JP2018085902A - 発電システム、電力変換システム、電力変換装置及び電力変換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統への適応性向上に有効な発電システム、電力変換システム、電力変換装置及び電力変換方法を提供する。【解決手段】発電システム１は、液体流のエネルギーを利用して第１の交流電力を発生させる発電部２と、第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路４２と、直流電力を第２の交流電力に変換して、少なくとも電力系統ＰＳに出力するインバータ回路５２と、通常運転モードにおいて、発電部２の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるようにコンバータ回路４２を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御し、系統電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成されたコントローラ１００と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、発電システム、電力変換システム、電力変換装置及び電力変換方法に関する。

特許文献１には、発電機のトルクを制御することにより、発電機を最大の効率で運転する技術が開示されている。

特許第４７２５８４１号

本開示は、電力系統への適応性向上に有効な発電システム、電力変換システム、電力変換装置及び電力変換方法を提供することを目的とする。

本開示に係る発電システムは、液体流のエネルギーを利用して第１の交流電力を発生させる発電部と、第１の交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、直流電力を第２の交流電力に変換して、少なくとも電力系統に出力する第２の電力変換部と、通常運転モードにおいて、発電部の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするように第１の電力変換部を制御し、電力系統の電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成された制御部と、を備える。

制御部は、上昇抑制モードにおいて、発電部の出力電流値を最大化電流値よりも大きくするように構成されていてもよい。

制御部は、上昇抑制モードにおいて、発電部の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするように第１の電力変換部を制御した後に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするように第２の電力変換部を制御することを更に実行するように構成されていてもよい。

制御部は、通常運転モードにおいて、第１の電力変換部から第２の電力変換部に入力される直流電圧を電力系統の電圧の上昇に応じて大きくするように第２の電力変換部を制御することを更に実行し、電力系統の電圧が第１の閾値に到達する前に、直流電圧の上昇に応じて通常運転モードを上昇抑制モードに切り替え、上昇抑制モードにおいて、発電部の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするように第１の電力変換部を制御した後、電力系統の電圧が第１の閾値を超えた場合に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするように第２の電力変換部を制御することを実行するように構成されていてもよい。

本開示に係る電力変換システムは、発電部において発生した第１の交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、直流電力を第２の交流電力に変換して、少なくとも電力系統に出力する第２の電力変換部と、通常運転モードにおいて、発電部の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするように第１の電力変換部を制御し、電力系統の電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成された制御部と、を備える。

本開示に係る電力変換装置は、発電部と電力系統との間に設けられ、発電部において発生した第１の交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、通常運転モードにおいて、発電部の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするように第１の電力変換部を制御し、電力系統の電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成された制御部と、を備える。

本開示に係る電力変換方法は、発電部から出力される第１の交流電力を直流電力に変換するように第１の電力変換部を制御することと、直流電力を第２の交流電力に変換して電力系統に出力するように第２の電力変換部を制御することと、通常運転モードにおいて、発電部の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部の出力電流値と最大化電流値との差異を大きくするように第１の電力変換部を制御し、電力系統の電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることと、を含む。

本開示によれば、電力系統への適応性向上に有効な発電システム、電力変換システム、電力変換装置及び電力変換方法を提供することができる。

発電システムの全体構成を示す模式図である。 コントローラの機能的な構成を示すブロック図である。 コントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。 通常運転モードにおけるコンバータ回路の制御手順を示すフローチャートである。 発電機における回転速度とトルクとの関係及び回転速度と出力電力との関係を模式的に示すグラフである。 通常運転モードにおけるインバータ回路の制御手順を示すフローチャートである。 上昇抑制モードにおけるコンバータ回路の制御手順を示すフローチャートである。 発電機における回転速度とトルクとの関係及び回転速度と出力電力との関係を模式的に示すグラフである。 上昇抑制モードにおけるインバータ回路５２の制御手順を示すフローチャートである。 制御モードの切替手順を示すフローチャートである。 発電システムの変形例を示す模式図である。 制御モードの切替手順の変形例を示すフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔発電システム〕
図１に示すように、発電システム１は、発電部２と、電力変換システム３とを備える。発電部２は、水流等の液体流のエネルギーを利用して交流電力（以下、「第１の交流電力」という。）を発生させる。水流は、ダムの放水流、河川又は用水路等の自然水流、潮流等を含む。第１の交流電力は、例えば三相交流電力である。

発電部２は、回転体２１と、伝達機構２２と、発電機２３と、回転速度センサ２４とを有する。回転体２１は、液体流に接して回転する。伝達機構２２は、回転体２１の回転を発電機２３に伝達する。発電機２３は、回転体２１から伝達された回転に応じて第１の交流電力を発生させる。発電機２３の具体例としては、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐａｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）発電機が挙げられる。回転速度センサ２４は、発電機２３の回転速度を検出する。例えば回転速度センサ２４は、ロータリーエンコーダであり、発電機２３の回転速度に比例した周波数のパルス信号を出力する。なお、回転速度センサ２４は必須ではない。例えば、電力変換システム３において発電機２３の磁極位置を推定し、当該磁極位置に基づいて発電機２３の回転速度を推定してもよい。

なお、発電部２は、少なくとも交流電力を発生させるものであればよく、例えば風力のエネルギーを利用して交流電力を発生させるものであってもよい。

電力変換システム３は、発電部２と電力系統ＰＳとの間に介在し、第１の交流電力を電力系統ＰＳに適応可能な交流電力（以下、「第２の交流電力」という。）に変換して電力系統ＰＳに出力する。電力系統ＰＳは、電力を各種の受電設備に供給するシステムである。第２の交流電力は、例えば三相交流電力である。

電力変換システム３は、電磁接触器１２を介して発電機２３に接続され、フィルタ回路１３及び解列リレー１４を介して電力系統ＰＳに接続されている。電磁接触器１２は、外部からの指令入力に応じて、発電機２３と電力変換システム３とが電気的に接続された状態と、その接続が遮断された状態とを切り替える。フィルタ回路１３は、第２の交流電力に含まれる高周波成分を除去する。解列リレー１４は、外部からの指令入力に応じて、電力変換システム３を電力系統ＰＳから切り離す。

〔電力変換システム〕
電力変換システム３は、第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路４２（第１の電力変換部）と、上記直流電力を第２の交流電力に変換して、少なくとも電力系統に出力するインバータ回路５２（第２の電力変換部）と、これらを制御するコントローラ１００（制御部）とを備える。以下、電力変換システム３の構成をより具体的に例示する。

電力変換システム３は、互いに別の筐体に収容されたコンバータユニット４（電力変換装置）及びインバータユニット５を有し、これらは直流ケーブル１１により互いに接続されている。

（コンバータユニット）
コンバータユニット４は、交流入力ライン４１と、コンバータ回路４２と、直流出力ライン４３とを含む。交流入力ライン４１は、発電機２３から出力された第１の交流電力をコンバータ回路４２に導く。交流入力ライン４１には、入力電流センサ４４及び入力電圧センサ４５が設けられている。入力電流センサ４４は、発電機２３からの入力電流を検出する。入力電圧センサ４５は、発電機２３からの入力電圧を検出する。

