JP5813028B2 - 分散型電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統から解列した状態で自立運転可能な分散型電源装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、電力系統から解列された複数の分散型電源を自立運転する際に、各分散型電源のいずれか１つのインバータを基準のインバータとし、この基準のインバータを電圧制御運転して交流電圧源を形成する。そして、基準のインバータの出力電圧が発生した後、残りの分散型電源のインバータを基準のインバータの出力電圧に同期してそれぞれ電流制御運転し、この電流制御運転により交流電圧源に同期した交流電流源をそれぞれ形成して各分散型電源を並列同期運転する方法が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、電力系統から解列された複数台の分散型電源を運転するために、蓄電設備を備える第１の種類の分散型電源の一つの分散型電源の電力変換装置を電圧制御運転して、この１台の分散型電源を自立運転の交流電圧源とする。そして、太陽電池等の発電設備を備える第２の種類の分散型電源の電力変換装置と残りの第１の種類の分散型電源を発電設備の最大電力点に追従するように電流制御運転することで、系統の任意の個所への分散型電源の増設が可能な分散型電源の運転方法が開示されている。また、基準電圧を発生する分散型電源が故障した場合は故障した分散型電源の運転を停止し、他の１台の第１の種類の分散型電源を交流電圧源として用いる切換動作を行うことで、負荷への給電の停止を極力避ける方法が開示されている。

特開平１１−８９０９６号公報 特開２００５−２９５７０７号公報

特許文献１および特許文献２に記載の先行例では、各分散型電源のいずれか１つの電力変換装置を電圧制御運転して基準となる交流電圧を発生させ、残りの分散型電源の電力変換装置を基準の交流電圧に同期してそれぞれ電流制御運転する。このため、基準電圧を発生する分散型電源の出力電力は、負荷電力から他の分散型電源の出力電力を差し引いた値となり、任意に制御することができない。
従って、基準電圧を発生する分散型電源には、負荷急変や日射急変時の電力供給バランスを保つために、残りの分散型電源の発電電力を充放電するための大容量の蓄電設備と電力変換装置が必要となり、装置の大型化や高コスト化の要因となっていた。

また、特許文献１に記載の先行例では、基準電圧を発生する分散型電源が故障した場合は基準となる交流電圧が喪失され、また、その蓄電設備が満充電の場合は、余剰電力を吸収する手段が無くなり、負荷急減や日射急増等の電力変動によって余剰電力が生じると過電圧発生により装置停止となり、電流制御運転する残りの分散型電源が動作不能となっていた。

また、特許文献２に記載の先行例では、基準電圧を発生する分散型電源が故障した場合や、その蓄電設備が満充電となった場合は、他の分散型電源を電圧制御運転するよう切換動作を行うことで自立運転を再開しているが、基準電圧を発生する分散型電源が故障してから切換動作が完了するまでは負荷への給電が停止するため、負荷への安定的な電力供給を行うことができなかった。
また、基準電圧を発生する全ての分散型電源には、残りの分散型電源の発電電力を充放電するための大容量の蓄電設備と電力変換装置が必要となり、装置の大型化や高コスト化の要因となっていた。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、分散型電源を構成する蓄電設備や電力変換装置の小型化と低コスト化、負荷急変や日射急変時にも運転継続可能な分散型電源装置を提供することを目的としている。

本発明に係る分散型電源装置は、発電設備と直流側が発電設備に接続され交流側が出力端に接続された第一電力変換装置とを備えた第一分散型電源、および蓄電設備と直流側が蓄電設備に接続され交流側が出力端に接続された第二電力変換装置とを備えた第二分散型電源を備え、両電源が電力系統に接続される連系運転モードと電力系統から解列し両電源が負荷に接続される自立運転モードとが可能な分散型電源装置であって、
自立運転モード時、第一分散型電源と第二分散型電源との交流出力電圧の電圧位相差および電圧振幅差のいずれか一方または双方を可変とすることにより第一分散型電源の発電電力および第二分散型電源の充放電電力を制御する電力制御手段を備え、
更に、蓄電設備の充放電電力を検出する充放電電力検出手段を備え、
電力制御手段は、蓄電設備の充放電電力検出値と充放電電力指令値との偏差に基づき第二分散型電源の交流出力電圧の位相を変化させることにより第二分散型電源の充放電電力を制御するようにしたものである。
また、本発明の更なる分散型電源装置は、発電設備と直流側が発電設備に接続され交流側が出力端に接続された第一電力変換装置とを備えた第一分散型電源、および蓄電設備と直流側が蓄電設備に接続され交流側が出力端に接続された第二電力変換装置とを備えた第二分散型電源を備え、両電源が電力系統に接続される連系運転モードと電力系統から解列し両電源が負荷に接続される自立運転モードとが可能な分散型電源装置であって、
自立運転モード時、第一分散型電源と第二分散型電源との交流出力電圧の電圧位相差および電圧振幅差のいずれか一方または双方を可変とすることにより第一分散型電源の発電電力および第二分散型電源の充放電電力を制御する電力制御手段を備え、
更に、第一分散型電源および第二分散型電源のいずれか一方または双方に、交流側の交流出力電流を所定の電流上限値に制限する出力電流制限手段を備えたものである。

