特許 6522883 通信機能を備えた装置、インバータ装置、および、これらの装置が他の装置と通信を開始する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6522883

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】通信機能を備えた装置、インバータ装置、および、これらの装置が他の装置と通信を開始する方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20190520BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/38 110

   H02M7/48 R

   H02M7/48 E

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-65167(P2014-65167)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-188290(P2015-188290A)

(43)【公開日】2015年10月29日

【審査請求日】2017年2月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100115369

【弁理士】

【氏名又は名称】仙波 司

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】大堀 彰大

(72)【発明者】

【氏名】服部 将之

【審査官】 坂本 聡生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１６７８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０９９６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５４０４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２８７５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０７９３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０３９８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５０−０２６４０２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１０−１７８４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−００９５１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００−３／５０

１３／００

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０４Ｌ ７／００−７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

数値である内部値を生成する内部値生成手段と、
少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段と、
を備え、
前記内部値生成手段は、生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置より受信した内部値とに基づく演算結果を用いて、内部値を生成し、
前記通信手段は、
前記他の装置と初めて通信を開始したときから、前記内部値生成手段が生成した内部値が前記他の装置より受信した内部値に初めて一致するまでは、前記生成した内部値を前記他の装置に送信せず、前記他の装置からの受信のみを行い、
初めて一致した以降には、その後一致していないときも含めて、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置に送信する、
ことを特徴とする装置。

【請求項2】

前記内部値生成手段は、
前記生成した内部値と、前記受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、
前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段と、
を備えている、
請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する、
請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記通信手段は、前記演算手段による演算結果がゼロになったときに、前記生成した内部値の送信を開始する、
請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記通信手段は、前記演算手段による演算結果がゼロである状態が所定時間以上継続した場合に、前記生成した内部値の送信を開始する、
請求項３に記載の装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の装置であって、
インバータ回路をさらに備えており、
前記内部値生成手段が前記インバータ回路の制御に用いる内部位相を内部値として生成する、
ことを特徴とするインバータ装置。

【請求項7】

数値である内部値を生成する内部値生成手段と、通信を行う通信手段とをそれぞれ備えている複数の装置が、通信によって内部値を送受信することにより内部値を一致させているシステムにおいて、前記システムに新たに追加される前記装置が、前記システムに含まれている装置との間で初めて通信を開始する方法であって、
前記新たに追加される装置に、
前記システムに含まれている装置と初めて通信を開始したときから、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記システムに含まれている装置に送信せず、前記システムに含まれている装置から送信された内部値の受信のみを行う第１の工程と、
前記内部値生成手段が生成した内部値と、前記第１の工程で受信した内部値とに基づく演算結果を用いて、内部値を生成する第２の工程と、
前記生成した内部値が、前記受信した内部値に初めて一致したか否かを判別する第３の工程と、
を行わせ、
前記第３の工程で初めて一致したと判別された以降は、その後一致していないときも含めて、前記生成した内部値を、前記システムに含まれている装置に送信する第４の工程をさらに行わせる、
ことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、他の装置と通信を行う通信機能を備えた装置、インバータ装置、および、これらの装置が他の装置と通信を開始する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、太陽光などの自然エネルギーを利用する分散形電源の研究が進んでいる。一般的に、分散形電源は、発電した電力を電力系統に逆潮流するために、電力系統に連系している。この場合、分散形電源は、電力系統の系統電圧の位相を自分の内部位相として用いて、出力電流を制御して電力調整を行っている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

一方、災害などにより電力系統が長期で停電になる場合や、離島などで電力系統がない場合、分散形電源は電力系統に連系せず、自立運転を行う必要がある。この場合、分散形電源は、電力系統の系統電圧から位相を検出することができないので、内部位相を自ら発振させ、これを用いて出力電圧制御を行う。