コンバータ回路４２は、複数のダイオード４６と、複数のダイオード４６にそれぞれ並列に接続された複数のスイッチング素子４７とを有し、第１の交流電力を直流電力に変換して出力する。スイッチング素子４７のオン・オフにより、発電機２３からの出力電流を制御することが可能である。

直流出力ライン４３は、コンバータ回路４２から出力された直流電力を直流ケーブル１１に導く。直流出力ライン４３には、コンデンサ４８及び母線電圧センサ４９が設けられている。コンデンサ４８は、直流出力ライン４３における直流電圧を平滑化する。母線電圧センサ４９は、直流出力ライン４３における直流電圧（コンバータ回路４２から直流出力ライン４３に入力される直流電圧）を検出する。

（インバータユニット）
インバータユニット５は、直流入力ライン５１と、インバータ回路５２と、交流出力ライン５３とを含む。直流入力ライン５１は、直流ケーブル１１によって導かれた直流電力をインバータ回路５２に導く。直流入力ライン５１には、コンデンサ５４及び母線電圧センサ５５が設けられている。コンデンサ５４は、直流入力ライン５１における直流電圧を平滑化する。母線電圧センサ５５は、直流入力ライン５１における直流電圧（コンバータ回路４２から直流出力ライン４３に入力される直流電圧）を検出する。

インバータ回路５２は、複数のスイッチング素子５６と、複数のスイッチング素子５６にそれぞれ並列に接続された複数のダイオード５７とを有し、複数のスイッチング素子５６のオン・オフにより直流電力を第２の交流電力に変換して出力する。

交流出力ライン５３は、インバータ回路５２から出力された第２の交流電力をフィルタ回路１３との接続部分に導く。交流出力ライン５３には、系統電圧センサ５８が設けられている。系統電圧センサ５８は、インバータ回路５２からの出力電圧（すなわち電力系統ＰＳの電圧）を検出する。系統電圧センサ５８は、インバータ回路５２から出力される交流電圧の振幅（すなわち、電力系統ＰＳの交流電圧の振幅）を検出してもよいし、インバータ回路５２から出力される交流電圧の実効値（すなわち、電力系統ＰＳの交流電圧の実効値）を検出してもよい。

（コントローラ）
コントローラ１００は、通常運転モードにおいて、発電部２の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるようにコンバータ回路４２を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御し、電力系統ＰＳの電圧（例えば電力系統ＰＳの交流電圧の振幅又は実効値）が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成されている。

コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値を最大化電流値よりも大きくするように構成されていてもよい。

コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御した後に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御することを更に実行するように構成されていてもよい。

コントローラ１００は、通常運転モードにおいて、コンバータ回路４２からインバータ回路５２に入力される直流電圧（以下、「直流母線電圧」という。）を電力系統ＰＳの電圧（以下、「系統電圧」という。）の上昇に応じて大きくするようにインバータ回路５２を制御することを更に実行し、系統電圧が第１の閾値に到達する前に、直流母線電圧の上昇に応じて通常運転モードを上昇抑制モードに切り替え、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御した後、系統電圧が第１の閾値を超えた場合に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御することを実行するように構成されていてもよい。

一例として、コントローラ１００は、コンバータユニット４に内蔵された第１のコントローラ２００と、インバータユニット５に内蔵された第２のコントローラ３００とを有する。以下、図２を参照し、第１のコントローラ２００及び第２のコントローラ３００の具体的な構成を例示する。

第１のコントローラ２００は、通常運転モード及び上昇抑制モードのいずれか一方の制御モードにてコンバータ回路４２を制御する。通常運転モードは、発電部２の出力電流値を、最大化電流値に近付けるための制御モードである。上昇抑制モードは、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするための制御モードである。

図２に示すように、第１のコントローラ２００は、機能上の構成（以下、「機能ブロック」という。）として、通常運転演算部２１０と、上昇抑制演算部２２０と、トルク指令算出部２３０と、ゲート駆動部２４０と、第１のモード切替部２５０を含む。

通常運転演算部２１０は、通常運転モードにおいて、トルク指令値の算出用のゲインを算出する。例えば通常運転演算部２１０は、電力算出部２１１と、電力記憶部２１２と、電力増減判定部２１３と、ゲイン算出部２１４と、ゲイン記憶部２１５とを含む。

電力記憶部２１２は、第１の交流電力の算出結果を時系列で記憶する。ゲイン記憶部２１５は、ゲインの算出結果を時系列で記憶する。

電力算出部２１１は、発電部２からの入力電流の検出値を入力電流センサ４４から取得し、発電部２からの入力電圧の検出値を入力電圧センサ４５から取得し、これらをかけ合せて第１の交流電力を算出し、算出結果を電力記憶部２１２に書き込む。

電力増減判定部２１３は、電力記憶部２１２の記憶内容に基づいて、第１の交流電力が増加しているか減少しているかを判定する。

ゲイン算出部２１４は、電力増減判定部２１３の判定結果及びゲイン記憶部２１５の記憶内容とに基づいてトルク設定用のゲインを算出し、算出結果をゲイン記憶部２１５に書き込む。具体的に、ゲイン算出部２１４は、前回のゲインの変更により第１の交流電力が増加している場合には、前回と同じ方向にゲインを変更し、前回のゲインの変更により第１の交流電力が減少している場合には、前回と逆方向にゲインを変更する。例えばゲイン算出部２１４は、前回のゲインの増加により第１の交流電力が増加している場合には前回同様にゲインを増加させ、前回のゲインの増加により第１の交流電力が減少している場合には前回と逆にゲインを減少させる。また、ゲイン算出部２１４は、前回のゲインの減少により第１の交流電力が増加している場合には前回同様にゲインを減少させ、前回のゲインの減少により第１の交流電力が減少している場合には、前回と逆にゲインを増加させる。これにより、ゲインの値が、第１の交流電力を最大化するゲイン（以下、「最大化ゲイン」という。）に近付けられる。

上昇抑制演算部２２０は、上昇抑制モードにおいて、トルク指令値の算出用のゲインを算出する。例えば上昇抑制演算部２２０は、ゲイン補正値算出部２２１と、抑制ゲイン算出部２２２とを含む。

ゲイン補正値算出部２２１は、直流母線電圧の検出値を母線電圧センサ４９から取得し、当該検出値の大きさに応じてゲイン補正値を算出する。例えばゲイン補正値算出部２２１は、母線電圧センサ４９により検出された直流電圧値と所定の閾値（例えば、後述の第１の切替閾値）との偏差に対して比例演算、又は比例・積分演算等を施した値に１を加算して、１よりも大きいゲイン補正値を算出する。

抑制ゲイン算出部２２２は、ゲイン記憶部２１５に記憶された最新のゲイン（以下、「通常ゲイン」という。）に対し、ゲイン補正値算出部２２１により算出されたゲイン補正値を用いた補正を行って、トルク設定用のゲインを算出する。例えば抑制ゲイン算出部２２２は、通常ゲインにゲイン補正値を乗算してゲインを算出する。通常ゲインが上記最大化ゲインに略一致している場合、ゲイン補正値の乗算によって、ゲインと上記最大化ゲインとの差異が通常運転モードよりも大きくなる。

