JPWO2019180901A1

JPWO2019180901A1 - 電力変換装置

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Publication number: JPWO2019180901A1
Application number: JP2018534750A
Authority: JP
Inventors: 裕久保山; 喜久夫泉; 貴洋嘉藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-03-23
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Abstract

電力変換装置（１）は、直流電力を蓄える蓄電装置（９１）に接続され、蓄電装置（９１）に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統（９３）及び需要家負荷（９２）に出力することが可能な電力変換器（２）と、外部制御器（９８）から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値と、需要家負荷（９２）の消費電力と、電力系統（９３）へ供給する潮流電流の電流実効値と、電力変換器（２）及び電力系統（９３）の間に接続される配線用遮断器（９９）の定格電流に基づいて設定される電流上限値とに基づいて、電力変換器（２）を制御する制御部（４）と、を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統に出力することが可能な電力変換装置に関する。

従来、蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統に出力する電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、電力系統の系統電圧値と、電力系統に接続された太陽光発電装置の出力電力値とに基づいて、電力系統に接続された蓄電装置の充放電を制御する充放電制御部を有する電力変換装置を開示している。

当該充放電制御部は、系統電圧値がしきい値未満であれば、太陽光発電装置及び蓄電装置の総出力上限値を一定とし、系統電圧値がしきい値以上から大きくなるにしたがって総出力上限値を低減させる総出力上限決定部を有する。当該充放電制御部は、総出力上限値と太陽光発電装置の出力電力値とに基づいて、蓄電装置の充放電指令値を算出する充放電指令値演算部を更に有する。特許文献１に開示されている電力変換装置は、系統電圧値及び充放電指令値に基づいて、電力系統へ供給される無効電力を制御する無効電力制御部を有する。

特開２０１３−１６５５９３号公報

特許文献１に開示されている電力変換装置において、電力系統全体を考慮して潮流電力を制御するために、電力変換装置の外部に設けられた外部制御器から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に基づいて、電力変換装置が出力する電力を制御することが考えられる。しかしながら、電力変換装置と電力系統との間に配線用遮断器が接続される場合には、外部制御器は配線用遮断器の性能までは把握していないため、配線用遮断器に流れる電流が定格電流を超過して、過電流保護機能により配線用遮断器が開放する場合があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力変換装置の外部から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に基づいて動作する場合であっても、電力変換装置と電力系統との間に接続される配線用遮断器の開放を抑制するように電力を出力することが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、直流電力を蓄える蓄電装置に接続され、蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統及び需要家負荷に出力することが可能な電力変換器と、外部制御器から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値と、需要家負荷の消費電力と、電力系統へ供給する潮流電流の電流実効値と、電力変換器及び電力系統の間に接続される配線用遮断器の定格電流に基づいて設定される電流上限値とに基づいて、電力変換器を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる電力変換装置は、電力変換装置の外部から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に基づいて動作する場合であっても、電力変換装置と電力系統との間に接続される配線用遮断器が開放を抑制するように電力を出力することが可能であるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図図１に示す電力変換装置が出力する潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との第１の例を示す図図１に示す電力変換装置が出力する潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との第２の例を示す図図１に示す電力変換装置が出力する潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との第３の例を示す図図１に示す制御部が第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値を補正する動作を示すフローチャート図１に示す電力変換装置が有する検出部及び制御部の少なくとも一部の機能を実現するための処理回路を示す図図１に示す電力変換装置が有する検出部及び制御部の少なくとも一部の機能を実現するためのプロセッサを示す図本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置１の構成を示す図である。電力変換装置１は、住宅などの施設に設置される装置であって、直流電力を蓄える蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を需要家負荷９２及び電力系統９３に出力する機能を有する装置である。図１には、蓄電装置９１、需要家負荷９２及び電力系統９３も示されている。需要家負荷９２は、エアーコンディショナ、冷蔵庫、照明器具など電力を消費する電気機器である。

電力変換装置１は、電力変換器２と、検出部３と、制御部４とを有する。電力変換器２は、蓄電装置９１に接続され、蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有すると共に、交流電力を需要家負荷９２及び電力系統９３に出力する機能を有する。例えば、電力変換器２はインバータ回路を有する。検出部３は、配線用遮断器９９を介して電力変換器２から電力系統９３に供給される潮流電力を算出するために、電力変換器２と電力系統９３とを接続する電力線９４の第１部位９５において、潮流電流の電圧値及び電流値を検出する。制御部４は、検出部３の検出結果に基づいて、電力変換器２を制御するための駆動指令を生成する。

需要家負荷９２は、電力線９４に接続される。電力線９４は、配線用遮断器９９に接続され、配線用遮断器９９は、電力系統９３に接続される。需要家負荷９２は、電力線９４の電力変換器２と第１部位９５との間に位置する第２部位９６に接続される。電力変換器２は、制御部４によって生成された駆動指令に基づいて動作する。第１部位９５には、交流電力を出力する発電装置９７が接続される。図１には、発電装置９７も示されている。発電装置９７は、太陽光発電によって直流電力を生成し、生成された直流電力を交流電力に変換し、変換によって得られた交流電力を電力線９４に供給する。なお、発電装置９７は第１部位９５に接続されていなくてもよい。

制御部４は、演算部４１と、有効電力指令生成部４２と、無効電力指令生成部４３と、駆動指令生成部４４と、有効電力リミッタ５３と、無効電力リミッタ５４とを有する。

演算部４１は、検出部３の検出結果に基づいて、潮流電流の有効電力値、無効電力値及び電流実効値を算出する。具体的には、演算部４１は、次数限定有効電力演算部５１と、次数限定無効電力演算部５２と、電流実効値演算部５７とを有する。

次数限定有効電力演算部５１は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、潮流電力の有効電力値を算出する第１の有効電力演算部である。具体的には、次数限定有効電力演算部５１は、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、上記の周波数に基づくひとつまたは複数の逓倍周波数の有効電力値とを算出する。以下では、電力系統９３の交流電力の周波数は、基準周波数と記載される場合がある。次数限定無効電力演算部５２は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、潮流電力の無効電力値を算出する第１の無効電力演算部である。具体的には、次数限定無効電力演算部５２は、基準周波数の無効電力値と、基準周波数に基づくひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とを算出する。電流実効値演算部５７は、検出部３によって検出された電流に基づいて、潮流電力の電流実効値を算出する。

