JP7311381B2 - 電力制御装置および電力制御方法、並びに電力供給設備 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電力変換装置を介して電力系統と連系する電力供給設備を制御する電力制御装置および電力制御方法、並びに電力制御装置を用いる電力供給設備に関する。

近年、風力発電装置や太陽光発電システムなどの再生可能エネルギー発電装置や蓄電装置を備えた電力供給設備が普及しつつある。これら電力供給設備は、電力変換装置を介して、負荷に電力を供給するとともに電力系統に連系するが、出力可能な電力量に応じて、複数の電力変換装置を備える。

電力系統に連系する電力供給設備おいては、電力系統の安定化のために、無効電力の出力が制御される。このとき、電力供給設備として出力を要する無効電力量が、複数の電力変換装置に配分される。

複数の電力変換装置に無効電力量を配分する電力制御技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１に記載の技術では、複数の蓄電部が接続される複数の電力変換部（ＰＣＳ）の中で、所定の条件（ＳＯＣや電荷容量など）を満たすことにより有効電力を出力させる対象とした電力変換部に、優先的に無効電力を出力させる。

特開２０１８－１９１４８６号公報

上記従来の電力制御技術では、複数の電力変換部が出力する皮相電力が増加する。このため、電力供給設備における電力損失が増えて、電力供給設備の運転効率が低下する。

そこで、本発明は、電力供給設備の運転効率の向上が可能な電力制御装置および電力制御方法、並びに電力供給設備を提供する。

上記課題を解決するために、本発明による電力制御装置は、複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御するものであって、複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、電力変換装置が出力する無効電力を制御し、さらに次の第１～５の手段の内のいずれかを備えている。
第１の手段は、複数の電力変換装置に対して、皮相電力に応じて、所望の総無効電力を分配し、皮相電力が大きいほど、優先的に電力変換装置に所望の総無効電力を分配することである。
第２の手段は、複数の電力変換装置に対して、皮相電力に応じて、所望の総無効電力を分配し、複数の電力変換装置に対して、皮相電力に応じて総無効電力を分配する優先度を設定し、優先度に応じて無効電力を制御することである。
第３の手段は、複数の電力変換装置が出力する総皮相電力に対する皮相電力の割合に応じて無効電力を制御することである。
第４の手段は、皮相電力に所定の比例ゲインを乗じて無効電力の指令値を算出し、複数の電力変換装置の各々に対する無効電力の指令値の総和が総無効電力に一致するように比例ゲインを調整することである。
第５の手段は、電力変換装置が出力する有効電力に基づいて暫定無効電力を設定し、複数の電力変換装置の暫定無効電力の総和と、総無効電力との差分を、複数の電力変換装置に対して分配することである。

上記課題を解決するために、本発明による電力供給設備は、複数の電力源と、複数の電力源が接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置と、複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御装置と、を備えるものであって、電力制御装置は、上記本発明による電力制御装置である。

上記課題を解決するために、本発明による電力制御方法は、複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する方法であって、複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、電力変換装置が出力する無効電力を制御し、さらに次の第１～５の手段の内のいずれかを備えている。
第１の手段は、複数の電力変換装置に対して、皮相電力に応じて、所望の総無効電力を分配し、皮相電力が大きいほど、優先的に電力変換装置に所望の総無効電力を分配することである。
第２の手段は、複数の電力変換装置に対して、皮相電力に応じて、所望の総無効電力を分配し、複数の電力変換装置に対して、皮相電力に応じて総無効電力を分配する優先度を設定し、優先度に応じて無効電力を制御することである。
第３の手段は、複数の電力変換装置が出力する総皮相電力に対する皮相電力の割合に応じて無効電力を制御することである。
第４の手段は、皮相電力に所定の比例ゲインを乗じて無効電力の指令値を算出し、複数の電力変換装置の各々に対する無効電力の指令値の総和が総無効電力に一致するように比例ゲインを調整することである。
第５の手段は、電力変換装置が出力する有効電力に基づいて暫定無効電力を設定し、複数の電力変換装置の暫定無効電力の総和と、総無効電力との差分を、複数の電力変換装置に対して分配することである。

本発明によれば、皮相電力の増大が抑制される。これにより、複数の電力変換装置の運転効率が向上する。また、電力供給設備の運転効率が向上する。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１である太陽光発電システムの構成図である。 本実施例１における電力変換装置の構成図である。 システム制御部１０４の構成を示す機能ブロック図である。 システム電力指令設定部３０２の構成を示す機能ブロック図である。 電力指令分配部３０３の構成を示す機能ブロック図である。 有効電力指令分配部５０１の構成を示す機能ブロック図である。 比較例における無効電力指令分配部の構成を示す機能ブロック図である。 比較例における無効電力マージンの算出手段の説明図である。 実施例１における無効電力指令分配部における処理の概略を示すフローチャートである。 実施例１における無効電力指令分配部の構成を示す機能ブロック図である。 優先度ベース無効電力指令分配部９０３の一構成例を示す機能ブロック図である。 優先度ベース無効電力指令分配部９０３の他の構成例を示す機能ブロック図である。 実施例（図１１）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。 実施例（図１２）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。 実施例２における無効電力指令分配部における処理の概略を示すフローチャートである。 実施例２における無効電力指令分配部の構成を示す機能ブロック図である。 実施例２（図１６）における有効電力ベース無効電力指令設定部の構成を示す機能ブロック図である。 実施例２（図１６）における無効電力出力リミッタの構成を示す機能ブロック図である。 実施例２（図１６）における優先度ベース無効電力指令分配部の一構成例を示す機能ブロック図である。 優先度ベース無効電力指令分配部１４０５の他の構成例を示す機能ブロック図である。 実施例（図１９）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。 実施例（図２０）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。

まず、本発明の一実施形態である、太陽光発電システムについて概要を説明する。

本実施形態における電力制御装置であるシステム制御部は、複数の電力変換装置の出力電力を制御する。電力変換装置は、電力源である太陽電池の発電電力を、電力系統との連系点に出力する。システム制御部は、電力変換装置が出力する皮相電力に応じた無効電力を出力するように複数の電力変換装置を制御する。システム制御部は、複数の電力変換装置が出力する総無効電力を各電力変換装置に分配するが、皮相電力が大きな電力変換装置に対して優先的に分配する。例えば、システム制御部は、皮相電力に応じて優先度を設定し、設定された優先度に基づいて各電力変換装置が出力する無効電力を制御する。

ここで、複数の電力変換装置間で動作状態の不一致が様々な条件で発生する。一例として、住宅用太陽光発電システムでは、屋根に設置される複数の太陽光パネルが異なる方向を向いている。このような複数の太陽電池パネルが複数の電力変換装置に接続されると、複数の電力変換装間で動作状態が異なることになる。他の例として、マイクログリッド（分散電源による小規模電力供給網）への適用では、太陽電池パネルと電力変換装置は離れた場所に設置されるような状況となる。このため、複数の異なる太陽光発電状態が同時に起きる。このため、電力変換装置によって動作状態や動作限界が異なりえる。

