JP2009183117A - 系統連系電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制する。
【解決手段】電圧指令切替判断回路３６及び円滑回路３８を備えた構成により、遮断状態への移行直後から一定期間には、遮断用電圧指令値から変換器電圧指令値への変化を円滑にして当該電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力するので、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電力系統の正常時には電力系統との連系運転を行い、電力系統の異常時には電力変換器による自立運転を行う系統連系電力変換装置に係り、例えば、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制し得る系統連系電力変換装置に関する。

一般に、分散型電源システムの分野においては、電力系統の正常時には電力系統との連系運転を行い、電力系統の異常時には電力変換器による自立運転を行う方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の技術では、電源を遮断せずに連系運転モードと自立運転モードを切り替えることが可能となっている。具体的には、瞬時に電力系統を切り離し、電源として立ち上げる構成となっている。

図１４は特許文献１記載の分散型電源システムの構成を示す回路図である（特許文献１の図７参照）。この分散型電源システムは、電力系統１に対し、半導体素子で構成した系統連系スイッチ３を介して負荷２が接続されている。また、負荷２と並列に電力変換器４が接続され、さらに電力変換器４の直流側には、充放電可能な直流電源５が接続されている。電力系統１が正常である場合、系統連系スイッチ３は導通しており、負荷２に対して電力の供給を行なう。また、これと同時に、電力変換器４は、直流電源５の充電・放電動作を行なう。

この時、変換器電流検出器６の出力が電流基準値発生回路７により設定された電流値に保たれるように、変換器制御回路８は電力変換器４の出力すべき電圧を決定する。この変換器制御回路８の出力は、ゲートドライブ回路９に入力され、発生したＰＷＭ信号により電力変換器４を動作させて、直流電源５を充電または放電する。この状態を、連系運転モードと称する。

一方、電力系統１に電圧低下や停電等の異常が発生した場合、系統連系スイッチ３はオフされ、負荷２には直流電源５から電力変換器４を通じて電力を供給する。

この時、変換器制御回路８は、負荷電圧検出器１０の出力が電圧基準値発生回路１１により設定された電圧値に保たれるような電圧指令値を、電力変換器４に与える。この状態を、自立運転モードと称する。

本分散型電源システムが連系運転モードにある際に、電力系統１に異常が発生してから、系統電圧異常検出器１２が電力系統１の異常を検出して、当該検出信号が連系スイッチ制御回路１３に入力されて系統連系スイッチ３をオフして、自立運転モードに移行するまでの切換えに要する時間は、負荷２に影響を与えない範囲内に抑える必要がある。

また電力系統１と系統連系スイッチ３との間に、連系スイッチ電流検出器１４を設置した構成としている。また、遮断時電圧指令生成回路１６と、切換器１７とを備えた構成としている。

連系スイッチ電流検出器１４では、系統連系スイッチ３に流れる電流を検出し、その出力を遮断時電圧指令生成回路１６へ入力する。遮断時電圧指令生成回路１６では、連系スイッチ電流検出器１４の出力を基に、系統連系スイッチ３に流れる電流を減衰させるように、電力変換器４の電圧指令を発生する。

次に、このような状態で、系統電圧異常検出器１２が電力系統１の異常を検出して、その検出信号が変換器制御回路８と同時に切換器１７へ入力されると、切換器１７が動作して、遮断時電圧指令生成回路１６により演算された系統連系スイッチ３に流れる電流を減衰させるような電圧指令を、変換器制御回路８の出力に代えてゲートドライブ回路９へ入力する。

その結果、電力変換器４は、系統連系スイッチ３の電流の遮断が促進されるような電圧を出力して、系統連系スイッチ３に流れる電流は減衰して零となり、電力系統１の切り離しは完了する。

その後、切換器１７を元に戻して、再度、変換器制御回路８の出力がゲートドライブ回路９へ入力されるようにする。

また、過電流検出回路１９を備えた構成としている。

変換器電流検出器６では、電力変換器４の電流を検出し、その出力を過電流検出回路１９へ入力する。過電流検出回路１９では、電力変換器電流検出器６の出力を基に、電力変換器４の電流が過電流となったことを検出し、その出力を、電流基準値発生回路７、および切換器１７へ入力する。

過電流検出回路１９が動作している期間は、電流基準値発生回路７の出力は、電力変換器４に流すことができる正または負の最大電流値で固定する。同時に、過電流検出回路１９の出力により、切換器１７を動作させて、一時的に変換器制御回路８の出力をゲートドライブ回路９へ入力する。

その結果、電力変換器４の過電流時には、電力変換器４の電流を電力変換器４に流すことができる最大電流で固定して、電力変換器４が過電流に陥ることを回避しつつ、系統連系スイッチ３の遮断動作を継続させることができる。

図１５は、この時の系統電圧異常検出器１２の出力、系統連系スイッチ３を流れる電流、遮断時電圧指令生成回路１６の出力、電力変換器４の出力電流、過電流検出回路１９の出力、電流基準値発生回路７の出力の波形の一例を示す図である（特許文献１の図８参照）。
特開平１１−３４１６８６号公報、第２〜７段落、第３３段落、第６２段落、第６３段落、第６６〜６９段落、第７２段落、第７６〜７９段落、図７及び図８等。

