JP6036254B2

JP6036254B2 - 系統連系インバータ装置

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Publication number: JP6036254B2
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Inventors: 剛幸松本
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Publication date: 2016-11-30
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Description

本発明は、分散型電源を商用系統電源に接続する系統連系インバータ装置に関する。

太陽光発電システムや、燃料電池発電システム等の小規模の分散型電源から出力される直流電圧を正弦波交流電圧に電力変換し、配電系統と系統連系運転させる系統連系インバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

系統連系インバータ装置によって分散型電源を配電系統に連系する場合、分散型電源から配電系統への電力の逆潮流により配電線各部の電圧が上昇し、配電系統の適正電圧を逸脱するおそれがある。この場合、分散型電源の設置者は受電点電圧を適正電圧以内に維持するための対策を施す必要がある。このため、分散型電源と配電系統を接続する系統連系インバータ装置には、電圧上昇抑制機能（自動電圧調整機能）を標準搭載することが一般的となっている。

電圧上昇抑制機能の一つに出力制御機能がある。出力制御機能は、発電電力を抑制し逆潮流量を低減することにより、受電点電圧を適正範囲に維持する機能である。出力制御機能を搭載することにより、効果的に受電点電圧を適正範囲に維持することが可能となる。

従来の系統連系インバータ装置１は、図１０に示すように、直流電力を発電する太陽電池等の分散型電源２と、単相３線式配電線からなる商用系統電源３との間に接続される。従来の系統連系インバータ装置１は、分散型電源２が発電する直流電力を図示しないパワー素子のオンオフによって交流電力に変換する単相２線式のインバータ回路４と、インバータ回路４の出力側に接続され、インバータ回路４の出力電流波形を滑らかにして商用系統電源３へ出力するフィルタ回路５と、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を生成する電流指令生成器６と、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊に基づいてインバータ回路４を制御する変換制御器７と、電流指令生成器６に出力抑制を指示する出力抑制制御判定器８とを備えている。

電流指令生成器６は、分散型電源２の出力電圧や出力電流Iに基づいたＭＰＰＴ制御（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従制御）等により、分散型電源２の発電能力に従った電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を生成する発電電流指令発生器６１と、出力抑制制御判定器８からの指示に基づいて発電電流指令発生器６１で生成された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を抑制する抑制電流指令生成器６２と、出力抑制制御判定器８からの指示に基づいて発電電流指令発生器６１と抑制電流指令生成器６２の出力を切り換えるスイッチ６３とを有している。
変換制御器７は、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊と出力電流ｉ_Ｌとを一致させるための出力電圧ｖ_ｉｕｗをインバータ回路４から出力させるｖ_ｉｕｗ制御信号を生成して出力する。
出力抑制制御判定器８は、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗを監視し、系統電圧ｖ_ｓｕｏと系統電圧ｖ_ｓｏｗとのどちらか一方でも抑制開始閾値に到達した場合、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。

図１１（ａ）には、系統電圧ｖ_ｓｕｏが抑制開始閾値に到達した場合の電流指令値抑制動作が示されている。時刻ｔ_１０で系統電圧ｖ_ｓｕｏが上昇し始め、時刻ｔ_１１で抑制開始閾値に到達すると、出力抑制制御判定器８は、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。これにより、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊は、系統電圧ｖ_ｓｕｏが抑制開始閾値を超過しないように、分散型電源２の発電能力に従った発電可能電流値から抑制されることになる。
図１１（ｂ）には、系統電圧ｖ_ｓｏｗが抑制開始閾値に到達した場合の電流指令値抑制動作が示されている。時刻ｔ_２０で系統電圧ｖ_ｓｏｗが上昇し始め、時刻ｔ_２１で抑制開始閾値に到達すると、出力抑制制御判定器８は、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。これにより、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊は、系統電圧ｖ_ｓｏｗが抑制開始閾値を超過しないように、分散型電源２の発電能力に従った発電可能電流値から抑制されることになる。
図１１（ｃ）には、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗが抑制開始閾値に到達した場合の電流指令値抑制動作が示されている。時刻ｔ_３０で系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗが上昇し始め、時刻ｔ_３１で抑制開始閾値に到達すると、出力抑制制御判定器８は、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。これにより、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊は、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗが抑制開始閾値を超過しないように、分散型電源２の発電能力に従った発電可能電流値から抑制されることになる。