そこで、システム制御部においては、各電力変換装置において出力が許容される有効および無効電力の範囲内で出力電力を制御する。

また、本実施形態におけるシステム制御部は、複数の電力変換装置への電力配分を調整する調整器として動作し、複数の電力変換装置を備える太陽光発電システムに対する総電力指令を設定する。なお、システム制御部は、各電力変換装置に対して電力指令を設定するが、このとき、総電力指令が、各電力変換装置に対して分配される。

ここで、電力指令の分配とは各電力変換装置への電力指令を確定することであり、これらの電力指令により総電力指令と同じ総出力電力となる。しかしながら、電力指令分配の手段により、各電力変換装置に対する電力指令の組み合わせは異なりえる。たとえ目標総電力指令と同じ総出力電力が出力されたとしても、これら電力変換装置の皮相電力の総量は各電力変換装置に対する電力指令の組み合わせに応じて増大し得る。

そこで、本実施形態におけるシステム制御部は、複数の電力変換装置の総皮相電力の増大を抑制する。例えば、システム制御部は、複数の電力変換装置の総皮相電力を最小化する。総皮相電力の増大を抑制することによって、電力変換損失の増大が防止され、電力変換装置および太陽光発電システムの運転効率が向上する。

このように、本実施形態におけるシステム制御部すなわち電力制御装置は、電力変換装置の出力する皮相電力に応じて、複数の電力変換装置に対して総無効電力を分配する。また、本電力制御装置は、皮相電力が大きな電力変換装置に対して優先的に無効電力を分配する。これにより、電力変換損失の増大が防止され、太陽光発電システムの運転効率を向上する。

以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１～２により、図面を用いながら説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

図１は、本発明の実施例１である太陽光発電システムの構成図である。

太陽光発電装置１０１は、太陽電池が接続される電力変換装置１０６を複数（図１では３台）備えている。電力変換装置１０６は、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する。太陽光発電装置１０１は、自出力電力として、複数の電力変換装置１０６の総出力電力（Ｐ_ｇｅｎ：総有効電力、Ｑ_ｇｅｎ：総無効電力）を出力する。

太陽光発電装置１０１は、負荷１０３に接続されるとともに、電力系統１０２に連系する。負荷１０３（Ｐ_Ｌ：有効電力、Ｑ_Ｌ：無効電力）は、太陽光発電装置１０１および電力系統１０２から電力が供給される（Ｐ_ｓ：有効電力、Ｑ_ｓ：無効電力）。電力系統１０２は、例えば、商用交流電源となる、交流電力系統である。

システム制御部１０４は、複数の電力変換装置１０６の総出力を制御するためのシステムオペレータ１０５からの（給電）指令を受けるとともに、各電力変換装置１０６から動作状態に関する情報を収集する。また、システム制御部１０４は、センサ１０７によって、系統電圧および系統電流に関する情報を取得する。そして、システム制御部１０４は、これらの情報を用いながら、システムオペレータ１０５からの（給電）指令に応じて、各電力変換装置１０６を制御するための指令を作成する。

このように、システム制御部１０４は、いわゆるＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition：監視制御システム）を構成している。なお、本実施例１において、システム制御部１０４は、コンピュータシスムから構成され、コンピュータシスムが所定のプログラムを実行することにより電力制御装置として機能する。

図２は、本実施例１における電力変換装置１０６の構成図である。

電力変換装置１０６は、インバータ回路を有する主回路からなる電力変換器２０２と、電力変換器２０２の出力電力を制御する変換器制御部２０１とを備える。

電力変換器２０２は、インバータ回路によって、太陽電池パネル２０３が発電する直流電力を交流電力に変換し、系統連系用トランスを介して出力する。なお、本実施例１においては、電力変換器２０２の主回路を構成する電力用半導体スイッチング素子をＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）としているが、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの他の電力用半導体スイッチング素子を適用してもよい。

変換器制御部２０１およびシステム制御部１０４は、通信により、互いに情報を授受している。本実施例１においては、太陽光発電によって各電力変換装置１０６が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）および無効電力Ｑｇｅｎ（ｘ）が、情報として、変換器制御部２０１からシステム制御部１０４に送られる。また、電力変換装置１０６に対する出力電力指令である有効電力指令Ｐｌｉｍ（ｘ）および無効電力指令Ｑｒｅｆ（ｘ）が、情報として、システム制御部１０４から変換器制御部２０１に送られる。

なお、電力変換装置１０６の出力すなわち交流側は、図２中には図示されない他の電力変換装置１０６の出力（交流側）と接続される。すなわち、複数の電力変換装置１０６の出力（交流側）は共通接続される。これにより、複数の電力変換装置１０６が並列多重接続されて、太陽光発電装置１０１（図１）が構成される。

図３は、システム制御部１０４の構成を示す機能ブロック図である。

システム制御部１０４は、太陽光発電装置１０１（図１）に対する出力電力指令、すなわち複数の電力変換装置の総出力電力指令である、総有効電力指令Ｐｌｉｍおよび総無効電力指令Ｑｒｅｆを作成するシステム電力指令設定部３０２と、総有効電力指令Ｐｌｉｍおよび総無効電力指令Ｑｒｅｆを各電力変換装置１０６に分配して、各電力変換装置１０６に対する有効電力指令Ｐｌｉｍ（ｘ）および無効電力指令Ｑｒｅｆ（ｘ）を作成する電力指令分配部３０３と、を備える。

システム電力指令設定部３０２は、入出力インターフェース３０１を介して、センサ１０７および変換器制御部２０１からの情報、並びにシステムオペレータ１０５からの（給電）指令を取得し、これら指令および情報に基づいて、総有効電力指令Ｐｌｉｍおよび総無効電力指令Ｑｒｅｆを作成する。

電力指令分配部３０３は、入出力インターフェース３０１を介して変換器制御部２０１から取得される各電力変換装置１０６が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）および無効電力Ｑｇｅｎ（ｘ）に基づいて、システム電力指令設定部３０２が作成する総有効電力指令Ｐｌｉｍおよび総無効電力指令Ｑｒｅｆを各電力変換装置１０６に分配して、各電力変換装置１０６に対する有効電力指令Ｐｌｉｍ（ｘ）および無効電力指令Ｑｒｅｆ（ｘ）を作成する。

なお、Ｐｌｉｍ、Ｑｒｅｆ（ｘ）、Ｐｌｉｍ（ｘ）およびＱｒｅｆ（ｘ）のデータは、データベース３０４（ＤＢ）に記録される。データベース３０４（ＤＢ）に格納されたこれらのデータは、モニタ３０５の表示装置に表示される。また、データベース３０４（ＤＢ）には、太陽電池パネルの設置状態（設置方向など）や、各電力変換装置の許容される有効電力・無効電力の出力範囲などに関するデータが格納され、電力指令分配部３０３は、これらのデータを参照することができる。なお、データベース３０４（ＤＢ）は、半導体メモリや磁気メモリなどの記憶装置によって記憶される。

