JP7055998B2 - 無効電力補償装置及び該装置の制御方式 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に並列接続して無効電力を注入することで、接続端の電圧を目標値に制御する無効電力補償装置及び該装置の制御方式に関し、特には、上位電力系統と遮断器を介して接続する電力系統の電圧制御を行う、ＳＶＣ（Static Var Compensator）やＳＴＡＴＣＯＭ（Static Synchronous Compensator）などの静止型の無効電力補償装置及び該装置の制御方式に関する。

図１５は、従来の無効電力補償装置の全体構成を示す制御ブロック図である。図１５の無効電力補償装置の構成は、特許文献１にも同様の原理が記載されている。

従来のＳＶＣ(無効電力補償装置）では、系統の電圧を検出し目標電圧との偏差を無くすようにＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）制御部７４で無効電流指令値Iq*を算出する。このIq*と無効電力補償装置１０の出力電流（無効分）とが一致するように電力変換器１１の電圧を制御することによって、ＳＶＣの接続点の電圧を制御する。

例えば、図１６に示すように無効電力補償装置１０が商用電力系統に連系しているときに、負荷投入などで商用電力系統の電圧が低下した場合には、系統を基準として進みの無効電流（無効電力でも同様だが、以降、無効電流で説明する。）を注入し電圧低下を抑制する。

逆に、負荷脱落などにより商用電力系統の電圧が上昇した場合には、無効電力補償装置１０は遅れの無効電流を注入することにより電圧上昇を抑制し、目標電圧を維持する。

ところで、近年、太陽光発電システム (PV：Photovoltaic）などの分散型電源の導入が拡大している。分散型電源は、系統事故などで商用系統から解列し単独運転になった場合には、感電防止や事故防止の観点から瞬時に系統から解列する必要がある。

パワーコンディショナ（一般に、ＰＣＳ(Power Conditioning System)と呼ばれている）を介して系統に連系する分散型電源の能動的単独運転検出方式は、近年、下記に示す非特許文献２や非特許文献３の方式で標準化が行われている。

この標準化として規程された方式の中で、“周波数フィードバック方式”と呼ばれる単独運転検出方式が採用されている。

図１７は、周波数フィードバック方式で用いられる周波数偏差－注入無効電力の特性を示すグラフであり、上記分散型電源のＰＣＳに搭載される機能である。

この周波数フィードバック方式は、図１７に示すように、分散型電源の連系点電圧から周波数と周波数偏差を算出し、周波数偏差が小さい場合には“１段目ゲイン”といわれる緩やかな特性に従って無効電力(無効電流)を注入する。

しかし、周波数偏差が一定の閾値（例えば図１７に示すように±0.01Hz）を超えた場合には“２段目ゲイン”と呼ばれる急峻な特性に従って、無効電力(無効電流)を大きく注入する。

周波数偏差は、過去数サイクルの周波数の移動平均値から直近数サイクルの周波数の移動平均値を引いた値で、周波数が上昇する場合には周波数偏差は低下し、周波数が低下する場合には、周波数偏差は上昇する。また、周波数偏差は、商用系統に連系している場合には小さく、商用系統から解列した場合には大きくなる傾向を示すため、系統連系時にはほとんど系統に無効電流（無効電力）を注入しないが、系統解列時には周波数偏差を増長させる方向に働くようにさせて単独運転の可能性を早く検出できるようにしている。

特開平０６－０９８４６９号公報

日本電機工業会規格 JEM1498(2015年制定)「分散型電源用単相パワーコンディショナの標準形能動的単独運転検出方式（ステップ注入付周波数フィードバック方式）」 日本電機工業会規格 JEM1505(2015年制定)「低圧配電線に連系する太陽光発電用三相パワーコンディショナの標準型能動的単独運転検出方式（ステップ注入付周波数フィードバック方式）」

図１８は、分散型電源と負荷からなる従来の系統解列時の電圧挙動を示す図である。すなわち分散型電源２００と負荷３００からなる従来の電力系統において、系統が単独運転になる前の連系状態において、分散型電源２００の発電量と負荷３００の消費電力とのバランスによって、系統から解列した直後の系統電圧は変動する。

例えば、負荷３００の消費電力が分散型電源２００の発電量を上回る場合（Ａ．順潮流時）には、系統解列直後に電圧は低下する。逆に分散型電源２００の発電量が負荷３００の消費電力を上回る場合（Ｂ．逆潮流時）には、解列直後に電圧は上昇する。

以上を踏まえると、図１９に示すように無効電力補償装置(ＳＶＣ)１０と、分散型電源２００と、負荷３００が商用系統に連系した系統（ただし分散型電源は太陽光発電装置であってＰＳＣ複数台を有するものとする）において、商用系統から解列した場合には、図１８に示したように電圧が変動するため、無効電力補償装置(ＳＶＣ)１０は無効電流を注入し、一方、分散型電源２００は、系統解列による周波数偏差を検出し、図１７の周波数フィードバック方式に従って無効電流を注入する。