抑制ゲイン算出部２２２は、通常ゲインをゲイン補正値で除算してゲインを算出してもよい。これによっても、ゲインと上記最大化ゲインとの差異が通常運転モードよりも大きくなる。

第１のモード切替部２５０は、系統電圧が上昇した場合に第１のコントローラ２００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替え、系統電圧が下降した場合に第１のコントローラ２００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。後述する第２のコントローラ３００の制御により、系統電圧が上昇すると、これに応じて直流母線電圧も上昇する。そこで、第１のモード切替部２５０は、直流母線電圧値を系統電圧値の代わりに監視し、直流母線電圧が上昇した場合に第１のコントローラ２００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替え、直流母線電圧が下降した場合に第１のコントローラ２００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。

一例として、第１のモード切替部２５０は、直流母線電圧の検出値を母線電圧センサ４９から取得し、当該検出値が所定の閾値（以下、「第１の切替閾値」という。）を上回った場合に第１のコントローラ２００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替え、当該検出値が第１の切替閾値を下回った場合に第１のコントローラ２００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。

トルク指令算出部２３０は、発電機２３の回転速度の検出値を回転速度センサ２４から取得し、当該回転速度と、通常運転演算部２１０又は上昇抑制演算部２２０により算出されたゲインとに基づいてトルク指令値を算出する。例えばトルク指令算出部２３０は、回転速度の二乗にゲインを乗算してトルク指令値を算出する。

トルク指令算出部２３０は、発電機２３の回転速度の検出値を回転速度センサ２４から取得するのに変えて、第１の交流電力に基づいて発電機２３の回転速度を推定してもよい。例えば、トルク指令算出部２３０は、発電部２からの入力電流の検出値を入力電流センサ４４から取得し、発電部２からの入力電圧の検出値を入力電圧センサ４５から取得し、これらに基づいて発電機２３の磁極位置を推定し、当該磁極位置に基づいて発電機２３の回転速度を推定してもよい。

ゲート駆動部２４０は、発電部２の出力電流値が、トルク指令算出部２３０により算出されたトルク指令値に対応する値となるようにゲート駆動信号を生成し、コンバータ回路４２の複数のスイッチング素子４７に出力する。なお、「トルク指令値に対応する値」とは、発電部２に発生するトルクをトルク指令値に実質的に一致させるための値を意味する。

ゲート駆動部２４０により出力されたゲート駆動信号に応じてコンバータ回路４２が動作することにより、発電部２の出力電流値は上記ゲイン及び発電機２３の回転速度に相関した値となる。通常運転モードにおいて、ゲインが最大化ゲインに近付くと、発電部２の出力電流値は上記最大化電流値に近付く。上昇抑制モードにおいて、通常ゲインにゲイン補正値が乗算されると発電部２の出力電流値が大きくなり、通常ゲインからゲイン補正値が除算されると発電部２の出力電流値が小さくなる。また、上昇抑制モードにおいて、ゲインと最大化ゲインとの差異が大きくなると、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異が大きくなる。

第２のコントローラ３００は、通常運転モード及び上昇抑制モードのいずれか一方の制御モードにてインバータ回路５２を制御する。通常運転モードは、直流母線電圧（コンバータ回路４２からインバータ回路５２に入力される直流電圧）を目標値に近付けるように第２の交流電力を調節する制御モードである。上昇抑制モードは、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくする制御モードである。

第２のコントローラ３００は、機能ブロックとして、通常運転演算部３１０と、第２のモード切替部３２０と、上昇抑制演算部３３０と、ゲート駆動部３４０とを有する。

通常運転演算部３１０は、通常運転モードにおいて、直流母線電圧を目標値に近付けるように、第２の交流電力として出力する電力の目標値を算出する。例えば通常運転演算部３１０は、母線電圧目標値算出部３１１と、出力電力目標値算出部３１２とを含む。

母線電圧目標値算出部３１１は、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得し、当該検出値に応じて直流母線電圧の目標値を算出する。具体的に、母線電圧目標値算出部３１１は、系統電圧が所定の閾値（以下、「調節開始閾値」という。）以下である場合に、当該目標値を一定値にする。調節開始閾値は、上記第１の切替閾値よりも小さい。

母線電圧目標値算出部３１１は、系統電圧が調節開始閾値を上回るまで上昇した場合、直流母線電圧の目標値を系統電圧の上昇に応じて大きくする。

出力電力目標値算出部３１２は、直流母線電圧を、母線電圧目標値算出部３１１により算出された目標値に近付けるように第２の出力電力の目標値を算出する。具体的に、出力電力目標値算出部３１２は、直流母線電圧の検出値を母線電圧センサ５５から取得し、当該検出値と、母線電圧目標値算出部３１１により算出された目標値との偏差に比例演算又は比例・積分演算等を施した値を現状の第２の出力電力から減算して、第２の出力電力の目標値を算出する。

上昇抑制演算部３３０は、上昇抑制モードにおいて、第２の交流電力として出力する電力の目標値を算出する。例えば上昇抑制演算部３３０は、出力電力目標値算出部３３１を有する。出力電力目標値算出部３３１は、系統電圧を低下させるように第２の出力電力の目標値を算出する。具体的に、出力電力目標値算出部３３１は、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得し、当該検出値と所定の閾値（例えば後述の第２の切替閾値）との偏差に比例演算又は比例・積分演算等を施した値を現状の第２の出力電力から減算して、第２の出力電力の目標値を算出する。

第２のモード切替部３２０は、系統電圧が上昇した場合に第２のコントローラ３００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替え、系統電圧が下降した場合に第２のコントローラ３００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。

一例として、第２のモード切替部３２０は、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得し、当該検出値が所定の閾値（以下、「第２の切替閾値」という。）を上回った場合に第２のコントローラ３００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替え、当該検出値が第２の切替閾値を下回った場合に第２のコントローラ３００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。第２の切替閾値は、第１の切替閾値よりも大きい。

ゲート駆動部３４０は、第２の出力電力が出力電力目標値算出部３１２又は出力電力目標値算出部３３１により算出された目標値に一致する値となるようにゲート駆動信号を生成し、インバータ回路５２の複数のスイッチング素子５６に出力する。

上述のように、第１のコントローラ２００及び第２のコントローラ３００の各々において通常運転モードと上昇抑制モードとが切り替えられるが、コントローラ１００全体の制御モードは以下のように定義される。少なくとも第１のコントローラ２００の制御モードが通常運転モードであれば、コントローラ１００の制御モードも通常運転モードであり、少なくとも第１のコントローラ２００の制御モードが上昇抑制モードであれば、コントローラ１００の制御モードも上昇抑制モードである。すなわち、第１のモード切替部２５０は、コントローラ１００のモード切替部１１０を構成する。

