JP4350066B2 - 系統連系装置およびその運転制御方法並びに直流給電系統 - Google Patents

Description

本発明は、マイクログリッドのような小規模直流給電系統内において、分散型電源を直流給電系統に連系するための系統連系装置およびその運転制御方法と、そのような運転制御方法が適用される直流給電系統とに関する。

近年、比較的狭い地域内に複数の分散型電源を配置するマイクログリッドと呼ばれる給電形態が注目を浴びている。そのようなマイクログリッドにおいては、給電形態として、従来の交流給電だけでなく、直流で給電することも検討されている。

直流給電系統では、負荷の変動や、電源側の出力の変動に対し、系統電圧を一定に維持することが必要である。一般的にマイクログリッドのような小規模直流給電系統においては、比較的規模が大きくて発電能力に余裕のある電源が、系統電圧を一定に維持するように制御を行っている。そこで電源において系統電圧を一定に維持するように制御を行うことを定電圧制御と呼び、定電圧制御を行う電源を定電圧電源と呼ぶ。特に、小規模直流給電系統が商用電力系統に対して連系運転を行っている場合には、商用系統（商用電源）に接続して商用系統の交流電力を直流電力に変換する連系用電力変換器が、その小規模直流給電系統における定電圧電源となる場合が一般的である。

これに対して太陽光発電や燃料電池発電などによる分散型電源では、その分散型電源に内部の発電装置（太陽電池や燃料電池）が発生した電力を過不足なく、高い効率で出力することが好ましいことから、一般的に、その分散型電源内部の系統連系装置は、系統の電圧変動にかかわりなく発電装置の出力電力を系統に対して出力するように制御を行っている。このような制御方式を定電力制御と呼び、定電力制御を行う電源装置を定電力電源と呼ぶ。

定電力電源は、直流給電系統における系統電圧の安定化には寄与しないが、これまではマイクログリッドなどの直流給電系統においては、系統全体の電力容量に比べて定電力電源の容量が十分小さかったため、安定性に関する問題は発生しなかった。しかしながら直流給電系統において定電力電源の容量比が大きくなってくると、以下に説明するように系統の安定性が低下する。

図１は直流給電系統の構成の一例を示す模式図であり、図示される直流給電系統１００は、１０台の電源装置１０１と１０台の負荷装置１０２から構成されている。この直流給電系統１００では、系統内のＡ点を境にして電源側と負荷側とが分かれており、各電源装置１０１はＡ点に対して並列に接続しており、また、各負荷装置１０２もＡ点に対して並列に接続している。電源装置１０１は、図２に示すように、電力を発生する発電装置１１１と、発電装置１１１を直流給電系統に連系する系統連系装置１１２とによって構成されている。発電装置１１１としては、太陽電池や燃料電池、あるいは、商用電源の交流電力を直流に変換する整流器などが用いられる。なお、以下の説明において、負荷装置１０２には、直流電力を消費する一般的な装置が含まれるほか、直流給電系統に蓄電装置が連系されている場合には、電力を貯えつつある状態の蓄電装置も負荷とみなされる。

このような給電網の安定度を判別する技術として、閉ループ制御でよく用いられるナイキスト安定判別法がある。直流給電系統における制御の目標は、負荷変動によらずに系統電圧を一定にすることである。ここで電源側と負荷側とを分けるＡ点に着目すると、このＡ点での系統電圧に関する伝達関数Ｗは、Ａ点から電源側を見た複素インピーダンスをＺ_sとし、Ａ点から負荷側を見た複素インピーダンスＺ_lとすれば、

で表される。そこで、［Ｚ_s／Ｚ_l］を系統インピーダンス比と呼び、角周波数ωに対する系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］の変化のベクトル軌跡を求めることとする。ナイキスト安定判別法によれば、このベクトル軌跡がナイキスト線図上で点（−１，０）を囲めば、給電系統は不安定（負荷変動等の外乱に対して系統電圧が発振してしまう）ということになる。直流給電系統の安定度の評価にナイキスト安定判別法を用いた例としては、例えば、非特許文献１に示されたものがある。

