WO2022162873A1 - 系統システム、及び、系統システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（５０ａ，５０ｂ）は、電圧源装置（１０）が接続された配電系統（４０）のの状態量を変化させるための電力を、電系統（４０）に対して入力又は出力する。系統制御部（６０ａ，６０ｂ）は、検出器（５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂ）の出力から得られた、配電系統（４０）の状態量の制御目標に対する偏差を補償するための垂下特性を設ける様に、電力変換装置（５０ａ，５０ｂ）の電力指令値を算出する。系統制御部（６０ａ，６０ｂ）における、偏差から電力指令値を算出するための制御演算の周波数特性は、直流を含む第１の周波数域における第１制御ゲイン値が、垂下特性の傾きに対応して設定されるとともに、第１の周波数域よりも高周波側の第２の周波数域における第２制御ゲイン値は、第１制御ゲイン値よりも低く設定されるように定められる。

Description

系統システム、及び、系統システムの制御装置

　本開示は、系統システム、及び、系統システムの制御装置に関する。

　電力系統において、電力変動によって生じる系統周波数の変動及び系統電圧の変動を安定的に制御するための系統システムが、特許第６５１０７４１号公報（特許文献１）に記載されている。

　特許文献１では、配電系統に対して、電力変換器から有効電力及び無効電力を、入力又は出力することで、系統システムの安定化を図ることが記載されている。具体的には、系統周波数の変化に対する有効電力の制御（以下では「ｆ－Ｐ制御」とも称する）、及び、系統電圧の変化に対する無効電力の制御（以下では「Ｖ－Ｑ制御」とも称する）を行うことが記載されている。

　特許文献１では、これらのｆ－Ｐ制御及びＶ－Ｑ制御において、周波数変化量及び電圧変化量に比例ゲインを乗算した比例（Ｐ）制御に従って電力指令値を補正することにより、垂下特性を持たせることが記載される。更に、系統周波数及び系統電圧の小さい変化に対しては、電力指令値が補正されない不感帯を設けることが記載されている。

特許第６５１０７４１号公報

　しかしながら、特許文献１では、単一ゲインを用いた比例制御によってｆ－Ｐ制御及びＶ－Ｑ制御を行うため、垂下特性の傾きによって比例制御ゲインが規定されてしまう。このため、時間遅れ要素等の影響により、場合によっては制御安定性が損なわれることが懸念される。

　本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであって、本開示の目的は、制御安定性を損なうことなく、設定された垂下特性を持たせた系統安定化制御が可能な系統システムの制御を提供することである。

　本開示のある局面では、系統システムは、電圧源装置が接続された配電系統と、配電系統の状態量を検出するための検出器と、電力変換装置と。系統制御部とを備える。電力変換装置は、状態量を変化させるための電力を配電系統に対して入力又は出力する様に構成される。系統制御部は、検出器の出力から得られた状態量と当該状態量の制御目標との偏差を補償するための垂下特性を設ける様に、偏差から電力変換装置の電力指令値を算出する。系統制御部は、偏差を入力とし電力指令値を出力とする、予め定められた周波数特性を有する制御演算を実行するように構成される。周波数特性は、直流を含む第１の周波数域における第１制御ゲイン値が垂下特性の傾きに対応して設定される一方で、第１の周波数域よりも高周波側の第２の周波数域における第２制御ゲイン値が第１制御ゲイン値よりも低く設定されるように定められる。

　本開示の他のある局面では、電圧源装置が接続された配電系統を備える系統システムの制御装置は、偏差演算部と、制御演算部とを備える。偏差演算部は、配電系統に設けられた検出器の出力に基づいて、当該配電系統の状態量と当該状態量の制御目標との偏差を算出する。制御演算部は、状態量を変化させるための電力を配電系統に対して入出力するための電力変換装置の電力指令値を生成する。制御演算部は、偏差演算部によって算出された偏差を補償するための垂下特性を設ける様に、偏差を入力とし電力指令値を出力とする、予め定められた周波数特性を有する制御演算を実行するように構成される。周波数特性は、直流及び配電系統の系統周波数の目標値を含む第１の周波数域における第１制御ゲイン値が垂下特性の傾きに対応して設定される一方で、第１の周波数域よりも高周波側の第２の周波数域における第２制御ゲイン値が第１制御ゲイン値よりも低く設定されるように定められる。

　本開示によれば、垂下特性の傾きを確保するために系統周波数の目標値を含む第１周波数域の制御ゲイン値を高く設定しても、高周波側の第２の周波数域の制御ゲインを下げることができるので、制御安定性を損なうことなく、設定された垂下特性を持たせた系統安定化制御を実現することが可能である。

実施の形態１に係る系統システムの概略構成を説明するブロック図である。 比較例に係るＶ－Ｑ制御部の制御ブロック図である。 比較例に係るＶ－Ｑ制御による垂下特性を示すグラフである。 比較例に係るＶ－Ｑ制御の周波数特性を示すボード線図である。 電力変換装置単体でのＶ－Ｑ制御の入出力応答の周波数特性の一例を示すボード線図である。 比較例に係るＶ－Ｑ制御部を用いて電力変換器を制御した際の全体の制御ブロック図である。 図６に示された全体制御ブロックの周波数特性を示すボード線図である。 実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御部の制御ブロック図である。 実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御部の周波数特性を示すボード線図である。 実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御部を用いて電力変換器を制御した際の周波数特性を示すボード線図である。 実施の形態１の変形例に係るＶ－Ｑ制御による垂下特性を示すグラフである。 実施の形態１の変形例に係るＶ－Ｑ制御部の制御ブロック図である。 系統システムの構成の第１の変形例を説明するブロック図である。 系統システムの構成の第２の変形例を説明するブロック図である。 系統システムの構成の第３の変形例を説明するブロック図である。 実施の形態２に係る系統システムの概略構成を説明するブロック図である。 比較例に係るｆ－Ｐ制御部の制御ブロック図である。 比較例に係るｆ－Ｐ制御による垂下特性を示すグラフである。 比較例に係るｆ－Ｐ制御の周波数特性を示すボード線図である。 電力変換装置単体でのｆ－Ｐ制御の入出力応答の周波数特性の一例を示すボード線図である。 比較例に係るｆ－Ｐ制御部を用いて電力変換器を制御した際の全体の制御ブロック図である。 図２１に示された全体制御ブロックの周波数特性を示すボード線図である。 実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御部の制御ブロック図である。 実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御部の周波数特性を示すボード線図である。 実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御部を用いて電力変換器を制御した際の周波数特性を示すボード線図である。 実施の形態２の変形例に係るｆ－Ｐ制御による垂下特性を示すグラフである。 実施の形態２の変形例に係るｆ－Ｐ制御部の制御ブロック図である。

　以下に、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

　実施の形態１．
　実施の形態１では、系統安定化制御として、系統電圧の変化に対する無効電力制御（Ｖ－Ｑ制御）について説明する。

　図１に示される様に、実施の形態１に係る系統システム１００ａは、電圧源装置１０と、送電線を含む配電系統４０と、電力変換装置５０ａ，５０ｂと、電圧測定部５２ａ，５２ｂと、電流測定部５４ａ，５４ｂと、系統制御部６０ａ，６０ｂとを備える。

　電圧源装置１０は、配電系統４０と接続されて、配電系統４０に交流電圧を出力する。電圧源装置１０は、電力系統に相当する場合、又は、電力系統から切り離された独立した電圧源の場合の両方が想定される。電圧源装置１０は、例えば、発電機等の発電装置、発電装置及び負荷の組み合わせ、又は、大容量の蓄電装置等を含んで構成することができる。

　配電系統４０には、需要家群２０が接続される。需要家群２０は、配電系統から供給された電力を消費する。或いは、需要家群２０では、太陽光発電装置（図示せず）等による発電電力を配電系統４０に逆潮流することも可能である。

　配電系統４０は、送電線の長さに応じた配電インピーダンスを有する。図１の例では、電圧源装置１０から、配電系統４０上の電力変換装置５０ａ，５０ｂとの接続点との間には、配電インピーダンス４０ｘａが存在しており、当該接続点と需要家群２０との間には配電インピーダンス４０ｘｂが存在している。

　配電線インピーダンスは、同一種類の送電線では、配線長が長いほど配電インピーダンスが増加する特性を有する。又、配電系統４０に無効電力（電流）が流れた場合、無効電力の極性（位相）に応じて系統電圧が上昇又は下降する。この際の系統電圧の変化量は、上記配電インピーダンスの内、配電線に生じるインダクタンス（配線インダクタンス）の大きさに応じて決まる。尚、以下では、説明を簡略化するために、有効電力及び配線インダクタンスの間、及び、無効電力及び配線抵抗の間での相互作用が、系統電圧に与える影響は十分に小さく無視できるものとする。

　電圧測定部５２ａ，５２ｂ及び電流測定部５４ａ，５４ｂは、配電系統４０の状態を検知するために配置される。電圧測定部５２ａ，５２ｂは、配電系統４０との接続点における交流電圧（系統電圧）を測定する。同様に、電流測定部５４ａ，５４ｂは、配電系統４０との接続点における交流電流（系統電流）を測定する。測定された系統電圧及び系統電流は、系統制御部６０ａ，６０ｂに入力される。

　尚、図１の例では、電圧測定部５２ａ，５２ｂ及び電流測定部５４ａ，５４ｂは、電力変換装置５０ａ，５０ｂの直近に設置されているが、電力変換装置５０ａ，５０ｂから離れた箇所に配置されてもよい。或いは、配電系統４０上の複数個所に電圧測定部５２ａ，５２ｂ及び電流測定部５４ａ，５４ｂを配置して、複数個所で測定された系統電圧及び系統電流を、選択的に系統制御部６０ａ，６０ｂに入力することも可能である。

　電力変換装置５０ａ，５０ｂは、配電系統４０に対して、系統制御部６０ａ，６０ｂからの電力指令値に従った無効電力を出力する様に構成される。上述の様に、実施の形態１では、Ｖ－Ｑ制御を説明するので、電力変換装置５０ａ，５０ｂは、配電系統４０に対して無効電力Ｑｘａ，Ｑｘｂを注入するための、ＳＴＡＴＣＯＭ（Static　synchronous　compensator））等の自励式又は他励式の無効電力補償装置を用いて構成することができる。

