WO2020203996A1 - 蓄電システム、新エネシステム、配電システム、送電システム、輸送機器、電気自動車のバッテリシステム及び無停電電源装置のバッテリシステム - Google Patents

Abstract

蓄電システム（１０）は、充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備えるアーム（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を、三相交流における相間にそれぞれ対応して設けて環状電流路（７１）を形成する主回路部（１０ａ）と、環状電流路（７１）への蓄電素子の接続状態を制御する制御部（１３）とを備え、制御部（１３）は、環状電流路（７１）に任意の周波数の循環電流が流れるように、上記制御を行う制御シーケンスを実行し、診断対象として指定された蓄電素子の劣化状態を試験するように構成されている。

Description

蓄電システム、新エネシステム、配電システム、送電システム、輸送機器、電気自動車のバッテリシステム及び無停電電源装置のバッテリシステム

　本発明は、電力系統および／または負荷との間で電力の授受が可能な蓄電システムと、それを備える新エネシステム、配電システム、送電システム及び輸送機器とに関し、特に、内蔵する蓄電素子の試験または診断の実施に好適な蓄電システムと、それを備える新エネシステム、配電システム、送電システム、輸送機器、電気自動車のバッテリシステム及び無停電電源装置のバッテリシステムとに関する。

　近年、発電システムや負荷との間で電力の授受を行ったり、電力系統と連系したりすることで電力需給の安定化を図る蓄電システムの需要が増大している。例えば、電力変換回路と蓄電器とを接続して構成した単位変換器が、複数、直列に接続されてなり、各単位変換器の電源回路の出力電圧を合成して出力する多重レベル変換器を備える蓄電システムが知られている（特許文献１参照）。

　このような蓄電システムを長期にわたって運転可能な状態に維持するには、バッテリの寿命診断を行い、残存寿命が短いバッテリを運転中に交換する必要が生じる。特許文献１および特許文献２では、単位変換器を構成するバッテリの劣化状態（劣化部位および劣化の程度）を運転中に診断し、蓄電システムの運転を止めずに劣化したバッテリを交換するための先行技術例が開示されている。例えば、特許文献２には、蓄電システムを停止させることなく、蓄電システムを検査することが可能な検査装置が開示されている。

特開２００６－１７４６６３号公報 特開２０１２－０３９７９１号公報

　しかしながら、特許文献２に記載された発明では、蓄電システムの運転継続中にバッテリの劣化診断や交換が可能であるものの、バッテリの劣化診断を電気的に行う際に、蓄電システムと系統連系している外部の電力系統や負荷に対して電力の安定性を損なう影響を与える恐れがある。また、同様の問題は、バッテリの劣化診断に限らず、蓄電システム内のバッテリ特性の経時変化やバッテリ毎の特性のバラつきを計測するための電流を蓄電システム内で用いる状況においても生じる。

　例えば、特許文献２に開示された電源装置では、サイリスタをゲート制御することで、蓄電素子とＣＲ回路に入力される交流波形が制御され、ＣＲ回路を構成するコンデンサからの出力電流の直流成分と、蓄電素子への充電電流の交流成分との比に基づいて、整流回路、コンデンサ、制御装置に異常があるか否かの判定処理を実行する。

　しかしながら、この電源装置では、蓄電素子の劣化診断時に、外部の電力系統からサイリスタに電流が直接流れ込むことで交流波形の制御や平滑化が行われる。そのため、蓄電素子の劣化診断時に電源装置内部に流れ込む電流により、電源装置と系統連系中の電力供給網や負荷における系統周波数および電流圧を変動させ、一時的に系統電力の安定性を損なう恐れがある。その結果、特許文献２記載の発明では、バッテリ試験時において蓄電システムと系統連系している電力系統や負荷に対して電力の安定性を損なう影響を抑制することは困難である。

　上記のようにバッテリの試験中に外部の電力系統や負荷における電力の安定性が損なわれる主たる要因として、バッテリ試験に用いる電流が蓄電システム内部から外部に漏れることが考えられる。

　そこで、本発明に係る幾つかの実施形態では、以上の問題点に鑑み、バッテリを試験する際に、外部の設備における電力状態の安定性を損なうことを抑制できる蓄電システム、新エネシステム、配電システム、送電システム、輸送機器、電気自動車のバッテリシステム及び無停電電源装置のバッテリシステムを提供することを目的とする。

　本発明の蓄電システムは、充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備えるアームを、三相交流における相間にそれぞれ対応して設けて環状電流路を形成する主回路部と、診断対象として指定された前記蓄電素子を前記環状電流路へ接続した状態で、前記環状電流路に任意の周波数の循環電流を流して、診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化状態を試験する制御手段と、を備えることを特徴とする。

　本発明の蓄電システムは、充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備えるアームを、三相交流における相間にそれぞれ対応して設けて環状電流路を形成する主回路部と、前記環状電流路を流れる異なる周波数の循環電流により、診断対象として指定された前記蓄電素子の端子間に生じた電圧と前記蓄電素子に通流した電流をそれぞれ検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

　本発明の蓄電システムは、三相交流の相間にそれぞれ対応して一次巻線と二次巻線が設けられ、前記一次巻線を介して三相交流電源からの電力供給を受ける変圧器と、充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備え、三相交流の相間にそれぞれ対応して設けられた複数の前記二次巻線とそれぞれ接続された複数のアームと、三相交流の相間にそれぞれ対応し、各々の前記アームと各々の前記二次巻線により形成された閉回路として個別に形成された複数の環状電流路と、前記単位変換器を制御し、複数の前記環状電流路の少なくとも１つに、異なる周波数の循環電流を流し、診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化状態を試験する制御手段とを備えることを特徴とする。

　本発明の蓄電システムは、蓄電素子を有し、接続された外部システムとの間で電力を授受可能な複数の単位変換器と、複数の前記単位変換器と前記外部システムの間で電力を授受している間に、複数の前記単位変換器から選択した１つの前記単位変換器の前記蓄電素子に、周波数の異なる交流電圧を順次印加し、前記蓄電素子の等価回路を推定する制御手段とを備えることを特徴とする。

　本発明の蓄電システムは、充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備えるアームを設けた主回路部を備え、交流システムに接続された蓄電システムであって、前記交流システムとの間で電力を授受しながら診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化状態を試験する制御手段を備えることを特徴とする。

　本発明の新エネシステムは、上記のいずれかに記載の蓄電システムが接続されたことを特徴とする。

　本発明の配電システムは、上記のいずれかに記載の蓄電システムが連系されたことを特徴とする。

　本発明の送電システムは、上記のいずれかに記載の蓄電システムが連系されたことを特徴とする。

　本発明の輸送機器は、上記のいずれかに記載の蓄電システムが接続されたことを特徴とする。

　本発明の電気自動車のバッテリシステムは、上記のいずれかに記載の蓄電システムが連系されたことを特徴とする。

　本発明の無停電電源装置のバッテリシステムは、上記のいずれかに記載の蓄電システムが連系されたことを特徴とする。

　以上より、本発明の実施形態によれば、バッテリを試験する際に、蓄電素子の劣化状態を試験するための電流が蓄電システムの内部で循環することにより、外部に漏れ出ないので、蓄電システムと接続された外部の設備における電力状態の安定性が損なわれることを抑制できる。その結果、本発明の幾つかの実施形態によれば、蓄電システムの運転を継続しながら、蓄電システムと接続された外部の設備に対して影響を与えずに蓄電システム内の各蓄電素子の診断または特性計測を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態の蓄電システムを使用したウインドファームをエネルギー源とする電力網システムの例を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態に従い、電力系統との系統連系により電力の授受を行う蓄電システムの構成図である。 本発明の実施形態に係る蓄電システムを構成する単位変換器の回路構成を示す図である。 アーム内に直列接続された蓄電素子の電圧を所望の周波数の交流波形に変換する多重レベル変換回路の電圧変換動作を説明する図である。 蓄電素子の診断時における単位変換回路内の接続状態を示す図である。 蓄電素子の複素インピーダンスを表す等価回路と、蓄電素子を流れる電流の周波数変化に応じて蓄電素子の複素インピーダンスが複素平面上に描く軌跡を示す図である。 本発明の第２の実施形態に従い、電力系統との系統連系により電力の授受を行う蓄電システムの構成図である。 本発明の第１の実施形態の蓄電システムを使用した実施例の回路シミュレーション結果を示す図である。

　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

　最初に、本発明の第１の実施形態に係る蓄電システムの構成と動作について図１乃至図６を参照しながら以下のとおり説明する。

　＜第１の実施形態＞
　新エネシステムとしてのウインドファームをエネルギー源とする電力網システムに蓄電システムを接続した場合を例として、本発明の第１の実施形態の蓄電システムを説明する。まず、第１実施形態の蓄電システムを適用する電力網システムの構成について、図１を参照して説明する。図１は、発電設備から負荷に電力を供給する比較的低圧な配電システムとしての電力系統５と共に、この電力系統５との系統連系により電力系統５との間で電力の授受を行う蓄電システム１０を含む電力網システム１を図示している。また、図１に示す電力網システム１には、発電設備の例として、風況９１に応じて風力により発電する複数のタワー型風力発電機を備えるウインドファーム９２が示されている。風力により発電された風力発電電力９０Ａは、ウインドファーム９２から電力網を通じて負荷９３の電力需要を賄うために電力変換設備９４を経由して負荷９３に供給される。

　自然エネルギーである風力で発電するウインドファーム９２は、風況９１により発電量が不規則に変化する不安定な発電設備である。電力系統５は電力需要と供給の関係によって周波数が変化するため、ウインドファーム９２からの出力は安定していることが好ましい。

　そこで、電力網システム１において、蓄電システム１０は、電力系統５と負荷９３の間の電力供給線に接続され、電力系統５との間で電力を授受することにより、電力系統の電力需要と供給の関係をバランスさせ、電力系統５における系統周波数や電流圧を安定化させる系統電力安定化装置として用いられている。すなわち、蓄電システム１０は、発電設備から出力される電力が負荷９３側の要求電力に対して不足状態にあるときには、電力系統５に不足分の電力を供給するための放電を行う。逆に、発電設備から出力される電力が負荷９３側の要求電力に対して余剰状態となるときには、蓄電システム１０は、電力系統５から余剰分の電力を回収し、蓄積しておくための充電を行う。

　図１に示す例では、風況９１の変化に伴って発電設備であるウインドファーム９２の発電量が上昇し、電力系統５における系統電力に余剰が生じた場合などには、蓄電システム１０は系統電力の一部を充電して蓄えておく働きをする。これとは逆に、無風状態によりウインドファーム９２の発電量が低下したり、負荷９３の電力需要が急増したりして系統電力の不足が生じると、蓄電システム１０は、放電により蓄えておいた電力を電力系統５に供給する。例えば、図１を参照すると、系統電力の不足時に、蓄電システム１０は、蓄えておいた充放電電力９０Ｃを電力系統５に放電するので、風力により発電された風力発電電力９０Ａと蓄電システム１０から放電された充放電電力９０Ｃが合成された合成電力９０Ｂが負荷９３に供給される。

