JP7040029B2

JP7040029B2 - 電力制御装置、電力制御装置の制御方法

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Publication number: JP7040029B2
Application number: JP2018003236A
Authority: JP
Inventors: 浩輝遠藤; 昌克栗坂; 佑介吉岡
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2038-01-12
Also published as: JP2019126110A

Description

本発明は、電力系統と連系する分散型電源の電力制御装置において、インバータ回路のの運転力率を制御する技術に関する。

近年、化石燃料に対する依存の低減や環境問題の観点から、太陽光発電（ＰＶ：Photo Ｖoltaic）システムに代表される分散型電源の導入が進められている。ＰＶシステムは太陽光発電パネルで発電された電力を、パワーコンディショナ等の電力制御装置で、インバータ回路を用いて直流から交流に変換して出力している。また、接続された負荷の消費電力を発電量が上回る場合には、余剰電力として、系統電源側に逆潮流することで売電している。こうした電力制御装置に関する先行文献として、下記特許文献１に記載のものがある。

特開２０１７－１２７０４７号公報

太陽光発電等の分散型電源により発電した電力の利用効率を高めるには、インバータ回路の運転力率を１に近くすることが望ましい。しかしながら、売電時、分散型電源の出力が系統電源側に逆潮流して系統電圧が上昇する場合があることから、逆潮流となる売電時に、インバータ回路の運転力率を設定値（１よりも小さな値）に抑えることが電気事業者から要請されている。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、逆潮流時における系統電圧の上昇を抑えつつ、太陽光発電など分散型電源により発電した電力の利用効率を高めることを目的とする。

電力系統と連系する分散型電源用の電力制御装置であって、分散型電源から供給される電力を直流から交流に変換して出力するインバータ回路と、制御装置と、を含み、前記制御装置は、前記電力系統と前記電力制御装置とを接続する電力線に分岐接続された負荷の消費電力と前記インバータ回路の出力電力とに基づいて、前記電力系統の受電点の受電電力を算出し、前記受電点が逆潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、１より小さい設定値に制御し、前記受電点が順潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、前記設定値よりも大きな値に制御する。

電力系統と連系する分散型電源用の電力制御装置の制御方法であって、前記電力系統と前記電力制御装置とを接続する電力線に分岐接続された前記負荷の消費電力と前記インバータ回路の出力電力とに基づいて、前記電力系統の受電点の受電電力を算出し、前記受電点が逆潮流である場合、前記分散型電源から供給される電力を直流から交流に変換して出力するインバータ回路の運転力率を、１より小さい設定値に制御し、前記受電点が順潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、前記設定値よりも大きな値に制御する。

本構成では、逆潮流時における系統電圧の上昇を抑えつつ、分散型電源により発電した電力の利用効率を高めることが出来る。

実施形態１における太陽光発電システムのブロック図電力計の電気的構成を示すブロック図電力潮流の説明図制御装置の詳細構造を示すブロック図運転力率の制御の流れを示すフローチャート図受電電力と運転力率の変化を示すグラフ順潮流時の負荷に対する電力の流れを示すブロック図逆潮流時の負荷に対する電力の流れを示すブロック図実施形態２における太陽光発電システムの他の実施形態を示すブロック図蓄電装置について放電、放電停止の移行条件を示す図受電電力と運転力率の変化を示すグラフ

本構成では、逆潮流時、インバータ回路の運転力率を１よりも小さい設定値に制御するため、電力系統の系統電圧が上昇することを抑制できる。順潮流時は、インバータ回路の運転力率を設定値よりも大きな値に制御するため、運転力率を設定値に維持する場合と比べて、分散型電源により発電した電力の利用効率を高めることが出来る。受電電力を負荷の消費電力とインバータ回路の出力電力から求めるため、受電電力の計測用として専用の計器類を設ける必要がない。

前記制御装置は、順潮流時に前記受電点の受電電力が第１閾値よりも低下した場合、前記インバータ回路の運転力率を、減少させることが望ましい。本構成によれば、受電点の潮流が順潮流から逆潮流に切り換わる前に、インバータ回路の運転力率が下がるので、逆潮流時に、電力系統の系統電圧が上昇することを抑制できる。

前記受電点における受電電力が第１閾値より大きい第２閾値よりも大きい場合、前記インバータ回路の運転力率を増加させることが好ましい。本構成によれば、受電電力が第２閾値より大きい場合、インバータ回路の運転力率を増加調整することから、受電点の受電電力を抑えることが出来る。また、第１閾値と第２閾値の間の範囲は、運転力率の調整が実行されない制御不感帯である。このような制御不感帯を設けることで、電力制御装置の制御ハンチングを抑制することが出来る。

