WO2009123268A1

WO2009123268A1 - 系統安定化装置

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Publication number: WO2009123268A1
Application number: PCT/JP2009/056827
Authority: WO
Inventors: 一伸大井; 正和宗島; 一成平山
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2009-10-08
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Abstract

　マイクログリッドに設置される系統安定化装置に組み込んだ自立制御部(２００)では、ｄｑ変換部(２０１)により、系統電圧Ｖｓから有効系統電圧Ｖｓｄと無効系統電圧Ｖｓｑを求める。変動検出部(２０２)は、微分特性と一次遅れ特性を有しており、有効系統電圧Ｖｓｄの変動分を求め、この変動分に比例演算部(２０３)にてゲインを掛けて無効電流指令Ｉ_refqが求められる。変動検出部(２０４)は、微分特性は有さず一次遅れ特性を有しており、無効系統電圧Ｖｓｑの変動分を求め、この変動分に対して、比例演算部(２０５)にてゲインを掛けて有効電流指令Ｉ_refdが求められる。このようにすることにより、系統安定化装置において、自立運転時の系統安定化制御に必要なハードウエアと演算負荷を軽減することができる。

Description

系統安定化装置

　本発明は系統安定化装置に関し、自立運転時の系統安定化制御に必要なハードウエアや演算負荷を軽減するように工夫したものである。

　太陽光や風力などの自然エネルギーを利用した発電は、一般的に、環境の影響を受けやすく、発電量が大きく変動してしまう。この変動を吸収する目的で系統安定化装置が用いられている。

　また、電力需要家の近くに自然エネルギーなどの電源を設置してネットワークを構成したマイクログリッドにおいては、電力の需要と供給のバランスをとる系統安定化装置を設置することが、系統安定化のために必要である。

　マイクログリッド（配電系統）に系統安定化装置を備えた一例を、図３を参照して説明する。図３は、既存の上位の電力系統（上位配電系統）１と配電系統（マイクログリッド）１０とが、線路インピーダンスＬｓと遮断器２を介して接続された例を示す。

　マイクログリッドである配電系統１０には、分散電源１１と負荷１２が接続されている。分散電源１１は、図３では１つの発電機として図示しているが、実際には、自然エネルギーを利用した自然エネルギー型発電設備（太陽光発電設備や風力発電設備など）と、内燃機関により駆動される内燃機関型発電設備（ディーゼル発電設備など）とを含む、分散した複数の発電設備により構成されている。また、負荷１２も、実際には分散した複数の負荷である。

　図３に示すようなマイクログリッド１０では、自然エネルギー型発電設備を持っているため、天候や風速などにより、発電量が大きく変動する。
　そこで、この発電量の変動を吸収する目的で系統安定化装置２０が用いられる。

　また、内燃機関型発電設備では、ガバナ制御により出力電力の調整をしている。しかし、ガバナ制御は応答が遅いため、負荷１２で消費する電力が急に変動した場合には、このような電力の急変動（急な過不足）に対して、内燃機関型発電設備では追従することができない。
　このような電力の急変動に応答性良く追従することにより、内燃機関型発電設備をアシストして、電力の需要と供給のバランスをとるといった目的のためにも、系統安定化装置２０が用いられている。

　系統安定化装置２０は、電力蓄積機能を有する電力変換装置であり、分散電源１１及び負荷１２に対して並列に接続される状態で、配電系統１０に備えられている。

　この系統安定化装置２０は、自立制御部２１と、連系制御部２２と、切替スイッチ２３と、電流制御部２４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調器２５と、逆変換動作と順変換動作ができる電力変換器２６と、電気二重層キャパシタやバッテリなどの直流充電部２７を有している。

　電力変換器２６は、ＰＷＭ変調器２５から送られてくるゲート信号ｇに応じて動作する。この電力変換器２６は、順変換動作をするときには、配電系統１０から得た交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を直流充電部２７に充電し、逆変換動作をするときには、直流充電部２７に充電していた直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を配電系統１０に送る。

　更に、系統安定化装置２０では、電力系統１から配電系統１０に流入してくる系統電流Ｉｓを電流検出器２８により検出し、配電系統１０の電圧である系統電圧Ｖｓを電圧検出器２９により検出し、電力変換器２６から出力される交流出力電流Ｉ_invを電流検出器３０により検出する。

