JP5336869B2 - 直流配電系統の電圧安定化装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流配電系統に生じる振動電圧を抑制し安定化させる直流配電系統の電圧安定化装置に関する。

図８は簡素化した従来の一般的な直流配電系統の構成を示す図である。
この直流配電系統は、商用系統に代表される交流電源１０１の電力を整流装置１０２で直流に変換し、直流配電線１０３を介して負荷１０４に供給する構成である。さらに、直流配電系統の電圧を安定化するために、電圧制御装置１０５を設けられている。電圧制御装置１０５は、整流装置１０２の出力端間の電圧検出器１０６で検出される直流電圧を取り込み、当該直流電圧が電圧設定値となるように整流装置１０２を介して整流出力（電圧）を制御している。

このような直流配電系統では、図９に示すような電圧・電流特性となる。同図において、実線は図８に示す電流検出器１０７及び電圧検出器１０６ａから得られる負荷電流に対する負荷電圧を表した電圧・電流特性（イ）、点線は負荷電圧に対する定電力負荷の電流を表した電圧・電流特性（ロ）である。

ここで、定電力負荷は、負荷電圧に拘らず電力一定となる負荷であって、負荷が消費する有効電力をＰ_L、負荷電圧をＶ_Lとすると、負荷電流I_Lは、I_L＝Ｐ_L／Ｖ_Lで表されるので、負荷電圧Ｖ_Lが下がるほど負荷電流I_Lが増加する。そして、負荷が増加した場合、電圧・電流特性の曲線は図示矢印のように右上の方向に移動する形となる。

一方、負荷電圧Ｖ_Lは、整流装置１０２の近端の直流電圧をＶ_S、直流配電線１０３の抵抗をＲ、負荷電流をI_Lとすると、Ｖ_L＝Ｖ_S−Ｒ・I_Lで表される。このことは、直流電圧Ｖ_Sは整流装置１０２で一定に制御され、直流配電線１０３の抵抗Ｒも一定となっているので、負荷電圧Ｖ_Lは、負荷電流I_Lの増加に伴って一定の傾きをもって低下する実線の曲線（イ）の特性となる。

その結果、直流配電系統においては、図９に示す定電力負荷の電圧・電流特性（ロ）と負荷電流に対する負荷電圧の電圧・電流特性（イ）との交点（ハ）が安定な動作点となるが、負荷の増加に伴って負荷電流が増加し、負荷電圧が低下するといった特性上から安定な動作点が徐々に右側へ推移していく。そのため、負荷の大きさによって、安定な動作点が存在しない状態となり、不安定となる。すなわち、直流配電系統における挙動としては、電圧が振動する現象が現れてくる場合がある（例えば、非特許文献１参照）。

そこで、負荷の大きさに影響されない直流電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の直流電力変換装置は、直流電源１の出力側に設けられたブリッジ構成のインバータと、このインバータから得られる交流電力を所要の電圧の変換する変圧器と、この変圧器の二次巻線側の出力を直流に変換し負荷に供給するブリッジ構成の整流回路と、インバータを構成するスイッチング素子の位相制御によって当該インバータの出力電圧を制御する制御回路とで構成され、さらに、整流回路の中間点間に可飽和リアクトルを設け、軽負荷時に負荷に流れる電流を可飽和リアクトルを通して変圧器の一次側となる直流電源側に返還することにより、制御回路でインバータのスイッチ素子のソフトスイッチングを維持できる広領域で位相シフト制御を行うことにより、インバータから一定の出力電圧に得るものである。

電気学会電力技術・電力系統技術合同研究会資料、ＰＥ−０５−７５／ＰＳＥ−０５−８２（４９〜５４頁）。

特開２００５−１６８２６６号公報

しかしながら、特許文献１では、軽負荷時にインバータを構成するスイッチ素子のソフトスイッチングの領域から外れるために、当該スイッチ素子を効率的に動作させることができない問題を改善する技術であって、負荷が増大したときに安定な動作点（収束点）が存在しない状態となり、直流配電系統に生じる電圧の振動現象を抑制し、安定化させる技術ではない。

