JP2007300784A - 分散型電源 - Google Patents

Abstract

【課題】分散型電源の有効電力に起因する連系点電圧の変動を低コストな手法によって効果的に抑制する。
【解決手段】既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、既存の電力系統の系統インピーダンスを推定すると共に、この系統インピーダンスの推定値Ｒ＋ｊＸ、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇからなる下記関係式に基づいて連系点電圧の変動を最小化する無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求め、この最適値を所定の力率下限値に制限して連系点に出力するように前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散型電源に関する。特に、連系点電圧を制御する分散型電源に関する。

近年、風力発電装置や太陽電池等の分散型電源が既存の配電系統と連系して需要家に電力を供給することが行われている。そして、このような分散型電源を電力系統に連系する場合の技術要件のうち、電圧、周波数等の電力品質を確保していくために必要な事項が、経済産業省から「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」として、策定されている。
分散型電源とは、その発電形態、規模、設置者を問わず、需要場所の近くに設置される発電設備のことを指す。例えば、自然エネルギーを利用した太陽光発電設備、風力発電設備などや、燃料を利用したエンジン発電システムやガスタービン発電システム、燃料電池、廃棄物発電設備、バイオマス発電設備などが挙げられる。また、これらのみならず、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池（ＮＡＳ電池）、フライホイール、超電導エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）などの電力やエネルギーを貯蔵し放出するものなども分散型電源の概念に含まれる。

一方、電気事業者には、供給する電気の電圧が電気事業法及び経済産業省令によって維持すべき値として規定されており、上記ガイドラインでは、低圧需要家の電圧を適正値に維持するための対策として、分散型電源からの逆潮流により低圧需要家の電圧が適正値を逸脱して上昇するおそれがあるときは、分散型電源の無効電力制御機能または出力制御機能により自動的に電圧を調整する対策を行うことが記載されている。
なお、分散型電源に関する系統点電圧の制御技術の１つとして、例えば下記特許文献１がある。
電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン（資源エネルギー庁） 特開２００５−１６０１８８号公報

ところで、本出願人は、上述した従来技術に鑑み、分散型電源の有効電力に起因する連系点電圧の変動を低コストな手法で抑制し得る発明を、特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４として出願している。この発明は初期の目的を十分に達成するものであるが、分散型電源に関連する市場からは上記連系点電圧の変動抑制機能に関するコストをさらに低コスト化することが要求されている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、分散型電源の有効電力に起因する連系点電圧の変動をさらに低コストな手法によって効果的に抑制することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、分散型電源に係わる第1の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、前記電力系統の系統インピーダンスを推定すると共に、前記系統インピーダンスの推定値Ｒ＋ｊＸ、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇからなる下記関係式に基づいて連系点電圧の変動を最小化する無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求め、この最適値を所定の力率下限値に制限して連系点に出力するように前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第２の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、前記電力系統の系統インピーダンスを推定し、前記系統インピーダンスの推定値が大きいほど有効電力に対する連系点電圧下げ方向の無効電力の割合が大きくなるように、前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第３の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、前記電力系統の系統インピーダンスＺを推定し、有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ、系統インピーダンス推定値Ｚ、前記系統インピーダンスＺに関する所定の２値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｈ（ただし、Ｚ_Ｌ＜Ｚ_Ｈ）及び力率cosφからなる下記関係式に基づいた無効電力を出力するように、前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第４の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、連系点電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が大きいほど有効電力に対する前記連系点電圧下げ方向の無効電力の割合が大きくなるように、前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第５の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、連系点電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段が検出した連系点電圧Ｖ、有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ、連系点電圧Ｖに関する所定の２値Ｖ_Ｌ，Ｖ_Ｈ（ただし、Ｖ_Ｌ＜Ｖ_Ｈ）及び力率cosφからなる下記関係式に基づいた無効電力を出力するように、前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第６の解決手段として、上記第２ないし第５のいずれか一の解決手段において、制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が電力発生手段の出力容量を越えようとするときには、前記出力容量を越えないように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第７の解決手段として、上記第２ないし第５のいずれか一の解決手段において、制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が無効電力に関する所定の上限値を上回ろうとするときには、無効電力を前記上限値に設定するように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第８の解決手段として、上記第２ないし第５のいずれか一の解決手段において、制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が力率の下限値を下回ろうとするときには、前記力率の下限値を保つように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第９の解決手段として、上記第２ないし第５のいずれか一の解決手段において、制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が無効電力の下限値を下回ろうとするときには、無効電力を前記下限値に設定するように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１０の解決手段として、上記第２ないし第５のいずれか一の解決手段において、制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が力率の上限値を上回ろうとするときには、無効電力が当該力率の上限値を保つように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１１の解決手段として、上記第２ないし第５のいずれか一の解決手段において、制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力の方向が反転しようとするときには、前記無効電力をゼロに設定するように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１２の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、前記電力系統の系統インピーダンスを推定し、前記系統インピーダンスの推定値が所定の下限値と上限値とによって規定される許容インピーダンス範囲にある場合は、有効電力に対する無効電力の割合を、前記下限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を減少させる方向に変化させ、逆に前記上限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を増加させる方向に変化させるように、前記電力発生手段を制御する制御手段と
を具備する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１３の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、連系点電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が所定の下限値と上限値とによって規定される許容電圧範囲にある場合は、有効電力に対する無効電力の割合を、前記下限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を減少させる方向に変化させ、逆に前記上限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を増加させる方向に変化させるように、前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１４の解決手段として、上記第１２または第１３の解決手段において、制御手段は、前記上限値を超える場合には、前記上限値に相当する無効電力を出力するように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１５の解決手段として、上記第１２ないし第１４のいずれか一の解決手段において、制御手段は、前記下限値を下回る場合には、前記下限値に相当する無効電力を出力するように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１６の解決手段として、上記第１２ないし第１５のいずれか一の解決手段において、制御手段は、連系点系統電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が電力発生手段の出力容量を越えようとするときには、前記当該出力容量を越えないように前記電力発生手段を制御する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１７の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、連系点電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が所定の上限値を越えた場合は系統電圧下げ方向の無効電力を出力して前記連系点電圧を前記上限値に維持するように、また前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が所定の下限値を下回った場合には系統電圧上げ方向の無効電力を出力して前記連系点電圧を前記下限値に維持するように前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１８の解決手段として、上記第１７の解決手段において、前記電力発生手段から連系点に無効電力を出力しない通常運転モードと、無効電力を前記電力発生手段から連系点に出力することにより連系点電圧を前記上限値または前記下限値に制御する電圧補償運転モードとの２つの運転モードを持ち、前記通常運転モードにおいて、前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が前記上限値よりも高くなったとき及び前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が前記下限値よりも低くなったときに前記電圧補償運転モードに移行し、前記電圧補償運転モードにおいては、無効電力出力の極性が反転したときに前記通常運転モードに移行する、という手段を採用する。

分散型電源に係わる第１９の解決手段として、上記第１ないし第１８のいずれか一の解決手段において、既存の電力系統に代えて、電力系統から自立して運転している系統あるいは電力系統と連系して運転している系統と連系して電力を負荷に供給する、という手段を採用する。

本発明によれば、過剰な無効電力の出力を抑制することができるので、無効電力を発生する電力発生手段の容量を低減することができる。したがって、分散型電源の有効電力に起因する連系点電圧の変動抑制に関するコストを低コスト化することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
Ａ：第１実施形態（一定リミッタ付Ｚカメレオン方式）
図1は、本発明の第１実施形態に係わる配電設備の系統図である。本第１実施形態は、自らが出力する有効電力Ｐ_Ｇを定常的に制御し得ないタイプの分散型電源ＰＷ1を具備する配電設備に関する。

この図１において、符号Ｓは配電用変電所、Ｃ1は高圧配電線、Ｔ1，Ｔ2は配電用変圧器（柱上変圧器）、Ｃ2は低圧配電線、ＰＷ1は分散型電源、Ｌは負荷である。配電用変電所Ｓは高圧配電線Ｃ1を介して配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2の一次側に接続されている。高圧配電線Ｃ1は、上記配電用変電所Ｓから出力された高圧電力（例えば６６００Ｖ）を配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2まで伝送する。配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2は、高圧配電線Ｃ1を介して供給された高圧電力を例えば１００Ｖや２００Ｖの低圧電力に電圧変換し低圧配電線Ｃ2に供給する。低圧配電線Ｃ2は、配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2と負荷Ｌとの間に設けられており、低圧電力を負荷Ｌに供給する。

ここで、上記配電用変電所Ｓ、高圧配電線Ｃ1、配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2及び低圧配電線Ｃ2は、市中にネットワーク状に敷設された既存の配電系統を構成している。これに対して、分散型電源ＰＷ1は、連系点において低圧配電線Ｃ2と接続されており、上記既存の配電系統と連系して負荷Ｌに低圧電力を供給するものである。また、負荷Ｌは、既存の配電系統に接続された全ての負荷を例示している。

このような分散型電源ＰＷ1は、図示するように、主な機能構成要素として電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力電力演算部４、記憶部５、出力電流設定部６、出力電流制御部７、インバータ８、直流電源９及び連系リアクトル１０を備えている。電圧計１は、低圧配電線Ｃ2の連系点における電圧（連系点電圧Ｖ）を検出して検出電力演算部３に出力する。電流計２は、本分散型電源ＰＷ1の出力電流を検出して検出電力演算部３に出力する。