前記分散型電源と並列に蓄電装置を有する構成において、前記制御装置は、順潮流時に前記蓄電装置を放電し、逆潮流時は、前記蓄電装置の放電を停止することが好ましい。本構成によれば、順潮流時に、蓄電装置を放電することで、受電電力を抑えることが可能となり、蓄電装置に貯められたエネルギーを有効利用することが出来る。また、逆潮流の場合は、放電を停止することで、蓄電装置に貯められたエネルギーの売電を抑制できる。

前記制御装置は、前記受電点の受電電力が前記第２閾値以上である場合に、前記蓄電装置の放電を開始し、前記インバータ回路の運転力率が上限値であり、かつ前記受電点の受電電力が前記第２閾値未満の場合、前記蓄電装置の放電を停止することが好ましい。この構成では、逆潮流から順潮流への移行時は、順潮流への移行後、蓄電装置の放電を早期に開始することが出来る。そのため、蓄電装置に貯められたエネルギーを有効利用することが出来る。また、順潮流から逆潮流への移行時は、逆潮流前に、蓄電装置の放電を停止することが出来る。

＜実施形態１＞
１．太陽光発電システムＳの説明
図１は太陽光発電システムＳのブロック図である。
太陽光発電（ＰＶ：Photo Ｖoltaic）システムＳは、太陽光発電パネル１０と、パワーコンディショナ２０と、から構成されている。太陽光発電パネル１０は、本発明の「分散型電源」の一例、パワーコンディショナ２０は、本発明の「電力制御装置」の一例である。

パワーコンディショナ２０は、コンバータ回路２１と、電解コンデンサＣ１と、インバータ回路２５と、フィルタ回路２７と、リレー２９と、制御装置５０と、直流電圧検出部３１と、出力電流検出部３３と、出力電圧検出部３５と、系統電圧検出部３６と、を備えている。

コンバータ回路２１は、太陽光発電パネル１０に対して接続されている。コンバータ回路２１は、太陽光発電パネル１０の出力電圧（直流）を昇圧して出力する。電解コンデンサＣ１は、コンバータ回路２１とインバータ回路２５の中間に位置するリンク部２３に配置されている。電解コンデンサＣ１は、リンク部２３の電圧を安定させるために設けられている。

太陽光発電パネル１０により発電された電力は、コンバータ回路２１を介してリンク部２３に入力され、その結果として、リンク部２３の電圧Vdcが上昇する。

インバータ回路２５は、コンバータ回路２１の出力側に接続されており、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。より詳細には、インバータ回路２５には、太陽光発電パネル１０の発電によりリンク部２３において基準値より増加した電圧分に相当する電力が入力される。従って、基準値より増加した電圧分に相当する電力が、直流から交流に変換され、インバータ回路２５から出力される。

インバータ回路２５は、リレー２９を介して、系統電源２を交流電源とする電力系統１に接続されている。電力系統は電力事業者のものでもよいし、大型パワーコンディショナの自立運転出力で成り立っている独立した電力系統でもよい。インバータ回路２５と電力系統１とを接続する電力線５には、分岐線４を介して、負荷Ｌが接続されている。そのため、パワーコンディショナ２０から、需要設備である負荷Ｌに対して交流電力を供給することが出来る。また、インバータ回路２５の出力電力Pinvと負荷Ｌの消費電力Ploadとのバランス（Pinv＞Ploadの場合）により、負荷Ｌだけでなく、電力系統１に対しても、交流電力を供給することが出来る。受電点３は、電力系統１による電力の供給地点であり、図１に示すように、電力系統１と需要設備である負荷Ｌが設けられた構内との境界部分である。

負荷Ｌが接続される分岐線４には、電力計４０が設置されている。電力計４０は例えば、スマートメータである。電力計４０は、図２に示すように、負荷Ｌの電流Iloadを計測する電流計測部４１と、分岐線４の電圧Vloadを計測する電圧計測部４３と、演算処理部４５と、通信部４７、記憶部４９とを備える。

演算処理部４５は、電流Iloadと電圧Vloadとに基づいて、負荷Ｌの消費電力（有効電力）Ploadを算出する。例えば、負荷Ｌの電流Iloadの瞬時値と、分岐線４の電圧Vloadの瞬時値の積の平均値から、負荷Ｌの消費電力（有効電力）Ploadを求めることが出来る。電力計４０は、通信部４７により、ネットワークＮＷに接続されている。パワーコンディショナ２０の制御装置５０は、通信部５１を有しており、ネットワークＮＷを介して、負荷Ｌの消費電力Ploadのデータを電力計４０から受信することが出来る。

リレー２９は、電力系統１との連系用として設置されている。リレー２９を閉じることで、太陽光発電システムＳを電力系統１に連系させることが出来る。フィルタ回路２７は、インバータ回路２５とリレー２９との間に配置されている。フィルタ回路２７は、リアクトルＬ１とコンデンサＣ２から構成されており、インバータ回路２５の出力から高調波成分を除去する。

