JP2023043076A - バイパス回路、電力システムの制御方法、及びプログラム - Google Patents

バイパス回路、電力システムの制御方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】配電系統の急激な負荷変動、電力変動に対応することが可能なバイパス回路、電力システムの制御方法及びプログラムを提供する。【解決手段】電力システム１０００において、バイパス回路３００は、自然エネルギーに基づく発電電力を変換して配電系統に出力する第１電力変換装置１００で変換されなかった余剰電力を変換して蓄電装置２１０に充電又は蓄電装置から放電された電力を変換して第１電力変換装置に供給する第２電力変換装置２００に並列に接続され、第１電力変換装置と蓄電装置との間を短絡するスイッチを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、バイパス回路、電力システムの制御方法、及びプログラムに関する。
太陽光などの自然エネルギーを利用し発電をする自然エネルギー発電システムは、変動の大きく安定化していない自然エネルギーを利用して発電するため、発電量も不安定である。
発電量を安定化する方法として、大規模な発電システムを構築することで、安定化をする方法がある。発電システムは大量導入したことによる問題があるが、解決方法についても研究されている。
例えば、小規模自立系統（マイクログリッド）に接地された自然エネルギー発電システムに、蓄電システムを組み合わせる方法がある。これにより、エネルギーの平坦化を図り、系統の周波数、および、出力電力を安定化させることができる。
例えば、大規模な電力系統で用いられる発電機と同様な出力制御原理をマイクログリッドに設置される半導体を用いた発電インバータに適用する方法がある。これにより、配電系統の周波数、および、電力を安定化することができる。
例えば、発電機と同様な出力制御原理を発電インバータの電力制御動作として用いる方法がある。これにより、発電インバータは、仮想同期発電機、または、仮想同期インバータとして動作することで、マイクログリッドで配電系統が安定化に寄与することができるようになる。
このような自然エネルギー発電システムでは、従来の発電システムと同様の方法で、発電機およびインバータを使用するため、配電系統の状態に応じた出力調整、電力変換速度の限界による慣性力の低下という課題がある。
特開2013-46503号公報
本実施形態は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、配電系統の急激な負荷変動、電力変動に対応することを目的とする。
本実施形態のバイパス回路は、自然エネルギーに基づく発電電力を変換して配電系統に出力する第１電力変換装置で変換されなかった余剰電力を変換して蓄電装置に充電または前記蓄電装置から放電された電力を変換して前記第１電力変換装置に供給する第２電力変換装置に並列に接続され、前記第１電力変換装置と前記蓄電装置との間を短絡するスイッチを備える。
本実施形態に係る電力システムの全体構成図。 本実施形態に係る電力変換装置とその周辺装置のブロック図。 本実施形態に係る電力変換装置と蓄電装置、バイパス回路のブロック図。 本実施形態に係る電力変換装置とその周辺装置のブロック図 本実施形態に係る制御装置のブロック図。 特定の日照量を照射された太陽光パネルが発電する発電電力と端子電圧の関係のグラフ。 図６で示す電力指令値が最大電力点を超える場合を示すグラフ。 配電系統の負荷変動による電圧の時間変化の図。 本実施形態に係る電力システムの配電系統への電力供給を概略的に示すフローチャート。 本実施形態に係る電力システムにおいて配電系統に出力をしつつ、蓄電装置へ充電する場合の動作を概略的に示すフローチャート。 発電した電力の全てを蓄電装置に充電するために利用する場合を概略的に示すフローチャート。 バイパス回路をバイパス動作する場合の周波数を判定する動作を概略的に示すフローチャート。 バイパス回路をバイパス動作する場合の電圧を判定する動作を概略的に示すフローチャート。 バイパス回路をバイパス動作する場合の動作を概略的に示すフローチャート。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る電力システム１０００に係る全体構成を示す。
電力システム１０００は、実線で示すように、電力変換装置１００と電力変換装置４００（第１電力変換装置）が直流リンク２０００で接続されている。電力変換装置２００（第２電力変換装置）は、直流リンク２０００と接点１００１で接続している。電力変換装置２００は、接点１００１とで直流リンク２０００と接続し、電力変換装置１００、４００と接続されている。バイパス回路３００は、電力変換装置２００と接点１００２、１００３とで並列に接続されている。