検出電力演算部３は、上記電圧計１から入力された連系点の電圧瞬時値及び上記電流計２から入力された出力電流瞬時値に基づいて分散型電源ＰＷ1から連系点に出力される出力電力（つまり有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ）を演算し、検出電力として最適出力電力演算部４に出力すると共に、電圧計１から入力された連系点の電圧瞬時値に基づいて当該連系点の電圧の実効値演算を行い、連系点電圧の実効値（連系点電圧Ｖ）として最適出力電力演算部４に出力する。

最適出力電力演算部４は、検出電力演算部３から入力される検出電力（有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ）と連系点電圧Ｖとを記憶部５に出力して記憶させる一方、当該記憶部５に記憶された連系点電圧Ｖ、有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ及び力率の下限値等に基づいてインバータ８の出力電力（有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ）を電力指令値として出力電流設定部６に出力する。この電力指令値は、インバータ８から出力する有効電力Ｐ_Ｇを指示する有効電力指令値と無効電力Ｑ_Ｇを指示する無効電力指令値とからなる。なお、上記力率の下限値は、インバータ８から出力する無効電力Ｑ_Ｇの上限を規定するものであり、既存の配電系統で許容される値（例えば０．８５）である。また、前記有効電力指令値は、直流電源９の発電電力に定常的に一致させる必要がある。

記憶部５は、上記最適出力電力演算部４から入力された検出電力（有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ）及び連系点電圧Ｖとを記憶すると共に、最適出力電力演算部４の読出要求に応じて読み出して最適出力電力演算部４に出力する。また、この記憶部５は、制御情報の１つとして、上述した力率の下限値を予め記憶している。

ここで、詳細は後述するが、上記最適出力電力演算部４は、上記無効電力指令値を生成するに当たり、既存の配電系統およびその上位系統を含めた系統インピーダンスＺを所定の推定手法を用いて推定し、この推定値と上記力率の下限値とに基づいて有効電力Ｐ_Ｇをインバータ８から連系点に出力した場合の連系点電圧Ｖの変動を最小値に抑制し得ると共にインバータ８の最大出力容量を抑制し得る無効電力Ｑ_Ｇを最適値として求め、この最適値の出力を指示する内容の無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。本明細書では、このような制御方式を「一定リミッタ付Ｚカメレオン方式」と言う。

出力電流設定部６は、上記有効電力指令値と無効電力指令値に基づいて電流指令値を生成して出力電流制御部７に出力する。出力電流制御部７は、上記電流指令値に基づいてインバータ８を制御するための制御信号、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ８に出力する。インバータ８は、直流電源９から供給された直流電圧を上記制御信号に基づいてスイッチングすることにより交流電圧に変換する。直流電源９は、例えば太陽電池であり、所定の直流電圧をインバータ８に出力する。また、連系リアクトル１０は、インダクタンスを付与するためにインバータ８の出力端に設けられている。

なお、直流電源９は発電電力が例えば太陽から照射される光の光量に依存するので、インバータ８は、長期間にわたって一定の値に制御された有効電力Ｐ_Ｇを連系点に出力することはできず、直流電源９の発電電力に定常的に適合した有効電力を出力することになる。すなわち、本配電設備における分散型電源ＰＷ1は、有効電力Ｐ_Ｇを一定の値に制御できず、直流電源９の発電電力に依存してランダムに変動する有効電力Ｐ_Ｇを連系点に出力するものである。

このように、分散型電源ＰＷ1は、主な機能構成要素として、電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力電力演算部４、記憶部５、出力電流設定部６、出力電流制御部７、インバータ８、直流電源９及び連系リアクトル１０を備えているが、これら機能構成要素のうち、インバータ８、直流電源９及び連系リアクトル１０は、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇを発生して連系点に出力する電力発生手段を構成している。

また、電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力電力演算部４、記憶部５、出力電流設定部６及び出力電流制御部７は、有効電力Ｐ_Ｇに起因する連系点電圧Ｖの変動を抑制するような無効電力Ｑ_Ｇを前記系統インピーダンスＺに基づいて求め、当該無効電力Ｑ_Ｇを発生するように上記電力発生手段を制御する制御手段を構成している。このような分散型電源ＰＷ1は、本配電設備の特徴的な構成要素である。

次に、このように構成された配電設備の動作について詳しく説明する。
本配電設備では、上記分散型電源ＰＷ1と既存の配電系統とが連係して電力を負荷Ｌに供給する。分散型電源ＰＷ1と既存の配電系統との連系点における連系点電圧Ｖは、一般的には分散型電源ＰＷ1から出力される有効電力Ｐ_Ｇに依存して変動することになるが、本配電設備の分散型電源ＰＷ1は、自らが連系点に出力する有効電力Ｐ_Ｇに起因する連系点電圧Ｖの変動を抑制するように無効電力Ｑ_Ｇを設定して連系点に出力する。

図２は、無効電力Ｑ_Ｇによる連系点電圧Ｖの変動抑制原理を説明するための模式図である。この模式図では、配電系統およびその上位系統を含めた系統インピーダンスＺを「Ｒ＋ｊＸ」、系統の背後電圧を「Ｅ」、分散型電源ＰＷ1から出力される電力を「Ｐ_Ｇ＋ｊＱ_Ｇ」、また連系点から負荷Ｌが消費する負荷電力を「Ｐ＋ｊＱ」としている。負荷電力Ｐ＋ｊＱのうち、「Ｐ」は負荷実効電力を、また「Ｑ」は負荷無効電力をそれぞれ示している。なお、前記系統インピーダンスＺは上位系統のインピーダンスも含むが実際上は配電系統のインピーダンスが大部分を占めるため、系統の背後電圧Ｅも配電用変電所Ｓの出力電圧にほぼ等しくなる。

本配電設備には、このような各値を変数あるいは定数とする以下の近似式（１）が成立する。

この近似式（１）は、系統の電圧降下Ｖdropが負荷Ｌの変動に起因する電圧降下Ｖdrop1（＝Ｒ・Ｐ＋Ｘ・Ｑ）と分散型電源ＰＷ1から出力される有効電力Ｐ_Ｇおよび無効電力Ｑ_Ｇに起因する電圧降下Ｖdrop2（＝Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ）とからなることを示している。

すなわち、分散型電源ＰＷ1の有効電力Ｐ_Ｇおよび無効電力Ｑ_Ｇに起因する電圧降下Ｖdrop2は、分散型電源ＰＷ1の無効電力Ｑ_Ｇを最適化することにより、つまり条件式：Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝０を満足するように無効電力Ｑ_Ｇを設定することにより最小化することが可能である。この電圧降下Ｖdrop2は、分散型電源ＰＷ1の有効電力Ｐ_Ｇが既存の配電系統に流入すること及び当該有効電力Ｐ_Ｇが変動することによって生じるものである。そして、このような電圧降下Ｖdrop2を最小化、すなわち、分散型電源ＰＷ1の有効電力Ｐ_Ｇによる系統電圧の変動を最小化するための無効電力Ｑ_Ｇ（つまり無効電力Ｑ_Ｇの最適値）を求めるためには、系統インピーダンスＺを推定する必要がある。

さて、本実施形態における連系点電圧Ｖの変動抑制原理は以上の通りであるが、このような変動抑制原理に基づいて無効電力Ｑ_Ｇを最適値に設定するためには、系統インピーダンスＺを知る必要がある。既存の配電系統の構成に変更がなく系統インピーダンスＺが固定である場合は、予め求めた系統インピーダンスＺを用いて無効電力Ｑ_Ｇを最適設定することが考えられるが、実際の配電系統は種々に事情で構成が変更されることが多く、よって実際には系統インピーダンスＺを固定値と考えることはできない。

このような事情から、最適出力電力演算部４は、無効電力Ｑ_Ｇを意図的に変動させた場合における連系点電圧Ｖを計測することによって系統インピーダンスＺを推定する。なお、本配電設備における分散型電源ＰＷ1の場合、上述したように有効電力Ｐ_Ｇについて定常的な制御ができないので、無効電力Ｑ_Ｇのみを意図的に変動させる。
また、有効電力Ｐ_Ｇおよび無効電力Ｑ_Ｇを、系統インピーダンスＺを推定するのに必要最小限の短時間の間、瞬間的に変動させることによっても系統インピーダンスＺを推定することができる。このように無効電力のみ、あるいは有効電力および無効電力を瞬間的に変動させる系統インピーダンスＺの推定手法を本明細書では瞬時変動法という。

すなわち、最適出力電力演算部４は、負荷電力Ｐ＋ｊＱが変動しないような比較的短期間内の３時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3について無効電力Ｑ_Ｇを指定値Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３に設定させる無効電力指令値を出力電流設定部６に出力（または、有効電力Ｐ_Ｇおよび無効電力Ｑ_Ｇを、系統インピーダンスＺを推定するのに必要最小限の短時間の間、指定値Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３およびＱ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３に瞬間的に設定させる有効電力指令値および無効電力指令値を出力電流設定部６に出力）し、このときの連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を検出電力演算部３から取得する。そして、最適出力電力演算部４は、これら連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を上式（１）に代入して得られる連立方程式（２）〜（４）を解くことにより系統インピーダンスＺの実部Ｒ及び虚部Ｘを求める。