図３は、図１に示すような系統の構成において、１０台の電源装置１０１を用いたとして、定電力電源と定電圧電源の台数を変化させた場合のＡ点における系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のべクトル軌跡の例を表している。図３から示されるように定電力電源の台数比が大きくなるにつれて給電系統の安定度が低下することがわかる。図３に示す例では、定電圧電源を１台とし定電力電源を９台とした場合には、系統に発振現象が発生することになる。ここでもし全ての電源装置における出力電力値が等しければ、台数比はそのまま容量比とみなすことができる。以上のことから、給電系統内において定電圧電源に対する定電力電源の容量比が増大するに従い、給電系の安定性を維持できなくなることが確認できる。
小松正明，荒井聰明「大型宇宙機・国際宇宙ステーション／日本実験モジュールの直流ネットワーク安定解析」，IEEJ Trans. PE, Vol. 124, No. 12, 2004 X. Feng and F. C. Lee, "On-line Mesurement on Stabilify Margin of DC Distrlbuted Power System," in Proc. IEEE Appl. Power Electlon. Conf. (APEC '00), New Orleans, LA, Feb. 6-10, 2000, pp. 1190-1196

直流給電系統の場合、制御目標は系統電圧を一定に保つことであり、その観点からすれば定電圧電源の容量比を大きくすれば系統の安定性は維持されるが、太陽電池のようにその時点で発生可能な電力の全てを利用することが好ましい電源を用いる場合には、定電圧制御は、利用できるはずであった電力を利用しないことにつながるので、好ましいものではない。

そこで本発明の目的は、直流給電系統において、系統の安定性を維持しつつ、各電源装置で発生する電力をできるだけ無駄なく効率的に利用できるようにする系統連系装置及びその運転制御方法を提供することにある。また本発明は、そのような運転制御方法が適用される直流給電系統を提供することも目的とする。

本発明の運転制御方法は、直流給電系統に連系され直流給電系統内の負荷に対して電力を供給する分散型電源装置における系統連系装置の運転制御方法であって、系統連系装置は、出力制御方式として定電圧制御方式と定電力制御方式とを切り替えて運転が可能であり、直流給電系統の安定度を監視する段階と、直流給電系統の安定度に応じて出力制御方式の切り替えを行い、系統連系装置を運転する段階と、を有する。

本発明の運転制御方法では、例えば、系統連系装置ごとにその系統連系装置の直流給電系統への連系位置での直流給電系統の安定度を測定し、測定の結果に応じてその系統連系装置での出力制御方式を切り替えてもよい。あるいは、系統連系装置とは別個に設けられ直流系統電源に接続する系統安定度監視装置を使用して、系統連系装置が、系統安定度監視装置から入力する信号にしたがって出力制御方式の切り替えを行うようにしてもよい。

本発明の運転制御方法では、複数の分散型電源装置が直流給電系統に連系されている場合に、分散型電源装置ごとに異なる安定度閾値を設定し、各分散型電源装置においてその分散型電源装置に設定された安定度閾値に基づいて系統連系装置における出力制御方式の切り替えを行うようにしてもよい。

本発明の系統連系装置は、直流給電系統に連系され直流給電系統内の負荷に対して電力を供給する分散型電源装置に設けられる系統連系装置であって、直流給電系統に供給されるべき電力の変換を行う電力変換手段と、定電圧制御方式と定電力制御方式とによって電力変換手段を制御可能な制御手段と、直流給電系統の安定度を監視する系統安定度監視手段と、直流給電系統の安定度に応じて定電圧制御方式と定電力制御方式の間で出力制御方式を切り替える制御切換え手段と、を有する。

この系統連系装置において、系統安定度監視手段は、例えば、系統連系装置の直流給電系統への連系位置での直流給電系統を測定し、制御切換え手段は、例えば、系統安定度監視手段からの信号に基づいて出力制御方式の切り替えを行う。

本発明の直流給電系統は、複数の分散型電源装置が連系されて各分散型電源装置から電力の供給を受けて負荷に対して電力を供給する直流給電系統であって、各分散型電源装置は、直流給電系統に供給されるべき電力の変換を行う電力変換手段と、複数の出力制御方式によって電力変換手段を制御可能な制御手段と、直流給電系統の安定度を監視する系統安定度監視手段と、直流給電系統の安定度に応じて出力制御方式を切り替える制御切換え手段とを備える系統連系装置を有し、分散型電源装置ごとに異なる安定度閾値が設定され、各分散型電源装置においてその分散型電源装置に設定された安定度閾値に基づいて系統連系装置における出力制御方式の切り替えが行われる。

