JP4167215B2 - 直流配電システムの制御装置及び変換器制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流配電系統に、複数の分散電源装置、複数の電力貯蔵装置、交流系統連系装置、並びに複数の負荷電圧調整装置を接続した直流配電システムの制御装置及び直流配電システムに用いて好適な変換器制御装置に関するものである。

直流配電システムは、燃料電池等の直流分散電源装置や、蓄電池等の直流電力貯蔵装置から、交流系統やＡＣ／ＤＣ変換器を介することなく、直流負荷に直流電力を直接配電できる直流配電系統（直流配電網）を備えたシステムである。

このようなシステムの構成は、特許文献１〜３等に開示されているように、分散電源、電力貯蔵部、並びに交流系統を、それぞれＤＣ／ＤＣ変換器やＡＣ／ＤＣ変換器を介して、直流配電系統に接続している。

一方、このようなシステムの制御としては、特許文献２では、潮流制御手段を用いて、直流系統の余剰／不足電力に応じて交流系統連系装置を制御している。また、特許文献３では、共通制御部から通信手段を用いて、直流系統の余剰／不足電力に応じて交流系統連系装置や分散電源を制御する技術が開示されている。すなわち、いずれも、システム全体としての余剰／不足電力を判断し、その結果に基づいて、交流系統連系装置や分散電源装置を制御している。

特開２００３−２０４６８２号公報（図１ほか） 特開平６−３２７１４６号公報（図１ほか） 特開２００２−２７１９９７号公報（請求項１ほか）

前記従来技術においては、一部の分散電源の脱落や、負荷の急変等により、急激な電力変動が生じると、共通制御部からの制御が間に合わず、直流配電系統の電圧が一時的に大きく落ち込み、負荷に安定した直流電力を供給できない惧れがあった。

そこで、本発明の課題は、電源脱落や負荷急変等の急激な電力変動が生じても、直流系統の電圧を規定値内に維持し、負荷に安定した直流電力を供給できる直流配電システムの制御装置を提供することにある。

また、本発明の他の課題は、負荷に安定した直流電力を供給できる直流配電システムの実現に好適な変換器制御装置を提供することにある。

本発明の望ましい実施態様においては、分散電源や電力貯蔵部の１つに対応するＤＣ／ＤＣ変換器を、直流配電系統の電圧をその定格電圧に近づけるように制御する第１の電圧制御手段を備え、一方、交流系統との連系制御を行うＡＣ／ＤＣ変換器を、直流配電系統の電圧が定格電圧から第１の差分ずれたときにそれ以上のずれを防ぐように制御する第２の電圧制御手段を備えている。

ここで、第１の電圧制御手段は、直流配電系統の定格電圧を電圧指令値とし、当該分散電源又は電力貯蔵部の近傍で検出した直流配電系統の電圧を帰還する電圧制御系（ＡＶＲ）を備えることが望ましい。また、第２の電圧制御手段としては、直流配電系統の電圧が第１の差分だけ上昇したときそれ以上の増大を抑制するように、ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する電圧制御系（ＡＶＲ）と、直流配電系統の検出電圧が第１の差分を超えて下降したとき、その下降の大きさに応じて交流系統から直流配電系統への潮流電力を増加させるようにＡＣ／ＤＣ変換器を制御する電力制御系（ＡＰＲ）とを備えることが望ましい。

また、本発明の望ましい実施態様においては、複数の分散電源や電力貯蔵部のうち前記１つ以外の分散電源や電力貯蔵部は、直流配電系統の電圧がその定格電圧から第１の差分より小さな第２の差分ずれたときにそれ以上のずれを防ぐように、対応するＤＣ／ＤＣ変換器を制御する第３の電圧制御手段を個別に備えている。ここで、第３の電圧制御手段は、直流配電系統の電圧が第２の差分だけ上昇したときに動作する電圧制御系（ＡＶＲ）と、直流配電系統の電圧が第２の差分を超えて下降したとき、その下降の大きさに応じて当該分散電源又は電力貯蔵部から直流配電系統への潮流電力を増加させる電力制御系（ＡＰＲ）とを備えることができる。あるいは、第３の電圧制御手段は、直流配電系統の電圧が第２の差分だけ下降したときに動作する電圧制御系（ＡＶＲ）と、直流配電系統の電圧が第２の差分を超えて上昇したとき、その上昇の大きさに応じて直流配電系統から当該分散電源又は電力貯蔵部への潮流電力を増加させる電力制御系（ＡＰＲ）とを備えることもできる。

本発明の望ましい実施態様によれば、電源脱落や負荷急変等の急激な電力変動が生じても、複数台の小容量装置で構成される分散電源装置及び／又は電力貯蔵装置の直流電力を最大限に有効利用し、直流系統の電圧を規定値内に維持して負荷に安定した直流電力を供給できる。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の説明によって明らかにする。

