特許 6842815 電力変換装置及び分散型電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6842815

(24)【登録日】2021年2月25日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】電力変換装置及び分散型電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/18 20060101AFI20210308BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/18 135

   H02J3/38 110

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2020-500750(P2020-500750)

(86)(22)【出願日】2019年7月23日

(86)【国際出願番号】JP2019028890

【審査請求日】2020年1月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】重政 隆

(72)【発明者】

【氏名】三ツ木 康晃

(72)【発明者】

【氏名】平 克也

【審査官】 杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−１３４３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３００７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−３４７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−６３５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１０８４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１８９０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２２１０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／００４８１５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１９９５０２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２７／００

Ｈ０２Ｊ ３／１８

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分散型電源の電力を無限大母線電力系統につながる電力系統に対応した交流電力に変換し、変換後の交流電力を前記電力系統に供給することにより、前記分散型電源を前記電力系統と連系させる電力変換装置であって、
前記分散型電源の前記電力を、前記電力系統に対応した前記交流電力に変換する主回路部と、
前記主回路部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
非線形式に対応したカルマンフィルタを用いることにより、前記電力系統との連系点の有効電力値、前記連系点の無効電力値、及び前記連系点の電圧値を基に、前記電力系統の系統インピーダンスの抵抗成分の推定値と、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値と、前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値と、を演算する推定値演算部と、
前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値と、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値と、前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値と、を基に、前記電力系統に供給する無効電力の無効電力指令値を演算する無効電力演算部と、
所定の有効電力及び前記無効電力指令値に対応する無効電力を出力するように、前記主回路部を駆動する駆動回路と、
を有し、
前記推定値演算部は、
前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値の演算を行う低速推定演算部と、
前記低速推定演算部よりも速いサンプリング速度で前記有効電力値、前記無効電力値、及び前記連系点の電圧値をサンプリングし、前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値の演算を行う高速推定演算部と、
前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部の切り替えを制御し、前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部の一方のみを選択的に動作させる制御回路と、
を有し、
前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値を基に、前記連系点の電圧値の予測値を演算するとともに、前記連系点の電圧値の測定値と、前記連系点の電圧値の予測値と、を基に、前記連系点の電圧値の予測誤差を求め、
前記制御回路は、
前記高速推定演算部の動作を停止させ、前記低速推定演算部を動作させた状態において、前記低速推定演算部から入力された前記予測誤差の絶対値が第１閾値よりも大きい場合に、前記低速推定演算部の動作を停止させ、前記高速推定演算部の動作を開始させ、
前記低速推定演算部の動作を停止させ、前記高速推定演算部を動作させた状態において、前記高速推定演算部から入力された前記予測誤差の絶対値が第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さい場合に、前記高速推定演算部の動作を停止させ、前記低速推定演算部の動作を開始させる
電力変換装置。

【請求項2】

前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、前記非線形式に対応したカルマンフィルタとして拡張カルマンフィルタを用いる請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、前記系統インピーダンスの抵抗成分、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分、及び前記無限大母線電力系統の電圧値を成分とする状態ベクトルの予測を行い、予測後の前記状態ベクトルの各成分を、それぞれ前記電力系統の系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値として演算し、
前記制御部は、演算された前記推定値に基づいて前記主回路部を動作させるとともに、前記主回路部を動作させた時の前記有効電力値、前記無効電力値、及び前記連系点の電圧値を取得し、
前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、取得された前記有効電力値、前記無効電力値、及び前記連系点の電圧値を基に、前記状態ベクトルを更新する請求項２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、更新後の前記状態ベクトルを、予測後の前記状態ベクトルとして用いる請求項３記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、
前記状態ベクトルの予測を行うとともに、予測後の前記状態ベクトルの誤差に関する共分散行列の予測を行い、
前記有効電力値、前記無効電力値、及び前記連系点の電圧値の各測定値を取得した後、取得した各測定値と前記共分散行列とを基に、前記状態ベクトルを更新するためのカルマンゲインの最適化を行い、
前記連系点の電圧値の測定値と、予測後の前記状態ベクトルを用いて演算した前記連系点の電圧値の予測値と、を基に、前記連系点の電圧値の予測誤差を求め、
最適化した前記カルマンゲインと前記予測誤差とを基に前記状態ベクトルを更新するとともに、最適化した前記カルマンゲインを基に前記共分散行列を更新する請求項３又は４記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記高速推定演算部は、動作を開始した場合に、前記共分散行列を初期値に設定する請求項５記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記高速推定演算部は、求めた前記共分散行列を前記制御回路に入力し、
前記制御回路は、前記低速推定演算部の動作を開始させる場合に、前記高速推定演算部から入力された前記共分散行列を前記低速推定演算部に入力し、
前記低速推定演算部は、前記制御回路から入力された前記共分散行列を、前記共分散行列の初期値に設定する請求項５又は６に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、演算した前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値を前記制御回路に入力し、
前記制御回路は、
前記低速推定演算部の動作を開始させる場合に、前記高速推定演算部から入力された前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値を前記低速推定演算部に入力し、
前記高速推定演算部の動作を開始させる場合に、前記低速推定演算部から入力された前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値を前記高速推定演算部に入力し、
前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、動作を開始する場合に、前記制御回路から入力された前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値を、前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値の初期値として設定する請求項３〜７のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記無効電力演算部には、前記連系点の電圧の指定値が入力され、
前記無効電力演算部は、前記連系点の電圧値を前記無限大母線電力系統の電圧値に近付ける前記無効電力指令値の演算と、前記連系点の電圧値を前記指定値に近付ける前記無効電力指令値の演算と、を切り替え可能である請求項１〜８のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【請求項10】