図４は、システム電力指令設定部３０２の構成を示す機能ブロック図である。

システムオペレータ１０５から、制御目標として、系統連系点における遅れ力率ＰＦ＿ｌａｇおよび進み力率ＰＦ＿ｌｅａｄが与えられる。力率の制御は、太陽光発電装置１０１が負荷１０３に供給する有効電力を発生し、その分、電力系統１０２から負荷１０３が受電する有効電力が低減する時に、要求される。この状態では、電力系統１０２から受電する電力の力率は低下し、それゆえ、システム電力指令設定部３０２は、電力系統１０２からの受電電力の力率を保持するために適用される。力率の保持は、複数の電力変換装置１０６の無効電力を制御することによってなされる。

このため、システム電力指令設定部３０２は、変換器制御部２０１から受けた、各電力変換装置（ｘ）における有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）および無効電力Ｑｇｅｎ（ｘ）の情報から、総和部４０６を用いて、総有効電力値Ｐｇｅｎおよび総無効電力値Ｑｇｅｎを算出する。また、システム電力指令設定部３０２は、電力算出部４０１を用いて、センサ１０７からの情報（系統電圧Ｖｓ、系統電流Ｉｓ）に基づいて、電力系統１０２から受電する有効電力Ｐｓおよび無効電力Ｑｓを算出する。

有効電力算出値Ｐｓ＿ｃａｌと、システムオペレータ１０５から与えられる力率制限値（下限値）ＰＦ＿ｌａｇ（遅れ力率）およびＰＦ＿ｌｅａｄ（進み力率）に基づいて、システム電力指令設定部３０２は、無効電力制限値算出部４０２を用いて、力率制限値を満足するための系統連系点における無効電力制限値Ｑｌｉｍ＿ｌａｇ（遅れ）およびＱｌｉｍ＿ｌｅａｄ（進み）を算出する。また、総有効電力値Ｐｇｅｎおよび総無効電力値Ｑｇｅｎ、並びに有効電力算出値Ｐｓ＿ｃａｌおよび無効電力算出値Ｑｓ＿ｃａｌに基づいて、システム電力指令設定部３０２は、負荷電力推定部４０３を用いて、負荷１０３における有効電力推定値ＰＬ＿ｃａｌおよび無効電力推定値ＱＬ＿ｃａｌを算出する。

負荷１０３の無効電力推定値ＱＬ＿ｃａｌと、系統連系点における無効電力制限値Ｑｌｉｍ＿ｌａｇとの差分が、減算器によって算出される。また、負荷１０３の無効電力推定値ＱＬ＿ｃａｌと、無効電力Ｑｌｉｍ＿ｌｅａｄとの差分が、減算器によって算出される。

無効電力推定値ＱＬ＿ｃａｌと無効電力制限値Ｑｌｉｍ＿ｌａｇとの差分値は、リミッタによって、ゼロ以上Ｑｍａｘ以下の値に制限される。また、無効電力推定値ＱＬ＿ｃａｌと無効電力制限値Ｑｌｉｍ＿ｌｅａｄとの差分値は、リミッタによって、－Ｑｍａｘ以上ゼロ以下の値に制限される。ここで、Ｑｍａｘは、複数の電力変換装置が出力可能な総無効電力の最大値（上限値）である。

前述の各リミッタの出力が加算器によって加算されて、複数の電力変換装置１０６に対する総無効電力指令値Ｑｒｅｆが作成される。総無効電力指令値Ｑｒｅｆは、インターフェースを介して電力指令分配部３０３に送られる。

また、総無効電力指令値Ｑｒｅｆは、有効電力上限値算出部４０４に入力される。有効電力上限値算出部４０４は、総無効電力指令値Ｑｒｅｆに基づいて、電力変換装置の過負荷を防ぐことのできる総有効電力上限値Ｐｍａｘを算出する。なお、有効電力上限値算出部４０４は、入力したＱｒｅｆを－Ｑｍａｘ≦Ｑｒｅｆ≦Ｑｍａｘ範囲に制限してから、Ｐｍａｘを算出する。

有効電力上限値Ｐｍａｘは、逆潮流抑制部４０５におけるリミッタに設定される。逆潮流抑制部４０５は、電力系統１０２の有効電力算出値Ｐｓ＿ｃａｌと負荷１０３の有効電力推定値ＰＬ＿ｃａｌとに基づいて、複数の電力変換装置が総無効電力Ｑｒｅｆを出力しつつ有効電力の逆潮流を起こさないための総有効電力制限でもある総有効電力指令値Ｐｌｉｍを算出して作成する。総有効電力指令値Ｐｌｉｍは、インターフェースを介して電力指令分配部３０３へ送られる。

図５は、電力指令分配部３０３の構成を示す機能ブロック図である。なお、太陽光発電装置１０１が、電力変換装置（ｘ）を３台備えているとする（ｘ＝１，２，３：以下同様）。

電力指令分配部３０３は、有効電力指令分配部５０１および無効電力指令分配部５０２を有する。

有効電力指令分配部５０１は、総有効電力指令値Ｐｌｉｍと、各電力変換装置が出力する、有効電力（Ｐｇｅｎ（１），Ｐｇｅｎ（２），Ｐｇｅｎ（３））並びに無効電力（Ｑｇｅｎ（１），Ｑｇｅｎ（２），Ｑｇｅｎ（３））の一方もしくは両方に基づいて、各電力変換装置に対する有効電力指令値（Ｐｌｉｍ（１），Ｐｌｉｍ（２），Ｐｌｉｍ（３））を作成する。すなわち、有効電力指令分配部５０１は、総有効電力指令値Ｐｌｉｍを、各電力変換装置１０６に分配して、各電力変換装置１０６に対する有効電力指令値（Ｐｌｉｍ（１），Ｐｌｉｍ（２），Ｐｌｉｍ（３））を作成する。

また、無効電力指令分配部５０２は、総無効電力指令値Ｑｒｅｆと、各電力変換装置が出力する、有効電力（Ｐｇｅｎ（１），Ｐｇｅｎ（２），Ｐｇｅｎ（３））並びに無効電力（Ｑｇｅｎ（１），Ｑｇｅｎ（２），Ｑｇｅｎ（３））の一方もしくは両方に基づいて、各電力変換装置に対する無効電力指令値（Ｑｒｅｆ（１），Ｑｒｅｆ（２），Ｑｒｅｆ（３））を作成する。すなわち、無効電力指令分配部５０２は、総無効電力指令値Ｑｒｅｆを、各電力変換装置１０６に分配して、各電力変換装置１０６に対する無効電力指令値（Ｑｒｅｆ（１），Ｑｒｅｆ（２），Ｑｒｅｆ（３））を作成する。

図６は、有効電力指令分配部５０１の構成を示す機能ブロック図である。

有効電力指令分配部５０１は、総有効電力指令値Ｐｌｉｍを、各電力変換装置が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）に応じて比例配分することにより、有効電力指令値（Ｐｌｉｍ（１），Ｐｌｉｍ（２），Ｐｌｉｍ（３））を作成する。

より具体的には、図６に示すように、有効電力指令分配部５０１は、Ｐｇｅｎ（ｘ）（ｘ＝１，２，３）をＰｇｅｎ（ｘ）の総和で割る除算（Ａ／Ｂ：Ａ＝Ｐｇｅｎ（ｘ），Ｂ＝Ｐｇｅｎ（ｘ）の総和）を実行し、除算の結果とＰｌｉｍを乗算することによりＰｌｉｍ（ｘ）を算出する。