電力変換装置１００は、太陽光パネル１５０と接続されている。電力変換装置２００は、蓄電装置２１０と接続している。電力変換装置４００は、配電系統４１０と接続している。制御装置５００（制御部の一部）は、電力変換装置１００、２００、４００と、蓄電装置２１０と鎖線で示すように通信可能に接続されている。
図２は、本実施形態に係る電力変換装置１００とその周辺装置のブロック図を示す。
電力変換装置１００は、太陽光パネル１５０が発電した電力を変換し、直流リンク２０００に供給する。直流リンク２０００に供給された電力は、電力変換装置４００が配電系統に４１０に出力する電力となる。
電力変換装置１００は、太陽光パネル１５０が発電する電力の出力は直流であるため、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）変換器である。
電力変換装置１００は、太陽光パネル１５０が設置場所、天候などの条件に応じて最大電力を供給するように、最大電力追従変換（MPPT）制御で変換する。電力変換装置１００は、電力変換装置４００で変換しない余剰電力を含めて直流リンク２０００に供給する。
電力変換装置１００は、直流リンク２０００に供給した電力が太陽光パネル１５０へ逆流することを防止する。
電力変換装置１００は、電力変換部１１０と、最大電力追従部１２０と、供給電力指令部１３０と、供給電力制御部１４０とを含む。
本実施形態では、電力変換装置１００は、自然エネルギー発電装置として太陽光を電力に変換する太陽光パネル１５０を利用して電力を取り出しているが、他の自然エネルギーから電力を取り出してもよい。例えば、風力から電力を取り出す風車、海流などの水流から電力を取り出す水車などであってもよい。
電力変換部１１０は、太陽光パネル１５０から供給される電力を交流に変換することで、配電系統４１０等で用いる電力を生成及び出力する電子装置である。電力変換部１１０は、インバータであり、ＰＣＳ（Power Conditioning System）とも呼ぶ。電力変換部１１０は、太陽光パネル１５０が発電した電力を最大電力点追従制御（MPPT）で変換する。電力変換部１１０は、インバータであるため、出力に対して慣性力を有する。
最大電力追従部１２０は、電力変換部１１０がMPPT制御をするための、最大電力点を示す電圧を演算する。
電力変換装置１００は、後述するように太陽光パネル１５０で発電した電力をMPPT制御で変換する。
MPPT制御で変換する場合、太陽光パネル１５０で発電する電力が最大となる最大電力点を求める必要がある。
最大電力点は、太陽光パネル１５０に照射される日光量等の天候条件に応じて変動する。最大電力追従部１２０は、変動する天候条件に対応するように最大電力点を求める。最大電力追従部１２０は、最大電力点から電力変換部１１０が変換すべき電圧、電流を演算する。
供給電力指令部１３０は、最大電力追従部１２０で求めた電圧、電流で電力変換するように供給電力制御部１４０に指令を送信する。供給電力指令部１３０は、最大電力追従部１２０および供給電力制御部１４０と接続されている。
供給電力指令部１３０は、制御装置５００とも鎖線で示すように通信可能に接続されている。
供給電力指令部１３０は、最大電力追従部１２０で求めた電圧、電流以外で電力変換をするように、供給電力制御部１４０に指令を送信してもよい。例えば、制御装置５００から送信された後述する電力指令値などに基づく指令であってもよい。
供給電力制御部１４０は、供給電力指令部１３０から受信した指令に基づき電力変換部１１０を制御する。
図３は、本実施形態に係る電力変換装置２００と蓄電装置２１０、バイパス回路３００のブロック図を示す。
電力変換装置２００は、電力変換装置１００の出力のうち、余剰電力である電力需要よりも大きな電力を蓄電装置２１０に充電し、配電系統４１０の需要増加の場合に、蓄電装置２１０の電力を放電するように電力を変換する。
電力変換装置２００は、直流リンク２０００に対して直流の蓄電装置２１０が充放電するため、直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）変換器である。
電力変換装置２００は、蓄電装置２１０からの充電または放電により変換する方向を切り替える。例えば、蓄電装置２１０に充電する場合、電力変換装置２００は、直流リンク２０００の電力を蓄電装置２１０に送電し、蓄電装置２１０から直流リンク２０００への逆流を防ぐ。例えば、蓄電装置２１０に放電する場合、電力変換装置２００は、蓄電装置２１０の電力を直流リンク２０００に送電し、直流リンク２０００から蓄電装置２１０への逆流を防ぐ。
電力変換装置２００は、電力変換部２０１と充放電電力制御部２０２（制御部の一部）とを含む。
電力変換部２０１は、直流リンク２０００と蓄電装置２１０の間の変換電力量を制御する電力変換を双方に対しておこなう双方向電力変換器である。電力変換部２０１は、蓄電池コントローラとも呼ばれ、蓄電装置２１０への充電量と蓄電池２０１からの放電量を制御する。