分散型電源と、
前記分散型電源の電力を電力系統に対応した交流電力に変換し、変換後の交流電力を前記電力系統に供給することにより、前記分散型電源を前記電力系統と連系させる請求項１〜９のいずれか１つに記載の電力変換装置と、
を備えた分散型電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置及び分散型電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電力系統に接続された太陽光発電機、風力発電機、バッテリなどの分散型電源を用いた分散型電源システムにおいて、分散型電源の連系点の電圧変動分を補償するように、分散型電源から連系点に無効電力を注入することが行われている。無効電力の注入は、分散型電源の電力を電力系統に応じた電力に変換する電力変換装置によって制御される。

【0003】

例えば、力率が一定となるように、連系点に注入する無効電力を制御することが知られている。これにより、分散型電源から注入する有効電力に起因する連系点の電圧変動を抑制することができる。

【0004】

しかしながら、遠方の分散型電源など、系統インピーダンスが大きい場合に、分散型電源が送る電力を増大させると、固定力率による無効電力制御では、連系点の電圧が上昇し、送電できなくなってしまう可能性がある。

【0005】

分散型電源の連系点からみた見かけの系統特性を線形の近似式を用いて推定し、推定結果に基づいた無効電力を注入することも提案されている。これにより、系統インピーダンスなどに対応した無効電力を注入することができ、系統インピーダンスが大きい場合などにも電圧の変動を抑制することができる。

【0006】

しかしながら、例えば、連系点の直近に他の分散発電所や工場負荷などがある場合には、直近の負荷変動や電源の出力変動、連系している沢山の電源の出力変動、系統運用側の管理要因によるトランスタップ変更、ＳＶＣ（Static Var Controller）制御やＡＶＲ（Automatic Voltage Controller）制御などの影響により、系統特性の変動が激しく、線形の近似式を用いた電圧抑制制御においても、連系点の電圧変動を適切に抑制することが難しかった。このため、分散型電源システム及びこれに用いられる電力変換装置では、系統特性の変動が激しい場合でも、分散型電源の連系点の電圧変動をより適切に抑制できるようにすることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１７−３４７３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の実施形態は、系統特性の変動が激しい場合でも、分散型電源の連系点の電圧変動をより適切に抑制できる電力変換装置及び分散型電源システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の実施形態によれば、分散型電源の電力を無限大母線電力系統につながる電力系統に対応した交流電力に変換し、変換後の交流電力を前記電力系統に供給することにより、前記分散型電源を前記電力系統と連系させる電力変換装置であって、前記分散型電源の前記電力を、前記電力系統に対応した前記交流電力に変換する主回路部と、前記主回路部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、非線形式に対応したカルマンフィルタを用いることにより、前記電力系統との連系点の有効電力値、前記連系点の無効電力値、及び前記連系点の電圧値を基に、前記電力系統の系統インピーダンスの抵抗成分の推定値と、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値と、前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値と、を演算する推定値演算部と、前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値と、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値と、前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値と、を基に、前記電力系統に供給する無効電力の無効電力指令値を演算する無効電力演算部と、所定の有効電力及び前記無効電力指令値に対応する無効電力を出力するように、前記主回路部を駆動する駆動回路と、を有し、前記推定値演算部は、前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値の演算を行う低速推定演算部と、前記低速推定演算部よりも速いサンプリング速度で前記有効電力値、前記無効電力値、及び前記連系点の電圧値をサンプリングし、前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値の演算を行う高速推定演算部と、前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部の切り替えを制御し、前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部の一方のみを選択的に動作させる制御回路と、を有し、前記低速推定演算部及び前記高速推定演算部は、前記系統インピーダンスの抵抗成分の推定値、前記系統インピーダンスのリアクタンス成分の推定値、及び前記無限大母線電力系統の電圧値の推定値を基に、前記連系点の電圧値の予測値を演算するとともに、前記連系点の電圧値の測定値と、前記連系点の電圧値の予測値と、を基に、前記連系点の電圧値の予測誤差を求め、前記制御回路は、前記高速推定演算部の動作を停止させ、前記低速推定演算部を動作させた状態において、前記低速推定演算部から入力された前記予測誤差の絶対値が第１閾値よりも大きい場合に、前記低速推定演算部の動作を停止させ、前記高速推定演算部の動作を開始させ、前記低速推定演算部の動作を停止させ、前記高速推定演算部を動作させた状態において、前記高速推定演算部から入力された前記予測誤差の絶対値が第１閾値よりも小さい第２閾値よりも小さい場合に、前記高速推定演算部の動作を停止させ、前記低速推定演算部の動作を開始させる電力変換装置が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明の実施形態によれば、系統特性の変動が激しい場合でも、分散型電源の連系点の電圧変動をより適切に抑制できる電力変換装置及び分散型電源システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る分散型電源システムを模式的に表すブロック図である。

【図2】実施形態に係る分散型電源システムの電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図3】実施形態に係る推定値演算部を模式的に表すブロック図である。

【図4】無効電力演算部の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。

【図5】実施形態に係る分散型電源システムの動作の一例を模式的に表すグラフ図である。

【図6】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係る分散型電源システムの動作の一例を模式的に表すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0013】

図１は、実施形態に係る分散型電源システムを模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、分散型電源システム２は、無限大母線電力系統３につながる電力系統４と、分散型電源６と、電力変換装置１０と、を備える。電力系統４の電力は、交流電力である。電力系統４の電力は、例えば、三相交流電力である。

