JP6269212B2 - 制御装置、電力変換装置、電源システム、プログラム、および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、電力変換装置、電源システム、プログラム、および制御方法に関する。

特許文献１には、系統電源の周波数偏差に応じて系統電源側に供給する無効電力を変化させ、無効電力の周波数変動に基づいてパワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置が開示されている。特許文献２には、無効電力を増加させることで、配電系統との連系点の電圧の上昇を抑制する分散電源連系システムが開示されている。
特許文献１ 特開２００８−５４３６６号公報
特許文献２ 特開２０１０−１６６７５９号公報

単独運転検出のための無効電力制御と電圧上昇抑制のための無効電力制御とが干渉することで、単独運転検出の精度が低下する可能性がある。

本発明の一態様に係る制御装置は、交流電源の周波数偏差に応じて、交流電源と連系する電力変換部が出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する第１無効電力変化量導出部と、電力変換部と交流電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために電力変換部から出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する第２無効電力変化量導出部と、第２無効電力の変化量によって第１無効電力の変化量が干渉される場合、電力変換部による電力の出力を停止させる電力出力制御部とを備える。

上記制御装置において、電力出力制御部は、第１無効電力の変化量が、第１無効電力が増加する方向に変化する進相無効電力の変化量で、かつ第２無効電力の変化量が負の値である場合、電力変換部による電力の出力を停止させてよい。

上記制御装置において、電力出力制御部は、第１無効電力が遅相無効電力で、かつ第２無効電力の変化量が正の値である場合、電力変換部による電力の出力を停止させてよい。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、上記制御装置と、直流電源からの直流を交流に変換して交流電源と連系する電力変換部とを備える。

本発明の一態様に係る電源システムは、上記電力変換装置と、直流電源とを備える。

本発明の一態様に係るプログラムは、上記制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。

本発明の一態様に係る制御方法は、交流電源の周波数偏差に応じて、交流電源と連系する電力変換部が出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する段階と、電力変換部と交流電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために電力変換部から出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する段階と、第２無効電力の変化量によって第１無効電力の変化量が干渉される場合、電力変換部による電力の出力を停止させる段階とを含む。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電源システム全体のシステム構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る制御装置の機能ブロックの一例を示す図である。 無効電力ｑ１−周波数偏差特性の一例を示す図である。 電圧上昇の抑制制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 電圧上昇の抑制制御を実行した場合の電圧Ｖ３、力率、無効電力ｑ２、および有効電力Ｐの時間変化の様子の一例を示す図である。 電力出力制御部により実行されるパワーコンディショナの停止処理に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る電源システム全体のシステム構成の一例を示す図である。電源システムは、太陽電池アレイ２００、およびパワーコンディショナ１０を備える。パワーコンディショナ１０は、電力変換装置の一例である。太陽電池アレイ２００は、直列または並列に接続された複数の太陽電池モジュールを有する。太陽電池アレイ２００は、直流電源の一例である。太陽電池アレイ２００は、単一の太陽電池、太陽電池を直列および並列に接続した太陽電池モジュールなどでもよい。直流電源として、太陽電池アレイ２００以外の分散型電源を用いてもよい。分散型電源は、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、燃料電池、風力発電装置、電気自動車、または蓄電システムでもよい。

パワーコンディショナ１０は、太陽電池アレイ２００からの直流電圧を交流電圧に変換して系統電源３００と連系する。系統電源３００は、交流電源の一例であり、例えば、単相３線式電源でよい。系統電源３００は、三相電源でもよい。

パワーコンディショナ１０は、制御装置１００および電力変換部１０１を備える。電力変換部１０１は、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を系統電源３００から出力される交流電圧である系統交流電圧に位相同期した交流電圧に変換して出力する。制御装置１００は、電力変換部１０１を制御する。電力変換部１０１は、コンデンサＣ１、昇圧回路２０、コンデンサＣ２、インバータ３０、フィルタ回路４０およびリレー５０を備える。

コンデンサＣ１の一端は、太陽電池アレイ２００の正極に電気的に接続される。コンデンサＣ１の他端は、太陽電池アレイ２００の負極に電気的に接続される。コンデンサＣ１は、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧に含まれるノイズを低減するノイズ低減回路の一例である。言い換えれば、コンデンサＣ１は、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を平滑化する平滑化フィルタの一例である。