　尚、以下では、系統電圧の位相を基準として、電流進相方向（即ち、系統電圧上昇方向）の無効電力を正値（Ｑ＞０）で表す一方で、電流遅相方向（即ち、系統電圧低下方向）の無効電力を負値（Ｑ＜０）で表すものとする。又、電力変換装置５０ａ，５０ｂは、需給調整手段のために、蓄電装置及び／又は分散型電源（太陽電池パネル等）と接続されていてもよい。

　系統制御部６０ａ，６０ｂは、電圧測定部５２ａ，５２ｂ及び電流測定部５４ａ，５４ｂによって測定された配電系統４０の状態（具体的には、系統電圧及び／又は系統電流）に基づき、電力変換装置５０ａ，５０ｂの電力指令値を生成する。Ｖ－Ｑ制御が説明される実施の形態１では、系統制御部６０ａ，６０ｂは、電力指令値Ｑｒｅｆを生成する。上記の定義に従って、Ｑｒｅｆ＞０は、電流進相方向（電圧上昇方向）の無効電力（Ｑｘａ，Ｑｘｂ＞０）の出力を指示するものであり、Ｑｒｅｆ＜０は、電流遅相方向（電圧低下方向）の無効電力（Ｑｘａ，Ｑｘｂ＜０）の出力を指示するものである。

　例えば、図１に例示される様に、系統制御部６０ａ，６０ｂは、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１５１と、メモリ１５２と、入出力（Ｉ／Ｏ）回路１５３とを含む様に、コンピュータベースで構成することができる。ＣＰＵ５１、メモリ１５２及びＩ／Ｏ回路１５３は、バス１５５を経由して、相互にデータの授受が可能である。メモリ１５２の一部領域にはプログラムが予め格納されており、ＣＰＵ１５１が当該プログラムを実行することで、後述するＶ－Ｑ制御及び実施の形態２で説明するｆ－Ｐ制御の機能を実現することができる。Ｉ／Ｏ回路１５３は、系統制御部６０ａ，６０ｂの外部との間で、信号及びデータを入出力する。

　或いは、図１の例とは異なり、系統制御部６０ａ，６０ｂの少なくとも一部については、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、又は、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）等の回路を用いて構成することが可能である。又、系統制御部６０ａ，６０ｂの少なくとも一部について、アナログ回路によって構成することも可能である。この様に、後述するＶ－Ｑ制御及びｆ－Ｐ制御の機能は、ソフトウェア処理及びハードウェア処理の少なくとも一方によって実現することができる。

　図１の例では、電力変換装置５０ａ及び系統制御部６０ａ、並びに、電力変換装置５０ｂ及び系統制御部６０ｂは、別個の機器で構成されており、有線又は無線通信を介して接続されている。但し、系統制御部６０ａ，６０ｂは、電力変換装置５０ａ，５０ｂの内部機能としてよく、電力変換装置５０ａ及び系統制御部６０ａ、並びに、電力変換装置５０ｂ及び系統制御部６０ｂのそれぞれは、単一機器で構成されてもよい。

　以下で説明する、系統制御部６０ａによる電力変換装置５０ａの制御と、系統制御部６０ｂによる電力変換装置５０ｂの制御とは共通である。従って、以下では、各要素の添字ａ，ｂを省いて、系統制御部６０ａ，６０ｂの各々による電力変換装置５０ａ，５０ｂの各々を用いた系統安定化制御を包括的に説明することとする。

　まず、比較例として、特許文献１等に記載された従来のＶ－Ｑ制御について、図２～図７を用いて説明する。

　図２に示される様に、比較例に係るＶ－Ｑ制御部２００♯は、実効値算出部２０２と、減算部２０４と、比例制御要素２０６と、リミッタ２０８とによって実行される。実効値算出部２０２は、電圧測定部５２によって計測された系統電圧Ｖａｃから系統電圧実効値Ｖｒｍｓを算出する。

　減算部２０４は、系統電圧指令値Ｖｒｍｓ＊から、実効値算出部２０２によって算出された系統電圧Ｖａｃを減算して、電圧偏差ΔＶｒｍｓを算出する。比例制御要素２０６は、電圧偏差ΔＶｒｍｓ及び比例ゲインＫｖｑの乗算値を出力する。比例制御要素２０６の出力値がリミッタ２０８を通過することによって、電力指令値Ｑｒｅｆが生成される。

　リミッタ２０８は、Ｋｖｑ・ΔＶｒｍｓ＞Ｑｒｅｆｕｐのときは、Ｑｒｅｆ＝Ｑｒｅｆｕｐに固定する一方で、Ｋｖｑ・ΔＶｒｍｓ＜Ｑｒｅｆｄｗｎのときは、Ｑｒｅｆ＝Ｑｒｅｆｄｗｎに固定する（Ｑｒｅｆｄｏｗｎ＜０，Ｑｒｅｆｕｐ＞０）。これに対して、Ｑｒｅｆｄｗｎ≦Ｋｖｑ・ΔＶｒｍｓ≦Ｑｒｅｆｕｐのときには、Ｑｒｅｆ＝Ｋｖｑ・ΔＶｒｍｓに設定される。

　図３には、図２の制御ブロック図に従うＶ－Ｑ制御による垂下特性が示される。
　図３の横軸には、電圧偏差ΔＶｒｍｓが示され、縦軸には、電力指令値Ｑｒｅｆが示される。ΔＶｒｍｓ＝０，即ち、Ｖｒｍｓ＝Ｖｒｍｓ＊のときに、Ｑｒｅｆ＝０である。ΔＶｒｍｓ＞０（即ち、Ｖｒｍｓ＊＞Ｖｒｍｓ）のときには、ΔＶｒｍｓに比例した大きさの進相無効電力（系統電圧を上昇させる方向）が電力変換装置５０から配電系統４０に出力されるように、電力指令値Ｑｒｅｆが設定される（Ｑｒｅｆ＞０）。これに対してΔＶｒｍｓ＜０（即ち、Ｖｒｍｓ＊＜Ｖｒｍｓ）のときには、ΔＶｒｍｓに比例した大きさの遅相無効電力（系統電圧を低下させる方向）が電力変換装置５０から配電系統４０に出力されるように、電力指令値Ｑｒｅｆが設定される（Ｑｒｅｆ＜０）。

　尚、リミッタ２０８（図２）によって、電力指令値Ｑｒｅｆは、Ｑｒｅｆｄｍｎ≦Ｑｒｅｆ≦Ｑｒｅｆｕｐの範囲内に制限して設定されるが、当該制限値Ｑｒｅｆｕｐ，Ｑｒｅｆｄｗｎは、電力変換装置５０が出力可能な定格電力等に応じて予め決定することができる。或いは、電力変換装置５０が有効電力及び無効電力の両方を出力できる場合には、有効電力の出力量に応じて、制限値Ｑｒｅｆｕｐ，Ｑｒｅｆｄｗｎを可変としてもよい。例えば、電力変換装置５０が出力可能な電流量に制限がある場合には、電力変換装置５０が出力できる皮相電力量に一定の制限が設けられるため、電力変換装置５０から出力される皮相電力が予め定められた制限値以下となるように、有効電力の出力量に応じて、制限値Ｑｒｅｆｕｐ，Ｑｒｅｆｄｗｎを変化させることができる。この場合の制限値は、電力変換装置５０のスペック等に従って、任意に設定することができる。

　図３に示される様に、垂下特性の傾きは、比例ゲインＫｖｑによって決定される。例えば、図示しない上位の制御部から垂下特性が与えられる場合には、図２の比例ゲインＫｖｑは、指示された垂下特性の傾きによって決定される。

　図４には、図２に示された制御ブロック図の入出力応答の周波数特性を模式的に表したボード線図が示される。図４（ａ），（ｂ）の横軸には周波数が示され、図４（ａ）の縦軸には制御ゲイン、図４（ｂ）の縦軸には位相が示される。

　図４（ａ）に示される様に、ゲインは、周波数によらず、比例ゲインＫｖｑに一定に維持される。又、図４（ｂ）に示される様に、比例制御のため、位相は、周波数によらず、０［ｄｅｇ］に維持される。

　次に、図５には、電力変換装置５０単体のＶ－Ｑ制御の入出力応答の周波数特性の一例が示される。電力変換装置５０の実際の動作では、ある電力指令値が設定されてから、当該電力指令値に従った電力（電流）が整定して出力されるまでに一定の応答周波数を限界とするような能力上の制限が存在する。例えば、電力変換装置５０自体の能力（応答速度）、並びに、電力変換装置５０及び系統制御部６０の間の通信間隔の制約等による制御遅れ等に起因して、この様な制限が発生する。

　応答能力の限界を模式的に表すため、図５（ａ）に示される様に、電力変換装置５０単体のＶ－Ｑ制御のゲイン特性は、２次遅れ系の周波数特性を有すると仮定する。ここでは仮に、図５（ａ）上の折れ線で表した２次遅れ系の周波数応答での折点周波数に対応する、通過帯域に対するゲインが半分となるカットオフ周波数を、上記制限を回避できる上限周波数ｆｃと定める。以下では、当該上限周波数を、電力変換装置５０の応答周波数ｆｃとも称する。電力変換装置５０単体のＶ－Ｑ制御では、位相特性についても、図５（ｂ）に示される様に、応答周波数ｆｃ付近で、０［ｄｅｇ］から－１８０［ｄｅｇ］へ変化する。

　図６には、図２のＶ－Ｑ制御部２００♯（比較例）を用いて電力変換装置５０を制御した際の全体の制御ブロック図が示される。

　図６に示された全体制御ブロック２５０において、「ＰＣＳ」と表記されたブロックは、電力変換装置５０に相当する。電力変換装置５０から出力された電力（実施の形態１では、無効電力Ｑｘ）は、配電系統４０のインピーダンスの大きさ（Ｘ）に応じて系統電圧実効値Ｖｒｍｓに変化を起こす。系統電圧実効値Ｖｒｍｓは、図２に示されたＶ－Ｑ制御部２００♯に入力される。Ｖ－Ｑ制御部２００♯は、系統電圧指令値Ｖｒｍｓ＊から系統電圧実効値Ｖｒｍｓを減算した電圧偏差ΔＶｒｍｓと比例した無効電力Ｑｘが出力される様に、電力変換装置５０を制御する。

