ＮＡＳ電池の充電制御装置及び方法
【課題】ＮＡＳ電池に並列に接続された複数の電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの各々のＮＡＳ電池に対して最適の充電量を確保できるＮＡＳ電池の補充電制御を提供することである。
【解決手段】主制御装置１４は、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔは、充電停止電圧になったＮＡＳ電池１２に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電制御を行い、その際に、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池１２ごとに補充電の回数をカウントするとともに、ＮＡＳ電池１２の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池１２の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電する。
【解決手段】主制御装置１４は、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔは、充電停止電圧になったＮＡＳ電池１２に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電制御を行い、その際に、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池１２ごとに補充電の回数をカウントするとともに、ＮＡＳ電池１２の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池１２の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池として電力貯蔵などに利用されるＮＡＳ電池の充電制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低炭素社会を実現するためには、太陽光発電設備や風力発電設備などの再生可能エネルギーの普及拡大が望まれる。しかし、自然エネルギーを用いて発電する太陽光発電設備や風力発電設備の発電量は天候に左右されるので、出力変動が激しく周波数変動や電圧変動の増大、さらには余剰電力の発生などの様々な問題が顕在化する恐れがある。
【０００３】
太陽光発電設備や風力発電設備の出力変動対策や余剰電力対策としては、二次電池の設置が効果的であると考えられ、電力変換器をカスケードに接続してカスケード変換器を構成し、各々の電力変換器に二次電池を接続して構成された電力貯蔵装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。カスケード変換器の直流電圧部はそれぞれ独立しており、二次電池と単相ブリッジコンバータを１つのセル構造としており、拡張性が高く高耐圧設計や低歪みの出力波形を実現できる。
【０００４】
また、二次電池としてＮＡＳ電池（ナトリウム−硫黄電池）を用い、複数のＮＡＳ電池を直列接続して構成されたストリングを所定数並列に接続してブロックを構成し、さらに、そのブロックを基本単位として所定数直列に接続して集合電池を構成し、この集合電池を充電するに際し、第１段階で定格充電を行い、所定電圧に達した後、第２段階で第１段階の定格充電電流よりも低い電流を通電して充電を行い、過電圧を避けながら充電量を充分に確保し、単電池毎の充電量のばらつきを抑えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２３５３３１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】平成２１年電気学会全国大会、４−１６６、２００９／３／１７〜１９北海道、電池電力貯槽装置に使用するカスケードＰＷＭ変換器の実験的検討
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のものは集合電池を充電するものであるので、ＮＡＳ電池の充電状態にばらつきがあると、集合電池を構成するＮＡＳ電池のうち充電深度の大きいＮＡＳ電池に合わせた充電となる。このことから、充電深度に余裕のあるＮＡＳ電池は、充電深度に余裕を残した状態で充電が終了し、必ずしも集合電池全体として最適の充電量を確保できるとは限らない。
【０００８】
本発明の目的は、ＮＡＳ電池に並列に接続された複数の電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの各々のＮＡＳ電池に対して最適な充電量を確保できるＮＡＳ電池の充電制御装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係るＮＡＳ電池の充電制御装置は、ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御装置において、前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行う主制御装置と、前記三相の各相ごとに設けられ前記主制御装置による主充電により自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電する各相制御装置とを備え、前記各相制御装置は、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとに補充電の回数をカウントするとともに、前記ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係るＮＡＳ電池の充電制御方法は、ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御方法において、前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で補充電し、補充電をした回数をカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとにカウントし、ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で補充電し、補充電をした回数をカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとにカウントし、ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電するので、同一相のカスケード接続されたＮＡＳ電池の補充電回数が一定値以上ばらつかないため、カスケード接続された変換器の出力電圧のばらつきも小さいためカスケード変換器の特徴である高調波抑制の効果も確保でき、かつＮＡＳ電池システムの各々のＮＡＳ電池に対して最適の充電量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の一例を示す構成図。
【図２】本発明の実施形態で使用するＮＡＳ電池システムの一例を示す構成図。
【図３】本発明の実施形態における補充電係数算出部から出力される補充電係数の説明図。
【図４】本発明の実施形態における補充電回数計数部及び補充電回数補正部の動作の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明の実施形態における補充電電流補正部から出力される電流補正係数の説明図。
【図６】本発明の実施形態における補充電電力補正部から出力される電力補正係数の説明図。
【図７】本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の補充電制御の動作の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の一例を示す構成図、図２は本発明の実施形態で使用するＮＡＳ電池システムの一例を示す構成図である。
【００１４】
図２において、ＮＡＳ電池システムは、三相交流系統のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に対応して、各相毎にカスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔが設けられている。カスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔは、ＮＡＳ電池１２が並列接続された複数の電力変換器１３をカスケードに接続して構成され、各相のカスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔは、Ｙ接続されてＮＡＳ電池システムを構成している。