昇圧回路２０は、コンデンサＣ１によりノイズが低減された直流電圧を昇圧して出力する。昇圧回路２０は、非絶縁型の昇圧回路の一例である。昇圧回路２０は、いわゆるチョッパ方式スイッチングレギュレータでよい。昇圧回路２０は、例えば、ハーフブリッジ型昇圧回路、フルブリッジ型昇圧回路などのトランス巻線を有する絶縁型の昇圧回路により構成してもよい。

コンデンサＣ２は、昇圧回路２０から出力される直流電圧を平滑化する。言い換えれば、コンデンサＣ２は、昇圧回路２０から出力される直流電圧に含まれるノイズを低減する。

インバータ３０は、スイッチを含み、スイッチがオンオフすることで昇圧回路２０から出力された直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源３００側に出力する。インバータ３０は、太陽電池アレイ２００からの電力を系統電源３００からの電力と連系させる。

インバータ３０は、例えば、ブリッジ接続された４つの半導体スイッチを含む単相フルブリッジＰＷＭインバータにより構成してもよい。４つの半導体スイッチのうち、一方の一対の半導体スイッチは直列に接続される。４つの半導体スイッチのうち、他方の一対の半導体スイッチは、直列に接続され、かつ一方の一対の半導体スイッチと並列に接続される。

フィルタ回路４０は、インバータ３０から出力された交流電圧に含まれるノイズを低減する。フィルタ回路４０は、一対のコイルＬおよびコンデンサＣ３を含む。一対のコイルＬのそれぞれの一端は、インバータ３０の出力端に接続される。一対のコイルＬのそれぞれの他端は、コンデンサＣ３の一端および他端に接続される。

リレー５０は、フィルタ回路４０より系統電源３００側に設けられる。リレー５０は、インバータ３０と系統電源３００との間を電気的に遮断するか否かを切り替える。リレー５０がオンすることで、パワーコンディショナ１０と系統電源３００とが電気的に接続され、オフすることでパワーコンディショナ１０と系統電源３００とが電気的に遮断される。

パワーコンディショナ１０は、出力端子５２、および出力端子５４をさらに備える。出力端子５２および出力端子５４は、電力変換部１０１と系統電源３００との連系点の一例である。

パワーコンディショナ１０は、電圧センサ６０、６２、６４、電流センサ７０、７２および７４をさらに備える。電圧センサ６０は、太陽電池アレイ２００の両端の電位差に対応する電圧Ｖ１を検知する。電圧センサ６２は、昇圧回路２０の出力側の両端の電位差に対応する電圧Ｖ２を検知する。電圧センサ６４は、連系点の電圧として、出力端子５２と出力端子５４との間の電位差に対応する電圧Ｖ３を検知する。

電流センサ７０は、太陽電池アレイ２００から出力され、昇圧回路２０の入力側に流れる電流Ｉ１を検知する。電流センサ７２は、昇圧回路２０から出力される電流Ｉ２を検知する。電流センサ７４は、インバータ３０から出力される電流Ｉ３を検知する。

制御装置１００は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３などに基づいて昇圧回路２０の昇圧動作およびインバータ３０の直流交流変換動作を制御する。制御装置１００は、太陽電池アレイ２００から最大電力が得られるように、電圧センサ６０，６２，６４により検知される電圧、並びに電流センサ７０，７２，７４により検知される電流に基づいて、昇圧回路２０、およびインバータ３０のスイッチング動作を制御して、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、系統電源３００側に出力する。

以上のように構成されたパワーコンディショナ１０は、系統電源３００が停止した場合には、リレー５０をオフして、パワーコンディショナ１０と系統電源３００とを電気的に遮断しなければならない。また、パワーコンディショナ１０は、パワーコンディショナ１０と系統電源３００との連系点の電圧が上限電圧以上にならないように、パワーコンディショナ１０が出力する電圧を制御しなければならない。

制御装置１００は、インバータ３０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ３０から出力される電流の振幅を調整することで、系統電源３００側に進相無効電力または遅相無効電力である所望の無効電力を供給する。制御装置１００は、連系点の電圧に対応するパワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動を検知することで、系統電源３００が停止している、つまりパワーコンディショナ１０が単独運転していることを検知する。

また、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０から出力される電圧が上限電圧以上になった場合に、インバータ３０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ３０から出力される電流の振幅を調整することで、系統電源３００側に供給している進相無効電力を増加させる。進相無効電力を増加させることで、系統電源３００側から流入する電流が遅れ電流となり、配電線路インピーダンスの作用によりパワーコンディショナ１０と系統電源３００との連系点の電圧が低下する。これに伴い、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０から出力される電圧が上限電圧より小さくなるように制御できる。

