JP7392885B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置が単独運転状態となったか否かを確度良く検出することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力系統に連系可能な仮想同期発電機機能を有する電力変換装置において、連系点電圧振幅制御部は、仮想同期発電機機能における周波数又は電力系統との連系点における電圧の周波数の一方の周波数に応じた電圧を出力する周波数フィードバック部２２ａと、連系点における無効電力に応じた第１電圧を出力する無効電力制御部２２ｄと、周波数フィードバック部の出力に基づく第２電圧及び第１電圧の加算結果に第１上下限制限を与えた第３電圧が第１上下限制限に達した場合に、電力変換装置が電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する単独運転検出部２２ｊと、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

近年、電力系統における再生可能エネルギーの増加に伴ってインバータ電源の割合が増加しつつあるが、現在普及している電流制御型インバータでは慣性力をもたないため、さらなるインバータ電源の割合増加によって周波数が変動しやすくなって系統が不安定になることが懸念されている。

この問題の解決手段として、同期発電機のように振舞わせる、仮想同期発電機（ＶＳＧ）制御を行うインバータが期待されている。（特許文献１、非特許文献１）

インバータ電源に限らず、系統に連系する発電設備には、系統電源から切り離されて単独運転状態となった場合にその状態を速やかに検知して部分系統への通電を遮断することが求められる。

特許第４８４６４５０号 IEEE Journal,Vol.141 No.11,2021「電力系統の慣性不足に対応するインバータの仮想同期発電機制御」著者 三浦友史 加藤豊邦，岡土千尋，伊藤整，苔縄雅文，野宮成生：「同期発電機用単独運転検出装置の開発」、電気学会論文誌Ｂ，No.7/8、'94120巻(2000) 8-9号

ところで、発電設備が電力系統に連系している状態において、系統擾乱が起こった場合、発電設備が単独運転状態に移行したと誤って検出される可能性がある。

しかしながら、非特許文献２に記載された単独運転の検出方法は、このような系統擾乱の対策が考慮されていない。

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、系統擾乱時においても電力変換装置が単独運転状態となったか否かを確度良く検出することが可能な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の一の発明は、電力系統に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置であって、前記仮想同期発電機機能における周波数又は前記電力系統との連系点における電圧の周波数の一方の周波数に応じた電圧を出力する周波数フィードバック部と、前記連系点における無効電力に応じた第１電圧を出力する無効電力制御部と、前記周波数フィードバック部の出力に基づく第２電圧及び前記第１電圧の加算結果に第１上下限制限を与えた第３電圧を出力する出力部と、前記連系点における電圧に関する所定の第１振幅指令値と、前記第３電圧とを加算した第２振幅指令値を出力する第１加算部と、前記第２振幅指令値及び前記連系点における電圧の振幅に基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値を生成する連系点電圧振幅制御部と、前記仮想同期発電機機能における位相及び前記インバータ出力電圧振幅指令値に基づいて、三相交流電圧を発生させる電圧出力部と、前記第３電圧が前記第１上下限制限に達した場合に、前記電力変換装置が前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する単独運転検出部と、を含む、電力変換装置である。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。

本発明によれば、電力変換装置が単独運転状態となったか否かを確度良く検出することが可能な電力変換装置を提供することができる。

電力変換装置２が設けられた電力系統１の一例を説明する図である。 実施形態の制御装置２０の機能ブロックを説明する図である。 実施形態のインバータ出力電圧位相生成部２１を説明する図である。 実施形態の連系点電圧振幅制御部２２を説明する図である。 数値シミュレーションの結果を示す図である。 数値シミュレーションの結果を示す図である。 数値シミュレーションの結果を示す図である。 変形例の単独運転検出部の処理を説明する図である。 数値シミュレーションの結果を示す図である。 数値シミュレーションの結果を示す図である。 変形例の単独運転検出部の処理を説明する図である。 実施形態のインバータ出力電圧位相生成部７１を説明する図である。 数値シミュレーションの結果を示す図である。 数値シミュレーションの結果を示す図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。

＝＝実施形態＝＝
＜＜電力変換装置２＞＞
図１は、電力系統１に連系した電力変換装置２を説明する図である。連系中、負荷Ｇは、インピーダンス（リアクタンス）Ｘ１を有する送電線１０を介した電力系統１と電力変換装置２の双方から電力が供給される。
遮断器３の設置点において、送電線１０と電力変換装置２とが接続される。

遮断器３の手前に、測定部４が設置されている。測定部４は、設置点において、電力変換装置２からの出力である有効電力Ｐ_ｏｕｔ、電圧ｖ_ｏｕｔ（瞬時値）、周波数ω_ｏｕｔ、電圧の振幅Ｖ_ｏｕｔ等を測定して電力変換装置に入力する。あるいは、瞬時電圧Ｖ_ｏｕｔおよび電流Ｉ_ｏｕｔを測定して電力変換装置２に入力し、ω_ｏｕｔ、Ｐ_ｏｕｔ、および連系点電圧振幅Ｖを算出する。

なお、連系点Ｎと測定部４の設置点との間の区間は十分に短く、この区間のインピーダンスは無視できることとする。そして、測定部４による測定値を、連系点Ｎにおける測定値とみなすこととする。

電力変換装置２は、電力系統１に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する装置である。更に、電力変換装置２は、電力変換装置２が単独運転状態に移行した場合に、それを検出することが可能な装置である。

単独運転状態では、負荷Ｇに対して電力系統１からの電力の供給がなく、電力変換装置２からのみ電力が供給される。

電力変換装置２と遮断器３との間のインピーダンス（リアクタンス）Ｘ２はあっても小さいとする。

＜制御装置２０＞
以下では、先ず、制御装置２０のハードウェア構成について説明し、次いで、制御装置２０の機能ブロックについて説明する。

・制御装置２０のハードウェア構成
制御装置２０は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２００と、記憶装置２０１とを備える（図１）。

［ＤＳＰ２００］
ＤＳＰ２００は、記憶装置２０１に記憶された所定のプログラムを実行することにより、制御装置２０が有する様々な機能を実現する。

［記憶装置２０１］
記憶装置２０１は、ＤＳＰ２００によって、実行または処理される各種データを格納する非一時的な（例えば不揮発性の）記憶装置を含む。

記憶装置２０１は、更に、例えばＲＡＭ（Random-Access Memory）等（後述するメモリ３６ａ）を有し、様々なプログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。

・制御装置２０の機能ブロック
図２は、制御装置２０の機能ブロックを説明する図である。制御装置２０は、詳細は後述する電力変換部３０が出力する電圧を制御する装置である。

制御装置２０には、インバータ出力電圧位相生成部２１と、連系点電圧振幅制御部２２と、瞬時電圧指令生成部２３と、ＰＷＭパルス生成部２４とが実現される。

［インバータ出力電圧位相生成部２１］
図３は、インバータ出力電圧位相生成部２１を説明する図である。インバータ出力電圧位相生成部２１は、仮想同期発電機制御に基づいて、電力変換部３０の出力電圧の位相θを生成する。

