JP6378572B2 - 電力変換制御装置および太陽光発電システム - Google Patents

電力変換制御装置および太陽光発電システム Download PDF

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Description

本発明は、電力変換制御装置および太陽光発電システムに関し、特に、電力系統に電力を安定化して供給することのできる運転制御に有効な技術に関する。
昨今の再生可能エネルギへの関心の高まり、政府による電力買い取り制度の導入に伴い、太陽電池（ＰＶ：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）に基づく太陽光発電システムが大きく伸びている。
これに伴い、太陽光発電システムおいて、太陽電池の電力を電力系統にスムーズに接続するためのパワーコンディショニングシステムの需要が高まっている。
パワーコンディショニングシステムの基本的な機能は、出力の電圧および周波数を電力系統のそれぞれと一致させ、ＰＶで発電した直流の電力を交流に変換することである。ただ、電力系統の電圧が短絡や断線などの事故で急変した場合、パワーコンディショニングシステムの出力と電力系統との間に電圧差が生じてしまうため、過電流が流れ、場合によってはパワーコンディショニングシステムの内部素子などが破損する恐れがある。それを防ぐために、パワーコンディショナシステムには、過電流を検出して接続を解く機能、解列が備わっている。
しかし、太陽光発電システムの増加に伴って電力系統へのパワーコンディショナシステムの接続数が増加すると、個々のパワーコンディショナシステムの挙動が電力系統に与える影響が無視できなくなりつつある。
そこで、２０１４年度以降出荷するパワーコンディショナシステムについては、例えば（社）日本電気協会による「系統連系規程 ＪＥＡＣ−９７０１−２０１３」などにおいて、一定期間かつある程度の電圧低下については解列することなく運転を継続する事故時運転継続（ＦＲＴ：Ｆａｕｌｔ Ｒｉｄｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ）要件が課せられた。
ここで、電力系統の事故による電圧の急変に対して、パワーコンディショナシステムの運転を継続するには、電圧の急変に対する過電流の抑制と不平衡電流の抑制という２つの課題を同時に解決する必要がある。正常な電圧状態から事故時の電圧が低下しきった状態までの過渡期間は、電圧変化が急激である。
さらに、電力系統の事故の多くが一線地絡や二線間短絡などであり、電圧が低下して変化がない状態であっても、三相が正常時に対してそれぞれ異なる比率で低下している不平衡状態となっている。
過電流抑制には、パワーコンディショナシステムを構成する主回路と電力系統との間に挿入されるローパスフィルタのインダクタンス成分を増加する技術、あるいは電力系統の電圧の検出から出力へ反映するまでの制御にかかる時間を短縮する技術などが知られている。
これらの技術は、ローパスフィルタや制御を実装するマイクロコンピュータなどのハードウェアに強く依存するため、パワーコンディショナシステム全体のコストの増大につながる。よって、パワーコンディショナシステムの定格電流や制御周期などの性能とＦＲＴ要件、すなわち過電流抑制度合に応じて慎重な検討が必要となる。
２つ目の不平衡電流抑制については、例えば電力系統の電圧から逆相成分を抽出し、電力系統の不平衡状態を補償することで実施される。逆相成分の抽出には、移相フィルタを用いたもの（例えば非特許文献１参照）、あるいはフーリエ変換を用いたもの（例えば非特許文献２参照）などが提案されている。これらの技術は、いずれも収束にある程度の時間を要するフィルタを使用するため、電圧急変への対応が困難である。
また、定常時は逆相成分を除去し、電圧急変時は過電流を抑制する課題を解決する技術としては、逆相抽出のためのフィルタの前後、つまり入力と出力との間で電圧差をとり、電圧が急変する過渡期はフィルタを通さず、急変しない定常時はフィルタを通す制御技術（例えば特許文献１参照）や電力系統のＤ軸またはＱ軸電圧を監視し、電圧急変時にその前後値の差よりフィルタを切り替える制御技術（例えば特許文献２参照）などが知られている。
特開平７−１２３７６号公報 特開２００４−１５３９５７号公報
Ａ．Ｖ．Ｔｉｍｂｕｓ、ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥＥ ＩＳＩＥ ２００６ Ｂ．Ｐ．ＭｃＧｒａｔｈ、ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．４，２００５．Ｐ．８７７−８８４
瞬時電圧低下時は、過電流抑制のため一刻もはやく電力系統の電圧の変化を制御へ反映することを要求される。その一方で、不平衡補償のためフィルタ処理では、収束に数ｍｓ程度〜１０ｍｓ程度の時間がかかり、上述した２つの課題を解決することは困難であった。
また、特許文献１および特許文献２の技術については、不平衡補償を積極的に実施するものではない。つまり、逆相成分を除去した状態での電圧急変の検出とフィルタの切り替えを行うものであり、電圧急変対応と不平衡補償対応を同時に解決できるものではない。
本発明の目的は、電力系統の電圧の瞬時低下において、過電流を抑制するとともに、電力系統の電圧低下時の不平衡補償によって不平衡電流を抑制することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、代表的な電力変換制御装置は、主回路部と、フィルタ部と、電流制御部と、電圧制御部と、を備える。主回路部は、ＰＷＭ信号に基づいて、太陽電池が発電した直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する交流電圧を生成する。フィルタ部は、主回路部から出力される交流電圧の高調波を除去する。
電流制御部は、ＭＰＰＴ制御による指令値と電力系統に流れる電流に基づいて、電力系統に流れる電流を補正する電流制御信号を生成する。電圧制御部は、電流制御信号および検出電圧に基づいて、電圧補償信号を生成する補償信号生成部と、フィルタ部に流れる過電流を抑制する過電流抑制部とを有する。
特に、過電流抑制部は、電力系統の電圧の正相と逆相とを分離する前の入力電圧および正相と逆相とを分離した後の出力電圧から、電力系統の電圧の変化の割合を示す急変量を算出し、急変量が第１のしきい値よりも大きい場合に、入力電圧を検出電圧とし、急変量が第１のしきい値よりも小さい場合に、出力電圧を前記検出電圧とする。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
（１）電力変換制御装置および太陽光発電システムの信頼性を向上させることができる。
（２）電力変換制御装置および太陽光発電システムのコストを低減することができる。
