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2022-167502分散電源の制御装置、制御プログラム、及び分散電源システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167502
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】分散電源の制御装置、制御プログラム、及び分散電源システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/46 20060101AFI20221027BHJP
H02J 3/16 20060101ALI20221027BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
H02J3/46
H02J3/16
H02J3/38 110
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021073327
(22)【出願日】2021-04-23
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】神通川 亨
【テーマコード（参考）】
5G066
【Ｆターム（参考）】
5G066DA04
5G066DA06
5G066FA01
5G066FB15
5G066HA15
5G066HA19
5G066HB02
5G066HB06
5G066HB07
5G066HB09
5G066JA05
5G066JB03
(57)【要約】
【課題】連系点電圧に応じて力率指令値が連続的に変化する電圧－力率指令値特性カーブに基づいて分散電源を制御することにより、電力系統との連系点の電圧を迅速に適正範囲に維持可能とした分散電源の制御装置、制御プログラム、及び分散電源システムを提供する。
【解決手段】電力系統２１に連系された分散電源３０から電力系統２１に無効電力を供給する制御装置５０であって、分散電源３０の力率を調整して無効電力を制御するようにした制御装置において、分散電源３０の出力電圧相当値（連系点電圧）に応じて力率指令値を連続的に変化させた電圧－力率指令値特性カーブ５２を備え、出力電圧相当値に応じて電圧－力率指令値特性カーブ５２から求めた力率指令値に従って分散電源３０の発電部３２を制御する。
【選択図】図２
【解決手段】電力系統２１に連系された分散電源３０から電力系統２１に無効電力を供給する制御装置５０であって、分散電源３０の力率を調整して無効電力を制御するようにした制御装置において、分散電源３０の出力電圧相当値（連系点電圧）に応じて力率指令値を連続的に変化させた電圧－力率指令値特性カーブ５２を備え、出力電圧相当値に応じて電圧－力率指令値特性カーブ５２から求めた力率指令値に従って分散電源３０の発電部３２を制御する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力系統に連系された分散電源により前記電力系統に無効電力を供給するための制御装置であって、前記分散電源の力率を調整して前記無効電力を制御する制御装置において、
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて力率指令値を連続的に変化させた電圧－力率指令値特性カーブを備え、前記出力電圧相当値に応じて前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値に従って前記分散電源を制御することを特徴とした分散電源の制御装置。
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて力率指令値を連続的に変化させた電圧－力率指令値特性カーブを備え、前記出力電圧相当値に応じて前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値に従って前記分散電源を制御することを特徴とした分散電源の制御装置。
【請求項2】
請求項１に記載した分散電源の制御装置において、
前記電圧－力率指令値特性カーブは、
前記出力電圧相当値の所定範囲内において、前記出力電圧相当値が高くなるほど力率指令値が遅れ側に連続的に変化する特性を有することを特徴とした分散電源の制御装置。
前記電圧－力率指令値特性カーブは、