有効電力指令生成部４２は、電力変換装置１の外部に位置する外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値と、演算部４１によって算出された有効電力値及び電流実効値とに基づいて、第２の有効電力指令値を生成する。外部制御器９８は、電力変換器２を制御する指令値である第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値を電力変換装置１に供給する機器であり、電力系統９３全体を考慮して、電力変換器２を制御する指令値を生成することができる。有効電力指令生成部４２によって生成される第２の有効電力指令値は、潮流電力を第１の有効電力指令値に追従させるためのものである。

有効電力指令生成部４２は、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値と、次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及び逓倍周波数の有効電力値の少なくともいずれかとに基づいて、第２の有効電力指令値を生成する。具体的には、有効電力指令生成部４２は、第１の有効電力指令値から次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ（Proportional Integral）制御などの制御を行い、第２の有効電力指令値を生成する。

有効電力指令生成部４２は、第１の有効電力指令値と次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値とに基づいて上記の第２の有効電力指令値を生成してもよい。具体的には、有効電力指令生成部４２は、第１の有効電力指令値から次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ制御などの制御を行い、第２の有効電力指令値を生成してもよい。

有効電力指令生成部４２は、演算部４１によって算出される電流実効値が、配線用遮断器９９の定格電流などに基づいて設定された電流上限値を超過した場合、第１の有効電力指令値を補正することができる。例えば、有効電力指令生成部４２は、演算部４１によって算出される有効電力値、無効電力値及び電流実効値に基づいて、第１の有効電力指令値を補正することができる。このとき有効電力指令生成部４２は、第１の有効電力指令値の絶対値を小さくする。有効電力指令生成部４２は、第１の有効電力指令値を補正した場合、補正後の第１の有効電力指令値を用いて、第２の有効電力指令値を生成する。有効電力指令生成部４２は、生成した第２の有効電力指令値を駆動指令生成部４４に出力する。

無効電力指令生成部４３は、外部制御器９８から供給される第１の無効電力指令値と、演算部４１によって算出された無効電力値及び電流実効値とに基づいて、第２の無効電力指令値を生成する。無効電力指令生成部４３によって生成される第２の無効電力指令値は、潮流電力を第１の無効電力指令値に追従させるためのものである。

無効電力指令生成部４３は、外部制御器９８から供給される第１の無効電力指令値と、次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及び逓倍周波数の無効電力値の少なくともいずれかとに基づいて、第２の無効電力指令値を生成する。具体的には、無効電力指令生成部４３は、第１の無効電力指令値から次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ制御などの制御を行い、第２の無効電力指令値を生成する。

無効電力指令生成部４３は、第１の無効電力指令値と次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値とに基づいて上記の第２の無効電力指令値を生成してもよい。具体的には、無効電力指令生成部４３は、第１の無効電力指令値から次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の有効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ制御などの制御を行い、第２の無効電力指令値を生成してもよい。

無効電力指令生成部４３は、演算部４１によって算出される電流実効値が、配線用遮断器９９の定格電流などに基づいて設定された電流上限値を超過した場合、第１の無効電力指令値を補正することができる。例えば、無効電力指令生成部４３は、演算部４１によって算出される有効電力値、無効電力値及び電流実効値に基づいて、第１の無効電力指令値を補正することができる。このとき無効電力指令生成部４３は、第１の無効電力指令値の絶対値を小さくする。無効電力指令生成部４３は、第１の無効電力指令値を補正した場合、補正後の第１の無効電力指令値を用いて、第２の無効電力指令値を生成する。無効電力指令生成部４３は、生成した第２の無効電力指令値を駆動指令生成部４４に出力する。

有効電力リミッタ５３は、第１の無効電力指令値と、電力変換器２が出力することができる皮相電力の上限値とに基づいて、第２の有効電力指令値の上限を設定する。有効電力指令生成部４２は、有効電力リミッタ５３によって設定された上限以下の第２の有効電力指令値を生成する。

無効電力リミッタ５４は、第１の有効電力指令値と、上記の皮相電力の上限値とに基づいて、第２の無効電力指令値の上限を設定する。無効電力指令生成部４３は、無効電力リミッタ５４によって設定された上限以下の第２の無効電力指令値を生成する。

駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２が出力する第２の有効電力指令値と、無効電力指令生成部４３が出力する第２の無効電力指令値とに基づいて、電力変換器２を制御するための駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部４４は、第２の有効電力指令値に第２の無効電力指令値を加えて駆動指令を生成する。

次に、電力変換装置１の動作を説明する。つまり、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法について説明する。図２は、図１に示す電力変換装置１が出力する潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との第１の例を示す図である。図２は、需要家負荷９２が抵抗負荷であって需要家負荷９２が実施の形態１にかかる電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示している。図２を用いて、需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法について説明する。図２に示す時刻ｔ１は、需要家負荷９２が電力変換器２に接続された負荷投入の時点を示している。

図２は、外部制御器９８から供給される有効電力指令値が０Ｗではなく、無効電力指令値が０Ｖａｒであり、且つ、需要家負荷９２が抵抗負荷であって、需要家負荷９２が実施の形態１にかかる電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。図２を用いて、有効電力の制御方法について説明する。図２では、電流の極性については、電流が電力変換器２及び発電装置９７から電力系統９３へ流れる向きが正の向きであると定義される。有効電力の極性については、電力変換器２及び発電装置９７から電力系統９３へ放電が行われる向きが正の向きであると定義される。放電が行われる向きは、売電が行われる向きである。無効電力の極性については、電力変換器２及び発電装置９７から電力系統９３へ進相無効電力についての放電が行われる向きが正の向きであると定義される。