本実施の形態１による太陽光発電システムにおける構成の一例を示す説明図である。 図１のユーザインタフェースの一例を示す説明図である。 図１のユーザインタフェースによるしきい値の設定処理の一例を示すフローチャートである。 図１のパワーコンディショニングシステムにおける制御部が有する電圧制御部における構成の一例を示す説明図である。 図４の電圧制御部におけるＤ軸／Ｑ軸に至るまでの各軸の波形の一例を示す説明図である。 本実施の形態２による電圧制御部の電圧制御ステージによるプログラム処理の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態３による太陽光発電システムにおける構成の一例を示す説明図である。 図７のパワーコンディショニングシステムが有する電圧制御部における構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態４による電圧制御部の電圧制御ステージによるプログラム処理の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態５による太陽光発電システムの一例を示す説明図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
以下、実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
〈太陽光発電システムの構成例および動作例〉
図１は、本実施の形態１による太陽光発電システム１０における構成の一例を示す説明図である。
太陽光発電システム１０は、図１に示すように、太陽電池アレイ１１、パワーコンディショニングシステム１２、およびユーザインタフェース５０を有する。太陽電池アレイ１１は、複数の太陽電池セルを配列して形成される複数枚の太陽電池パネルから構成されている。太陽電池セルは、太陽の光エネルギを電力に変換する。
電力変換制御装置であるパワーコンディショニングシステム１２は、太陽電池アレイ１１と電力会社などが供給する三相２００Ｖの電力系統ＰＷとの間に接続されている。パワーコンディショニングシステム１２は、太陽電池アレイ１１が発電した直流電圧を交流電圧に変換するとともに、電力系統ＰＷの電圧および周波数に一致させる。
パワーコンディショニングシステム１２は、電圧センサ１５，１６、主回路１７、ローパスフィルタ１８、電流センサ１９、トランス２０、コンタクタ２１、および制御部２２を有する。
電圧センサ１５は、太陽電池アレイ１１が発電した直流電圧の電圧レベルを検出する。主回路部となる主回路１７は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの半導体素子によって構成されたインバータ回路であり、制御部２２から出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に基づいて、太陽電池アレイ１１が発電した直流電圧を交流電圧に変換する。
ローパスフィルタ１８は、高調波を除去するフィルタである。電流センサ１９は、主回路１７に流れる電流値を検出する。トランス２０は、主回路１７が生成した交流電圧を、例えば２００Ｖ程度に変圧する。
電圧センサ１６は、電力系統ＰＷの電圧値を検出する。コンタクタ２１は、トランス２０と電力会社などが供給する三相２００Ｖの電力系統ＰＷとの間に接続されており、制御部２２の制御信号に基づいて、電路を遮断する。ユーザインタフェース５０は、データの入力や表示などを行うインタフェースである。
太陽電池アレイ１１が発電した直流電圧は、制御部２２から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、主回路１７の半導体素子によってパルス幅変調される。その後、ローパスフィルタ１８によって高調波が除去されることにより、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ程度の交流電圧となる。ローパスフィルタ１８から出力される交流電圧は、トランス２０によって変圧される。変圧された交流電圧は、コンタクタ２１を介して電力系統ＰＷに出力される。
制御部２２は、パワーコンディショニングシステム１２から出力される交流電圧が最適となるように主回路１７の制御を行う。制御部２２は、保護部２３、メモリ２４、ＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、電圧制御部２７、ＰＷＭ制御部２８、および乗算部２９を有する。
ＭＰＰＴ制御部２５は、電圧センサ１５が検出した電圧値および乗算部２９が乗算した結果、すなわち電力値に基づいて、太陽電池アレイ１１における動作条件を最適化する。乗算部２９は、電圧センサ１６が検出した電圧地と電流センサ１９が検出した電流値とを乗算し、その結果をＭＰＰＴ制御部２５に出力する。
ＭＰＰＴ制御部２５による最適化は、例えば最大電力点追従（MPPT：Maximum Power Point Tracking）方式などによって、気象条件などの変化で変動する最適動作点に追従しながら太陽電池アレイ１１の動作条件（直流電圧）を最適化する。
電流制御部２６は、パワーコンディショニングシステム１２から出力される電力を、電力系統ＰＷに伝達する。電流制御部２６は、ＭＰＰＴ制御部２５から出力される指令値と電流センサ１９が検出した電流値とに基づいて、フィードバック制御により電力系統ＰＷに流れる電流値を指令値に一致させ電流制御信号を生成する。
電圧制御部２７は、パワーコンディショニングシステム１２から出力される電力を電力系統ＰＷに合わせる、すなわち電流制御部２６から指令される電流制御信号に基づいて、ＰＷＭ制御部２８に電圧補償信号ＣＴＲを出力し、パワーコンディショニングシステム１２から出力される交流電圧の電圧レベルおよび周波数を電力系統ＰＷに一致させる制御を行う。この電圧制御部２７は、主回路１７の出力電圧を速やかに系統電圧に一致させる制御が求められており、フィードフォワードの形をとっている。
ＰＷＭ制御部２８は、電圧制御部２７から出力される電圧補償信号ＣＴＲに基づいて、ＰＷＭ信号を生成して主回路１７に出力する。また、ＰＷＭ制御部２８は、保護部２３からゲートブロック信号ＧＢを受け取った際に、オフ信号を出力する。オフ信号は、主回路１７に出力される信号であり、このオフ信号によって主回路１７の半導体スイッチが強制的にオフとなり、該主回路１７の動作が停止する。
保護部２３は、電圧センサ１６が検出した電圧値および電流センサ１９が検出した電流値に基づいて、電力系統ＰＷの電圧と主回路１７に流れる電流とをそれぞれ監視し、それら検出値が規定値を超えた場合に、前述したゲートブロック信号ＧＢまたは解列信号ＫＳを出力する。
解列信号ＫＳは、コンタクタ２１に出力される信号である。コンタクタ２１は、解列信号ＫＳが入力されると、電路を遮断してパワーコンディショニングシステム１２を電力系統ＰＷから切り離す。
これらＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、電圧制御部２７、およびＰＷＭ制御部２８による制御ステージは、優先順位を有しており、最も優先順位の高い制御ステージがＰＷＭ制御部２８によるＰＷＭ制御ステージによる制御である。
ＰＷＭ制御ステージの下位は、電圧制御部２７による電圧制御ステージによる制御であり、該電圧制御ステージの下位は、電流制御部２６による電流制御ステージによる制御である。そして、最も優先順位の低い制御ステージが、ＭＰＰＴ制御部２５によるＭＰＰＴ制御ステージである。
メモリ２４は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性半導体メモリからなり、ユーザインタフェース５０から入力される後述するしきい値ＴＨ１などのデータなどを格納するメモリである。しきい値ＴＨ１は、第１のしきい値となる。