ここで、本実施例１における無効電力指令分配部５０２について説明する前に、比較例について説明する。

図７は、比較例における無効電力指令分配部の構成を示す機能ブロック図である。

図７に示すように、本比較例における無効電力指令分配部５０２は、無効電力マージン算出部９０１を用いて、Ｐｇｅｎ（ｘ）（ｘ＝１，２，３）に基づいて、各電力変換装置が出力可能な無効電力のマージンＱｍａｒｇ（ｘ）を算出する。なお、本比較例において、無効電力のマージンは、各電力変換装置が有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）を出力している場合に出力可能な無効電力の上限値である。

さらに、無効電力指令分配部５０２は、図７に示すように、Ｑｍａｒｇ（ｘ）（ｘ＝１，２，３）をＱｍａｒｇ（ｘ）の総和で割る除算（Ａ／Ｂ：Ａ＝Ｑｍａｒｇ（ｘ），Ｂ＝Ｑｍａｒｇ（ｘ）の総和）を実行し、除算の結果とＱｒｅｆを乗算することによりＱｒｅｆ（ｘ）を算出する。

図８は、比較例における無効電力マージンの算出手段の説明図である。

ＰＱ平面（Ｐ：有効電力、Ｑ：無効電力）上で、電力変換装置が性能上（設計上）出力可能な電力（例えば、定格電力）が半円で表されている。

図８における半円上で、Ｐ＝Ｐｇｅｎ（ｘ）に対するＱの値がＱｍａｒｇ（ｘ）となる。ただし、Ｑｍａｒｇ（ｘ）は、電力変換装置が性能上（設計上）出力可能な無効電力の最大値によって制限される。すなわち、図８における半円において太線で示される範囲がＱｍａｒｇ（ｘ）の範囲となる。この場合、Ｑｍａｒｇ（ｘ）は式（１）で表される。無効電力指令分配部５０２は、式（１）を用いて、Ｑｍａｒｇ（ｘ）を算出する。

このように、比較例においては、無効電力指令分配部５０２は、総無効電力指令値Ｑｒｅｆを、無効電力マージンＱｍａｒｇ（ｘ）、すなわち各電力変換装置の有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）に応じて各電力変換装置が出力する無効電力の上限値に応じて比例配分することにより、無効電力指令値Ｑｒｅｆ（ｘ）を作成する。このため、系統安定化のために、太陽光発電装置に無効電力を出力させると、電力変換装置が出力する皮相電力が増大し、電力変換損失が増える。このため、電力変換損失の運転効率が低下する。

これに対し、本実施例１における無効電力指令分配部によれば、Ｑｒｅｆを各電力変換装置に分配しながらも、電力変換損失の増加を抑えることができる。

以下、本実施例１における無効電力指令分配部について説明する。

図９は、本実施例１における無効電力指令分配部における処理の概略を示すフローチャートである。

本実施例１における無効電力指令分配部は、処理を開始すると、まず、無効電力マージンを算出する（ステップＳ１）。

次に、無効電力指令分配部は、電力変換装置が出力する皮相電力を算出する（ステップＳ２）。

次に、無効電力指令分配部は、ステップＳ２で算出した皮相電力に基づいて、各電力変換装置に、無効電力指令を割り当てる優先度を設定し、さらに設定した優先度に応じて総無効電力指令を各電力変換装置に分配する（ステップＳ３）。

図１０は、本実施例１における無効電力指令分配部５０２の構成を示す機能ブロック図である。本図１０に示す無効電力指令分配部５０２は、前述の図９に示す処理を実行する。

図１０に示すように、無効電力指令分配部５０２は、太陽光発電装置１０１が備える複数の電力変換装置の各々について無効電力マージンを算出する無効電力マージン算出部９０１と、複数の電力変換装置の各々について皮相電力を算出する皮相電力算出部９０２と、算出される無効電力マージンおよび皮相電力に基づいて、総無効電力指令Ｑｒｅｆを各電力変換装置に分配して、各電力変換装置の無効電力指令値を作成する優先度ベース無効電力指令分配部９０３と、を備える。

無効電力マージン算出部９０１は、上述の比較例と同じ手段（図８および式（１）参照）により、各電力変換装置（ｘ：ｘ＝１，２，３）が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）に基づいて各電力変換装置の無効電力マージンＱｍａｒｇ（ｘ）、すなわち、Ｐｇｅｎ（ｘ）に対して出力可能な無効電力の上限値を算出する。

皮相電力算出部９０２は、各電力変換装置が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）および無効電力Ｑｇｅｎ（ｘ）に基づいて、各電力変換装置が出力する皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）を算出する。なお、皮相電力算出部９０２は、図中に示すように、「Ｓｇｅｎ（ｘ）＝（Ｐｇｅｎ（ｘ）^２＋Ｑｇｅｎ（ｘ）^２）^０．５」（Ｐｇｅｎ（ｘ）とＱｇｅｎ（ｘ）のベクトル和の大きさ）という関係を用いて、Ｓｇｅｎ（ｘ）を算出する。

優先度ベース無効電力指令分配部９０３は、以下で説明するように、皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）に基づいて、各電力変換装置に、総無効電力指令Ｑｒｅｆを割り当てる優先度を設定する。さらに、優先度ベース無効電力指令分配部９０３は、設定した優先度に応じて総無効電力指令Ｑｒｅｆを各電力変換装置に分配して、各電力変換装置に対する無効電力指令値Ｑｒｅｆ（ｘ）を作成する。

図１１は、優先度ベース無効電力指令分配部９０３の一構成例を示す機能ブロック図である。なお、機能ブロック中に、具体的な手段の一例を記載している。

優先度ベース無効電力指令分配部９０３は、優先度設定部を用いて、皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）に基づいて、各電力変換装置に、総無効電力指令Ｑｒｅｆを割り当てる優先度を設定する。図１１中では、一例として、皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）の大きさが大きな順に、高い優先度が設定されている。すなわち、三台の電力変換装置Ｐｘ（ｘ＝１，２，３）について、皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）の大きさが、Ｓｇｅｎ（１）＞Ｓｇｅｎ（２）＞Ｓｇｅｎ（３）の場合、優先度Ｎ（Ｎ：自然数でありＮ＝１，２，３…の順に優先度が高い）が、電力変換装置Ｐ１＝１、電力変換装置Ｐ２＝２、電力変換装置Ｐ３＝３というように設定される。

優先度ベース無効電力指令分配部９０３は、優先度設定部によって設定される優先度（Ｐ１＝１、Ｐ２＝２、Ｐ３＝３）および無効電力マージンＱｍａｒｇ（ｘ）に基づいて、例えば、図１１中に記す手段によって、総無効電力指令値Ｑｒｅｆを各電力変換装置に分配して、無効電力指令値Ｑｒｅｆ（ｘ）を作成する。

