JP2018082570A - 系統連系用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】系統連系用電力変換装置において、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立させる。【解決手段】無効電流のフィードバック制御に用いる第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間を、いずれも、力率一定のフィードバック制御（力率一定制御）に用いる第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間より短い時間に設定した。すなわち、無効電流制御回路のフィードバック制御処理の応答性を、力率一定制御回路のフィードバック制御処理の応答性よりも速いようにした。これにより、単独運転状態の発生時に、力率一定制御回路から力率一定制御のための新たな無効電力制御値が出力される前に、無効電流制御回路が、無効電力注入量を反映した無効電流を出力するためのフィードバック制御を完了できる可能性が高くなる。従って、無効電流のフィードバック制御処理と、力率一定制御処理との干渉を低下させ、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立できる。【選択図】図１１

Description

本発明は、分散型電源に適用する系統連系用電力変換装置に関する。

近年、太陽電池からの自然エネルギーを活用するために、太陽光発電システムと電力貯蔵装置を組み合わせた蓄電ハイブリッド発電システムが、世界中に普及している。このような蓄電ハイブリッド発電システムの分野において、商用系統と連系する機能と、停電時に自立系統に給電する機能の二つの機能を一台の電力変換装置に搭載する要望が高まっている。

今後、蓄電ハイブリッド発電システムの導入拡大により、配電線の電圧管理が難しくなると予想される。一般的には、電力会社側が、タップ制御機器（ＳＶＲ（Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ））や、無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ（ＳＴＡＴｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＣＯＭｐｅｎｓａｔｏｒ））などを用いて、配電線の適正電圧を維持する。しかし、近年は、蓄電ハイブリッド発電システム側から直近の配電線の電圧管理を行うために、蓄電ハイブリッド発電システムが、系統連系運転時に、出力電力の力率を一定に制御する機能（以下、「力率一定制御の機能」と略す）を有することが要求されるようになってきている。

また、蓄電ハイブリッド発電システムやパワーコンディショナ等の系統連系用電力変換装置には、停電あるいは系統事故時に、系統から解列する機能（単独運転防止機能）が必要となる。すなわち、停電時や系統事故時に発生する電圧変化や周波数変化を検出して系統連系を停止し、危険な単独運転状態となることを防ぐ機能である。単独運転の検出方式には、受動的単独運転検出方式と、能動的単独運転検出方式とがある。ＪＥＭ（日本電機工業会規格）１４９８では、「ステップ注入付周波数フィードバック方式」が、標準形能動的単独運転検出方式として定められている。

上記の「ステップ注入付周波数フィードバック方式」の電力変換装置は、商用系統周波数の変動を検出すると、その変動を助長する方向の無効電力注入量を算出する周波数フィードバック無効電力注入量算出部（又は「周波数フィードバック部」）と、単独運転発生時に商用系統周波数の変動が微小であった場合でも、商用電力系統における基本波電圧及び高調波電圧の少なくとも一方が変動したときに、商用系統周波数が低下する方向に変動を引き起こすためにステップ注入される遅相無効電力注入量を算出する無効電力ステップ注入量算出部（又は「ステップ注入部」）とを備えている。

上記の無効電力ステップ注入量算出部を有する周波数フィードバック方式の電力変換装置において、特許文献１に記載されたように、第１無効電力変化量導出部（上記の周波数フィードバック無効電力注入量算出部に相当）が単独運転検出のために導出した、商用系統電源の周波数偏差（すなわち、商用系統周波数の変動の大きさ）に応じた無効電力の変化量が、電圧上昇の抑制のために導出された無効電力の変化量によって干渉される場合、電力変換部からの電力の出力を停止させるようにしたものが知られている。

また、上記の周波数フィードバック方式の電力変換装置において、特許文献２に記載されたように、第１無効電力変化量導出部（上記の周波数フィードバック無効電力注入量算出部に相当）が単独運転検出のために導出した、商用系統電源の周波数偏差に応じた無効電力の変化量Δｑ１が、電圧上昇の抑制のために導出された無効電力の変化量Δｑ２によって干渉される場合、位相差変化部を作動させて、電力変換部から出力される電圧と電流との位相差を、電圧上昇の抑制のために導出された無効電力の変化量Δｑ２に対応する位相差を相殺する方向に変化させることにより、単独運転検出の精度の低下を防ぐようにしたものが知られている。

特開２０１５−１８０１２３号公報 特開２０１５−１８０１２２号公報

しかしながら、上記のような周波数フィードバック方式の電力変換装置に、上記の力率一定制御の機能を持たせた場合には、力率一定制御のために出力される無効電力と、単独運転検出のために注入される無効電力とが干渉してしまう可能性がある。具体的に言うと、単独運転を検出するために、周波数フィードバック無効電力注入量算出部により算出された注入量の無効電力が、力率一定制御のために出力された無効電力によりキャンセルされて、速やかに単独運転状態を検出することができない可能性がある。

また、上記特許文献１に記載された発明を応用して、力率一定制御のために出力される無効電力と、周波数フィードバック無効電力注入量算出部により算出される注入量の無効電力とが干渉する場合に、電力変換部からの電力の出力を停止させるようにした場合には、力率一定制御と単独運転検出とを両立させることはできない。

また、上記特許文献２に記載された発明を応用して、力率一定制御のために出力される無効電力と、周波数フィードバック無効電力注入量算出部により算出される注入量の無効電力とが干渉する場合に、電力変換部から出力される電圧と電流との位相差を、力率一定制御のために導出された無効電力の変化量に対応する位相差を相殺する方向に変化させることにより、単独運転検出の精度の低下を防ぐようにした場合には、次の問題がある。すなわち、太陽電池を系統連系するための電力変換装置では、日射急変等に起因する入力電力急変によって、有効電力と無効電力は常に変動しているので、電力変換部から出力される電力の消費等により、電力変換部から出力される電圧と電流との位相差を変化させることだけで、力率一定制御のために導出された量の無効電力の変化を確実に相殺することは、極めて難しい。また、この特許文献２では、商用系統電源の周波数偏差に応じた無効電力の変化量Δｑ１が、他の目的（電圧上昇の抑制）のために導出された無効電力の変化量Δｑ２によって干渉されない場合（例えば、進相無効電力である無効電力ｑ２が、増加する方向に変化している場合に、第１無効電力変化量導出部（周波数フィードバック無効電力注入量算出部）が、無効電力の変化量Δｑ１として、進相無効電力の変化量を導出した場合）には、上記の相殺処理を行わないので、他の目的のために導出された無効電力の変化量Δｑ２の影響により、正確な単独運転検出を行うことができない。従って、上記特許文献２に記載された発明を応用した場合にも、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立させることは難しい。

本発明は、上記課題を解決するものであり、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立させることが可能な系統連系用電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による系統連系用電力変換装置は、分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であって、商用系統電圧の周波数である商用系統周波数を計測する商用系統周波数計測手段と、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動に応じた無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出手段と、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率指令値と力率フィードバック値との偏差に基づいて第１補正値を生成する第１ＰＩ制御器を含み、この第１補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率が前記力率指令値に収束するようにフィードバック制御するための、無効電力制御値を生成して出力する力率一定制御手段と、前記力率一定制御手段から出力された無効電力制御値と前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量とに基づいて算出された無効電流指令値と、前記系統連系用電力変換装置から出力された無効電流のフィードバック値とが入力されて、前記無効電流指令値と前記無効電流のフィードバック値との偏差に基づいて第２補正値を生成する第２ＰＩ制御器を含み、この第２補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置から出力される無効電流の振幅が、前記無効電流指令値に収束するようにフィードバック制御する無効電流制御手段と、前記無効電力注入量の無効電力が注入されたときの前記商用系統周波数に基づいて、前記系統連系用電力変換装置が単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出手段とを備え、前記無効電力注入量算出手段は、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動量に応じた、この商用系統周波数の変動を助長する方向の無効電力注入量を算出する周波数フィードバック無効電力注入量算出手段を含み、前記第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間を、いずれも、前記第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間より短い時間に設定したものである。

この系統連系用電力変換装置において、前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０のときは、前記力率一定制御手段からの出力値である無効電力制御値を更新し、前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０でないときは、前記無効電力制御値を更新しないように切り替える切替手段をさらに備えることが望ましい。

この系統連系用電力変換装置において、前記無効電力注入量算出手段は、前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段に加えて、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数に変動がなく、商用電力系統における基本波電圧及び高調波電圧の少なくとも一方が変動したときに、前記商用系統周波数が低下する方向に変動を引き起こすためにステップ注入される遅相無効電力注入量を算出する無効電力ステップ注入量算出手段を含むことが望ましい。

この系統連系用電力変換装置において、単独運転検出機能として、前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段を用いた能動的単独運転検出機能と、受動的単独運転検出機能の両方を備えていてもよい。

この系統連系用電力変換装置において、前記第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第１応答時間と、前記第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第２応答時間とを、能動的単独運転検出に要する時間の上限値である能動的単独運転検出時限と、受動的単独運転検出に要する時間の上限値である受動的単独運転検出時限とに基づいて設定することが望ましい。

この系統連系用電力変換装置において、前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電流と無効電流の振幅を、出力制限指令値に基づいて制限する電流制限手段をさらに備え、前記電流制限手段は、前記無効電力注入量の大きさに係らず、前記出力制限指令値と前記系統連系用電力変換装置の定格皮相電力とに基づいて、前記有効電流の振幅を制限することにより、前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電力を制限することが望ましい。

この系統連系用電力変換装置において、前記電流制限手段は、前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電力が、前記出力制限指令値と前記定格皮相電力とを乗じた値になるように、前記有効電流の振幅を制限し、前記出力制限指令値は、０から前記力率指令値までの値であることが望ましい。

この系統連系用電力変換装置において、前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段は、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動量が、所定の閾値以下の場合、前記無効電力注入量を０にすることが望ましい。

この系統連系用電力変換装置において、前記系統連系用電力変換装置から出力される無効電力の大きさを、前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電力の大きさに応じて変更することにより、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率を一定にすることが望ましい。

本発明によれば、無効電流のフィードバック制御に用いる第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間を、いずれも、系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率を一定にするためのフィードバック制御（力率一定制御）に用いる第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間より短い時間に設定した。すなわち、無効電流制御手段のフィードバック制御処理の応答性を、力率一定制御手段のフィードバック制御処理の応答性よりも速いように設定した。これにより、単独運転状態が発生した場合に、力率一定制御手段から、力率一定のフィードバック制御のための新たな無効電力制御値が出力される前に、無効電流制御手段が、無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量を反映した無効電流を、系統連系用電力変換装置から出力するためのフィードバック制御を完了することができる可能性が極めて高くなる。このため、単独運転検出手段が、力率一定のフィードバック制御のために出力される無効電力制御値の影響を受けずに、速やかに単独運転状態であるか否かを検出することができる可能性が高くなる。従って、上記のように、無効電流制御手段のフィードバック制御処理の応答性を、力率一定制御手段のフィードバック制御処理の応答性よりも速いように設定することで、無効電流のフィードバック制御処理と、力率一定制御処理との干渉の程度を低下させて、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立させることができる。