図２（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図２（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）の電流の実効値を示す図である。図２（ｄ）は、有効電力指令生成部４２で算出される第１の有効電力指令値を示す図である。図２（ｅ）は、無効電力指令生成部４３で算出される第１の無効電力指令値を示す図である。図２（ｄ）に示す第１の有効電力指令値及び図２（ｅ）に示す第１の無効電力指令値は、電流実効値が電流上限値を超過した場合には補正後の値となる。図２（ｂ）に示す通り、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、基準周波数の有効電力は負の向き、つまり買電の向きに増加する。このとき、例えば、単相三線式の片相に需要家負荷９２の一部が接続されていた場合、各相の電流値が不平衡となり、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値を単純に電圧実効値で割った電流値よりも、電流実効値が大きくなる場合がある。

有効電力指令生成部４２は、演算部４１によって算出された電流実効値が電流上限値を超過すると、電流実効値が小さくなるように、第１の有効電力指令値を外部制御器９８から供給される値よりも絶対値が小さい値に補正する。このとき、有効電力指令生成部４２は、電流実効値が電流上限値を超過した検出期間Ｔ１と、有効電力指令値の絶対値を小さい値に設定した抑制期間Ｔ２の電流実効値の平均値が電流上限値以下となるように第１の有効電力指令値を算出する。

次数限定有効電力演算部５１は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の有効電力値を算出する。次数限定有効電力演算部５１は、極性を含めて基準周波数の有効電力値を算出する。例えば、次数限定有効電力演算部５１は、放電又は充電を示す極性を含めて基準周波数の有効電力値を算出する。同様に、次数限定有効電力演算部５１は、極性を含めてひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値を算出する。

具体的には、次数限定有効電力演算部５１は、検出部３によって検出された電圧と検出部３によって検出された電流との各々をフーリエ変換することによって、又は、特定の周波数帯域以外の帯域の値を減衰させるフィルタ処理を用いることによって、基準周波数の有効電力値とひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とを算出する。

逓倍周波数の上限は、例えば検出部３の検出特性によって又は電力変換器２の電力の出力特性によって決定される。検出部３の検出特性は、例えば精度又は検出時間についての特性である。電力変換器２の電力の出力特性は、例えば精度又は出力電力の応答時間についての特性である。例えば、次数限定有効電力演算部５１は、基準周波数の７倍の周波数である７次の逓倍周波数までの有効電力値を算出する。逓倍周波数の上限は、需要家負荷９２の特性によって決定されてもよい。例えば、需要家負荷９２がＪＩＳＣ６１０００−３−２のコンデンサである場合、次数限定有効電力演算部５１は、基準周波数の１３倍の周波数である１３次の逓倍周波数までの有効電力値を算出する。

有効電力指令生成部４２は、次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値と外部制御器９８から供給された第１の有効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての第２の有効電力指令値を生成する。有効電力指令生成部４２は、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々について外部制御器９８から第１の有効電力指令値を受信してもよい。有効電力指令生成部４２は、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値のうちの特定の周波数以外の周波数の第１の有効電力指令値はゼロであると判断し、特定の周波数の第１の有効電力指令値のみを受信してもよい。特定の周波数の一例は、基準周波数である。

基準周波数の無効電力値及び逓倍周波数の無効電力値は変動していないので、次数限定無効電力演算部５２によって算出される無効電力値は０Ｖａｒである。第１の無効電力指令値も０Ｖａｒであるので、無効電力指令生成部４３によって生成される第２の無効電力指令値は０Ｖａｒである。

駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値とに基づいて駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値に無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値を加えて駆動指令を生成する。電力変換器２は、駆動指令生成部４４によって生成された駆動指令に基づいて動作する。電力変換器２が駆動指令に基づいて動作するので、電力変換器２が出力する電力は有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値とに追従する。潮流電力は、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値、または、電流実効値が電流上限値を超過した場合には、補正後の第１の有効電力指令値及び補正後の第１の無効電力指令値に追従する。

抵抗負荷である需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、発電装置９７の基準周波数の有効電力値が変動した場合についても、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法は、図２を用いて説明した上述の抵抗負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法と同じである。

図３は、図１に示す電力変換装置１が出力する潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との第２の例を示す図である。図３は、外部制御器９８から供給される無効電力指令値が０Ｖａｒではなく、有効電力指令値が０Ｗであり、且つ、需要家負荷９２がコンデンサ負荷であって、需要家負荷９２が実施の形態１にかかる電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示している。図３を用いて、無効電力の制御方法について説明する。図３に示す時刻ｔ１は、需要家負荷９２が電力変換器２に接続された負荷投入の時点を示している。

図３（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図３（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の電流の実効値を示す図である。図３（ｄ）は、有効電力指令生成部４２で算出される第１の有効電力指令値を示す図である。図３（ｅ）は、無効電力指令生成部４３で算出される第１の無効電力指令値を示す図である。図３（ｄ）に示す第１の有効電力指令値及び図３（ｅ）に示す第１の無効電力指令値は、電流実効値が電流上限値を超過した場合には補正後の値となる。図３（ｂ）に示す通り、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、基準周波数の無効電力は負の向き、つまり買電の向きに増加する。このとき、例えば、単相三線式の片相に需要家負荷９２の一部が接続されていた場合、各相の電流値が不平衡となり、外部制御器９８から供給される第１の無効電力指令値を単純に電圧実効値で割った電流値よりも、電流実効値が大きくなる場合がある。

無効電力指令生成部４３は、演算部４１によって算出された電流実効値が電流上限値を超過すると、電流実効値が小さくなるように、第１の無効電力指令値を外部制御器９８から供給される値よりも絶対値が小さい値に補正する。このとき、無効電力指令生成部４３は、電流実効値が電流上限値を超過した検出期間Ｔ１と、有効電力指令値の絶対値を小さい値に設定した抑制期間Ｔ２の電流実効値の平均値が電流上限値以下となるように第１の無効電力指令値を算出する。