なお、図１では、太陽光発電システム１０がユーザインタフェース５０を備える構成としたが、該ユーザインタフェース５０は、該太陽光発電システム１０とは別に設ける構成としてもよい。
その場合、ユーザインタフェースは、パーソナルコンピュータなどである。パーソナルコンピュータは、例えばパワーコンディショニングシステム１２に外部接続される。パーソナルコンピュータとパワーコンディショニングシステム１２とは、例えばＰＬＣ（Power Line Communications）などの通信技術によって接続される。
〈しきい値の設定例〉
続いて、ユーザインタフェース５０からしきい値ＴＨ１を設定する処理について、図２および図３を用いて説明する。
図２は、図１のユーザインタフェース５０の一例を示す説明図である。図３は、図１のユーザインタフェース５０によるしきい値ＴＨ１の設定処理の一例を示すフローチャートである。
ユーザインタフェース５０は、図２に示すように、上方に様々な情報を表示するウィンドウ５１を有する。このウィンドウ５１の下方には、図２の左から右にかけて、メニューボタン５２、決定ボタン５３、下移動ボタン５４、および上移動ボタン５５がそれぞれ設けられている。
メニューボタン５２は、様々な設定項目を選択するボタンである。決定ボタン５３は、メニューボタン５２にて選択した設定項目を決定するボタンである。下移動ボタン５４は、例えばしきい値ＴＨ１を設定するメニューを選択した際に、ウィンドウ５１に表示されているしきい値ＴＨ１の数値を減少させる。上移動ボタン５５は、ウィンドウ５１に表示されているしきい値ＴＨ１の数値を増加させる。巡回的にしきい値ＴＨ１の数値を移動させる場合には、下移動ボタン５４または上移動ボタン５５のいずれか一方のボタンを押し続けようにしてもよい。
図３において、まず、図２のメニューボタン５２から、しきい値ＴＨ１を設定するメニューを選択する。それにより、図２に示すように、ユーザインタフェース５０のウィンドウ５１には、しきい値設定画面が表示される。
ユーザは、下移動ボタン５４または上移動ボタン５５によって、ウィンドウ５１に表示されているしきい値ＴＨ１を所望の数値まで変化させ、決定ボタン５３を押下することによって、しきい値ＴＨ１を設定する（ステップＳ１０１）。
決定ボタン５３によってしきい値ＴＨ１が設定されると、図１の制御部２２は、設定されたしきい値ＴＨ１を、該制御部２２が有するメモリ２４に格納する（ステップＳ１０２）。以上により、しきい値ＴＨ１の設定処理が終了となる。
なお、図２のウィンドウ５１に示す数値では、電力系統ＰＷの電圧に対する％を表示する例について示している。この場合は、ユーザインタフェース５０にてユーザによって入力された数値を２乗して、急変量の次元に合わせている。また、しきい値ＴＨ１は、その他にも直接の急変量でもよいし、電力系統ＰＷの電圧に対する比率などであってもよい。
〈電圧制御部の構成例〉
図４は、図１のパワーコンディショニングシステム１２における制御部２２が有する電圧制御部２７における構成の一例を示す説明図である。
電圧制御部２７は、図４に示すように、クラーク変換部３０、移相フィルタ３１，３２、演算部３３、切り替え器３４、パーク変換部３５，３６、加算部３７、逆パーク変換部３８，３９、加算部４０、逆クラーク変換部４１、差分器４２，４３、２乗加算器４４、および比較部４５を有する。
クラーク変換部３０には、図１の電圧センサ１６が検出した電力系統ＰＷの三相電圧（電圧ＶＵ、電圧ＶＶ、電圧ＶＷ）がそれぞれ入力されている。クラーク変換部３０は、電圧センサ１６によって取得した電力系統ＰＷの三相電圧（３軸）をクラーク変換し、Ａ軸（電圧ＶA）およびＢ軸（電圧ＶB）の２軸からなる二相電圧に変換する。
クラーク変換されたそれぞれの二相電圧は、分離フィルタとなる移相フィルタ３１，３２を通過することによって、各軸において、０度と９０度とに移相がずれた電圧（電圧ＶA、電圧ｊＶA、電圧ＶB、電圧ｊＶB）に分離された後、演算部３３に入力される。
演算部３３は、入力された移相がずれた電圧から、Ａ，Ｂ軸上での正相成分および逆相成分を抽出する。抽出した各成分は、ぞれぞれ切り替え器３４を経て、検出電圧としてパーク変換部３５，３６に入力される。
パーク変換部３５は、パーク変換によって正相のＤ軸およびＱ軸に変換する。パーク変換部３６は、パーク変換によって逆相のＤ軸およびＱ軸に変換する。加算部３７は、パーク変換部３５によってパーク変換された正相のＤ軸、Ｑ軸および逆相のＤ軸、Ｑ軸に、図１の電流制御部２６から出力される電流制御信号を加算して逆パーク変換部３８，３９にそれぞれ出力する。
逆パーク変換部３８は、入力された正相のＤ軸、Ｑ軸を逆パーク変換して正相のＡ軸、Ｂ軸に変換する。逆パーク変換部３９は、入力された逆相のＤ軸、Ｑ軸を逆パーク変換して逆相のＡ軸、Ｂ軸に変換する。
加算部４０は、逆パーク変換された正相のＡ軸と逆相のＡ軸の加算、および逆パーク変換された正相のＢ軸と逆相のＢ軸とをそれぞれ加算して、逆クラーク変換部４１に出力する。
逆クラーク変換部４１は、逆クラーク変換によってＡ軸およびＢ軸の２軸からなる二相電圧を再び３軸の三相電圧に変換し、電圧補償信号ＣＴＲとして図１のＰＷＭ制御部２８に出力する。この正逆相の分離抽出により、系統が事故で不平衡状態になった場合でも、補償制御が可能となる。
差分器４２は、Ａ軸上における移相フィルタ３１の入力電圧ＶAと、移相フィルタ３１から出力される０度移相の出力電圧ＶAとの差分を算出する。差分器４３は、Ｂ軸上における移相フィルタ３２の入力電圧ＶBと、移相フィルタ３２から出力される０度移相の出力電圧ＶBとの差分をとる。
２乗加算器４４は、差分器４２，４３が算出した差分値をそれぞれ２乗して加算して急変量として出力する。第１の比較部である比較部４５は、２乗加算器４４が算出した急変量としきい値ＴＨ１とを比較し、その比較結果を切り替え器３４に切り替え制御信号ＳＣＴとして出力する。
これら差分器４２，４３、２乗加算器４４、比較部４５、および切り替え器３４は、ローパスフィルタ１８に流れる過電流を抑止する過電流抑制部を構成し、移相フィルタを迂回する過電流制御を行う。また、パーク変換部３５，３６、加算部３７、逆パーク変換部３８，３９、加算部４０、および逆クラーク変換部４１によって補償信号生成部が構成される。
〈電圧制御部による過電流制御〉
続いて、パワーコンディショニングシステム１２の制御部２２によるローパスフィルタ１８に流れる過電流制御について説明する。
まず、移相フィルタ３１，３２の応答性について説明する。
図５は、図４の電圧制御部２７におけるＤ軸／Ｑ軸に至るまでの各軸の波形の一例を示す説明図である。
図５において、左側は、電力系統ＰＷが三相平衡にてステップ状に電圧低下（図５の４０ｍｓ程度以降）した場合を示しており、右側は、電力系統ＰＷが不平衡で電圧低下（図５の４０ｍｓ程度以降）した場合を示している。また、図５の上方から下方にかけては、電圧センサ１６が検出した電力系統ＰＷの三相電圧（電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ）、パーク変換前の二相電圧（正相Ａ軸、正相Ｂ軸、逆相Ａ軸、逆相Ｂ軸）、およびパーク変換後の二相電圧（正相Ｄ軸、正相Ｑ軸、逆相Ｄ軸、逆相Ｑ軸）の波形をそれぞれ示している。
図５において、電圧低下後の波形から明らかなように、移相フィルタ３１，３２は、電力系統ＰＷの急激な電圧変化に追随できない。また、電圧急変から移相フィルタ３１，３２の出力が収束するまでには、数ｍｓ程度から１０ｍｓ程度の時間を要しており、この期間は、図１のローパスフィルタ１８に過電流が流れることになる。