本発明の一実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム（系統連系用電力変換装置）の概略のシステム構成図。 上記蓄電ハイブリッド発電システムの制御回路の概略ブロック図。 上記制御回路における力率一定制御回路の制御ブロック図。 図２中の商用系統周波数計測回路における処理の説明図。 上記蓄電ハイブリッド発電システムの出力制限における、力率指令値と出力制限の指令値との関係を示す図。 上記制御回路における無効電流指令値の更新タイミングの説明図。 （ａ）は、図２中の周波数フィードバック無効電力注入回路が使用する周波数偏差・無効電力特性の説明図、（ｂ）は、図２中の無効電力ステップ注入回路における処理の説明図。 上記蓄電ハイブリッド発電システムにおける単独運転状態の判定方法の説明図。 上記制御回路における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ用の充放電電力制御ブロック図。 上記蓄電ハイブリッド発電システムで夜間に充放電電力制御を行う際における、充放電電力指令値と、有効電力と、無効電力と、皮相電力と、能動的単独運転検出をするための動作との対応関係を示す図。 （ａ）は、上記蓄電ハイブリッド発電システムにおけるＰＩ制御器のパラメータの設計方法の説明図、（ｂ）は、上記ＰＩ制御器におけるパラメータの設定値を示す図。 （ａ）は、上記蓄電ハイブリッド発電システムにおける、力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らすための工夫の有効性を確認するために能動的単独運転検出試験を行ったポイントを表すグラフ、（ｂ）は、同単独運転検出試験を行った実験システムにおけるパラメータの設定値を示す表。 図１２（ａ）中のポイント１における単独運転検出試験の実験結果を示すグラフ。 図１２（ａ）中のポイント２における単独運転検出試験の実験結果を示すグラフ。 図１２（ａ）中のポイント３における単独運転検出試験の実験結果を示すグラフ。 図１２（ａ）中のポイント４における単独運転検出試験の実験結果を示すグラフ。 図１２（ａ）中のポイント５における単独運転検出試験の実験結果を示すグラフ。

以下、本発明を具体化した実施形態による系統連系用電力変換装置について、図面を参照して説明する。本実施形態では、請求項における系統連系用電力変換装置が、蓄電ハイブリッド発電システムである場合の例について、説明する。図１は、本実施形態による蓄電ハイブリッド発電システム１の概略のシステム構成を示す。

蓄電ハイブリッド発電システム１は、いわゆるパワーコンディショナを、分散型電源である太陽電池２、及び太陽電池２から出力された電力を貯える蓄電池３と組み合わせたものであり、太陽電池２を商用電力系統９に連系させることが可能である。

蓄電ハイブリッド発電システム１は、太陽電池２と、太陽電池２で発電された直流電力を最適な出力電力に変換するために、太陽電池２から出力された直流電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ４ａと、蓄電池３に対する充放電を行うための双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂと、これらのＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ，４ｂからの直流出力電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）インバータ５（以下、「インバータ５」と略す）とを備えている。また、蓄電ハイブリッド発電システム１は、直流バス電圧平滑化用の電解コンデンサＣ_ｄｃ、ＬＣフィルタ６、制御回路７ａ、制御回路７ｂ、及び系統連系用リレーＳ_Ｇｒｉｄも備えている。

本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１では、インバータ５、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂの主要部が、三相インバータ用ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）８により構成されている。三相インバータ用ＩＰＭ８は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）から構成されるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の駆動回路や、自己保護機能を組み込んだ電力用半導体素子である。本実施形態では、三相インバータ用のＩＰＭ８における６つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のうち、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を、インバータ５のスイッチング素子として用い、スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６を、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂのスイッチング素子として用いている。図１に示すように、三相インバータ用ＩＰＭ８における３相の出力ラインのうち、ｕ相とｗ相の出力ラインは、単相２線の商用系統９と接続され、ｖ相の出力ラインは、蓄電池３と接続されている。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂには、上記の三相インバータ用ＩＰＭ８に内蔵された、スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６や、これらの駆動回路に加えて、ＤＣリアクトルＬ_ＢＡＴが含まれる。図１中のＲ_ＢＡＴは、ＤＣリアクトルＬ_ＢＡＴの内部抵抗である。また、上記の電解コンデンサＣ_ｄｃは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂにおけるＤＣ／ＤＣ変換に必要なコンデンサの役割も果たす。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａは、制御回路７ｂによる制御に基づいて、太陽電池２の最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御という）を行い、太陽電池２からの出力電力が最大（最適）になるように、太陽電池２からの入力電圧を調整する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａは、制御回路７ｂによる制御に基づき、太陽電池２が最大出力電力を出せるように、所定の入力電圧まで昇降圧の動作をして、最大電力点追従制御を行う。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａにおけるスイッチング素子Ｓ_ＰＶは、ＩＧＢＴから構成され、制御回路７ｂより送られるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号でスイッチングされる。

インバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂの少なくとも一方から入力された電力に基づく直流電力を、交流電力に変換する。インバータ５におけるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７ａから送られるＰＷＭ信号でスイッチングされる。

ＬＣフィルタ６は、各電源ラインに直列に接続された２つのＡＣリアクトルＬ_ｉｎｖと、電源ライン間に接続されたコンデンサＣ_ｉｎｖとから構成され、インバータ５から出力される交流電圧から、高調波成分（主に、ＰＷＭ信号のキャリア周波数）を除去する。図中におけるＲ_ｉｎｖとＲ_ｃとは、それぞれ、各ＡＣリアクトルＬ_ｉｎｖの内部抵抗と各コンデンサＣ_ｉｎｖの内部抵抗とを示す。また、図１中のｉ_ｃは、コンデンサＣ_ｉｎｖに流れる電流（コンデンサ通過電流）を示す。

制御回路７ａ、７ｂは、いわゆるマイコンを用いて構成されている。制御回路７ａは、主に、上記の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂとインバータ５とを制御し、制御回路７ｂは、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ４ａを制御する。図１に示すように、制御回路７ａの入力信号（の測定箇所）は、直流バス電圧Ｖ_ｄｃ、インバータ５の出力電流ｉ_ｉｎｖ、家庭内の交流負荷Ｚ_Ｌｏａｄに流れる負荷電流ｉ_ｌｏａｄ、商用系統電圧ｅ_ｕｗ、インバータ５の出力電圧ｅ_ｉｎｖ、蓄電池３の充放電電流Ｉ_ＢＡＴ、蓄電池３の電圧Ｖ_ＢＡＴ、太陽電池２の出力電圧Ｖ_ＰＶ、及び太陽電池２の出力電流Ｉ_ＰＶである。そして、図１の制御回路７ａの出力信号は、系統連系用リレーＳ_Ｇｒｉｄの制御用の出力信号、インバータ５のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御用の出力信号、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂのスイッチング素子Ｓ５、Ｓ６の制御用の出力信号である。また、制御回路７ｂの入力信号（の測定箇所）は、直流バス電圧Ｖ_ｄｃ、太陽電池２の出力電圧Ｖ_ＰＶ、及び太陽電池２の出力電流Ｉ_ＰＶであり、制御回路７ｂの出力信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａのスイッチング素子Ｓ_ＰＶの制御用の出力信号である。

系統連系用リレーＳ_Ｇｒｉｄは、蓄電ハイブリッド発電システム１の商用電力系統９への連系状態と解列状態とを切り替えるためのスイッチである。

商用電力系統９は、商用系統電源１０と、系統インピーダンスとを含んでいる。図１中のＲ_ＧｒｉｄとＬ_Ｇｒｉｄとは、系統インピーダンスの抵抗と誘導性リアクタンスとを示す。また、図１において、ｉ_ｓｐは、蓄電ハイブリッド発電システム１の出力電流を示し、ｉ_Ｇｒｉｄは、蓄電ハイブリッド発電システム１の逆潮流電流を示し、Ｚ_ｌｏａｄは、商用電力系統側に接続している家庭内の交流負荷を示す。

図２は、蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７ａの制御ブロック図である。図２中の制御ブロックは、主に、力率一定制御ブロックＡ、直流バス電圧一定制御ブロックＢ（直流バス電圧Ｖ_ｄｃの値が一定になるようにするための制御ブロック）、無効電流制御ブロックＣ、インバータ出力電流制御ブロックＤ、及び単独運転検出制御ブロックＥから構成されている。図２中の各回路は、マイコンが有する基本的な機能ブロックを用いて作成した回路である。

図２に示すように、制御回路７ａは、加え合わせ点の一種である出力電流推定回路１１、商用系統電圧ｅ_ｕｗのＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）同期回路であるＰＬＬ_ｖ１２、出力電流ｉ_ｓｐのＰＬＬ同期回路であるＰＬＬ_ｉ１３、力率フィードバック値生成回路１４、力率一定制御回路１５、直流バス電圧一定制御回路１６、有効電流リミッタ１７、有効成分生成回路１８、無効成分生成回路１９、出力電流制御回路２０、インバータ５用のＰＷＭ出力制御回路２１（図では、ＰＷＭと略す）、商用系統周波数計測回路２２、単独運転検出回路２３、周波数フィードバック無効電力注入回路２４、無効電力ステップ注入回路２５、無効電流フィードバック値生成回路２６、乗算器２７、乗算器２８、無効電流制御回路２９、無効電流リミッタ３０、及び乗算器３５を備えている。上記の力率一定制御回路１５は、第１ＰＩ制御器４１を含んでおり、無効電流制御回路２９は、第２ＰＩ制御器３２を含んでいる。また、上記の単独運転検出回路２３は、受動的単独運転検出機能を実現するための受動的単独運転検出回路３１を含んでいる。

図２に示されるＦ_{ａｃｔｉｖｅ}が、１に設定されると、制御回路７ａは、ＪＥＭ（日本電機工業会規格）１４９８により定められた標準形能動的単独運転検出方式である「ステップ注入付周波数フィードバック方式」に基づき、能動的単独運転検出を行い、Ｆ_{ａｃｔｉｖｅ}が、０に設定されると、制御回路７ａは、「ステップ注入付周波数フィードバック方式」による能動的単独運転検出機能をマスクして、受動的単独運転検出方式による単独運転検出を行う。以下の説明では、Ｆ_{ａｃｔｉｖｅ}が、１に設定された場合の処理を中心に、説明する。

上記の商用系統周波数計測回路２２、力率一定制御回路１５、無効電流制御回路２９、単独運転検出回路２３、周波数フィードバック無効電力注入回路２４、第１ＰＩ制御器４１、第２ＰＩ制御器３２、無効電力ステップ注入回路２５は、それぞれ、請求項における商用系統周波数計測手段、力率一定制御手段、無効電流制御手段、単独運転検出手段、周波数フィードバック無効電力注入量算出手段、第１ＰＩ制御器、第２ＰＩ制御器、無効電力ステップ注入量算出手段に相当する。また、有効電流リミッタ１７及び無効電流リミッタ３０は、請求項における電流制限手段に相当する。

上記の力率一定制御ブロックＡは、出力電流推定回路１１と、ＰＬＬ_ｖ１２と、ＰＬＬ_ｉ１３と、力率フィードバック値生成回路１４と、力率一定制御回路１５とを備えている。直流バス電圧一定制御ブロックＢは、直流バス電圧一定制御回路１６を備えている。無効電流制御ブロックＣは、無効電流制御回路２９を備えている。インバータ出力電流制御ブロックＤは、有効成分生成回路１８と、無効成分生成回路１９と、出力電流制御回路２０と、ＰＷＭ出力制御回路２１とを備えている。単独運転検出制御ブロックＥは、商用系統周波数計測回路２２と、単独運転検出回路２３と、周波数フィードバック無効電力注入回路２４と、無効電力ステップ注入回路２５とを備えている。

まず、上記の力率一定制御ブロックＡに含まれる回路について、説明する。上記の出力電流推定回路１１は、インバータ出力電流ｉ_ｉｎｖの計測値から、下記の式（１）によって算出されたコンデンサ通過電流ｉ_ｃの値を減算することにより、蓄電ハイブリッド発電システム１から商用系統電源９に出力される出力電流ｉ_ｓｐの値を算出する。なお、式（１）中のｉ_ｃは、図１中のコンデンサＣ_ｉｎｖを流れるコンデンサ電流（コンデンサ通過電流）を表し、式（１）中のＣ_ｉｎｖは、コンデンサＣ_ｉｎｖの静電容量を示す。

ＰＬＬ_ｖ１２は、商用系統電圧ｅ_ｕｗのＰＬＬ同期回路であり、交流電圧信号である商用系統電圧ｅ_ｕｗの測定値に基づき、商用系統電圧ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗと運転周波数ｆ_ＰＬＬとを算出して、出力する。また、ＰＬＬ_ｉ１３は、出力電流ｉ_ｓｐのＰＬＬ同期回路であり、出力電流推定回路１１で推定された出力電流ｉ_ｓｐの値が入力されて、この出力電流ｉ_ｓｐの推定値に基づいて、出力電流ｉ_ｓｐの位相角θ_ｓｐを算出して、出力する。