前記出力電圧相当値の所定範囲内において、前記出力電圧相当値が高くなるほど力率指令値が遅れ側に連続的に変化する特性を有することを特徴とした分散電源の制御装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載した分散電源の制御装置において、
前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値とを用いて無効電力指令値を演算する手段と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする分散電源の制御装置。
前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値とを用いて無効電力指令値を演算する手段と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする分散電源の制御装置。
【請求項4】
請求項３に記載した分散電源の制御装置において、
前記力率指令値と前記分散電源の皮相電力最大値とを乗算して第１の有効電力制限値を求め、前記分散電源の有効電力計測値及び前記第１の有効電力制限値のうち低い値を有効電力指令値として選択する手段と、
前記分散電源の無効電力指令値、前記有効電力指令値、前記有効電力計測値及び無効電力計測値を用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする分散電源の制御装置。
前記力率指令値と前記分散電源の皮相電力最大値とを乗算して第１の有効電力制限値を求め、前記分散電源の有効電力計測値及び前記第１の有効電力制限値のうち低い値を有効電力指令値として選択する手段と、
前記分散電源の無効電力指令値、前記有効電力指令値、前記有効電力計測値及び無効電力計測値を用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする分散電源の制御装置。
【請求項5】
請求項４に記載した分散電源の制御装置において、
前記第１の有効電力制限値と、前記分散電源が出力可能な有効電力最大値により制限される第２の有効電力制限値及び／または前記有効電力計測値と、のうち最も低い値を前記有効電力指令値として選択する手段を備えたことを特徴とする分散電源の制御装置。
前記第１の有効電力制限値と、前記分散電源が出力可能な有効電力最大値により制限される第２の有効電力制限値及び／または前記有効電力計測値と、のうち最も低い値を前記有効電力指令値として選択する手段を備えたことを特徴とする分散電源の制御装置。
【請求項6】
請求項１～５の何れか１項に記載した分散電源の制御装置において、
前記出力電圧相当値に平均化処理を行った結果を前記電圧－力率指令値特性カーブに与えて力率指令値を求めることを特徴とする分散電源の制御装置。
前記出力電圧相当値に平均化処理を行った結果を前記電圧－力率指令値特性カーブに与えて力率指令値を求めることを特徴とする分散電源の制御装置。
【請求項7】
電力系統に連系された分散電源の力率を調整して前記分散電源が前記電力系統に供給する無効電力を制御するための制御プログラムであって、
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて連続的に変化する力率指令値を生成する機能と、
前記力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値または有効電力指令値とを用いて前記分散電源の無効電力指令値を生成する機能と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源が前記電力系統に供給する無効電力を制御する機能と、
を演算処理装置に実現させることを特徴とする制御プログラム。
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて連続的に変化する力率指令値を生成する機能と、
前記力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値または有効電力指令値とを用いて前記分散電源の無効電力指令値を生成する機能と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源が前記電力系統に供給する無効電力を制御する機能と、
を演算処理装置に実現させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項8】
電力系統に複数台の分散電源が接続された分散電源システムにおいて、
請求項３～５の何れか１項に記載された分散電源の制御装置を用いて、前記複数台の分散電源を一括して制御するように構成され、