図３は、コントローラ１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図３に示すように、第１のコントローラ２００は回路２９０を有し、第２のコントローラ３００は回路３９０を有する。

回路２９０は、一つ又は複数のプロセッサ２９１と、メモリ２９２と、ストレージ２９３と、入出力ポート２９４と、ゲート駆動回路２９５とを有する。入出力ポート２９４は、プロセッサ２９１からの指令に応じ、入力電流センサ４４、入力電圧センサ４５、母線電圧センサ４９及び回転速度センサ２４との間で電気信号の入出力を行う。ゲート駆動回路２９５は、プロセッサ２９１からの指令に応じ、ゲート駆動信号を生成してコンバータ回路４２に出力する。

ストレージ２９３は、例えばハードディスク又は不揮発性メモリ等であり、コンバータ回路４２の制御を実行するためのプログラムを記録している。メモリ２９２は、ストレージ２９３の記録媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ２９１による演算結果を一時的に記録する。プロセッサ２９１は、メモリ２９２と協働して上記プログラムを実行することで、上述した各機能ブロックを構成する。

回路３９０も、回路２９０と同様に、プロセッサ３９１と、メモリ３９２と、ストレージ３９３と、入出力ポート３９４と、ゲート駆動回路３９５とを有する。入出力ポート３９４は、プロセッサ３９１からの指令に応じ、母線電圧センサ５５及び系統電圧センサ５８との間で電気信号の入出力を行う。ゲート駆動回路３９５は、プロセッサ３９１からの指令に応じ、ゲート駆動信号を生成してインバータ回路５２に出力する。

なお、コントローラ１００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能ブロックを構成するものに限られない。例えばコントローラ１００の各機能ブロックは、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。

〔電力変換方法〕
続いて、電力変換方法の一例として、コントローラ１００による電力変換制御手順を説明する。この手順は、発電部２から出力される第１の交流電力を直流電力に変換するようにコンバータ回路４２を制御することと、直流電力を第２の交流電力に変換して少なくとも電力系統ＰＳに出力するようにインバータ回路５２を制御することと、通常運転モードにおいて、発電部２の出力電流値を上記最大化電流値に近付けるようにコンバータ回路４２を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を大きくするようにコンバータ回路４２を制御し、系統電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることと、を含む。

以下、通常運転モードにおけるコンバータ回路４２の制御手順と、通常運転モードにおけるインバータ回路５２の制御手順と、上昇抑制モードにおけるコンバータ回路４２の制御手順と、上昇抑制モードにおけるインバータ回路５２の制御手順と、制御モードの切り替え手順とに分けて、電力変換制御手順の具体例を示す。

（通常運転モードにおけるコンバータ回路の制御手順）
まず、通常運転モードにおけるコンバータ回路４２の制御手順を例示する。図４に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ０１を実行する。ステップＳ０１では、電力算出部２１１が、発電部２からの入力電流の検出結果を入力電流センサ４４から取得し、発電部２からの入力電圧の検出結果を入力電圧センサ４５から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ０２を実行する。ステップＳ０２では、電力算出部２１１が、ステップＳ０１において取得した入力電流及び入力電圧をかけ合せて第１の交流電力を算出し、算出結果を電力記憶部２１２に書き込む。

次に、コントローラ１００はステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、電力増減判定部２１３が、時系列で二つ以上のデータが電力記憶部２１２に記憶されているか否かを判定する。

時系列で二つ以上のデータが電力記憶部２１２及びゲイン記憶部２１５に記憶されていない場合、コントローラ１００はステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、ゲイン算出部２１４が、現在のゲインを増加方向又は減少方向に変更する。例えばゲイン算出部２１４は、予め設定されたピッチを現在のゲインに対して加算又は減算する。

ステップＳ０３において、時系列で二つ以上のデータが電力記憶部２１２に記憶されていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、電力増減判定部２１３が、最新の第１の交流電力と、時系列で一つ前の第１の交流電力とを比較して、第１の交流電力が増加しているか否かを確認する。

ステップＳ０５において、第１の交流電力が増加していると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６では、ゲイン算出部２１４が、前回のゲインの変更（時系列で一つ前のゲインから最新のゲインへの変更）と同じ方向にゲインを変更する。例えばゲイン算出部２１４は、前回ゲインを増加させている場合には、最新のゲインに対して上記ピッチを加算し、その結果をゲイン記憶部２１５に書き込む。

また、ゲイン算出部２１４は、前回ゲインを減少させている場合には、最新のゲインから上記ピッチを減算し、その結果をゲイン記憶部２１５に書き込む。

ステップＳ０５において、第１の交流電力が増加していないと判定した場合、コントローラ１００はステップＳ０７を実行する。ステップＳ０７では、ゲイン算出部２１４が、前回のゲインの変更と逆の方向にゲインを変更する。例えばゲイン算出部２１４は、前回ゲインを増加させている場合には、最新のゲインから上記ピッチを減算し、その結果をゲイン記憶部２１５に書き込む。また、ゲイン算出部２１４は、前回ゲインを減少させている場合には、最新のゲインに対して上記ピッチを加算し、その結果をゲイン記憶部２１５に書き込む。

ステップＳ０４，Ｓ０６，Ｓ０７のいずれかを実行した後、コントローラ１００はステップＳ０８を実行する。ステップＳ０８では、トルク指令算出部２３０が、発電機２３の回転速度の検出結果を回転速度センサ２４から取得する。トルク指令算出部２３０は、発電機２３の回転速度の検出値を回転速度センサ２４から取得するのに変えて、第１の交流電力に基づいて発電機２３の回転速度を推定してもよい。

次に、コントローラ１００はステップＳ０９を実行する。ステップＳ０９では、ステップＳ０４，Ｓ０６，Ｓ０７のいずれかにおいて算出されたゲインと、ステップＳ０９において取得された回転速度の検出結果とに基づいて、トルク指令算出部２３０がトルク指令値を算出する。例えばトルク指令算出部２３０は、回転速度の検出結果を二乗し、これにゲインを乗算してトルク指令値を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０では、発電部２の出力電流値が、ステップＳ０９において算出されたトルク指令値に対応する値となるように、ゲート駆動部２４０がゲート駆動信号を生成し、コンバータ回路４２の複数のスイッチング素子４７に出力する。

次に、コントローラ１００はステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１では、通常運転演算部２１０が、第１のモード切替部２５０からの停止指令の有無を確認する。ステップＳ１１において、モード切り替え指令が無いと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ０１に戻す。

以後、第１のモード切替部２５０から停止指令が出されるまで、前回のゲインの変更により第１の交流電力が増加している場合には、前回と同じ方向にゲインを変更し、前回のゲインの変更により第１の交流電力が減少している場合には、前回と逆方向にゲインを変更することと、変更後のゲインにて、発電部２の出力電流値を制御することとが繰り返される。

ステップＳ１２において、停止指令が有ると判定した場合、コントローラ１００は通常運転モードでのコンバータ回路４２の制御を終了する。

図５を参照し、上記制御を行った場合における発電機２３の回転速度（以下、単に「回転速度」という。）、発電機２３に作用するトルク（以下、単に「トルク」という。）、及び発電機２３が出力する第１の交流電力（以下、単に「出力電力」という。）の挙動を例示する。