特開２００３−９３９９号公報

しかしながら、従来技術では、系統電圧ｖ_ｓｕｏと系統電圧ｖ_ｓｏｗとのいずれか一方が抑制開始閾値に到達した場合にも電流指令値ｉ_Ｌ ^＊が抑制され、出力電流ｉ_Ｌが低下される。すなわち、系統電圧ｖ_ｓｕｏと系統電圧ｖ_ｓｏｗといずれかが健全であるにも関わらず、出力制御機能が動作してしまうことがあり、分散型電源２の発電性能が十分に発揮されなくなってしまうという問題点があった。特に、分散型電源２の普及拡大および集中連系により逆潮流量が増加した場合には、系統電圧が電圧上限値に近くなり出力制御機能が動作しやすくなるため、分散型電源２の発電性能が十分に発揮されないケースが多発することになる。

本発明の目的は、上記問題点に鑑みて従来技術の上記問題を解決し、一方の系統電圧が健全である場合には、分散型電源の発電性能を十分に発揮させることができる系統連系インバータ装置を提供することにある。

本発明の系統連系インバータ装置は、分散型電源を単相３線式の商用系統電源に接続する系統連系インバータ装置であって、前記分散型電源が発電する直流電力を交流電力に変換する単相３線式のインバータ回路と、前記分散型電源の発電能力に従った電流指令値を生成する電流指令生成器と、前記商用系統電源のＵ相及びＷ相の系統電圧と調整開始閾値とのそれぞれの比較結果と、前記電流指令生成器によって生成された前記電流指令値とに基づいて、前記インバータ回路のＵ相出力及びＷ相出力をそれぞれ制御するＵ相及びＷ相の有効電流指令値をそれぞれ生成する相間有効電力調整器とを具備し、前記電流指令生成器は、Ｕ相の前記系統電圧とＷ相の前記系統電圧とのいずれかが前記調整開始閾値よりも高い抑制開始閾値以上である場合に、前記分散型電源の発電能力に従った電流指令値を抑制する電流指令値抑制動作を実行することを特徴とする。
さらに、本発明の系統連系インバータ装置において、前記相間有効電力調整器は、Ｕ相の前記系統電圧とＷ相の前記系統電圧とのいずれかのみが前記調整開始閾値以上である場合に、系統電圧が前記調整開始閾値以上の相の前記有効電流指令値を減少させ、当該減少分を他の相の前記有効電流指令値で増加させる有効電流相間調整動作を実行するようにしても良い。

本発明によれば、一方の系統電圧が健全である場合には、出力制限機能を実行することなく、他方の系統電圧の上昇を抑制することができるため、分散型電源の発電性能を十分に発揮させることができるという効果を奏する。

本発明に係る系統連系インバータ装置の第１の実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。図１に示すインバータ回路の回路構成を示す回路構成図である。図１に示す相間有効電力調整器におけるフラグ管理を説明する説明図である。本発明に係る系統連系インバータ装置の第１の実施の形態における有効電流相間調整動作を説明するためのフローチャートである。図１に示す出力抑制制御判定器におけるフラグ管理を説明する説明図である。本発明に係る系統連系インバータ装置の第１の実施の形態における有効電流相間調整動作を説明するための波形図である。本発明に係る系統連系インバータ装置の第１の実施の形態における電流指令値抑制動作を説明するための波形図である。本発明に係る系統連系インバータ装置の第２の実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。図８に示すコンバータ回路の回路構成を示す回路構成図である。従来の系統連系インバータ装置の回路構成を示す回路構成図である。従来の系統連系インバータ装置における電流指令値抑制動作を説明するための波形図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の系統連系インバータ装置１０は、図１を参照すると、直流電力を発電する太陽電池等の分散型電源２と、単相３線式配電線からなる商用系統電源３との間に接続される。系統連系インバータ装置１０は、分散型電源２が発電する直流電力を図示しないパワー素子のオンオフによって交流電力に変換する単相３線式のインバータ回路４０と、インバータ回路４０の出力側に接続され、インバータ回路４０の出力電流波形を滑らかにして商用系統電源３へ出力するフィルタ回路５０と、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を生成する電流指令生成器６と、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊に基づいてＵ相及びＷ相の各相の有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊、ｉ_Ｌｗ ^＊を生成する相間有効電力調整器９０と、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊、ｉ_Ｌｗ ^＊に基づいてインバータ回路４０を制御する変換制御器７０と、電流指令生成器６に出力抑制を指示する出力抑制制御判定器８０とを備えている。