ここで、制御装置１００は、系統電源３００の周波数偏差の大きさに応じた無効電力を系統電源３００側に供給して、パワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動に基づいて単独運転を検出することがある。系統電源３００の周波数偏差が大きくなるほど、系統電源３００側に供給される無効電力の変動が増大する。系統電源３００が停止している場合、パワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数偏差は大きくなる。また、無効電力の変化が大きいほど、系統電源３００が停止しているときの無効電力の周波数変動は検知しやすくなる。

しかし、制御装置１００が、単独運転を検出すべく系統電源３００側に供給する無効電力を変化させようとしている間に、パワーコンディショナ１０から出力される電圧が上限電圧以上になったことに対応して、無効電力を増大させようとする場合がある。この場合、増大させようとした無効電力により、周波数変動に基づく無効電力の変化がキャンセルされ、パワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動が検知されにくくなる可能性がある。

そこで、本実施形態に係る制御装置１００は、電圧上昇の抑制制御のために導出された無効電力の変化量により、単独運転の検出のために導出された無効電力の変化量が干渉される場合、電圧上昇の抑制のために導出された無効電力の変化量によって単独運転の検出のための無効電力の変化量が干渉される場合、電力変換部１０１による電力の出力を停止させる。制御装置１００は、電圧上昇の抑制制御のために導出された無効電力の変化量により、単独運転の検出のために導出された無効電力の変化量が干渉される場合、リレー５０をオフして、パワーコンディショナ１０と系統電源３００とを電気的に遮断する。また、制御装置１００は、インバータ３０のスイッチング動作を停止させる。

制御装置１００は、周波数変動に基づく無効電力の変化がキャンセルされ、パワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動が検知されにくくなる可能性がある場合、事前に電力変換部１０１による電力の出力を停止させる。したがって、電圧上昇の抑制制御のために導出された無効電力の変化量により、単独運転の検出のために導出された無効電力の変化量が干渉されることで、パワーコンディショナ１０が単独運転を検出できずに、電力変換部１０１による電力の出力を停止できないことを防止できる。よって、単独運転検出のための無効電力制御と電圧上昇抑制のための無効電力制御とが干渉することで、単独運転検出の精度が低下することによる悪影響を抑制できる。

図２は、本実施形態に係る制御装置１００の機能ブロックの一例を示す。制御装置１００は、周波数計測部１０２、移動平均値導出部１０４、周波数偏差導出部１０６、第１無効電力変化量導出部１０８、単独運転検出部１１０、第２無効電力変化量導出部１１２、出力電圧取得部１１４、目標無効電力導出部１１６、目標有効電力導出部１１８、リレー制御部１２０、ＰＷＭ制御部１３０、および電力出力制御部１４０を備える。なお、制御装置１００は、モジュール化することで、パワーコンディショナ１０の外部に設けられてもよい。この場合、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０に設けられた制御部と通信し、パワーコンディショナ１０に設けられた制御部に対してパワーコンディショナ１０の出力を制御するための制御信号を出力してもよい。

周波数計測部１０２は、電圧センサ６４を介して系統電源３００の電圧を取得し、取得した電圧から系統電源３００の周波数を示す系統周波数を計測する。周波数計測部１０２は、例えば、電圧センサ６４から検出される電圧信号の立ち下がりと立ち上がりの中間値と、次の立ち下がりと立ち上がりの中間値との時間差を一周期として計測する。系統電源３００の系統周期が５０Ｈｚ（１系統周期が２０ｍ秒）である場合、系統周期の計測周期は、系統周期の１／３以下、例えば、５ｍ秒でもよい。

移動平均値導出部１０４は、周波数計測部１０２により計測された系統周期に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周期の移動平均値を順次導出する。移動平均時間は、系統周期の一周期、例えば２０ｍ秒よりも長く、かつ単独運転状態になってから単独運転状態が検出されるまでに許容されている時間以下でもよい。移動平均時間は、例えば１００ｍ秒よりも短い時間でもよく、移動平均時間は、例えば４０ｍ秒でもよい。

周波数偏差導出部１０６は、移動平均値導出部１０４により導出された最新の移動平均値と、最新の移動平均値より過去の移動平均値、例えば、移動平均値導出部１０４が最新の移動平均値を導出するのに用いた最新の系統周期の終点から予め定められた時間（例えば２００ｍ秒）前に移動平均値導出部１０４により導出された過去の移動平均値との差分を周波数偏差として導出する。周波数偏差導出部１０６は、系統周期の計測周期と同一の周期ごと、例えば５ｍ秒ごとに周波数偏差を導出してもよい。