　上述した充放電により電力系統５との間での電力の授受を実現するために、図１に示す蓄電システム１０は、充放電が可能な複数の蓄電素子を接続して成る回路構成を含むと共に、電力系統５からの交流電力を蓄電素子に充電可能とするために直流に変換し、逆に、蓄電素子が放電する直流電力を電力系統５に出力可能とするために交流に変換する働きをする電力変換器としての回路構成をも有している。

　このような蓄電システムを構成する複数の蓄電素子は、蓄電システムの作動によって、その状態、例えば蓄電性能や寿命などが変化する。特に、電力系統との間で電力の授受を行う蓄電システムを長期にわたって運転可能な状態に維持するためには、蓄電システムの運転継続中に、蓄電システムを構成する各々の蓄電素子の寿命診断を行い、どの蓄電素子を新品と交換すべきかを識別する必要がある。しかしながら、従来の蓄電システムの運転中に蓄電素子の劣化診断を行うと、電力系統における系統周波数および電流圧を変動させ、一時的に系統電力の安定性を損なう恐れがある。

　これに対して、本発明に係る幾つかの実施形態の蓄電システムは、図２乃至図５を用いて詳しく後述するように、蓄電システムを構成する多数の蓄電素子を個別に診断する際に外部の電力系統や負荷における電力の安定性が損なわれることを抑制できる。以下では、電力系統との系統連系により電力の授受を行う第１の実施形態の蓄電システムについて図２乃至図５を参照しながら詳細に説明する。

　まずは、電力網システム１の構成について説明する。図２に示すように、例示的な電力網システム１は、電力系統５に蓄電システム１０が接続された構成をとる。電力系統５と蓄電システム１０は端子５７ｕ、５７ｖ、５７ｗで接続される。電力系統５は、三相交流電力を供給する発電設備５０と負荷５６が配電線５３ｕ、５３ｖ、５３ｗで接続されている。図２では、図１のウインドファーム９２を発電設備５０として模式的に示している。また、負荷５６は、図１の負荷９３と同様であり、例えば、工場などの需要家又は需要家の有する機械や製造装置などである。図２中の５２ｕ、５２ｖ、５２ｗと５１ｕ、５１ｖ、５１ｗは、端子５７ｕ、５７ｖ、５７ｗより発電設備５０側の配電線５３ｕ、５３ｖ、５３ｗのリアクタンス成分及び抵抗成分を模式的に表したものであり、５４ｕ、５４ｖ、５４ｗと５５ｕ、５５ｖ、５５ｗは、端子５７ｕ、５７ｖ、５７ｗより負荷５６側の配電線５３ｕ、５３ｖ、５３ｗのリアクタンス成分及び抵抗成分を模式的に表したものである。第１の実施形態の蓄電システム１０は、このような三相の交流システムである電力網システム１において、電力系統５を安定化させる電力系統安定化装置として用いられる。なお、本発明の幾つかの実施形態に係る蓄電システム１０は、電力系統５に系統電力安定化装置として接続されるものに限定されず、外部システムとしての例えば電気自動車や鉄道車両、トラック、バスなどの輸送機器の負荷に電力を供給する交流電源等の他の用途にも利用することができる。

　（１－１）蓄電システムの全体構成
　次に、本発明の第１の実施形態に従い、図２に示す蓄電システム１０の構成について説明する。一例においては、蓄電システム１０は、主回路部１０ａと、インピーダンス特性測定部１２と、制御部（制御手段）１３と、を含んで構成される。蓄電システム１０は、多段階に増減可能な直流電圧を三相交流における３つの相間電圧に電力変換して電力網システム１に出力可能な主回路部１０ａと、インピーダンス特性測定部１２と、診断対象の蓄電素子３５を指定して、指定された蓄電素子３５（図５）のインピーダンスをインピーダンス特性測定部１２により測定し、環状電流路７１への蓄電素子の接続状態を制御する制御部１３と、を備えている。以下では、蓄電システム１０を構成する各部の内部構造を、主回路部１０a、インピーダンス特性測定部１２及び制御部１３の順に説明する。

　（１－２）主回路部の構成と動作
　まず、図２を用いて、主回路部１０ａの構成について説明する。主回路部１０ａはいわゆるΔ結線ＭＭＣの構成をとっている。より具体的に説明すると、主回路部１０ａは、Δ結線の回路トポロジーを有する環状電流路７１を含んで構成され、電力系統５と三相交流の電力線で接続されている。その上で、Δ結線トポロジーを有する環状電流路７１の３辺の各々が、三相交流における３つの相間電圧にそれぞれ対応し、上記３辺の各々が、充電電力を三相交流の各波形として変換出力する多重レベル電力変換器として構成されている。

　以下、図２に示す主回路部１０ａ内において、Δ結線トポロジーを有する環状電流路７１内部の詳細な構造について説明する。Δ結線トポロジーを有する環状電流路７１の各辺は、３本のアーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、リアクトル１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃから構成される。環状電流路７１は、リアクトル１４Ａ、アーム１１Ａ、リアクトル１４Ｂ、アーム１１Ｂ、リアクトル１４Ｃ、アーム１１Ｃ、リアクトル１４Ａがこの順に接続され、環状の電流路となっている。３本のアーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの各々は、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）（１≦ｉ≦Ｋ）（Ｋは任意の正の整数である）を複数個（Ｋ個）カスケード（直列）に接続した構成となっている。

　さらに、図２に示す例では、主回路部１０ａは、Ｒ相とＳ相の相間に多段階に増減可能な起電圧を供給するアーム１１Ａ、Ｓ相とＴ相の相間に多段階に増減可能な起電圧を供給するアーム１１Ｂ、Ｔ相とＲ相の相間に多段階に増減可能な起電圧を供給するアーム１１Ｃとを備えている。アーム１１Ａは、多段階に増減可能な直流電圧を出力するために、充放電可能な蓄電素子３５を備える単位変換器Ｃ_Ａ ^（ｉ）（１≦ｉ≦Ｋ）を複数個（Ｋ個）直列に接続して構成されている。同様に、アーム１１Ｂは、単位変換器Ｃ_Ｂ ^（ｉ）（１≦ｉ≦Ｋ）を複数個（Ｋ個）直列に接続して構成され、アーム１１Ｃは、単位変換器Ｃ_Ｃ ^（ｉ）（１≦ｉ≦Ｋ）を複数個（Ｋ個）直列に接続して構成される。なお、アーム１１Ａ、アーム１１Ｂ及びアーム１１Ｃの各々が備える単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の個数は、適宜設定でき、一つであってもよい。アーム１１Ａ、アーム１１Ｂ及びアーム１１Ｃの各々が備える単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の個数が多いと、蓄電システム１０が出力する交流電圧の段数が多くなり、交流電圧の波形をより正弦波に近い波形にできる。

　アーム１１Ａ、アーム１１Ｂおよびアーム１１Ｃの各々は、一端がリアクトル１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを介して、電力系統５の配電線５３ｕ、５３ｖ、５３ｗの端子５７ｕ、５７ｖ、５７ｗにそれぞれ接続されている。具体的には、配電線５３ｕは、端子５７ｕを有し、端子５７ｕは、主回路部１０ａのアーム１１Ａとアーム１１Ｃの結合点と接続されている。配電線５３ｖは、端子５７ｖを有し、端子５７ｖは、主回路部１０ａのアーム１１Ｂとアーム１１Ｃの結合点と接続されている。配電線５３ｗは、端子５７ｗを有し、端子５７ｗは、主回路部１０ａのアーム１１Ｃとアーム１１Ａの結合点と接続されている。このようにして、蓄電システム１０の主回路部１０ａが電力系統５に接続されている。

　続いて、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の構成について説明する。単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の構成を図３に示す。図３に示すように、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は、第１スイッチ３３Ｈと第２スイッチ３３Ｌとが直列に接続された第１スイッチアーム３３と、第３スイッチ３４Ｈと第４スイッチ３４Ｌとが直列に接続された第２スイッチアーム３４と、充放電できる蓄電素子３５とを備えている。蓄電素子３５は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池及びニッケルカドミウム電池などの二次電池で構成されている。単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は、外部システムとしての電力網システム１に接続され、電力網システム１との間で電力を授受可能である。

　単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は、第１スイッチアーム３３の第１スイッチ３３Ｈ側端部と、第２スイッチアーム３４の第３スイッチ３４Ｈ側端部と蓄電素子３５の一の端子（本実施形態ではプラス側）とが接続され、第１スイッチアーム３３の第２スイッチ３３Ｌ側端部と第２スイッチアーム３４の第４スイッチ３４Ｌ側端部と蓄電素子３５の他の端子（本実施形態では、マイナス側）とが接続されている。このように、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は、第１スイッチアーム３３、第２スイッチアーム３４及び蓄電素子３５が並列に接続されたフルブリッジ回路構成をしている。本実施例では、フルブリッジ構成としたが、ハーフブリッジ構成でも構わない。

　単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）では、第１スイッチアーム３３と第２スイッチアーム３４とが並列に接続されていることから、第１端子ＦＴと第２端子ＳＴとの間では、第１スイッチ３３Ｈと第３スイッチ３４Ｈが直列（逆直列）に接続され、第２スイッチ３３Ｌと第４スイッチ３４Ｌが直列に接続された構成になっている。ここで、第１端子ＦＴと第２端子ＳＴ間で直列に接続されたスイッチの一方（第１スイッチ３３Ｈ及び第３スイッチ３４Ｈ）を第１スイッチ群３６と称し、直列に接続されたスイッチの他方（第２スイッチ３３Ｌ及び第４スイッチ３４Ｌ）を第２スイッチ群３７と称することとする。

　単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）には、後述の制御部１３（図２）が接続されており、第１スイッチ３３Ｈ、第２スイッチ３３Ｌ、第３スイッチ３４Ｈ及び第４スイッチ３４Ｌに、各スイッチのオン・オフを制御する駆動電圧（例えば、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）で構成されたスイッチング素子の場合はゲート電圧）が制御部１３から供給される。

