JP2019216560A - 電力系統安定化システム - Google Patents

Abstract

【課題】擾乱状態時に電力系統安定化システムから系統に迅速に多くの無効電力を供給することができ、これにより系統電圧の低下を抑制し、電源の脱落を抑制することができる電力系統安定化システムを提供する。【解決手段】この電力系統安定化システムは、入力電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、電力系統の擾乱を検知して系統擾乱情報を出力する系統擾乱検知部とを備え、前記制御部は、前記系統擾乱情報に基づき前記電力変換部のスイッチング周波数を低下させるよう構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、電力系統安定化システムに関する。

近年の再生可能エネルギーの大量導入により、総発電量に対する既存の同期発電機の割合が低下している。再生可能エネルギーは、同期発電機のような慣性を有しないため、同期発電機の減少は系統の慣性低下につながる。

慣性の低下による系統の過渡安定度低下を補償するために、系統擾乱時に蓄電池システムのような電源と電力変換装置から構成される電力系統安定化システムから電力を供給する技術が知られている。系統擾乱時には、電力変換装置は、無効電力を含め、より大きな電流を短時間であっても出力できることが望ましい。

しかし、電力変換装置を構成するスイッチング素子の熱時定数が短く、スイッチング素子の熱耐量も小さいため、電力変換装置から大きな電流を流すことは、短時間であっても困難である。

スイッチング素子の短時間過電流耐量を増加させるという課題の解決策として、特許文献１には、電力変換装置の出力電流に応じて電力変換装置のスイッチング周波数を低下させることにより、スイッチング素子の破壊を防ぎつつ、過電流耐量を増加させ、電力変換装置の使用範囲を広げる制御方式が提案されている。

しかし、出力電流に応じて電力変換装置のスイッチング周波数を低下させる方式では、出力電流が過電流制限値に達してからスイッチング周波数を低下させるため、過電流耐量増加が遅れる虞があり、このため、電力変換装置の使用範囲を十分に広げることができないという問題があった。系統擾乱発生から電力変換装置がスイッチング素子の電流耐量増加を完了するまでの時間が遅いと系統擾乱による系統電圧低下が原因で電源が脱落するおそれがあった。

特許第６１６９４５９号公報

本発明は、擾乱状態時に電力系統安定化システムから系統に迅速に、多くの無効電力を供給することができ、これにより系統電圧の低下を抑制し、電源の脱落を抑制することができる電力系統安定化システムを提供することを目的とする。

本発明に係る電力系統安定化システムは、入力電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、電力系統の擾乱を検知して系統擾乱情報を出力する系統擾乱検知部とを備え、前記制御部は、前記系統擾乱情報に基づき前記電力変換部のスイッチング周波数を低下させるよう構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、系統擾乱時の系統擾乱情報に基づいて電力変換部のスイッチング周波数を低下させることで、電力変換部の出力電流に基づいて電力変換部のスイッチング周波数を低下させる場合と比較して、系統擾乱発生からのスイッチング周波数低下完了までの時間を短縮できる。それによって、系統擾乱発生から電力変換装置がスイッチング素子の電流耐量増加を完了するまでの時間を短縮できる。その結果、系統擾乱時に電力系統安定化システムから系統により迅速に、より多くの無効電力を供給できるため、系統電圧の低下を抑制し、電源の脱落を抑制することができる。

第１の実施の形態に係る電力系統安定化システムの全体構成を示したブロック図である。 制御部９の構成例を説明する回路ブロック図である。 制御部９の構成例を説明する回路ブロック図である。 制御部９の構成例を説明する回路ブロック図である。 制御部９の構成例を説明する回路ブロック図である。 制御部９の構成例を説明する回路ブロック図である。 第１の実施の形態における制御部９の動作を説明するフローチャートである。 第１の実施の形態の効果を説明するグラフである。 第１の実施の形態の効果を説明するグラフである。 第１の実施の形態の効果を説明するグラフである。 第１の実施の形態の第１の変形例について説明するグラフである。 第１の実施の形態の第２の変形例について説明するグラフである。 第１の実施の形態の第３の変形例について説明する回路ブロック図である。 第１の実施の形態の第３の変形例について説明する回路ブロック図である。 第１の実施の形態の第３の変形例について説明するフローチャートである。 第３の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態を図１〜図７に基づき詳細に説明する。

図１は第１の実施の形態に係る電力系統安定化システムの全体構成を示したブロック図である。図１の電力系統安定化システムは、蓄電池システム１０００を適用対象とした場合を例として説明している。蓄電池システム１０００は、蓄電池１、直流電圧平滑部２、電力変換部３、高調波フィルタ４、系統変圧器５、電圧検出器７（７Ａ〜７Ｃ）、電流検出器８（８Ａ〜８Ｂ）、制御部９、外部入力装置１０から構成される。

蓄電池１は、系統電圧や系統周波数の変動を抑制するための有効電力や無効電力の供給源である。直流電圧平滑部２は、蓄電池１から出力される直流電圧を平滑化する機能を有する。電力変換部３は、ＩＧＢＴやダイオードなどのスイッチング素子から構成され、平滑化された直流電圧を交流電圧に変換する。高調波フィルタ４は、電力変換部３が出力する交流電圧に含まれる高調波成分をカットオフする役割を有する。系統変圧器５は、高調波フィルタ４を通過した交流電圧を、系統６の交流電圧に変換する機能を有する。

電圧検出器７（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ）は、蓄電池１の端子間電圧Ｖｂａｔ、系統電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗ、Ｖｓｕ２、Ｖｓｖ２、Ｖｓｗ２を検出する電圧センサである。また、電流検出器８（８Ａ、８Ｂ）は、蓄電池１の端子間の電流Ｉｂａｔ、電力変換部３の出力電流Iｃｕ、Iｃｖ、Iｃｗを検出する電流センサである。

制御部９は、上位システム１１より、有効電力指令Ｐｒｅｆと無効電力指令Ｑｒｅｆを受信する。一方、制御部９から上位システム１１には、蓄電池１の充電状態情報ＳＯＣが入力される。上位システム１１は、受信された充電状態情報ＳＯＣに従い、有効電力指令Ｐｒｅｆと無効電力指令Ｑｒｅｆを調整する。

また、電圧検出器７と電流検出器８から、蓄電池１の端子間電圧Ｖｂａｔ、蓄電池１の端子間電流Ｉｂａｔ、系統電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗ、Ｖｓｕ２、Ｖｓｖ２、Ｖｓｗ２、電力変換部３の出力電流Iｃｕ、Iｃｖ、Iｃｗが制御部９に入力される。制御部９は、入力された各種電圧、各種電流を元に、電力変換部３の出力電力と上位システム１１の有効電力指令Ｐｒｅｆ及び無効電力指令Ｑｒｅｆが一致するように電力変換部３を制御する。