次数限定無効電力演算部５２は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の無効電力値を算出する。次数限定無効電力演算部５２は、極性を含めて基準周波数の無効電力値を算出する。例えば、次数限定無効電力演算部５２は、放電又は充電を示す極性を含めて基準周波数の無効電力値を算出する。同様に、次数限定無効電力演算部５２は、極性を含めてひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値を算出する。

具体的には、次数限定無効電力演算部５２は、次数限定有効電力演算部５１が有効電力値を算出する場合と同様に、検出部３によって検出された電圧と検出部３によって検出された電流との各々をフーリエ変換することによって、又は、特定の周波数帯域以外の帯域の値を減衰させるフィルタ処理を用いることによって、基準周波数の無効電力値とひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とを算出する。

逓倍周波数の上限は、次数限定有効電力演算部５１が有効電力値を算出する場合と同様に、例えば検出部３の検出特性によって又は電力変換器２の電力の出力特性によって決定される。検出部３の検出特性は、例えば精度又は検出時間についての特性である。電力変換器２の電力の出力特性は、例えば精度又は出力電力の応答時間についての特性である。例えば、次数限定無効電力演算部５２は、基準周波数の７倍の周波数である７次の逓倍周波数までの無効電力値を算出する。逓倍周波数の上限は、需要家負荷９２の特性によって決定されてもよい。例えば、需要家負荷９２がＪＩＳＣ６１０００−３−２のコンデンサである場合、次数限定無効電力演算部５２は、基準周波数の１３倍の周波数である１３次の逓倍周波数までの無効電力値を算出する。

無効電力指令生成部４３は、次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値と外部制御器９８から供給された第１の無効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての第２の無効電力指令値を生成する。無効電力指令生成部４３は、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々について外部制御器９８から第１の無効電力指令値を受信してもよい。無効電力指令生成部４３は、外部制御器９８から供給される第１の無効電力指令値のうちの特定の周波数以外の周波数の第１の無効電力指令値はゼロであると判断し、特定の周波数の第１の無効電力指令値のみを受信してもよい。特定の周波数の一例は、基準周波数である。

基準周波数の有効電力値及び逓倍周波数の有効電力値は変動していないので、次数限定有効電力演算部５１によって算出される有効電力値は０Ｗである。第１の有効電力指令値も０Ｗであるので、有効電力指令生成部４２によって生成される第２の有効電力指令値は０Ｗである。

駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値とに基づいて駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値に無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値を加えて駆動指令を生成する。電力変換器２は、駆動指令生成部４４によって生成された駆動指令に基づいて動作する。電力変換器２が駆動指令に基づいて動作するので、電力変換器２が出力する電力は有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値に追従する。潮流電力は、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値、または、電流実効値が電流上限値を超過した場合には、補正後の第１の有効電力指令値及び補正後の第１の無効電力指令値に追従する。

コンデンサ負荷である需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、需要家負荷９２が誘導性負荷であって需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合についても、需要家負荷９２が誘導性負荷であって需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、発電装置９７の基準周波数の無効電力値が変動した場合についても、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法は、図３を用いて説明した上述のコンデンサ負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法と同じである。

図４は、図１に示す電力変換装置１が出力する潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との第３の例を示す図である。図４は、外部制御器９８から供給される有効電力指令値が０Ｗではなく、無効電力指定値が０Ｖａｒではなく、且つ、需要家負荷９２が抵抗負荷とコンデンサ負荷を合成した負荷であって、需要家負荷９２が実施の形態１にかかる電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示している。図４を用いて、有効電力と無効電力を合成した電力の制御方法について説明する。図４に示す時刻ｔ１は、需要家負荷９２が電力変換器２に接続された負荷投入の時点を示している。

図４（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図４（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の電流の実効値を示す図である。図４（ｄ）は、有効電力指令生成部４２で算出される第１の有効電力指令値を示す図である。図４（ｅ）は、無効電力指令生成部４３で算出される第１の無効電力指令値を示す図である。図４（ｄ）に示す第１の有効電力指令値及び図４（ｅ）に示す第１の無効電力指令値は、電流実効値が電流上限値を超過した場合には補正後の値となる。図４（ｂ）に示す通り、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、基準周波数の有効電力及び無効電力は負の向き、つまり買電の向きに増加する。このとき、例えば、単相三線式の片相に需要家負荷９２の一部が接続されていた場合、各相の電流値が不平衡となり、外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値を単純に電圧実効値で割った電流値よりも、電流実効値が大きくなる場合がある。

有効電力指令生成部４２及び無効電力指令生成部４３は、演算部４１によって算出された電流実効値が電流上限値を超過すると、電流実効値が小さくなるように、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値を絶対値が小さくなるように補正する。このとき、有効電力指令生成部４２及び無効電力指令生成部４３は、電流実効値が電流上限値を超過した検出期間Ｔ１と、有効電力指令値の絶対値を小さい値に設定した抑制期間Ｔ２の電流実効値の平均値が電流上限値以下となるように第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値を算出する。

次数限定有効電力演算部５１は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の有効電力値を算出する。次数限定無効電力演算部５２は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の無効電力値と逓倍周波数の無効電力値とを算出する。次数限定有効電力演算部５１の動作は、図２を用いて説明した次数限定有効電力演算部５１の動作と同様である。次数限定無効電力演算部５２の動作は、図３を用いて説明した次数限定無効電力演算部５２の動作と同様である。

有効電力指令生成部４２は、次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値と第１の有効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての第２の有効電力指令値を生成する。無効電力指令生成部４３は、次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値と第１の無効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての第２の無効電力指令値を生成する。

抵抗負荷とコンデンサ負荷を合成した負荷である需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、需要家負荷９２のコンデンサ負荷が誘導性負荷であって需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合についても、需要家負荷９２のコンデンサ負荷が誘導性負荷であって需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、発電装置９７の基準周波数の有効電力値及び無効電力値が変動した場合についても、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法は、図４を用いて説明した上述の高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法と同じである。

図５は、図１に示す制御部４が第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値を補正する動作を示すフローチャートである。図５を用いて、電流実効値が電流上限値を超過した場合の第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値の補正方法について説明する。なお、この方法によりこの発明が限定されるものではなく、例えば、電流実効値が電流上限値以内に制限されるように第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値をフィードバック制御するような制御方法でもよい。