しかしながら、上述した特許文献１記載の技術は、通常は特に問題は無いが、本発明者の検討によれば、図１６（ａ）の期間ｔ１以降に示すように、系統連系スイッチ（以下、連系スイッチという）３に流れる連系スイッチ電流を減衰させて連系スイッチを遮断する際に、図１６（ｂ），（ｄ）に示すように、期間ｔ１〜ｔ２に示す連系スイッチ遮断用の電圧指令（遮断用電圧指令値）と、時刻ｔ２以降の自立運転モード（定電圧制御）に切り替えた後の通常の電圧指令（変換器電圧指令値）とに一貫性がない。

このため、図１６（ｂ）の時刻ｔ２秒付近において、連系スイッチ遮断用の電圧指令から通常の電圧指令へ移行する際に、両電圧指令の極性と大きさが乖離している可能性がある。この場合、電圧指令の値が乖離の度合いに応じて急変することから、電力変換器４の出力電圧の跳ね上がりが大きくなる。従って、図１６（ｃ）の時刻ｔ３に皮相分を示すように、負荷電圧が過大となる場合がある。しかしながら、過大となる負荷電圧は抑制する必要がある。

本発明は上記実情を考慮してなされたもので、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制し得る系統連系電力変換装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、電力系統（１）と需要家負荷（２）との間に接続され、前記電力系統の正常時には導通状態に制御され、前記電力系統の異常時には遮断状態に制御される連系スイッチ（３）と、前記需要家負荷に並列に接続された電力変換器（４）と、前記電力変換器の直流側に接続された充放電可能な直流電源（５）とを備えた系統連系電力変換装置であって、前記連系スイッチに流れる連系スイッチ電流を検出する連系スイッチ電流検出手段（３１）と、前記連系スイッチが導通状態の間（〜ｔ２）は、前記電力変換器から負荷に供給される変換器電流を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成し、前記連系スイッチが遮断状態の間（ｔ２〜）は、前記負荷の電圧を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成する変換器指令値生成手段（３２）と、前記電力系統の異常が検出されて前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間は、前記連系スイッチ電流を零値に制御するように電力変換器を制御する遮断用電圧指令値を生成する遮断用指令値生成手段（３４）と、前記連系スイッチが導通状態の安定状態（〜ｔ１）又は遮断状態の安定状態（ｔ３〜）の間は、変換器指令値選択信号及び円滑無効信号を出力し、前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）は、遮断用指令値選択信号及び円滑無効信号を出力し、前記遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）は、変換器指令値選択信号及び円滑有効信号を出力する信号出力手段（３６）と、前記信号出力手段から変換器指令値選択信号が入力されると、前記変換器指令値生成手段から受けた電力変換器電圧指令値を出力し、前記信号出力手段から遮断用指令値選択信号が入力されると、前記遮断用指令値生成手段から受けた遮断用電圧指令値を出力するスイッチ手段（３７）と、前記信号出力手段から円滑無効信号が入力されると、前記スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値を出力し、前記信号出力手段から円滑有効信号が入力されると、前記スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値を出力する円滑手段（３８）と、前記円滑手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値に基づいて、前記電力変換器を駆動する変換器駆動手段（９）とを備えた系統連系電力変換装置である。

第２の発明は、電力系統（１）と需要家負荷（２）との間に接続され、前記電力系統の正常時には導通状態に制御され、前記電力系統の異常時には遮断状態に制御される連系スイッチ（３）と、前記需要家負荷に並列に接続された電力変換器（４）と、前記電力変換器の直流側に接続された充放電可能な直流電源（５）とを備えた系統連系電力変換装置であって、前記連系スイッチに流れる連系スイッチ電流を検出する連系スイッチ電流検出手段（３１）と、前記連系スイッチが導通状態の間（〜ｔ２）は、前記電力変換器から負荷に供給される変換器電流を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成し、前記連系スイッチが遮断状態の間（ｔ２〜）は、前記負荷の電圧を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成する変換器指令値生成手段（３２）と、前記電力系統の異常が検出されて前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）は、前記連系スイッチ電流を零値に制御するように電力変換器を制御する遮断用電圧指令値を生成する遮断用指令値生成手段（３４）と、前記連系スイッチが導通状態の安定状態（〜ｔ１）又は遮断状態の安定状態（ｔ３〜）の間は、変換器指令値選択信号を出力し、前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）は、遮断用指令値選択信号を出力する信号出力手段（３６）と、前記信号出力手段から変換器指令値選択信号が入力されると、前記変換器指令値生成手段から受けた電力変換器電圧指令値を出力し、前記信号出力手段から遮断用指令値選択信号が入力されると、前記遮断用指令値生成手段から受けた遮断用電圧指令値を出力する第１スイッチ手段（３７Ａ）と、前記第１スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値を出力する円滑手段（３８）と、前記信号出力手段から入力された変換器指令値選択信号又は遮断用指令値選択信号を出力する際に、前記入力される遮断用指令値選択信号が変換器指令値選択信号に切り替わった場合には当該変換器指令値選択信号を遅延させて出力する信号遅延手段（３９）と、前記信号遅延手段から変換器指令値選択信号が入力されると、前記変換器指令値生成手段から受けた電力変換器電圧指令値を出力し、前記信号遅延手段から遮断用指令値選択信号が入力されると、前記円滑手段から受けた遮断用電圧指令値又は変換器電圧指令値を出力する第２スイッチ手段（３７Ｂ）と、前記第２スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値に基づいて、前記電力変換器を駆動する変換器駆動手段（９）とを備えた系統連系電力変換装置である。

