WO2020144841A1 - 電力変換システムおよび電力変換装置 - Google Patents

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美和子 田中
浩毅 石原
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三菱電機株式会社
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    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion system and a power conversion device.
  • the amount of power generation fluctuates momentarily according to natural conditions such as weather. Therefore, it is important to suppress voltage fluctuations in the power system.
  • the voltage control device of Patent Document 1 suppresses short-cycle fluctuations of the voltage of the power system by reactive power compensation by a static var compensator, and long-cycle fluctuations of the voltage of the power system of a step-type automatic voltage regulator. Suppress by switching taps.
  • the voltage control device of Patent Document 1 suppresses short cycle fluctuations by reactive power compensation by the reactive power compensator, but the static var compensator has a problem of high cost.
  • an object of the present invention is to provide a power conversion system and a power conversion device that can stabilize voltage fluctuations in a distribution system connected to a distributed power supply system without using a static var compensator. Is.
  • the present invention is a power conversion system including an automatic voltage regulator installed in a power distribution system and at least one distributed power supply system, and the distributed power supply system includes a distributed power supply and a power conversion device.
  • the power conversion device includes a power conversion circuit that converts DC power output from the distributed power supply into AC power and outputs the AC power, and a voltage detection unit that detects a voltage at a connection point between the power conversion circuit and the power distribution system.
  • the voltage target value is corrected, and when the voltage at the interconnection point deviates from the voltage control dead zone based on the voltage target value, the deviation is made.
  • the reactive power corresponding to the magnitude of the voltage is output.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a power conversion system 100 according to a first embodiment. It is a figure which shows the example of the daily power generation amount of solar power generation.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a power conversion device 50 according to the first embodiment. 3 is a block diagram of a control circuit 540 according to the first embodiment.
  • FIG. It is a figure showing the structure of the excess voltage output part 5430.
  • 6 is a flowchart showing a procedure for generating a reactive power command value Qr of control circuit 540 of the first embodiment.
  • (A) is a figure showing the time change of the voltage of an electric system, when not correcting voltage target value Vref at the time of operation of SVR20.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a power conversion device 50 according to the first embodiment. 3 is a block diagram of a control circuit 540 according to the first embodiment.
  • FIG. It is a figure showing the structure of the excess voltage output part 5430.
  • 6 is a flowchart showing
  • FIG. 7B is a diagram showing a temporal change in the voltage of the power distribution system when the voltage target value Vref is corrected during the operation of the SVR 20.
  • 5 is a schematic diagram of a power conversion system 100 according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a power conversion device 50 according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of a control circuit 540 according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for generating a reactive power command value Qr of control circuit 540 of the second embodiment.
  • (A) is a figure showing an example of the simulation result of the voltage of a power distribution system at the time of operation of SVR20, when not correcting the voltage target value Vref.
  • 6B is a diagram illustrating an example of a simulation result of reactive power output when the voltage target value Vref is not corrected during the operation of the SVR 20.
  • C is a figure showing an example of the simulation result of the voltage of a power distribution system at the time of operation of SVR20, when voltage target value Vref is amended.
  • D is a figure showing an example of the simulation result of the reactive power output when the voltage target value Vref is corrected at the time of operation of SVR20. It is a figure which shows the structure of the electric power controller at the time of implementing the function of the power converter device 50 using software.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a power conversion system 100 according to the first embodiment.
  • a power conversion system 100 includes a substation 10, a step automatic voltage regulator (SVR) 20, a column transformer 40, and at least one distributed power system 90.
  • the step type automatic voltage regulator 20 and the columnar transformer 40 are installed in the power distribution system LA.
  • the electric power sent from the substation 10 is supplied to the load 80 via the step type automatic voltage regulator 20 and the columnar transformer 40.
  • the step automatic voltage regulator (SVR) 20 performs tap switching when the AC effective voltage of the power distribution system LA deviates from the upper limit voltage or the lower limit voltage of the operating voltage of the SVR 20 for a predetermined time, and 1 By changing the transformation ratio between the secondary side and the secondary side, the voltage of the distribution system LA is automatically adjusted to an appropriate value.
  • the width of the voltage that fluctuates on the secondary side by one tap switching by the SVR 20 is referred to as an SVR voltage step width ⁇ Vsvr.
  • the predetermined time may be, for example, about 45 seconds.
  • the distributed power supply system 90 includes a distributed power supply.
  • the distributed power source is a customer distributed power source in which a solar power generation device and a storage battery are installed, a power generation device using natural energy such as a large number of solar power generations, or a mega solar including a plurality of storage batteries.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the daily power generation amount of solar power generation.
  • the amount of power generated by the solar power generator 60 changes from moment to moment due to fluctuations in solar radiation, so that voltage fluctuations occur in a short cycle in a power distribution system in which large-capacity distributed power sources are interconnected.
  • the number of times the SVR 20 operates increases. Since the SVR 20 performs mechanical tap switching, the life of the device shortens as the number of operations increases. It is not desirable that the number of times the SVR 20 operates increases due to the power fluctuation of the distributed power source.
  • the distributed power supply system 90 includes at least a solar power generator 60 which is a distributed power supply, a power conversion device 50-a for solar power generation, a load 80, a voltage detector 101-a for solar power generation, and a solar power generation. Current detector 102-a.
  • the distributed power supply system 90 further includes a storage battery 70 that is a distributed power supply, a power conversion device 50-b for the storage battery, a voltage detector 101-b for the storage battery, and a current detector 102-b for the storage battery. May be.
  • the power conversion device 50-a for solar power generation and the power conversion device 50-b for storage batteries are collectively referred to as the power conversion device 50.
  • the voltage detector 101-a for photovoltaic power generation and the voltage detector 101-b for a storage battery are collectively referred to as the voltage detector 101.
  • the current detector 102-a for photovoltaic power generation and the current detector 102-b for storage battery are collectively referred to as the current detector 102.
  • the solar power generator 60 and the storage battery 70 are collectively referred to as a distributed power source.
  • the voltage detector 101 measures the AC voltage Vac at the connection point between the power conversion device 50 and the power distribution system LA.
  • the current detector 102 measures an alternating current Iac at a connection point between the power conversion device 50 and the power distribution system LA.
  • the number of distributed power supply systems 90 connected to the distribution system LA is two in FIG. 1, but at least one may be connected.
  • the central management device 30 manages the state of the distribution system LA.
  • the central management device 30 monitors the power flow of the power system.
  • the central management device 30 has a function of bidirectionally performing data communication with the power conversion device 50 of the distributed power system 90.
  • the central management device 30 periodically sends and receives the information of the SVR 20, the voltage control dead zone Vdead of the power conversion device 50, the voltage at the interconnection point of the power conversion device 50, and the current at the interconnection point.
  • the central management device 30 determines the voltage control dead zone Vdead based on the impedance ZL of the power distribution system LA and the voltage distribution in a range smaller than the voltage control dead zone Vdead (SVR) of the SVR. That is, Vdead(SVR)>Vdead.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the power conversion device 50 according to the first embodiment.
  • power conversion device 50 includes a voltage detection unit 510, a voltage target value generation unit 520, a current detection unit 530, a control circuit 540, and a power conversion circuit 550.
  • the voltage detection unit 510 receives the AC voltage Vac measured by the voltage detector 101, and detects the detected voltage effective value Ve from the received AC voltage value Vac.
  • the voltage target value generation unit 520 calculates the average value of the detected voltage effective value Ve output from the voltage detection unit 510 for a certain period of time (for example, several minutes or more), thereby removing the high frequency component of the voltage at the interconnection point.
  • the target value Vref is generated.
  • the voltage target value generation unit 520 may generate the voltage target value Vref from which the high frequency component of the voltage at the interconnection point has been removed by removing the high band component of the detected voltage effective value Ve with a low pass filter. ..
  • the current detection unit 530 receives the alternating current Iac measured by the current detector 102, and detects the detected current effective value Ie from the received alternating current Iac.
  • the control circuit 540 controls the detected voltage effective value Ve, the voltage target value Vref, the detected current effective value Ie, the voltage control dead zone Vdead transmitted from the central management device 30, the active power command value Pr, and the SVR first settling condition St1. , SVR second settling condition St2 is received.
  • the first SVR settling condition St1 is the SVR voltage step width ⁇ Vsvr.
  • the second SVR settling condition is the tap switching time ⁇ Ttap.
  • the control circuit 540 calculates the control amount of the voltage and the current at the interconnection point of the power conversion circuit 550 based on the received information, and generates the pulse width modulation signal PWM according to the calculated control amount.
  • the pulse width modulation signal PWM is sent to the power conversion circuit 550.
  • the power conversion circuit 550 converts the DC power output from the distributed power supply into AC power and outputs the AC power to the power distribution system LA.
  • the power conversion circuit 550 is composed of an inverter.
  • the power conversion circuit 550 includes a self-extinguishing semiconductor switching element, a diode element, and a smoothing capacitor.
  • the power conversion circuit 550 converts DC power into AC power by changing the ON/OFF DUTY ratio of the gate signal of the self-extinguishing semiconductor device.
  • the circuit configuration of the power conversion circuit 550 is not limited.
  • FIG. 4 is a block diagram of the control circuit 540 of the first embodiment.
  • control circuit 540 includes a correction unit 310 and a command unit 320.
  • the correction unit 310 When the correction unit 310 detects that the SVR 20 has operated, the correction unit 310 corrects the voltage target value Vref so as to correspond to the detected operation.
  • the correction unit 310 includes an SVR operation detection unit 5410, a voltage target value correction amount calculation unit 5420, and an adder 5491.
  • the SVR operation detection unit 5410 transmits the SVR first settling condition St1 ( ⁇ Vsvr), the SVR second settling condition St2 ( ⁇ Ttap), and the detected current effective value at the interconnection point of the power conversion device 50. Whether or not the SVR has operated is detected based on Ie and the detected voltage effective value Ve. Specifically, the state in which the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve at the interconnection point detected by the voltage detection unit 510 exceeds the reference value K1 continues for a specified period and is output from the power conversion circuit 550. When the absolute value of the change amount ⁇ P of the active power is less than the reference value K2, it is detected that the SVR 20 has operated.
  • the reference value K1 is determined by the SVR first settling condition St1 ( ⁇ Vsvr) and the SVR second settling condition St2 ( ⁇ Ttap).
  • the reference value K2 is determined based on the SVR voltage step width ( ⁇ Vsvr [%]) and the distribution system voltage low voltage conversion impedance ZL from the power conversion circuit 550 to the SVR20.
  • the voltage target value correction amount calculation unit 5420 and the adder 5491 detect that the SVR 20 has operated, when the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve at the interconnection point is positive, the voltage target value Vref is SVR.
  • the target value Vref is corrected.