以下、図を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の第１の実施例による直流配電システムの制御装置の全体構成ブロック図である。直流配電システムは、分散電源装置群１、電力貯蔵装置群２、交流系統連系装置３、負荷電圧調整装置群４を備え、これらを直流配電系統５で連系し、ＤＣ／ＤＣ変換、もしくはＡＣ／ＤＣ変換した直流電力を負荷８Ａ、８Ｂ等に直接配電するシステムである。分散電源装置群１では、燃料電池等の分散電源１２Ａ、１２ＢをそれぞれＤＣ／ＤＣ変換器１１Ａ、１１Ｂを介して直流配電系統５に連系し、個別制御装置１００Ａ、１００Ｂで直流系統側電圧Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ及び／又は直流電力Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂをそれぞれ個別に制御する。

電力貯蔵装置群２では、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、電気二重層コンデンサ等の電力貯蔵部２２Ａ、２２Ｂを、それぞれＤＣ／ＤＣ変換器２１Ａ、２１Ｂを介して直流配電系統５に連系している。そして、個別制御装置２００Ａ、２００Ｂで、系統側直流電圧Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂ及び／又は直流電力Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂをそれぞれ個別に制御する。

交流系統連系装置３では、交流系統７を、ＡＣ／ＤＣ変換器３１を介して直流配電系統５に連系し、個別制御装置３００で系統側直流電圧Ｖ３及び／又は直流電力Ｐ３を個別に制御する。

負荷電圧調整装置群４では、負荷８Ａ、８ＢをそれぞれＤＣ／ＤＣ変換器４１Ａ、４１Ｂを介して直流配電系統５に連系し、個別制御装置４００Ａ、４００Ｂで負荷側直流電圧Ｖ４１Ａ、Ｖ４１Ｂをそれぞれ個別に制御する。また、それぞれの系統側直流電圧をＶ４Ａ、Ｖ４Ｂ、直流電力をＰ４Ａ、Ｐ４Ｂとする。

統括制御装置５００は、電気又は光ケーブル、或いは無線等の通信網６を介して各端子の運転状態や電圧、電流等の情報を収集し、これらの情報に基づいた制御指令を各個別制御装置に伝送してシステム全体を統括的に、かつ最適に制御する。

次に、分散電源装置群１の個別制御機能ブロックについて説明する。

図２は、分散電源装置群１の個別制御装置の制御機能ブロック図である。ここでは、代表して個別制御装置１００Ａについて示すが、１００Ｂ，１００Ｃ，…についても同様に構成される。まず、通信網６を介して、制御に必要な電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡ、電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡ、電圧変動検知レベルＶＫ１Ａ、及び起動停止指令Ｓ１Ａを取り込む。また、電流検出器１３Ａと電圧検出器１４Ａから、系統側直流電流Ｉ１１Ａと直流電圧Ｖ１Ａの検出値を取り込み、乗算部１０５Ａにより系統側直流電力Ｐ１Ａを求める。

電圧維持部１０１Ａでは、直流電圧Ｖ１Ａと電圧変動検知レベルＶＫ１Ａから出力Ｐ１ＲＥＦ２Ａを求める。

電力制御系では、電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡと電圧維持部１０１Ａの出力Ｐ１ＲＥＦ２Ａを加算器１０２Ａで加算し、これをリミッタ１０３Ａにより、下限をゼロに、上限をＰ１ＲＥＦＭＡに制限する。このようにして補正した電力指令値を、減算部１０４Ａで直流電力帰還値Ｐ１Ａと比較し、電力制御部（ＡＰＲ）１０６Ａでは、それらの偏差がゼロとなるように、例えば、比例積分（ＰＩ）制御を用いて、その出力を調整する。

一方、電圧制御系では、電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡと直流電圧帰還値Ｖ１Ａの偏差を減算部１０７Ａで求め、電圧制御部１０８Ａでも、同様に比例積分（ＰＩ）制御等を用いて、それらの偏差がゼロとなるようにその出力を調整する。電力制御部１０６Ａと電圧制御部１０８Ａの出力は、最小値選択部１０９Ａで値の小さい方が選択され、変換器制御部１１０Ａの指令値となる。変換器制御部１１０Ａでは、その指令値に基づいてＤＣ／ＤＣ変換器１１Ａを制御し、燃料電池等の分散電源１２Ａと直流配電系統５との間の潮流電力を調整する。

