特許 6709269 インバータ回路を制御する制御回路、当該制御回路を備えたインバータ装置、当該インバータ装置を備えた電力システム、および、制御方法

(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】6709269

(24)【登録日】2020年5月26日

(45)【発行日】2020年6月10日

(54)【発明の名称】インバータ回路を制御する制御回路、当該制御回路を備えたインバータ装置、当該インバータ装置を備えた電力システム、および、制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20200601BHJP

   H02M 7/493 20070101ALI20200601BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20200601BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 R

   H02M7/48 F

   H02M7/493

   H02J3/38 110

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-222032(P2018-222032)

(22)【出願日】2018年11月28日

(62)【分割の表示】特願2013-154536(P2013-154536)の分割

【原出願日】2013年7月25日

(65)【公開番号】特開2019-58062(P2019-58062A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2018年12月19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】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(72)【発明者】

【氏名】大堀 彰大

(72)【発明者】

【氏名】服部 将之

【審査官】 東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２０９８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６３３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６３３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２４７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５５２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−２８７５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Ｒｅｚａ Ｏｌｆａｔｉ−Ｓａｂｅｒ，Ｊ．Ａｌｅｘ Ｆａｘ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｍ．Ｍｕｒｒａｙ，Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ ａｎｄ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｍｕｌｔｉ−Ａｇｅｎｔ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，米国，ＩＥＥＥ，２００７年 ３月 ５日，Ｖｏｌ．９５，ｐ２１５−２３３

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００−７／９８

Ｈ０２Ｊ ３／００−５／００

Ｈ０４Ｌ ７／００−７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主従関係にない分散形電源が複数並列接続されている電力システムにおいて、前記複数の分散形電源のうちの１つの分散形電源に備えられており、当該分散形電源が有するインバータ回路を制御する制御回路であって、
前記インバータ回路の制御に用いる内部位相を示す数値である内部位相値を生成する内部位相生成手段と、
少なくとも１つの他の分散形電源と通信を行う通信手段と、
を備え、
前記通信手段は、前記内部位相生成手段が生成した内部位相値を、前記他の分散形電源の少なくとも１つに送信し、
前記内部位相生成手段は、
前記生成した内部位相値と、前記通信手段が前記他の分散形電源の少なくとも１つより受信した内部位相値とに基づく数値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所定の角周波数に加算して、修正角周波数として出力する加算手段と、
前記修正角周波数を積分して、内部位相値を算出する積分手段と、
を備える、
ことを特徴とする制御回路。

【請求項2】

前記演算手段は、前記受信した内部位相値から前記生成した内部位相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１に記載の制御回路。

【請求項3】

前記演算手段は、前記受信した内部位相値から前記生成した内部位相値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記通信手段が通信を行っている他の分散形電源の数で加算結果を除算することで、演算結果を演算する、
請求項１に記載の制御回路。

【請求項4】

前記演算手段は、前記受信した内部位相値から前記生成した内部位相値をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成した内部位相値を加算結果に乗算することで、演算結果を演算する、
請求項１に記載の制御回路。

【請求項5】

前記演算手段は、前記受信した内部位相値を前記生成した内部位相値からそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成した内部位相値の２乗を加算結果に乗算することで、演算結果を演算する、
請求項１に記載の制御回路。

【請求項6】

系統電圧の位相を検出する位相検出手段を備えており、
前記分散形電源が電力系統に連系している場合は、前記位相検出手段が検出した位相を用いて前記インバータ回路の制御を行い、
前記分散形電源が電力系統から切り離されている場合は、前記内部位相生成手段が生成した内部位相値を用いて前記インバータ回路の制御を行う、
請求項１ないし５のいずれかに記載の制御回路。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれかに記載の制御回路と、インバータ回路とを備えていることを特徴とするインバータ装置。