直流電圧検出部３１は、リンク部２３の電圧Vdcを検出する。直流電圧検出部３１により検出されたリンク部２３の電圧Vdcは、制御装置５０に対して入力される。

出力電流検出部３３は、インバータ回路２５の出力電流Iinvを検出する。具体的には、出力電流検出部３３は、図１に示すように、フィルタ回路２７のリアクトルＬ１とコンデンサＣ２の間に位置しており、リアクトルＬ１の電流を検出する。出力電流検出部３３により検出されたインバータ回路２５の出力電流Iinvは、制御装置５０に対して入力される。

出力電圧検出部３５は、フィルタ回路２７の出力側に接続されており、高調波成分除去後のインバータ回路２５の出力電圧Vinvを検出する。出力電流検出部３３により検出されたインバータ回路２５の出力電流Iinvと、出力電圧検出部３５により検出されたインバータ回路２５の出力電圧Vinvは、制御装置５０に対して入力される。

系統電圧検出部３６は、リレー２９の電力系統１側に配置されており、電力系統１の系統電圧Vgridを検出する。系統電圧検出部３６により検出された系統電圧Vgridは、制御装置５０に対して入力される。

制御装置５０は、インバータ回路２５の出力電力Pinv[W]と、負荷Ｌの消費電力Pload[W]とに基づいて、以下の（１）式より、電力系統１の受電点３における受電電力Pgrid[W]を算出する（図３参照）。
Pgrid＝Pload－Pinv・・・・・（１）

制御装置５０は、受電電力Pgridから、電力潮流（以下、単に潮流とする）の状態を判定し、インバータ回路２５の運転力率COSφを制御する。

Pgrid＞0の場合、系統電源２から受電点３に向かう潮流（順潮流）であり、Pgrid＜0の場合、受電点３から系統電源２に向かう潮流（逆潮流）である。図１、図３では、順潮流をＡ１で示し、逆潮流をＡ２で示す。

運転力率COSφは、インバータ回路２５の出力する皮相電力Sinv[VA]に対する有効電力Pinv[W]の比率である。位相角φは、インバータ回路２５の出力電圧Vinvに対する出力電流Iinvの角度である。

COSφ＝Pinv／Sinv・・・・・（２）

図４は、制御装置５０のうち運転力率COSφの制御に関する制御ブロックを示した図である。制御装置５０は、出力電力演算部５３、ＰＬＬ回路５５、運転力率指令部５７、無効電流指令部５９、無効電力制御部６１、直流電圧制御部６３、出力電流制御部６５、インバータ電流制御部６７、ＰＷＭ制御部６９を備えている。

出力電力演算部５３は、出力電流検出部３３及び出力電圧検出部３５により検出されるインバータ回路２５の出力電流Iinvと出力電圧Vinvより、インバータ回路２５の出力電力（有効電力）Pinvと無効電力Qinvを算出する。

ＰＬＬ回路５５は、系統電圧検出部３６により検出される系統電圧Vgridの検出値から系統電圧Vgridの位相角θを算出する。位相角は、0≦θ＜360°である。

運転力率指令部５７は、外部計測器４０により検出された受電電力Pgridに基づいて、インバータ回路２５の運転力率COSφの指令値PFinv*を決定する。具体的には、受電電力Pgridについて、２つの閾値Ｘ１、Ｘ２を設定している。

そして、運転力率指令部５７は、受電電力Pgridが第１閾値Ｘ１より小さい場合、力率指令値PFinv*を減少させる。また、受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２以上の場合、力率指令値PFinv*を増加する。第２閾値Ｘ２は、第１閾値Ｘ１より大きく（Ｘ２＞Ｘ１）、第２閾値Ｘ２は一例として500W、第１閾値Ｘ１は一例として250Wである。

無効電力指令部５９は、力率指令値PFinv*と、現在出力しているインバータ回路２５の有効電力Pinvに応じて、出力しなければならないインバータ回路２５の無効電力指令値Qinv*を計算する。具体的には、力率指令値PFinv*と有効電力Pinvの積が、無効電力指令値Qinv*として生成される。

無効電力制御部６１は、インバータ回路２５の無効電力Qinvが無効電力指令値Qinv*に収束するように制御量をＰＩ（Proportional-Integral）演算する。そして、ＰＩ演算して求めた制御量からインバータ回路２５の無効電流目標値Iqinv*を算出して出力する。

直流電圧制御部６３は、リンク部２３の直流電圧Vdcが、直流電圧指令値Vdc*に収束するように制御量をPI演算する。そして、ＰＩ演算して求めた制御量からインバータ回路２５の有効電流目標値Ipinv*を算出して出力する。直流電圧指令値Vdc*は、予め定められた固定値である。

出力電流制御部６５は、インバータ回路２５の出力電流Iinvが定格を超えないように、電流指令値の上限を算出する。具体的には、インバータ回路２５の定格電流及び力率指令値PFinv*に基づいて、有効電流上限値Iplimおよび無効電流上限値Iqlimを算出する。