充放電電力制御部２０２は、電力変換部２０１を制御し、電力変換部２０１の蓄電装置２１０への充電、電力変換装置４００への放電を切り替える。充放電電力制御部２０２は、蓄電装置２１０が充電する場合、電力変換部２０１に対して直流リンク２０００から蓄電装置２１０へ電力を変換するよう制御する。充放電電力制御部２０２は、蓄電装置２１０が放電する場合、電力変換部２０１に対して蓄電装置２１０から直流リンク２０００へ電力を変換するよう制御する。
充放電電力制御部２０２は、制御装置５００と通信可能に接続されている。充放電電力制御部２０２は、制御装置５００からの制御指令によって蓄電装置２１０が充電するか放電するかを決定する。
蓄電装置２１０は、電力変換装置１００で発電した電力のうち、電力変換装置４００で変換されなかった余剰電力を充電し、蓄電する。蓄電装置２１０は、配電系統４１０の急激的な負荷変動が発生した場合、電力変換装置４００で変換する電力が不足する場合、蓄電した電力を放電する。
蓄電装置２１０は、蓄電池２１１と、蓄電量監視装置２１２とを含む。
本実施形態では、蓄電装置２１０は、繰り返し充電と放電が可能な二次電池であるが、電力を蓄電できるならば他の種類の装置、例えば、複数のコンデンサによる蓄電システムなどであってもよい。
蓄電池２１１は、電力を充電するリチウムイオン二次電池である。本実施形態では、蓄電池２１１は、リチウムイオン二次電池であるが、他の種類の二次電池であってもよい。例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム二次電池であってもよい。
蓄電量監視装置２１２は、蓄電池２１１が蓄電する電力量などの電力情報を制御装置５００に送信する。蓄電量監視装置２１２は、制御装置５００と通信可能に接続している。
送信した電力情報は、制御装置５００が、電力変換装置２００に対して送信する電力指令値などの算出に利用される。
バイパス回路３００は、機械的な接点であり、開閉することで、蓄電装置２１０と直流リンク２０００とを直結させる。
本実施形態では、バイパス回路３００は、機械的に接点を開閉することで蓄電装置２１０と直流リンク２０００を接続しているが、半導体、例えば、スイッチング素子の開閉で接続してもよい。バイパス回路３００は、バイパス接続スイッチ３１０と、バイパス制御部３２０とを含む。または、電力変換部２０１のスイッチング素子の開閉によって接続してもよい。
バイパス接続スイッチ３１０は、接点１００２、１００３で電力変換装置２００と並行に接続されている開閉器である。バイパス接続スイッチ３１０は、接続したバイパス制御部３２０の制御指令により、開閉をすることで、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結する。
バイパス制御部３２０は、バイパス回路３００を開閉するためバイパス接続スイッチ３１０を制御する。バイパス制御部３２０は、制御装置５００と通信可能に接続されている。バイパス制御部３２０は、制御装置５００から受信したバイパス接続スイッチ３１０の開閉指令に基づきバイパス接続スイッチ３１０を開閉する。
図４は、本実施形態に係る電力変換装置４００とその周辺装置のブロック図を示す。
電力変換装置４００は、電力変換装置１００が出力した太陽光パネル１５０が発電した電力を変換して配電系統４１０に出力する。電力変換装置４００は、配電系統４１０に出力する電力が不足する場合、蓄電装置２１０から放電された電力を電力変換装置１００が出力した電力も変換して出力する。
電力変換装置４００は、配電系統４１０に出力した電力が直流リンク２０００を介して電力変換装置１００、２００等へ逆流することを防止する。
電力変換装置４００は、蓄電装置２１０が直流リンク２０００を介して配電系統４１０から充電できるように、配電系統４１０の電力を変換することもできる。これにより、安価で、電力需要の少ない夜間電力などを用いて蓄電装置２１０を充電することもできる。
電力変換装置４００は、直流リンク２０００から供給される電力および蓄電装置２１０が充電する電力が直流であり、配電系統４１０が交流であるため、双方向な直流－交流（ＤＣ－ＡＣ）変換器である。
電力変換装置４００は、交流出力にあたり、高調波除去フィルターおよび系統連結インダクター、開閉器を通じて配電系統４１０と接続してもよい。
電力変換装置４００は、電力変換部４２０と、発電電力制御部４３０とを含む。
電力変換部４２０は、直流リンク２０００から供給される電力を交流に変換することで、配電系統４１０で用いる電力を生成及び出力する電子装置である。電力変換部４２０は、電力変換装置１００と同様に、インバータであり、ＰＣＳ（Power Conditioning System）とも呼ぶ。