前記制御装置は、前記無効電力指令値を前記複数台の分散電源に分配する手段を備えたことを特徴とする分散電源システム。
請求項３～５の何れか１項に記載された分散電源の制御装置を用いて、前記複数台の分散電源を一括して制御するように構成され、
前記制御装置は、前記無効電力指令値を前記複数台の分散電源に分配する手段を備えたことを特徴とする分散電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分散電源から電力系統に供給する無効電力を制御して系統電圧を適正範囲に維持するための制御装置、制御プログラム、及び分散電源システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、太陽光発電システム等の分散電源の導入に伴い、有効電力出力の変動に起因する系統電圧の変動や適正範囲からの逸脱（電圧上限逸脱、電圧下限逸脱）等が発生している。
これらの問題を解決する対策の一つとして、従来より、ＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）を導入して電力系統に無効電力を供給することにより、系統電圧を適正範囲に制御する方法が知られている。
これらの問題を解決する対策の一つとして、従来より、ＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）を導入して電力系統に無効電力を供給することにより、系統電圧を適正範囲に制御する方法が知られている。
【0003】
ＳＶＣの制御方式には電圧制御、電圧変動抑制制御等があり、何れもＳＶＣの連系点電圧を計測し、その電圧に応じて無効電力を出力する。
例えば、電圧制御では、連系点電圧が電圧指令値またはその近傍値と一致するようにＳＶＣが無効電力を出力する。電圧制御の応用としては、電圧上下限逸脱防止のために、電圧がある閾値を超過した場合に無効電力を出力する方式もある。また、電圧変動抑制制御では、連系点電圧から抽出した電圧変動成分に応じてこれを抑制するようにＳＶＣが無効電力を出力する。
このように、ＳＶＣの設置は系統電圧の変動や適正範囲逸脱の対策として効果的であるが、送配電事業者や再生エネルギー発電事業者にとって、ＳＶＣを新たに導入することは設備費用が嵩むという問題がある。
例えば、電圧制御では、連系点電圧が電圧指令値またはその近傍値と一致するようにＳＶＣが無効電力を出力する。電圧制御の応用としては、電圧上下限逸脱防止のために、電圧がある閾値を超過した場合に無効電力を出力する方式もある。また、電圧変動抑制制御では、連系点電圧から抽出した電圧変動成分に応じてこれを抑制するようにＳＶＣが無効電力を出力する。
このように、ＳＶＣの設置は系統電圧の変動や適正範囲逸脱の対策として効果的であるが、送配電事業者や再生エネルギー発電事業者にとって、ＳＶＣを新たに導入することは設備費用が嵩むという問題がある。
【0004】
ＳＶＣを設置する以外の電圧変動対策としては、分散電源が力率一定制御を行うことが考えられる。力率一定制御では、力率指令値に基づき、分散電源の有効電力出力に対して一定割合の無効電力を出力する。これにより、分散電源の有効電力出力の変動に起因する電圧変動を抑制する効果を期待できるが、電圧に応じた制御ではないため、連系点電圧を適正範囲に維持できるとは限らない。
【0005】
力率一定制御に関連したその他の方式として、Watt-power factor mode（IEC/TR 61850-90-7）というものがある。この方式は力率指令値を固定するのではなく、分散電源の有効電力出力に応じた力率指令値特性カーブを定義し、この特性カーブに基づいて、有効電力出力に応じた無効電力を分散電源に出力させるものである。
この方式は、連系系統の特性に応じた力率指令値特性カーブを予め設定しておくことにより、連系点電圧を、力率一定制御よりも適正範囲に維持する効果を期待できる。しかし、電圧に応じた制御ではない点で力率一定制御と変わらないため、必ずしも連系点電圧を適正範囲に維持できるとは限らない。
この方式は、連系系統の特性に応じた力率指令値特性カーブを予め設定しておくことにより、連系点電圧を、力率一定制御よりも適正範囲に維持する効果を期待できる。しかし、電圧に応じた制御ではない点で力率一定制御と変わらないため、必ずしも連系点電圧を適正範囲に維持できるとは限らない。
【0006】