電力変換器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の無効電力マージンの総和（Ｑｔｍｐ（３））が総無効電力指令値Ｑｒｅｆよりも大きい場合、各電力変換装置の無効電力マージンＱｍａｒｇ（ｘ）の値が、各電力変換装置に対する無効電力指令値Ｑｒｅｆ（ｘ）として割り当てられる。

Ｑｔｍｐ（３）がＱｒｅｆよりも大きくはないが、電力変換器Ｐ１，Ｐ２の無効電力マージンの総和（Ｑｔｍｐ（２））が総無効電力指令値Ｑｒｅｆよりも大きい場合、優先度が高い順に二台の電力変換器Ｐ１，Ｐ２に、Ｑｍａｒｇ（ｘ）の値が、Ｑｒｅｆ（ｘ）として割り当てられる。Ｑｒｅｆの残余分（Ｑｒｅｆ－Ｑｔｍｐ（２））は、優先度が最も低い電力変換装置Ｐ３に、Ｑｒｅｆ（ｘ）として割り当てられる。

Ｑｔｍｐ（２）がＱｒｅｆよりも大きくはないが、電力変換器Ｐ１の無効電力マージンの総和（Ｑｔｍｐ（１）（＝Ｑｍａｒｇ（Ｐ１）））が総無効電力指令値Ｑｒｅｆよりも大きい場合、優先度が最も高い電力変換器Ｐ１に、Ｑｍａｒｇ（ｘ）の値が、Ｑｒｅｆ（ｘ）として割り当てられる。Ｑｒｅｆの残余分（Ｑｒｅｆ－Ｑｔｍｐ（１））は、次に優先度が高い電力変換装置Ｐ２に、Ｑｒｅｆ（ｘ）として割り当てられる。優先度が最も低い電力変換装置Ｐ３に対しては、Ｑｒｅｆは割り当てられず、Ｑｒｅｆ（ｘ）はゼロとなる。

上記いずれの場合でもない場合、すなわち、ＱｒｅｆがＱｔｍｐ（１）よりも小さい場合、Ｑｒｅｆのすべてが、優先度が最も高い電力変換器Ｐ１に、Ｑｒｅｆ（ｘ）として割り当てられる。

このように、各電力変換装置に対して、皮相電力の大きさに応じてＱｒｅｆ割り当ての優先度を高くし、優先度の高い電力変換装置から、各電力変換装置が出力可能なＱｍａｒｇ（ｘ）を上限として、Ｑｒｅｆ（ｘ）が割り当てられるので、無効電力制御に伴う電力変換装置の皮相電力の増大が抑えられる。

図１２は、優先度ベース無効電力指令分配部９０３の他の構成例を示す機能ブロック図である。

本構成例においても、各電力変換装置の皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）の大きさに応じてＱｒｅｆ（ｘ）が割り当てられるが、本構成例の優先度ベース無効電力指令分配部９０３は、Ｓｇｅｎ（ｘ）に比例ゲイン（比例定数）を乗じてＱｒｅｆ（ｘ）を算出する。なお、Ｓｇｅｎ（ｘ）と比例ゲイン（比例定数）の乗算値は、－Ｑｍａｒｇ（ｘ）およびＱｍａｒｇ（ｘ）をそれぞれ下限値および上限値とするリミッタを介して、Ｑｒｅｆ（ｘ）として出力される。

ここで、優先度ベース無効電力指令分配部９０３は、算出されたＱｒｅｆ（ｘ）の総和とＱｒｅｆの差分（Ｑｒｅｆ－（Ｑｒｅｆ（ｘ）の総和））が小さくなるように、すなわちＱｒｅｆ（ｘ）の総和がＱｒｅｆに一致するように、比例ゲインの大きさを調整する。これにより、実質的に、Ｑｒｅｆが、複数の電力変換装置の総皮相電力（Ｓｇｅｎ（ｘ）の総和）に対する各電力変換装置の皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）の割合に応じて、各電力変換装置に比例配分される。

このように、各電力変換装置に対して、皮相電力の大きさに応じて、Ｑｒｅｆが分配され、各電力変換装置が出力可能なＱｍａｒｇ（ｘ）を制限値として、各電力変換装置に対してＱｒｅｆ（ｘ）が割り当てられるので、無効電力制御に伴う電力変換装置の皮相電力の増大が抑えられる。

図１３は、本実施例（図１１）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。なお、優先度ベース無効電力指令分配部の構成は図１１に示す構成である。

図１３に示すように、目標総電力指令１３００（総有効電力指令Ｐｉｍと総無効電力指令Ｑｒｅｆのベクトル和）における皮相電力の大きさは２．３３２４ｐｕ（ｐｅｒ ｕｎｉｔ）である。これに対し、比較例における各電力変換装置の電力指令１３０１，１３０２，１３０３（有効電力指令Ｐｉｍ（ｘ）と無効電力指令Ｑｒｅｆ（ｘ）ベクトル和）における皮相電力Ｓｇｅｎ（ｘ）の総和は２．３７６７ｐｕであり、本実施例（図１１）における各電力変換装置の電力指令１３０１Ａ，１３０２Ａ，１３０３Ａにおける皮相電力の総和は２．３５４３である。このように、本実施例（図１１）によれば、無効電力制御に伴う総皮相電力の増大を抑制できる。

図１４は、本実施例（図１２）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。なお、優先度ベース無効電力指令分配部の構成は図１２に示す構成である。

図１３の場合と同様に、目標総電力指令１３００における皮相電力の大きさは２．３３２４ｐｕであり、比較例における各電力変換装置の電力指令１３０１，１３０２，１３０３における皮相電力の総和は２．３７６７ｐｕである。これに対し、本実施例（図１２）における各電力変換装置の電力指令１３０１Ｂ，１３０２Ｂ，１３０３Ｂにおける皮相電力の総和は２．３３９４である。このように、本実施例（図１２）によれば、無効電力制御に伴う総皮相電力の増大を抑制できる。

上述のように、本実施例１によれば、複数の電力変換装置に対して、各電力変換装置が出力する皮相電力の大きさに応じて、各電力変換装置が出力する有効電力値に対して各電力変換装置が出力可能な無効電力の範囲内で、総無効電力指令値が分配されるので、無効電力制御に伴う電力変換装置の皮相電力の増大が抑えられる。これにより、電力変換損失の増加を抑えることができるので、太陽光発電装置の運転効率が向上する。

次に、本発明の実施例２である太陽光発電システムについて説明する。なお、以下では、主に、実施例１と異なる点について説明する。

図１５は、本実施例２における無効電力指令分配部における処理の概略を示すフローチャートである。

本実施例２における無効電力指令分配部は、処理を開始すると、まず、各電力変換装置が出力する有効電力に基づき、各電力変換装置に対する暫定的な無効電力指令を設定する（ステップＳ１０）。

次に、無効電力指令分配部は、出力電力制限値に基づいて、ステップＳ１０で設定した無効電力指令の初期値を修正する（ステップＳ２０）。

次に、無効電力指令分配部は、ステップＳ２０で求めた修正無効電力指令に相当する無効電力を出力する場合の無効電力マージンを算出する（ステップＳ３０）。

次に、無効電力指令分配部は、電力変換装置が出力する皮相電力を算出する（ステップＳ４０）。

次に、無効電力指令分配部は、ステップＳ４０で算出した皮相電力に基づいて、各電力変換装置に、無効電力指令を割り当てる優先度を設定し、さらに設定した優先度に応じて総無効電力指令を各電力変換装置に分配する（ステップＳ５０）。