このため、従来技術における無効電力補償装置(ＳＶＣ)１０の制御では、系統の潮流や電圧の状態によっては、図２０に示すように、無効電力補償装置(ＳＶＣ)１０が注入する無効電流が、分散型電源２００の周波数フィードバック方式による無効電流を打ち消し、分散型電源の単独運転検出時間を大きく遅らせてしまうという課題があった。

なお図２０では、無効電力補償装置(ＳＶＣ)１０の制御を停止させている場合には、分散型電源２００は６０ミリ秒程度で単独運転の可能性を検出し解列できているが、無効電力補償装置(ＳＶＣ)１０が制御を実施している場合には、分散型電源２００の単独運転検出時間が３００ミリ秒程度と、ＳＶＣ１０の制御停止時に分散型電源２００が検出する単独運転検出時間の５倍程度遅れることがシミュレーションにより明らかとなっている。

そこで本発明の目的は、少なくとも分散型電源と無効電力補償装置(ＳＶＣ)を含む系統において、無効電力補償装置(ＳＶＣ)が出力する無効電流指令によって分散型電源の能動的単独運転検出を阻害しないようにする無効電力補償装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、上位電力系統と遮断器を介して接続する電力系統の電圧制御を行う無効電力補償装置において、前記無効電力補償装置は、少なくとも、
前記電力系統の電圧を制御するＡＶＲ制御部と、
前記電力系統の単独運転の可能性を接続点の周波数から判定し、判定結果を示す第１の制御信号及び第２の制御信号のうち少なくとも一方を出力する系統判定部と、
前記第１の制御信号または前記第２の制御信号が前記単独運転の可能性があることを示す場合には、電圧を制御するために前記電力系統に注入する無効電流の値を抑制する無効電流制御部とを有する、ことを特徴とする。

また上記において、前記系統判定部は、
前記接続点の前記周波数から算出される周波数の偏差が正の閾値以上のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第１の制御信号を出力し、
前記接続点の前記周波数から算出される前記周波数の偏差が負の閾値以下のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第２の制御信号を出力し、
前記無効電流制御部は、
前記第１の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、前記第２の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で進み方向の無効電流を制限するように、前記無効電流の値を抑制する、ことを特徴とする。
また上記において、前記ＡＶＲ制御部は、取得した系統電圧と目標電圧の偏差から、系統電圧が目標電圧となるように無効電流指令値を算出し、
前記無効電流制御部は、前記電力系統が単独運転の可能性があると判定された場合には、前記ＡＶＲ制御部から出力された無効電流指令値をホールドして前記無効電流の値を抑制する、ことを特徴とする。

また上記において、前記系統判定部は、前記接続点の周波数の偏差が上昇傾向にあるかまたは下降傾向にあるかを判定し、
前記無効電流制御部は、前記系統判定部による判定結果が、
周波数が低下傾向、すなわち前記周波数の偏差が上昇傾向である場合は、系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、
周波数が上昇傾向、すなわち前記周波数の偏差が下降傾向である場合は、系統基準で進み方向の無効電流を制限する、ことを特徴とする。

また上記の無効電流制御部は、前記ＡＶＲ制御部から出力された系統基準で遅れ方向を正とする無効電流指令値に、可変的に上下限値が設定される可変リミッタを掛けた値を入力し、
前記可変リミッタへの可変的上下限値の設定は、前記系統判定部により、
前記周波数の偏差が上昇傾向であると判定したら、前記可変リミッタの上限値としてホールドした無効電流指令値を設定し、
前記周波数の偏差が下降傾向であると判定したら、前記可変リミッタの下限値としてホールドした無効電流指令値を設定する、ことを特徴とする。
また上記において、前記系統判定部は、交流の系統電圧を直流の系統電圧に変換した系統電圧振幅値と、前記接続点の周波数の偏差とに基づいて、前記単独運転の検出に干渉しない場合には、前記第１の制御信号または前記第２の制御信号を出力しない、ことを特徴とする。

また上記において、前記ＡＶＲ制御部は、取得した系統電圧と目標電圧の電圧偏差を、ＰＩ調節器のゲインと積分器に通すように構成し、
前記ＰＩ調節器の前記積分器には上下限値が逐次設定される可変リミッタを掛け、
前記逐次設定される前記可変リミッタの上下限値は、前記系統判定部により、
前記周波数の偏差が上昇傾向にあると判定したら、前記可変リミッタの上限値としてホールドした電圧偏差を設定し、
前記周波数の偏差が下降傾向にあると判定したら、前記可変リミッタの下限値としてホールドした電圧偏差を設定する、ことを特徴とする。

また上記いずれかの記載において、前記系統判定部は、前記周波数の偏差の変化量が正の閾値を越えた場合に周波数下降傾向であると判定し、または前記周波数の偏差の変化量が負の閾値を越えた場合に周波数上昇傾向であると判定する、ことを特徴とする。