制御部４は、まず、検出部３によって検出された電圧と検出部３によって検出された電流とに基づいて、演算部４１によって算出された有効電力値、皮相電力値、電圧実効値及び電流実効値の検出期間Ｔ１の平均値である、有効電力平均値Ｐ１、皮相電力平均値Ｓ１、電圧実効値平均値Ｖ１及び電流実効値平均値Ｉ１を算出する（ステップＳ１０１）。平均値の演算方法は検出期間Ｔ１の区間平均でもよく、検出期間Ｔ１の移動平均でもよい。なお、例えば、単相三線式や三相三線式の場合は、各相で平均値を演算してもよい。

制御部４は、算出した電流実効値平均値Ｉ１が電流上限値Ｉｌｉｍを超過しているかを判定する（ステップＳ１０２）。電流実効値平均値Ｉ１が電流上限値Ｉｌｉｍを超過している場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御部４は、第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値を演算する（ステップＳ１０３）。電流実効値平均値Ｉ１が電流上限値Ｉｌｉｍを超過していない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、制御部４は、ステップＳ１０１の処理を繰り返す。

制御部４は、抑制期間Ｔ２の第１の無効電力指令値Ｑ*を０Ｖａｒに設定する。制御部４は、第１の有効電力指令値Ｐ*及び第１の無効電力指令値Ｑ*の算出を容易にするために、第１の無効電力指令値Ｑ*を０Ｖａｒに固定して第１の有効電力指令値Ｐ*のみを算出してもよく、第１の有効電力指令値Ｐ*を０Ｗに固定して第１の無効電力指令値Ｑ*のみを算出してもよい。

制御部４は、検出期間Ｔ１の無効電力平均値Ｑ１を演算する（ステップＳ１０４）。制御部４は、皮相電力平均値Ｓ１と有効電力平均値Ｐ１とに基づいて、下記の数式（１）を用いて、無効電力平均値Ｑ１を算出することができる。

制御部４は、抑制期間Ｔ２の皮相電力目標値Ｓ２を演算する（ステップＳ１０５）。検出期間Ｔ１及び抑制期間Ｔ２を合わせた全期間の電流実効値平均値が電流上限値Ｉｌｉｍになるように皮相電力目標値Ｓ２を設定すると、皮相電力平均値Ｓ１、電圧実効値平均値Ｖ１、電流上限値Ｉｌｉｍ、検出期間Ｔ１、抑制期間Ｔ２とに基づいて、下記の数式（２）を用いて、皮相電力目標値Ｓ２を算出できる。なお、全期間の電流実効値平均値と電流上限値Ｉｌｉｍの間に余裕を持って、全期間の電流実効値平均値が電流上限値Ｉｌｉｍよりも小さい値になるように皮相電力目標値Ｓ２を設定してもよい。

制御部４は、続いて、Ｓ２^２−Ｑ１^２が正の値であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の処理は、第１の有効電力指令値Ｐ*が複素数にならないか否かを判定する処理であり、Ｓ２^２−Ｑ１^２が正の値でない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、制御部４は、抑制期間Ｔ２の第１の有効電力指令値Ｐ*を下限値の０Ｗに設定する（ステップＳ１０９）。

Ｓ２^２−Ｑ１^２が正の値である場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、制御部４は、抑制期間Ｔ２の第１の有効電力指令値Ｐ*を演算する（ステップＳ１０７）。例えば、三相三線式で需要家負荷が片相に集中しており、第１の有効電力指令値Ｐ*を減らしても片相の電流実効値が半分しか減少しないと仮定する。また、ステップＳ１０３において、第１の無効電力指令値Ｑ*を０Ｖａｒに設定しているため、抑制期間Ｔ２の無効電力値は検出期間Ｔ１の無効電力平均値Ｑ１よりも小さくなるはずだが、検出期間Ｔ１の無効電力平均値Ｑ１から変化がないと仮定すると、有効電力平均値Ｐ１、無効電力平均値Ｑ１、皮相電力目標値Ｓ２に基づいて、下記の数式（３）を用いて、第１の有効電力指令値Ｐ*を算出することができる。

制御部４は、抑制期間Ｔ２の第１の有効電力指令値Ｐ*が０より大きいかを判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０７で算出した第１の有効電力指令値Ｐ*が０以下の場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、抑制期間Ｔ２の第１の有効電力指令値“Ｐ*”を下限値の０Ｗに設定する（ステップＳ１０９）。

ステップＳ１０７で算出した第１の有効電力指令値Ｐ*が０よりも大きい場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、または、第１の有効電力指令値Ｐ*を下限値の０Ｗに設定した後、制御部４は、抑制期間Ｔ２の第１の有効電力指令値Ｐ*及び第１の無効電力指令値Ｑ*を設定してから抑制期間Ｔ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。抑制期間Ｔ２が経過した場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御部４は、第１の有効電力指令値Ｐ*及び第１の無効電力指令値Ｑ*を、外部制御器９８から供給される補正前の第１の有効電力指令値Ｐ*及び補正前の第１の無効電力指令値Ｑ*に戻す（ステップＳ１１１）。ただし、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値が有効電力リミッタ５３で制限され、無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値が無効電力リミッタ５４で制限され、潮流電力が第１の有効電力指令値Ｐ*及び第１の無効電力指令値Ｑ*に追従しない場合があるため、検出期間Ｔ１と抑制期間Ｔ２を合わせた全期間の電流実効値平均値が電流上限値Ｉｌｉｍを超過しているかを判定して、全期間の電流実効値平均値が電流上限値Ｉｌｉｍを超過している場合、第１の有効電力指令値Ｐ*を保持してもよい。更に言うと、全期間の電流実効値平均値が電流上限値Ｉｌｉｍを超過した状態が継続した場合、電力変換器２の出力を停止させてもよい。