式（３）から式（２）を引くことにより下式（５）が得られ、また式（４）から式（２）を引くことにより下式（６）が得られる。

ここで、ΔＰ_２＝Ｐ_Ｇ１−Ｐ_Ｇ２、ΔＰ_３＝Ｐ_Ｇ１−Ｐ_Ｇ３、ΔＱ_２＝Ｑ_Ｇ１−Ｑ_Ｇ２、ΔＱ_３＝Ｑ_Ｇ１−Ｑ_Ｇ３、またΔＶ_２＝Ｖ_１−Ｖ_２、ΔＶ_３＝Ｖ_１−Ｖ_３と置くと、上式（５）、（６）は以下の行列式（７）として表される。

そして、この行列式（７）から系統インピーダンスＺの実部Ｒ及び虚部Ｘは下式（８）によって求められる。上記最適出力電力演算部４には、この式（８）に検出電力演算部３から取得される連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を代入することにより系統インピーダンス実部Ｒ及び虚部Ｘを求める。

ここで、上述したように分散型電源ＰＷ1は有効電力Ｐ_Ｇを実質的に制御することはできない。したがって、３つの時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3について得られる連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を上式（８）に代入することによって系統インピーダンスＺを求めることになる。しかしながら、有効電力Ｐ_Ｇ１と有効電力Ｐ_Ｇ２とが等しい場合には、系統インピーダンスＺの虚部Ｘを上式（８）よりも簡単な式（９）によって求めることができる。

また、上記３つの時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3は、負荷電力Ｐ＋ｊＱが変動しない比較的短期間のうち、つまり負荷Ｌが変動することなく一定と見なせる期間内に設定されているので、無効電力Ｑ_Ｇの最適値は、上述した分散型電源ＰＷ1の出力に起因する系統の電圧降下Ｖdrop2を「０」とした条件式：Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝０を変形して得られる下式（１０）によって表される。

すなわち、最適出力演算部４は、検出電力演算部３が求めた有効電力Ｐ_Ｇ及び式（８）から求めた系統インピーダンスＺを式（１０）に代入することによってインバータ８が連系点に有効電力Ｐ_Ｇを出力することに起因する系統の電圧降下Ｖdrop2を最小化（連系点電圧電圧Ｖの電圧変動を最小化）する無効電力Ｑ_Ｇを最適値として求めるが、この最適値は、式（１０）に示されているように有効電力Ｐ_Ｇと系統インピーダンスＺとによって決まるものであり、したがって有効電力Ｐ_Ｇあるいは系統インピーダンスＺの変化に応じて無制限に変化する。

そこで、最適出力演算部４は、式（１０）から求めた無効電力Ｑ_Ｇを出力したときの力率の下限値を設定し、式（１０）から求めた無効電力Ｑ_Ｇを出力したときに上記力率の下限値を下回る場合には無効電力Ｑ_Ｇを上記力率の上限値に相当する値に設定する。すなわち、最適出力演算部４は、上式（１０）と上記力率の下限値とによって規定される無効電力Ｑ_Ｇを最終的な最適値とし、当該最終的な最適値の出力を指示する電力指令値を電流設定部６に出力する。この結果、分散型電源ＰＷ1の出力が上記力率の下限値を下回ることなく、連系点電圧Ｖの電圧変動は最小限に抑制される。
なお、最適出力演算部４は、このような系統インピーダンスＺの推定処理を一定時間間隔で行うことにより、既存の配電系統およびその上位系の構成変更による系統インピーダンスＺの変動に対して常に適切な最適値を推定する。

ところで、上記のように連立方程式（２）〜（４）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する場合、負荷Ｌが変動することなく一定と見なせる期間について連系点電圧Ｖを検出する必要があるが、実際の配電系統に接続される負荷Ｌには、常時ある周期で変動しているものや、または瞬間的に変動するものが存在する。このような負荷Ｌが接続されている場合、連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶには、意図的に無効電力Ｑ_Ｇを変動させた場合の電圧変動に加え、上記のような負荷Ｌの変動に起因する電圧変動が重畳することになり、結果として系統インピーダンスＺの推定値に誤差が生じることになる。また、連系点電圧Ｖを検出する際の計測ノイズも系統インピーダンスＺの推定値に誤差を生じる原因になる。

このような負荷Ｌの変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動及び連系点電圧Ｖの計測ノイズの影響を除去するために、無効電力Ｑ_Ｇを変動させた時に検出する連系点電圧Ｖをローパスフィルタに通した値に基づいて系統インピーダンスＺを推定する。これにより、高周波の負荷変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動のみならず連系点電圧Ｖの計測ノイズの影響を除去し、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減できる。

また、他の方法として、系統インピーダンスＺの推定値を時系列データとして記憶部５に記憶しておき、それら時系列データの平均値を求め、その値を最終的な系統インピーダンスＺの推定値として用いることによっても高周波の負荷変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動のみならず連系点電圧Ｖの計測ノイズの影響を除去し、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減できる。なお、系統インピーダンスＺの推定値の時系列データにデジタルローパスフィルタをかけることで平均化処理を行っても良い。

一方、負荷Ｌの負荷変動が予めわかっている場合には、以下の方法により系統インピーダンスＺの虚部Ｘの推定精度を上げることができる。

図１において、負荷Ｌ（ここでは誘導機とする）の起動時に生じる突入電流をΔＩ_Ｑとする。ここで、負荷Ｌの起動時の突入電流ΔＩ_Ｑは無効成分がほとんどであると考えると、上記突入電流ΔＩ_Ｑによって生じる連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶを検出することで系統インピーダンスＺの虚部ＸをＸ＝ΔＶ／ΔＩ_Ｑによって求めることができる。

従って、負荷Ｌの起動時の突入電流ΔＩ_Ｑの値が予めわかっていれば、分散型電源ＰＷ１の記憶部５に突入電流ΔＩ_Ｑを記憶しておき、常時連系点電圧Ｖを検出して、突入電流ΔＩ_Ｑに起因する電圧変動ΔＶが検出された時に最適出力演算部４は記憶部５から突入電流値ΔＩ_Ｑを読み出し、系統インピーダンスＺの虚部Ｘ＝ΔＶ／ΔＩ_Ｑを算出する。ここで突入電流ΔＩ_Ｑに起因する電圧変動ΔＶは、スパイク状の大きな電圧変動であるので、予め最適出力演算部４に閾値を設定しておき、最適出力演算部４はその閾値を超えた電圧変動ΔＶを検出した場合に突入電流ΔＩ_Ｑに起因する電圧変動ΔＶと判断し、系統インピーダンスＺの虚部Ｘを算出する。

突入電流ΔＩ_Ｑの値は負荷Ｌの定格容量の数倍に達し、突入電流ΔＩ_Ｑによる連系点の電圧変動ΔＶは無効電力Ｑ_Ｇの出力による連系点電圧Ｖの電圧変動幅よりはるかに大きいため、計測ノイズ等の外乱の影響を受けず、系統インピーダンスＺの虚部Ｘの推定精度を上げることができる。よって、連立方程式（２）〜（４）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する場合、上記の方法で求めた虚部Ｘを用いることにより虚部Ｘについて推定精度を上げることができる。

なお、このように突入電流ΔＩ_Ｑによって生じるスパイク状の電圧変動ΔＶによって系統インピーダンスＺの虚部Ｘを推定する場合、上記で説明したローパスフィルタを用いることはできない。従って、系統インピーダンスＺの実部Ｒを求める際には、連立方程式（２）〜（４）に基づいて推定した実部Ｒを時系列データとして記憶しておき、その時系列データの平均値を実部Ｒの最終値とする。これにより、実部Ｒについても精度の良い推定値とすることができる。

ところで、上述したように連立方程式（２）〜（４）を解くことにより系統インピーダンスＺを求め、そして当該系統インピーダンスＺと式（１０）を用いて無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求める方法に代えて、以下に説明する周期変動法を用いて系統インピーダンスＺを求めても良い。この周期変動法によれば、処理が複雑になるものの外乱による連系点電圧Ｖの変動の影響を除去することが可能であり、よって連立方程式（２）〜（４）を解く方法よりも正確に系統インピーダンスＺを推定することができる。

図３は、上記周期変動法の処理手順を示すフローチャートである。
この図に示すように、最適出力電力演算部４は、規定時刻になると（ステップＳ1）、直流電源９の出力変動に応じてランダムに変動する有効電力Ｐ_Ｇと連系点電圧Ｖとを検出電力演算部３から時系列的に順次取得し（ステップＳ2）、有効電力Ｐ_Ｇの時系列データをＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理することによって該時系列データの最大周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）を抽出する（ステップＳ3）。