【0004】

図６は、自立運転を行う従来の分散形電源Ａ’を説明するための図である。

【0005】

分散形電源Ａ’は、直流電源１が出力する直流電力をインバータ回路２によって交流電力に変換して、負荷Ｌに出力する。制御回路３’は、インバータ回路２を制御するものであり、分散形電源Ａ’に設けられた各センサが検出した信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路２に出力する。制御回路３’は、内部位相生成部３１’、指令信号生成部３２、ＰＷＭ信号生成部３３、および、通信部３４を備えている。内部位相生成部３１’は、内部位相θを生成して、指令信号生成部３２に出力する。指令信号生成部３２は、内部位相θを用いて指令信号を生成して、ＰＷＭ信号生成部３３に出力する。ＰＷＭ信号生成部３３は、指令信号生成部３２より入力される指令信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路２に出力する。

【0006】

図６に示すように、複数の分散形電源Ａ’が並列接続された電力システムの場合、各分散形電源Ａ’の内部位相θを同期させる必要がある。このため、各分散形電源Ａ’を集中監視するための監視装置Ｃが、各分散形電源Ａ’の内部位相θを同期させる機能を有する。すなわち、各分散形電源Ａ’の内部位相生成部３１’が生成した内部位相θを、通信部３４が監視装置Ｃに送信する。監視装置Ｃは、受信した各分散形電源Ａ’の内部位相θの例えば相加平均値（算術平均値）を算出して、目標内部位相θ^*として各分散形電源Ａ’に送信する。内部位相生成部３１’は、内部位相θが目標内部位相θ^*になるように制御する。あるいは、１つの分散形電源Ａ’（マスタ）が監視装置Ｃの代わりとなり、他の分散形電源Ａ’（スレイブ）に目標内部位相θ^*を出力する。

【0007】

しかし、これらの方法で内部位相θを同期させる場合、システムが大がかりになるし、分散形電源Ａ’の増減に柔軟に対応しにくく、故障に脆弱であるという問題点があった。これらの問題点を解消する方法として、発明者らは、特願２０１３‐１５４５３６に記載の発明を開発した。当該発明は、電力システムに含まれる各分散形電源が、内部位相を少なくとも１つの他の分散形電源に送受信して、生成した内部位相と受信した内部位相とに基づく演算結果を用いて内部位相を生成するものである。この処理が各分散形電源それぞれで行われることにより、各分散形電源の内部位相は同じ値に収束する。したがって、上記問題点を解消しつつ、各分散形電源の内部位相を同期することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０‐６８６３０号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Reza Olfati-Saber, J. Alex Fax, and Richard M. Murray, "Consensus and Cooperation in Networked Multi-Agent Systems", Proceedings of the IEEE, Vol.95, No.1, (2007)

【非特許文献2】Mehran Mesbahi and Magnus Egerstedt, "Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks", Princeton (2010)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、当該発明において、電力システムに新たな分散形電源を追加して通信を開始する場合に、電力システムに含まれている分散形電源の内部位相の同期が乱されるという問題が生じる。すなわち、追加された分散形電源の内部位相は電力システムに含まれていた分散形電源の内部位相と同期していないので、追加された分散形電源が通信を開始すると、電力システムに含まれていた分散形電源も、追加された分散形電源も含めた全体で、内部位相を同期するように処理を行う。これにより、同期されていた内部位相がそれぞれ変化し、再度同期されるまでの間、内部位相が同期していない状態になる。

【0011】

本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、上述した問題を解消することができる、通信の開始方法、および、当該方法を行う装置を提供することをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0013】

本発明の第１の側面によって提供される装置は、内部値を生成する内部値生成手段と、少なくとも１つの他の装置と通信を行う通信手段とを備え、前記内部値生成手段は、前記生成した内部値と、前記通信手段が前記他の装置より受信した内部値とに基づく演算結果を用いて、内部値を生成し、前記通信手段は、前記他の装置と通信を開始したときには、前記他の装置からの受信のみを行い、前記内部値が前記他の装置の内部値に一致した以降には、前記内部値生成手段が生成した内部値を、前記他の装置に送信することを特徴とする。

【0014】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記内部値生成手段は、前記生成した内部値と、前記受信した内部値とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果を積分して、内部値を算出する積分手段とを備えている。