また、ＳＶＣの電圧制御に近い方式として、Volt-var mode（IEC/TR 61850-90-7）というものがある。これは分散電源の連系点電圧に応じた無効電力出力特性カーブを定義し、連系点電圧に応じて前記特性カーブに基づき無効電力を出力するものである。この方式は、連系点電圧に応じた制御であるため、連系点電圧を適正範囲に維持する効果が期待できる。
【0007】
しかし、例えば連系点電圧が下がっている場合、分散電源の有効電力出力がほぼゼロであっても無効電力を出力する等、分散電源自身に起因しない電圧変動要因に対しても補償を行うことから、本方式を実装している分散電源と実装していない分散電源との間で負担の軽重による不公平が生じる。更に、有効電力出力よりも無効電力出力を優先するように設定した場合、他の分散電源に起因する電圧変動に対して自ら無効電力を出力した結果、本来売電できるはずの有効電力が制限され、売電機会の損失が生じる可能性もある。
【0008】
なお、連系点電圧を適正範囲に維持する他の方法として、分散電源を構成するパワーコンディショナーの力率を連系点電圧に応じて制御する従来技術が、特許文献１に記載されている。
この従来技術は、前記パワーコンディショナーに対して、通信回線を経由して力率制御指令を出力する遠隔力率指令部を備え、系統電圧（連系点電圧）の測定値が不感帯の範囲内にある場合にも力率１００％を目標値とし、最適化制御を行って連系点電圧を適正範囲に維持することを目的としている。
この従来技術は、前記パワーコンディショナーに対して、通信回線を経由して力率制御指令を出力する遠隔力率指令部を備え、系統電圧（連系点電圧）の測定値が不感帯の範囲内にある場合にも力率１００％を目標値とし、最適化制御を行って連系点電圧を適正範囲に維持することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０２０－１７１１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
特許文献１に記載された従来技術では、連系点電圧に応じてパワーコンディショナーの力率を徐々に変えていくため、例えばＳＶＲ（自動電圧調整器）のタップ切換等により連系点電圧が大きく急変した場合には、同文献の段落［００５０］，［００５１］に指摘されているように適正な力率に収束するまでに時間がかかり、その結果、連系点電圧が適正範囲を逸脱するおそれがある。
【0011】
そこで、本発明の解決課題は、連系点電圧に応じた電圧－力率指令値特性カーブを定義し、連系点電圧が急変した場合でも上記特性カーブに従って分散電源の力率を所定値に調整することにより、連系点電圧を適正範囲に維持可能とした分散電源の制御装置、制御プログラム、及び分散電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するため、請求項１に係る分散電源の制御装置は、
電力系統に連系された分散電源により前記電力系統に無効電力を供給するための制御装置であって、前記分散電源の力率を調整して前記無効電力を制御する制御装置において、
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて力率指令値を連続的に変化させた電圧－力率指令値特性カーブを備え、前記出力電圧相当値に応じて前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値に従って前記分散電源を制御することを特徴とする。
電力系統に連系された分散電源により前記電力系統に無効電力を供給するための制御装置であって、前記分散電源の力率を調整して前記無効電力を制御する制御装置において、
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて力率指令値を連続的に変化させた電圧－力率指令値特性カーブを備え、前記出力電圧相当値に応じて前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値に従って前記分散電源を制御することを特徴とする。
【0013】
請求項２に係る分散電源の制御装置は、請求項１に記載した分散電源の制御装置において、
前記電圧－力率指令値特性カーブは、前記出力電圧相当値の所定範囲内において、前記出力電圧相当値が高くなるほど力率指令値が遅れ側に連続的に変化する特性を有することを特徴とする。
前記電圧－力率指令値特性カーブは、前記出力電圧相当値の所定範囲内において、前記出力電圧相当値が高くなるほど力率指令値が遅れ側に連続的に変化する特性を有することを特徴とする。
【0014】
請求項３に係る分散電源の制御装置は、請求項１または２に記載した分散電源の制御装置において、
