JP6591904B2 - 通信機能を備えた装置、および、インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、他の装置と通信を行う通信機能を備えた装置、および、インバータ装置に関する。

近年、太陽光などの自然エネルギーを利用する分散形電源の研究が進んでいる。一般的に、分散形電源は、発電した電力を電力系統に逆潮流するために、電力系統に連系している。この場合、分散形電源は、電力系統の系統電圧の位相を自分の内部位相として用いて、出力電流を制御して電力調整を行っている（例えば、特許文献１参照）。

一方、災害などにより電力系統が長期で停電になる場合や、離島などで電力系統がない場合、分散形電源は電力系統に連系せず、自立運転を行う必要がある。この場合、分散形電源は、電力系統の系統電圧から位相を検出することができないので、内部位相を自ら発振させ、これを用いて出力電圧制御を行う。複数の分散形電源が並列接続された電力システムの場合、各分散形電源の内部位相を同期させる必要がある。各分散形電源を集中監視するための監視装置が、各分散形電源の内部位相を同期させる方法があるが、システムが大がかりになるし、分散形電源の増減に柔軟に対応しにくく、故障に脆弱であるという問題点があった。これらの問題点を解消する方法として、各分散形電源同士で内部位相を送受信することで内部位相を同期させる方法が開発されている（例えば、特許文献２参照）。

図６は、各分散形電源同士で内部位相を送受信することで内部位相を同期させる分散形電源を示している。分散形電源Ａ’の制御回路３は、通信部３４によって、少なくとも１つの他の分散形電源Ａ’と通信を行って、内部位相の送受信を行っている。そして、演算部３１１’が内部位相θ_iと受信した内部位相θ_jとの差に基づいて演算を行い、内部位相生成部３１は、当該演算結果を用いて内部位相θ_iを生成する。この処理が各分散形電源Ａ’それぞれで行われることにより、各分散形電源Ａ’の内部位相は同じ値に収束する。したがって、上記問題点を解消しつつ、各分散形電源Ａ’の内部位相を同期することができる。

特開２０１０‐６８６３０号公報 特開２０１５‐２７１５５号公報

Reza Olfati-Saber, J. Alex Fax, and Richard M. Murray, "Consensus and Cooperation in Networked Multi-Agent Systems", Proceedings of the IEEE, Vol.95, No.1, (2007) Mehran Mesbahi and Magnus Egerstedt, "Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks", Princeton (2010)

内部位相生成部３１の積分器３１４は、内部位相θ_iが無限に発散してしまうことを防ぐために、内部位相θ_iが所定の閾値に達した場合にゼロクリアを行う。図７は、当該ゼロクリアによる問題を説明するための図である。同図に示す太線は、内部位相θ_iの変化を示している。内部位相θ_iは、時刻ｔ４において、閾値Ｘに達したので、ゼロに戻っている。同様に、他の分散形電源Ａ’から受信する内部位相θ_jも、他の分散形電源Ａ’の内部でゼロクリアが行われる。同図に示す細線は、内部位相θ_jの変化を示している。内部位相θ_jは、時刻ｔ２において、閾値Ｘに達したので、ゼロに戻っている。この場合、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間において、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差が突然大きな差になってしまうという問題がある。例えば、時刻ｔ１や時刻ｔ５においては、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差が適切に得られる。しかし、内部位相θ_jのゼロクリアが行われた時刻ｔ２から内部位相θ_iのゼロクリアが行われた時刻ｔ４までは、内部位相θ_jだけがゼロクリアされた状態なので、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差が本来の差（同図に示すΔθ’）とはかけ離れた大きな差（同図に示すΔθ）となってしまう。内部位相の同期の途中で、このような状態（いずれかの分散形電源Ａ’の内部位相がゼロクリアされる）になると、演算部３１１’での演算結果が不適切な値となり、同期の妨げになる。

この現象は、内部位相の同期に限られず、同様の方法で同期を行うすべての装置において、問題になる。

本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、上述した問題を解消することができる、通信機能を備えた装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される装置は、内部値を生成する内部値生成手段と、少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段とを備え、前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、前記内部値生成手段は、前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段とを備えており、前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用い、前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用いることを特徴とする。

本発明の第２の側面によって提供される装置は、内部値を生成する内部値生成手段と、少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段とを備え、前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、前記内部値生成手段は、前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段とを備えており、前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用い、前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用いることを特徴とする。

本発明の第３の側面によって提供される装置は、内部値を生成する内部値生成手段と、少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段とを備え、前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、前記内部値生成手段は、前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段とを備えており、前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用い、前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用いることを特徴とする。