【0015】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信した内部値から前記生成した内部値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する。

【0016】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記通信手段は、前記演算手段による演算結果がゼロになったときに、前記生成した内部値の送信を開始する。

【0017】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記通信手段は、前記演算手段による演算結果がゼロである状態が所定時間以上継続した場合に、前記生成した内部値の送信を開始する。

【0018】

本発明の第２の側面によって提供されるインバータ装置は、本発明の第１の側面によって提供される装置であって、インバータ回路をさらに備えており、前記内部値生成手段が前記インバータ回路の制御に用いる内部位相を内部値として生成することを特徴とする。

【0019】

本発明の第３の側面によって提供される方法は、内部値を生成する内部値生成手段と、通信を行う通信手段とをそれぞれ備えている複数の装置が、通信によって内部値を送受信することにより内部値を一致させているシステムにおいて、前記システムに新たに追加される前記装置が、前記システムに含まれている装置との間で通信を開始する方法であって、前記新たに追加される装置に、前記システムに含まれている装置から送信された内部値の受信のみを行う第１の工程と、前記内部値生成手段が生成した内部値と、前記第１の工程で受信した内部値とに基づく演算結果を用いて、内部値を生成する第２の工程と、前記生成した内部値が、前記受信した内部値に一致したか否かを判別する第３の工程とを行わせ、前記第３の工程で一致したと判別された以降は、前記生成した内部値を、前記システムに含まれている装置に送信する第４の工程をさらに行わせることを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によると、内部値生成手段は、生成した内部値と、通信手段が受信した他の装置の内部値とに基づく演算結果を用いて、内部値を生成する。各装置の内部値生成手段がこれを行うことで、すべての装置の内部値が同じ値に収束する。各装置は少なくとも１つの装置（例えば、近隣に位置するものや、通信が確立されたもの）とだけ相互通信を行えばよく、１つの装置や監視装置が他の全ての装置と通信を行う必要はない。また、他の装置と通信を開始する場合、通信を開始したときには、他の装置からの受信のみを行う。したがって、内部値生成手段が生成した内部値が、他の装置の内部値の生成に影響を与えることがない。したがって、通信手段が通信を開始しても、他の装置の内部値の一致を乱すことがない。

【0021】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。

【図2】第１実施形態に係る分散形電源が複数並列接続された電力システムを示す図である。

【図3】送信制御部が行う送信制御処理を説明するためのフローチャートである。

【図4】電力システムにおける各分散形電源の内部位相の変化のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】図２に示す電力システムにおいて分散形電源を新たに追加するときの通信状態の変化を説明するための図である。

【図6】自立運転を行う従来の分散形電源を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る装置が分散形電源のインバータ装置である場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。

【0024】

図１は、第１実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。図２は、第１実施形態に係る分散形電源が複数並列接続された電力システムを示す図である。

【0025】

図１に示すように、分散形電源Ａは、直流電源１、インバータ回路２、および、制御回路３を備えている。分散形電源Ａは、直流電源１が出力する直流電力をインバータ回路２によって交流電力に変換して出力する。なお、図示しないが、インバータ回路２の出力側には、交流電圧を昇圧（または降圧）するための変圧器が設けられている。インバータ回路２および制御回路３をまとめたものがインバータ装置４であり、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものである。

【0026】

直流電源１は、直流電力を出力するものであり、太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源１は、生成された直流電力を、インバータ回路２に出力する。なお、直流電源１は、太陽電池により直流電力を生成するものに限定されない。例えば、直流電源１は、燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよいし、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。

【0027】

インバータ回路２は、直流電源１から入力される直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ回路２は、図示しないＰＷＭ制御インバータとフィルタとを備えている。ＰＷＭ制御インバータは、図示しない３組６個のスイッチング素子を備えた三相インバータであり、制御回路３から入力されるＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。フィルタは、スイッチングによる高周波成分を除去する。なお、インバータ回路２は、これに限られない。例えば、ＰＷＭ制御インバータは、単相インバータであってもよいし、マルチレベルインバータであってもよい。また、ＰＷＭ制御に限定されず、フェーズシフト制御など他の方式を用いるものであってもよい。