本発明の別の直流給電系統は、分散型電源装置が連系されて各分散型電源装置から電力の供給を受けて負荷に対して電力を供給する直流給電系統であって、各分散型電源装置は、直流給電系統に供給されるべき電力の変換を行う電力変換手段と、複数の出力制御方式によって電力変換手段を制御可能な制御手段と、直流給電系統の安定度に応じて出力制御方式を切り替える制御切換え手段とを備える系統連系装置を有し、系統連系装置とは別個に直流系統電源に接続し直流給電系統の安定度を監視する系統安定度監視装置が設けられ、系統連系装置は、系統安定度監視装置から入力する信号にしたがって出力制御方式の切り替えを行う。

本発明では、直流給電系統に連系する分散型電源装置において、その分散型電源装置内に設けられる系統連系装置として、複数の出力制御方式を切り替えて運転可能なものを使用する。そして、直流給電系統の安定度を監視し、安定度が十分あると判断される場合には、複数の出力制御方式のうち電力使用効率がよい制御方式（例えば、定電力制御）によって系統連系装置を運転する。そして、系統の安定度が低下した場合には、複数の出力制御方式のうち系統の安定化に寄与する制御方式（例えば、定電圧制御）によって系統連系装置を運転する。このようにして系統連系装置の制御方式を切り替えることによって、直流系統電源における例えば定電圧電源と定電力電源の容量比を適応的に調整することが可能になって、直流給電系統の不安定化を抑制することができる。したがって本発明によれば、給電系統の発振現象を抑制しつつ、各電源装置で発生する電力をできるだけ無駄なく効率的に利用できるようにすることができる、という効果が得られる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施の一形態の系統連系装置を示すブロック図であり、系統連系装置を内蔵する電源装置を示している。

図４に示す電源装置４０１は、直流給電系統に接続されるものであり、電力を発生する発電装置４０２と、発電装置４０２を直流給電系統に連系する系統連系装置４０３とによって構成されている。発電装置４０２としては、太陽電池や燃料電池などが用いられる。系統連系装置４０３は、複数の運転制御方式によって電源装置４０１を直流給電系統に連系する機能を有し、直流給電系統の安定度に応じていずれかの運転制御方式が選択されるようになっている。運転制御方式には、定電力制御方式、定電圧制御方式、定電流制御方式などがあるが、以下の説明においては系統連系装置４０３は、定電力制御方式と定電圧制御方式を用いるものとする。なお、発電装置４０２と系統連系装置４０３は、図４に示すように単一の電源装置４０１としてシステム化あるいは一体化されて設けれていてもよいし、それぞれが単体として別個に存在する形式のものであってもよい。

系統連系装置４０３は、発電装置４０２から入力する電力の電流及び電圧を測定する入力電流・電圧測定部４０４と、直流給電系統に出力するために発電装置４０２からの電力を変換する電力変換回路４０５と、電力変換回路４０５から系統側に出力される直流電力の電流及び電圧を測定する出力電流・電圧測定部４０６と、系統連系装置４０３の直流給電系統との接続点にあって系統の安定度を監視する系統安定度監視装置４１１とを備え、これら入力電流・電圧測定部４０４、電力変換回路４０５、出力電流・電圧測定部４０６及び系統安定度監視装置４１１は、発電装置４０２から直流給電系統に向かう電力用配線（図示太線）においてこの順で配置している。系統連系装置４０３は、電力変換回路４０５を定電力制御方式で駆動する定電力制御回路４０７と、電力変換回路４０５を定電圧制御方式で駆動する定電圧制御回路４０８と、系統安定度監視装置４１１からの制御切換え信号に基づき、定電力制御回路４０７の出力と定電圧制御回路４０８の出力のいずれかを選択して動作信号として電力変換回路４０５に入力させるスイッチ４０９と、定電力制御のために入力電流・電圧測定部４０４での測定結果に応じて出力電力指令値を生成する出力電力指令値生成部４１０とをさらに備えている。なお、入力電流・電圧測定部４０４及び出力電力指令値生成部４１０は、必ずしも系統連系装置４０３に組み込まれている必要はなく、系統連系装置４０３の外部に存在する出力電力指令値生成部よりこの系統連系装置４０３が出力電力指令値を受信するという形態であってもよい。