　電力系統１に故障などが発生していない正常時には、遮断器２が接続状態となり、系統安定化装置２０では、配電系統１０が電力系統１に繋がった状態で運転を行なう「系統連系運転」が行なわれる。系統連系運転時には、電力系統１と分散電源１１と系統安定化装置２０により、負荷１２に電力が供給される。

　この系統連系運転時には、切替スイッチ２３の可動接点２３ａは、図３中に点線で示すようにＡ側に投入されており、連系制御部２２の制御により求めたゲート信号ｇが電力変換器２６に送られて、電力変換器２６が作動する。

　かかる系統連系運転時には、系統安定化装置２０は、配電系統１０に流入する系統電流Ｉｓを検出し、この系統電流Ｉｓから系統電力を求めて、この系統電力の変動を抑制するように動作する。つまり、系統安定化装置２０は、配電系統（マイクログリッド）１０と電力系統１との連系点の電力潮流を検出し、この電力潮流の変動を緩やかにするように動作する。

　一方、電力系統１に故障が発生した異常時には、遮断器２が遮断状態となり、系統安定化装置２０では、配電系統１０が電力系統１から切り離された状態で運転を行なう「自立運転」が行なわれる。自立運転時には、分散電源１１と系統安定化装置２０により負荷１２に電力が供給される。

　この自立運転時には、切替スイッチ２３の可動接点２３ａは図３中に実線で示すようにＢ側に投入されており、自立制御部２１の制御により求めたゲート信号ｇが電力変換器２６に送られて、電力変換器２６が作動する。

　かかる自立運転時には、系統安定化装置２０は、配電系統１０内の系統電圧Ｖｓを検出し、この系統電圧Ｖｓの電圧振幅と周波数が安定となるように補償動作を行なう。そして、配電系統（マイクログリッド）１０内の電力の過不足を検出し、電力の入出力制御を行う。即ち、系統安定化装置２０は、マイクログリッド１０内の電力が負荷電力よりも大きいときには、余剰の電力を直流充電部２７に充電し、負荷電力が不足したときには充電していた電力を出力する制御を行う。

　ここで、系統安定化装置２０の自立運転時の動作の詳細を、図４を参照して説明する。
　自立運転時には、分散電源１１から負荷１２へ電力が供給される。このとき、急激に電力負荷が増加した場合には、発電機のトルクが負荷電力に対して不足するため回転数が低下し電圧の周波数が低下する。

　内燃機関型発電設備には、出力電圧周波数を一定に保つためのガバナ制御が適用されている。しかし、ガバナ制御は応答が遅いため、負荷が急激に増加すると数秒程度の周波数低下が発生してしまう。このため負荷変動（負荷急増）によって周波数が大きく変動（周波数低下）し、これに併せてマイクログリッド１０内の他の発電設備も負荷が増加し、他の発電設備においてもガバナ制御が行われる。そうすると複数の発電設備においてガバナ制御が行われ、このような複数のガバナ制御同士で干渉が起こると、系統電圧の振動などが発生し、分散電源１１から負荷１２への電力供給が不安定になる。
　そこで、系統電圧Ｖｓの周波数低下を検出したら、系統安定化装置２０は、有効電力を出力することで、内燃機関型発電設備で行われるガバナ制御をアシストし、周波数低下を最小限に抑制する。

　また負荷が増加した場合、発電設備の発電機内部の電機子反作用Ｌにより系統電圧Ｖｓの電圧低下が発生する。
　そこで、系統電圧Ｖｓの電圧低下を検出したら、系統安定化装置２０は、コンデンサ負荷として動作することにより、つまり無効電力を出力することにより、電機子インダクタンスＬＧでの電圧低下を打ち消し、系統電圧Ｖｓの電圧低下を抑制する。