【0028】

制御回路３は、インバータ回路２を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路３は、分散形電源Ａに設けられた各センサが検出したインバータ回路２の入力電圧、出力電圧、出力電流などに基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路２に出力する。制御回路３は、内部位相生成部３１、指令信号生成部３２、ＰＷＭ信号生成部３３、通信部３４、および、送信制御部３５を備えている。

【0029】

内部位相生成部３１は、指令信号を生成するために用いられる内部位相θ_iを生成するものである。内部位相生成部３１の詳細については、後述する。

【0030】

指令信号生成部３２は、出力電圧制御を行うための指令信号を生成するものである。指令信号生成部３２は、インバータ回路２の出力電圧を検出した三相の電圧信号に、いわゆる三相/二相変換処理（αβ変換処理）および回転座標変換処理（ｄｑ変換処理）を行い、ｄ軸成分とｑ軸成分の信号に変換する。三相/二相変換処理とは、三相の交流信号をそれと等価な二相の交流信号に変換する処理であり、三相の交流信号を静止した直交座標系（以下、「静止座標系」という。）における直交するα軸とβ軸の成分にそれぞれ分解して各軸の成分を足し合わせることで、α軸成分の交流信号とβ軸成分の交流信号に変換するものである。また、回転座標変換処理とは、静止座標系の二相（α軸成分とβ軸成分）の信号を回転座標系の二相（ｄ軸成分とｑ軸成分）の信号に変換する処理である。回転座標系は、直交するｄ軸とｑ軸とを有し、所定の角速度で回転する直交座標系である。回転座標変換処理は、内部位相生成部３１より入力される内部位相θ_iに基づいて行われる。

【0031】

指令信号生成部３２は、電圧信号のｄ軸成分とｑ軸成分から直流成分だけを抽出し、それぞれ別に制御処理を行って、２つの補償信号に静止座標変換処理（逆ｄｑ変換処理）および二相/三相変換処理（逆αβ変換処理）を行って３つの補償信号に変換する。静止座標変換処理は回転座標変換処理の逆の処理を行い、二相/三相変換処理は三相/二相変換処理の逆の処理を行う。静止座標変換処理は、内部位相生成部３１より入力される内部位相θ_iに基づいて行われる。指令信号生成部３２は、内部位相生成部３１より入力される内部位相θ_iに基づいて生成された正弦波信号と、３つの補償信号とから３つの指令信号を生成して、ＰＷＭ信号生成部３３に出力する。

【0032】

指令信号生成部３２は、インバータ回路２の入力電圧の制御を行うが、これらの説明は省略する。なお、本実施形態では、分散形電源Ａが三相のシステムである場合について説明したが、単相のシステムであってもよい。単相のシステムの場合、指令信号生成部３２は、インバータ回路２の出力電圧を検出した単相の電圧信号に対して制御を行えばよい。

【0033】

ＰＷＭ信号生成部３３は、ＰＷＭ信号を生成するものである。ＰＷＭ信号生成部３３は、キャリア信号と指令信号生成部３２より入力される指令信号とに基づいて、三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する。例えば、指令信号がキャリア信号より大きい場合にハイレベルとなり、指令信号がキャリア信号以下の場合にローレベルとなるパルス信号が、ＰＷＭ信号として生成される。生成されたＰＷＭ信号は、インバータ回路２に出力される。なお、ＰＷＭ信号生成部３３は、三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する場合に限定されず、例えば、ヒステリシス方式でＰＷＭ信号を生成するようにしてもよい。

【0034】

通信部３４は、他の分散形電源Ａとの間で通信を行うものである。通信部３４は、内部位相生成部３１が生成した内部位相θ_iを入力され、他の分散形電源Ａの通信部３４に送信する。また、通信部３４は、他の分散形電源Ａの通信部３４から受信した内部位相θ_jを、内部位相生成部３１に出力する。なお、通信方法は限定されず、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。