また、最適出力電力演算部４は、連系点電圧Ｖの時系列データを有効電力Ｐ_Ｇの最大周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）に関してＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）処理することにより、上記有効電力Ｐ_Ｇの最大周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）と同一の周波数成分Ｖ（ω_０）を抽出する（ステップＳ4）。ここで、連系点電圧Ｖに対する負荷Ｐ，Ｑの同一周波数成分による影響を無視できるとし、無効電力Ｑ_Ｇを当該期間中一定に保持しておけば、連系点電圧Ｖの時系列データについて抽出された上記同一周波数成分Ｖ（ω_０）は、有効電力Ｐ_Ｇの影響によるものだけとなるため、Ｖ（ω_０）≒Ｒ・Ｐ_Ｇ（ω_０）となる。最適出力電力演算部４は、このようにして抽出された有効電力Ｐ_Ｇの最大周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）とこれに一致する連系点電圧Ｖの周波数成分Ｖ（ω_０）とに基づいて、系統インピーダンスＺの実部Ｒを算出する（ステップＳ5）。

続いて、最適出力電力演算部４は、無効電力Ｑ_Ｇを所定周期で変動させる無効電力指令値を出力電流設定部７に出力してインバータ８から連系点に出力される無効電力Ｑ_Ｇを所定周期で変動させ（ステップＳ6）、このときの連系点電圧Ｖを検出電力演算部３から時系列的に順次取得する（ステップＳ7）。そして、最適出力電力演算部４は、この連系点電圧Ｖの時系列データをＤＦＴ処理することにより、無効電力Ｑ_Ｇの変動周波数と同一周波数の成分を抽出し（ステップＳ8）、このように抽出した連系点電圧Ｖの周波数成分に基づいて系統インピーダンスＺの虚部Ｘを算出する（ステップＳ9）。

そして、最適出力電力演算部４は、上記スッテプＳ1〜Ｓ9の一連の処理が完了すると、処理をステップＳ1に戻し、次の規定時刻になると（スッテプＳ1）、スッテプＳ2以降の処理を繰り返すことにより所定時間間隔で系統インピーダンスＺを推定する。このような周期変動法によれば、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇの変動周波数に合致する周波数の連系点電圧Ｖを用いて系統インピーダンスＺを推定するので、外乱を排除して系統インピーダンスＺをより正確に推定することができる。推定された系統インピーダンスＺに基づき式（１０）より最適な無効電力Ｑ_Ｇを求めて出力する。なお、ＦＦＴ処理やＤＦＴ処理に代えてフィルタ（例えばバンドパスフィルタ）を用いても良い。

以上が本第１実施形態の説明であるが、上記では説明の簡略化のため既存の配電系統に１つの分散型電源ＰＷ１が接続されている場合について説明した。しかし、実際には図４に示すように複数の分散型電源が既存の配電系統に連系される場合もあり得る。

図４において、図１と同一の構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３は、それぞれ連系点１、２及び３において低圧配電線Ｃ２と接続されており、既存の配電系統と連系して負荷Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３に低圧電力を供給している。これらの分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３は、各連系点からみた既存の配電系統の系統インピーダンスＺを上述した方法により推定し、最適な無効電力Ｑ_Ｇを求めて出力する。なお、図４では省略したが、高圧配電線Ｃ１には、配電用変圧器Ｔ１、低圧配電線Ｃ１、負荷Ｌ１、Ｌ２及びＬ３等で構成されるような低圧電力系統が複数接続されている。

このような構成の配電系統において、複数の分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が同時に系統インピーダンス推定処理を行った場合には以下のような問題がある。
まず、分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が連立方程式（２）〜（４）を解くことにより系統インピーダンスＺを推定する場合、各分散型電源は負荷Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が変動することなく一定とみなせる短期間の３つの時刻について無効電力Ｑ_Ｇを意図的に変動させ、連系点１、２及び３での電圧変動ΔＶを検出することになる。このような動作が同時に行われると、各連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶの値は、各分散型電源が出力する無効電力Ｑ_Ｇに起因する電圧変動が重畳することになり、各連系点からみた系統インピーダンスＺの推定値に誤差が生じることになる。

そこで、上記のような場合では、無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻を各分散型電源で異なるように設定する。例えば、各分散型電源をオンラインで接続し、他の分散型電源の無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻を検出して、その時刻が自己の分散型電源と同じ時刻であれば、自立的に自己の無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻を変更するようにする。

このようにすれば、他の分散型電源が無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻と同期することがなくなり、系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身の無効電力Ｑ_Ｇの変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶのみを抽出することができる。その結果、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減することができる。

一方、分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が周期変動法により系統インピーダンス推定処理を行った場合にも、各分散型電源が無効電力Ｑ_Ｇを周期的に変動させるため、変動周期が他の分散型電源と一致した場合に系統インピーダンスＺの推定値に誤差が生じることになる。

そこで、このように各分散型電源が周期変動法により系統インピーダンス推定処理を行った場合、無効電力Ｑ_Ｇを変動させる周期を各分散型電源で異なるように設定する。例えば、上記と同様に、各分散型電源をオンラインで接続し、他の分散型電源の無効電力Ｑ_Ｇの変動周期を検出し、他の分散型電源と変動周期が一致すれば自立的に自己の変動周期を変更するようにする。

このようにすれば他の分散型電源による無効電力Ｑ_Ｇの変動周期と一致することなく、系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身の無効電力Ｑ_Ｇの変動周期に起因する連系点電圧Ｖのみを抽出することができるので、その結果、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減することができる。したがって、図４のような複数の分散型電源が連系されている配電系統においても、上述したような系統インピーダンスＺの推定を行うことにより無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求め、各連系点の電圧変動を抑制することができる。

なお、上記分散型電源ＰＷ１は、自らが出力する有効電力Ｐ_Ｇを実質的に制御し得ないタイプのものである場合に関するものであったが、本発明は、自らが出力する有効電力Ｐ_Ｇを実質的に制御し得るタイプの分散型電源を備える配電設備についても適用可能である。このような有効電力Ｐ_Ｇを実質的に制御し得るタイプの分散型電源としては、特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４に第２実施形態として記載されたもの等が考えられる。

また、上述した瞬時変動法や周期変動法並びにその派生手法では、基本周波数の無効電力Ｑ_Ｇを連系点に注入した際に検出される基本周波数の連系点電圧Ｖに基づいて系統インピーダンスＺを推定するが、上記基本周波数に代えて当該基本周波数の整数次高調波あるいは次数間高調波の無効電力（例えばｎ次高調波の無効電力Ｑ_Ｇｎ）または当該基本周波数の整数次高調波あるいは次数間高調波の有効電力及び無効電力（例えばｎ次高調波の場合には有効電力Ｐ_Ｇｎ及び無効電力Ｑ_Ｇｎ）を連系点に注入し、これに起因する連系点電圧Ｖの変動（整数次高調波あるいは次数間高調波の変動）に基づいて系統インピーダンスＺを推定するようにしても良い。

このような系統インピーダンスＺの推定方法によれば、配電系統の電力品質に与える影響を軽減することが可能であり、特に次数間高調波の場合には、配電系統に通常では存在しない周波数成分なので、注入レベルを非常に小さなレベルに設定しても系統インピーダンスＺを正確に推定することが可能である。したがって、インバータ８の容量低減と電力品質の影響低減をと実現することができる。

また、複数の分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が配電系統の同一地点または比較的近い地点に連系されている場合、これらの分散型電源のうち、何れか１つの分散型電源（例えば分散型電源ＰＷ１１）のみで系統インピーダンスＺを推定し、この推定結果を他の分散型電源ＰＷ１２及びＰＷ１３と共有するようにしても良い。
このような系統インピーダンスＺの推定方法によれば、インピーダンス推定に起因する分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３の相互干渉を回避することができる。
なお、「比較的近い地点」とは、同一地点ではないが、系統インピーダンスの差が無視できる程度に近い地点を意味する。よって、一方のインピーダンス推定値を他方のインピーダンスと同じと見なして扱うことができるため、別々にインピーダンス推定を行う必要がない。

また、複数の分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が配電系統の違う地点に連系されている場合、基本周波数に代えて当該基本周波数の整数次高調波あるいは次数間高調波の無効電力（例えばｎ次高調波の無効電力Ｑ_Ｇｎ）または当該基本周波数の整数次高調波あるいは次数間高調波の有効電力及び無効電力（例えばｎ次高調波の場合には有効電力Ｐ_Ｇｎ及び無効電力Ｑ_Ｇｎ）を連系点に注入し、これに起因する連系点電圧Ｖの変動（整数次高調波あるいは次数間高調波の変動）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する方法を採用し、各分散型電源において、異なる次数の整数次高調波あるいは次数間高調波を注入することにより、インピーダンス推定に起因する分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３の相互干渉を回避することができる。
なお、「違う地点」とは、例えば、系統インピーダンスの差が、インピーダンス推定の際の推定誤差の範囲を逸脱するような、系統インピーダンスの差が無視できない程度に離れた地点を意味する。よって、一方のインピーダンス推定値を他方のインピーダンスと同じと見なして扱うことをせず、別々にインピーダンス推定を行う必要がある。

Ｂ：第２実施形態（系統インピーダンス依存Ｚカメレオン方式）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本第２実施形態と上記第１実施形態との相違点は、最適出力電力演算部４における無効電力Ｑ_Ｇの最適値の設定手法にある。したがって、以下の説明では、本第２実施形態における連系点電圧Ｖの制御方式について詳しく説明する。なお、本明細書では、このような制御方式を「系統インピーダンス依存Ｚカメレオン方式」という。