  • the voltage target value correction amount calculation unit 5420 calculates the voltage target value correction amount ⁇ Vref based on the SVR first settling condition St1 when the SVR operation detection unit 5410 detects the SVR operation.
  • the voltage target value correction amount calculation unit 5420 sets the voltage target value correction amount ⁇ Vref to 0 when the SVR operation is not detected.
  • the adder 5491 adds the voltage target value Vref and the voltage target value correction amount ⁇ Vref, and outputs a new voltage target value RVref.
  • the command unit 320 determines the magnitude of the deviated voltage.
  • the power conversion circuit 550 is commanded to output the reactive power corresponding thereto.
  • the command unit 320 includes a subtractor 5492, an excess voltage output unit 5430, a voltage control unit 5440, a reactive power control unit 5450, an active power control unit 5460, an adder 5493, and a current control unit 5470.
  • the excess voltage output unit 5430 outputs
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of excess voltage output unit 5430.
  • the overvoltage output unit 5430 includes a limiter 5431 and a subtractor 5432.
  • the limiter 5431 outputs Vdead when the absolute value of the deviation ⁇ Ve exceeds the voltage control dead zone Vdead.
  • the limiter 5431 outputs the absolute value
  • the subtractor 5432 subtracts Vdead or
  • the voltage control unit 5440 proportionally controls the voltage output from the excess voltage output unit 5430 to output the control amount obtained by amplifying the output of the excess voltage output unit 5430 as the reactive power command value Qr.
  • the output of the excess voltage output unit 5430 is
  • the voltage control unit 5440 has amplified
  • the voltage control unit 5440 starts voltage control when the absolute value of the deviation ⁇ Ve exceeds the voltage control dead zone Vdead.
  • the reactive power control unit 5450 outputs the reactive current command value Iqr so that the reactive power follows the reactive power command value Qr.
  • the active power control unit 5460 outputs the active current command value Ipr so that the power obtained by calculating the detected current effective value Ie and the detected voltage effective value Ve follows the active power command value Pr.
  • the active power command value Pr is, for example, a command value of the amount of electric power when the distributed power supply system is regarded as a virtual power plant and power is supplied to the grid from a solar power generator, a storage battery, or both power supplies.
  • the adder 5493 adds the active current command value Ipr output from the active power control unit 5460 and the reactive current command value Iqr output from the reactive power control unit 5450 to generate a current command value Ir.
  • the current control unit 5470 outputs the pulse width modulation signal PWM so that the alternating current Iac follows the current command value Ir, and drives the gate of the power conversion circuit 550.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for generating reactive power command value Qr of control circuit 540 of the first embodiment.
  • step S1 the control circuit 540 acquires the SVR first settling condition St1 and the SVR second settling condition St2 from the central management device 30 and stores them in the memory.
  • the SVR first settling condition St1 is the SVR voltage step width ( ⁇ Vsvr [%]).
  • the SVR second settling condition St2 is the tap switching time ( ⁇ Ttap).
  • the central management device 30 acquires information on the SVR settling condition and line impedance of the distribution system to be managed from the electric power company and holds the information.
  • step S2 If the voltage control dead zone Vdead is updated in step S2, the process proceeds to step S3. If the voltage control dead zone Vdead has not been updated, the process returns to step S2.
  • the central management device 30 regularly distributes the voltage control dead zone Vdead of each power conversion device to the power conversion device 50.
  • step S3 the control circuit 540 acquires the voltage control dead zone Vdead. Thereby, the reactive power output of each distributed power supply system can be made more uniform.
  • step S4 the control circuit 540 acquires the detected voltage effective value Ve(n), the detected current effective value Ie(n), and the voltage target value Vref at the time T(n) of the interconnection point of the power conversion device 50. , Store the obtained value in memory.
  • step S5 the SVR operation detection unit 5410 uses the detected voltage effective value Ve(n) at time T(n) and the detected voltage effective value Ve at time T(n ⁇ 1) acquired last time, as shown in the following equation.
  • ⁇ t is one cycle time.
  • One cycle is a value obtained by dividing the tap switching time ⁇ Ttap by the cycle of the system frequency. For example, when the system frequency is 50 Hz and the SVR tap switching time ⁇ Ttap is 0.1 seconds, a value obtained by dividing 0.1 seconds by the system frequency cycle of 0.02 seconds is one cycle.
  • step S6 the SVR operation detection unit 5410, based on the SVR voltage step width ( ⁇ Vsvr[%]) and the SVR tap switching time ( ⁇ Ttap), as shown in the following expression, the voltage for the low voltage 200V of the power distribution system. A reference value K1 of 90% of the deviation is obtained.
  • the SVR operation detection unit 5410 compares the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve with the magnitude of the reference value K1. When the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve is larger than the reference value K1, the process proceeds to step S7. When the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve is less than or equal to the reference value K1, the process proceeds to step S11.
  • step S7 it is determined whether the state in which the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve is larger than the reference value K1 continues for 5 cycles. If it is determined that it has not continued, the process proceeds to step S11. If it is determined that it is continuing, the process proceeds to step S8.
  • step S8 the SVR operation detection unit 5410 calculates the difference ⁇ P in detected power between time T(n) and time T(n-5) according to the following formula.
  • time T(n-5) is the time five cycles before.
  • step S9 the SVR operation detection unit 5410 obtains a reference value K2 indicating the amount of power required for the voltage at the interconnection point of the distributed power system 90 to change by the voltage step width during the SVR operation.
  • the control circuit 540 is based on the SVR voltage step width ( ⁇ Vsvr [%]) for the low voltage 200V of the distribution system, the low voltage of the distribution system (200V), and the distribution system voltage low voltage conversion impedance ZL from the distributed power system 90 to the SVR 20.
  • the reference value K2 is calculated according to the following formula.
  • step S9 If the absolute value of the detected power difference ⁇ P is less than the reference value K2 (S9: YES), the process proceeds to step S10, and if the absolute value of the detected power difference ⁇ P is equal to or greater than the reference value K2 (S9: NO). Processing proceeds to step S11. If NO in step S9, the difference ⁇ P is regarded as a step change in the voltage due to the power change in the distribution system. In the case of YES in step S9, the difference ⁇ P is regarded as a step change in voltage due to tap switching by the SVR 20.
  • step S10 the voltage target value correction amount calculation unit 5420 calculates the voltage target correction amount ⁇ Vref according to the following equation (5) when the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve is positive.
  • the control circuit 540 calculates the voltage target correction amount ⁇ Vref according to the following equation (6).
  • step S11 the voltage target value correction amount calculation unit 5420 sets the voltage target correction amount ⁇ Vref to 0.
  • step S12 the adder 5491 calculates the new voltage target value RVref by adding the voltage target value Vref and the voltage target correction amount ⁇ Vref using the voltage target correction amount ⁇ Vref obtained in step S10 and step S11. To do.
  • step S13 the subtractor 5492 calculates the difference ⁇ Ve(n) between the voltage target value RVref and the detected voltage effective value Ve(n).
  • step S14 the excess voltage output unit 5430 outputs
  • the output of the excess voltage output unit 5430 is
  • the voltage control unit 5440 has amplified
  • the reactive power command value Qr To the reactive power control unit 5450 as the reactive power command value Qr.
  • FIG. 7A is a diagram showing a time change of the voltage of the distribution system in the case where the voltage target value Vref is not corrected during the operation of the SVR 20.
  • the power conversion device 50 outputs reactive power when the voltage of the power distribution system deviates from the voltage control dead zone, that is, when the voltage of the power distribution system exceeds Vref+Vdead or falls below Vref-Vdead, thereby outputting the reactive power. Control the voltage of.
  • the SVR 20 performs tap switching in the direction of decreasing the voltage of the distribution system. This reduces the voltage in the distribution system by approximately 1% to 2%. Due to the operation of the SVR 20, the voltage of the power distribution system becomes smaller than (Vref-Vdead). As a result, a large amount of reactive power is output.
  • FIG. 7B is a diagram showing a temporal change in the voltage of the distribution system when the target voltage value Vref is corrected during the operation of the SVR 20.
  • the voltage of the power distribution system After detecting the operation of the SVR 20, the voltage of the power distribution system changes along the voltage target value RVref by correcting the voltage target value Vref to RVref. Transition between. As a result, reactive power is not output.
  • the SVR operation is detected based on the rate of change in the voltage at the interconnection point of the power converter 50 and the amount of power fluctuation. Since there is no power fluctuation when the SVR operates, it is also possible to determine that the SVR has operated when the rate of change of the effective current value at the interconnection point exceeds the reference value and there is no power fluctuation. However, the target voltage value corrects the polarity of the change in the effective current value at the interconnection point to the opposite polarity.
  • the central control device 30 when the central control device 30 observes the voltage at the SVR observation point and the time when the voltage at the observation point exceeds the voltage control dead zone of the SVR exceeds the settling time of the SVR, the central control device 30 operates the SVR. It is also possible to detect and transmit “current voltage control dead zone+SVR voltage step width” to the power conversion device 50 as the voltage control dead zone. This can prevent unnecessary reactive power output during SVR operation. In this case, the voltage control dead zone temporarily increases when the SVR operation is detected, so the voltage control is turned off. However, the difference between the voltage target value and the measured value of the voltage at the interconnection point is smaller than that before the SVR operation. When the power becomes smaller, the power conversion device 50 autonomously returns to the voltage control dead zone before the SVR operation. As a result, the original voltage control is restored, and the voltage of the power distribution system can be stabilized.
  • the central management device and the power conversion device of the distributed power supply system cooperate with each other so that the power distribution system The voltage can be stabilized.
  • the SVR operates, unnecessary reactive power is not output, and it is possible to prevent fluctuations in the voltage of the distribution system.
  • the voltage control dead zone Vdead of the power conversion device By setting the voltage control dead zone Vdead of the power conversion device to be smaller than the voltage control dead zone Vdead (SVR) of the SVR, when the voltage of the distribution system fluctuates, the voltage at the interconnection point of the distributed power source becomes faster than the SVR measurement point. Deviates from the voltage control dead zone. As a result, the power conversion device 50 of the distributed power supply system can immediately output reactive power, suppress short-term voltage fluctuations, and reduce the number of SVR operations.
  • SVR voltage control dead zone Vdead
  • Embodiment 2 a method for stabilizing the voltage of the distribution system of the power conversion system in which the distributed power supply system is connected to the high voltage system will be described.
  • the power conversion system according to the second embodiment does not include the central management device 30 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the power conversion system 100 according to the second embodiment. Referring to FIG. 8, in power conversion system 100, step type automatic voltage regulator SVR 20, load 80, and power conversion device 50 are connected to high-voltage power distribution system LA 2 via substation 10.
  • one storage battery 70 and one solar power generator 60 are shown, but a plurality of storage batteries 70 and one solar power generator 60 may be arranged in a dispersed manner.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of the power conversion device 50 according to the second embodiment.