　単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）において、第１スイッチアーム３３の第１スイッチ３３Ｈと第２スイッチ３３Ｌとの接続点３０から第１端子ＦＴが引き出され、第２スイッチアーム３４の第３スイッチ３４Ｈと第４スイッチ３４Ｌとの接続点３２から第２端子ＳＴが引き出されている。隣接する２つの単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は、一方の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の第１端子ＦＴと他方の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の第２端子ＳＴとが接続されて、直列に接続されている。蓄電素子３５の電圧をＶとすると、図３に示す単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）では、以下のようにして、出力端子間（第１端子ＦＴ及び第２端子ＳＴ間）の電圧を３段階に増減させられるようになっている。すなわち、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）では、第１スイッチ３３Ｈ、第２スイッチ３３Ｌ、第３スイッチ３４Ｈ及び第４スイッチ３４Ｌのオン・オフを切り替えることにより、第１端子ＦＴと第２端子ＳＴとの間に、±Ｖ、ゼロの３レベルの電圧を出力できるようになっている。なお、第１の実施形態では、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の各々が同じ電圧を出力するように構成しているが、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の各々が備える蓄電素子３５の構成（蓄電素子の容量など）を適宜変更することで異なる電圧を出力するように構成することも可能である。

　図２に示す蓄電システム１０では、一の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の第１端子ＦＴと、隣接する単位変換器Ｃ_ｘ ^{（ｉ＋１）}の第２端子ＳＴとが接続されて、複数（Ｋ個）の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）（１≦ｉ≦Ｋ）が直列に接続されている。そのため、蓄電システム１０は、Ｒ相とＳ相の相間に電圧を印加するアーム１１Ａ、Ｓ相とＴ相の相間に電圧印加するアーム１１Ｂ及びＴ相とＲ相の相間に電圧を印加するアーム１１Ｃにおいて、電圧を出力する単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の数をそれぞれ切り替えることで、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の数に応じた多段階の電圧を各アームが出力できる。また蓄電システム１０は、各単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）が電力を充放電できる蓄電素子３５を備えているので、電力系統５からの蓄電素子３５を充電することで電気エネルギーを蓄えることもでき、電力貯蔵装置として用いることができる。

　（１－３）インピーダンス特性測定部と制御部の構成と動作
　まず、インピーダンス特性測定部１２の構成について具体的に説明する。図３に示すように、インピーダンス特性測定部１２は、電圧測定部１２０と電流測定部１２１とを備えている。電圧測定部１２０は、各蓄電素子３５の端子間に接続されており、端子間電圧を測定する。電流測定部１２１は、第１スイッチ３３Ｈと第２スイッチ３３Ｌとの接続点３０と第１端子ＦＴとの間に挿入されており、環状電流路７１を流れる電流を測定する。なお、電流測定部１２１は、環状電流路７１の任意の場所に挿入できる。

　次いで、蓄電システム１０を制御する制御部１３の構成について説明する。制御部１３は、環状電流路７１に異なる周波数の循環電流が流れるように、制御を行う制御シーケンスを実行し、診断対象として指定された蓄電素子の劣化状態を試験するように構成されている。制御部１３は、例えばプロセッサや、後述の制御動作を実行するために設計された専用のハードウェア、ＰＣなどの汎用の演算装置上にソフトウェアで実現される。また、一例においては、制御部１３は、演算回路および電気信号の入出力インターフェースを含む情報処理装置として構成されてもよく、当該演算回路は、以下の制御または指令を実行する演算ロジックを実装していてもよい。すなわち、制御部１３内の演算回路は、（１）環状電流路７１に沿って接続された複数の蓄電素子３５の接続状態を制御する動作、（２）従来式のΔ結線ＭＭＣと同様の原理と回路動作により電力系統５への有効電力と無効電力の出力を制御するための出力制御、（３）複数の蓄電素子３５の中から、診断対象となる蓄電素子３５を指定する動作、（４）およびインピーダンス特性測定部１２に対する動作指令をそれぞれ実行する演算ロジックなどを実装している。さらに、制御部１３は、蓄電システム１０が入出力する有効電力や無効電力も制御することができる。

（１－３－１）電力系統への電圧出力動作
　続いて、制御部１３による電力系統５への電圧出力動作について説明する。制御部１３は、各単位変換器の制御回路に、制御部１３が各々の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）のスイッチのオン・オフを制御するための指令を送出し、アーム１１Ａ、アーム１１Ｂ及びアーム１１Ｃから多段階の三相交流電圧を生成し、Ｒ相とＳ相の相間、Ｓ相とＴ相の相間およびＴ相とＲ相の相間にそれぞれ出力させる。

　配電線５３ｕ、５３ｖ、５３ｗの各端子５７ｕ、５７ｖ、５７ｗの各端子間電圧と、異なる電圧をアーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが出力することにより、配電システムとの間で有効電力や無効電力の授受を行うことができる。

　なお、配電システムや送電システムの電圧は正弦波であるので、各アーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃも正弦波に近い電圧を出力することが好ましい。

　以下、図４を参照しながら、図２に示す主回路部１０ａを構成する各アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃを制御部１３により制御することで、アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々から多段階に増減可能な出力電圧を正弦波に近い波形となるように出力させる原理について説明する。ここでは、当該原理について、各アーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃがそれぞれ６つの単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）（１≦ｉ≦６，ｘ＝｛Ａ，Ｂ，Ｃ｝）を有している場合を例として説明する。具体的には、アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々が備える６つの単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）（１≦ｉ≦６，ｘ＝｛Ａ，Ｂ，Ｃ｝）のスイッチのオン・オフ制御を制御部１３が実行することで、アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々から三相交流における相間電圧を生成し、この相関電圧を各アーム１１ｘの両端から正弦波に近い波形となるように出力する仕組みについて説明する。その仕組みは、各アーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで同じであるので、以下、アーム１１ＡからＲ相とＳ相の相間に出力される電圧を正弦波に近い波形となるように出力する場合を例にとって説明する。

　図４は、縦軸にＲ相とＳ相の相間に生成される電圧（正または負、但し、各単位変換器の出力電圧の最大値を１として正規化された値）を、横軸に時間をとり、主回路部１０ａのアーム１１Ａから出力される目標電圧と、アーム１１Ａを構成する単位変換器Ｃ_Ａ ^（１）～Ｃ_Ａ ^（６）のそれぞれの出力端子間（ＦＴ－ＳＴ間）に発生する電圧との関係を交流波形の１サイクルにわたって示す。ここで、アーム１１Ａにおける目標電圧とは、Ｒ相とＳ相の相間電圧として出力される交流電圧の目標値であり、Ｒ相とＳ相の相間に正弦波として生成すべき交流電圧波形に沿って変化するように設定される。

　図４では、上から順に、蓄電システム１０のＲ相とＳ相の相間においてアーム１１Ａの多段階に印加される増減可能な電圧Ｖ_ｏｕｔ、アーム１１Ａを構成する単位変換器Ｃ_Ａ ^（１）～Ｃ_Ａ ^（６）のそれぞれの出力端子間（ＦＴ－ＳＴ間）に印加されるＶ_Ａ ^（１）、Ｖ_Ａ ^（２）、Ｖ_Ａ ^（３）、Ｖ_Ａ ^（４）、Ｖ_Ａ ^（５）およびＶ_Ａ ^（６）を示す。また、図４では、縦軸と横軸との交点を基準電位０として、基準電位０よりも上側を正、基準電位０よりも下側を負の電位としている。

　図４に示すように、主回路部１０ａでは、アーム１１Ａを構成する単位変換器Ｃ_Ａ ^（１）～Ｃ_Ａ ^（６）のそれぞれの出力端子間（ＦＴ－ＳＴ間）に、振幅の基準電位及び幅の異なる矩形波状の電圧パルスが発生する。その際、アーム１１Ａの両端に、目標電圧に対応した電圧が発生するように、単位変換器Ｃ_Ａ ^（１）～Ｃ_Ａ ^（６）のそれぞれの第１スイッチ群３６及び第２スイッチ群３７の開閉制御を行う。例えば、該パルスは、三角波ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ－Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御の三角波の位相をずらしてパルス幅変調することにより得られる。これによって、アーム１１Ａを構成する単位変換器Ｃ_Ａ ^（１）～Ｃ_Ａ ^（６）のそれぞれの出力端子間（ＦＴ－ＳＴ間）において、振幅の基準電位及び幅が異なり、振幅の高さが同じとなる矩形波状の電圧パルスを発生させ、さらにこれらの電圧パルスを合成する。これにより、正弦波で表される目標電圧に対応して階段状に変化する電圧が主回路部１０ａのアーム１１Ａから三相交流の相間電圧として出力される。

　このとき、蓄電システム１０が備える制御部１３は、正弦波で表される目標電圧波形に基づいて、単位変換器Ｃ_Ａ ^（１）～Ｃ_Ａ ^（６）のそれぞれの出力端子間（ＦＴ－ＳＴ間）に、該目標電圧波形を近似する上記矩形波状の電圧が発生するように、対応する第１スイッチ群３６及び第２スイッチ群３７を開閉制御するための駆動信号を生成する。例えば、駆動信号は、アーム１１Ａが電圧を出力するための電圧指令値を規格化し、規格化した電圧指令値を三角波と比較することで生成される。制御部１３は、生成した駆動信号を、対応する第１スイッチ群３６及び第２スイッチ群３７を構成する半導体スイッチング素子のゲートに出力し、対応するスイッチング素子をスイッチング（オン，オフ）させる。以上のようにして、アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々は、その内部において直列接続された蓄電素子の合成電圧を所望の周波数の交流波形に変換する多重レベル変換回路の電圧変換動作を実行することとなる。これは、環状電流路７１に異なる周波数の循環電流が流れるようにする制御シーケンスの一例である。

　以上のように、単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）内のスイッチング素子の開閉タイミングを制御部１３から制御することができる。そして、制御部１３によるこの制御動作により、充放電可能な蓄電素子３５を２つ以上直列接続して各々が構成される３本のアーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃにおける電流圧が所望の交流波形と周波数で変化するよう制御することが可能となる。一例として、３本のアーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々の両端において、電力系統５に供給すべき三相交流電力における３つの相間電圧を生成可能となる。これと同時に、３本のアーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々に流れる電流の大きさ（瞬時値）を、三相交流電力における各相に対応した交流波形となるように変化させることができる。このとき、３本のアーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々に流れる電流波形とアーム両端に現れる相間電圧波形との間の位相差（力率）を制御部１３が所望の力率となるように制御することができる。従って、３本のアーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々における交流電力の力率を制御することで、制御部１３は、電力系統５への有効電力と無効電力の出力を制御するための出力制御を行うように構成されている。

（１－３－２）インピーダンス特性測定動作
　インピーダンス特性測定部１２と制御部１３によるインピーダンス特性測定動作ついて説明する。制御部１３は、環状電流路７１に異なる周波数の循環電流が流れるように、制御シーケンスを実行する。次いで、制御部１３は、診断対象となる蓄電素子３５を指定する信号および指定した蓄電素子３５の診断を行うべき旨を指令する信号をインピーダンス特性測定部１２に対して出力する。その際、制御部１３は、診断対象となる蓄電素子３５の指定を環状電流路７１に沿って順次切り替えていくことで、環状電流路７１に沿って配列された全ての蓄電素子３５を診断することができる。