また上記いずれかの記載において、前記系統判定部は、前記周波数の偏差が正の閾値を越えた場合で且つ前記周波数の偏差の変化量が正の閾値を越えた場合には周波数下降傾向であると判定し、もしくは前記周波数の偏差が負の閾値を越えた場合で且つ前記周波数の偏差の変化量が負の閾値を越えた場合には周波数上昇傾向であると判定する、ことを特徴とする。

また上記いずれかの記載において、前記系統判定部は、前記系統電圧の変動を検出するための電圧情報を取得し、
前記周波数の偏差が正の閾値を越えた場合で且つ前記取得した電圧情報が電圧上昇という条件で周波数下降傾向であると判定し、または前記周波数の偏差が負の閾値を越えた場合で且つ前記取得した電圧情報が電圧低下という条件で、周波数上昇傾向であると判定する、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の別の態様は、上位電力系統と遮断器を介して接続する電力系統の電圧制御を行う無効電力補償装置において、前記無効電力補償装置は、少なくとも、
前記電力系統の電圧を制御するＡＶＲ制御部と、
前記電力系統の単独運転の可能性を接続点の周波数から判定する系統判定部と、
前記系統判定部が前記単独運転の可能性があると判定した場合には、電圧を制御するために前記電力系統に注入する無効電流の値を抑制する無効電流制御部とを有し、
前記系統判定部は、前記接続点の周波数の偏差が上昇傾向にあるかまたは下降傾向にあるかを判定し、
前記無効電流制御部は、前記系統判定部による判定結果が、
周波数が低下傾向、すなわち前記周波数の偏差が上昇傾向である場合は、系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、
周波数が上昇傾向、すなわち前記周波数の偏差が下降傾向である場合は、系統基準で進み方向の無効電流を制限する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するために本発明の別の態様は、無効電力補償装置と分散型電源と負荷が接続される電力系統における無効電力補償装置の制御方式において、
前記無効電力補償装置内に交流制御部を設け、さらに、
該交流制御部は、単独運転非干渉制御部を含み、該単独運転非干渉制御部は、
周波数計算部と、周波数偏差算出部と、電力系統が単独運転の可能性を判定して判定結果を示す第１の制御信号及び第２の制御信号のうち少なくとも一方を出力する系統判定部と、前記第１の制御信号または前記第２の制御信号が単独運転の可能性があることを示す場合には前記電力系統に注入する無効電流の値を示す無効電流指令値の出力に一定の制限を行う無効電流制御部と、を備え、
前記系統判定部は、
前記接続点の前記周波数から算出される周波数の偏差が正の閾値以上のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第１の制御信号を出力し、
前記接続点の前記周波数から算出される前記周波数の偏差が負の閾値以下のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第２の制御信号を出力し、
前記無効電流制御部は、
前記第１の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、前記第２の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で進み方向の無効電流を制限するように、前記無効電流の値を抑制し、
前記単独運転非干渉制御部が、前記電力系統における分散型電源の能動的単独運転検出機能を阻害しないようにする、ことを特徴とする。

本発明の無効電力補償装置によれば、単独運転非干渉制御部内に設けた、系統が単独運転の可能性を判定する系統判定部の出力（制御信号１、制御信号２）に基づいて無効電流制御部が無効電流指令値Iq*の出力を制限することで、分散型電源の単独運転検出機能を阻害しないようにすることができる。

このような本発明の無効電力補償装置の作用・効果により、従来技術よりも分散型電源の単独運転検出機能が単独運転を早く検出することができる。

本発明の実施形態１に係る無効電力補償装置の構成を示す制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無効電力補償装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る単独運転非干渉制御部の構成(その１)を示す図である。 本発明の無効電力補償装置に用いられる周波数偏差算出部の構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その１)を示す図である。 本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その２)を示す図である。 本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その３)を示す図である。 本発明の実施形態１に係る無効電流制御部の構成(その１)を示す図である。 本発明の実施形態１に係る無効電流制御部の構成(その２)を示す図である。 本発明の実施形態１に係る単独運転非干渉制御部の構成(その２)を示す図である。 図１０に示した単独運転非干渉制御部中の系統判定部の構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る無効電力補償装置の構成を示す制御ブロック図である。 本発明の実施形態２に係る無効電力補償装置中のＡＶＲ制御機能付無効電流制御部の構成を示す図である。 従来構成例に対比して本発明構成例の優位性を説明するグラフである。 従来の無効電力補償装置の構成を示す制御ブロック図である。 無効電力補償装置の一般的な動作を説明する図である。 分散型電源に用いられる周波数偏差－注入無効電力の特性を示すグラフである。 分散型電源と負荷からなる従来の系統解列時の電圧挙動を示す図である。 図１８の系統にＳＶＣが連系した場合の系統システム構成を示す図である。 図１９に示した従来のシステム構成における技術的課題を提示するグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る無効電力補償装置の全体構成を示す制御ブロック図である。
また図２は、本発明の実施形態に係る無効電力補償装置の動作フローを示す図である。