　図７には、図６に示された、Ｖ－Ｑ制御部２００♯及び電力変換装置５０を含む全体制御ブロック２５０の周波数特性を模式的に表したボード線図が示される。図７（ａ），（ｂ）の横軸には周波数が示され、図７（ａ）の縦軸には制御ゲイン、図７（ｂ）の縦軸には位相が示される。

　図７（ａ）に示される様に、上位からの垂下特性に従って定められた比例ゲインＫｖｑが決定されることにより、応答周波数ｆｃ以下の周波数領域では、当該比例ゲインＫｖｑに依存した一定値に制御ゲインが維持される。一方で、図７（ｂ）に示される様に、位相は、図５（ｂ）と同様に、応答周波数ｆｃ付近で、０［ｄｅｇ］から－１８０［ｄｅｇ］へ変化する。

　図７（ｂ）から理解される様に、比較例のＶ－Ｑ制御（図２）が適用された電力変換装置５０のＶ－Ｑ制御では、応答周波数ｆｃ付近においても、制御ゲインが比例ゲインＫｖｑに依存する一定値に維持されることになる。

　このため、垂下特性によって比例ゲインＫｖｑが高く設定され過ぎると、制御の位相余裕やゲイン余裕が減少して、図６に示されたＶ－Ｑ制御全体での制御安定性が損なわれるケースが発生する虞がある。

　電力変換装置５０によって系統電圧変動を抑制する際には、系統電圧の安定化を重視して、系統電圧の±１（％）以下程度の小さい電圧変動に対して、電力変換装置５０の定格出力程度の無効電力が出力される様に、垂下特性が設定される。このため、Ｖ－Ｑ制御の垂下特性の傾きを確保するために、比例ゲインＫｖｑが大きく設定され得る。これに伴い、応答周波数ｆｃ付近では、上述した様に制御安定性が低下することが懸念される。反対に、制御安定性を重視して比例ゲインＫｖｑを制限すると、系統電圧安定化制御の性能が制限されてしまう。

　従って、本実施の形態１では、図６に示された全体制御ブロック２５０において、比較例に係るＶ－Ｑ制御部２００♯を、図８に示されるＶ－Ｑ制御部２００に置換する様に、系統制御部６０を構成する。

　尚、図６に示された全体制御ブロック２５０は、本開示の要旨を簡潔に説明するために単純化されており、説明にあたっての一例に過ぎない。即ち、本開示の適用は図６に示された全体制御ブロック２５０において、Ｖ－Ｑ制御部２００♯に代えて、図８に示されるＶ－Ｑ制御部２００が用いられる構成に限定されるものではない点を確認的に記載する。

　図８に示される様に、実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御部２００は、図２と同様の実効値算出部２０２、減算部２０４、及び、リミッタ２０８と、比例制御要素２１１，２１２と、積分制御要素２１３と、減算部２１４と、加算部２１６と、リミッタ２２０とを含む。

　比例制御要素２１１は、電圧偏差ΔＶｒｍｓ及び比例ゲインＫｐの乗算値を出力する。電圧偏差ΔＶｒｍｓは、減算部２１４の（＋）側に入力される。

　積分制御要素２１３は、減算部２１４の出力及び積分ゲイン（Ｋｐ／Ｔ）の乗算値を積算する（Ｔ：積分時間）。積分制御要素２１３の出力である積分値は、比例制御要素２１２によってゲイン（１／Ｋｖｑ０）を乗算されて、減算部２１４の（－）側の入力値Ａとされる。リミッタ２２０は、リミッタ２０８と同様の機能を有し、積分制御要素２１３による積分値を、上述のＱｒｅｆｄｗｎ～Ｑｒｅｆｕｐの範囲内に制限するために設けられる。

　加算部２１６は、比例制御要素２１１（Ｋｐ）の出力値と、積分制御要素２１３による積分値（リミッタ２２０の通過後）とを加算する。Ｖ－Ｑ制御部２００では、加算部２１６の出力値がリミッタ２０８を通過することによって、電力指令値Ｑｒｅｆが生成される。即ち、電力指令値Ｑｒｅｆは、Ｑｒｅｆｄｏｗｎ≦Ｑｒｅｆ≦Ｑｒｅｆｕｐの範囲内に制限して設定される。

　図８において、リミッタ２０８，２２０を省略すると、入力ΔＶｒｍｓ及び出力Ｑｒｅｆの間の制御演算は、減算部２１４への入力値Ａを用いて、下記の式（１）で示すことができる。

　（ΔＶｒｍｓ－Ａ）・（Ｋｐ／ｓＴ）＋ΔＶｒｍｓ・Ｋｐ＝Ｑｒｅｆ　　…（１）
　又、入力値Ａについては、下記の式（２）が成立する。

　（ΔＶｒｍｓ－Ａ）・（Ｋｐ／ｓＴ）・（１／Ｋｖｑ０）＝Ａ　…（２）
　式（１）及び（２）を連立して、入力値Ａを消去して、（Ｑｒｅｆ／ΔＶｒｍｓ）について解くと、Ｖ－Ｑ制御部２００での制御演算について、図８中にも示される下記の式（３）が得られる。

　式（３）において、ｓ→０、即ち、周波数をゼロに近づけると、（Ｑｒｅｆ／ΔＶｒｍｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｖｑ０となることが理解される。反対に、ｓ→∞、即ち、周波数を高めていくと、（Ｑｒｅｆ／ΔＶｒｍｓ）＝Ｋｐとなることが理解される。この為、Ｋｐ＜Ｋｖｑ０とすることで、高周波域のゲインを低周波域のゲインよりも低くすることができる。

　図９には、図８に示されたＶ－Ｑ制御部２００の入出力応答の周波数特性、即ち、実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御の周波数特性を模式的に表したボード線図が示される。図４と同様に、図９（ａ），（ｂ）の横軸には周波数が示され、図９（ａ）の縦軸には制御ゲイン、図９（ｂ）の縦軸には位相が示される。

　図９に示される様に、低周波域（ｓ→０）では、比例制御が支配的になるので、制御ゲインは、Ｋｖｑ＝Ｋｐ０＋Ｋｐで示される第１ゲイン値となり、位相が０［ｄｅｇ］（位相遅れ無し）となる。一方で、低周波域から周波数が上昇すると、積分制御の影響が大きくなり、制御ゲインが第１ゲイン値から低下するとともに、位相は－９０［ｄｅｇ］に向けて低下する。従って、直流（０［Ｈｚ］）を含む低周波数域において、制御ゲインを第１ゲイン値Ｋｖｑに設定することができる。即ち、第１ゲイン値Ｋｖｑは「第１制御ゲイン値」の一実施例に対応し、直流を含む低周波数域は「第１の周波数域」の一実施例に対応する。尚、制御ゲインが第１ゲイン値Ｋｖｑに設定される上記低周波数域は、系統電圧制御の整定時間の目標値（数十秒～数百秒程度）の逆数で示される周波数を含むことが好ましい。

　更に周波数が上昇すると、積分制御が支配的な周波数域となり、位相は－９０［ｄｅｇ］になる。この周波数域でも、周波数の上昇に応じて制御ゲインは低下する。

　高周波域（ｓ→∞）では、制御ゲインは、Ｋｐ（第２ゲイン値）まで低下するとともに、再び比例制御が支配的になり、位相は０［ｄｅｇ］になる。制御ゲイン＝Ｋｐとなる下限周波数である折線周波数ｆｃ０は、積分制御要素２１３での積分時間Ｔに依存して決まる。

　図５及び図７で説明した、電力変換装置５０の応答周波数ｆｃでの制御ゲインを下げるためには、ｆｃ０＜ｆｃとなる様に、積分時間Ｔが設定されることが好ましい。この場合には、応答周波数ｆｃでの制御ゲイン値はＫｐとなるので、第２ゲイン値Ｋｐは「第２制御ゲイン値」の一実施例に対応し、第２ゲイン値Ｋｐが設定される。

　或いは、応答周波数ｆｃにおける制御ゲイン値が、第１ゲイン値（Ｋｖｑ）よりも十分低い範囲内であれば、ｆｃ０＞ｆｃを許容することも可能であり、例えば、最低条件として、ｆｃ０＜５・ｆｃとなる範囲内に折線周波数ｆｃ０が位置する様に、積分時間Ｔを設定することができる。この場合には、ゲインＫｐよりも大きく、かつ、ゲインＫｖｑよりも小さい、応答周波数ｆｃにおける制御ゲインが「第２ゲイン値」の一実施例に対応することになる。いずれにしても、制御ゲイン値が「第２ゲイン値」に設定される「第２の周波数域」は、応答周波数ｆｃを含むことが理解される。

　低周波域でのゲインＫｖｑ（第１ゲイン値）は、図３と同様の垂下特性の傾きに相当する。従って、図８中のゲインＫｐ及びＫｖｑ０は求められる垂下特性の傾きに対応させて、系統制御部６０内の値として定められる。

　系統制御部６０では、予め設定されたゲインＫｐと、上位から指示された垂下特性の傾きＫｖｑとを用いて、Ｋｖｑ０＝Ｋｖｑ－Ｋｐに設定して、比例制御要素２１２のゲイン（１／Ｋｖｑ０）を定めることができる。尚、Ｋｖｑ＞＞Ｋｐの場合には、Ｋｖｑ≒（Ｋｖｑ０＋Ｋｐ）となるので、系統制御部６０では、上位から指示された垂下特性の傾きＫｖｑをそのまま用いて、Ｋｖｑ０＝Ｋｖｑと簡易に設定することも可能である。

　図１０には、図８に示されたＶ－Ｑ制御部２００及び電力変換装置５０を合わせた全体の制御ブロックの周波数特性が示される。具体的には、図６の全体制御ブロック２５０において、比較例のＶ－Ｑ制御部２００♯に代えて、実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御部２００を適用したときの周波数特性を模式的に表したボード線図が示される。図７と同様に、図１０（ａ），（ｂ）の横軸には周波数が示され、図１０（ａ）の縦軸には制御ゲイン、図１０（ｂ）の縦軸には位相が示される。