【0014】

分散型電源６は、例えば、ソーラーパネルである。分散型電源６の電力は、直流電力である。電力変換装置１０は、分散型電源６と接続されるとともに、変圧器１２、１４などを介して電力系統４と接続される。電力変換装置１０は、分散型電源６の直流電力を電力系統４に対応した交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統４に供給することにより、分散型電源６を電力系統４と連系させる。

【0015】

分散型電源６は、ソーラーパネルに限ることなく、例えば、風力発電機やガスタービン発電機などの他の発電機でもよい。また、分散型電源６は、例えば、蓄電池やコンデンサなどの電荷蓄積素子でもよい。

【0016】

電力系統４の直近には、分散型電源６及び電力変換装置１０の他に、例えば、需要家１６（負荷）や他の発電機１８などが接続される可能性がある。電力変換装置１０は、分散型電源６の出力に基づき、有効電力を電力系統４に供給するとともに、最適な無効電力を電力系統４に供給する。これにより、電力変換装置１０は、自身の有効電力の供給、及び需要家１６や発電機１８の影響によって、電力系統４との連系点ＬＰの電圧が変動してしまうことを抑制する。

【0017】

図２は、実施形態に係る分散型電源システムの電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、電力変換装置１０は、主回路部４０と、制御部４２と、を有する。主回路部４０は、分散型電源６から供給された直流電力又は交流電力を、電力系統４に対応した交流電力に変換する。制御部４２は、主回路部４０の動作を制御する。

【0018】

主回路部４０は、例えば、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のオン・オフにより、電力の変換を行う。制御部４２は、主回路部４０の複数のスイッチング素子のオン・オフの切り替えを制御することにより、主回路部４０による電力の変換を制御する。主回路部４０には、例えば、周知のインバータ回路が用いられる。主回路部４０の構成は、上記の電力変換を行うことができる任意の構成でよい。

【0019】

分散型電源システム２は、例えば、計測装置２０、２２をさらに備える。計測装置２０は、分散型電源６から電力変換装置１０に入力される直流電圧の電圧値Ｖｄｃ、及び分散型電源６から電力変換装置１０に入力される直流電流の電流値Ｉｄｃを検出し、検出した電圧値Ｖｄｃ及び電流値Ｉｄｃを制御部４２に入力する。

【0020】

制御部４２は、例えば、直流電力を分散型電源６の最大電力点に追従させるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）方式の制御を行う。制御部４２は、例えば、計測装置２０によって検出された電圧値Ｖｄｃ及び電流値Ｉｄｃを基に、分散型電源６の最大電力点（最適動作点）を抽出し、抽出した最大電力点に応じた有効電力を電力系統４に供給するように、主回路部４０の動作を制御する。

【0021】

但し、電力変換装置１０から電力系統４に供給する有効電力の決定方法は、ＭＰＰＴ方式に限るものではない。電力変換装置１０から電力系統４に供給する有効電力は、例えば、上位のコントローラなどから入力される有効電力指令値に基づいて決定してもよい。制御部４２は、入力された有効電力指令値に応じた有効電力を電力系統４に供給するように、主回路部４０の動作を制御してもよい。

【0022】

計測装置２２は、電力変換装置１０の電力系統４との連系点ＬＰの有効電力値Ｐと、連系点ＬＰの無効電力値Ｑと、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓと、を検出し、検出した有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを制御部４２に入力する。

【0023】

制御部４２は、推定値演算部５０と、無効電力演算部５２と、駆動回路５４と、を有する。制御部４２は、計測装置２２から入力された有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを推定値演算部５０に入力する。

【0024】

推定値演算部５０は、計測装置２２から入力された有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを基に、電力系統４の系統インピーダンスの抵抗成分Ｒの推定値＾Ｒと、電力系統４の系統インピーダンスのリアクタンス成分Ｘの推定値＾Ｘと、無限大母線電力系統３の電圧値Ｖｒの推定値＾Ｖｒと、を演算する。なお、＾Ｒなどの推定値を表す＾（ハット）は、図２などに表すように、Ｒなどの直上に表記されるものであるが、明細書中においては、書式形式の都合により、＾Ｒのように、ずらして表記するものとする。

【0025】

推定値演算部５０は、換言すれば、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを基に、電力系統４の系統特性を推定する。この際、推定値演算部５０は、図２に表したように、電力系統４の系統モデルを系統インピーダンスの抵抗成分Ｒ及びリアクタンス成分Ｘのみの最も簡素な系統モデルとして考える。

【0026】

推定値演算部５０は、非線形式に対応したカルマンフィルタを用いることにより、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓから各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを演算する。より具体的には、推定値演算部５０は、拡張カルマンフィルタを用いることにより、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓから各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを演算する。推定値演算部５０は、演算した各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを無効電力演算部５２に入力する。また、推定値演算部５０は、演算に用いた有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓも、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒとともに無効電力演算部５２に入力する。

【0027】

なお、非線形式に対応したカルマンフィルタは、拡張カルマンフィルタに限ることなく、例えば、Ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ カルマンフィルタやアンサンブル カルマンフィルタなどでもよい。但し、拡張カルマンフィルタを用いることにより、これらに比べて推定値演算部５０での演算負荷を抑えることができる。

【0028】

無効電力演算部５２には、推定値演算部５０から各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒ、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓが入力されるとともに、連系点ＬＰの電圧の指定値Ｖｓｒ及び切替信号が入力される。連系点ＬＰの電圧の指定値Ｖｓｒ及び切替信号は、例えば、ネットワークなどを介して上位のコントローラから無効電力演算部５２に入力される。連系点ＬＰの電圧の指定値Ｖｓｒ及び切替信号は、例えば、オペレータなどが手動で入力できるようにしてもよい。また、連系点ＬＰの電圧の指定値Ｖｓｒは、予め設定された一定の値などでもよい。