　系統安定化装置２０は、以上の２種類の動作により、系統電圧Ｖｓの周波数や振幅（電圧値）の変動を抑制し電力品質の改善を行なう。

　更に図４を参照して、系統安定化装置２０の各機能ブロックのうち自立運転時において作用する各機能ブロックの構成と動作を説明する。

　零クロス検出部４０は、電圧検出器２９により検出した系統電圧Ｖｓを取り込み、その正弦波波形の零クロスの間隔を示す零クロス信号Ｚを出力する。周波数変換部４１は、零クロス信号Ｚを基に、系統電圧Ｖｓの周波数を示す周波数信号ωｓを出力する。
　変動検出部４２は、周波数信号ωｓの変動分を求め、この変動分を積分器４３により積分することにより有効電流指令Ｉ_refdが求められる。

　電圧振幅検出部４４は、電圧検出器２９により検出した系統電圧Ｖｓを取り込み、その電圧値を示す電圧振幅信号｜Ｖｓ｜を出力する。
　変動検出部４５は、電圧振幅信号｜Ｖｓ｜の変動分を求め、この変動分を比例演算器４６により所定のゲインを掛けることにより無効電流指令Ｉ_refqが求められる。

　ＰＬＬ（Phase-locked loop）回路５０は、ＰＬＬ演算器５１と、加算器５２と、積分器５３により構成されている。
　このＰＬＬ回路５０は、制御基準位相θを出力するものである。ＰＬＬ演算器５１は、零クロス信号Ｚと制御基準位相θが入力されて周波数差Δωｓを出力する。加算器５２は、周波数差Δωｓと基準角周波数ωｓ^*を加算し、この加算値（Δωｓ＋ωｓ）を積分器５３により積分することにより、制御基準位相θを出力する。
　この制御基準位相θを位相基準として、後述するｄｑ変換器６０及びｄｑ逆変換器６５の変換動作が行なわれる。

　ｄｑ変換器６０は、電流検出器３０により検出した交流出力電流Ｉ_invをｄｑ変換して、交流出力電流の有効分Ｉ_invdと交流出力電流の無効分Ｉ_invqを出力する。
　減算器６１は、有効電流指令Ｉ_refdと交流出力電流の有効分Ｉ_invdとの偏差である電流偏差の有効分Δｄを出力する。電流制御部（ＡＣＲ）６２は、電流偏差の有効分ΔｄをＰＩ（比例・積分）演算して有効電圧指令Ｖｄを出力する。
　減算器６３は、無効電流指令Ｉ_refqと交流出力電流の無効分Ｉ_invqとの偏差である電流偏差の無効分Δｑを出力する。電流制御部（ＡＣＲ）６４は、電流偏差の無効分ΔｑをＰＩ（比例・積分）演算して無効電圧指令Ｖｑを出力する。
　ｄｑ逆変換器６５は、有効電圧指令Ｖｄと無効電圧指令Ｖｑをｄｑ逆変換して、電圧指令Ｖ^*を出力する。

　ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調器２５は、電圧指令Ｖ^*をＰＷＭ変調してゲート信号ｇを作り、このゲート信号ｇに応じて電力変換器２６が動作する。
　この結果、周波数信号ωｓが低下した時には、電力変換器２６から有効電力が出力される電力補償がされ、電圧振幅信号｜Ｖｓ｜が低下したときには、電力変換器２６から無効電力が出力される電力補償がされる。

　図４に示すように、マイクログリッド１０と電力系統１との接続点の系統電圧Ｖｓを検出し、正弦波波形の零クロスの間隔を検出する方式の場合には、周波数を検出する際に１周期の遅延が発生する。その結果、制御ゲインを高く設定することができなくなるため、補償が不足し周波数変動が大きくなってしまうという問題がある。

　このような周波数の検出周期の遅れに起因した補償不足を解消する対策として、電圧波形の零クロスを求めるのではなく、三相交流電圧の瞬時値から電圧のベクトルを求め、さらにＰＬＬ（Phase-locked loop）演算を利用することで周波数検出を高速化する従来技術もある。
　このように周波数検出を高速化する従来技術を用いた系統安定化装置の自立制御部を、図５を参照して説明する。