インバータ電流制御部６７は、インバータ回路２５の出力電流Iinvが、下記の（３）式で示す電流指令値Iinv*に収束するように制御量をＰＩ演算し、ＰＷＭ制御部６９に対してインバータ回路２５をＰＷＭ制御するためのデューティ比Dyを出力する。

Iinv*＝Ipinv*×sinθ＋Iqinv*×cosθ・・・・・（３）

ＰＷＭ制御部６９は、インバータ電流制御部６７より入力されるデューティ比Dyに基づいて、インバータ回路２５をＰＷＭ制御する。具体的には、インバータ回路２５を構成する各半導体スイッチ（図略）をＰＷＭ制御する。これにより、インバータ回路２５の出力電流Iinvが電流指令値Iinv*に調整される。以上のことから、インバータ回路２５の運転力率COSφを、運転力率指令部５７にて算出した力率指令値PFinv*に制御することが出来る。

また、制御部５０には、メモリ５３が設けられている。メモリ５３には、インバータ回路２５の運転力率COSφの制御するためのプログラムや、蓄電装置１００の充放電を制御するためのプログラムが記憶されている。

２．運転力率COSφの制御
図５はインバータ回路２５の運転力率COSφの制御（以下、力率制御）の流れを示すフローチャート図（Ｓ１０～Ｓ７０）である。

制御装置５０は、まず、インバータ回路２５の出力電力Pinv[W]と、電力計４０により計測される負荷Ｌの消費電力Pload[W]とに基づいて、受電点３の受電電力Pgrid[W]を算出する（Ｓ１０）。

次に、制御装置５０の運転力率指令部５７は、Ｓ１０にて算出した受電電力Pgridを、第２閾値Ｘ２と比較する（Ｓ２０）。第２閾値Ｘ２は、例えば500Wである。

運転力率指令部５７は、受電点３の受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２以上の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、運転力率COSφの現在値が1.00より小さいか、判定する（Ｓ３０）。

運転力率指令部５７は、運転力率COSφの現在値が1.00より小さい場合、運転力率COSφを所定量Ｚだけ増加させる力率指令値PFinv*を生成する。所定量Ｚは、例えば0.01である（Ｓ４０）。

力率指令値PFinv*が生成されると、インバータ回路２５の出力電流Iinvは、インバータ電流制御部６７、ＰＷＭ制御部６９により、力率指令値PFinv*に対応した電流指令値Iinv*に調整されることから、インバータ回路２５の運転力率COSφは目標値、すなわち現在値よりも所定量Ｚだけ増加した値に調整される。

一方、運転力率指令部５７は、受電点３の受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２よりも小さい場合（Ｓ２０：ＮＯ）、受電電力Pgridを第１閾値Ｘ１と比較する（Ｓ５０）。第１閾値Ｘ１は、例えば250Wである。

運転力率指令部５７は、受電点３の受電電力Pgridが第１閾値Ｘ１より小さい場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）、現在の運転力率COSφが設定値Ｙより小さいか、判定する（Ｓ６０）。設定値Ｙは、例えば0.80である。

運転力率指令部５７は、現在の運転力率COSφが設定値Ｙより大きい場合、運転力率COSφを所定量Ｚだけ減少させる力率指令値PFinv*を生成する。所定量Ｚは、一例として0.01である。

力率指令値PFinv*を生成されると、インバータ回路２５の出力電流Iinvは、インバータ電流制御部６７、ＰＷＭ制御部６９により、力率指令値PFinv*に対応した電流指令値Iinv*に調整されることから、インバータ回路２５の運転力率COSφは目標値、すなわち現在値よりも所定量Ｚだけ減少した値に調整される。

また、受電電力Pgridが第１閾値Ｘ１より大きい場合（Ｓ５０：ＮＯ）、または、運転力率COSφが設定値（Ｙ＝0.80）以下である場合（Ｓ６０：ＮＯ）、インバータ回路２５の運転力率COSφは現在値に維持される。

上記した力率制御（Ｓ１０～Ｓ７０）は、パワーコンディショナ２０の出力中、所定の周期で繰り返し実行される。Ｓ１０の受電電力Pgridを算出する処理は、パワーコンディショナ２０の出力中に限らず、パワーコンディショナ２０の停止中に行うことも可能であり、停止中も受電電力Pgridを算出して、受電点３の潮流を監視することが出来る。

次に、インバータ回路２５の運転力率COSφの制御例を説明する。図６は負荷変動に伴う、インバータ回路２５の出力電力Pinv、受電点３の受電電力Pgrid及び運転力率COSφの時間的変化を示すグラフである。図６中の「破線で示すＢ１」は負荷Ｌの消費電力Ploadを示し、「太線で示すＢ２」はインバータ回路２５の出力電力Pinv、「一点鎖線で示すＢ３」は受電点３の受電電力Pgridを示している。