【００１５】
図２では、各々のカスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔには、それぞれ３個の電力変換器１３がカスケードに接続された場合を示している。Ｒ相のカスケード変換器システム１１Ｒには、３個の電力変換器１３Ｒ１、１３Ｒ２、１３Ｒ３がカスケード接続され、それらにＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３が並列接続されている。同様に、Ｓ相のカスケード変換器システム１１Ｓには、３個の電力変換器１３Ｓ１、１３Ｓ２、１３Ｓ３がカスケード接続され、それらにＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３が並列接続され、Ｔ相のカスケード変換器システム１１Ｔには、３個の電力変換器１３Ｔ１、１３Ｔ２、１３Ｔ３がカスケード接続され、それらにＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３が並列接続されている。
【００１６】
このようなＮＡＳ電池システムでは、カスケード接続された各々の電力変換器１３Ｒ１、１３Ｒ２、１３Ｒ３、電力変換器１３Ｓ１、１３Ｓ２、１３Ｓ３、電力変換器１３Ｔ１、１３Ｔ２、１３Ｔ３のＰＷＭキャリアを位相シフトすることによって高調波の発生を抑制できるものである。
【００１７】
図１において、充電制御装置は、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池の主充電を行う主制御装置１４と、三相の各相ごとに補充電を行う各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔとを有している。
【００１８】
主制御装置１４は、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池１２の主充電を行うものであり、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池１２のうちのいずれかが充電停止電圧になると、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔが起動され、主制御装置１４による主充電に各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔによる補充電のための補正が掛かる。
【００１９】
各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔは、主制御装置１４による主充電により自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池１２が充電停止電圧になったときに起動し、充電停止電圧になったＮＡＳ電池１２に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電するものである。
【００２０】
各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔは、補充電回数計数部１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔ、補充電回数補正部１７Ｒ、１７Ｓ、１７Ｔ及び補充電係数算出部１８Ｒ、１８Ｓ、１８Ｔを有する。
【００２１】
補充電回数計数部１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔは、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、ＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、ＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３ごとに補充電の回数をカウントするものである。例えば、補充電として、主充電時の充電電力基準値Ｐａを１／ｎずつ段階的に減少させた電力Ｐａ｛１−（１／ｎ）・ｋ｝で補充電を行う場合には、ｋ（＝１〜ｎ−１）をカウントすることになる。すなわち、補充電を開始した１回目（ｋ＝１）は、Ｐａ｛１−（１／ｎ）｝の電力で補充電を行い、補充電の最終回（ｋ＝ｎ−１）では、Ｐａ｛１−（１／ｎ）・（ｎ−１）｝の電力で補充電を行う。ｋ＝ｎのときは補充電の電力が零となるので、補充電の回数は最大でｋ＝ｎ−１となる。
【００２２】
補充電は、主充電制御装置１４からの主充電制御指令に、補充電係数算出部１８Ｒ、１８Ｓ、１８Ｔからの補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、補充電係数ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、補充電係数ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３を乗算器で乗算することによって得られた補充電制御指令により、電力変換器１３Ｒ１、１３Ｒ２、１３Ｒ３、電力変換器１３Ｓ１、１３Ｓ２、１３Ｓ３、電力変換器１３Ｔ１、１３Ｔ２、１３Ｔ３のＰＷＭ制御部１９Ｒ１、１９Ｒ２、１９Ｒ３、ＰＷＭ制御部１９Ｓ１、１９Ｓ２、１９Ｓ３、ＰＷＭ制御部１９Ｔ１、１９Ｔ２、１９Ｔ３を制御することによって行われる。
【００２３】
図３は、補充電係数算出部１８Ｒ、１８Ｓ、１８Ｔから出力される補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、補充電係数ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、補充電係数ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３の説明図である。図３では、前述のｎが１０である場合、つまり、主充電時の充電電力基準値Ｐａを１／１０ずつ段階的に減少させた電力Ｐａ｛１−（１／１０）・ｋ｝で補充電を行う場合を示している。補充電の回数ｋは、各相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、ＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、ＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３毎に、補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３、補充電回数ＮＳ１、ＮＳ２、ＮＳ３、補充電回数ＮＴ１、ＮＴ２、ＮＴ３で示している。
【００２４】
次に、補充電回数補正部１７Ｒ、１７Ｓ、１７Ｔは、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、ＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、ＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３の補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３、補充電回数ＮＳ１、ＮＳ２、ＮＳ３、補充電回数ＮＴ１、ＮＴ２、ＮＴ３と自己相の他のＮＡＳ電池１２のいずれかの補充電の回数ＮＲｉ（ＮＳｉ、ＮＴｉ）との差が所定値以上となったときは、補充電回数の一番小さなＮＡＳ電池１２Ｒｊ（１２Ｓｊ、１２Ｔｊ）の補充電の回数ＮＲｊ（ＮＳｊ、ＮＴｊ）を強制的に１カウントアップし、補充電回数を補正する。そして、補正した補充電回数が予め定めた回数ｋ＝ｎ−１になるまで補充電する。これにより、補充電回数を補正されたＮＡＳ電池１２Ｒｊ（１２Ｓｊ、１２Ｔｊ）については、実際の補充電回数は予め定めた回数ｋ＝ｎ−１より少なくなる。以下、ｎ＝１０の場合について説明する。
【００２５】
図４は補充電回数計数部１６及び補充電回数補正部１７の動作の一例を示すフローチャートであり、Ｒ相の補充電回数計数部１６Ｒ及び補充電回数補正部１７Ｒの動作の一例を示している。充電開始により主充電が開始される。Ｒ相の補充電回数計数部１６Ｒは、自己相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３をカウントする。補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３は初期値として０が設定されている。