【0035】

図２に示すように、分散形電源Ａは電力システムにおいて、他の分散形電源Ａと並列接続されている。図２においては、５つの分散形電源Ａ（Ａ１〜Ａ５）と、４つの負荷Ｌとが接続されている状態を示している。なお、実際の電力システムにおいては、より多くの分散形電源Ａおよび負荷Ｌが接続されているが、説明の簡略化のために極端に少ないケースを示している。

【0036】

図２に示す実線矢印は、相互通信を行っていることを示している。分散形電源Ａ１は分散形電源Ａ２とのみ相互通信を行っており、分散形電源Ａ２は分散形電源Ａ１および分散形電源Ａ３とのみ相互通信を行っている。また、分散形電源Ａ３は分散形電源Ａ２および分散形電源Ａ４とのみ相互通信を行っており、分散形電源Ａ４は分散形電源Ａ３および分散形電源Ａ５とのみ相互通信を行っており、分散形電源Ａ５は分散形電源Ａ４とのみ相互通信を行っている。このように、分散形電源Ａの通信部３４は、電力システムに接続している分散形電源Ａのうち、少なくとも１つの分散形電源Ａ（例えば、近隣に位置するものや、通信が確立されたもの）の通信部３４と通信を行っており、電力システムに接続している任意の２つの分散形電源Ａに対して通信経路が存在している状態（以下ではこの状態を「連結状態」と言う。）であればよく、電力システムに接続しているすべての分散形電源Ａの通信部３４と通信を行う必要はない。

【0037】

例えば、分散形電源Ａが分散形電源Ａ２の場合、通信部３４は、内部位相生成部３１が生成した内部位相θ₂を分散形電源Ａ１およびＡ３の通信部３４に送信し、分散形電源Ａ１の通信部３４から内部位相θ₁を受信し、分散形電源Ａ３の通信部３４から内部位相θ₃を受信する。

【0038】

送信制御部３５は、通信部３４の送信機能を制御するものである。送信制御部３５は、分散形電源Ａが電力システムに追加された当初は、通信部３４に送信禁止信号を出力する。送信禁止信号を入力されている間、通信部３４は、内部位相θ_iを他の分散形電源Ａの通信部３４に送信しない。つまり、通信部３４は相互通信を行わず、受信のみの片側通信を行う。送信制御部３５は、内部位相生成部３１より入力される演算結果ｕ_i（後述）が「０」である状態が所定時間継続した場合に、内部位相θ_iが他の分散形電源Ａの内部位相θ_iと一致したと判断し、送信禁止信号の出力を停止する。本実施形態では、演算結果ｕ_iが過渡的に「０」になった場合を排除するために、「０」である状態が所定時間継続することを一致の条件としているが、これに限られず、演算結果ｕ_iが「０」になることを一致の条件としてもよい。通信部３４は、送信禁止信号の入力が停止すると、内部位相θ_iの送信を開始する。つまり、通信部３４は相互通信を行うようになる。

【0039】

図３は、送信制御部３５が行う、通信部３４の送信機能を制御する処理（以下では、「送信制御処理」とする）を説明するためのフローチャートである。当該送信制御処理は、分散形電源Ａが電力システムに追加されて、他の分散形電源Ａと通信を開始するときに、実行が開始される。

【0040】

まず、送信禁止信号が通信部３４に出力される（Ｓ１）。送信禁止信号は、例えばハイレベル信号であり、停止されるまで出力され続ける。次に、タイマｔが「０」に初期化され（Ｓ２）、内部位相生成部３１より入力される演算結果ｕ_iが取得される（Ｓ３）。タイマｔは、演算結果ｕ_iが「０」である状態を計時するための変数である。

【0041】

次に、演算結果ｕ_iが「０」であるか否かが判別される（Ｓ４）。演算結果ｕ_iが「０」でない場合（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。一方、演算結果ｕ_iが「０」である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、タイマｔが所定時間ｔ₀を経過したか否かが判別される（Ｓ５）。タイマｔが所定時間ｔ₀未満の場合（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ３に戻る。一方、タイマｔが所定時間ｔ₀以上である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、送信禁止信号が停止され（Ｓ６）、送信制御処理は終了する。なお、送信制御部３５が行う送信制御処理は、上述したものに限定されない。