図６では、時刻ｔ１で負荷Ｌが重負荷から軽負荷へ減少を開始している。重負荷の場合、図７に示すように、受電点３の潮流は順潮流(Pgrid＞0)であり、太陽光発電システムＳと電力系統１の双方から、負荷Ｌに対して電力が供給される。

受電点３の受電電力Pgridが500W以上であれば、インバータ回路２５の運転力率COSφは、図５に示す力率制御（Ｓ１０～Ｓ７０）が１回実行されるごとに、現在値から0.01ずつ増加して上限値1.00に連続的に調整される。そのため、負荷Ｌが重負荷の期間（開始～ｔ１までの期間）、インバータ回路２５の運転力率COSφは、上限値1.00に維持される。

負荷Ｌが重負荷から軽負荷に減少を開始する時刻ｔ１以降、受電点３の受電電力Pgridは減少してゆく。そして、太陽光発電システムＳの出力だけで、負荷Ｌの消費電力Ploadを全て供給できるようになると、図８に示すように、受電点３の潮流は逆潮流（Pgrid＜0）となり、太陽光発電システムＳから負荷Ｌだけでなく、電力系統１側に電力が供給される。

一方、受電点３の受電電力Pgridが低下して第１閾値（Ｘ１＝250W）よりも小さくなる時刻ｔ２以降、インバータ回路２５の運転力率COSφは、図５に示す力率制御（Ｓ１０～Ｓ７０）が１回実行されるごとに、0.01ずつ連続的に減少し、設定値（Ｙ=0.80）に調整される。

そのため、受電点３の潮流が順潮流から逆潮流に切り換わる時刻ｔ３以降、インバータ回路２５の運転力率COSφは、設定値0.80に維持される。そして、負荷Ｌの消費電力Ploadがゼロになると、インバータ回路２５の出力電力Pinvは、全て逆潮流して、電力系統１に供給される状態となる。

以上のように、逆潮流（Pgrid＜0）時に、インバータ回路２５の運転力率COSφを、１よりも小さい設定値0.80に制御することから、電力系統１の系統電圧Vgridが上昇することを抑制できる。

また更に、負荷Ｌが軽負荷から重負荷に増加すると、受電点３の受電電力Pgridは増加して、受電点３の潮流は、逆潮流から順潮流に切り換わる。図６の例では、時間を逆に辿るような変化（ｔ４⇒ｔ５）として考えることが出来る。

受電電力Pgridが第２閾値（Ｘ２＝500W）よりも大きくなる時刻ｔ５以降、インバータ回路２５の運転力率COSφは、制御装置５０により、0.01刻みで連続的に増加調整され、設定値0.80から上限値1.00まで変化する。そして、受電点３が順潮流であって、受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２よりも大きい期間、インバータ回路２５の運転力率COSφは、上限値1.00に維持される。

順潮流時に、運転力率COSφを増加させることで、インバータ回路２５の出力する有効電力Pinvが増加するため、電力系統１から受電点３に供給される受電電力Pgridを抑えることが可能となる。

また、制御装置５０は、受電点３の受電電力Pgridを第２閾値（Ｘ２＞Ｘ１）と比較して、インバータ回路２５の運転力率COSφを増加させている。

このように、インバータ回路２５の運転力率COSφを調整する閾値Ｘとして、２つの閾値Ｘ１、Ｘ２を設けている。２つの閾値Ｘ１、Ｘ２の間の範囲（250W～500W）は、運転力率COSφの調整が実行されない制御不感帯である。制御不感帯を設けることで、インバータ回路２５の制御ハンチングを抑制することが出来る。

５．効果説明
本構成では、逆潮流時、インバータ回路２５の運転力率COSφを１よりも小さい設定値Ｙに制御するため、電力系統１の系統電圧Vgridが上昇することを抑制できる。また、順潮流時は、インバータ回路２５の運転力率COSφを設定値Ｙよりも大きな値に制御するため、運転力率COSφを設定値Ｙに維持する場合と比べて、太陽光発電パネル１０により発電した電力の利用効率を高めることが出来る。また、本構成では、受電電力Pgridを負荷Ｌの消費電力Ploadとインバータ回路２５の出力電力Pinvから求めるため、受電電力Pgridの計測用として専用の計器類を設ける必要がない。

＜実施形態２＞
実施形態１の太陽光発電システムＳは、太陽光発電パネル１０と、パワーコンディショナ２０とを備えた構成であった。

実施形態２の太陽光発電システムＳ１は、実施形態１の太陽光発電システムＳに対して、蓄電装置１００が追加されている。太陽光発電システムＳ１は、図９に示すように、太陽光発電パネル１０と、蓄電装置１００と、パワーコンディショナ２００とから構成されている。

パワーコンディショナ２００は、実施形態１のパワーコンディショナ２０と比べて、コンバータ回路２１の数が相違しており、太陽光発電パネル用のコンバータ回路２１Ａと、蓄電装置１００用のコンバータ回路２１Ｂをリンク部２３に対して並列に設けている。