発電電力制御部４３０は、制御装置５００から受信した指令に基づき電力変換部４２０を制御する。
図５は、本実施形態に係る制御装置５００のブロック図を示す。
制御装置５００は、電力システム１０００全体の制御をする。制御装置５００は、マイクロコントラユニット（MCU）やデジタル信号処理ユニット（DSP）等の演算機能を持つ半導体集積回路と、制御手順を記述したソフトウェアを実行可能なコードに変換して記憶装置に保存した電子回路からなる。電力システム１０００の制御は、運転情報に基づいて、記憶装置に保存されたソフトウェアを半導体集積回路で実行することで行う。ここで、運転情報は、各装置の電圧計測、電流計測等を行う計測センサー等、装置保護の目的で取り付けされた各種センサーからの情報、および、外部制御装置や蓄電装置２１０からの通信によって得られる。
制御装置５００は、制御ソフトウェアによる運転制御に配電系統４１０と同期化を行うアルゴリズムが組み込まれ実装されることで、電力システム１０００に仮想同期発電機としての動作を付加する。
制御装置５００は、外部指令受信部５１０と、蓄電量受信部５２０と、充放電電力演算部５３０と、充放電電力指令部５４０と、発電電力演算部５５０と、発電電力指令部５６０と、測定部５７０と、動作判定部５８０と、バイパス制御指令部５９０とを含む。
制御装置５００は、電力変換装置１００、２００、４００およびバイパス回路３００、蓄電装置２１０と通信可能に接続されている。
外部指令受信部５１０は、電力システム１０００に対する出力電力量指令や運転動作状態指令を受信する。出力電力量指令や運転動作状態指令は、配電系統４１０を制御する上位制御系などから送信された指令である。出力電力量指令や運転動作状態指令は、配電系統４１０の状態に基づき、電力システム１０００が出力する電力、つまり電力変換装置４００が出力する電力を制御するための指令である。
外部指令受信部５１０は、充放電電力演算部５３０、発電電力演算部５５０に当該指令を送信する。
蓄電量受信部５２０は、蓄電装置２１０と通信可能に接続されており、蓄電装置２１０の電力情報を受信する。蓄電量受信部５２０は、受信した蓄電情報を充放電電力演算部５３０に送信する。
充放電電力演算部５３０は、蓄電装置２１０が充電または放電する電力を演算する。充放電電力演算部５３０は、蓄電装置２１０が充電または放電する電力を演算する。当該電力は、外部指令受信部５１０から送信された出力電力量指令や、蓄電量受信部５２０から受信した蓄電装置２１０の電力情報に基づく。充放電電力演算部５３０は、結果を充放電電力指令部５４０、動作判定部５８０に送信する。
充放電電力指令部５４０は、充放電電力演算部５３０から受信した演算結果に基づき電力変換装置２００に対して充電または放電する指令を送信する。当該指令は、蓄電装置２１０が充電するか、放電するか、電力について制御する指令である。
発電電力演算部５５０は、外部指令受信部５１０から受信した指令に基づき電力変換装置４００が、配電系統４１０に出力すべき電力を演算し、演算結果を発電電力指令部５６０に送信する。
発電電力指令部５６０は、発電電力演算部５５０から受信した演算結果に基づき、電力変換装置４００に対して指令を送信する。
測定部５７０は、電力システム１０００の各装置および各回路の電圧、電流、電力、周波数を回路に取り付けたセンサーにより測定した結果を集計する。測定部５７０は、例えば、図２の接点１１１における電力変換装置１００の入力時の電圧等電力情報を測定する。
測定部５７０は、例えば、図４の接点４１１、４１２における電力変換装置４００の入出力時の電圧等電力情報を測定する。
測定部５７０は、直接回路に取り付けたセンサー以外の装置から情報を測定してもよい。例えば、測定部５７０は、蓄電量監視装置２１２が測定した情報を電力情報として扱ってもよい。
測定部５７０は、測定した情報を、動作判定部５８０に送信する。
動作判定部５８０は、測定部５７０が測定した電力情報、充放電電力演算部５３０の演算結果からバイパス制御の必要性を判定する。動作判定部５８０は、判定結果をバイパス制御指令部５９０に送信する。
バイパス制御指令部５９０は、判定結果をバイパス回路３００に送信する。バイパス回路３００は、判定結果に基づき、バイパス回路の開閉を制御し、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結する。
図６は、特定の日照量を照射された太陽光パネル１５０が発電する発電電力と入力側電圧の関係のグラフ７００を示す。図７は、図６で示す電力指令値が最大電力点を超える場合を示すグラフである。
電力システム１０００は、太陽光パネル１５０に照射された太陽光を電力に変換し、配電系統４１０に供給する。
電力変換装置４００が配電系統４１０に出力する電力は、電力需要による負荷変動によって変動する。