【0042】

次に、内部位相生成部３１の詳細について説明する。

【0043】

内部位相生成部３１は、生成した内部位相θ_iと、通信部３４より入力される、他の分散形電源Ａの内部位相θ_jとを用いて、内部位相θ_iを生成する。内部位相θ_iと内部位相θ_jとが異なっていても、内部位相生成部３１での演算処理が繰り返されることで、内部位相θ_iと内部位相θ_jとが共通の内部位相に収束する。図１に示すように、内部位相生成部３１は、演算部３１１、乗算器３１２、加算器３１３および積分器３１４を備えている。

【0044】

演算部３１１は、下記（１）式に基づく演算を行う。すなわち、演算部３１１は、通信部３４から入力される各内部位相θ_jから、内部位相生成部３１が生成した内部位相θ_iをそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算した演算結果ｕ_iを乗算器３１２に出力する。また、演算部３１１は、演算結果ｕ_iを送信制御部３５にも出力する。

【数1】

【0045】

例えば、分散形電源Ａが分散形電源Ａ２の場合（図２参照）、演算部３１１は、下記（２）式の演算を行い、演算結果ｕ₂を出力する。

【数2】

【0046】

乗算器３１２は、演算部３１１から入力される演算結果ｕ_iに所定の係数εを乗算して加算器３１３に出力する。係数εは、０＜ε＜１／ｄ_maxを満たす値であり、あらかじめ設定されている。ｄ_maxは、通信部３４が通信を行う他の分散形電源Ａの数であるｄ_iのうち、電力システムに接続しているすべての分散形電源Ａの中で最大のものである。つまり、電力システムに接続している分散形電源Ａのなかで、一番多くの他の分散形電源Ａと通信を行っているものの通信部３４に入力される内部位相θ_jの数である。なお、係数εは、修正角周波数ω_iが大きく（小さく）なりすぎて、内部位相θ_iの変動が大きくなりすぎることを抑制するために、演算結果ｕ_iに乗算されるものである。したがって、内部位相生成部３１での処理が連続時間処理の場合は、乗算器３１２を設ける必要はない。

【0047】

加算器３１３は、乗算器３１２からの入力を所定の角周波数ω₀に加算して、修正角周波数ω_iとして積分器３１４に出力する。積分器３１４は、加算器３１３から入力される修正角周波数ω_iを積分することで内部位相θ_iを生成して出力する。積分器３１４は、前回生成した内部位相θ_iに修正角周波数ω_iを加算することで内部位相θ_iを生成する。また、積分器３１４は、内部位相θ_iを（−π＜θ_i≦π）の範囲の値として出力する。なお、内部位相θ_iの範囲の設定の仕方はこれに限定されず、例えば、（０≦θ_i＜２π）としてもよい。内部位相θ_iは、指令信号生成部３２、通信部３４および演算部３１１に出力される。

【0048】

本実施形態では、制御回路３をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路３として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。

【0049】

本実施形態において、内部位相生成部３１は、生成した内部位相θ_iと、通信部３４より入力される、他の分散形電源Ａの内部位相θ_jとを用いて、内部位相θ_iを生成する。内部位相θ_iが各内部位相θ_jの相加平均値より大きい場合、演算部３１１が出力する演算結果ｕ_iは負の値になる。そうすると、修正角周波数ω_iは所定の角周波数ω₀より小さくなり、内部位相θ_iの変化量は小さくなる。一方、内部位相θ_iが各内部位相θ_jの相加平均値より小さい場合、演算部３１１が出力する演算結果ｕ_iは正の値になる。そうすると、修正角周波数ω_iは所定の角周波数ω₀より大きくなり、内部位相θ_iの変化量は大きくなる。つまり、内部位相θ_iは各内部位相θ_jの相加平均値に近づいていく。この処理が各分散形電源Ａそれぞれで行われることにより、各分散形電源Ａの内部位相θ_iは同じ値に収束する。内部位相θ_iは時間とともに変化するものであり、角周波数ω₀に応じて変化する成分と、初期位相のずれを補償するように変化する成分とを合成したものと考えることができる。後者が同じ値θαに収束することで、各分散形電源Ａの内部位相θ_iも同じ値に収束する。後者が同じ値θαに収束することは、数学的にも証明されている（非特許文献１，２参照）。また、収束値θαが、下記（３）式に示すように、各分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期値の相加平均値になることも証明されている。ｎは電力システムに接続されている分散形電源Ａの数であり、下記（３）式は、分散形電源Ａ１〜Ａｎの内部位相θ₁〜θ_nの初期値をすべて加算してｎで除算した相加平均値を算出することを示している。