特に、電力系統ＰＷの電圧が低下した瞬間は、移相フィルタ３１，３２の出力が変化しないため、ローパスフィルタには低下した分の電圧がかかる。結果として次式で決定される過電流が流れる。
Figure 0006378572
ここで、ΔＶは電圧低下分、Ｌはローパスフィルタのインダクタンス、およびΔＴは制御周期である。ローパスフィルタ１８に流れる過電流が主回路１７の定格を超えると、解列を起こす。すなわち、保護部２３から解列信号ＫＳが出力され、該解列信号ＫＳに基づいて、コンタクタ２１が電路を遮断する。
コンタクタ２１は、例えば機械的なスイッチからなる構成であるため、解列信号ＫＳによる電路の遮断から、該電路を導通させる復帰までの時間が、例えば１ｓ程度必要である。よって、解列した場合、瞬間停電などが生じてしまう恐れがあり、電力系統ＰＷの品質に大きな影響が与えられることになる。電力系統ＰＷの電力品質を確保するためには、解列による電路の遮断を頻繁に発生させないようにすることが望ましい。
そこで、電圧制御部２７では、この過電流を抑止するため、図４に示す差分器４２，４３、２乗加算器４４、および比較部４５によって、電力系統ＰＷの電圧がある設定値よりも低下した際に、移相フィルタ３１，３２を迂回させるように制御を行う。
９０度移相の移相フィルタ３１，３２が収束しない間は、０度移相の移相フィルタ３１，３２の出力も入力とは異なることを利用し、この入出力の差を差分器４２，４３にてＡ軸とＢ軸でそれぞれとる。
２乗加算器４４は、これらの差分値をそれぞれ２乗して加算し、その値を急変量Δと定義する。急変量Δは、平方根をとることによって電圧が求められる。比較部４５は、２乗加算器４４が算出した急変量（電圧）とメモリ２４に予め格納されているしきい値ＴＨ１とを比較し、その結果を切り替え器３４に切り替え制御信号ＳＣＴとして出力する。
なお、比較部４５が有するしきい値ＴＨ１は、図１のメモリ２４に予め格納されている。しきい値ＴＨ１は、例えば図１のユーザインタフェース５０によって入力される。ユーザインタフェース５０から入力されたしきい値ＴＨ１は、メモリ２４に格納される。
切り替え器３４は、入力された切り替え制御信号ＳＣＴに基づいて、接続先を切り替える。切り替え器３４は、例えば４つのセレクタ３４ａ〜３４ｄを有する。セレクタ３４ａは、切り替え制御信号ＳＣＴに基づいて、演算部３３から出力される正相成分の電圧ＶPAまたはクラーク変換部３０から出力されるＡ軸の電圧ＶAのいずれかを選択し、検出電圧としてパーク変換部３５に出力する。
セレクタ３４ｂは、切り替え制御信号ＳＣＴに基づいて、演算部３３から出力される正相成分の電圧ＶPBまたはクラーク変換部３０から出力されるＢ軸の電圧ＶBのいずれかを選択し、パーク変換部３５に出力する。
セレクタ３４ｃは、切り替え制御信号ＳＣＴに基づいて、演算部３３から出力される逆相成分の電圧ＶNA、あるいは’０’のいずれかを選択して出力する。セレクタ３４ｄは、切り替え制御信号ＳＣＴに基づいて、演算部３３から出力される逆相成分の電圧ＶNB、あるいは’０’のいずれかを選択して出力する。
ここで、図４に示したセレクタ３４ａ〜３４ｄにおける導通経路は、急変量Δがしきい値ＴＨ１より小さい場合を示している。この図４に示す経路の場合は、移相フィルタ３１，３２の出力が、演算部３３からセレクタ３４ａ〜３４ｄをそれぞれ経て、検出電圧としてパーク変換部３５，３６にそれぞれ入力される。
また、急変量がしきい値ＴＨ１より大きい場合、セレクタ３４ａ〜３４ｄにおける導通経路は、図４の点線に示す経路となり、移相フィルタ３１，３２を通過することなく、Ａ軸（電圧ＶA）およびＢ軸（電圧ＶB）がそのまま、セレクタ３４ａ，３４ｂを経てパーク変換部３５に入力される。
２乗加算器４４が算出した急変量は、移相フィルタ３１，３２の収束度合いに依存する値であるが、電力系統ＰＷの電圧が急変する時点での電力系統ＰＷの電圧低下の比率の情報を含んでいる。
ここで、平衡状態での電圧急変する前後の系統三相電圧の大きさをＶ、急変後の電圧をＶ’として急変量Δ0を求める。各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電圧は、
Figure 0006378572
であらわされる。
ここで、ωは系統角周波数である。φは投入角といい、電圧急変が起きる際の角度を示す。クラーク変換後のＡ軸、Ｂ軸は、
Figure 0006378572
であらわされる。
電圧が急変した直後の移相フィルタ３１，３２の入力は、該移相フィルタ３１，３２の出力がすぐには追随できないため急変前の電圧状態である。さらに、電圧の急変前後のサンプリング間隔は、交流周期に対して十分小さいと仮定すると、同じ急変前後の電圧についてωtを適用できる。
Ａ軸の差分値ΔＶAおよびＢ軸の差分値ΔＶBは、それぞれ
Figure 0006378572
とあらわされる。
急変量Δは、２乗加算して求めるので、
Figure 0006378572
とあらわされる。
この値は、急変の比率のみで決まり、事故の起こる時刻（投入角φ）には依存しない。このため、急変量Δ0から電力系統ＰＷの電圧急変の比率が正確に求められる。
次に、電圧急変後時に不平衡になる場合について考える。
電圧の急変前は（２）式と同様に正相成分のみであるが、急変後は、以下のように正相と逆相の重ねあわせで表現される。φNは逆相成分に対する投入角であり、急変時刻および不平衡の状態に依存する量である。
Figure 0006378572
同様にＡＢ軸上では、以下のようにあらわされる。
Figure 0006378572
各軸の差分値、ΔＶAとΔＶBは、（４）式に（２）式および（７）式を適用する。急変のタイミングを投入角はφPであらわすとすると急変時刻tは０でも構わない。時刻は、違うケースを考える場合には、φPを変化させればよい。得られる急変量Δに対しωt =０を適用すると、
Figure 0006378572
となる。
投入角の項が残るが、正相と逆相の相対値であり、これは投入時刻ではなく不平衡状態に依存する量である。このため、電圧低下時に不平衡状態であっても、急変量から電圧急変時の状態を正確に抽出することができる。
なお、移相フィルタ３１，３２を経由させるかあるいは迂回させるかを判定するしきい値ＴＨ１（Δ１）は、式（１）にて決定される過電流値が主回路１７の保護電流値を超えないような電圧差の２乗以下であればよく、例えば次式（９）で表される。
Figure 0006378572
ここで、（９）式において、ＩＰは主回路１７の保護電流値を示す。しきい値ＴＨ１は、実装するパワーコンディショニングシステム１２の機種に依存するが、なるべく小さい値がよく、例えば急変量の０．０１ａ．ｕ．、つまり電力系統ＰＷの電圧の１０％の低下程度とするのがよい。
しきい値を不用意に小さくすると、電力系統ＰＷの電圧がわずかなに変化しても、迂回動作、すなわち電流制御動作をしやすくなる。しかし、移相フィルタ３１，３２を迂回しないことによるローパスフィルタ１８に流れる過電流のほうが、移相フィルタ３１，３２を迂回して発生する不平衡電流よりも大きいため、主回路１７へのダメージや解列の可能性などが小さくなる。
続いて、以上で説明した差分器４２，４３、２乗加算器４４、および比較部４５による移相フィルタ３１，３２を迂回する過電流制御について、パワーコンディショニングシステム１２の制御への影響について述べる。
