JP7215355B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関する。
分散型電源を商用電力系統に連系するための系統連系用電力変換装置として、単独運転検出機能と、出力電力の力率が一定になるようにフィードバック制御を行う力率一定制御機能と、を有するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された系統連系用電力変換装置は、いわゆるステップ注入付周波数フィードバック方式を利用した単独運転検出機能を有し、電力系統の電圧周波数（通常は５０Ｈｚ）が変動した場合、インバータから出力する電力の周波数の変動を助長するように無効電力を注入する。
また、この系統連系用電力変換装置は、例えば商用電力系統の電圧上昇を抑制する目的で、インバータからの出力電力の力率が予め設定された力率指令値（例えば９５％）で一定となるように、無効電力の注入量をフィードバック制御する。そして、この系統連系用電力変換装置では、前述の単独運転検出機能が力率一定制御機能の影響を受けて単独運転状態の検出が遅れることを抑制するために、力率一定制御のための第１ＰＩ制御器と、単独運転検出のための第２ＰＩ制御器の遅延時間と収束時間を異ならせて、制御の応答性に差を付けている。
特開２０１８－８２５７０号公報
しかしながら、特許文献１に記載された系統連系用電力変換装置は、遅延時間Ｔｄにおいても少量の無効電力を注入している。このため、単独運転検出のための無効電力の注入が、力率一定制御のための無効電力の注入の影響を受けて単独運転状態の検出が遅れてしまう虞がある。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、単独運転検出の精度を高めつつ、力率一定制御を適切に実行できる電力変換装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、
分散型電源を系統電源に連系するための電力変換装置であって、
前記電力変換装置の出力電圧の電圧値を検出する電圧検出部と、
前記電力変換装置の出力電流の電流値を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部により検出される電圧値と前記電流検出部により検出される電流値とに基づいて、無効電力を前記系統電源側へ注入することにより、前記電力変換装置の出力電力の力率が予め設定された力率指令値となるように制御する力率一定制御処理を実行する力率一定制御ユニットと、
前記電圧検出部により検出された電圧波形の周期から前記系統電源の系統電圧の周波数の変動量を算出し、算出した前記変動量に応じた大きさの無効電力を前記系統電源側へ注入した後の前記系統電圧の周波数の変動量に基づいて、前記電力変換装置が単独運転状態であるか否かを判別する単独運転検出処理を実行する単独運転検出ユニットと、を備え、 前記力率一定制御ユニットは、前記力率一定制御処理を実行するために前記電圧検出部により検出された電圧値と前記電流検出部により検出された電流値とを取得する第１時点よりも予め設定された基準期間だけ過去の第２時点で前記電圧検出部により検出された電圧値と前記電流検出部により検出された電流値と、を用いて、前記力率一定制御処理を実行する。
また、本発明に係る電力変換装置は、
前記基準期間が、前記単独運転検出処理に要する時間の長さ以上であってもよい。
また、本発明に係る電力変換装置は、
前記基準期間が、２００ミリ秒以上であってもよい。
また、本発明に係る電力変換装置は、
前記電圧検出部により検出された電圧値を示す電圧値情報と、前記電圧検出部により検出された電圧値と同時期に前記電流検出部により検出された前記電流値を示す電流値情報と、に基づいて算出された力率値を示す力率値情報を、時系列で記憶する力率値記憶部を更に備え、
前記力率一定制御ユニットは、前記力率値記憶部が記憶する前記力率値情報が示す力率値に基づいて、無効電力を前記系統電源側へ注入する、ものであってもよい。
また、本発明に係る電力変換装置は、
前記単独運転検出ユニットが、予め設定された判定期間内における系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値が予め設定された変動量閾値以上である場合、単独運転の検出を実行し、前記判定期間内における前記最大変動量の絶対値が前記変動量閾値未満である場合、単独運転の検出を回避する、ものであってもよい。
また、本発明に係る電力変換装置は、
前記力率一定制御ユニットが、
前記力率指令値を示す指令値情報を記憶する指令値記憶部と、
前記指令値記憶部が記憶する前記指令値情報が示す前記力率指令値に基づいて、前記系統電源側へ注入する無効電力の注入量を算出する無効電力注入量算出部と、を有する、ものであってもよい。
本発明によれば、力率一定制御ユニットが、力率一定制御処理を実行するために電圧検出部によりされた電圧値と電流検出部により検出された電流値とを取得する第１時点よりも予め設定された基準期間だけ過去の第２時点において、電圧検出部により検出された電圧と前記電流検出部により検出された電流と、を用いて、力率一定制御処理を実行する。これにより、力率一定制御ユニットが、無効電力を系統電源側へ注入することによる力率変動が、単独運転検出に与える影響を抑制できるので、単独運転検出の精度を高めることができる。