【数3】

【0050】

なお、本実施形態においては、内部位相生成部３１での処理の周期Ｔが１秒である場合について説明している。周期Ｔが例えば０．１秒の場合、加算器３１３で乗算器３１２からの入力を加算されるのは、角周波数ω₀を１／１０にした（０．１を掛けた）値になる。つまり、ω₀に代えてＴω₀が入力される。

【0051】

以下に、図２に示す電力システムにおいて、内部位相θ_iが収束することを確認したシミュレーションについて説明する。

【0052】

分散形電源Ａ１〜Ａ５の内部位相θ₁〜θ₅の初期値を、それぞれ、θ₁＝π/２，θ₂＝０，θ₃＝π，θ₄＝３π/２，θ₅＝−π/４としてシミュレーションを行った。図４は、当該シミュレーションの結果を示すものであり、それぞれ分散形電源Ａ１〜Ａ５の内部位相θ₁〜θ₅のうちの角周波数ω₀に応じて変化する成分を除いたものの時間応答を示している。同図（ａ）は、内部位相θ_iの同期を行わなかった場合（すなわち、図１に示す演算部３１１、通信部３４および送信制御部３５がない構成の場合）のものであり、同図（ｂ）は、内部位相θ_iの同期を行った場合（すなわち、図１に示す構成の場合）のものである。同図（ａ）においては、初期値から変化していない。一方、同図（ｂ）においては、初期値の相加平均値である「１１π/２０」に収束している。

【0053】

次に、分散形電源Ａが電力システムに追加されるときの、送信制御部３５の作用について説明する。

【0054】

分散形電源Ａが新たに電力システムに追加されて、通信部３４が他の分散形電源Ａの通信部３４と通信を行う場合、通信部３４が初めから相互通信を行うと、電力システムに含まれていた分散形電源Ａの内部位相θ_iの同期が乱されるという問題が生じる。例えば、図２に示す電力システムにおいて、分散形電源Ａ６が新たに電力システムに追加されて、通信部３４が分散形電源Ａ５の通信部３４と通信を行う場合、いきなり相互通信を開始すると、分散形電源Ａ５の内部位相θ₅が同期した位相から変化してしまう。位相の変化は内部位相θ₁〜θ₄にも波及して、各内部位相θ_iが同期した位相から変化してしまう。各分散電源Ａ１〜Ａ６の内部位相生成部３１での処理が繰り返されることによって、再度、同じ位相に収束することになるが、分散形電源Ａ６が分散形電源Ａ５と相互通信を開始したときに、分散形電源Ａ１〜Ａ５の内部位相θ_iが一致しない状態が発生する。

【0055】

送信制御部３５は、分散形電源Ａが電力システムに追加された当初は、通信部３４が内部位相θ_iを他の分散形電源Ａの通信部３４に送信すること禁止する。これにより、通信部３４は、受信のみの片側通信を行うことになる。図２に示す電力システムにおいて、分散形電源Ａ６が新たに電力システムに追加されて、分散形電源Ａ６の通信部３４が分散形電源Ａ５の通信部３４と通信を行う場合、まずは、図５（ａ）に示すように、分散形電源Ａ５から分散形電源Ａ６に送信のみを行う片側通信の状態になる。この状態では、分散形電源Ａ５の内部位相θ₅が分散形電源Ａ６に送信されるだけで、分散形電源Ａ５は分散形電源Ａ６の内部位相θ₆を受信しないので、内部位相θ₅は内部位相θ₆によって変化しない。一方、分散形電源Ａ６の内部位相θ₆は、分散形電源Ａ５から受信した内部位相θ₅によって変化して、内部位相θ₅に一致する。