また、本発明の適用対象は直流配電系統であって、特許文献１の整流回路及び直流負荷からなる構成に相当する。その結果、特許文献１では、整流回路と直流負荷の間に図８に示す直流配電線３が全く存在しておらず、直流配電系統に生じる電圧の振動現象も何ら問題としていない。すなわち、本発明の適用対象と特許文献１の適用対象とは全く異なる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、直流配電系統に電圧振動を生じても、その振動を抑制し、直流配電系統の電圧の安定化を図る直流配電系統の電圧安定化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、直流電力を出力する少なくとも１つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部を有し、この生成部で得られた振動を抑制する電流指令値を用いて、前記直流配電系統から前記負荷に流れる負荷電流の振動成分を打ち消す制御量を取り出す電圧振動抑制制御部と、この電圧振動抑制制御部で取り出した制御量と予め設定された前記負荷に供給すべき電圧設定値とを合算して最終電圧設定値とし、前記負荷の電圧が当該最終電圧設定値と等しくなるように前記電力変換装置を制御する負荷電圧制御部とを備えた直流配電系統の電圧安定化装置である。

また、本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置は、直流配電系統の直流配電線間に第２の電力変換装置を介して接続され、当該第２の電力変換装置を介して前記直流配電線に直流電力を供給する分散型電源と、前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、前記直流配電系統の直流系統電圧と前記分散型電源から出力すべき電力設定値とから第１の電流指令値を生成し、この第１の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第２の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第２の電流指令値となるように前記分散型電源の第２の電力変換装置を制御する出力制御部とを備えた直流配電系統の電圧安定化装置である。

さらに、本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置は、直流配電系統の直流配電線間に第２の電力変換装置を介して接続され、前記直流配電線とコンデンサ電圧との間で電力の授受を行う電圧振動抑制部と、前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、前記コンデンサ電圧が当該コンデンサの電圧設定値と等しくなるような第１の電流指令値を生成し、この第１の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第２の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第２の電流指令値となるように前記電圧振動抑制部の第２の電力変換装置を制御するコンデンサ電圧制御部とを備えた構成である。

本発明によれば、負荷電圧の特性が不安定となって直流配電系統に電圧振動を生じた場合でも、その直流配電系統に生じる電圧振動成分を抽出し、振動を打ち消す指令を含ませて制御するので、直流配電系統の電圧の安定化できる直流配電系統の電圧安定化装置を提供できる。

本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態１を示す構成図。 図１に示す電圧振動抑制制御部の各部の信号波形図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態１の他の形態例を示す構成図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態２を示す構成図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態３を示す構成図。 図５に示すヒステリシスの出力特性図。 本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態４を示す構成図。 従来の一般的な直流配電系統の電圧安定化装置の構成図。 直流配電系統における負荷電圧と負荷電流との関係を説明する相関図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１：請求項１，５対応）
図１は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態１を示す構成図である。
この発明における装置構成としては、直流配電系統と電圧安定化装置とに分けられる。
直流配電系統は、商用系統に代表される交流電源１と、交流電源１の交流電力を直流に変換する整流装置２と、整流装置２で直流に変換された電力を配電する直流配電線３と、この直流配電線３から配電される電力を消費する負荷４とで構成される。負荷４は、直流配電線３から配電される直流電力を所要の直流電力に変換する直流−直流電力変換装置５と電力消費源６とからなる。また、交流電源１と整流装置２は直流電源としての役割を有する。

電圧安定化装置としては、直流配電系統の直流系統電圧を検出する電圧検出器７ａ、負荷側の電圧を検出する電圧検出器７ｂ及び直流配電線３を流れる負荷電流を検出する電流検出器８等の検出系と、電圧検出器７ａの直流系統電圧と電流検出器８の検出電流とを取り込んで振動成分を打ち消すために必要な制御量を取り出す電圧振動抑制制御部９と、電圧振動抑制制御部９からの制御量と負荷４に供給すべき電圧設定値とを合算して最終電圧設定値とし、電圧検出器７ｂの負荷電圧が当該最終電圧設定値と等しくなるように直流−直流電力変換装置５を構成するスイッチ素子をオン・オフ制御する制御信号を取り出す負荷電圧制御部１０とが設けられている。

電圧振動抑制制御部９は、電圧検出器７ａの直流系統電圧に含む振動成分を抽出するハイパスフィルタ２１ａ及びハイパスフィルタ２１ａの出力を１／（直流配電線３の抵抗）で乗算し、振動成分を抑制するために流したい電流変換された電流指令値を得るゲイン２１ｂからなる振動抑制電流指令生成部２１と、電流検出器８の検出電流から実際の電流振動成分を取り出すハイパスフィルタ２２と、振動抑制電流指令生成部２１の出力とハイパスフィルタ２２の出力とから制御偏差（調整量）を得る減算要素２３と、この減算要素２３で得られる制御偏差をＰ（比例）・Ｉ（積分）演算し、負荷電流Ｉdcの振動成分を打ち消すための制御量を得るＰＩ演算制御部２４とが設けられている。