また、電力系統安定化システム１０００の外部の電圧検出器（図示せず）で検出した系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ３・・・Ｖａｃ＿ｆｂｎも、系統擾乱情報として制御部９に入力され得るよう構成されている。これらの系統擾乱情報に基づき、系統の擾乱の発生の有無を判定し、その判定の結果に従って電力変換部３の制御を行う。具体的に制御部９は、系統擾乱が発生したと判断される場合には、後述するように、電力変換部３のスイッチング素子のスイッチング周波数ｆｓｗを低下させるとともに、出力電流の最大値を増加させる制御を実行する。すなわち、制御部９は、電力系統の系統擾乱を検知して系統擾乱情報を出力する系統擾乱検知部として機能する。

制御部９は、電力変換部３に含まれるスイッチング素子の温度情報Ｔｓｗも、図示しない温度センサから受信する。制御部９は、この温度情報Ｔｓｗに基づいて、電力変換部３を制御するためのゲート信号Ｖｇａｔｅを制御する。電力変換部３が、一例としてｎ個のスイッチング素子を有している場合、そのｎ個のスイッチング素子の温度情報が、それぞれ制御部９に出力され得る。スイッチング素子の数は、例えば電力変換部３が三相の２レベルインバータであった場合は６個となる。スイッチング素子の温度検出器は少なくとも１つ備えられていればよく、全スイッチング素子に対応して設けられる必要はなく、一部のスイッチング素子にのみ設けられていてもよい。

また、制御部９には、外部入力装置１０から各種信号及び設定値を入力可能にされている。ここでは一例として、
・系統擾乱時のスイッチング周波数の低下の有効無効の切替信号Ｓｗ＿ｅｎ１
・系統擾乱時のスイッチング周波数設定値ｆｓｗ１、ｆｓｗ２・・・ｆｓｗｎ
が外部入力装置１０から制御部９に入力される。

この第１の実施の形態では、制御部９により、系統擾乱情報に従い、電力変換部３のスイッチング周波数を低下させる制御が行われる。しかし、切替信号Ｓｗ＿ｅｎ１が“１”の場合に周波数低下制御を実行する一方、“０”の場合にはこの制御を行わないようにすることが可能である。

また、外部入力装置１０からスイッチング周波数設定値ｆｓｗ１、ｆｓｗ２・・・ｆｓｗｎが入力され、この複数のスイッチング周波数設定値のいずれかが、スイッチング周波数を低下させる制御を実行する場合において、低下後のスイッチング周波数の値として選択される。

次に、図２Ａ〜図２Ｅを参照して、制御部９のより詳細な構成を説明する。
図２Ａに示すように、制御部９は、充電率演算器５１と、出力電力制限値演算器５２とを備えている。

充電率演算器５１は、蓄電池１の端子間電圧Ｖｂａｔと端子間電流Ｉｂａｔから充電率ＳＯＣを算出し、上位システム１１と出力電力制限値演算器５２に出力する。
出力電力制限値演算器５２は、充電率ＳＯＣから蓄電池１の許容放電電力、許容充電電力を算出し、その値を電力変換部３の最大出力有効電力の制限値Ｐｍａｘと最小出力有効電力の制限値Ｐｍｉｎとして、後述するリミッタ６１に出力する。換言すれば、出力電力制限値演算器５２は、蓄電池１の充電状況に基づき、蓄電池からどの程度の放電が可能であるのかを判定するとともに、どの程度の電力を蓄電池に充電可能なのかを判定し、これにより電力変換部３の最大出力有効電力の制限値を設定する。

図２Ｂに示すように、制御部９は、電力演算部５３、ＰＬＬ演算器５４、α−β変換器５５、及びｄ−ｑ変換器５６を備えている。電力演算部５３は、系統電圧Ｖｓ（Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗ）、及び電力変換部３の出力電流Iｃｕ、Iｃｖ、Iｃｗから電力変換部３の出力有効電力Ｐａｃと出力無効電力Ｑａｃを算出する。出力有効電力Ｐａｃと出力無効電力Ｑａｃは、後述する減算器７８と減算器８１に出力される。

ＰＬＬ（Phase-Locked-Loop）演算器５４は、系統電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗの同期位相信号ｃｏｓωｔとｓｉｎωｔを算出し、ｄ−ｑ変換器５６と、後述する逆ｄ−ｑ変換器６８に出力する。α−β変換器５５は、電力変換部３の出力電流Iｃｕ、Iｃｖ、Iｃｗから電力変換部３の出力電流のα成分Ｉｃαとβ成分Ｉｃβを算出して、ｄ−ｑ変換器５６へ出力する。

ｄ−ｑ変換器５６はα成分Ｉｃαとβ成分Ｉｃβから電力変換部３の出力電流の有効電流成分Ｉｃｄ＿ｆｂと無効電流成分Ｉｃｑ＿ｆｂを算出し、後述する減算器７９と減算器８２に出力する。

図２Ｃに示すように、制御部９は、系統電圧振幅を演算する系統電圧振幅演算部５９を備えている。系統電圧振幅演算部５９は、前述したα−β変換器５５、乗算器５７、加算器７７、平方根演算器５８を備えている。

α−β変換器５５は、系統電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗから、当該系統電圧のα成分Ｖｓαとβ成分Ｖｓβを算出する。乗算器５７は、α成分Ｖｓαとβ成分Ｖｓβを自乗してＶｓα^２とＶｓβ^２を算出する。加算器７７は、このＶｓα^２とＶｓβ^２の和を算出し、平方根演算部５８に出力する。平方根演算部５８は、Ｖｓα^２とＶｓβ^２の和の平方根を算出する。この算出結果が系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ１となり、擾乱情報選択部７１に入力される。なお、系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ２も同様にして、系統電圧Ｖｓｕ２、Ｖｓｖ２、Ｖｓｗ２に基づいて算出される。

また、図２Ｄに示すように、制御部９は、比較器１００を備えている。比較器１００は、電力変換部３を構成するスイッチング素子の温度情報Ｔｓｗが異常温度閾値Ｔｓｗ＿ｔｈより大きいか否かを判定するように構成されている。スイッチング素子の温度情報Ｔｓｗが異常温度閾値Ｔｓｗ＿ｔｈより大きい場合は、温度異常判定信号Ｔｓｗ＿ａｌａｒｍが“１”とされる。一方、スイッチング素子の温度情報Ｔｓｗが異常温度閾値Ｔｓｗ＿ｔｈ以下の場合は、温度異常判定信号Ｔｓｗ＿ａｌａｒｍが“０”とされる。温度異常判定信号Ｔｓｗ＿ａｌａｒｍは、後述するスイッチング周波数演算部７２に出力される。

また、図２Ｅに示すように、制御部９は、出力有効電力リミッタ６１、減算器７８、ＡＰＲ(automatic active power regulator)６２、指令値リミッタ６３、減算器７９、８１、ＡＱＲ(Automatic reactive power(Q) Regulator)６５、ＡＱＲ／ＡＣＡＶＲ制御切替器８７、指令値リミッタ６７、減算器８２、ＡＣＲ６４、及び加算器８０、８３を有する。