図３は、本発明の実施形態１に係る単独運転非干渉制御部の構成(その１)を示す図である。図３における単独運転非干渉制御部１１０は、本発明の実施形態１に係る無効電力補償装置のシステム構成において中核となるものであり、その細部の構成は図２に示す動作フローのなかで説明される。

また図４は、本発明の無効電力補償装置１００に用いられる周波数偏差算出部１１２の構成を示す図である。周波数偏差算出法は、上記した非特許文献２および非特許文献３に記載の方式と同様であり、図４の待ち行列(１１２３)に示すようにクロックｍ回前のｎ_２回の周波数の移動平均(１１２２)と、現在時点のｎ_１回の移動平均(１１２１)の差(１１２４)で算出する。

図１ないし図４を用いて本発明の実施形態１に係る無効電力補償装置の動作の概要を説明する。

本発明の実施形態に係る無効電力補償装置は、上位電力系統と遮断器を介して接続する電力系統の電圧制御を行うものである。図２において、
ステップ１で、無効電力補償装置１００の運転を開始し、目標電圧に対する制御を開始する。次いで、ステップ２で、系統接続点の電圧を検出する。

ステップ３では、単独運転非干渉制御部１１０の構成である周波数計算部１１１で周波数を算出する。周波数計算部１１１は、非特許文献２および非特許文献３に記載の周波数計算方式と同じ方式で計算する。すなわち系統電圧のゼロクロス点を半周期毎に検出し、その周期の逆数を周波数とする。

次に、ステップ４では、単独運転非干渉制御部１１０の構成である、図３に示した周波数偏差算出部１１２により、周波数偏差を算出する。周波数偏差の算出法は上記で説明したのでここでは繰り返さないことにする。

ステップ５では、単独運転非干渉制御部１１０の構成である系統判定部１１３により、上記ステップ４で算出された周波数偏差をもとに系統状態を判定する。

ステップ６では、系統状態から単独運転の可能性があるか否かを判定する。単独運転の可能性がある場合はステップ７に進み、単独運転の可能性がなければ、ステップ８に進む。

ステップ７では、系統判定部１１３からの指令を受けて、無効電流制御部１１４は電流指令値の出力を一定時間制限する。

そしてステップ８では、無効電力補償装置１００に運転終了の指令が入力されていれば処理を終える。運転継続の指令ならば、上記ステップ２に戻り、運転終了の指令が入力されるまで処理を繰り返す。

図５は、本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その１)を示す図である。
図５の説明に入る前に、図１８に示す分散型電源２００における周波数フィードバック方式では、能動的に単独運転を判定する方法として、図１７の周波数偏差－無効電力特性を用いて、単独運転をなるべく早く検出するために、周波数偏差を増長する方向に無効電力を注入する。特に、周波数偏差が±0.01Hzを超えると、２段目ゲインと呼ばれる特性に従って、大きく無効電力を注入することで能動的に単独運転の可能性を早く検出するようにしている。

したがって、図５において、本発明の実施形態１に係る系統判定部１１３では、偏差正閾値(１１３１)を0.01Hz、偏差負閾値(１１３３)を-0.01Hzとして、周波数偏差算出部１１２で算出した周波数偏差が0.01Hz以上となった場合には、系統が単独運転の可能性があると判定し、制御信号１を出力する（判定結果が論理“１”となる。以下同じ）。同様に、周波数偏差が-0.01Hz以下となった場合にも、系統が単独運転の可能性があるとして制御信号２を出力する（判定結果が論理“１”となる。以下同じ）。

図６は、本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その２)を示す図である。
図６の説明に入る前に、図５における説明と同様に、図１８に示す分散型電源２００における周波数フィードバック方式では、能動的に単独運転を判定する方法として、図１７の周波数偏差－無効電力特性を用いて、単独運転の可能性をなるべく早く検出するために、周波数偏差を増長する方向に無効電力を注入する。特に、周波数偏差が±0.01Hzを超えると、２段目ゲインと呼ばれる特性に従って、大きく無効電力を注入することで能動的に単独運転の可能性を早く検出するようにしている。

したがって、図６において、本発明の実施形態１に係る系統判定部１１３では、マイクロコンピュータ等の演算クロックの立ち上がりで周波数偏差を保持する回路(１１３０)を設け、周波数偏差の前回値と現在値との差分(１１３５)から、周波数偏差の変化量を検出する。

そのうえで、比較器(１１３７)で偏差増閾値(１１３６)と周波数偏差の変化量を比較して、その変化量が正方向で偏差増閾値(１１３６)以上であることを検知した場合には、系統が単独運転の可能性があるとして制御信号１を出力する。

同様に、比較器(１１３９)で偏差減閾値(１１３８)と周波数偏差の変化量を比較して、その変化量が負方向で偏差減閾値(１１３８)以下であることを検知した場合には、系統が単独運転の可能性があるとして制御信号２を出力する。