負荷電圧制御部１０は、電圧設定値Ｖrefに電圧振動抑制制御部９の出力である制御量を上乗せして出力する加算要素３１と、加算要素３１の出力と電圧検出器７ｂの負荷電圧との偏差，つまり最終的な電圧指令値と実際の電圧との偏差（調整量）を取り出す減算要素３２と、ＰＩ演算制御部３３と、ＰＩ演算制御部３３の出力である調整量にもともとの直流電圧設定値相当分を加えて出力する加算要素３４と、ＰＷＭ制御部３５とが設けられている。

なお、図面を簡略化するために電力の供給源を交流電源１のみとしたが、１つである必要がなく、複数の交流電源及び直流電源、その組み合わせであっても構わない。また、直流−直流電力変換装置５の制御方法の一例としてはＰＷＭ制御を採用しているが、ＰＷＭ制御に限定する必要がなく、加算要素３４の出力信号に応じた電圧を電力消費源６に与える制御方法であれば、例えばＰＡＭ制御など他の制御方法でも構わない。

次に、以上のような直流配電系統の電圧安定化装置の作用について、図１及び図２を参照しながら説明する。

交流電源１から整流装置２によって供給される直流電圧をＶ_S、直流配電線３の抵抗分をＲ、直流配電線３に流れる負荷電流をＩdc、電圧検出器７ａで得られる直流系統電圧をＶdcとすると、
Ｖdc＝Ｖ_S−Ｒ・Ｉdc ……（１）
で表される。

今、整流装置２の出力である直流電圧Ｖ_Sが一定の電圧に制御されていると仮定すれば、負荷電流Ｉdcの振動によって直流系統電圧Ｖdcが振動することになる。ここで、直流系統電圧Ｖdcの一定分をＶdc´、振動分をΔＶdcとし、また負荷電流Ｉdcの一定分をＩdc´、振動分をΔＩdcとすれば、（１）式は（２）式で表される。

Ｖdc´＋ΔＶdc＝Ｖ_S−Ｒ（Ｉdc´＋ΔＩdc） ……（２）
従って、ΔＶdc＝−Ｒ・ΔＩdc ……（３）
となる。

この（３）式に示すように、ΔＶdcにはΔＩdcが対応するので、直流系統電圧Ｖdcの振動成分ΔＶdcを抽出し、直流配電線３の抵抗Ｒで除した（逆数１／Ｒで乗ずる）下記の（４）式で表す電流が直流配電線３に流すように制御すれば、下記（５）式のようにΔＩdcが打ち消されるので、直流系統電圧Ｖdcの振動成分を抑制することができる。
ΔＩdc（補償量）＝ΔＶdc／（−Ｒ） ……（４）
Ｖ_S−Ｒ（Ｉdc´＋ΔＩdc−ΔＶdc／（−Ｒ））＝Ｖ_S−Ｒ・Ｉdc´……（５）
そこで、電圧振動抑制制御部９では、まず、振動抑制電流指令生成部２１にて直流系統電圧Ｖdcの振動成分を抽出し、当該振動成分を抑制するために流したい電流指令値を生成する。

図２は電圧振動抑制制御部９の各構成要素の出力を簡易的に表したものであって、実線は振動抑制制御を行わなかった場合、点線は振動抑制制御を行った場合を表している。すなわち、振動抑制電流指令生成部２１では、電圧検出器７ａで検出された直流系統電圧Ｖdcをハイパスフィルタ２１ａに入力し、直流系統電圧Ｖdcの振動成分ΔＶdcを抽出する（図２（ｂ）参照）。そして、抽出した振動成分に直流配電系統の等価抵抗相当の逆数（１／Ｒ）であるゲイン２１ｂを乗じ、直流系統電圧Ｖdcの振動を抑制するための振動抑制電流指令値を得た後（図２（ｃ）参照）、減算要素２３に送出する。

一方、ハイパスフィルタ２２は、電流検出器８で検出された負荷電流Ｉdc（図２（ｄ）参照）を取り込んで実測値である電流に含む振動成分（図２（ｅ）参照）を抽出した後、減算要素２３に送出する。減算要素２３では、振動抑制電流指令値からハイパスフィルタ２２の出力である実測値である振動成分を減算することによって調整量となる制御偏差を取り出し、ＰＩ演算制御部２４に導入する。ＰＩ演算制御部２４では、ＰＩ演算を実行し負荷電流Ｉdcの振動成分を打ち消すための制御量を得、負荷電圧制御部１０に送出する。