　一方、制御部１３からの指令を受けたインピーダンス特性測定部１２は、まず、制御部１３による診断対象の指定に従い、環状電流路７１に沿って配列された複数の蓄電素子３５の中から診断対象となる蓄電素子３５を識別する。続いて、インピーダンス特性測定部１２は、診断対象となる蓄電素子３５に通流させた試験用の電流について電流値を電流測定部１２１により計測する。続いて、インピーダンス特性測定部１２は、電圧測定部１２０が蓄電素子３５の端子間で測定した電圧値と当該電流値から蓄電素子３５のインピーダンス特性を推定する。最後に、インピーダンス特性測定部１２は、蓄電素子３５について推定したインピーダンス特性を制御部１３に出力する。以上より、インピーダンス特性測定部１２は、環状電流路７１を流れる異なる周波数の循環電流により、診断対象として指定された蓄電素子３５の端子間に生じた電圧と蓄電素子に通流した電流をそれぞれ検出する検出部としての役割を果たす。

　（１－３－３）蓄電素子の診断
　本発明の実施形態に係る蓄電システム１０において、ライフタイムコストを削減するには、蓄電素子３５を寿命劣化させないような蓄電素子３５の使い方をすることが重要である。例えば、蓄電素子３５の劣化状況を確認すること、また、蓄電システム１０の動作と蓄電素子３５の劣化との間の関連性を把握し、これを踏まえた蓄電システム１０の運転を行うことが重要である。また、蓄電素子３５の劣化診断時に、蓄電システム１０が接続されているシステムに影響を与えないことが重要である。当該システムに影響を与えずに蓄電素子３５の診断をするために、本発明の実施形態に係る蓄電システム１０は、電力系統５と有効電力や無効電力を授受するために正相電圧、もしくは、逆相電圧を出力するように制御部１３が単位変換器を制御する。ここで、電力系統５が非接地系であれば、零相成分は有効電力や無効電力に影響しない。そこで、蓄電素子３５の劣化診断を行うには、零相電流や零相電圧を用いるのが好ましい。具体的には、蓄電システム１０は各相間を一巡する循環経路として構成された環状電流路７１を持つので、環状電流路７１に零相電圧を印加し、環状電流路７１に零相電流を通流させて、任意の蓄電素子３５の劣化診断を行えばよい。以下、循環電流の生成動作について説明する。

　（１－３－４）循環電流の生成動作
　続いて、充放電可能な蓄電素子３５を２つ以上直列接続して各々が構成される３本のアーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃを環状に接続して主回路部１０ａ内に形成した環状電流路７１において、蓄電素子３５の診断のために流す試験用の電流（以下、「循環電流Ｉ_ｃｉｒ（図５）」と呼ぶ）を生成する動作を説明する。この場合、アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々に、電力制御に必要な正相電圧・逆相電圧と、循環電流通流に必要な零相電圧の和電圧を出力させる。

　ここで、診断対象として指定された蓄電素子３５の劣化状態を試験する際の制御部１３の動作を説明する。制御部１３は、まず、診断対象として指定された蓄電素子３５を含む単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）の動作状態を、電力系統５と電力を授受する通常動作状態から蓄電素子３５のインピーダンス特性を測定する試験動作状態へと切り替える。このとき、制御部１３は、試験動作状態への切り替えのために、蓄電素子３５を含むフルブリッジ回路構成の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）において、以下のようにスイッチング素子を制御する。まず、蓄電素子３５の正極と負極がフルブリッジ回路の出力端子対（ＦＴ端子とＳＴ端子の対）の一方と他方にそれぞれ接続された状態となるようにスイッチング素子を制御する。そして、蓄電素子３５の正極と負極が上記出力端子対の一方と他方にそれぞれ接続されている状態のフルブリッジ回路内において、同時に導通状態となっている一対のスイッチング素子を指して“対角位置にあるスイッチング素子”と定義する。こうして、フルブリッジ回路内で対角位置にある一対のスイッチング素子を導通状態とすることで、診断対象として指定された蓄電素子３５の劣化状態を試験する。なお、蓄電素子３５を含むフルブリッジ回路が試験動作状態にあるとき、蓄電素子３５の端子間が短絡されないように、短絡した一対の対角位置にあるスイッチング素子を除く他のスイッチング素子は、非導通状態としなくてはならない点に留意されたい。

　例えば、診断対象として指定された蓄電素子３５を含む単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）が、図３に示すフルブリッジ回路として構成される場合、以下のようにして対角位置にある一対のスイッチング素子を同時に導通状態とする。例えば、図３に示すフルブリッジ回路内で対角位置にあるスイッチのペアとして、第１スイッチ３３Ｈと第４スイッチ３４Ｌのペアまたは第２スイッチ３３Ｌと第３スイッチ３４Ｈのペアの何れか一方を選択し、オン状態のまま保持する。他方のペアはオフ状態とする。

　続いて、制御部１３は、環状電流路７１に異なる周波数の循環電流Ｉ_ｃｉｒが流れるように、前記制御を行う制御シーケンスを実行するように構成されている。こうして、充放電可能な蓄電素子３５を有する単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）（１≦ｉ≦Ｋ、ｘ＝｛Ａ，Ｂ，Ｃ｝）を備えるアーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃを、三相交流における相間にそれぞれ対応して設けて環状電流路７１を形成することで、蓄電素子３５の劣化状態を試験するための循環電流Ｉ_ｃｉｒを、周波数を様々に異ならせながら流すことが可能となる。そして、循環電流Ｉ_ｃｉｒの周波数を変えながら、蓄電素子３５の電流と電圧を測定する。その際、少なくとも周波数毎に、少なくとも一周期に相当する時間、電流値と電圧値を測定することが好ましい。その上で、上述した電圧と電流の測定結果からフーリエ変換などで抽出した循環電流Ｉ_ｃｉｒの周波数と同じ周波数成分の電圧値と電流値から、蓄電素子３５の複素インピーダンスの周波数依存性を算出する。この複素インピーダンス成分から蓄電素子３５の各部のインピーダンスを推定し、劣化状態を診断する。診断手法については後述する。

　複素インピーダンスの測定において、電力系統５に直流電流が流出することを防ぐ方法について説明する。連続した正弦波電流で、特定アームの特定セルの蓄電素子３５を測定すると、該当する単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は直流電圧を出力する。このとき、該当アームの他の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）が、測定により生じた直流電圧を補償する電圧を出力することにより、複素インピーダンスを測定している蓄電素子３５が属するアームが直流電圧を出力して、電力系統５に直流電流が流出することを防ぐことができる。電力系統５に直流電流が流出することを防ぐ他の手法としては、複素インピーダンスを測定している蓄電素子３５が属するアーム以外の他の２つのアームが、測定により生じた直流電圧を補償する電圧を出力すればよい。この場合、直流電圧は零相となるので、直流電流は蓄電システム１０の外部に流出しない。さらに、全ての相（アーム）が直流電圧を出力することを利用して、各相（アーム）の所定の蓄電素子３５の電圧と電流を同時に測定することも可能である。

　また、他の方法として、ＰＷＭパルスなどの電圧パルスを印加することで断続した正弦波零相電流を特定の蓄電素子３５に通流させるようにし、断続電流が通流しているときのみ電圧と電流を測定して、離散フーリエ展開などで、当該周波数の複素インピーダンスを求めることも可能である。この場合も、各相（アーム）同時に所定の蓄電素子３５の電圧と電流を測定することが可能である。このように、蓄電素子３５の劣化状態を試験するための電流が蓄電システム１０の内部で循環し、外部の電力系統５に漏れ出ないので、蓄電システム１０と系統連系している外部の電力系統５や負荷５６における電力状態の安定性を損なうことを防止できる。

　続いて、蓄電素子３５に循環電流を通流させる際の制御手法について説明する。制御部１３は、環状電流路７１を形成する単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）（１≦ｉ≦Ｋ、ｘ＝｛Ａ，Ｂ，Ｃ｝）のスイッチング素子を開閉制御する動作を所定の制御シーケンスに従って実行することにより、環状電流路７１に異なる周波数の循環電流Ｉ_ｃｉｒが流れるようにすることが可能となる。

　これにより、蓄電素子３５の劣化状態を試験するための循環電流Ｉ_ｃｉｒを生成するために、主回路部１０ａに接続可能な追加の電源が不要となり、主回路部１０ａ自身が発生する電圧のみを用いて蓄電素子３５の劣化状態を試験するための循環電流Ｉ_ｃｉｒを生成することが可能となる。一実施形態では、診断対象として指定された蓄電素子３５を含む単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は、蓄電素子３５のインピーダンス特性を測定する試験動作状態にある一方で、他の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）は、電力系統５と電力を授受する通常動作状態にある。従って、この場合には、診断対象として指定された蓄電素子３５を除く他の蓄電素子３５の充放電動作によって、電力系統５と電力を授受するだけでなく、循環電流Ｉ_ｃｉｒの生成を併せて行うようにしている。このように、制御部１３は、複数の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）と電力網システム１（外部システム）の間で電力を授受している間に、複数の単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）から選択した１つの単位変換器の蓄電素子３５に、周波数の異なる交流電圧を順次印加し、蓄電素子３５の等価回路を推定し、診断対象として指定された蓄電素子３５の劣化状態を試験することができる。

　（１－３－５）複素インピーダンスを用いた蓄電素子の診断について
　主回路部１０ａに対する制御部１３の制御により、蓄電素子３５の劣化状態を試験するための循環電流Ｉ_ｃｉｒを、周波数を様々に変化させながら環状電流路７１に流している間、インピーダンス特性測定部１２は、蓄電素子３５のインピーダンス特性を測定する。具体的には、インピーダンス特性測定部１２は、診断対象として指定された蓄電素子３５に様々に異なる周波数の電流が流れている状態で、蓄電素子３５の端子間電圧を電圧測定部１２０により測定すると共に、蓄電素子３５を流れる電流を電流測定部１２１により測定する。当該周波数成分の交流電圧と交流電流からインピーダンスを演算できる。これにより、インピーダンス特性測定部１２は、循環電流Ｉ_ｃｉｒの周波数の変化に応じて蓄電素子３５のインピーダンスがどのように変化するかを調べる。