本発明の第４の側面によって提供される装置は、内部値を生成する内部値生成手段と、少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段とを備え、前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、前記内部値生成手段は、前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段とを備えており、前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用い、前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用いることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記下限値はゼロである。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記所定値は、前記上限値から前記下限値を減算した値の２分の１の値である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する。

本発明の第５の側面によって提供されるインバータ装置は、本発明の第１ないし第４のいずれかの側面によって提供される装置であって、インバータ回路をさらに備えており、前記内部値生成手段が前記インバータ回路の制御に用いる内部位相を内部値として生成することを特徴とする。

本発明によると、演算手段は、受信した内部値と生成した内部値との差が所定値より大きい場合、生成した内部値または受信した内部値に、上限値と下限値との差を加算または減算した値を用いて演算を行う。したがって、生成した内部値または受信した内部値のいずれか一方のみが、上限値に達して下限値に戻されていたとしても、この影響を受けない適切な演算結果を演算することができ、同期の妨げになることを防ぐことができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。 第１実施形態に係る分散形電源が複数並列接続された電力システムを示す図である。 演算部が行う演算処理を説明するためのフローチャートである。 演算部が行う演算処理の変形例を説明するためのフローチャートである。 演算部が行う演算処理の他の変形例を説明するためのフローチャートである。 自立運転を行う従来の分散形電源を説明するための図である。 ゼロクリアによる問題を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る装置が分散形電源のインバータ装置である場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、第１実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。図２は、第１実施形態に係る分散形電源が複数並列接続された電力システムを示す図である。

図１に示すように、分散形電源Ａは、直流電源１、インバータ回路２、および、制御回路３を備えている。分散形電源Ａは、直流電源１が出力する直流電力をインバータ回路２によって交流電力に変換して出力する。なお、図示しないが、インバータ回路２の出力側には、交流電圧を昇圧（または降圧）するための変圧器が設けられている。インバータ回路２および制御回路３をまとめたものがインバータ装置４であり、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものである。当該「インバータ装置４」が本発明の「装置」に相当する。なお、「制御回路３」および「分散形電源Ａ」も、本発明の「装置」に相当すると考えることができる。

直流電源１は、直流電力を出力するものであり、太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源１は、生成された直流電力を、インバータ回路２に出力する。なお、直流電源１は、太陽電池により直流電力を生成するものに限定されない。例えば、直流電源１は、燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよいし、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。

インバータ回路２は、直流電源１から入力される直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ回路２は、図示しないＰＷＭ制御インバータとフィルタとを備えている。ＰＷＭ制御インバータは、図示しない３組６個のスイッチング素子を備えた三相インバータであり、制御回路３から入力されるＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。フィルタは、スイッチングによる高周波成分を除去する。なお、インバータ回路２は、これに限られない。例えば、ＰＷＭ制御インバータは、単相インバータであってもよいし、マルチレベルインバータであってもよい。また、ＰＷＭ制御に限定されず、フェーズシフト制御など他の方式を用いるものであってもよい。

制御回路３は、インバータ回路２を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路３は、分散形電源Ａに設けられた各センサが検出したインバータ回路２の入力電圧、出力電圧、出力電流などに基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路２に出力する。制御回路３は、内部位相生成部３１、指令信号生成部３２、ＰＷＭ信号生成部３３、および、通信部３４を備えている。

内部位相生成部３１は、指令信号を生成するために用いられる内部位相θ_iを生成するものである。内部位相生成部３１の詳細については、後述する。

指令信号生成部３２は、出力電圧制御を行うための指令信号を生成するものである。指令信号生成部３２は、インバータ回路２の出力電圧を検出した三相の電圧信号に、いわゆる三相/二相変換処理（αβ変換処理）および回転座標変換処理（ｄｑ変換処理）を行い、ｄ軸成分とｑ軸成分の信号に変換する。三相/二相変換処理とは、三相の交流信号をそれと等価な二相の交流信号に変換する処理であり、三相の交流信号を静止した直交座標系（以下、「静止座標系」という。）における直交するα軸とβ軸の成分にそれぞれ分解して各軸の成分を足し合わせることで、α軸成分の交流信号とβ軸成分の交流信号に変換するものである。また、回転座標変換処理とは、静止座標系の二相（α軸成分とβ軸成分）の信号を回転座標系の二相（ｄ軸成分とｑ軸成分）の信号に変換する処理である。回転座標系は、直交するｄ軸とｑ軸とを有し、所定の角速度で回転する直交座標系である。回転座標変換処理は、内部位相生成部３１より入力される内部位相θ_iに基づいて行われる。