出力有効電力リミッタ６１は、上位システム１１から入力される有効電力指令Ｐｒｅｆの最大値及び最小値を、それぞれ出力電力制限値演算器５２から出力された指定値Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎに制限する機能を有する。有効電力指令Ｐｒｅｆにより指定された電力の最大値及び最小値として大きな値が指定されていても、蓄電池１における充電率ＳＯＣからその最大値及び最小値が過大又は過小であると判断される場合には、その最大値及び最小値は指定値Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎに制限され得る。

減算器７８は、制限後の有効電力指令Ｐｒｅｆ’と、電力演算部５３から入力された出力有効電力Ｐａｃとの偏差を算出し、ＡＰＲ(Automatic active Power Regulator)６２に出力する。

ＡＰＲ６２は制限後の有効電力指令Ｐｒｅｆ’と出力有効電力Ｐａｃの偏差がなくなるように電力変換部３の出力電流の有効電流成分の指令値Ｉｃｄｒｅｆを算出し、指令値リミッタ６３に出力する。なお、ＡＰＲ６２は、Ｐ制御器やＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成され得る。後述するＡＣＲ（Automatic Current Regulator）６４、ＡＱＲ(Automatic reactive power(Q) Regulator)６５、ＡＣＡＶＲ(Alternating Current Automatic Voltage Regulator）６６についても同様にＰ制御器やＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成され得る。

指令値リミッタ６３は、指令値Ｉｃｄｒｅｆの最大値をＩｃｄｒｅｆ＿ｍａｘに、最小値をＩｃｄｒｅｆ＿ｍｉｎに制限し、制限後の指令値Ｉｃｄｒｅｆ’を減算器７９に出力する。減算器７９は、制限後の指令値Ｉｃｄｒｅｆ’と、ｄ−ｑ変換器５６から出力された電力変換部３の出力電流の無効電流成分Ｉｃｄ＿ｆｂとの偏差を算出し、ＡＣＲ６４に出力する。

減算器８１は、上位システム１１から入力された無効電力指令Ｑｒｅｆと、電力演算部５３から入力された出力無効電力Ｑａｃの偏差を算出し、その偏差をＡＱＲ６５に出力する。ＡＱＲ６５は無効電力指令Ｑｒｅｆと出力無効電力Ｑａｃの偏差がなくなるように電力変換部３の出力電流の無効電流成分の指令値Ｉｃｑｒｅｆを算出し、ＡＣＡＶＲ制御切替器８７に出力する。

減算器８６は、系統電圧振幅指令Ｖａｃｒｅｆと、系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’の偏差を算出し、ＡＣＡＶＲ６６に出力する。ＡＣＡＶＲ６６は、系統電圧振幅指令Ｖａｃｒｅｆと系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’の偏差がなくなるように、電力変換部３の出力電流の無効電流成分の指令値Ｉｃｑｒｅｆを算出し、ＡＱＲ／ＡＣＡＶＲ制御切替器８７に出力する。

ＡＱＲ／ＡＣＡＶＲ制御切替器８７は、系統擾乱が無い場合はＡＱＲ６５を選択し、上位システム１１からの無効電力指令Ｑｒｅｆと電力変換部の出力無効電力Ｑａｃを一致させる制御を選択する。一方、系統擾乱が有る場合は、ＡＱＲ／ＡＣＡＶＲ制御切替器８７はＡＣＡＶＲ６６を選択し、系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂの低下を抑制する制御を選択する。

ＡＱＲ／ＡＣＡＶＲ制御切替器８７によって選択された電力変換部３の出力電流の無効電流成分の指令値Ｉｃｑｒｅｆが、指令値リミッタ６７に出力される。指令値リミッタ６７は、電力変換部３の出力電流の無効電流成分の指令値Ｉｃｑｒｅｆの最大値をＩｃｑｒｅｆ＿ｍａｘに、最小値をＩｃｑｒｅｆ＿ｍｉｎに制限し、制限後の指令値Ｉｃｑｒｅｆ’を減算器８２に出力する。減算器８２は、制限後の出力電流の無効電流成分の指令値Ｉｃｑｒｅｆ’と、ｄ−ｑ変換器５６から入力された無効電流成分Ｉｃｑ＿ｆｂとの偏差を算出し、その偏差をＡＣＲ６４に出力する。

ＡＣＲ６４は、制限後の電力変換部３の出力電流の有効電流成分の指令値Ｉｃｄｒｅｆ’と、電力変換部３の出力電流のｄ軸成分Ｉｃｄ＿ｆｂとの偏差がなくなるように指令値Ｖｃｄｒｅｆを算出し、加算器８０に出力する。また、ＡＣＲ６４は、制限後の電力変換部３の出力電流の無効電流成分の指令値Ｉｃｑｒｅｆ’と、電力変換部３の出力電流のｑ軸成分Ｉｃｑ＿ｆｂとの偏差がなくなるように指令値Ｖｃｑｒｅｆを算出し、加算器８３に出力する。

また、図２Ｅに示すように、前述のα−β変換器５５は、出力電流のα成分Ｉｃαとβ成分Ｉｃβに加え、系統電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗから、当該系統電圧のα成分Ｖｓαとβ成分Ｖｓβを算出する。ｄ−ｑ変換器５６は、α成分Ｖｓαとβ成分Ｖｓβから系統電圧の有効電圧成分Ｖｓｄ＿ｆｆと無効電圧成分Ｖｓｑ＿ｆｆを算出する。有効電圧成分Ｖｓｄ＿ｆｆと無効電圧成分Ｖｓｑ＿ｆｆは、ローパスフィルタ６０Ａ、６０Ｂに入力される。ローパスフィルタ６０Ａ及び６０Ｂを通過後の有効電圧成分Ｖｓｄ＿ｆｆ’と無効電圧成分Ｖｓｑ＿ｆｆ’は、後述する加算器８０，８３に入力される。

加算器８０は、指令値Ｖｃｄｒｅｆと前述の有効電圧成分Ｖｓｄ＿ｆｆ’の和であるＶｃｄｒｅｆ’を算出して、逆ｄ−ｑ変換器６８に出力する。また、加算器８３は、指令値Ｖｃｑｒｅｆと前述の無効電圧成分Ｖｓｑ＿ｆｆ’の和であるＶｃｑｒｅｆ’を算出して、逆ｄ−ｑ変換器６８に出力する。