力率フィードバック値生成回路１４は、ＰＬＬ_ｖ１２及びＰＬＬ_ｉ１３から出力された位相角θ_ｕｗ及びθ_ｓｐより得られる、商用系統電圧ｅ_ｕｗと出力電流ｉ_ｓｐとの位相差Δφ（θ_ｕｗ−θ_ｓｐ）に基づいて生成したｃｏｓ（Δφ）の値を、力率フィードバック値ＰＦとして、力率一定制御回路１５に出力する。

力率一定制御回路１５は、図３に示すように、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電力の力率指令値ＰＦ^＊と力率フィードバック値ＰＦとの偏差に基づいて補正値を生成する第１ＰＩ制御器４１を含んでおり、この補正値に基づいて、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電力の力率（運転力率）が力率指令値ＰＦ^＊に収束するようにフィードバック制御するための、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを生成して出力する。

より詳細に説明すると、力率一定制御回路１５は、図３に示すように、上記の第１ＰＩ制御器４１に加えて、加え合わせ点ＳＰ５及びＳＰ６と、リミッタ４２と、無効電力制御値算出回路４３と、乗算器４４と、スイッチＳ_ＰＦ（請求項における「切替手段」）とを備えている。

加え合わせ点ＳＰ５では、上記の力率指令値ＰＦ^＊と力率フィードバック値（運転力率のフィードバック値）ＰＦとの偏差が算出される。第１ＰＩ制御器４１は、上記の偏差に応じた補正値（請求項における「第１補正値」）を生成する。加え合わせ点ＳＰ６では、上記の第１ＰＩ制御器４１で生成された補正値と、力率指令値ＰＦ^＊とが加算されて、これらの値の合計値が出力される。リミッタ４２は、これらの合計値の値を、０〜１の範囲に制限して、力率目標値ＰＦ^＊ _ｒｅａｌとして、出力する。無効電力制御値算出回路４３は、上記の力率目標値ＰＦ^＊ _ｒｅａｌに基づいて、下記の式（２）により、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの絶対値を算出する。乗算器４４は、図３に示されるように、無効電力制御値算出回路４３からの出力値に、“＋１”又は“−１”を乗算することにより、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを生成する。

無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの符号が正（＋）であれば、遅れ無効電力であり、負（−）であれば、進み無効電力である。上記のスイッチＳ_ＰＦを用いた無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの更新の切り替え処理については、後で詳述する。なお、運転力率が１の場合は、力率指令値ＰＦ^＊＝１であり、この力率指令値ＰＦ^＊＝１の値を、図３に示される力率一定制御回路１５（力率一定制御ブロック）に入力すると、力率一定制御回路１５から出力される無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの値は、０になる。

次に、直流バス電圧一定制御ブロックＢに含まれる直流バス電圧一定制御回路１６について、説明する。直流バス電圧一定制御回路１６は、直流バス電圧Ｖ_ｄｃの値が一定になるように制御する回路である。直流バス電圧一定制御回路１６は、直流バス電圧Ｖ_ｄｃのフィードバック値と、直流バス電圧Ｖ_ｄｃの指令値である直流バス電圧指令値Ｖ^＊ _ｄｃとの差分に基づいて、インバータ５からの有効成分の出力電流の制御目標値である有効電流指令値Ｉ^＊ _ｐを算出する。より具体的に言うと、直流バス電圧一定制御回路１６は、直流バス電圧Ｖ_ｄｃのフィードバック値が、直流バス電圧指令値Ｖ^＊ _ｄｃに収束するようにＰＩＤ演算を行い、その演算値を有効電流指令値Ｉ^＊ _ｐとして、有効電流リミッタ１７に出力する。

次に、単独運転検出制御ブロックＥに含まれる、商用系統周波数計測回路２２と、単独運転検出回路２３と、周波数フィードバック無効電力注入回路２４と、無効電力ステップ注入回路２５について、説明する。

商用系統周波数計測回路２２は、交流電圧信号を二値化する二値化回路で構成されたゼロクロス検出回路を備えている。商用系統周波数計測回路２２は、図４（ａ）に示すように、破線で示される商用系統電圧ｅ_ｕｗの信号波形を、電圧値ゼロを閾値にして二値化回路で二値化することにより、商用系統周波数と同じ周波数のデューティ比５０％の方形波（図中に実線で示す）を生成する。そして、商用系統周波数計測回路２２は、上記の方形波の立ち下りエッジと立ち上がりエッジとの中間値と、次の立ち下りエッジと立ち上がりエッジとの中間値との時間差を、２．５ＭＨｚのサンプリング周波数（０．４μｓの精度）でカウントすることにより、商用系統電圧ｅ_ｕｗに対応する商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄを計測する。なお、上記のサンプリング周波数（２．５ＭＨｚ）は、例示であり、この値に限定されることはない。

次に、図２に戻って、単独運転検出制御ブロックＥに含まれる、周波数フィードバック無効電力注入回路２４と無効電力ステップ注入回路２５について、説明する。詳細については後述するが、周波数フィードバック無効電力注入回路２４は、商用系統周波数計測回路２２により計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの変動量（周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄ）に応じた、この商用系統周波数の変動を助長する方向の無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒを算出して、出力する。また、無効電力ステップ注入回路２５は、商用系統周波数計測回路２２により計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに変動がなく、商用電力系統９における基本波電圧及び高調波電圧の少なくとも一方が変動したときに、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄが低下する方向に変動を引き起こすためにステップ注入される遅相無効電力注入量Ｋ_ｓｔｅｐを算出して、出力する。なお、本明細書において、「商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに変動がない」状態には、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに全く変動がない状態に加えて、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの変動が小さい状態、つまり、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄが低感帯領域（周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄの絶対値が閾値ｆ_ｓｔｏｐ以下の領域（図７（ａ）参照））にある状態が含まれる。また、以下の説明において、周波数フィードバック無効電力注入回路２４と無効電力ステップ注入回路２５とを、まとめて、無効電力注入量算出回路３４と総称することがある。この無効電力注入量算出回路３４は、請求項における無効電力注入量算出手段に相当する。

単独運転検出回路２３には、ＰＬＬ_ｖ１２で求められた、商用系統電圧ｅ_ｕｗの運転周波数ｆ_ＰＬＬと、商用系統周波数計測回路２２で計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄと、高調波電圧実効値ＴＨＤ_Ｖとが、入力される。Ｆ_{ａｃｔｉｖｅ}が、１に設定された場合には、単独運転検出回路２３は、上記の無効電力注入量算出回路３４で算出された無効電力注入量の無効電力が注入されたときの商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄ、運転周波数ｆ_ＰＬＬに基づいて、蓄電ハイブリッド発電システム１が単独運転状態であるか否かを検出する。すなわち、単独運転検出回路２３は、ステップ注入付周波数フィードバック方式に基づき、能動的単独運転検出を行う。

Ｆ_{ａｃｔｉｖｅ}が、０に設定された場合には、単独運転検出回路２３は、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄ、運転周波数ｆ_ＰＬＬ、及び高調波電圧実効値ＴＨＤ_Ｖに基づき、受動的単独運転検出回路３１を用いて、受動的単独運転検出方式による単独運転検出を行う。このように設計する理由は、受動的単独運転検出方式では、単独運転状態の発生時に、無効電力の注入動作をしないため、能動的単独運転検出方式（ステップ注入付周波数フィードバック方式）と比べて、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄおよび運転周波数ｆ_ＰＬＬの変動を捉えることが難しい。但し、蓄電ハイブリッド発電システム１が商用電力系統９と連系しているときには、高調波電圧実効値ＴＨＤ_Ｖが、商用系統電圧の総合歪率から決定されるのに対して、蓄電ハイブリッド発電システム１が単独運転状態になると、高調波電圧実効値ＴＨＤ_Ｖは、出力電流ｉ_ｓｐの総合歪率から決定される。従って、受動的単独運転検出方式では、単独運転状態を正確に検出するには、高調波電圧実効値ＴＨＤ_Ｖの変化を監視し、この高調波電圧実効値ＴＨＤ_Ｖの変化を考慮して、単独運転検出を行う必要がある。このため、上記のように、単独運転検出回路２３は、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄ及び運転周波数ｆ_ＰＬＬだけではなく、高調波電圧実効値ＴＨＤ_Ｖに基づいて、受動的単独運転検出方式による単独運転検出を行うのである。

上記のように、本蓄電ハイブリッド発電システム１は、無効電力注入量算出回路３４と単独運転検出回路２３を用いた能動的単独運転検出機能と、受動的単独運転検出回路３１を用いた受動的単独運転検出機能の両方を備えている。

次に、無効電流制御ブロックＣに含まれる無効電流制御回路２９について、説明する。無効電流制御回路２９には、力率一定制御回路１５から出力された無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔと無効電力注入量算出回路３４により算出された総合無効電力注入量Ｋ_Ｑとに基づいて算出された無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑと、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力された無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑとが入力される。より詳細に説明すると、上記の無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑは、以下のようにして、生成される。まず、加え合わせ点ＳＰ３において、周波数フィードバック無効電力注入回路２４により算出された無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒと、無効電力ステップ注入回路２５により算出された遅相無効電力注入量Ｋ_ｓｔｅｐとの合計値を求める。図中の乗算器３５は、Ｆ_{ａｃｔｉｖｅ}が、１に設定されている場合（能動的単独運転検出のとき）には、上記の無効電力注入量の合計値（Ｋ_ｆｖａｒ＋Ｋ_ｓｔｅｐ）を、そのまま総合無効電力注入量Ｋ_Ｑとして出力し、Ｆ_{ａｃｔｉｖｅ}が、０に設定されている場合（受動的単独運転検出のとき）には、上記の無効電力注入量の合計値（Ｋ_ｆｖａｒ＋Ｋ_ｓｔｅｐ）をマスクして、総合無効電力注入量Ｋ_Ｑを０にする働きをする。

なお、本実施形態の無効電力注入量算出回路３４では、ステップ無効電力注入の動作を発生する場合（無効電力ステップ注入回路２５により算出された遅相無効電力注入量Ｋ_ｓｔｅｐが０ではない場合）には、周波数フィードバック無効電力注入の動作を行わない（周波数フィードバック無効電力注入回路２４により算出される無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒが０になる）ように設計されている。

上記の力率一定制御回路１５から出力された無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔと、上記の総合無効電力注入量Ｋ_Ｑとは、加え合わせ点ＳＰ４（図２参照）において加算される。乗算器２８は、加え合わせ点ＳＰ４から入力された、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔと無効電力注入量Ｋ_Ｑとの合計値を、有効電流の波高値２Ｐ_ｕｗ／Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}と乗算して、その乗算結果を、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑとして、無効電流制御回路２９に出力する。ここで、Ｐ_ｕｗは、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電力を示し、Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}は、商用系統電圧ｅ_ｕｗの最大値（振幅）を示す。上記の有効電力Ｐ_ｕｗと商用系統電圧ｅ_ｕｗの最大値Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}とは、それぞれ、下記の式（３）〜（５）により算出される。

また、上記の無効電流制御回路２９への入力値のうち、無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑは、以下のようにして、生成される。まず、図２に示されるように、無効電流フィードバック値生成回路２６が、上記の商用系統電圧ｅ_ｕｗと出力電流ｉ_ｓｐとの位相差Δφ（θ_ｕｗ−θ_ｓｐ）に基づいて、ｔａｎ（Δφ）の値を生成する。そして、乗算器２７が、無効電流フィードバック値生成回路２６から出力されたｔａｎ（Δφ）の値と、有効電流の波高値２Ｐ_ｕｗ／Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}とを乗算して、乗算した値を、無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑとして、無効電流制御回路２９に出力する。なお、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される無効電力Ｑ_ｕｗと皮相電力Ｓ_ｕｗとは、それぞれ、下記の式（６）、（７）により算出される。また、太陽電池２からの出力電力Ｐ_ＰＶは、下記の式（８）により算出される。