以上のように、本発明の分散型電源装置における電力制御手段は、自立運転モード時、第一分散型電源と第二分散型電源との交流出力電圧の電圧位相差および電圧振幅差のいずれか一方または双方を可変とすることにより第一分散型電源の発電電力および第二分散型電源の充放電電力を制御するので、両電源は共に電圧制御で負荷急変や日射急変時の電力変動に応答し、安定した自立運転と蓄電設備や電力変換装置の小型化と低コスト化が実現する。更に、蓄電設備の充放電電力を検出する充放電電力検出手段を備え、
電力制御手段は、蓄電設備の充放電電力検出値と充放電電力指令値との偏差に基づき第二分散型電源の交流出力電圧の位相を変化させることにより第二分散型電源の充放電電力を制御するようにしたので、蓄電設備の充放電の制御が適切になされる。
また、本発明の更なる分散型電源装置では、第一分散型電源および第二分散型電源のいずれか一方または双方に、交流側の交流出力電流を所定の電流上限値に制限する出力電流制限手段を備えたので、自立運転モードで負荷電力が急増しても安定した電力供給が可能となる。

本発明の実施の形態１による分散型電源装置の構成を示す図である。 図１の電力変換回路３４、４４の内部構成例を示す図である。 図１の第一電力変換装置３の制御ブロック図である。 図１の第二電力変換装置４の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態１による分散型電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 第二分散型電源９の充放電時の動作を説明するフェーザ図である。 第二分散型電源９による太陽電池１の最大発電電力追従制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態１による分散型電源装置の、負荷急増時の動作を説明するフェーザ図である。 本発明の実施の形態２による分散型電源装置における第二電力変換装置４Ａの制御ブロック図である。 図９の第二電力変換装置４Ａによる循環電流抑制制御を説明するフェーザ図である。 本発明の実施の形態３による分散型電源装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による分散型電源装置の構成を単線ブロックで示す図である。第一分散型電源８と第二分散型電源９とがスイッチ７を介して電力系統５に接続されている。また、両電源８、９には負荷６が接続されている。
第一分散型電源８は、発電設備である太陽電池１と直流側が太陽電池１に接続され交流側がその出力端に接続された第一電力変換装置３とにより、また、第二分散型電源９は、蓄電設備２と直流側が蓄電設備２に接続され交流側がその出力端に接続された第二電力変換装置４とにより構成される。

第一電力変換装置３は、電力変換回路３４と、交流電圧制御手段３１と、出力電流制限手段３３と、交流電圧を検出するための電圧センサ３５ａ、３５ｂと、交流電流を検出するための電流センサ３６とで構成され、太陽電池１で発電される直流電力を交流電力に変換する。
第二電力変換装置４は、電力変換回路４４と、交流電圧制御手段４１と、電力制御手段４２と、交流電圧を検出するための電圧センサ４５ａ、４５ｂと、直流電圧を検出するための電圧センサ４５ｃと、直流電流を検出するための電流センサ４６ｃとで構成され、蓄電設備２を放電する場合は蓄電設備２の直流電力を交流電力に変換し、蓄電設備２を充電する場合は交流電力を直流電力に変換する。

電力系統５が正常な時はスイッチ７は閉路しており、電力系統５から負荷６に電力供給される。この場合、第一分散型電源８は、連系運転モードで動作し、電力系統５の交流電圧に同期して電流制御運転され、太陽電池１が発電可能な時は太陽電池１で発電される直流電力を交流電力に変換して、負荷６や第二分散型電源９に電力供給、または、電力系統５に逆潮流する。また、第二分散型電源９は、連系運転モードで動作し、電力系統５の交流電圧に同期して電流制御運転され、蓄電設備２を放電する時は蓄電設備２の直流電力を交流電力に変換して負荷６に電力供給を行い、蓄電設備２を充電する時は電力系統５または第一分散型電源８の発電する交流電力を直流電力に変換して蓄電設備２に電力供給を行う。