図７は、本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その３)を示す図である。
図７に示す本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その３)は、上記図５に示した本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その１)における出力と、上記図６に示した本発明の実施形態１に係る系統判定部の構成(その２)における出力との論理積を計算する回路(４０，４２)を設けることにより、系統が単独運転の可能性がある場合には、制御信号１または制御信号２を出力するようにしたものである。図５および図６に示した実施例の両方の効果を備え、単独運転の可能性をより正確に判定することができる。

図８に示す本発明の実施形態１に係る無効電流制御部の構成(その１)は、系統が単独運転の可能性がある場合に無効電流の出力値を制限する手段(その１)を備えるものである。

すなわち、上記図５ないし図７に示された系統判定部１１３から出力される、系統が単独運転の可能性があることを示す制御信号１または制御信号２の論理和を計算し（論理和回路１１４１）、その論理和がハイレベルとなる状態を検出した場合には、タイマー(１１４２)とサンプルホールド回路(１１４３)を用いて、Ｔ秒間（分散型電源２００の単独運転検出時間は概ね２００ms以内であることから、例えば２００ms秒間）前段のＡＶＲ制御部７０４(図１参照)の出力である無効電流指令値Iq*の値をホールドし、ホールドした値を新たな無効電流指令値Iq*’として無効電流制御部１１４から出力するものである。

これにより、分散型電源２００のＰＣＳ(Power Conditioning System)が実行する能動的単独運転検出に基づく無効電流注入との干渉を防止することができる。

図９に示す本発明の実施形態１に係る無効電流制御部の構成(その２)は、系統が単独運転の可能性がある場合に無効電流の出力値を制限する手段(その２)を備えるものである。

すなわち、上記図５ないし図７に示された系統判定部１１３から出力される、系統が単独運転の可能性があることを示す制御信号１がハイレベルとなる状態を検出した場合には、タイマー(１１４４，１１４６)とサンプルホールド回路(１１４５，１１４７)を用いて、Ｔ秒間（分散型電源２００の単独運転検出時間は概ね２００ms以内であることから、例えば２００ms秒間）前段のＡＶＲ制御部７０４(図１参照)の出力である無効電流指令値Iq*をホールドし、ホールドした値を可変リミッタ回路(１１４８)の上限値に設定し、可変リミッタ回路(１１４８)にスイッチ回路４６を介して入力する。

同様に、制御信号２がハイレベルとなる状態を検出した場合にも、Ｔ秒間前段のＡＶＲ制御部７０４(図１参照)の出力である無効電流指令Iq*の値をホールドし、ホールドした値を可変リミッタ回路(１１４８)の下限値に設定し、可変リミッタ回路(１１４８)にスイッチ回路４８を介して入力する。

こうして可変リミッタ(１１４８)を通過した無効電流指令の値に対して無効電流制御部１１４から新たな無効電流指令値Iq*’として出力することによって、分散型電源２００のＰＣＳ(Power Conditioning System)が実行する無効電流を打ち消す方向の無効電流の出力を無効電流制御部１１４が制限し、分散型電源２００の能動的単独運転検出に基づく無効電流注入との干渉を防止することができる。

図１０は、本発明の実施形態１に係る単独運転非干渉制御部の構成(その２)を示す図である。

図１０に示す構成において、図３に示した単独運転非干渉制御部１１０の構成(その１)と変わるところは、振幅演算部１１５を備えさせることによって、交流の系統電圧を直流の系統電圧に変換し、直流変換された系統電圧振幅値を系統判定部１１３に対する他の入力となるようにしたものである。

すなわち、周波数偏差算出部１１２からの周波数偏差値だけでなく、振幅演算部１１５からの系統電圧振幅値も系統判定部１１３の判定出力条件とすることにより、分散型電源２００の単独運転検出に干渉しないケースには制御信号１または２を出力しないようにすることで、干渉しないケースには電圧制御を抑制しないようにする。系統判定部は、図１１における電圧上昇および電圧低下の条件を追加することで単独運転でないケースを検出し、制御信号１または２に反映させている。

図１１は、図１０に示した単独運転非干渉制御部中の系統判定部の構成を示す図である。

無効電力補償装置を含む系統が商用系統から解列している可能性を判定する手段として、図１１に示す系統判定部１１３は、交流から直流に変換した系統電圧振幅値の前回値(１２３０)と現在値とを加算器(１２３１)で演算して系統電圧偏差を算出する。

そのうえで上記系統電圧偏差について、ゼロ(０：変化無し検出用)と対比して電圧上昇を検出する比較器(１２３２)と、ゼロ(０：変化有り検出用)と対比して電圧低下を検出する比較器(１２３３)との比較により系統電圧振幅値の変化の有無(変化量)を求め、変化があればハイレベルの出力“１”を各出力する。

