するための電圧ベクトル図である。仮想四角形ＳＱの第一短辺ＳＳＱは、電源電圧ベクトルＶＳと第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １とを合成した第一リアクトル電圧ベクトルＶｒ１に一致している。仮想四角形ＳＱの対角線は、第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １である。指令値生成部１０は、第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の終点Ａ２が第一短辺ＳＳＱと重なるように第二指令値ＰＱ＊ ２を生成してもよい。
なお、仮想四角形ＳＳＱの外側に終点がくるような第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２が提供されてもよい。遅れた第二遅れ位相θ２を持ち且つ蓄電池２への充電を行うためのリアクトル電圧を生じさせる第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２であるかぎり、様々な第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２が提供される。通常充電制御モードの第一電圧指令値ベクトルＶ＊ １と比べて、過放電時充電制御モードの第二電圧指令値ベクトルＶ＊ ２の大きさ（長さ）を小さくすることで、蓄電池２の電圧不足に起因するインバータ過変調を抑制することができるからである。
図２１は、実施の形態の変形例にかかる電力変換システム１を示す模式的な構成図である。指令値生成部１０に代えて、電力変換制御回路４の内部に設けられた指令値生成ブロック２１０が設けられてもよい。指令値生成ブロック２１０は、前述した指令値生成部１０と同様の機能、制御動作および制御ルーチンを実行するように構築されている。
なお、ＳＯＣ＝０％からＳＯＣ＝１００％までの範囲を使い切るように蓄電池２が使用される場合もあれば、そうではない場合もある。例えば、ＳＯＣ＝１０％等がＳＯＣ下限値として設定され、ＳＯＣ＝９０％等がＳＯＣ上限値として設定され、このＳＯＣ下限値からＳＯＣ上限値までの範囲内で蓄電池２が使用される場合もある。蓄電池２にＳＯＣ下限値が設定されていれば、蓄電池２の残容量がこのＳＯＣ下限値よりも低くなる状態は避けるべきである。
ＳＯＣ下限値との関係を考慮した場合には、上記実施の形態に基づいて、下記の少なくとも二つの実施例が提供される。
第一実施例として、ＳＯＣ下限値が設定されていたとしても、上述した実施の形態の内容（図１３のフローチャート）が適用されてもよく、その場合にはステップＳ１００の処理のための過放電閾値ＶｏｖｔｈがＶＬｌｍｔに基づいて決定されてもよい。例えばＳＯＣが０％を超えていればインバータ過変調の問題が生じないように電力変換装置３が構築されている場合には、蓄電池２のＳＯＣがＳＯＣ下限値を下回っても通常充電制御モードを適用できるからである。
その一方で、第二実施例として、ＳＯＣ下限値（例えばＳＯＣ１０％）に対応する蓄電池２の電圧に基づいて、前述したステップＳ１００の処理のための過放電閾値Ｖｏｖｔｈが設定されてもよい。このような第二実施例においては、蓄電池２の物理的上限電圧であるＶＬｌｍｔよりもある程度高い電圧が、過放電閾値として用いられてもよい。
実施の形態では、一例として、「連系インダクタンス」として、リアクトル６が用いられている。連系インダクタンスとは、系統連系点に設けられるインダクタである。変形例として、電力変換システム１において、リアクトル６の代わりに連系トランスが設置されてもよい。この場合には、上述の実施の形態における「リアクトル電流」と「リアクトル電圧」とを連系トランスの各相の電流および電圧に読み替えたうえで、上述した実施の形態の構成及び制御内容が実施されればよい。上記実施の形態における「リアクトル電流」と「リアクトル電圧」と「リアクトル電流ベクトル」と「リアクトル電圧ベクトル」それぞれが、上位概念的に「連系インダクタンス電流」と「連系インダクタンス電圧」と「連系インダクタンス電流ベクトル」と「連系インダクタンス電圧ベクトル」と呼称されてもよい。
１ 電力変換システム
２ 蓄電池
３ 電力変換装置
３ａ 電力変換回路
４ 電力変換制御回路
４ａ 電力計算部
４ｂ 有効電力減算部
４ｃ 無効電力減算部
４ｄ１ 有効電力制御部
４ｄ２ 無効電力制御部
４ｅ インバータ電圧指令演算部
４ｆ ゲートパルス生成部
５ 変流器
６ リアクトル（連系インダクタンス）
７ 計器用変成器
１０ 指令値生成部（ＭＳＣ）
１００ 交流電源
１０１ 三相交流電圧源
２１０ 指令値生成ブロック
Ａｘ１ 第一基準交点
Ａｘ２ 第二基準交点
Ａｘ３ 第三基準交点
Ｉｒ リアクトル電流（連系インダクタンス電流）
Ｐ 有効電力計測値
Ｐ＊ 有効電力指令値
ＰｂａｔＣ 有効電力成分ベクトル
ＰＱ＊ 指令値
Ｑ 無効電力計測値
Ｑ＊ 無効電力指令値
ＱｂａｔＣ 無効電力成分ベクトル
Ｑｌｍｔ 無効電力上限値
ＶＳ 電源電圧ベクトル
Ｖ＊ 電圧指令値ベクトル
Ｖ＊ １ 第一電圧指令値ベクトル
Ｖ＊ ２ 第二電圧指令値ベクトル
Ｖａ インバータ電圧
Ｖｂ 過変調インバータ電圧
Ｖｄｃ 蓄電池の電圧
ＶＨｌｍｔ 上限電圧設定値
ＶＬｌｍｔ 下限電圧設定値
Ｖｏｖｔｈ 過放電閾値
Ｖｒ リアクトル電圧（連系インダクタンス電圧）
Ｖｒ１ 第一リアクトル電圧ベクトル（第一連系インダクタンス電圧ベクトル）
Ｉｒ１ 第一リアクトル電流ベクトル（第一連系インダクタンス電流ベクトル）
Ｖｒ２ 第二リアクトル電圧ベクトル（第二連系インダクタンス電圧ベクトル）
θ１ 第一遅れ位相
θ２ 第二遅れ位相
Ｓ１ 第一仮想円
Ｓ２ 第二仮想円
ＲＶｒｅｆ２ 所定領域
ＳＱ 仮想四角形
Ｌａｒｃｒｅｆ 仮想円弧部