負荷電圧制御部１０では、加算要素３１にて本来の電力消費源６に供給すべき電圧設定値Ｖrefに電圧振動抑制制御部９の出力である制御量を上乗せして最終的な電圧設定値Ｖref´を取り出し、減算要素３２に入力する。減算要素３２は、電圧検出器７ｂで得られる電力消費源６の負荷電圧と電圧設定値Ｖref´との偏差を取り出してＰＩ演算制御部３３に入力し、電力消費源６の負荷電圧を電圧設定値Ｖref´に等しくするための制御量を取り出し、加算要素３４に導入する。加算要素３４は、ＰＩ演算制御部３３の出力と前記加算要素３１の出力とを合算し、直流−直流電力変換装置５が電力消費源６に印加する電圧の目標信号を取り出し、ＰＷＭ制御部３５に入力する。

ＰＷＭ制御部３５では、入力された電圧目標信号と搬送波とを比較することで電圧目標信号に応じた電圧を電力消費源６に印加するための直流−直流電力変換装置５のスイッチング素子のオン／オフ制御信号を生成し、当該直流−直流電力変換装置５を制御する。

すなわち，本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置は、電圧振動抑制制御部９により直流系統電圧Ｖdcの振動成分を打ち消すために負荷電流に流す制御量を取り出し、さらに負荷電圧制御部１０が電圧振動抑制制御部９で得られた制御量
と電圧設定値Ｖrefと加算して最終的な電圧設定値Ｖref´を得た後、この電圧設定値Ｖref´に等しくなるように電力消費源６の負荷電圧を制御するので、直流系統電圧Ｖdcの振動成分を抑制するための電流を含む負荷電流を、直流配電線３から電力消費源６に流すことができる。

従って、以上のような実施の形態によれば、直流配電系統の電圧振動成分を抽出し、その振動成分を打ち消す成分を負荷電流に含めることができ、負荷の電圧特性によって生じる直流配電系統の電圧振動を抑制し、直流配電系統の電圧を安定化することができる。

＜他の実施の形態＞
図３は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置の実施の形態１の一部を変更した他の実施の形態を説明する構成図である。

同図において、図１と異なるところは、直流−直流電力変換装置５の代わりに直流の電力を交流に変換する直交電力変換装置１１を設けた点と、負荷電圧制御部１０において加算要素３１の出力側に新たに乗算要素３６を接続し、当該乗算要素３６の出力を減算要素３２に入力する点とを追加したものである。従って、その他の構成は図１と同様であるので、その説明を省略する。

次に、他の実施の形態における作用について説明する。
他の実施の形態は、直流−直流電力変換装置５を直交電力変換装置１１に置き換えることにより、交流電源を必要とする電力消費源６ａにも適用可能にしたものである。

また、実施の形態１と同様に電圧振動抑制制御部９を設け、直流系統電圧Ｖdcの振動を抑制するための制御量を取り出して負荷電圧制御部１０に入力する。負荷電圧制御部１０では、加算要素３１にて電圧振動抑制制御部９からの制御量と電圧設定値Ｖrefとを加算し、新たに追加した乗算要素３６に入力する。

乗算要素３６では、加算要素３１の出力に基本周波数の正弦波であるｓｉｎωｔを乗じることにより、交流電圧の電圧設定値Ｖref"を取り出し、前述同様に減算要素３２に入力し、実施の形態１と同様の処理を実行する。すなわち、減算要素３２及び加算要素３４に入力される電圧設定値が交流の信号であっても、減算要素３２、ＰＩ演算制御部３３、加算要素３４及びＰＷＭ制御部３５の作用は実施の形態１と同様であり、電力消費源６ａの電圧は電圧設定値Ｖref"と等しくなるように直交電力変換装置１１を制御することができる。

従って、他の実施の形態においては、電圧設定値Ｖref"には電圧振動抑制制御部９で生成された制御量が含まれているので、実施の形態１と同様に、直流系統電圧の振動を抑制する電流指令値を含む負荷電流を、直流配電線３から電力消費源６ａに流すことができる。

この他の実施の形態によれば、負荷４が直交電力変換装置１１を介した交流負荷であっても、実施の形態１と同様に直流配電系統の電圧振動を抑制し、安定化させることができる。

（実施の形態２：請求項２，５に対応）
図４は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態２を示す構成図である。なお、同図において図１と同一部分には同一の符合を付し、重複する部分の説明を省略する。

先ず、実施の形態１と異なるところは、電圧振動抑制制御部９と負荷電圧制御部１０とを切り離し、負荷電圧制御部１０にて直流−直流電力変換装置５を制御する点と、負荷４の近傍となる直流配電線３間に新たに分散型電源１３を接続するとともに当該分散型電源１３を制御する出力制御部１２を設け、複数の負荷４が存在する場合でも適用可能とした点と、出力制御部１２に電圧振動抑制制御部９のうち振動抑制電流指令生成部２１だけを付加し、直流配電系統に生じる電圧振動を抑制する機能を付加した点とを追加したものである。