本発明の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。 実施の形態に係る制御回路のブロック図である。 実施の形態に係るインバータ制御部のブロック図である。 （Ａ）は実施の形態に係る単独運転検出ユニットの動作説明図であり、（Ｂ）は、実施の形態に係る相関記憶部が記憶する相関情報の内容を示す図である。 実施の形態に係る制御回路が実行する単独運転検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る制御回路の動作説明図である。 実施の形態に係る制御回路が実行する力率一定制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係る電力変換装置は、分散型電源を系統電源に連系するための電力変換装置である。この電力変換装置は、インバータと、インバータの出力電圧を検出する電圧検出部と、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、力率一定制御ユニットと、単独運転検出ユニットと、を備える。力率一定制御ユニットは、電圧検出部により検出される電圧と電流検出部により検出される電流とに基づいて、無効電力を系統電源側へ注入することにより、インバータの出力電力の力率が予め設定された力率指令値となるように制御する力率一定制御処理を実行する。単独運転検出ユニットは、電圧検出部により検出された電圧が、ゼロとなった時の時間から、次にゼロとなる時間までの時間差から系統電源の系統電圧の周波数の変動量を算出し、算出した変動量に応じた大きさの無効電力を系統電源側へ注入した後の系統電圧の周波数の変動量に基づいて、電力変換装置が単独運転状態であるか否かを判別する単独運転検出処理を実行する。そして、力率一定制御ユニットは、力率一定制御処理を実行するために電圧検出部によりされた電圧値と電流検出部により検出された電流値とを取得する第１時点よりも予め設定された基準期間だけ過去の第２時点において、電圧検出部により検出された電圧値と電流検出部により検出された電流値と、を用いて、力率一定制御処理を実行する。ここで、本実施の形態に係る電力変換装置を含む電源システムの構成について説明する。
本実施の形態に係る電源システムは、図１に示すように、太陽電池１と、蓄電池２と、太陽電池１、蓄電池２および系統電源４に接続されたパワーコンディショナ３と、系統連系リレー５と、を備える。系統電源４は、例えば単相三線式でパワーコンディショナ３へ交流電力を供給する。パワーコンディショナ３は、分散型電源である太陽電池１または蓄電池２を系統電源４に連系するための電力変換装置である。このパワーコンディショナ３は、ＰＶコンバータ３１と、インバータ３２と、ＤＣ－ＤＣコンバータ３３と、ラインフィルタ３４と、制御回路３９と、電流検出部３５１と、電圧検出部３５２と、を備える。ＰＶコンバータ３１と、インバータ３２と、ＤＣ－ＤＣコンバータ３３とは、ＨＶＤＣバスＬ３を介して接続されている。また、ＨＶＤＣバスＬ３には、ＨＶＤＣバスＬ３の電圧変動を抑制するためのコンデンサＣ１が接続されている。
ＰＶコンバータ３１は、太陽電池１から入力される直流電圧を昇圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータである。ＰＶコンバータ３１は、制御回路３９から入力される制御信号に基づいて、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を実行することにより、太陽電池１からの入力電圧を調整する機能を有するものであってもよい。インバータ３２は、双方向型ＤＣ－ＡＣインバータであり、制御回路３９から入力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号によりスイッチングされる複数のスイッチング素子（図示せず）を有する。このインバータ３２は、ＨＶＤＣバスＬ３から入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するとともに、系統電源４から供給される交流電圧を直流電圧に変換してＨＶＤＣバスＬ３へ出力する。
ＤＣ－ＤＣコンバータ３３は、双方向型ＤＣ－ＤＣコンバータであり、蓄電池２とＨＶＤＣバスＬ３との間に接続され、蓄電池２に蓄えられた電気をＨＶＤＣバスＬ３へ放電する放電モードとＨＶＤＣバスＬ３から蓄電池２へ電力を供給することにより蓄電池２を充電する充電モードとのいずれかの動作モードで動作する。ここで、ＤＣ－ＤＣコンバータ３３は、放電モードで動作する場合、ＨＶＤＣバスＬ３への出力電圧が一定となるように蓄電池２の出力電圧を昇圧してＨＶＤＣバスＬ３へ出力する。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ３３は、充電モードで動作する場合、ＨＶＤＣバスＬ３から入力される直流電力を降圧して蓄電池２へ出力する。ラインフィルタ３４は、インダクタとコンデンサとを含んで構成され、インバータ３２から出力される交流電力から、高周波数のスイッチングノイズ成分を除去する。