　続いて、診断対象となる蓄電素子３５（図５）に流れる循環電流Ｉ_ｃｉｒの周波数に応じた蓄電素子３５のインピーダンスを把握した後に、インピーダンス特性測定部１２がこのインピーダンスから診断対象となる蓄電素子３５の劣化状態を推定する手法（所謂、Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロット）の具体例について図６を用いて説明する。この実施形態では、蓄電素子３５の劣化状態は、循環電流Ｉ_ｃｉｒが流れている蓄電素子３５が示す内部抵抗と等価キャパシタンスにより記述される複素インピーダンス特性に基づいて推定される。

　この実施形態では、上記の複素インピーダンス特性は、図６に示すように、実数軸Ｒおよび虚数軸Ｉｍを座標軸とする複素平面ＰＬに、循環電流Ｉ_ｃｉｒの周波数変化に従い描く、複素インピーダンスの軌跡により、その等価回路を推定し、その値から蓄電素子の各部の劣化状態を推定することができる。

　図６に示す複素平面ＰＬ上において、半円形の軌跡３００ａは、等価回路３２０ａに対応し、蓄電素子３５内を流れる試験用の電流の各周波数に応じて等価キャパシタンス３２１ａと内部抵抗３２２ａによって表される複素インピーダンスが複素平面ＰＬ上に描く軌跡に相当する。同様に、半円形の軌跡３００ｂは、等価回路３２０ｂに対応し、半円形の軌跡３００ｃは、等価回路３２０ｃに対応する。そして、半円形の軌跡３００ｂは、蓄電素子３５内を流れる試験用の電流の周波数変化に応じて等価キャパシタンス３２１ｂと内部抵抗３２２ｂによって表される複素インピーダンスが複素平面ＰＬ上に描く軌跡に相当し、半円形の軌跡３００ｃは、蓄電素子３５を流れる試験用の電流の各周波数に応じて等価キャパシタンス３２１ｃと内部抵抗３２２ｃによって表される複素インピーダンスが複素平面ＰＬ上に描く軌跡に相当する。

　具体的には、例えば、図６の上部に示すようなインピーダンス特性が得られた場合、診断対象の蓄電素子３５の等価回路は通常、図６に示すように、等価キャパシタンス３２１と内部抵抗３２２の並列接続体が直列接続された形で表すことができる。蓄電素子３５のインピーダンスは、等価キャパシタンスと内部抵抗を並列接続して成る並列接続体を一つ以上直列接続した回路で表されることから、実数成分と虚数成分を含む複素インピーダンスとして数値化され得ることが理解できる。このような複素インピーダンスを用いた分析を行うために、制御部１３が、蓄電素子の劣化状態を、循環電流Ｉ_ｃｉｒが流れている蓄電素子３５が示す内部抵抗と等価キャパシタンスにより記述される複素インピーダンス特性に基づいて判別する判別手段を備えるようにしてもよい。

　複素平面ＰＬ上において、等価回路３２０ａの内部抵抗３２２ａの大きさは、実数軸Ｒに沿った幅方向において、半円形の軌跡３００ａの底辺部分の横幅（図６中に示す矢印３８０ａ）に対応する。また、等価回路３２０ａの等価キャパシタンス３２１ａの大きさは、軌跡３００ａが虚数軸Ｉｍに対して、ピークになるとき（図６中に示す頂点３１０ａ）の周波数をω１ｍａｘ、内部抵抗３２２ａの大きさをＲｄ１とすると、Ｃ１＝１／（ω１ｍａｘ×Ｒｄ１）で求まる。同様に、等価回路３２０ｂの内部抵抗３２２ｂの大きさＲｄ２は、半円形の軌跡３００ｂの底辺部分の横幅（図６中に示す矢印３８０ｂ）から求まる。また、等価回路３２０ｂの等価キャパシタンス３２１ｂの大きさは、軌跡３００ｂの虚数成分がピークになるとき（図６中に示す頂点３１０ｂ）の周波数ω２ｍａｘと、内部抵抗３２２ｂの大きさＲｄ２とから、Ｃ２＝１／（ω２ｍａｘ×Ｒｄ２）で求まる。等価回路３２０ｃについても同様であり、内部抵抗３２２ｃの大きさＲｄ３は、半円形の軌跡３００ｃの底辺部分の横幅（図６中に示す矢印３８０ｃ）から求まる。また、等価回路３２０ｃの等価キャパシタンス３２１ｃの大きさは、軌跡３００ｃの虚数成分がピークになるとき（図６中に示す頂点３１０ｃ）の周波数ω３ｍａｘと、内部抵抗３２２ｃの大きさＲｄ３とから、Ｃ３＝１／（ω３ｍａｘ×Ｒｄ３）で求まる。判別手段は、等価回路を、例えば、正極部や負極部、電解質部など蓄電素子３５内の各部に当てはめ、各等価回路の抵抗値及びキャパシタンス値を算出し、算出した抵抗値及びキャパシタンス値、その値の時間変化などから、蓄電素子３５の劣化状態を判断する。

　また、各部の内部抵抗の時間変化やキャパシタンスの時間的変化を調べることによって、どの部分がどの程度劣化したのか知ることができるので、図６に示すインピーダンス特性の測定履歴を時系列的に保存し、当該時系列データと、電力網システム１全体または蓄電システム１０の運転状態の履歴を時系列的に記録したデータと紐付けて分析することで、蓄電素子３５の交換時期や最適な使用方法など有用な情報を得ることができる。

　例えば、電力網システム１全体および蓄電システム１０の長寿命化のために、（ａ）どのようなバッテリ特性の蓄電池を用いて蓄電素子３５を構成し、（ｂ）蓄電システム１０の内部でどのような配列方法で蓄電素子を配列し、（ｃ）蓄電システム１０を含む電力網全体のシステム構成をどのような構成とすれば最適であるかを知るための手がかりとなる分析結果が得られる。

　より具体的には、例えば、蓄電システム１０の各相が外部システムに出力する有効電流値や無効電流値など（入出力情報）の時系列データと、各蓄電素子３５の等価回路情報を用いて、学習部にデータマイニング手段を設けてデータマイニングを行えば、蓄電システム１０の出力が電池の劣化にどのような関わりを持つかについて有用な手がかりを得ることができる。また、各蓄電素子３５の入出力電流や入出力電圧、ＳＯＣ（State of charge）など（素子情報）の時系列データと、各蓄電素子３５の等価回路情報を用いて、データマイニングを行えば、蓄電素子３５が劣化しやすい蓄電素子３５の状態等の知見を得ることができる。データマイニングによって得た劣化情報などを元に、強化学習を行い、蓄電システム１０長寿命化の条件を知ることができる。上記のように、データマイニングや機械学習を代表とするＡＩ技術によって行えば、最適な蓄電システム１０の構成や運転方法を知る手がかりとなるだけでなく、それを用いた電力網の最適構成を知る上での大きな手がかりを効率的に得ることができる。

　データマイニングの一例としては、各蓄電素子３５の出力電圧値や出力電流値（単位変換器の出力電圧値や出力電流値）と各等価回路の抵抗値やキャパシタンス値（以下、インピーダンス値という）を組み合わせる。これにより、蓄電素子３５をどのように使用すると、蓄電素子３５のどの部分の劣化がどの程度進展するのかがわかる。また、データマイニングの他の例としては、蓄電システム１０の出力電圧値・出力電流値や循環電流Ｉ_ｃｉｒ値と各等価回路のインピーダンス値とを組み合わせることにより、蓄電システム１０をどのように運転すると蓄電素子３５のどの部分の劣化が進展しやすいかということを知ることができる。

　蓄電素子３５の劣化状態の変化、すなわち、各等価回路のインピーダンス値の変化（インピーダンス値の時系列データ）と、素子情報や入出力情報の時系列データなどとの関連付け（対応関係の導出、インピーダンス値変化への寄与度などのパラメータの導出）は、上記のようにデータマイニングや強化学習を代表とするＡＩ技術で実施することにより、効率的に関連付けを行える。これにより、蓄電素子３５の劣化を最小限にとどめた蓄電システム１０の運転や蓄電素子３５の正確な交換時期の推定ができる。さらに、この動作を制御部１３に行わせ、制御部１３が推定結果に基づいて自動的に蓄電システム１０の制御動作を修正するようにすることで、より効率的な運転ができる。

　制御部１３にＡＩを用いた関連付けを行わせる場合、例えば、制御部１３に、蓄電素子３５の出力電圧及び出力電流と、蓄電素子３５の劣化状態とを関連付ける学習手段を設け、学習手段が関連付けを行うようにする。学習手段による関連付けの一例を説明する。学習手段は、インピーダンス特性測定部１２によって検出された蓄電素子３５の素子情報を記憶していき、素子情報の時系列データを作成する。また、学習手段は、蓄電素子３５の複素インピーダンスから推定した等価回路のインピーダンス値と、蓄電素子３５の劣化状態とを記憶していき、等価回路のインピーダンス値の時系列データを作成する。学習手段は、作成した素子情報の時系列データと、作成した等価回路のインピーダンス値の時系列データとに基づいて、蓄電素子３５の素子情報と、蓄電素子３５の劣化状態とを関連付ける。このとき、蓄電素子３５の素子情報と、蓄電素子３５の劣化状態（等価回路のインピーダンス値）との関連付けの教師データを学習手段に与えて、学習させるようにしてもよい。

　また、学習手段は、蓄電素子３５の素子情報と、蓄電素子３５の劣化状態との関連付けの学習結果を新たな教師データとして、再度、蓄電素子３５の素子情報と、蓄電素子３５の劣化状態とを関連付けるようにしてもよい。この作業を繰り返し行っていくことで、関連付けの精度が高まる。なお、学習手段は、蓄電素子３５の素子情報のかわりに、蓄電システム１０の入出力情報を蓄電素子３５の劣化状態と関連付けるようにしてもよい。この場合、有効電流や無効電流を測定する検出器を設け、検出器からの電圧と電流の検出結果を学習手段が記憶する。

　学習手段は、制御部１３と同様に、例えばプロセッサや、専用のハードウェア、ＰＣなどの汎用の演算装置上にソフトウェアで実現される。また、学習手段は、その一部又は全部が制御部１３とは別体に設けられていてもよく、蓄電システム１０の外部装置として設けられていてもよい。

　さらに学習手段は、関連付け作業の少なくとも一部を、制御部１３とは別体に構成された外部装置や蓄電システム１０とは別体に構成された外部装置、すなわち、学習手段とは別体に構成され、学習手段に接続された外部装置に行わせるようにしてもよい。例えば、データマイニングのような計算の重い作業を、高性能のＧＰＵ（Graphics Processing Unit）や大容量のメモリなどを備えた専用のハードウェアに行わせるようにすることで、計算時間を短縮でき、より効率的に関連付け作業を行うことができる。