本発明で対象とする、電力系統５の停電時は、スイッチ７は開路し、負荷６と分散型電源８、９は電力系統５から解列される。そして、手動操作またはシーケンス制御等の自動操作により、各分散型電源８、９に自立運転モード指令が入力されると、各分散型電源８、９は、電圧制御運転で動作し、負荷６に交流電力を供給する。

図２は、図１の電力変換回路３４、４４の内部構成の一例を示す図である。平滑コンデンサＣｉ、昇圧用リアクトルＬｉ、スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを構成しており、直流側の直流端子ＴＭ１、ＴＭ２から入力される太陽電池１の直流電圧を昇圧して平滑コンデンサＣｌｉｎｋに出力する。
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、交流フィルタリアクトルＬｏ、交流フィルタコンデンサＣｏは、ＤＣ／ＡＣコンバータを構成しており、平滑コンデンサＣｌｉｎｋの直流電力を交流電力に変換して、交流側の交流端子ＴＭ３、ＴＭ４から電力系統５や負荷６に出力する。ここで、交流フィルタリアクトルＬｏ、交流フィルタコンデンサＣｏは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチング動作によって発生する高周波電圧成分を除去するためのものである。

なお、高周波電圧成分除去用の交流フィルタとして、交流フィルタリアクトルＬｏと交流フィルタコンデンサＣｏの構成として記載しているが、いわゆるＴ型フィルタや２段フィルタ等、同様の機能を備えるものであればどの構成でもよい。
また、電力変換回路３４、４４の回路構成は、直流電力を交流電力に変換するものであればどんな構成でもよく、例えば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧コンバータや絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータでもよく、また、昇圧ＤＣ／Ｃコンバータがない構成でもよい。

次に、本発明の分散型電源装置の動作を、第一電力変換装置３の制御ブロックを示す図３、第二電力変換装置４の制御ブロックを示す図４および各動作を期間毎にタイミングチャートで示す図５をも参照して詳細に説明する。

先ず、図５の期間Ａは、電力系統５が停電し、自立運転指令が立ち上がり、自立運転モードの体制が確立する過程を示している。
第一電力変換装置３が先に起動するものとすると、第一電力変換装置３は、太陽電池１の直流電力から所定の周波数・電圧（例えば、５０Ｈｚ、１００Ｖ）の正弦波交流電圧を発生させるために、電圧制御運転で動作する。起動時、突入電流を低減するため、電圧振幅を徐々に増大させるようなソフトスタート特性を持たせることが望ましい。

図１、図３において、交流電圧制御手段３１は、電圧センサ３５ｂにより第一電力変換装置３が出力する交流出力電圧を検出し、所定の交流電圧となるように一般的なフィードバック制御を行い、交流電圧信号Ｖ１１を生成する。出力電流制限手段３３は、電流センサ３６により第一電力変換装置３が出力する交流出力電流Ｉ１を検出し、この電流が所定の電流上限値を超えないように一般的なフィードバック制御により電圧補正信号Ｖ１２を生成し、電力変換回路３４のスイッチング回路に供給するための電圧指令値Ｖ１ｒｅｆ＝Ｖ１１−Ｖ１２を生成する。
電力変換回路３４は、電圧指令値Ｖ１ｒｅｆに応じたスイッチング動作を行い、交流フィルタで高周波成分を除去して、所定の出力電圧Ｖｏを発生する。

なお、出力電流制限手段３３は、その電圧補正信号Ｖ１２が、交流出力電流が電流上限値を超えたときのみ立ち上がり、電圧指令値Ｖ１ｒｅｆを低減させるように働くものであるので、この出力電流制限手段３３の動作は、後段の負荷急増時の動作（図５の期間Ｃ）のところで説明するものとする。

次に、第二電力変換装置４が起動するまでの動作について、図１、図４により説明する。第二電力変換装置４は、電圧センサ４５ａにより交流受電点での交流電圧Ｖ２ａを検出し、基準となる交流電圧振幅と周波数、位相を格納する。交流電圧指令生成手段４３は、格納された基準電圧振幅、基準周波数、基準位相をもとに、交流受電点電圧Ｖ２ａに同期し、交流受電点電圧Ｖ２ａと同じかやや遅れ位相の交流電圧指令を生成する。この時、充放電電力指令値はゼロであり（図５の期間Ａ）、電力制御による位相制御は行っていない。