  • the power conversion device 50 cannot receive the dead zone Vdead.
  • the power conversion device 50 holds the line impedance ZH of the power distribution system LA2 presented by the power company in the memory 560.
  • the power conversion device 50 holds the SVR first settling condition St1 in the memory 560.
  • ⁇ Vsvr is a value not less than ⁇ VsvrMin and not more than ⁇ VsvrMax.
  • the power conversion device 50 holds the SVR second settling condition St2( ⁇ Ttap) in the memory 560.
  • control circuit 540 is the same as the block configuration shown in FIG. 4 and has been described in the first embodiment, and therefore description thereof will not be repeated.
  • FIG. 10 is a block diagram of the control circuit 540 according to the second embodiment.
  • control circuit 540 includes a correction unit 310 and a command unit 320.
  • the correction unit 310 corrects the voltage target value Vref so as to correspond to the detected operation when detecting that the SVR 20 operates, as in the first embodiment.
  • the correction unit 310 includes an SVR operation detection unit 5410 and a voltage target value determination unit 5480.
  • the SVR operation detection unit 5410 detects the SVR first settling condition St1 ( ⁇ VsvrMin, ⁇ VsvrMax, ⁇ Vsvr) and the SVR second settling condition St2 ( ⁇ Ttap) stored in the memory 560, and the detection current at the interconnection point of the power conversion device 50. Whether or not the SVR has operated is detected based on the effective value Ie and the detected voltage effective value Ve.
  • a state in which the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve at the interconnection point detected by the voltage detection unit 510 exceeds the reference value K3 and is less than the reference value K4 continues for a specified period,
  • the reference value K3 is determined based on the lower limit value ( ⁇ VsvrMin[%]) of the SVR voltage step width and the SVR tap switching time ( ⁇ Ttap).
  • the reference value K4 is determined based on the upper limit value ( ⁇ VsvrMax[%]) of the SVR voltage step width and the SVR tap switching time ( ⁇ Ttap).
  • the reference value K5 is determined based on the SVR voltage step width ( ⁇ Vsvr [%]) and the distribution system voltage high voltage conversion impedance ZH from the power conversion circuit 550 to the SVR20.
  • the voltage target value determination unit 5480 is based on the voltage target value Vref output from the voltage target value generation unit 520, the provisional value ⁇ Vsvr of the SVR voltage step width in the memory 560, and the output result of the SVR operation detection unit 5410. , And outputs a new target voltage value RVref.
  • the voltage target value determination unit 5480 calculates the voltage target value lower limit VrefMin and the voltage target value upper limit VrefMax based on the voltage target value Vref and the provisional value ⁇ Vsvr of the SVR voltage step width.
  • the voltage target value determination unit 5480 sets the voltage target value RVref to the voltage target value lower limit VrefMin when the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve at the interconnection point is negative when detecting that the SVR 20 has operated. Then, when the change rate Vrate is positive, the voltage target value RVref is set to the voltage target value upper limit VrefMax.
  • command unit 320 deviates when the detected voltage effective value Ve at the interconnection point detected by voltage detection unit 510 deviates from voltage control dead zone Vdead based on voltage target value Vref.
  • the power conversion circuit 550 is instructed to output the reactive power according to the magnitude of the voltage.
  • the command unit 320 includes a subtractor 5492, an excess voltage output unit 5430, a voltage control unit 5440, a reactive power control unit 5450, an active power control unit 5460, an adder 5493, a current control unit 5470, and a dead zone determination unit 5490.
  • the excess voltage output unit 5430, the voltage control unit 5440, the reactive power control unit 5450, the active power control unit 5460, the current control unit 5470, the subtractor 5492, and the adder 5493 are the same as those in the first embodiment, and therefore the description thereof will be repeated. Absent.
  • the dead zone determination unit 5490 prevents the voltage at the interconnection point from exceeding the upper limit value of the electricity distribution system LA2 based on the line impedance ZH of the electricity distribution system LA2 and the detected voltage effective value Ve at the interconnection point, and the lower limit value.
  • the voltage control dead zone Vdead is determined so as not to fall below the range.
  • the dead zone determination unit 5490 sets the voltage control dead zone Vdead smaller as the distance from the SVR 20 becomes shorter.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for generating reactive power command value Qr of control circuit 540 of the second embodiment.
  • step S101 the power conversion device 50 holds the provisional value ⁇ Vsvr of the SVR voltage step width and the line impedance ZH from the substation 10 to the power conversion device 50 in the internal memory 560.
  • step S102 the power conversion device 50 acquires the detected voltage effective value Ve(n), the detected current effective value Ie(n), and the voltage target value Vref at the time T(n) of the interconnection point of the power conversion device 50. Then, it is held in the internal memory 560.
  • step S103 the dead zone determination unit 5490 causes the voltage at the interconnection point to deviate from the upper limit value and the lower limit value of the voltage of the distribution system based on the voltage at the interconnection point to which the power conversion device 50 is connected and the line impedance ZH.
  • the voltage control dead zone Vdead is determined as follows so as not to exist.
  • the power conversion device 50 can start the voltage control before the SVR 20, so the power conversion device 50. This makes it possible to suppress voltage fluctuations in a short cycle.
  • the voltage control dead band Vdead(SVR) of the SVR is 1% to 2% of the reference voltage VR, so that the voltage control dead band Vdead of the power converter is set to 0.9% or less of Vdead(SVR). It's desirable.
  • the voltage control dead zone Vdead may be a fixed value.
  • the voltage control dead zone Vdead of the power conversion device 50 may be dynamically changed to 50% of the current value. As a result, when the voltage of the power distribution system approaches the upper limit value or the lower limit value, more reactive power output is output in response to a short-term voltage fluctuation, and the effect of lengthening the SVR operation interval is obtained. ..
  • the voltage control dead zone Vdead is set larger for the power conversion device 50 with a longer distance from the SVR 20. Is desirable.
  • the dead zone determination unit 5490 sets the voltage control dead zone Vdead(R) of the power conversion device 50 farthest from the SVR 20 to 90% of the voltage control dead zone Vdead(SVR) of the SVR20.
  • the dead zone determination unit 5490 sets the voltage control dead zone Vdead of the power conversion device 50 to be smaller as the distance from the SVR 20 becomes shorter.
  • the dead zone determination unit 5490 sets the voltage control dead zone Vdead(N) of the power converter closest to the SVR 20 to 50% of the voltage control dead zone Vdead(R) of the farthest power converter 50.
  • step S104 the voltage target value determination unit 5480 calculates the voltage target value lower limit VrefMin and the voltage target value upper limit VrefMax based on the voltage target value Vref and the provisional value ⁇ Vsvr of the SVR voltage step width, and the internal voltage It is held in the memory 560. 6600 represents a distribution system high voltage.
  • step S105 the SVR operation detection unit 5410 uses the detected voltage effective value Ve(n) at time T(n) and the previously acquired detected voltage effective value Ve at time T(n-1) as shown in the following equation.
  • step S106 the SVR operation detection unit 5410, based on the lower limit value ( ⁇ VsvrMin[%]) of the SVR voltage step width and the SVR tap switching time ( ⁇ Ttap), as shown in the following equation, the high voltage of the distribution system.
  • a reference value K3 of the voltage deviation with respect to 6600V is obtained.
  • the SVR operation detection unit 5410 based on the upper limit value ( ⁇ VsvrMax [%]) of the SVR voltage step width and the SVR tap switching time ( ⁇ Ttap), as shown in the following expression, the voltage deviation with respect to the high voltage 6600V of the distribution system.
  • the reference value K4 of is calculated.
  • K3
  • *6600/ ⁇ Ttap... (10) K4
  • the SVR operation detection unit 5410 compares the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve with the magnitudes of the reference values K3 and K4. When K4>
  • step S107 the SVR operation detection unit 5410 determines whether or not the state of K4>
  • one cycle is a value obtained by dividing the tap switching time by the cycle of the system frequency. For example, when the system frequency is 50 Hz and the SVR tap switching time ⁇ Ttap is 0.1 seconds, a value obtained by dividing 0.1 seconds by the system frequency cycle of 0.02 seconds is one cycle. If it is determined that it has not continued, the process proceeds to step S111. If it is determined that it is continuing, the process proceeds to step S108.
  • step S108 the SVR operation detection unit 5410 calculates a difference ⁇ P in detected power between time T(n) and time T(n-5) according to the following formula.
  • time T(n-5) is the time five cycles before.
  • step S109 the SVR operation detection unit 5410 obtains a reference value K5 indicating the amount of electric power required for the voltage at the interconnection point to change corresponding to the voltage step width during the SVR operation.
  • the control circuit 540 determines the SVR voltage step width ( ⁇ Vsvr[%]) for the high voltage 6600V of the distribution system, the high voltage of the distribution system (6600V), and the distribution system voltage high voltage conversion impedance ZH from the power conversion circuit 550 to the SVR20. Based on, the reference value K5 is calculated according to the following formula.
  • step S109 If the absolute value of the detected power difference ⁇ P is less than the reference value K5 (S109: YES), the process proceeds to step S110, and if the absolute value of the detected power difference ⁇ P is the reference value K5 or more (S109: NO). , The process proceeds to step S111.
  • the difference ⁇ P is regarded as a step change in voltage due to a power change in the distribution system.
  • the difference ⁇ P is regarded as a step change in voltage due to tap switching by the SVR 20.
  • step S110 if the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve is negative, the process proceeds to step S112. If the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve is 0 or positive, the process proceeds to step S113. move on.
  • step S112 voltage target value determination unit 5480 sets voltage target value lower limit VrefMin to a new voltage target value RVref.
  • step S113 voltage target value determination unit 5480 sets voltage target value upper limit VrefMax to a new voltage target value RVref.
  • step S111 the absolute value of the change rate Vrate of the detected voltage effective value Ve and the magnitude of the reference value K4 are compared. If K4>
  • step S115 the subtractor 5492 calculates the difference ⁇ Ve(n) between the voltage target value RVref and the detected voltage effective value Ve(n).
  • step S116 the excess voltage output unit 5430 outputs
  • the output of the excess voltage output unit 5430 is
  • the voltage control unit 5440 has amplified
  • the reactive power command value Qr To the reactive power control unit 5450 as the reactive power command value Qr.
  • step S117 the voltage control unit 5440 sets the reactive power command value Qr to 0 because the voltage and power fluctuations are larger than those in the SVR operation, the possibility of a system accident cannot be denied, and it is desirable not to output the reactive power. To do.
  • the voltage target value upper limit VrefMax and the voltage target value lower limit VrefMin after the SVR operation are held, and when the SVR operation is autonomously detected, the voltage target value is set. Based on the value Vref and the provisional value ⁇ Vsvr of the SVR voltage step width, the voltage target value after the SVR operation is promptly corrected. This makes it possible to suppress the reactive power output.