配電系統４１０に出力する電力は、外部の配電系統監視装置、例えば、配電系統４１０を管理する上位制御系から電力指令値として示される。電力指令値は、電力変換装置４００が、配電系統４１０に出力すべき電力を示す情報であるが、電力以外の情報も含まれる。例えば、電圧を指令する電圧指令値、発電する電力を指令する発電電力指令値、周波数を指令する周波数指令値も含まれる。
電力需要による負荷変動は、刻一刻と変動するため、電力指令値も刻一刻と変動する。
電力変換装置４００に供給される電力は、直流リンク２０００から供給される。直流リンク２０００に供給される電力は、電力変換装置１００が太陽光パネル１５０に照射された太陽光から発電している。
仮に、電力システム１０００が電力変換装置１００を有さず、太陽光パネル１５０から直接電力変換装置４００に送電する場合、電力変換装置４００が出力する電力は、電力指令値に基づく。つまり、図６のように、電力指令値と、グラフ７００が交差する交差点７０１、７０２に係る電圧の電力である。
電力指令値は、電力需要による負荷変動によって変動する。例えば、電力指令値が最小値（e_min)から最大値(e_max)まで変動すると仮定する。このとき、電力変換装置４００が出力する電力は、電力指令値の変動に基づき、図６で示す鎖線矢印のように、領域８１０、８２０内を変動領域として変動し、出力する電力を調整する。
グラフ７００は、頂点７０３の場合、発電した電力が最大となる。つまり、頂点７０３がMTTP制御における最大電力点を示している。
電力変換装置４００は、交差点７０１、７０２のいずれの場合の電圧で電力を出力した場合であっても、最大電力点である頂点７０３で示す電圧で変換した場合の電力を出力に及ばない。
電力変換装置４００は、太陽光パネル１５０で発電できる電力の一部を廃棄するため、電力システム１０００の発電効率、つまり動作効率が低下する。
上記のような問題を解決するため、電力システム１０００は、太陽光パネル１５０の出力を変換する電力変換装置１００を使用する。
電力変換装置１００は、太陽光パネル１５０の出力をMPPT制御で変換する。電力変換装置１００が、変換した電力のうち、電力変換装置４００で変換する配電系統４１０に必要な電力以外の電力は、余剰電力として蓄電装置２１０の充電に利用される。これにより、太陽光パネル１５０の出力を配電系統４１０に出力する以外に利用することで、動作効率を向上できる。
蓄電装置２１０に充電した電力は、図７のように電力指令値が頂点７０３よりも大きい値を示している場合に使用される。例えば、太陽光パネル１５０の発電能力を超えて、配電系統４１０の電力需要がある場合である。このとき、電力指令値は、図６で示した最大値(e_max)を超える
このままでは、電力変換装置４００が出力できる電力は、電力指令値で示した配電系統の需要に基づく電力よりも小さくなる。電力変換装置４００は、蓄電装置２１０が放電した電力を併せて出力することで、電力指令値で示された電力を配電系統４１０に出力する。
図８は、配電系統４１０の負荷変動による電圧の時間変化の図を示す。
配電系統４１０の負荷が急激に増加した場合、ＰＣＳが含まれる電力変換装置４００が有する慣性力のみでは、配電系統４１０へ出力する電力を維持することができない。
これにより、配電系統４１０は、電力が不足する状態となり、図８（ａ）の鎖線で示すように、垂下特性により配電系統４１０の電圧が電力指令値に基づく標準値より低下することで電力変換装置４００の入力側電圧も低下する。低下した電圧は、その後、電力変換装置４００の電力制御により標準値またはそれに近い値まで増加し、安定する。
このような変化では、配電系統４１０が電力不足となる間は、電力変換装置４００は、出力する電力を維持することができず、直流リンク２０００と接続された入力側電圧が降下する。つまり、蓄電装置２１０の電圧よりも直流リンク２０００が低くなる。
電力システム１０００は、バイパス回路３００を短絡し、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結する。
ここで、電力変換装置１００は、直流リンク２０００から太陽光パネル１５０への逆流を防ぐため、直流リンク２０００から太陽光パネル１５０へ電気が流れない。
このため、図８（ａ）の実線で示すように、低下した電圧が標準値またはそれに近い値まで増加、安定するまでの時間を短くすることができる。
ここで、蓄電装置２１０の電圧は、電力変換装置４００の入力側電圧よりも高い。つまり、蓄電装置２１０が蓄電した電力は、電圧の低い電力変換装置４００に流れ、放電される。このとき、蓄電装置２１０の電力は、電力変換装置２００を介さずとも、電力変換装置１００や、直流リンク２０００との電圧差の関係で蓄電装置２１０に逆流することがない。
配電系統４１０の負荷が急激に減少した場合は、配電系統４１０へ出力する電力を制限する必要ある。