第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差に基づき今回の無効電力ｑ１を導出し、前回の無効電力ｑ１と今回の無効電力ｑ１との差分を示す無効電力ｑ１の変化量Δｑ１を導出する。第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差に比例して無効電力ｑ１が多くなるように、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１を導出してよい。第１無効電力変化量導出部１０８は、例えば、図３に示すような無効電力ｑ１−周波数偏差特性を参照して、周波数偏差に対応する今回の無効電力ｑ１を導出することで、変化量Δｑ１を導出してもよい。

第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差が正の場合には、パワーコンディショナ１０に系統周波数に対して位相が進んでいる電流を出力させる進相無効電力である今回の無効電力ｑ１を導出する。一方、第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差が負の場合には、パワーコンディショナ１０に系統周波数に対して位相が遅れている電流を出力させる遅相無効電力である今回の無効電力ｑ１を導出する。なお、第１無効電力変化量導出部１０８が導出する変化量Δｑ１は、単位時間あたりの無効電力ｑ１の変化量、つまり時間軸をＸ軸、無効電力ｑ１の変化量をＹ軸とした場合の傾きを示してもよい。第１無効電力変化量導出部１０８が導出する変化量Δｑ１は、無効電力ｑ１を変化させる速度を示してもよい。

単独運転検出部１１０は、連系点における電圧に対応するパワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動に基づいて、系統電源３００と連系するパワーコンディショナ１０の単独運転を検出する。単独運転検出部１１０は、系統電源３００が正常に動作している場合には、無効電力の変動に基づく電圧の周波数変動を検出しない。一方、系統電源３００が停止している場合など異常が発生している場合には、単独運転検出部１１０は、無効電力の変動に基づく電圧の周波数変動を検出することで、パワーコンディショナ１０の単独運転を検出する。

リレー制御部１２０は、単独運転検出部１１０がパワーコンディショナ１０の単独運転を検出した場合に、リレー５０をオフして、パワーコンディショナ１０と系統電源３００との間を電気的に遮断する。

出力電圧取得部１１４は、電圧センサ６４により検出される連系点の電圧に対応するパワーコンディショナ１０の出力電圧である電圧Ｖ３を検知する。第２無効電力変化量導出部１１２は、検知された電圧Ｖ３が、予め定められた上限電圧Ｖｔｈ以上か否かを判定する。第２無効電力変化量導出部１１２は、検知された電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合には、系統電源３００側に供給すべき進相無効電力を増加させてパワーコンディショナ１０の出力電圧の上昇を抑制すべく、今回の無効電力ｑ２を導出し、前回の無効電力ｑ２と今回の無効電力ｑ２との差分を示す無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を導出する。なお、第２無効電力変化量導出部１１２が導出する変化量Δｑ２は、単位時間あたりの無効電力ｑ２の変化量、つまり時間軸をＸ軸、無効電力ｑ２の変化量をＹ軸とした場合の傾きを示してもよい。第２無効電力変化量導出部１１２が導出する変化量Δｑ２は、無効電力ｑ２を変化させる速度を示してもよい。

目標無効電力導出部１１６は、前回の目標無効電力Ｑｃ、第１無効電力変化量導出部１０８により導出された無効電力ｑ１の変化量Δｑ１、および第２無効電力変化量導出部１１２により導出された無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を用いて、今回の目標無効電力Ｑｔを導出する。目標無効電力導出部１１６は、前回の目標無効電力Ｑｃ、変化量Δｑ１および変化量Δｑ２を加算することで、今回の目標無効電力Ｑｔを導出してもよい。目標無効電力導出部１１６は、導出された今回の目標無効電力ＱｔをＰＷＭ制御部１３０に提供する。なお、目標無効電力導出部１１６は、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および無効電力ｑ２の変化量Δｑ２の代わりに、前回および今回の無効電力ｑ１と前回および今回の無効電力ｑ２とを第１無効電力変化量導出部１０８および第２無効電力変化量導出部１１２から取得し、前回および今回の無効電力ｑ１と前回および今回の無効電力ｑ２とを用いて今回の目標無効電力Ｑｔを導出してもよい。