　図５に示す自立制御部１００では、ｄｑ変換部１０１は三相の系統電圧Ｖｓをｄｑ変換して回転座標系の有効系統電圧Ｖｓｄと無効系統電圧Ｖｓｑを出力する。極座標変換部１０２は、有効系統電圧Ｖｓｄと無効系統電圧Ｖｓｑを極座標変換して、電圧振幅信号｜Ｖｓ｜と、制御基準位相θに対する系統電圧Ｖｓの位相差を示す位相差信号φｓを出力する。

　変動検出部１０３は、微分特性と一次遅れ特性を有するフィルタであり、電圧振幅信号｜Ｖｓ｜の変動分を出力し、この変動分に対して、比例演算器１０４により所定のゲインを掛けることにより無効電流指令Ｉ_refqが求められる。

　ＰＬＬ（Phase-locked loop）回路１０５は、比例積分（ＰＩ）演算器１０６と、加算器１０７と、積分器１０８により構成されている。
　比例積分（ＰＩ）演算器１０６は、回転座標系の位相差信号φｓをＰＩ（比例積分）演算して回転座標系の周波数差Δωｓを出力する。加算器１０７は、回転座標系の周波数偏差Δωｓと固定座標系の基準角周波数ωｓ^*を加算して推定周波数ωｓを出力する。積分器１０８は、推定周波数ωｓを積分して制御基準位相θを出力する。

　変動検出部１０９は、微分特性と一次遅れ特性を有するフィルタであり、推定周波数ωｓの変動分を出力し、この変動分を比例演算器１１０により所定のゲインを掛けることにより有効電流指令Ｉ_refdが求められる。

特開平１０－１４２５１号公報

電気学会論文　Ｂ　１２５巻１号　２００５年　「高力率整流回路によりキャパシタ容量を低減した並列型瞬時電圧低下補償装置」

　ところで図５に示す、従来技術に係る自立制御部１００では、次のような問題があった。
（１）極座標変換部１０２があるため、極座標変換のための演算量が増加してしまい、制御をデジタル化する上で演算負荷が大きいという問題がある。

（２）有効電流指令Ｉ_refdを求める演算経路に着目すると、位相差信号φｓを比例積分演算器１０６で「積分」して周波数差Δωｓを求め、この周波数差Δωｓを変動検出部１０９にて「微分」し、所定のゲインを掛けて有効電流指令Ｉ_refdを求めている。つまり、一旦「積分」演算をしてから、その後に「微分」演算をして元に戻すという演算の無駄があった。
　また制御をデジタル化する上では、「微分」演算を行なうと桁落ちが発生するため、有効桁数を多く取る必要があり、この点においても演算負荷が大きいという問題がある。

　本発明は、上記従来技術に鑑み、自立制御部における演算負荷を削減することができる系統安定化装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決する本発明の構成は、
　分散電源と負荷が接続された配電系統に備えられた系統安定化装置であり、
　しかも、前記配電系統の系統電圧の周波数が変動することに応じて、前記配電系統に供給する有効電力の補償を行なうと共に、前記配電系統の系統電圧の電圧振幅が変動することに応じて、前記配電系統に供給する無効電力の補償を行なう制御モードである、自立運転の制御モードを有する系統安定化装置であって、
　前記系統安定化装置は、
　前記系統電圧の周波数の変動に応じて、この周波数の変動を抑制する有効電流指令を出力すると共に、前記系統電圧の電圧振幅の変動に応じて、この電圧振幅の変動を抑制する無効電流指令を出力する自立制御部と、
　前記有効電流指令及び前記無効電流指令を基に求めたゲート信号に応じて順変換動作と逆変換動作をする電力変換器を有し、
　前記自立制御部は、
　系統電圧をｄｑ変換して有効系統電圧と無効系統電圧を出力するｄｑ変換器と、
　微分特性と一次遅れ特性を有するフィルタで構成しており、前記有効系統電圧の変動分を検出する第１の変動検出部と、
　前記有効系統電圧の変動分にゲインを掛けて無効電流指令を出力する第１の比例演算部と、
　微分特性は持たずに一次遅れ特性のみを有するフィルタで構成しており、前記無効系統電圧の変動分を検出する第２の変動検出部と、
　前記無効系統電圧の変動分にゲインを掛けて有効電流指令を出力する第２の比例演算部と、で構成されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
　分散電源と負荷が接続された配電系統に備えられた系統安定化装置であり、
　しかも、前記配電系統の系統電圧の周波数が変動することに応じて、前記配電系統に供給する有効電力の補償を行なうと共に、前記配電系統の系統電圧の電圧振幅が変動することに応じて、前記配電系統に供給する無効電力の補償を行なう制御モードである、自立運転の制御モードを有する系統安定化装置であって、
　前記系統安定化装置は、
　前記系統電圧の周波数の変動に応じて、この周波数の変動を抑制する有効電流指令を出力すると共に、前記系統電圧の電圧振幅の変動に応じて、この電圧振幅の変動を抑制する無効電流指令を出力する自立制御部と、
　前記有効電流指令及び前記無効電流指令を基に求めたゲート信号に応じて順変換動作と逆変換動作をする電力変換器を有し、
　前記自立制御部は、演算処理プログラムを用いた演算処理により、
　系統電圧をｄｑ変換する演算処理をして、有効系統電圧と無効系統電圧を求め、
　前記有効系統電圧を微分演算及び一次遅れ演算するフィルタ処理演算をして、前記有効系統電圧の変動分を求め、更に、前記有効系統電圧の変動分にゲインを掛ける演算処理をして、無効電流指令を求め、
　前記無効系統電圧を一次遅れ演算するフィルタ処理演算をして、前記無効系統電圧の変動分を求め、更に、前記無効系統電圧の変動分にゲインを掛ける演算処理をして、有効電流指令を求める、ことを特徴とする。