【0029】

無効電力演算部５２は、推定値演算部５０から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを基に、電力系統４に供給する無効電力の無効電力指令値Ｑｏｐを演算する。無効電力指令値Ｑｏｐは、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓを無限大母線電力系統３の電圧値Ｖｒに近付ける（Ｖｓ＝Ｖｒとする）ために、電力系統４に供給する無効電力の指令値である。

【0030】

また、無効電力演算部５２は、推定値演算部５０から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒ、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、電圧値Ｖｓ、及び上位のコントローラなどから入力された連系点ＬＰの電圧の指定値Ｖｓｒを基に、電力系統４に供給する無効電力の無効電力指令値Ｑｎを演算する。無効電力指令値Ｑｎは、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓを指定値Ｖｓｒに近付ける（Ｖｓ＝Ｖｓｒとする）ために、電力系統４に供給する無効電力の指令値である。

【0031】

無効電力演算部５２は、上位のコントローラやオペレータ（コンソール）などから入力された切替信号に基づいて、無効電力指令値Ｑｏｐ及び無効電力指令値Ｑｎのいずれか一方を演算する。すなわち、電力変換装置１０では、無効電力演算部５２に切替信号を入力することで、Ｖｓ＝Ｖｒとなるように電力系統４に供給する無効電力を制御するか、Ｖｓ＝Ｖｓｒとなるように電力系統４に供給する無効電力を制御するか、を切り替えることができる。無効電力演算部５２は、演算した無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎを駆動回路５４に入力する。

【0032】

駆動回路５４には、無効電力演算部５２で演算された無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎが入力されるとともに、計測装置２０で計測された分散型電源６の電圧値Ｖｄｃ及び電流値Ｉｄｃが入力される。

【0033】

駆動回路５４は、電圧値Ｖｄｃ及び電流値Ｉｄｃに基づくＭＰＰＴ方式の制御によって有効電力を決定し、決定した有効電力と、無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎに対応する無効電力と、を出力するように、主回路部４０を駆動する。駆動回路５４は、主回路部４０の複数のスイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、決定した有効電力及び無効電力を主回路部４０から電力系統４に供給する。

【0034】

計測装置２２及び推定値演算部５０は、定期的に有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを取得する。推定値演算部５０は、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを取得する毎に、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを演算（予測）するとともに、予測した状態と観測による情報から現在の状態を更新する。

【0035】

無効電力演算部５２は、推定値演算部５０から各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒが入力される毎に、無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎを演算する。駆動回路５４は、無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎが入力される毎に、主回路部４０の制御信号を生成し、有効電力及び無効電力を主回路部４０から電力系統４に供給する。制御部４２は、上記の処理を繰り返すことにより、分散型電源６に応じた有効電力を電力系統４に供給するとともに、無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎに応じた無効電力を電力系統４に随時供給する。

【0036】

このように、有効電力及び無効電力を電力系統４に供給することにより、電力変換装置１０から電力系統４への有効電力の供給や、需要家１６及び発電機１８などの影響による連系点ＬＰの電圧の変動を抑制することができる。例えば、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓの変動を無限大母線電力系統３の電圧値Ｖｒ又は指定値Ｖｓｒに対して要求された電圧変動幅、例えば±２％以内に抑えることができる。

【0037】

電力変換装置１０では、拡張カルマンフィルタ（非線形式に対応したカルマンフィルタ）を用いて各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを演算している。これにより、例えば、線形の近似式を用いて電力系統４の系統特性を推定する方法と比べて、電力系統４の系統特性をより適切に推定することができる。

【0038】

例えば、分散型電源６の設置場所が遠方で、系統インピーダンスの抵抗成分Ｒ及びリアクタンス成分Ｘが大きい場合でも、電力系統４の系統特性をより適切に推定し、連系点ＬＰの電圧変動を抑制することができる。

【0039】

さらには、工場などの負荷（需要家１６）や他の分散型電源（発電機１８）が直近にある場合にも、これらの影響を系統特性の変動として推定し、対応する無効電力を連系点ＬＰに注入することができる。従って、負荷や他の分散型電源が直近にある場合にも、分散型電源６の連系点ＬＰの電圧の変動をより適切に抑制することができる。

【0040】

次に、推定値演算部５０による拡張カルマンフィルタを用いた各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの演算について説明する。

【0041】

連系点ＬＰの電圧値Ｖｓは、次の（１）式の非線形式で表すことができる。この非線形式に基づいて拡張カルマンフィルタを適用することにより、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを演算する。

【数1】

拡張カルマンフィルタの状態方程式は、次の（２）式で表すことができる。そして、拡張カルマンフィルタの出力方程式は、次の（３）式で表すことができる。

【数2】

【数3】

（２）式において、ｘは、次の（４）式に表すように、電力系統４の系統インピーダンスの抵抗成分Ｒ、リアクタンス成分Ｘ、及び無限大母線電力系統３の電圧値Ｖｒを成分とする状態ベクトルである。但し、（４）式において、「Ｔ」は、転置を表す。

【数4】

（２）式において、ｆは、状態ベクトルｘの非線形関数である。（２）式において、ｗは、システムノイズのベクトルである。また、（２）式及び（３）式において、添え字の「ｋ」は、時刻を表す。換言すれば、添え字「ｋ」は、定期的に取得される有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓに対応するデータの順序である。「ｋ−１」は、「ｋ」の１つ前のデータを表す。従って、（２）式は、１つ前の状態ベクトルｘから現在の状態ベクトルｘを推定することを表している。添え字「ｋ」は、以下の各式においても同様である。