前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値とを用いて無効電力指令値を演算する手段と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする。
前記電圧－力率指令値特性カーブから求めた力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値とを用いて無効電力指令値を演算する手段と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0015】
請求項４に係る分散電源の制御装置は、請求項３に記載した分散電源の制御装置において、
前記力率指令値と前記分散電源の皮相電力最大値とを乗算して第１の有効電力制限値を求め、前記分散電源の有効電力計測値及び前記第１の有効電力制限値のうち低い値を有効電力指令値として選択する手段と、
前記分散電源の無効電力指令値、前記有効電力指令値、前記有効電力計測値及び無効電力計測値を用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする。
前記力率指令値と前記分散電源の皮相電力最大値とを乗算して第１の有効電力制限値を求め、前記分散電源の有効電力計測値及び前記第１の有効電力制限値のうち低い値を有効電力指令値として選択する手段と、
前記分散電源の無効電力指令値、前記有効電力指令値、前記有効電力計測値及び無効電力計測値を用いて前記分散電源を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0016】
請求項５に係る分散電源の制御装置は、請求項４に記載した分散電源の制御装置において、
前記第１の有効電力制限値と、前記分散電源が出力可能な有効電力最大値により制限される第２の有効電力制限値及び／または前記有効電力計測値と、のうち最も低い値を前記有効電力指令値として選択する手段を備えたことを特徴とする。
前記第１の有効電力制限値と、前記分散電源が出力可能な有効電力最大値により制限される第２の有効電力制限値及び／または前記有効電力計測値と、のうち最も低い値を前記有効電力指令値として選択する手段を備えたことを特徴とする。
【0017】
請求項６に係る分散電源の制御装置は、請求項１～５の何れか１項に記載した分散電源の制御装置において、
前記出力電圧相当値に平均化処理を行った結果を前記電圧－力率指令値特性カーブに与えて力率指令値を求めることを特徴とする。
前記出力電圧相当値に平均化処理を行った結果を前記電圧－力率指令値特性カーブに与えて力率指令値を求めることを特徴とする。
【0018】
請求項７に係る制御プログラムは、電力系統に連系された分散電源の力率を調整して前記分散電源が前記電力系統に供給する無効電力を制御するための制御プログラムであって、
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて連続的に変化する力率指令値を生成する機能と、
前記力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値または有効電力指令値とを用いて前記分散電源の無効電力指令値を生成する機能と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源が前記電力系統に供給する無効電力を制御する機能と、
を演算処理装置に実現させることを特徴とする。
前記分散電源の出力電圧相当値に応じて連続的に変化する力率指令値を生成する機能と、
前記力率指令値と前記分散電源の有効電力計測値または有効電力指令値とを用いて前記分散電源の無効電力指令値を生成する機能と、
前記無効電力指令値と前記分散電源の無効電力計測値とを用いて前記分散電源が前記電力系統に供給する無効電力を制御する機能と、
を演算処理装置に実現させることを特徴とする。
【0019】
請求項８に係る分散電源システムは、電力系統に複数台の分散電源が接続された分散電源システムにおいて、
請求項３～５の何れか１項に記載された分散電源の制御装置を用いて、前記複数台の分散電源を一括して制御するように構成され、
前記制御装置は、前記無効電力指令値を前記複数台の分散電源に分配する手段を備えたことを特徴とする。
請求項３～５の何れか１項に記載された分散電源の制御装置を用いて、前記複数台の分散電源を一括して制御するように構成され、