電流検出部３５１は、パワーコンディショナ３の出力電流の電流値、即ち、インバータ３２と系統電源４との間を流れる電流の電流値を検出する。電圧検出部３５２は、パワーコンディショナ３の出力電圧の電圧値、即ち、系統電源４の電圧値（以下、適宜「系統電圧」と称する。）を検出する。電流検出部３５１および電圧検出部３５２は、例えば４００ｎｓｅｃ以下のサンプリング周期で電流値、電圧値を計測する。本発明における電流計測部３５１および電圧計測部３５２は、電流および電圧の絶対値を測定することが目的ではなく、それぞれのゼロクロス点（電圧または電流がゼロとなる時の時間）を計測し、電圧周波数や、電圧と電流との位相差を測定することで、無効電流や力率を制御することに利用している。系統連系リレー５は、パワーコンディショナ３の系統電源４への連系状態と解列状態とを切り替えるためのスイッチであり、制御回路３９から入力される制御信号により開閉動作する。
制御回路３９は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）とメモリとを有する。制御回路３９は、図２に示すように、ＰＶコンバータ制御部３９１と、インバータ制御部３９２と、ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部３９３と、リレー制御部３９４、を有する。ＰＶコンバータ制御部３９１は、ＰＶコンバータ３１をその出力電圧が一定になるように制御するための制御信号を生成してＰＶコンバータ３１へ出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部３９３は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３３を充電モードまたは放電モードのいずれかの動作モードで動作させるための制御信号を生成してＤＣ－ＤＣコンバータ３３へ出力する。
リレー制御部３９４は、インバータ制御部３９２から出力される解列指令情報または連系指令情報に基づいて、系統連系リレー５へ制御信号を出力することにより、系統連系リレー５を開閉させる。リレー制御部３９４は、インバータ制御部３９２から解列指令情報が入力されると、系統連系リレー５を開状態にするための制御信号を生成して系統連系リレー５へ出力する。また、リレー制御部３９４は、系統連系リレー５が開状態の場合に、インバータ制御部３９２から連系指令情報が入力されると、系統連系リレー５を閉状態にするための制御信号を生成して系統連系リレー５へ出力する。
インバータ制御部３９２は、図３に示すように、電流制御部３９２１と、力率一定制御ユニット３９２２と、単独運転検出ユニット３９２３と、電流取得部３９２４と、電圧取得部３９２５と、力率算出部３９２６と、計時部３９２８と、を備える。電流制御部３９２１は、力率一定制御ユニット３９２２または単独運転検出ユニット３９２３から入力される無効電力注入量情報に基づいて、ＰＷＭ信号を生成してインバータ３２へ出力する。これにより、電流制御部３９２１は、無効電力注入量情報が示す無効電力をインバータ３２の系統電源４側へ注入する。
力率算出部３９２６は、電圧検出部３５２により検出された電圧値を示す電圧値情報と、この電圧値と同時期に電流検出部３５１により検出された電流値を示す電流値情報と、を用いて力率を算出する。電圧取得部３９２５は、電圧計測部３５２により計測される電圧値を示す電圧値情報を取得し、取得した電圧値情報を、単独運転検出ユニット３９２３へ出力するとともに、力率算出部３９２６に出力する。電流取得部３９２４は、電流検出部３５１により検出される電流値を示す電流値情報を取得し、取得した電流値情報を、同時期に検出された電圧値を示す電圧値情報に対応づけて力率算出部３９２６に出力する。計時部３９２８は、電圧取得部３９２５が電圧値情報を取得した時刻を電圧検出部３５２が電圧値を検出した時刻として計時し、電流取得部３９２４が電流値情報を取得した時刻を電流検出部３５１が電流値を検出した時刻として計時する。
力率一定制御ユニット３９２２は、電圧検出部３５２により検出される電圧値と電流検出部３５１により検出される電流値とに基づいて、無効電力を系統電源４側へ注入することにより、パワーコンディショナ３の出力電力の力率が予め設定された力率指令値となるように制御する。力率一定制御ユニット３９２２は、力率指令値を示す指令値情報を記憶する指令値記憶部３９２２３と、指令値記憶部３９２２３が記憶する指令値情報が示す力率指令値に基づいて、系統電源４側へ注入する無効電力の注入量を算出する無効電力注入量算出部３９２２２と、を有する。前述の力率指令値は、例えば９５％程度に設定される。また、力率一定制御ユニット３９２２は、パワーコンディショナ３の出力電力の力率を算出する力率値記憶部３９２２１と、インバータ３２の系統電源４側への無効電力の注入量の増減を判定する無効電力増減判定部３９２２４と、を有する。