目標有効電力導出部１１８は、パワーコンディショナ１０から出力すべき目標有効電力Ｐを導出する。目標有効電力導出部１１８は、例えば、パワーコンディショナ１０から最大または極大となる出力が得られるように、目標有効電力Ｐを導出する。目標有効電力導出部１１８は、導出された目標有効電力ＰをＰＷＭ制御部１３０に提供する。

ＰＷＭ制御部１３０は、目標有効電力Ｐに基づいて太陽電池アレイ２００から最大または極大の有効電力が得られるようにインバータ３０をＰＷＭ制御する。また、ＰＷＭ制御部１３０は、目標無効電力導出部１１６から提供される今回の目標無効電力Ｑｔに基づいて、インバータ３０から出力される電流の位相と電圧の位相との間の位相差を調整することで、系統電源３００側に供給する無効電力を制御する。

電力出力制御部１４０は、第２無効電力変化量導出部１１２によって導出された第２無効電力の変化量によって第１無効電力変化量導出部１０８によって導出された第１無効電力の変化量が干渉される場合、リレー制御部１２０に対してリレー５０をオフすることを指示する。電力出力制御部１４０が、リレー制御部１２０に対してリレー５０をオフすることを指示することにより、リレー制御部１２０が、リレー５０をオフする。これにより、パワーコンディショナ１０と系統電源３００との間が電気的に遮断される。よって、電圧上昇の抑制制御のために導出された無効電力の変化量により、単独運転の検出のために導出された無効電力の変化量が干渉されることで、パワーコンディショナ１０が単独運転を検出できずに、電力変換部１０１による電力の出力を停止できないことを防止できる。

図４は、制御装置１００により実行される電圧上昇の抑制制御の手順の一例を示すフローチャートである。制御装置１００は、図４に示す手順を定期的に実行する。出力電圧取得部１１４が電圧センサ６４を介して連系点の電圧に対応するパワーコンディショナ１０の出力電圧である電圧Ｖ３を取得する（Ｓ１００）。第２無効電力変化量導出部１１２は、電圧Ｖ３が上限電圧、例えば１０７Ｖ以上か否かを判定する（Ｓ１０２）。電圧Ｖ３が上限電圧以上の場合、第２無効電力変化量導出部１１２は、力率が下限閾値、例えば０．８５より大きいかどうかどうかを判定する。

力率が下限閾値より大きい場合には、第２無効電力変化量導出部１１２は、進相無効電力が増加するように、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を導出する（Ｓ１０６）。一方、力率が下限閾値以下の場合には、有効電力を減少させるように、目標有効電力導出部１１８が目標有効電力Ｐを導出する（Ｓ１０８）。

電圧Ｖ３が上限電圧より小さい場合、目標有効電力導出部１１８は、現在の有効電力が抑制されているか否かを判定する（Ｓ１１０）。つまり、目標有効電力導出部１１８は、例えば、現在の有効電力が最大または極大であるか否かを判定する。最大または極大ではない場合には、目標有効電力導出部１１８は、有効電力が最大または極大になるように目標有効電力Ｐを導出する（Ｓ１１２）。

現在の有効電力が抑制されていない場合、つまり目標有効電力導出部１１８が、現在の有効電力が最大または極大であると判定した場合、第２無効電力変化量導出部１１２は、現在の無効電力ｑ２が０か否かを判定する（Ｓ１１４）。無効電力ｑ２が０ではない場合、第２無効電力変化量導出部１１２は、進相無効電力である無効電力ｑ２が減少するように、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を導出する（Ｓ１１６）。

制御装置１００は、以上の処理を繰り返すことで、連系点の電圧が上限電圧より大きくならないようにパワーコンディショナ１０の出力を制御している。

図５は、図４に示すフローチャートに沿って制御装置１００が電圧上昇の抑制制御を実行した場合の電圧Ｖ３、力率、無効電力ｑ２、および有効電力Ｐの時間変化の様子の一例を示す図である。

区間１において、連系点の電圧の上昇に伴い電圧Ｖ３が上昇し、有効電力Ｐも上昇していく。区間１において、力率は１であり、無効電力ｑ２はゼロである。電圧Ｖ３が上限電圧に達した時点で、区間２に移行し、区間２において、力率が下限閾値である０．８５になるまで、進相無効電力である無効電力ｑ２が増加していく。力率が０．８５に達した時点で、区間３に移行する。電圧Ｖ３がまだ上限電圧を超えている場合には、区間３において、有効電力Ｐが減少していく。電圧Ｖ３が上限電圧より小さくなった時点で、区間４に移行する。区間４において、有効電力Ｐは、最大または極大となるまで増加する。有効電力Ｐの抑制がなくなった時点で、区間５に移行し、区間５において、進相無効電力ｑ２が減少していき、力率が１に戻る。