【請求項8】

直流電源と請求項７に記載のインバータ装置とを有する分散形電源が、複数並列接続されていることを特徴とする電力システム。

【請求項9】

主従関係にない分散形電源が複数並列接続されている電力システムにおいて、各分散形電源が有するインバータ回路の制御に用いる内部位相を同期させる制御方法であって、
内部位相を示す数値である内部位相値を生成する第１の工程と、
前記第１の工程で生成した内部位相値を少なくとも１つの他の分散形電源に送信する第２の工程と、
少なくとも１つの他の分散形電源が送信した内部位相値を受信する第３の工程と、
を各分散形電源で行わせるものであり、
前記第１の工程は、
前記生成した内部位相値と、前記第３の工程で受信した内部位相値とに基づく数値演算を行う第４の工程と、
前記第４の工程での演算結果を所定の角周波数に加算して、修正角周波数として出力する第５の工程と、
前記修正角周波数を積分して、内部位相値を算出する第６の工程と、
を備える、
ことを特徴とする制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ回路を制御する制御回路、当該制御回路を備えたインバータ装置、当該インバータ装置を備えた電力システム、および、制御方法に関する。

【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】

図６は、従来の分散形電源Ａ’を説明するための図である。

【0004】

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、負荷や電力系統Ｂ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、位相検出部３１’、指令信号生成部３２、および、ＰＷＭ信号生成部３３を備えている。位相検出部３１’は、系統電圧を検出した電圧信号から位相θを検出し、これを内部位相θと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。同じ連系点に連系している分散形電源Ａ’は、同じ系統電圧を検出するので、内部位相θが同期している。

【0005】

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。

【0006】

図７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。

【0007】

分散形電源Ａ”は、位相検出部３１’に代えて、内部位相生成部３１”を備えている点で、分散形電源Ａ’と異なる。内部位相生成部３１”は、内部位相θを生成するものである。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する。

【0008】

図７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。以下では、この方式を「集中監視方式」とする。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。以下では、この方式を「マスタスレイブ方式」とする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０‐６８６３０号公報

【非特許文献】

【0010】

【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】

【0011】

上述したような集中監視方式やマスタスレイブ方式で内部位相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る。例えば、集中監視方式の場合、監視装置Ｃを設け、各分散形電源Ａ”と通信を行う必要がある。有線通信の場合は、監視装置Ｃと各分散形電源Ａ”とをそれぞれ通信線で接続する必要がある。無線通信の場合は、障害物などによって電波が遮断されないようにする必要がある。マスタスレイブ方式の場合、別途監視装置Ｃを設ける必要はないが、分散形電源Ａ”（マスタ）と各分散形電源Ａ”（スレイブ）とで通信を行う必要がある。また、分散形電源Ａ”を増減させる場合、監視装置Ｃまたは分散形電源Ａ”（マスタ）の制御プログラムを変更する必要がある。さらに、監視装置Ｃや分散形電源Ａ”（マスタ）が故障した場合は、内部位相θの同期ができなくなるという問題もある。

【0012】

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、上述した問題点を解消することができる、内部位相の同期方法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】

【0013】

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。

【0014】

本発明の第１の側面によって提供される制御回路は、主従関係にない分散形電源が複数並列接続されている電力システムにおいて、前記各分散形電源が有するインバータ回路を制御する制御回路であって、制御に用いる内部位相を生成する内部位相生成手段と、少なくとも１つの他の分散形電源と通信を行う通信手段とを備え、前記通信手段は、前記内部位相生成手段が生成した内部位相を、前記他の分散形電源の少なくとも１つに送信し、前記内部位相生成手段は、前記生成した内部位相と、前記通信手段が前記他の分散形電源の少なくとも１つより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ことを特徴とする。なお、「主従関係にない」とは、分散形電源の内の１つ（マスタ：主）がその他（スレイブ：従）を監視したり制御したりする関係ではなく、いずれも対等の関係であることを意味している。また、「電力システム」とは、例えば、分散形電源が複数並列接続されたシステムを意味する。