定電力制御回路４０７は、電力変換回路４０５の出力電圧と出力電流の測定値を出力電流・電圧測定部４０６から受け取り、これらの出力電圧と出力電流とから出力電力を計算し、この出力電力が出力電力指令値生成部４１０より送信される出力電力指令値に一致するように、電力変換回路４０５へ動作信号を出力する。図５は、定電力制御動作を示すフローチャートである。ステップ５０１において、電力変換回路４０５の出力電力を測定し、ステップ５０２において、測定された出力電力値と出力電力指令値とを比較する。ここで測定値が指令値に等しければステップ５０１に戻って出力電力測定を繰り返し、測定値が指令値より小さければ、ステップ５０３において、出力電力を増加させるように動作信号を出力してステップ５０１に戻る。一方、ステップ５０２において測定値が指令値より大きい場合には、出力電力を減少させるように動作信号を出力して、ステップ５０１に戻る。このようにして定電力制御回路４０７は定電力制御動作を実行する。一方、定電圧制御回路４０８は、あらかじめ設定された電圧指令値に電力変換回路４０５の出力電圧を一致させるように、電力変換回路４０５へ動作信号を出力する。

次に、この系統連系装置４０３の動作について説明する。ここでは、電源装置４０１は、図１に示した直流給電系統と同様の直流給電系統の構成要素であるものとする。

系統安定度監視装置４１１は、常時または間欠的に直流給電系統の安定度を測定する。系統連系装置４０３では、通常動作時にはスイッチ４０９によって定電力制御回路４０７の出力が選択されており、定電力制御回路４０７からの動作信号が電力変換回路４０５に与えられ、系統連系装置４０３は定電力制御を行っている。しかしながら、系統安定度監視装置４１１での測定結果により、系統の安定度が低下していると判定された場合には、具体的には後述する閾値を下回った場合には、系統安定度監視装置４１１からの制御切換え信号に応じてスイッチ４０９は定電圧制御回路４０８の出力を選択するようになり、その結果、定電圧制御回路４０８からの動作信号が電力変換回路４０５に与えられ、系統連系装置４０３は定電力制御から定電圧制御に移行して運転を続行する。定電圧制御で運転中において系統の安定度が閾値から一定値以上上回るようになった場合には、スイッチ４０９は再び定電力制御回路４０７の出力を選択し、その結果、系統連系装置４０３は再び定電力制御で動作するようになる。

以下、系統安定度監視装置４１１による系統の安定度測定について説明する。

上述の背景技術において、Ａ点から見た電源側の複素インピーダンスをＺ_sとし、負荷側の複素イピーダンスをＺ_lとして、ナイキスト線図上での系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡から、ナイキスト安定判別法により系の安定／不安定の判別でできると説明した。ところでナイキスト判定判別法は、制御要素、制御対象、フィードバック要素からなる閉ループに一般的に適用できるものであるから、系統安定度監視装置４１１から直流給電系統をその直流給電系統に接続する他の電源装置も含めて負荷とし、系統安定度監視装置４１１から系統連系装置４０３内を含めて発電装置４０２側を電源とすれば、上述と同様に系統インピーダンス比のベクトル軌跡から系統の安定度を判定することが可能である。そこで本実施形態では、系統安定度監視装置４１１から見て出力電流・電圧測定部４０６側の複素インピーダンスをＺ_sとし、直流給電系統側の複素インピーダンスをＺ_lとして、インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡を求めることとする。インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］を求めるために、系統安定度監視装置４１１は、非特許文献２に記載されるように、正弦波電流ｉ_bを直流給電系統に注入し、同時に正弦波電流ｉ_bの注入点より電源側に流れる交流電流ｉ_sを測定する。この場合、正弦波電流ｉ_bを注入することによって注入点から負荷側すなわち直流給電系統側に流れる交流電流は、ｉ_b−ｉ_sである。注入点から見た電源側の複素インピーダンスはＺ_sであり、負荷側の複素インピーダンスはＺ_lであり、注入された正弦波電流の電圧成分の大きさは、注入点において電源からで見たときも負荷側で見たときも等しいことから、
ｉ_s・Ｚ_s＝（ｉ_b−ｉ_s）・Ｚ_l
が成立する。この式より直ちに
Ｚ_s／Ｚ_l＝（ｉ_b／ｉ_s）−１
が得られる。すなわち、注入した正弦波電流ｉ_bと電源側に流れた交流電流ｉ_sとの比から１を引き去った値［（ｉ_b／ｉ_s）−１］は、系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］と等しいため、系統安定度監視装置４１１は、［（ｉ_b／ｉ_s）−１］のベクトル軌跡を評価することによって、安定度を判別する。