以上の処理の過程において、第１無効電力変化量導出部１０８が、系統電源３００の周波数偏差に応じて、進相無効電力または遅相無効電力である無効電力ｑ１の変化量Δｑ１を導出する場合がある。例えば、区間２において、第１無効電力変化量導出部１０８が、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１として遅延無効電力の変化量Δｑ１を導出した場合、第２無効電力変化量導出部１１２によって導出される無効電力ｑ２は、進相無効電力であるので、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉してしまう。

上記のような無効電力ｑ１の変化量Δｑ１、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２および前回の目標無効電力Ｑｃを用いて、例えば式：Ｑｔ＝Ｑｃ＋Δｑ１＋Δｑ２により、目標無効電力導出部１１６が、今回の目標無効電力Ｑｔを導出する場合、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２により無効電力ｑ１の変化量Δｑ１が干渉されてしまう可能性がある。無効電力ｑ２の変化量Δｑ２により無効電力ｑ１の変化量Δｑ１が干渉されると、パワーコンディショナ１０が単独運転している場合でも、単独運転検出部１１０は、パワーコンディショナ１０が出力する無効電力により系統電源３００の周波数変動を検出できない可能性がある。

区間３および区間５に示すように、進相無効電力である無効電力ｑ２が減少する方向に変化している場合に、第１無効電力変化量導出部１０８が、系統電源３００の周波数偏差に応じて、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１として進相無効電力の変化量Δｑ１を導出した場合にも、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉してしまう。

なお、区間２および区間４に示すように、進相無効電力である無効電力ｑ２が増加する方向に変化している場合に、第１無効電力変化量導出部１０８が、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１として進相無効電力の変化量を導出した場合には、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉しない。また、区間３および区間５に示すように、進相無効電力である無効電力ｑ２が減少する方向に変化している場合に、第１無効電力変化量導出部１０８が、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１として遅相無効電力の変化量を導出した場合にも、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉しない。

以上の通り、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および無効電力ｑ２の変化量Δｑ２の値によっては、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および無効電力ｑ２の変化量Δｑ２から導出される目標無効電力Ｑｔに基づきパワーコンディショナ１０が出力する無効電力によって、正常にパワーコンディショナ１０の単独運転が検出されない場合がある。

そこで、本実施形態に係る制御装置１００によれば、第２無効電力変化量導出部１１２によって導出された第２無効電力の変化量によって第１無効電力変化量導出部１０８によって導出された第１無効電力の変化量が干渉される場合、電力出力制御部１４０が、リレー制御部１２０を介してリレー５０をオフして、電力変換部１０１による電力の出力を停止させる。これにより、正常にパワーコンディショナ１０の単独運転が検出されないことで、パワーコンディショナ１０が電力の出力を停止しなければならないにもかかわらず、パワーコンディショナ１０が電力の出力を継続してしまうことを防止できる。

図６は、電力出力制御部１４０により実行されるパワーコンディショナの停止処理に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。電力出力制御部１４０は、図６に示す処理手順を、第１無効電力変化量導出部１０８および第２無効電力変化量導出部１１２が無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を導出する毎に実行してよい。

電力出力制御部１４０は、第１無効電力変化量導出部１０８により単独運転検出のために導出された無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および第２無効電力変化量導出部１１２により電圧上昇抑制のために導出された無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を取得する（Ｓ２００）。

電力出力制御部１４０は、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１がゼロか否かを判定する（Ｓ２０２）。無効電力ｑ１の変化量Δｑ１がゼロであれば、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉しないので、電力出力制御部１４０は、処理を終了する。

無効電力ｑ１の変化量Δｑ１がゼロでない場合、電力出力制御部１４０は、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロか否かを判定する（Ｓ２０４）。無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロであれば、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉しないので、電力出力制御部１４０は、処理を終了する。

無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がともにゼロでない場合、電力出力制御部１４０は、無効電力ｑ１が進相無効電力か否かを判定する（Ｓ２０６）。無効電力ｑ１が進相無効電力ではない場合、つまり、無効電力ｑ１が遅相無効電力である場合、電力出力制御部１４０は、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロより小さいか否かを判定する（Ｓ２０８）。電力出力制御部１４０は、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２が負の値か否か、つまり、電力出力制御部１４０は、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２が、無効電力ｑ２が減少する方向に変化する値であるか否かを判定する。