交流電圧制御手段４１は、電圧センサ４５ｂにより第二電力変換装置４が出力する交流電圧Ｖ２ｂを検出し、所定の交流電圧となるように一般的なフィードバック制御を行い、電力変換回路４４のスイッチング回路に供給するための電圧指令値Ｖ２ｒｅｆを生成する。電力変換回路４４は、電圧指令値Ｖ２ｒｅｆに応じたスイッチング動作を行い、交流フィルタで高周波成分を除去して、所定の出力電圧Ｖｏを発生させてから、開閉器４７を閉路する。

なお、以上では、第一電力変換装置３が先に起動するものとしたが、第二電力変換装置４が先に起動してもよい。この場合、第二電力変換装置４は、蓄電設備２の直流電力から所定の周波数・電圧（例えば、５０Ｈｚ、１００Ｖ）の正弦波交流電圧を発生させるために、ソフトスタート特性を持たせて電圧制御運転で動作する。その後、第一電力変換装置３は、電圧センサ３５ａにより交流受電点での交流電圧Ｖ１ａを検出し、交流電圧制御手段３１に基準となる交流電圧振幅と周波数、位相を格納し、電力変換回路３４が交流受電点電圧Ｖ１ａに同期し、交流受電点電圧Ｖ１ａと同じかやや進み位相の出力電圧Ｖｏを発生させてから、開閉器３７を閉路する。

次に、自立運転モードが立ち上がり、その後、充放電電力指令値をゼロから増減することで、第一分散型電源８と第二分散型電源９の電力制御を行う動作について説明する。
電力制御手段４２は、電圧センサ４５ｃと電流センサ４６ｃとにより検出する蓄電設備２の直流電圧検出値と直流電流検出値とより、蓄電設備２の充放電電力検出値を計算し、蓄電設備２の充放電電力検出値が充放電電力指令値となるように、位相を基準位相から変化させた交流電圧指令値を生成する。

図６は、第二分散型電源９、従って、蓄電設備２の充放電時の動作を説明するフェーザ図（ベクトル図）である。説明を簡略化するため、負荷６として抵抗負荷が接続されているものとする。また、第一電力変換装置３、第二電力変換装置４の高周波電圧成分を除去するための、図示されていない交流フィルタリアクトルのインダクタンス値Ｌは同じとした。
図６において、Ｖ１は、第一電力変換装置３の電圧ベクトル、Ｖ２は、第二電力変換装置４の電圧ベクトル、Ｖｏは、負荷６に印加される電圧ベクトルである。Ｉ１は、第一電力変換装置３の電流ベクトル、Ｉ２は、第二電力変換装置４の電流ベクトルで、負荷電流は、Ｉ１とＩ２の合計となる。

先ず、図６（ａ）は、自立運転モードが確立した、即ち、第一電力変換装置３の起動に続いて第二電力変換装置４の起動操作が完了した状態を示し、図５の期間Ａの終了時点に相当する。
ここでは、蓄電設備２の充放電電力をゼロに制御している状態となる。この状態では、第一分散型電源８のみが負荷６に電力を供給している状態であり、太陽電池１は、発電状態、蓄電設備２は、充放電電力ゼロ状態となる。

図６（ｂ）は、充放電電力指令値（充電方向を正、放電方向を負とする）を図６（ａ）のゼロの状態から所定量低減して蓄電設備２を放電状態に制御している状態を示すフェーザ図である。第二電力変換装置４の電圧指令値Ｖ２ｒｅｆは、起動直後（図６（ａ））の基準位相に対して、位相を所定量進ませた状態としている。この状態では、第一分散型電源８と第二分散型電源９とは共に、負荷６に電力を供給している状態であり、太陽電池１は、発電状態、蓄電設備２は、放電状態となる。

図６（ｃ）は、充放電電力指令値を図６（ａ）のゼロの状態から所定量増大して蓄電設備２を充電状態に制御している状態を示すフェーザ図である。第二電力変換装置４の電圧指令値Ｖ２ｒｅｆは、起動直後（図６（ａ））の基準位相に対して、位相を所定量遅らせた状態としており、出力電圧Ｖｏよりも位相を遅らせている。この状態では、第一分散型電源８は、負荷６と第二分散型電源９とに電力を供給している状態であり、太陽電池１は、発電状態、蓄電設備２は、充電状態となる。

このように、第二電力変換装置４の電圧指令値Ｖ２ｒｅｆの電圧位相を、基準位相に対して変化させることで、従って、第一分散型電源８と第二分散型電源９との交流出力電圧の電圧位相差を変化させることで、第二分散型電源９の充電電力、または、放電電力を制御することが可能となる。