指令信号生成部３２は、電圧信号のｄ軸成分とｑ軸成分から直流成分だけを抽出し、それぞれ別に制御処理を行って、２つの補償信号に静止座標変換処理（逆ｄｑ変換処理）および二相/三相変換処理（逆αβ変換処理）を行って３つの補償信号に変換する。静止座標変換処理は回転座標変換処理の逆の処理を行い、二相/三相変換処理は三相/二相変換処理の逆の処理を行う。静止座標変換処理は、内部位相生成部３１より入力される内部位相θ_iに基づいて行われる。指令信号生成部３２は、内部位相生成部３１より入力される内部位相θ_iに基づいて生成された正弦波信号と、３つの補償信号とから３つの指令信号を生成して、ＰＷＭ信号生成部３３に出力する。

なお、本実施形態では、分散形電源Ａが三相のシステムである場合について説明したが、単相のシステムであってもよい。単相のシステムの場合、指令信号生成部３２は、インバータ回路２の出力電圧を検出した単相の電圧信号に対して制御を行えばよい。

ＰＷＭ信号生成部３３は、ＰＷＭ信号を生成するものである。ＰＷＭ信号生成部３３は、キャリア信号と指令信号生成部３２より入力される指令信号とに基づいて、三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する。例えば、指令信号がキャリア信号より大きい場合にハイレベルとなり、指令信号がキャリア信号以下の場合にローレベルとなるパルス信号が、ＰＷＭ信号として生成される。生成されたＰＷＭ信号は、インバータ回路２に出力される。なお、ＰＷＭ信号生成部３３は、三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する場合に限定されず、例えば、ヒステリシス方式でＰＷＭ信号を生成するようにしてもよい。

通信部３４は、他の分散形電源Ａとの間で通信を行うものである。通信部３４は、内部位相生成部３１が生成した内部位相θ_iを入力され、他の分散形電源Ａの通信部３４に送信する。通信部３４は、所定の周期（例えば１［ｓ］）ごとに、内部位相θ_iの送信を行う。また、通信部３４は、他の分散形電源Ａの通信部３４から受信した内部位相θ_jを、内部位相生成部３１に出力する。なお、通信方法は限定されず、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。

図２に示すように、分散形電源Ａは電力システムにおいて、他の分散形電源Ａと並列接続されている。図２においては、５つの分散形電源Ａ（Ａ１〜Ａ５）と、４つの負荷Ｌとが接続されている状態を示している。なお、実際の電力システムにおいては、より多くの分散形電源Ａおよび負荷Ｌが接続されているが、説明の簡略化のために極端に少ないケースを示している。

図２に示す実線矢印は、相互通信を行っていることを示している。分散形電源Ａ１は分散形電源Ａ２とのみ相互通信を行っており、分散形電源Ａ２は分散形電源Ａ１および分散形電源Ａ３とのみ相互通信を行っている。また、分散形電源Ａ３は分散形電源Ａ２および分散形電源Ａ４とのみ相互通信を行っており、分散形電源Ａ４は分散形電源Ａ３および分散形電源Ａ５とのみ相互通信を行っており、分散形電源Ａ５は分散形電源Ａ４とのみ相互通信を行っている。このように、分散形電源Ａの通信部３４は、電力システムに接続している分散形電源Ａのうち、少なくとも１つの分散形電源Ａ（例えば、近隣に位置するものや、通信が確立されたもの）の通信部３４と通信を行っており、電力システムに接続している任意の２つの分散形電源Ａに対して通信経路が存在している状態（以下ではこの状態を「連結状態」と言う。）であればよく、電力システムに接続しているすべての分散形電源Ａの通信部３４と通信を行う必要はない。

例えば、分散形電源Ａが分散形電源Ａ２の場合、通信部３４は、内部位相生成部３１が生成した内部位相θ₂を分散形電源Ａ１およびＡ３の通信部３４に送信し、分散形電源Ａ１の通信部３４から内部位相θ₁を受信し、分散形電源Ａ３の通信部３４から内部位相θ₃を受信する。