具体的には、インバータ出力電圧位相生成部２１は、電力変換装置２が電力系統１に出力する目標となる電力Ｐ_ｒｅｆと、電力系統１に実際に出力される電力Ｐ_ｏｕｔとの差とＶＳＧ周波数に基づいて、ＶＳＧ周波数を更新し、その積分値として位相θを生成する。

ここで、目標となる電力Ｐ_ｒｅｆは、電力変換装置２の設計者、運用者等によって予め設定された値である。また、電力Ｐ_ｏｕｔは、図１及び図２の測定部４による測定値である。

以下の説明では、インバータ出力電圧位相生成部２１に実装する仮想同期発電機の慣性定数をＭとし、制動定数をＤとする。

図３に示すように、インバータ出力電圧位相生成部２１は、加算器２１ａ，２１ｂ，２１ｄと、乗算器２１ｅ，２１ｆと、積分器２１ｃ，２１ｇとを含む。

加算器２１ａは、電力Ｐ_ｒｅｆから電力Ｐ_ｏｕｔを減じた値（Ｐ_ｒｅｆ－Ｐ_ｏｕｔ）を、加算器２１ｂに出力する。

加算器２１ｂは、加算器２１ａからの入力値（Ｐ_ｒｅｆ－Ｐ_ｏｕｔ）に乗算器２１ｅ（後述）からの入力を加えた値を、積分器２１ｃに出力する。

積分器２１ｃは、加算器２１ｂからの入力に対して１／Ｍを乗じた（つまり、Ｍで除した）上で、所定期間に亘って時間積分した結果を、乗算器２１ｆに出力する。

ここでの積分演算によって、得られた値は、電力変換装置２から出力される周波数ωを、電力系統１のノミナル周波数ω_ｎで単位化した値である。

電力系統１のノミナル周波数ω_ｎは、例えば日本国内においては、東日本は５０Ｈｚに２πを乗じた値であり、西日本は６０Ｈｚに２πを乗じた値である。

加算器２１ｄは、１から積分器２１ｃからの入力を減じた値を、乗算器２１ｅに出力する。
なお、ここで加算器２１ｄへの入力は、積分器２１ｃからの入力に代えて、測定部４によって測定された連系点周波数ω_ｏｕｔをノミナル周波数ω_ｎで除した値としてもよい。

乗算器２１ｅは、加算器２１ｄからの入力に対し、ＶＳＧの制動定数Ｄを乗じた値を、加算器２１ｂに出力する。

乗算器２１ｆは、積分器２１ｃからの入力に対して電力系統１のノミナル周波数ω_ｎを乗じた値を出力する。乗算器２１ｆの出力値は、電力系統１に電力変換装置２の出力電圧に関する周波数である。

積分器２１ｇは、乗算器２１ｆからの入力に対し、所定期間に亘って時間積分する演算を実行する。この演算によって、積分器２１ｇは、電力変換装置２から出力される電圧の位相θを出力する。

［連系点電圧振幅制御部２２］
図４は、連系点電圧振幅制御部２２を説明する図である。連系点電圧振幅制御部２２は、電力変換部３０から出力される電圧の振幅を制御するためのインバータ出力電圧振幅指令値Ｖ_ＩＮＶを算出する。

連系点電圧振幅制御部２２は、周波数フィードバック部２２ａと、上下限制限部２２ｂと、変化率制限部２２ｃと、無効電力制御部２２ｄと、出力部２２ｅと、加算器２２ｈと、振幅制御部２２ｉと、単独運転検出部２２ｊとを含む。

・周波数フィードバック部２２ａ
周波数フィードバック部２２ａは、仮想同期発電機機能における周波数ωに応じた電圧ΔＶ_１ ^＊＊を出力する。

周波数フィードバック部２２ａは、電力変換装置２が単独運転状態である場合、安定性を保てず変動幅が拡大する電圧を出力する。

本実施形態では、周波数フィードバック部２２ａは、周波数ωに対して所定の伝達関数Ｇ_Ｏを演算することによって得られた電圧ΔＶ_１ ^＊＊（次式）を出力する。

本実施形態では、伝達関数Ｇ_Ｏとして次式を用いる。

ここで、ｓはラプラス演算子である。また、パラメータγ及びτは、電力変換装置２の設計者、運用者等によって予め設定されるパラメータである。

数式２のパラメータγ及びτは、系統連系中は安定を保ちつつ、単独運転状態では不安定となるように決定する。

具体的には、パラメータγ及びτは、有効電力を入力とする仮想同期発電機の出力である位相θの変化と、仮想同期発電機の周波数ωまたは連系点電圧周波数ω_ｏｕｔを入力として所定の伝達関数Ｇ_Ｏを演じた結果である電圧振幅変化と、位相変化と電圧振幅変化によって生ずる有効電力変化をまとめて１つの閉ループシステムとみなした場合の閉ループ伝達関数Ｇ_Ｃに関する特性方程式に基づいて設定する。

閉ループ伝達関数Ｇ_Ｃの特性方程式は、電力変換装置２が連系している場合と、単独運転している場合とで異なる。以下、それぞれの場合の特性方程式を導出する。なお、特性方程式の導出において、インピーダンスＸ２（図１及び図２）は十分に小さく、無視できると仮定する。また、系統周波数はノミナル周波数に等しいと仮定する。

先ず、電力変換装置２から出力される電圧に対する周波数ωが、定格周波数ω_ｎからΔωだけ変動した場合を考える。

これに伴って、電力変換装置２から出力される電圧の位相の変動（系統との位相差の変動に等しい）Δθは、次式で表わされる。

ここで、右辺の分母はラプラス演算子ｓである。

数式３の位相の変動Δθに伴う電力系統１に流れる有効電力Ｐ_１の変動ΔＰ_１は、位相差が大きくなければ、次式で表わされる。

ここで、右辺の上段は連系中の場合であり、下段が単独運転状態の場合である。単独運転状態では電力系統１に流れる有効電力Ｐ_１は常に０であるため、その変動ΔＰ_１も０である。また、Ｖ_０は電力系統１から出力される電圧の振幅である。

さらに、連系点電圧変動に伴う負荷Ｇにおける消費電力Ｐ_２の変動ΔＰ_２は、次式で表わされる。

以上のように電力変換装置２から出力される有効電力Ｐ_ｏｕｔの変動（ΔＰ＝ΔＰ_１＋ΔＰ_２）が生じると、仮想同期発電機機能において、次式の周波数変動Δωが生じる。