　図１０（ａ）に示される様に、上述の直流（０［Ｈｚ］）を含む低周波数域では、制御ゲインは、第１ゲイン値Ｋｖｑに依存した値となる。このため、垂下特性の傾き（Ｋｖｑ）を確保するための図７と同等の制御ゲインを確保することができる。これにより、図３に示された垂下特性を同様に実現することができる。

　一方で、応答周波数ｆｃを含む高周波域での制御ゲインは、第２ゲイン値Ｋｐに依存した値に低下する。これにより、図９に示した折線周波数ｆｃ０よりも高い、電力変換装置５０の応答周波数ｆｃ付近の周波域では、制御ゲインは、第２ゲイン値Ｋｐに依存した値となり、低周波域での第１ゲイン値Ｋｖｑに依存した値よりも低く抑えられる。

　又、応答周波数ｆｃよりも高い周波数域では、周波数の上昇に応じて、制御ゲインは低下する。特に、電力変換装置５０の周波数特性（図５）、Ｖ－Ｑ制御部２００の特性、及び、配電系統のインピーダンスＸが関与して決まるゲイン交差周波数ｆｃ１において、制御ゲインが０［ｄＢ］となる。

　この様に、実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御が適用された系統システムによれば、応答周波数ｆｃ付近での制御安定性を損なうことなく、所望の垂下特性を持たせることが可能となる。即ち、制御安定性を損なうことなく、設定された垂下特性を持たせることが可能となることが理解される。

　実施の形態１において、図１等に示された、電圧測定部５２ａ，５２ｂ及び電流測定部５４ａ，５４ｂは、配電系統４０の状態量を検出するための「検出器」の一実施例に対応し、系統制御部６０ａ，６０ｂは、系統システムの「制御装置」の一実施例に対応する。又、実施の形態１では、系統電圧実効値Ｖｒｍｓが、配電系統４０の「状態量」に対応する。更に、図８に示した制御ブロック図において、Ｖ－Ｑ制御部２００の実効値算出部２０２及び減算部２０４は「偏差演算部」の一実施例に対応し、Ｖ－Ｑ制御部２００の減算部２０４よりも下流側の要素群によって「制御演算部」の一実施例が構成される。

　尚、図８に示されたＶ－Ｑ制御部２００の構成は例示に過ぎず、図９を用いて説明した、上述の直流（０［Ｈｚ］）を含む低周波域及び応答周波数ｆｃを含む高周波域での周波数特性が実現できる限り、Ｖ－Ｑ制御部２００による制御演算は任意に設定することができる。

　実施の形態１の変形例．
　実施の形態１の変形例では、特許文献１と同様に、系統電圧の小さい変化に対して不感帯を設けたＶ－Ｑ制御を説明する。

　図１１には、実施の形態１の変形例に係るＶ－Ｑ制御による垂下特性が示される。
　図１１を図３と比較して、実施の形態１の変形例では、系統電圧指令値Ｖｒｍｓ＊に対する系統電圧実効値Ｖｒｍｓの変化が小さいとき、例えば、Ｖｒｍｓｄｗｎ≦ΔＶｒｍｓ≦Ｖｒｍｓｕｐ（Ｖｒｍｓｄｗｎ＜０，Ｖｒｍｓｕｐ＞０）の範囲では、Ｑｒｅｆ＝０に設定されて、電力変換装置５０から配電系統４０に無効電力を注入しない様に、Ｖ－Ｑ制御が行われる。

　一方で、ΔＶｒｍｓ＞Ｖｒｍｓｕｐの領域では、電圧偏差ΔＶｒｍｓｕ（ΔＶｒｍｓｕ＝Ｖｒｍｓ＊－Ｖｒｍｓ－Ｖｒｍｓｕｐ）に比例した大きさの進相無効電力（電圧上昇方向）が配電系統４０に注入される様に、図３と同様の傾きＫｖｑ及び電圧偏差ΔＶｒｍｓｕｐの積に従って、電力指令値Ｑｒｅｆが設定される（Ｑｒｅｆ＝Ｋｖｑ・ΔＶｒｍｓｕ）。

　ΔＶｒｍｓ＜Ｖｒｍｓｄｗｎの領域では、電圧偏差ΔＶｒｍｓｄ（ΔＶｒｍｓｄ＝Ｖｒｍｓ＊－Ｖｒｍｓ－Ｖｒｍｓｄｗｎ）に比例した大きさの遅相無効電力（電圧低下方向）が配電系統４０に注入される様に、図３と同様の傾きＫｖｑ及び電圧偏差ΔＶｒｍｓｄの積に従って、電力指令値Ｑｒｅｆが設定される（Ｑｒｅｆ＝Ｋｖｑ・ΔＶｒｍｓｄ）。

　即ち、ΔＶｒｍｓ＞Ｖｒｍｓｕｐの領域、及び、ΔＶｒｍｓ＜Ｖｒｍｓｄｗｎの領域では、図３と同様の傾きＫｖｑを有する垂下特性に従って、Ｖ－Ｑ制御が行われる。

　図１２には、実施の形態１の変形例に係るＶ－Ｑ制御部の制御ブロック図が示される。
　図１２に示される様に、実施の形態１の変形例に係るＶ－Ｑ制御部２０１は、実効値算出部２０２と、減算部２０４と、電圧上昇側のＶ－Ｑ制御部２００ｕと、電圧低下側のＶ－Ｑ制御部２００ｄと、補正部２１７ｕ，２１７ｄと、加算部２３５とを有する。

　補正部２１７ｕは、減算部２０４からの電圧偏差ΔＶｒｍｓから図１１のＶｒｍｓｕｐ（＞０）を減算することで、補正された電圧偏差ΔＶｒｍｓｕを算出する。これにより、０＜ΔＶｒｍｓ＜Ｖｒｍｓｕｐの領域では、電圧偏差ΔＶｒｍｓが正値であるのに対して、電圧偏差ΔＶｒｍｓｕは負値に補正される。

　同様に、補正部２１７ｄは、減算部２０４からの電圧偏差ΔＶｒｍｓから図１１のＶｒｍｓｄｗｎ（＜０）を減算することで、補正された電圧偏差ΔＶｒｍｓｄを算出する。これにより、Ｖｒｍｓｄｗｎ＜ΔＶｒｍｓ＜０の領域では、電圧偏差ΔＶｒｍｓが負値であるのに対して、電圧偏差ΔＶｒｍｓｄは正値に補正される。

　Ｖ－Ｑ制御部２００ｕは、図８のＶ－Ｑ制御部２００のリミッタ２０８，２２０、比例制御要素２１１，２１２、積分制御要素２１３、減算部２１４、及び、加算部２１６と同様に接続された、リミッタ２０８ｕ，２２０ｕ、比例制御要素２１１ｕ，２１２ｕ、積分制御要素２１３ｕ、減算部２１４ｕ、及び、加算部２１６ｕを有する。

　但し、リミッタ２０８ｕ，２２０ｕは、出力値を０～Ｑｒｅｆｕｐの範囲内に制限する様に構成される（Ｑｒｅｆｕｐ＞０）。即ち、リミッタ２０８ｕ，２２０ｕへ負値が入力されるときには、リミッタ２０８ｕ，２２０ｕの出力値は０となる。

　Ｖ－Ｑ制御部２００ｕは、補正された電圧偏差ΔＶｒｍｓｕを入力として、Ｑｒｅｆｕを出力する。上述したリミッタ２０８ｕ，２２０ｕの動作により、電圧偏差ΔＶｒｍｓｕ＜０のとき、即ち、ΔＶｒｍｓ＜Ｖｒｍｓｕｐのときには、Ｖ－Ｑ制御部２００ｕの出力値Ｑｒｅｆｕ＝０となる。

　一方で、電圧偏差ΔＶｒｍｓｕ≧０のときには、電圧偏差ΔＶｒｍｓｕに応じて、Ｖ－Ｑ制御部２００ｕの出力値Ｑｒｅｆｕ＞０となる。このときの電圧偏差ΔＶｒｍｓｕ及び出力値Ｑｒｅｆｕの間の関係は、Ｖ－Ｑ制御部２００（図８）における電圧偏差ΔＶｒｍｓ及び電力指令値Ｑｒｅｆの関係と同様である。

　同様に、Ｖ－Ｑ制御部２００ｄは、図８のＶ－Ｑ制御部２００のリミッタ２０８，２２０、比例制御要素２１１，２１２、積分制御要素２１３、減算部２１４、及び、加算部２１６と同様に接続された、リミッタ２０８ｄ，２２０ｄ、比例制御要素２１１ｄ，２１２ｄ、積分制御要素２１３ｄ、減算部２１４ｄ、及び、加算部２１６ｄを有する。

　但し、リミッタ２０８ｄ，２２０ｄは、出力値をＱｒｅｆｄｗｎ～０の範囲内に制限する様に構成される（Ｑｒｅｆｄｗｎ＜０）。即ち、リミッタ２０８ｕ，２１３ｕへ正値が入力されるときには、リミッタ２０８ｄ，２２０ｄの出力値は０となる。

　Ｖ－Ｑ制御部２００ｄは、補正された電圧偏差ΔＶｒｍｓｄを入力として、Ｑｒｅｆｄを出力する。上述したリミッタ２０８ｄ，２２０ｄの動作により、電圧偏差ΔＶｒｍｓｄ＞０のとき、即ち、ΔＶｒｍｓ＞Ｖｒｍｓｄｗｎのときには、Ｖ－Ｑ制御部２００ｄの出力値Ｑｒｅｆｄ＝０となる。

　一方で、電圧偏差ΔＶｒｍｓｄ≦０のときには、電圧偏差ΔＶｒｍｓｄに応じて、Ｖ－Ｑ制御部２００ｄの出力値Ｑｒｅｆｄ＜０となる。このときの電圧偏差ΔＶｒｍｓｄ及び出力値Ｑｒｅｆｄの間の関係は、Ｖ－Ｑ制御部２００（図８）における電圧偏差ΔＶｒｍｓ及び電力指令値Ｑｒｅｆの関係と同様である。