そして論理積回路(１２３４)及び論理積回路(１２３５)で上記図５～図７から出力された制御信号１、制御信号２と比較器(１２３２，１２３３)の出力との論理積を取ることで論理積回路(１２３４)及び論理積回路(１２３５)から出力値があれば、それを新たな制御信号１、制御信号２として出力する。

こうすることによって、分散型電源２００の例えばＰＣＳによる単独運転検出による無効電力の注入を阻害する場合には、制御信号１、および制御信号２を無効電流制御部１１４に出力するため、分散型電源２００の例えばＰＣＳによる単独運転検出による無効電力の注入との干渉を防止することができる。

［実施形態２］
図１２は、本発明の実施形態２に係る無効電力補償装置の全体構成を示す図である。
図１２において、図１に示した本発明の実施形態１に係る無効電力補償装置１００の全体構成と異なる点は、無効電力補償装置１００中の単独運転非干渉制御部１１０の構成が図１２においてはＡＶＲ制御機能付単独運転非干渉制御部１１０’になることである。実施形態１のＡＶＲ制御はＰ制御を想定していたが、実施形態２のＡＶＲ制御はＰＩ制御を想定している。ＰＩ制御は積分器があるため、実施形態１のように電流指令値をホールドしただけでは電圧制御を抑制することができない。

図１に示した無効電力補償装置１００では、単独運転非干渉制御部１１０の前段のＡＶＲ制御部７０４が存在していたが、図１２に示す単独運転非干渉制御部１１０’では、ＡＶＲ機能付無効電流制御部１１６’が単独運転非干渉制御部１１０’内に包摂される。ＡＶＲ機能付無効電流制御部１１６’は、系統判定部１１３’からの制御信号１、制御信号２を受けてタイマー(後述する)を設定する構成と、前段の加算器７０３の出力である電圧偏差ΔＶをサンプルホールド(後述する)する構成と、ＰＩ制御を行うためのＰＩ調節器(後述する)とを備える。それ以外の構成は図１に示し無効電力補償装置１００中の単独運転非干渉制御部１１０と同じであるため同じ部分の説明については省くことにする。

図１２を用いて本発明の実施形態２に係る無効電力補償装置１００の動作の概要を説明する。図１２に示すように本発明の実施形態２に係る無効電力補償装置は、実施形態１に係る無効電力補償装置と同様であるため図２に示した動作フローを適宜参照する。本発明の無効電力補償装置は、上述したように上位電力系統と遮断器を介して接続する電力系統の電圧制御を行うものである。

ステップ１で、無効電力補償装置の運転を開始し、目標電圧に対する制御を開始する。次いで、ステップ２で系統接続点の電圧を検出する。

ステップ３では、ＡＶＲ制御機能付単独運転非干渉制御部１１０’の構成である周波数計算部１１１’で周波数を算出する。周波数計算部１１１’は、非特許文献２および非特許文献３に記載の周波数計算方式と同じ方式で計算する。すなわち系統電圧のゼロクロス点を半周期毎に検出し、その周期の逆数を周波数とする。

次いでステップ４では、周波数偏差算出部１１２’(図３参照)により、周波数偏差を算出する。周波数偏差の算出法は上記で説明したのでここでは繰り返さないことにする。

ステップ５では、系統判定部１１３’により、上記までに説明したステップで算出された周波数偏差をもとに系統状態を判定する。

ステップ６では、系統の状態から電力系統が単独運転の可能性ありか否かを判定する。単独運転の可能性がある場合は、ステップ７に進み、単独運転の可能性がない場合はステップ８へ進む。

ステップ７（電力系統が単独運転の可能性がある場合）では、後述する図１３に示すＡＶＲ制御機能付無効電流制御部１１６’にて無効電流指令値を一定時間制限する。

ステップ８では、無効電力補償装置に運転終了の指令が入力されていれば処理を終えるが、運転継続の指令ならば、上記した最初のステップに戻り、運転終了の指令が入力されるまで処理を繰り返す。

図１３は、本発明の実施形態２に係るＡＶＲ制御機能付無効電流制御部の構成を示す図である。

図１３に示すように、ＡＶＲ制御機能付無効電流制御部１１６’は、前段におかれた系統判定部１１３’からの制御信号１、制御信号２を受けてタイマー(後述する)を設定し且つ前段の加算器７０３の出力である電圧偏差ΔＶをサンプルホールドする構成(後述する)を有し、周波数上昇傾向にあると判定したとき出力される制御信号１の入力でタイマー(１１６３)を所定の時間だけハイレベルに設定し、また周波数下降傾向にあると判定したとき出力される制御信号２の入力でタイマー(１１６４)を所定の時間だけハイレベルに設定する。