図５は、回転速度とトルクとの関係、及び回転速度と出力電力との関係を模式的に示すグラフである。横軸は回転速度の大きさを示し、縦軸はトルク又は出力電力の大きさを示す。破線で示されるデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のそれぞれは、発電機２３を回転させるためのエネルギー（例えば水流のエネルギー）が一定である場合における回転速度とトルクとの関係を示している。データＤ４側からデータＤ１側に向かうにつれてエネルギーが大きくなる。一点鎖線で示されるデータＤ８は、データＤ１と同じ条件下における回転速度と出力電力との関係を示している。実線で示されるデータＤ５，Ｄ６，Ｄ７のそれぞれは、上記ゲインが一定である場合における回転速度とトルクとの関係を示すグラフである。データＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７は、実際には曲線状となるが、模式的に線形で図示している。

データＤ１の条件下において、データＤ５に対応するゲインが設定される場合、データＤ１とデータＤ５とが交わる回転速度ω５に対応する出力電力が得られる。データＤ１の条件下において、データＤ６に対応するゲインが設定される場合、データＤ１とデータＤ６とが交わる回転速度ω６に対応する出力電力が得られる。データＤ１の条件下において、データＤ７に対応するゲインが設定される場合、データＤ１とデータＤ７とが交わる回転速度ω７に対応する出力電力が得られる。

データＤ６は、ゲインが上記最大化ゲインに一致している場合を示しているので、データＤ８は回転速度ω６において最大となっている。データＤ５は、ゲインが上記最大化ゲインに比べ小さい場合を示し、データＤ７は、ゲインが上記最大化ゲインに比べ大きい場合を示している。

上記ステップＳ０４，０６，Ｓ０７のいずれかにおいて、データＤ５のゲインをデータＤ６のゲインに増加させた場合、データＤ８に示されるとおり出力電力は増加する。このため、次回のステップＳ０５においては第１の交流電力が増加したものと判定され、ステップＳ０６において再度ゲインを増加させることとなる。これにより、例えばデータＤ６のゲインをデータＤ７のゲインに増加させると、データＤ８に示されるとおり第１の交流電力は減少する。このため、次回のステップＳ０５においては第１の交流電力が減少したものと判定され、ステップＳ０７において再度ゲインを減少させることとなる。これにより、例えばデータＤ７のゲインをデータＤ６のゲインに減少させると、データＤ８に示されるとおり第１の交流電力は再度増加する。このようにして、ゲインが上記最大化ゲインに近付けられ、発電部２の出力電流値が上記最大化電流値に近付けられる。

（通常運転モードにおけるインバータ回路の制御手順）
続いて、通常運転モードにおけるインバータ回路５２の制御手順を例示する。この手順に先立って、直流母線電圧の目標値は所定値（以下、「基準値」という。）に設定されているものとする。

図６に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、母線電圧目標値算出部３１１が、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２２を実行する。ステップＳ２２では、ステップＳ２１において取得された系統電圧の検出値が上記調節開始閾値を超えているか否かを母線電圧目標値算出部３１１が確認する。

ステップＳ２２において、系統電圧の検出値が上記調節開始閾値を上回っていないと判定した場合、コントローラ１００はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３では、母線電圧目標値算出部３１１が、直流母線電圧の目標値を上記基準値にする。

ステップＳ２２において、系統電圧の検出値が上記調節開始閾値を上回っていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ２４を実行する。ステップＳ２４では、母線電圧目標値算出部３１１が、系統電圧の検出値に応じて直流母線電圧の目標値を設定する。例えば母線電圧目標値算出部３１１は、系統電圧の検出値と上記調節開始閾値との差分を算出し、当該差分に比例した値を上記基準値に加算する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２５を実行する。ステップＳ２５では、出力電力目標値算出部３１２が、直流母線電圧の検出値を母線電圧センサ５５から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２６を実行する。ステップＳ２６では、出力電力目標値算出部３１２が、ステップＳ２５において取得された直流母線電圧の検出値をステップＳ２３又はステップＳ２４において算出された目標値に近付けるように、インバータ回路５２から出力する第２の交流電力の目標値を設定する。例えば、出力電力目標値算出部３１２は、直流母線電圧の検出値と目標値との偏差に比例演算又は比例・積分演算等を施した値を現状の第２の交流電力から減算して、第２の交流電力の目標値を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２７を実行する。

ステップＳ２７では、インバータ回路５２の出力電力が、ステップＳ２５において算出された目標値に対応する値となるように、ゲート駆動部３４０がゲート駆動信号を生成し、インバータ回路５２の複数のスイッチング素子５６に出力する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２８を実行する。ステップＳ２８では、通常運転演算部３１０が、第２のモード切替部３２０からの停止指令の有無を確認する。ステップＳ２８において、停止指令が無いと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ２１に戻す。

以後、第１のモード切替部２５０から停止指令が出されるまで、直流母線電圧を一定値又は系統電圧に応じた値に近付けることが繰り返される。

ステップＳ２８において、停止指令が有ると判定した場合、コントローラ１００は通常運転モードでのインバータ回路５２の制御を終了する。

（上昇抑制モードにおけるコンバータ回路の制御手順）
続いて、上昇抑制モードにおけるコンバータ回路４２の制御手順を例示する。

図７に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、ゲイン補正値算出部２２１が、直流母線電圧の検出値を母線電圧センサ４９から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２では、ゲイン補正値算出部２２１が、ステップＳ３２において取得された直流母線電圧値に応じてゲイン補正値を算出する。

ゲイン補正値算出部２２１が、ステップＳ３２において取得された直流母線電圧値と所定の閾値（例えば、上述の第１の切替閾値）との偏差に対して比例演算、又は比例・積分演算等を施した値に１を加算して、１よりも大きいゲイン補正値を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３では、抑制ゲイン算出部２２２が、上記通常ゲイン（ゲイン記憶部２１５に記憶された最新のゲイン）に対し、ステップＳ３２で算出されたゲイン補正値を用いた補正を行って、トルク設定用のゲインを算出する。

例えば抑制ゲイン算出部２２２は、通常ゲインにゲイン補正値を乗算してゲインを算出する。通常ゲインが上記最大化ゲインに略一致している場合、ゲイン補正値の乗算によって、ゲインと上記最大化ゲインとの差異が通常運転モードよりも大きくなる。抑制ゲイン算出部２２２は、ゲイン記憶部２１５に記憶された最新のゲインをゲイン補正値で除算してゲインを算出してもよい。これによっても、ゲインと上記最大化ゲインとの差異が通常運転モードよりも大きくなる。