次に、電力制御手段４２において、充放電電力指令値を操作することにより、第一分散型電源８の太陽電池１の発電電力を最大化する方法、従って、太陽電池１をその最大発電電力点で動作させる充放電指令値を求める動作について説明する。図７は、太陽電池１の最大発電電力追従制御を説明するフローチャートである。また、この制御過程は、図５の期間ＢおよびＣに対応し、以下、これらの図をも参照して説明する。

図７において、既述したとおり、第二分散型電源９の充放電電力指令値の充電方向を正とし、初期状態では、充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆに応答して充放電電力検出値Ｐ２＝Ｐｏであるとする（ステップＳ１）。
なお、このＰ２＝Ｐｏの状態は、先に説明した図６では、その（ａ）から（ｃ）の任意の動作点にある。

ここで、第二分散型電源９の充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを一旦所定量ΔＰ増加させ（ステップＳ２）、そのときの充放電電力検出値Ｐ２を求める（ステップＳ３）。そして、次のステップＳ４で、増加させた充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆと充放電電力検出値Ｐ２とを比較し、（Ｐ２ｒｅｆ−Ｐ２）＞閾値電力？を判断する。即ち、この電力差に有意差があるか否かを判断する。

ステップＳ４でＮｏ、即ち、電力差に有意差がない、従って、第二分散型電源９の充放電電力検出値Ｐ２が充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆに追従した場合は、太陽電池１の最大発電電力は現在の発電電力よりも大きいと判断し、一旦ΔＰ増加させた充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆをその増加させた値として確定する（ステップＳ５）。
そして、再び、ステップＳ２からの操作を行う。

ステップＳ４でＹｅｓ、即ち、電力差に有意差があるとき、従って、第二分散型電源９の充放電電力検出値Ｐ２が充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆに追従しない場合は、太陽電池１の最大発電電力は現在の発電電力よりも小さいと判断し、一旦増加させた充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆをΔＰ減少させ元の値に戻す（ステップＳ６）。

また、負荷６の電力増加や太陽電池１の発電電力の減少等により、第二分散型電源９の充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを維持または一旦所定量増加させたときに第二分散型電源９の充放電電力検出値Ｐ２が減少した場合は、太陽電池１の最大発電電力は現在の発電電力よりも小さいと判断し、充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを所定量減少させ、現在の充放電電力検出値Ｐ２に変更する。

以上の操作を繰り返すことにより、第二分散型電源９の充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆと充放電電力検出値Ｐ２とから、太陽電池１の最大発電電力を推定し、第二分散型電源９の充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを太陽電池１の最大発電電力となる指令値にすることで、太陽電池１の余剰電力を余すことなく利用することが可能となり、蓄電設備２の小型化が可能となる。

なお、第二分散型電源９の充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを維持または一旦所定量増加させたときに第二分散型電源９の充放電電力検出値Ｐ２が減少した場合は、太陽電池１の最大発電電力は現在の発電電力よりも小さいと判断し、充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを現在の充放電電力検出値Ｐ２に段階的に変更してもよい。

なお、図５の期間Ｂは、充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを順次増大させ、これに充放電電力検出値Ｐ２が追従することから、第一分散型電源８の発電電力が次第に増大していき、第二分散型電源９の充電電力が増大していく様子、その後、第一分散型電源８の発電電力が最大値にいたり、それ以上の追従しないことを受けてその最大発電電力を保っている様子を示している。

次に、負荷６の電力が急増した場合の動作について説明する。図８は、負荷急増時の動作を説明するフェーザ図である。また、この動作過程は、図５の期間Ｃに対応し、以下、これらの図をも参照して説明する。

図８において、初期状態は、第一分散型電源８と第二分散型電源９とが共に自立運転モードで起動しており、蓄電設備２の充放電電力をゼロに制御している状態（図８（ａ））とする。ここでは、電圧ベクトルＶ１は、電圧ベクトルＶ２、出力電圧ベクトルＶｏに比べて進み位相となっている。

この状態から負荷６が急増すると、負荷インピーダンスに対する交流フィルタリアクトルのインピーダンス比率が高くなるので、出力電圧ベクトルＶｏの電圧ベクトルＶ１に対する位相遅れ量が増加し、電圧ベクトルＶ２に対しても遅れ位相となる（図８（ｂ））。その結果、電力変換回路３４の出力電流Ｉ１が増加するだけでなく、電力変換回路４４の出力電流Ｉ２も流れ、蓄電設備２は放電状態となる。