本実施形態の場合、定電力制御から定電圧制御への切換えは、実際に系統での発振が起こってから行うのではなく、ある程度余裕をもって行う必要がある。そこで、正弦波電流ｉ_bの角周波数ωを変えながら［（ｉ_b／ｉ_s）−１］を評価し、［（ｉ_b／ｉ_s）−１］のベクトル軌跡がナイキスト線図上で点（−１，０）に接近するかどうかで安定度を評価する。この評価に際し、ナイキスト線図上での点（−１，０）への接近を判別するための評価指標として、一般の制御系におけるナイキスト安定判別法の場合と同様に、ゲイン余裕と位相余裕の２通りの考え方がある。

まず、系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のゲイン余裕を安定度の評価指標とする例について説明する。系統が十分に安定している通常動作時には、ナイキスト線図上での［Ｚ_s／Ｚ_l］のべクトル軌跡（図示太線）は、図６に示すようになっており、ナイキスト線図においてベクトル軌跡と負側での実軸との交点をＢとすると、この交点Ｂと点Ｃ（−１，０）との距離（ゲイン余裕）は十分確保されている。一方、負荷変動等により給電系統の安定度が低下した場合、図７に示すように、ベクトル軌跡が点Ｃ（−１，０）に接近し、ベクトル軌跡と実軸との交点をＢ’とすると、交点Ｂ’と点Ｃ（−１，０）との距離すなわちゲイン余裕が小さくなる。

本実施形態では、ゲイン余裕に対してあらかじめ閾値を設定しておく。この閾値を安定度閾値と呼ぶ。例えば閾値を６ｄＢと設定した場合は、ゲイン余裕が閾値６ｄＢを下回った場合に、系統安定度監視装置４１１は、制御切換え信号をスイッチ４０９に送信する。これによりスイッチ４０９は、定電圧制御回路４０８の出力側に転じ、系統連系装置４０３の制御は定電圧制御に切り替わる。定電圧制御に切り替わった後の系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のべクトル軌跡を図８に示す。定電圧制御に切り替わった後のベクトル軌跡と実軸との交点をＢ”とすると、交点Ｂ’と点Ｃ（−１，０）との距離に比べ交点Ｂ”と点Ｃ（−１，０）との距離が大きくなり、ゲイン余裕が改善されたことが分かる。

図９は、上述した系統安定度監視装置４１１の動作を示すフローチャートである。系統安定度監視装置４１１は、ステップ５１１において、正弦波電流ｉ_bの角周波数ωを変えながら［（ｉ_b／ｉ_s）−１］を求めて系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］とし、さらに、ナイキスト線図における系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡を算出する。次に、ステップ５１２において、系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡から求められるゲイン余裕は、上述した安定度閾値以上であるかどうかを判別し、ゲイン余裕が安定度閾値以上であれば、ステップ５１１に戻り、そうでない場合には、ステップ５１３においてスイッチ４０９に対して制御切換え信号を送信してから、ステップ５１１に戻る。

このように本実施形態では、系統の安定度が低下したことが検出された場合、系統内の１台または複数台の電源装置が定電力制御から定電圧制御に移行する。少なくとも一部の電源装置が定電圧制御に移行したことで、ナイキスト線図でのゲイン余裕が増加し、この実施形態での直流給電系統の安定度が改善される。その一方で、系統の安定度が高い段階ではこれらの電源装置は定電力制御となっているので、分散型電源で発生する電力を無駄なく使用することが可能になる。