  • FIG. 12A is a diagram showing an example of a simulation result of the voltage of the power distribution system when the voltage target value Vref is not corrected during the operation of the SVR 20.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating an example of a simulation result of the reactive power output when the voltage target value Vref is not corrected during the operation of the SVR 20.
  • FIG. 12(a) it can be seen that the voltage of the distribution system is below Vref-Vdead immediately after the operation of the SVR 20.
  • FIG. 12B it can be seen that a large amount of reactive power is output immediately after the operation of the SVR 20.
  • FIG. 12C is a diagram showing an example of a simulation result of the voltage of the distribution system when the voltage target value Vref is corrected during the operation of the SVR 20.
  • FIG. 12D is a diagram showing an example of a simulation result of the reactive power output when the voltage target value Vref is corrected during the operation of the SVR 20.
  • the voltage of the distribution system is between RVref ⁇ Vdead and RVref+Vdead immediately after the operation of the SVR 20.
  • the reactive power immediately after the operation of the SVR 20 is 1/14 of that in the case where no correction is made.
  • the power conversion device that does not receive information from the central management device autonomously determines the voltage control dead zone to correct the voltage target value of the reactive power control.
  • the voltage of the power distribution system can be stabilized without outputting unnecessary reactive power.
  • the operation of the step type automatic voltage regulator is autonomously determined using the upper and lower limit values of the step voltage change rate that are generally assumed. For a voltage fluctuation that may be a voltage fluctuation due to a system fault, the reactive power command value is set to 0 and the reactive power output is stopped. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the voltage of the distribution system due to unnecessary voltage control.
  • the power conversion device 50 described in the first and second embodiments may have a corresponding operation configured by digital circuit hardware or software.
  • the power controller includes, for example, a processor 1000 and a memory 2000 as illustrated in FIG. 13, and the processor 1000 stores a program stored in the memory 2000. Can be run.

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Abstract

電力変換装置（５０）は、分散電源が出力する直流電力を交流電力に変換して、配電系統に出力する電力変換回路（５５０）と、電圧検出部（５１０）によって検出された電圧の実効値から高周波変動を除去して電圧目標値（Ｖｒｅｆ）を生成する電圧目標値生成部（５２０）と、自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、電圧目標値（Ｖｒｅｆ）を補正する補正部と、電圧検出部で検出された連系点の電圧が電圧目標値を基準とする電圧制御不感帯を逸脱した場合に、逸脱した分の電圧の大きさに応じた無効電力を出力するように電力変換回路に指令する指令部とを備える。

Description

電力変換システムおよび電力変換装置
　本発明は、電力変換システムおよび電力変換装置に関する。
　太陽光発電システム等の自然エネルギーを利用した発電は、天候などの自然条件に応じて発電量が刻々と変動する。そのため、電力系統の電圧変動を抑制することが重要である。
　たとえば、特許文献１の電圧制御装置は、電力系統の電圧の短周期変動を静止型無効電力補償装置による無効電力補償で抑制し、電力系統の電圧の長周期変動をステップ式自動電圧調整器のタップ切り替えにより抑制する。
ＷＯ２０１６／１２１０１４　Ａ１
　特許文献１の電圧制御装置は、短周期変動を無効電力補償装置による無効電力補償で抑制するが、静止型無効電力補償装置はコストが高いという問題がある。
　それゆえに、本発明の目的は、静止型無効電力補償装置を用いずに、分散電源システムと連系した配電系統の電圧変動を安定化することができる電力変換システムおよび電力変換装置を提供することである。
　本発明は、配電系統に設置された自動電圧調整器と、少なくとも１つの分散電源システムとを備えた電力変換システムであって、分散電源システムは、分散電源と、電力変換装置とを含む。電力変換装置は、分散電源が出力する直流電力を交流電力に変換して、配電系統に出力する電力変換回路と、電力変換回路と配電系統との連系点の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧の実効値から高周波変動を除去して電圧目標値を生成する電圧目標値生成部と、自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、電圧目標値を補正する補正部と、電圧検出部で検出された連系点の電圧が電圧目標値を基準とする電圧制御不感帯を逸脱した場合に、逸脱した分の電圧の大きさに応じた無効電力を出力するように電力変換回路に指令する指令部とを備える。
　本発明によれば、自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、電圧目標値を補正し、連系点の電圧が電圧目標値を基準とする電圧制御不感帯を逸脱した場合に、逸脱した分の電圧の大きさに応じた無効電力を出力する。これによって、静止型無効電力補償装置を用いずに、分散電源システムと連系した配電系統の電圧変動を安定化することができる。
実施の形態１の電力変換システム１００の概略図である。 太陽光発電の１日発電量の例を示す図である。 実施の形態１の電力変換装置５０の構成図である。 実施の形態１の制御回路５４０のブロック図である。 超過電圧出力部５４３０の構成を表わす図である。 実施の形態１の制御回路５４０の無効電力指令値Ｑｒを生成する手順を表わすフローチャートである。 （ａ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正しない場合のは電系統の電圧の時間変化を表わす図である。（ｂ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正した場合の配電系統の電圧の時間変化を表わす図である。 実施の形態２の電力変換システム１００の概略図である。 実施の形態２の電力変換装置５０の構成図である。 実施の形態２の制御回路５４０のブロック図である。 実施の形態２の制御回路５４０の無効電力指令値Ｑｒを生成する手順を表わすフローチャートである。 （ａ）は、ＳＶＲ２０の動作時に、電圧目標値Ｖｒｅｆを補正しない場合の配電系統の電圧のシミュレーション結果の一例を表わす図である。（ｂ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正しない場合に出力される無効電力のシミュレーション結果の一例を表わす図である。（ｃ）は、ＳＶＲ２０の動作時に、電圧目標値Ｖｒｅｆを補正した場合の配電系統の電圧のシミュレーション結果の一例を表わす図である。（ｄ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正した場合に出力される無効電力のシミュレーション結果の一例を表わす図である。 電力変換装置５０の機能をソフトウェアを用いて実現する場合の電力制御器の構成を示す図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１の電力変換システム１００の概略図である。
　図１を参照して、電力変換システム１００は、変電所１０、ステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）２０、柱状変圧器４０、および少なくとも１つの分散電源システム９０を備える。配電系統ＬＡにステップ式自動電圧調整器２０及び柱状変圧器４０が設置される。変電所１０から送られてくる電力は、ステップ式自動電圧調整器２０及び柱状変圧器４０を介して負荷８０へ供給される。
　ステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）２０は、所定の時間、配電系統ＬＡの交流実効電圧が、ＳＶＲ２０の運用電圧の上限電圧、あるいは下限電圧を逸脱していた場合にタップ切り換えを実施し、１次側と２次側の変圧比を変更して、配電系統ＬＡの電圧を適正値に自動調整する。ＳＶＲ２０による１回のタップ切り替えによって、２次側の変動する電圧の幅をＳＶＲ電圧ステップ幅ΔＶｓｖｒと称する。ＳＶＲ２０の運用電圧の上限電圧ＶＵおよび下限電圧ＶＬは、基準電圧ＶＲと、電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）によって、決定される。ＶＵ＝ＶＲ＋Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）、ＶＬ＝ＶＲ－Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）である。ここで、所定の時間は、例えば、４５秒程度とすることができる。
　分散電源システム９０は、分散電源を備える。たとえば、分散電源は、太陽光発電装置および蓄電池を設置した需要家分散電源、多数の太陽光発電などの自然エネルギーを用いた発電装置、または複数の蓄電池からなるメガソーラーなどである。