上記の無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑと無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑとは、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２に入力される。第２ＰＩ制御器３２は、上記の無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑと無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑとの偏差に基づいて、補正値を生成する。無効電流制御回路２９は、第２ＰＩ制御器３２が生成した上記の補正値に基づいて、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される無効電流の振幅（最大値）が、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑに収束するように、フィードバック制御する。また、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑと無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑを、有効電流の波高値２Ｐ_ｕｗ／Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}に応じた値に設計する理由は、後述する出力抑制制御を行う際に、出力制限の指令値（下記式（１０）のＩ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}）を変化させても、運転力率を一定にすることができるようにするためである。ここで、出力制限の指令値を変化させても、商用系統電圧ｅ_ｕｗの最大値（振幅）Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}は、変化しないので、上記のように、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑと無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑの大きさを、有効電流の波高値２Ｐ_ｕｗ／Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}に応じた値にすることにより、出力制限の指令値を変化させた場合でも、出力制限された有効電力Ｐ_ｕｗの大きさに応じて無効電力Ｑ_ｕｗの大きさを変更して、運転力率を一定にすることができる。なお、上記式（６）からも、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される無効電力Ｑ_ｕｗの大きさが、有効電力Ｐ_ｕｗの大きさに応じて変化することが分かる。

次に、有効電流リミッタ１７と無効電流リミッタ３０とについて、説明する。有効電流リミッタ１７及び無効電流リミッタ３０は、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電流と無効電流の振幅を、出力制限の指令値（以下、「出力制限指令値」という）Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}に基づいて算出したリミッタ値（Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}、Ｉ_{Ｑ．ｌｉｍ}）を用いて、制限する。すなわち、蓄電ハイブリッド発電システム１の運転力率を変更する場合に、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電力が、定格出力電力（定格皮相電力）を超えないようにするために、有効電流リミッタ１７及び無効電流リミッタ３０は、有効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｐ、及び無効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｑを、それぞれの出力電流指令値のリミッタ値Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}、Ｉ_{Ｑ．ｌｉｍ}によって抑制（制限）する。有効電流リミッタ１７から有効成分生成回路１８への出力値である有効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｐは、有効電流指令値Ｉ^＊ _ｐの絶対値が、有効分の出力電流指令値のリミッタ値Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}よりも小さいときは、有効電流指令値Ｉ^＊ _ｐであり、有効電流指令値Ｉ^＊ _ｐが、有効分の出力電流指令値のリミッタ値（上限値）Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}以上のときは、Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}であり、有効電流指令値Ｉ^＊ _ｐが、有効分の出力電流指令値のリミッタ値（下限値）（−Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}）以下のときは、（−Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}）である。無効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｑの抑制（制限）についても、上記の有効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｐの場合と同様である。

下記の式（９）、（１０）は、上記の有効分の出力電流指令値のリミッタ値Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}と、無効分の出力電流指令値のリミッタ値Ｉ_{Ｑ．ｌｉｍ}との定義式である。

上記式（９）、（１０）において、Ｓ_{ｒａｔｅｄ}は、蓄電ハイブリッド発電システム１の定格皮相電力であり、Ｅ_{ｒａｔｅｄ}は、商用電力系統９の公称電圧である。また、Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}は、出力制限指令値である。式（１０）に示すように、無効分の出力電流指令値のリミッタ値Ｉ_{Ｑ．ｌｉｍ}は、上記の定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}、及び商用電力系統９の公称電圧Ｅ_{ｒａｔｅｄ}に加えて、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}、（蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電力の）力率指令値ＰＦ^＊、及び周波数フィードバック無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒの上限値Ｋ_ｆｌｉｍに基づいて算出される。

なお、本実施形態では、ステップ注入の動作を発生する場合（無効電力ステップ注入回路２５により算出された遅相無効電力注入量Ｋ_ｓｔｅｐが０ではない場合）には、周波数フィードバック注入の動作を行わない（周波数フィードバック無効電力注入回路２４により算出される無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒが０になる）ように設計されている。ここで、ステップ注入において注入される遅相無効電力注入量Ｋ_ｓｔｅｐの最大値（０．１ｐ．ｕ．（ｐｅｒ ｕｎｉｔ））は、周波数フィードバック注入において注入される無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒの最大値（０．２５ｐ．ｕ．）よりも小さいので、周波数フィードバック無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒの上限値Ｋ_ｆｌｉｍは、総合無効電力注入量Ｋ_Ｑ（Ｋ_Ｑ＝Ｋ_ｆｖａｒ＋Ｋ_ｓｔｅｐ）の上限値でもある。このため、上記式（１０）に示すように、無効分の出力電流指令値のリミッタ値Ｉ_{Ｑ．ｌｉｍ}は、上記の上限値Ｋ_ｆｌｉｍを考慮して定義されている。

次に、図５を参照して、本蓄電ハイブリッド発電システム１における出力制限について説明する。本蓄電ハイブリッド発電システム１における出力制限は、図５に示されるように、運転力率の指令値である力率指令値ＰＦ^＊が１の場合と、１でない場合に分けて考えた方が分かり易い。すなわち、力率指令値ＰＦ^＊を１に設定する場合は、上記の出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}の設定値は、０から１（０％から１００％の出力）の範囲で設定可能であると考える。また、力率指令値ＰＦ^＊を１以下の値に設定して、（運転）力率の一定制御を行う場合は、力率指令値ＰＦ^＊の設定値は、運転力率の下限値ＰＦ_ｍｉｎまで設定することができるが、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}の設定値は、０から力率指令値ＰＦ^＊の範囲で設定可能であると考える。このように設計した理由は、力率の一定制御を行う際に、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電力が、設計した定格皮相電力を超えないように、有効電力Ｐ_ｕｗを抑制するためである。

出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}の設定範囲を図５に示すように設計したことと、有効分と無効分の出力電流指令値のリミッタ値Ｉ_{Ｐ．ｌｉｍ}、Ｉ_{Ｑ．ｌｉｍ}を式（９）及び（１０）に示すように定義したことにより、力率の一定制御を行う際に、（無効電力注入に起因する無効電力を無視すると、）蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力（皮相）電力が、設計した蓄電ハイブリッド発電システム１の定格皮相電力を超えないように制御（抑制）することができる。

例えば、力率指令値ＰＦ^＊が１で、定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}を出力する場合における、有効電力Ｐ_ｕｗ及び皮相電力Ｓ_ｕｗと、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}及び総合無効電力注入量Ｋ_Ｑとの関係を、式（１１）及び（１２）に示す。式（１１）及び（１２）に示すように、本蓄電ハイブリッド発電システム１では、無効電力注入動作（総合無効電力注入量Ｋ_Ｑ）を発生しても、無効電力の増加による有効電力Ｐ_ｕｗの低減現象を回避することができ、有効分の出力電力に影響がないように設計した。なお、本蓄電ハイブリッド発電システム１では、力率指令値ＰＦ^＊が１以外の場合においても、上記の式（９）に示されるように、有効電流リミッタ１７が、総合無効電力注入量Ｋ_Ｑの大きさに関わらず、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}と、蓄電ハイブリッド発電システム１の定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}と、商用電力系統９の公称電圧Ｅ_{ｒａｔｅｄ}とに基づいて、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電流の振幅を制限することにより、有効電力Ｐ_ｕｗを制限するようにした。これにより、無効電力の注入動作を発生しても、無効電力の増加による有効電力Ｐ_ｕｗの低減現象を回避することができ、有効分の出力電力に影響が生じないようにすることができる。

また、本蓄電ハイブリッド発電システム１では、有効電流リミッタ１７が、上記式（１１）に示すように、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電力Ｐ_ｕｗが、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}と定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}とを乗じた値になるように、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電流の振幅を制限し、図５に示すように、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}を、０から力率指令値ＰＦ^＊までの値に設定した。これにより、無効電力の注入動作の発生の有無に関わらず、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電力Ｐ_ｕｗの上限値が、力率指令値ＰＦ^＊と定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}とを乗じた値を超えないようにすることができる。

上記のＪＥＭ１４９８の規格では、周波数フィードバック部（周波数フィードバック無効電力注入回路２４）による無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒの上限値Ｋ_ｆｌｉｍは、０．２５ｐ．ｕ．と定められている。従って、無効電力注入動作が生じた場合に、√（１＋０．２５^２）≒１．０３より、瞬時皮相電力は、最大で瞬時有効電力の約１．０３倍に相当する。なお、無効電力注入動作により、電力系統に不安定な要素を与える場合には、周波数フィードバック注入量の上限値Ｋ_ｆｌｉｍを下げる必要があるが、無効電力注入量の上限値を減らすことにより、単独運転検出に要する時間が延びる可能性がある。

次に、インバータ出力電流制御ブロックＤに含まれる、有効成分生成回路１８と、無効成分生成回路１９と、出力電流制御回路２０と、ＰＷＭ出力制御回路２１とについて、説明する。有効成分生成回路１８は、有効電流リミッタ１７から出力された有効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｐと、ＰＬＬ_ｖ１２から出力された商用系統電圧ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗの正弦値ｓｉｎ（θ_ｕｗ）とを乗算して、有効成分の電流指令値の瞬時値を生成する。無効成分生成回路１９は、無効電流リミッタ３０から出力された無効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｑと、ＰＬＬ_ｖ１２から出力された商用系統電圧ｅ_ｕｗの位相角θ_ｕｗの余弦値ｃｏｓ（θ_ｕｗ）とを乗算して、無効成分の電流指令値の瞬時値を生成する。

有効成分生成回路１８からの出力値と無効成分生成回路１９からの出力値とは、加え合わせ点ＳＰ２で加算されて、インバータ５の出力電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖとなる。この出力電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖは、出力電流制御回路２０に送られる。出力電流制御回路２０は、インバータ５からの出力電流ｉ_ｉｎｖのフィードバック値が、出力電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖに追従するように、不図示のＰＩ制御器等を用いてフィードバック制御を行い、インバータ５の出力デューティ比Ｄを算出する。このデューティ比Ｄは、ＰＷＭ出力制御回路２１に入力される。ＰＷＭ出力制御回路２１は、入力された出力デューティ比Ｄに基づいて、この出力デューティ比Ｄに対応するパルス幅のＰＷＭ信号を生成する。これらのＰＷＭ信号に基づいて、インバータ５の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のオン・オフが制御される。

次に、図６を参照して、上記の無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑを更新するタイミングについて説明する。本蓄電ハイブリッド発電システム１では、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑの更新時期を、出力電流ｉ_ｓｐの半周期毎であって、その絶対値｜ｉ_ｓｐ｜が最大値ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}を示す時期、又は最大値を示す時期の前後の所定の範囲内の時期に限定している。すなわち、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑを、図６に示すように、｜ｉ_ｓｐ｜≧（ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}−Δｌ_{ｑ．ｃｓｔ}）の範囲内の時期ｔ_ｕｐに更新する。具体的には、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑを、｜ｉ_ｓｐ｜≧０．９５ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}の範囲内の時期に更新することが望ましい。

上記のように、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑの更新時期を、出力電流ｉ_ｓｐの半周期毎（つまり、商用系統周波数の半周期毎）に設計した理由は、以下の通りである。すなわち、本実施形態では、上記の式（３）及び（４）に示されるように、有効電力Ｐ_ｕｗや商用系統電圧ｅ_ｕｗの最大値（振幅）Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}を更新するタイミングが、商用系統周波数の半周期毎に設定されている。このため、有効電流の波高値２Ｐ_ｕｗ／Ｅ_{ｕｗ．ｍａｘ}に基づいて生成される無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑの更新タイミングも、商用系統周波数の半周期毎である。そこで、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑを更新するタイミングも、無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑの更新タイミングと同様にするために、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑを出力電流ｉ_ｓｐの半周期毎に更新するようにしたのである。このように、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑを出力電流ｉ_ｓｐの半周期毎に更新するようにしたことにより、力率一定制御の応答性を向上させることができる。

また、上記のように、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑの更新時期を、その絶対値｜ｉ_ｓｐ｜が最大値ｉ_{ｓｐ．ｍａｘ}を示す時期又はそれに近い時期にしたことにより、無効電力制御の安定性と、インバータ５からの出力電流ｉ_ｉｎｖの安定性を向上させることができる。この理由について、以下に説明する。