前記負荷電圧制御部１０は、加算要素３１を削除し、本来の電力消費源６に供給すべき電圧設定値Ｖrefを減算要素３２に直接入力する構成となる。

前記出力制御部１２は、有効電力設定値Ｐreを電圧検出器７ａの検出電圧で除算し電流指令値を取り出す除算要素４１と、この除算要素４１の出力から電流指令値の直流分を取り出すローパスフィルタ４２と、この直流分と振動抑制電流指令生成部２１の電流指令値とを加算する加算要素４３と、この加算要素４３の出力を、直流配電系統に連係するラインに挿入される電流検出器８ａの電流で減算する減算要素４４と、ＰＩ演算制御部４５と、ＰＩ演算制御部４５の出力と電圧検出器７ａで検出される直流系統電圧とを加算する加算要素４６と、ＰＷＭ制御部４７とからなる。

前記分散型電源１３は、直流系統側に出力する電圧を変化させるものであって、出力制御部１２の出力である制御指令で制御される直流−直流電力変換装置５ａと、蓄電池またはガスタービン発電機などを核とした直流電源５１とで構成される。

次に、以上のように構成された直流配電系統の電圧安定化装置の作用について説明する。
（１） 先ず、最初に振動抑制電流指令生成部２１ａが無いときの出力制御部１２の作用について説明する。

直流−直流電力変換装置５ａは、直流電源５１の出力のもとに出力制御部１２の制御指令に従って直流配電系統側に与える電圧を変化させ、直流系統へ流す電流を制御する役割を持っている。

すなわち、出力制御部１２は、除算要素４１にて分散型電源１３から出力すべき有効電力設定値Ｐrefを電圧検出器７ａで検出される直流系統電圧で除算し電流指令値Irefを生成し、ローパスフィルタ４２を通すことで電流指令値Irefの直流分Iref2を抽出し、減算要素４４に入力する。減算要素４４は、ローパスフィルタ４２の出力を真の電流指令値Iref2とし、電流検出器８ａの検出電圧に相当する出力電流Idc2との偏差を求めた後、ＰＩ演算制御部４５に入力する。

ＰＩ演算制御部４５は、減算要素４４の出力である偏差に基づき、出力電流Idc2が真の電流指令値Iref2と等しくするための出力電圧の偏差分を生成し、加算要素４６に送出する。加算要素４６は、ＰＩ演算制御部４５の出力と電圧検出器７ａで検出される直流系統電圧とを合算することで出力電圧目標を取り出し、ＰＷＭ制御部４７に入力する。ここで、ＰＷＭ制御部４７は、加算要素４６の出力に応じた電圧を出力するための制御信号を分散型電源１３の直流−直流電力変換装置５ａに供給し、電流検出器８ａで検出された出力電流がローパスフィルタ４２の出力である電流指令値Iref2と等しくなるように制御する。

（２） 出力制御部１２に振動抑制電流指令生成部２１ａを付加したときの作用について説明する。

振動抑制電流指令生成部２１ａにおいては、ハイパスフィルタ２１ａａとゲイン２１ａｂによって直流系統電圧の振動を抑制するための電流指令値を取り出し、加算要素４３に送出する。加算要素４３には、ローパスフィルタ４２を通過してきた電流指令値Irefの直流分Iref2が入力されているので、当該直流分Iref2に電流指令値を加算することにより、直流系統電圧の振動を抑制するための電流指令値を含む新たな電流指令値Iref2´を取り出し、ＰＷＭ制御部４７を介して直流−直流電力変換装置５ａを制御することにより、分散型電源１３から直流系統に流れる電流として振動抑制用電流指令値を含む電流指令値Iref2´と等しくなるように制御する。

従って、以上のような実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に直流配電系統の電圧振動を抑制できると共に、例えば負荷４が複数存在する場合でも、各負荷４ごとに振動抑制電流指令生成部２１と出力制御部１２を追加し調整する必要があるが、ここでは、出力制御部１２に分散型電源１３を追加することにより、複数の負荷４，…にも十分に対応可能な直流電力を与えることができ、例えば１つの出力制御部１２などの調整で済み、調整の手間を大幅に省くことができる。

（実施の形態３：請求項３，５に対応）
図５は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態３を示す構成図である。なお、同図において図１，図４と同一部分には同一の符合を付し、重複する説明を省略する。