【００２６】
補充電回数計数部１６ＲはＮＡＳ電池１２Ｒ１の電圧が充電終止電圧になったか否かを判定し（Ｓ１１）、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の電圧が充電終止電圧となったときは、補充電回数ＮＲ１を１だけカウントアップし（Ｓ１２）、補充電回数ＮＲ１は予め定めた回数（ｎ−１＝９）となったか否かを判定する（Ｓ１３）。補充電回数ＮＲ１が予め定めた回数（ｎ−１＝９）となったときはＮＡＳ電池１２Ｒ１の充電を停止する。補充電回数ＮＲ１が予め定めた回数（ｎ−１＝９）となっていないときはステップＳ１１に戻る。
【００２７】
一方、ステップＳ１１の判定で、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の電圧が充電終止電圧になっていないときは、補充電回数補正部１７Ｒは、補充電回数ＮＲ１が同じＲ相の他のＮＡＳ電池１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ２、ＮＲ３より所定値以上小さいか否かを判定する（Ｓ１４）。図４では、この場合の所定値として２の場合を示している。すなわち、補充電回数ＮＲ１が同じＲ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３の最大値｛ＭＡＸ（ＮＲｎ）｝より所定値（＝２）以上であるか否かを判定する。
【００２８】
補充電回数ＮＲ１が同じＲ相の他のＮＡＳ電池１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ２、ＮＲ３より所定値（＝２）以上であるときはステップＳ１２に移行し、補充電回数ＮＲ１を１だけカウントアップする（Ｓ１２）。つまり、充電終止電圧となっていない場合であっても補充電回数ＮＲ１を１だけ強制的にカウントアップすることになる。
【００２９】
Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ２、ＮＡＳ電池１２Ｒ３についても同様に、ステップＳ２１〜Ｓ２４、ステップＳ３１〜Ｓ３４の処理を行う。これにより、Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の各々に充電量のばらつきがあってもＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３に対して最適の充電量を確保できる。
【００３０】
再び、図１を参照する。次に、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔの補充電回数計数部１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔで計測された補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３、補充電回数ＮＳ１、ＮＳ２、ＮＳ３、補充電回数ＮＴ１、ＮＴ２、ＮＴ３は、主制御装置１４の補充電電流補正部２０及び補充電電力補正部２１に入力される。
【００３１】
補充電電流補正部２０は、補充電制御により三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴが変化したときにその変化分を補正し、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴにするものである。これは、補充電制御は、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴを基準にして、補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、｛（ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３）、（ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３）｝を算出して主制御装置１４からの主充電制御指令に乗算しているので、主制御装置１４からの充電制御指令は、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴを基準にしておく必要があるからである。
【００３２】
また、補充電電力補正部２１についても、同様に、補充電制御により三相電力Ｐが変化したときにその変化分を補正し、主充電制御のときの三相電力Ｐにする。これにより、主制御装置１４からの充電制御指令は、補充電制御のときであっても、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴ及び三相電力Ｐを基準とした充電制御指令となる。
【００３３】
図５は、補充電電流補正部２０から出力される電流補正係数ＧＮＲ、ＧＮＳ、ＧＮＴの説明図である。図５では、前述のｎが１０、各々のＮＡＳ電池１２の容量が２００ｋＷである場合を示している。
【００３４】
Ｒ相は、容量が２００ｋＷの３個のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３であるので、主充電制御の場合にはＲ相全体として６００ｋＷの容量となる。一方、補充電制御の際には、ＮＡＳ電池１２Ｒ１については、２００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ＮＲ１となる。同様に、ＮＡＳ電池１２Ｒ２については、２００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ＮＲ２となり、ＮＡＳ電池１２Ｒ３については、２００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ＮＲ３となる。従って、Ｒ相の電流補正係数ＧＮＲは、６００／（６００−２０・ΣＮＲ）となる。なお、ΣＮＲは、（ＮＲ１＋ＮＲ２＋ＮＲ３）である。
【００３５】
Ｓ相及びＴ相についても、同様に、Ｓ相の電流補正係数ＧＮＳは、６００／｛６００−（２００／１０）・ΣＮＳ｝となり、Ｔ相の電流補正係数ＧＮＴは、６００／｛６００−（２００／１０）・ΣＮＴ｝となる。なお、ΣＮＳは（ＮＳ１＋ＮＳ２＋ＮＳ３）、ΣＮＴは（ＮＴ１＋ＮＴ２＋ＮＴ３）である。
【００３６】
図６は、補充電電力補正部２１から出力される電力補正係数ＧＰＮの説明図である。Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相分の全体では、各相が６００ｋＷであるので、主充電制御の場合には、３倍の１８００ｋＷの容量となる。一方、補充電制御の際には、１８００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ΣＮとなる。なお、ΣＮは（ΣＮＲ＋ΣＮＳ＋ΣＮＴ）である。従って、電力補正係数ＧＰＲは、１８００／（１８００−２０・ΣＮ）となる。
【００３７】
再び、図１を参照する。次に、ＮＡＳ電池システム全体に充電される三相有効電力Ｐは、図示省略の電力検出器で検出され乗算器２２に入力され、補充電電力補正部２１からの電力補正係数ＧＰＮが乗算される。主充電の際には補充電電力補正部２１からの電力補正係数ＧＰＮは「１」である。乗算器２２の出力は加算器２３に入力され、充電有効電力基準値Ｐａと比較され、電力制御要素２４によりその制御指令が演算される。その制御指令及び充電有効電力基準値Ｐａは加算器２５により加算され、加算器２６に出力される。
【００３８】
ＮＡＳ電池システムの各相に流れる三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴは、図示省略の電流検出器で検出され乗算器２７Ｒ、２７Ｓ、２７Ｔに入力され、補充電電流補正部２０からの電流補正係数ＧＮＲ、ＧＮＳ、ＧＮＴが乗算される。主充電の際には補充電電流補正部２０からの電流補正係数ＧＮＲ、ＧＮＳ、ＧＮＴはそれぞれ「１」である。乗算器２７Ｒ、２７Ｓ、２７Ｔの出力は三相／ｄｑ変換部２８に入力される。
【００３９】
三相／ｄｑ変換部２８は、乗算器２７Ｒ、２７Ｓ、２７Ｔからの三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴをｄｑ軸の電流に変換するものであり、このｄ軸電流と加算器２５の出力とが加算器２６で比較され、ｄ軸電流制御要素２９によりその制御指令が演算され、加算器３０に出力される。
【００４０】