このように構成した制御系の考え方は次の通りである。まず、直流配電系統５の電圧がその定格値ＶＲに近い状態では、この直流系統５に接続された複数の分散電源や電力貯蔵部のうち、１つだけに電圧制御部（ＡＶＲ）による定格電圧への電圧制御機能（第１の電圧制御手段）を持たせ、その他は、電力制御を行わせておく。しかし、直流系統の電圧が、その定格値から所定値（第２の差分）を超えて離れようとすると、その他の分散電源や電力貯蔵部は、それらの個別の電力制御部に付加した電圧維持部の機能によって、あるいは、待機させていた電圧制御部が働いて、電圧変動を抑制する（第３の電圧制御手段が働く）のである。

次に、この考えに基く制御装置の特性を、まず、分散電源装置群１から説明する。

図３は、図２の分散電源装置群１の個別制御装置の特性を示す。図は、縦軸を直流電圧Ｖ１Ａ、横軸を直流電力Ｐ１Ａとし、実線は電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡと電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡ、及び電圧維持部１０１Ａの出力Ｐ１ＲＥＦ２Ａ、電力指令最大値Ｐ１ＲＥＦＭＡを、○印は分散電源装置の定常時の動作点を表す。

同図（Ａ）は、電力制御を行う場合の特性である。これは、まず、直流系統の電圧がその定格値から（後述する第１の差分よりも小さい）第２の差分の範囲内にあるとき、定格電力となるような電力制御系（ＡＰＲ）を形成する。一方、直流系統の電圧がその定格値から第２の差分を超えてずれようとすると、それ以上のずれを防ぐように、対応するＤＣ／ＤＣ変換器を制御する第３の電圧制御手段を個別に備えている。詳細を以下に述べる。

さて、電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡを定格電力値に設定するとともに、電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡを定格直流電圧ＶＲより高く設定することにより、最小値選択部１０９Ａの機能によって、定常時の動作点は、電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡ上となる。ここで、電圧維持部１０１Ａは、直流電圧Ｖ１Ａが電圧変動検知レベルＶＫ１Ａ（第２の差分）を超えて下降すると、その下降分に応じた補正値Ｐ１ＲＥＦ２Ａを電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡに加算して増加させている。したがって、分散電源１２Ａの電力許容限界値Ｐ１ＲＥＦＭＡまでの範囲内で、直流配電系統５へ電力を供給し、その電圧低下を補っている。また、電圧制御部（ＡＶＲ）１０８Ａの機能により、直流配電系統５の電圧Ｖ１Ａは、（第２の差分相当に）高く設定した電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡを超えて増大することはない。この図３（Ａ）における電圧保持機能を、ここでは（第１の差分より小さな）第２の差分ずれたときにそれ以上のずれを防ぐように、対応するＤＣ／ＤＣ変換器を制御する第３の電圧制御手段と称する。

一方、同図（Ｂ）は、電圧制御を任された場合、つまり、第１の電圧制御手段（ＡＶＲ）を形成する場合の特性である。今度は、電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡを電力指令最大値Ｐ１ＲＥＦＭＡに設定するとともに、電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡを定格値ＶＲに設定する。これにより、最小値選択部１０９Ａの機能によって、定常時の動作点は、電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡ上となる。

このように、分散電源装置（１２Ａ，１１Ａ及び１００Ａ）の電力指令値Ｐ１ＲＥＦＡ、電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＡ、及び定格電圧ＶＲからの下降側への差分電圧ＶＫ１Ａを任意に設定できる。したがって、役割に応じたこれらの適切な設定によって、まず、図３（Ａ）に示すように、他の分散電源装置や電力貯蔵装置に委ねた定格電圧ＶＲへの電圧制御機能（第１の電圧制御手段）では維持できなかった直流配電系統の電圧変動を、設定した第２の比較的小さな差分電圧の範囲内で保持するバックアップとしての機能を発揮することができる。あるいは、図３（Ｂ）に示すように、唯一の定格電圧ＶＲへの電圧制御機能（第１の電圧制御手段）をもった分散電源装置として機能させることもできる。

次に、電力貯蔵装置群２の個別制御装置について説明する。

図４は、電力貯蔵装置群２の個別制御装置の制御機能ブロック図である。ここでは、代表して個別制御装置２００Ａについて示すが、２００Ｂ，２００Ｃ，…についても同様に構成される。図２の分散電源装置群１の個別制御機能ブロックと異なる点は、電力貯蔵装置群２が充放電動作できることから、リミッタ部２０３Ａの下限値を−Ｐ２ＲＥＦＭＡとしたことと、２０９Ａを最大値選択部としたことである。その他は、図２と同様であり、各符号の先頭が１から２に変っただけで容易に理解できるので重複説明は避ける。