　　本発明によれば、有効電流指令を求めるに当たり、一旦「積分」演算をしてからその後に「微分」演算をして元に戻すという演算の無駄がなくなり、ハードウエア構成を削減することができると共に演算負荷が軽減される。
　同時に、極座標変換による演算を削減することができる。

　更に、制御をデジタル化する場合（具体的には演算処理プログラムを用いたソフトウエア演算処理により制御をする場合）には、「微分」演算を省略できるため桁落ちの発生がなくなる。また、極座標演算をデジタル演算する場合（具体的には演算処理プログラムを用いたソフトウエア演算処理により制御をする場合）は、tan^-1の演算は入力に対する解をテーブルで準備しなければならないが、本実施例では極座標演算が不要であるので、演算負荷が減少しデジタル化を容易に行なうことができる。

本発明の実施例に係る自立制御部を示す回路構成図である。本発明の実施例の自立制御部と、図５に示す従来の自立制御部とが、等価であることを示すブロック図である。系統安定化装置を備えたマイクログリッドを示す回路構成図である。系統安定化装置を備えたマイクログリッドを示す回路構成図である。従来の自立制御部を示す回路構成図である。

　以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。

　図１は、本発明の実施例に係る自立制御部２００を示す。この自立制御部２００は、図４に示す系統安定化装置２０において、自立制御部２１の代わりに使用されるものである。

　図１に示すように、自立制御部２００のｄｑ変換部２０１は、三相の系統電圧Ｖｓをｄｑ変換して回転座標系の有効系統電圧Ｖｓｄと無効系統電圧Ｖｓｑを出力する。変動検出部２０２は、微分特性と一次遅れ特性を有するフィルタであり、有効系統電圧Ｖｓｄの変動分を出力し、この変動分に対して、比例演算器２０３により所定のゲインを掛けることにより無効電流指令Ｉ_refqが求められる。

　なお後述するＰＬＬ回路２０６によるＰＬＬ動作が行なわれている場合には、定常では電圧振幅信号｜Ｖｓ｜は、次式に示すように有効系統電圧Ｖｓｄに略等しい。
　｜Ｖｓ｜＝（Ｖｓｄ²＋Ｖｓｑ²）^1/2≒Ｖｓｄ
　このような関係があることに着目し、図５の例では電圧振幅信号｜Ｖｓ｜の変動分に所定ゲインを掛けて無効電流指令Ｉ_refqを求めていた。しかし、本実施例では有効系統電圧Ｖｓｄの変動分に所定ゲインを掛けて無効電流指令Ｉ_refqを求めるようにしている。