力率値記憶部３９２２１は、力率算出部３９２６が算出した力率値を記憶する。無効電力増減判定部３９２２４は、力率値記憶部３９２２１により記憶された力率値と、指令値記憶部３９２２３が記憶する指令値情報が示す力率指令値との大小関係に基づいて、無効電力の注入量を増加するか減少させるかを判定する。具体的には、無効電力増減判定部３９２２４は、算出された力率が力率指令値未満である場合、無効電力の注入量を予め設定された単位注入量だけ増加させると判定する。一方、無効電力増減判定部３９２２４は、記憶された力率値が力率指令値以上である場合、無効電力の注入量を減少させると判定する。
無効電力注入量算出部３９２２２は、無効電力増減判定部３９２２４の判定結果に基づいて、無効電力注入量を算出する。また、無効電力注入量算出部３９２２２は、パワーコンディショナ３の起動時或いは予め設定された力率調整時期が到来した時に、力率値記憶部３９２２１が算出した力率と指令値記憶部３９２２３が記憶する指令値情報が示す力率指令値との差分値を算出し、算出した差分値に基づいて、無効電力の注入量を算出する。
単独運転検出ユニット３９２３は、電圧検出部３５２により検出された電圧値の推移から系統電源４の系統電圧の周波数の変動量を算出する。そして、単独運転検出ユニット３９２３は、算出した周波数の変動量に応じた大きさの無効電力をインバータ３２の系統電源側へ注入した後の系統電圧の周波数の変動量に基づいて、パワーコンディショナ３が単独運転状態であるか否かを判別する単独運転検出処理を実行する。単独運転検出ユニット３９２３は、周波数計測部３９２３１と、第１移動平均算出部３９２３２と、第２移動平均算出部３９２３３と、周波数偏差算出部３９２３４と、相関記憶部３９２３５と、無効電力注入量算出部３９２３６と、を有する。周波数計測部３９２３１は、電圧検出部３５２により検出された電圧波形のゼロクロス点の時間を測定し、次のゼロクロス点との時間差に基づいて、周波数を算出する。そして、周波数計測部３９２３１は、算出した周期に基づいて系統電圧の周波数を算出する。
第１移動平均算出部３９２３２は、現時点と現時点から予め設定された平均対象期間だけ過去に遡った時点との間における系統電圧の周期の平均値を最近周期として算出する。一方、第２移動平均算出部３９２３３は、現時点から予め設定された基準期間だけ過去の時点とその時点から前述の平均対象期間だけ過去に遡った時点との間における系統電圧の周期の平均値を過去周期として算出する。例えば図４（Ａ）に示すように、第１移動平均算出部３９２３２は、現時点Ｔ１［ｉ］と現時点Ｔ１［ｉ］から平均対象期間△ｔ１だけ過去に遡った時点Ｔ１［ｉ－ｋ］との間の期間△ｔ２における系統電圧の周期の平均値ＩＮ１ａｖ［ｉ］を最近周期として算出する。一方、第２移動平均算出部３９２３３は、現時点Ｔ１［ｉ］から基準期間△ｔ２だけ過去の時点Ｔ２［ｉ］と時点Ｔ２［ｉ］から平均対象期間△ｔ１だけ過去に遡った時点Ｔ２［ｉ－ｋ］との間における系統電圧の周期の平均値ＩＮ２ａｖ［ｉ］を過去周期として算出する。平均対象期間△ｔ１の長さは、例えば４０ｍｓｅｃに設定される。また、基準期間△ｔ２は、例えば２００ｍｓｅｃに設定される。そして、時刻Ｔ１［ｉ＋１］になると、第１移動平均算出部３９２３２は、現時点Ｔ１［ｉ＋１］と過去の時点Ｔ１［ｉ＋１－ｋ］との間の期間△ｔ２における系統電圧の周期の平均値ＩＮ１ａｖ［ｉ＋１］を算出し、第２移動平均算出部３９２３３は、過去の時点Ｔ２［ｉ＋１］と時点Ｔ２［ｉ］から平均対象期間△ｔ１だけ過去に遡った時点Ｔ２［ｉ－ｋ］との間における系統電圧の周期の平均値ＩＮ２ａｖ［ｉ］を過去周期として算出する。ここで、第１移動平均算出部３９２３２および第２移動平均算出部３９２３３それぞれの平均値算出周期、即ち、時点Ｔ１［ｉ］、Ｔ１［ｉ＋１］の間の間隔は、例えば５ｍｓｅｃに設定される。
図３に戻って、周波数偏差算出部３９２３４は、第１移動平均算出部３９２３２が算出した最近周期と、第２移動平均算出部３９２３３が算出した過去周期と、の差分値を算出する。例えば図４（Ａ）に示すように、周波数偏差算出部３９２３４は、時点Ｔ１［ｉ］において、平均値ＩＮ１ａｖ［ｉ］と平均値ＩＮ２ａｖ［ｉ］との差分値△ＩＮａｖ［ｉ］を算出する。また、周波数偏差算出部３９２３４は、時点Ｔ１［ｉ＋１］において、平均値ＩＮ１ａｖ［ｉ＋１］と平均値ＩＮ２ａｖ［ｉ＋１］との差分値△ＩＮａｖ［ｉ＋１］を算出する。そして、周波数偏差算出部３９２３４は、算出した差分値の逆数を周波数偏差として出力する。
図３に戻って、相関記憶部３９２３５は、例えば図４（Ｂ）に示すような、周波数偏差と無効電力注入量との相関関係を示す相関情報を記憶する。この相関情報は、周波数偏差の絶対値が閾値｜△ｆ０｜を超えると周波数偏差の変動に対する無効電力注入量のゲインが増大する関係を示している。即ち、周波数偏差の絶対値が閾値｜△ｆ０｜を超えると、無効電力の注入を助長するように設定されている。ここで、閾値｜△ｆ０｜は、例えば０．０１Ｈｚに設定される。