図５は、図４の電力貯蔵装置群２の個別制御装置の特性を示す。図は、縦軸を直流電圧Ｖ２Ａ、横軸を直流電力Ｐ２Ａとし、実線は電圧指令値Ｖ２ＲＥＦＡと電力指令値Ｐ２ＲＥＦＡ、及び電圧維持部２０１Ａの出力Ｐ２ＲＥＦ２Ａ、電力指令最大値±Ｐ２ＲＥＦＭＡを、○印は電力貯蔵装置の定常時の動作点を表す。

同図（Ａ）は、電力制御を行う場合の特性である。電力指令値Ｐ２ＲＥＦＡを定格電力値に設定するとともに、電圧指令値Ｖ２ＲＥＦＡを定格直流電圧ＶＲより（第２の差分だけ）低く設定することにより、最大値選択部２０９Ａの機能によって、定常時の動作点は、電力指令値Ｐ２ＲＥＦＡ上となる。ここで、電圧維持部２０１Ａは、直流電圧Ｖ２Ａが電圧変動検知レベル（第２の差分相当）ＶＫ２Ａを超えて上昇すると、その上昇分に応じた補正値Ｐ２ＲＥＦ２Ａを負の電力指令値Ｐ２ＲＥＦＡに加算して負の方向に増加させている。したがって、貯蔵部２２Ａの受容電力許容限界値−Ｐ２ＲＥＦＭＡまでの範囲内で、直流配電系統５から電力を吸収し、その電圧上昇を抑制している。また、電圧制御部（ＡＶＲ）２０８Ａの機能により、直流配電系統５の電圧Ｖ２Ａは、（第２の差分だけ）低く設定した電圧指令値Ｖ２ＲＥＦＡを超えて下降することはない。

一方、同図（Ｂ）は、電圧制御を任された場合の特性である。今度は、電力指令値Ｐ２ＲＥＦＡを電力指令最大値−Ｐ２ＲＥＦＭＡに設定するとともに、電圧指令値Ｖ２ＲＥＦＡを定格値ＶＲに設定する。これにより、最大値選択部２０９Ａの機能によって、定常時の動作点は、電圧指令値Ｖ２ＲＥＦＡ上となる。

この電力貯蔵部２２Ａ，２２Ｂ等は、直流配電系統５との間で、電力を供給あるいは吸収の両面の制御が可能なため、図５（Ｂ）の特性に基く電力の出し入れにより、直流配電系統５の電圧をその定格電圧ＶＲに保つ第１の電圧制御手段として好適である。したがって、電力貯蔵装置群２の中の１つの装置に第１の電圧制御手段を委ね、他の分散電源装置群１及び電力貯蔵装置群２には、定常時に電力制御を実行させるとともに、直流配電系統５の電圧が第２の差分を超えてずれるのを防止する図３（Ａ）及び図５（Ｂ）の特性に基く第３の電圧制御手段として利用することが望ましい。

次に、交流系統連系装置３の個別制御機能について説明する。

図６は、交流系統連系装置３の個別制御装置の制御機能ブロック図である。図２の分散電源装置群１の個別制御ブロックと異なる点は、リミッタ部３０３の上下限値を±Ｐ３ＲＥＦＭとしたことだけである。その他は、図２と同様であり、各符号の先頭が１から３に変り、交流系統連系装置３は１つと仮定したため、末尾のＡを削除しただけであり、それらの機能は容易に理解できる。

図７は、図６の交流系統連系装置３の個別制御装置の特性を示す。図は、縦軸を直流電圧Ｖ３、横軸を直流電力Ｐ３とし、実線は電圧指令値Ｖ３ＲＥＦと電力指令値Ｐ３ＲＥＦ、及び電圧維持部３０１の出力Ｐ３ＲＥＦ２、電力指令最大値±Ｐ３ＲＥＦＭを、○印は交流系統連系装置の定常時の動作点を表す。

同図（Ａ）は、電力制御を行う場合の特性である。電力指令値Ｐ３ＲＥＦを定格電力値に設定するとともに、電圧指令値Ｖ３ＲＥＦを定格直流電圧ＶＲより第１の差分だけ高く設定することにより、定常時の動作点は、電力指令値Ｐ３ＲＥＦ上となる。ここで、電圧維持部の出力Ｐ３ＲＥＦ２には、直流電圧Ｖ３が電圧変動検知レベル（第１の差分相当）ＶＫ３を超えて下降すると、その下降分に応じた補正値Ｐ３ＲＥＦ２を電力指令値Ｐ３ＲＥＦに加算して増加させている。したがって、交流系統連系装置の電力許容限界値Ｐ３ＲＥＦＭまでの範囲内で、直流配電系統５へ電力を供給し、その電圧低下を補っている。また、電圧制御部（ＡＶＲ）３０８の機能により、直流配電系統５の電圧Ｖ３は、第１の差分だけ高く設定した電圧指令値Ｖ３ＲＥＦを超えて増大することはない。