電力変換器２は、皮相電力の上限値を超える電力を出力することができない。上述の通り、制御部４は、有効電力リミッタ５３と、無効電力リミッタ５４とを有する。電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合、有効電力リミッタ５３が動作して無効電力リミッタ５４は動作しない。電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合、無効電力リミッタ５４が動作して有効電力リミッタ５３は動作しない。

電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合、有効電力リミッタ５３は、第２の有効電力指令値の上限である第１の設定上限を、下記の式（４）を用いて特定されるＰｌｉｍに設定する。電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合は、第２の有効電力指令値に対しての追従が第２の無効電力指令値に対しての追従より優先される場合である。式（４）において、Ｐｌｉｍは有効電力リミッタ５３によって設定される第１の設定上限であり、Ｓｌｉｍは皮相電力の上限値である。

つまり、有効電力指令生成部４２によって生成される第２の有効電力指令値は、式（４）によって特定されるＰｌｉｍ以下に制限される。

電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合、無効電力リミッタ５４は、下記の式（５）を用いて特定されるＱｌｉｍを演算し、第２の無効電力指令値の上限である第２の設定上限を、式（５）を用いて特定されるＱｌｉｍに設定する。式（５）において、Ｑｌｉｍは無効電力リミッタ５４によって設定される第２の設定上限であり、Ｐｒｅｆは外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値である。

つまり、無効電力指令生成部４３によって生成される第２の無効電力指令値は、式（５）によって特定されるＱｌｉｍ以下に制限される。

電力変換器２に皮相電力の上限値を超える電力を出力させないために、演算は、下記の第１の処理、第２の処理、第３処理の順に行われる。
第１の処理：有効電力指令生成部４２が行う演算
第２の処理：無効電力リミッタ５４がＱｌｉｍを算出する演算
第３の処理：無効電力指令生成部４３が行う演算

電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合、無効電力リミッタ５４は、第２の無効電力指令値の上限である第３の設定上限を、下記の式（６）を用いて特定されるＱｌｉｍに設定する。電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合は、第２の無効電力指令値に対しての追従が第２の有効電力指令値に対しての追従より優先される場合である。式（６）において、Ｑｌｉｍは無効電力リミッタ５４によって設定される第３の設定上限であり、Ｓｌｉｍは皮相電力の上限値である。

つまり、無効電力指令生成部４３によって生成される第２の無効電力指令値は、式（６）によって特定されるＱｌｉｍ以下に制限される。

電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合、有効電力リミッタ５３は、下記の式（７）によって特定されるＰｌｉｍを演算し、第２の有効電力指令値の上限である第４の設定上限を、式（７）によって特定されるＰｌｉｍに設定する。式（７）において、Ｐｌｉｍは有効電力リミッタ５３によって設定される第４の設定上限であり、Ｑｒｅｆは外部制御器９８から供給される第１の無効電力指令値である。

つまり、有効電力指令生成部４２によって生成される第２の有効電力指令値は、式（７）によって特定されるＰｌｉｍ以下に制限される。

電力変換器２に皮相電力の上限値を超える電力を出力させないために、演算は、下記の第４の処理、第５の処理、第６の処理の順に行われる。
第４の処理：無効電力指令生成部４３が行う演算
第５の処理：有効電力リミッタ５３が“Ｐｌｉｍ”を算出する演算
第６の処理：有効電力指令生成部４２が行う演算

上述したように、実施の形態１にかかる電力変換装置１には、蓄電装置９１が接続されており、電力変換装置１は、蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有する。電力変換装置１には、需要家負荷９２及び電力系統９３も接続されており、電力変換装置１は、変換によって得られた交流電力を需要家負荷９２と電力系統９３との一方又は双方に出力する機能を有する。電力変換装置１には、外部制御器９８も接続されており、外部制御器９８は、有効電力指令値及び無効電力指令値を電力変換装置１に供給する。

蓄電装置９１、需要家負荷９２、電力系統９３及び外部制御器９８が電力変換装置１に接続される状況において、電力変換装置１は、蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有する電力変換器２と電力系統９３とを接続する電力線９４の第１部位９５における電圧及び電流を検出し、検出した電圧及び電流と外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値とに基づいて電力変換器２を制御するための駆動指令を生成する。電力変換器２は、生成された駆動指令に基づいて動作する。したがって、電力変換装置１は、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。

更に言うと、電力変換装置１は、蓄電装置９１及び需要家負荷９２が接続される状況において、電力変換装置１と電力系統９３との間の潮流電力を外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値に追従させることができる。したがって、電力変換装置１は、配電系統全体にとって必要な有効電力及び無効電力を電力系統９３に供給することができる。

電力変換装置１は有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４を有するので、駆動指令のもとになる第２の有効電力指令値及び第２の無効電力指令値が皮相電力の上限値を超える電力を出力させない値となる。したがって、電力変換装置１は皮相電力の上限値を超える電力を出力しなければならない事態を回避することができる。ひいては、電力変換装置１に異常が生じることが抑制される。

なお、上述した実施の形態１では、制御部４に含まれる駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値とに基づいて駆動指令を生成する。しかしながら、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値との一方に基づいて駆動指令を生成してもよい。つまり、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値との一方又は双方に基づいて駆動指令を生成する。

駆動指令生成部４４が有効電力指令生成部４２によって生成された第２の有効電力指令値に基づいて駆動指令を生成する場合、電力変換装置１は、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。駆動指令生成部４４が無効電力指令生成部４３によって生成された第２の無効電力指令値に基づいて駆動指令を生成する場合、電力変換装置１は、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される第１の無効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。また、有効電力指令生成部４２及び無効電力指令生成部４３は、電力系統９３へ供給する潮流電流の電流実効値と、電力変換器２及び電力系統９３の間に接続される配線用遮断器９９の定格電流とに基づいて、第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値を補正することができる。このため、制御部４は、電力系統９３へ供給する潮流電流の電流実効値と、電力変換器２及び電力系統９３の間に接続される配線用遮断器９９の定格電流とに基づいて、電力変換器２を制御することが可能になる。したがって、配線用遮断器９９の開放を抑制するように電力を出力することが可能になる。