この実施の形態３において、実施の形態２を説明する図４と異なるところは、分散型電源１３の代わりに直流−直流電力変換装置５ｂとコンデンサ５２と電圧検出器７ｄとからなる電圧振動抑制部１４を設けた点と、この電圧振動抑制部１４の近傍に電流検出器８ｂを設けた点と、出力制御部１２に代えて電圧振動抑制部１４の直流−直流電力変換装置５ｂを制御するためのコンデンサ電圧制御部１５を設けた点とにある。そして、コンデンサ電圧制御部１５に電圧振動抑制制御部９のうち振動抑制電流指令生成部２１ｂだけを付加し、直流配電系統に生じる電圧振動を抑制することにある。

コンデンサ電圧制御部１５は、コンデンサ５２の電圧設定値Ｅdpから電圧検出器７ｄの出力を減算する減算要素６１と、減算要素６１の出力を入力とするヒステリシス６２と、ヒステリシス６２の出力と振動抑制電流指令生成部２１の電流指令値とを加算する加算要素６３と、この加算要素６３の出力を、直流系統のラインに挿入される電流検出器８ｂの電流で減算する減算要素６４と、ＰＩ演算制御部６５と、ＰＩ演算制御部６５の出力と電圧検出器７ａで検出される直流系統電圧とを加算する加算要素６６と、ＰＷＭ制御部６７とで構成される。

次に、以上のように構成された直流配電系統の電圧安定化装置の作用について説明する。
（１） 先ず、最初に振動抑制電流指令生成部２１が無いときのコンデンサ電圧制御部１５の作用について説明する。

コンデンサ電圧制御部１５では、減算要素６１により電圧検出器７ｄで検出されたコンデンサ電圧と電圧設定値Ｅdpとの偏差を求め、ヒステリシス６２に入力する。このヒステリシス６２は、減算要素６１からの出力が予め定めた値を超えたときに一定値となる電流指令値Iref3を出力して減算要素６４に入力する。

減算要素６４は、ヒステリシス６２の出力から電流検出器８ｂの検出値である出力電流Ｉdc3を減じすることで電流偏差を得た後、ＰＩ演算制御部６５に入力し、当該電流偏差が最小化するための直流−直流電力変換装置５ｂの出力電圧調整分に相当する信号を取り出し、加算要素６６に入力する。加算要素６６は、ＰＩ演算制御部６５の出力と電圧検出器７ａの出力である直流系統電圧Ｖdcとを合算して出力電圧目標値を取り出し、ＰＷＭ制御部６７にて当該出力電圧目標値に応じた電圧を出力するための制御信号を直流−直流電力変換装置５ｂに送出する。

これによって、電流検出器８ｂで検出される出力電流がヒステリシス６２の出力である電流指令値Ｉref3と等しくなるように制御する。

なお、ヒステリシス６２の特性は図６に示すように、入力がプラスでしきい値ｐ2を超えるとプラスの一定値を出力し、入力がしきい値ｐ1を下回るまでプラスの一定値の出力に保持され、入力がしきい値ｐ1を下回ると出力が０となる。

逆に、入力がマイナスでしきい値ｍ2を超えるとマイナスの一定値を出力し、入力がしきい値ｍ1を下回るまでマイナスの一定値の出力に保持され、入力がしきい値ｍ1を下回ると出力が０となる。

（２） コンデンサ電圧制御部１５に振動抑制電流指令生成部２１ｂを付加したときの作用について説明する。

振動抑制電流指令生成部２１ｂにおいては、実施の形態２と同様に、ハイパスフィルタ２１ｂａとゲイン２１ｂｂとによって直流系統電圧の振動を抑制するための電流指令値を取り出して加算要素６３に入力する。ここで、電流指令値Ｉref3に振動抑制電流指令生成部２１ｂの振動抑制電流指令値を加算しているので、当該加算要素６３の出力は直流系統電圧の振動抑制電流指令値を含む新たな電流指令値Ｉref3´となる。その結果、電圧振動抑制部１４から直流系統に流れる電流としては、電流指令値Ｉref3´と等しくなるように制御される。

従って、以上のような実施の形態によれば、実施の形態１と同様に直流配電系統の電圧振動を抑制することができる。また、例えば実施の形態２に示すように直流配電系統に既存の負荷４や分散型電源１３だけが接続され、直流配電系統に生じる振動を抑制したい場合には図５に示すコンデンサ電圧制御部１５、振動抑制電流指令生成部２１ｂ及び電圧振動抑制部１４を付加することにより直流配電系統に生じる振動を抑制することができる。その結果、既存の負荷４や分散型電源１３がそのまま組み組んだ状態となっているので、既存の負荷４や分散型電源１３などの機器の改修する手間を省くことができる。