電力変換回路３４の出力電流Ｉ１が許容電流値（図３に示す電流上限値が相当する）以下であれば、この図８（ｂ）の状態で動作継続が可能であるが、許容電流値を超えた場合は、過電流保護により電力変換回路３４が動作停止となる。電力変換回路３４が動作停止となると、電力変換回路４４から負荷６に全電力を供給することになり、この結果、負荷電流ＩＬが電力変換回路４４の許容電流を超えると、過電流保護により電力変換回路４４も動作停止となって装置全体の動作が停止することになる。

しかるに、図３に示す出力電流制限手段３３が動作すると、電力変換回路３４の出力電流Ｉ１を制限するように電圧指令値Ｖ１ｒｅｆが生成されるため、フェーザ図は、図８（ｃ）となる。即ち、電圧ベクトルＶ２に対する電圧ベクトルＶ１の進み位相量が小さくなるため、出力電圧ベクトルＶｏの位相は更に遅れ位相となる。その結果、出力電圧ベクトルＶｏに対する電圧ベクトルＶ２の進み位相量が増加し、電力変換回路４４の出力電流Ｉ２が増加し、蓄電設備２の放電電力量が増加する。

そして、電力変換回路３４の出力電流Ｉ１は許容電流値以下に制限しているので動作継続が可能となる。電力変換回路４４の出力電流Ｉ２は、負荷電流ＩＬからＩ１を差し引いた電流を供給できれば動作継続が可能となる。
このように、出力電流制限手段３３によって電力変換回路３４の出力電力を制限することで電力変換回路３４の動作継続を可能とし、電力変換回路４４が補完すべき出力電力を最小限にすることが可能となるため、負荷電力急増時においても、負荷６に電力を安定供給することが可能となる。

図５の期間Ｃに示すように、充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを維持している過程で負荷６が急増した場合、先の動作で説明したとおり、充放電電力検出値Ｐ２の急減（充電動作から放電動作へ急変）を受けて充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを現在の充放電電力検出値Ｐ２に変更する。

図５の期間Ｃの終了で負荷６が急減すると、第二分散型電源９は、再び、第一分散型電源８の出力電力が最大出力電力となるように、充放電電力指令値Ｐ２ｒｅｆを変化させる（図５期間Ｄ）。

なお、出力電流制限手段３３の動作として、交流出力電流Ｉ１を検出し、フィードバック制御による電圧補正を行う方式（図３）で説明したが、ヒステリシス制御のように、交流出力電流Ｉ１が電流上限値を超えないように直接スイッチング動作させる方式でもよい。
また、出力電流制限手段を別途、第二分散型電源９にも設け、その放電電流を所定の電流上限値に制限するようにしてもよい。
更に、第一分散型電源８に接続される発電設備を太陽電池１として記載しているが、風力発電機や燃料電池等の発電機能を備えたものであってもよい。

以上のように、本発明の実施の形態１による分散型電源装置は、自立運転モード時、第一分散型電源８と第二分散型電源９との交流出力電圧の電圧位相差を可変とすることにより第一分散型電源８の発電電力および第二分散型電源９の充放電電力を制御する電力制御手段４２、更には、交流出力電流が所定の電流上限値を超えないよう電圧指令値を補正する出力電流制限手段を備えたので、両電源８、９は共に電圧制御で負荷６の急変や日射急変時の電力変動に応じて安定した自立運転が可能となり、また、太陽電池１の余剰電力を余すことなく利用することで、電力変換回路３４、４４、蓄電設備２の小型化が可能となる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、蓄電設備２の充放電電力を制御するために、蓄電設備２の直流電圧検出値と直流電流検出値とから計算した充放電電力検出値である電力計算値を用いたが、第二電力変換装置４の交流出力電圧検出値と交流出力電流検出値とから計算した電力計算値を用いてもよい。この場合、有効電力（充放電電力）だけでなく、無効電力も計算できるため、交流電圧振幅を制御することで第一電力変換装置３と第二電力変換装置４の間を流れる循環電流もゼロに制御することが可能となる。