移相フィルタ３１，３２によって正相および逆相を正確に抽出できていたものが、該移相フィルタ３１，３２が収束しないていない期間、つまり数ｍｓ程度ではあるが、そのままパーク変換部３５に投入される。
この場合、正相成分はＤ軸、Ｑ軸に写像されるが、仮に逆相が存在していた場合には、パーク変換部３５のパーク変換によって電力系統ＰＷの周波数の２倍のリップル電圧を生じさせる。
しかし、もともと正逆相抽出をしていない制御でも起こることであり、この過電流制御を導入することで過電流発生をより増大させるものではない。さらに、過電流制御が誤動作をした場合でも、正逆相を抽出しない制御に移ってしまうだけであり、過電流を増大させるものではない。移相フィルタが収束する数ｍｓ後には、正確な不平衡補償が再度可能となる。
以上、説明したように２乗加算器４４が算出する急変量は、電力系統ＰＷの電圧が不平衡であるかどうかにかかわらず、該電力系統ＰＷの電圧の急変量を正確に反映することができる。
この急変量が、しきい値ＴＨ１よりも大きい場合には、移相フィルタ３１，３２を経由することなく、クラーク変換部３０が２軸に変換した電圧ＶAおよび電圧ＶBをパーク変換部３５に入力させる。
よって、電力系統ＰＷの電圧が大きく急変しても、移相フィルタ３１，３２の応答遅れがなくなるので、電圧補償信号ＣＴＲの生成時間を短縮することができる。これにより、電力系統ＰＷの電圧急変の追従性を向上させることが可能となり、ローパスフィルタ１８などに過電流が流れることを防止することができる。
また、ローパスフィルタ１８に過電流が流れることを防止することができるので、該ローパスフィルタ１８のインダクタンス成分の増大などが不要となり、パワーコンディショニングシステム１２のコストを削減することができる。
さらに、解列による電路の遮断を低減させることができるので、電力系統ＰＷの電力品質を向上させることができる。
（実施の形態２）
〈概要〉
前記実施の形態１では、図１の電圧制御部２７をハードウェア構成としたが、該電圧制御部２７の機能は、プログラム処理によっても実現することができる。そこで、本実施の形態２においては、電圧制御部２７の機能をプログラムによって実現した際の制御処理について説明する。
〈制御部の構成〉
また、制御部２２におけるその他の機能、すなわちＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、およびＰＷＭ制御部２８による各機能についても、プログラムによって処理を行うものとする。
その場合、制御部２２は、マイクロコンピュータなどからなり、例えば図１のメモリ２４に電圧制御部２７の機能を実現するプログラムが格納される。同様に、ＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、およびＰＷＭ制御部２８による各機能を実現するプログラムについても、例えばメモリ２４に格納される。
本実施の形態２において、太陽光発電システム１０の構成は、前記実施の形態１の図１と同様であり、異なるところは、上記した電圧制御部２７などの各機能がプログラムによるソフトウェア処理によって実現されている点である。
なお、ここでは、制御部２２におけるＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、電圧制御部２７、およびＰＷＭ制御部２８による各機能をソフトウェアによって処理する構成とするが、例えば制御部２２の電圧制御部２７による機能のみをプログラムによってソフトウェア処理する構成としてもよい。
〈電圧制御ステージの処理例〉
以下、図１の電圧制御部２７の機能である電圧制御機能を制御部２２がプログラムによって処理する場合について、図１および図６を用いて説明する。
図６は、本実施の形態２による電流制御部２６の電圧制御ステージによるプログラム処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１のメモリ２４には、予め図３に示した処理によってしきい値ＴＨ１が設定されているものとする。
太陽光発電システム１０の運転が開始されると、電圧センサ１６が検出した電力系統ＰＷの三相電圧が制御部２２に入力される。電圧センサ１６が検出した三相電圧は、例えばＡ／Ｄ変換器などによってデジタル信号に変換した後、制御部２２に入力される。
以下、電圧制御ステージを実行するプログラムは、パワーコンディショニングシステム１２のメインプログラムからタイマ割り込みなどによって定期的に、例えば約１００μｓ間隔程度で呼び出され、図６に示す処理を実行する。
まず、入力された三相電圧は、ぞれぞれ適当なゲインを掛けた後、クラーク変換の演算を行う（ステップＳ２０１）。続いて、移相フィルタ演算処理を行う（ステップＳ２０２，Ｓ２０３）。ここで、ステップＳ２０２の処理による位相を９０度ずらす処理については、特に限定するものではない。たとえば、非特許文献２に記載される技術が適用できる。
また、０度移相の演算処理については、入力された三相電圧をそのまま出力するのではなく、９０度移相フィルタ演算後の出力となるべく周波数特性が同等になることが望ましい。よって、ステップＳ２０３の処理である０度移相フィルタ演算では、たとえば９０度移相フィルタの演算後の出力をいったん積分して周波数に比例したゲインをかける処理によって得る。
０度移相フィルタの演算が終了した後、０度移相の入力から９０度移相の出力を減算して（ステップＳ２０４）、その減算結果を２乗加算する（ステップＳ２０５）。そして、予めメモリ２４に格納されているしきい値ＴＨ１と２乗加算の結果とを比較する（ステップＳ２０６）。
２乗加算の算出結果がしきい値ＴＨ１よりも小さい場合には、移相フィルタ処理された出力を正逆相抽出演算処理する（ステップＳ２０７）。この正逆相抽出演算処理は、前記実施の形態１の図４に示す演算部３３が実行する処理と同じであり、Ａ，Ｂ軸上での正逆相成分に分離抽出する。
続いて、正相分は、順相でパーク変換を、逆相分は逆相でパーク変換をそれぞれ行い（（ステップＳ２０８）、正逆それぞれの相でのＤ軸成分、Ｑ軸成分を得る。
また、ステップＳ２０６の処理において、２乗加算の算出結果がしきい値ＴＨ１よりも大きい場合には、ステップＳ２０３の処理による０度移相の電圧のみをパーク変換することによって（ステップＳ２０９，Ｓ２１０）、Ｄ軸成分、Ｑ軸成分を得る。ステップＳ２０９の処理では、逆相分を’０’に設定し、逆相分の演算は以降行わない。
その後、下位の制御ステージである電流制御部２６によって演算されたＤ軸およびＱ軸の電流制御信号を加算し（ステップＳ２１１）、その加算結果を逆パーク変換する（ステップＳ２１２）。正相分は順相で、逆相分は逆相でそれぞれパーク変換を実施し、それぞれＡ軸およびＢ軸上に戻す。
そして、個々の軸毎に正相成分と逆相成分を加算し（ステップＳ２１３）、逆クラーク変換を行うことにより（ステップＳ２１４）、三相電圧に戻す。以上により、電圧制御機能の処理が終了となる。
ＰＷＭ制御ステージでは、図６に示した電圧制御ステージが算出した各相の電圧の大きさに応じたデューティ比のパルスを生成する演算を行う。このＰＷＭ信号を生成する演算は、ハードウェアであるタイマ回路を使用するようにしてもよい。
なお、しきい値ＴＨ１の設定は、図３に示したようにパワーコンディショニングシステム１２の運転前に、ユーザもしくは設計者などによって予め設定される。また、しきい値ＴＨ１の設定値については、前記実施の形態１と同様であり、例えば電力系統ＰＷの電圧の１０％の低下程度とする。