ここで、第１の差分とは、前記第２の差分より大きく、例えば直流配電系統の許容電圧変動を±１０％とすれば、±９％程度とし、最終バックアップとしての第２の電圧制御手段として用いることが望ましい。

一方、同図（Ｂ）は、本発明の実施例では用いることのない、第１の電圧制御手段としての電圧制御を任されたと仮定した場合の特性である。電力指令値Ｐ３ＲＥＦを電力指令最大値Ｐ３ＲＥＦＭに設定するとともに、電圧指令値Ｖ３ＲＥＦを定格値ＶＲに設定する。これにより、最小値選択部１０９Ａの機能によって、定常時の動作点は、電圧指令値Ｖ３ＲＥＦ上とすることができる。

これら図６，７においては、図２，３に対応する形で、ＡＶＲとＡＰＲを構成し、最小値選択部でそれらの出力を選ぶようにしたが、図４，５に対応する形で、ＡＶＲとＡＰＲを構成し、最大値選択部でそれらの出力を選ぶようにしても同様の機能を達成できる。すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換器３１と、電圧指令Ｖ３ＲＥＦを入力し、前記ＡＣ／ＤＣ変換器３１の直流側の検出電圧Ｖ３を帰還値とする電圧制御系（ＡＶＲ）３０８と、電力指令Ｐ３ＲＥＦを入力し、前記直流系統５からＡＣ／ＤＣ変換器３１への潮流電力Ｐ３を帰還値とするとともに、直流側の検出電圧Ｖ３が所定値を超えて上昇したとき、その上昇の大きさに応じて電力指令を増大させる電圧維持機能系（電圧維持部）３０１を含む電力制御系（ＡＰＲ）３０６と、これら電圧制御系（ＡＶＲ）３０８と電力制御系（ＡＰＲ）３０６のうち大きい方の出力に応じてＡＣ／ＤＣ変換器３１を制御する制御装置３００を備えるのである。

この結果、図５（Ａ）に似た電力制御時の特性が得られることは容易に理解できる。

このように、交流系統連系装置（７，３１，３００）の電力指令値Ｐ３ＲＥＦ、電圧指令値Ｖ３ＲＥＦ、及び定格電圧ＶＲからの下降側又は上昇側への第１の差分電圧ＶＫ３を任意に設定できる。したがって、これらの適切な設定によって、分散電源装置群や電力貯蔵装置群で維持できなかった直流配電系統の電圧変動を、所望の電圧レベルで保持する最終バックアップとして機能させることができる。

次に、負荷電圧調整装置群の個別制御について説明する。

図８は、負荷電圧調整装置群４の個別制御装置の制御機能ブロック図である。ここでは、代表して個別制御装置４００Ａについて示すが、４００Ｂ，４００Ｃ，…についても同様に構成される。まず、通信網６を介して、制御に必要な電圧指令値Ｖ４ＲＥＦＡ及び起動停止指令Ｓ４Ａを取り込む。また、負荷側直流電圧Ｖ４１Ａを、電圧検出器４４Ａを介して、それぞれ制御装置４００Ａに取り込み、減算部４０７Ａで電圧指令値Ｖ４ＲＥＦＡとの偏差を求める。電圧制御部（ＡＶＲ）４０８Ａでは、例えば、比例積分（ＰＩ）制御を用いて、その偏差がゼロとなるように、変換器制御部４１０Ａを通してＤＣ／ＤＣ変換器４１Ａを制御する。すなわち、これは、負荷電圧Ｖ４１Ａが電圧指令値Ｖ４ＲＥＦＡとなるように制御する単純な電圧制御系（ＡＶＲ）を構成している。

図９は、図８の負荷電圧調整装置群４の個別制御装置の直流配電系統側から見た特性図である。図は、縦軸を系統側直流電圧Ｖ４Ａ、横軸を直流電力Ｐ４Ａとし、実線は負荷側直流電圧制御の特性を、○印は負荷電圧調整装置の定常時の動作点を表す。負荷電圧調整装置群４は、負荷側の直流電圧Ｖ４１Ａを常に一定に制御していることから、直流系統側から見ると、負荷８Ａの消費電力に応じて電力値が変化する特性として表すことができる。また、負荷側からの売電（逆潮流）を考慮すれば、その特性範囲は、図９の第１象現すなわち発電領域まで広がる。

最後に、本発明の一実施例の動作について説明する。

図１０は、本発明の一実施例による直流配電システムの電圧制御動作の一例図である。図は、左よりそれぞれ、図３（Ａ）に示した分散電源装置群１の電力制御特性、図５に示した電力貯蔵装置群２の電力及び電圧制御特性、図７（Ａ）に示した交流系統連系装置３電力制御特性、並びに図９の負荷電圧調整装置群４の電圧制御特性である。縦軸の直流電圧は、各装置の代表端子の電圧で表している。また、横軸の直流電力は、分散電源装置群１、電力貯蔵装置群２、及び負荷電圧調整装置群４については、小容量の装置が複数台設置される想定のため、各直流電力の総和Σで表している。太い実線は各端子の制御特性、○印は各装置群の定常時の動作点を表している。