【0015】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記内部位相生成手段は、前記生成した内部位相と、前記受信した内部位相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所定の角周波数に加算して、修正角周波数として出力する加算手段と、
前記修正角周波数を積分して、内部位相を算出する積分手段とを備えている。

【0016】

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、前記受信した内部位相から前記生成した内部位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する。

【0017】

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、前記受信した内部位相から前記生成した内部位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記通信手段が通信を行っている他の分散形電源の数で除算することで、演算結果を演算する。

【0018】

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、前記受信した内部位相から前記生成した内部位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成した内部位相を乗算することで、演算結果を演算する。

【0019】

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、前記受信した内部位相を前記生成した内部位相からそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成した内部位相の２乗を乗算することで、演算結果を演算する。

【0020】

本発明の好ましい実施の形態においては、系統電圧の位相を検出する位相検出手段を備えており、前記分散形電源が電力系統に連系している場合は、前記位相検出手段が検出した位相を用いて制御を行い、前記分散形電源が電力系統から切り離されている場合は、前記内部位相生成手段が生成した内部位相を用いて制御を行う。

【0021】

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制御回路と、インバータ回路とを備えていることを特徴とする。

【0022】

本発明の第３の側面によって提供される電力システムは、直流電源と本発明の第２の側面によって提供されるインバータ装置とを有する分散形電源が、複数並列接続されていることを特徴とする。

【0023】

本発明の第４の側面によって提供される制御方法は、主従関係にない分散形電源が複数並列接続されている電力システムにおいて、各分散形電源の内部位相を同期させる制御方法であって、内部位相を生成する第１の工程と、前記第１の工程で生成した内部位相を少なくとも１つの他の分散形電源に送信する第２の工程と、少なくとも１つの他の分散形電源が送信した内部位相を受信する第３の工程とを各分散形電源で行わせるものであり、前記第１の工程は、生成した内部位相と、前記第３の工程で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ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

本発明によると、内部位相生成手段は、生成した内部位相と、通信手段が受信した他の分散形電源の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。各分散形電源の内部位相生成手段がこれを行うことで、すべての分散形電源の内部位相が同じ値に収束する。各分散形電源は少なくとも１つの分散形電源（例えば、近隣に位置するもの）とだけ相互通信を行えばよく、１つの分散形電源や監視装置が他の全ての分散形電源と通信を行う必要はない。したがって、システムが大がかりにならない。ある分散形電源が故障した場合でも、他の全ての分散形電源がいずれかの分散形電源と通信可能であれば、内部位相を同期させることができる。また、分散形電源の増減に柔軟に対応できる。

【0025】

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】

【0026】

【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】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4】電力システムに並列接続された分散形電源の他の通信状態を説明するための図である。

【図5】第２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6】従来の分散形電源を説明するための図である。

【図7】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】

【0027】

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る制御回路を分散形電源に用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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、および、通信部３４を備えている。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

図２に示す矢印は、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とのみ通信を行っており、分散形電源Ａ５は分散形電源Ａ４とのみ通信を行っている。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。

【0041】

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。

【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を加算器３１３に出力する。

【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】

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。

【0051】

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３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および通信部３４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。

【0052】

本実施形態によると、電力システムに接続されている各分散形電源Ａがそれぞれ少なくとも１つの分散形電源Ａ（例えば、近隣に位置するもの）と相互通信を行っており、電力システムが連結状態であることで、すべての分散形電源Ａの内部位相θ_iが同じ値に収束する。つまり、１つの分散形電源Ａや監視装置が他の全ての分散形電源Ａと通信を行う必要はない。したがって、システムが大がかりにならない。また、ある分散形電源Ａが故障した場合や、ある分散形電源Ａを削減した場合でも、他の全ての分散形電源Ａがいずれかの分散形電源Ａと通信可能であり、電力システムが連結状態であれば、内部位相θ_iを同期させることができる。また、分散形電源Ａを増加する場合は、その分散形電源Ａが少なくとも１つの分散形電源Ａと通信を行うようにすればよいだけである。したがって、分散形電源Ａの増減に柔軟に対応できる。