以上により、電力系統ＰＷの電圧急変の追従性を向上させることが可能となり、ローパスフィルタ１８などに過電流が流れることを防止することができる。
また、電圧制御ステージなどの処理をソフトウェアによって処理することにより、ハードウェア構成を簡略化することが可能となり、パワーコンディショニングシステム１２のコストを低減することができる。
（実施の形態３）
〈概要〉
本実施の形態３では、制御部２２の電圧制御部２７において、前記実施の形態１による移相フィルタ３１，３２を経由／迂回する機能だけではなく、ゲートブロック信号ＧＢを生成する機能を有する構成とする。
制御部２２が有する電圧制御部２７は、急変量と第２のしきい値となる新たなしきい値ＴＨ２とを比較して、該しきい値ＴＨ２が大きければ、ゲートブロック信号ＧＢを発生させる。しきい値ＴＨ２は、しきい値ＴＨ１とは、異なるしきい値である。
〈太陽光発電システムの構成例〉
図７は、本実施の形態３による太陽光発電システム１０における構成の一例を示す説明図である。
図７に示す太陽光発電システム１０と前記実施の形態１の図１との違いは、論理和回路４６が新たに設けられた点である。その他の構成については同様であるので、説明は省略する。
論理和回路４６の一方の入力部には、電圧制御部２７から出力される動作制御信号となるゲートブロック制御信号ＣＧ１が入力される。論理和回路４６の他方の入力部には、保護部２３から出力されるゲートブロック制御信号が入力される。保護部２３から出力されるゲートブロック制御信号ＣＧ２は、例えば主回路１７の異常な温度上昇や電力系統ＰＷに異常な過電流が流れた際などに出力される。
論理和回路４６は、電圧制御部２７から出力されるゲートブロック制御信号ＣＧ１と保護部２３から出力されるゲートブロック制御信号ＣＧ２との論理和をとり、その出力部から出力される信号をゲートブロック信号ＧＢとして出力する。ゲートブロック信号ＧＢは、ＰＷＭ制御部２８に入力される。
前記実施の形態１にて述べたように、ＰＷＭ制御部２８は、ゲートブロック信号ＧＢが入力された際に、主回路１７のすべての半導体スイッチを強制的にオフして動作を停止させるオフ信号を生成する。
〈電圧制御部の構成例および動作例〉
図８は、図７のパワーコンディショニングシステム１２が有する電圧制御部２７における構成の一例を示す説明図である。
図８の電圧制御部２７は、前記実施の形態１の図４に示す電圧制御部２７の構成に、比較部４７およびタイマ４８が新たに設けられた構成となっている。その他の構成については、図４の電圧制御部２７と同様であるので、説明は省略する。
第２の比較部である比較部４７には、２乗加算器４４から出力される急変量が入力される。比較部４７は、入力された急変量としきい値ＴＨ２との比較を行い、その比較結果を出力する。延長出力部となるタイマ４８は、比較部４７から出力される比較結果を、ある期間延長して出力する。
しきい値ＴＨ２は、図１に示すメモリ２４に格納される。しきい値ＴＨ２を格納するメモリについては、メモリ２４とは異なる新たなメモリを設け、該メモリにしきい値ＴＨ２を格納するようにしてもよい。また、しきい値ＴＨ２は、前記実施の形態１で述べたしきい値ＴＨ１と同様に、図３に示す処理によってメモリ２４に格納される。
続いて、比較部４７およびタイマ４８の動作について説明する。なお、比較部４５の動作については、前記実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
まず、比較部４７は、２乗加算器４４から出力される急変量とメモリ２４に格納されているしきい値ＴＨ２とを比較し、その比較結果をタイマ４８に出力する。例えば急変量がしきい値ＴＨ２よりも小さい場合には、ゲートブロック制御信号ＣＧ１となるアクティブ信号を出力する。タイマ４８は、アクティブのゲートブロック制御信号ＣＧ１を、ある一定の期間だけ維持して出力する。
ここで、しきい値ＴＨ２の設定値は、例えば背景技術で述べた「系統連系規程 ＪＥＡＣ−９７０１−２０１３」のＦＲＴ要件にて規定された急変量の０．６４ａ．ｕ．、つまり電力系統ＰＷの電圧の８０％低下程度に設定する。また、タイマ４８の設定値については、例えば前述したＦＲＴ要件にて定められている電力系統ＰＷの電圧周期の３サイクル分程度に設定する。
タイマ４８から出力されるゲートブロック制御信号ＣＧ１は、論理和回路４６に入力される。論理和回路４６は、入力されたゲートブロック制御信号ＣＧ１がアクティブとなる期間、ゲートブロック信号ＧＢがＰＷＭ制御部２８に入力される。
これによって、ＰＷＭ制御部２８は、タイマ４８に設定された期間、ゲートブロック信号ＧＢを主回路１７に出力する。主回路１７は、ゲートブロック信号ＧＢが入力されている期間、動作が停止する。
この制御を設けることによって、過電流をローパスフィルタ１８のみで抑制する必要がなくなる。このため、ローパスフィルタ１８のインダクタンス増大を抑制することができる。
タイマ４８にて設定した時間が経過して、主回路１７におけるゲートブロックが解除される頃には、移相フィルタ３１，３２は収束状態になっているので、該移相フィルタ３１，３２の出力を通過させる制御に移行する。もしくは、タイマ４８の時間設定によっては、移相フィルタ３１，３２が収束途上であることも考えられるので、比較部４５によって再度急変量を比較して移相フィルタ３１，３２の入力を使用する制御としてもよい。
あるいは、タイマ４８による時間設定を行わずに、急変量のみを使用してしきい値ＴＨ２を超えている間のみゲートブロック信号ＧＢを出力するようにしてもよい。
以上により、ローパスフィルタ１８のインダクタンスの増大を抑制し、パワーコンディショニングシステム１２のコストを低減させることができる。
（実施の形態４）
〈概要〉
本実施の形態４においては、前記実施の形態３に示した図８の電圧制御部２７による機能を、ハードウェアではなく、プログラムによって実現する場合について説明する。また、図７に示す制御部２２におけるその他の機能、すなわちＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、およびＰＷＭ制御部２８による各機能についても、プログラムによって処理を行うものとする。
〈制御部の構成〉
制御部２２は、マイクロコンピュータなどからなり、例えば図７のメモリ２４に電圧制御部２７の機能を実現するプログラムが格納される。同様に、ＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、およびＰＷＭ制御部２８による各機能を実現するプログラムについても、例えばメモリ２４に格納される。
また、太陽光発電システム１０の構成は、前記実施の形態３の図７と同様であり、異なるところは、上記した電圧制御部２７などの各機能がプログラムによるソフトウェア処理によって実現されている点である。
なお、ここでは、制御部２２におけるＭＰＰＴ制御部２５、電流制御部２６、電圧制御部２７、およびＰＷＭ制御部２８による各機能をソフトウェアによって処理する構成とするが、例えば制御部２２の電圧制御部２７による機能のみをプログラムによってソフトウェア処理する構成としてもよい。
〈電圧制御ステージの処理例〉
図９は、本実施の形態４による電流制御部２６の電圧制御ステージによる処理の一例を示すフローチャートである。この図９においては、前記実施の形態２の図６と異なる部分を詳細に説明するものとする。なお、図７のメモリ２４には、予め図３などに示した処理によってしきい値ＴＨ１，ＴＨ２が設定されているものとする。