ここでは、直流配電系統５の定格電圧ＶＲへ向けての第１の電圧制御手段（ＡＶＲ）としての機能を、図４の電力貯蔵部２２ＡとＤＣ／ＤＣ変換器２１Ａ及びその個別制御装置２００Ａに委ねた場合について示したものである。

同図（Ａ）は、第１の分散電源が脱落し、発電電力Ｐ１Ａが不足した場合の各装置のバックアップ動作を示したものであり、順を追って説明する。

まず、２つの分散電源１２Ａ，１２Ｂも健全であるとき、特性ａ，ｂで運転しており、これらは図示する電力Ｐ１Ａ＋Ｐ１Ｂを受け持っている。また、２つの電力貯蔵部２２Ａ，２２Ｂも、それぞれ特性ｃ，ｄにより、これらは図示する電力Ｐ２Ａ＋Ｐ２Ｂを受け持っている。さらに、交流系統連系装置３１は、特性ｅにより、待機状態にある。一方、直流配電系統５に接続された負荷８Ａ，８Ｂは、図示する電力Ｐ４Ａ＋Ｐ４Ｂを消費中である。

ここで、第１の分散電源１２Ａが脱落し、発電電力Ｐ１Ａが小さく、あるいはゼロになったものとする。この直流配電系統５での仮定により、定格電圧ＶＲへの第１の電圧制御手段（ＡＶＲ機能）を受け持つ電力貯蔵装置群２の個別制御装置２００Ａが、その特性ｃ上に沿って、矢印ｆのように出力電力を増大する。また、分散電源装置群１の中で健全な第２の分散電源１２Ｂは、第２の差分に相当する設定値ＶＫ１Ｂ（＝ＶＫ１Ａ）を下回る電圧降下に伴ない、その特性ｂ上を矢印ｇに沿って発電電力を増加する。また、電力貯蔵装置群２の中で、定格電圧ＶＲへの電圧制御を受け持っていない電力貯蔵部２２Ｂでも、バックアップを開始する。すなわち、図５（Ａ）の低め（第２の差分相当）に設定された電圧指令値Ｖ２ＲＥＦＢ（＝Ｖ２ＲＥＦＡ）を下回る電圧降下に伴ない、ＡＶＲ制御系が動作し、その特性ｄ上を矢印ｈに沿って放電電力を増加し、電圧を支えようとする。

これらの個別制御は速やかに動作し、この範囲内で電圧変動が収まれば、交流系統連系装置３１のバックアップ動作は必要なく、動作することはない。

しかし、上記の小回りの利く複数の分散電源装置群１や電力貯蔵装置群２で支えきれず、直流配電系統５の電圧が第１の差分相当の設定値ＶＫ３を下回ったとする。すると、交流系統連系装置３１の電力制御部（ＡＰＲ）内の電圧維持部３０１の機能により、その特性ｅ上を矢印ｊに沿って交流系統７から直流配電系統５への潮流電力を増加させる。

このようにして、不足電力が、複数の分散電源装置群１や電力貯蔵装置群２の総容量を越えた場合にのみ、最終のバックアップとして交流系統連系装置３の個別制御装置３００が動作し、交流系統から直流系統に電力を融通して直流電圧を維持することとなる。

図１０（Ｂ）は、負荷の消費電力ΣＰ４が急激に減少した場合の各装置のバックアップ動作を示したものである。まず、電圧制御を行っている電力貯蔵装置群２の個別制御装置２００Ａが、その特性ｃ上の矢印ｋに沿って直流電力Ｐ２Ａを絞込み、さらに充電（電力吸収）方向に動作して電圧を定格値ＶＲに維持する。直流系統の余剰電力が電力指令最大値−Ｐ２ＲＥＦＭＡを超えた場合は、電圧が上昇し始める。まず、分散電源１２Ａの、例えば数％高く設定された電圧指令Ｖ１ＲＥＦＡに達すると、そのＡＶＲ動作により特性ａ上を矢印ｍに沿って発電電力を絞り込む。次に、電力貯蔵装置群２の個別制御装置２００Ｂの設定電圧ＶＫ２Ｂに達すると、特性ｄ上を矢印ｎに沿って放電電力を絞り込み、さらには、充電（電力吸収）方向に動作して電圧上昇を抑制する。さらに電圧が上昇し、第２の分散電源１２Ｂの設定電圧指令値Ｖ１ＲＥＦＢに達すると、特性ｂ上を矢印ｐに沿ってその発電電力を絞り込む。