　加算部２３５は、Ｖ－Ｑ制御部２００ｕの出力値Ｑｒｅｆｕと、Ｖ－Ｑ制御部２００ｄの出力値Ｑｒｅｆｄとを加算して、電力指令値Ｑｒｅｆを生成する。上述の様に、図１１に示された、Ｖｒｍｓｄｗｎ≦ΔＶｒｍｓ≦Ｖｒｍｓｕｐの範囲では、Ｑｒｅｆｕ＝Ｑｒｅｆｄ＝０であるので、電力指令値Ｑｒｅｆ＝０と設定される。これにより、Ｖｒｍｓｄｗｎ≦ΔＶｒｍｓ≦Ｖｒｍｓｕｐとなる、系統電圧指令値Ｖｒｍｓ＊からの系統電圧の変化が小さい領域を、配電系統４０に無効電力が注入されない不感帯とすることができる。

　一方で、不感帯の外部では、図８のＶ－Ｑ制御部２００において、電圧偏差ΔＶｒｍｓを、補正された電圧偏差ΔＶｒｍｓｕ又はΔＶｒａｍｓｄに置き換えた態様で、電力指令値Ｑｒｅｆを設定することができる。

　この様に、実施の形態１の変形例に係るＶ－Ｑ制御が適用されたシステムでは、系統電圧の変化が小さい領域に不感帯を設けるとともに、不感帯の外部では、実施の形態１と同様にＶ－Ｑ制御を行うことができる。従って、実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御による効果に加えて、系統電圧の変化が小さい領域における制御安定性を更に高めることができる。

　次に、系統システムの構成の変形例を説明する。
　図１では、近接配置された２台の電力変換装置５０ａ，５０ｂの各々により、垂下特性を設けるための制御（Ｖ－Ｑ制御）を行う構成例を説明したが、２台の電力変換装置５０ａ，５０ｂの一方のみで実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御を行ってもよい。

　但し、図１の様な構成では、センサ誤差等に起因した制御誤差が生じることにより、電力変換装置５０ａ，５０ｂの間で出力分担が偏ることが懸念される。これに対して、電力変換装置５０ａ，５０ｂの両方に垂下特性を設けることにより、この様な出力分担の偏りを抑制することができる。

　又、図１３に示される系統システム１００ｂの様に、電力変換装置５０ａ，５０ｂに対して共通に設けられた系統制御部６０に、図１に示された系統制御部６０ａ，６０ｂの機能を統合するシステム構成とすることも可能である。系統制御部６０は、垂下特性の傾きを設定する上位制御部に統合することも可能である。この場合には、系統制御部６０内で設定された垂下特性の傾き（Ｋｖｑ）を用いて、本実施の形態に係る電力制御（Ｖ－Ｑ制御）のための電力変換装置５０ａ，５０ｂの指令値が生成される。

　或いは、図１４に示される系統システム１００ｃの様に、配電系統４０上の離れた個所にそれぞれ接続された電力変換装置５０ａ，５０ｂにおいて、本実施の形態に係る電力制御（Ｖ－Ｑ制御）が実行されてもよい。

　又、図１５に示される系統システム１００ｄの様に、異なる配電系統４０ａ，４０ｂにそれぞれ接続された電力変換装置５０ａ，５０ｂにおいて、本実施の形態に係る電力制御（Ｖ－Ｑ制御）が実行されてもよい。

　尚、図１、図１３～図１５では、２台の電力変換装置５０ａ，５０ｂによる電力制御（Ｖ－Ｑ制御）を説明したが、配電系統の任意の個所に接続される電力変換装置５０は１台、或いは、３台以上であってもよい。即ち、配電系統に接続された任意の個数の電力変換装置５０において、本実施の形態に係る電力制御を実行することが可能である。

　実施の形態２．
　実施の形態２では、系統安定化制御として、系統周波数の変化に対する有効電力制御（ｆ－Ｐ）について説明する。

　図１６に示される様に、実施の形態２に係る系統システム１００ｅは、系統システム１００ａ（図１）と同様に構成されており、電圧源装置１０と、送電線を含む配電系統４０と、電力変換装置５０ａ，５０ｂと、電圧測定部５２ａ，５２ｂと、電流測定部５４ａ，５４ｂと、系統制御部６０ａ，６０ｂとを備える。

　一般的に、電圧源装置１０では、発電機の回転子に代表される、回転運動による運動エネルギを保存する回転要素を有している。このため、電圧源装置１０では、瞬時的な電力バランスが崩れると、回転要素の運動エネルギの変化により電力バランスを保つ動作が行われる。例えば、電圧源装置１０の供給可能電力よりも需要家群２０等での消費電力が大きい場合は、電圧源装置１０は、回転要素の運動エネルギの一部を供給可能電力として取り出して需要家群２０に供給する様に動作する。これにより、回転要素の回転運動エネルギが低下するため、当該回転要素の回転数が低下し、当該回転数の変化が系統電圧の周波数変化（低下）として現れる。反対に、電圧源装置１０の供給可能電力に対して需要家群２０等での消費電力が小さい場合は、当該回転要素の回転数が上昇するため、当該回転数の変化は、系統電圧の周波数変化（上昇）として現れる。

　この様な、周波数変化が生じるか否かは、電圧源装置１０の供給能力と、需要家等での消費電力とのバランスに依存する。実施の形態２では、電圧源装置１０は、電力負担に応じて配電系統４０の系統周波数が変化する特性を有している場合を想定する。

　実施の形態２では、電力変換装置５０ａ，５０ｂは、配電系統４０に対して、系統制御部６０ａ，６０ｂからの電力指令値に従った有効電力Ｐｘａ，Ｐｘｂを入出力する様に構成される。電力変換装置５０ａ，５０ｂは、バッテリ等の蓄電装置（バッテリ等）含む需給調整手段と接続されたインバータ等を用いることで、有効電力の入力及び出力の両方が可能となる。

　実施の形態２では、系統制御部６０ａ，６０ｂは、電圧測定部５２ａ，５２ｂ及び電流測定部５４ａ，５４ｂによって測定された配電系統４０の状態（具体的には、系統電圧及び／又は系統電流）に基づき、有効電力の電力指令値Ｐｒｅｆを生成する。

　以下では、電力変換装置５０から配電系統４０に出力される方向の有効電力を正値で表す一方で、配電系統４０から電力変換装置５０へ入力される方向の有効電力を負値で表すものとする。上記の定義に従って、Ｐｒｅｆ＞０は、配電系統４０への有効電力の出力（周波数を上昇させる方向，Ｐｘａ，Ｐｘｂ＞０）を指示するものであり、Ｐｒｅｆ＜０は、配電系統４０からの有効電力の流出（周波数を低下させる方向，Ｐｘａ，Ｐｘｂ＜０）を指示するものである。図１６のその他の構成は、図１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

　比較例として、特許文献１等に記載された従来のｆ－Ｐ制御について、図１７～図２２を用いて説明する。

　図１７に示される様に、比較例に係るＰ－Ｑ制御部３００♯は、周波数算出部３０２と、減算部３０４と、比例制御要素３０６と、リミッタ３０８とによって実行される。周波数算出部３０２は、電圧測定部５２によって計測された系統電圧Ｖａｃの波形から系統周波数ｆｓを算出する。

　減算部３０４は、系統周波数の制御目標である系統周波数指令値ｆｓ＊から、周波数算出部３０２によって算出された系統周波数ｆｓを減算して、周波数偏差Δｆｓを算出する。比例制御要素３０６は、周波数偏差Δｆｓ及び比例ゲインＫｆｐの乗算値を出力する。比例制御要素３０６の出力値がリミッタ３０８を通過することによって、電力指令値Ｐｒｅｆが生成される。

　リミッタ２０８は、Ｋｆｐ・Δｆｓ＞Ｐｒｅｆｕｐのときは、Ｐｒｅｆ＝Ｐｒｅｆｕｐに固定する一方で、Ｋｆｐ・Δｆｓ＜Ｐｒｅｆｄｗｎのときは、Ｐｒｅｆ＝Ｐｒｅｆｄｗｎに固定する（Ｐｒｅｆｄｏｗｎ＜０，Ｐｒｅｆｕｐ＞０）。これに対して、Ｐｒｅｆｄｗｎ≦Ｋｆｐ・Δｆｓ≦Ｐｒｅｆｕｐのときには、Ｐｒｅｆ＝Ｋｆｐ・Δｆｓに設定される。

　これにより、比較例に係るＶ－Ｑ制御と同様のＰ（比例）制御によって垂下特性が設けられる。

　図１８に示される様に、横軸に示された周波数偏差Δｆｓに対して、縦軸に示された電力指令値Ｐｒｅｆが比例することで、比例ゲインＫｖｑによって決定される垂下特性が実現される。即ち、図１７の比例ゲインＫｆｐは、図示しない上位の制御部から与えられた垂下特性の傾きによって決定することができる。

　この垂下特性により、Δｆｓ＞０（即ち、ｆｓ＊＞ｆｓ）のときには、Δｆｓに比例した大きさの有効電力が電力変換装置５０から配電系統４０に出力されるように、電力指令値Ｐｒｅｆが設定される（Ｐｒｅｆ＞０）。これに対してΔｆｓ＜０（即ち、ｆｓ＊＜ｆｓ）のときには、Δｆに比例した大きさの有効電力が配電系統４０から電力変換装置５０へ入力されるように、電力指令値Ｐｒｅｆが設定される（Ｐｒｅｆ＜０）。

　尚、リミッタ３０８（図１７）によって、電力指令値Ｐｒｅｆは、Ｐｒｅｆｄｍｎ≦Ｐｒｅｆ≦Ｐｒｅｆｕｐの範囲内に制限して設定されるが、当該制限値Ｐｒｅｆｕｐ，Ｐｒｅｆｄｗｎについても、電力変換装置５０が出力可能な定格電力等に応じて予め決定することができる。或いは、電力変換装置５０が有効電力及び無効電力の両方を出力できる場合には、皮相電力が一定の制限値を超えない様に、無効電力の出力量に応じて、制限値Ｐｒｅｆｕｐ，Ｐｒｅｆｄｗｎを変化させてもよい。

　図１９には、図４と同様のボード線図が示される。図１９（ａ）に示される様に、ゲインは、周波数によらず、比例ゲインＫｆｐに一定に維持される。又、図１９（ｂ）に示される様に、比例制御のため、位相は、周波数によらず、０［ｄｅｇ］に維持される。