　微分特性は持たずに一次遅れ特性のみを有するフィルタで構成した変動検出部２０４は、無効系統電圧Ｖｓｑをフィルタリングして無効系統電圧Ｖｓｑの変動分を出力し、この変動分に対して、比例演算部２０５により所定のゲインを掛けることにより有効電流指令Ｉ_refdが求められる。

　位相差信号φｓ（図５参照）は次式で表すことができる。
　φｓ＝tan^-1（Ｖｓｑ／Ｖｓｄ）
　後述するＰＬＬ回路２０６によるＰＬＬ動作が行なわれている場合には、定常ではＶｓｑ≒０と考えることができるため、位相差信号φｓを次式で表すことができる。
　φｓ≒Ｖｓｑ／Ｖｓｄ
　更に電圧振幅は大きく変動することはないとした場合（定格の±１０％以内程度）、有効系統電圧Ｖｓｄと定格電圧振幅Ｖ１^*はほぼ等しいと近似することができるため、
　φｓ≒Ｖｓｑ／Ｖ１^*
　という関係が得られる。

　上述したφｓ≒Ｖｓｑ／Ｖ１^*という関係に着目して、図５の例では位相差信号φｓを、比例積分演算器１０６にて「積分」してから、変動検出部１０９にて「微分」と一次遅れ処理をし、比例演算部１１０にて所定ゲインを掛けて有効電流指令Ｉ_refdを求めていた。
　しかし、本実施例では、「積分」してから「微分」をするという不合理を無くし、有効系統電圧Ｖｓｄの変動分を変動検出部２０４にて検出し、この変動分に対して、比例演算部２０５にて所定ゲインを掛けて有効電流指令Ｉ_refdを求めるようにしている。

　ＰＬＬ（Phase-locked loop）回路２０６は、割算器２０７と、比例積分（ＰＩ）演算器２０８と、加算器２０９と、積分器２１０により構成されている。
　割算器２０７は、無効系統電圧Ｖｓｑを定格電圧振幅Ｖ１^*で除算して位相差信号φｓを求める。比例積分（ＰＩ）演算器２０８は、回転座標系の位相差信号φｓをＰＩ（比例積分）演算して回転座標系の周波数差Δωｓを出力する。加算器２０９は、回転座標系の周波数偏差Δωｓと固定座標系の基準角周波数ωｓ^*を加算して推定周波数ωｓを出力する。積分器２１０は、推定周波数ωｓを積分して制御基準位相θを出力する。
　なお、基準角周波数ωｓ^*は予め設定されている。

　なお図１に示す実施例の自立制御部２００では、ｄｑ変換部２０１、変動検出部２０２、比例演算器２０３、変動検出部２０４、比例演算部２０５を、ハードウエアにより構成していることを前提に説明をした。
　しかし、本発明は、自立制御部２００を、ハードウエアにより構成することに限定するものではない。本発明は、これらｄｑ変換部２０１、変動検出部２０２、比例演算器２０３、変動検出部２０４、比例演算部２０５で行う各演算処理を、コンピュータに予め設定した演算処理プログラム（ソフトウエア）により演算することにより、実現することもできる。

　つまり、ソフトウエアを利用した実施例では、自立制御部２００としては、ハードウエアであるコンピュータに、自立制御部として必要な演算処理をする演算処理プログラム（ソフトウエア）を組み込んだ（設定した）ものとして構成することができる。

　このようなソフトウエアを利用した実施例に係る自立制御部２００では、次のような演算処理を、演算処理プログラムにより演算処理する。
（１）系統電圧Ｖｓをｄｑ変換する演算処理をして、有効系統電圧Ｖｓｄと無効系統電圧Ｖｓｑを求める。
（２）求めた有効系統電圧Ｖｓｄを、微分演算及び一次遅れ演算するフィルタ処理演算をして、有効系統電圧の変動分を求める。
　更に、求めた有効系統電圧の変動分にゲインを掛ける演算処理をして、無効電流指令Ｉ_refqを求める。
（３）求めた無効系統電圧Ｖｓｑを一次遅れ演算するフィルタ処理演算をして、無効系統電圧の変動分を求める。
　更に、求めた無効系統電圧の変動分にゲインを掛ける演算処理をして、有効電流指令Ｉ_refdを求める。