これらの個別制御は速やかに動作し、この範囲内で電圧変動が収まれば、交流系統連系装置３１のバックアップ動作は必要なく、動作することはない。

しかし、上記の小回りの利く複数の分散電源装置群１や電力貯蔵装置群２で支えきれず、直流配電系統５の高めに設定された電圧指令値Ｖ３ＲＥＦを上回ったとする。すると、交流系統連系装置３１の電圧制御部（ＡＶＲ）が働き、その特性ｅ上を矢印ｑに沿って、交流系統７への潮流電力を増大させ、直流配電系統５の電圧上昇を抑制する。

このようにして、余剰電力が、複数の分散電源装置群１の発電電力を絞込み、かつ、電力貯蔵装置群２で吸収できる総容量を越えた場合にのみ、最終のバックアップとして交流系統連系装置３の個別制御装置３００が動作し、直流系統から交流系統に電力を吸収して直流電圧を維持することとなる。

以上の実施例において、電圧変動検知レベル及び電力制御時の電圧指令値の設定方法としては、例えば、直流系統の最大電圧変動範囲を定格直流電圧ＶＲの±１０％に規定すると、分散電源装置群１、電力貯蔵装置群２については、出力応答の早い装置が優先して動作できるように、例えば±５％前後で段階的に差分を設けて電圧変動検知レベル及び電力制御時の電圧指令値を設定することが望ましい。また、個々の装置が小容量のため、ＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチングによって発生する電圧リプルや直流配電系統５の抵抗分による電圧ドロップ等を考慮しつつ、その規定値以内でなるべく多くの台数が動作できるように設定することが望ましい。一方、交流系統連系装置３の電圧変動検知レベル及び電力制御時の電圧指令値は、最終バックアップという位置付けから分散電源装置群１、電力貯蔵装置群２の設定値よりも大きく、例えば±８〜９％として、規定値±１０％以内に維持できるように設定する。

以上の実施例によれば、分散電源、電力貯蔵部、及び交流系統連系装置を備えた直流配電システムにおいて、電源脱落や負荷急変等の急激な電力変動時に、複数台の分散電源や電力貯蔵部により系統電圧を規定値内に維持し、負荷に安定した直流電力を供給できる。

本発明の第１の実施例による直流配電システムの全体構成ブロック図。 図１の分散電源装置群１の個別制御装置の制御機能ブロック図。 図２の分散電源装置群１の個別制御装置の電力−電圧特性図。 図１の電力貯蔵装置群２の個別制御装置の制御機能ブロック図。 図４の電力貯蔵装置群２の個別制御装置の電力−電圧特性図。 図１の交流系統連系装置３の個別制御装置の制御機能ブロック図。 図６の交流系統連系装置３の個別制御装置の電力−電圧特性図。 図１の負荷電圧調整装置群４の個別制御装置の制御機能ブロック図。 図８の負荷電圧調整装置群４の個別制御装置の電力−電圧特性図。 本発明の一実施例による直流配電システムの電圧制御動作の一例図。

符号の説明

１…分散電源装置群、２…電力貯蔵装置群、３…交流系統連系装置、４…負荷電圧調整装置群、５…直流配電系統、６…通信網、７…交流系統、８Ａ，Ｂ…負荷、１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ…ＤＣ／ＤＣ変換器、３１…ＡＣ／ＤＣ変換器、１００Ａ，１００Ｂ，２００Ａ，２００Ｂ，３００，４００Ａ，４００Ｂ…個別制御装置、１２Ａ，１２Ｂ…分散電源、２２Ａ，２２Ｂ…電力貯蔵部、５００…統括制御装置、１３Ａ，２３Ａ，３３…電流検出器、１４Ａ，２４Ａ，３４，４４Ａ…電圧検出器、１０１Ａ，２０１Ａ，３０１…電圧維持部、１０３Ａ，２０３Ａ，３０３…電力指令リミッタ部、１０６Ａ，２０６Ａ，３０６…電力制御部、１０８Ａ，２０８Ａ，３０８，４０８Ａ…電圧制御部、１０９Ａ，３０９…最小値選択部、２０９Ａ…最大値選択部、１１０Ａ，２１０Ａ，３１０，４１０Ａ…変換器制御部。

Claims (7)