　また、蓄電素子３５の内部構造や化学組成情報、反応式と、インピーダンス値の変化とを関連付けることにより、どのような電池構造がそのシステムに適しているか分析できる。特に機械学習を代表とするＡＩ技術で実施するとより効率的に関連付けを行うことができる。

　（１－４）第１の実施形態が奏する効果
　以上より、上述した幾つかの実施形態によれば、電力系統５と電力を授受する主回路部１０ａの運転を止めずに、アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々の内部で直列接続された各々の蓄電素子３５の劣化診断を行うことができる。その結果、蓄電システム１０を電力系統５と連系させたまま、蓄電システム１０の運転を止めることなく、各アーム１１ｘを構成する蓄電素子３５の残存寿命をリアルタイムに把握することが可能となる。従って、蓄電素子３５の特性がばらついていても、蓄電システム１０の運転継続中の所与のタイミングで、どの蓄電素子３５を新品と交換すべきかをリアルタイムに把握することが可能となる。

　また、この実施形態では、電力系統５と電力を授受するために主回路部１０ａの各アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々の内部で直列接続された各々の蓄電素子３５のインピーダンスが、蓄電素子３５を流れる電流の周波数によってどのように変化するかを調べ、このインピーダンス変化から蓄電素子３５の劣化診断を行っている。従って、蓄電システム１０の運転履歴データとして、蓄電システム１０からの出力周波数の変動履歴をそれぞれの蓄電素子３５の劣化診断データと時系列的に関連付けて記録しておくことで、電力網の運用上の有用な情報が得られる。言い換えると、蓄電システム１０の運転履歴と蓄電素子３５を構成する蓄電素子の劣化箇所および劣化の程度との間の相関関係を明確化する情報を得ることができる。例えば、上記の運転履歴データを活用することで、電力系統５と連系させた状態の蓄電システム１０をどのようなパターンに従って運転すれば蓄電素子３５も含めた蓄電システム１０の長寿命化を図れるかを知るための手がかりとなる情報を得ることができる。

　また、電力網に接続する蓄電システム１０に最適な蓄電素子３５の構造を知るための情報を得ることができる。

　＜第２の実施形態＞
　続いて、本発明の第２の実施形態に従い、電力系統との系統連系により電力の授受を行う蓄電システムについて図７を参照しながら説明する。

　（２－１）蓄電システムの全体構成
　図７に示す例示的な蓄電システム１００は、特許第６２１２３６１号公報で開示された回路方式であり、各相に零相電圧を印加して、零相電流を通流させることが可能である。したがって、第１の実施形態と同様に、各相間を一巡する循環経路を有することで、個別の循環経路を有し、単位変換器１５１の直列体で構成される各アーム１５ｒｓ、アーム１５ｓｔおよびアーム１５ｔｒに零相電圧を印加して、零相電流を通流させて、任意の蓄電素子３５の劣化診断を行うことができる。以下、この実施形態に係る蓄電システム１００について具体的に説明する。蓄電システム１００は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相から成る三相交流電力を供給する電力系統５に接続され、電力系統５と連系している。蓄電システム１００は、変圧器１１０と、Ｒ－Ｓ相間に電力供給するアーム１５ｒｓと、Ｓ－Ｔ相間に電力供給するアーム１５ｓｔと、Ｔ－Ｒ相間に電力供給するアーム１５ｔｒと、制御部（制御手段）１３と、電圧計１９ｒｓ，１９ｓｔ，１９ｔｒとを備えている。

　図２に示した蓄電システム１０と同様に、蓄電システム１００は、三相交流用のＭＭＣであるが、アーム１５ｒｓ、アーム１５ｓｔおよびアーム１５ｔｒは、デルタ結線ではなく、３つの単相回路が磁気回路を介した電磁誘導結合で相互接続されている点が異なる。また、第２の実施形態に従い、図７に示す蓄電システム１００は、図２に示した蓄電システム１０とは異なりアーム１５ｒｓ、アーム１５ｓｔおよびアーム１５ｔｒは、変圧器１１０の鉄心１１３により形成される磁気回路を介して電力系統５と電磁誘導結合されている。以下、変圧器１１０の接続に於いて、電力系統５などが接続されている方を「一次側」とし、各アーム１５ｒｓ、１５ｓｔ、１５ｔｒが接続されている方を「二次側」として説明する。第２の実施形態では、変圧器１１０の一次側がΔ結線され、各相間を一巡する循環経路となる。

　図７に示す蓄電システム１００は、三相交流の相間にそれぞれ対応して一次巻線１１１（１１１ｒｓ，１１１ｓｔ，１１１ｔｒ）と二次巻線１１２（１１２ｒｓ，１１２ｓｔ，１１２ｔｒ）が設けられ、一次巻線１１１を介して三相交流電源からの電力供給を受ける変圧器１１０と、充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器１５１を備え、三相交流の相間にそれぞれ対応して設けられた複数の二次巻線１１２（１１２ｒｓ，１１２ｓｔ，１１２ｔｒ）とそれぞれ接続された複数のアーム１５（１５ｒｓ，１５ｓｔ，１５ｔｒ）と、アーム１５の内部における蓄電素子の接続状態を制御する制御部１３と、を備えて構成されている。また、図７に示す蓄電システム１００では、三相交流の相間にそれぞれ対応する複数の環状電流路が、各々のアーム１５（１５ｒｓ，１５ｓｔ，１５ｔｒ）と各々の二次巻線１１２（１１２ｒｓ，１１２ｓｔ，１１２ｔｒ）により形成された閉回路１５５（１５５ｒｓ，１５５ｓｔ，１５５ｔｒ）として個別に形成され、制御部１３は、複数の上記環状電流路の各々で、診断用の周波数、すなわち、電力系統の周波数とは異なる周波数の零相循環電流が流れるように、上記制御を行う制御シーケンスを実行し、診断対象として指定された蓄電素子の劣化状態を試験するように構成される。すなわち、この個別の循環経路は零相循環経路となる。また、零相循環電流は、一次側ではΔ結線を循環する電流となる。

　（２－２）系統側と磁気結合する変圧器と周辺回路の構成
　以下、図７に示す電力系統５側と磁気結合する変圧器と周辺回路の構成について詳しく説明する。図７に示すように、変圧器１１０は、三相変圧器であり、三脚鉄心が使用されている。変圧器１１０は、脚１１３ｒｓ，１１３ｓｔ，１１３ｔｒを備えている。脚１１３ｒｓには、Ｒ－Ｓ相の一次巻線１１１ｒｓと二次巻線１１２ｒｓとが巻回されて磁気結合している。脚１１３ｓｔには、Ｓ－Ｔ相の一次巻線１１１ｓｔと二次巻線１１２ｓｔとが巻回されて磁気結合している。脚１１３ｔｒには、Ｔ－Ｒ相の一次巻線１１１ｔｒと二次巻線１１２ｔｒとが巻回されて磁気結合している。

　Ｒ－Ｓ相間に電力供給するアーム１５ｒｓと、Ｓ－Ｔ相間に電力供給するアーム１５ｓｔと、Ｔ－Ｒ相間に電力供給するアーム１５ｔｒとは、それぞれ６個の単位変換器１５１が直列接続されている。変圧器１１０のＲ－Ｓ相の二次巻線１１２ｒｓの両端は、ｕＳ相間のアーム１５ｒｓの両端と接続されている。変圧器１１０のＳ－Ｔ相間の二次巻線１１２ｓｔの両端は、Ｓ－Ｔ相間のアーム１５ｓｔの両端と接続されている。変圧器１１０のＴ－Ｒ相間の二次巻線１１２ｔｒの両端は、Ｔ－Ｒ相間のアーム１５ｔｒの両端と接続されている。

　変圧器１１０のＲ－Ｓ相間の一次巻線１１１ｒｓは、電力系統５のＲ相とＳ相との間に接続されている。変圧器１１０のＳ－Ｔ相間の一次巻線１１１ｓｔは、電力系統５のＳ相とＴ相との間に接続されている。変圧器１１０のＴ－Ｒ相間の一次巻線１１１ｔｒは、電力系統５のＴ相とＲ相との間に接続されている。すなわち、変圧器１１０の一次巻線１１１ｒｓ，１１１ｓｔ，１１１ｔｒは、デルタ結線されて電力系統５に接続される。

　電圧計１９ｒｓは、電力系統５のＲ相とＳ相との間に接続されて、その線間電圧Ｖｓｒｓを計測するものである。電圧計１９ｓｔは、電力系統５のＳ相とＴ相との間に接続されて、その線間電圧Ｖｓｓｔを計測するものである。電圧計１４ｔｒは、電力系統５のＴ相とＲ相との間に接続されて、その線間電圧Ｖｓｔｒを計測するものである。各電圧計１９ｒｓ，１９ｓｔ，１９ｔｒは更に、光ファイバ（不図示）によって制御部１３に接続され、計測した電圧情報を送信する。

　制御部１３は、光ファイバ（不図示）によって電圧計１９ｒｓ，１９ｓｔ，１９ｔｒおよび各アーム１５ｒｓ，１５ｓｔ，１５ｔｒを構成する単位変換器１５１に接続されている。制御部１３は、各電圧計１９ｒｓ，１９ｓｔ，１９ｔｒが計測した各線間電圧Ｖｓｒｓ，Ｖｓｓｔ，Ｖｓｔｒに基づいて、各アーム電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｔｒを制御するものである。

　（２－３）蓄電システム内の回路動作について
　ここで、各電圧と各電流とを以下のように定義する。Ｒ－Ｓ相間に供給されるアーム１５ｒｓの両端の電圧は、アーム電圧Ｖｒｓである。Ｓ－Ｔ相間に供給されるアーム１５ｓｔの両端の電圧は、アーム電圧Ｖｓｔである。Ｔ－Ｒ相間に供給されるアーム１５ｔｒの両端の電圧は、アーム電圧Ｖｔｒである。

　ｕＳ相間のアーム１５ｒｓと、変圧器１１０のＲ－Ｓ相間の二次巻線１１２ｒｓとの間には、二次側電流Ｉｒｓ２が流れる。Ｓ－Ｔ相間のアーム１５ｓｔと、変圧器１１０のｖＴ相の二次巻線１１２ｓｔとの間には、二次側電流Ｉｓｔ２が流れる。ｗＲ相間のアーム１５ｔｒと、変圧器１１０のＴ－Ｒ相の二次巻線１１２ｔｒとの間には、二次側電流Ｉｔｒ２が流れる。