【0042】

（３）式において、ｚは、電圧値Ｖｓの観測値である。（３）式において、ｈは、ｘの非線形関数である。また、（３）式において、ｖは、観測ノイズである。（３）式は、状態ベクトルｘに対する観測値ｚの反応を表している。この例において、ｈ（ｘ）は、連系点ＬＰの予測電圧値Ｖｓである（ｈ（ｘ）＝Ｖｓ）。すなわち、観測値ｚは、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓに観測ノイズｖを足したものと考えることができる。観測値ｚは、計測装置２２による電圧値Ｖｓの測定値である。

【0043】

拡張カルマンフィルタは、予測ステップと、更新ステップと、を有する。推定値演算部５０は、予測ステップにおいて、次の（５）式により、状態ベクトルｘの予測を行う。

【数5】

（５）式において、ｘ^ｆは、状態ベクトルｘの予測値を表す。ｘ^ａは、更新ステップにおいて更新された状態ベクトルｘを表す。このように、この例では、更新後の状態ベクトルｘ^ａを、予測後の状態ベクトルｘ^ｆとして用いる。

【0044】

推定値演算部５０は、この予測後の状態ベクトルｘ^ｆの各成分を、それぞれ各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒとして演算する。すなわち、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒは、換言すれば、更新後の状態ベクトルｘ^ａの各成分である。また、推定値演算部５０は、状態ベクトルｘの初期値を有し、更新ステップが行われていない初期状態においては、この初期値を予測後の状態ベクトルｘ^ｆとして用いる。制御部４２は、このように演算された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒに基づき、上記のように主回路部４０の動作を制御する。

【0045】

状態ベクトルｘの初期値は、一定の値でもよいし、例えば、分散型電源６がソーラーパネルである場合などには、一日分の各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの平均値を算出し、この各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの平均値を次の日の状態ベクトルｘの初期値として用いてもよい。推定値演算部５０は、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒのそれぞれの所定期間における平均値を算出し、算出した各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの平均値を次の所定期間における状態ベクトルｘの初期値とする機能を有してもよい。

【0046】

推定値演算部５０は、予測ステップにおいて、状態ベクトルｘの予測を行うとともに、次の（６）式により、共分散行列Ｐ^ｆを予測する。共分散行列Ｐ^ｆは、システムノイズｗの影響を考慮した予測後の状態ベクトルｘ^ｆの誤差共分散行列である。

【数6】

（６）式において、Ｊ_ｆ（ｘ）は、非線形関数ｆのヤコビアンで定義した行列であり、この例では、次の（７）式に表すように、（１，１，１）の対角行列である。

【数7】

（６）式において、Ｐ_ｋ−１は、１つ前の共分散行列、又は共分散行列の初期値である。（６）式において、Ｊ_ｆ（ｘ）^Ｔは、ヤコビアン行列Ｊ_ｆ（ｘ）の転置行列である。また、（６）式において、Ｑ_ｋ−１は、システムノイズｗの共分散行列である。システムノイズｗの共分散行列Ｑ_ｋ−１は、次の（８）式に表すように、システムノイズｗ及びその転置行列の内積の期待値である。

【数8】

制御部４２は、予測ステップにおいて演算された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒに基づいて主回路部４０を動作させるとともに、主回路部４０を動作させた時の有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを取得する。推定値演算部５０は、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓが取得された後、更新ステップを実行する。更新ステップにおいて、推定値演算部５０は、取得された有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓを基に、状態ベクトルｘを更新する。

【0047】

推定値演算部５０は、更新ステップにおいて、まず、取得した有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓの各測定値と共分散行列Ｐ^ｆとを基に、状態ベクトルｘを更新するためのカルマンゲインの最適化を行う。カルマンゲインは、次の（９）式によって求められる。

【数9】

（９）式において、Ｊ_ｈ（ｘ）は、非線形関数ｈのヤコビアンで定義した行列である。この例において、非線形関数ｈ（ｘ）は、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓであるから、Ｊ_ｈ（ｘ）は、次の（１０）式のように表される。

【数10】

（１０）式において、∂Ｖｓ／∂Ｒ、∂Ｖｓ／∂Ｘ、∂Ｖｓ／∂Ｖｒは、上記の（１）式から、それぞれ次の（１１）式、（１２）式、（１３）式のように表される。

【数11】

【数12】

【数13】

但し、（１１）式、（１２）式、（１３）式において、Ｂは、次の（１４）式、Ｃは、次の（１５）式である。

【数14】

【数15】

また、上記の（９）式において、Ｊ_ｈ（ｘ）^Ｔは、ヤコビアン行列Ｊ_ｈ（ｘ）の転置行列である。（９）式において、Ｒ_ｋは、観測ノイズｖの共分散行列である。観測ノイズｖの共分散行列Ｒ_ｋは、次の（１６）式に表すように、観測ノイズｖ及びその転置行列の内積の期待値である。

【数16】

（９）式において、［Ｊ_ｈ（ｘ）Ｐ^ｆＪ_ｈ（ｘ）^Ｔ＋Ｒ_ｋ］^−１の部分は、換言すれば、予測誤差（ｚ−ｈ（ｘ^ｆ））に対する誤差共分散である。

【0048】

推定値演算部５０は、更新ステップにおいて、カルマンゲインの最適化を行った後、このカルマンゲインを用い、次の（１７）式により、状態ベクトルｘを更新する。

【数17】

（１７）式において、ｈ（ｘ^ｆ）は、予測後の状態ベクトルｘ^ｆから（１）式を用いて演算した電圧値Ｖｓの予測値である。すなわち、推定値演算部５０は、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓの測定値ｚと、予測後の状態ベクトルｘ^ｆを用いて演算した連系点ＬＰの電圧値Ｖｓの予測値ｈ（ｘ^ｆ）と、を基に、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓの予測誤差を求める。推定値演算部５０は、測定値ｚから予測値ｈ（ｘ^ｆ）を差し引くことで、予測誤差を求める。