　図２０には、電力変換装置５０単体でのｆ－Ｐ制御の入出力応答の周波数特性の一例が示される。図２０は、Ｖ－Ｑ制御における図５に示されたボード線図に対応する。

　図２０（ａ）に示される様に、ｆ－Ｐ制御においても、電力変換装置５０の実際の動作での遅れ時間により、電力変換装置５０単体のゲイン特性では、図５（ａ）で説明したのと同様の上限周波数ｆｃが存在する。又、図２０（ｂ）に示される様に、位相特性では、図５（ｂ）と同様に、応答周波数ｆｃ付近で０［ｄｅｇ］から－１８０［ｄｅｇ］へ変化する。

　尚、実施の形態１及び２で応答周波数ｆｃは同じ符号で示されているが、実際には、Ｖ－Ｑ（実施の形態１）とｆ－Ｐ制御（実施の形態２）との間では、応答周波数ｆｃの値は異なる可能性がある。

　図２１には、図６と同様の、図１７のｆ－Ｐ制御部３００♯（比較例）を用いて電力変換装置５０を制御した際の全体の制御ブロック図が示される。

　系統周波数ｆｓは、図１７に示されたｆ－Ｐ制御部３００♯に入力される。ｆ－Ｐ制御部３００♯は、系統周波数指令値ｆｓ＊から系統周波数ｆｓを減算した周波数偏差Δｆｓと比例した有効電力Ｐｘが出力される様に、電力変換装置（ＰＣＳ）５０を制御する。電力変換装置５０から出力された電力（実施の形態２では、有効電力Ｐｘ）は、配電系統４０での系統周波数－有効電力特性（Ｋ）に応じて系統周波数ｆｓを変化させる。

　図２２には、図２１に示された、ｆ－Ｐ制御部３００♯及び電力変換装置５０を含む全体制御ブロック３５０の周波数特性を模式的に表したボード線図が示される。

　図２２（ａ）に示される様に、上位からの垂下特性に従って定められた比例ゲインＫｆｐが決定されることにより、応答周波数ｆｃ以下の周波数領域では、当該比例ゲインＫｆｐに依存した一定値に制御ゲインが維持される。一方で、図２２（ｂ）に示される様に、位相は、図２０（ｂ）と同様に、応答周波数ｆｃ付近で、０［ｄｅｇ］から－１８０［ｄｅｇ］へ変化する。

　図２２（ｂ）から理解される様に、比較例ｆ－Ｐ制御（図１７）が適用された電力変換装置５０のｆ－Ｐ制御では、応答周波数ｆｃ付近においても、制御ゲインが比例ゲインＫｆｐに依存する一定値に維持されることになる。

　このため、垂下特性によって比例ゲインＫｆｐが高く設定され過ぎると、制御の位相余裕やゲイン余裕が減少して、図２１に示されたｆ－Ｐ制御全体での制御安定性が損なわれるケースが発生する虞がある。

　電力変換装置５０によって系統周波数変動を抑制する際には、系統周波数の安定化を重視して、系統周波数の小さい変動量に対して、電力変換装置５０の定格出力程度の無効電力を出力できる様に、垂下特性が設定される。このため、ｆ－Ｐ制御の垂下特性の傾きを確保するために、比例ゲインＫｆｐが大きく設定され得る。これに伴い、応答周波数ｆｃ付近では、上述した様に制御安定性が低下することが懸念される。反対に、制御安定性を重視して比例ゲインＫｆｐを制限すると、系統周波数安定化制御の性能が制限されてしまう。

　従って、本実施の形態２では、図２１に示された全体制御ブロック３５０において、比較例に係るｆ－Ｐ制御部２００♯を、図２３に示されるｆ－Ｐ制御部３００に置換する様に、系統制御部６０を構成する。

　尚、図２１に示された全体制御ブロック３５０についても、図６と同様に単純化されており、かつ、一例に過ぎない。即ち、本開示の適用は図２１に示された全体制御ブロック３５０において、ｆ－Ｐ制御部３００♯に代えて、図２３に示されるｆ－Ｐ制御部３００が用いられる構成に限定されるものではない点を確認的に記載する。

　図２３に示される様に、実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御部３００は、図１７と同様の周波数算出部３０２、減算部３０４、及び、リミッタ３０８と、比例制御要素３１１，３１２と、積分制御要素３１３と、減算部３１４と、加算部３１６と、リミッタ３２０とを含む。

　比例制御要素３１１は、周波数偏差Δｆｓ及び比例ゲインＫｐの乗算値を出力する。周波数偏差Δｆｓは、減算部３１４の（＋）側に入力される。

　積分制御要素３１３は、減算部３１４の出力及び積分ゲイン（Ｋｐ／Ｔ）の乗算値を積算する（Ｔ：積分時間）。積分制御要素３１３の出力である積分値は、比例制御要素３１２によってゲイン（１／Ｋｖｑ０）を乗算されて、減算部３１４の（－）側の入力値Ｂとされる。リミッタ３２０は、リミッタ３０８と同様の機能を有し、積分制御要素３１３による積分値を、上述のＰｒｅｆｄｗｎ～Ｐｒｅｆｕｐの範囲内に制限するために設けられる。尚、実施の形態２においても、説明を簡素化するために、実施の形態１と同様のゲインＫｐ及び積分時間Ｔの符号を用いているが、実際には、Ｖ－Ｑ制御及びｆ－Ｐ制御の間では、ゲインＫｐ及び積分時間Ｔの実際の値は異なる。

　加算部３１６は、比例制御要素３１１（Ｋｐ）の出力値と、積分制御要素３１３による積分値（リミッタ３２０の通過後）とを加算する。ｆ－Ｐ制御部３００では、加算部３１６の出力値がリミッタ３０８を通過することによって、電力指令値Ｐｒｅｆが生成される。即ち、電力指令値Ｐｒｅｆは、Ｐｒｅｆｄｏｗｎ≦Ｐｒｅｆ≦Ｐｒｅｆｕｐの範囲内に制限して設定される。

　図２３において、リミッタ３０８，３２０を省略すると、入力Δｆｓ及び出力Ｐｒｅｆの間の制御演算には、減算部３１４への入力値Ｂを用いて、下記の式（４）が成立する。

　（Δｆｓ－Ｂ）・（Ｋｐ／ｓＴ）＋Δｆｓ・Ｋｐ＝Ｐｒｅｆ　　…（４）
　又、入力値Ｂについては、下記の式（５）が成立する。

　（Δｆｓ－Ｂ）・（Ｋｐ／ｓＴ）・（１／Ｋｆｐ０）＝Ｂ　　…（５）
　式（４）及び（５）を連立して、入力値Ａを消去して、（Ｐｒｅｆ／Δｆｓ）について解くと、ｆ－Ｐ制御部３００での制御演算について、図２３中にも示される下記の式（６）が得られる。

　式（６）において、ｓ→０、即ち、周波数をゼロに近づけると、（Ｐｒｅｆ／Δｆｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｆｐ０となることが理解される。反対に、ｓ→∞、即ち、周波数を高めていくと、（Ｐｒｅｆ／Δｆｓ）＝Ｋｐとなることが理解される。この為、Ｋｐ＜Ｋｆｐ０とすることで、高周波域のゲインを低周波域のゲインよりも低くすることができる。

　図２４には、図２３に示されたｆ－Ｐ制御部３００の入出力応答の周波数特性、即ち、実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御の周波数特性を模式的に表したボード線図が示される。実施の形態１での図１０と同様に、図２４（ａ），（ｂ）の横軸には周波数が示され、図２４（ａ）の縦軸には制御ゲイン、図２４（ｂ）の縦軸には位相が示される。

　図２４に示される様に、実施の形態２のｆ－Ｐ制御においても、実施の形態１のＶ－Ｑ制御と同様の周波数特性が得られる。具体的には、低周波域（ｓ→０）では、比例制御が支配的になるので、制御ゲインは、Ｋｆｐ＝Ｋｆｐ０＋Ｋｐで示される第１ゲイン値となり、位相が０［ｄｅｇ］（位相遅れ無し）となる。従って、直流（０［Ｈｚ］）を含む低周波数域において、制御ゲインを第１ゲイン値Ｋｆｐに設定することができる。即ち、第１ゲイン値Ｋｆｐは「第１制御ゲイン値」の一実施例に対応し、直流を含む低周波数域は「第１の周波数域」の一実施例に対応する。尚、制御ゲインが第１ゲイン値Ｋｖｐに設定される上記低周波数域は、系統周波数制御の整定時間の目標値（数十秒～数百秒程度）の逆数で示される周波数を含むことが好ましい。

　一方で、低周波域から周波数が上昇すると、積分制御の影響が大きくなり、制御ゲインが第１ゲイン値から低下するとともに、位相は－９０［ｄｅｇ］に向けて低下する。更に周波数が上昇すると、積分制御が支配的な周波数域となり、位相は－９０［ｄｅｇ］になる。この周波数域でも、周波数の上昇に応じて制御ゲインは低下する。

　高周波域（ｓ→∞）では、制御ゲインがＫｐ（第２ゲイン値）まで低下するとともに、再び比例制御が支配的になり、位相は０［ｄｅｇ］になる。制御ゲイン＝Ｋｐとなる下限周波数である折線周波数ｆｃ０は、積分制御要素３１３での積分時間Ｔに依存して決まる。

　実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、図２０及び図２２で説明した、電力変換装置５０の応答周波数ｆｃでの制御ゲインを下げるためには、ｆｃ０＜ｆｃとなる様に、積分時間Ｔが設定されることが好ましい。この場合には、応答周波数ｆｃでの制御ゲイン値はＫｐとなるので、第２ゲイン値Ｋｐは「第２制御ゲイン値」の一実施例に対応し、第２ゲイン値Ｋｐが設定される。

　或いは、実施の形態２においても、応答周波数ｆｃにおける制御ゲイン値が、第１ゲイン値（Ｋｆｐ）よりも十分低い範囲内であれば、ｆｃ０＞ｆｃを許容することも可能であり、例えば、最低条件として、ｆｃ０＜５・ｆｃとなる範囲内に折線周波数ｆｃ０が位置する様に、積分時間Ｔを設定することができる。この場合には、ゲインＫｐよりも大きく、かつ、ゲインＫｆｐよりも小さい、応答周波数ｆｃにおける制御ゲインが「第２ゲイン値」の一実施例に対応することになる。いずれにしても、制御ゲイン値が「第２ゲイン値」に設定される「第２の周波数域」は、応答周波数ｆｃを含むことが理解される。