またＡＶＲ制御機能付無効電流制御部１１６’は、制御信号１、制御信号２を受けた時点の前段の加算器７０３の出力である電圧偏差ΔＶをサンプルホールド回路(１１６１，１１６２)にホールドし、サンプルホールド回路(１１６１)の値が定格上限値(１１６５)より高ければ、ホールドした値をリミッタ上限値に設定すると共に当該ホールドした値をスイッチ(１１６７)を介して積分器(１１６９２)に入力し、また一方、サンプルホールド回路(１１６２)の値が定格下限値(１１６６)より低ければ、ホールドした値をリミッタ下限値に設定すると共に当該ホールドした値をスイッチ(１１６８)を介して積分器(１１６９２)に入力する。

積分器(１１６９２)は入力された上記の可変リミッタの値及び電圧偏差ΔＶを積分することでそれを加算器(１１６９３)の一方の入力として出力する。

また加算器(１１６９３)の他方の入力には、加算器７０３の出力である上記電圧偏差ΔＶに所定のゲインを掛けた値が入力される。

そしてＡＶＲ制御機能付無効電流制御部１１６’の構成としてのＰＩ調節器(１１６９)は、加算器(１１６９３)に入力された上記一方及び他方の入力値を加算することで無効電流指令の値Iq*’を出力する。

なお、タイマー(１１６３，１１６４)が設定するタイマ時間としては、上述したのと同様に、Ｔ秒間（分散型電源２００の単独運転検出時間は概ね２００ms以内であることから、例えば２００ms秒間）とされる。

図１４は、従来構成例（図１５）に対比して本発明構成例（図１）の優位性を提示するためのグラフである。図１４の左側は従来構成例における分散電源の解列からＰＣＳ停止までに要する時間を示しており、また右側は、本発明の無効電力補償装置が分散型電源のＰＣＳにおける単独運転の検出のために実施される無効電力注入を阻害しないことによって、分散電源の解列からＰＣＳ停止までに要する時間が短縮されることをシミュレーションによって表わしたものである。

図１４のグラフから分かるように、本発明の実施形態に係る無効電力補償装置が、単独運転非干渉制御部に設けた、系統が単独運転の可能性を判定する判定制御部１１３の出力（制御信号１、制御信号２）に基づいて無効電流制御部１１４が無効電流指令値Iq*’を一定時間制限することで、分散型電源に設けられたＰＣＳによる単独運転検出のための無効電流注入を阻害しないため、従来技術よりも分散型電源に設けられたＰＣＳが単独運転の可能性を早く検出できる。

１００ 無効電力補償装置(ＳＶＣ)
１１０ 単独運転非干渉制御部
１１１、１１１’ 周波数計算部
１１２、１１２’ 周波数偏差算出部
１１３、１１３’ 系統判定部
１１４ 無効電流制御部
１１５ 振幅演算部
２００ 分散型電源
３００ 負荷
１１０’ ＡＶＲ制御機能付単独運転非干渉制御部
１１６’ ＡＶＲ制御機能付無効電流制御部
１１６９ ＰＩ調節器
１１６９１ ゲイン
１１６９２ 積分器
１１６９３ 加算器

Claims (11)