また、上述した実施の形態１では、制御部４に含まれる演算部４１は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出する。演算部４１は、潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出することができれば、蓄電装置９１が出力する電力と、電力変換器２が出力する電力と、需要家負荷９２において消費される電力と、発電装置９７が出力する電力との一部又は全部に基づいて、潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出してもよい。

図６は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能を実現するための処理回路７１を示す図である。つまり、検出部３及び制御部４の機能の少なくとも一部は、処理回路７１によって実現されてもよい。更に言うと、演算部４１が有する次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２と、制御部４が有する演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の機能の少なくとも一部は、処理回路７１によって実現されてもよい。

処理回路７１は、専用のハードウェアである。処理回路７１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。検出部３及び制御部４の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。

図７は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能を実現するためのプロセッサ８１を示す図である。つまり、電力変換装置１が有する検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能は、メモリ８２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ８１によって実現されてもよい。

更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能は、メモリ８２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ８１によって実現されてもよい。プロセッサ８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図７には、メモリ８２も示されている。

検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、当該一部の機能は、プロセッサ８１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェア及びファームウェアとの組み合わせによって実現される。更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、当該一部の機能は、プロセッサ８１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェア及びファームウェアとの組み合わせによって実現される。

ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ８２に格納される。プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能を実現する。更に言うと、プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能を実現する。

すなわち、検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、電力変換装置１は、検出部３及び制御部４の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ８２を有する。

更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、電力変換装置１は、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ８２を有する。

メモリ８２に格納されるプログラムは、検出部３及び制御部４の少なくとも一部が実行する手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。更に言うと、メモリ８２に格納されるプログラムは、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部が実行する手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

メモリ８２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等である。

検出部３及び制御部４の複数の機能について、当該複数の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、当該複数の機能の残部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。このように、検出部３及び制御部４の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の複数の機能について、当該複数の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、当該複数の機能の残部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。このように、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、電流実効値演算部５７、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａを説明する。図８は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの構成を示す図である。実施の形態１の図１と実施の形態２の図８とを対比すると明らかなように、電力変換装置１Ａは、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有するすべての構成要素のうちの次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２以外の構成要素を有する。電力変換装置１Ａは、次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を有する。電力変換装置１Ａは、電力変換装置１の演算部４１の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を含む演算部４１ａを有する。実施の形態２では、発電装置９７ａは電力線９４に接続されない。実施の形態２では、実施の形態１と相違する部分について主に説明する。

実施の形態２では、電力変換器２には、蓄電装置９１と並列に、直流電力を生成する発電装置９７ａが接続される。例えば、発電装置９７ａは、太陽光発電によって直流電力を生成する装置である。電力変換器２は、蓄電装置９１及び発電装置９７ａによって生成された直流電力を交流電力に変換する機能と、蓄電装置９１及び発電装置９７ａによって生成された直流電力に基づいた交流電力を需要家負荷９２及び電力系統９３に出力する機能とを更に有する。なお、蓄電装置９１と発電装置９７ａとの一方のみが電力変換器２に接続されていてもよい。また、発電装置９７ａは、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する電力変換器２に、蓄電装置９１と並列に接続されてもよい。

全次有効電力演算部５５は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、基準周波数の有効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが加算された全次有効電力値を算出する。つまり、全次有効電力演算部５５は、電力系統９３の交流電力の基準周波数の有効電力値と、基準周波数に基づくひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが加算された全次有効電力値を算出する第２の有効電力演算部である。全次無効電力演算部５６は、検出部３によって検出された電圧及び電流に基づいて、電力系統９３の交流電力の周波数の無効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とが加算された全次無効電力値を算出する。つまり、全次無効電力演算部５６は、電力系統９３の交流電力の周波数の無効電力値と、上記の周波数に基づくひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とが加算された全次無効電力値を算出する第２の無効電力演算部である。上記の周波数は、基準周波数である。

有効電力指令生成部４２は、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値と全次有効電力演算部５５によって算出された全次有効電力値とに基づいて第２の有効電力指令値を生成する。具体的には、有効電力指令生成部４２は、第１の有効電力指令値と全次有効電力演算部５５によって算出された全次有効電力値との差を小さくするために、有効電力指令値から全次有効電力値を差し引くことによって偏差を算出し、この偏差が小さくなるようにＰＩ制御などの制御を行い、第２の有効電力指令値を生成する。

無効電力指令生成部４３は、外部制御器９８から供給される第１の無効電力指令値と全次無効電力演算部５６によって算出された全次無効電力値とに基づいて第２の無効電力指令値を生成する。具体的には、無効電力指令生成部４３は、第１の無効電力指令値と全次無効電力演算部５６によって算出された全次無効電力値との差を小さくするために、無効電力指令値から全次無効電力値を差し引くことによって偏差を算出し、この偏差が小さくなるようにＰＩ制御などの制御を行い、第２の無効電力指令値を生成する。

実施の形態２と実施の形態１との主な相違点は、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａが、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を有する点である。実施の形態１にかかる電力変換装置１では、基準周波数の有効電力値と逓倍周波数の有効電力値及び基準周波数の無効電力値と逓倍周波数の無効電力値とをそれぞれ制御する構成であるのに対し、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａでは、基準周波数の有効電力値とひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが加算された全次有効電力値及び基準周波数の無効電力値とひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とが加算された全次無効電力値とを制御する構成である。

電力変換装置１Ａは、電力変換器２と電力系統９３とを接続する電力線９４の第１部位９５における電圧及び電流を検出し、検出した電圧及び電流と外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値に基づいて電力変換器２を制御するための駆動指令を生成する。電力変換装置１Ａは、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。更に言うと、電力変換装置１Ａは、外部制御器９８から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値に潮流電力を追従させることができる。したがって、電力変換装置１Ａは、配電系統全体にとって必要な有効電力及び無効電力を電力系統９３に供給することができる。