次に、内部位相生成部３１の詳細について説明する。

内部位相生成部３１は、生成した内部位相θ_iと、通信部３４より入力される、他の分散形電源Ａの内部位相θ_jとを用いて、内部位相θ_iを生成する。内部位相θ_iと内部位相θ_jとが異なっていても、内部位相生成部３１での演算処理が繰り返されることで、内部位相θ_iと内部位相θ_jとが共通の内部位相に収束する。図１に示すように、内部位相生成部３１は、演算部３１１、乗算器３１２、加算器３１３および積分器３１４を備えている。

演算部３１１は、下記（１）式に基づく演算を行う。すなわち、演算部３１１は、通信部３４から入力される各内部位相θ_jから、内部位相生成部３１が生成した内部位相θ_iをそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算した演算結果ｕ_iを乗算器３１２に出力する。

例えば、分散形電源Ａが分散形電源Ａ２の場合（図２参照）、演算部３１１は、下記（２）式の演算を行い、演算結果ｕ₂を出力する。

本実施形態では、各分散形電源Ａの演算部３１１での演算タイミングを同期しておらず、演算部３１１は、いずれかの分散形電源Ａから内部位相θ_jを受信する毎に、逐次演算を行う。例えば、装置Ａ２の演算部３１１は、装置Ａ１から内部値θ₁を受信したときに、ｕ₂＝θ₁−θ₂を演算し、装置Ａ３から内部値θ₃を受信したときに、ｕ₂＝θ₃−θ₂を演算する。

また、演算部３１１は、後述する積分器３１４でのゼロクリアによる不都合を回避するための処理を行う。すなわち、通信部３４から入力される内部位相θ_jまたは内部位相生成部３１が生成した内部位相θ_iのいずれか一方のみがゼロクリアされたことにより、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差が本来の差（図７に示すΔθ’参照）とはかけ離れた大きな差（同図に示すΔθ参照）となってしまい、演算結果ｕ_iが不適切な値になってしまう。これを回避するために、演算部３１１は、上記（１）式に基づく演算を行う際に、内部位相θ_jまたは内部位相θ_iのいずれか一方のみがゼロクリアされていた場合、内部位相θ_iを変更して減算を行う。

図３は、演算部３１１が行う演算処理を説明するためのフローチャートである。当該演算処理は、通信部３４が他の分散形電源Ａから内部位相θ_jを受信したときに実行される。なお、通信部３４が他の複数の分散形電源Ａから同時に内部位相θ_jを受信する場合もあるので、複数の内部位相θ_jが受信された場合について、記載している。

まず、積分器３１４より内部位相θ_iが入力され、通信部３４より各内部位相θ_jが入力される（Ｓ１）。そして、ステップＳ３〜Ｓ９の処理が、入力された内部位相θ_jの数だけ繰り返される（Ｓ２−Ｓ２’）。当該繰り返し処理は、入力された内部位相θ_jごとに、内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値を積算するもの（上記（１）式参照）であり、ゼロクリアによって内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差が異常値になっている場合には本来の値になるように、内部位相θ_iを変更して減算を行う。なお、通信部３４が受信した内部位相θ_jが１つだけの場合は、ステップＳ３〜Ｓ９の処理が１度だけ行われることになる。

繰り返し処理においては、まず、内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値が所定値（１／２）Ｘより大きいか否かが判別される（Ｓ３）。Ｘは、ゼロクリアを行うための閾値であり、内部位相θ_iの上限値である。なお、他の分散形電源Ａにおいても、閾値Ｘでゼロクリアが行われる。本実施形態においては、内部位相θ_jと内部位相θ_iとの差が閾値Ｘの半分より大きくなることはない｛（−１／２）Ｘ≦θ_j−θ_j≦（１／２）Ｘ｝ので、内部位相θ_jと内部位相θ_iとの差が閾値Ｘの半分より大きくなった場合、ゼロクリアによって異常値になっていると判断している。なお、内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値と比較するための所定値は、（１／２）Ｘに限定されない。例えば、（２／３）Ｘとしてもよいし、（１／３）Ｘとしてもよい。当該所定値は、ゼロクリアによる異常値か正常値かを適切に判断できる値であればよく、正常値が大きな値になる可能性がある場合は所定値を大きな値にする必要があり、ゼロクロスによる異常値が小さな値になる可能性がある場合は所定値を小さな値にする必要がある。本実施形態においては、所定値を閾値Ｘの２分の１とすることにより、ゼロクリアによる異常値を確実に検出することができ、かつ、正常値の場合に異常値だと誤検出してしまうことを防ぐことができる。