単相３線式のインバータ回路４０は、例えば、図２に示すように、コンデンサＣ１、Ｃ２と、パワー素子であるスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４とを備えている。フィルタ回路５０は、リアクトルＬ１、Ｌ２と、コンデンサＣ３、Ｃ４とを備えている。

分散型電源２に接続された正母線４１と負母線４２との間にコンデンサＣ１とコンデンサＣ２とが直列に接続されている。さらに、正母線４１と負母線４２との間には、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが第１アーム４３として接続されていると共に、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とが第２アーム４４として接続されている。そして、第１アーム４３の中点、すなわちスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２との接続点がＵ相出力となり、フィルタ回路５０のリアクトルＬ１を介して商用系統電源３のＵ相電圧出力端子Ｕに接続されている。また、第２アーム４４の中点、すなわちスイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４との接続点がＷ相出力となり、フィルタ回路５０のリアクトルＬ２を介して商用系統電源３のＷ相電圧出力端子Ｗに接続されている。さらに、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との接続点は、商用系統電源３の中性線Ｏに接続されている。さらに、Ｕ相電圧出力端子Ｕと中性線Ｏとの間には、コンデンサＣ３が、中性線ＯとＷ相電圧出力端子Ｗとの間には、コンデンサＣ４がそれぞれ接続されている。

電流指令生成器６は、分散型電源２の出力電圧や出力電流Iに基づいたＭＰＰＴ制御（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従制御）等により、分散型電源２の発電能力に従った電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を生成する発電電流指令発生器６１と、出力抑制制御判定器８０からの指示に基づいて発電電流指令発生器６１で生成された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を抑制する抑制電流指令生成器６２と、出力抑制制御判定器８０からの指示に基づいて発電電流指令発生器６１と抑制電流指令生成器６２の出力を切り換えるスイッチ６３とを有している。

相間有効電力調整器９０は、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗを監視し、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗと調整開始閾値（第１の閾値）との比較結果と、電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊とに基づいて、Ｕ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊と、W相の有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊とを生成する。

変換制御器７０は、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊と出力電流ｉ_Ｌｕとを一致させるためのｖ_ｉｕｏ制御信号を生成すると共に、有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊と出力電流ｉ_Ｌｗとを一致させるためｖ_ｉｏｗ制御信号を生成し、生成したｖ_ｉｕｏ制御信号及びｖ_ｉｏｗ制御信号をインバータ回路４０に出力する。

出力抑制制御判定器８０は、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗを監視し、系統電圧ｖ_ｓｕｏと系統電圧ｖ_ｓｏｗとのどちらか一方でも抑制開始閾値（第２の閾値）に到達した場合、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。なお、抑制開始閾値（第２の閾値）は、相間有効電力調整器９０で用いられる調整開始閾値（第１の閾値）よりも高い値に設定されている。