前記制御装置は、前記無効電力指令値を前記複数台の分散電源に分配する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、電圧－力率指令値特性カーブに基づき、分散電源の出力電圧相当値、例えば連系点電圧に応じた力率指令値に従って分散電源の力率を調整することにより、電力系統に供給する無効電力を連続的に制御して連系点電圧を速やかに変化させ、適正範囲に維持することができる。
また、分散電源自身に起因しない電圧変動要因に対してまで過度に補償を行う恐れがないので、他の分散電源等に起因する電圧変動発生時に無効電力を出力することで本来売電できるはずの有効電力が制限されて売電機会を逸失する、という心配もない。このため、経済的な利益を期待することができる。
また、分散電源自身に起因しない電圧変動要因に対してまで過度に補償を行う恐れがないので、他の分散電源等に起因する電圧変動発生時に無効電力を出力することで本来売電できるはずの有効電力が制限されて売電機会を逸失する、という心配もない。このため、経済的な利益を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施形態を含む電力系統の全体構成図である。
【図2】本発明の第１実施例に係る制御装置の主要部を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態における電圧－力率指令値特性カーブの設定例を示す図である。
【図5】本発明の第２実施例及び第３実施例に係る制御装置の主要部を示すブロック図である。
【図6】本発明の第４実施例に係る制御装置により、無効電力指令値を複数台の分散電源に分配する手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態を含む電力系統の全体構成図である。図１において、例えば三相の交流電源２０に接続された電力系統２１には、変圧器４０を介して分散電源３０が接続されている。また、２２は抵抗及びインダクタンスからなる系統インピーダンス、４１は電力系統２１との連系点、３３は分散電源接続点を示す。
図１は、本発明の実施形態を含む電力系統の全体構成図である。図１において、例えば三相の交流電源２０に接続された電力系統２１には、変圧器４０を介して分散電源３０が接続されている。また、２２は抵抗及びインダクタンスからなる系統インピーダンス、４１は電力系統２１との連系点、３３は分散電源接続点を示す。
【0023】
分散電源３０は、太陽電池パネル等の直流電力源３１と、電力変換器の動作により直流／交流変換を行うパワーコンディショナシステム（ＰＣＳ）等の発電部３２と、発電部３２を制御する制御装置５０と、を備えている。
制御装置５０は、連系点４１の電圧Ｖｍ及び電流Ｉｍ等に基づいて発電部３２内の電力変換器を制御する。ここで、連系点４１の電圧Ｖｍ及び電流Ｉｍに代えて分散電源接続点３３の電圧及び電流を制御装置５０に入力して制御に用いても良い。すなわち、請求項における「分散電源の出力電圧相当値」は、上述した連系点４１の電圧や分散電源接続点３３の電圧を含む概念である。
制御装置５０は、連系点４１の電圧Ｖｍ及び電流Ｉｍ等に基づいて発電部３２内の電力変換器を制御する。ここで、連系点４１の電圧Ｖｍ及び電流Ｉｍに代えて分散電源接続点３３の電圧及び電流を制御装置５０に入力して制御に用いても良い。すなわち、請求項における「分散電源の出力電圧相当値」は、上述した連系点４１の電圧や分散電源接続点３３の電圧を含む概念である。
【0024】
図示されていないが、分散電源としては、直流電力または機械的動力を交流電力（有効電力及び無効電力）に変換して出力する機能を備えていれば良い。このため、太陽光以外に風力等の再生可能エネルギーを利用して発生させた直流電力、または蓄電池や燃料電池等の直流電力を交流電力に変換する装置でも良いし、火力や水力を利用して発生させた機械的動力を交流電力に変換する同期発電機や誘導発電機等であっても良い。
【0025】
次に、制御装置５０の構成及び機能について説明する。
本実施形態における制御装置５０の構成及び機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を含む演算処理装置のハードウェア及びソフトフェア（プログラム）によって実現される。
本実施形態における制御装置５０の構成及び機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を含む演算処理装置のハードウェア及びソフトフェア（プログラム）によって実現される。
【0026】