（作用）
第１の発明では、信号出力手段及び円滑手段を備えた構成により、遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）には、遮断用電圧指令値から変換器電圧指令値への変化を円滑にして当該電圧指令値を変換器駆動手段に出力するので、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制することができる。

第２の発明では、信号出力手段、第１スイッチ手段、円滑手段、信号遅延手段及び第２スイッチ手段を備えた構成により、電力系統の異常が検出されて連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）には、遮断用電圧指令値の変化を円滑にし、遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）には、第１スイッチ手段に比べて第２スイッチ手段を遅延させて切り替えることにより、遮断用電圧指令値から変換器電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値を変換器駆動手段に出力するので、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制することができる。

以上説明したように本発明によれば、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制できる。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図であり、図２は同システムの動作を説明するためのタイムチャート及び関係図である。なお、図２（ａ）は連系スイッチ電流を示し、図２（ｂ）は電力変換器に対する電圧指令値を示し、図２（ｃ）は負荷電圧Ｖｏの皮相分を示し、図２（ｄ）は期間、電圧指令及び円滑回路の関係を示している。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１中の参照符号（ａ）〜（ｃ）に対応している。

さて図１に示す分散型電源システムは、電力系統１、負荷２、連系スイッチ３、電力変換器４、直流電源５、電流基準値発生回路７、ゲートドライブ回路９、負荷電圧検出器１０、電圧基準値発生回路１１、変換器電流検出器３１、変換器制御回路３２、連系スイッチ電流検出器３３、系統遮断用電圧指令発生回路３４、系統電圧検出器３５、電圧指令切替判断回路３６、スイッチ回路３７及び円滑回路３８を備えている。

ここで、電力系統１は、商用電源や交流電源などに接続されており、連系スイッチ３を介して負荷２に電力を供給するものである。

負荷２は、連系スイッチ３及び電力変換器４に接続された需要家負荷である。

連系スイッチ３は、電力系統１と負荷２との間に接続され、電力系統１の正常時には導通状態に制御され、電力系統の異常時には遮断状態に制御されるスイッチである。連系スイッチ３は、具体的には、電力系統１の異常を検知して電力系統１と負荷２を切り離すためのスイッチであり、半導体素子、機械式スイッチ又は遮断器などが使用可能となっている。

電力変換器４は、負荷２に並列に接続され、ゲートドライブ回路９から受けるゲート信号に基づいて、直流電源５から供給される直流電力を変換し、得られた交流電力を負荷２側に供給するものである。電力変換器４は、具体的には、自己消弧素子で構成されスイッチング動作により交流電力を出力するものである。

直流電源５は、電力変換器４の直流側に接続された充放電可能な直流電源であり、例えば、コンデンサ、電池、整流器、フライホイールなどのいずれかから構成されている。

電流基準値発生回路７は、主に電力系統１と電力変換器４が連系しているときに使用する電流基準値を発生し、得られた電流基準値を変換器制御回路３２に出力する機能をもっている。

ゲートドライブ回路（変換器駆動手段）９は、円滑回路３８から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値に基づいて、電力変換器４を駆動するためのゲート信号を電力変換器４に出力するものである。

負荷電圧検出器１０は、負荷２に印加される負荷電圧を検出し、得られた負荷電圧Ｖｏの値を変換器制御回路３２に出力するものである。

電圧基準値発生回路１１は、電力系統１の異常により電力変換器４が電源として動作する際の電圧基準値を発生し、得られた電圧基準値を変換器制御回路３２に出力するものである。

変換器電流検出器３１は、電力変換器４から負荷２側に供給される変換器電流を検出し、得られた変換器電流Ｉｐの値を変換器制御回路３２に出力するものである。

変換器制御回路（変換器指令値生成手段）３２は、連系スイッチ３が導通状態の間（〜ｔ２）は、変換器電流検出器３１により検出された変換器電流Ｉｐの値を所望の値に制御するように電力変換器４を制御する電力変換器電圧指令値を生成する機能と、連系スイッチ３が遮断状態の間（ｔ２〜）は、負荷２の電圧を所望の値に制御するように電力変換器４を制御する電力変換器電圧指令値を生成する機能と、得られた電力変換器電圧指令値をスイッチ回路３７に出力する機能をもっている。具体的には、変換器制御回路３２は、電流基準値発生回路４１及び電圧基準値発生回路４２から受ける基準値に追従するように電圧指令を生成する機能をもっている。