更に、数式６の周波数ωの変動Δωが生じると、電圧の振幅Ｖ_ｏｕｔの変動ΔＶは数式２を用いて次式で表わされる。

数式３～数式７を考慮して、連系中と、単独運転中のそれぞれの閉ループにおける閉ループ伝達関数Ｇ_Ｃの特性方程式を以下のように導出することができる。

・連系中の特性多項式

・単独運転中の特性多項式

以下では、数式８及び数式９を用いて、パラメータγ及びτの条件を導出する。

連系中は、周波数変動に応じて電圧振幅を変化させても安定を保つように設定する。

従って、数式８は安定多項式となる必要がある。それには少なくとも、数式８のラプラス演算子の各次数の係数の符号が全て同じになる必要がある。

数式８において、ラプラス演算子ｓの４次、３次、１次及び０次の係数の符号は全て正であるが、２次の係数の符号が不定である。

従って、数式８のラプラス演算子ｓの２次の係数の符号を正とするために、下記の条件が必要である。

更に、単独運転している場合において、システムが不安定となるように決定する。

従って、数式９は不安定多項式となる必要がある。それには、数式９のラプラス演算子ｓの各次数の係数の少なくとも１つは、他の次数の係数の符号と異なればよい。

数式９において、ラプラス演算子ｓの３次、２次及び０次の係数の符号は全て正であるが、１次の係数の符号が不定である。

従って、数式９のラプラス演算子ｓの１次の係数の符号を負とするために、下記の条件を与える。

以上をまとめると、数式１０及び数式１１の条件を満たすパラメータγ及びτが設定されることにより、連系中は安定を保ちつつ、単独運転状態では不安定となって、単独運転検出が可能となる。

なお、周波数フィードバック部２２ａが実行する処理はこの例に限られない。周波数フィードバック部２２ａが実行する処理は、系統連系中は安定を保ちつつ、単独運転状態では不安定となるような演算であればよい。

また、周波数フィードバック部２２ａは、ＶＳＧの周波数ωに代えて、電力系統１との連系点における電圧の周波数ω_ｏｕｔとしてもよい。

・上下限制限部２２ｂ
上下限制限部２２ｂは、周波数フィードバック部２２ａの出力に上下限制限（「第２上下限制限」に相当）を与えた電圧を出力する。

つまり、上下限制限部２２ｂは、周波数フィードバック部２２ａからの入力が所定の下限値以上であって所定の上限値以下であれば、周波数フィードバック部２２ａからの入力をそのまま電圧ΔＶ_１ ^＊＊として出力する。

また、上下限制限部２２ｂは、周波数フィードバック部２２ａからの入力が所定の上限値よりも大きければ、上限値をΔＶ_１ ^＊＊として出力する。また、上下限制限部２２ｂは、周波数フィードバック部２２ａからの入力が所定の下限値よりも小さければ、下限値をΔＶ_１ ^＊＊として出力する。なお、上下限制限部２２ｂは任意の構成であって、必ずしも設けられなくてもよい。

・変化率制限部２２ｃ
変化率制限部２２ｃは、上下限制限部２２ｂの出力に時間変化率の上限制限を与えた電圧を出力する。

つまり、変化率制限部２２ｃは、上下限制限部２２ｂからの入力である電圧ΔＶ_１ ^＊＊を時間で微分した値（時間変化率）が所定の上限値以下であれば、上下限制限部２２ｂからの入力をそのまま電圧ΔＶ_１ ^＊として出力する。

また、変化率制限部２２ｃは、上下限制限部２２ｂからの入力である電圧ΔＶ_１ ^＊＊を時間で微分した値が所定の上限値よりも大きければ、電圧ΔＶ_１ ^＊＊を時間で微分した値が上限値となるよう変調された電圧を電圧ΔＶ_１ ^＊として出力する。なお、変化率制限部２２ｃは任意の構成であって、必ずしも設けられなくてもよい。

・無効電力制御部２２ｄ
無効電力制御部２２ｄは、連系点Ｐにおける無効電力Ｑ_ｏｕｔに応じた電圧ΔＶ_ｑ（「第１電圧」に相当）を出力する。

具体的には、無効電力制御部２２ｄは、電力変換装置２が電力系統１と連系している場合、連系点Ｐにおける無効電力Ｑ_ｏｕｔの変動を抑制する電圧ΔＶ_ｑを出力する。

電力変換装置２が電力系統１と連系しているときには、連系点電圧の変動に伴って無効電力Ｑ_ｏｕｔも変動する。このため、周波数フィードバック出力を相殺するようにΔＶ_ｑが出力され、連系点電圧の変動は抑えられる。

一方、電力変換装置２が単独運転状態であるときには、無効電力は連系点電圧によらなくなる。このため、周波数フィードバック出力を相殺することができなくなり、連系点電圧は周波数フィードバック出力と連動して変化する。

後述する単独運転検出部２２ｊは、このことを利用して電力変換装置２が実際に単独運転状態に移行したときはそれを検出する。

・出力部２２ｅ
出力部２２ｅは、周波数フィードバック部２２ａの出力に基づく電圧ΔＶ_１（「第２電圧」に相当）及び電圧ΔＶ_ｑの加算結果（ΔＶ_１＋ΔＶ_ｑ）に上下限制限（「第１上下限制限」に相当）を与えた電圧ΔＶ_２（「第３電圧」に相当）を出力する。

本実施形態では、「周波数フィードバック部２２ａの出力に基づく電圧ΔＶ_１」は、変化率制限部２２ｃの出力である。

なお、前述のように、変化率制限部２２ｃは任意の構成である。連系点電圧振幅制御部２２が上下限制限部２２ｂを含み、変化率制限部２２ｃを含まない場合、電圧ΔＶ_１は、上下限制限部２２ｂの出力に基づく電圧であればよい。

また、連系点電圧振幅制御部２２が上下限制限部２２ｂ及び変化率制限部２２ｃの双方を含む場合、電圧ΔＶ_１は、変化率制限部２２ｃの出力に基づく電圧であればよい。

出力部２２ｅは、加算器２２ｆと、制限部２２ｇとを含む。加算器２２ｆは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_ｑの加算結果（ΔＶ_１＋ΔＶ_ｑ）を出力する。

制限部２２ｇは、加算器２２ｆからの入力（ΔＶ_１＋ΔＶ_ｑ）に上下限制限を与えた電圧ΔＶ_２を出力する。

・加算器２２ｈ
加算器２２ｈ（「第１加算部」に相当）は、連系点Ｐにおける電圧ｖ_ｏｕｔに関する所定の振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ ^＊＊（「第１振幅指令値」に相当）と、電圧ΔＶ_２とを加算した振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ ^＊（「第２振幅指令値」に相当）を出力する。

・振幅制御部２２ｉ
振幅制御部２２ｉは、振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ ^＊及び連系点における電圧の振幅Ｖ_ｏｕｔに基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値Ｖ_ＩＮＶを生成する。

このとき、振幅制御部２２ｉは、測定部４の設置点における電圧振幅の測定値Ｖ_ｏｕｔが振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ ^＊に一致するように、インバータ電圧振幅指令値Ｖ_ＩＮＶを生成する。

・単独運転検出部２２ｊ
単独運転検出部２２ｊは、電力変換装置２が単独運転状態であるか否かを判断し、単独運転状態であると判断した場合にはそのことを検出結果として出力する。