　このようにして、演算処理プログラムを用いた演算処理により求めた、無効電流指令Ｉ_refq及び有効電流指令Ｉ_refdを、出力する。

　本実施例に係る自立制御部２００では、有効電流指令Ｉ_refdを求めるに当たり、一旦「積分」演算をしてからその後に「微分」演算をして元に戻すという演算の無駄がなくなり演算負荷が軽減される。同時に、極座標変換による演算を削減することができる。
　また、微分演算を無くすことにより、ノイズ耐性を向上させることができ、ゲインを増加させることができる。
　更に、制御をデジタル化する場合（具体的には演算処理プログラムを用いたソフトウエア演算処理により制御をする場合）には、「微分」演算を省略できるため桁落ちの発生がなくなる。また、極座標演算をデジタル演算する場合（具体的には演算処理プログラムを用いたソフトウエア演算処理により制御をする場合）は、tan^-1の演算は入力に対する解をテーブルで準備しなければならないが、本実施例では極座標演算が不要であるので、演算負荷が減少しデジタル化を容易に行なうことができる。
　また、演算に必要なハードウエアの削減もできる。

　次に図１に示す回路が、図５に示す回路と等価であることの説明を、図２（ａ）～図２（ｄ）を参照して説明する。
　なお、図２において、図１及び図５に対応する部材には、図１及び図５と同じ符号を付している。

　図２（ａ）は、図５に示す自立制御部１００のうち、有効電流指令Ｉ_refdを求める系統のみを示している。また演算器１０６を積分アンプで代用して示している。

　まず図２（ａ）を図２（ｂ）に示すように変形する。この変形は、定格電圧振幅Ｖ１^*のブロックと、（１／Ｖ１^*）のブロックを追加し、有効電流指令Ｉ_refdの分岐を演算器１０６の前に移動したものである。
　更に、等価になるように、積分アンプ１０６ａの出力と、基準角周波数ωｓ^*とを加算する加算点を追加している。ここで、定数は微分すると零になるため、Ｉ_refdを演算する側の加算点、つまり基準角周波数ωｓ^*を加算するための加算点（追加した加算点）は省略することができる。

　積分アンプ１０６ａの積分と、変動検出部１０９の微分は相殺するので、図２（ｂ）は図２（ｃ）のように変形することができる。

　あとは、ゲインをまとめて
　Ｋｆｓ′＝Ｋｆｓ・Ｋｉ／Ｖ１^*
　Ｋｉ′＝Ｋｉ／Ｖ１^*
　とすることで、図２（ｄ）が得られる。

　ここで近似を行なう。制御基準位相θに対する位相差信号φｓは次の式で与えられる。
　φｓ＝tan^-1（Ｖｓｑ／Ｖｓｄ）
　ＰＬＬが動作状態であれば、定常ではＶｓｑ≒０と考えることができるため、位相差信号φｓを次式で表すことができる。
　φｓ≒Ｖｓｑ／Ｖｓｄ

　また、ＰＬＬが動作状態であれば、定常では電圧振幅信号｜Ｖｓ｜も近似により次式で表すことができる。
　｜Ｖｓ｜＝（Ｖｓｄ²＋Ｖｓｑ²）^1/2≒Ｖｓｄ

　更に電圧振幅は大きく変動することはないとした場合（定格の±１０％以内程度）、有効系統電圧Ｖｓｄと定格電圧振幅Ｖ１^*はほぼ等しいと近似することができるため、位相差信号φｓは
　φｓ≒Ｖｓｑ／Ｖ１^*
　と近似することができる。この式より、図２（ｄ）のθｓの検出と定格電圧振幅Ｖ１^*を、制御基準位相θを用いた系統電圧Ｖｓのｄｑ変換に置き換えられ、図２（ｄ）は図１に近似することができ、ほぼ等価となる。