連系スイッチ電流検出器３３は、連系スイッチ３に流れる連系スイッチ電流を検出し、得られた連系スイッチ電流Ｉｓの値を系統遮断用電圧指令発生回路３４及び電圧指令切替判断回路３６に出力するものである。

系統遮断用電圧指令発生回路３４は、電力系統１の異常が検出されて連系スイッチ３が導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）は、連系スイッチ電流Ｉｓを零値に制御するように電力変換器４を制御する遮断用電圧指令値を生成する機能と、得られた遮断用電圧指令値をスイッチ回路３７に出力する機能とをもっている。

系統電圧検出器３５は、電力系統１から連系スイッチ３に印加される系統電圧を検出し、得られた系統電圧Ｖｓの値を電圧指令切替判断回路３６に出力するものである。

電圧指令切替判断回路（信号出力手段）３６は、連系スイッチ電流検出器３３から受ける連系スイッチ電流Ｉｓの値と、系統電圧検出器３５から受ける系統電圧Ｖｓの値とに基づいて、連系スイッチ３の状態を判断する機能と、連系スイッチ３が導通状態の安定状態（〜ｔ１）又は遮断状態の安定状態の間（ｔ３〜）は、変換器指令値選択信号及び円滑無効信号をそれぞれズイッチ回路３７及び円滑回路３８に出力する機能と、連系スイッチ３が導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）は、遮断用指令値選択信号及び円滑有効信号をそれぞれスイッチ回路３７及び円滑回路３８に出力する機能と、遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）は、変換器指令値選択信号及び円滑有効信号をそれぞれスイッチ回路３７及び円滑回路３８に出力する機能とをもっている。

スイッチ回路３７は、電圧指令切替判断回路３６から変換器指令値選択信号が入力されると、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値を円滑回路３８に出力する機能と、電圧指令切替判断回路３６から遮断用指令値選択信号が入力されると、系統遮断用電圧指令発生回路３４から受けた遮断用電圧指令値を円滑回路３８に出力する機能とをもっている。

円滑回路３８は、電圧指令切替判断回路３６から円滑無効信号が入力されると、スイッチ回路３７から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する機能と、電圧指令切替判断回路３６から円滑有効信号が入力されると、スイッチ回路３７から出力された変換器電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する機能とをもっている。

なお、円滑回路３８は、入力された電圧指令値がステップ状に遷移（急変）するのではなく、円滑に推移（徐々に変化）するように演算するものであればよく、例えば、後述する変化率リミッタ又は一次遅れフィルタ等が使用可能となっている。

次に、以上のように構成された系統連系電力変換装置の作用を図２を用いて説明する。

（時刻ｔ１以前：導通状態の安定状態）
電力系統１が正常である場合（時刻ｔ１以前）、系統連系スイッチ３は導通状態の安定状態にあり、負荷２に対して電力の供給を行なう。また、これと同時に、電力変換器４は、直流電源５の充電・放電動作を行なう。この時、電力変換器４は、前述した連系運転モードで駆動される。

（時刻ｔ１〜ｔ２間：導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間）
一方、連系運転モードにある際に、電力系統１に異常が発生して（時刻ｔ１）、連系スイッチ３が遮断状態に移行するとする。

系統遮断用電圧指令発生回路３４は、連系スイッチ電流Ｉｓを零値に制御するための遮断用電圧指令値を生成してスイッチ回路３７に出力する。

一方、電圧指令切替判断回路３６は、遮断用指令値選択信号及び円滑無効信号をそれぞれスイッチ回路３７及び円滑回路３８に出力する。

スイッチ回路３７は、この遮断用指令値選択信号が入力されると、系統遮断用電圧指令発生回路３４から受けた遮断用電圧指令値を円滑回路３８に出力する。

円滑回路３８は、円滑無効信号が入力されると、スイッチ回路３７から出力された遮断用電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する。

ゲートドライブ回路９は、この遮断用電圧指令値に基づくゲート信号を電力変換器４に出力する。電力変換器４は、ゲート信号に基づいて、連系スイッチ電流Ｉｓを零値に制御するように、交流電力を負荷２側に供給する。

連系スイッチ３は、連系スイッチ電流Ｉｓが零値になると、遮断状態に切り替えられる（時刻ｔ２）。

（時刻ｔ２〜ｔ３間：遮断状態への移行直後から一定期間）
続いて、電圧指令切替判断回路３６は、連系スイッチ３が遮断状態に移行した直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）中には、変換器指令値選択信号及び円滑有効信号をそれぞれスイッチ回路３７及び円滑回路３８に出力する。

スイッチ回路３７は、変換器指令値選択信号が入力されると、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値を円滑回路３８に出力する。

円滑回路３８は、円滑有効信号が入力されると、スイッチ回路３７から出力された変換器電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する。

ゲートドライブ回路９は、円滑に変化する変換器電圧指令値に基づくゲート信号を電力変換器４に出力する。電力変換器４は、ゲート信号に基づいて、円滑に変化する交流電力を負荷２側に供給する。