1. 上位電力系統と遮断器を介して接続する電力系統の電圧制御を行う無効電力補償装置において、前記無効電力補償装置は、少なくとも、
   前記電力系統の電圧を制御するＡＶＲ制御部と、
   前記電力系統の単独運転の可能性を接続点の周波数から判定し、判定結果を示す第１の制御信号及び第２の制御信号のうち少なくとも一方を出力する系統判定部と、
   前記第１の制御信号または前記第２の制御信号が前記単独運転の可能性があることを示す場合には、電圧を制御するために前記電力系統に注入する無効電流の値を抑制する無効電流制御部とを有し、
   前記系統判定部は、
   前記接続点の前記周波数から算出される周波数の偏差が正の閾値以上のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第１の制御信号を出力し、
   前記接続点の前記周波数から算出される前記周波数の偏差が負の閾値以下のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第２の制御信号を出力し、
   前記無効電流制御部は、
   前記第１の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、前記第２の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で進み方向の無効電流を制限するように、前記無効電流の値を抑制する、
   ことを特徴とする無効電力補償装置。
2. 前記ＡＶＲ制御部は、取得した系統電圧と目標電圧の偏差から、系統電圧が目標電圧となるように無効電流指令値を算出し、
   前記無効電流制御部は、前記電力系統が単独運転の可能性がある場合には、前記ＡＶＲ制御部から出力された無効電流指令値をホールドして前記無効電流の値を抑制する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無効電力補償装置。
3. 前記系統判定部は、前記接続点の周波数の偏差が上昇傾向にあるかまたは下降傾向にあるかを判定し、
   前記無効電流制御部は、前記系統判定部による判定結果が、
   周波数が低下傾向、すなわち前記周波数の偏差が上昇傾向である場合は、系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、
   周波数が上昇傾向、すなわち前記周波数の偏差が下降傾向である場合は、系統基準で進み方向の無効電流を制限する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無効電力補償装置。
4. 前記無効電流制御部は、前記ＡＶＲ制御部から出力された系統基準で遅れ方向を正とする無効電流指令値に、可変的に上下限値が設定される可変リミッタを掛けた値を入力し、
   前記可変リミッタへの可変的上下限値の設定は、前記系統判定部により、
   前記周波数の偏差が上昇傾向であると判定したら、前記可変リミッタの上限値としてホールドした無効電流指令値を設定し、
   前記周波数の偏差が下降傾向であると判定したら、前記可変リミッタの下限値としてホールドした無効電流指令値を設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無効電力補償装置。
5. 前記系統判定部は、交流の系統電圧を直流の系統電圧に変換した系統電圧振幅値と、前記接続点の周波数の偏差とに基づいて、前記単独運転の検出に干渉しない場合には、前記第１の制御信号または前記第２の制御信号を出力しない、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無効電力補償装置。
6. 前記ＡＶＲ制御部は、
   取得した系統電圧と目標電圧の電圧偏差を、ＰＩ調節器のゲインと積分器に通すように構成し、
   前記ＰＩ調節器の前記積分器には上下限値が逐次設定される可変リミッタを掛け、
   前記逐次設定される前記可変リミッタの上下限値は、前記系統判定部により、
   前記周波数の偏差が上昇傾向にあると判定したら、前記可変リミッタの上限値としてホールドした電圧偏差を設定し、
   前記周波数の偏差が下降傾向にあると判定したら、前記可変リミッタの下限値としてホールドした電圧偏差を設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無効電力補償装置。
7. 前記系統判定部は、
   前記周波数の偏差の変化量が正の閾値を越えた場合には周波数低下傾向であると判定し、または前記周波数の偏差の変化量が負の閾値を越えた場合には周波数上昇傾向であると判定する、
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の無効電力補償装置。
8. 前記系統判定部は、
   前記周波数の偏差が正の閾値を越えた場合で且つ前記周波数の偏差の変化量が正の閾値を越えた場合には周波数低下傾向であると判定し、もしくは前記周波数の偏差が負の閾値を越えた場合で且つ前記周波数の偏差の変化量が負の閾値を越えた場合には周波数上昇傾向であると判定する、
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の無効電力補償装置。
9. 前記系統判定部は、前記系統電圧の変動を検出するための電圧情報を取得し、
   前記周波数の偏差が正の閾値を越えた場合で且つ前記取得した電圧情報が電圧上昇という条件で周波数低下傾向であると判定し、または前記周波数の偏差が負の閾値を越えた場合で且つ前記取得した電圧情報が電圧低下という条件で、周波数上昇傾向であると判定する、
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の無効電力補償装置。
10. 上位電力系統と遮断器を介して接続する電力系統の電圧制御を行う無効電力補償装置において、前記無効電力補償装置は、少なくとも、
    前記電力系統の電圧を制御するＡＶＲ制御部と、
    前記電力系統の単独運転の可能性を接続点の周波数から判定する系統判定部と、
    前記系統判定部が前記単独運転の可能性があると判定した場合には、電圧を制御するために前記電力系統に注入する無効電流の値を抑制する無効電流制御部とを有し、
    前記系統判定部は、前記接続点の周波数の偏差が上昇傾向にあるかまたは下降傾向にあるかを判定し、
    前記無効電流制御部は、前記系統判定部による判定結果が、
    周波数が低下傾向、すなわち前記周波数の偏差が上昇傾向である場合は、系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、
    周波数が上昇傾向、すなわち前記周波数の偏差が下降傾向である場合は、系統基準で進み方向の無効電流を制限する、
    ことを特徴とする無効電力補償装置。
11. 無効電力補償装置と分散型電源と負荷が接続される電力系統における無効電力補償装置の制御方式において、
    前記無効電力補償装置内に交流制御部を設け、さらに、
    該交流制御部は、単独運転非干渉制御部を含み、該単独運転非干渉制御部は、
    周波数計算部と、周波数偏差算出部と、電力系統の単独運転の可能性を接続点の周波数から判定して判定結果を示す第１の制御信号及び第２の制御信号のうち少なくとも一方を出力する系統判定部と、前記第１の制御信号または前記第２の制御信号が単独運転の可能性があることを示す場合には前記電力系統に注入する無効電流の値を示す無効電流指令値の出力に一定の制限を行う無効電流制御部と、を備え、
    前記系統判定部は、
    前記接続点の前記周波数から算出される周波数の偏差が正の閾値以上のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第１の制御信号を出力し、
    前記接続点の前記周波数から算出される前記周波数の偏差が負の閾値以下のときに、前記単独運転の可能性があることを示す前記第２の制御信号を出力し、
    前記無効電流制御部は、
    前記第１の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で遅れ方向の無効電流を制限し、前記第２の制御信号が前記単独運転の可能性を示す場合には系統基準で進み方向の無効電流を制限するように、前記無効電流の値を抑制し、
    前記単独運転非干渉制御部が、前記電力系統における分散型電源の能動的単独運転検出機能を阻害しないようにする、
    ことを特徴とする無効電力補償装置の制御方式。

Images