　１　電力系統、２　遮断器、１０　配電系統、１１　分散電源、１２　負荷、２０　系統安定化装置、２１　自立制御部、２２　連系制御部、２３　切替スイッチ、２４　電流制御部、２５　ＰＷＭ変調器、２６　電力変換器、２７　直流充電部、２８　電流検出器、２９　電圧検出器、３０　電流検出器、４０　零クロス検出部、４１　周波数変換部、４２　変動検出部、４３　積分器、４４　電圧振幅検出部、４５　変動検出部、４６　比例演算部、５０　ＰＬＬ回路、６０　ｄｑ変換器、６１，６３　減算器、６２，６４　電流制御部、６５　ｄｑ逆変換器、２００　自立制御部、２０１　ｄｑ変換部、２０２　変動検出部、２０３　比例演算部、２０４　変動検出部、２０５　比例演算部、２０６　ＰＬＬ回路、２０７　割算器、２０８　比例積分演算器、２０９　加算器、２１０　積分器、Ｖｓ　系統電圧、Ｖｓｄ　有効系統電圧、Ｖｓｑ　無効系統電圧、φｓ　位相差信号、Δωｓ　周波数差、ωｓ^*　基準角周波数、θ　制御基準位相、Ｉ_refd　有効電流指令、Ｉ_refq　無効電流指令、ｇ　ゲート信号、

Claims

　分散電源と負荷が接続された配電系統に備えられた系統安定化装置であり、
　しかも、前記配電系統の系統電圧の周波数が変動することに応じて、前記配電系統に供給する有効電力の補償を行なうと共に、前記配電系統の系統電圧の電圧振幅が変動することに応じて、前記配電系統に供給する無効電力の補償を行なう制御モードである、自立運転の制御モードを有する系統安定化装置であって、
　前記系統安定化装置は、
　前記系統電圧の周波数の変動に応じて、この周波数の変動を抑制する有効電流指令を出力すると共に、前記系統電圧の電圧振幅の変動に応じて、この電圧振幅の変動を抑制する無効電流指令を出力する自立制御部と、
　前記有効電流指令及び前記無効電流指令を基に求めたゲート信号に応じて順変換動作と逆変換動作をする電力変換器を有し、
　前記自立制御部は、
　系統電圧をｄｑ変換して有効系統電圧と無効系統電圧を出力するｄｑ変換器と、
　微分特性と一次遅れ特性を有するフィルタで構成しており、前記有効系統電圧の変動分を検出する第１の変動検出部と、
　前記有効系統電圧の変動分にゲインを掛けて無効電流指令を出力する第１の比例演算部と、
　微分特性は持たずに一次遅れ特性のみを有するフィルタで構成しており、前記無効系統電圧の変動分を検出する第２の変動検出部と、
　前記無効系統電圧の変動分にゲインを掛けて有効電流指令を出力する第２の比例演算部と、
　で構成されていることを特徴とする系統安定化装置。
　分散電源と負荷が接続された配電系統に備えられた系統安定化装置であり、
　しかも、前記配電系統の系統電圧の周波数が変動することに応じて、前記配電系統に供給する有効電力の補償を行なうと共に、前記配電系統の系統電圧の電圧振幅が変動することに応じて、前記配電系統に供給する無効電力の補償を行なう制御モードである、自立運転の制御モードを有する系統安定化装置であって、
　前記系統安定化装置は、
　前記系統電圧の周波数の変動に応じて、この周波数の変動を抑制する有効電流指令を出力すると共に、前記系統電圧の電圧振幅の変動に応じて、この電圧振幅の変動を抑制する無効電流指令を出力する自立制御部と、
　前記有効電流指令及び前記無効電流指令を基に求めたゲート信号に応じて順変換動作と逆変換動作をする電力変換器を有し、
　前記自立制御部は、演算処理プログラムを用いた演算処理により、
　系統電圧をｄｑ変換する演算処理をして、有効系統電圧と無効系統電圧を求め、
　前記有効系統電圧を微分演算及び一次遅れ演算するフィルタ処理演算をして、前記有効系統電圧の変動分を求め、更に、前記有効系統電圧の変動分にゲインを掛ける演算処理をして、無効電流指令を求め、
　前記無効系統電圧を一次遅れ演算するフィルタ処理演算をして、前記無効系統電圧の変動分を求め、更に、前記無効系統電圧の変動分にゲインを掛ける演算処理をして、有効電流指令を求める、
　ことを特徴とする系統安定化装置。