内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値が所定値（１／２）Ｘより大きい場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、内部位相θ_iはゼロクリアされたが内部位相θ_jはゼロクリアされていないことによる異常値であると判断される。この場合、内部位相θ_iに閾値Ｘを加算した値を仮の内部位相θ_i’とし（Ｓ４）、ステップＳ８に進む。つまり、内部位相θ_iを、ゼロクリアされなかった場合の値に変更する。

内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値が所定値（１／２）Ｘより大きくない場合（Ｓ３：ＮＯ）、当該減算値が（−１／２）Ｘより小さいか否かが判別される（Ｓ５）。つまり、内部位相θ_iから内部位相θ_jを減算した値が所定値（１／２）Ｘより大きいか否かが判別される。内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値が（−１／２）Ｘより小さい場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、内部位相θ_jはゼロクリアされたが内部位相θ_iはゼロクリアされていない（図７参照）ことによる異常値であると判断される。この場合、内部位相θ_iから閾値Ｘを減算した値を仮の内部位相θ_i’とし（Ｓ６）、ステップＳ８に進む。つまり、内部位相θ_iを、ゼロクリアされた内部位相θ_jに対応する値に変更する。

内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値が（−１／２）Ｘより小さくない場合（Ｓ５：ＮＯ）、すなわち、｛（−１／２）Ｘ≦θ_j−θ_j≦（１／２）Ｘ｝の場合、内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値は正常な値であると判断され、内部位相θ_iを仮の内部位相θ_i’とし（Ｓ７）、ステップＳ８に進む。つまり、内部位相θ_iを変更しない。

次に、内部位相θ_jから仮の内部位相θ_i’を減算した値が算出され（Ｓ８）、当該減算値が積算される（Ｓ９）。繰り返し処理（Ｓ２−Ｓ２’）が終了すると、積算値が演算結果ｕ_iとして乗算器３１２に出力されて（Ｓ１０）、演算処理は終了する。なお、演算部３１１が行う演算処理は、上述したものに限定されない。

乗算器３１２は、演算部３１１から入力される演算結果ｕ_iに所定の係数εを乗算して加算器３１３に出力する。係数εは、０＜ε＜１／ｄ_maxを満たす値であり、あらかじめ設定されている。ｄ_maxは、通信部３４に同時に入力される可能性のある内部位相θ_jの数の最大値である。なお、係数εは、積分器３１４への入力が大きく（小さく）なりすぎて、内部位相θ_iの変動が大きくなりすぎることを抑制するために、演算結果ｕ_iに乗算されるものである。したがって、内部位相生成部３１での処理が連続時間処理の場合は、乗算器３１２を設ける必要はない。

加算器３１３は、乗算器３１２からの入力と、所定の角周波数ω₀および積分器３１４のサンプリング周期Ｔに基づく値Ｔω₀を加算して、積分器３１４に出力する。値Ｔω₀は、サンプリング周波数ｆ（＝１/Ｔ）のタイミングで入力され、乗算器３１２からは、演算部３１１が演算を行ったタイミング（すなわち、内部位相θ_jを受信したタイミング）で乗算結果が入力される。積分器３１４は、加算器３１３からの入力を積分することで内部位相θ_iを生成して出力する。積分器３１４は、前回生成した内部位相θ_iに加算器３１３からの入力を加算することで内部位相θ_iを生成する。また、積分器３１４は、内部位相θ_iが無限に発散してしまうことを防ぐために、所定の閾値Ｘ（２πの倍数）を上限値として、内部位相θ_iを（０≦θ_i＜Ｘ）の範囲の値として出力する。つまり、積分器３１４は、内部位相θ_iが範囲の上限値である閾値Ｘに達した場合に、ゼロクリアすることで、内部位相θ_iを範囲の下限値である「０」にする。内部位相θ_iは、指令信号生成部３２、通信部３４および演算部３１１に出力される。なお、本実施形態においては、内部位相生成部３１が出力する内部位相θ_iを、指令信号生成部３２がそのまま使用できるように、積分器３１４のサンプリング周波数ｆを高くして、サンプリング周波数ｆに応じたＴω₀を加算するようにしているが、これに限られない。例えば、サンプリング周波数ｆを低くしたり（例えば１Ｈｚ）、より高くしてもよい。この場合は、指令値信号生成部３２に出力するとき、または、指令値信号生成部３２内部で、分周するなどして調整すればよい。また、加算する値を角周波数ω₀と関係ない値（例えば「１」）としてもよく、この場合は、閾値Ｘを調整すればよい。

本実施形態では、制御回路３をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路３として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。