次に、コントローラ１００はステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、トルク指令算出部２３０が発電機２３の回転速度の検出結果を回転速度センサ２４から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、ステップＳ３３において算出されたゲインと、ステップＳ３５において取得された回転速度の検出結果とに基づいて、トルク指令算出部２３０がトルク指令値を算出する。例えばトルク指令算出部２３０は、回転速度の検出結果を二乗し、これにゲインを乗算してトルク指令値を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ３６を実行する。ステップＳ３６では、発電部２の出力電流値が、ステップＳ３５において算出されたトルク指令値に対応する値となるように、ゲート駆動部２４０がゲート駆動信号を生成し、コンバータ回路４２の複数のスイッチング素子４７に出力する。

次に、コントローラ１００はステップＳ３７を実行する。ステップＳ３７では、上昇抑制演算部２２０が、第１のモード切替部２５０からの停止指令の有無を確認する。

ステップＳ３７において、停止指令が無いと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ３１に戻す。

以後、第１のモード切替部２５０から停止指令が出されるまで、直流母線電圧に応じてゲイン補正値を算出し、これを用いてゲインを補正することと、補正後のゲインにて、発電部２の出力電流値を制御することとが繰り返される。

ステップＳ３７において、停止指令が有ると判定した場合、コントローラ１００は上昇抑制モードでのコンバータ回路４２の制御を終了する。

図８を参照し、上記制御を行った場合における発電機２３の回転速度（以下、単に「回転速度」という。）、発電機２３に作用するトルク（以下、単に「トルク」という。）、及び発電機２３が出力する第１の交流電力（以下、単に「出力電力」という。）の挙動を例示する。

図８は、図５と同様に、回転速度とトルクとの関係、及び回転速度と出力電力との関係を模式的に示すグラフである。図５と同様に、破線で示されるデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のそれぞれは、発電機２３を回転させるためのエネルギー（例えば水流のエネルギー）が一定である場合における回転速度とトルクとの関係を示している。図５と同様に、一点鎖線で示されるデータＤ８は、データＤ１と同じ条件下における回転速度と出力電力との関係を示している。実線で示されるデータＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３のそれぞれは、上記ゲインが一定である場合における回転速度とトルクとの関係を示すグラフである。

データＤ１１は、上記最大化ゲインに一致する通常ゲインにてトルク指令値が算出される場合を示しているので、データＤ１１とデータＤ１とが交わる回転速度ω１１にてデータＤ８が最大となっている。

データＤ１２は、通常ゲインにゲイン補正値を乗算して補正されたゲインにてトルク指令値が算出される場合を示している。通常ゲインにゲイン補正値を乗算することで、データＤ１２の傾きがデータＤ１１に比べ大きくなるので、データＤ１２とデータＤ１との交点の回転速度ω１２は、回転速度ω１１に比べ図示左側に位置する。このため、回転速度ω１２では回転速度ω１１に比較してデータＤ８が小さくなっている。

データＤ１３は、通常ゲインからゲイン補正値を除算して補正されたゲインにてトルク指令値が算出される場合を示している。通常ゲインからゲイン補正値を除算することで、データＤ１３の傾きがデータＤ１１に比べ小さくなるので、データＤ１３とデータＤ１との交点の回転速度ω１３は、回転速度ω１１に比べ図示右側に位置する。このため、回転速度ω１３では回転速度ω１１に比較してデータＤ８が小さくなっている。

このように、ステップＳ３３において通常ゲインに対してゲイン補正値の乗算又は除算を施すことで、ゲインが最大化ゲインから遠ざかり、発電部２の出力電流値が上記最大化電流値から遠ざかることで、出力電力が小さくなる。

（上昇抑制モードにおけるインバータ回路の制御手順）
続いて、上昇抑制モードにおけるインバータ回路５２の制御手順を例示する。

図９に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ４１を実行する。ステップＳ４１では、出力電力目標値算出部３３１が、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ４２を実行する。ステップＳ４２では、出力電力目標値算出部３３１が、系統電圧を低下させるように、インバータ回路５２から出力される第２の交流電力の目標値を算出する。例えば、出力電力目標値算出部３３１は、ステップＳ４１において取得した系統電圧の検出値と所定の閾値（例えば上記第２の切替閾値）との偏差に比例演算又は比例・積分演算等を施した値を現状の第２の出力電力から減算して、第２の出力電力の目標値を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ４３を実行する。ステップＳ４３では、インバータ回路５２の出力電力が、ステップＳ４２において算出された目標値に対応する値となるように、ゲート駆動部３４０がゲート駆動信号を生成し、インバータ回路５２の複数のスイッチング素子５６に出力する。

次に、コントローラ１００はステップＳ４４を実行する。ステップＳ４４では、上昇抑制演算部３３０が、第２のモード切替部３２０からの停止指令の有無を確認する。ステップＳ４４において、停止指令が無いと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ４１に戻す。

以後、第１のモード切替部２５０から停止指令が出されるまで、系統電圧を低下させるように第２の交流電力を調節することが繰り返される。

ステップＳ４４において、停止指令が有ると判定した場合、コントローラ１００は処理を終了する。

（制御モードの切替手順）
続いて、コントローラ１００における制御モードの切り替え手順を説明する。図１０は、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替え、上昇抑制モードを通常抑制モードに戻すまでの手順を示している。

図１０に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ５１を実行する。ステップＳ５１では、第１のモード切替部２５０が、直流母線電圧の検出値を母線電圧センサ４９から取得し、当該検出値が上記第１の切替閾値を上回っているか否かを確認する。コントローラ１００は、直流母線電圧の検出値が第１の切替閾値を上回るまでステップＳ５１を繰り返す。

ステップＳ５１において、直流母線電圧の検出値が第１の切替閾値を上回っていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ５２を実行する。ステップＳ５２では、第１のモード切替部２５０が、第１のコントローラ２００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替える。例えば第１のモード切替部２５０は、停止指令（ゲインの算出を停止する指令）を通常運転演算部２１０に出し、開始指令（ゲインの算出を開始する指令）を上昇抑制演算部２２０に出す。これにより、コントローラ１００は、ステップＳ０１〜Ｓ１２の制御手順を、ステップＳ３１〜Ｓ３７の制御手順に切り替える。

次に、コントローラ１００はステップＳ５３を実行する。ステップＳ５３では、第１のモード切替部２５０が、直流母線電圧の検出値を母線電圧センサ４９から取得し、当該検出値が上記第１の切替閾値を下回っているか否かを確認する。

ステップＳ５３において、直流母線電圧の検出値が第１の切替閾値を下回っていないと判定した場合、コントローラ１００はステップＳ５４を実行する。ステップＳ５４では、第２のモード切替部３２０が、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得し、当該検出値が第２の切替閾値を上回っているか否かを確認する。

ステップＳ５４において、系統電圧の検出値が第２の切替閾値を上回っていないと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ５３に戻す。

ステップＳ５４において、系統電圧の検出値が第２の切替閾値を上回っていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ５５を実行する。ステップＳ５５では、第２のモード切替部３２０が、第２のコントローラ３００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替える。例えば第２のモード切替部３２０は、停止指令を通常運転演算部３１０に出し、開始指令を上昇抑制演算部３３０に出す。これにより、コントローラ１００は、ステップＳ２１〜Ｓ２８の制御手順を、ステップＳ４１〜Ｓ４４の制御手順に切り替える。