三相／ｄｑ変換部３１は、図示省略の電圧検出器で検出されたＮＡＳ電池システムの接続端の系統電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴをｄｑ軸の電圧に変換するものであり、このｄ軸電圧は加算器３０に出力され、ｄ軸電流制御要素２９からの制御指令に加味され、ｄｑ／三相変換部３２に出力される。
【００４１】
三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴに対するｑ軸の電流に関しても同様に、図示省略の電力検出器で検出された無効電力Ｑは無効電力基準値Ｑａと加算器３３で比較され、無効電力制御要素３４によりその制御指令が演算される。この制御指令及び無効電力基準値Ｑａは加算器３５により加算され、加算器３６に出力される。
【００４２】
そして、加算器３６により、三相／ｄｑ変換部２８からのｑ軸電流が加算器３５の出力に加味され、ｑ軸電流制御要素３７によりその制御指令が演算され、加算器３８に出力される。加算器３８では、ｑ軸電流制御要素３７からの制御指令に三相／ｄｑ変換部３１からのｄ軸電圧が加味され、ｄｑ／三相変換部３２に出力される。
【００４３】
ｄｑ／三相変換部３２は、ｄｑ軸電流指令値三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴに対するそれぞれの指令値に変換し、乗算器３９Ｒ１、３９Ｒ２、３９Ｒ３、乗算器３９Ｓ１、３９Ｓ２、３９Ｓ３、乗算器３９Ｔ１、３９Ｔ２、３９Ｔ３を介して、ＰＷＭ制御部１９Ｒ１、１９Ｒ２、１９Ｒ３、ＰＷＭ制御部１９Ｓ１、１９Ｓ２、１９Ｓ３、ＰＷＭ制御部１９Ｔ１、１９Ｔ２、１９Ｔ３に出力する。
【００４４】
これにより、主制御部１４からの主充電制御指令に、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔからの補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、補充電係数ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、補充電係数ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３が乗算されて、電力変換器１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、電力変換器１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、電力変換器１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３が制御される。従って、図３に示すように、補充電回数が「０」のときは補充電係数が「１」であり主充電制御となる。補充電回数が１〜９であると補充電制御となる。
【００４５】
図７は本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の補充電制御の動作の一例を示すタイムチャートであり、Ｒ相制御装置１５Ｒの動作の一例を示している。主充電制御中では、Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３は、２００ｋＷで充電されている。
【００４６】
いま、時点ｔ１でＮＡＳ電池１２Ｒ１が充電停止電圧となったとすると、１回目の補充電となるので、｛２００ｋＷ−２００ｋＷ・（１／１０）＝１８０ｋＷ｝の充電電力で補充電制御を行う。この時点ｔ１では、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数は「１」であり、ＮＡＳ電池１２Ｒ２、Ｒ３の補充電回数は「０」であり、その差は「１」である。補充電回数補正部１７では、その差が所定値（＝２）以上となったときに、補充電回数を補正するものであることから、ＮＡＳ電池１２Ｒ２、Ｒ３の補充電回数を補正しない。
【００４７】
次に、時点ｔ２でＮＡＳ電池１２Ｒ２が充電停止電圧となったとすると、ＮＡＳ電池１２Ｒ２に対し、１回目の補充電を開始し、｛２００ｋＷ−２００ｋＷ・（１／１０）＝１８０ｋＷ｝の充電電力で補充電制御を行う。この場合、時点ｔ２では、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２の補充電回数は「１」であり、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数は「０」であり、その差は「１」である。補充電回数補正部１７では、その差が所定値（＝２）以上となっていないので、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数は補正しない。
【００４８】
以下、時点ｔ３〜ｔ１０までにおいて、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数が増えていくが、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数の差は「１」であり、所定値（＝２）以上となっていないので、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３のいずれの補充電回数も補正されることはない。
【００４９】
次に、時点ｔ１１において、ＮＡＳ電池１２Ｒ１が４回目の補充電制御中において充電停止電圧となったとすると、５回目の補充電制御に移行する。従って、補充電回数は「５」となる。その際、ＮＡＳ電池１２Ｒ２は４回目の補充電制御中であるので、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数との差は「１」である。一方、ＮＡＳ電池１２Ｒ３は３回目の補充電制御中であり、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数との差は「２」となる。従って、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数と、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数との差は「２」であることから、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数は、強制的に１がカウントされ「３」から「４」に補正される。これにより、Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数は平均化され、一部のＮＡＳ電池の充電が過充電になることを防止できる。
【００５０】
以上の説明では、Ｒ相について説明したが、Ｓ相のＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３の補充電、Ｔ相のＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３の補充電についても同様である。
【００５１】
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、カスケードに接続されたＮＡＳ電池の補充電の回数を平均化するので、一部のＮＡＳ電池の充電が過充電になることを防止でき、ＮＡＳ電池システムの各々のＮＡＳ電池に対して最適の充電量を確保できる。
【符号の説明】
【００５２】
１１…カスケード変換器システム、１２…ＮＡＳ電池、１３…電力変換器、１４…主制御装置、１５…各相制御装置、１６…補充電回数計数部、１７…補充電回数補正部、１８…補充電係数算出部、１９…ＰＷＭ制御部、２０…補充電電流補正部、２１…補充電電力補正部、２２…乗算器、２３…加算器、２４…電力制御要素、２５…加算器、２６…加算器、２７…乗算器、２８…三相／ｄｑ変換部、２９…ｄ軸電流制御要素、３０…加算器、３１…三相／ｄｑ変換部、３２…ｄｑ／三相変換部、３３…加算器、３４…無効電力制御要素、３５…加算器、３６…加算器、３７…ｑ軸電流制御要素、３８…加算器、３９…乗算器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池として電力貯蔵などに利用されるＮＡＳ電池の充電制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低炭素社会を実現するためには、太陽光発電設備や風力発電設備などの再生可能エネルギーの普及拡大が望まれる。しかし、自然エネルギーを用いて発電する太陽光発電設備や風力発電設備の発電量は天候に左右されるので、出力変動が激しく周波数変動や電圧変動の増大、さらには余剰電力の発生などの様々な問題が顕在化する恐れがある。
【０００３】