本実施形態において、内部位相生成部３１は、生成した内部位相θ_iと、通信部３４より入力される、他の分散形電源Ａの内部位相θ_jとを用いて、内部位相θ_iを生成する。内部位相θ_iが内部位相θ_jより大きい場合、演算部３１１が出力する演算結果ｕ_iは負の値になる。そうすると、積分器３１４より出力される内部位相θ_iは減少されて、内部位相θ_jに近づく。一方、内部位相θ_iが内部位相θ_jより小さい場合、演算部３１１が出力する演算結果ｕ_iは正の値になる。そうすると、積分器３１４より出力される内部位相θ_iは増加されて、内部位相θ_jに近づく。この処理が各分散形電源Ａそれぞれで行われることにより、各分散形電源Ａの内部位相θ_iは同じ値に収束する。内部位相θ_iは時間とともに変化するものであり、角周波数ω₀に応じて変化する成分と、初期位相のずれを補償するように変化する成分とを合成したものと考えることができる。後者が同じ値θαに収束することで、各分散形電源Ａの内部位相θ_iも同じ値に収束する。後者が同じ値θαに収束することは、数学的にも証明されている（非特許文献１，２参照）。また、各分散形電源Ａの演算部３１１での演算タイミングを同期している場合は、収束値θαが、下記（３）式に示すように、各分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期値の相加平均値になることも証明されている。ｎは電力システムに接続されている分散形電源Ａの数であり、下記（３）式は、分散形電源Ａ１〜Ａｎの内部位相θ₁〜θ_nの初期値をすべて加算してｎで除算した相加平均値を算出することを示している。ただし、本実施形態では当該タイミングを同期していないので、収束値θαは相加平均値に収束するとは限らない。しかし、同じ値に収束するので、収束値θαが相加平均値でないことは、問題にならない。

次に、分散形電源Ａの作用について説明する。

本実施形態によると、演算部３１１は、演算結果ｕ_iを演算する際に、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差がゼロクリアによる異常値であるか否かを判別し、異常値である場合は内部位相θ_iを変更して減算を行うことにより正常な値にしている。したがって、内部位相θ_iまたは内部位相θ_jのいずれか一方のみがゼロクリアされていたとしても、ゼロクリアによる影響を受けない適切な演算結果ｕ_iを演算することができ、同期の妨げになることを防ぐことができる。

また、本実施形態によると、電力システムに接続されている各分散形電源Ａがそれぞれ少なくとも１つの分散形電源Ａ（例えば、近隣に位置するもの）と相互通信を行っており、電力システムが連結状態であることで、すべての分散形電源Ａの内部位相θ_iが同じ値に収束する。つまり、１つの分散形電源Ａや監視装置が他の全ての分散形電源Ａと通信を行う必要はない。したがって、システムが大がかりにならない。また、ある分散形電源Ａが故障した場合や、ある分散形電源Ａを削減した場合でも、他の全ての分散形電源Ａがいずれかの分散形電源Ａと通信可能であり、電力システムが連結状態であれば、内部位相θ_iを同期させることができる。また、分散形電源Ａを増加する場合は、その分散形電源Ａが少なくとも１つの分散形電源Ａと通信を行うようにすればよいだけである。したがって、分散形電源Ａの増減に柔軟に対応できる。

なお、上記第１実施形態においては、演算部３１１が上記（１）式に基づく演算を行う場合について説明したが、これに限られない。

例えば、演算部３１１に設定する演算式を下記（４）式としてもよい。この場合、収束値θαは上記（１）式を用いた場合と異なるが、内部位相θ_iは同じ値に収束する。ｄ_iは、通信部３４に入力される内部位相θ_jの数である。

また、演算部３１１に設定する演算式を下記（５）、（６）、（７）式としてもよい。これらの場合も、収束値θαは上記（１）式を用いた場合と異なるが、内部位相θ_iは同じ値に収束する。

上記第１実施形態においては、各分散形電源Ａの演算部３１１での演算タイミングを同期していない場合について説明したが、これに限られない。各分散形電源Ａの演算部３１１での演算タイミングを同期していてもよい。この場合、各分散形電源Ａの通信部３４が内部位相θ_iを出力するタイミングも同期させている。演算部３１１は、通信部３４が受信した各内部位相θ_jに基づいて、所定のタイミングで上記（１）式の演算を行う。この場合でも、入力された内部位相θ_jごとに、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差がゼロクリアによる異常値であるか否かを判別し、異常値である場合は内部位相θ_iを変更して減算を行うことにより正常な値にすることができる。したがって、ゼロクリアによる影響を受けない適切な演算結果ｕ_iを演算することができ、同期の妨げになることを防ぐことができる。