【0049】

推定値演算部５０は、この予測誤差にカルマンゲインを乗じることにより、状態ベクトルｘの補正値を算出し、その補正値を予測後の状態ベクトルｘ^ｆに加えることにより、更新後の状態ベクトルｘ^ａを求める。これにより、予測誤差を考慮して次の状態ベクトルｘの予測を行うことができる。

【0050】

推定値演算部５０は、更新ステップにおいて、状態ベクトルｘを更新するとともに、次の（１８）式により、共分散行列Ｐも併せて更新する。（１８）式に表したように、推定値演算部５０は、最適化したカルマンゲインを基に共分散行列Ｐを更新する。

【数18】

推定値演算部５０は、上記の予測ステップと更新ステップとを繰り返し実行する。これにより、拡張カルマンフィルタによって各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを予測し、予測に基づいて主回路部４０の動作を制御することができる。これにより、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓの変動を抑制することができる。なお、（１８）式において、Ｉは、単位行列である。

【0051】

図３は、実施形態に係る推定値演算部を模式的に表すブロック図である。
図３に表したように、推定値演算部５０は、フィルタ６０と、低速推定演算部６２と、高速推定演算部６４と、制御回路６６と、切替部６８と、を有する。

【0052】

フィルタ６０は、計測装置２２から入力される有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓのノイズを抑制する。フィルタ６０は、例えば、ローパスフィルタである。これにより、フィルタ６０は、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓの急峻な変動を抑制する。なお、フィルタ６０は、必要に応じて設けられ、省略可能である。

【0053】

低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４は、上記のように拡張カルマンフィルタを用いることにより、フィルタ６０を介して入力された有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓから各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを演算する。

【0054】

低速推定演算部６２と高速推定演算部６４とでは、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓのサンプリング速度が異なる。高速推定演算部６４のサンプリング速度は、低速推定演算部６２のサンプリング速度よりも速い。

【0055】

低速推定演算部６２のサンプリング速度は、例えば、５秒（１秒〜１０秒）に１回程度である。高速推定演算部６４のサンプリング速度は、例えば、０．５秒（０．１秒〜１秒）に１回程度である。高速推定演算部６４のサンプリング速度は、例えば、低速推定演算部６２のサンプリング速度の１０倍程度（５倍以上１５倍以下）である。

【0056】

低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４には、例えば、それぞれ別のプロセッサが用いられる。高速推定演算部６４のプロセッサには、例えば、低速推定演算部６２のプロセッサよりも演算処理速度の速いプロセッサが用いられる。

【0057】

低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４は、例えば、同じプロセッサにおける演算処理速度の速い動作モード及び演算処理速度の遅い動作モードで構成してもよい。

【0058】

演算処理速度の速いプロセッサや演算処理速度の速い動作モードなどを用いた場合には、演算処理速度の遅いプロセッサや演算処理速度の遅い動作モードなどを用いた場合と比べて、消費電力が大きくなる。高速推定演算部６４を動作させた場合の平均の消費電力は、低速推定演算部６２を動作させた場合の平均の消費電力よりも大きい。

【0059】

このため、低速推定演算部６２を動作させた場合には、高速推定演算部６４を動作させた場合と比べて、消費電力を抑えることができる。一方、高速推定演算部６４を動作させた場合には、低速推定演算部６２を動作させた場合と比べて、系統特性の変動に対する応答性を高めることができる。

【0060】

低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４は、演算した各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを切替部６８に入力する。切替部６８は、低速推定演算部６２から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを無効電力演算部５２に入力する経路と、高速推定演算部６４から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを無効電力演算部５２に入力する経路と、の切り替えを行う。この際、切替部６８は、各経路の切り替えにともなう各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの急変を抑制する。

【0061】

切替部６８は、例えば、低速推定演算部６２の経路から高速推定演算部６４の経路に切り替える場合に、高速推定演算部６４から各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒが入力されるまで、低速推定演算部６２から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの値を維持する。切替部６８は、いわゆるバンプレス制御を行う。切替部６８は、換言すれば、バンプレススイッチである。これにより、各経路の切り替えのタイミングで不定な各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒが無効電力演算部５２に入力されてしまうことを抑制することができる。

【0062】

なお、切替部６８は、必要に応じて設けられ、省略可能である。推定値演算部５０は、少なくとも低速推定演算部６２と高速推定演算部６４と制御回路６６とを有していればよい。

【0063】

制御回路６６は、低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４の切り替えを制御する。制御回路６６は、低速推定演算部６２を動作させた場合には、高速推定演算部６４の動作を停止させる。そして、制御回路６６は、高速推定演算部６４を動作させた場合には、低速推定演算部６２の動作を停止させる。このように、制御回路６６は、低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４の一方のみを選択的に動作させる。

【0064】

制御回路６６は、低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４と接続され、低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４の切り替えを制御するとともに、動作中の低速推定演算部６２又は高速推定演算部６４と通信を行う。