逆ｄ−ｑ変換器６８は、有効電圧成分Ｖｃｄｒｅｆ’と無効電圧成分Ｖｃｑｒｅｆ’、系統電圧の同期位相信号ｃｏｓωｔ、ｓｉｎωｔから、電力変換部３の出力電圧指令のα成分Ｖｃαｒｅｆとβ成分Ｖｃβｒｅｆを算出して、逆αβ変換器６９に出力する。逆αβ変換器６９は、α成分Ｖｃαｒｅｆとβ成分Ｖｃβｒｅｆから電力変換部３の出力電圧指令のＵ相成分Ｖｃｕｒｅｆ、Ｖ相成分Ｖｃｖｒｅｆ、Ｗ相成分Ｖｃｗｒｅｆを算出して、ＰＷＭ演算器７０に出力する。

ＰＷＭ演算器７０は、Ｕ相成分Ｖｃｕｒｅｆ、Ｖ相成分Ｖｃｖｒｅｆ、Ｗ相成分Ｖｃｗｒｅｆに基づき、電力変換部３を制御するためのゲート信号Ｖｇａｔｅを生成する。なお、ＰＷＭ演算器７０は、Ｕ相成分Ｖｃｕｒｅｆ、Ｖ相成分Ｖｃｖｒｅｆ、Ｗ相成分Ｖｃｗｒｅｆを、後述するスイッチング周波数ｆｓｗを比較してゲート信号Ｖｇａｔｅを電力変換部３に出力する。

また、制御部９は、図２Ｅに示すように、擾乱情報選択部７１、及びスイッチング周波数演算部７２を備える。

擾乱情報選択部７１は、複数の電圧検出部７から検出した系統電圧振幅を選択的に採用して、系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’を算出し、スイッチング周波数演算部７２に出力する。擾乱情報選択部７１に入力される系統電圧振幅は、蓄電池システム１０００内で電圧検出器７によって検出された系統電圧値から算出された系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ１とＶａｃ＿ｆｂ２だけでなく、外部から入力された系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ３・・・・Ｖａｃ＿ｆｂｎも含まれる。擾乱情報選択部７１は、例えば複数の系統電圧振幅の平均値をＶａｃ＿ｆｂ’としても良いし、複数の系統電圧振幅の最小値をＶａｃ＿ｆｂ’としても良い。

スイッチング周波数演算部７２は、系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’に従い、スイッチング周波数を演算する。スイッチング周波数演算部７２には、あらかじめ系統擾乱時のスイッチング周波数設定値ｆｓｗ１、ｆｓｗ２・・・ｆｓｗｎが記憶されている。スイッチング周波数演算部７２は、この複数のスイッチング周波数設定値の中から、入力された系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’に適合する設定値を選択する。

なお、これら設定値を、スイッチング周波数演算部７２に記憶する代わりに、外部入力装置１０から外部入力することもできる。

また、スイッチング周波数演算部７２による系統擾乱時のスイッチング周波数の低下の有効無効は、外部入力装置１０からの系統擾乱時のスイッチング周波数の低下の有効無効の切替信号Ｓｗ＿ｅｎ１によって切替が可能である。

また、スイッチング周波数演算部７２は、電力変換部３の出力電流の有効電流成分の指令値の最大値Ｉｃｄｒｅｆ＿ｍａｘ、最小値Ｉｃｄｒｅｆ＿ｍｉｎを前述の指令値リミッタ６３に出力する。また、スイッチング周波数演算部７２は、電力変換部３の出力電流の無効電流成分の指令値の最大値Ｉｃｑｒｅｆ＿ｍａｘ、最小値Ｉｃｑｒｅｆ＿ｍｉｎを指令値リミッタ６７に出力する。さらに、スイッチング周波数演算部７２は、ＡＱＲとＡＣＡＶＲの制御の選択結果をＡＱＲ／ＡＣＡＶＲ制御切替器８７に出力する。

図３のフローチャートを参照して、第１の実施の形態における制御部９の動作を、スイッチング周波数演算部７２の動作を中心に説明する。ここでは、図１及び図２の蓄電池システム１０００に第１の実施の形態を適用した場合のスイッチング周波数演算部７２の制御方法について説明する。

ステップＳ１１では、系統擾乱時のスイッチング周波数の低下の有効無効の切替信号Ｓｗ＿ｅｎ１が、１であるか０であるかを判定する。ステップＳ１１は、系統擾乱時のスイッチング周波数を低下させる制御が有効となっているか無効になっているかを確認するための処理である。Ｓｗ＿ｅｎ１が１であれば、ステップＳ１２へ処理を進める。Ｓｗ＿ｅｎ１が０であれば、図３の処理を終了する。

切替信号Ｓｗ＿ｅｎ１は、系統擾乱時において電力変換部３のスイッチング周波数ｆｓｗを低下させる制御を実行するか否かを切り替えるための信号である。蓄電池システム１０００の設置場所などを含む各種条件によっては、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させる制御を無効にすることが好ましい場合も考えられる。このため、この第１の実施の形態では、切替信号Ｓｗ＿ｅｎ１により、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させる制御の実行の有無を選択可能としている。

ステップＳ１２では、擾乱情報選択部７１から出力された系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’が系統擾乱の判定閾値Ｖａｃ＿ｆｂｔｈ未満かを判定する。系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’が系統擾乱の判定閾値Ｖａｃ＿ｆｂｔｈ未満であれば、系統擾乱発生有と判定してステップＳ１３へ処理を進める。系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’が系統擾乱の判定閾値Ｖａｃ＿ｆｂｔｈ以上であれば、系統擾乱発生無と判定してステップＳ１６へ処理を進める。

ステップＳ１３では、系統擾乱時の系統電圧低下を抑制するために、ＡＱＲ制御からＡＣＡＶＲ制御に切り替える。

ステップＳ１４では、電力変換部３のスイッチング素子の短時間耐量を増加させるために、スイッチング周波数ｆｓｗを、系統擾乱前のスイッチング周波数ｆｓｗ０（基準値）からｆｓｗ１（＜ｆｓｗ０）に変更する。スイッチング周波数ｆｓｗを低下させることにより、擾乱発生時においてより大きな電流を系統６に供給することが可能になる。

ステップＳ１４では更に、系統６により大きな電流を流すことを可能にするため、電力変換部３の出力電流指令の有効電流成分の最大値Ｉｄｒｅｆ＿ｍａｘと最小値Ｉｄｒｅｆ＿ｍｉｎをそれぞれＩｄｒｅｆ＿ｍａｘ１とＩｄｒｅｆ＿ｍｉｎ１に変更する。また、電力変換部３の出力電流指令の無効電流成分の最大値Ｉｑｒｅｆ＿ｍａｘと最小値Ｉｑｒｅｆ＿ｍｉｎをそれぞれＩｑｒｅｆ＿ｍａｘ１とＩｑｒｅｆ＿ｍｉｎ１に変更する。その後、ステップＳ１５に処理を進める。