　図２は、太陽光発電の１日発電量の例を示す図である。
　図２に示すように、太陽光発電機６０の発電量は日射変動により時々刻々と変化するため、大容量の分散電源が連系される配電系統では電圧の変動が短い周期で発生する。その結果、ＳＶＲ２０の動作回数が増える。ＳＶＲ２０は、機械式タップ切り替えを行うため、動作回数が多くなると機器の寿命が短くなる。分散電源の電力変動が要因でＳＶＲ２０の動作回数が増えるのは望ましくない。
　分散電源システム９０は、少なくとも、分散電源である太陽光発電機６０、太陽光発電用の電力変換装置５０－ａ、負荷８０と、太陽光発電用の電圧検出器１０１－ａと、太陽光発電用の電流検出器１０２-ａとを備える。分散電源システム９０は、さらに、分散電源である蓄電池７０と、蓄電池用の電力変換装置５０－ｂと、蓄電池用の電圧検出器１０１－ｂと、蓄電池用の電流検出器１０２－ｂとを備えてもよい。
　太陽光発電用の電力変換装置５０－ａと、蓄電池用の電力変換装置５０－ｂとを総称して、電力変換装置５０と記載する。太陽光発電用の電圧検出器１０１－ａと、蓄電池用の電圧検出器１０１－ｂとを総称して、電圧検出器１０１と記載する。太陽光発電用の電流検出器１０２-ａと、蓄電池用の電流検出器１０２－ｂとを総称して、電流検出器１０２と記載する。太陽光発電機６０と、蓄電池７０とを総称して、分散電源と記載する。
　電圧検出器１０１は、電力変換装置５０と配電系統ＬＡとの連系点の交流電圧Ｖａｃを計測する。電流検出器１０２は、電力変換装置５０と配電系統ＬＡとの連系点の交流電流Ｉａｃを計測する。
　配電系統ＬＡに連系する分散電源システム９０の個数は、図１では２個としているが、少なくとも１個連系していればよい。
　中央管理装置３０は、配電系統ＬＡの状態を管理する。中央管理装置３０は、電力系統の潮流を監視する。中央管理装置３０は、分散電源システム９０の電力変換装置５０と双方向にデータ通信する機能を備える。中央管理装置３０は、ＳＶＲ２０の情報、電力変換装置５０の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ、電力変換装置５０の連系点の電圧および連系点の電流を定期的に授受する。中央管理装置３０は、ＳＶＲの電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）より小さい範囲で、配電系統ＬＡのインピーダンスＺＬと電圧分布とに基づいて、電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを決定する。すなわち、Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）＞Ｖｄｅａｄである。
　図３は、実施の形態１の電力変換装置５０の構成を示す図である。
　図３を参照して、電力変換装置５０は、電圧検出部５１０、電圧目標値生成部５２０、電流検出部５３０、制御回路５４０、および電力変換回路５５０を備える。
　電圧検出部５１０は、電圧検出器１０１が計測した交流電圧Ｖａｃを受信して、受信した交流電圧値Ｖａｃから検出電圧実効値Ｖｅを検出する。
　電圧目標値生成部５２０は、電圧検出部５１０が出力した検出電圧実効値Ｖｅの一定時間（たとえば数分以上）の平均値を算出することによって、連系点の電圧の高周波成分を除去した電圧目標値Ｖｒｅｆを生成する。あるいは、電圧目標値生成部５２０は、ローパスフィルタによって、検出電圧実効値Ｖｅの高帯域成分を除去することによって、連系点の電圧の高周波成分を除去した電圧目標値Ｖｒｅｆを生成してもよい。
　電流検出部５３０は、電流検出器１０２が計測した交流電流Ｉａｃを受信して、受信した交流電流Ｉａｃから検出電流実効値Ｉｅを検出する。
　制御回路５４０は、検出電圧実効値Ｖｅと、電圧目標値Ｖｒｅｆと、検出電流実効値Ｉｅと、中央管理装置３０から送信される電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ、有効電力指令値Ｐｒ、ＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１、ＳＶＲ第２整定条件Ｓｔ２とを受信する。ＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１は、ＳＶＲ電圧ステップ幅ΔＶｓｖｒである。ＳＶＲ第２整定条件は、タップ切り替え時間ΔＴｔａｐである。制御回路５４０は、受信したこれらの情報に基づいて、電力変換回路５５０の連系点の電圧及び電流の制御量を算出し、算出した制御量に従って、パルス幅変調信号ＰＷＭを生成する。パルス幅変調信号ＰＷＭは、電力変換回路５５０へ送られる。
　電力変換回路５５０は、分散電源が出力する直流電力を交流電力に変換して、配電系統ＬＡに出力する。電力変換回路５５０は、インバータによって構成される。電力変換回路５５０は、自己消弧型半導体スイッチング素子と、ダイオード素子と、平滑コンデンサとを備える。電力変換回路５５０は、自己消弧型半導体素子のゲート信号のオン／オフのＤＵＴＹ比率を変えることによって直流電力を交流電力へ変換する。本実施の形態では、電力変換回路５５０の回路構成については限定しない。
　図４は、実施の形態１の制御回路５４０のブロック図である。
　図４を参照して、制御回路５４０は、補正部３１０と、指令部３２０とを備える。
　補正部３１０は、ＳＶＲ２０が動作したことを検出したときに、検出した動作に対応するように電圧目標値Ｖｒｅｆを補正する。
　補正部３１０は、ＳＶＲ動作検出部５４１０、電圧目標値補正量算出部５４２０、および加算器５４９１を備える。
　ＳＶＲ動作検出部５４１０は、中央管理装置３０から送信されるＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１（ΔＶｓｖｒ）と、ＳＶＲ第２整定条件Ｓｔ２（ΔＴｔａｐ）と、電力変換装置５０の連系点の検出電流実効値Ｉｅと、検出電圧実効値Ｖｅとに基づいて、ＳＶＲが動作したか否かを検出する。具体的には、電圧検出部５１０で検出された連系点の検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値が基準値Ｋ１を超える状態が規定期間継続し、かつ電力変換回路５５０から出力される有効電力の変化量ΔＰの絶対値が基準値Ｋ２未満となった場合に、ＳＶＲ２０が動作したことを検出する。基準値Ｋ１は、ＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１（ΔＶｓｖｒ）およびＳＶＲ第２整定条件Ｓｔ２（ΔＴｔａｐ）によって決定される。基準値Ｋ２は、ＳＶＲ電圧ステップ幅（ΔＶｓｖｒ[％]）と、電力変換回路５５０からＳＶＲ２０までの配電系統電圧低圧換算インピーダンスＺＬとに基づいて決定される。
　電圧目標値補正量算出部５４２０および加算器５４９１は、ＳＶＲ２０が動作したことを検出したときに、連系点の検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅが正の場合に、電圧目標値ＶｒｅｆにＳＶＲ電圧ステップ幅ΔＶｓｖｒの絶対値を加算し、連系点の検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅが負の場合に、電圧目標値ＶｒｅｆからＳＶＲ電圧ステップ幅ΔＶｓｖｒの絶対値を減算することによって、電圧目標値Ｖｒｅｆを補正する。
　具体的には、電圧目標値補正量算出部５４２０は、ＳＶＲ動作検出部５４１０がＳＶＲ動作を検出した場合に、ＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１に基づいて、電圧目標値補正量ΔＶｒｅｆを算出する。電圧目標値補正量算出部５４２０は、ＳＶＲ動作を検出しなかった場合は電圧目標値補正量ΔＶｒｅｆを０とする。加算器５４９１は、電圧目標値Ｖｒｅｆと、電圧目標値補正量ΔＶｒｅｆとを加算して、新たな電圧目標値ＲＶｒｅｆを出力する。
　指令部３２０は、電圧検出部５１０で検出された連系点の検出電圧実効値Ｖｅが電圧目標値ＲＶｒｅｆを基準とする電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを逸脱した場合に、逸脱した分の電圧の大きさに応じた無効電力を出力するように電力変換回路５５０を指令する。
　指令部３２０は、減算器５４９２、超過電圧出力部５４３０、電圧制御部５４４０、無効電力制御部５４５０、有効電力制御部５４６０、加算器５４９３、および電流制御部５４７０を備える。
　減算器５４９２は、電圧目標値ＲＶｒｅｆから検出電圧実効値Ｖｅを減算して、偏差ΔＶｅ（＝ＲＶｒｅｆ－Ｖｅ）を算出する。
　超過電圧出力部５４３０は、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えた場合に、|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄを出力し、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ以下の場合に、０［Ｖ］を出力する。
　図５は、超過電圧出力部５４３０の構成を表わす図である。
　超過電圧出力部５４３０は、リミッタ５４３１と、減算器５４３２とを備える。
　リミッタ５４３１は、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えているときに、Ｖｄｅａｄを出力する。リミッタ５４３１は、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ以下のときに、偏差ΔＶｅの絶対値|ΔＶｅ|を出力する。
　減算器５４３２は、偏差ΔＶｅの絶対値|ΔＶｅ|から、リミッタ５４３１の出力であるＶｄｅａｄまたは|ΔＶｅ|を減算して、|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄ、または０［Ｖ］を出力する。
　電圧制御部５４４０は、超過電圧出力部５４３０から出力される電圧を比例制御することによって、超過電圧出力部５４３０の出力を増幅した制御量を無効電力指令値Ｑｒとして出力する。電圧制御部５４４０は、超過電圧出力部５４３０の出力が|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄの場合、すなわち、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えた場合に、|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄを増幅した制御量を無効電力指令値Ｑｒとして無効電力制御部５４５０へ出力する。電圧制御部５４４０は、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えた場合に、電圧制御を開始する。電圧制御部５４４０は、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ以下となると、徐々に無効電力指令値Ｑｒを減少させ、やがて電圧制御を停止する。
　無効電力制御部５４５０は、無効電力が無効電力指令値Ｑｒに従うように、無効電流指令値Ｉｑｒを出力する。
　有効電力制御部５４６０は、検出電流実効値Ｉｅおよび検出電圧実効値Ｖｅを演算することによって得られる電力が有効電力指令値Ｐｒに従うように、有効電流指令値Ｉｐｒを出力する。
　有効電力指令値Ｐｒは、例えば分散電源システムを仮想発電所とみなし、太陽光発電機または蓄電池、若しくは両方の電源から系統への供給する場合の電力量の指令値である。
　加算器５４９３は、有効電力制御部５４６０から出力された有効電流指令値Ｉｐｒと無効電力制御部５４５０から出力される無効電流指令値Ｉｑｒとを加算して電流指令値Ｉｒを生成する。
　電流制御部５４７０は、交流電流Ｉａｃが、電流指令値Ｉｒに従うようにパルス幅変調信号ＰＷＭを出力して、電力変換回路５５０のゲートを駆動する。
　図６は、実施の形態１の制御回路５４０の無効電力指令値Ｑｒを生成する手順を表わすフローチャートである。
　ステップＳ１において、制御回路５４０は、中央管理装置３０からＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１およびＳＶＲ第２整定条件Ｓｔ２を取得し、メモリに保持する。ＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１は、ＳＶＲ電圧ステップ幅（ΔＶｓｖｒ[％]）である。ＳＶＲ第２整定条件Ｓｔ２は、タップ切り替え時間（ΔＴｔａｐ）である。中央管理装置３０は、管理する配電系統のＳＶＲの整定条件および線路インピーダンスの情報を電力会社から取得して保持している。