上記第１実施形態では、系統インピーダンスＺの推定値、式（１０）及び力率の上限値に基づいて無効電力Ｑ_Ｇの最適値を設定したが、本第２実施形態における最適出力電力演算部４は、系統インピーダンスＺの推定値、当該系統インピーダンスＺに関する上限値Ｚ_Ｈ及び下限値Ｚ_Ｌ及び下式（１１）に基づいて無効電力Ｑ_Ｇの最適値を設定する。また、本第２実施形態における分散型電源ＰＷ１の記憶部５には、上記上限値Ｚ_Ｈ及び下限値Ｚ_Ｌが制御情報の１つとして予め記憶されている。

すなわち、最適出力電力演算部４は、上述した第１実施形態の手法によって系統インピーダンスＺを推定すると、当該系統インピーダンスＺを記憶部５に予め記憶された系統インピーダンスＺに関する上限値Ｚ_Ｈ及び下限値Ｚ_Ｌと比較する。そして、最適出力電力演算部４は、系統インピーダンスＺが下限値Ｚ_Ｌと上限値Ｚ_Ｈとによって規定される許容インピーダンス範囲にある場合、つまりＺ_Ｈ≧Ｚ≧Ｚ_Ｌの場合は、下記関係式（１１）によって与えられる無効電力Ｑ_Ｇを最適値とし、系統インピーダンスＺが上限値Ｚ_Ｈを越える場合、つまりＺ＞Ｚ_Ｈの場合には、力率cosφが所定の一定値（例えば０．８５）となる無効電力Ｑ_Ｇを最適値とする。この関係式（１１）は、有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ、系統インピーダンスＺ、下限値Ｚ_Ｌ、上限値Ｚ_Ｈ及び力率cosφとの関係を示すものである。

図５は、このような最適出力電力演算部４の制御手法、つまり「系統インピーダンス依存Ｚカメレオン方式」の特徴を示す模式図である。この図５に示されているように、本第２実施形態の最適出力電力演算部４は、系統インピーダンスＺが下限値Ｚ_Ｌと上限値Ｚ_Ｈとの間にある場合は、系統インピーダンスＺの変化に対して無効電力Ｑ_Ｇを上記関係式（１１）に基づいて直線的に変化させるが、系統インピーダンスＺが上限値Ｚ_Ｈを越える場合には、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝０．８５）に相当するものに固定し、また、系統インピーダンスＺが下限値Ｚ_Ｌを下回る場合には、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝１）に相当するものに固定する。

本第２実施形態によれば、上記のように設定された無効電力Ｑ_Ｇの最適値の出力を指示する無効電力指令値が最適出力電力演算部４から出力電流設定部６に出力されることにより、インバータ８からは有効電力Ｐ_Ｇに加えて上記最適値に一致した無効電力Ｑ_Ｇが連系点に出力され、有効電力Ｐ_Ｇに起因する連系点電圧Ｖの電圧変動は最小限に抑制される。

また、本第２実施形態によれば、系統インピーダンスＺが上限値Ｚ_Ｈを越える場合には、インバータ８から連系点に出力される無効電力Ｑ_Ｇは力率ｆp（＝cosφ）が所定の一定値（例えば０．８５）に相当するものに固定されるので、インバータ８の最大出力容量は、上記上限値Ｚ_Ｈを設けていない特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４のインバータの最大出力容量よりも小さくて良い。したがって、インバータ８を小型化かつ低コスト化、つまり分散型電源ＰＷ1を小型化かつ低コスト化することができる。

なお、この第２実施形態については、以下に示すような種々の変形例が考えられる。
（１）本実施形態では、系統インピーダンスＺが下限値Ｚ_Ｌと上限値Ｚ_Ｈとの間にある場合は、系統インピーダンスＺの変化に対して無効電力Ｑ_Ｇを関係式（１１）に基づいて直線的に変化させ、系統インピーダンスＺが上限値Ｚ_Ｈを越える場合及び下限値Ｚ_Ｌを下回る場合は、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率に相当するものに固定しているが、系統インピーダンスＺが上限値Ｚ_Ｈを越える場合、下限値Ｚ_Ｌを下回る場合とも、系統インピーダンスＺの変化に対して無効電力Ｑ_Ｇを関係式（１１）に基づいて直線的に変化させてもよい。また、系統インピーダンスＺが上限値Ｚ_Ｈを越える場合または下限値Ｚ_Ｌを下回る場合のみ、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率に相当するものに固定してもよい。

（２）本実施形態では、系統インピーダンスＺが上限値Ｚ_Ｈを越える場合、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝０．８５）に相当するものに固定しているが、所定の無効電力の上限値に固定するようにしてもよい。また、系統インピーダンスＺが下限値Ｚ_Ｌを下回る場合、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝１）に相当するものに固定しているが、所定の無効電力の下限値に固定するようにしてもよい。

（３）最適出力演算部４は、系統インピーダンスＺが比較的小さい場合であって（図５参照）、系統電圧下げ方向の無効電力が小さくなることによりインバータ８から連系点に出力される無効電力の方向が反転しようとするときには、連系点に出力する無効電力をゼロに設定するようにインバータ８を制御するようにしてもよい。

（４）最適出力演算部４は、系統インピーダンスが上限値Ｚ_Ｈを超える場合には、当該上限値Ｚ_Ｈに相当する無効電力を出力するようにインバータ８を制御し、かつ、有効電力が定格出力Ｐ_Ｇ１のときにおける上限値Ｚ_Ｈに相当する無効電力Ｑ_Ｇ１が分散型電源の定格容量Ｓ_Ｇ１との間で下記関係式（１２）を満たすようにインバータ８を制御してもよい。

Ｃ：第３実施形態（連系点電圧依存無効電力制御方式）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本第３実施形態は、連系点電圧Ｖに関して上限値Ｖ_Ｈと下限値Ｖ_Ｌとを設定し、当該上限値Ｖ_Ｈ及び下限値Ｖ_Ｌに対する連系点電圧Ｖの大小関係に基づいて有効電力Ｐ_Ｇを連系点に出力した場合の連系点電圧Ｖの変動を最小値に抑制し得る無効電力Ｑ_Ｇを最適値とするものである。本明細書では、このような制御方式を「連系点電圧依存無効電力制御方式」と言う。

すなわち、本第３実施形態における分散型電源ＰＷ１は、記憶部５に連系点電圧Ｖに関する上限値Ｖ_Ｈと下限値Ｖ_Ｌとが予め記憶されている。最適出力電力演算部４は、検出電力演算部３を介して電圧計１から入力された連系点電圧Ｖを上記記憶部５に予め記憶された上限値Ｖ_Ｈ及び下限値Ｖ_Ｌと比較することにより、連系点電圧Ｖが上記上限値Ｖ_Ｈ及び下限値Ｖ_Ｌによって規定される許容電圧範囲にあるかあるいは上記上限値Ｖ_Ｈを越えているかを判定する。

そして、最適出力電力演算部４は、連系点電圧Ｖが許容電圧範囲にある場合、つまりＶ_Ｈ≧Ｖ≧Ｖ_Ｌの場合は、下記関係式（１３）によって与えられる無効電力Ｑ_Ｇを最適値とし、連系点電圧Ｖが上限値Ｖ_Ｈを越える場合、つまりＶ＞Ｖ_Ｈの場合には、力率ｆp（＝cosφ）が所定の一定値（例えば０．８５）となる無効電力Ｑ_Ｇを最適値とする。この関係式（１３）は、有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ、連系点電圧Ｖ、下限値Ｖ_Ｌ、上限値Ｖ_Ｈ及び力率ｆp（＝cosφ）との関係を示すものである。

図６は、このような「連系点電圧依存無効電力制御方式」の特徴を示す模式図である。この図６に示されているように、本第３実施形態の最適出力電力演算部４は、連系点電圧Ｖが下限値Ｖ_Ｌと上限値Ｖ_Ｈとの間にある場合は、連系点電圧Ｖの変化に対して無効電力Ｑ_Ｇを上記関係式（１３）に基づいて直線的に変化させるが、連系点電圧Ｖが上限値Ｖ_Ｈを越える場合には、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝０．８５）に相当するものに固定し、また、連系点電圧Ｖが下限値Ｖ_Ｌを下回る場合には、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝１）に相当するものに固定する。

このような本第３実施形態によれば、インバータ８からは有効電力Ｐ_Ｇに加えて上記最適値に一致した無効電力Ｑ_Ｇが連系点に出力されるので、有効電力Ｐ_Ｇに起因する連系点電圧Ｖの電圧変動は最小限に抑制される。
また、本第３実施形態によれば、連系点電圧Ｖが上限値Ｖ_Ｈを越える場合には、インバータ８から連系点に出力される無効電力Ｑ_Ｇは力率cosφが一定値（例えば０．８５）に相当するものに固定されるので、インバータ８の最大出力容量は連系点電圧Ｖに関する上限値Ｖ_Ｈを設けていない特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４のインバータの最大出力容量よりも小さくて良く、よってインバータ８を小型化かつ低コスト化、つまり分散型電源ＰＷ1を小型化かつ低コスト化することができる。