太陽光発電パネル１０と蓄電装置１００は、図９に示すようにコンバータ回路２１Ａ、２１Ｂを介して、パワーコンディショナ２００のリンク２３に対して並列に接続されている。

蓄電装置１００は、例えば、二次電池やキャパシタである。蓄電装置１００は、太陽光発電パネル１０の余剰電力を蓄電する装置である。

太陽光発電システムＳ１の制御部５０は、図１０に示すように、受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２の500W以上の場合、蓄電装置１００の放電を開始する。そして、運転力率COSφが1.0であり、かつ、受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２の500W未満の場合、蓄電装置１００の放電を停止する。

図１１は、パワーコンディショナ２００の運転制御例であり、日中など太陽光発電パネル１０の発電時について、受電電力Pgridと運転力率COSφの変化を示したグラフである。図１１中の「破線で示すＢ１」は負荷Ｌの消費電力Ploadを示し、「太線で示すＢ２」はインバータ回路２５の出力電力Pinv、「一点鎖線で示すＢ３」は受電点３の受電電力Pgridを示している。また、図１１にてＰＶは太陽光発電パネル出力であり、ＢＴは蓄電装置出力である。

開始～時刻ｔ１まで期間は、重負荷で順潮流していることから、インバータ回路２５の運転力率COSφは、制御装置５０により、上限値である１に制御されている。また、時刻ｔ１まで期間、受電電力Pgridは500Wよりも大きいため、制御装置５０は、コンバータ回路２１Ｂを介して蓄電装置１００を出力状態に制御する（放電）。従って、開始～時刻ｔ１まで期間、パワーコンディショナ２００は、太陽光発電パネル１０と蓄電装置１００を併用した出力状態となる。太陽光発電パネル１０と蓄電装置１００とも出力は2.5kWで、合計出力は5kWである。

負荷変動により、時刻ｔ１以降、受電電力Pgridが減少し始める。受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２の500Wを下回る時刻ｔａにて、制御装置５０はコンバータ回路２１Ｂに対して放電を停止する指令を送る。

蓄電装置１００の出力は、時刻ｔａ以降、減少してゆき、時刻ｔｂにてゼロになる。従って、時刻ｔｂ以降、パワーコンディショナ２００は、太陽光発電パネル１０による単独の出力状態に移行して、初期出力の半分の2.5kWの出力となる。一方、受電電力Pgridは、蓄電装置１００が出力停止した時刻ｔｂ以降、500Wから更に減少していく。

制御装置５０は、受電電力Pgridが第１閾値Ｘ１の250Wを下回る時刻ｔｃにて、インバータ回路２５に対して運転力率COSφを減少する指令を送る。

これにより、インバータ回路２５の運転力率COSφは、上限値である「１」から減少調整される。そして、受電点の潮流が順方向から逆潮流に転じる時刻ｔｄ以降、インバータ回路２５の運転力率COSφは、設定値（Ｙ＝0.80）に調整される。

その後、負荷Ｌが軽負荷から重負荷に増加すると、受電電力Pgridは増加して、受電点３の潮流は、逆潮流から順潮流に切り換わる。図１１の例では、時間を逆に辿るような変化（ｔｅ⇒ｔｆ）として考えることが出来る。

制御装置５０は、受電電力Pgridが500W以上となる時刻ｔｆにて、コンバータ回路２１Ｂに対して放電を開始する指令を送る。そのため、逆潮流から順潮流への移行後、受電電力Pgridが500W以上となる時刻ｔｆ以降は、パワーコンディショナ２００は、太陽光発電パネル１０と蓄電装置１００を併用した出力状態となる。

また、制御装置５０は、受電電力Pgridが500W以上となる時刻ｔｆ以降、インバータ回路２５の運転力率COSφを、0.01刻みで連続的に増加調整する。これにより、逆潮流から順潮流への移行後、インバータ回路２５の運転力率COSφは、設定値0.80から上限値1.00まで変化し、上限値1.00に維持される。

以上のように、制御装置５０は、受電電力Pgridが500W以上になると、蓄電装置１００の放電を開始する。また、制御装置５０は、運転力率COSφが上限値である「１」に制御されている状態において、受電電力Pgridが500W未満になると、蓄電装置１００の放電を停止する。このようにすることで、順潮流（Pgrid＞０）の場合のみ、蓄電装置１００を放電でき、逆潮流（Pgrid＜０）の場合は、放電を停止することができる。