図３に戻って、無効電力注入量算出部３９２３６は、相関記憶部３９２３５が記憶する相関情報と、周波数偏差算出部３９２３４から入力される周波数偏差と、に基づいて、無効電力注入量を算出する。そして、無効電力注入量算出部３９２３６は、算出した無効電力注入量を示す無効電力注入量情報を加算部３９２４０へ出力する。
また、単独運転検出ユニット３９２３は、周波数成分算出部３９２３７と、ステップ注入判定部３９２３８と、ステップ注入量出力部３９２３９と、を有する。周波数成分算出部３９２３７は、例えば、電圧取得部３９２５から入力される電圧値情報から得られる電圧値の推移を示す電圧波形に対して離散フーリエ解析処理を実行することにより、電圧波形の基本波成分および高調波成分の電圧実効値を算出する。
ステップ注入判定部３９２３８は、周波数成分算出部３９２３７が算出した電圧波形の基本波成分および高調波成分の電圧実効値が、予め設定されたステップ注入開始条件を具備するか否かを判定する。ステップ注入量出力部３９２３９は、ステップ注入判定部３９２３８により、基本波成分および高調波成分の電圧実効値が前述のステップ注入開始条件を具備すると判定されると、予め設定された無効電力の注入量を示す無効電力注入量情報を予め設定された期間だけ加算部３９２４０へ出力し続ける。
加算部３９２４０は、無効電力注入量算出部３９２３６から入力される無効電力注入量情報が示す無効電力注入量に、ステップ注入量出力部３９２３９から入力される無効電力注入量情報が示す無効電力注入量を加算する。そして、加算部３９２４０は、加算して得られた無効電力注入量を示す無効電力注入量情報を出力する。
切替部３９２４２は、加算部３９２４０からの無効電力注入情報が電流制御部３９２１へ出力される出力状態と、加算部３９２４０からの無効電力注入情報が電流制御部３９２１へ出力しない停止状態と、のいずれかに切り替わる。注入判定部３９２４３は、予め設定された判定期間内における系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値が予め設定された変動量閾値以上であるか否かを判定する。そして、注入判定部３９２４３は、系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値が変動量閾値未満であると判定すると、加算部３９２４０から電流制御部３９２１への無効電力注入量情報の出力を停止するよう指令する停止指令情報を切替部３９２４２へ出力する。一方、注入判定部３９２４３は、系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値が変動量閾値以上であると判定すると、加算部３９２４０から電流制御部３９２１へ無効電力注入量情報を出力するよう指令する出力指令情報を切替部３９２４２へ出力する。そして、切替部３９２４２は、注入判定部３９２４３から停止指令情報が入力されると、前述の停止状態に切り替わり、注入判定部３９２４３から出力指令情報が入力されると、前述の出力状態に切り替わる。
単独運転判定部３９２４１は、加算部３０２４０か出力される無効電力注入量情報が示す注入量だけインバータ３２の系統電源４側へ無効電力が注入した後の系統電圧の周波数の変動量に基づいて、パワーコンディショナ３が単独運転状態であるか否かを判別する。具体的には、単独運転判定部３９２４１は、インバータ３２の系統電源４側へ無効電力が注入した後の系統電圧の周波数の変動量が予め設定された判定閾値以上となった場合、パワーコンディショナ３が単独運転状態であると判別する。この場合、単独運転判定部３９２４１は、系統連系リレー５を開状態にしてパワーコンディショナ３を解列するための解列指令情報を生成し、生成した解列指令情報をリレー制御部３９４へ出力する。
次に、本実施の形態に係るインバータ制御部３９２が実行する単独運転検出処理について、図５および図６を参照しながら説明する。この単独運転検出処理は、例えば系統連系リレー５が閉状態においてパワーコンディショナ３が起動したことを契機として開始される。なお、制御回路３９は、この単独運転検出処理の実行と並行して、ＰＶコンバータ３１の動作を制御する処理およびＤＣ－ＤＣコンバータ３３の動作を制御する処理を実行する。
まず、電圧取得部３９２５が、電圧検出部３５２により検出される電圧値を示す電圧値情報を取得し、電流取得部３９２４は、電流検出部３５１により検出される電流値を示す電流値情報を取得する（ステップＳ１０１）。ここで、電圧取得部３９２５は、取得した電圧値情報を、力率算出部３９２６に出力し、電流取得部３９２４が、取得した電流値情報を、同時期に検出された電圧値を示す電圧値情報に対応づけて力率算出部３９２６に出力する。次に、力率算出部３９２６は、入力される電流値情報、電圧値情報に基づいて、力率を算出し、算出した力率を力率値記憶部３９２２１に記憶させる（ステップＳ１０２）。このとき、電圧取得部３９２５は、取得した電圧値情報を、単独運転検出ユニット３９２３へ出力する。
この単独運転検出処理では、図６に示すように、時刻Ｔ［ｊ］において、ステップＳ１０２の処理が実行される毎に、力率算出部３９２６にて力率が算出される。電圧取得部３９２５および電流取得部３９２４は、時刻Ｔ［ｊ］において、電圧検出部３５２により検出された電圧値を示す電圧値情報と、電流検出部３５１により検出された電流値を示す電流値情報とを、力率算出部３９２６に出力する。