【0056】

内部位相θ₆が内部位相θ₅に一致すると、分散形電源Ａ５の内部位相生成部３１で演算される演算結果ｕ₆が「０」になる。送信制御部３５は、演算結果ｕ₆が「０」である状態が所定時間ｔ₀継続した場合、内部位相θ₆が他の分散形電源Ａの内部位相θ_iと一致したと判断し、通信部３４が内部位相θ₆を分散形電源Ａ５の通信部３４に送信することを許可する。これにより、通信部３４は、分散形電源Ａ５と相互通信を行うことになる（図５（ｂ）参照）。

【0057】

本実施形態によると、送信制御部３５は、分散形電源Ａが電力システムに追加されて通信部３４が通信を開始してから、内部位相生成部３１が生成する内部位相θ_iが他の分散形電源Ａの内部位相θ_iに一致するまで、通信部３４が受信のみの片側通信を行うようにする。これにより、分散形電源Ａと通信を行う他の分散形電源Ａの内部位相θ_iが影響を受けることなく、分散形電源Ａの内部位相θ_iを他の分散形電源Ａの内部位相θ_iに一致させることができる。したがって、分散形電源Ａの通信部３４が通信を開始しても、他の分散形電源Ａの内部位相θ_iの同期を乱すことがない。

【0058】

なお、上記第１実施形態においては、分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期位相のずれを補償するように変化する成分を、各分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期値の相加平均値に収束させる場合について説明したが、これに限られない。演算部３１１に設定する演算式によって、収束値θαは変わってくる。

【0059】

例えば、演算部３１１に設定する演算式を下記（４）式とした場合、収束値θαは下記（５）式に示すような値になる。ｄ_iは、通信部３４が通信を行う他の分散形電源Ａの数、すなわち、通信部３４に入力される内部位相θ_jの数である。つまり、収束値θαは、通信相手の数による重み付けを行った、各分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期値の加重平均値である。

【数4】

【0060】

また、演算部３１１に設定する演算式を下記（６）式とした場合、収束値θαは下記（７）式に示すように、各分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期値の相乗平均値（幾何平均値）になる。

【数5】

【0061】

また、演算部３１１に設定する演算式を下記（８）式とした場合、収束値θαは下記（９）式に示すように、各分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期値の調和平均値になる。

【数6】

【0062】

また、演算部３１１に設定する演算式を下記（１０）式とした場合、収束値θαは下記（１１）式に示すように、各分散形電源Ａの内部位相θ_iの初期値のＰ次平均値になる。

【数7】

【0063】

なお、上記第１実施形態においては、分散形電源Ａ（インバータ装置４）の内部位相を一致させる場合について説明したが、これに限られない。本発明は、その他の位相を一致させる場合や、所定の内部値を一致させる場合にも、適用することができる。また、本発明は、分散形電源Ａ（インバータ装置４）以外の装置（例えば、計測装置など）にも適用することができる。つまり、本発明は、複数の装置が通信によって内部値を送受信することにより内部値を一致させる場合に、適用することができる。

【0064】

本発明に係る通信機能を備えた装置、インバータ装置、および、これらの装置が他の装置と通信を開始する方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る通信機能を備えた装置、インバータ装置、および、これらの装置が他の装置と通信を開始する方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0065】

Ａ，Ａ１〜Ａ６ 分散形電源（装置）
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ 制御回路（装置）
３１ 内部位相生成部（内部値生成手段）
３１１ 演算部
３１２ 乗算器
３１３ 加算器
３１４ 積分器
３２ 指令信号生成部
３３ ＰＷＭ信号生成部
３４ 通信部（通信手段）
３５ 送信制御部（通信手段）
４ インバータ装置（装置）
Ｌ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】