電力変換装置１Ａは有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４を有するので、駆動指令のもとになる第２の有効電力指令値及び第２の無効電力指令値は、皮相電力の上限値を超える電力を出力させない値となる。したがって、電力変換装置１Ａは皮相電力の上限値を超える電力を出力しなければならない事態を回避することができる。ひいては、電力変換装置１Ａに異常が生じることは抑制される。

上述の通り、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａは、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を有する。全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６は、全次有効電力値又は全次無効電力値を算出し、複数の逓倍周波数の有効電力値又は無効電力値を算出しないので、有効電力値又は無効電力値を次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２よりも容易に算出することができる。

全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の一部又は全部は、実施の形態１において説明した処理回路７１と同じ機能を有する処理回路であってもよい。全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の機能の少なくとも一部は、実施の形態１において説明したプロセッサ８１と同じ機能を有するプロセッサによって実現されてもよい。全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の機能の少なくとも一部がプロセッサによって実現される場合、電力変換装置１Ａは、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。当該メモリは、実施の形態１において説明したメモリ８２と同じ機能を有するメモリである。

なお、実施の形態２においても、実施の形態１において説明した発電装置９７が、電力線９４の電力変換器２と第１部位９５との間に位置する第２部位９６に接続されてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ電力変換装置、２電力変換器、３検出部、４制御部、４１，４１ａ演算部、４２有効電力指令生成部、４３無効電力指令生成部、４４駆動指令生成部、５１次数限定有効電力演算部、５２次数限定無効電力演算部、５３有効電力リミッタ、５４無効電力リミッタ、５５全次有効電力演算部、５６全次無効電力演算部、５７電流実効値演算部、７１処理回路、８１プロセッサ、８２メモリ、９１蓄電装置、９２需要家負荷、９３電力系統、９４電力線、９５第１部位、９６第２部位、９７，９７ａ発電装置、９８外部制御器、９９配線用遮断器。

Claims

直流電力を蓄える蓄電装置に接続され、前記蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を電力系統及び需要家負荷に出力することが可能な電力変換器と、
外部制御器から供給される第１の有効電力指令値及び第１の無効電力指令値と、前記需要家負荷の消費電力と、前記電力系統へ供給する潮流電流の電流実効値と、前記電力変換器及び前記電力系統の間に接続される配線用遮断器の定格電流に基づいて設定される電流上限値とに基づいて、前記電力変換器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
前記電力変換器と前記電力系統との間の潮流電流を検出する検出部、
をさらに備え、
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記電力変換器を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御部は、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記電力系統の交流電流の周波数である基準周波数の有効電力値と、前記基準周波数に基づく逓倍周波数の有効電力値とを算出する第１の有効電力演算部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記基準周波数の無効電力値と、前記基準周波数に基づく逓倍周波数の無効電力値とを算出する第１の無効電力演算部と、
前記第１の有効電力指令値と、前記第１の有効電力演算部によって算出された前記基準周波数の有効電力値及び前記逓倍周波数の有効電力値の少なくとも１つとに基づいて、第２の有効電力指令値を生成し、前記電流実効値が前記電流上限値を超える場合、前記第２の有効電力指令値を補正する有効電力指令生成部と、
前記第１の無効電力指令値と、前記第１の無効電力演算部によって算出された前記基準周波数の無効電力値及び前記逓倍周波数の無効電力値の少なくとも１つとに基づいて、第２の無効電力指令値を生成し、前記電流実効値が前記電流上限値を超える場合、前記第２の無効電力指令値を補正する無効電力指令生成部と、
前記第２の有効電力指令値及び前記第２の無効電力指令値の少なくとも１つに基づいて、前記電力変換器を制御するための駆動指令を生成する駆動指令生成部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
前記制御部は、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記電力系統の交流電流の周波数の有効電力値と、前記周波数に基づく逓倍周波数の有効電力値とを加算した全次有効電力値を算出する第２の有効電力演算部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記電力系統の交流電流の周波数の無効電力値と、前記周波数に基づく逓倍周波数の無効電力値とを加算した全次無効電力値を算出する第２の無効電力演算部と、
前記第１の有効電力指令値と、前記全次有効電力値とに基づいて、第２の有効電力指令値を生成し、前記電流実効値が前記電流上限値を超える場合、前記第２の有効電力指令値を補正する有効電力指令生成部と、
前記第１の無効電力指令値と、前記全次無効電力値とに基づいて、第２の無効電力指令値を生成し、前記電流実効値が前記電流上限値を超える場合、前記第２の無効電力指令値を補正する無効電力指令生成部と、
前記第２の有効電力指令値及び前記第２の無効電力指令値の少なくとも１つに基づいて、前記電力変換器を制御するための駆動指令を生成する駆動指令生成部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記第１の無効電力指令値と、前記電力変換器が出力することができる皮相電力の上限値とに基づいて、前記第２の有効電力指令値の上限を設定する有効電力リミッタをさらに備え、
前記有効電力指令生成部は、前記有効電力リミッタによって設定された前記上限以下の前記第２の有効電力指令値を生成することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記第１の有効電力指令値と、前記電力変換器が出力することができる皮相電力の上限値とに基づいて、前記第２の無効電力指令値の上限を設定する無効電力リミッタをさらに備え、
前記無効電力指令生成部は、前記無効電力リミッタによって設定された前記上限以下の前記第２の無効電力指令値を生成することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記有効電力指令生成部は、前記第２の有効電力指令値を補正した後、前記電流実効値が前記電流上限値を下回ると、前記第２の有効電力指令値を補正前の状態に戻し、
前記無効電力指令生成部は、前記第２の無効電力指令値を補正した後、前記電流実効値が前記電流上限値を下回ると、前記第２の無効電力指令値を補正前の状態に戻すことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記電力変換器と前記配線用遮断器との間には、交流電力を出力する発電装置が接続されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記電力変換器には、前記蓄電装置と並列に、直流電力を生成する発電装置が接続され、
前記電力変換器は、前記発電装置によって生成された直流電力を交流電力に変換する機能をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記電力変換器は、前記電流実効値が前記電流上限値を超過した状態を予め定められた期間継続すると、前記交流電力の出力を停止することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。