これにより、配電系統４１０は電力が過剰となる状態となり、図８（ｂ）の鎖線で示すように、図８（ａ）の場合とは逆に、配電系統４１０の電圧が電力指令値に基づく標準値より上昇することで電力変換装置４００の入力側電圧も上昇する。上昇した電圧は、その後、電力変換装置４００の電力制御により標準値またはそれに近い値まで減少し、安定する。
電力システム１０００は、バイパス回路３００を短絡し、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結する。
このため、図８（ｂ）の実線で示すように、低下した電圧が標準値またはそれに近い値まで低下、安定するまでの時間を短くすることができる。
ここで、蓄電装置２１０の電圧は、電力変換装置４００の入力側電圧よりも低い。つまり、直流リンク２０００の電力は、電圧の低い蓄電装置２１０に流れ、蓄電装置２１０に充電される。このとき、蓄電装置２１０の電力は、電力変換装置２００を介さずとも、電力変換装置１００や、直流リンク２０００との電圧差の関係で直流リンク２０００に逆流することがない。
いずれの場合であっても、バイパス回路３００を短絡し、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結するには、蓄電装置２１０の蓄電した電力を考慮する必要がある。
例えば、蓄電装置２１０の蓄電量がない場合、バイパス回路３００を短絡し、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結しても、電力変換装置４００が出力する電力は増加しない。逆に、直流リンク２０００の電力が蓄電装置２１０に逆流することで、電力変換装置４００が出力する電力が低下する。
例えば、蓄電装置２１０が満充電である場合、バイパス回路３００を短絡し、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結しても、電力変換装置４００が出力する電力は低下しない。逆に、蓄電装置２１０の電力が直流リンク２０００に逆流することで、電力変換装置４００が出力する電力が低下する。
本実施形態の電力システム１０００では、制御装置５００と制御装置５００に接続されたバイパス制御部３２０で、バイパス回路３００の開閉を制御しているが、蓄電装置２１０の蓄電量等により制御できるのならば、他の装置であってもよい。
図８では、配電系統４１０に負荷変動による電圧の変化について説明したが、本実施形態の電力システム１０００では、電力変換装置４００が出力する電力の周波数についても考慮する必要がある。
例えば、配電系統４１０の負荷が急激に増加した場合、配電系統４１０の交流周波数は低下し、逆に配電系統４１０の負荷が急激に増加した場合、配電系統４１０の交流周波数は上昇する。
いずれの場合であっても、電力変換装置４００が出力する交流周波数についても考慮することで、配電系統４１０との位相のずれを解消し、それに伴う電圧の上昇、低下を解消することができる。
図９は、本実施形態に係る電力システム１０００の配電系統４１０への出力する場合の動作を概略的に示すフローチャートである。
まず、電力システム１０００が、太陽光パネル１５０出力を配電系統４１０に供給する場合について説明する。
最初に、太陽光パネル１５０は、太陽光から直流の電力を発電する（Ｓ１００１）。次に、電力変換装置１００は、発電した直流電力を交流電力に変換する（Ｓ１００２）。
制御装置５００は、太陽光パネル１５０で発電した電力が、電力指令値により指示された発電指示電力を上回るか判定する（Ｓ１００３）。上回る場合は、Ｓ１００４に進み、上回らない場合は、Ｓ１００６に進む。
発電指示された電力を上回る場合、電力変換装置４００は、配電系統４１０に発電指示された電力を出力する（Ｓ１００４）。このとき、太陽光発電電力の発電した電力のうち、余剰電力は、電力変換装置２００を介して、蓄電装置２１０に充電する（Ｓ１００５）。
発電指示された電力を上回らない場合、蓄電装置２１０は、蓄電池２１１から不足分の発電指示電力を放電する（Ｓ１００６）。電力変換装置４００は、放電された蓄電装置２１０の電力と、太陽光パネル１５０で発電した電力を合わせて、配電系統４１０に出力する（Ｓ１００７）。
図１０は、本実施形態に係る電力システム１０００において配電系統４１０に出力をしつつ、蓄電装置２１０へ充電する場合の動作を概略的に示すフローチャートである。
次に、電力システム１０００は、太陽光パネル１５０の発電が十分にある場合、配電系統４１０へ出力をしつつ、蓄電装置２１０へ充電することで、蓄電装置２１０への充電量を一定とする場合について説明する。
最初に、太陽光パネル１５０は、太陽光から直流の電力を発電する（Ｓ１１０１）。次に、電力変換装置１００は、太陽光から発電した直流電力を交流電力に変換する（Ｓ１１０２）。
電力変換装置４００は、発電指示電力で指示された電力を出力する（Ｓ１１０３）。