なお、電圧振動抑制部１４のコンデンサ５２に代えて電池に置換えても構わない。

（実施の形態４：請求項４，５に対応）
図７は本発明に係る直流配電系統の電圧安定化装置における実施の形態４を示す構成図である。なお、この実施の形態は、実施の形態１〜実施の形態３を組み合わせたものであり、各実施の形態と同一部分には同一の符合を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態４は、実施の形態１の構成である図１と比較して異なるところは、大きく分けて４つからなる。

その１つ目は、負荷４の近傍となる直流配電線３間に分散型電源１３と、電圧振動抑制部１４と、電流検出器８ａ，８ｂを設けた点である。

２つ目は、電流検出器８ｂの出力を入力とする停止判定回路７１ａと、この停止判定回路７１ａの出力と振動抑制電流指令生成部２１ａの出力を入力とする選択回路７２ａと、電流検出器８ａの出力と停止判定回路７１ａの出力とを入力とする停止判定回路７１ｂと、この停止判定回路７１ｂの出力と電圧振動抑制制御部９の出力を入力とする選択回路７２ｂとを追加した点である。

また、３つ目は、電圧検出器７ａの出力を入力とする振動抑制電流指令生成部２１ａ，２１ｂと、電圧検出器７ａの出力と選択回路７２ａの出力と電流検出器８ａの出力とを入力とする出力制御部１２と、電圧検出器７ｄの出力と振動抑制電流指令生成部２１ｂの出力と電流検出器８ｂの出力を入力とするコンデンサ電圧制御部１５とを追加した点である。

さらに、４つ目は、負荷電圧制御部１０の入力の一部を電圧振動抑制制御部９から選択回路７２ｂの出力に変更した点である。

以下、実施の形態４の作用について説明する。
基本的には、電圧振動抑制制御部９と負荷電圧制御部１０と負荷４とを組合せた作用は実施の形態１で述べた通りであり、振動抑制電流指令生成部２１ａと出力制御部１２と分散型電源１３とを組合せた作用は実施の形態２で述べた通りであり、振動抑制電流生成部２１ｂとコンデンサ電圧制御部１５とを組合せた作用は実施の形態３で述べた通りであり、それぞれ直流系統電圧の振動を抑制する効果を持っている。

実施の形態４において特に異なる作用は、停止判定回路７１ａは電流検出器８ｂで検出された電流が予め定めたレベル以下のとき、電圧振動抑制部１４が停止しているものと判断し、電圧振動抑制部１４停止中を表す信号を次の電圧振動抑制機能を持つ分散型電源１３の選択回路７２ａに送出する。

選択回路７２ａは、停止判定回路７１ａから送られてくる信号に基づき、電圧振動抑制部１４が動作中ならば振動抑制電流生成部２１ａの出力を出力制御部１２に送らず、電圧振動抑制部１４停止中を表す信号を受けたときに振動抑制電流生成部２１ａの出力を選択し、出力制御部１２に送るように動作する。

その結果、振動抑制電流生成部２１ａは、電圧振動抑制部１４が停止時み電圧振動抑制機能が動作することになる。

停止判定回路７１ｂは、電流検出器８ａで検出された電流が予め定めたレベル以下ならば分散型電源１３が停止しているものと判断したうえで、停止判定回路７１ａからの信号により電圧振動抑制部１４も停止中と判断したとき、これ機器１３，１４停止中を表す信号を次の電圧振動抑制を持つ負荷４の選択回路７２ｂに送出する。

選択回路７２ｂは、停止判定回路７１ｂからの信号に基づき、分散型電源１３と電圧振動抑制部１４の何れかが動作中ならば、電圧振動抑制制御部９の出力を負荷電圧制御部１０に送らず、何れも停止中であれば送るように動作する。その結果、分散型電源１３と電圧振動抑制部１４がともに停止中の場合のみ電圧振動抑制機能が動作することになる。

よって、以上のように各機器の起動停止情報を順次所定の方向にリレーしていくことにより、少なくとも１つの機器では電圧振動抑制機能が動作している状態を堅持する。

なお、各機器の停止判定は制御部から出力を利用するなど、他の手段であっても構わない。

従って、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様に直流系統電圧の振動を抑制することができるとともに、電圧振動抑制機能を持った機器や負荷が点検や故障で停止している場合でも、電圧の振動抑制機能を断たれることなく、振動抑制効果の機能を有効に発揮させることができる。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