　変圧器１１０のＲ－Ｓ相の二次巻線１１２ｒｓの両端には、二次側電圧Ｖｒｓ２が印加され、二次側電圧Ｖｒｓ２と、アーム電圧Ｖｒｓとは同一である。変圧器１１０のＳ－Ｔ相の二次巻線１１２ｓｔの両端には、二次側電圧Ｖｓｔ２が印加され、二次側電圧Ｖｓｔ２と、アーム電圧Ｖｓｔとは同一である。変圧器１１０のＴ－Ｒ相の二次巻線１１２ｔｒの両端には、二次側電圧Ｖｔｒ２が印加され、二次側電圧Ｖｔｒ２と、アーム電圧Ｖｔｒとは同一である。また、変圧器１１０のＲ－Ｓ相の一次巻線１１１ｒｓの両端の電圧は、一次側電圧Ｖｒｓ１であり、変圧器１１０のＳ－Ｔ相の一次巻線１１１ｓｔの両端の電圧は、一次側電圧Ｖｓｔ１であり、変圧器１１０のＴ－Ｒ相の一次巻線１１１ｔｒの両端の電圧は、一次側電圧Ｖｔｒ１である。

　電力系統５のＲ相には、蓄電システム１００から電力系統５への方向に、系統電流Ｉｓｒが流れる。電力系統５のＳ相には、蓄電システム１００から電力系統５への方向に、系統電流Ｉｓｓが流れる。電力系統５のＴ相には、蓄電システム１００から電力系統５への方向に、系統電流Ｉｓｔが流れる。電力系統５のＲ相とＳ相との間の電圧は、線間電圧Ｖｓｒｓである。線間電圧Ｖｓｒｓは、電圧計１４ｒｓによって計測される。電力系統５のＳ相とＴ相との間の電圧は、線間電圧Ｖｓｓｔである。線間電圧Ｖｓｓｔは、電圧計１４ｓｔによって計測される。電力系統５のＴ相とＲ相との間の電圧は、線間電圧Ｖｓｔｒである。線間電圧Ｖｓｔｒは、電圧計１４ｔｒによって計測される。

　また、アーム１５ｒｓを構成する単位変換器１５１_ｒｓ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々は、図３を参照しながら第１の実施形態で上述したフルブリッジ回路と同様の回路構成を有する。また、単位変換器１５１_ｒｓ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々は、図４を参照しながら第１の実施形態で上述した制御を制御部１３からフルブリッジ回路内のスイッチング素子に対して行うことが可能である。その結果、単位変換器１５１_ｒｓ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々は、第１の実施形態で上述した単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）と同様の回路動作を実現することが可能となる。単位変換器１５１_ｓｔ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）、単位変換器１５１_ｔｒ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）についても同様である。さらに、図示しないインピーダンス特性測定部を有しており、第１の実施形態と同様に、単位変換器１５１の有する蓄電素子の電圧と、後述の閉回路を流れる循環電流Ｉ_ｃｉｒとを検出する検出部として機能する。

　（２－４）制御部による電流圧制御動作について
　次に、アーム１５ｒｓ、１５ｓｔおよび１５ｔｒのそれぞれのアーム電圧Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｔｒについて説明する。説明を簡単にするために、以下、アーム１５ｒｓのアーム電圧Ｖｒｓのみについて説明するが、アーム１５ｓｔおよび１５ｔｒのアーム電圧ＶｓｔおよびＶｔｒについても同様である。

　第２の実施形態の蓄電システム１００の制御部１３は、キャリア位相シフトＰＷＭにより、単位変換器１５１_ｒｓ ^（１）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々に含まれる各スイッチング素子のオン・オフ制御を行う。その結果、アーム１５ｒｓを構成するＪ個の単位変換器１５１_ｒｓ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々に対してスイッチング素子の開閉制御を行うことで、アーム１５ｒｓからＲ相とＳ相の相間に出力される電圧を正弦波に近い波形となるように出力することが可能となる。同様に、アーム１５ｓｔを構成するＪ個の単位変換器１５１_ｓｔ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々に対してスイッチング素子の開閉制御を行うことで、アーム１５ｓｔからＳ相とＴ相の相間に出力される電圧を正弦波に近い波形となるように出力することが可能となる。また、アーム１５ｔｒを構成するＪ個の単位変換器１５１_ｔｒ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々に対してスイッチング素子の開閉制御を行うことで、アーム１５ｔｒからＴ相とＲ相の相間に出力される電圧を正弦波に近い波形となるように出力することが可能となる。

　つまり、図４を用いて上述した制御動作と同様に、制御部１３は、アーム１５ｓｔ、１５ｓｔおよび１５ｔｒの各々を構成する単位変換器内のスイッチング素子を開閉制御する。これにより、アーム１５ｓｔ、１５ｓｔおよび１５ｔｒの各々の内部において直列接続された蓄電素子の合成電圧を所望の周波数の交流波形に変換するために、アーム１５ｓｔ、１５ｓｔおよび１５ｔｒの各々は、多重レベル変換器としての電圧変換動作を実行する。

　従って、この試験用の電流が流れる閉回路１５５ｒｓ、１５５ｓｔおよび１５５ｔｒは、第１の実施形態に関し、図５に示した主回路部１０ａにて形成される環状電流路７１に対応するものであるが、３本のアーム１５ｒｓ、１５ｓｔおよび１５ｔｒの各々に対応して３つの閉回路１５５ｒｓ、１５５ｓｔおよび１５５ｔｒが個別に形成される点が異なる。以上、図７を参照して説明したように、第２の実施形態に係る蓄電システム１００では、変圧器１１０の一次側の回路がΔ結線で構成されている。このことから、アーム１５ｓｔ、１５ｓｔおよび１５ｔｒの各々が零相電圧を出力して、零相電流を流しても、変圧器１１０の一次側では、Δ結線に零相電流の循環電流が通流するのみで、蓄電システム１００と電力系統５との間の有効電力や無効電力の授受などには影響しない。

　従って、制御部１３は、Ｒ－Ｓ相のアーム１５ｒｓを構成する蓄電素子の劣化診断時には、閉回路１５５ｒｓに異なる周波数の循環電流１５９ｒｓが流れるように、単位変換器１５１_ｒｓ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）を制御する。同様に、Ｓ－Ｔ相のアーム１５ｓｔを構成する蓄電素子の劣化診断時には、閉回路１５５ｓｔに異なる周波数の循環電流１５９ｓｔが流れるように、単位変換器１５１_ｓｔ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）を制御する。また、Ｔ－Ｒ相のアーム１５ｔｒを構成する蓄電素子の劣化診断時には、閉回路１５５ｔｒに異なる周波数の循環電流１５９ｔｒが流れるように、単位変換器１５１_ｔｒ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）の各々に制御を行う制御シーケンスを実行する。ここで、閉回路１５５ｒｓ、１５５ｓｔおよび１５５ｔｒを流れる試験用の電流は、第１の実施形態に関し、図５に示した循環電流Ｉ_ｃｉｒに対応するものである。このように制御部１３は、単位変換器を制御し、複数の環状電流路の少なくとも１つに、異なる周波数の循環電流を流し、診断対象として指定された蓄電素子の劣化状態を試験する。

　（２－５）第２の実施形態が奏する効果
　こうして、充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器１５１_ｒｓ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）を備えるアーム１５ｒｓにより生成された循環電流１５９ｒｓを閉回路１５５ｒｓ内で周波数を様々に異ならせながら流すことで、アーム１５ｒｓを構成する蓄電素子の劣化状態を電気的に試験することが可能となる。同様に、蓄電素子を有する単位変換器１５１_ｓｔ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）を備えるアーム１５ｓｔにより生成された循環電流１５９ｓｔを閉回路１５５ｓｔ内で周波数を様々に異ならせながら流すことで、アーム１５ｓｔを構成する蓄電素子の劣化状態を電気的に試験することが可能となる。また、蓄電素子を有する単位変換器１５１_ｔｒ ^（ｊ）（１≦ｊ≦Ｊ）を備えるアーム１５ｔｒにより生成された循環電流１５９ｔｒを閉回路１５５ｔｒ内で周波数を様々に異ならせながら流すことで、アーム１５ｔｒを構成する蓄電素子の劣化状態を電気的に試験することが可能となる。

　以上より、図７に示す第２の実施形態では、蓄電素子の診断時に蓄電素子の劣化状態を試験するための電流を流すアーム１５ｒｓ、１５ｓｔおよび１５ｔｒと外部の電力系統５との間を、変圧器１１０の磁気回路を介して電磁誘導結合する。これにより、第２の実施形態では、蓄電素子を直列接続して成るアーム１５ｒｓ、１５ｓｔおよび１５ｔｒが電力系統５側と配線接続されていない状態で互いに電力の授受を行うことができる。その結果、第２の実施形態では、蓄電素子の劣化状態を試験するための電流が電力系統５に流れることを防止し、電力系統５での電力状態の安定性を損なうことを抑制することができる。

　＜追加の実施形態＞
　第１の実施形態および第２の実施形態のいずれにおいても、診断対象の蓄電素子３５に複数の異なる周波数成分を含む電圧を一度に印加してもよい。この場合、当該電圧を印加しながら測定して得られたインピーダンス特性に対して、フーリエ解析などを行い、周波数成分毎に複素インピーダンスを求めるようにすることがより好ましい。このようにすることで、追加の実施形態では、第１の実施形態や第２の実施形態と比べて、多数の周波数成分にわたって複素インピーダンスを一括して測定することができる。その結果、この実施形態では、一定の周波数範囲にわたって複素インピーダンス特性の変動の軌跡を図７に例示するような曲線として得るのに要する所要時間を短くすることができるという技術的利点がある。

　第１の実施形態では、一例として、蓄電システム１０を新エネシステムとしてのウインドファーム（風力発電装置）に接続された配電システム（電力系統５）に連系した場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、新エネシステムとしてのバイオマス（動植物に由来する有機物）発電装置、地熱発電装置（バイナリー発電）、小型の水力発電装置及び太陽光発電装置などが接続された配電システムに連系して使用することもできる。さらに、比較的低圧の配電システムに限らず、例えば、従来の大出力発電所から変電所までの高圧の送電システムに連系して使用することもできる。送電システムに連系する場合は、高耐圧のスイッチング素子をスイッチに用いるようにする。

　さらに、蓄電システム１０は、データセンタ等で使用される無停電電源装置用のバッテリシステムとして、データセンタなどの重要負荷に接続して使用することもできる。

　さらに、蓄電システム１０は、電気自動車のバッテリシステムとしてモータに接続して使用することもできる。さらに、蓄電システム１０を電気自動車用のバッテリシステムとして使用する場合は、電力系統に接続して電力系統からバッテリを充電するほか、電力系統の電力の過不足に合わせて、電気自動車のバッテリの電力を充放電できる。また、電力系統の電圧に応じて、電気自動車用のバッテリシステムから無効電力を出力して電力系統の電圧を制御してもよい。さらに、本電気自動車用のバッテリシステムを有する電気自動車をデータセンタなどの停電に対するリスクが高い重要負荷の近辺に駐車させて、重要負荷の無停電電源装置として機能させてもよい。この場合、複数の電気自動車や他の無停電電源装置と連携して、電力系統の電圧を制御させると好適である。