　低周波域でのゲインＫｆｐ（第１ゲイン値）は、図３と同様の垂下特性の傾きに相当する。従って、図２３中のゲインＫｐ及びＫｆｐ０は求められる垂下特性の傾きに対応させて、系統制御部６０内の値として定められる。一方で、第２ゲイン値Ｋｐは、電力変換装置５０の特性及び配電系統４０での系統周波数－有効電力特性Ｋ（図２１）に基づき、系統制御部６０内で予め設定することができる。

　系統制御部６０では、予め設定されたゲインＫｐと、上位から指示された垂下特性の傾きＫｆｐとを用いて、Ｋｆｐ０＝Ｋｆｐ－Ｋｐに設定して、比例制御要素３１２のゲイン（１／Ｋｆｐ０）を定めることができる。尚、Ｋｆｐ＞＞Ｋｐの場合には、Ｋｆｐ≒（Ｋｆｐ０＋Ｋｐ）となるので、系統制御部６０では、上位から指示された垂下特性の傾きＫｆｐをそのまま用いて、Ｋｆｐ０＝Ｋｆｑと簡易に設定することも可能である。

　図２５には、図２３に示されたｆ－Ｐ制御部３００及び電力変換装置５０を合わせた全体の制御ブロックの周波数特性が示される。具体的には、図２１の全体制御ブロック３５０において、比較例のｆ－Ｐ制御部２００♯に代えて、実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御部３００を適用したときの周波数特性を模式的に表したボード線図が示される。図２２と同様に、図２５（ａ），（ｂ）の横軸には周波数が示され、図２５（ａ）の縦軸には制御ゲイン、図２５（ｂ）の縦軸には位相が示される。

　図２５（ａ）に示される様に、直流（０［Ｈｚ］）を含む低周波数域では、制御ゲインは、第１ゲイン値Ｋｆｐに依存した値となる。このため、垂下特性の傾き（Ｋｆｐ）を確保するための図２２と同等の制御ゲインを確保することができる。これにより、図１８に示された垂下特性を同様に実現することができる。

　一方で、応答周波数ｆｃを含む高周波域での制御ゲインは、第２ゲイン値Ｋｐに依存した値に低下する。これにより、図２４に示した折線周波数ｆｃ０よりも高い、電力変換装置５０の応答周波数ｆｃ付近の周波域では、制御ゲインは、第２ゲイン値Ｋｐに依存した値となり、低周波域での第１ゲイン値Ｋｖｑに依存した値よりも低く抑えられる。

　又、応答周波数ｆｃよりも高い周波数域では、周波数の上昇に応じて、制御ゲインは低下する。特に、電力変換装置５０の周波数特性（図２０）、ｆ－Ｐ制御部３００の特性、及び、配電系統４０の系統周波数－有効電力特性（Ｋ）が関与して決まるゲイン交差周波数ｆｃ１において、制御ゲインが０［ｄＢ］となる。

　この様に、実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御が適用された系統システムによれば、応答周波数ｆｃ付近での制御安定性を損なうことなく、系統所望の垂下特性を持たせることが可能となる。即ち、制御安定性を損なうことなく、設定された垂下特性を持たせることが可能となることが理解される。

　実施の形態２において、図１６に示された、電圧測定部５２ａ，５２ｂ及び電流測定部５４ａ，５４ｂは、配電系統４０の状態量を検出するための「検出器」の一実施例に対応し、系統制御部６０ａ，６０ｂは、系統システムの「制御装置」の一実施例に対応する。又、実施の形態２では、系統周波数ｆｓが、配電系統４０の「状態量」に対応する。更に、図２３に示した制御ブロック図において、ｆ－Ｐ制御部３００の周波数算出部３０２及び減算部３０４は「偏差演算部」の一実施例に対応し、ｆ－Ｐ制御部３００の減算部３０４よりも下流側の要素群によって「制御演算部」の一実施例が構成される。

　尚、図２３に示されたｆ－Ｐ制御部３００の構成についても例示であり、図９を用いて説明した、系統周波数の目標値を含む低周波域及び応答周波数ｆｃを含む高周波域での周波数特性が実現できる限り、ｆ－Ｐ制御部３００による制御演算は任意に設定することができる。

　実施の形態２の変形例．
　実施の形態２の変形例では、実施の形態１の変形例と同様に、系統周波数の小さい変化に対して不感帯を設けたｆ－Ｐ制御を説明する。

　図２６には、実施の形態２の変形例に係るｆ－Ｐ制御による垂下特性が示される。
　図２６を図１８と比較して、実施の形態２の変形例では、系統周波数の目標値である系統周波数指令値ｆｓ＊からの変化が小さいとき、例えば、ｆｓｄｗｎ≦Δｆｓ≦ｆｓｓｕｐ（ｆｓｄｗｎ＜０，ｆｓｕｐ＞０）の範囲では、Ｐｒｅｆ＝０に設定されて、電力変換装置５０から配電系統４０に有効電力を入出力しない様に、ｆ－Ｐ制御が行われる。

　一方で、Δｆｓ＞ｆｓｕｐの領域では、周波数偏差Δｆｓｕ（Δｆｓｕ＝ｆｓ＊－ｆｓ－ｆｓｕｐ）に比例した大きさの有効電力が電力変換装置５０から配電系統４０に出力される様に、図１８と同様の傾きＫｆｐ及び周波数偏差Δｆｓｕｐの積に従って、電力指令値Ｐｒｅｆが設定される（Ｐｒｅｆ＝Ｋｆｐ・Δｆｓｕ）。

　Δｆｓ＜ｆｓｄｗｎの領域では、周波数偏差Δｆｓｄ（Δｆｓｄ＝ｆｓ＊－ｆｓ－ｆｓｄｗｎ）に比例した大きさの有効電力が配電系統４０から電力変換装置５０に入力される様に、図１８と同様の傾きＫｆｐ及び周波数偏差Δｆｓｄの積に従って、電力指令値Ｐｒｅｆが設定される（Ｐｒｅｆ＝Ｋｆｐ・Δｆｓｄ）。

　即ち、Δｆｓ＞ｆｓｕｐの領域、及び、Δｆｓ＜ｆｓｄｗｎの領域では、図１８と同様の傾きＫｖｑを有する垂下特性に従って、ｆ－Ｐ制御が行われる。

　図２７には、実施の形態２の変形例に係るｆ－Ｐ制御部の制御ブロック図が示される。
　図２７に示される様に、実施の形態２の変形例に係るｆ－Ｐ制御部３０１は、周波数算出部３０２と、減算部３０４と、周波数上昇側のｆ－Ｐ制御部３００ｕと、周波数低下側のｆ－Ｐ制御部３００ｄと、補正部３１７ｕ，３１７ｄと、加算部３３５とを有する。

　補正部３１７ｕは、減算部３０４からの周波数偏差Δｆｓから図２６のｆｓｕｐ（＞０）を減算することで、補正された周波数偏差Δｆｓｕを算出する。これにより、０＜ΔＶｒｍｓ＜ｆｓｕｐの領域では、周波数偏差Δｆｓが正値であるのに対して、周波数偏差Δｆｓｕは負値に補正される。

　同様に、補正部３１７ｄは、減算部３０４からの周波数偏差Δｆｓから図２６のｆｓｄｗｎ（＜０）を減算することで、補正された周波数偏差Δｆｓｄを算出する。これにより、ｆｓｄｗｎ＜Δｆｓ＜０の領域では、周波数偏差Δｆｓが負値であるのに対して、周波数偏差Δｆｓｄは正値に補正される。

　ｆ－Ｐ制御部３００ｕは、図２３のＶ－Ｑ制御部３００のリミッタ３０８，３２０、比例制御要素３１１，３１２、積分制御要素３１３、減算部３１４、及び、加算部３１６と同様に接続された、リミッタ３０８ｕ，３２０ｕ、比例制御要素３１１ｕ，３１２ｕ、積分制御要素３１３ｕ、減算部３１４ｕ、及び、加算部３１６ｕを有する。

　但し、リミッタ３０８ｕ，３２０ｕは、出力値を０～Ｐｒｅｆｕｐの範囲内に制限する様に構成される（Ｐｒｅｆｕｐ＞０）。即ち、リミッタ３０８ｕ，３２０ｕへ負値が入力されるときには、リミッタ３０８ｕ，３２０ｕの出力値は０となる。

　ｆ－Ｐ制御部３００ｕは、補正された周波数偏差Δｆｓｕを入力として、Ｐｒｅｆｕを出力する。上述したリミッタ３０８ｕ，３２０ｕの動作により、周波数偏差Δｆｓｕ＜０のとき、即ち、Δｆｓ＜ｆｓｕｐのときには、ｆ－Ｐ制御部２００ｕの出力値Ｐｒｅｆｕ＝０となる。

　一方で、電圧偏差Δｆｓｕ≧０のときには、周波数偏差Δｆｓｕに応じて、ｆ－Ｐ制御部２００ｕの出力値Ｐｒｅｆｕ＞０となる。このときの周波数偏差Δｆｓｕ及び出力値Ｐｒｅｆｕの間の関係は、ｆ－Ｐ制御部３００（図２３）における周波数偏差Δｆｓ及び電力指令値Ｐｒｅｆの関係と同様である。

　同様に、ｆ－Ｐ制御部３００ｄは、図１３のｆ－Ｐ制御部３００のリミッタ３０８，３２０、比例制御要素３１１，３１２、積分制御要素３１３、減算部３１４、及び、加算部３１６と同様に接続された、リミッタ３０８ｄ，３２０ｄ、比例制御要素３１１ｄ，３１２ｄ、積分制御要素３１３ｄ、減算部３１４ｄ、及び、加算部３１６ｄを有する。