太陽光発電設備や風力発電設備の出力変動対策や余剰電力対策としては、二次電池の設置が効果的であると考えられ、電力変換器をカスケードに接続してカスケード変換器を構成し、各々の電力変換器に二次電池を接続して構成された電力貯蔵装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。カスケード変換器の直流電圧部はそれぞれ独立しており、二次電池と単相ブリッジコンバータを１つのセル構造としており、拡張性が高く高耐圧設計や低歪みの出力波形を実現できる。
【０００４】
また、二次電池としてＮＡＳ電池（ナトリウム−硫黄電池）を用い、複数のＮＡＳ電池を直列接続して構成されたストリングを所定数並列に接続してブロックを構成し、さらに、そのブロックを基本単位として所定数直列に接続して集合電池を構成し、この集合電池を充電するに際し、第１段階で定格充電を行い、所定電圧に達した後、第２段階で第１段階の定格充電電流よりも低い電流を通電して充電を行い、過電圧を避けながら充電量を充分に確保し、単電池毎の充電量のばらつきを抑えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２３５３３１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】平成２１年電気学会全国大会、４−１６６、２００９／３／１７〜１９北海道、電池電力貯槽装置に使用するカスケードＰＷＭ変換器の実験的検討
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のものは集合電池を充電するものであるので、ＮＡＳ電池の充電状態にばらつきがあると、集合電池を構成するＮＡＳ電池のうち充電深度の大きいＮＡＳ電池に合わせた充電となる。このことから、充電深度に余裕のあるＮＡＳ電池は、充電深度に余裕を残した状態で充電が終了し、必ずしも集合電池全体として最適の充電量を確保できるとは限らない。
【０００８】
本発明の目的は、ＮＡＳ電池に並列に接続された複数の電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの各々のＮＡＳ電池に対して最適な充電量を確保できるＮＡＳ電池の充電制御装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係るＮＡＳ電池の充電制御装置は、ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御装置において、前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行う主制御装置と、前記三相の各相ごとに設けられ前記主制御装置による主充電により自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電する各相制御装置とを備え、前記各相制御装置は、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとに補充電の回数をカウントするとともに、前記ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係るＮＡＳ電池の充電制御方法は、ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御方法において、前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で補充電し、補充電をした回数をカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとにカウントし、ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で補充電し、補充電をした回数をカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとにカウントし、ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電するので、同一相のカスケード接続されたＮＡＳ電池の補充電回数が一定値以上ばらつかないため、カスケード接続された変換器の出力電圧のばらつきも小さいためカスケード変換器の特徴である高調波抑制の効果も確保でき、かつＮＡＳ電池システムの各々のＮＡＳ電池に対して最適の充電量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の一例を示す構成図。
【図２】本発明の実施形態で使用するＮＡＳ電池システムの一例を示す構成図。
【図３】本発明の実施形態における補充電係数算出部から出力される補充電係数の説明図。
【図４】本発明の実施形態における補充電回数計数部及び補充電回数補正部の動作の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明の実施形態における補充電電流補正部から出力される電流補正係数の説明図。
【図６】本発明の実施形態における補充電電力補正部から出力される電力補正係数の説明図。
【図７】本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の補充電制御の動作の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の一例を示す構成図、図２は本発明の実施形態で使用するＮＡＳ電池システムの一例を示す構成図である。
【００１４】
図２において、ＮＡＳ電池システムは、三相交流系統のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に対応して、各相毎にカスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔが設けられている。カスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔは、ＮＡＳ電池１２が並列接続された複数の電力変換器１３をカスケードに接続して構成され、各相のカスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔは、Ｙ接続されてＮＡＳ電池システムを構成している。
【００１５】
図２では、各々のカスケード変換器システム１１Ｒ、１１Ｓ、１１Ｔには、それぞれ３個の電力変換器１３がカスケードに接続された場合を示している。Ｒ相のカスケード変換器システム１１Ｒには、３個の電力変換器１３Ｒ１、１３Ｒ２、１３Ｒ３がカスケード接続され、それらにＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３が並列接続されている。同様に、Ｓ相のカスケード変換器システム１１Ｓには、３個の電力変換器１３Ｓ１、１３Ｓ２、１３Ｓ３がカスケード接続され、それらにＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３が並列接続され、Ｔ相のカスケード変換器システム１１Ｔには、３個の電力変換器１３Ｔ１、１３Ｔ２、１３Ｔ３がカスケード接続され、それらにＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３が並列接続されている。
【００１６】
このようなＮＡＳ電池システムでは、カスケード接続された各々の電力変換器１３Ｒ１、１３Ｒ２、１３Ｒ３、電力変換器１３Ｓ１、１３Ｓ２、１３Ｓ３、電力変換器１３Ｔ１、１３Ｔ２、１３Ｔ３のＰＷＭキャリアを位相シフトすることによって高調波の発生を抑制できるものである。
【００１７】
図１において、充電制御装置は、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池の主充電を行う主制御装置１４と、三相の各相ごとに補充電を行う各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔとを有している。
【００１８】
主制御装置１４は、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池１２の主充電を行うものであり、ＮＡＳ電池システム全体のＮＡＳ電池１２のうちのいずれかが充電停止電圧になると、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔが起動され、主制御装置１４による主充電に各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔによる補充電のための補正が掛かる。