一般に、出力電流ｉ_ｓｐの振幅は商用系統周波数に基づいてサインカーブを描いて変動するのであるが、サインカーブのゼロクロス点、つまり出力電流の絶対値｜ｉ_ｓｐ｜が最小値を示す時期に、無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑが更新されると、出力電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖに含まれる無効成分（無効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｑとＣＯＳ（θ_ｕｗ）との積で算出される値）の影響が大きくなるタイミングで出力電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖが大きく変化する。その結果、出力電流ｉ_ｉｎｖのオーバーシュートやアンダーシュートが発生し易く、出力電流ｉ_ｉｎｖの安定性が損なわれるおそれがある。

しかし、商用系統周波数の半周期毎であって、逆潮流電流の絶対値｜ｉ_ｓｐ｜が最大値を示す時期又はそれに近い時期に無効電流目標値が更新されると、出力電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖに含まれる無効成分（無効分の出力電流指令値Ｉ_ｕｗ．ｑとＣＯＳ（θ_ｕｗ）との積で算出される値）の影響が小さくなるタイミングで出力電流ｉ_ｉｎｖが制御されるため、無効電力制御の安定性と、インバータ５からの出力電流ｉ_ｉｎｖの安定性を向上させることができる。

次に、上記の無効電力注入量算出回路３４について、補足説明する。まず、上記の周波数フィードバック無効電力注入回路２４は、商用系統周波数計測回路２２で計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに応じて無効電力注入量を算出する回路で、ある時点の周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄに応じて以後の周波数偏差が次第に大きくなるように無効電力注入量が定められた周波数偏差・無効電力特性（図７（ａ）参照）に基づいて、無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒを算出する。

周波数フィードバック無効電力注入回路２４は、上記の周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄを、以下のようにして算出する。商用系統周波数計測回路２２から周波数フィードバック無効電力注入回路２４に入力される商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄは、１周期毎に更新される。このため、周波数フィードバック無効電力注入回路２４は、入力された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに基づいて求めた周期データ（商用系統電圧ｅ_ｕｗの交流信号の周期を表すデータ）を、図４（ｃ）に示すように、１周期毎に更新する。そして、周波数フィードバック無効電力注入回路２４は、図４（ｃ）に示すように、５ｍｓ間隔で直近の４０ｍｓ間の周期データの移動平均を算出して、制御回路７ａ内の不図示の記憶回路に記憶する。そして、図４（ｂ）に示すように、直近の移動平均算出時から２００ｍｓ前の８０ｍｓ分の周期データの移動平均から、直近の４０ｍｓ間の周期データの移動平均を減算することによって、周波数偏差（周期データの偏差量）Δｆ_ｇｒｉｄを算出する。

図７（ａ）は、上記の周波数フィードバック無効電力注入回路２４が使用する周波数偏差・無効電力特性を示す。周波数フィードバック無効電力注入回路２４は、この周波数偏差・無効電力特性に基づいて、無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒを算出し、上記の周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄを算出してから商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの半サイクル以内に、上記の算出した無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒを注入する。

本実施形態では、周波数フィードバック無効電力注入回路２４による周波数フィードバック注入動作と上記の力率一定制御との干渉の程度を下げるために、図７（ａ）に示すように、周波数偏差・無効電力特性に、閾値ｆ_ｓｔｏｐを設けて、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄの絶対値が閾値ｆ_ｓｔｏｐ以下の場合には、周波数フィードバック注入動作をしないように設計した。より具体的に言うと、本実施形態では、周波数偏差・無効電力特性における低感帯領域（周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄの絶対値が閾値ｆ_ｓｔｏｐ以下の領域）の１段目ゲインを０に設定した。これにより、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄが微小な値である場合には、周波数フィードバック注入動作をしないようすることができるので、力率一定制御の安定性を向上させることができると共に、上位系統の安定化を図ることができる。なお、本実施形態では、無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒの最大値Ｋ_ｆｌｉｍは、±０．２５ｐ．ｕ．に設定されている。

次に、上記の無効電力ステップ注入回路２５について、補足説明する。無効電力ステップ注入回路２５は、ある時点における商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに変動がなく、商用電力系統９における基本波電圧Ｅ_ｕｗ及び高調波電圧ＴＨＤ_Ｖの少なくとも一方が変動したときに、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄが低下する方向に変動を引き起こすためにステップ注入される一定量の遅相無効電力注入量Ｋ_ｓｔｅｐを算出して、出力する。なお、本明細書において、「商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに変動がない」状態には、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄに全く変動がない状態に加えて、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの変動が小さい状態、つまり、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄが図７（ａ）の低感帯領域にある状態が含まれる。

図７（ｂ）に示すように、無効電力ステップ注入回路２５は、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄが、図７（ａ）における低感帯領域であるときに、高調波電圧変動が以下の全ての条件式を満たすと判断すると、それから半サイクル以内に、３サイクル以下の時間で、上限を０．１ｐ．ｕ．とする無効電力を、蓄電ハイブリッド発電システム１から見て電流位相を遅らせる方向、つまり商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄが低下する方向に、注入する。

ＴＨＤ_ｖ（ｚ）−ＴＨＤ_ａｖｒ（ｚ）＞２Ｖ
ＴＨＤ_ｖ（ｚ−１）−ＴＨＤ_ａｖｒ（ｚ）＞２Ｖ
ＴＨＤ_ｖ（ｚ−２）−ＴＨＤ_ａｖｒ（ｚ）＞−０．５Ｖ
│ＴＨＤ_ｖ（ｚ−３）−ＴＨＤ_ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│ＴＨＤ_ｖ（ｚ−４）−ＴＨＤ_ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ
│ＴＨＤ_ｖ（ｚ−５）−ＴＨＤ_ａｖｒ（ｚ）│＜０．５Ｖ

下記の式（１３）〜（１９）に示すように、本実施形態では高調波電圧実効値ＴＨＤ_ｖとして２次から７次までの総合高調波電圧実効値が好ましい態様として採用されているが、さらに高次の高調波が含められていてもよい。尚、以下の説明では、総合高調波電圧実効値を、単に高調波電圧実効値と記載する。また、下記の式（１３）〜（１９）において、Ｔ_ＡＤＣは、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング時間、ｎは高調波の次数を示す。

また、無効電力ステップ注入回路２５は、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄが、図７（ａ）における低感帯領域であるときに、基本波電圧変動が以下の全ての条件式を満たすと判断すると、それから半サイクル以内に、３サイクル以下の時間で、上限を０．１ｐ．ｕ．とする無効電力を蓄電ハイブリッド発電システム１から見て電流位相を遅らせる方向、つまり商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄが低下する方向に、注入する。

Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}（ｚ）−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ．ａｖｒ}（ｚ）＞２．５Ｖ
Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}（ｚ−１）−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ．ａｖｒ}（ｚ）＞２．５Ｖ
Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}（ｚ−２）−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ．ａｖｒ}（ｚ）＞−０．５Ｖ
│Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}（ｚ−３）−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ．ａｖｒ}（ｚ）│＜０．５Ｖ
│Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}（ｚ−４）−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ．ａｖｒ}（ｚ）│＜０．５Ｖ
│Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ}（ｚ−５）−Ｅ_{ｕｗ．ｒｍｓ．ａｖｒ}（ｚ）│＜０．５Ｖ

次に、上記の単独運転検出回路２３の動作について、補足説明する。一般的に、商用系統電圧ｅ_ｕｗが正常（２０２±１０Ｖ）である場合に、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄが急変すると、蓄電ハイブリッド発電システム１が単独運転状態であると正しく検出できる。ところが、落雷等によって電力設備に故障が生じ、送配電網の電圧が瞬間的に低下するような現象が発生した場合に、商用系統電圧ｅ_ｕｗの低下及び位相のずれ（急変）に起因して、商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄが急変したときには、この周波数の大きな変動に起因して、蓄電ハイブリッド発電システム１が単独運転状態であると不要検出する虞がある。

しかし、瞬低等に起因して位相が急変した場合には、その急変時に商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄが瞬間的に変動するが、その前後では安定しているのに対して、単独運転時には周波数の変動が増大する傾向になる。従って、本蓄電ハイブリッド発電システム１では、図８に示すように、単独運転検出回路２３が、ＰＬＬ_ｖ１２で求められた運転周波数ｆ_ＰＬＬ、及び商用系統周波数計測回路２２で計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に、単独運転状態と判断するようにした。これにより、単独運転検出回路２３が、不要検出を回避して、蓄電ハイブリッド発電システム１の単独運転状態を正確に検出することができる。

また、本蓄電ハイブリッド発電システム１の制御回路７ａは、図２に示す制御ブロック以外に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂ用の充放電電力制御ブロックを有している。この充放電電力制御ブロックには、図９に示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂによる充放電動作を制御する充放電電力制御回路５１と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂ用のＰＷＭ出力制御回路５２とが、含まれている。充放電電力制御回路５１は、入力された充放電電力指令値Ｐ^＊ _ＢＡＴと、充放電電力Ｐ_ＢＡＴと、直流バス電圧Ｖ_ｄｃの測定値（フィードバック値）とに基づいて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂ用の出力デューティ比ｄ_ＢＡＴを算出する。このデューティ比ｄ_ＢＡＴは、ＰＷＭ出力制御回路５２に入力される。ＰＷＭ出力制御回路５２は、入力された出力デューティ比ｄ_ＢＡＴに基づいて、この出力デューティ比ｄ_ＢＡＴに対応するパルス幅のＰＷＭ信号を生成する。これらのＰＷＭ信号に基づいて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂの各スイッチＳＷ５、ＳＷ６のオン・オフが制御される。図９に示されるように、上記の充放電電力指令値Ｐ^＊ _ＢＡＴは、正であれば、放電電力指令値であり、負であれば、充電電力指令値であると定義した。

次に、本蓄電ハイブリッド発電システム１における充放電電力制御と力率一定制御との関係について、説明する。一般的に、太陽電池と電力貯蔵装置（図１中の蓄電池３に相当）とを組み合わせた蓄電ハイブリッド発電システムにおいて、電力貯蔵装置の役割は、（１）昼間に、太陽光発電により発電した余剰電力、又はインバータからの出力が抑制された電力（例えば、本実施形態において、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}≠１の時に、インバータ５からの出力が抑制された電力）を吸収すること、（２）吸収した電力を夜間に家庭内の負荷に供給すること、及び（３）停電予告の時間の前に、強制的に満充電まで定格充電電流による充電を行い、停電時に自立運転に移行した時に、自立負荷に電力を供給することである。

図１０は、本蓄電ハイブリッド発電システム１で、夜間に充放電電力制御を行う際における、充放電電力指令値Ｐ^＊ _ＢＡＴと、有効電力Ｐ_ｕｗと、無効電力Ｑ_ｕｗと、皮相電力Ｓ_ｕｗと、能動的単独運転検出をするための動作との対応関係を示す。図１０では、無効電力Ｑ_ｕｗが、正であれば、遅れ電力であり、負であれば、進み電力であると定義している。また、有効電力Ｐ_ｕｗが、正であれば、放電動作を行い、負であれば、充電動作を行うと定義している。なお、図中におけるＰＦは、上記図３における力率フィードバック値（運転力率のフィードバック値）であり、実質的に運転力率と等しい。ここで、力率一定制御を行う際に、無効電力注入動作を発生すると、運転力率が一瞬低下すると考える。例えば、図１０に示されるように、無効電力注入動作が発生して、Ｋ_Ｑ・Ｐ_ｕｗの無効電力が注入されると、運転力率が、（Ｒ１／Ｓ_ｕｗ）から、（Ｒ１／Ｓ_ｕｗ´）に、一瞬だけ、低下すると考える。また、本蓄電ハイブリッド発電システム１における力率一定制御には、定格電力を出力する場合に、図１０に示されるように、夜間における充放電電力制御時にも、皮相電力Ｓ_ｕｗが、図１０に示す定格皮相電力を超えないように制御を行うことができるという特徴を有する。なお、定格電力を出力する場合に、無効電力注入動作が発生したときには、図１０に示されるように、上記のＫ_Ｑ・Ｐ_ｕｗの無効電力に起因して、瞬時皮相電力Ｓ_ｕｗ´が、一瞬だけ、定格皮相電力を超える。