Claims (11)

  1. 直流側が蓄電池に接続され、交流側が連系インダクタンスを介して交流電源に接続された電力変換回路と、
    前記連系インダクタンスの側から前記電力変換回路を介して前記蓄電池へと電力を取り込むように前記電力変換回路を制御する充電制御モードを備える電力変換制御回路と、
    前記充電制御モードを実行させるための指令値を生成するように構築された指令値生成部と、
    を備え、
    前記電力変換制御回路が備える前記充電制御モードは、前記交流電源の電源電圧ベクトルと前記電源電圧ベクトルよりも遅れ位相を持ち且つ前記指令値に基づく大きさおよび位相を持つ電圧指令値ベクトルとで決まる連系インダクタンス電圧が前記連系インダクタンスに印加されるように前記電力変換回路の出力電圧を制御するモードであり、
    前記指令値生成部は、前記蓄電池の電圧が予め定められた過放電閾値を下回っていない場合における前記充電制御モードの運転のために第一指令値を生成し、前記蓄電池の電圧が前記過放電閾値を下回った場合における前記充電制御モードの運転のために第二指令値を生成し、
    前記第一指令値は、第一大きさおよび第一遅れ位相を持つ第一電圧指令値ベクトルに応じた出力電圧を前記電力変換回路に出力させるための指令値であり、
    前記第二指令値は、前記第一大きさよりも小さい第二大きさを持つ第二電圧指令値ベクトルに応じた出力電圧を前記電力変換回路に出力させるための指令値である電力変換システム。
  2. 前記電源電圧ベクトルと前記第一電圧指令値ベクトルとを合成したときの前記連系インダクタンス電圧を表すベクトルを、第一連系インダクタンス電圧ベクトルとし、
    前記第一連系インダクタンス電圧ベクトルの始点を中心に前記第一連系インダクタンス電圧ベクトルの終点を回転させたときの前記第一連系インダクタンス電圧ベクトルの前記終点の軌跡からなる仮想円を、第一仮想円とし、
    前記指令値生成部は、前記第二電圧指令値ベクトルの終点が前記第一仮想円の円周と重なるように前記第二指令値を生成する請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 前記電源電圧ベクトルの始点を中心に前記電源電圧ベクトルの終点を回転させたときの前記電源電圧ベクトルの前記終点の軌跡からなる仮想円を、第二仮想円とし、
    前記第一仮想円と前記第二仮想円との複数の交点のうち前記第一電圧指令値ベクトルの終点に近いほうの交点を、第一基準交点とし、
    前記第一仮想円と前記電源電圧ベクトルとの交点を、第二基準交点とし、
    前記第一仮想円の円周のうち前記第一基準交点と前記第二基準交点との間を伸び前記第一基準交点を含みかつ前記第二基準交点を含まない部分を、仮想円弧部とし、
    前記指令値生成部は、前記第二電圧指令値ベクトルの終点が前記仮想円弧部と重なるように前記第二指令値を生成する請求項２に記載の電力変換システム。
  4. 前記電源電圧ベクトルと前記第一電圧指令値ベクトルとを合成したときの前記連系インダクタンス電圧を表すベクトルを、第一連系インダクタンス電圧ベクトルとし、
    前記第一連系インダクタンス電圧ベクトルの始点を中心に前記第一連系インダクタンス電圧ベクトルの終点を回転させたときの前記第一連系インダクタンス電圧ベクトルの前記終点の軌跡からなる仮想円を、第一仮想円とし、
    前記指令値生成部は、前記第二電圧指令値ベクトルの終点が前記第一仮想円の内側に位置するように前記第二指令値を生成する請求項１に記載の電力変換システム。
  5. 前記電源電圧ベクトルの始点を中心に前記電源電圧ベクトルの終点を回転させたときの前記電源電圧ベクトルの前記終点の軌跡からなる仮想円を、第二仮想円とし、
    前記第一仮想円と前記第二仮想円と前記電源電圧ベクトルとで囲まれ且つ前記電源電圧ベクトルを含まない領域を、予め定めた所定領域とし、
    前記指令値生成部は、前記第二電圧指令値ベクトルの終点が前記所定領域の内側に位置するように前記第二指令値を生成する請求項４に記載の電力変換システム。