図１０は、系統安定度監視装置４１１の構成の一例を示すブロック図である。系統安定度監視装置４１１は、出力電流・電圧測定部４０６の出力側の電力用配線に設定された注入点４５１に対して正弦波電流ｉ_bを注入させる正弦波源４５２と、正弦波源４５２を制御し正弦波源４５２が出力する正弦波電流ｉ_bの周波数を変化させる制御部４５３と、注入点４５１から出力電流・電圧測定部４０６側に流れる交流電流ｉ_sを測定する交流電流測定部４５４と、交流電流測定部４５４での測定結果に基づき［（ｉ_b／ｉ_s）−１］を求めて系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］とし、系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡を算出するベクトル軌跡算出部４５５と、算出されたベクトル軌跡におけるゲイン余裕を求め、安定度閾値と比較して制御切換え信号を出力する比較部４５６と、を備えている。

次に、位相余裕に基づく安定度判別について説明する。上述したようにナイキスト線図において系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡が点Ｃ（−１，０）を囲むと系統は不安定になる。ベクトル軌跡が大きく拡がっていても、その拡がっている方向がナイキスト線図の原点Ｏから見て実軸の負の方向でなければ、ベクトル軌跡は点Ｃ（−１，０）からは離れていることになり、系統は安定しているといえる。

そこで、図１１に示すように、ナイキスト線図において、原点Ｏを中心として半径１の円を描き、系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡（図示太線）と円との交点Ｄを求め、実軸の負方向と直線ＤＯとがなす角度θとを位相余裕と定義して安定度評価値とする。θが小さくなるにつれてベクトル軌跡が点Ｃ（−１，０）に接近するので、角度θに関してあらかじめ閾値を設定しておき、角度θがこの閾値を下回った場合に、上述した場合と同様に系統安定度監視装置４１１が制御切換え信号を出力するようにしてもよい。

さらには、ゲイン余裕及び位相余裕のそれぞれについて閾値を設定しておき、系統インピーダンス比［Ｚ_s／Ｚ_l］のベクトル軌跡におけるゲイン余裕と位相余裕の少なくとも一方がその対応する閾値を下回った場合に、制御切換え信号を出力するようにしてもよい。

以上、本発明に基づく系統連系装置について説明したが、本発明では、直流給電系統に接続する電源装置の１台１台に系統安定度監視装置を設ける必要があるわけではない。図１２に示した直流給電系統においては、その直流給電系統６００に接続する各電源装置６０１とは独立して直流給電系統６００に接続する系統安定度監視装置６０５が設けられている。各電源装置６０１は、上述と同様に発電装置６０２と系統連系装置６０３を備えているが、系統連系装置６０３内には系統安定度監視装置が設けられず、その代わりに制御切換え信号受信部６０４が設けられている点で、図４に示した電源装置と異なっている。系統安定度監視装置６０５と各電源装置６０１内の制御切換え信号受信部６０４とは、制御切換え信号を伝送するための信号線６０７によって接続されている。図１２に示したものでは、系統安定度監視装置６０５は、例えば正弦波電流ｉ_bを系統に与えたときの系統の挙動を調べることによって系統の安定度を評価し、系統の安定度が低下したと判別した場合には制御切換え信号を各電源装置６０１の系統連系装置６０３内の制御切換え信号受信部６０４に送信する。系統連系装置６０３は通常動作時には定電力制御で動作しているが、制御切換え信号をその制御切換え信号受信部６０４で受信した場合には、上述の場合と同様に定電圧制御に切り替わる。その結果、直流給電系統の安定度が向上する。