次に、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１に採用されている、力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らすための工夫について説明する。この工夫の一つ目は、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力が発生する（無効電力注入量算出回路３４から商用系統電源１０に無効電力を注入する）場合、力率一定制御回路１５からの出力値である無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しないことである。より具体的に言うと、図３に示すように、力率一定制御回路１５に、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの更新の有無を切り替えるためのスイッチＳ_ＰＦを設ける。そして、下記の式（２０）及び（２１）に示すように、無効電力注入量算出回路３４により算出された無効電力注入量（無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒと遅相無効電力注入量Ｋ_ｓｔｅｐ）の和が、０のときは、スイッチＳ_ＰＦを１に切り替えて、力率一定制御回路１５からの出力値である無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新し、無効電力注入量算出回路３４により算出された無効電力注入量の和が、０でないときは、スイッチＳ_ＰＦを０に切り替えて、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しないようにした。ここで、「無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しない」とは、力率一定制御回路１５から、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔとして、直近の出力値と同じ値を出力することを意味する。

上記のように、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力が発生する場合、力率一定制御回路１５からの出力値である無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しないようにした理由は、以下の通りである。すなわち、無効電力注入量算出回路３４による単独運転検出のための無効電力注入処理と、力率一定制御回路１５によるフィードバック制御処理とが同時に行われると、単独運転検出のために無効電力注入量算出回路３４により無効電力が注入された場合でも、この注入された無効電力が、力率一定制御のフィードバック制御のために出力された無効電力によりキャンセルされて、単独運転を検出することができなくなる可能性がある。そこで、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力が発生する場合、力率一定制御回路１５からの出力値である無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しないようにすることにより、力率一定制御回路１５のフィードバック制御機能を一時的に停止させて、力率一定制御のフィードバック制御のために出力される無効電力が、単独運転検出のために注入される無効電力に及ぼす影響を低減させるようにしたのである。

上記の力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らすための工夫の二つ目は、無効電流制御回路２９と力率一定制御回路１５の応答性に差を設けたことである。この応答性の差を設けるために、本実施形態では、各国の系統連系規定で定められた能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とを考慮した、第１ＰＩ制御器４１と第２ＰＩ制御器３２の応答時間（遅延時間＋収束時間）の設計方法を採用している。この設計方法では、下記の式（２２）〜（２９）を用いて、第１ＰＩ制御器４１と第２ＰＩ制御器３２の遅延時間と収束時間とを設計する。この設計方法では、単独運転検出時限（単独運転検出に要する時間の上限値）を、能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とに分けている。そして、下記の式（２２）、（２７）では、これらの単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}、Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}には、各国の系統連系規定で定められた検出時限の値が設定される。第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１と収束時間Ｔ_Ｉ１は、下記の式（２２）、（２３）に基づいて決定される。式（２２）に示すように、第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１を、能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とのうちの最大値のａ倍に設定する。また、式（２３）に示すように、第１ＰＩ制御器４１の収束時間Ｔ_Ｉ１を、遅延時間Ｔ_Ｄ１のｂ倍に設定する。また、式（２６）に示すように、第２ＰＩ制御器３２の遅延時間Ｔ_Ｄ２を、商用系統周期Ｔ_Ｇｒｉｄの半分に設定し、式（２７）に示すように、第２ＰＩ制御器３２の収束時間Ｔ_Ｉ２を、能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とのうちの最小値のｃ倍に設定する。

上記のように設定することにより、検出時限（能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}）の最大値に基づき、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の応答時間（遅延時間Ｔ_Ｄ１＋収束時間Ｔ_Ｉ１）を設計し、検出時限（能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}）の最小値に基づき、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の応答時間（遅延時間Ｔ_Ｄ２＋収束時間Ｔ_Ｉ２）を設計する。このとき、式（２２）、（２３）、（２７）における係数ａ，ｂ，ｃの値を調整することにより、式（２９）に示すように、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の応答時間（遅延時間Ｔ_Ｄ２＋収束時間Ｔ_Ｉ２）は、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の応答時間（遅延時間Ｔ_Ｄ１＋収束時間Ｔ_Ｉ１）よりかなり小さくなる。これにより、単独運転状態が発生した場合に、力率一定制御回路１５から、力率一定のフィードバック制御のための新たな無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔが出力される前に、無効電流制御回路２９が、無効電力注入量算出回路３４により算出された無効電力注入量を反映した無効電流を、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力するためのフィードバック制御を完了することができる可能性が極めて高くなる。このため、単独運転検出回路２３が、力率一定のフィードバック制御のために出力される無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの影響を受けずに、単独運転状態であるか否かを検出することができる可能性が高くなるので、単独運転状態を発生したときに、能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}内に、確実に単独運転状態を検出することができる。

また、上記の能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}の設定パターンは、各国の系統連系規定によって相違し、３つの検出時限の設定パターン（Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ} ＞Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}、Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ} ＜Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}、Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ} ＝Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}）が存在する。但し、上記の式（２９）により、これらの３つの検出時限の設定パターンのいずれに設定しても、力率一定制御回路１５（第１ＰＩ制御器４１）の応答性を、無効電流制御回路２９（第２ＰＩ制御器３２）の応答性よりも、確実に遅いように設計できる。

なお、能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}＝受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}の場合は、Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}及びＴ_{ｐａｓｓｉｖｅ}を、Ｔ_{ｉｓｌａｎｄ}とおくと（Ｔ_{ｉｓｌａｎｄ}＝Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}＝Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とすると）、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１と収束時間Ｔ_Ｉ１、及び無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の遅延時間Ｔ_Ｄ２と収束時間Ｔ_Ｉ２は、下記の式（３０）〜（３３）に示すように定義される。この場合、式（２９）の条件を満たすために、下記の式（３０）、（３１）、（３３）における係数ａ，ｂ，ｃの値を調整する必要がある。

また、日本では、単相系統連系用の太陽光発電システムにおける単独運転検出時限は、下記のように定められている。
（１）能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}（図２中のＦ_{ａｃｔｉｖｅ}＝１の時）：０．２秒以内
（２）受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}（図２中のＦ_{ａｃｔｉｖｅ}＝０の時）：０．５秒以内

上記の２種類の単独運転検出時限を考慮すると、力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らすためには、日本では、力率一定制御回路１５の応答時間を、上記の２種類の単独運転検出時限のうちの長い方の検出時間（受動的単独運転検出時限）の上限値である０．５秒以上に設計する必要がある。また、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１は、上記のように、標準形能動的単独運転検出方式として定められている「ステップ注入付周波数フィードバック方式」を採用しているので、日本では、上記（１）の基準に沿って、０．２秒以内に単独運転を検出するために、上記の無効電力注入量（Ｋ_ｆｖａｒ、Ｋ_ｓｔｅｐ）を注入するための処理を行う無効電流制御回路２９の応答時間を、０．２秒以下に設計する必要がある。本実施形態では、力率一定制御回路１５と無効電流制御回路２９は、いずれも、ＰＩ制御器（上記の第１ＰＩ制御器４１と第２ＰＩ制御器３２）を用いている。

本実施形態では、ジーグラ・ニコルスのステップ応答法に基づいて、ＰＩ制御器のパラメータを設計した。ジーグラ・ニコルスのステップ応答法では、図１１（ａ）に示すように、ＰＩ制御器の遅延時間がＴ_Ｄ、目標値までの収束時間がＴ_Ｉ、目標値がＫである。また、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１における上記の各パラメータの設定値を、図１１（ｂ）の表に示す。この表に示すように、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１については、遅延時間Ｔ_Ｄ１は０．５秒（ａ＝１）、収束時間Ｔ_Ｉ１は１秒（ｂ＝２）で設計した。それに対して、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２については、遅延時間Ｔ_Ｄ２は０．０１秒（商用系統周波数５０Ｈｚの場合における商用系統周期Ｔ_Ｇｒｉｄの半周期）、収束時間Ｔ_Ｉ２は０．１秒（ｃ＝０．５）で設計した。

ここで、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の遅延時間Ｔ_Ｄ２を０．０１秒に設計した理由は、図２、及び式（３）〜（５）等に示されるように、無効電流の制御（無効電流指令値Ｉ^＊ _ｑや無効電流のフィードバック値Ｉ_ｑの更新）は、商用系統周期Ｔ_Ｇｒｉｄの半サイクル毎（商用系統周波数が５０Ｈｚの場合、０．０１秒毎）に行われるからである。また、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の収束時間Ｔ_Ｉ２を０．１秒で設計した理由は、二つある。一つ目の理由は、単独運転状態になると、０．１秒後に、目標値の通りの無効電力注入量が注入できるようにするためである。そして、二つ目の理由は、（ステップ注入付周波数フィードバック方式を用いた）単独運転検出時間を、０．１秒程度にするためである。なお、第１ＰＩ制御器４１と第２ＰＩ制御器３２の比例ゲインＫ_ｐおよび時定数Ｔ_ｉは、下記の式（３４）及び（３５）に基づいて決定される。

上記のような第１ＰＩ制御器４１と第２ＰＩ制御器３２の設計方法には、以下の利点がある。
（１）無効電流制御回路２９と力率一定制御回路１５の応答時間に差を設けたことにより、理論上、単独運転検出処理と力率一定制御処理との干渉を減らすことができる。
（２）力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１を、日本における受動的単独運転検出時限の上限値である０．５秒以上（正確に言うと、０．５秒）に設計したことにより、力率一定制御処理（力率一定制御のフィードバック制御のために出力される無効電力）が単独運転検出処理に及ぼす影響を減らすことができる。
（３）上記の（１）（２）より、力率一定制御と単独運転検出とを両立させることができる。これにより、蓄電ハイブリッド発電システム１の運転力率の精度を高く維持しつつ、正確な単独運転検出を行うことができる。

次に、上記の（１）の利点について、詳述する。本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１では、力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉の程度を減らすために、図１１（ｂ）に示すように、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の遅延時間Ｔ_Ｄ２と収束時間Ｔ_Ｉ２を、いずれも、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１と収束時間Ｔ_Ｉ１よりも短い時間に設定した。言い換えると、無効電流制御回路２９のフィードバック制御処理の応答性を、力率一定制御回路１５のフィードバック制御処理の応答性よりも速いように設定した。これにより、単独運転状態が発生した場合に、力率一定制御回路１５から、力率一定のフィードバック制御のための新たな無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔが出力される前に、無効電流制御回路２９が、無効電力注入量算出回路３４により算出された無効電力注入量を反映した無効電流を、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力するためのフィードバック制御を完了することができる可能性が極めて高くなる。このため、単独運転検出回路２３が、力率一定のフィードバック制御のために出力される無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの影響を受けずに、単独運転状態であるか否かを検出することができる可能性が高くなる。

次に、上記の（２）の利点について、詳述する。本蓄電ハイブリッド発電システム１では、Ｆ_{ａｃｔｉｖｅ}が０に設定された場合には、受動的単独運転検出方式による単独運転検出を行うが、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１を、日本における受動的単独運転検出時限の上限値である０．５秒に設計したことにより、力率一定制御処理（力率一定制御のフィードバック制御のために出力される無効電力）が、能動的単独運転検出処理だけではなく、受動的単独運転検出処理に及ぼす影響を減らすことができる。

上記のように、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らすために二つの工夫を行った。すなわち、（ａ）無効電力注入量算出回路３４からの無効電力が発生する場合、力率一定制御回路１５からの出力値である無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しないという工夫、及び（ｂ）無効電流制御回路２９と力率一定制御回路１５の応答性に差を設けるという工夫である。

上記の力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らすための工夫（設計方法）の有効性を確認するために、上記の「ステップ注入付周波数フィードバック方式」による能動的単独運転検出機能を用いた単独運転検出試験を、図１２（ａ）に示す代表的な５つのポイント（ポイント１〜５）において実施した。図１２（ａ）において、Ｐ_ＧｒｉｄとＱ_Ｇｒｉｄとは、受電点の逆潮流電力における有効電力と無効電力とを示す。また、図中の各ポイントのｘ座標とｙ座標の値は、上記の逆潮流電力の有効電力と無効電力を、定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}に対する比で表した値である。また、図１２（ｂ）は、この単独運転検出試験を行った実験システムにおけるパラメータの設定値を示す。