具体的には、単独運転検出部２２ｊは、電圧ΔＶ_２が制限部２２ｇにおける上下限制限に達した場合に、電力変換装置２が電力系統１から切り離された単独運転状態であることを検出する。

本実施形態では、単独運転検出部２２ｊは、単独運転状態であることを検出しない場合に「０」を出力し、それを検出した場合に「１」を出力する。

単独運転検出部２２ｊがこのような処理によって検出をすることの妥当性については、後述する数値シミュレーションの結果を用いながら説明する。

なお、以上説明した本実施形態の連系点電圧振幅制御部２２では周波数フィードバック部２２ａへの入力をＶＳＧ周波数ωとしたが、これに限られない。周波数フィードバック部２２ａへの入力として、測定部４で測定された電圧ｖ_ｏｕｔの周波数ω_ｏｕｔを用いてもよい。

［瞬時電圧指令生成部２３］
図２に戻り、瞬時電圧指令生成部２３は、電力変換装置２から出力される電圧に対する三相の各相の瞬時電圧指令値ｖ_ＩＮＶを生成する。

［ＰＷＭパルス生成部２４］
ＰＷＭパルス生成部２４は、例えば三角波で実現される搬送波と、基本波としての正弦波との交点を検出する。これによって、ＰＷＭパルス生成部２４は、ＰＷＭパルスのデューティ比を決定し、決定したデューティ比を有するＰＷＭパルス信号ｖＰＷＭを生成する。

ＰＷＭパルス信号ＶＰＷＭは、電力変換部３０に出力され、電力変換部３０のインバータ回路が駆動される。

＜電力変換部３０＞
電力変換部３０は、直流電源と、複数のスイッチング素子を含むインバータ回路（図示せず）とを有する。インバータ回路は、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換し、電力系統１に出力する。

このとき、インバータ回路は、ＰＷＭパルス生成部２４からの出力であるＰＷＭパルス信号ｖ_ＰＷＭに基づいて生成された電圧を出力する。

なお、ＰＷＭパルス生成部２４と電力変換部３０とを合わせたものは、「電圧出力部」に相当する。つまり、電圧出力部は、仮想同期発電機機能における位相及びインバータ出力電圧振幅指令値に基づいて、三相交流電圧を発生させる。

「仮想同期発電機機能における位相」とは図３の位相の指令値θであり、「仮想同期発電機機能におけるインバータ出力電圧振幅指令値」とは図４の電圧振幅指令値Ｖ_ＩＮＶである。

＜＜数値シミュレーションの結果＞＞
図５は、従来の電力変換装置を想定した数値シミュレーションの結果である。つまり、この場合は本実施形態の電力変換装置２において図４の無効電力制御部２２ｄを含まず、電圧ΔＶ_１がそのまま出力部２２ｅに入力される場合に相当する。

図６及び図７は、本実施形態の電力変換装置２を想定した数値シミュレーションの結果を示す図である。

ここで、図５及び図６は、単独運転状態に移行せずに電力系統１と連系しており、周波数変動を仮定した場合の数値シミュレーション結果である。図７は、単独運転状態に移行したと仮定した場合の数値シミュレーション結果である。

図５、図６及び図７において、（ａ）は電力系統１の周波数、（ｂ）は有効電力Ｐ_ｏｕｔ及び無効電力Ｑ_ｏｕｔ、（ｃ）は電圧振幅Ｖ_ｏｕｔ、（ｄ）は電圧ΔＶ_１及びΔＶ_２を単位化した値［ＰＵ］の推移を指名している（（ｄ）は図６及び図７のみ）。また、横軸は時刻［ｓｅｃ］である。

また、これらの数値シミュレーションにおいて、慣性定数Ｍは５、制動定数Ｄは２５、伝達関数Ｄ_Ｏ（数式２）のパラメータτ及びγはそれぞれ２．０及び１．０とした。なお、これらは本明細書で示した数値シミュレーションにおいて共通である。

先ず、図５に示す結果について説明する。図５は、無効電力フィードバックを行わずに、単独運転検出手段として周波数フィードバックによって電圧振幅を変化させる電力変換装置を想定し、電力系統１と連系しており、周波数変動を仮定した場合の数値シミュレーション結果である。

図５（ａ）は、この数値シミュレーションにおいて想定した電力系統１の周波数の推移を示している。前述の通り、ここでは、時刻１０［ｓｅｃ］～２０［ｓｅｃ］において、系統周波数が０．２％だけ上昇した場合を想定している。

図５（ｂ）は、有効電力Ｐ_ｏｕｔ（実線）及び無効電力Ｑ_ｏｕｔ（破線）の推移を示している。ここで、特に無効電力Ｑ_ｏｕｔの推移は、周波数の変動の開始を想定した時刻１０［ｓｅｃ］まではほぼ０（零）で推移しているが、時刻１０［ｓｅｃ］から下降を始めている。

そして、無効電力Ｑ_ｏｕｔの推移は、時刻１１．５［ｓｅｃ］付近から２．０［ｓｅｃ］程度飽和し、その後に０（零）に向かって上昇している。

その後の無効電力Ｑ_ｏｕｔの推移は、周波数の変動の終了を想定した時刻２０［ｓｅｃ］から上昇を始め、その後に２．０［ｓｅｃ］程度飽和し、その後に０（零）に向かって下降している。

図５（ｃ）は、電圧振幅Ｖ_ｏｕｔの推移を示している。電圧振幅Ｖ_ｏｕｔの推移は、図５（ｂ）に示した無効電力Ｑ_ｏｕｔと同様となった。

図５に示す結果からわかるように、従来の電力変換装置においては、系統周波数の変動が生じると、これに伴って電圧振幅が大きく変動し、単独運転の誤検出を招く。

次いで、図６に示す結果について説明する。図６は、本実施形態の電力変換装置２を想定し、電力系統１と連系しており、周波数変動を仮定した場合の数値シミュレーション結果である。

図６（ａ）は、図５（ａ）と同じであり、この数値シミュレーションにおいて想定した電力系統１の周波数の推移を示している。つまり、時刻１０［ｓｅｃ］～２０［ｓｅｃ］において、電力系統の周波数が０．２％だけ上昇した場合を想定している。

図６（ｂ）は、有効電力Ｐ_ｏｕｔ（実線）及び無効電力Ｑ_ｏｕｔ（破線）の推移を示している。ここで、特に無効電力Ｑ_ｏｕｔの推移は、時刻０［ｓｅｃ］～３０［ｓｅｃ］に亘ってほぼ一定である。

これは、図４の無効電力制御部２２ｄが、無効電力Ｑ_ｏｕｔの変動を抑制する電圧ΔＶ_ｑを加算器２２ｆに出力したことに伴っている。

図６（ｃ）は、電圧振幅Ｖ_ｏｕｔの推移を示している。電圧振幅Ｖ_ｏｕｔの推移は、図６（ｂ）に示した無効電力Ｑ_ｏｕｔと同様であり、ほぼ一定である。

図６（ｄ）は、図４の電圧ΔＶ_１（実線）及び電圧ΔＶ_２（破線）の推移を示している。ここで、特に電圧ΔＶ_２は、ほぼ一定に推移している。

この数値シミュレーションおいて、図４の制限部２２ｇの上限値は０．２［ＰＵ］であり下限値は－０．２［ＰＵ］としている。つまり、図６（ｄ）では、電圧ΔＶ_２は上下限の範囲内で推移している。このような場合、単独運転検出部２２ｊは、電力変換装置２が単独運転状態に移行したとは判断しない。