【００１９】
各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔは、主制御装置１４による主充電により自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池１２が充電停止電圧になったときに起動し、充電停止電圧になったＮＡＳ電池１２に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電するものである。
【００２０】
各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔは、補充電回数計数部１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔ、補充電回数補正部１７Ｒ、１７Ｓ、１７Ｔ及び補充電係数算出部１８Ｒ、１８Ｓ、１８Ｔを有する。
【００２１】
補充電回数計数部１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔは、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、ＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、ＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３ごとに補充電の回数をカウントするものである。例えば、補充電として、主充電時の充電電力基準値Ｐａを１／ｎずつ段階的に減少させた電力Ｐａ｛１−（１／ｎ）・ｋ｝で補充電を行う場合には、ｋ（＝１〜ｎ−１）をカウントすることになる。すなわち、補充電を開始した１回目（ｋ＝１）は、Ｐａ｛１−（１／ｎ）｝の電力で補充電を行い、補充電の最終回（ｋ＝ｎ−１）では、Ｐａ｛１−（１／ｎ）・（ｎ−１）｝の電力で補充電を行う。ｋ＝ｎのときは補充電の電力が零となるので、補充電の回数は最大でｋ＝ｎ−１となる。
【００２２】
補充電は、主充電制御装置１４からの主充電制御指令に、補充電係数算出部１８Ｒ、１８Ｓ、１８Ｔからの補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、補充電係数ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、補充電係数ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３を乗算器で乗算することによって得られた補充電制御指令により、電力変換器１３Ｒ１、１３Ｒ２、１３Ｒ３、電力変換器１３Ｓ１、１３Ｓ２、１３Ｓ３、電力変換器１３Ｔ１、１３Ｔ２、１３Ｔ３のＰＷＭ制御部１９Ｒ１、１９Ｒ２、１９Ｒ３、ＰＷＭ制御部１９Ｓ１、１９Ｓ２、１９Ｓ３、ＰＷＭ制御部１９Ｔ１、１９Ｔ２、１９Ｔ３を制御することによって行われる。
【００２３】
図３は、補充電係数算出部１８Ｒ、１８Ｓ、１８Ｔから出力される補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、補充電係数ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、補充電係数ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３の説明図である。図３では、前述のｎが１０である場合、つまり、主充電時の充電電力基準値Ｐａを１／１０ずつ段階的に減少させた電力Ｐａ｛１−（１／１０）・ｋ｝で補充電を行う場合を示している。補充電の回数ｋは、各相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、ＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、ＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３毎に、補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３、補充電回数ＮＳ１、ＮＳ２、ＮＳ３、補充電回数ＮＴ１、ＮＴ２、ＮＴ３で示している。
【００２４】
次に、補充電回数補正部１７Ｒ、１７Ｓ、１７Ｔは、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、ＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、ＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３の補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３、補充電回数ＮＳ１、ＮＳ２、ＮＳ３、補充電回数ＮＴ１、ＮＴ２、ＮＴ３と自己相の他のＮＡＳ電池１２のいずれかの補充電の回数ＮＲｉ（ＮＳｉ、ＮＴｉ）との差が所定値以上となったときは、補充電回数の一番小さなＮＡＳ電池１２Ｒｊ（１２Ｓｊ、１２Ｔｊ）の補充電の回数ＮＲｊ（ＮＳｊ、ＮＴｊ）を強制的に１カウントアップし、補充電回数を補正する。そして、補正した補充電回数が予め定めた回数ｋ＝ｎ−１になるまで補充電する。これにより、補充電回数を補正されたＮＡＳ電池１２Ｒｊ（１２Ｓｊ、１２Ｔｊ）については、実際の補充電回数は予め定めた回数ｋ＝ｎ−１より少なくなる。以下、ｎ＝１０の場合について説明する。
【００２５】
図４は補充電回数計数部１６及び補充電回数補正部１７の動作の一例を示すフローチャートであり、Ｒ相の補充電回数計数部１６Ｒ及び補充電回数補正部１７Ｒの動作の一例を示している。充電開始により主充電が開始される。Ｒ相の補充電回数計数部１６Ｒは、自己相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３をカウントする。補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３は初期値として０が設定されている。
【００２６】
補充電回数計数部１６ＲはＮＡＳ電池１２Ｒ１の電圧が充電終止電圧になったか否かを判定し（Ｓ１１）、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の電圧が充電終止電圧となったときは、補充電回数ＮＲ１を１だけカウントアップし（Ｓ１２）、補充電回数ＮＲ１は予め定めた回数（ｎ−１＝９）となったか否かを判定する（Ｓ１３）。補充電回数ＮＲ１が予め定めた回数（ｎ−１＝９）となったときはＮＡＳ電池１２Ｒ１の充電を停止する。補充電回数ＮＲ１が予め定めた回数（ｎ−１＝９）となっていないときはステップＳ１１に戻る。
【００２７】
一方、ステップＳ１１の判定で、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の電圧が充電終止電圧になっていないときは、補充電回数補正部１７Ｒは、補充電回数ＮＲ１が同じＲ相の他のＮＡＳ電池１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ２、ＮＲ３より所定値以上小さいか否かを判定する（Ｓ１４）。図４では、この場合の所定値として２の場合を示している。すなわち、補充電回数ＮＲ１が同じＲ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３の最大値｛ＭＡＸ（ＮＲｎ）｝より所定値（＝２）以上であるか否かを判定する。
【００２８】
補充電回数ＮＲ１が同じＲ相の他のＮＡＳ電池１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数ＮＲ２、ＮＲ３より所定値（＝２）以上であるときはステップＳ１２に移行し、補充電回数ＮＲ１を１だけカウントアップする（Ｓ１２）。つまり、充電終止電圧となっていない場合であっても補充電回数ＮＲ１を１だけ強制的にカウントアップすることになる。
【００２９】
Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ２、ＮＡＳ電池１２Ｒ３についても同様に、ステップＳ２１〜Ｓ２４、ステップＳ３１〜Ｓ３４の処理を行う。これにより、Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の各々に充電量のばらつきがあってもＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３に対して最適の充電量を確保できる。
【００３０】