1. 直流配電系統に接続された複数の分散電源及び／又は電力貯蔵部と、これらの分散電源及び／又は電力貯蔵部にそれぞれ対応する複数のＤＣ／ＤＣ変換器と、ＡＣ／ＤＣ変換器を含み前記直流配電系統を交流系統に連系しそれら間の潮流制御を行う交流系統連系装置とを備えた直流配電システムにおいて、前記分散電源及び／又は電力貯蔵部のうちの１つに対応して設けられ、直流配電系統の検出電圧をこの直流配電系統の定格電圧に近づけるように、対応する前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御する第１の電圧制御手段と、直流配電系統の検出電圧がその定格電圧から第１の差分ずれたときにそれ以上のずれを防ぐように、前記ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する第２の電圧制御手段と、複数の分散電源及び／又は電力貯蔵部のうち前記１つ以外の分散電源及び／又は電力貯蔵部は、直流配電系統の検出電圧がその定格電圧から前記第１の差分より小さな第２の差分ずれたときにそれ以上のずれを防ぐように、対応するＤＣ／ＤＣ変換器を制御する第３の電圧制御手段を個別に備えたことを特徴とする直流配電システムの制御装置。
2. 請求項１において、前記第３の電圧制御手段は、直流配電系統の検出電圧が第２の差分だけ上昇したときに動作する電圧制御系（ＡＶＲ）と、直流配電系統の検出電圧が第２の差分を超えて下降したとき、その下降の大きさに応じて当該分散電源及び／又は電力貯蔵部から前記直流配電系統への潮流電力を増加させる電力制御系（ＡＰＲ）とを備えたことを特徴とする直流配電システムの制御装置。
3. 請求項１において、前記第３の電圧制御手段は、直流配電系統の検出電圧が第２の差分だけ下降したときに動作する電圧制御系（ＡＶＲ）と、直流配電系統の検出電圧が第２の差分を超えて上昇したとき、その上昇の大きさに応じて前記直流配電系統から当該分散電源及び／又は電力貯蔵部への潮流電力を増加させる電力制御系（ＡＰＲ）とを備えたことを特徴とする直流配電システムの制御装置。
4. 請求項１において、電圧指令を入力し、前記ＤＣ／ＤＣ変換器が接続される一方の直流系統の検出電圧を帰還値とする前記第１の電圧制御手段としての電圧制御系（ＡＶＲ）と、電力指令を入力し、前記ＤＣ／ＤＣ変換器から前記直流系統への潮流電力を帰還値とするとともに、前記直流系統の検出電圧が所定値を超えて下降したとき、その下降の大きさに応じて前記電力指令を増大させる電圧維持機能系を含む電力制御系（ＡＰＲ）と、これら電圧制御系（ＡＶＲ）と電力制御系（ＡＰＲ）のうち小さい方の出力に応じて前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御する制御装置を備えたことを特徴とする直流配電システムの制御装置。
5. 請求項１において、電圧指令を入力し、前記ＤＣ／ＤＣ変換器が接続される一方の直流系統の検出電圧を帰還値とする前記第１の電圧制御手段としての電圧制御系（ＡＶＲ）と、電力指令を入力し、前記直流系統から前記ＤＣ／ＤＣ変換器への潮流電力を帰還値とするとともに、前記直流系統の検出電圧が所定値を超えて上昇したとき、その上昇の大きさに応じて前記電力指令を増大させる電圧維持機能系を含む電力制御系（ＡＰＲ）と、これら電圧制御系（ＡＶＲ）と電力制御系（ＡＰＲ）のうち大きい方の出力に応じて前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御する制御装置を備えたことを特徴とする直流配電システムの制御装置。
6. 請求項１において、電圧指令を入力し、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の直流側の検出電圧を帰還値とする前記第１の電圧制御手段としての電圧制御系（ＡＶＲ）と、電力指令を入力し、前記ＡＣ／ＤＣ変換器から前記直流側への潮流電力を帰還値とするとともに、前記直流側の検出電圧が所定値を超えて下降したとき、その下降の大きさに応じて前記電力指令を増大させる電圧維持機能系を含む電力制御系（ＡＰＲ）と、これら電圧制御系（ＡＶＲ）と電力制御系（ＡＰＲ）のうち小さい方の出力に応じて前記ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する制御装置を備えたことを特徴とする直流配電システムの制御装置。
7. 請求項１において、電圧指令を入力し、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の直流側の検出電圧を帰還値とする前記第１の電圧制御手段としての電圧制御系（ＡＶＲ）と、電力指令を入力し、直流系統から前記ＡＣ／ＤＣ変換器への潮流電力を帰還値とするとともに、前記直流側の検出電圧が所定値を超えて上昇したとき、その上昇の大きさに応じて前記電力指令を増大させる電圧維持機能系を含む電力制御系（ＡＰＲ）と、これら電圧制御系（ＡＶＲ）と電力制御系（ＡＰＲ）のうち大きい方の出力に応じて前記ＡＣ／ＤＣ変換器を制御する制御装置を備えたことを特徴とする直流配電システムの制御装置。

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