【0065】

低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４は、動作中において、演算した各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを切替部６８に入力するとともに、制御回路６６に入力する。また、低速推定演算部６２及び高速推定演算部６４は、更新ステップにおいて求めた連系点ＬＰの電圧値Ｖｓの予測誤差（ｚ−ｈ（ｘ^ｆ））を制御回路６６に入力する。さらに、高速推定演算部６４は、更新ステップにおいて求めた共分散行列Ｐ_ｋも制御回路６６に入力する。なお、以下では、低速推定演算部６２の電圧値Ｖｓの予測誤差をＥｒｒＳ、高速推定演算部６４の電圧値Ｖｓの予測誤差をＥｒｒＦと称す。

【0066】

制御回路６６は、高速推定演算部６４の動作を停止させ、低速推定演算部６２を動作させた状態において、低速推定演算部６２から入力された予測誤差ＥｒｒＳの絶対値Ａｂｓ（ＥｒｒＳ）が第１閾値ａｂｅ１よりも大きいか否か（Ａｂｓ（ＥｒｒＳ）＞ａｂｅ１）を判定する。

【0067】

制御回路６６は、予測誤差ＥｒｒＳの絶対値Ａｂｓ（ＥｒｒＳ）が第１閾値ａｂｅ１以下と判定した場合には、低速推定演算部６２の動作を継続させる。一方、制御回路６６は、予測誤差ＥｒｒＳの絶対値Ａｂｓ（ＥｒｒＳ）が第１閾値ａｂｅ１よりも大きいと判定した場合には、低速推定演算部６２の動作を停止させ、高速推定演算部６４の動作を開始させる。

【0068】

制御回路６６は、高速推定演算部６４の動作を開始させる場合、低速推定演算部６２から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを高速推定演算部６４に入力する。高速推定演算部６４は、制御回路６６から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの初期値として拡張カルマンフィルタを用いた演算を行う。

【0069】

また、高速推定演算部６４は、動作を開始した場合には、共分散行列Ｐ_ｋ−１を初期値に設定する。共分散行列Ｐ_ｋ−１の初期値は、例えば、ｄｉａｇ（２００，２００，２００）などの比較的大きな値の共分散行列である。これにより、系統特性が変化した場合などにも、共分散行列Ｐ_ｋ−１の収束を早めることができる。

【0070】

制御回路６６は、低速推定演算部６２の動作を停止させ、高速推定演算部６４を動作させた状態において、高速推定演算部６４から入力された予測誤差ＥｒｒＦの絶対値Ａｂｓ（ＥｒｒＦ）が第２閾値ａｂｅ２よりも小さいか否か（Ａｂｓ（ＥｒｒＦ）＜ａｂｅ２）を判定する。第２閾値ａｂｅ２は、第１閾値ａｂｅ１よりも小さい値に設定される。第２閾値ａｂｅ２は、例えば、第１閾値ａｂｅ１の１／２程度（ａｂｅ２＝ａｂｅ１／２）に設定される。但し、第２閾値ａｂｅ２の値は、第１閾値ａｂｅ１よりも小さい任意の値でよい。

【0071】

制御回路６６は、予測誤差ＥｒｒＦの絶対値Ａｂｓ（ＥｒｒＦ）が第２閾値ａｂｅ２以上と判定した場合には、高速推定演算部６４の動作を継続させる。一方、制御回路６６は、予測誤差ＥｒｒＦの絶対値Ａｂｓ（ＥｒｒＦ）が第２閾値ａｂｅ２よりも小さいと判定した場合には、高速推定演算部６４の動作を停止させ、低速推定演算部６２の動作を開始させる。

【0072】

制御回路６６は、低速推定演算部６２の動作を開始させる場合、高速推定演算部６４から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒ、及び共分散行列Ｐ_ｋを低速推定演算部６２に入力する。低速推定演算部６２は、制御回路６６から入力された各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒを、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒの初期値とし、制御回路６６から入力された共分散行列Ｐ_ｋを、共分散行列Ｐ_ｋの初期値として拡張カルマンフィルタを用いた演算を行う。これにより、低速推定演算部６２においては、高速推定演算部６４による演算によって共分散行列Ｐ_ｋを収束させた状態から演算を開始することができる。

【0073】

このように、制御回路６６は、電圧値Ｖｓの予測誤差の変動が小さい定常状態においては、低速推定演算部６２を動作させる。これにより、定常状態における演算負荷を軽くし、消費電力を抑えることができる。そして、制御回路６６は、電圧値Ｖｓの予測誤差の変動が大きい過渡状態においては、高速推定演算部６４を動作させる。これにより、系統特性の変動などに対する応答性を高め、連系点ＬＰの電圧変動をより適切に抑制することができる。

【0074】

このように、電力変換装置１０では、推定値演算部５０が、低速推定演算部６２と高速推定演算部６４とを有する。直近の負荷変動や電源の出力変動、連系している沢山の電源の出力変動、系統運用側の管理要因によるトランスタップ変更、ＳＶＣ制御やＡＶＲ制御などの影響により、系統特性が激しく変動する場合には、高速推定演算部６４を動作させる。これにより、系統特性の変動が激しい場合でも、分散型電源６の連系点ＬＰの電圧変動をより適切に抑制することができる。そして、系統特性の変動が小さい場合には、低速推定演算部６２を動作させる。これにより、高速推定演算部６４のみで演算を行う場合と比べて、電力変換装置１０の消費電力の増加を抑制することができる。

【0075】

上記のように、高速推定演算部６４のサンプリング速度を、低速推定演算部６２のサンプリング速度の１０倍程度に設定する。これにより、消費電力の増加を低速推定演算部６２によって適切に抑制し、系統特性の変動が激しい場合でも、連系点ＬＰの電圧変動を高速推定演算部６４によって適切に抑制することができる。