  6. 前記指令値生成部は、前記電力変換回路と前記交流電源との連系点に前記電力変換回路が出力する無効電力が無効電力上限値を超えないように前記第二指令値を生成する請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  7. 前記指令値生成部は、前記第一遅れ位相よりも前記電源電圧ベクトルから遅れた位相である第二遅れ位相を持つように前記第二電圧指令値ベクトルを生成する請求項１に記載の電力変換システム。
  8. 前記指令値生成部は、前記第一遅れ位相よりも前記電源電圧ベクトルから進んだ位相である第二遅れ位相を持つように前記第二電圧指令値ベクトルを生成する請求項１に記載の電力変換システム。
  9. 前記指令値生成部は、前記第二電圧指令値ベクトルが前記第一遅れ位相と同じ位相を持つように前記第二指令値を生成する請求項１に記載の電力変換システム。
  10. 前記指令値生成部は、前記電源電圧ベクトルを第一長辺とし前記第一電圧指令値ベクトルを対角線とする仮想四角形において、前記第二電圧指令値ベクトルの終点が前記第一長辺と平行な第二長辺に重なるように前記第二指令値を生成する請求項１に記載の電力変換システム。
  11. 前記指令値生成部は、前記電源電圧ベクトルと前記第一電圧指令値ベクトルとを合成した第一連系インダクタンス電圧ベクトルを第一短辺とし前記第一電圧指令値ベクトルを対角線とする仮想四角形において、前記第二電圧指令値ベクトルの終点が前記第一短辺と重なるように前記第二指令値を生成する請求項１に記載の電力変換システム。
JP2019572248A 2019-05-29 2019-05-29 電力変換システム Active JP6763491B1 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/021378 WO2020240742A1 (ja) 2019-05-29 2019-05-29 電力変換システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6763491B1 true JP6763491B1 (ja) 2020-09-30
JPWO2020240742A1 JPWO2020240742A1 (ja) 2021-09-13

Family

ID=72614731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019572248A Active JP6763491B1 (ja) 2019-05-29 2019-05-29 電力変換システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11799302B2 (ja)
EP (1) EP3979459B1 (ja)
JP (1) JP6763491B1 (ja)
CN (1) CN112385112B (ja)
WO (1) WO2020240742A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115001082B (zh) * 2022-06-01 2023-10-31 浙江艾罗网络能源技术股份有限公司 一种混合储能逆变器并机系统的充放电功率平衡分配控制方法
EP4576547A1 (de) * 2023-12-20 2025-06-25 Primetals Technologies Germany GmbH Optimierte regelung eines lichtbogenofens mittels eines multilevelkonverters

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009171652A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電力変換装置
WO2018105323A1 (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 株式会社デンソー 駆動システム