再び、図１を参照する。次に、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔの補充電回数計数部１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔで計測された補充電回数ＮＲ１、ＮＲ２、ＮＲ３、補充電回数ＮＳ１、ＮＳ２、ＮＳ３、補充電回数ＮＴ１、ＮＴ２、ＮＴ３は、主制御装置１４の補充電電流補正部２０及び補充電電力補正部２１に入力される。
【００３１】
補充電電流補正部２０は、補充電制御により三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴが変化したときにその変化分を補正し、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴにするものである。これは、補充電制御は、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴを基準にして、補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、｛（ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３）、（ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３）｝を算出して主制御装置１４からの主充電制御指令に乗算しているので、主制御装置１４からの充電制御指令は、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴを基準にしておく必要があるからである。
【００３２】
また、補充電電力補正部２１についても、同様に、補充電制御により三相電力Ｐが変化したときにその変化分を補正し、主充電制御のときの三相電力Ｐにする。これにより、主制御装置１４からの充電制御指令は、補充電制御のときであっても、主充電制御のときの三相各相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴ及び三相電力Ｐを基準とした充電制御指令となる。
【００３３】
図５は、補充電電流補正部２０から出力される電流補正係数ＧＮＲ、ＧＮＳ、ＧＮＴの説明図である。図５では、前述のｎが１０、各々のＮＡＳ電池１２の容量が２００ｋＷである場合を示している。
【００３４】
Ｒ相は、容量が２００ｋＷの３個のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３であるので、主充電制御の場合にはＲ相全体として６００ｋＷの容量となる。一方、補充電制御の際には、ＮＡＳ電池１２Ｒ１については、２００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ＮＲ１となる。同様に、ＮＡＳ電池１２Ｒ２については、２００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ＮＲ２となり、ＮＡＳ電池１２Ｒ３については、２００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ＮＲ３となる。従って、Ｒ相の電流補正係数ＧＮＲは、６００／（６００−２０・ΣＮＲ）となる。なお、ΣＮＲは、（ＮＲ１＋ＮＲ２＋ＮＲ３）である。
【００３５】
Ｓ相及びＴ相についても、同様に、Ｓ相の電流補正係数ＧＮＳは、６００／｛６００−（２００／１０）・ΣＮＳ｝となり、Ｔ相の電流補正係数ＧＮＴは、６００／｛６００−（２００／１０）・ΣＮＴ｝となる。なお、ΣＮＳは（ＮＳ１＋ＮＳ２＋ＮＳ３）、ΣＮＴは（ＮＴ１＋ＮＴ２＋ＮＴ３）である。
【００３６】
図６は、補充電電力補正部２１から出力される電力補正係数ＧＰＮの説明図である。Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相分の全体では、各相が６００ｋＷであるので、主充電制御の場合には、３倍の１８００ｋＷの容量となる。一方、補充電制御の際には、１８００ｋＷ−（２００ｋＷ／１０）・ΣＮとなる。なお、ΣＮは（ΣＮＲ＋ΣＮＳ＋ΣＮＴ）である。従って、電力補正係数ＧＰＲは、１８００／（１８００−２０・ΣＮ）となる。
【００３７】
再び、図１を参照する。次に、ＮＡＳ電池システム全体に充電される三相有効電力Ｐは、図示省略の電力検出器で検出され乗算器２２に入力され、補充電電力補正部２１からの電力補正係数ＧＰＮが乗算される。主充電の際には補充電電力補正部２１からの電力補正係数ＧＰＮは「１」である。乗算器２２の出力は加算器２３に入力され、充電有効電力基準値Ｐａと比較され、電力制御要素２４によりその制御指令が演算される。その制御指令及び充電有効電力基準値Ｐａは加算器２５により加算され、加算器２６に出力される。
【００３８】
ＮＡＳ電池システムの各相に流れる三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴは、図示省略の電流検出器で検出され乗算器２７Ｒ、２７Ｓ、２７Ｔに入力され、補充電電流補正部２０からの電流補正係数ＧＮＲ、ＧＮＳ、ＧＮＴが乗算される。主充電の際には補充電電流補正部２０からの電流補正係数ＧＮＲ、ＧＮＳ、ＧＮＴはそれぞれ「１」である。乗算器２７Ｒ、２７Ｓ、２７Ｔの出力は三相／ｄｑ変換部２８に入力される。
【００３９】
三相／ｄｑ変換部２８は、乗算器２７Ｒ、２７Ｓ、２７Ｔからの三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴをｄｑ軸の電流に変換するものであり、このｄ軸電流と加算器２５の出力とが加算器２６で比較され、ｄ軸電流制御要素２９によりその制御指令が演算され、加算器３０に出力される。
【００４０】
三相／ｄｑ変換部３１は、図示省略の電圧検出器で検出されたＮＡＳ電池システムの接続端の系統電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴをｄｑ軸の電圧に変換するものであり、このｄ軸電圧は加算器３０に出力され、ｄ軸電流制御要素２９からの制御指令に加味され、ｄｑ／三相変換部３２に出力される。
【００４１】
三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴに対するｑ軸の電流に関しても同様に、図示省略の電力検出器で検出された無効電力Ｑは無効電力基準値Ｑａと加算器３３で比較され、無効電力制御要素３４によりその制御指令が演算される。この制御指令及び無効電力基準値Ｑａは加算器３５により加算され、加算器３６に出力される。
【００４２】
そして、加算器３６により、三相／ｄｑ変換部２８からのｑ軸電流が加算器３５の出力に加味され、ｑ軸電流制御要素３７によりその制御指令が演算され、加算器３８に出力される。加算器３８では、ｑ軸電流制御要素３７からの制御指令に三相／ｄｑ変換部３１からのｄ軸電圧が加味され、ｄｑ／三相変換部３２に出力される。
【００４３】
ｄｑ／三相変換部３２は、ｄｑ軸電流指令値三相電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴに対するそれぞれの指令値に変換し、乗算器３９Ｒ１、３９Ｒ２、３９Ｒ３、乗算器３９Ｓ１、３９Ｓ２、３９Ｓ３、乗算器３９Ｔ１、３９Ｔ２、３９Ｔ３を介して、ＰＷＭ制御部１９Ｒ１、１９Ｒ２、１９Ｒ３、ＰＷＭ制御部１９Ｓ１、１９Ｓ２、１９Ｓ３、ＰＷＭ制御部１９Ｔ１、１９Ｔ２、１９Ｔ３に出力する。
【００４４】
これにより、主制御部１４からの主充電制御指令に、各相制御装置１５Ｒ、１５Ｓ、１５Ｔからの補充電係数ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、補充電係数ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、補充電係数ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３が乗算されて、電力変換器１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３、電力変換器１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３、電力変換器１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３が制御される。従って、図３に示すように、補充電回数が「０」のときは補充電係数が「１」であり主充電制御となる。補充電回数が１〜９であると補充電制御となる。
【００４５】