図５に戻って、続いて、単独運転検出ユニット３９２３は、予め設定された判定期間内における系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値｜△ｆ１｜ｍａｘが予め設定された変動量閾値｜△ｆ１｜ｍａｘｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、変動量閾値｜△ｆ１｜ｍａｘｔｈは、例えば０．０１Ｈｚ未満の大きさに設定することができる。単独運転検出ユニット３９２３が、系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値｜△ｆ１｜ｍａｘが変動量閾値｜△ｆ１｜ｍａｘｔｈ未満であると判定すると（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、再びステップＳ１０１の処理が実行される。
一方、単独運転検出ユニット３９２３は、系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値｜△ｆ１｜ｍａｘが変動量閾値｜△ｆ１｜ｍａｘｔｈ以上であると判定すると（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、無効電力注入量を示す無効電力注入量情報を電流制御部３９２１へ出力する（ステップＳ１０４）。ここで、単独運転検出ユニット３９２３は、前述の無効電力注入量算出部３９２３６が算出した無効電力注入量に、ステップ注入量出力部３９２３９から入力される情報が示す無効電力注入量を加算して得られる無効電力注入量を示す情報を出力する。このとき、電流制御部３９２１は、単独運転検出ユニット３９２３から入力される無効電力注入量情報が示す注入量だけインバータ３２の系統電源４側に無効電力が注入されるように、インバータ３２を制御する。
その後、電圧取得部３９２５が、電圧検出部３５２により検出される電圧値を示す電圧値情報を取得する（ステップＳ１０５）。電圧取得部３９２５は、取得した電圧値情報を単独運転検出ユニットへ出力する。次に、単独運転検出ユニット３９２３は、系統電源４の系統電圧の周波数の変動量の絶対値｜△ｆ２｜が予め設定された判定閾値｜△ｆ２｜ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。単独運転検出ユニット３９２３は、系統電圧の周波数の変動量の絶対値｜△ｆ２｜が判定閾値｜△ｆ２｜ｔｈ未満であると判定すると（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、電流制御部３９２１への無効電力注入量情報の出力を停止する（ステップＳ１０７）。続いて、再びステップＳ１０１の処理が実行される。
一方、単独運転検出ユニット３９２３は、系統電圧の周波数の変動量の絶対値｜△ｆ２｜が判定閾値｜△ｆ２｜ｔｈ以上であると判定すると（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、解列指令情報を生成して、リレー制御部３９４へ出力する（ステップＳ１０８）。このとき、リレー制御部３９４は、系統連系リレー５へ制御信号を出力することにより、系統連系リレー５を開状態にする。
次に、本実施の形態に係るインバータ制御部３９２が実行する力率一定制御処理について、図６および図７を参照しながら説明する。この力率一定制御処理は、例えば系統連系リレー５が閉状態においてパワーコンディショナ３が起動したことを契機として開始される。なお、この力率一定制御処理は、前述の単独運転検出処理と並行して実行される。
まず、図７に示すように、力率一定制御ユニット３９２２は、力率値記憶部３９２２１が記憶する力率値情報を取得する（ステップＳ２０１）。次に、力率一定制御ユニット３９２２は、取得した力率値情報と、指令値記憶部３９２２３が記憶する指令値情報が示す力率指令値と、に基づいて、無効電力注入量を算出する（ステップＳ２０２）。
続いて、力率一定制御ユニット３９２２は、算出した無効電力注入量を示す無効電力注入量情報を電流制御部３９２１へ出力する（ステップＳ２０３）。このとき、電流制御部３９２１は、力率一定制御ユニット３９２２から入力される無効電力注入量情報が示す注入量だけインバータ３２の系統電源４側に無効電力が注入されるように、インバータ３２を制御する。
その後、力率一定制御ユニット３９２２は、力率値記憶部３９２２１が記憶する力率値情報を取得する（ステップＳ２０４）。このとき、力率一定制御ユニット３９２２は、図６に示すように、ステップＳ２０４の処理を実行する時点において既に力率値記憶部３９２２１に記憶されている力率値情報を取得する。即ち、力率一定制御ユニット３９２２は、力率一定制御処理を実行するために電圧検出部３５２により検出された電圧値と電流検出部３５１により検出された電流値とを取得する第１時点よりも予め設定された基準期間△ＴＴだけ過去の第２時点で、電圧検出部３５２、電流検出部３５１により検出された電圧値、電流値に基づいて算出された力率値を示す力率値情報を取得する。例えばステップＳ２０４が時刻Ｔ［ｊ＋１］において実行される場合、時刻Ｔ［ｊ］において電圧取得部３９２５および電流取得部３９２４が取得した電圧値情報および電流値情報に基づいて算出された力率値を示す力率値情報を取得する。ここで、基準期間ΔＴＴは、少なくとも前述の周波数偏差を算出する際の基準期間△ｔ２以上の長さになる。従って基準期間ΔＴＴは、基準期間△ｔ２以上に設定される。基準期間△ｔ２の長さが、例えば２００ｍｓｅｃに設定されている場合、基準期間△ＴＴの長さも２００ｍｓｅｃ以上になる。