ここで、Ｉｄｒｅｆ＿ｍａｘ１は系統擾乱前の基準値Ｉｄｒｅｆ＿ｍａｘ０よりも大きく、Ｉｄｒｅｆ＿ｍｉｎ１は系統擾乱前の基準値のＩｄｒｅｆ＿ｍｉｎ０よりも小さい。また、Ｉｑｒｅｆ＿ｍａｘ１は系統擾乱前の基準値Ｉｑｒｅｆ＿ｍａｘ０よりも大きく、Ｉｑｒｅｆ＿ｍｉｎ１は系統擾乱前の基準値Ｉｑｒｅｆ＿ｍｉｎ０よりも小さい。

以下に、ステップＳ１４の処理により、スイッチング素子の短時間電流耐量が増加する原理について説明する。スイッチング素子の電流定格は絶対電流定格と最大ジャンクション温度によって決まる。絶対電流定格とは、それ以上電流をスイッチング素子に流すと当該スイッチング素子が破壊されてしまう電流値のことを指す。この第１の実施の形態では、スイッチング素子に流す電流は当該スイッチング素子の絶対電流定格以下であることが前提である。

次に、最大ジャンクション温度とは、それ以上スイッチング素子の半導体チップの温度が上がってしまうと当該スイッチング素子が破壊されてしまうジャンクション温度のことを指す。最大ジャンクション温度は、スイッチング素子の発熱量と、ヒートシンクやファンなどのスイッチング素子の冷却器の冷却性能と、周囲温度によって決まる。スイッチング素子の発熱量は、概ねスイッチング素子自身の導通損失とスイッチング損失(ターンオン損失、ターンオフ損失、リカバリ損失)によって決まる。ここで、スイッチング損失はスイッチング周波数に比例する。このため、スイッチング周波数を低下させればスイッチング素子の発熱量を削減することができる。

そのため、同じジャンクション温度でもスイッチング周波数が低ければ、より多くの電流をスイッチング素子に流すことができる。より多くの電流をスイッチング素子に流すことができれば、系統擾乱時により多くの電力を電力系統安定化システムから系統に供給できるため、電力系統安定化システムによる系統の過渡安定度の補償効果を増加させることができる。ただし、スイッチング周波数を低下させると電力変換部３の出力電圧、電流に含まれる高調波成分が増加するため、通常時はスイッチング周波数を低下させることはできない。しかし、系統擾乱発生時は高調波成分の抑制よりも電源の脱落防止が優先されると考えられる。

そこで、第１の実施の形態では、前述のように系統擾乱発生時のみ電力変換部３のスイッチング周波数ｆｓｗを低下させる。また、それに応じてスイッチング素子の絶対電流定格以下の範囲で、電力変換部３の出力電流指令の最大値を増加させる。

再び図３に戻って説明を続ける。ステップＳ１５では、カウント値Ｃｎｔ１に１を加算して、図３の処理を終了する。Ｃｎｔ１に１を加算する処理は、系統電圧回復後も電流耐量が増加した状態を一定時間維持するための遅延期間を設けるためのものである。

ステップＳ１６では、カウント値Ｃｎｔ１が１以上かどうかを判定する。カウント値Ｃｎｔ１が１以上であれば、系統擾乱により系統電圧が一度低下後に再び系統電圧が回復した状態だと判定して、ステップＳ１７に処理を進める。Ｃｎｔ１が１未満であれば、系統電圧回復直後ではないと判定して、図３の処理を終了する。

ステップＳ１７ではカウント値Ｃｎｔ２がＣｎｔ２ｅｎｄ未満かどうかを判定する。カウント値Ｃｎｔ２がＣｎｔ２ｅｎｄ未満であれば、上述の遅延期間であると判定して、ステップＳ１８に処理を進める。Ｃｎｔ２がＣｎｔ２ｅｎｄ以上であれば、上述の遅延期間が終了したと判定して、ステップＳ１９に処理を進める。

ステップＳ１８ではカウント値Ｃｎｔ２に１を加算する。これは上述の遅延期間の経過を記憶させるための処理である。

ステップＳ１９では遅延期間が終了したことから、制御をＡＣＡＶＲから通常のＡＱＲに切り替えて、ステップＳ２０に処理を進める。

ステップＳ２０では、スイッチング周波数ｆｓｗ、出力電流指令の有効電流成分の最大値Ｉｄｒｅｆ＿ｍａｘ及び最小値Ｉｄｒｅｆ＿ｍｉｎ、並びに電力変換部３の出力電流指令の無効電流成分の最大値Ｉｑｒｅｆ＿ｍａｘ及び最小値Ｉｑｒｅｆ＿ｍｉｎをそれぞれ系統擾乱発生前の基準値に戻し、ステップＳ２１に処理を進める。

ステップＳ２１ではカウント値Ｃｎｔ１とカウント値Ｃｎｔ２を初期値の０に戻して、図３の処理を終了する。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して、第１の実施の形態の効果を説明する。図４Ａは、第１の実施の形態のように擾乱発生時にスイッチング周波数を低下させる制御を実行しない場合（第１の比較例）の系統電圧Ｖｓ、及び電力変換部３の出力電流Ｉｃのグラフである。図４Ｂは、第１の実施の形態に従い擾乱発生時にスイッチング周波数を低下させる制御を実行した場合の系統電圧Ｖｓ、及び電力変換部３の出力電流Ｉｃのグラフである。

図４Ａを参照して、第１の実施の形態の動作を実行しない場合の動作について説明する。時刻ｔ０において系統擾乱が発生すると、系統電圧Ｖｓが低下する。これに伴い電力変換部３は、制御部９のＡＣＡＶＲ制御によって、系統電圧Ｖｓの低下を抑制するために系統６に供給する無効電力を増加させる制御を開始する。無効電力の増加により、出力電流Ｉｃも増加する。しかし、時刻ｔ１で電力変換部３の出力電流Ｉｃは電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に制限されてしまい、これによって無効電力出力も制限されてしまう。

次に、図４Ｂを参照して、第１の実施の形態の制御を実行する場合の動作について説明する。時刻ｔ０において系統擾乱が発生すると、スイッチング周波数演算部７２が系統電圧Ｖｓの低下を検出して、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させる制御を開始する。そして、時刻ｔ０からΔｔ後のｔ１にはスイッチング周波数ｆｓｗの低下と電力変換部３の出力電流指令値の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘと最小値Ｉｃｒｅｆ＿ｍｉｎの増加を完了する。スイッチング周波数ｆｓｗを低下させる分、電力変換部３は出力電流Ｉｃの最大値を大きくすることができるので、図４Ａの場合に比べ供給する無効電力を増加させることができる。その結果、系統擾乱発生時の系統電圧Ｖｓの低下を抑制することができ、電力系統安定化システムによる系統擾乱発生時の電源脱落防止効果を高めることができる。