電力変換装置２００は、太陽光パネル１５０が発電する電力に応じて出力する電力を制御し、蓄電装置２１０を充電する（Ｓ１１０４）。
図１１は、発電した電力の全てを蓄電装置２１０に充電するために利用する場合を概略的に示すフローチャートである。
次に、電力システム１０００が、太陽光パネル１５０の出力を全て蓄電装置２１０に対して充電する場合について説明する。
最初に、太陽光パネル１５０は、太陽光から電力を発電する（Ｓ１２０１）。次に、電力変換装置１００は、太陽光から発電した直流電力から直流電力に変換する（Ｓ１２０２）。
電力変換装置２００は、変換した電力を再度変換し、蓄電装置２１０に充電する（Ｓ１２０３）。
図１２は、バイパス回路３００をバイパス動作する場合の周波数を判定する動作を概略的に示すフローチャートである。
最初に、バイパス制御指令部５９０は、バイパス動作の開始周波数差と終了周波数差を制御装置５００の動作変数として定める（Ｓ１３０１）。ここで、開始周波数差は、バイパス動作を開始する配電系統４１０の周波数と、後述する標準値（第１周波数および標準周波数）との差である。終了周波数差は、バイパス動作を終了する配電系統４１０の周波数と、後述する標準値との差である。
次に、外部指令受信部５１０は、受信した電力指令値から、電力変換装置４００の出力する周波数の標準値を制御装置５００の動作変数として定める（Ｓ１３０２）。
測定部５７０は、配電系統４１０の周波数を測定する（Ｓ１３０３）。配電系統４１０の周波数は、電力変換装置４００が出力する周波数を接点４１２に取り付けたセンサーで測定する周波数である。
動作判定部５８０は、測定した配電系統４１０の周波数と標準値の差の絶対値（差分）を演算する（Ｓ１３０４）。
次に、動作判定部５８０は、演算した絶対値が、開始周波数差以上かどうか判定する（Ｓ１３０５）。開始周波数差以上である場合は、本処理は終了し、周波数未満である場合、Ｓ１３０３まで処理を戻す。
図１３は、バイパス回路３００をバイパス動作する場合の電圧を判定する動作を概略的に示すフローチャートである。
最初に、バイパス制御指令部５９０は、バイパス動作の開始電圧差と終了電圧差を制御装置５００の動作変数として定める（Ｓ１４０１）。ここで、開始電圧差は、バイパス動作を開始する直流リンク２０００の電圧である電力変換装置４００の入力側電圧と、後述する標準値（第１電圧および標準電圧）との差である。終了電圧差は、バイパス動作を終了する電力変換装置４００の入力側電圧と、後述する標準値との差である。
次に、外部指令受信部５１０は、受信した電力指令値から、電力変換装置４００の入力側電圧の標準値を制御装置５００の動作変数として定める（Ｓ１４０２）。
測定部５７０は、配電系統４１０の電圧を測定する（Ｓ１４０３）。電力変換装置４００の入力側電圧は、接点４１１に取り付けたセンサーで測定する電圧である。
動作判定部５８０は、測定した電力変換装置４００の入力側電圧と標準値の差の絶対値（差分）を演算する（Ｓ１４０４）。
次に、動作判定部５８０は、演算した絶対値が、開始電圧差以上かどうか判定する（Ｓ１４０５）。開始電圧差以上である場合は、本処理は終了し、周波数未満である場合、Ｓ１４０３まで処理を戻す。
図１４は、バイパス回路３００をバイパス動作する場合の動作を概略的に示すフローチャートである。
最初に、動作判定部５８０は、周波数差の判定結果を取得する（Ｓ１５０１）。同様に動作判定部５８０は、電圧差の判定結果を取得する（Ｓ１５０２）。
次に、動作判定部５８０は、周波数差の判定結果が終了周波数差以上である、または、電圧差の判定結果が終了電圧差以上であるか判定する（Ｓ１５０３）。周波数差または電圧差のいずれかが正である場合は、Ｓ１５０４に進み、所定の差未満である場合は、Ｓ１５０９に進む。
次に、充放電電力演算部５３０は、蓄電量受信部５２０から取得した電力情報により、蓄電装置２１０の蓄電電力がバイパス回路３００の動作可能範囲内にあるか判定する（Ｓ１５０４）。例えば、蓄電装置２１０が放電する場合には、蓄電量が設定した閾値以上あるかを判定する。例えば、蓄電装置２１０が充電する場合には、蓄電量が設定した閾値未満であるかを判定する。
蓄電量が動作可能範囲内にある場合は、Ｓ１５０５に進み、動作可能範囲内にない場合は、Ｓ１５０９に進む。
動作判定部５８０は、バイパス制御指令部５９０に対してバイパス回路３００を短絡する制御をする（Ｓ１５０５）。これにより、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結する。
測定部５７０は、配電系統４１０の周波数を測定する（Ｓ１５０６）。動作判定部５８０は、測定した配電系統４１０の周波数と標準値の差の絶対値を演算する（Ｓ１５０７）。
動作判定部５８０は、演算した絶対値が、終了周波数差以上かどうか判定する（Ｓ１５０８）。終了周波数差未満である場合は、Ｓ１５０９に進み、周波数差以上である場合は、Ｓ１５０４まで処理を戻る。