まず、図９のステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理については、図６のステップＳ２０１〜Ｓ２０５の処理と同様である。これらの処理によって、急変量を求めると、その後、タイマ（タイマ４８に相当）が動作中であるか否かをチェックする（ステップＳ３０６）。
タイマがカウントアップ、つまり動作中でなければ、ゲートブロック制御信号ＣＧ１がＯＦＦ（インアクティブ）となる信号を出力した後（ステップＳ３０７）、急変量としきい値ＴＨ２との比較を行う（ステップＳ３０８）。
急変量がしきい値ＴＨ２よりも大きい場合には、ゲートブロック制御信号ＣＧ１がＯＮ（アクティブ）となる信号を出力して（ステップＳ３０９）、タイマのカウンタを初期値にクリアして動作を開始させる（ステップＳ３１０）。
ステップ３０６の処理において、タイマが動作中であれば、ゲートブロック制御信号がＯＮとなる状態を継続させ（ステップＳ３１１）、タイマの計数をカウントアップする（Ｓ３１２）。
ステップＳ３０８の処理において、急変量がしきい値ＴＨ２よりも小さい場合、ステップＳ３１２の処理が終了、またはステップＳ３１０の処理が終了すると、急変量としきい値ＴＨ１との比較を行う（ステップＳ３１３）。
以降、図９のステップＳ３１４〜Ｓ３２１の処理については、前記実施の形態２の図６のステップＳ２０７〜Ｓ２１４の処理と同様である。この一連の動作により、急変量としきい値ＴＨ２との比較、ゲートブロック信号ＧＢの出力、さらにタイマでの一定期間出力が可能となる。
ゲートブロック信号の出力中にもかかわらず、前記実施の形態２と同様の動作、つまりフィルタ演算やＤＱ軸演算を継続するのは、ゲートブロック解除の際の復帰を高速に実施するためである。
以上によっても、ローパスフィルタ１８のインダクタンスの増大を抑制し、パワーコンディショニングシステム１２のコストを低減させることができる。
また、電圧制御ステージなどの処理をソフトウェアによって処理することにより、ハードウェア構成を簡略化することが可能となり、パワーコンディショニングシステム１２のコストを低減することができる。
（実施の形態５）
〈概要〉
本実施の形態５におけるパワーコンディショニングシステム１２の制御部２２は、急変量としきい値ＴＨ１とを比較して、急変量がしきい値ＴＨ１よりも大きい場合に、移相フィルタ３１，３２を迂回するとともに、電流制御部２６へ入力される電流指令値を０に抑制するものである。
〈太陽光発電システムの構成例および動作例〉
図１０は、本実施の形態５による太陽光発電システム１０の一例を示す説明図である。
図１０の太陽光発電システム１０と前記実施の形態１の図１による太陽光発電システム１０との違いは、ＭＰＰＴ制御部２５と電流制御部２６との間に、選択部である切り替え器４９が設けられた点である。その他の構成については、図１と同様であるので、説明は省略する。
切り替え器４９には、ＭＰＰＴ制御部２５から指令値、および’０’がそれぞれ入力され、該切り替え器４９の制御端子には、電圧制御部２７から出力される出力抑制信号ＯＳＳが入力される。切り替え器４９は、出力抑制信号ＯＳＳに基づいて、ＭＰＰＴ制御部２５から指令値または’０’を選択して電流制御部２６に出力する。
電圧制御部２７は、急変量がしきい値ＴＨ１より小さいと判定すると、例えばハイレベルの出力抑制信号ＯＳＳを出力する。この場合、切り替え器４９は、図９の実線に示す経路が接続されるように切り替え動作を行う。これによって、ＭＰＰＴ制御部２５から出力される指令値が電流制御部２６に出力され、電流制御部２６は、該指令値に基づいて、電流制御ステージの処理を実施する。
また、電圧制御部２７は、急変量がしきい値ＴＨ１より大きいと判定すると、例えばローレベルの出力抑制信号ＯＳＳを出力する。この出力抑制信号ＯＳＳに基づいて、切り替え器４９は、図９の点線に示す経路が接続されるように切り替え動作を行う。これによって、電流制御部２６には、指令値として’０’が入力されることになり、該電流制御部２６は、電流を流さない制御を実施する。
パワーコンディショニングシステム１２が電力系統ＰＷに電力を送っている場合、その電力に応じた電流がすでに主回路１７を流れる。ここに、系統事故などによって過電流が流れると、定格を大きく上回る電流が流れることになる。
本例では、その電流を抑止するため、移相フィルタ３１，３２の前後の値が異なるような電圧急変の際に、電流制御部２６が電流を流さないように制御をさせて、該移相フィルタ３１，３２の経路切り替えだけでなく、出力電流そのものを抑制し、主回路１７に流れる電流を低減するものである。
以上により、電力系統ＰＷの事故などが発生しても、パワーコンディショニングシステム１２の故障発生を低減させ、信頼性を向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
１０ 太陽光発電システム
１１ 太陽電池アレイ
１２ パワーコンディショニングシステム
１５，１６ 電圧センサ
１７ 主回路
１８ ローパスフィルタ
１９ 電流センサ
２０ トランス
２１ コンタクタ
２２ 制御部
２３ 保護部
２４ メモリ
２５ ＭＰＰＴ制御部
２６ 電流制御部
２７ 電圧制御部
２８ ＰＷＭ制御部
２９ 乗算部
３０ クラーク変換部
３１ 移相フィルタ
３２ 移相フィルタ
３３ 演算部
３４ 切り替え器
３４ａ セレクタ
３４ｂ セレクタ
３４ｃ セレクタ
３４ｄ セレクタ
３５ パーク変換部
３６ パーク変換部
３７ 加算部
３８ 逆パーク変換部
３９ 逆パーク変換部
４０ 加算部
４１ 逆クラーク変換部
４２ 差分器
４３ 差分器
４４ ２乗加算器
４５ 比較部
４６ 論理和回路
４７ 比較部
４８ タイマ
４９ 切り替え器
５０ ユーザインタフェース
５１ ウィンドウ
５２ メニューボタン
５３ 決定ボタン
５４ 下移動ボタン
５５ 上移動ボタン
ＰＷ 電力系統

Claims (14)

  1. ＰＷＭ信号に基づいて、太陽電池が発電した直流電圧を交流電圧に変換する主回路部と、
    前記主回路部から出力される交流電圧の高調波を除去するフィルタ部と、
    前記ＰＷＭ信号を補正する電圧補償信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御部と、
    ＭＰＰＴ制御による指令値と電力系統に流れる電流とに基づいて、前記電力系統に流れる電流を補正する電流制御信号を生成する電流制御部と、
    前記電流制御信号および検出電圧に基づいて、前記電圧補償信号を生成する電圧制御部と、
    前記電力系統の電圧の正相と逆相とを分離する分離フィルタと、
    前記分離フィルタから出力される出力電圧から正相成分および逆相成分を抽出する演算部と、
    を備え、
    前記電圧制御部は、
    前記電流制御信号および前記検出電圧に基づいて、前記電圧補償信号を生成する補償信号生成部と、
    前記フィルタ部に流れる過電流を抑制する過電流抑制部と、
    を有し、
    前記過電流抑制部は、前記電力系統の電圧の正相と逆相とを分離する前の入力電圧と前記分離フィルタから出力される正相および逆相の出力電圧とから、電力系統の電圧の変化の割合を示す急変量を算出し、前記急変量が第１のしきい値よりも大きい場合に、前記入力電圧を前記検出電圧として出力し、前記急変量が前記第１のしきい値よりも小さい場合に、前記出力電圧を前記検出電圧として出力する、電力変換制御装置。