従って、本実施形態の電力変換装置２によれば、電力変換装置２が電力系統１と連系している場合に、何らかの原因で系統周波数が変動したとしても、単独運転状態に移行したと検出することを回避することができる。

次いで、図７に示す結果について説明する。図７は、本実施形態の電力変換装置２を想定し、電力系統１と連系しており、単独運転状態に移行したと仮定した場合の数値シミュレーション結果である。

この例では、電力変換装置２は時刻２５［ｓｅｃ］までは電力系統１に連系しており、時刻２５［ｓｅｃ］に単独運転状態に移行したことを仮定している。

図７（ａ）は、電力系統１の周波数の推移を示している。図７（ｂ）は、有効電力Ｐ_ｏｕｔ（実線）及び無効電力Ｑ_ｏｕｔ（破線）の推移を示している。ここで、特に無効電力Ｑ_ｏｕｔの推移は、時刻０［ｓｅｃ］～３０［ｓｅｃ］に亘って０（零）で一定である。

図７（ｃ）は、電圧振幅Ｖ_ｏｕｔの推移を示している。電圧振幅Ｖ_ｏｕｔの推移は、単独運転状態に移行した時刻２５［ｓｅｃ］から上昇を始めている。そして、電圧振幅Ｖ_ｏｕｔの推移は、１．２［ＰＵ］で飽和している。

図７（ｄ）は、図４の電圧ΔＶ_１（実線）及び電圧ΔＶ_２（破線）の推移を示している。電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２は同様に推移している。そして、これらの推移は、０．２［ＰＵ］で飽和している。

前述のように、この数値シミュレーションおいて、図４の制限部２２ｇの上限値は０．２［ＰＵ］としている。つまり、図７（ｄ）では、電圧ΔＶ_２は上限に達している。このような場合、単独運転検出部２２ｊは、電力変換装置２が単独運転状態に移行したと判断する。

従って、本実施形態の電力変換装置２によれば、連系中の系統周波数変動時に単独運転と誤検出してしまうことを回避しつつ、電力変換装置２が実際に単独運転状態に移行した場合に、同状態を検出することができる。

＝＝変形例１＝＝
本変形例の電力変換装置５は、第１実施形態と比べると、図４の単独運転検出部２２ｊが実行する処理が異なっている。図８は、本変形例の単独運転検出部５２ａが実行する処理を説明する図である。

負荷Ｇ（図１）が消費する電力が小さいほど、電圧ΔＶ_１（図２）の変動幅は小さくなる。このような場合、上記実施形態の単独運転検出部２２ｊが実行する処理では、実際に単独運転状態となっても、電圧ΔＶ_２の変動も不十分であるために制限部２２ｇにおける上下限制限に達しない場合がある。

このように、負荷が小さい場合、単独運転状態に移行しても電圧や周波数が発散しにくく、単独運転検出が難しくなる。本変形例の単独運転検出部５２ａによれば、このような場合であっても単独運転状態であることを検出することが可能である。

本変形例の単独運転検出部５２ａは、単独運転検出部５２ａは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２に基づいて、電力変換装置５が単独運転状態であることを検出する。

具体的に、本変形例の単独運転検出部５２ａは、電圧ΔＶ_１の推移と、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２の比の推移とに基づいて、電力変換装置５が単独運転状態であることを検出する。

本変形例の単独運転検出部５２ａは、第１ブロック５２ｂと、第２ブロック５２ｃと、判定部５３８とを含む。

第１ブロック５２ｂは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が共に正の方向に変動した場合に、電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを判定するブロックである。第１ブロック５２ｂは、乗算部５２２と、処理部５２５，５２７と、判定部５２４，５２６，５２８，５２９，５３９とを含む。

判定部５２４は、電圧ΔＶ_１が所定の上限値Ｖ_ｔｈを超えたか否かを判定し、その判定結果を判定部５２９に出力する。ここで、上限値Ｖ_ｔｈとしては、正の値であり、図４の制限部２２ｇにおける上限値よりも小さい値が設定される。

なお、電圧ΔＶ_１が上限値Ｖ_ｔｈを超えたか否かを、「条件１」と称する。そして、電圧ΔＶ_１が上限値Ｖ_ｔｈを超えたことを、「条件１が満たされた」と称する。

ここで、条件１が満たされた場合、電圧ΔＶ_１が上昇し始めていることを意味する。電圧ΔＶ_１が上昇し始めると、電力変換装置５が単独運転に移行した可能性があるが、上述のように負荷Ｇの状態によっては制限部２２ｇの上限値に達しない場合がある。

処理部５２５は、電圧ΔＶ_１の時間変化率（つまり、電圧ΔＶ_１の時間ｔに関する一階微分の値（ｄΔＶ_１／ｄｔ））を出力する。

判定部５２６は、処理部５２５からの入力であって電圧ΔＶ_１の時間変化率（ｄΔＶ_１／ｄｔ）が０より大きい場合に、その旨の判定結果を判定部５２９に出力する。

なお、電圧ΔＶ_１の時間変化率（ｄΔＶ_１／ｄｔ）が０より大きいか否かを、「条件２」と称する。そして、電圧ΔＶ_１の時間変化率（ｄΔＶ_１／ｄｔ）が０より大きいことを、「条件２が満たされた」と称する。

ここで、条件２が満たされた場合、電圧ΔＶ_１が単調に上昇していることを意味する。電圧ΔＶ_１が単調に上昇していると、電力変換装置５が単独運転に移行した可能性があるが、上述のように負荷Ｇの状態によっては制限部２２ｇの上限値に達しない場合がある。

処理部５２７は、電圧ΔＶ_２の時間ｔに関する一階微分の値（ｄΔＶ_２／ｄｔ）を出力する。

乗算部５２２は、処理部５２５の出力（ｄΔＶ_１／ｄｔ）に対して定数αを乗じた値（αｄΔＶ_１／ｄｔ）を出力する。ここで、定数αは１．０未満の正の値である。

判定部５２８は、処理部５２７の出力（ｄΔＶ_２／ｄｔ）と、乗算部５２２の出力（αｄΔＶ_１／ｄｔ）とを比較し、乗算部５２２の出力の方が大きい場合に、その旨を判定部５２９に出力する。

なお、乗算部５２２の出力の方が処理部５２７の出力よりも大きいか否かを、「条件３」と称する。そして、乗算部５２２の出力の方が処理部５２７の出力よりも大きいことを、「条件３が満たされた」と称する。

ここで、条件３が満たされた場合、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２の時間変化率が互いに類似した推移を示すことを意味する。このような場合、図２の電圧Ｖ_ｑが微弱であり、電力変換装置５が単独運転に移行した可能性がある。