次に、相間有効電力調整器９０における有効電流相間調整動作について図３及び図４を参照して説明する。
相間有効電力調整器９０は、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗと調整開始閾値（第１の閾値）との比較結果を、調整開始フラグ「Ｆｌｇ−ｕ」、「Ｆｌｇ−ｗ」によってフラグ管理している。図３に示すように、「Ｆｌｇ−ｕ」は、系統電圧ｖ_ｓｕｏが調整開始閾値（第１の閾値）未満である場合に「０」であり、系統電圧ｖ_ｓｕｏが調整開始閾値（第１の閾値）以上になると「１」にセットされる。また、「Ｆｌｇ−ｗ」は、系統電圧ｖ_ｓｏｗが調整開始閾値（第１の閾値）未満である場合に「０」であり、系統電圧ｖ_ｓｏｗが調整開始閾値（第１の閾値）以上になると「１」にセットされる。

図４を参照すると、相間有効電力調整器９０は、まず、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を決定する。相間有効電力調整器９０は、電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊が予め設定された所定の範囲に収まっているか否かを判断する。具体的には、電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊が下限リミット以下か否かの判断（ステップＡ１）と、上限リミット以上か否かの判断（ステップＡ２）とを行う。そして、ステップＡ１もしくはステップＡ２でＹｅｓの場合、すなわち電流指令値ｉ_Ｌ ^＊が予め設定された所定の範囲に収まっていない場合には、相間有効電力調整器９０は、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「０」に決定する（ステップＡ３）。

ステップＡ１及びステップＡ２でＮｏの場合、すなわち電流指令値ｉ_Ｌ ^＊が予め設定された所定の範囲に収まっている場合には、相間有効電力調整器９０は、「Ｆｌｇ−ｕ」と「Ｆｌｇ−ｗ」との両方が「１」にセットされているか否かを判断する（ステップＡ４）。ステップＡ４でＹｅｓの場合、すなわち系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗの両方が整開始閾値（第１の閾値）以上で、「Ｆｌｇ−ｕ」と「Ｆｌｇ−ｗ」との両方が「１」セットされている場合には、相間有効電力調整器９０は、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「０」に決定する（ステップＡ３）。

ステップＡ４でＮｏの場合、すなわち「Ｆｌｇ−ｕ」と「Ｆｌｇ−ｗ」との両方が「１」にセットされていない場合には、相間有効電力調整器９０は、「Ｆｌｇ−ｕ」が「１」にセットされているか否かを判断する（ステップＡ５）。ステップＡ５でＹｅｓの場合、すなわち系統電圧ｖ_ｓｕｏのみが調整開始閾値（第１の閾値）以上で、「Ｆｌｇ−ｕ」のみが「１」にセットされている場合には、相間有効電力調整器９０は、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「−１．０」に決定する（ステップＡ６）。

ステップＡ５でＮｏの場合、すなわち「Ｆｌｇ−ｕ」が「１」にセットされていない場合には、相間有効電力調整器９０は、「Ｆｌｇ−ｗ」が「１」にセットされているか否かを判断する（ステップＡ７）。ステップＡ７でＹｅｓの場合、すなわち系統電圧ｖ_ｓｏｗのみが調整開始閾値（第１の閾値）以上で、「Ｆｌｇ−ｗ」のみが「１」にセットされている場合には、相間有効電力調整器９０は、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「１．０」に決定する（ステップＡ８）。ステップＡ７でＮｏの場合、すなわち系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗの両方が整開始閾値（第１の閾値）未満で、「Ｆｌｇ−ｕ」と「Ｆｌｇ−ｗ」との両方が「０」である場合には、相間有効電力調整器９０は、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「０」に決定する（ステップＡ９）。

ステップＡ１〜Ａ９の動作で、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊は、「０」、「１．０」、「−１．０」のいずれかに決定されることになる。次に、相間有効電力調整器９０は、一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊に基づいて一次遅れ応答ゲインＫｐ｛Ｋｐ＝１／（１＋ｓＴｃ）＊Ｋｐ^＊｝を演算する（ステップＡ１０）。上式は、複素周波数領域における一般的な一次遅れ応答式であり、Ｔｃは自定数を意味する。