なお、この第３実施形態については、以下に示すような種々の変形例が考えられる。
（１）本実施形態では、連系点電圧Ｖが下限値Ｖ_Ｌと上限値Ｖ_Ｈとの間にある場合は、連系点電圧Ｖの変化に対して無効電力Ｑ_Ｇを関係式（１３）に基づいて直線的に変化させ、連系点電圧Ｖが上限値Ｖ_Ｈを越える場合及び下限値Ｖ_Ｌを下回る場合は、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率に相当するものに固定しているが、連系点電圧Ｖが上限値Ｖ_Ｈを越える場合、下限値Ｖ_Ｌを下回る場合とも、連系点電圧Ｖの変化に対して無効電力Ｑ_Ｇを関係式（１３）に基づいて直線的に変化させてもよい。また、連系点電圧Ｖが上限値Ｖ_Ｈを越える場合または下限値Ｖ_Ｌを下回る場合のみ、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率に相当するものに固定してもよい。

（２）本実施形態では、連系点電圧Ｖが上限値Ｖ_Ｈを越える場合、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝０．８５）に相当するものに固定しているが、所定の無効電力の上限値に固定するようにしてもよい。また、連系点電圧Ｖが下限値Ｖ_Ｌを下回る場合、無効電力Ｑ_Ｇを一定力率ｆp（＝１）に相当するものに固定しているが、所定の無効電力の下限値に固定するようにしてもよい。

（３）最適出力演算部４は、連系点電圧Ｖが比較的小さい場合であって（図６参照）、系統電圧下げ方向の無効電力が小さくなることによりインバータ８から連系点に出力される無効電力の方向が反転しようとするときには、連系点に出力する無効電力をゼロに設定するようにインバータ８を制御するようにしてもよい。

（４）最適出力演算部４は、連系点電圧が上限値Ｖ_Ｈを超える場合には、当該上限値Ｖ_Ｈに相当する無効電力を出力するようにインバータ８を制御し、かつ、有効電力が定格出力Ｐ_Ｇ１のときにおける上限値Ｖ_Ｈに相当する無効電力Ｑ_Ｇ１が分散型電源の定格容量Ｓ_Ｇ１との間で関係式（１２）を満たすようにインバータ８を制御してもよい。

Ｄ：第４実施形態（不感帯付基準電圧制御方式）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本第４実施形態は、連系点電圧Ｖに関して制御上限値Ｖ_Ｈ０と制御下限値Ｖ_Ｌ０とを設定し、当該制御上限値Ｖ_Ｈ０及び制御下限値Ｖ_Ｌ０に対する連系点電圧Ｖの大小関係に基づいて、当該連系点電圧Ｖが所定の電圧範囲に収まるように分散型電源ＰＷ１が連系点に無効電力Ｑ_Ｇを出力するものである。本明細書では、このような制御方式を「不感帯付基準電圧制御方式」と言う。

図７は、このような「不感帯付基準電圧制御方式」の特徴を示す模式図である。
この図７に示すように、上記分散型電源ＰＷ１の最適出力電力演算部４は、記憶部５に予め記憶している連系点電圧Ｖに関する制御上限値Ｖ_Ｈ０と制御下限値Ｖ_Ｌ０とに基づき、連系点電圧Ｖが上記制御上限値Ｖ_Ｈ０と制御下限値Ｖ_Ｌ０とによって規定される電圧範囲から逸脱すると無効電力Ｑ_Ｇを出力するよう無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。

例えば連系点電圧Ｖが制御上限値Ｖ_Ｈ０を越えると、最適出力電力演算部４は、連系点電圧Ｖを低下させる上記制御上限値Ｖ_Ｈ０を維持するような無効電力（既存の配電系統から見て位相遅れの無効電力）を連系点に出力するよう無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。この結果、連系点電圧Ｖは上限値Ｖ_Ｈ０を大きく越えることがなく、上記制御上限値Ｖ_Ｈ０に維持される。そして、最適出力電力演算部４は、連系点電圧Ｖが制御上限値Ｖ_Ｈ０を維持するのに配電系統から見て位相遅れの無効電力が必要なくなったと判定すると、無効電力の連系点への出力を停止するよう無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。

一方、連系点電圧Ｖが制御下限値Ｖ_Ｌ0よりも低下すると、最適出力電力演算部４は、連系点電圧Ｖを上昇させ上記制御下限値Ｖ_Ｌ0を維持するような無効電力（既存の配電系統から見て位相進みの無効電力）を連系点に出力するよう無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。この結果、連系点電圧Ｖは制御下限値Ｖ_Ｌ０を大きく下回ることがなく、上記制御下限値Ｖ_Ｌ0に維持される。そして、最適出力電力演算部４は、連系点電圧Ｖが制御下限値Ｖ_Ｌ０を維持するのに配電系統から見て位相進みの無効電力が必要なくなったと判断すると、無効電力の連系点への出力を停止するよう無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。

このように、本第４実施形態によれば、連系点電圧Ｖが所定の電圧範囲から逸脱しないように分散型電源ＰＷ１から無効電力を連系点に出力するので、連系点電圧Ｖの大幅な電圧変動ΔＶを所定の電圧範囲内に抑制することができる。
また、本第４実施形態によれば、連系点電圧Ｖが所定の許容電圧範囲から逸脱しそうな状態のときのみに分散型電源ＰＷ１から無効電力を連系点に出力するので、インバータ８の最大出力容量は、連系点電圧Ｖに関する制御上限値Ｖ_Ｈ０を設けていない特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４のインバータの最大出力容量よりも小さくて良く、よって分散型電源ＰＷ１を小型化かつ低コスト化することができる。

なお、本第４実施形態においては、インバータ８から連系点に無効電力を出力しない通常運転モードと、インバータ８から連系点に無効電力を出力することにより連系点電圧を前記制御上限値Ｖ_Ｈ０または前記制御下限値Ｖ_Ｌ０に制御する電圧補償運転モードとの２つの運転モードを備える構成を採用し、通常運転モードにおいて、電圧計１が検出した連系点電圧が上記制御上限値Ｖ_Ｈ０よりも高くなったとき及び電圧計１が検出した連系点電圧が上記制御下限値Ｖ_Ｌ０よりも低くなったときに制御上限値Ｖ_Ｈ０または制御下限値Ｖ_Ｌ０を維持するような無効電力を出力する電圧補償運転モードに移行し、また電圧補償運転モードにおいては、無効電力出力の極性が反転したときに通常運転モードに移行するようにしても良い。このとき、無効電力出力の極性反転の判定条件を厳密に「０」とするのではなく若干の余裕を持たせ、極性反転後微小な出力の間は電圧補償運転モードを維持するようにすることにより、通常運転モードと電圧補償運転モードの間で移行の際のチャタリングを防止することもできる。

図８は、軽負荷時について、上述した各実施形態の制御方式の効果を特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４に記載された制御方式、通常の制御方式及び分散型電源がない場合（既存の配電系統に接続されていない場合）の効果と比較対照したシミュレーション結果である。また、図９は、重負荷時について、上述した各実施形態の制御方式の効果を特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４に記載された制御方式、通常の制御方式及び分散型電源がない場合（既存の配電系統に接続されていない場合）の効果と比較対照したシミュレーション結果である。

これら図８及び図９におけるシミュレーション設定は、変圧器及び高圧配電線を介して配電所に接続された既存の低圧配電線に所定距離を隔てて４つの負荷が接続され、当該４つの負荷の各々に上述した各実施形態の分散型電源が接続（連系）している状態である。図８及び図９は、このようなシミュレーション設定における各連系点（ノード）の連系点電圧の値（１００Ｖを１として正規化した値）を上段に、また各連系点（ノード）の無効電力の値（正規化した値）を下段示している。

なお、これら図８及び図９において、「力率１制御方式」は、既存の配電系統における通常の制御方式であり、無効電力を出力しない（したがって、力率は常に１となる）制御方式である。また、「Ｚカメレオン方式」は、特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４に記載された制御方式のうち、系統インピーダンスの推定値に基づいて無効電力の最適値を設定する方法であり、「理想カメレオン方式」は、特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４に記載された制御方式のうち、最適値探索法を用いて無効電力の最適値を設定する方法である。

これら図８及び図９を見ると、上述した各実施形態の制御方式は、連系点電圧が許容電圧範囲内に抑えられていると共に、無効電力の大きさが特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４に記載された制御方式並びに通常の制御方式よりも抑制されていることが分かる。すなわち、上述した各実施形態の制御方式は、連系点電圧の抑制と無効電力の低出力化を実現するものである。

図１０は、上述した各実施形態の制御方式におけるインバータ８の必要容量を特願２００４−３１６９２８及び特願２００５−１６８４８４に記載された制御方式である「理想カメレオン方式」及び通常の制御方式である「力率１制御方式」と比較した結果である。この図１０は、上述した各実施形態の制御方式がインバータ８の必要容量を低減させることができるものであることを示している。

Ｅ：追加実施形態
次に、本発明の追加実施形態について説明する。
本追加実施形態は、上述した各実施形態における系統インピーダンスＺの推定機能と当該機能によって得られた系統インピーダンスＺの推定値に基づく連系点電圧Ｖの変動抑制機能とを別体の装置（インピーダンス推定装置及び系統インピーダンスＺの推定機能を持たない分散型電源）として構成し、両装置を有線通信によって連携させることにより、上述した各実施形態における分散型電源と同一の機能を実現するものである。