判定部５２９は、判定部５２４，５２６，５２８のそれぞれからの入力に基づいて、電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを判定する。

具体的には、判定部５２９は、上述の条件１～３の全てが満たされている場合、電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があると判定する。

判定部５３０は、判定部５２９からの入力に基づいて、電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを更に判定する。

具体的には、判定部５３０は、判定部５２９が所定の期間に亘り、単独運転状態に移行した可能性があると判定し続けた場合に、電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があると判定する。

以上説明した処理により、第１ブロック５２ｂは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が共に正の方向に変動した場合に、電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを判定する。

第２ブロック５２ｃは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が共に負の方向に変動した場合に、電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを判定する。

第２ブロック５２ｃは、第１ブロック５２ｂと比べると、乗算部５２０，５２１を更に含む点で異なっている。

乗算部５２０は電圧ΔＶ_１に－１を乗じ、乗算部５２０は電圧ΔＶ_２に－１を乗じることにより、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２の符号を反転させる。

その上で、第２ブロック５２ｃは、第１ブロック５２ｂと同様の処理を実行する。そのため、第２ブロック５２ｃの詳細な説明は省略する。

なお、第２ブロック５２ｃの乗算部５２３及び判定部５３１，５３３，５３５，５３６，５３７はそれぞれ、第１ブロック５２ｂの乗算部５２２及び判定部５２４，５２６，５２８，５２９，５３９と同様の処理を実行する。

判定部５３８は、判定部５３０及び判定部５３７からの入力に基づいて、電力変換装置５が単独運転状態に移行したか否かを判定する。

具体的には、判定部５３８は、判定部５３０及び５３７が、共に電力変換装置５が単独運転状態に移行した可能性があると判定した場合、電力変換装置５が単独運転状態に移行したと判定する。

本変形例では、単独運転検出部は、単独運転状態であると判定した場合は「１」を出力し、それ以外の場合は「０」を出力する。

＜＜数値シミュレーション結果＞＞
図９及び図１０は、本変形例の電力変換装置５を想定し、単独運転状態に移行したと仮定した場合の数値シミュレーション結果である。図９では負荷Ｇを０．２５［ＰＵ］とし、図１０では負荷Ｇを０．１［ＰＵ］としている。

先ず、負荷Ｇが大きい場合（０．２５［ＰＵ］）の図９に示す結果について説明する。図９において、（ａ）は有効電力及び無効電力、（ｂ）は電圧、（ｃ）は周波数、（ｄ）は電圧ΔＶ１及び電圧ΔＶ２、（ｅ）は判定部５３８の判定結果である。なお、後述する図１０も同じである。

これらの図において、横軸は時刻［ｓｅｃ］であり、０［ｓｅｃ］～３０［ｓｅｃ］を示している。０［ｓｅｃ］～２５［ｓｅｃ］は電力系統１と連系しており、２５［ｓｅｃ］に単独運転状態に移行したと仮定した。

ここで、特に図９（ｄ）の電圧ΔＶ_２に着目すると、単独運転状態に移行した時刻２５［ｓｅｃ］から上昇を始め、制限部２２ｇ（図２）の上限として想定した０．２［ＰＵ］に飽和している。

これに伴い、図９（ｆ）の判定結果は、時刻２６［ｓｅｃ］付近で０から１に切り替わり、単独運転状態に移行したことを示している。

次いで、負荷Ｇが小さい場合（０．１［ＰＵ］）の図１０に示す結果について説明する。

特に図１０（ｄ）の電圧ΔＶ_２に着目すると、単独運転状態に移行した時刻２５［ｓｅｃ］から上昇を始めるが、図２の制限部２２ｇの上限として想定した０．２［ＰＵ］に達していない。なお、このような場合、第１実施形態の電力変換装置２では、単独運転状態に移行したことを検出することができない。

しかし、単独運転状態に移行した後は、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２は共に正の方向に上昇を始め、同様に推移している。このことは、図２の電圧Ｖ_ｑが微弱であることを意味する。

図１０（ｆ）の判定結果は、時刻２６［ｓｅｃ］付近で０から１に切り替わり、単独運転状態に移行したことを示している。

つまり、本変形例の電力変換装置５によれば、負荷が消費する電力が小さいためにΔＶ_２の変動幅が短時間で図２の制限部２２ｇの上限値に達しない場合であっても、確度良く判定することができる。つまり、電力変換装置５が単独運転状態に移行した際に見逃すことが抑制される。

＝＝変形例２＝＝
本変形例の電力変換装置６は、第１実施形態と比べると、図４の単独運転検出部２２ｊが実行する処理が異なっている。図１１は、本変形例の単独運転検出部６２ａが実行する処理を説明する図である。

本変形例では、単独運転検出部６２ａは、電圧ΔＶ_１の推移と、電圧ΔＶ_１の推移及び電圧ΔＶ_２の推移の類似度とに基づいて、電力変換装置６が単独運転状態であることを検出する。

本変形例の単独運転検出部６２ａは、変形例１の単独運転検出部５２ａと比べると、乗算部６２０，６２１と、判定部６２２，６２３とを更に含む点で異なっている。

更に、本変形例の単独運転検出部６２ａは、変形例１の判定部５２９，５３６に代えて、判定部６２４，６２５を含む。以下では、変形例１との相違点に着目して説明し、共通する部分の説明は省略する。

先ず、第１ブロック６２ｂにおいて、変形例１の第１ブロック５２ｂに対して乗算部６２０及び判定部６２２を更に含む。

乗算部６２０は、電圧ΔＶ_１に対して定数α_２を乗じた値（α_２ΔＶ_１）を出力する。ここで、定数α_２は１．０未満の正の値である。

判定部６２２は、乗算部６２０からの入力（α_２ΔＶ_１）と、電圧ΔＶ_２とを比較し、乗算部５２２の出力の方が大きい場合に、その旨を判定部６２４に出力する。

なお、乗算部６２０の出力よりも電圧ΔＶ_２の方が大きいか否かを、「条件４」と称する。そして、乗算部６２０の出力よりも電圧ΔＶ_２の方が大きいことを、「条件４が満たされた」と称する。

ここで、条件４が満たされた場合、図２の電圧Ｖ_ｑが微弱であり、電力変換装置６が単独運転に移行した可能性が高まる。

なお、ここでの電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２の比は、前述の「類似度」の一例である。電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２の比は、０に近いほど類似度は低く、１に近いほど類似度は高いことを意味する。

判定部６２４は、判定部５２４，５２６，５２８，６２２のそれぞれからの入力に基づいて、電力変換装置６が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを判定する。

具体的には、判定部６２４は、上述の条件１～４の全てが満たされている場合、電力変換装置６が単独運転状態に移行した可能性があると判定する。

以上説明した処理により、第１ブロック６２ｂは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が共に正の方向に変動した場合に、電力変換装置６が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを判定する。