図５は、第２の比較例の制御方法を説明している。この図５の例では、出力電流Ｉｃを電流センサ等で検知し、出力電流Ｉｃを検知し、出力電流Ｉｃが最大値Ｉｒｅｆ＿ｍａｘ０に達した場合に、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させる制御を行うものである。この図５の例の場合、時刻ｔ０で系統擾乱が発生し、それが出力電流Ｉｃの変化により検知される。ただし、時刻ｔ０では、電力変換部３の出力電流Ｉｃは電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に達していないため、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させる制御は開始されない。その後、時刻ｔ１で出力電流Ｉｃが最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に達したら、最大値はＩｃｒｅｆｍａｘ＿０からＩｃｒｅｆｍａｘ＿１に変換される。これに対応して、時刻ｔ２においてスイッチング周波数ｆｓｗをｆｓｗ０からｆｓｗ１に低下させる制御が行われる。

この処理の場合、系統擾乱の発生から、スイッチング周波数ｆｓｗの低下の処理が行われるまでに必要な期間Δｔの長さ（ｔ０〜ｔ２）は、電力変換部３の出力電流Ｉｃの最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に制限されて、図４Ｂの場合に比べ長くなる。このため、過電流耐量増加が図４Ｂの場合に比べ遅れる虞がある。

これに対し、第１の実施の形態（図４Ｂ）では、系統電圧Ｖｓの低下が検知されたらスイッチング周波数ｆｓｗを低下させる。このため、系統擾乱が発生した時刻ｔ０からスイッチング周波数演算部７２が系統電圧Ｖｓの低下を検出し、スイッチング周波数ｆｓｗの低下を開始する。このため、電力変換部３の出力電流Ｉｃが電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に達するまでの時間をスイッチング周波数ｆｓｗの低下の処理に充てることができる。その結果、出力電流Ｉｃの検知結果に基づいてスイッチング周波数ｆｓｗを低下させた場合と比較して、系統擾乱発生からスイッチング周波数低下完了までの時間の短縮することができる。これにより、系統擾乱時に電力系統安定化システムから系統により速くより多くの無効電力を供給できるため、系統電圧低下の抑制効果を高め、電源の脱落防止効果を高めることができる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
以下、第１の実施の形態の幾つかの変形例について、図６〜図８を参照して説明する。

（第１の変形例）
図６は、第１の実施の形態の第１の変形例について説明するグラフである。第１の実施の形態では、スイッチング周波数演算部７２がスイッチング周波数ｆｓｗを基準値ｆｓｗ０からｆｓｗ１に一段階だけ変更される場合を例として説明した。これに対し、第１の変形例は、スイッチング周波数ｆｓｗを基準値ｆｓｗ０から複数段階、例えば２段階（ｆｓｗ１、ｆｓｗ２）に変更する。

図６は、複数段にスイッチング周波数を変更する場合の効果について説明するグラフである。この変形例では、第１の実施の形態の判定閾値Ｖａｃ＿ｆｂｔｈに加え、これよりも小さい判定閾値Ｖａｃ＿ｆｂｔｈ２を設けて、擾乱情報選択部７１から出力された系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’がＶａｃ＿ｆｂｔｈ２未満になった場合は、スイッチング周波数ｆｓｗをスイッチング周波数ｆｓｗ１よりも低いスイッチング周波数ｆｓｗ２まで低下させる。その結果、系統擾乱の程度に合わせてスイッチング周波数ｆｓｗを設定することができる。スイッチング周波数ｆｓｗがｆｓｗ０からｆｓｗ１に設定されると、出力電流指令制限値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘは、基準値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０から、これよりも大きいＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ１に変更される。更にスイッチング周波数ｆｓｗが更に大きいｆｓｗ２に変更されると、出力電流指令制限値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘは、Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ１よりも大きいＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ２に変更される。出力電流指令制限値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘが大きくなるほど、擾乱発生時においてより大きな無効電流を系統６に供給することができる。このように、系統擾乱の程度が小さい場合においては、余分なスイッチング素子の温度上昇の抑制することができる一方、系統擾乱の程度が大きい場合においては無効電力の供給量を増加させることができる。すなわち、系統擾乱の程度に応じた対応が可能になる。

（第２の変形例）
図７は、第１の実施の形態の第２の変形例について説明するグラフである。第１の実施の形態では、系統擾乱発生時にスイッチング周波数ｆｓｗを低下させるとともに、電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘを増加させるが、第２の変形例では、これに加えて、電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘの増加に伴い、その増加された最大値の維持時間ｔｌｉｍを変更する。図７は、電力変換部３の出力電流指令の最大値の継続時間ｔｌｉｍと、電力変換部３の出力電流指令制限値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘの関係の一例を示している。

例えば、系統擾乱発生前（Ｖａｃ＿ｆｂ’≧Ｖａｃ＿ｆｂｔｈ）は、電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘはＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に設定されており、Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０には維持時間ｔｌｉｍを設けない。換言すれば、最大値がＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ０の場合においては、維持時間ｔｌｉｍはｔｌｉｍ０＝無限大（∞）に設定される。

一方、系統擾乱発生時には、電力変換部３のスイッチング周波数ｆｓｗを低下させる制御を行うとともに、電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘをＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ０からＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ１やＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ２に増加させる。その際に、電力変換部３の出力電流指令の最大値が大きいほど、大きな出力電流が電力変換部３に流れることとなり、スイッチング素子のジャンクション温度の温度上昇が早まる。

このため、第２の変形例では、出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘが大きくなるほど、維持時間ｔｌｉｍを短く設定する。上記の例では、スイッチング周波数ｆｓｗの低下に伴って電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘがＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ１やＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ２に増加した場合には、それに応じて維持時間ｔｌｉｍを有限の値であるｔｌｉｍ１、ｔｌｉｍ２（＜ｔｌｉｍ１）に設定する。

維持時間ｔｌｉｍの経過後は、スイッチング周波数ｆｓｗを基準値に戻す（増加させる）とともに、電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘを擾乱発生前の値であるＩｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に戻す。このように、第２の変形例では、維持時間ｔｌｉｍを設定することにより、短時間だけ大きな電流を出力することが可能になり、電力変換部３のスイッチング素子の故障を回避しつつ、系統擾乱からの回復を迅速に行うことができる。なお、電力変換部３の出力電流指令の最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘと電力変換部３の出力電流指令の最大値の維持時間ｔｌｉｍの関係は、あらかじめスイッチング周波数演算部７２に記憶させておくことができる。

なお、最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘに従って維持時間ｔｌｉｍが上記のようにして決定された場合であっても、温度情報Ｔｓｗに従い、維持時間ｔｌｉｍに拘わらずスイッチング周波数ｆｓｗを元の値に戻すとともに、最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘを元の値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘ０に戻してもよい。

上記のように、温度情報Ｔｓｗを取得することにより、より長い維持時間ｔｌｉｍを設定することが可能になる。すなわち、予め記憶された最大値Ｉｃｒｅｆ＿ｍａｘと維持時間ｔｌｉｍの関係を示すテーブルに従って継続時間ｔｌｉｍを決定する場合、スイッチング素子の温度が最も高くなる最悪条件を想定しなければならないため、維持時間ｔｌｉｍを短めに設定しなければならない。温度情報Ｔｓｗを直接計測・取得することで、維持時間ｔｌｉｍをより長く設定することができる。