無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロより小さくなければ、電力出力制御部１４０は、リレー制御部１２０を介してリレー５０をオフして、電力変換部１０１と系統電源３００との間を電気的に遮断させ、電力変換部１０１から電力が出力されることを停止させる（Ｓ２１０）。無効電力ｑ１が遅相無効電力で、かつ無効電力ｑ２の変化量Δｑ２が正の値であれば、つまり、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２が、無効電力ｑ２が増加する方向に変化する値であれば、電力出力制御部１４０は、リレー制御部１２０を介してリレー５０をオフして、電力変換部１０１と系統電源３００との間を電気的に遮断させ、電力変換部１０１から電力が出力されることを停止させる。

無効電力ｑ１が遅相無効電力で、かつ無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロより小さければ、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉しないので、電力出力制御部１４０は、処理を終了する。

無効電力ｑ１が進相無効電力の場合、電力出力制御部１４０は、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロより小さいか否かを判定する（Ｓ２１２）。無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロより小さい場合、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロより小さくなければ、電力出力制御部１４０は、リレー制御部１２０を介してリレー５０をオフして、電力変換部１０１と系統電源３００との間を電気的に遮断させ、電力変換部１０１から電力が出力されることを停止させる（Ｓ２１０）。無効電力ｑ１が進相無効電力で、かつ無効電力ｑ２の変化量Δｑ２が負の値を示す場合、電力出力制御部１４０は、電力変換部１０１から電力が出力されることを停止させる。

無効電力ｑ１が進相無効電力で、かつ無効電力ｑ２の変化量Δｑ２がゼロより大きければ、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とは干渉しないので、電力出力制御部１４０は、処理を終了する。

以上の通り、本実施形態に係る電源システムによれば、電圧上昇の抑制制御のために導出された無効電力ｑ２の変化量Δｑ２により、単独運転の検出のために導出された無効電力ｑ１の変化量Δｑ１が干渉される場合、電力出力制御部１４０が、電力変換部１０１から電力が出力されることを停止させる。周波数変動に基づく無効電力の変化がキャンセルされ、パワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動が検知されにくくなる可能性がある場合、事前に電力変換部１０１による電力の出力を停止させる。

したがって、電圧上昇の抑制制御のために導出された無効電力の変化量により、単独運転の検出のために導出された無効電力の変化量が干渉されることで、パワーコンディショナ１０が単独運転を検出できずに、電力変換部１０１による電力の出力を停止できないことを防止できる。よって、単独運転検出のための無効電力制御と電圧上昇抑制のための無効電力制御とが干渉することで、単独運転検出の精度が低下することによる悪影響を抑制できる。

なお、本実施形態に係る制御装置１００が備える各部は、パワーコンディショナ１０の昇圧動作、直流交流変換動作、単独運転検出制御、および電圧上昇抑制制御に関する各種処理を行う、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、コンピュータにパワーコンディショナ１０の昇圧動作、直流交流変換動作、単独運転検出制御、および電圧上昇抑制制御に関する各種処理を行うプログラムを実行させることにより、制御装置１００が備える各部としてコンピュータを機能させることで、制御装置１００を構成してもよい。

図７は、本実施形態に係る制御装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。本実施形態に係る制御装置１００は、ホストコントローラ９０２により相互に接続されるＣＰＵ９０４、ＲＡＭ９０６を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ９０８によりホストコントローラ９０２に接続されるＲＯＭ９１０、および通信インターフェイス９１２を備える。

ホストコントローラ９０２は、ＲＡＭ９０６と、高い転送レートでＲＡＭ９０６をアクセスするＣＰＵ９０４とを接続する。ＣＰＵ９０４は、ＲＯＭ９１０およびＲＡＭ９０６に格納されたプログラムに基づいて動作して、各部を制御する。入出力コントローラ９０８は、ホストコントローラ９０２と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス９１２と、ＲＯＭ９１０とを接続する。

通信インターフェイス９１２は、電圧センサ６０，６２，６４および電流センサ７０，７２，７４などと通信する。ＲＯＭ９１０は、制御装置１００内のＣＰＵ９０４が使用するプログラムおよびデータを格納する。また、ＲＯＭ９１０は、制御装置１００が起動時に実行するブート・プログラム、制御装置１００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。