上記第１実施形態においては、ゼロクリアが行われたと判断すると、内部位相θ_iを変更する場合について説明したが、これに限られない。例えば、図４に示すフローチャートのように、内部位相θ_jを変更するようにしてもよい。図４は、図３に対して、ステップＳ４、Ｓ６，Ｓ７およびＳ８の処理を、それぞれステップＳ４’、Ｓ６’，Ｓ７’およびＳ８’に変更した点が異なる。図４に示す変形例においては、ステップＳ３でＹＥＳの場合（内部位相θ_iはゼロクリアされたが内部位相θ_jはゼロクリアされていない場合）、内部位相θ_jから閾値Ｘを減算した値を仮の内部位相θ_j’とする（Ｓ４’）。つまり、内部位相θ_jを、ゼロクリアされた内部位相θ_iに対応する値に変更する。また、ステップＳ５でＹＥＳの場合（内部位相θ_jはゼロクリアされたが内部位相θ_iはゼロクリアされていない場合）、内部位相θ_jに閾値Ｘを加算した値を仮の内部位相θ_j’とする（Ｓ６’）。つまり、内部位相θ_jを、ゼロクリアされなかった場合の値に変更する。また、ステップＳ５でＮＯの場合（ゼロクリアによる異常値にならない場合）、内部位相θ_jを仮の内部位相θ_j’とする（Ｓ７’）。つまり、内部位相θ_jを変更しない。そして、仮の内部位相θ_j’から内部位相θ_iを減算した値が算出される（Ｓ８’）。当該変形例においては、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差がゼロクリアによる異常値となる場合に、内部位相θ_jを変更して減算を行うことにより正常な値にしている。したがって、内部位相θ_iまたは内部位相θ_jのいずれか一方のみがゼロクリアされていたとしても、ゼロクリアによる影響を受けない適切な演算結果ｕ_iを演算することができ、同期の妨げになることを防ぐことができる。

また、図５に示すフローチャートのように、ゼロクリアされた方に閾値Ｘを加算するようにしてもよい。図５は、図３に対して、ステップＳ４の後にステップＳ７’を追加し、ステップＳ６をステップＳ７およびステップＳ６’に変更し、ステップＳ７の後にステップＳ７’を追加し、ステップＳ８をステップＳ８”に変更した点が異なる。図５に示す変形例においては、ステップＳ３でＹＥＳの場合（内部位相θ_iはゼロクリアされたが内部位相θ_jはゼロクリアされていない場合）、内部位相θ_iに閾値Ｘを加算した値を仮の内部位相θ_i’とし（Ｓ４）、内部位相θ_jを仮の内部位相θ_j’とする（Ｓ７’）。つまり、内部位相θ_iを、ゼロクリアされなかった場合の値に変更する。また、ステップＳ５でＹＥＳの場合（内部位相θ_jはゼロクリアされたが内部位相θ_iはゼロクリアされていない場合）、内部位相θ_iを仮の内部位相θ_i’とし（Ｓ７）、内部位相θ_jに閾値Ｘを加算した値を仮の内部位相θ_j’とする（Ｓ６’）。つまり、内部位相θ_jを、ゼロクリアされなかった場合の値に変更する。また、ステップＳ５でＮＯの場合（ゼロクリアによる異常値にならない場合）、内部位相θ_iを仮の内部位相θ_i’とし（Ｓ７）、内部位相θ_jを仮の内部位相θ_j’とする（Ｓ７’）。つまり、内部位相θ_iおよび内部位相θ_jを変更しない。そして、仮の内部位相θ_j’から仮の内部位相θ_i’を減算した値が算出される（Ｓ８”）。当該変形例においては、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差がゼロクリアによる異常値となる場合に、ゼロクリアされた内部位相（θ_iまたはθ_j）をゼロクリアされなかった場合の値に変更して減算を行うことにより正常な値にしている。したがって、内部位相θ_iまたは内部位相θ_jのいずれか一方のみがゼロクリアされていたとしても、ゼロクリアによる影響を受けない適切な演算結果ｕ_iを演算することができ、同期の妨げになることを防ぐことができる。