また、蓄電装置１００が放電を開始する時の受電電力Pgridは500Wであり、これは、運転力率COSφを設定値0.8から増加させる第２閾値Ｘ２である。そのため、逆潮流から順潮流への移行後、運転力率COSφを設定値0.8から増加する制御を開始するのと同時に、蓄電装置１００は放電を開始する。以上のことから、運転力率COSφが上限値である「１」に調整されるのを待って放電を開始する場合（時刻ｔｇで放電を開始する場合）に比べて、蓄電装置１００の放電を早期に開始することが出来る。そのため、受電電力Pgridを抑えることが可能となり、蓄電装置１００に貯められたエネルギーを有効利用することが出来る。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１、２では、分散型電源の一例として、太陽光発電パネル１０を示した。分散型電源は、需要地に隣接して分散配置される小規模な発電設備全般の総称であり、例えば、太陽光発電装置１０以外にも、風力発電装置、バイオマス発電装置などが含まれる。風力発電装置やバイオマス発電装置等の交流発電装置の場合、発電装置の出力を整流器で整流して直流に変換してからリンク部２３に接続し、リンク部２３の直流電力をインバータ回路２５で交流電力に変換するシステムにするとよい。

（２）実施形態１、２では、電力制御装置の一例として、ＰＶ用のパワーコンディショナ２０を示した。電力制御装置は、少なくとも、インバータ回路２５と、制御装置５０を備えた構成であればよく、コンバータ回路２１、電解コンデンサＣ１、リンク部２３、フィルタ回路２７、リレー２９等は、無くてもよい。系統電圧Vgridのデータを外部計測器などから取得可能な場合、系統電圧検出部３６を廃止することも出来る。

（３）実施形態１、２では、逆潮流時における運転力率COSφの設定値Ｙを0.80とした。設定値Ｙは１よりも小さな値であればよく、0.80以外の数値でもよい。また、運転力率COSφの増減は0.01刻みで行う場合に限らず、例えば、0.02刻みなど、他の調整幅としてもよい。

（４）実施形態１、２では、受電点３の受電電力Pgridについて、２つの閾値Ｘ１、Ｘ２を設定し、受電電力Pgridが第１閾値Ｘ１よりも小さい場合、力率指令値PFinv*を減少させることにより、逆潮流時（Pgrid＜0）の運転力率COSφを下げて、設定値（Ｙ＝0.80）とした。また、受電電力Pgridが第２閾値Ｘ２よりも大きい場合、力率指令値PFinv*を増加させることにより、順潮流時（Pgrid＞0）の運転力率COSφを設定値（Ｙ＝0.80）よりも大きな値とした。

上記以外にも、以下の方法で、運転力率COSφを調整しもよい。受電点３における受電電力Pgridの正負に基づいて、受電点３の潮流が順潮流か逆潮流か、を判別する。逆潮流時（Pgrid＜0）には、運転力率COSφを設定値（Ｙ＝0.80）に制御する。一方、順潮流時（Pgrid＞0）には、順潮流時（Pgrid＞0）の運転力率COSφを設定値（Ｙ＝0.80）よりも大きな値に制御する。また、同様に受電点３の潮流の状態（順潮流ｏｒ逆潮流）に応じて、蓄電装置１００の放電、放電停止を制御することも出来る。

（５）実施形態１、２では、電力線５に分岐接続された負荷Ｌが単数である例を示したが、負荷Ｌは複数でもよい。負荷Ｌが複数の場合、複数負荷Ｌのトータル消費電力Pload[W]と、インバータ回路２５の出力電力Pinv[W]とから、受電点３の受電電力Pgrid[W]を算出すればよい。また、電力線５に対して負荷Ｌと共に別のパワーコンディショナが接続されていてもよい。負荷Ｌと共に別のパワーコンディショナが接続されている場合、別のパワーコンディショナをマイナス負荷として、以下の（ａ）式により、受電点の受電電力Pgridが可能である。

Pgrid＝（Pload－Pinv2）－Pinv1・・・・・（ａ）
Pinv1は制御対象であるパワーコンディショナ２０のインバータ回路２５の出力電力、Pinv2は、電力線５に接続された別のパワーコンディショナのインバータ回路の出力電力である。

１...電力系統
２...系統電源
３...受電点
１０...太陽光発電パネル（本発明の「分散型電源」の一例）
２０...パワーコンディショナ（本発明の「電力制御装置」の一例）
２１...コンバータ回路
２５...インバータ回路
２７...フィルタ回路
２９...リレー
４０...電力計
５０...制御装置
１００...蓄電装置
Ｘ１、Ｘ２...第１閾値、第２閾値