次に、コントローラ１００はステップＳ５６を実行する。ステップＳ５６では、第２のモード切替部３２０が、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得し、当該検出値が第２の切替閾値を下回っているか否かを確認する。コントローラ１００は、系統電圧の検出値が第２の切替閾値を下回るまでステップＳ５６を繰り返す。

ステップＳ５６において、系統電圧の検出値が第２の切替閾値を下回っていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ５７を実行する。ステップＳ５７では、第２のモード切替部３２０が、第２のコントローラ３００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。例えば第２のモード切替部３２０は、開始指令を通常運転演算部３１０に出し、停止指令を上昇抑制演算部３３０に出す。これにより、コントローラ１００は、ステップＳ４１〜４４の制御手順を、ステップＳ２１〜Ｓ２８の制御手順に切り替える。

ステップＳ５７を実行した後、コントローラ１００は、処理をステップＳ５３に戻す。ステップＳ５３において、直流母線電圧の検出値が第１の切替閾値を下回っていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ５８を実行する。ステップＳ５８では、第１のモード切替部２５０が、第１のコントローラ２００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。例えば第１のモード切替部２５０は、開始指令を通常運転演算部２１０に出し、停止指令を上昇抑制演算部２２０に出す。これにより、コントローラ１００は、ステップＳ３１〜Ｓ３７の制御手順を、ステップＳ０１〜Ｓ１２の制御手順に切り替える。

以上で、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替え、上昇抑制モードを通常抑制モードに戻すまでの手順が完了する。この手順に例示されるように、第２のモード切替部３２０は、第１のモード切替部２５０が第１のコントローラ２００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替えた後に、第２のコントローラ３００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替える。換言すると、コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御した後に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御する。

第１のモード切替部２５０は、第２のモード切替部３２０が第２のコントローラ３００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替えた後に、第１のコントローラ２００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。換言すると、コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御することを終了した後に、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御することを終了する。

〔本実施形態の効果〕
発電システム１は、液体流のエネルギーを利用して第１の交流電力を発生させる発電部２と、第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路４２と、直流電力を第２の交流電力に変換して、少なくとも電力系統ＰＳに出力するインバータ回路５２と、通常運転モードにおいて、発電部２の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるようにコンバータ回路４２を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御し、系統電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成されたコントローラ１００と、を備える。

系統電圧が上昇すると、電力系統ＰＳへの電力供給の抑制が求められる場合がある。これに対し、単にインバータ回路５２からの出力される第２の交流電力を抑制するのみでは、コンバータ回路４２から出力される第１の交流電力の余剰分をコンバータ回路４２とインバータ回路５２との間で消費することが必要となる。コンバータ回路４２とインバータ回路５２との間における電力消費には、大型の抵抗器が求められる場合があり、装置の大型化の要因となる。

これに対し、コントローラ１００は、通常運転モードにおいて、発電部２の出力電流値を、第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるようにコンバータ回路４２を制御し、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御し、系統電圧が上昇した場合に、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成されている。通常運転モードの制御がなされることにより、第１の交流電力は最大値の近傍に保たれる。換言すると、第１の交流電力は、発電部２の出力電流値を増大又は減少させることで小さくできる状態に保たれる。系統電圧が上昇した場合には、通常運転モードが上昇抑制モードに切り替えられることにより、第１の交流電力が小さくなる。このように、系統電圧が上昇した際に、第１の交流電力を小さくする制御がなされることにより、電力消費のために大型の抵抗器を設置する必要性が低くなる。このため、装置の大型化を抑制しつつ、電力供給の抑制の要請に柔軟に適応することが可能となる。従って、電力系統ＰＳへの適応性向上に有効である。

なお、液体流のエネルギーを利用する発電においては、液体の流路を、発電部２の回転体２１を通る流路から、発電部２の回転体２１を通らない流路（以下、「バイパス流路」という。）に切り替えることで、第１の交流電力を小さくすることも可能である。しかしながら、回転体２１は、例えば小さい用水路等において、バイパス流路を有しない場所に設置される場合がある。このような場合にも、発電部２の出力電流値の調節により第１の交流電力を小さくする構成が有益である。

コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値を最大化電流値よりも大きくするように構成されていてもよい。発電部２の出力電流値を小さくする場合、発電部２の発電機２３に作用するトルクが小さくなるので、発電機２３の回転が高速化する。また、発電機２３の回転が高速化することで、コンバータ回路４２に高い電圧が入力される。このため、機械系及び電気系の両方に高い耐久性が求められる。これに対し、発電部２の出力電流値を大きくする場合、発電機２３に作用するトルクが大きくなるので、発電機２３の回転は低速化する。このため、機械系及び電気系における耐久性の要求が低くなる。従って、発電システム１の導入コストを抑制できる。

コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御した後に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御することを更に実行するように構成されていてもよい。この場合、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくする制御（以下、「第２の抑制制御」という）に先立って、第１の交流電力を通常運転モードよりも小さくする制御（以下、「第１の抑制制御」という。）がなされるので、電力消費のための抵抗器の必要性が更に低くなる。

コントローラ１００は、通常運転モードにおいて、直流母線電圧を系統電圧の上昇に応じて大きくするようにインバータ回路５２を制御することを更に実行し、系統電圧が第２の切替閾値（第１の閾値）に到達する前に、直流母線電圧の上昇に応じて通常運転モードを上昇抑制モードに切り替え、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御した後、系統電圧が第２の切替閾値を超えた場合に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御することを実行するように構成されていてもよい。この場合、直流母線電圧の上昇を、系統電圧の上昇を示す信号として利用することで、第２の抑制制御に先立って第１の抑制制御を実行することを単純な構成で実現できる。なお、系統電圧の上昇に応じて直流母線電圧を上昇させることは、第２の交流電力のひずみの抑制にも寄与する。

〔実施形態の変形例〕
上記最大化ゲインは、条件出しのための試運転又はシミュレーション等によって予め導出することも可能である。上記ステップＳ０１〜Ｓ１２で例示したように、ゲインを最大化ゲインに近付ける制御を実行せずに、予め導出した最大化ゲインを固定値として用いてもよい。この場合も、発電機２３を回転させるエネルギーが変動すると、発電機２３の回転速度が変動し、これに応じてトルク指令値が変更される。すなわち、発電機２３を回転させるエネルギーの変動に応じて発電部２の出力電流値が変更され、最大化電流値に近付けられる。

図１１に例示するように、系統電圧に関する情報を伝達するための通信ライン１５が第１のコントローラ２００と第２のコントローラ３００との間に設けられていてもよい。この場合、通信ライン１５を利用することで、図１２に例示する手順によって制御モードの切り替えを実行することが可能である。

まず、コントローラ１００はステップＳ６１を実行する。ステップＳ６１では、第１のモード切替部２５０が、系統電圧に関する情報を通信ライン１５経由で第２のコントローラ３００から取得し、系統電圧が所定の閾値（以下、「第３の切替閾値」という。）を上回っているか否かを確認する。第３の切替閾値は、第２の切替閾値と同じであってもよい。コントローラ１００は、系統電圧が第３の切替閾値を上回るまでステップＳ６１を繰り返す。