次に、相間有効電力調整器９０は、ステップＡ１０で演算した一次遅れ応答ゲインＫｐと、電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊とに基づいて、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊｛ｉ_Ｌｕ ^＊＝ｉ_Ｌ ^＊＊（１＋Ｋｐ）｝を演算すると共に（ステップＡ１１）、有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊｛ｉ_Ｌｗ ^＊＝ｉ_Ｌ ^＊＊（１−Ｋｐ）｝を演算し（ステップＡ１２）、有効電流相間調整動作を終了する。

次に、出力抑制制御判定器８０における電流指令値抑制動作について図５を参照して説明する。
出力抑制制御判定器８０は、系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗと抑制開始閾値（第２の閾値）との比較結果を、抑制開始フラグ「Ｆｌｇ−ｓｕｐ」によってフラグ管理している。図５に示すように、「Ｆｌｇ−ｓｕｐ」は、系統電圧ｖ_ｓｕｏと系統電圧ｖ_ｓｏｗとの両方もしくはいずれかが抑制開始閾値（第２の閾値）以上である場合に「１」にセットされる。そして、「Ｆｌｇ−ｓｕｐ」が「１」にセットされると、出力抑制制御判定器８０は、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。

図６（ａ）には、系統電圧ｖ_ｓｕｏが調整開始閾値（第１の閾値）に到達した場合の有効電流相間調整動作が示されている。
系統電圧ｖ_ｓｕｏ及び系統電圧ｖ_ｓｏｗのいずれもが調整開始閾値（第１の閾値）に到達ししていない場合には、「Ｆｌｇ−ｕ」と「Ｆｌｇ−ｗ」との両方が「０」となる。従って、相間有効電力調整器９０は、図４に示すステップＡ９で一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「０」に決定する。これにより、ステップＡ１１、Ａ１２で、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊と有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊とは、共に電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊となる。

時刻ｔ_４０で系統電圧ｖ_ｓｕｏが上昇し始め、時刻ｔ_４１で調整開始閾値に到達すると、「Ｆｌｇ−ｕ」のみが「１」となる。従って、相間有効電力調整器９０は、図４に示すステップＡ６で一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「−１．０」に決定し、ステップＡ１１で、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊が減少され、ステップＡ１２で、有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊が増加される。これにより、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を抑制することなく、系統電圧ｖ_ｓｕｏの調整開始閾値を超えての上昇を抑制することができ、発電性能の劣化を防止することができる。なお、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊の減少分と、有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊が増加分とは、同じ値で、電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊にステップＡ１０で演算された一次遅れ応答ゲインＫｐを乗算した値になる。従って、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊と有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊との和の１／２が電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊と常に等しくなる。

図６（ｂ）には、系統電圧ｖ_ｓｏｗが調整開始閾値（第１の閾値）に到達した場合の有効電流相間調整動作が示されている。
時刻ｔ_５０で系統電圧ｖ_ｓｏｗが上昇し始め、時刻ｔ_５１で調整開始閾値に到達すると、「Ｆｌｇ−ｗ」のみが「１」となる。従って、相間有効電力調整器９０は、図４に示すステップＡ８で一次遅れ応答ゲイン指令値Ｋｐ^＊を「１．０」に決定し、ステップＡ１１で、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊が増加され、ステップＡ１２で、有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊が減少される。これにより、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を抑制することなく、系統電圧ｖ_ｓｏｗの調整開始閾値を超えての上昇を抑制することができ、発電性能の劣化を防止することができる。なお、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊の増加分と、有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊が減少分とは、同じ値で、電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊にステップＡ１０で演算された一次遅れ応答ゲインＫｐを乗算した値になる。従って、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊と有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊との和の１／２が電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊と常に等しくなる。