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57193977A (en) 1981-05-22 1982-11-29 Hitachi Ltd Electric power converting device
JP2000102182A (ja) * 1998-09-29 2000-04-07 Hitachi Ltd ２次電池の過充電・過放電防止回路
KR200246269Y1 (ko) * 2001-04-03 2001-10-10 정범현 솔라셀을 이용한 밧데리의 충/방전 제어회로
JP3812406B2 (ja) * 2001-10-26 2006-08-23 富士電機システムズ株式会社 Ｐｗｍ電力変換装置の制御方法
CN100488001C (zh) * 2006-03-15 2009-05-13 大唐移动通信设备有限公司 移动终端对过放电锂电池充电的方法及电路
EP2107676A4 (en) * 2007-01-12 2014-06-25 Meidensha Electric Mfg Co Ltd CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR ENERGY CONVERSION SYSTEM WITH IMMEDIATE COMPENSATION FOR VOLTAGE LOSS AND OPERATION INTERRUPTION
KR100915146B1 (ko) * 2009-05-01 2009-09-03 주식회사 삼현 휠인 브러시리스 직류 모터를 적용한 전동식 운반용 손수레
JP2012151918A (ja) * 2011-01-14 2012-08-09 Hitachi Koki Co Ltd インバータ装置及びそれを備えた電動工具
JP5865657B2 (ja) 2011-03-24 2016-02-17 株式会社ダイヘン 電力変換回路を制御する制御回路、この制御回路を備えた系統連系インバータシステム
JP5633652B2 (ja) 2011-08-03 2014-12-03 トヨタ自動車株式会社 電動機駆動システム
TW201308841A (zh) * 2011-08-03 2013-02-16 Yue-Mei Qiu 電源轉換器脈寬調變控制電路及其控制方法
DE112012005842T5 (de) * 2012-02-08 2014-11-06 Mitsubishi Electric Corporation Energie-Umwandlungsvorrichtung
DE112013003974T5 (de) 2012-08-08 2015-06-25 Mitsubishi Electric Corporation Elektroenergieumwandlungsvorrichtung
JP6426427B2 (ja) 2014-10-10 2018-11-21 株式会社デンソー 電動機駆動装置
JP5920520B1 (ja) * 2014-12-17 2016-05-18 ダイキン工業株式会社 充放電回路、充放電回路の制御方法、充放電回路の制御装置、及び直接形電力変換器
JP6426014B2 (ja) * 2015-01-27 2018-11-21 ニチコン株式会社 双方向インバータおよびそれを用いた蓄電システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009171652A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電力変換装置
WO2018105323A1 (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 株式会社デンソー 駆動システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP3979459B1 (en) 2025-12-17
WO2020240742A1 (ja) 2020-12-03
JPWO2020240742A1 (ja) 2021-09-13
US11799302B2 (en) 2023-10-24
CN112385112B (zh) 2024-09-27
EP3979459A1 (en) 2022-04-06
US20220115888A1 (en) 2022-04-14
EP3979459A4 (en) 2023-01-11
CN112385112A (zh) 2021-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Analysis and fault control of hybrid modular multilevel converter with integrated battery energy storage system
CN103296722B (zh) 应用于h桥级联型电池储能系统相内soc均衡控制方法
CN103650312B (zh) 电源系统
JP7209868B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータ及び電力変換装置
US9966777B2 (en) Modular multilevel converter for hybrid energy storage
US9190915B2 (en) Electric-power conversion device
US20160308466A1 (en) Voltage source converter
CN109728369B (zh) 基于动力电池的链式储能系统的自适应控制方法及系统
JP2011176955A (ja) 電力変換装置
CN109742807A (zh) 光储发电系统及其过程控制系统和启动方法
CN114362226A (zh) 一种复杂工况下分布式储能型mmc电池荷电状态三级均衡控制策略
JP6763491B1 (ja) 電力変換システム
Moeini et al. The state of charge balancing techniques for electrical vehicle charging stations with cascaded H-bridge multilevel converters
CN109904866A (zh) 一种多元储能的微电网并网协调控制方法及其系统
CN110137984A (zh) 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法
CN118611154A (zh) 一种户用光伏储能逆变器及其功率控制方法
CN113036831A (zh) 充电系统的控制方法和装置
CN108306321B (zh) 一种储能系统
CN104218840A (zh) 一种微网储能拓扑逆变器及工作方法
Hassanpour et al. High-Efficiency Partial Power Converter for Integration of Second-Life Battery Energy Storage Systems in DC Microgrids
JP5375202B2 (ja) 電力供給装置
CN106936151A (zh) 一种柔性直流输电系统运行区间确定方法
KR101592227B1 (ko) 에너지저장시스템의 dc 버스 불균형 제어 회로
Helland Evaluation of a Medium-Voltage High-Power Bidirectional Dual Active Bridge DC/DC Converter for Marine Applications
Power et al. A New Control Strategy for a Voltage and Current Fed Multiport DC-DC Converter

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191226

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200811

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200824

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6763491

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250