図１１は、本追加実施形態に係わる分散型電源の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本分散型電源は、分散型電源本体ＰＷＨとインピーダンス推定装置ＩＥと、両者を接続する通信線路ＴＬ（有線通信路）から構成されている。
なお、この図１１では、図１に示した分散型電源ＰＷ1と同一の構成要素には同一符号を付している。

すなわち、分散型電源本体ＰＷＨは、分散型電源ＰＷ1の最適電力演算部４から系統インピーダンスＺの推定機能を除外した機能を有する最適電力演算部４Ａを備える点、またインピーダンス推定装置ＩＥと通信を行う通信部１１を備える点のみが分散型電源ＰＷ1と相違する。分散型電源本体ＰＷＨの最適電力演算部４Ａは、通信部１１を介してインピーダンス推定装置ＩＥから入力された系統インピーダンスＺの推定値と上述した力率の下限値とに基づいて、有効電力Ｐ_Ｇをインバータ８から連系点に出力した場合の連系点電圧Ｖの変動を最小値に抑制し得ると共にインバータ８の最大出力容量を抑制し得る無効電力Ｑ_Ｇを最適値として求め、この最適値の出力を指示する内容の無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。

通信部１１は、通信線路ＴＬを介してインピーダンス推定装置ＩＥと各種情報の授受を行うために設けられたものである。すなわち、この通信部１１は、インピーダンス推定装置ＩＥから通信線路ＴＬを介して受信された系統インピーダンスＺの推定値を最適電力演算部４Ａに出力する。

インピーダンス推定装置ＩＥは、上述した分散型電源ＰＷ1の系統インピーダンスＺの推定機能と全く同一の機能と、通信線路ＴＬを介した通信部１１との通信機能とを備えたものである。すなわち、このインピーダンス推定装置ＩＥは、自ら有効電力Ｐ_Ｇおよび無効電力Ｑ_Ｇを系統に注入し（または無効電力Ｑ_Ｇを系統に注入し）、自ら検出した連系点の検出電力（＝自ら注入したもの）及び連系点電圧Ｖに基づいて系統インピーダンスＺを推定し、その推定結果を通信線路ＴＬを介して通信部１１に送信する。

インピーダンス推定装置ＩＥは、図示するように線路ａ，ｂによって連系点に接続されており、線路ａを介して系統インピーダンスＺの推定に必要な電力を連系点に供給すると共に、線路ｂを介して系統インピーダンスＺの推定に必要な連系点電圧Ｖを検出する。

このように構成された本追加実施形態に係わる分散型電源では、インピーダンス推定装置ＩＥは、自ら注入し検出した上記検出電力の時系列データ及び連系点電圧Ｖに基づいて系統インピーダンスＺの推定値を演算し、通信線路ＴＬを介して分散型電源本体ＰＷＨの通信部１１に送信する。そして、分散型電源本体ＰＷＨの通信部１１は、インピーダンス推定装置ＩＥから受信した系統インピーダンスＺの推定値を最適電力演算部４Ａに出力する。

最適電力演算部４Ａは、このようにしてインピーダンス推定装置ＩＥから得られた系統インピーダンスＺの推定値と力率の下限値とに基づいて、有効電力Ｐ_Ｇをインバータ８から連系点に出力した場合の連系点電圧Ｖの変動を最小値に抑制し得ると共にインバータ８の最大出力容量を抑制し得る無効電力Ｑ_Ｇを最適値として求め、この最適値の出力を指示する内容の無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。

このような追加実施形態によれば、分散型電源本体ＰＷＨとインピーダンス推定装置ＩＥとが別体として構成されているので、インピーダンス推定のための出力変動が困難な回転機型分散型電源にも適用可能である。このとき、注入する電力は、基本周波数の整数次高調波あるいは次数間高調波の無効電力（例えばｎ次高調波の無効電力Ｑ_Ｇｎ）または基本周波数の整数次高調波あるいは次数間高調波の有効電力及び無効電力（例えばｎ次高調波の場合には有効電力Ｐ_Ｇｎ及び無効電力Ｑ_Ｇｎ）であってもよい。特に、次数間高調波の無効電力または次数間高調波の有効電力及び無効電力を連系点に注入するインピーダンス推定法を採用したインピーダンス推定装置ＩＥの場合、無効電力Ｑ_Ｇｎまたは次数間高調波の有効電力Ｐ_Ｇｎ及び無効電力Ｑ_Ｇｎの注入レベルを小さく抑えても系統インピーダンスＺを正確に推定することができる。

また、本追加実施形態の分散型電源を、図４に示した複数の分散型電源が配電系統の同一地点または比較的近い地点に連系されている場合に適用すると、１つのインピーダンス推定装置の推定結果を複数の分散型電源本体で共有することができるので、インピーダンス推定装置を複数設けた場合の相互干渉を回避することができると共に、電力品質の低下を抑制することができる。したがって、本追加実施形態は、回転機型分散型電源を複数連系させる場合に最も効果的である。

また、本追加実施形態の複数の分散型電源が、配電系統の違う地点に連系され、かつ、それぞれ別体のインピーダンス推定装置を持っている場合にも適用できる。すなわち、それぞれのインピーダンス推定装置において、基本周波数の整数次高調波あるいは次数間高調波の有効電力・無効電力を注入してインピーダンスを推定する方法を採用する場合において、それぞれのインピーダンス推定装置が注入する整数次高調波あるいは次数間高調波の次数を異なるものとすることにより、インピーダンス推定時のインピーダンス推定装置間の相互干渉を回避することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。

（１）上記各実施形態では、既存の配電系統の低圧側に分散型電源を連系させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、配電系統の高圧側や送電系統等、既存の電力系統や商用電力系統に分散型電源を連系させる場合についても適用可能である。

（２）上記各実施形態では、分散型電源ＰＷ１について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明における分散型電源は、電力系統に連係される発電設備のうち、系統電圧を単独では決定できる程の影響力を電力系統に対して持たない比較的小容量の電源一般であり、具体的には太陽光発電、風力発電、小水力発電、燃料電池、熱電併給設備あるいはごみ焼却発電等である。

（３）上記第１実施形態では、条件式：Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝０を満足する無効電力Ｑ_Ｇ、つまり分散型電源の出力に起因する系統の電圧降下Ｖdrop2（＝Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ）を最小化する無効電力Ｑ_Ｇを最適値としたが、最適値の定義はこれに限定されるものではない。例えば、電圧降下Ｖdrop2が所定のしきい値Ｖrefとなるように、つまりＲ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝Ｖrefなる条件式を満足する無効電力Ｑ_Ｇを最適値とすることによっても、分散型電源が連系点に出力する有効電力Ｐ_Ｇに起因する系統電圧の電圧変動を抑制することができる。

（４）上記第１実施形態の複数の分散型電源が同時に連立方程式（２）〜（４）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する場合において、各分散型電源で無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻を異なるように設定する方法に変えて、その時刻を分散型電源毎に一定の周期でランダムに変更するようにしても良い。なお、この方法に加えて、系統インピーダンスＺの推定値を２回連続して求め、その２つの推定値がある一定の誤差内で同じ値になることを確認する。このようにすれば、無効電力Ｑ_Ｇ及び／または有効電力Ｐ_Ｇを変動させる時刻が他の分散型電源と一時的に一致した場合であっても、２回連続して一致する可能性は低いので、系統インピーダンスＺが２回連続してある一定の誤差内で同じ値になれば、それは系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身が求めた系統インピーダンスＺであると判断できる。

（５）また、上記第１実施形態の複数の分散型電源が同時に周期変動法により系統インピーダンスＺを推定する場合において、各分散型電源で無効電力Ｑ_Ｇを変動させる周期を異なるように設定する方法に変えて、その無効電力Ｑ_Ｇ及び変動させる周期をある一定の期間毎に各分散型電源でランダムに変更するようにしても良い。なお、この方法に加えて、さらに周期を変更して系統インピーダンスＺを２回連続して求めるようにする。このようにすれば、無効電力Ｑ_Ｇ及び／または有効電力Ｐ_Ｇを変動させる周期が他の分散型電源と一時的に一致した場合であっても、２回連続して一致する可能性は低いので、系統インピーダンスＺの推定値が２回連続して同じ値になれば、それは系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身によって求められた系統インピーダンスＺであると判断できる。また、配電系統電圧の周波数スペクトルを観測し、系統内に存在しない周波数成分で無効電力Ｑ_Ｇ及び／または有効電力Ｐ_Ｇを変動させて系統インピーダンスＺを推定しても良い。

（６）上記各実施形態では、本願発明を電力系統の一部である配電設備に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、電力系統から自立して運転している系統あるいは電力系統と連系して運転している系統にも適用可能である。このような電力系統から自立して運転している系統あるいは電力系統と連系して運転している系統の１つとして、例えばマイクログリッドがある。