第２ブロック６２ｃは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が共に負の方向に変動した場合に、電力変換装置６が単独運転状態に移行した可能性があるか否かを判定する。

詳細な説明は省略するが、第２ブロック６２ｃの乗算部６２１及び判定部６２３，６２５はそれぞれ、第１ブロック６２ｂの乗算部６２９及び判定部６２２，６２５と同様の処理を実行する。

＝＝第２実施形態＝＝
本実施形態の電力変換装置７は、第１実施形態と比べると、図４の連系点電圧振幅制御部２２が異なっている。図１２は、本実施形態の連系点電圧振幅制御部７２を説明する図である。

前述のように、負荷Ｇが消費する電力が小さいほど、電圧は発散しにくくなる。このような場合、上記実施形態の単独運転検出部２２ｊが実行する処理では、単独運転状態となっても、電圧ΔＶ_２が制限部２２ｇにおける上下限制限に達しない場合がある。

本変形例の単独運転検出部６２ａによれば、このような場合であっても単独運転状態であることを検出することが可能である。

本実施形態の連系点電圧振幅制御部７２は、第１実施形態と比べると、加算器７２ａ（「第２加算部」に相当）を更に含む。

加算器７２ａは、電力変換装置７が電力を供給する負荷Ｇの消費電力が所定値以下の場合に、変化率制限部２２ｃの出力に所定の変調信号Ｖ_ａｄｄを加算した電圧を出力する。本実施形態では、出力部２２ｅに入力される電圧ΔＶ_１は、加算器７２ａの出力となる。

ここで、所定の変調信号Ｖ_ａｄｄとは、変化率制限部２２ｃから出力される電圧が、単独運転検出部２２ｊが実行する処理のために十分な振幅を有するΔＶ_２とするものであればよい。変調信号Ｖ_ａｄｄは例えば、所定の振幅を有する正弦波、三角波等であってもよい。

加算器７２ａを含むことによる効果は、以下で数値シミュレーションの結果を用いて説明する。

＜＜数値シミュレーション結果＞＞
図１３及び図１４は、第１実施形態の電力変換装置２と、本変形例の電力変換装置７とを想定した数値シミュレーション結果である。先ず、第１実施形態の電力変換装置２についての図１３に示す結果について説明する。

図１３において、（ａ）は有効電力及び無効電力、（ｂ）は電圧振幅、（ｃ）は周波数、（ｄ）は電圧ΔＶ１及び電圧ΔＶ２、（ｅ）は判定部５３８の判定結果である。ここでは、負荷Ｇが消費する電力は０（零）と仮定した。なお、後述する図１４も同じである。

これらの図において、横軸は時刻［ｓｅｃ］であり、０［ｓｅｃ］～３０［ｓｅｃ］を示している。０［ｓｅｃ］～２５［ｓｅｃ］は電力系統１と連系しており、２５［ｓｅｃ］に単独運転状態に移行したと仮定した。

ここで、特に図１３（ｄ）の電圧ΔＶ_２に着目すると、単独運転状態に移行するが、負荷Ｇが十分な大きされないために、ほぼ０（零）で推移している。

従って、制限部２２ｇ（図４）において電圧ΔＶ_２上下限制限に達しない。そのため、図９（ｅ）の単独運転検出部２２ｊによる判定結果は常に０であり、単独運転状態に移行したにも関わらず、そのことが検出されない。

次いで、本実施形態の電力変換装置７についての図１４に示す結果について説明する。

特に図１４（ｄ）の電圧ΔＶ_１（実線）は、三角波の波形で推移している。一方、電圧ΔＶ_２（破線）は、時刻２５［ｓｅｃ］に単独運転状態に移行するまでは振幅がほぼ０（零）で推移しているが、時刻２５［ｓｅｃ］から電圧ΔＶ_１と共に三角波の波形で推移する。

図１４（ｅ）の判定結果は、時刻２６［ｓｅｃ］付近で０から１に切り替わり、単独運転状態に移行したことが検出されたことを示している。これは、電圧ΔＶ_２が、時刻２５［ｓｅｃ］から電圧ΔＶ_１と共に三角波の波形で推移を始めたことによる。

従って、本実施形態の電力変換装置７によれば、負荷Ｇが消費する電力が十分な大きさを持たない場合であっても、電力変換装置７が単独運転状態に移行したか否かを確度良く検出することができる。

＝＝まとめ＝＝
以上、上記実施形態の電力変換装置２、５、６、７は、電力系統１に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置であって、仮想同期発電機機能における周波数ω又は電力系統１との連系点における電圧の周波数ω_ｏｕｔの一方の周波数に応じた電圧を出力する周波数フィードバック部２２ａと、連系点における無効電力に応じた電圧ΔＶ_ｑを出力する無効電力制御部２２ｄと、周波数フィードバック部２２ａの出力に基づく電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_ｑの加算結果に第１上下限制限を与えた電圧ΔＶ_２を出力する出力部２２ｅと、連系点における電圧に関する所定の振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ ^＊＊と、電圧ΔＶ_２とを加算した連系点電圧振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ ^＊を出力する加算器２２ｈと、連系点電圧振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ ^＊及び連系点における電圧の振幅Ｖ_ｏｕｔに基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値Ｖ_ＩＮＶを生成する連系点電圧振幅制御部２２と、仮想同期発電機機能における位相θ及びインバータ出力電圧振幅指令値Ｖ_ＩＮＶに基づいて、三相交流電圧を発生させる電圧出力部と、電圧ΔＶ_２が第１上下限制限に達した場合に、電力変換装置が電力系統１から切り離された単独運転状態であることを検出する単独運転検出部２２ｊと、を含む。
周波数フィードバック部２２ａは、電力変換装置が単独運転状態である場合、一方の周波数の変動に伴って変動幅が拡大する電圧を出力し、無効電力制御部２２ｄは、電力変換装置が電力系統１と連系している場合、周波数の変動に伴う連系点における無効電力の変動を抑制する電圧ΔＶ_ｑを出力する。

このような構成によれば、電力変換装置が電力系統１に連系している状態において、何らかの原因で周波数に変動が生じる場合に、単独運転状態に移行したという誤検知の発生を防止することができる。従って、電力変換装置が単独運転状態となったか否かを確度良く検出することが可能となる。

上記電力変換装置において、周波数フィードバック部２２ａは、電力変換装置が単独運転状態である場合、一方の周波数の変動に伴って変動幅が拡大する電圧を出力し、無効電力制御部２２ｄは、電力変換装置が電力系統１と連系している場合、周波数の変動に伴う連系点における無効電力の変動を抑制する電圧ΔＶ_ｑを出力する。このような構成によれば、電力変換装置が単独運転状態となったか否かを更に確度良く検出することが可能となる。

上記電力変換装置は、周波数フィードバック部２２ａの出力に第２上下限制限を与えた電圧を出力する上下限制限部２２ｂを更に含み、電圧ΔＶ_１は、上下限制限部２２ｂの出力に基づく電圧であってもよい。このような構成によれば、電圧ΔＶ_１の振幅が制限されるため、電圧ΔＶ_ｑが電圧ΔＶ_１の変動に追従しやすくなる（つまり、電圧ΔＶ_１に対して無理なく相殺可能になる）。従って、単独運転状態に移行したという誤検知の発生を更に効果的に防止することができる。