また、逆に、ゼロクリアされなかった方から閾値Ｘを減算するようにしてもよい。すなわち、図５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ３でＹＥＳの場合の処理であるステップＳ４，Ｓ７’をステップＳ７，Ｓ４’に変更し、ステップＳ５でＹＥＳの場合の処理であるステップＳ７，Ｓ６’をステップＳ６，Ｓ７’に変更するようにしてもよい。当該変形例においては、内部位相θ_iと内部位相θ_jとの差がゼロクリアによる異常値となる場合に、ゼロクリアされなかった内部位相（θ_iまたはθ_j）をゼロクリアされた方に対応する値に変更して減算を行うことにより正常な値にしている。したがって、内部位相θ_iまたは内部位相θ_jのいずれか一方のみがゼロクリアされていたとしても、ゼロクリアによる影響を受けない適切な演算結果ｕ_iを演算することができ、同期の妨げになることを防ぐことができる。

上記第１実施形態においては、積分器３１４が内部位相θ_iの範囲を（０≦θ_i＜Ｘ）とする場合について説明したが、これに限られない。上限値Ｘと下限値Ｘ’とを設定して、内部位相θ_iの範囲を（Ｘ’≦θ_i＜Ｘ）としてもよい。この場合、内部位相θ_iは、上限値Ｘに達した場合に、ゼロクリアされるのではなく、下限値に戻される。すなわち、上限値Ｘに達したときに、内部位相θ_iは、上限値と下限値との差が減算される。この場合、演算部３１１は、内部位相θ_jから内部位相θ_iを減算した値を（１／２）（Ｘ−Ｘ’）と比較して、ゼロクリアによる異常値か否かを判断する。なお、上記第１実施形態は、下限値をゼロに限定したものであり、下限値に戻す処理をゼロクリアとすることができる。

上記第１実施形態においては、分散形電源Ａ（インバータ装置４）の内部位相を一致させる場合について説明したが、これに限られない。本発明は、その他の位相を一致させる場合や、所定の内部値を一致させる場合にも、適用することができる。また、本発明は、分散形電源Ａ（インバータ装置４）以外の装置（例えば、計測装置など）にも適用することができる。つまり、本発明は、複数の装置が通信によって内部値を送受信することにより内部値を一致させる場合に、適用することができる。

本発明に係る通信機能を備えた装置およびインバータ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る通信機能を備えた装置およびインバータ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ，Ａ１〜Ａ５ 分散形電源（装置）
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ 制御回路（装置）
３１ 内部位相生成部（内部値生成手段）
３１１ 演算部
３１２ 乗算器
３１３ 加算器
３１４ 積分器
３２ 指令信号生成部
３３ ＰＷＭ信号生成部
３４ 通信部（通信手段）
４ インバータ装置（装置）
Ｌ 負荷

Claims (8)

1. 内部値を生成する内部値生成手段と、
   少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段と、
   を備え、
   前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、
   前記内部値生成手段は、
   前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、
   前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段と、
   を備えており、
   前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、
   前記演算手段は、
   前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用い、
   前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用いる、
   ことを特徴とする装置。
2. 内部値を生成する内部値生成手段と、
   少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段と、
   を備え、
   前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、
   前記内部値生成手段は、
   前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、
   前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段と、
   を備えており、
   前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、
   前記演算手段は、
   前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用い、
   前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用いる、
   ことを特徴とする装置。
3. 内部値を生成する内部値生成手段と、
   少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段と、
   を備え、
   前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、
   前記内部値生成手段は、
   前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、
   前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段と、
   を備えており、
   前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、
   前記演算手段は、
   前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用い、
   前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値に前記上限値と前記下限値との差を加算した値を用いる、
   ことを特徴とする装置。
4. 内部値を生成する内部値生成手段と、
   少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段と、
   を備え、
   前記通信手段は、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置の少なくとも１つに送信し、
   前記内部値生成手段は、
   前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置の少なくとも１つより受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、
   前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段と、
   を備えており、
   前記積分手段は、上限値と下限値との間でのみ前記内部値を変化させ、
   前記演算手段は、
   前記受信した内部値から前記生成した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記受信した内部値の代わりに、前記受信した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用い、
   前記生成した内部値から前記受信した内部値を減算した値が所定値より大きい場合、前記生成した内部値の代わりに、前記生成した内部値から前記上限値と前記下限値との差を減算した値を用いる、
   ことを特徴とする装置。
5. 前記下限値はゼロである、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. 前記所定値は、前記上限値から前記下限値を減算した値の２分の１の値である、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
7. 前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の装置であって、
   インバータ回路をさらに備えており、
   前記内部値生成手段が前記インバータ回路の制御に用いる内部位相を内部値として生成する、
   ことを特徴とするインバータ装置。

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