ＲＡＭ９０６を介してＲＯＭ９１０に提供されるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、またはＵＳＢメモリ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ９０６を介して制御装置１００内のＲＯＭ９１０にインストールされ、ＣＰＵ９０４において実行される。

制御装置１００にインストールされて実行されるプログラムは、ＣＰＵ９０４等に働きかけて、制御装置１００を、図１から図６にかけて説明した周波数計測部１０２、移動平均値導出部１０４、周波数偏差導出部１０６、第１無効電力変化量導出部１０８、単独運転検出部１１０、第２無効電力変化量導出部１１２、出力電圧取得部１１４、目標無効電力導出部１１６、目標有効電力導出部１１８、リレー制御部１２０、ＰＷＭ制御部１３０、および電力出力制御部１４０として機能させる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ パワーコンディショナ
２０ 昇圧回路
３０ インバータ
４０ フィルタ回路
５０ リレー
５２，５４ 出力端子
６０，６２，６４ 電圧センサ
７０，７２，７４ 電流センサ
７２ 電流センサ
７４ 電流センサ
１００ 制御装置
１０１ 電力変換部
１０２ 周波数計測部
１０４ 移動平均値導出部
１０６ 周波数偏差導出部
１０８ 第１無効電力変化量導出部
１１０ 単独運転検出部
１１２ 第２無効電力変化量導出部
１１４ 出力電圧取得部
１１６ 目標無効電力導出部
１１８ 目標有効電力導出部
１２０ リレー制御部
１３０ ＰＷＭ制御部
１４０ 電力出力制御部
２００ 太陽電池アレイ
３００ 系統電源
９０２ ホストコントローラ
９０４ ＣＰＵ
９０６ ＲＡＭ
９０８ 入出力コントローラ
９１０ ＲＯＭ
９１２ 通信インターフェイス

Claims (9)

1. 交流電源の周波数偏差に応じて、前記交流電源と連系する電力変換部が出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する第１無効電力変化量導出部と、
   前記電力変換部と前記交流電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために前記電力変換部から出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する第２無効電力変化量導出部と、
   前記第２無効電力の変化量によって前記第１無効電力の変化量が干渉される場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させる電力出力制御部と
   を備え、
   前記電力出力制御部は、前記第１無効電力の変化量が、前記第１無効電力が増加する方向に変化する進相無効電力の変化量で、かつ前記第２無効電力の変化量が負の値である場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させる、制御装置。
2. 前記電力出力制御部は、前記第１無効電力が遅相無効電力で、かつ前記第２無効電力の変化量が正の値である場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させる、請求項１に記載の制御装置。
3. 交流電源の周波数偏差に応じて、前記交流電源と連系する電力変換部が出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する第１無効電力変化量導出部と、
   前記電力変換部と前記交流電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために前記電力変換部から出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する第２無効電力変化量導出部と、
   前記第２無効電力の変化量によって前記第１無効電力の変化量が干渉される場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させる電力出力制御部と
   を備え、
   前記電力出力制御部は、前記第１無効電力が遅相無効電力で、かつ前記第２無効電力の変化量が正の値である場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させる、制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の制御装置と、
   直流電源からの直流を交流に変換して前記交流電源と連系する前記電力変換部と
   を備える電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置と、
   前記直流電源と
   を備える電源システム。
6. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
7. 交流電源の周波数偏差に応じて、前記交流電源と連系する電力変換部が出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する段階と、
   前記電力変換部と前記交流電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために前記電力変換部から出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する段階と、
   前記第２無効電力の変化量によって前記第１無効電力の変化量が干渉される場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させる段階と
   を含み、
   前記停止させる段階は、前記第１無効電力の変化量が、前記第１無効電力が増加する方向に変化する進相無効電力の変化量で、かつ前記第２無効電力の変化量が負の値である場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させることを含む、制御方法。
8. 前記停止させる段階は、前記第１無効電力が遅相無効電力で、かつ前記第２無効電力の変化量が正の値である場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させることをさらに含む、請求項７に記載の制御方法。
9. 交流電源の周波数偏差に応じて、前記交流電源と連系する電力変換部が出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する段階と、
   前記電力変換部と前記交流電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために前記電力変換部から出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する段階と、
   前記第２無効電力の変化量によって前記第１無効電力の変化量が干渉される場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させる段階と
   を含み、
   前記停止させる段階は、前記第１無効電力が遅相無効電力で、かつ前記第２無効電力の変化量が正の値である場合、前記電力変換部による電力の出力を停止させることをさらに含む、制御方法。

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