Claims

電力系統と連系する分散型電源用の電力制御装置であって、
分散型電源から供給される電力を直流から交流に変換して出力するインバータ回路と、
制御装置と、を含み、
前記制御装置は、
前記電力系統と前記電力制御装置とを接続する電力線に分岐接続された負荷の消費電力と前記インバータ回路の出力電力とに基づいて、前記電力系統の受電点の受電電力を算出し、
前記受電点が逆潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、１より小さい設定値に制御し、
前記受電点が順潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、前記設定値よりも大きな値に制御し、
前記制御装置は、
順潮流時に前記受電点の受電電力が第１閾値よりも低下した場合、前記インバータ回路の運転力率を所定値刻みで前記設定値まで連続的に減少させる、電力制御装置。
請求項１に記載の電力制御装置であって、
前記受電点における受電電力が第１閾値より大きい第２閾値よりも大きい場合、前記インバータ回路の運転力率を前記所定値刻みで前記設定値よりも大きな値まで連続的に増加させる、電力制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の電力制御装置であって、
前記分散型電源と並列に蓄電装置を有する構成において、
前記制御装置は、
順潮流時に前記蓄電装置を放電し、逆潮流時は、前記蓄電装置の放電を停止する、電力制御装置。
請求項３に記載の電力制御装置であって、
前記制御装置は、
前記受電点の受電電力が前記インバータ回路の運転力率を増加させる第２閾値以上である場合に、前記蓄電装置の放電を開始し、
前記インバータ回路の運転力率が上限値であり、かつ前記受電点の受電電力が前記第２閾値未満の場合、前記蓄電装置の放電を停止する、電力制御装置。
電力系統と連系する分散型電源用の電力制御装置であって、
分散型電源から供給される電力を直流から交流に変換して出力するインバータ回路と、
前記分散型電源と並列に接続された蓄電装置と、
制御装置と、を含み、
前記制御装置は、
前記電力系統と前記電力制御装置とを接続する電力線に分岐接続された負荷の消費電力と前記インバータ回路の出力電力とに基づいて、前記電力系統の受電点の受電電力を算出し、
前記受電点が逆潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、１より小さい設定値に制御し、
前記受電点が順潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、前記設定値よりも大きな値に制御し、
前記制御装置は、
順潮流時に前記受電点の受電電力が第１閾値よりも大きい第２閾値未満の場合、前記蓄電装置の放電を停止し、
前記受電点の受電電力が前記第１閾値よりも低下した場合、前記インバータ回路の運転力率を減少させる、電力制御装置。
請求項５に記載の電力制御装置であって、
前記受電点の受電電力が前記第２閾値より大きい場合に、前記インバータ回路の運転力率を上昇させ、更に、前記蓄電装置の放電を開始する、電力制御装置。
電力系統と連系する分散型電源用の電力制御装置であって、
分散型電源から供給される電力を直流から交流に変換して出力するインバータ回路と、
制御装置と、を含み、
前記制御装置は、
前記電力系統と前記電力制御装置とを接続する電力線に分岐接続された負荷の消費電力と前記インバータ回路の出力電力とに基づいて、前記電力系統の受電点の受電電力を算出し、
前記受電点が逆潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、１より小さい設定値に制御し、
前記受電点が順潮流である場合、前記インバータ回路の運転力率を、前記設定値よりも大きな値に制御し、
前記分散型電源と並列に蓄電装置を有する構成において、
前記制御装置は、
順潮流時に前記蓄電装置を放電し、逆潮流時は、前記蓄電装置の放電を停止し、
前記制御装置は、
前記受電点の受電電力が前記インバータ回路の運転力率を増加させる第２閾値以上である場合に、前記蓄電装置の放電を開始し、
前記インバータ回路の運転力率が上限値であり、かつ前記受電点の受電電力が前記第２閾値未満の場合、前記蓄電装置の放電を停止する、電力制御装置。
電力系統と連系する分散型電源用の電力制御装置の制御方法であって、
前記電力系統と前記電力制御装置とを接続する電力線に分岐接続された負荷の消費電力と前記電力制御装置のインバータ回路の出力電力とに基づいて、前記電力系統の受電点の受電電力を算出し、
前記受電点が逆潮流である場合、
前記分散型電源から供給される電力を直流から交流に変換して出力するインバータ回路の運転力率を、１より小さい設定値に制御し、
前記受電点が順潮流である場合、
前記インバータ回路の運転力率を、前記設定値よりも大きな値に制御し、
順潮流時に前記受電点の受電電力が第１閾値よりも低下した場合、前記インバータ回路の運転力率を所定値刻みで前記設定値まで連続的に減少させる、電力制御装置の制御方法。
電力系統と連系する分散型電源用の電力制御装置の制御方法であって、
前記電力系統と前記電力制御装置とを接続する電力線に分岐接続された負荷の消費電力と前記電力制御装置のインバータ回路の出力電力とに基づいて、前記電力系統の受電点の受電電力を算出し、
前記受電点が逆潮流である場合、
前記分散型電源から供給される電力を直流から交流に変換して出力するインバータ回路の運転力率を、１より小さい設定値に制御し、
前記受電点が順潮流である場合、
前記インバータ回路の運転力率を、前記設定値よりも大きな値に制御し、
順潮流時に前記受電点の受電電力が第１閾値よりも大きい第２閾値未満の場合、前記分散型電源と並列に接続された蓄電装置の放電を停止し、
前記受電点の受電電力が前記第１閾値よりも低下した場合、前記インバータ回路の運転力率を減少させる、電力制御装置の制御方法。