この動作について、図９に示す第二電力変換装置４Ａの制御ブロック図と図４のフェーザ図とを用いて説明する。
説明を簡略化するために、負荷６は先の形態１と同様抵抗負荷とし、第一電力変換装置３の電圧ベクトルＶ１と、第二電力変換装置４Ａの電圧ベクトルＶ２との位相差はないものとする。
電圧ベクトルＶ１の電圧振幅と電圧ベクトルＶ２の電圧振幅とが異なる場合、電圧振幅差（Ｖ１−Ｖ２）により、９０度位相の遅れた電流Ｉ１が第一電力変換装置３から第二電力変換装置４Ａに流れることになる。この電流は、負荷６には流れず、第一電力変換装置３と第二電力変換装置４Ａとを循環する電流成分であり、損失増加や装置の大容量化の要因となる。

第二電力変換装置４Ａの電力制御手段４２は、交流出力電圧検出値と交流出力電流検出値とから有効電力検出値（充放電電力検出値）と無効電力検出値とを算出する。そして、算出した無効電力検出値がゼロとなるように、比例積分制御等の公知のフィードバック制御により電圧振幅補正信号を計算し、第二電力変換装置４Ａの電圧指令値Ｖ２ｒｅｆの振幅を変化させる無効電力制御の手段を備えている。
これにより、第一電力変換装置３と第二電力変換装置４Ａとの間を流れる循環電流をゼロに制御することができ、装置の低コスト化が可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態２による分散型電源装置は、電力制御手段４２に、第一電力変換装置３と第二電力変換装置４Ａとの間を流れる循環電流をゼロに制御する手段を備えたので、装置の低コスト化が可能となる。

なお、以上では、説明を簡略化するため、負荷６を抵抗負荷と仮定したが、負荷６が所定の力率を有する一般的な負荷の場合は、算出した無効電力検出値が最小となるよう第二電力変換装置４Ａの電圧指令値Ｖ２ｒｅｆの振幅を変化させるよう動作する。

また、無効電力制御の手段を第一分散型電源８に備え、その無効電力検出値が最小となるよう第一電力変換装置３の交流出力電圧の振幅を制御することでも同様の効果を奏することが出来る。この場合、太陽電池１を備えた第一分散型電源８が複数接続されたときにおいても、各分散型電源間を流れる循環電流を抑制することが可能となる。
なお、以上の電力制御手段４２では、両電源８、９の交流出力電圧の電圧振幅差のみを制御する点につき説明したが、先の実施の形態１で説明した電圧位相差を同時に制御するようにしてもよく、また、目的によってはそのいずれか一方を制御するとしてもよい。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３による分散型電源装置の構成を単線ブロックで示す図である。先の実施の形態１との相違点は、発電電力検出手段としての電流センサ４６ｄを追加した点である。電流センサ４６ｄは、電力系統５から負荷６と第二分散型電源９に接続される電気的共通経路上で、かつ、電力系統５と負荷６との接続点と電力系統５と第一分散型電源８との接続点の間に設けられる。

一般的には、第一分散型電源８と第二分散型電源９とは近接しているという条件はないと想定せざるを得ない。この場合、第二分散型電源９側では、第一分散型電源８の電流センサ３６の電流検出情報は簡単には得られない。
従って、電流センサ４６ｄを追設することで、この電流センサ４６ｄによる電流検出値と、電圧センサ４５ａまたは４５ｂによる電圧検出値とから算出される電力検出値より、自立運転時、第一分散型電源８の発電電力を直接検出することができる。この結果、第二分散型電源９による太陽電池１の最大電力追従制御をより高精度に行うことが可能となる。

即ち、この最大電力追従制御の基本的な動作は先の実施の形態１と同じであるが、第一分散型電源８の発電電力と負荷６の消費電力とを分離することができるので、充放電電力指令値の増減操作に追従するか否かは第一分散型電源８の発電電力の変化から判断する。
従って、例えば、日射量減少等による太陽電池１の最大発電電力の減少を検出した場合、第二分散型電源９の充放電電力指令値を即座に変更することが可能となる。

また、蓄電設備２の放電能力は、本来、電力系統５の停電時に負荷６に電力供給するためのものであるので、この意味で、無駄な放電動作は防止する必要がある。
この点、電流センサ４６ｄを図１１に示す位置に設置すれば、連系運転時、第二分散型電源９の放電電力が電力系統５に無駄に逆潮流しないように制御することも可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態３による分散型電源装置は、自立運転時、第一分散型電源８の発電電力を直接検出する手段を備えたので、第二分散型電源９による太陽電池１の最大電力追従制御をより高精度に行うことが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 太陽電池、２ 蓄電設備、３ 第一電力変換装置、４ 第二電力変換装置、
５ 電力系統、６ 負荷、８ 第一分散型電源、９ 第二分散型電源、
３１，４１ 交流電圧制御手段、３３ 出力電流制限手段、３４，４４ 電力変換回路、３５ａ，３５ｂ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 電圧センサ、
３６，４６ｃ，４６ｄ 電流センサ。