図７（ａ）には、系統電圧ｖ_ｓｕｏが調整開始閾値（第１の閾値）に到達した後、さらに抑制開始閾値（第２の閾値）に到達した場合の電流指令値抑制動作が示されている。
時刻ｔ_４２で系統電圧ｖ_ｓｕｏが調整開始閾値から更に上昇し始め、時刻ｔ_４３で抑制開始閾値に到達すると、「Ｆｌｇ−ｓｕｐ」が「１」となる。従って、出力抑制制御判定器８０は、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。これにより、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊は、系統電圧ｖ_ｓｕｏが抑制開始閾値を超過しないように、分散型電源２の発電能力に従った発電可能電流値から抑制され、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の減少に伴い、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊及び有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊も減少されることになる。なお、出力抑制制御判定器８０による電流指令値抑制動作と、相間有効電力調整器９０による有効電流相間調整動作とは、独立に動作する。従って、図７（ａ）に示す例では、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊が抑制され、且つ有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊及び有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊の調整も行われている。この場合にも、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊と有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊との和の１／２が電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊と常に等しくなる。

図７（ｂ）には、系統電圧ｖ_ｓｏｗが調整開始閾値（第１の閾値）に到達した後、さらに抑制開始閾値（第２の閾値）に到達した場合の電流指令値抑制動作が示されている。
時刻ｔ_５２で系統電圧ｖ_ｓｏｗが調整開始閾値から更に上昇し始め、時刻ｔ_５３で抑制開始閾値に到達すると、「Ｆｌｇ−ｓｕｐ」が「１」となる。従って、出力抑制制御判定器８０は、スイッチ６３を抑制電流指令生成器６２側に切り換えると共に、抑制電流指令生成器６２に電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の抑制を指示する。これにより、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊は、系統電圧ｖ_ｓｏｗが抑制開始閾値を超過しないように、分散型電源２の発電能力に従った発電可能電流値から抑制され、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊の減少に伴い、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊及び有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊も減少されることになる。なお、出力抑制制御判定器８０による電流指令値抑制動作と、相間有効電力調整器９０による有効電流相間調整動作とは、独立に動作する。従って、図７（ｂ）に示す例では、電流指令値ｉ_Ｌ ^＊が抑制され、且つ有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊及び有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊の調整も行われている。この場合にも、有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊と有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊との和の１／２が電流指令生成器６から出力された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊と常に等しくなる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の系統連系インバータ装置１１は、図８を参照すると、第１の実施の形態の構成に加え、インバータ回路４０と分散型電源２との間にＤＣ／ＤＣ変換を行うコンバータ回路１００が接続されている。これにより、電流指令生成器６からの出力は、コンバータ回路１００の入力電流を制御する電流指令値ｉ_ｄｃ ^＊として用いられ、変換制御器７１は、第１の実施の形態の変換制御器７０の機能に加え、電流指令値ｉ_ｄｃ ^＊と入力電流ｉ_ｄｃとを一致させるためのｖ_ｉｄｃ制御信号を生成し、生成したｖ_ｉｄｃ制御信号をコンバータ回路１００に出力する。コンバータ回路１００は、例えば、図９に示すように、リアクトルＬ３と、パワー素子であるスイッチ素子Ｑ５と、ダイオードＤ１とを備えた昇圧チョッパー回路で構成される。

また、インバータ回路４０への電流指令値ｉ_Ｌ ^＊は、コンバータ回路１００の入力電力とインバータ回路４０の出力電力が同等となるように、コンバータ／インバータ電力調整制御器１１０にて生成する。その他の構成及び動作は、第１の実施の形態と同様である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、分散型電源２を単相３線式の商用系統電源３に接続する系統連系インバータ装置１０であって、分散型電源２が発電する直流電力を交流電力に変換する単相３線式のインバータ回路４０と、分散型電源２の発電能力に従った電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を生成する電流指令生成器６と、商用系統電源３のＵ相の系統電圧ｖ_ｓｕｏ及びＷ相の系統電圧ｖ_ｓｏｗと調整開始閾値（第１の閾値）とのそれぞれの比較結果と、電流指令生成器６によって生成された電流指令値ｉ_Ｌ ^＊とに基づいて、インバータ回路４０のＵ相出力及びＷ相出力をそれぞれ制御するＵ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊及びＷ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊をそれぞれ生成する相間有効電力調整器９０とを備えている。