図７に戻って、次に、力率一定制御ユニット３９２２は、算出した力率ｃｏｓθが力率指令値θｔよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０５）。力率一定制御ユニット３９２２は、算出した力率ｃｏｓθが力率指令値θｔよりも小さいと判定すると（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、現時点の無効電流注入量を増加させる（ステップＳ２０６）。その後、後述のステップＳ２０９の処理が実行される。
一方、力率一定制御ユニット３９２２は、算出した力率ｃｏｓθが力率指令値θｔ以上であると判定すると（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、現時点の無効電流注入量を減少させる（ステップＳ２０７）。その後、力率一定制御ユニット３９２２は、算出した無効電流注入量を示す無効電力注入量情報を電流制御部３９２１へ出力する（ステップＳ２０８）。次に、再びステップＳ２０１の処理が実行される。そして、インバータ制御部３９２は、ステップＳ２０１からＳ２０８の一連の処理を繰り返し実行することにより、パワーコンディショナ３の力率を１００秒以内に力率指定値に収束させていく。
以上説明したように、本実施の形態に係るパワーコンディショナ３によれば、力率一定制御ユニット３９２２が、力率一定制御処理を実行するために電圧検出部３５２により検出された電圧値と電流検出部３５１により検出された電流値とを取得する第１時点よりも予め設定された基準期間△ＴＴだけ過去の第２時点において、電圧検出部３５２により検出された電圧値と電流検出部３５１により検出された電流値と、を用いて、力率一定制御処理を実行する。これにより、力率一定制御ユニット３９２２が、単独運転を検出するために無効電力をインバータ３２の系統電源４側へ注入することによる力率変動を低減するように動作することを抑制できる。従って、単独運転検出の精度を高めることができる。また、力率一定制御ユニット３９２２は、力率一定制御処理において算出される力率について単独運転検出のための無効電力注入の影響を低減することができるので、力率一定制御を適切に実行できる。
また、本実施の形態に係る前述の基準期間△ＴＴの長さは、単独運転検出処理に要する時間の長さ以上であり、例えば２００ｍｓｅｃ以上に設定される。これにより、力率一定制御ユニット３９２２が、単独運転検出処理中に電圧検出部３５２、電流検出部３５１により検出された電圧値、電流値を用いて、力率を算出することが抑制される。従って、力率一定制御ユニット３９２２が、力率一定制御を適切に実行することができる。
更に、本実施の形態に係る単独運転検出ユニット３９２３は、前述の判定期間内における系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値が前述の変動量閾値以上である場合、単独運転の検出を実行し、判定期間内における最大変動量の絶対値が変動量閾値未満である場合、単独運転の検出を回避する。これにより、単独運転検出ユニット３９２３が、単独運転検出を実行する頻度を抑制することができるので、その分、力率一定制御ユニット３９２２による力率一定制御における単独運転検出の影響を低減することができる。
また、本実施の形態に係る前記力率一定制御ユニット３９２２は、力率指令値を示す指令値情報を記憶する指令値記憶部３９２２３と、指令値記憶部３９２２３が記憶する指令値情報が示す力率指令値に基づいて、インバータ３２の系統電源４側へ注入する無効電力の注入量を算出する無効電力注入量算出部３９２２２と、を有する。これにより、パワーコンディショナ３の出力電力の力率を、力率指令値に収束させることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えばパワーコンディショナ３が、力率一定制御処理で使用する電圧値を検出する第１電圧検出部と、単独運転検出処理で使用する電圧値を検出する第２電圧検出部と、を各別に備えるものであってもよい。この場合、第１電圧検出部が、前述の第１時点で系統電圧を検出し、前述の第１時点よりも予め設定された基準期間△ＴＴだけ過去の第２時点において系統電圧を検出するようにすればよい。
実施の形態では、前述の基準期間△ＴＴの長さが、２００ｍｓｅｃである例について説明したが、これに限らず、例えば基準期間△ＴＴの長さが、２．０ｓｅｃに設定されていてもよい。