図１６は、本実施例２における無効電力指令分配部５０２の構成を示す機能ブロック図である。本図１０に示す無効電力指令分配部５０２は、前述の図１５に示す処理を実行する。

図１０に示すように、無効電力指令分配部５０２は、暫定的な無効電力指令を設定する有効電力ベース無効電力指令設定部１４０１と、暫定的な無効電力指令を修正する無効電力出力リミッタ１４０２と、無効電力出力リミッタ１４０２が出力する修正無効電力指令に基づいて無効電力マージンを算出する無効電力マージン算出部１４０３と、修正無効電力指令に基づいて皮相電力を算出する皮相電力算出部１４０４と、算出される無効電力マージンおよび皮相電力に基づいて、総無効電力指令Ｑｒｅｆを各電力変換装置に分配して、各電力変換装置の無効電力指令値を作成する優先度ベース無効電力指令分配部１４０５と、を備える。

有効電力ベース無効電力指令設定部１４０１は、各電力変換装置（ｘ：ｘ＝１，２，３）が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）に基づいて各電力変換装置の暫定的な無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ｉｄｅａ（ｘ）を設定する。

無効電力出力リミッタ１４０２は、後述する出力電力制限値（図１８におけるＱｍａｒｇ（ｘ））に基づいて、Ｑｒｅｆ＿ｉｄｅａ（ｘ）を修正して、修正無効電力指令Ｑｒｅｖ（ｘ）を出力する。

無効電力マージン算出部１４０３は、Ｑｒｅｖ（ｘ）とＰｇｅｎ（ｘ）に基づいて、後述する優先度ベース無効電力指令分配部１４０５が用いる各電力変換装置の無効電力マージンＱｍａｒｇ０（ｘ）を算出する。

皮相電力算出部１４０４は、Ｐｇｅｎ（ｘ）およびＱｒｅｖ（ｘ）に基づいて、各電力変換装置がＰｇｅｎ（ｘ）およびＱｒｅｖ（ｘ）を出力する場合の各電力変換装置の皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）を算出する。

なお、皮相電力算出部９０２は、図中に示すように、「Ｓｒｅｖ（ｘ）＝（Ｐｇｅｎ（ｘ）^２＋Ｑｒｅｖ（ｘ）^２）^０．５」（Ｐｇｅｎ（ｘ）とＱｒｅｖ（ｘ）のベクトル和の大きさ）という関係を用いて、Ｓｒｅｖ（ｘ）を算出する。

優先度ベース無効電力指令分配部１４０５は、以下で説明するように、皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）に基づいて、各電力変換装置に、総無効電力指令Ｑｒｅｆを割り当てる優先度を設定する。なお、本実施例２では、優先度ベース無効電力指令分配部１４０５は、総無効電力指令Ｑｒｅｆと、Ｑｒｅｖ（ｘ）の総和との差分Ｑｄｉｆｆ（Ｑｒｅｆ－（Ｑｒｅｖ（ｘ）の総和））を、各電力変換装置に分配する。さらに、優先度ベース無効電力指令分配部１４０５は、設定した優先度に応じてＱｄｉｆｆを各電力変換装置へ分配して、各電力変換装置への差分分配値Ｑｄｉｆｆ（ｘ）を出力する。

本実施例２における無効電力指令分配部５０２は、優先度ベース無効電力指令分配部１４０５が出力するＱｄｉｆｆ（ｘ）と、無効電力出力リミッタ１４０２が出力するＱｒｅｖ（ｘ）との加算値を、各電力変換装置に対する無効電力指令値Ｑｒｅｆ（ｘ）として出力する。

図１７は、本実施例２（図１６）における有効電力ベース無効電力指令設定部１４０１の構成を示す機能ブロック図である。

有効電力ベース無効電力指令設定部１４０１は、各電力変換装置が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）の大きさに応じてＱｒｅｆを比例配分することにより、各電力変換装置に対する暫定的な無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ｉｄｅａ（ｘ）を算出する。

より具体的には、図１７に示すように、有効電力ベース無効電力指令設定部１４０１は、Ｐｇｅｎ（ｘ）（ｘ＝１，２，３）をＰｇｅｎ（ｘ）の総和で割る除算（Ａ／Ｂ：Ａ＝Ｐｇｅｎ（ｘ），Ｂ＝Ｐｇｅｎ（ｘ）の総和）を実行し、除算の結果と総無効電力指令Ｑｒｅｆを乗算することにより各電力変換装置に対する暫定的な無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ｉｄｅａ（ｘ）を算出する。

図１８は、本実施例２（図１６）における無効電力出力リミッタ１４０２の構成を示す機能ブロック図である。

無効電力出力リミッタ１４０２は、無効電力マージン算出部を用いて、Ｑｒｅｆ＿ｉｄｅａ（ｘ）を修正するためのリミッタ部に設定する無効電力制限値として、無効電力マージンＱｍａｒｇ（ｘ）を算出する。

無効電力マージン算出部は、上述の図８および式（１）に示す手段により、各電力変換装置が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）に基づいて各電力変換装置の無効電力マージンＱｍａｒｇ（ｘ）、すなわち、Ｐｇｅｎ（ｘ）に対して出力可能な無効電力の上限値を算出する。無効電力マージン算出部は、算出したＱｍａｒｇ（ｘ）を、リミッタに制限値として設定する。

無効電力出力リミッタ１４０２は、リミッタ部によって、暫定的な無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ｉｄｅａ（ｘ）を、－Ｑｍａｒｇ（ｘ）以上Ｑｍａｒｇ（ｘ）以下の値に制限して、制限された値を修正無効電力指令Ｑｒｅｖ（ｘ）として出力する。したがって、Ｑｒｅｖ（ｘ）は式（２）で表される。

ここで、本実施例２（図１６）における無効電力マージン算出部１４０３の動作について、説明する。

無効電力マージン算出部１４０３は、次に説明するように、無効電力出力リミッタ１４０２における無効電力マージン算出部における算出手段すなわち上述の図８および式（１）に示す手段とは異なる手段で、無効電力マージンＱｍａｒｇ０（ｘ）を算出する。

まず、無効電力マージン算出部１４０３は、無効電力マージン算出部は、上述の図８および式（１）に示す手段により、各電力変換装置が出力する有効電力Ｐｇｅｎ（ｘ）に基づいてＱｍａｒｇ（ｘ）を算出する。なお、Ｑｍａｒｇ（ｘ）を算出する代わりに、無効電力出力リミッタ１４０２において算出されたＱｍａｒｇ（ｘ）を用いてもよい。

さらに、無効電力マージン算出部１４０３は、Ｑｍａｒｇ（ｘ）と無効電力出力リミッタ１４０２が出力するＱｒｅｖ（ｘ）とに基づいて、式（３）によって表される手段により、Ｑｍａｒｇ０（ｘ）を算出する。