（第３の変形例）
図８及び図９を参照して、第１の実施の形態の第３の変形例について説明する。第１の実施の形態では、系統擾乱情報として系統電圧Ｖｓを検知したが、この第３の変形例では、これに代えて、又はこれに加えて、系統６の電圧の系統角周波数ωを系統擾乱情報として取得する。

この第３の変形例は、全体構成は第１の実施の形態と略同一であり（図１）、制御部９の構成も、ＰＬＬ演算器５４（図１）が図８のように構成されている点を除き、第１の実施の形態（図２）と略同一である。この第３の変形例では、図８に詳細に示すＰＬＬ演算器５４の構成により、系統６の電圧の系統角周波数ωが系統擾乱情報として取得され、この系統角周波数ωが、擾乱発生時におけるスイッチング周波数ｆｓｗの制御に用いられる。図８のＰＬＬ演算器５４は、系統６の系統角周波数ωの変動を検知するための回路である。ＰＬＬ演算器５４は、一例として、α−β変換器５４１、ｄ−ｑ変換器５４２、減算器５４３、ＰＩ制御器５４４、加算器５４５、積分器５４６、同期位相信号生成部５４７、５４８を備える。

α−β変換器５４１は、系統電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗから系統電圧のα成分Ｖｓαとβ成分Ｖｓβを算出して、ｄ−ｑ変換器５４２へ出力する。ｄ−ｑ変換器５４２はα成分Ｖｓαとβ成分Ｖｓβから系統電圧の有効電流成分Ｖｓｄと無効電圧成分Ｖｓｑを算出する。無効電圧成分Ｖｓｑは減算器５４３に出力される。

減算器５４３は、系統電圧の無効電圧成分指令Ｖｓｑｒｅｆと無効電圧成分Ｖｓｑとの偏差を計算してＰＩ制御器５４４に出力する。ＰＩ制御器５４４は、無効電圧成分指令Ｖｓｑｒｅｆと無効電圧成分Ｖｓｑの偏差がなくなるよう、系統角周波数の偏差Δωを算出し、加算器５４５に出力する。加算器５４５は基準系統角周波数ω０と系統角周波数の偏差Δωの和である系統角周波数ωを算出して、後述する加算器１０１（図９）に出力する。また、積分器５４６、及び同期位相信号生成部５４７、５４８は、この系統角周波数ωに基づいて、同期位相信号ｃｏｓωｔ及びｓｉｎωｔを生成する。

図９を参照して、系統角周波数ωの異常検出回路１００’の構成例を説明する。この異常検出回路１００’は、加算器１０１と、絶対値演算器１０２と、比較器１０３とから構成され得る。
加算器１０１は、図８の加算器５４５から出力された系統角周波数ωと基準角周波数ω０との偏差Δωを絶対値演算器１０２に出力する。絶対値演算器１０２はΔωの絶対値を算出して、比較器１０３に出力する。比較器１０３はΔωの絶対値が系統角周波数の異常閾値ωｔｈより大きいかどうかを判定する。

偏差Δωの絶対値が異常閾値ωｔｈより大きい場合は、系統角周波数の異常判定信号ω＿ａｌａｒｍは“１”とされ、一方、偏差Δωの絶対値が異常閾値ωｔｈ以下の場合は、判定結果のω＿ａｌａｒｍは“０”とされる。

図１０のフローチャートを参照して、この第３の変形例における動作を説明する。第１の実施の形態（図３）との相違点は、ステップＳ１２’において、系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’の代わりに系統角周波数ωに基づく異常判定信号ω＿ａｌａｒｍが“１”か否かを判定している点である。その他は、図３と同じであるため説明は省略する。なお、系統電圧振幅Ｖａｃ＿ｆｂ’に基づく判定と、系統角周波数ωに基づく判定とを併用することも可能である。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る電力系統安定化システムを説明する。この第２の実施の形態のシステムの全体構成は、図１と略同一であるので図示は省略する。ただし、この第２の実施の形態のシステムでは、制御部９が仮想同期発電機制御を実行するよう構成されており、この点において第１の実施の形態と異なっている。

第１の実施の形態では、通常動作時には、電力変換部３の出力を上位システム１１の有効電力指令Ｐｒｅｆと無効電力指令Ｑｒｅｆに一致させるための制御を制御部９に適用し、系統擾乱発生時には、当該制御を系統電圧の低下を抑制する制御に変更をするよう構成されている。これに対し、第２の実施の形態では、制御部９に仮想同期発電機制御を適用し、擾乱発生時において、図１の蓄電池１、直流電圧平滑部２、及び電力変換部３等が同期発電機の持つ同期化力を有するよう、制御部９における電力変換部３等への制御が行われる。仮想同期発電機、及び仮想同期発電機制御は、例えば特開２０１４−１６８３５１を含む多数の文献により周知であるため、ここでは省略する。

この仮想同期発電機制御によれば、系統擾乱発生時に系統に系統電圧低下を抑制するための無効電力を供給するだけでなく、系統電圧回復後に電源の動揺を抑制するような過渡的な有効電力を供給することができる。

仮想同期発電機制御の適用時においても、第１の実施の形態の制御と同様に、系統擾乱発生時に系統電圧低下を抑制するために無効電力を供給する際や、系統電圧回復後に系統の動揺の抑制するような過渡的な有効電力を供給する際に、出力電力がスイッチング素子の電流定格値に制限されてしまう。

そこで、制御部９に仮想同期発電機制御を適用時においても第１の実施の形態と同様の制御を適用することで、系統擾乱発生時にスイッチング素子の電流耐量を増加させることができ、電力系統安定化システムから供給可能な電力を増加させることができる。また、系統擾乱発生から電力変換装置がスイッチング素子の電流耐量増加を完了するまでの時間を短縮することができる。

［第３の実施の形態］
次に図１１を参照して第３の実施の形態の電力系統安定化システムについて説明する。図１１に示す第３の実施の形態の電力系統安定化システムは、風力発電機を電源とした再生可能エネルギー発電システムである。すなわち、第３の実施の形態の電力系統安定化システムは、第１の実施の形態と第２の実施の形態の蓄電池１（図１）を、風車１８、発電機１７、及び整流用電力変換部１６で置き換えたものである。この第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、系統擾乱発生時にスイッチング素子の電流耐量を増加させることができ、再生可能エネルギー発電システムから供給可能な電力を増加させることができる。また、系統擾乱発生から電力変換装置がスイッチング素子の電流耐量増加を完了するまでの時間を短縮することができる。