実施の形態では、力率一定制御ユニット３９２２は、直近の第１期間の直前の第２期間に含まれる時点において電圧検出部３５２、電流検出部３５１により検出された電圧値、電流値を用いて、出力電力の力率を算出する例について説明した。但し、これに限らず、例えば力率一定制御ユニット３９２２は、直近の第１期間よりも過去の第１期間の直前の第２期間に含まれる時点において電圧検出部３５２、電流検出部３５１により検出された電圧値、電流値を用いて、出力電力の力率を算出するものであってもよい。
以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。
本発明は、系統連系を行うパワーコンディショナとして好適である。
１：太陽電池、２：蓄電池、３：パワーコンディショナ、４：系統電源、５：系統連系リレー、３１：ＰＶコンバータ、３２：インバータ、３３：ＤＣ－ＤＣコンバータ、３４：ラインフィルタ、３９：制御回路、３５１：電流検出部、３５３：電圧検出部、３９１：ＰＶコンバータ制御部、３９２：インバータ制御部、３９３：ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部、３９４：リレー制御部、３９２１：電流制御部、３９２２：力率一定制御ユニット、３９２３：単独運転検出ユニット、３９２４：電流取得部、３９２５：電圧取得部、３９２６：力率算出部、３９２８：計時部、３９２２１：力率値記憶部、３９２２２，３９２３６：無効電力注入量算出部、３９２２３：指令値記憶部、３９２２４：無効電力増減判定部、３９２３１：周波数計測部、３９２３２：第１移動平均算出部、３９２３３：第２移動平均算出部、３９２３４：周波数偏差算出部、３９２３５：相関記憶部、３９２３７：周波数成分算出部、３９２３８：ステップ注入判定部、３９２３９：ステップ注入量出力部、３９２４０：加算部、３９２４１：単独運転判定部、３９２４２：切替部、３９２４３：注入判定部、Ｃ１：コンデンサ、Ｌ３：ＨＶＤＣバス

Claims (6)

  1. 分散型電源を系統電源に連系するための電力変換装置であって、
    前記電力変換装置の出力電圧の電圧値を検出する電圧検出部と、
    前記電力変換装置の出力電流の電流値を検出する電流検出部と、
    前記電圧検出部により検出される電圧値と前記電流検出部により検出される電流値とに基づいて、無効電力を前記系統電源側へ注入することにより、前記電力変換装置の出力電力の力率が予め設定された力率指令値となるように制御する力率一定制御処理を実行する力率一定制御ユニットと、
    前記電圧検出部により検出された電圧波形の周期から前記系統電源の系統電圧の周波数の変動量を算出し、算出した前記変動量に応じた大きさの無効電力を前記系統電源側へ注入した後の前記系統電圧の周波数の変動量に基づいて、前記電力変換装置が単独運転状態であるか否かを判別する単独運転検出処理を実行する単独運転検出ユニットと、を備え、 前記力率一定制御ユニットは、前記力率一定制御処理を実行するために前記電圧検出部により検出された電圧値と前記電流検出部により検出された電流値とを取得する第１時点よりも予め設定された基準期間だけ過去の第２時点で前記電圧検出部により検出された電圧値と前記電流検出部により検出された電流値と、を用いて、前記力率一定制御処理を実行する、
    電力変換装置。
  2. 前記基準期間は、前記単独運転検出処理に要する時間の長さ以上である、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記基準期間は、２００ミリ秒以上である、
    請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記電圧検出部により検出された電圧値を示す電圧値情報と、前記電圧検出部により検出された電圧値と同時期に前記電流検出部により検出された前記電流値を示す電流値情報と、に基づいて算出された力率値を示す力率値情報を、時系列で記憶する力率値記憶部を更に備え、
    前記力率一定制御ユニットは、前記力率値記憶部が記憶する前記力率値情報が示す力率値に基づいて、無効電力を前記系統電源側へ注入する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記単独運転検出ユニットは、予め設定された判定期間内における系統電圧の周波数の最大変動量の絶対値が予め設定された変動量閾値以上である場合、単独運転の検出を実行し、前記判定期間内における前記最大変動量の絶対値が前記変動量閾値未満である場合、単独運転の検出を回避する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記力率一定制御ユニットは、
    前記力率指令値を示す指令値情報を記憶する指令値記憶部と、
    前記指令値記憶部が記憶する前記指令値情報が示す前記力率指令値に基づいて、前記系統電源側へ注入する無効電力の注入量を算出する無効電力注入量算出部と、を有する、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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