【0076】

次に、無効電力演算部５２による無効電力指令値Ｑｏｐ及び無効電力指令値Ｑｎの演算について説明する。
図４は、無効電力演算部の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
図４の横軸は、連系点ＬＰの無効電力値Ｑであり、図４の縦軸は、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓである。図４は、無効電力指令値Ｑｎを演算する場合の無効電力演算部の動作の一例を模式的に表す。

【0077】

無効電力演算部５２は、無効電力指令値Ｑｎを演算する場合、推定値演算部５０からの各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒ、有効電力値Ｐ、無効電力値Ｑ、及び電圧値Ｖｓの入力に応じて、図４に表したように、推定値演算部５０の演算結果を基に、電圧値Ｖｓの無効電力値Ｑに対する傾きＫを演算する。無効電力演算部５２は、次の（１９）式により、傾きＫを演算する。なお、（１９）式において、Ｂは、（１４）式に表したものであり、Ｃは、（１５）式で表したものである。

【数19】

次回の連系点ＬＰの電圧値をＶｓ_（ｎ）、計測装置２２で計測された前回の連系点ＬＰの電圧値をＶｓ_{（ｎ−１）}、次回の連系点ＬＰの無効電力値をＱ_ｎ、計測装置２２で計測された前回の連系点ＬＰの無効電力値をＱ_ｎ−１とする時、次回の連系点ＬＰの電圧値Ｖｓ_（ｎ）は、次の（２０）式で表すことができる。

【数20】

従って、次回の連系点ＬＰの電圧値をＶｓ_（ｎ）を指定値Ｖｓｒとした場合、次回の連系点ＬＰの無効電力値Ｑ_ｎは、次の（２１）式で表すことができる。

【数21】

このように、無効電力演算部５２は、推定値演算部５０から入力された各値を基に、傾きＫを演算するとともに、次回の連系点ＬＰの無効電力値Ｑ_ｎを演算し、この次回の連系点ＬＰの無効電力値Ｑ_ｎを無効電力指令値Ｑｎとして演算する。

【0078】

一方、無効電力演算部５２は、無効電力指令値Ｑｏｐを演算する場合には、次の（２２）式により、各推定値＾Ｒ、＾Ｘ、＾Ｖｒから無効電力指令値Ｑｏｐを演算する。

【数22】

なお、（２２）式において、「ｓｉｇｎ」は、符号関数である。

【0079】

図５は、実施形態に係る分散型電源システムの動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
電力変換装置１０は、力率を制御可能な可制御範囲を有する。電力変換装置１０における力率の可制御範囲は、例えば、±０．８５以上の範囲である。すなわち、遅れ力率及び進み力率の双方で０．８５以上１．００以下の範囲である。

【0080】

このため、電力変換装置１０は、図５に表したように、連系点ＬＰの電圧値Ｖｓにおいても、制御可能な可制御範囲と、制御不可能な非可制御範囲と、を有する。なお、図５では、Ｒ＝０．１（ｐｕ）、Ｘ＝０．２（ｐｕ）、Ｖｒ＝１（ｐｕ）、力率の可制御範囲を±０．８５以上とした場合の、電圧値Ｖｓの可制御範囲の一例を模式的に表している。

【0081】

無効電力演算部５２は、無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎを演算した結果、演算した無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎが可制御範囲を超える場合、可制御範囲内において取り得る最大又は最小の無効電力値を無効電力指令値Ｑｏｐ又は無効電力指令値Ｑｎとして設定する。

【0082】

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係る分散型電源システムの動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
図６（ａ）は、定力率制御を行った場合の有効電力Ｐｐｆ１と、拡張カルマンフィルタを用いた推定を行った場合の有効電力Ｐｐｆ２の一例をそれぞれ模式的に表している。

【0083】

図６（ｂ）は、定力率制御を行った場合の無効電力Ｑｐｆ１と、拡張カルマンフィルタを用いた推定を行った場合の無効電力Ｑｐｆ２の一例をそれぞれ模式的に表している。

【0084】

図６（ａ）及び図６（ｂ）に表したように、拡張カルマンフィルタを用いた推定を行った場合には、定力率制御を行った場合と比べて、無効電力を小さくし、力率を改善することができる。従って、分散型電源６から電力系統４により効率良く有効電力を供給することができる。例えば、分散型電源６のオーナーにおいては、電力の売却利益を高めることができる。

【0085】

このように、本実施形態に係る分散型電源システム２及び電力変換装置１０では、適切な無効電力を連系点ＬＰに注入することで、連系点ＬＰの電圧Ｖｓの変動をより適切に抑制できるとともに、出力する交流電力の力率を改善し、より効率良く有効電力を電力系統４に供給することができる。

【0086】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、分散型電源システム２及び電力変換装置１０に含まれる各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0087】

その他、本発明の実施の形態として上述した分散型電源システム２及び電力変換装置１０を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての分散型電源システム及び電力変換装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0088】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

【0089】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【要約】

分散型電源の電力を電力系統に対応した交流電力に変換する主回路部と、主回路部の動作を制御する制御部と、を備えた電力変換装置が提供される。制御部は、非線形式に対応したカルマンフィルタを用いることにより電力系統の系統特性を推定する推定演算部と、推定演算を基に電力系統に供給する無効電力の無効電力指令値を演算する無効電力演算部と、を有する。推定演算部は、低速推定演算部と、低速推定演算部よりも速い速度でサンプリング及び演算をする高速推定演算部と、連系点の電圧測定値と電圧予測値との誤差の程度により低速推定演算部及び高速推定演算部の一方のみを選択的に動作させる制御回路と、を有する。これにより、系統特性の変動が激しい場合でも、分散型電源の連系点の電圧変動をより適切に抑制できる電力変換装置及び分散型電源システムが提供される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】