この単独運転検出試験では、図１２（ａ）に示すように、単独運転検出試験の中で最も厳しい条件である（Ｐ_Ｇｒｉｄ，Ｑ_Ｇｒｉｄ）＝（０，０）のポイント１の周辺のポイントについて、実験を行った。ここで、（Ｐ_Ｇｒｉｄ，Ｑ_Ｇｒｉｄ）＝（０，０）のポイント１が、単独運転検出試験の中で最も厳しい条件である理由について、説明する。一般に、分散型電源と商用系統電源との間にある受電点に有効電力や無効電力が流れていた状態で単独運転に移行すると、蓄電ハイブリッド発電システム等の電力変換装置からの出力と系統負荷（交流負荷）との間で有効電力や無効電力が不平衡となり、商用系統周波数や商用系統電圧が変化するので、容易に単独運転状態になったことを検出できる。これに対して、電力変換装置からの出力と系統負荷（交流負荷）の消費電力とが、有効電力についても、無効電力についても、完全に平衡しており、受電点に有効電力や無効電力が流れていない状態（図１２（ａ）中の（Ｐ_Ｇｒｉｄ，Ｑ_Ｇｒｉｄ）＝（０，０）のポイント１に相当）で単独運転に移行した場合には、商用系統周波数や商用系統電圧が変化しないので、単独運転状態になったことを検出することが難しいのである。

次に、図１２（ａ）に示される各ポイントにおける単独運転検出試験の実験結果について、最も厳しい条件である（Ｐ_Ｇｒｉｄ，Ｑ_Ｇｒｉｄ）＝（０，０）のポイント１の実験結果から説明する。図１３は、ポイント１の実験結果を示す。この実験では、図１３に示すように、単独運転状態になってから約４サイクル後に、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力の注入が開始され、その後も、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電流ｉ_ｓｐのピーク付近で、無効電力の注入が行われることを確認した。そして、図１３に示すように、単独運転状態になってから約１１６．２ｍｓ後に、単独運転検出回路２３が単独運転状態を検出して、蓄電ハイブリッド発電システム１が運転を停止することを確認した。この実験結果より、単独運転状態になってから約０．１秒後に、目標値の通りの量の無効電力が注入できることを確認することができた。また、単独運転検出（に要する）時間は、０．１秒程度であることを確認することができた。これらの実験結果は、図１１（ｂ）に示す各ＰＩ制御器（第１ＰＩ制御器４１と第２ＰＩ制御器３２）のパラメータ設計に妥当性があることを示している。

図１４は、図１２（ａ）中のポイント２における単独運転検出試験の実験結果を示す。この実験では、蓄電ハイブリッド発電システム１が、単独運転状態になる前に、力率一定制御 （力率指令値０．８（進み位相））を行い、単独運転状態になってから約２サイクル後に、無効電力の注入が行われ、単独運転状態になってから約５２．２ｍｓ後に、単独運転検出回路２３が単独運転状態を検出して、蓄電ハイブリッド発電システム１が運転を停止することを確認した。

図１５は、図１２（ａ）中のポイント３における単独運転検出試験の実験結果を示す。この実験では、図１５に示すように、単独運転状態になってから約１．５サイクル後に、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力の注入が開始され、その後も、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電流ｉ_ｓｐのピーク付近で、無効電力の注入が行われることを確認した。そして、単独運転状態になってから約５０．４ｍｓ後に、単独運転検出回路２３が単独運転状態を検出して、蓄電ハイブリッド発電システム１が運転を停止することを確認した。

図１６は、図１２（ａ）中のポイント４における単独運転検出試験の実験結果を示す。この実験では、図１６に示すように、単独運転状態になってから約２サイクル後に、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力の注入が開始され、その後も、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電流ｉ_ｓｐのピーク付近で、無効電力の注入が行われることを確認した。そして、単独運転状態になってから約５５ｍｓ後に、単独運転検出回路２３が単独運転状態を検出して、蓄電ハイブリッド発電システム１が運転を停止することを確認した。

図１７は、図１２（ａ）中のポイント５における単独運転検出試験の実験結果を示す。この実験では、図１７に示すように、単独運転状態になってから約１サイクル後に、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力の注入が開始され、その後も、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電流ｉ_ｓｐのピーク付近で、無効電力の注入が行われることを確認した。そして、単独運転状態になってから約４８ｍｓ後に、単独運転検出回路２３が単独運転状態を検出して、蓄電ハイブリッド発電システム１が運転を停止することを確認した。

上記の図１２〜１７に示される実験結果を要約すると、以下の通りである。
（１）全ての実験において、単独運転状態になってから０．２秒以内に、単独運転状態を検出して、蓄電ハイブリッド発電システム１が運転を停止することを確認した。
（２）全ての実験において、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電流ｉ_ｓｐのピーク付近で、無効電力の注入が開始されることを確認した。
（３）（Ｐ_Ｇｒｉｄ，Ｑ_Ｇｒｉｄ）＝（０，０）のポイント１における単独運転検出試験の実験結果から、各ＰＩ制御器のパラメータ設計の妥当性を確認することができた。

上記のように、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、無効電流の（振幅の）フィードバック制御に用いる第２ＰＩ制御器３２の遅延時間Ｔ_Ｄ２と収束時間Ｔ_Ｉ２を、いずれも、力率一定制御に用いる第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１と収束時間Ｔ_Ｉ１より短い時間に設定した。すなわち、無効電流制御回路２９のフィードバック制御処理の応答性を、力率一定制御回路１５のフィードバック制御処理の応答性よりも速いように設定した。これにより、単独運転状態が発生した場合に、力率一定制御回路１５から、力率一定のフィードバック制御のための新たな無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔが出力される前に、無効電流制御回路２９が、無効電力注入量算出回路３４により算出された無効電力注入量を反映した無効電流を、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力するためのフィードバック制御を完了することができる可能性が極めて高くなる。このため、単独運転検出回路２３が、力率一定のフィードバック制御のために出力される無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔの影響を受けずに、単独運転状態であるか否かを検出することができる可能性が高くなる。従って、上記のように、無効電流制御回路２９のフィードバック制御処理の応答性を、力率一定制御回路１５のフィードバック制御処理の応答性よりも速いように設定することで、無効電流のフィードバック制御処理と、力率一定制御処理との干渉の程度を低下させて、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立させることができる。

また、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、力率一定制御回路１５にスイッチＳ_ＰＦを設け、このスイッチＳ_ＰＦを用いて、無効電力注入量算出回路３４により算出された無効電力注入量の和が、０のときは、力率一定制御回路１５からの出力値である無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新し、無効電力注入量算出回路３４により算出された無効電力注入量の和が、０でないときは、無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しないようにした。これにより、無効電力注入量算出回路３４からの無効電力が発生する場合、力率一定制御回路１５のフィードバック制御機能を一時的に停止させて、力率一定制御のフィードバック制御のために出力される無効電力が、単独運転検出のために注入される無効電力に及ぼす影響を低減させることができる。

さらにまた、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１と収束時間Ｔ_Ｉ１との合計時間（請求項における「第１応答時間」）と、無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の遅延時間Ｔ_Ｄ２と収束時間Ｔ_Ｉ２との合計時間（請求項における「第２応答時間」）とを、能動的単独運転検出に要する時間の上限値である能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と、受動的単独運転検出に要する時間の上限値である受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とに基づいて設定した。無効電流制御回路２９の第２ＰＩ制御器３２の遅延時間Ｔ_Ｄ２と収束時間Ｔ_Ｉ２との合計時間を、能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とに基づいて設定したことにより、各国の系統連系規定で定められた能動的単独運転検出時限と受動的単独運転検出時限の要件を容易に満たすことができる。また、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１と収束時間Ｔ_Ｉ１との合計時間を、能動的単独運転検出時限Ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}と受動的単独運転検出時限Ｔ_{ｐａｓｓｉｖｅ}とに基づいて設定したことにより、力率一定制御処理（力率一定制御のフィードバック制御のために出力される無効電力）が、能動的単独運転検出処理に及ぼす影響だけではなく、受動的単独運転検出処理に及ぼす影響も減らすことができる。

また、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、有効電流リミッタ１７が、総合無効電力注入量Ｋ_Ｑの大きさに関わらず、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}と、蓄電ハイブリッド発電システム１の定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}とに基づいて、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電流の振幅を制限することにより、有効電力Ｐ_ｕｗを制限するようにした。これにより、無効電力の注入動作を発生しても、無効電力の増加による有効電力Ｐ_ｕｗの低減現象を回避することができ、有効分の出力電力に影響が生じないようにすることができる。

また、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、有効電流リミッタ１７は、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電力Ｐ_ｕｗが、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}と定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}とを乗じた値になるように、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電流の振幅を制限し、出力制限指令値Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ}を、０から力率指令値ＰＦ^＊までの値に設定した。これにより、無効電力の注入動作の発生の有無に関わらず、蓄電ハイブリッド発電システム１から出力される有効電力Ｐ_ｕｗの上限値が、力率指令値ＰＦ^＊と定格皮相電力Ｓ_{ｒａｔｅｄ}とを乗じた値を超えないようにすることができる。

また、本実施形態の蓄電ハイブリッド発電システム１によれば、周波数フィードバック無効電力注入回路２４は、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄの絶対値（商用系統周波数計測回路２２により計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの変動量）が、閾値ｆ_ｓｔｏｐ以下の場合、無効電力注入量Ｋ_ｆｖａｒを０にするようにした。これにより、周波数偏差Δｆ_ｇｒｉｄが微小な値である場合には、周波数フィードバック注入動作をしないようすることができるので、周波数フィードバック注入動作と力率一定制御との干渉の程度を下げて、力率一定制御の安定性を向上させることができると共に、上位系統の安定化を図ることができる。

変形例：
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。次に、本発明の変形例について説明する。

変形例１：
上記の実施形態では、本発明の系統連系用電力変換装置が、パワーコンディショナを、分散型電源である太陽電池、及び蓄電池と組み合わせた、蓄電ハイブリッド発電システム１である場合の例について説明した。けれども、本発明の適用対象となる系統連系用電力変換装置は、これに限られず、例えば、分散型電源として、風力発電装置や燃料電池を備えた蓄電ハイブリッド発電システムであってもよいし、太陽電池、風力発電装置、燃料電池等の分散型電源を、単相又は三相の商用電力系統に連系するためのパワーコンディショナであってもよい。

変形例２：
上記の実施形態では、本発明の系統連系用電力変換装置（蓄電ハイブリッド発電システム）が、ステップ注入付周波数フィードバック方式を用いた能動的単独運転検出機能と、受動的単独運転検出機能の両方を備えている場合の例を示したが、必ずしも、受動的単独運転検出機能を備えている必要はない。

変形例３：
上記の実施形態では、力率一定制御回路１５の第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１を、０．５秒以上（正確に言うと、０．５秒）に設計したが、必ずしも、このようにする必要はなく、力率一定制御回路１５の応答時間（第１ＰＩ制御器４１の遅延時間Ｔ_Ｄ１と収束時間Ｔ_Ｉ１の合計時間）を、受動的単独運転検出時限の上限値である０．５秒以上に設計した場合でも、力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らす効果を得ることができる。

変形例４：
上記の実施形態では、力率一定制御処理と単独運転検出処理との干渉を減らすために、２つの工夫（（ａ）無効電力注入量算出回路３４からの無効電力が発生する場合、力率一定制御回路１５からの出力値である無効電力制御値ＰＦ_ｏｕｔを更新しないという工夫と、（ｂ）無効電流制御回路２９と力率一定制御回路１５の応答性に差を設けるという工夫）を行った。けれども、本発明の系統連系用電力変換装置は、必ずしも、これらの２つの工夫を両方とも採用したものである必要はなく、例えば、上記の（ａ）の工夫を採用せず、上記の（ｂ）の工夫（無効電流制御回路２９と力率一定制御回路１５の応答性に差を設けるという工夫）のみを採用したものであってもよい。