　ステップＳ２において、電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄの更新があった場合に、処理がステップＳ３に進む。電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄの更新がない場合に、処理がステップＳ２に戻る。中央管理装置３０は、各電力変換装置の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを電力変換装置５０に定期的に配信する。
　ステップＳ３において、制御回路５４０は、電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを取得する。これにより、各分散電源システムの無効電力出力をより均一化することができる。
　ステップＳ４において、制御回路５４０は、電力変換装置５０の連系点の時刻Ｔ（ｎ）における検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ）、検出電流実効値Ｉｅ（ｎ）、および電圧目標値Ｖｒｅｆを取得し、取得した値をメモリに保持する。
　ステップＳ５において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、以下の式に示すように、時刻Ｔ（ｎ）における検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ）と前回取得した時刻Ｔ（ｎ－１）における検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ－１）との差分を時間差分Δｔ（Δｔ＝Ｔ（ｎ）－Ｔ（ｎ－１））で除算することによって、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅを算出する。Δｔは、１サイクル時間である。１サイクルは、タップ切替時間ΔＴｔａｐを系統周波数の周期で除算した値である。たとえば、系統周波数が５０Ｈｚ、かつＳＶＲのタップ切り替え時間ΔＴｔａｐが０．１秒の場合には、０．１秒を系統周波数の周期０．０２秒で除算した値が１サイクルとなる。
　Ｖｒａｔｅ＝（Ｖｅ（ｎ）－Ｖｅ（ｎ－１））／（Ｔ（ｎ）－Ｔ（ｎ－１））・・・（１）
　ステップＳ６において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、以下の式に示すように、ＳＶＲ電圧ステップ幅（ΔＶｓｖｒ[％]）とＳＶＲタップ切り替え時間(ΔＴｔａｐ）とに基づいて、配電系統の低圧電圧２００Ｖに対する電圧偏差の９０％の基準値Ｋ１を求める。
　Ｋ１＝｜ΔＶｓｖｒ｜＊２００＊０．９／ΔＴｔａｐ・・・（２）
　ＳＶＲ動作検出部５４１０は、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値と、基準値Ｋ１の大きさとを比較する。検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値が基準値Ｋ１よりも大きいときには、処理がステップＳ７に進む。検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値が基準値Ｋ１以下のときには、処理がステップＳ１１に進む。
　ステップＳ７において、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値が基準値Ｋ１よりも大きい状態が、５サイクルの時間継続しているか否かを判定する。継続していないと判定された場合には、処理がステップＳ１１に進む。継続していると判定された場合には、処理がステップＳ８に進む。
　ステップＳ８において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、以下の式に従って、時刻Ｔ（ｎ）と時刻Ｔ（ｎ－５）における検出電力の差分ΔＰを算出する。ここで、Ｔ（ｎ）を現在の時刻とすると、時刻Ｔ（ｎ－５）を５サイクル前の時刻とする。
　ΔＰ＝Ｖｅ（ｎ）×Ｉｅ（ｎ）－Ｖｅ（ｎ－５）×Ｉｅ（ｎ－５）・・・（３）
　ステップＳ９において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、分散電源システム９０の連系点の電圧がＳＶＲ動作時に電圧ステップ幅相当変動するのに必要な電力量を示す基準値Ｋ２を求める。制御回路５４０は、配電系統の低圧電圧２００Ｖに対するＳＶＲ電圧ステップ幅（ΔＶｓｖｒ[％]）、配電系統の低圧電圧（２００Ｖ）、および分散電源システム９０からＳＶＲ２０までの配電系統電圧低圧換算インピーダンスＺＬに基づいて、以下の式に従って、基準値Ｋ２を算出する。
　Ｋ２＝（ΔＶｓｖｒ×２００）×２００／ＺＬ・・・（４）
　検出電力の差分ΔＰの絶対値が基準値Ｋ２未満の場合（Ｓ９：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１０に進み、検出電力の差分ΔＰの絶対値が基準値Ｋ２以上の場合（Ｓ９：ＮＯ）には、処理がステップＳ１１に進む。ステップＳ９でＮＯとなる場合は、差分ΔＰを配電系統の電力変動に伴う電圧のステップ変動とみなされる。ステップＳ９でＹＥＳの場合は、差分ΔＰをＳＶＲ２０によるタップ切り替えによる電圧のステップ変動とみなされる。
　ステップＳ１０において、電圧目標値補正量算出部５４２０は、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅが正の場合に、以下の式（５）に従って、電圧目標補正量ΔＶｒｅｆを算出する。制御回路５４０は、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅが負の場合、以下の式（６）に従って、電圧目標補正量ΔＶｒｅｆを算出する。
　ΔＶｒｅｆ＝|ΔＶｓｖｒ|・・・（５）
　ΔＶｒｅｆ＝―|ΔＶｓｖｒ|・・・（６）
　ステップＳ１１において、電圧目標値補正量算出部５４２０は、電圧目標補正量ΔＶｒｅｆを０に設定する。
　ステップＳ１２において、加算器５４９１は、ステップＳ１０及びステップＳ１１で求めた電圧目標補正量ΔＶｒｅｆを用いて、電圧目標値Ｖｒｅｆと電圧目標補正量ΔＶｒｅｆとを加算して、新たな電圧目標値ＲＶｒｅｆを算出する。
　ステップＳ１３において、減算器５４９２は、電圧目標値ＲＶｒｅｆと検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ）との差分ΔＶｅ（ｎ）を算出する。
　ステップＳ１４において、超過電圧出力部５４３０は、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えた場合に、|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄを出力し、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ以下の場合に、０［Ｖ］を出力する。電圧制御部５４４０は、超過電圧出力部５４３０の出力が|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄの場合、すなわち、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えた場合に、|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄを増幅した制御量を無効電力指令値Ｑｒとして無効電力制御部５４５０へ出力する。
　次に、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正した場合の効果について説明する。
　図７（ａ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正しない場合の配電系統の電圧の時間変化を表わす図である。
　電力変換装置５０は、配電系統の電圧が電圧制御不感帯を逸脱した場合、すなわち、配電系統の電圧がＶｒｅｆ＋Ｖｄｅａｄを超える、またはＶｒｅｆ－Ｖｄｅａｄを下回った場合に、無効電力を出力することによって、配電系統の電圧を制御する。
　ここで、配電系統の電圧がＳＶＲ２０の動作電圧閾値以上となってＳＶＲ２０が動作し、ＳＶＲの整定時間を超えた場合、ＳＶＲ２０は、配電系統の電圧を低下させる方向にタップ切り替えを行なう。これによって、配電系統の電圧を概ね１％～２％だけ減少する。ＳＶＲ２０の動作によって、配電系統の電圧は（Ｖｒｅｆ－Ｖｄｅａｄ）よりも小さくなる。その結果、多くの無効電力が出力される。
　図７（ｂ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正した場合の配電系統の電圧の時間変化を表わす図である。
　ＳＶＲ２０の動作を検出後、電圧目標値ＶｒｅｆをＲＶｒｅｆに補正することによって、配電系統の電圧は電圧目標値ＲＶｒｅｆに沿って変化するので、配電系統の電圧は、（ＲＶｒｅｆ－Ｖｄｅａｄ）と（ＲＶｒｅｆ＋Ｖｄｅａｄ）の間で遷移する。その結果、無効電力が出力されない。
　なお、上記の例では、電力変換装置５０の連系点の電圧の変化率と電力変動量によりＳＶＲの動作を検出した。ＳＶＲが動作した場合に、電力変動がないので、連系点の電流実効値の変化率が基準値を超え、かつ電力変動がない場合に、ＳＶＲが動作したと判定することも可能である。ただし、電圧目標値は、連系点の電流実効値変化の極性を逆極性に補正する。
　また、中央管理装置３０がＳＶＲの観測地点の電圧を観測し、観測地点の電圧がＳＶＲの電圧制御不感帯を超える時間がＳＶＲの整定時間を超えた場合に、中央管理装置３０がＳＶＲの動作を検出して、電力変換装置５０に電圧制御不感帯として、「現在の電圧制御不感帯＋ＳＶＲ電圧ステップ幅」を送信することとしてもよい。これによって、ＳＶＲ動作時に不要な無効電力出力を防止することができる。この場合、ＳＶＲ動作検出時に一時的に電圧制御不感帯が大きくなるため、電圧制御がオフとなるが、電圧目標値と連系点の電圧の計測値との差がＳＶＲ動作前の電圧制御不感帯より小さくなった時点で電力変換装置５０が自律的にＳＶＲ動作前の電圧制御不感帯に戻す。これによって、本来の電圧制御に戻るので、配電系統の電圧を安定化することができる。
　以上のように、本実施の形態によれば、ＳＶＲと分散電源システムを含む電力変換システムにおいて、中央管理装置と、分散電源システムの電力変換装置とが協調して、無効電力出力により配電系統の電圧を安定化することができる。ＳＶＲが動作した場合には不要な無効電力を出力することがなく、配電系統の電圧の変動を防止することができる。
　電力変換装置の電圧制御不感帯ＶｄｅａｄをＳＶＲの電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）よりも小さく設定することによって、配電系統の電圧が変動した場合に、ＳＶＲ計測点よりも早く分散電源の連系点の電圧が電圧制御不感帯を逸脱する。これによって、分散電源システムの電力変換装置５０が即座に無効電力を出力して、短周期の電圧変動を抑制することができるとともに、ＳＶＲの動作回数の軽減を図ることができる。
　実施の形態２．
　実施の形態２では、高圧系統に分散電源システムが連系する電力変換システムの配電系統の電圧の安定化制御方法について説明する。実施の形態２の電力変換システムは、実施の形態１の中央管理装置３０を備えない。
　図８は、実施の形態２の電力変換システム１００の概略図である。図８を参照して、電力変換システム１００では、ステップ式自動電圧調整器ＳＶＲ２０と負荷８０と電力変換装置５０とが変電所１０を介して高圧の配電系統ＬＡ２に連系している。
　図８では蓄電池７０及び太陽光発電機６０は各１つずつ示されているが、複数個に分散して配置されてもよい。
　図９は、実施の形態２の電力変換装置５０の構成図である。
　図９を参照して、実施の形態２では、中央管理装置３０が設置されていないため、実施の形態１で中央管理装置３０から送信されていたＳＶＲの第１整定条件Ｓｔ１、Ｓｔ２、電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを電力変換装置５０は受信できない。