（時刻ｔ３以降：遮断状態の安定状態）
続いて、電圧指令切替判断回路３６は、遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）が過ぎると、変換器指令値選択信号及び円滑無効信号をそれぞれスイッチ回路３７及び円滑回路３８に出力する。

スイッチ回路３７は、変換器指令値選択信号が入力されると、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値を円滑回路３８に出力する。

円滑回路３８は、円滑無効信号が入力されると、スイッチ回路３７から出力された変換器電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する。

ゲートドライブ回路９は、変換器電圧指令値に基づくゲート信号を電力変換器４に出力する。電力変換器４は、ゲート信号に基づいて、交流電力を負荷２側に供給する。

上述したように本実施形態によれば、電圧指令切替判断回路３６及び円滑回路３８を備えた構成により、遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）には、遮断用電圧指令値から変換器電圧指令値への変化を円滑にして当該変換器電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力するので、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制することができる。

すなわち、直流電源３と電力変換器４が電源として制御を切り替える際の電圧指令の切替において電圧指令の急変がある場合においても、円滑回路３８にて急変を抑制することにより、電力変換器４の出力電圧の跳ね上がりの発生を抑制することができる。

なお、円滑回路３８は、導通状態の安定状態（ｔ１以前）及び遮断状態の安定状態（ｔ３以降）には、無効となっているので、通常の動作時の即応性を阻害することはない。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図であり、図４は同システムの動作を説明するためのタイムチャート及び関係図であって、図１及び図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

すなわち、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、期間ｔ１〜ｔ２，ｔ２〜ｔ３に、遮断用電圧指令値及び変換器電圧指令値をそれぞれ円滑にするものであり、具体的には、各電圧指令値を発生する各回路３２，３４と、ゲートドライブ回路９との間に、第１スイッチ回路３７Ａ、円滑回路３８及び第２スイッチ回路３７Ｂの直列回路が設けられている。第１スイッチ回路３７Ａは、電圧指令切替判断回路３６’に制御される。第２スイッチ回路３７Ｂは、ディレイ回路３９を介して電圧指令切替判断回路３６’に制御される。変換器制御回路３２の出力は、第１スイッチ回路３７Ａ及び第２スイッチ回路３７Ｂの両者に入力される。

ここで、電圧指令切替判断回路（信号出力手段）３６’は、連系スイッチ電流検出器３３から受ける連系スイッチ電流Ｉｓの値と、系統電圧検出器３５から受ける系統電圧Ｖｓの値とに基づいて、連系スイッチ３の状態を判断する機能と、連系スイッチ３が導通状態の安定状態（〜ｔ１）又は遮断状態の安定状態（ｔ３〜）の間には、変換器指令値選択信号を第１スイッチ回路３７Ａ及びディレイ回路３９に出力する機能と、連系スイッチ３が導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）には、遮断用指令値選択信号を第１スイッチ回路３７Ａ及びディレイ回路３９に出力する機能とをもっている。

第１スイッチ回路３７Ａは、電圧指令切替判断回路３６’から変換器指令値選択信号が入力されると、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値を円滑回路３８に出力する機能と、電圧指令切替判断回路３６’から遮断用指令値選択信号が入力されると、系統遮断用電圧指令発生回路３４から受けた遮断用電圧指令値を円滑回路３８に出力する機能とをもっている。

第２スイッチ回路３７Ｂは、ディレイ回路３９から変換器指令値選択信号が入力されると、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する機能と、ディレイ回路３９から遮断用指令値選択信号が入力されると、円滑回路３８から受けた遮断用電圧指令値又は変換器電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する機能とをもっている。

円滑回路３８は、第１スイッチ回路３７Ａから出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値を第２スイッチ回路３７Ｂに出力する機能をもっている。

ディレイ回路（信号遅延手段）３９は、電圧指令切替判断回路３６’から入力された変換器指令値選択信号又は遮断用指令値選択信号を第２スイッチ回路３７Ｂに出力するものであり、入力される遮断用指令値選択信号が変換器指令値選択信号に切り替わった場合には当該変換器指令値選択信号を遅延させて第２スイッチ回路３７Ｂに出力する機能をもっている。

なお、入力される遮断用指令値選択信号が変換器指令値選択信号に切り替わった場合に当該変換器指令値選択信号を遅延させる機能としては、例えば変換器指令値選択信号を“１”とし、遮断用指令値選択信号を“０”として表す場合に、オフ−ディレイ（off-delay）機能（信号が立ち下がるときに遅れを設ける）を無しとし、オン−ディレイ（on-delay）機能（信号が立ち上がるときに遅れを持たせる）を有りとしたディレイ機能の組合せが適用可能となっている。すなわち、変換器指令値選択信号“１”→遮断用指令値選択信号“０”となる立下り時には遅れを発生させず、遮断用指令値選択信号“０”→変換器指令値選択信号“１”となる立上り時のみ遅れを発生させればよい。

次に、以上のように構成された系統連系電力変換装置の作用を図４乃至図７を用いて説明する。なお、図５及び図７中、電圧指令切替判断回路３６’の出力“１”は、変換器指令値選択信号を表す。図６中、電圧指令切替判断回路３６’の出力“０”は、遮断用指令値選択信号を表す。