現状では、マイクログリッドについて統一された定義は存在しないが、マイクログリッドは、分散型電源や電力貯蔵システムを組み合わせて構成され、分散型電源の発電量を調節することによって需要電量に見合った電力供給を実現するものであり、通常では電力系統から自立して運転されるが、必要に応じて電力系統と連系して運転される場合もある。このようなマイクログリッドの一構成要素として、本発明を適用することができる。
なお、マイクログリッドの定義の1つとして、自然エネルギーを利用した分散型電源を含む多様な分散型電源を構成要素とする、というものがあるが、本発明はこれに限定されない。ガスタービン等を利用し、自然エネルギーを利用していない分散型電源であり分散型電源の種類が1種類であっても良い。

（７）上記追加実施形態では、インピーダンス推定装置ＩＥが線路ｂを介して系統インピーダンスＺの推定に必要な連系点電圧Ｖを検出するようにしたが、これに代えて、分散型電源本体ＰＷＨで検出した連系点電圧Ｖを通信部１１及び通信線路ＴＬを介してインピーダンス推定装置ＩＥに送信するようにしても良い。この場合、線路ｂは不要となる。

なお、上記各実施形態では、分散型電源ＰＷ１に電圧計１が内蔵されている場合について説明したが、電圧計１については、必ずしも分散型電源ＰＷ１内に設ける必要はなく、別体としても良い。すなわち、別体として設けられた電圧計１が検出した連系点電圧Ｖを、分散型電源ＰＷ１内の検出電力演算部３へ出力するようにしても良い（図示せず）。このことは、図４の分散型電源ＰＷ１が複数連係する場合でも同様である（図示せず）。

図１１に示した例でも、分散型電源本体ＰＷＨと電圧計１とが必ずしも一体とする必要はなく、電圧計１を分散型電源本体ＰＷＨの外部に設置してもよい。すなわち、別体として設けられた電圧計１で検出した連系点電圧Ｖを、分散型電源本体ＰＷＨ内の検出電力演算部３へ出力するようにしても良い（図示せず）。

また、図１１に示した例において、分散型電源本体ＰＷＨの電圧計１に相当する装置を省略してインピーダンス推定装置ＩＥを構成し、分散型電源本体ＰＷＨとは別体として設けられた電圧計１で検出した連系点電圧Ｖを分散型電源本体ＰＷＨとインピーダンス推定装置ＩＥとに出力するようにしても良い。この場合は、別体として設けられた電圧計１で検出した連系点電圧Ｖを、分散型電源本体ＰＷＨ内の検出電力演算部３と、インピーダンス推定装置ＩＥ内の検出電力演算部３に相当する装置へ出力する（図示せず）。この場合には、別体として設けられた電圧計１を分散型電源本体ＰＷＨとインピーダンス推定装置ＩＥとが共用するので、部品点数が削減できるという利点がある。

本発明の第１実施形態に係わる配電設備の系統図である。 本発明の各実施形態における無効電力Ｑ_Ｇによる連系点電圧Ｖの変動抑制原理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態における周期変動法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態において分散型電源ＰＷ１を複数連系した場合の配電系統の構成図である。 本発明の第２実施形態における無効電力の制御方式の特徴と示す模式図である。 本発明の第３実施形態における無効電力の制御方式の特徴と示す模式図である。 本発明の第４実施形態における無効電力の制御方式の特徴と示す模式図である。 本発明の各実施形態の軽負荷時における効果を示すシミュレーション結果である。 本発明の各実施形態の重負荷時における効果を示すシミュレーション結果である。 本発明の各実施形態における必要インバータ容量を示すシミュレーション結果である。 本発明の追加実施形態に係わる分散型電源の機能構成を示すブロック図である。

符号の説明

Ｓ…配電用変電所、Ｃ１…高圧配電線、Ｔ１，Ｔ２…配電用変圧器、Ｃ２…低圧配電線、ＰＷ１、ＰＷ１１、ＰＷ１２、ＰＷ１３…分散型電源、Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…負荷、１…電圧計、２…電流計、３…検出電力演算部、４，４Ａ…最適出力演算部、５…記憶部、６…出力電流設定部、７…出力電流制御部、８…インバータ、９…直流電源、１０…連系リアクトル、１１…通信部、ＰＷＨ…分散型電源本体、ＩＥ…インピーダンス推定装置、ＴＬ…通信線路

Claims (19)

1. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
   有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
   前記電力系統の系統インピーダンスを推定すると共に、前記系統インピーダンスの推定値Ｒ＋ｊＸ、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇからなる下記関係式に基づいて連系点電圧の変動を最小化する無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求め、この最適値を所定の力率下限値に制限して連系点に出力するように前記電力発生手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする分散型電源。
   

   
2. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
   有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
   前記電力系統の系統インピーダンスを推定し、前記系統インピーダンスの推定値が大きいほど有効電力に対する連系点電圧下げ方向の無効電力の割合が大きくなるように、前記電力発生手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする分散型電源。
3. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
   有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
   前記電力系統の系統インピーダンスＺを推定し、有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ、系統インピーダンス推定値Ｚ、前記系統インピーダンスＺに関する所定の２値Ｚ_Ｌ，Ｚ_Ｈ（ただし、Ｚ_Ｌ＜Ｚ_Ｈ）及び力率cosφからなる下記関係式に基づいた無効電力を出力するように、前記電力発生手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする分散型電源。
   

   
4. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
   有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
   連系点電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が大きいほど有効電力に対する前記連系点電圧下げ方向の無効電力の割合が大きくなるように、前記電力発生手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする分散型電源。
5. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
   有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
   連系点電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段が検出した連系点電圧Ｖ、有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ、連系点電圧Ｖに関する所定の２値Ｖ_Ｌ，Ｖ_Ｈ（ただし、Ｖ_Ｌ＜Ｖ_Ｈ）及び力率cosφからなる下記関係式に基づいた無効電力を出力するように、前記電力発生手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする分散型電源。
   

   
6. 制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が電力発生手段の出力容量を越えようとするときには、前記出力容量を越えないように前記電力発生手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２ないし５いずれか一記載の分散型電源。
7. 制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が無効電力に関する所定の上限値を上回ろうとするときには、無効電力を前記上限値に設定するように前記電力発生手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２ないし５いずれか一記載の分散型電源。
8. 制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が力率の下限値を下回ろうとするときには、前記力率の下限値を保つように前記電力発生手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２ないし５いずれか一記載の分散型電源。
9. 制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が無効電力の下限値を下回ろうとするときには、無効電力を前記下限値に設定するように前記電力発生手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２ないし５いずれか一記載の分散型電源。
10. 制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が力率の上限値を上回ろうとするときには、無効電力が当該力率の上限値を保つように前記電力発生手段を制御する
    ことを特徴とする請求項２ないし５いずれか一記載の分散型電源。
11. 制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力の方向が反転しようとするときには、前記無効電力をゼロに設定するように前記電力発生手段を制御する
    ことを特徴とする請求項２ないし５いずれか一記載の分散型電源。
12. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
    有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
    前記電力系統の系統インピーダンスを推定し、前記系統インピーダンスの推定値が所定の下限値と上限値とによって規定される許容インピーダンス範囲にある場合は、有効電力に対する無効電力の割合を、前記下限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を減少させる方向に変化させ、逆に前記上限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を増加させる方向に変化させるように、前記電力発生手段を制御する制御手段と
    を具備することを特徴とする分散型電源。
13. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
    有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
    連系点電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が所定の下限値と上限値とによって規定される許容電圧範囲にある場合は、有効電力に対する無効電力の割合を、前記下限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を減少させる方向に変化させ、逆に前記上限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を増加させる方向に変化させるように、前記電力発生手段を制御する制御手段と
    を具備することを特徴とする分散型電源。
14. 制御手段は、前記上限値を超える場合には、前記上限値に相当する無効電力を出力するように前記電力発生手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１２または１３記載の分散型電源。
15. 制御手段は、前記下限値を下回る場合には、前記下限値に相当する無効電力を出力するように前記電力発生手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１２ないし１４いずれか一記載の分散型電源。
16. 制御手段は、連系点系統電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が電力発生手段の出力容量を越えようとするときには、前記当該出力容量を越えないように前記電力発生手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１２ないし１５いずれか一記載の分散型電源。
17. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
    有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
    連系点電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が所定の上限値を越えた場合は系統電圧下げ方向の無効電力を出力して前記連系点電圧を前記上限値に維持するように、また前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が所定の下限値を下回った場合には系統電圧上げ方向の無効電力を出力して前記連系点電圧を前記下限値に維持するように前記電力発生手段を制御する制御手段と
    を具備することを特徴とする分散型電源。
18. 前記電力発生手段から連系点に無効電力を出力しない通常運転モードと、無効電力を前記電力発生手段から連系点に出力することにより連系点電圧を前記上限値または前記下限値に制御する電圧補償運転モードとの２つの運転モードを持ち、
    前記通常運転モードにおいて、前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が前記上限値よりも高くなったとき及び前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が前記下限値よりも低くなったときに前記電圧補償運転モードに移行し、
    前記電圧補償運転モードにおいては、無効電力出力の極性が反転したときに前記通常運転モードに移行する
    ことを特徴とする請求項１７記載の分散型電源。
19. 既存の電力系統に代えて、電力系統から自立して運転している系統あるいは電力系統と連系して運転している系統と連系して電力を負荷に供給することを特徴とする請求項１ないし１８いずれか一記載の分散型電源。

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