　電力変換装置５０は、電力会社から提示される配電系統ＬＡ２の線路インピーダンスＺＨをメモリ５６０に保持する。電力変換装置５０は、ＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１をメモリ５６０に保持する。ＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１は、一般的なＳＶＲ電圧ステップ幅の下限値ΔＶｓｖｒＭｉｎ、上限値ΔＶｓｖｒＭａｘ、ＳＶＲ電圧ステップ幅の暫定値ΔＶｓｖｒとを含む。たとえば、ΔＶｓｖｒＭｉｎ＝１％、ΔＶｓｖｒＭａｘ＝２％とすることができる。ΔＶｓｖｒは、ΔＶｓｖｒＭｉｎ以上、かつΔＶｓｖｒＭａｘ以下の値である。電力変換装置５０は、ＳＶＲ第２整定条件Ｓｔ２（ΔＴｔａｐ）をメモリ５６０に保持する。
　図９のその他の構成については、図３に示すものと同じであり、実施の形態１で説明しているため、その説明を繰り返さない。制御回路５４０のブロック構成は図４に示すブロック構成と等しく、実施の形態１で説明しているため、その説明を繰り返さない。
　図１０は、実施の形態２の制御回路５４０のブロック図である。
　図１０を参照して、制御回路５４０は、補正部３１０と、指令部３２０とを備える。
　補正部３１０は、実施の形態１と同様に、ＳＶＲ２０が動作したことを検出したときに、検出した動作に対応するように電圧目標値Ｖｒｅｆを補正する。
　補正部３１０は、ＳＶＲ動作検出部５４１０、電圧目標値決定部５４８０を備える。
　ＳＶＲ動作検出部５４１０は、メモリ５６０に保持されているＳＶＲ第１整定条件Ｓｔ１（ΔＶｓｖｒＭｉｎ、ΔＶｓｖｒＭａｘ、ΔＶｓｖｒ）およびＳＶＲ第２整定条件Ｓｔ２（ΔＴｔａｐ）と、電力変換装置５０の連系点の検出電流実効値Ｉｅと、検出電圧実効値Ｖｅとに基づいて、ＳＶＲが動作したか否かを検出する。具体的には、電圧検出部５１０で検出された連系点の検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値が基準値Ｋ３を超え、かつ基準値Ｋ４未満となる状態が規定期間継続し、かつ電力変換回路５５０から出力される有効電力の変化量ΔＰの絶対値が基準値Ｋ５未満となった場合に、ＳＶＲ２０が動作したことを検出する。基準値Ｋ３は、ＳＶＲ電圧ステップ幅の下限値（ΔＶｓｖｒＭｉｎ[％]）とＳＶＲタップ切り替え時間(ΔＴｔａｐ）とに基づいて決定される。基準値Ｋ４は、ＳＶＲ電圧ステップ幅の上限値（ΔＶｓｖｒＭａｘ[％]）とＳＶＲタップ切り替え時間(ΔＴｔａｐ）とに基づいて決定される。基準値Ｋ５は、ＳＶＲ電圧ステップ幅（ΔＶｓｖｒ[％]）と、電力変換回路５５０からＳＶＲ２０までの配電系統電圧高圧換算インピーダンスＺＨとに基づいて決定される。
　電圧目標値決定部５４８０は、電圧目標値生成部５２０から出力される電圧目標値Ｖｒｅｆと、メモリ５６０内のＳＶＲ電圧ステップ幅の暫定値ΔＶｓｖｒと、ＳＶＲ動作検出部５４１０の出力結果とに基づいて、新たな電圧目標値ＲＶｒｅｆを出力する。
　電圧目標値決定部５４８０は、電圧目標値Ｖｒｅｆと、ＳＶＲ電圧ステップ幅の暫定値ΔＶｓｖｒとに基づいて、電圧目標値下限ＶｒｅｆＭｉｎおよび電圧目標値上限ＶｒｅｆＭａｘとを算出する。電圧目標値決定部５４８０は、ＳＶＲ２０が動作したことを検出した場合に、連系点の検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅが負の場合に、電圧目標値ＲＶｒｅｆを電圧目標値下限ＶｒｅｆＭｉｎに設定し、変化率Ｖｒａｔｅが正の場合に、電圧目標値ＲＶｒｅｆを電圧目標値上限ＶｒｅｆＭａｘに設定する。
　指令部３２０は、実施の形態１と同様に、電圧検出部５１０で検出された連系点の検出電圧実効値Ｖｅが電圧目標値Ｖｒｅｆを基準とする電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを逸脱した場合に、逸脱した分の電圧の大きさに応じた無効電力を出力するように電力変換回路５５０を指令する。
　指令部３２０は、減算器５４９２、超過電圧出力部５４３０、電圧制御部５４４０、無効電力制御部５４５０、有効電力制御部５４６０、加算器５４９３、電流制御部５４７０、および不感帯決定部５４９０を備える。
　超過電圧出力部５４３０、電圧制御部５４４０、無効電力制御部５４５０、有効電力制御部５４６０、電流制御部５４７０、減算器５４９２、および加算器５４９３は、実施の形態１のものと同様なので説明を繰り返さない。
　不感帯決定部５４９０は、配電系統ＬＡ２の線路インピーダンスＺＨと、連系点の検出電圧実効値Ｖｅとに基づいて、連系点の電圧が配電系統ＬＡ２の上限値を超えないように、および下限値を下回らないように、電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを決定する。不感帯決定部５４９０は、ＳＶＲ２０からの距離が短くなるほど、電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを小さく設定する。
　図１１は、実施の形態２の制御回路５４０の無効電力指令値Ｑｒを生成する手順を表わすフローチャートである。
　ステップＳ１０１において、電力変換装置５０は、ＳＶＲ電圧ステップ幅の暫定値ΔＶｓｖｒと、変電所１０から電力変換装置５０までの線路インピーダンスＺＨを内部のメモリ５６０に保持する。
　ステップＳ１０２において、電力変換装置５０は、電力変換装置５０の連系点の時刻Ｔ（ｎ）での検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ)、検出電流実効値Ｉｅ（ｎ）、電圧目標値Ｖｒｅｆを取得し、内部のメモリ５６０に保持する。
　ステップＳ１０３において、不感帯決定部５４９０は、電力変換装置５０が接続される連系点の電圧と線路インピーダンスＺＨとに基づいて、連系点の電圧が配電系統の電圧の上限値および下限値を逸脱ないように電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを以下のようにして決定する。
　電力変換装置５０の電圧制御不感帯ＶｄｅａｄをＳＶＲ２０の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）より小さく設定することによって、ＳＶＲ２０よりも先に電力変換装置５０が電圧制御を開始することができるので、電力変換装置５０によって短周期の電圧変動を抑制することができる。
　一般的にＳＶＲの電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）は基準電圧ＶＲの１％～２％であるため、電力変換装置の電圧制御不感帯ＶｄｅａｄをＶｄｅａｄ（ＳＶＲ）の０．９％以下に設定するのが望ましいといえる。電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄは、固定値でもよい。配電系統の電圧が上限値近傍または下限値近傍である場合に、電力変換装置５０の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを現在値の５０％と動的に小さく変更してもよい。これによって、配電系統の電圧が上限値または下限値に近づいた場合には、短周期の電圧変動に対して、より多くの無効電力出力を出力して、ＳＶＲ動作間隔を長くする効果が得られる。ＳＶＲ２０からの線路インピーダンスＺＨが大きいほど逆潮電力による電力変換装置５０の連系点の電圧上昇率が大きくなるため、ＳＶＲ２０からの距離が長い電力変換装置５０ほど電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを大きく設定するのが望ましい。
　したがって、不感帯決定部５４９０は、ＳＶＲ２０からも最も遠い電力変換装置５０の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（Ｒ）をＳＶＲ２０の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（ＳＶＲ）の９０％に設定する。不感帯決定部５４９０は、ＳＶＲ２０からの距離が短くなるほど、電力変換装置５０の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを小さく設定する。不感帯決定部５４９０は、ＳＶＲ２０に最も近い電力変換装置の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（Ｎ）を最も遠い電力変換装置５０の電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ（Ｒ）の５０％に設定する。
　ステップＳ１０４において、電圧目標値決定部５４８０は、電圧目標値Ｖｒｅｆと、ＳＶＲ電圧ステップ幅の暫定値ΔＶｓｖｒとに基づいて、電圧目標値下限ＶｒｅｆＭｉｎおよび電圧目標値上限ＶｒｅｆＭａｘとを算出して、内部のメモリ５６０に保持する。６６００は、配電系統高圧電圧を表わす。
　ＶｒｅｆＭｉｎ＝Ｖｒｅｆ―｜ΔＶｓｖｒ｜＊６６００・・・（７）
　ＶｒｅｆＭａｘ＝Ｖｒｅｆ＋｜ΔＶｓｖｒ｜＊６６００・・・（８）
　ステップＳ１０５において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、以下の式に示すように、時刻Ｔ（ｎ）における検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ）と前回取得した時刻Ｔ（ｎ－１）における検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ－１）との差分を時間差分Δｔ（Δｔ＝Ｔ（ｎ）－Ｔ（ｎ－１））で除算することによって、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅを算出する。
　Ｖｒａｔｅ＝Ｖｅ（ｎ）－Ｖｅ（ｎ－１）／（Ｔ（ｎ）－Ｔ（ｎ－１））・・・（９）
　ステップＳ１０６において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、以下の式に示すように、ＳＶＲ電圧ステップ幅の下限値（ΔＶｓｖｒＭｉｎ[％]）とＳＶＲタップ切り替え時間(ΔＴｔａｐ）とに基づいて、配電系統の高圧電圧６６００Ｖに対する電圧偏差の基準値Ｋ３を求める。ＳＶＲ動作検出部５４１０は、以下の式に示すように、ＳＶＲ電圧ステップ幅の上限値（ΔＶｓｖｒＭａｘ[％]）とＳＶＲタップ切り替え時間(ΔＴｔａｐ）とに基づいて、配電系統の高圧電圧６６００Ｖに対する電圧偏差の基準値Ｋ４を求める。
　Ｋ３＝｜ΔＶｓｖｒＭｉｎ｜＊６６００／ΔＴｔａｐ・・・（１０）
　Ｋ４＝｜ΔＶｓｖｒＭａｘ｜＊６６００／ΔＴｔａｐ・・・（１１）
　ＳＶＲ動作検出部５４１０は、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値と、基準値Ｋ３およびＫ４の大きさとを比較する。Ｋ４＞|Ｖｒａｔｅ|＞Ｋ３であるときには、処理がステップＳ７に進む。Ｋ４＞|Ｖｒａｔｅ|＞Ｋ３でないときには、処理がステップＳ１１に進む。
　ステップＳ１０７において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、Ｋ４＞|Ｖｒａｔｅ|＞|Ｖｒａｔｅ＞Ｋ３の状態が５サイクルの時間継続しているか否かを判定する。ここで、１サイクルは、タップ切替時間を系統周波数の周期で除算した値である。たとえば、系統周波数が５０Ｈｚ、かつＳＶＲのタップ切り替え時間ΔＴｔａｐが０．１秒の場合には、０．１秒を系統周波数の周期０．０２秒で除算した値が１サイクルとなる。継続していないと判定された場合には、処理がステップＳ１１１に進む。継続していると判定された場合には、処理がステップＳ１０８に進む。
　ステップＳ１０８において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、以下の式に従って、時刻Ｔ（ｎ）と時刻Ｔ（ｎ－５）における検出電力の差分ΔＰを算出する。ここで、Ｔ（ｎ）を現在の時刻とすると、時刻Ｔ（ｎ－５）を５サイクル前の時刻とする。
　ΔＰ＝Ｖｅ（ｎ）×Ｉｅ（ｎ）－Ｖｅ（ｎ－５）×Ｉｅ（ｎ－５）・・・（１２）
　ステップＳ１０９において、ＳＶＲ動作検出部５４１０は、連系点の電圧がＳＶＲ動作時の電圧ステップ幅相当変動するのに必要な電力量を示す基準値Ｋ５を求める。制御回路５４０は、配電系統の高圧電圧６６００Ｖに対するＳＶＲ電圧ステップ幅（ΔＶｓｖｒ[％]）と、配電系統の高圧電圧（６６００Ｖ）、および電力変換回路５５０からＳＶＲ２０までの配電系統電圧高圧換算インピーダンスＺＨとに基づいて、以下の式に従って、基準値Ｋ５を算出する。
　Ｋ５＝（ΔＶｓｖｒ×６６００）×６６００／ＺＨ・・・（１３）