　但し、リミッタ３０８ｄ，３２０ｄは、出力値をＰｒｅｆｄｗｎ～０の範囲内に制限する様に構成される（Ｐｒｅｆｄｗｎ＜０）。即ち、リミッタ３０８ｕ，３２０ｕへ正値が入力されるときには、リミッタ３０８ｄ，３２０ｄの出力値は０となる。

　ｆ－Ｐ制御部３００ｄは、補正された周波数偏差Δｆｓｄを入力として、Ｐｒｅｆｄを出力する。上述したリミッタ３０８ｄ，３２０ｄの動作により、周波数偏差Δｆｓｄ＞０のとき、即ち、Δｆｓ＞ｆｓｄｗｎのときには、ｆ－Ｐ制御部３００ｄの出力値Ｐｒｅｆｄ＝０となる。

　一方で、周波数Δｆｓｄ≦０のときには、周波数偏差Δｆｓｄに応じて、ｆ－Ｐ制御部３００ｄの出力値Ｐｒｅｆｄ＜０となる。このときの周波数偏差Δｆｓｄ及び出力値Ｐｒｅｆｄの間の関係は、ｆ－Ｐ制御部３００（図２３）における周波数偏差Δｆｓ及び電力指令値Ｐｒｅｆの関係と同様である。

　加算部３３５は、ｆ－Ｐ制御部３００ｕの出力値Ｐｒｅｆｕと、ｆ－Ｐ制御部３００ｄの出力値Ｐｒｅｆｄとを加算して、電力指令値Ｐｒｅｆを生成する。上述の様に、図２６に示された、ｆｓｄｗｎ≦Δｆｓ≦ｆｓｕｐの範囲では、Ｐｒｅｆｕ＝Ｐｒｅｆｄ＝０であるので、電力指令値Ｐｒｅｆ＝０と設定される。これにより、ｆｓｄｗｎ≦Δｆｓ≦ｆｓｕｐとなる、系統周波数の変化が小さい領域を、配電系統４０に対して有効電力が入出力されない不感帯とすることができる。

　一方で、不感帯の外部では、図２３のｆ－Ｐ制御部３００において、周波数偏差Δｆｓを補正された周波数偏差Δｆｓｕ又はΔｆｓｄに置き換えた態様で、電力指令値Ｐｒｅｆを設定することができる。

　この様に、実施の形態２の変形例に係るｆ－Ｐ制御が適用されたシステムでは、系統周波数の変化が小さい領域に不感帯を設けるとともに、不感帯の外部では、実施の形態２と同様にｆ－Ｐ制御を行うことができる。従って、実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御による効果に加えて、系統周波数の変化が小さい領域における制御安定性を更に高めることができる。

　尚、実施の形態２及びその変形例においても、系統システムの構成は、図１３～図１５等を用いて実施の形態１で説明したのと同様に、適宜変更することが可能である。

　又、図１及び図１６等に示した電力変換装置５０ａ，５０ｂについては、蓄電装置等の需給調整手段と接続された自励式インバータ等を用いて、有効電力及び無効電力の両方を出力する様に動作させることも可能である。この場合には、電力変換装置５０（５０ａ，５０ｂ）が、実施の形態１に係るＶ－Ｑ制御のための電力指令値Ｑｒｅｆに従う無効電力、及び、実施の形態２に係るｆ－Ｐ制御のための電力指令値Ｐｒｅｆに従う有効電力を合成した交流電力が配電系統４０に出力される様に、本実施の形態に係る系統安定化制御を行うことも可能である。この場合には、電力変換装置５０ａ，５０ｂの各々において、Ｖ－Ｑ制御及びｆ－Ｐ制御を同時並列に実行することができる。

　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。本開示による技術的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及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　電圧源装置、２０　需要家群、４０，４０ａ，４０ｂ　配電系統、４０ｘａ，４０ｘｂ　配電インピーダンス、５０ａ，５０ｂ　電力変換装置、５２ａ，５２ｂ　電圧測定部、５４ａ，５４ｂ　電流測定部、６０，６０ａ，６０ｂ　系統制御部、１００ａ～１００ｅ　系統システム、２００，２００ｄ，２００ｕ，２０１　Ｖ－Ｑ制御部、３００，３００ｄ，３００ｕ，３０１　ｆ－Ｐ制御部、２０２　実効値算出部、２０６，２１１，２１１ｄ，２１１ｕ，２１２，２１２ｄ，２１２ｕ，３０６，３１１，３１１ｄ，３１１ｕ，３１２，３１２ｄ，３１２ｕ　比例制御要素、２０８，２０８ｄ，２０８ｕ，２１３ｕ，２２０，２２０ｄ，２２０ｕ，３０８，３０８ｄ，３０８ｕ，３２０，３２０ｄ，３２０ｕ　リミッタ、２１３，２１３ｄ，２１３ｕ，３１３，３１３ｄ，３１３ｕ　積分制御要素、２１６，２１６ｄ，２１６ｕ，２３５，３１６，３１６ｄ，３１６ｕ，３３５　加算部、２１７ｄ，２１７ｕ，３１７ｄ，３１７ｕ　補正部、２５０，３５０　全体制御ブロック、３０２　周波数算出部、Ｐｒｅｆ，Ｑｒｅｆ　電力指令値、Ｐｘａ，Ｐｘｂ　有効電力、Ｑｘａ，Ｑｘｂ　無効電力、Ｔ　積分時間、Ｖｒｍｓ　系統電圧指令値、Ｖｒｍｓ＊　系統電圧実効値、ｆ　比較例、ｆｃ　応答周波数（電力変換装置）、ｆｃ０　折線周波数、ｆｃ１　ゲイン交差周波数、ｆｓ　系統周波数、ｆｓ＊　系統周波数指令値。

Claims (13)

1. 　電圧源装置が接続された配電系統と、
   　前記配電系統の状態量を検出するための検出器と、
   　前記状態量を変化させるための電力を前記配電系統に対して入力又は出力するための電力変換装置と、
   　前記検出器の出力から得られた前記状態量と当該状態量の制御目標との偏差を補償するための垂下特性を設ける様に、前記偏差から前記電力変換装置の電力指令値を算出する系統制御部とを備え、
   　前記系統制御部は、前記偏差を入力とし前記電力指令値を出力とする、予め定められた周波数特性を有する制御演算を実行するように構成され、
   　前記周波数特性は、直流を含む第１の周波数域における第１制御ゲイン値が前記垂下特性の傾きに対応して設定されるとともに、前記第１の周波数域よりも高周波側の第２の周波数域における第２制御ゲイン値が前記第１制御ゲイン値よりも低く設定されるように定められる、系統システム。
2. 　前記状態量は、前記配電系統の系統電圧実効値であり、
   　前記系統制御部は、前記系統電圧実効値及び前記制御目標の前記偏差に応じた電流進相方向又は電流遅相方向の無効電力を、前記電力変換装置が前記配電系統に出力する様に、前記電力指令値を算出する、請求項１記載の系統システム。
3. 　前記系統制御部は、前記偏差の絶対値が基準値より小さい場合には、前記電力変換装置から前記配電系統に出力される前記無効電力がゼロになる様に前記電力指令値を算出する、請求項２記載の系統システム。
4. 　前記電力変換装置は、蓄電要素と接続されて、前記配電系統に対して有効電力及び前記無効電力を入出力可能に構成され、
   　前記系統制御部は、前記電力変換装置から入出力される皮相電力が制限値以下となるように、前記蓄電要素の充放電による前記有効電力の入出力量に応じて、前記無効電力の出力量を制限する様に前記電力指令値を生成する、請求項２又は３に記載の系統システム。
5. 　前記状態量は、前記配電系統の系統周波数であり、
   　前記系統制御部は、前記系統周波数及び前記制御目標の前記偏差に応じた有効電力を、前記電力変換装置が前記配電系統との間で入出力する様に前記電力指令値を算出する、請求項１記載の系統システム。
6. 　前記系統制御部は、前記偏差の絶対値が基準値より小さい場合には、前記電力変換装置及び前記配電系統の間で入出力される前記有効電力がゼロになる様に前記電力指令値を算出する、請求項５記載の系統システム。
7. 　前記第２の周波数域は、前電力変換装置の応答周波数を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の系統システム。
8. 　電圧源装置が接続された配電系統を備える系統システムの制御装置であって、
   　前記配電系統に設けられた検出器の出力に基づいて、当該配電系統の状態量と当該状態量の制御目標との偏差を算出する偏差演算部と、
   　前記状態量を変化させるための電力を前記配電系統に対して入出力するための電力変換装置の電力指令値を生成する制御演算部とを備え、
   　前記制御演算部は、前記偏差演算部によって算出された前記偏差を補償するための垂下特性を設ける様に、前記偏差を入力とし前記電力指令値を出力とする、予め定められた周波数特性を有する制御演算を実行するように構成され、
   　前記周波数特性は、直流を含む第１の周波数域における第１制御ゲイン値が前記垂下特性の傾きに対応して設定されるとともに、前記第１の周波数域よりも高周波側の第２の周波数域における第２制御ゲイン値が前記第１制御ゲイン値よりも低く設定されるように定められる、系統システムの制御装置。
9. 　前記状態量は、前記配電系統の系統電圧実効値であり、
   　前記制御演算部は、前記系統電圧実効値及び前記制御目標の前記偏差に応じた電流進相方向又は電流遅相方向の無効電力を、前記電力変換装置が前記配電系統に出力する様に、前記電力指令値を算出する、請求項８記載の制御装置。
10. 　前記制御演算部は、前記偏差の絶対値が基準値より小さい場合には、前記電力変換装置から前記配電系統に出力される前記無効電力がゼロになる様に前記電力指令値を算出する、請求項９記載の制御装置。
11. 　前記状態量は、前記配電系統の系統周波数であり、
    　前記制御演算部は、前記系統周波数及び前記制御目標の前記偏差に応じた有効電力を、前記電力変換装置が前記配電系統との間で入出力する様に前記電力指令値を算出する、請求項８記載の制御装置。
12. 　前記制御演算部は、前記偏差の絶対値が基準値より小さい場合には、前記電力変換装置及び前記配電系統の間で入出力される前記有効電力がゼロになる様に前記電力指令値を算出する、請求項１１記載の制御装置。
13. 　前記第２の周波数域は、前電力変換装置の応答周波数を含む、請求項８～１２のいずれか１項に記載の制御装置。

Images