したがって、Ｑｄｉｆｆがゼロおよび正値である場合、すなわち、Ｑｒｅｖ（ｘ）の総和がＱｒｅｆに等しいか小さい場合、Ｑｍａｒｇ０（ｘ）は、Ｑｍａｒｇ（ｘ）とＱｒｅｖ（ｘ）の差分（Ｑｍａｒｇ（ｘ）－Ｑｒｅｖ（ｘ））となる。また、Ｑｄｉｆｆが負値である場合、すなわち、Ｑｒｅｖ（ｘ）の総和がＱｒｅｆよりも大きい場合、Ｑｍａｒｇ０（ｘ）は、－Ｑｍａｒｇ（ｘ）とＱｒｅｖ（ｘ）の差分（－Ｑｍａｒｇ（ｘ）－Ｑｒｅｖ（ｘ））となる。

図１９は、本実施例２（図１６）における優先度ベース無効電力指令分配部１４０５の一構成例を示す機能ブロック図である。

優先度ベース無効電力指令分配部１４０５は、優先度設定部を用いて、皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）に基づいて、各電力変換装置に、総無効電力指令Ｑｒｅｆと、Ｑｒｅｖ（ｘ）の総和との差分Ｑｄｉｆｆを割り当てる優先度を設定する。図１１中では、一例として、皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）の大きさが大きな順に、高い優先度が設定されている。すなわち、三台の電力変換装置Ｐｘ（ｘ＝１，２，３）について、皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）の大きさが、Ｓｒｅｖ（１）＞Ｓｒｅｖ（２）＞Ｓｒｅｖ（３）の場合、優先度Ｎ（Ｎ：自然数でありＮ＝１，２，３…の順に優先度が高い）が、電力変換装置Ｐ１＝１、電力変換装置Ｐ２＝２、電力変換装置Ｐ３＝３というように設定される。

優先度ベース無効電力指令分配部１４０５は、優先度設定部によって設定される優先度（Ｐ１＝１、Ｐ２＝２、Ｐ３＝３）および無効電力マージンＱｍａｒｇ０（ｘ）に基づいて、例えば、図１１中に記す手段によって、Ｑｄｉｆｆを各電力変換装置に分配して、各電力変換装置に対する差分分配値Ｑｄｉｆｆ（ｘ）を作成する。

電力変換器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の無効電力マージンＱｍａｒｇ０（ｘ）の総和（Ｑｔｍｐ（３））がＱｄｉｆｆよりも大きい場合、各電力変換装置の無効電力マージンＱｍａｒｇ０（ｘ）の値が、各電力変換装置に対する差分分配値Ｑｄｉｆｆ（ｘ）として割り当てられる。

Ｑｔｍｐ（３）がＱｄｉｆｆよりも大きくはないが、電力変換器Ｐ１，Ｐ２の無効電力マージンＱｍａｒｇ０（ｘ）の総和（Ｑｔｍｐ（２））がＱｄｉｆｆよりも大きい場合、優先度が高い順に二台の電力変換器Ｐ１，Ｐ２に、Ｑｍａｒｇ０（ｘ）の値が、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）として割り当てられる。Ｑｄｉｆｆの残余分（Ｑｄｉｆｆ－Ｑｔｍｐ（２））は、優先度が最も低い電力変換装置Ｐ３に、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）として割り当てられる。

Ｑｔｍｐ（２）がＱｄｉｆｆよりも大きくはないが、電力変換器Ｐ１の無効電力マージンの総和（Ｑｔｍｐ（１）（＝Ｑｍａｒｇ０（Ｐ１）））がＱｄｉｆｆよりも大きい場合、優先度が最も高い電力変換器Ｐ１に、Ｑｍａｒｇ０（ｘ）の値が、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）として割り当てられる。Ｑｄｉｆｆの残余分（Ｑｄｉｆｆ－Ｑｔｍｐ（１））は、次に優先度が高い電力変換装置Ｐ２に、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）として割り当てられる。優先度が最も低い電力変換装置Ｐ３に対しては、Ｑｄｉｆｆは分配されず、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）はゼロとなる。

上記いずれの場合でもない場合、すなわち、ＱｄｉｆｆがＱｔｍｐ（１）よりも小さい場合、Ｑｄｉｆｆのすべてが、優先度が最も高い電力変換器Ｐ１に、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）として割り当てられる。

このように、各電力変換装置に対して、皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）の大きさに応じてＱｄｉｆｆの割り当ての優先度を高くし、優先度の高い電力変換装置から、各電力変換装置が出力可能なＱｍａｒｇ０（ｘ）を上限として、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）が割り当てられるので、無効電力制御に伴う電力変換装置の皮相電力の増大が抑えられる。

図２０は、優先度ベース無効電力指令分配部１４０５の他の構成例を示す機能ブロック図である。

本構成例においても、各電力変換装置の皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）の大きさに応じてＱｄｉｆｆが分配されるが、本構成例の優先度ベース無効電力指令分配部１４０５は、Ｓｒｅｖ（ｘ）に比例ゲイン（比例定数）を乗じてＱｄｉｆｆ（ｘ）を算出する。なお、Ｓｇｅｎ（ｘ）と比例ゲイン（比例定数）の乗算値は、－Ｑｍａｒｇｄ（ｘ）およびＱｍａｒｇｕ（ｘ）（式（３）参照）をそれぞれ下限値および上限値とするリミッタを介して、Ｑｄｉｆｆ（ｘ）として出力される。

ここで、優先度ベース無効電力指令分配部１４０５は、算出されたＱｄｉｆｆ（ｘ）の総和とＱｄｉｆｆの差分（Ｑｄｉｆｆ－（Ｑｄｉｆｆ（ｘ）の総和））が小さくなるように、すなわちＱｄｉｆｆ（ｘ）の総和がＱｄｉｆｆに一致するように、比例ゲインの大きさを調整する。これにより、実質的に、Ｑｄｉｆｆが、複数の電力変換装置の総皮相電力（Ｓｒｅｖ（ｘ）の総和）に対する各電力変換装置の皮相電力Ｓｒｅｖ（ｘ）の割合に応じて、各電力変換装置に比例配分される。

このように、各電力変換装置に対して、皮相電力の大きさに応じて、Ｑｄｉｆｆを各電力変換装置に分配して、各電力変換装置が出力可能な－Ｑｍａｒｇｄ（ｘ）およびＱｍａｒｇｕ（ｘ）（式（３）参照）を制限値として、各電力変換装置に対してＱｄｉｆｆ（ｘ）が割り当てられるので、無効電力制御に伴う電力変換装置の皮相電力の増大が抑えられる。

図２１は、本実施例（図１９）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。なお、優先度ベース無効電力指令分配部１４０５の構成は図１９に示す構成である。

図２１に示すように、目標総電力指令２０００における皮相電力の大きさは２．３３２４ｐｕ（ｐｅｒ ｕｎｉｔ）である。これに対し、比較例における各電力変換装置の電力指令１３０１，１３０２，１３０３における皮相電力の総和は２．３７６７ｐｕであり、本実施例（図１９）における各電力変換装置の電力指令２００１Ａ，２００２Ａ，２００３Ａにおける皮相電力の総和は２．３４０９である。このように、本実施例（図１９）によれば、無効電力制御に伴う総皮相電力の増大を抑制できる。