（時刻ｔ１以前：導通状態の安定状態）
電力系統１が正常である場合（時刻ｔ１以前）、図４に示すように、系統連系電力変換装置は、前述同様に動作する。すなわち、系統連系スイッチ３は導通状態の安定状態にあり、負荷２に電力を供給する。電力変換器４は、直流電源５の充電・放電動作を行い、連系運転モードで駆動される。

このとき、電圧指令切替判断回路３６’は、図５に示すように、変換器指令値選択信号“１”を第１スイッチ回路３７Ａに出力すると共に、この変換器指令値選択信号“１”をディレイ回路３９を介して第２スイッチ回路３７Ｂに出力している。

これにより、第１スイッチ回路３７Ａは、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値を円滑回路３８に出力し、円滑回路３８はこの電力変換器電圧指令値の変化を円滑にして第２スイッチ回路３７Ｂに出力する。

第２スイッチ回路３７Ｂは、ディレイ回路３９から変換器指令値選択信号が入力されると、円滑回路３８の出力を通過させず、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する。

ゲートドライブ回路９は、電力変換器電圧指令値に基づくゲート信号を電力変換器４に出力する。

なお、導通状態の安定状態（ｔ１以前）には、円滑回路３８の出力が第２スイッチ回路により遮断されるので、通常の動作時の即応性を阻害することはない。

（時刻ｔ１〜ｔ２間：導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間）
ここで、前述同様に、電力系統１に異常が発生して（時刻ｔ１）、連系スイッチ３が遮断状態に移行するとする。

このとき、系統遮断用電圧指令発生回路３４は、図６に示すように、遮断用電圧指令値を生成して第１スイッチ回路３７Ａに出力する。また、電圧指令切替判断回路３６’は、遮断用指令値選択信号“０”を第１スイッチ回路３７Ａ及びディレイ回路３９に出力する。

第１スイッチ回路３７Ａは、遮断用指令値選択信号“０”が入力されると、系統遮断用電圧指令発生回路３４から受けた遮断用電圧指令値を円滑回路３８に出力する。

円滑回路３８は、この遮断用電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値を第２スイッチ回路３７Ｂに出力する。

一方、ディレイ回路３９は、オフ−ディレイ機能（立下り時の遅延機能）が無いため、電圧指令切替判断回路３６’から受けた遮断用指令値選択信号“０”を遅延させずに第２スイッチ回路３７Ｂに出力する。

第２スイッチ回路３７Ｂは、遮断用指令値選択信号が入力されると、円滑回路３８から受けた遮断用電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する。

ゲートドライブ回路９は、遮断用電圧指令値に基づくゲート信号を電力変換器４に出力する。

なお、導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）には、ディレイ回路３９の信号通過に遅延が無いので、円滑回路３８の出力が遅延せずに第２スイッチ回路３７Ｂを通過する。すなわち、円滑回路３８は、電圧指令の切替りによる急変があったとしても、電圧指令の急変を抑制できる。

（時刻ｔ２〜ｔ３間：遮断状態への移行直後から一定期間）
連系スイッチ電流Ｉｓが零値になり、連系スイッチ３が遮断状態に移行したとする（時刻ｔ２）。

このとき、電圧指令切替判断回路３６’は、図７に示すように、変換器指令値選択信号“１”を第１スイッチ回路３７Ａ及びディレイ回路３９に出力する。

第１スイッチ回路３７Ａは、変換器指令値選択信号“１”が入力されると、変換器制御回路３２から受けた変換器電圧指令値を円滑回路３８に出力する。

円滑回路３８は、遮断用電圧指令値から変換器電圧指令値への変化を円滑にして当該電圧指令値を第２スイッチ回路３７Ｂに出力する。

一方、ディレイ回路３９は、オン−ディレイ機能（立上り時の遅延機能）が有るため、電圧指令切替判断回路３６’から受けた変換器指令値選択信号“０”を一定期間（ｔ２〜ｔ３）だけ遅延させて第２スイッチ回路３７Ｂに出力する。

第２スイッチ回路３７Ｂは、変換器指令値選択信号“０”が遅延しているので、未だ変換器制御回路３２側に切り替わらず、円滑回路３８から受けた変換器電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力する。

ゲートドライブ回路９は、変換器電圧指令値に基づくゲート信号を電力変換器４に出力する。

なお、遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ１〜ｔ２）には、ディレイ回路３９の信号通過に遅延が有るので、第２スイッチ回路３７Ｂは円滑回路３８の出力を通過させる。このため、電圧指令の切替りによる急変があったとしても、円滑回路３８が電圧指令の急変を抑制できる。

（時刻ｔ３以降：遮断状態の安定状態）
遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）が過ぎると、ディレイ回路３９は、変換器指令値選択信号“１”を第２スイッチ回路３７Ｂに出力する。

第２スイッチ回路３７は、変換器指令値選択信号“１”が入力されると、変換器制御回路３２から受けた電力変換器電圧指令値を円滑回路３８に出力する。

円滑回路３８は、変換器電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力し、ゲートドライブ回路９は、変換器電圧指令値に基づくゲート信号を電力変換器４に出力する。