  2. 請求項１記載の電力変換制御装置において、
    前記過電流抑制部は、
    前記入力電圧と前記出力電圧との差分を算出する差分器と、
    前記差分器の算出結果を２乗加算して前記急変量を算出する２乗加算器と、
    前記２乗加算器が算出した前記急変量と前記第１のしきい値とを比較し、その比較結果を出力する第１の比較部と、
    前記第１の比較部の比較結果に基づいて、前記入力電圧または前記出力電圧のいずれかを前記検出電圧として出力する切り替え器と、
    を有し、
    前記切り替え器は、前記急変量が前記第１のしきい値よりも大きいと判定された際に、前記入力電圧を前記検出電圧として出力し、前記急変量が前記第１のしきい値よりも小さいと判定された際に、前記演算部から出力される前記出力電圧を前記検出電圧として出力する、電力変換制御装置。
  3. 請求項２記載の電力変換制御装置において、
    前記分離フィルタは、少なくとも２以上を有する、電力変換制御装置。
  4. 請求項３記載の電力変換制御装置において、
    前記分離フィルタは、前記電力系統の電圧をクラーク変換したＡ軸上およびＢ軸上の電圧が前記入力電圧として入力され、前記入力電圧の位相をずらして、前記出力電圧として出力する移相フィルタであり、
    前記差分器は、各々の前記分離フィルタに入力される前記入力電圧と、前記移相フィルタから出力される０°移相の前記出力電圧との差分をそれぞれ算出する、電力変換制御装置。
  5. 請求項１記載の電力変換制御装置において、
    さらに、前記電圧制御部は、前記急変量と第２のしきい値とを比較し、前記急変量が前記第２のしきい値よりも大きい場合に、前記主回路部の動作を停止させる動作制御信号を出力する第２の比較部を有する、電力変換制御装置。
  6. 請求項５記載の電力変換制御装置において、
    さらに、前記電圧制御部は、前記第２の比較部から出力される前記動作制御信号の出力期間を延長する延長出力部を有する、電力変換制御装置。
  7. 請求項１記載の電力変換制御装置において、
    さらに、前記電圧制御部から出力される出力抑制信号に基づいて、前記ＭＰＰＴ制御による指令値または前記電流制御部が電流を流さないようにする電流抑制信号のいずれかを選択して前記電圧制御部に出力する選択部を有し、
    前記電圧制御部は、前記第１のしきい値よりも前記急変量が大きいと判定した場合に、前記選択部が前記電流抑制信号を選択して前記電流制御部に出力する前記出力抑制信号を生成する、電力変換制御装置。
  8. 太陽の光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池と、前記太陽電池が変換した電気エネルギを交流電圧に変換して電力系統に供給する電力変換制御装置と、を備えた太陽光発電システムであって、
    前記電力変換制御装置は、
    ＰＷＭ信号に基づいて、前記太陽電池が発電した直流電圧から交流電圧を生成する主回路部と、
    前記主回路部から出力される交流電圧の高調波を除去するフィルタ部と、
    前記ＰＷＭ信号を補正する電圧補償信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御部と、
    ＭＰＰＴ制御による指令値と前記電力系統に流れる電流とに基づいて、前記電力系統に流れる電流を補正する電流制御信号を生成する電流制御部と、
    前記電流制御信号および検出電圧に基づいて、前記電圧補償信号を生成する電圧制御部と、
    前記電力系統の電圧の正相と逆相とを分離する分離フィルタと、
    前記分離フィルタから出力される出力電圧から正相成分および逆相成分を抽出する演算部と、
    を備え、
    前記電圧制御部は、
    前記電流制御信号および前記検出電圧に基づいて、前記電圧補償信号を生成する補償信号生成部と、
    前記フィルタ部に流れる過電流を抑制する過電流抑制部と、
    を有し、
    前記過電流抑制部は、前記電力系統の電圧の正相と逆相とを分離する前の入力電圧と前記分離フィルタから出力される正相および逆相の出力電圧とから、電力系統の電圧の変化の割合を示す急変量を算出し、前記急変量が第１のしきい値よりも大きい場合に、前記入力電圧を前記検出電圧として出力し、前記急変量が前記第１のしきい値よりも小さい場合に、前記出力電圧を前記検出電圧として出力する、太陽光発電システム。
  9. 請求項８記載の太陽光発電システムにおいて、
    前記過電流抑制部は、
    前記電力系統の電圧の正相と逆相とを分離する分離フィルタと、
    前記入力電圧と前記出力電圧との差分を算出する差分器と、
    前記差分器の算出結果を２乗加算して前記急変量を算出する２乗加算器と、
    前記２乗加算器が算出した前記急変量と前記第１のしきい値とを比較し、その比較結果を出力する第１の比較部と、
    前記第１の比較部の比較結果に基づいて、前記入力電圧または前記出力電圧のいずれかを前記検出電圧として出力する切り替え器と、
    を有し、
    前記切り替え器は、前記急変量が前記第１のしきい値よりも大きいと判定された際に、前記入力電圧を前記検出電圧として出力し、前記急変量が前記第１のしきい値よりも小さいと判定された際に、前記演算部から出力される前記出力電圧を前記検出電圧として出力する、太陽光発電システム。
  10. 請求項９記載の太陽光発電システムにおいて、
    前記分離フィルタは、少なくとも２以上を有する、太陽光発電システム。
  11. 請求項１０記載の太陽光発電システムにおいて、
    前記分離フィルタは、前記電力系統の電圧をクラーク変換したＡ軸上およびＢ軸上の電圧が前記入力電圧として入力され、前記入力電圧の位相をずらして、前記出力電圧として出力する移相フィルタであり、
    前記差分器は、各々の前記分離フィルタに入力される前記入力電圧と、前記移相フィルタから出力される０°移相の前記出力電圧との差分をそれぞれ算出する、太陽光発電システム。
  12. 請求項９記載の太陽光発電システムにおいて、
    さらに、前記過電流抑制部は、前記急変量と第２のしきい値とを比較し、前記急変量が前記第２のしきい値よりも大きい場合に、前記主回路部の動作を停止させる動作制御信号を出力する第２の比較部を有する、太陽光発電システム。
  13. 請求項１２記載の太陽光発電システムにおいて、
    さらに、前記電圧制御部は、前記第２の比較部から出力される前記動作制御信号の出力期間を延長する延長出力部を有する、太陽光発電システム。
  14. 請求項８記載の太陽光発電システムにおいて、
    さらに、前記電力変換制御装置は、前記電圧制御部から出力される出力抑制信号に基づいて、前記ＭＰＰＴ制御による指令値または前記電流制御部が電流を流さないようにする電流抑制信号のいずれかを選択して前記電圧制御部に出力する選択部を有し、
    前記電圧制御部は、前記第１のしきい値よりも前記急変量が大きいと判定した場合に、前記選択部が前記電流抑制信号を選択して前記電流制御部に出力する前記出力抑制信号を生成する、太陽光発電システム。
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