Claims (10)

1. 発電設備と直流側が前記発電設備に接続され交流側が出力端に接続された第一電力変換装置とを備えた第一分散型電源、および蓄電設備と直流側が前記蓄電設備に接続され交流側が出力端に接続された第二電力変換装置とを備えた第二分散型電源を備え、前記両電源が電力系統に接続される連系運転モードと前記電力系統から解列し前記両電源が負荷に接続される自立運転モードとが可能な分散型電源装置であって、
   前記自立運転モード時、前記第一分散型電源と前記第二分散型電源との交流出力電圧の電圧位相差および電圧振幅差のいずれか一方または双方を可変とすることにより前記第一分散型電源の発電電力および前記第二分散型電源の充放電電力を制御する電力制御手段を備え、
   更に、前記蓄電設備の充放電電力を検出する充放電電力検出手段を備え、
   前記電力制御手段は、前記蓄電設備の充放電電力検出値と充放電電力指令値との偏差に基づき前記第二分散型電源の交流出力電圧の位相を変化させることにより前記第二分散型電源の充放電電力を制御することを特徴とする分散型電源装置。
2. 前記電力制御手段は、充電方向を正、放電方向を負としたとき、前記充放電電力指令値を一旦所定量増加させたとき前記第二分散型電源の前記充放電電力検出値が前記充放電電力指令値に追従したときは前記充放電電力指令値を前記所定量増加させた値に確定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の分散型電源装置。
3. 前記電力制御手段は、充電方向を正、放電方向を負としたとき、前記充放電電力指令値を維持または一旦所定量増加させたとき前記第二分散型電源の前記充放電電力検出値が減少したときは前記充放電電力指令値を所定量減少させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の分散型電源装置。
4. 前記電力制御手段は、請求項２または請求項３の操作を繰り返すことにより前記充放電電力検出値が最大となるよう前記充放電電力指令値を設定するようにしたことを特徴とする分散型電源装置。
5. 前記第一分散型電源の交流発電電力を検出し交流発電電力検出値を出力する発電電力検出手段を備え、
   前記電力制御手段は、充電方向を正、放電方向を負としたとき、前記充放電電力指令値を一旦所定量増加させたとき前記第一分散型電源の前記交流発電電力検出値が前記充放電電力指令値に追従したときは前記充放電電力指令値を前記所定量増加させた値に確定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の分散型電源装置。
6. 前記第一分散型電源の交流発電電力を検出し交流発電電力検出値を出力する発電電力検出手段を備え、
   前記電力制御手段は、充電方向を正、放電方向を負としたとき、前記充放電電力指令値を維持または一旦所定量増加させたとき前記第一分散型電源の前記交流発電電力検出値が減少したときは前記充放電電力指令値を所定量減少させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の分散型電源装置。
7. 前記電力制御手段は、請求項５または請求項６の操作を繰り返すことにより前記交流発電電力検出値が最大となるよう前記充放電電力指令値を設定するようにしたことを特徴とする分散型電源装置。
8. 前記第一分散型電源および前記第二分散型電源のいずれか一方または双方に、前記交流側の交流出力電流を所定の電流上限値に制限する出力電流制限手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
9. 前記第一分散型電源および前記第二分散型電源のいずれか一方に、前記交流側の交流出力電力を検出し交流出力電力検出値を出力する手段および前記交流出力電力検出値の無効成分が最小となるよう前記交流出力電圧の振幅を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
10. 発電設備と直流側が前記発電設備に接続され交流側が出力端に接続された第一電力変換装置とを備えた第一分散型電源、および蓄電設備と直流側が前記蓄電設備に接続され交流側が出力端に接続された第二電力変換装置とを備えた第二分散型電源を備え、前記両電源が電力系統に接続される連系運転モードと前記電力系統から解列し前記両電源が負荷に接続される自立運転モードとが可能な分散型電源装置であって、
    前記自立運転モード時、前記第一分散型電源と前記第二分散型電源との交流出力電圧の電圧位相差および電圧振幅差のいずれか一方または双方を可変とすることにより前記第一分散型電源の発電電力および前記第二分散型電源の充放電電力を制御する電力制御手段を備え、
    更に、前記第一分散型電源および前記第二分散型電源のいずれか一方または双方に、前記交流側の交流出力電流を所定の電流上限値に制限する出力電流制限手段を備えたことを特徴とする分散型電源装置。

Images