上述したように本実施形態によれば、電圧指令切替判断回路３６’、第１スイッチ回路３７Ａ、円滑回路３８、ディレイ回路３９及び第２スイッチ回路３７Ｂを備えた構成により、電力系統の異常が検出されて連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間（ｔ１〜ｔ２）には、遮断用電圧指令値の変化を円滑にし、遮断状態への移行直後から一定期間（ｔ２〜ｔ３）には、第１スイッチ回路３７Ａに比べて第２スイッチ回路３７Ｂを遅延させて切り替えることにより、遮断用電圧指令値から変換器電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値をゲートドライブ回路９に出力するので、連系運転から自立運転への移行時に、過大となる負荷電圧を抑制することができる。

すなわち、直流電源３と電力変換器４が電源として制御を切り替える際の電圧指令の切替において電圧指令の急変がある場合においても、円滑回路３８にて急変を抑制することで、負荷電圧の跳ね上がりの発生を抑制することができる。

補足すると、本実施形態は、第１の実施形態とは異なり、電力変換器電圧指令および系統遮断用電圧指令の切替りの全ての期間（ｔ１〜ｔ３）で円滑回路３８が有効に作用し、負荷電圧の過大を阻止することができる。

なお、本実施形態は、図５及び図７において、出力“１”に代えて出力“０”が変換器指令値選択信号を表すように変形してもよい。同様に、図６において、出力“０”に代えて出力“１”が遮断用指令値選択信号を表すように変形してもよい。すなわち、同じ動作を行う際に、電圧指令切替判断回路４５の出力を反転させても実現可能となっている。例えば、電圧指令切替判断回路４５の出力が、定常時の電圧指令を“０”で選択し、系統遮断用電圧指令を“１”で選択する変形例の場合、ディレイ回路３９は、オン−ディレイ機能はもたず、オフ−ディレイ機能をもつ構成とすればよい。

（第３の実施形態）
図８及び図９は本発明の第３の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図であり、図１０は図９に示すシステムの動作を説明するための波形図である。

本実施形態は、第１又は第２の実施形態の具体例であり、円滑回路３８として、変化率リミッタ回路３８ａを備えている。

ここで、変化率リミッタ回路３８ａは、入力された電圧指令値の変化率を所定の値（上限の変化率）以下に抑制する機能をもっている。ここでは、スイッチ回路３７（又は３７Ａ）から受ける電圧指令値の変化率が大きいため、変化率リミッタ回路３８ａは、所定の変化率（上限の変化率）で推移する電圧指令値をゲートドライブ回路９（又は第２スイッチ回路３７Ｂ）に出力するものとなる。

以上のような構成によれば、第１又は第２の実施形態の効果に加え、変化率リミッタ回路３８ａにより、図１０に示すように、電圧指令値を所定の変化率で推移させて出力するので、変化の推移が推定しやすくなる。

（第４の実施形態）
図１１及び図１２は本発明の第４の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図であり、図１３は図１２に示すシステムの動作を説明するための波形図である。

本実施形態は、第１又は第２の実施形態の具体例であり、円滑回路３８として、一次遅れフィルタ回路３８ｂを備えている。

ここで、一次遅れフィルタ回路３８ｂは、入力された電圧指令値の変化を円滑にするためのものであり、スイッチ回路３７（又は３７Ａ）から受ける電圧指令値の変化を円滑に推移させてゲートドライブ回路９（又は第２スイッチ回路３７Ｂ）に出力する機能をもっている。

以上のような構成によれば、第１又は第２の実施形態の効果に加え、一次遅れフィルタ回路３８ｂにより、図１３に示すように、電圧指令値を円滑に推移させることができる。また、一次遅れフィルタ回路３８ｂを用いたことにより、安定までの時間を設定できる。

なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組合せてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図である。 同実施形態における動作を説明するためのタイムチャート及び関係図である。 本発明の第２の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図である。 同実施形態における動作を説明するためのタイムチャート及び関係図である。 同実施形態における動作を説明するための模式図である。 同実施形態における動作を説明するための模式図である。 同実施形態における動作を説明するための模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図である。 同実施形態における分散型電源システムの構成を示す回路図である。 同実施形態における図９に示すシステムの動作を説明するための波形図である。 本発明の第４の実施形態に係る系統連系電力変換装置が適用された分散型電源システムの構成を示す回路図である。 同実施形態における分散型電源システムの構成を示す回路図である。 同実施形態における図１２に示すシステムの動作を説明するための波形図である。 従来の分散型電源システムの構成を示す回路図である。 従来の各回路の出力波形の一例を示す図である。 従来の分散型電源システムの課題を説明するための波形図及び関係図である。

符号の説明

１…電力系統、２…負荷、３…連系スイッチ、４…電力変換器、５…直流電源、７…電流基準値発生回路、９…ゲートドライブ回路、１１…電圧基準値発生回路、３１…変換器電流検出器、３２…変換器制御回路、３３…連系スイッチ電流検出器、３４…系統遮断用電圧指令発生回路、３５…系統電圧検出器、３６，３６’…電圧指令切替判断回路、３７，３７Ａ，３７Ｂ…スイッチ回路、３８…円滑回路、３８ａ…変化率リミッタ回路、３８ｂ…フィルタ回路、３９…ディレイ回路。