また、上記電力変換装置は、上下限制限部２２ｂの出力に時間変化率の上限制限を与えた電圧を出力する変化率制限部２２ｃを更に含み、電圧ΔＶ_１は、変化率制限部２２ｃの出力に基づく電圧であってもよい。このような構成によれば、電圧ΔＶ_１の時間変化率が制限されるため、電圧ΔＶ_ｑが電圧ΔＶ_１の変動に更に追従しやすくなる（つまり、相殺し易くなる）。従って、単独運転状態に移行したという誤検知の発生を更に効果的に防止することができる。

また、上記電力変換装置において、単独運転検出部２２ｊは、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２に基づいて、電力変換装置が単独運転状態であることを検出する。このような構成によれば、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が十分な振幅を持たないために単独運転状態に移行したか否かの判定が困難であっても、確度良くそれを判定することができる。

また、上記電力変換装置において、単独運転検出部２２ｊは、電圧ΔＶ_１の推移と、電圧ΔＶ_１及びΔ電圧ΔＶ_１の比の推移とに基づいて、電力変換装置が単独運転状態であることを検出してもよい。このような構成によれば、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が十分な振幅を持たないために単独運転状態に移行したか否かの判定が困難であっても、更に確度良くそれを判定することができる。

また、上記電力変換装置において、単独運転検出部２２ｊは、第２電圧の推移と、電圧ΔＶ_１の推移及び電圧ΔＶ_２の推移の類似度とに基づいて、電力変換装置が単独運転状態であることを検出してもよい。このような構成によれば、電圧ΔＶ_１及び電圧ΔＶ_２が十分な振幅を持たないために単独運転状態に移行したか否かの判定が困難であっても、更に確度良くそれを判定することができる。

また、上記電力変換装置において、電力変換装置が電力を供給する負荷の消費電力が所定値以下の場合に、変化率制限部２２ｃの出力に所定の変調信号を加算した電圧を出力する加算器７２ａを更に含み、第２電圧は、第２加算部の出力であってもよい。このような構成によれば、負荷Ｇが消費する電力が十分な大きさを持たないために単独運転状態に移行したか否かの判定が困難であっても、更に精度良くそれを判定することができる。

上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものでは
ない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行
うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特
許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

電力系統 １
送電線 １０
遮断器 １１
電力変換装置 ２
制御装置 ２０
ＤＳＰ ２００
記憶装置 ２０１
インバータ出力電圧位相生成部 ２１
加算器 ２１ａ，２１ｂ，２１ｄ
積分器 ２１ｃ，２１ｇ
乗算器 ２１ｅ，２１ｆ
連系点電圧振幅制御部 ２２
周波数フィードバック部 ２２ａ
上下限制限部 ２２ｂ
変化率制限部 ２２ｃ
無効電力制御部 ２２ｄ
出力部 ２２ｅ
加算器 ２２ｆ
制限部 ２２ｇ
加算器 ２２ｈ
振幅制御部 ２２ｉ
単独運転検出部 ２２ｊ
瞬時電圧指令生成部 ２３
ＰＷＭパルス生成部 ２４
電力変換部 ３０
遮断器 ３
測定部 ４
単独運転検出部 ５２ａ
単独運転検出部 ６２ａ
乗算部 ５２０，５２１，５２２，５２３，６２０，６２１
処理部 ５２５，５２７，５３２，５３４
判定部 ５２４，５２６，５２８，５２９，５３０，５３１，５３３，５３５，５３６，５３７，５３８，６２２，６２３，６２４，６２５

Claims (9)

1. 電力系統に連系可能であり、仮想同期発電機機能を有する電力変換装置であって、
   前記仮想同期発電機機能における周波数又は前記電力系統との連系点における電圧の周波数の一方の周波数に応じた電圧を出力する周波数フィードバック部と、
   前記連系点における無効電力に応じた第１電圧を出力する無効電力制御部と、
   前記周波数フィードバック部の出力に基づく第２電圧及び前記第１電圧の加算結果に第１上下限制限を与えた第３電圧を出力する出力部と、
   前記連系点における電圧に関する所定の第１振幅指令値と、前記第３電圧とを加算した第２振幅指令値を出力する第１加算部と、
   前記第２振幅指令値及び前記連系点における電圧の振幅に基づいて、インバータ出力電圧振幅指令値を生成する連系点電圧振幅制御部と、
   前記仮想同期発電機機能における位相及び前記インバータ出力電圧振幅指令値に基づいて、三相交流電圧を発生させる電圧出力部と、
   前記第３電圧が前記第１上下限制限に達した場合に、前記電力変換装置が前記電力系統から切り離された単独運転状態であることを検出する単独運転検出部と、
   を含む、
   電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記周波数フィードバック部は、
   前記電力変換装置が単独運転状態である場合、前記一方の周波数の変動に伴って変動幅が拡大する電圧を出力し、
   前記無効電力制御部は、
   前記電力変換装置が前記電力系統と連系している場合、前記連系点における無効電力の変動を抑制する前記第１電圧を出力する、
   電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記周波数フィードバック部は、前記一方の周波数に所定の伝達関数を演算し、
   前記伝達関数に含まれるパラメータは、系統連系中は安定を保ちつつ、単独運転状態では不安定となるように決定される、
   電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記周波数フィードバック部の出力に第２上下限制限を与えた電圧を出力する上下限制限部を更に含み、
   前記第２電圧は、前記上下限制限部の出力に基づく電圧である、
   電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置であって、
   前記上下限制限部の出力に時間変化率の上限制限を与えた電圧を出力する変化率制限部を更に含み、
   前記第２電圧は、前記変化率制限部の出力に基づく電圧である、
   電力変換装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
   前記単独運転検出部は、
   前記第２電圧及び前記第３電圧に基づいて、前記電力変換装置が単独運転状態であることを検出する、
   電力変換装置。
7. 請求項６に記載の電力変換装置であって、
   前記単独運転検出部は、
   前記第２電圧の推移と、前記第２電圧及び前記第３電圧の比の推移とに基づいて、前記電力変換装置が単独運転状態であることを検出する、
   電力変換装置。
8. 請求項６に記載の電力変換装置であって、
   前記単独運転検出部は、
   前記第２電圧の推移と、前記第２電圧の推移及び前記第３電圧の推移の類似度とに基づいて、前記電力変換装置が単独運転状態であることを検出する、
   電力変換装置。
9. 請求項５に記載の電力変換装置であって、
   前記電力変換装置が電力を供給する負荷の消費電力が所定値以下の場合に、前記変化率制限部の出力に所定の変調信号を加算した電圧を出力する第２加算部を更に含み、
   前記第２電圧は、前記第２加算部の出力である、
   電力変換装置。
   
   

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