［第４の実施の形態］
次に図１２を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。図１２は第１〜第３の実施の形態の電力安定化システムや再生可能エネルギー発電システムを複数備えた統合型再生可能エネルギー発電システムの例を示している。

図１２の統合型再生可能エネルギー発電システム１５は、複数の電力系統安定化システム(ここでは、一例として２つのシステム１０００Ａ、１０００Ｂを図示している)の電力変換部３の制御部９を統合制御する統合制御部１３を備える。統合制御部１３は系統擾乱時のスイッチング周波数の低下の有効無効の切替信号Ｓｗ＿ｅｎ１、及びシステムの外部の電圧検出器８Ｅ，８Ｆからの系統擾乱情報を複数のシステム１０００Ａ、１０００Ｂに出力する。そのため、各システム１０００Ａ、１０００Ｂはシステム１０００Ａ、１０００Ｂの内部で得られる系統擾乱情報だけでなく、システム１０００Ａ、１０００Ｂの外部の系統擾乱情報にも基づいて、電力系統安定化機能を作動するとともに、系統擾乱発生時には、スイッチング周波数ｆｓｗを低下させるとともに電力変換部３の出力電流指令の最大値を増加させることで電力系統安定化機能を高めることができる。

また、統合制御部１３には複数のシステム１０００Ａ、１０００Ｂから、各電力変換部３のスイッチング素子の温度情報Ｔｓｗが入力される。これにより、統合制御部１３は、各システム１０００Ａ、１０００Ｂのスイッチング素子の温度状況に応じて、系統擾乱時にスイッチング周波数ｆｓｗを低下させて電力変換部３の出力電流指令の最大値を増加させるシステムを選択することができる。例えば、過去の運転状態によりスイッチング素子の温度Ｔｓｗが最大ジャンクション温度に近い状況のシステムがあった場合に、そのシステムだけは系統擾乱発生時にスイッチング周波数ｆｓｗ及び電力変換部３の出力電流指令の最大値を変更させないことで、当該システムのスイッチング素子の破壊を防ぐことができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…蓄電池、２…直流電圧平滑部、３…電力変換部、４…高調波フィルタ、５…系統変圧器、６…系統、７…電圧検出器、８…電流検出器、９…制御部、１０…外部入力装置、１１…上位システム、１３…統合制御部、１５…統合型再生可能エネルギー発電システム、１６…整流用電力変換部、１７…発電機、１８…風車、５１…充電率演算器、５２…出力電力制限値演算器、５３…電力演算部、５４…ＰＬＬ演算器、５５…α−β変換器、５６…ｄ−ｑ変換器、５７…乗算器、５８…平方根演算部、５９…系統電圧振幅演算部、６０Ａ，６０Ｂ…ＬＰＦ、６１…出力有効電力リミッタ、６２…ＡＰＲ、６３…指令値リミッタ、６４…ＡＣＲ、６５…ＡＱＲ、６６…ＡＣＡＶＲ、６７…指令値リミッタ、６８…逆ｄ−ｑ変換器、６９…逆α-β変換器、７０…ＰＷＭ演算器、７１…擾乱情報選択部、７２…スイッチング周波数演算部、５４４…ＰＩ制御器、５４６…積分器、５４７，５４８…同期位相信号生成部、７７…加算器、７８…減算器、７９…減算器、８０…加算器、８１…減算器、８２…減算器、８３…加算器、５４３…減算器、５４５…加算器、８６…減算器、８７…ＡＱＲ／ＡＣＡＶＲ制御切替器、１００…比較器、１０１…減算器、１０２…絶対値演算器、１０３…比較器。

Claims (15)

1. 入力電力を交流電力に変換する電力変換部と、
   前記電力変換部を制御する制御部と、
   電力系統の擾乱を検知して系統擾乱情報を出力する系統擾乱検知部と
   を備え、
   前記制御部は、前記系統擾乱情報に基づき前記電力変換部のスイッチング周波数を低下させるよう構成された
   ことを特徴とする電力系統安定化システム。
2. 前記系統擾乱検知部は、電力系統電圧を前記系統擾乱情報として検出する、請求項１に記載の電力系統安定化システム。
3. 前記系統擾乱検知部は、外部から前記系統擾乱情報を受信するよう構成されている、請求項１に記載の電力系統安定化システム。
4. 前記系統擾乱情報は電力系統電圧であることを特徴とする請求項３に記載の電力系統安定化システム。
5. 前記制御部は、前記電力系統電圧が閾値未満となったときに前記電力変換部のスイッチング周波数を低下させる、請求項２又は４に記載の電力系統安定化システム。
6. 前記制御部は、前記電力系統電圧の周波数が閾値未満となったときに前記電力変換部のスイッチング周波数を低下させるよう構成された、請求項２又は４に記載の電力系統安定化システム。
7. 前記制御部は、前記スイッチング周波数の低下に伴い、前記電力変換部の出力電流の制限値を基準値から増加させるよう構成された、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力系統安定化システム。
8. 前記制御部は、増加後の前記制限値を所定の維持時間だけ維持し、前記維持時間の経過後は、前記制限値を減少させることを特徴とする請求項７に記載の電力系統安定化システム。
9. 前記制御部は、前記電力変換部を構成するスイッチング素子の温度が閾値以上になったときに前記出力電流の制限値を低下させる、請求項７に記載の電力系統安定化システム。
10. 前記制御部は、複数の電圧検出部にて検出された複数の電力系統電圧の値の少なくとも１つに基づき、前記電力変換部のスイッチング周波数を低下させることを特徴とする請求項１に記載の電力系統安定化システム。
11. 前記制御部は、仮想同期発電機制御を適用することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力系統安定化システム。
12. 系統擾乱発生時の前記スイッチング周波数の低下の有効無効を切り替えるための外部入力部を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電力系統安定化システム。
13. 系統擾乱発生時の前記スイッチング周波数の低下時の周波数を設定する外部入力部を備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電力系統安定化システム。
14. 複数の電力系統安定化システムと、
    前記複数の電力系統安定化システムを統合制御する統合制御部と
    を備え、
    前記複数の電力系統安定化システムは、それぞれ、
    入力電力を交流電力に変換する電力変換部と、
    前記電力変換部を制御する制御部と、
    複数の電圧検出部で検出された電力系統電圧に従い電力系統の擾乱を検知して系統擾乱情報を出力する系統擾乱検知部と
    を備え、
    前記統合制御部は、前記複数の電圧検出部において検出された電力系統電圧を選択的に採用した結果に基づき、前記複数の電力系統安定化システムに備えられた複数の前記電力変換部のスイッチング周波数を低下させることを特徴とする電力系統安定化システム。
15. 複数の前記電力変換部の各々は、温度検出部を備え、
    前記統合制御部は、前記複数の電力変換部の各々の前記温度検出部より得られる温度情報に基づき、スイッチング周波数を低下させる前記電力変換部を選択する、請求項１４に記載の電力系統安定化システム。

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