図１３は、本発明において使用可能な別の系統連系装置の一例を示している。図示される系統連系装置６５３は、発電装置６５２とともに電源装置６５１内に設けられるものである。発電装置６５２は、図４に示した電源装置における発電装置４０２と同様のものである。また、系統連系装置６５３は、単一の電力変換回路を設ける代わりに、定電力制御用の電力変換回路と定電圧制御用の電力変換回路とが別々に設けられている点で、図４に示した系統連系装置４０３とは相違する。すなわち系統連系装置６５３は、発電装置６５２から入力する電力の電流及び電圧を測定する入力電流・電圧測定部６５４と、直流給電系統に出力するために発電装置６５２からの電力を変換する、相互に並列に設けられた電力変換回路６５５、６５６と、電力変換回路６５５、６５６から系統側に出力される直流電力の電流及び電圧を測定する出力電流・電圧測定部６５７と、系統連系装置６５３の直流給電系統との接続点にあって系統の安定度を監視する系統安定度監視装置６６２とを備えている。ここで電力変換回路６５５は定電力制御によって電力変換を行うものであり、電力変換回路６５６は定電圧変換によって電力変換を行うものである。さらに系統連系装置６５３は、電力変換回路６５５を定電力制御方式で駆動する定電力制御回路６５８と、電力変換回路６５６を定電圧制御方式で駆動する定電圧制御回路６５９と、系統安定度監視装置６６２からの制御切換え信号に基づき、出力電流・電圧測定部６５７での測定値を定電力制御回路６５８と定電圧制御回路６５９のいずれかに入力させるスイッチ６６０と、定電力制御のために入力電流・電圧測定部での測定結果に応じて出力電力指令値を生成する出力電力指令値生成部６６１とをさらに備えている。系統安定度監視装置６６２としては、図４〜図１１を用いて説明した系統安定度監視装置４１１をそのまま用いることができる。

図１３に示した系統連系装置６５３では、スイッチ６６０は、通常動作時には、出力電流・電圧測定部６５７の測定値を定電力制御回路６５８に送り、その結果、定電力制御回路６５８は動作信号を電力変換回路６５５に供給し、定電圧制御回路６５９は動作信号を出力しないから、電力変換回路６５５のみが動作する。したがって、系統連系装置６５３は定電力制御で動作する。系統安定度監視装置６６２が系統の安定度の低下を検出した場合には、制御切換え信号がスイッチ６６０に入力し、その結果、スイッチ６６０は、通常動作時には、出力電流・電圧測定部６５７の測定値を定電圧制御回路６５９に送る。これにより、定電圧制御回路６５９からの動作信号が電力変換回路６５６に入力し、その一方で電力変換回路６５５には動作信号が入力しないので、系統連系装置６５３は定電圧制御で動作する。このようにして図１３に示す系統連系装置を用いた場合であっても、系統の安定度が向上する。

図１４は、直流給電系統１００に対して図４に示したような電源装置４０１が複数台接続した場合の、各電源装置での安定度閾値の設定を説明する図である。各電源装置４０１において安定度閾値は系統安定度監視装置４１１内に設定されるわけであるが、図示される３台の電源装置４０１において、安定度閾値をそれぞれα，β，γ（ただしα＞β＞γ）とする。その結果、系統の安定度が低下した場合、一番大きな閾値αを有する電源装置が定電圧制御に切り替わり、さらに安定度が低下した場合は、次に大きな閾値βを有する電源装置が定電圧制御に切り替わり、以下、閾値の大きさの順に、順次、電源装置が定電圧制御に切り替わる。このように異なる安定度閾値を設定することにより、系統の安定度を維持するために必要な範囲で最小限の電源装置のみを定電圧制御とすることができ、分散型電源において発生する電力の利用効率をさらに高めながら、系統の安定化を図ることができる。

一般的な直流給電系統のモデルを示すブロック図である。 電源装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す直流給電系統に対する安定性解析結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施の一形態における系統連系装置の構成を示すブロック図である。 定電力制御を説明するフローチャートである。 系統安定時のナイキスト線図の一例を示す図である。 系統安定度が低下した時のナイキスト線図の一例を示すである。 定電圧制御に切り替わった後のナイキスト線図の一例を示すである。 系統安定度監視装置の動作を示すフローチャートである。 系統安定度監視装置の構成の一例を示すブロック図である。 位相余裕に基づく安定度判定法を説明する図である。 本発明の別の実施形態における直流給電系統を示すブロック図である。 本発明のさらに別の実施形態における系統連系装置を示すブロック図である。 電源装置ごとに異なる安定度閾値を設定することを説明する図である。