１…交流電源、２…整流装置、３…直流配電線、４…負荷、５，５ａ…直流−直流電力変換装置、６，６ａ…電力消費源、７ａ，７ｂ，７ｄ…電圧検出器、８，８ａ，８ｂ…電流検出器、９…電圧振動抑制制御部、１０…負荷電圧制御部、１１…直交電力変換装置、１２…出力制御部、１３…分散型電源、１４…電圧振動抑制部、１５…コンデンサ電圧制御部、２１，２１ａ，２１ｂ…振動抑制電流指令生成部、２１ａ，２１ａａ，２１ｂａ…ハイパスフィルタ、２１ｂ，２１ａｂ，２１ｂｂ…ゲイン、２２…ハイパスフィルタ、５１…直流電源、５２…コンデンサ、７１ａ，７１ｂ…停止判定回路、７２ａ,７２ｂ…選択回路。

Claims (5)

1. 直流電力を出力する少なくとも１つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
   前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部を有し、この生成部で得られた振動を抑制する電流指令値を用いて、前記直流配電系統から前記負荷に流れる負荷電流の振動成分を打ち消す制御量を取り出す電圧振動抑制制御部と、
   この電圧振動抑制制御部で取り出した制御量と予め設定された前記負荷に供給すべき電圧設定値とを合算して最終電圧設定値とし、前記負荷の電圧が当該最終電圧設定値と等しくなるように前記電力変換装置を制御する負荷電圧制御部と
   を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
2. 直流電力を出力する少なくとも１つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を第１の電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
   前記直流配電線間に第２の電力変換装置を介して接続され、当該第２の電力変換装置を介して前記直流配電線に直流電力を供給する分散型電源と、
   前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、
   前記直流配電系統の直流系統電圧と前記分散型電源から出力すべき電力設定値とから第１の電流指令値を生成し、この第１の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第２の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第２の電流指令値となるように前記分散型電源の第２の電力変換装置を制御する出力制御部と
   を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
3. 直流電力を出力する少なくとも１つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を第１の電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
   前記直流配電線間に第２の電力変換装置を介して接続され、前記直流配電線とコンデンサ電圧との間で電力の授受を行う電圧振動抑制部と、
   前記直流配電系統の直流系統電圧から振動成分を抽出し、この振動を抑制する電流指令値を生成する振動抑制電流指令生成部と、
   前記コンデンサ電圧が当該コンデンサの電圧設定値と等しくなるような第１の電流指令値を生成し、この第１の電流指令値と前記振動抑制電流指令生成部で生成された振動を抑制する電流指令値とを合算し、この振動を抑制する電流指令値を含む新たな第２の電流指令値を取得し、前記直流配電系統に流す電流を前記第２の電流指令値となるように前記電圧振動抑制部の第２の電力変換装置を制御するコンデンサ電圧制御部と
   を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
4. 直流電力を出力する少なくとも１つの直流電源と、この直流電源の直流電力を負荷側へ配電する直流配電線と、この直流配電線から配電される直流電力を第１の電力変換装置を介して電力消費する負荷とから成る直流配電系統において、
   それぞれ当該直流配電系統を共通として前記請求項１，２及び３の順位で多段的に接続してなる構成と、
   前記下位となる請求項３の構成の前記直流配電系統を流れる電流が予め定めた第１の所定レベル以下のとき、前記電圧振動抑制部が停止中と判定する第１の停止判定手段と、
   この第１の停止判定手段の出力信号と前記請求項３の構成の前記振動抑制電流指令生成部の出力とから前記電圧振動抑制部または当該振動抑制電流指令生成部の電圧振動抑制機能を生かすように選択する第１の選択手段と、
   前記中位となる請求項２の構成の前記直流配電系統を流れる電流が予め定めた第２の所定レベル以下のときに前記分散型電源が停止であると判定し、前記第１の停止判定手段から停止信号を受けたとき、前記中位以下の電圧振動抑制機能も停止中と判定する第２の停止判定手段と、
   この第２の停止判定手段から前記中位以下の電圧振動抑制機能が停止中であるとする信号を受けたとき、上位の請求項１の構成の前記電圧振動抑制制御部の出力を選択する第２の選択手段と
   を備えたことを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の直流配電系統の電圧安定化装置において、
   前記振動抑制電流指令生成部は、前記直流配電系統の直流系統電圧に含む振動成分を抽出するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力を１／（直流配電線の抵抗相当）で乗算し、電流変換された振動を抑制する電流指令値を取得するゲインとで構成されていることを特徴とする直流配電系統の電圧安定化装置。

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