図７は本発明の実施形態に係るＮＡＳ電池の充電制御装置の補充電制御の動作の一例を示すタイムチャートであり、Ｒ相制御装置１５Ｒの動作の一例を示している。主充電制御中では、Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３は、２００ｋＷで充電されている。
【００４６】
いま、時点ｔ１でＮＡＳ電池１２Ｒ１が充電停止電圧となったとすると、１回目の補充電となるので、｛２００ｋＷ−２００ｋＷ・（１／１０）＝１８０ｋＷ｝の充電電力で補充電制御を行う。この時点ｔ１では、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数は「１」であり、ＮＡＳ電池１２Ｒ２、Ｒ３の補充電回数は「０」であり、その差は「１」である。補充電回数補正部１７では、その差が所定値（＝２）以上となったときに、補充電回数を補正するものであることから、ＮＡＳ電池１２Ｒ２、Ｒ３の補充電回数を補正しない。
【００４７】
次に、時点ｔ２でＮＡＳ電池１２Ｒ２が充電停止電圧となったとすると、ＮＡＳ電池１２Ｒ２に対し、１回目の補充電を開始し、｛２００ｋＷ−２００ｋＷ・（１／１０）＝１８０ｋＷ｝の充電電力で補充電制御を行う。この場合、時点ｔ２では、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２の補充電回数は「１」であり、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数は「０」であり、その差は「１」である。補充電回数補正部１７では、その差が所定値（＝２）以上となっていないので、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数は補正しない。
【００４８】
以下、時点ｔ３〜ｔ１０までにおいて、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数が増えていくが、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数の差は「１」であり、所定値（＝２）以上となっていないので、ＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３のいずれの補充電回数も補正されることはない。
【００４９】
次に、時点ｔ１１において、ＮＡＳ電池１２Ｒ１が４回目の補充電制御中において充電停止電圧となったとすると、５回目の補充電制御に移行する。従って、補充電回数は「５」となる。その際、ＮＡＳ電池１２Ｒ２は４回目の補充電制御中であるので、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数との差は「１」である。一方、ＮＡＳ電池１２Ｒ３は３回目の補充電制御中であり、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数との差は「２」となる。従って、ＮＡＳ電池１２Ｒ１の補充電回数と、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数との差は「２」であることから、ＮＡＳ電池１２Ｒ３の補充電回数は、強制的に１がカウントされ「３」から「４」に補正される。これにより、Ｒ相のＮＡＳ電池１２Ｒ１、１２Ｒ２、１２Ｒ３の補充電回数は平均化され、一部のＮＡＳ電池の充電が過充電になることを防止できる。
【００５０】
以上の説明では、Ｒ相について説明したが、Ｓ相のＮＡＳ電池１２Ｓ１、１２Ｓ２、１２Ｓ３の補充電、Ｔ相のＮＡＳ電池１２Ｔ１、１２Ｔ２、１２Ｔ３の補充電についても同様である。
【００５１】
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、カスケードに接続されたＮＡＳ電池の補充電の回数を平均化するので、一部のＮＡＳ電池の充電が過充電になることを防止でき、ＮＡＳ電池システムの各々のＮＡＳ電池に対して最適の充電量を確保できる。
【符号の説明】
【００５２】
１１…カスケード変換器システム、１２…ＮＡＳ電池、１３…電力変換器、１４…主制御装置、１５…各相制御装置、１６…補充電回数計数部、１７…補充電回数補正部、１８…補充電係数算出部、１９…ＰＷＭ制御部、２０…補充電電流補正部、２１…補充電電力補正部、２２…乗算器、２３…加算器、２４…電力制御要素、２５…加算器、２６…加算器、２７…乗算器、２８…三相／ｄｑ変換部、２９…ｄ軸電流制御要素、３０…加算器、３１…三相／ｄｑ変換部、３２…ｄｑ／三相変換部、３３…加算器、３４…無効電力制御要素、３５…加算器、３６…加算器、３７…ｑ軸電流制御要素、３８…加算器、３９…乗算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御装置において、
前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行う主制御装置と、
前記三相の各相ごとに設けられ前記主制御装置による主充電により自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電する各相制御装置とを備え、
前記各相制御装置は、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとに補充電の回数をカウントするとともに、前記ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とするＮＡＳ電池の充電制御装置。
【請求項２】
ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御方法において、
前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、
自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で補充電し、
補充電をした回数をカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとにカウントし、
ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とするＮＡＳ電池の充電制御方法。
【請求項１】
ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御装置において、
前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行う主制御装置と、
前記三相の各相ごとに設けられ前記主制御装置による主充電により自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で順次段階的に予め定めた回数まで補充電する各相制御装置とを備え、
前記各相制御装置は、自己相のカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとに補充電の回数をカウントするとともに、前記ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とするＮＡＳ電池の充電制御装置。
【請求項２】
ＮＡＳ電池に並列に電力変換器を接続し、前記電力変換器を三相の各相にカスケードに接続して構成されたＮＡＳ電池システムの前記ＮＡＳ電池を充電制御するＮＡＳ電池の充電制御方法において、
前記ＮＡＳ電池システム全体の前記ＮＡＳ電池のうちのいずれかが充電停止電圧になるまで主充電を行い、
自己相のカスケード接続されたいずれかのＮＡＳ電池が充電停止電圧になったときは充電停止電圧になったＮＡＳ電池に対して主充電時の電力よりも低い電力で補充電し、
補充電をした回数をカスケード接続されたＮＡＳ電池ごとにカウントし、
ＮＡＳ電池の補充電の回数と自己相の他のＮＡＳ電池のいずれかの補充電の回数との差が所定値以上となったときは、一番小さいカウント数のＮＡＳ電池の補充電の回数を強制的に１カウントアップし、予め定めた回数まで補充電することを特徴とするＮＡＳ電池の充電制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８５３７４（Ｐ２０１２−８５３７４Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２６９０６（Ｐ２０１０−２２６９０６）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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