　検出電力の差分ΔＰの絶対値が基準値Ｋ５未満の場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１１０に進み、検出電力の差分ΔＰの絶対値が基準値Ｋ５以上の場合（Ｓ１０９：ＮＯ）は、処理がステップＳ１１１に進む。ステップＳ１０９でＮＯとなる場合は、差分ΔＰが配電系統の電力変動に伴う電圧のステップ変動とみなされる。ステップＳ１０９でＹｅｓの場合は、差分ΔＰがＳＶＲ２０によるタップ切り替えによる電圧のステップ変動とみなされる。
　ステップＳ１１０において、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅが負の場合には、処理がステップＳ１１２に進み、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅが０または正の場合には、処理がステップＳ１１３に進む。
　ステップＳ１１２において、電圧目標値決定部５４８０は、電圧目標値下限ＶｒｅｆＭｉｎを新たな電圧目標値ＲＶｒｅｆに設定する。
　ステップＳ１１３において、電圧目標値決定部５４８０は、電圧目標値上限ＶｒｅｆＭａｘを新たな電圧目標値ＲＶｒｅｆに設定する。
　ステップＳ１１１において、検出電圧実効値Ｖｅの変化率Ｖｒａｔｅの絶対値と基準値Ｋ４との大きさとを比較する。Ｋ４＞|Ｖｒａｔｅ|の場合には、処理がステップＳ１１４に進む。Ｋ４≦|Ｖｒａｔｅ|の場合には、処理がステップＳ１１７に進む。
　ステップＳ１１４において、電圧目標値決定部５４８０は、電圧目標値Ｖｒｅｆを維持する。すなわち、ＲＶｒｅｆ＝Ｖｒｅｆに設定される。
　ステップＳ１１５において、減算器５４９２は、電圧目標値ＲＶｒｅｆと検出電圧実効値Ｖｅ（ｎ）との差分ΔＶｅ（ｎ）を算出する。
　ステップＳ１１６において、超過電圧出力部５４３０は、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えた場合に、|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄを出力し、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄ以下の場合に、０［Ｖ］を出力する。電圧制御部５４４０は、超過電圧出力部５４３０の出力が|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄの場合、すなわち、偏差ΔＶｅの絶対値が電圧制御不感帯Ｖｄｅａｄを超えた場合に、|ΔＶｅ|－Ｖｄｅａｄを増幅した制御量を無効電力指令値Ｑｒとして無効電力制御部５４５０へ出力する。
　ステップＳ１１７において、ＳＶＲ動作より大きな電圧変動と電力変動があり、系統事故の可能性が否定できず、無効電力を出力しないほうが望ましいため、電圧制御部５４４０は、無効電力指令値Ｑｒを０に設定する。
　以上のように、本実施の形態によれば、ＳＶＲ動作後の電圧目標値上限ＶｒｅｆＭａｘ、電圧目標値下限ＶｒｅｆＭｉｎを保持しておき、ＳＶＲが動作したことを自律的に検出した場合に、電圧目標値ＶｒｅｆとＳＶＲ電圧ステップ幅の暫定値ΔＶｓｖｒとに基づいて、ＳＶＲ動作後の電圧目標値を速やかに補正する。これによって、無効電力出力を抑制することが可能である。
　図１２（ａ）は、ＳＶＲ２０の動作時に、電圧目標値Ｖｒｅｆを補正しない場合の配電系統の電圧のシミュレーション結果の一例を表わす図である。図１２（ｂ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正しない場合に出力される無効電力のシミュレーション結果の一例を表わす図である。
　図１２（ａ）に示すように、ＳＶＲ２０の動作直後において、配電系統の電圧がＶｒｅｆ－Ｖｄｅａｄを下回っていることがわかる。図１２（ｂ）に示すように、ＳＶＲ２０の動作直後に無効電力を多く出力していることがわかる。
　図１２（ｃ）は、ＳＶＲ２０の動作時に、電圧目標値Ｖｒｅｆを補正した場合の配電系統の電圧のシミュレーション結果の一例を表わす図である。図１２（ｄ）は、ＳＶＲ２０の動作時に電圧目標値Ｖｒｅｆを補正した場合に出力される無効電力のシミュレーション結果の一例を表わす図である。
　図１２（ｃ）に示すように、ＳＶＲ２０の動作直後において、配電系統の電圧がＲＶｒｅｆ－Ｖｄｅａｄと、ＲＶｒｅｆ＋Ｖｄｅａｄとの間に収まっていることがわかる。図１２（ｄ）に示すように、ＳＶＲ２０の動作直後の無効電力は、補正しない場合の１／１４となる。
　以上のように、本実施の形態によれば、中央管理装置からの情報を受信しない電力変換装置が、電圧制御不感帯を自律的に決定することによって、無効電力制御の電圧目標値を補正する。これによって、不要な無効電力を出力せずに配電系統の電圧を安定化することができる。また、一般的に想定されるステップ電圧変化率の上下限値を用いて、ステップ式自動電圧調整器の動作を自律的に判定する。系統事故による電圧変動の可能性がある電圧変動に対しては、無効電力指令値を０にして、無効電力出力を停止する。これによって、不要な電圧制御による配電系統の電圧の変動を抑制することができる。
　実施の形態１および２において説明した電力変換装置５０は、相当する動作をデジタル回路のハードウェアまたはソフトウェアで構成してもよい。電力変換装置５０の機能をソフトウェアを用いて実現する場合には、電力制御器は、例えば、図１３に示すようにプロセッサ１０００とメモリ２０００とを備え、メモリ２０００に記憶されたプログラムをプロセッサ１０００が実行するようにすることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　変電所、２０　ステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）、３０　中央管理装置、　４０　柱状変圧器、５０　電力変換装置、６０　太陽光発電、７０　蓄電池、８０　負荷、９０　分散電源システム、１００　電力変換システム、１０１－ａ，１０１－ｂ，１０１　電圧計、１０２－ａ，１０２－ｂ，１０２　電流計、３１０　補正部、３２０　指令部、５１０　電圧検出部、５２０　電圧目標生成部、５３０　電流検出部、５４０　制御回路、５５０　電力変換回路、５６０　メモリ、１０００　プロセッサ、２０００　メモリ、５４１０　ＳＶＲ動作検出部、５４２０　電圧目標値補正量算出部、５４３０　超過電圧出力部、５４３１　リミッタ、５４３２，５４９２　減算器、５４４０　電圧制御部、５４９１，５４９３　加算器、５５５０　無効電力制御部、５５６０　有効電力制御部、５４７０　電流制御部、５４８０　電圧目標値決定部、５４９０　不感帯決定部、ＬＡ，ＬＡ２　配電系統。

Claims (14)

  1. 　配電系統に設置された自動電圧調整器と、少なくとも１つの分散電源システムとを備えた電力変換システムであって、
    　前記分散電源システムは、
    　分散電源と、
    　電力変換装置とを含み、
    　前記電力変換装置は、
    　前記分散電源が出力する直流電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力する電力変換回路と、
    　前記電力変換回路と前記配電系統との連系点の電圧を検出する電圧検出部と、
    　前記電圧検出部によって検出された電圧の実効値から高周波変動を除去して電圧目標値を生成する電圧目標値生成部と、
    　前記自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、前記電圧目標値を補正する補正部と、
    　前記電圧検出部で検出された前記連系点の電圧が前記電圧目標値を基準とする電圧制御不感帯を逸脱した場合に、逸脱した分の電圧の大きさに応じた無効電力を出力するように前記電力変換回路に指令する指令部とを備えた、電力変換システム。
  2. 　前記補正部は、前記電圧検出部で検出された連系点の電圧の変化率の絶対値が第１の基準値を超え、かつ前記電力変換回路から出力される有効電力の変化量の絶対値が第２の基準値未満となった場合に、前記自動電圧調整器が動作したことを検出する、請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 　前記補正部は、前記電圧検出部で検出された連系点の電圧の変化率の絶対値が第１の基準値を超えた状態が規定期間継続し、かつ前記電力変換回路から出力される有効電力の変化量の絶対値が第２の基準値未満となった場合に、前記自動電圧調整器が動作したことを検出する、請求項２に記載の電力変換システム。
  4. 　前記補正部は、前記自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、前記自動電圧調整器の電圧ステップ幅に基づいて、前記電圧目標値を補正する、請求項２記載の電力変換システム。
  5. 　前記補正部は、前記自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、前記連系点の電圧の変化率が正の場合に、前記電圧目標値に前記自動電圧調整器の電圧ステップ幅の絶対値を加算し、前記連系点の電圧の変化率が負の場合に、前記電圧目標値から前記自動電圧調整器の電圧ステップ幅の絶対値を減算することによって、前記電圧目標値を補正する、請求項４記載の電力変換システム。
  6. 　前記指令部は、
    　前記連系点の電圧と前記電圧目標値との偏差を出力する減算器と、
    　前記偏差の絶対値が前記電圧制御不感帯を超えた場合に、前記偏差の絶対値と前記電圧制御不感帯との差分を出力し、前記偏差の絶対値が前記電圧制御不感帯以下の場合に、零を出力する超過電圧出力部と、
    　前記超過電圧出力部の出力を増幅した制御量を無効電力指令値として出力する電圧制御部とを含む、請求項１記載の電力変換システム。
  7. 　前記電圧制御不感帯は、前記自動電圧調整器の電圧制御不感帯幅よりも小さい、請求項６記載の電力変換システム。
  8. 　前記配電系統の状態を管理する中央管理装置を備え、
    　前記電力変換装置は、前記中央管理装置から送られる前記電圧制御不感帯を表わす情報を受信する、請求項７記載の電力変換システム。
  9. 　前記補正部は、前記電圧検出部で検出された連系点の電圧の変化率の絶対値が第１の基準値を超え、かつ第２の基準値未満であり、前記電力変換回路から出力される有効電力の変化量の絶対値が第３の基準値未満となった場合に、前記自動電圧調整器が動作したことを検出する、請求項１に記載の電力変換システム。
  10. 　前記補正部は、前記電圧検出部で検出された連系点の電圧の変化率の絶対値が第１の基準値を超え、かつ第２の基準値未満となる状態が規定期間継続し、前記電力変換回路から出力される有効電力の変化量の絶対値が第３の基準値未満となった場合に、前記自動電圧調整器が動作したことを検出する、請求項９に記載の電力変換システム。
  11. 　前記補正部は、前記自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、前記連系点の電圧の変化率が正の場合に、前記電圧目標値を電圧目標値上限に補正し、前記連系点の電圧の変化率が負の場合に、前記電圧目標値が電圧目標値下限に補正する、請求項９記載の電力変換システム。
  12. 　前記補正部は、前記電圧目標値と、前記自動電圧調整器の電圧ステップ幅とに基づいて、前記電圧目標値上限および前記電圧目標値下限を設定する、請求項１１記載の電力変換システム。
  13. 　前記指令部は、前記電力変換回路と前記自動電圧調整器との距離に応じて、前記電圧制御不感帯を設定する、請求項７記載の電力変換システム。
  14. 　配電系統に設置された自動電圧調整器と、分散電源とを備えた電力変換システムにおける電力変換装置であって、
    　前記分散電源が出力する直流電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力する電力変換回路と、
    　前記電力変換回路と前記配電系統との連系点の電圧を検出する電圧検出部と、
    　前記電圧検出部によって検出された電圧の実効値から高周波変動を除去して電圧目標値を生成する電圧目標値生成部と、
    　前記自動電圧調整器が動作したことを検出したときに、前記電圧目標値を補正する補正部と、
    　前記電圧検出部で検出された前記連系点の電圧が前記電圧目標値を基準とする電圧制御不感帯を逸脱した場合に、逸脱した分の電圧の大きさ応じた無効電力を出力するように前記電力変換回路に指令する指令部とを備えた、電力変換装置。
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