【0053】

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。

【0054】

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】

【0055】

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】

【0056】

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】

【0057】

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】

【0058】

なお、上記第１実施形態においては、各分散形電源Ａが相互通信を行う場合について説明したが、これに限られず、片側通信を行うようにしてもよい。例えば、図４に示すように、分散形電源Ａ１が分散形電源Ａ２に送信のみを行い、分散形電源Ａ２が分散形電源Ａ１から受信のみを行って、分散形電源Ａ３に送信のみを行い、分散形電源Ａ３が分散形電源Ａ２から受信のみを行って、分散形電源Ａ４に送信のみを行い、分散形電源Ａ４が分散形電源Ａ３から受信のみを行って、分散形電源Ａ５に送信のみを行い、分散形電源Ａ５が分散形電源Ａ４から受信のみを行う場合でも、内部位相θ_iの同期を行うことができる。より一般的に言うと、電力システムに接続されたある分散形電源Ａから送信先をたどっていくと、電力システムに接続された任意の分散形電源Ａに到達することができる状態（グラフ理論における「全域木を含む」状態）であることが、内部位相θ_iの同期を行うことができる条件である。

【0059】

上記第１実施形態においては、分散形電源Ａが接続する電力システムが、常に自立運転している場合について説明したが、これに限られない。分散形電源Ａが接続する電力システムが、通常は電力系統に連系している場合でも、本発明を適用することができる。この場合を第２実施形態として、以下に説明する。

【0060】

図５は、第２実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る分散形電源Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。第２実施形態に係る分散形電源Ａは、電力系統Ｂに連系しているか否かで用いる内部位相を変更する点で、第１実施形態に係る分散形電源Ａと異なる。図５に示すように、第２実施形態に係る分散形電源Ａは、位相検出部３１’および切替部３５をさらに備えている。

【0061】

位相検出部３１’は、系統電圧を検出した電圧信号から位相θを検出して切替部３５に出力する。位相検出部３１’の電圧信号の検出位置はインバータ回路２と遮断器Ｃとの間であり、分散形電源Ａが電力系統Ｂに連系している場合、当該検出位置の電圧は系統電圧になる。

【0062】

切替部３５は、分散形電源Ａが電力系統Ｂに連系している場合、位相検出部３１’が検出した系統電圧の位相θを指令信号生成部３２に出力する。一方、分散形電源Ａが接続する電力システムが遮断器Ｃによって電力系統Ｂから切り離された場合、内部位相生成部３１が生成した内部位相θ_iを指令信号生成部３２に出力する。

【0063】

また、指令信号生成部３２は、分散形電源Ａが電力系統Ｂに連系している場合、出力電流制御を行い、分散形電源Ａが電力系統Ｂから切り離された場合、出力電圧制御を行う。

【0064】

第２実施形態においても、分散形電源Ａが接続する電力システムが遮断器Ｃによって電力系統Ｂから切り離された場合、第１実施形態と同様に、電力システムが自立運転することになる。この場合も、各分散形電源Ａがそれぞれ少なくとも１つの分散形電源Ａと相互通信を行っており、電力システムが連結状態であれば、すべての分散形電源Ａの内部位相θ_iを同期させることができる。したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0065】

本発明に係る制御回路、インバータ装置、電力システム、および、制御方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る制御回路、インバータ装置、電力システム、および、制御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】

【0066】

Ａ，Ａ１〜Ａ５ 分散形電源
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ 制御回路
３１ 内部位相生成部
３１１ 演算部
３１２ 乗算器
３１３ 加算器
３１４ 積分器
３１’ 位相検出部
３２ 指令信号生成部
３３ ＰＷＭ信号生成部
３４ 通信部
３５ 切替部
Ｌ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】