ステップＳ６１において、系統電圧が第３の切替閾値を上回っていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ６２を実行する。ステップＳ６２では、第１のモード切替部２５０が、ステップＳ５２と同様に、第１のコントローラ２００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替える。

次に、コントローラ１００は、ステップＳ６３を実行する。ステップＳ６３では、第２のモード切替部３２０が所定時間の経過を待機する。

次に、コントローラ１００はステップＳ６４を実行する。ステップＳ６４では、第２のモード切替部３２０が、系統電圧に関する情報を系統電圧センサ５８から取得し、系統電圧が第３の切替閾値を下回っているか否かを確認する。

ステップＳ６４において、系統電圧が第３の切替閾値を下回っていないと判定した場合、コントローラ１００はステップＳ６５を実行する。ステップＳ６５では、ステップＳ５５と同様に、第２のモード切替部３２０が、第２のコントローラ３００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替える。

次に、コントローラ１００はステップＳ６６を実行する。ステップＳ６６では、第２のモード切替部３２０が、系統電圧の検出値を系統電圧センサ５８から取得し、当該検出値が第３の切替閾値を下回っているか否かを確認する。コントローラ１００は、系統電圧の検出値が第３の切替閾値を下回るまでステップＳ６６を繰り返す。

ステップＳ６６において、系統電圧の検出値が第３の切替閾値を下回っていると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ６７を実行する。ステップＳ６７では、ステップＳ５７と同様に、第２のモード切替部３２０が、第２のコントローラ３００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。

次に、コントローラ１００はステップＳ６８を実行する。ステップＳ６４において、系統電圧が第３の切替閾値を下回っていると判定した場合、コントローラ１００は、ステップＳ６５，Ｓ６６，Ｓ６７を実行することなく、処理をステップＳ６８に進める。ステップＳ６８では、ステップＳ５８と同様に、第１のモード切替部２５０が、第１のコントローラ２００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。

以上で、通常運転モードを上昇抑制モードに切り替え、上昇抑制モードを通常抑制モードに戻すまでの手順が完了する。この手順においても、第２のモード切替部３２０は、第１のモード切替部２５０が第１のコントローラ２００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替えた後に、第２のコントローラ３００の制御モードを通常運転モードから上昇抑制モードに切り替える。換言すると、コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御した後に、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御する。

第１のモード切替部２５０は、第２のモード切替部３２０が第２のコントローラ３００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替えた後に、第１のコントローラ２００の制御モードを上昇抑制モードから通常運転モードに切り替える。換言すると、コントローラ１００は、上昇抑制モードにおいて、第２の交流電力を通常運転モードよりも小さくするようにインバータ回路５２を制御することを終了した後に、発電部２の出力電流値と最大化電流値との差異を通常運転モードよりも大きくするようにコンバータ回路４２を制御することを終了する。

上昇抑制モードでは、上記第１の抑制制御に先立って上記第２の抑制制御を実行してもよい。例えば、第２の抑制制御の実行により直流母線電圧が上昇した場合に第１の抑制制御を実行してもよい。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

１…発電システム、２…発電部、３…電力変換システム、ＰＳ…電力系統、４２…コンバータ回路（第１の電力変換部）、５２…インバータ回路（第２の電力変換部）、１００…コントローラ、４…コンバータユニット（電力変換装置）。

Claims (7)

1. 液体流のエネルギーを利用して第１の交流電力を発生させる発電部と、
   前記第１の交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、
   前記直流電力を第２の交流電力に変換して、少なくとも電力系統に出力する第２の電力変換部と、
   通常運転モードにおいて、前記発電部の出力電流値を、前記第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように前記第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、前記発電部の出力電流値と前記最大化電流値との差異を前記通常運転モードよりも大きくするように前記第１の電力変換部を制御し、前記電力系統の電圧が上昇した場合に、前記通常運転モードを前記上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成された制御部と、を備える発電システム。
2. 前記制御部は、前記上昇抑制モードにおいて、前記発電部の出力電流値を前記最大化電流値よりも大きくするように構成されている、請求項１記載の発電システム。
3. 前記制御部は、前記上昇抑制モードにおいて、前記発電部の出力電流値と前記最大化電流値との差異を前記通常運転モードよりも大きくするように前記第１の電力変換部を制御した後に、前記第２の交流電力を前記通常運転モードよりも小さくするように前記第２の電力変換部を制御することを更に実行するように構成されている、請求項１又は２記載の発電システム。
4. 前記制御部は、
   前記通常運転モードにおいて、前記第１の電力変換部から前記第２の電力変換部に入力される直流電圧を前記電力系統の電圧の上昇に応じて大きくするように前記第２の電力変換部を制御することを更に実行し、
   前記電力系統の電圧が第１の閾値に到達する前に、前記直流電圧の上昇に応じて前記通常運転モードを前記上昇抑制モードに切り替え、
   前記上昇抑制モードにおいて、前記発電部の出力電流値と前記最大化電流値との差異を前記通常運転モードよりも大きくするように前記第１の電力変換部を制御した後、前記電力系統の電圧が前記第１の閾値を超えた場合に、前記第２の交流電力を前記通常運転モードよりも小さくするように前記第２の電力変換部を制御することを実行するように構成されている、請求項３記載の発電システム。
5. 発電部において発生した第１の交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、
   前記直流電力を第２の交流電力に変換して、少なくとも電力系統に出力する第２の電力変換部と、
   通常運転モードにおいて、前記発電部の出力電流値を、前記第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように前記第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、前記発電部の出力電流値と前記最大化電流値との差異を前記通常運転モードよりも大きくするように前記第１の電力変換部を制御し、前記電力系統の電圧が上昇した場合に、前記通常運転モードを前記上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成された制御部と、を備える電力変換システム。
6. 発電部と電力系統との間に設けられ、前記発電部において発生した第１の交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、
   通常運転モードにおいて、前記発電部の出力電流値を、前記第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように前記第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、前記発電部の出力電流値と前記最大化電流値との差異を前記通常運転モードよりも大きくするように前記第１の電力変換部を制御し、前記電力系統の電圧が上昇した場合に、前記通常運転モードを前記上昇抑制モードに切り替えることを実行するように構成された制御部と、を備える電力変換装置。
7. 発電部から出力される第１の交流電力を直流電力に変換するように第１の電力変換部を制御することと、
   直流電力を第２の交流電力に変換して電力系統に出力するように第２の電力変換部を制御することと、
   通常運転モードにおいて、前記発電部の出力電流値を、前記第１の交流電力が最大となる最大化電流値に近付けるように前記第１の電力変換部を制御し、上昇抑制モードにおいて、前記発電部の出力電流値と前記最大化電流値との差異を大きくするように前記第１の電力変換部を制御し、前記電力系統の電圧が上昇した場合に、前記通常運転モードを前記上昇抑制モードに切り替えることと、を含む電力変換方法。

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