次に、動作判定部５８０は、バイパス制御指令部５９０に対してバイパス回路３００を開放する制御をする（Ｓ１５０９）。これにより、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結が解除される。
また、本フローチャートでは、Ｓ１５０６からＳ１５０８は、周波数を基準に演算しているが、電圧を基準にしてもよい。
以上、本実施形態によれば、バイパス回路３００は、配電系統４１０の電力需要に応じて開放または短絡することで、蓄電装置２１０と直流リンク２０００を直結させる。
これにより、バイパス回路３００は、蓄電装置２１０と接続する電力変換装置２００を介さず、電力変換装置４００の電力変換量を向上させることができる。すなわち、バイパス回路３００は、配電系統４１０の負荷変動に対する変動が安定するまでの時間を少なくすることができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１０００ 電力システム
１００、２００、４００ 電力変換装置
１５０ 太陽光パネル
１１０、２０１、４２０ 電力変換部
１２０ 最大電力追従部
１３０ 供給電力指令部
１４０ 供給電力制御部
２０２ 充放電電力制御部
２１０ 蓄電装置
２１１ 蓄電池
２１２ 蓄電量監視装置
３００ バイパス回路
３１０ バイパス接続スイッチ
３２０ バイパス制御部
４１０ 配電系統
４３０ 発電電力制御部
５００ 制御装置
５１０ 外部指令受信部
５２０ 蓄電量受信部
５３０ 充放電電力演算部
５４０ 充放電電力指令部
５５０ 発電電力演算部
５６０ 発電電力指令部
５７０ 測定部
５８０ 動作判定部
５９０ バイパス制御指令部
７００ グラフ
７０１、７０２ 交差点
８１０、８２０ 領域
１００１、１００２、１００３、１１１、４１１、４１２ 接点
２０００ 直流リンク

Claims (13)

  1. 自然エネルギーに基づく発電電力を変換して配電系統に出力する第１電力変換装置で変換されなかった余剰電力を変換して蓄電装置に充電または前記蓄電装置から放電された電力を変換して前記第１電力変換装置に供給する第２電力変換装置に並列に接続され、前記第１電力変換装置と前記蓄電装置との間を短絡するスイッチ
    を備えたバイパス回路。
  2. 前記スイッチの開閉を制御する制御部
    を備えた請求項１に記載のバイパス回路。
  3. 前記制御部は、前記第１電力変換装置が出力する電圧に基づき、前記スイッチを制御する
    請求項２に記載のバイパス回路。
  4. 前記制御部は、前記第１電力変換装置が出力する前記電圧と、第１電圧との差分に基づいて前記スイッチを制御する
    請求項３に記載のバイパス回路。
  5. 前記制御部は、前記電圧と前記第１電圧との前記差分が閾値以上の場合は、前記スイッチを閉じる
    請求項４に記載のバイパス回路。
  6. 前記第１電圧は、電力指令値に基づく標準電圧である
    請求項４又は５に記載のバイパス回路。
  7. 前記制御部は、前記第１電力変換装置が出力する電力の周波数に基づき、前記スイッチを制御する
    請求項２～５のいずれか一項に記載のバイパス回路。
  8. 前記制御部は、前記第１電力変換装置が出力する電力の前記周波数と、第１周波数との差分に基づいて前記スイッチを制御する
    請求項７に記載のバイパス回路。
  9. 前記制御部は、前記周波数と前記第１周波数との前記差分が閾値以上の場合は、前記スイッチを閉じる
    請求項８に記載のバイパス回路。
  10. 前記第１周波数は、電力指令値に基づく標準周波数である
    請求項８又は９に記載のバイパス回路。
  11. 前記第１電力変換装置は、自然エネルギーに基づく発電電力を最大電力点追従制御に基づき変換する
    請求項１～１０のいずれか一項に記載のバイパス回路。
  12. 自然エネルギーに基づく発電電力を変換して配電系統に出力する第１電力変換装置で変換されなかった余剰電力を変換して蓄電装置に充電または前記蓄電装置から放電された電力を変換して前記第１電力変換装置に供給する第２電力変換装置に並列に接続され、前記第１電力変換装置と前記蓄電装置との間を短絡するスイッチを制御する
    電力システムの制御方法。
  13. 自然エネルギーに基づく発電電力を変換して配電系統に出力する第１電力変換装置で変換されなかった余剰電力を変換して蓄電装置に充電または前記蓄電装置から放電された電力を変換して前記第１電力変換装置に供給する第２電力変換装置に並列に接続され、前記第１電力変換装置と前記蓄電装置との間を短絡するスイッチを制御するステップ
    をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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