符号の説明

１００，６００ 直流給電系統
１０１，４０１，６０１，６５１ 電源装置
１１１，４０２，６０２，６５２ 発電装置
１１２，４０３，６０３，６５３ 系統連系装置
１０２ 負荷装置
４０４，６５４ 入力電流・電圧測定部
４０５，６５５，６５６ 電力変換回路
４０６，６５７ 出力電流・電圧測定部
４０７，６５８ 定電力制御回路
４０８，６５９ 定電圧制御回路
４０９，６６０ スイッチ
４１０，６６１ 出力電力指令値生成部
４１１，６０５，６６２ 系統安定度監視装置
６０４ 制御切換え信号受信部
６０７ 信号線

Claims (8)

1. 直流給電系統に連系され前記直流給電系統内の負荷に対して電力を供給する分散型電源装置における系統連系装置の運転制御方法であって、
   前記系統連系装置は、出力制御方式として定電圧制御方式と定電力制御方式とを切り替えて運転が可能であり、
   前記直流給電系統の安定度を監視する段階と、
   前記直流給電系統の安定度に応じて前記出力制御方式の切り替えを行い、前記系統連系装置を運転する段階と、
   を有する運転制御方法。
2. 前記系統連系装置ごとに当該系統連系装置の前記直流給電系統への連系位置での前記直流給電系統の安定度を測定し、該測定の結果に応じて当該系統連系装置での出力制御方式を切り替える、請求項１に記載の運転制御方法。
3. 複数の分散型電源装置が前記直流給電系統に連系されており、前記分散型電源装置ごとに異なる安定度閾値を設定し、前記各分散型電源装置において当該分散型電源装置に設定された前記安定度閾値に基づいて前記系統連系装置における出力制御方式の切り替えを行う、請求項２に記載の運転制御方法。
4. 前記系統連系装置とは別個に設けられ前記直流系統電源に接続する系統安定度監視装置を使用し、前記系統連系装置は、前記系統安定度監視装置から入力する信号にしたがって前記出力制御方式の切り替えを行う、請求項１に記載の運転制御方法。
5. 直流給電系統に連系され前記直流給電系統内の負荷に対して電力を供給する分散型電源装置に設けられる系統連系装置であって、
   前記直流給電系統に供給されるべき電力の変換を行う電力変換手段と、
   定電圧制御方式と定電力制御方式とによって前記電力変換手段を制御可能な制御手段と、
   前記直流給電系統の安定度を監視する系統安定度監視手段と、
   前記直流給電系統の安定度に応じて前記定電圧制御方式と前記定電力制御方式の間で出力制御方式を切り替える制御切換え手段と、
   を有する系統連系装置。
6. 前記系統安定度監視手段は、前記系統連系装置の前記直流給電系統への連系位置での前記直流給電系統を測定し、前記制御切換え手段は、前記系統安定度監視手段からの信号に基づいて出力制御方式の切り替えを行う、請求項５に記載の系統連系装置。
7. 複数の分散型電源装置が連系されて前記各分散型電源装置から電力の供給を受けて負荷に対して電力を供給する直流給電系統であって、
   前記各分散型電源装置は、前記直流給電系統に供給されるべき電力の変換を行う電力変換手段と、複数の出力制御方式によって前記電力変換手段を制御可能な制御手段と、前記直流給電系統の安定度を監視する系統安定度監視手段と、前記直流給電系統の安定度に応じて前記出力制御方式を切り替える制御切換え手段とを備える系統連系装置を有し、
   前記分散型電源装置ごとに異なる安定度閾値が設定され、前記各分散型電源装置において当該分散型電源装置に設定された前記安定度閾値に基づいて前記系統連系装置における出力制御方式の切り替えが行われる、直流給電系統。
8. 分散型電源装置が連系されて前記各分散型電源装置から電力の供給を受けて負荷に対して電力を供給する直流給電系統であって、
   前記各分散型電源装置は、前記直流給電系統に供給されるべき電力の変換を行う電力変換手段と、複数の出力制御方式によって前記電力変換手段を制御可能な制御手段と、前記直流給電系統の安定度に応じて前記出力制御方式を切り替える制御切換え手段とを備える系統連系装置を有し、
   前記系統連系装置とは別個に前記直流系統電源に接続し前記直流給電系統の安定度を監視する系統安定度監視装置が設けられ、
   前記系統連系装置は、前記系統安定度監視装置から入力する信号にしたがって前記出力制御方式の切り替えを行う、直流給電系統。

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