Claims (4)

1. 電力系統と需要家負荷との間に接続され、前記電力系統の正常時には導通状態に制御され、前記電力系統の異常時には遮断状態に制御される連系スイッチと、
   前記需要家負荷に並列に接続された電力変換器と、
   前記電力変換器の直流側に接続された充放電可能な直流電源とを備えた系統連系電力変換装置であって、
   前記連系スイッチに流れる連系スイッチ電流を検出する連系スイッチ電流検出手段と、
   前記連系スイッチが導通状態の間は、前記電力変換器から負荷に供給される変換器電流を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成し、前記連系スイッチが遮断状態の間は、前記負荷の電圧を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成する変換器指令値生成手段と、
   前記電力系統の異常が検出されて前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間は、前記連系スイッチ電流を零値に制御するように電力変換器を制御する遮断用電圧指令値を生成する遮断用指令値生成手段と、
   前記連系スイッチが導通状態の安定状態又は遮断状態の安定状態の間は、変換器指令値選択信号及び円滑無効信号を出力し、前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間は、遮断用指令値選択信号及び円滑無効信号を出力し、前記遮断状態への移行直後から一定期間は、変換器指令値選択信号及び円滑有効信号を出力する信号出力手段と、
   前記信号出力手段から変換器指令値選択信号が入力されると、前記変換器指令値生成手段から受けた電力変換器電圧指令値を出力し、前記信号出力手段から遮断用指令値選択信号が入力されると、前記遮断用指令値生成手段から受けた遮断用電圧指令値を出力するスイッチ手段と、
   前記信号出力手段から円滑無効信号が入力されると、前記スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値を出力し、前記信号出力手段から円滑有効信号が入力されると、前記スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値を出力する円滑手段と、
   前記円滑手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値に基づいて、前記電力変換器を駆動する変換器駆動手段と
   を備えたことを特徴とする系統連系電力変換装置。
2. 電力系統と需要家負荷との間に接続され、前記電力系統の正常時には導通状態に制御され、前記電力系統の異常時には遮断状態に制御される連系スイッチと、
   前記需要家負荷に並列に接続された電力変換器と、
   前記電力変換器の直流側に接続された充放電可能な直流電源とを備えた系統連系電力変換装置であって、
   前記連系スイッチに流れる連系スイッチ電流を検出する連系スイッチ電流検出手段と、
   前記連系スイッチが導通状態の間は、前記電力変換器から負荷に供給される変換器電流を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成し、前記連系スイッチが遮断状態の間は、前記負荷の電圧を所望の値に制御するように電力変換器を制御する電力変換器電圧指令値を生成する変換器指令値生成手段と、
   前記電力系統の異常が検出されて前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間は、前記連系スイッチ電流を零値に制御するように電力変換器を制御する遮断用電圧指令値を生成する遮断用指令値生成手段と、
   前記連系スイッチが導通状態の安定状態又は遮断状態の安定状態の間は、変換器指令値選択信号を出力し、前記連系スイッチが導通状態の安定状態から遮断状態に移行する間は、遮断用指令値選択信号を出力する信号出力手段と、
   前記信号出力手段から変換器指令値選択信号が入力されると、前記変換器指令値生成手段から受けた電力変換器電圧指令値を出力し、前記信号出力手段から遮断用指令値選択信号が入力されると、前記遮断用指令値生成手段から受けた遮断用電圧指令値を出力する第１スイッチ手段と、
   前記第１スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値の変化を円滑にして当該電圧指令値を出力する円滑手段と、
   前記信号出力手段から入力された変換器指令値選択信号又は遮断用指令値選択信号を出力する際に、前記入力される遮断用指令値選択信号が変換器指令値選択信号に切り替わった場合には当該変換器指令値選択信号を遅延させて出力する信号遅延手段と、
   前記信号遅延手段から変換器指令値選択信号が入力されると、前記変換器指令値生成手段から受けた電力変換器電圧指令値を出力し、前記信号遅延手段から遮断用指令値選択信号が入力されると、前記円滑手段から受けた遮断用電圧指令値又は変換器電圧指令値を出力する第２スイッチ手段と、
   前記第２スイッチ手段から出力された変換器電圧指令値又は遮断用電圧指令値に基づいて、前記電力変換器を駆動する変換器駆動手段と
   を備えたことを特徴とする系統連系電力変換装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の系統連系電力変換装置において、
   前記指令値円滑手段は、前記入力された電圧指令値の変化を円滑にするように、当該電圧指令値の変化率を所定の値以下に抑制する変化率抑制手段を備えたことを特徴とする系統連系電力変換装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の系統連系電力変換装置において、
   前記指令値円滑手段は、前記入力された電圧指令値の変化を円滑にするための一次遅れフィルタ手段を備えたことを特徴とする系統連系電力変換装置。

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