　＜実施例＞
　実施例では、第１の実施形態の蓄電システム１０について回路シミュレーションを実施し、蓄電システム１０の運転を継続しながら、蓄電システム１０と接続された電力系統５に対して影響を与えずに、蓄電素子３５の劣化診断に必要な電流を通流できることを確認した。

　本実施例の回路シミュレーションは、第１の実施形態の構成（図２）において、蓄電システム１０を電力系統５から、配電線５３ｕ、５３ｖ、５３ｗのリアクタンス成分５４ｕ、５４ｖ、５４ｗ及び抵抗成分５５ｕ、５５ｖ、５５ｗと、負荷５６を除いた回路で実施した。蓄電システム１０の３本のアーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの各々は、蓄電素子３５を含む単位変換器Ｃ_ｘ ^（ｉ）を２個直列接続した構成とした。アーム１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃの各々に、循環電流Ｉ_ｃｉｒの通流に必要な零相電圧と、電力系統５の電力制御用の正相電圧との和電圧を出力させ、蓄電システム１０の内部に流れる電流と、蓄電システム１０から電力系統５に供給される電流をシミュレーションした。

　上記のような構成で回路シミュレーションを実施した結果を、図８を参照して説明する。図８に示す全ての電流波形の横軸の単位は秒[sec]、縦軸の単位はアンペア[A]である。図８の８Ａは循環電流成分Ｉ_ｃｉｒの電流波形、８Ｂは電力系統５の電力制御用の電流成分の波形である。図８の８Ｃは、８Ａで示した循環電流成分Ｉ_ｃｉｒと８Ｂで示した電力制御用電流成分との和電流の波形であり、この和電流が、蓄電素子３５の診断を実施している際に蓄電システム１０の内部に流れる電流である。図８の８Ｄは、蓄電素子３５から放電され、蓄電システム１０から電力系統５に供給される電流の波形を示している。

　図８に示すように、診断用電流である循環電流Ｉ_ｃｉｒ（８Ａ）が通流している状態において、蓄電システム１０から電力系統５に供給される電流（８Ｄ）に変動は見られなかった。この結果は、蓄電システム１０は、循環電流Ｉ_ｃｉｒを電力系統５に流出させることなく、すなわち、外部の電力系統および負荷における電力の安定性を損なうことなく、蓄電素子３５の診断を実施できることを示している。

　以上説明したように、蓄電システム１０の制御部１３は、外部の電力系統５との間で電力の授受をしている間に、すなわち、電力の授受と同時に、診断対象として指定された蓄電素子３５の劣化状態を試験することができる。また、蓄電素子３５の劣化状態の試験は、電力系統５に対して蓄電システム１０が充放電している間に限られず、他の電気的な信号、例えば、電力系統５の電圧状態を監視または管理するための信号を送受信している間においても、同様に実行することができる。また、蓄電システム１０は、外部の電力系統５との間で電力の授受及びその他の信号の授受をしていない状態においても、診断対象として指定された蓄電素子３５の劣化状態を試験することができる。例えば、蓄電システム１０は、電力系統５と電力及び信号の授受をしていない状態において蓄電素子３５の該試験を開始し、その後の任意のタイミングで、例えば電力系統５の電力の過不足に応じて、電力系統５との間で電力または信号の授受を開始するようにしてもよい。

１　電力網システム
５　電力系統
１０　蓄電システム
１０ａ　主回路部
１１Ａ　アーム
１１Ｂ　アーム
１１Ｃ　アーム
１２　インピーダンス特性測定部
１３　制御部（制御手段）
１５（１５ｒｓ，１５ｓｔ，１５ｔｒ）　アーム
１９（１９ｒｓ，１９ｓｔ，１９ｔｒ）　電圧計
３３　第１スイッチアーム
３３Ｈ　第１スイッチ
３３Ｌ　第２スイッチ
３４　第２スイッチアーム
３４Ｈ　第３スイッチ
３４Ｌ　第４スイッチ
３５　蓄電素子
３６　第１スイッチ群
３７　第２スイッチ群
５０　発電設備
５３ｕ　配電線
５３ｖ　配電線
５３ｗ　配電線
５６　負荷
５７ｕ　端子
５７ｖ　端子
５７ｗ　端子
７１　環状電流路
９０Ａ　風力発電電力
９０Ｂ　合成電力
９０Ｃ　充放電電力
９１　風況
９２　ウインドファーム
９３　負荷
１００　蓄電システム
１１０　変圧器
１１１（１１１ｒｓ，１１１ｓｔ，１１１ｔｒ）　一次巻線
１１２（１１２ｒｓ，１１２ｓｔ，１１２ｔｒ）　二次巻線
１１３　鉄心
１１３ｒｓ，１１３ｓｔ，１１３ｔｒ　脚
１２０　電圧測定部
１５１　単位変換器
３００ａ　軌跡
３００ｂ　軌跡
３００ｃ　軌跡
３１０ａ　頂点
３２０ａ　等価回路
３２０ｂ　等価回路
３２０ｃ　等価回路
３２１ａ　等価キャパシタンス
３２１ｂ　等価キャパシタンス
３２１ｃ　等価キャパシタンス
３２２ａ　内部抵抗
３２２ｂ　内部抵抗
３２２ｃ　内部抵抗

 

Claims (24)

1. 　充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備えるアームを、三相交流における相間にそれぞれ対応して設けて環状電流路を形成する主回路部と、
   　診断対象として指定された前記蓄電素子を前記環状電流路へ接続した状態で、前記環状電流路に任意の周波数の循環電流を流して、診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化状態を試験する制御手段と、
   　を備える、
   　蓄電システム。
2. 　充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備えるアームを、三相交流における相間にそれぞれ対応して設けて環状電流路を形成する主回路部と、
   　前記環状電流路を流れる異なる周波数の循環電流により、診断対象として指定された前記蓄電素子の端子間に生じた電圧と前記蓄電素子に通流した電流をそれぞれ検出する検出部と、を備える、
   　蓄電システム。
3. 　前記単位変換器の一部は、前記蓄電素子が接続されたフルブリッジ回路として構成され、
   　前記フルブリッジ回路として構成された前記単位変換器において、対角位置にある一対のスイッチング素子が導通状態の時に、診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化状態を試験する機能を有する、
   　請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 　前記循環電流の周波数変化に従い、前記蓄電素子の複素インピーダンスが複素平面上に描く軌跡から取得した、前記循環電流を流した前記蓄電素子が示す内部抵抗と等価キャパシタンスに基づいて、前記蓄電素子の劣化状態を判別する判別手段を有する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
5. 　診断対象として指定された前記蓄電素子を除く他の前記蓄電素子の充放電動作によって、前記循環電流の生成を行う機能を有する、
   　請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
6. 　三相交流の相間にそれぞれ対応して一次巻線と二次巻線が設けられ、前記一次巻線を介して三相交流電源からの電力供給を受ける変圧器と、
   　充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備え、三相交流の相間にそれぞれ対応して設けられた複数の前記二次巻線とそれぞれ接続された複数のアームと、
   　三相交流の相間にそれぞれ対応し、各々の前記アームと各々の前記二次巻線により形成された閉回路として個別に形成された複数の環状電流路と、
   　前記単位変換器を制御し、複数の前記環状電流路の少なくとも１つに、異なる周波数の循環電流を流し、診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化状態を試験する制御手段とを備える、
   　蓄電システム。
7. 　前記制御手段は、接続された外部の電力系統との間で電力の授受を行うと同時に、前記蓄電素子の劣化状態を試験する
   　請求項１又は６に記載の蓄電システム。
8. 　前記制御手段は、接続された外部の電力系統との間で正相電流または逆相電流を用いて電力の授受を行い、零相電流を前記環状電流路に流す前記循環電流として用いて前記蓄電素子の劣化状態を試験する
   　請求項１又は６に記載の蓄電システム。
9. 　蓄電素子を有し、接続された外部システムとの間で電力を授受可能な複数の単位変換器と、
   　複数の前記単位変換器と前記外部システムの間で電力を授受している間に、複数の前記単位変換器から選択した１つの前記単位変換器の前記蓄電素子に、周波数の異なる交流電圧を順次印加し、前記蓄電素子の等価回路を推定する制御手段とを備える、
   　蓄電システム。
10. 　選択した１つの前記単位変換器に、他の前記単位変換器が前記交流電圧を印加する機能を有する、
    　請求項９に記載の蓄電システム。
11. 　充放電可能な蓄電素子を有する単位変換器を備えるアームを設けた主回路部を備え、交流システムに接続された蓄電システムであって、
    　前記交流システムとの間で電力を授受しながら診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化状態を試験する制御手段を備える、
    　蓄電システム。
12. 　前記交流システムが三相交流システムである、
    　請求項１１に記載の蓄電システム。
13. 　前記制御手段が、前記交流システムの周波数とは異なる周波数の交流電圧を前記蓄電素子に印加することで診断対象として指定された前記蓄電素子の劣化を診断する機能を有する、
    　請求項１１又は１２に記載の蓄電システム。
14. 　前記蓄電素子の素子情報の時系列データと、前記蓄電素子の複素インピーダンスから推定した等価回路のインピーダンス値の時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の前記素子情報と、前記蓄電素子の劣化状態とを関連付ける学習手段を備える、
    　請求項１～１３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
15. 　前記学習手段は、前記蓄電素子の前記素子情報と、前記蓄電素子の劣化状態との関連付けをデータマイニングによって行うデータマイニング手段を備える、
    　請求項１４に記載の蓄電システム。
16. 　入出力情報の時系列データと、前記蓄電素子の複素インピーダンスから推定した等価回路のインピーダンス値の時系列データとに基づいて、前記入出力情報と、前記蓄電素子の劣化状態とを関連付ける学習手段を備える、
    　請求項１～１３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
17. 　前記学習手段は、前記入出力情報と、前記蓄電素子の劣化状態との関連付けをデータマイニングによって行うデータマイニング手段を備える、
    　請求項１６に記載の蓄電システム。
18. 　前記学習手段は、前記学習手段とは別体に構成され、前記関連付けの少なくとも一部を行わせる外部装置と接続されている、
    　請求項１４～１７のいずれか１項に記載の蓄電システム。
19. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の蓄電システムが接続された新エネシステム。
20. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の蓄電システムが連系された配電システム。
21. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の蓄電システムが連系された送電システム。
22. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の蓄電システムが接続された輸送機器。
23. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の蓄電システムが連系された電気自動車のバッテリシステム。
24. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の蓄電システムが連系された無停電電源装置のバッテリシステム。
    
     

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