変形例５：
上記の実施形態では、単独運転検出回路２３が、ＰＬＬ_ｖ１２で求められた運転周波数ｆ_ＰＬＬ、及び商用系統周波数計測回路２２で計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの双方が、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に、単独運転状態と判断するようにした場合の例を示した。けれども、上記のように、ＰＬＬ_ｖ１２で求められた運転周波数ｆ_ＰＬＬ、及び商用系統周波数計測回路２２で計測された商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄの両方に基づいて、単独運転状態の判定を行うのではなく、上記の運転周波数ｆ_ＰＬＬと商用系統周波数ｆ_ｇｒｉｄのいずれか片方の値のみを、単独運転状態の判定に用いてもよい。例えば、ＰＬＬ_ｖ１２で求められた運転周波数ｆ_ＰＬＬが、連続する複数の系統周期で一方向に変化する場合に、単独運転状態と判断してもよい。

変形例６：
上記の実施形態では、インバータ出力電流ｉ_ｉｎｖの計測値から、上記の式（１）によって算出されたコンデンサ通過電流ｉ_ｃの値を減算することにより、蓄電ハイブリッド発電システム１からの出力電流ｉ_ｓｐの値を算出したが、出力電流ｉ_ｓｐの値を、必ずしも上記のような計算で求める必要はなく、測定で求めてもよい。

変形例７
上記の実施形態では、本発明の系統連系用電力変換装置（蓄電ハイブリッド発電システム）が、ステップ注入付周波数フィードバック方式を用いた能動的単独運転検出処理において、周波数フィードバック無効電力注入回路２４と無効電力ステップ注入回路２５の両方が無効電力の算出と注入を行う場合の例を示したが、能動的単独運転検出処理において、無効電力ステップ注入回路２５の注入動作をマスクして（Ｋ_ｓｔｅｐ＝０にして）、周波数フィードバック無効電力注入回路２４のみが無効電力の算出と注入を行うようにしても、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立させることができる。

変形例８：
上記の実施形態では、制御回路７ａ、７ｂが、いわゆるマイコンを用いて構成されている場合の例を示したが、制御回路７ａ、７ｂは、これに限られず、例えば、システムＬＳＩであってもよい。

１ 蓄電ハイブリッド発電システム（系統連系用電力変換装置）
２ 太陽電池（分散型電源）
９ 商用電力系統
１５ 力率一定制御回路（力率一定制御手段）
１７ 有効電流リミッタ（電流制限手段）
２２ 商用系統周波数計測回路（商用系統周波数計測手段）
２３ 単独運転検出回路（単独運転検出手段）
２４ 周波数フィードバック無効電力注入回路（周波数フィードバック無効電力注入量算出手段）
２５ 無効電力ステップ注入回路（無効電力ステップ注入量算出手段）
２９ 無効電流制御回路（無効電流制御手段）
３０ 無効電流リミッタ（電流制限手段）
３２ 第２ＰＩ制御器
３４ 無効電力注入量算出回路（無効電力注入量算出手段）
４１ 第１ＰＩ制御器
Ｉ_ｑ 無効電流のフィードバック値
Ｉ^＊ _{Ｐ．ｌｉｍ} 出力制限指令値
Ｉ^＊ _ｑ 無効電流指令値
Ｋ_ｆｖａｒ 無効電力注入量
Ｋ_ｓｔｅｐ 遅相無効電力注入量
ＰＦ 力率フィードバック値
ＰＦ_ｏｕｔ 無効電力制御値
ＰＦ^＊ 力率指令値
Ｐ_ｕｗ 有効電力
Ｓ_ＰＦ スイッチ（切替手段）
Ｓ_{ｒａｔｅｄ} 定格皮相電力

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による系統連系用電力変換装置は、分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であって、商用系統電圧の周波数である商用系統周波数を計測する商用系統周波数計測手段と、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動に応じた無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出手段と、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率指令値と力率フィードバック値との偏差に基づいて第１補正値を生成する第１ＰＩ制御器を含み、この第１補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率が前記力率指令値に収束するようにフィードバック制御するための、無効電力制御値を生成して出力する力率一定制御手段と、前記力率一定制御手段から出力された無効電力制御値と前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量とに基づいて算出された無効電流指令値と、前記系統連系用電力変換装置から出力された無効電流のフィードバック値とが入力されて、前記無効電流指令値と前記無効電流のフィードバック値との偏差に基づいて第２補正値を生成する第２ＰＩ制御器を含み、この第２補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置から出力される無効電流の振幅が、前記無効電流指令値に収束するようにフィードバック制御する無効電流制御手段と、前記無効電力注入量の無効電力が注入されたときの前記商用系統周波数に基づいて、前記系統連系用電力変換装置が単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出手段と、前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０のときは、前記力率一定制御手段からの出力値である無効電力制御値を更新し、前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０でないときは、前記無効電力制御値を更新しないように切り替える切替手段とを備え、前記無効電力注入量算出手段は、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動量に応じた、この商用系統周波数の変動を助長する方向の無効電力注入量を算出する周波数フィードバック無効電力注入量算出手段を含むものである。

この系統連系用電力変換装置において、前記第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第１応答時間と、前記第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第２応答時間とを、能動的単独運転検出に要する時間の上限値である能動的単独運転検出時限と、受動的単独運転検出に要する時間の上限値である受動的単独運転検出時限とに基づいて設定することが望ましい。
また、本発明の第２の態様による系統連系用電力変換装置は、分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であって、商用系統電圧の周波数である商用系統周波数を計測する商用系統周波数計測手段と、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動に応じた無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出手段と、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率指令値と力率フィードバック値との偏差に基づいて第１補正値を生成する第１ＰＩ制御器を含み、この第１補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率が前記力率指令値に収束するようにフィードバック制御するための、無効電力制御値を生成して出力する力率一定制御手段と、前記力率一定制御手段から出力された無効電力制御値と前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量とに基づいて算出された無効電流指令値と、前記系統連系用電力変換装置から出力された無効電流のフィードバック値とが入力されて、前記無効電流指令値と前記無効電流のフィードバック値との偏差に基づいて第２補正値を生成する第２ＰＩ制御器を含み、この第２補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置から出力される無効電流の振幅が、前記無効電流指令値に収束するようにフィードバック制御する無効電流制御手段と、前記無効電力注入量の無効電力が注入されたときの前記商用系統周波数に基づいて、前記系統連系用電力変換装置が単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出手段とを備え、前記無効電力注入量算出手段は、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動量に応じた、この商用系統周波数の変動を助長する方向の無効電力注入量を算出する周波数フィードバック無効電力注入量算出手段を含み、単独運転検出機能として、前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段を用いた能動的単独運転検出機能と、受動的単独運転検出機能の両方を備え、前記第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間を、いずれも、前記第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間より短い時間に設定し、前記第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第１応答時間と、前記第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第２応答時間とを、能動的単独運転検出に要する時間の上限値である能動的単独運転検出時限と、受動的単独運転検出に要する時間の上限値である受動的単独運転検出時限とに基づいて設定したものである。
この系統連系用電力変換装置において、前記無効電力注入量算出手段は、前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段に加えて、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数に変動がなく、商用電力系統における基本波電圧及び高調波電圧の少なくとも一方が変動したときに、前記商用系統周波数が低下する方向に変動を引き起こすためにステップ注入される遅相無効電力注入量を算出する無効電力ステップ注入量算出手段を含むことが望ましい。

本発明の第１の態様による系統連系用電力変換装置によれば、切替手段を備え、この切替手段を用いて、無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０のときは、力率一定制御手段からの出力値である無効電力制御値を更新し、無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０でないときは、無効電力制御値を更新しないようにした。これにより、無効電力注入量算出手段からの無効電力が発生する場合（無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が０でない場合）には、力率一定制御手段のフィードバック制御機能を一時的に停止させて、力率一定制御のフィードバック制御のために出力される無効電力が、単独運転検出のために注入される無効電力に及ぼす影響を低減させることができる。従って、力率一定制御と正確な単独運転検出とを両立させることができる。

Claims (9)

1. 分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置であって、
   商用系統電圧の周波数である商用系統周波数を計測する商用系統周波数計測手段と、
   前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動に応じた無効電力注入量を算出する無効電力注入量算出手段と、
   前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率指令値と力率フィードバック値との偏差に基づいて第１補正値を生成する第１ＰＩ制御器を含み、この第１補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率が前記力率指令値に収束するようにフィードバック制御するための、無効電力制御値を生成して出力する力率一定制御手段と、
   前記力率一定制御手段から出力された無効電力制御値と前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量とに基づいて算出された無効電流指令値と、前記系統連系用電力変換装置から出力された無効電流のフィードバック値とが入力されて、前記無効電流指令値と前記無効電流のフィードバック値との偏差に基づいて第２補正値を生成する第２ＰＩ制御器を含み、この第２補正値に基づいて、前記系統連系用電力変換装置から出力される無効電流の振幅が、前記無効電流指令値に収束するようにフィードバック制御する無効電流制御手段と、
   前記無効電力注入量の無効電力が注入されたときの前記商用系統周波数に基づいて、前記系統連系用電力変換装置が単独運転状態であるか否かを検出する単独運転検出手段とを備え、
   前記無効電力注入量算出手段は、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動量に応じた、この商用系統周波数の変動を助長する方向の無効電力注入量を算出する周波数フィードバック無効電力注入量算出手段を含み、
   前記第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間を、いずれも、前記第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間より短い時間に設定したことを特徴とする系統連系用電力変換装置。
2. 前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０のときは、前記力率一定制御手段からの出力値である無効電力制御値を更新し、前記無効電力注入量算出手段により算出された無効電力注入量が、０でないときは、前記無効電力制御値を更新しないように切り替える切替手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の系統連系用電力変換装置。
3. 前記無効電力注入量算出手段は、前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段に加えて、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数に変動がなく、商用電力系統における基本波電圧及び高調波電圧の少なくとも一方が変動したときに、前記商用系統周波数が低下する方向に変動を引き起こすためにステップ注入される遅相無効電力注入量を算出する無効電力ステップ注入量算出手段を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の系統連系用電力変換装置。
4. 単独運転検出機能として、前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段を用いた能動的単独運転検出機能と、受動的単独運転検出機能の両方を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の少なくともいずれか一項に記載の系統連系用電力変換装置。
5. 前記第１ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第１応答時間と、前記第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間との合計時間である第２応答時間とを、能動的単独運転検出に要する時間の上限値である能動的単独運転検出時限と、受動的単独運転検出に要する時間の上限値である受動的単独運転検出時限とに基づいて設定したことを特徴とする請求項４に記載の系統連系用電力変換装置。
6. 前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電流と無効電流の振幅を、出力制限指令値に基づいて制限する電流制限手段をさらに備え、
   前記電流制限手段は、前記無効電力注入量の大きさに関わらず、前記出力制限指令値と前記系統連系用電力変換装置の定格皮相電力とに基づいて、前記有効電流の振幅を制限することにより、前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電力を制限することを特徴とする請求項１乃至請求項５の少なくともいずれか一項に記載の系統連系用電力変換装置。
7. 前記電流制限手段は、前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電力が、前記出力制限指令値と前記定格皮相電力とを乗じた値になるように、前記有効電流の振幅を制限し、
   前記出力制限指令値は、０から前記力率指令値までの値であることを特徴とする請求項６に記載の系統連系用電力変換装置。
8. 前記周波数フィードバック無効電力注入量算出手段は、前記商用系統周波数計測手段により計測された商用系統周波数の変動量が、所定の閾値以下の場合、前記無効電力注入量を０にするようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の少なくともいずれか一項に記載の系統連系用電力変換装置。
9. 前記系統連系用電力変換装置から出力される無効電力の大きさを、前記系統連系用電力変換装置から出力される有効電力の大きさに応じて変更することにより、前記系統連系用電力変換装置からの出力電力の力率を一定にするようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の少なくともいずれか一項に記載の系統連系用電力変換装置。