図２２は、本実施例（図２０）および比較例の出力電圧ベクトルの一例を示すベクトル図である。なお、優先度ベース無効電力指令分配部１４０５の構成は図２０に示す構成である。

図２１の場合と同様に、目標総電力指令１３００における皮相電力の大きさは２．３３２４ｐｕであり、比較例における各電力変換装置の電力指令１３０１，１３０２，１３０３における皮相電力の総和は２．３７６７ｐｕである。これに対し、本実施例（図２０）における各電力変換装置の電力指令２００１Ｂ，２００Ｂ，２００３Ｂにおける皮相電力の総和は２．３３９４である。このように、本実施例（図２０）によれば、無効電力制御に伴う総皮相電力の増大を抑制できる。

上述のように、本実施例２によれば、複数の電力変換装置に対して、各電力変換装置が出力する皮相電力の大きさに応じて、各電力変換装置が出力する有効電力値に対して各電力変換装置が出力可能な無効電力の範囲内で、総無効電力指令値が分配されるので、無効電力制御に伴う電力変換装置の皮相電力の増大が抑えられる。これにより、電力変換損失の増加を抑えることができるので、太陽光発電装置の運転効率が向上する。

なお、本発明は前述した実施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、前述した実施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、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、電力変換装置の台数は、３台に限らず、複数台であればよい。

また、上述のシステム制御装置すなわち電力制御装置は、太陽光発電装置に限らず、風力発電装置や、蓄電装置による電力供給装置など、他の電力供給装置にも適用できる。

１０１ 太陽光発電装置、１０２ 電力系統、１０３ 負荷、
１０４ システム制御部、１０５ システムオペレータ、１０６ 電力変換装置、
１０７ センサ、２０１ 変換器制御部、２０２ 電力変換器、
２０３ 太陽電池パネル、３０１ 入出力インターフェース、
３０２ システム電力指令設定部、３０３ 電力指令分配部、
３０４ データベース、３０５ モニタ、４０１ 電力算出部、
４０２ 無効電力制限値算出部、４０３ 負荷電力推定部、
４０４ 有効電力上限値算出部、４０５ 逆潮流抑制部、４０６ 総和部、
５０１ 有効電力指令分配部、５０２ 無効電力指令分配部、
９０１ 無効電力マージン算出部、９０２ 皮相電力算出部、
９０３ 優先度ベース無効電力指令分配部、
１４０１ 有効電力ベース無効電力指令設定部、
１４０２ 無効電力出力リミッタ、１４０３ 無効電力マージン算出部、
１４０４ 皮相電力算出部、１４０５ 優先度ベース無効電力指令分配部

Claims (15)

1. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御装置において、
   前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
   前記複数の電力変換装置に対して、前記皮相電力に応じて、前記所望の総無効電力を分配し、
   前記皮相電力が大きいほど、優先的に前記電力変換装置に前記所望の総無効電力を分配することを特徴とする電力制御装置。
2. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御装置において、
   前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
   前記複数の電力変換装置に対して、前記皮相電力に応じて、前記所望の総無効電力を分配し、
   前記複数の電力変換装置に対して、前記皮相電力に応じて前記総無効電力を分配する優先度を設定し、
   前記優先度に応じて前記無効電力を制御することを特徴とする電力制御装置。
3. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御装置において、
   前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
   前記複数の電力変換装置が出力する総皮相電力に対する前記皮相電力の割合に応じて前記無効電力を制御することを特徴とする電力制御装置。
4. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御装置において、
   前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
   前記皮相電力に所定の比例ゲインを乗じて前記無効電力の指令値を算出し、
   前記複数の電力変換装置の各々に対する前記無効電力の前記指令値の総和が前記総無効電力に一致するように前記比例ゲインを調整することを特徴とする電力制御装置。
5. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御装置において、
   前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
   前記電力変換装置が出力する有効電力に基づいて暫定無効電力を設定し、前記複数の電力変換装置の前記暫定無効電力の総和と、総無効電力との差分を、前記複数の電力変換装置に対して分配することを特徴とする電力制御装置。
6. 請求項５に記載の電力制御装置において、
   前記皮相電力が大きいほど、優先的に前記電力変換装置に前記差分を分配することを特徴とする電力制御装置。
7. 請求項５に記載の電力制御装置において、
   前記複数の電力変換装置に対して、前記皮相電力に応じて前記差分を分配する優先度を設定し、
   前記優先度に応じて前記無効電力を制御することを特徴とする電力制御装置。
8. 請求項５に記載の電力制御装置において、
   前記複数の電力変換装置が出力する総皮相電力に対する前記皮相電力の割合に応じて前記無効電力を制御することを特徴とする電力制御装置。
9. 請求項５に記載の電力制御装置において、
   前記皮相電力に所定の比例ゲインを乗じて前記電力変換装置に対する前記差分の分配指令値を算出し、
   前記複数の電力変換装置の各々に対する前記差分の前記分配指令値の総和が前記差分に一致するように前記比例ゲインを調整することを特徴とする電力制御装置。
10. 複数の電力源と、
    前記複数の電力源が接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置と、
    前記複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御装置と、
    を備える電力供給設備において、
    前記電力制御装置は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載される電力制御装置であることを特徴とする電力供給設備。
11. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御方法において、
    前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
    前記複数の電力変換装置に対して、前記皮相電力に応じて、前記所望の総無効電力を分配し、
    前記皮相電力が大きいほど、優先的に前記電力変換装置に前記所望の総無効電力を分配することを特徴とする電力制御方法。
12. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御方法において、
    前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
    前記複数の電力変換装置に対して、前記皮相電力に応じて、前記所望の総無効電力を分配し、
    前記複数の電力変換装置に対して、前記皮相電力に応じて前記総無効電力を分配する優先度を設定し、
    前記優先度に応じて前記無効電力を制御することを特徴とする電力制御方法。
13. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御方法において、
    前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
    前記複数の電力変換装置が出力する総皮相電力に対する前記皮相電力の割合に応じて前記無効電力を制御することを特徴とする電力制御方法。
14. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御方法において、
    前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
    前記皮相電力に所定の比例ゲインを乗じて前記無効電力の指令値を算出し、
    前記複数の電力変換装置の各々に対する前記無効電力の前記指令値の総和が前記総無効電力に一致するように前記比例ゲインを調整することを特徴とする電力制御方法。
15. 複数の電力源に接続されるとともに電力系統に連系する複数の電力変換装置の出力電力を制御する電力制御方法において、
    前記複数の電力変換装置が所望の総無効電力を出力するために、前記電力変換装置が出力する皮相電力に応じて、前記電力変換装置が出力する無効電力を制御し、
    前記電力変換装置が出力する有効電力に基づいて暫定無効電力を設定し、前記複数の電力変換装置の前記暫定無効電力の総和と、総無効電力との差分を、前記複数の電力変換装置に対して分配することを特徴とする電力制御方法。

Images