さらに、本実施の形態によれば、相間有効電力調整器９０は、Ｕ相の系統電圧ｖ_ｓｕｏのみが調整開始閾値（第１の閾値）以上である場合に、Ｕ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊を減少させ、当該減少分をＷ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊で増加させると共に、Ｗ相の系統電圧ｖ_ｓｏｗのみが調整開始閾値（第１の閾値）以上である場合に、Ｗ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊を減少させ、当該減少分をＵ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊で増加させる有効電流相間調整動作を実行する。

さらに、本実施の形態によれば、電流指令生成器６は、Ｕ相の系統電圧ｖ_ｓｕｏ及びＷ相の系統電圧ｖ_ｓｏｗのいずれかが調整開始閾値（第１の閾値）よりも高い抑制開始閾値（第２の閾値）以上である場合に、分散型電源２の発電能力に従った電流指令値ｉ_Ｌ ^＊を抑制する電流指令値抑制動作を実行する。

この構成により、本実施の形態は、Ｕ相の系統電圧ｖ_ｓｕｏのみが調整開始閾値（第１の閾値）以上であり、Ｗ相の系統電圧ｖ_ｓｏｗが健全である場合に、Ｕ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｕ ^＊が減少されるため、出力制限機能を実行することなく、Ｕ相の系統電圧ｖ_ｓｕｏの上昇を抑制することができる。また、Ｗ相の系統電圧ｖ_ｓｏｗのみが調整開始閾値（第１の閾値）以上であり、Ｕ相の系統電圧ｖ_ｓｕｏが健全である場合にも、Ｗ相の有効電流指令値ｉ_Ｌｗ ^＊が減少されるため、出力制限機能を実行することなく、Ｗ相の系統電圧ｖ_ｓｏｗの上昇を抑制することができる。従って、Ｕ相の系統電圧ｖ_ｓｕｏ及びＷ相の系統電圧ｖ_ｓｏｗが出力制限機能が実行される抑制開始閾値（第２の閾値）に到達することを防止することができるため、分散型電源２の発電性能を十分に発揮させることができる。

以上、本発明を具体的な実施の形態で説明したが、上記実施の形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。

１、１０、１１系統連系インバータ装置
２分散型電源
３商用系統電源
４、４０インバータ回路
５、５０フィルタ回路
６電流指令生成器
９０相間有効電力調整器
７、７０、７１変換制御器
８、８０出力抑制制御判定器
Ｃ１〜Ｃ４コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ４スイッチ素子
Ｌ１、Ｌ２リアクトル
４１正母線
４２負母線
４３第１アーム
４４第２アーム
６１発電電流指令発生器
６２抑制電流指令生成器
１００コンバータ回路
１１０コンバータ／インバータ電力調整制御器

Claims

分散型電源を単相３線式の商用系統電源に接続する系統連系インバータ装置であって、
前記分散型電源が発電する直流電力を交流電力に変換する単相３線式のインバータ回路と、
前記分散型電源の発電能力に従った電流指令値を生成する電流指令生成器と、
前記商用系統電源のＵ相及びＷ相の系統電圧と調整開始閾値とのそれぞれの比較結果と、前記電流指令生成器によって生成された前記電流指令値とに基づいて、前記インバータ回路のＵ相出力及びＷ相出力をそれぞれ制御するＵ相及びＷ相の有効電流指令値をそれぞれ生成する相間有効電力調整器とを具備し、
前記電流指令生成器は、Ｕ相の前記系統電圧とＷ相の前記系統電圧とのいずれかが前記調整開始閾値よりも高い抑制開始閾値以上である場合に、前記分散型電源の発電能力に従った電流指令値を抑制する電流指令値抑制動作を実行することを特徴とする系統連系インバータ装置。
前記相間有効電力調整器は、Ｕ相の前記系統電圧とＷ相の前記系統電圧とのいずれかのみが前記調整開始閾値以上である場合に、系統電圧が前記調整開始閾値以上の相の前記有効電流指令値を減少させ、当該減少分を他の相の前記有効電流指令値で増加させる有効電流相間調整動作を実行することを特徴とする請求項１記載の系統連系インバータ装置。