図２は、制御装置５０の第１実施例の主要部を示すブロック図である。ここでは、第１実施例による無効電力の制御を、電圧－可変力率制御と呼ぶことにする。
図２において、連系点電圧（計測値）Ｖｍは平均化処理手段としての一次遅れフィルタ（ローパスフィルタ）５１に入力されて急峻な変動成分が除去された後、電圧・力率指令値特性カーブ５２に与えられる。なお、一次遅れフィルタ５１の構成は特に限定されない。また、平均化処理手段としては、一次遅れフィルタ５１だけでなく移動平均処理を行う手段であっても良い。このことは、後述する他の実施例についても同様である。
図２において、連系点電圧（計測値）Ｖｍは平均化処理手段としての一次遅れフィルタ（ローパスフィルタ）５１に入力されて急峻な変動成分が除去された後、電圧・力率指令値特性カーブ５２に与えられる。なお、一次遅れフィルタ５１の構成は特に限定されない。また、平均化処理手段としては、一次遅れフィルタ５１だけでなく移動平均処理を行う手段であっても良い。このことは、後述する他の実施例についても同様である。
【0027】
電圧－力率指令値特性カーブ５２は、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すように、連系点電圧Ｖｍに応じて変化する分散電源３０の力率指令値ＰＦｒｅｆを設定したものであり、連系点電圧Ｖｍと力率指令値ＰＦｒｅｆとの関係は、数式またはテーブルとしてメモリに格納されている。
【0028】
図３（ａ）は、連系点電圧Ｖｍが系統電圧の基準値Ｖ０（例えば、実効値１００［Ｖ］の低圧配電系統では、１０１［Ｖ］等）以下の範囲では力率指令値ＰＦｒｅｆを１.０（１００％）とし、連系点電圧Ｖｍが基準値Ｖ０より高い範囲では力率指令値ＰＦｒｅｆを一定の傾きで「遅れ」側へ連続的に変化させる特性である。
また、図３（ｂ）は、基準値Ｖ０を中心として連系点電圧Ｖｍが高いほど力率指令値ＰＦｒｅｆを「遅れ」側へ、連系点電圧Ｖｍが低いほど「進み」側へ、連続的に変化させる特性である。
何れにしても、電圧－力率指令値特性カーブ５２は、連系点電圧Ｖｍの所定範囲内において、連系点電圧Ｖｍが高くなるほど力率指令値が「遅れ」側へ連続的に変化する特性を有していれば良い。
図３（ａ），（ｂ）から分かるように、連系点電圧がＶｍ１である時の力率指令値ＰＦｒｅｆ１は連系点電圧がＶｍ２（Ｖｍ１＜Ｖｍ２）である時の力率指令値ＰＦｒｅｆ２よりも高くなり、１.０（１００％）に近付いていく。
また、図３（ｂ）は、基準値Ｖ０を中心として連系点電圧Ｖｍが高いほど力率指令値ＰＦｒｅｆを「遅れ」側へ、連系点電圧Ｖｍが低いほど「進み」側へ、連続的に変化させる特性である。
何れにしても、電圧－力率指令値特性カーブ５２は、連系点電圧Ｖｍの所定範囲内において、連系点電圧Ｖｍが高くなるほど力率指令値が「遅れ」側へ連続的に変化する特性を有していれば良い。
図３（ａ），（ｂ）から分かるように、連系点電圧がＶｍ１である時の力率指令値ＰＦｒｅｆ１は連系点電圧がＶｍ２（Ｖｍ１＜Ｖｍ２）である時の力率指令値ＰＦｒｅｆ２よりも高くなり、１.０（１００％）に近付いていく。
【0029】
ここで、図３（ａ），（ｂ）における力率指令値ＰＦｒｅｆの「遅れ」とは、分散電源３０を遅れ力率により運転して電力系統２１に遅れ無効電力（誘導性の無効電力）を供給することであり、力率指令値ＰＦｒｅｆの「進み」とは、分散電源３０を進み力率により運転して電力系統２１に進み無効電力（容量性の無効電力）を供給することである。
一般的に、電力系統の電圧を適正範囲に維持するためには、分散電源を原則的に０.８５（８５％）以上の遅れ力率で運転することが求められている。
一般的に、電力系統の電圧を適正範囲に維持するためには、分散電源を原則的に０.８５（８５％）以上の遅れ力率で運転することが求められている。
【0030】
図２に戻って、電圧－力率指令値特性カーブ５２から求めた力率指令値ＰＦｒｅｆは、無効電力指令値演算部５３に入力されている。また、図１に示した連系点４１の電圧Ｖｍ及び電流Ｉｍから求めた有効電力計測値Ｐｍも、無効電力指令値演算部５３に入力されている。
【0031】
無効電力指令値演算部５３では、力率指令値ＰＦｒｅｆに基づき、有効電力計測値Ｐｍに対して一定割合の無効電力を出力するように、数式１に基づいて無効電力指令値Ｑｒｅｆを算出する。
［数式１］
Ｑｒｅｆ＝Ｐｍ√{（１－ＰＦｒｅｆ ２）／ＰＦｒｅｆ ２}
［数式１］
Ｑｒｅｆ＝Ｐｍ√{（１－ＰＦｒｅｆ ２）／ＰＦｒｅｆ ２}
【0032】
上記の無効電力指令値Ｑｒｅｆは、無効電力計測値Ｑｍと共に分散電源制御系５４に入力される。なお、無効電力計測値Ｑｍは、有効電力計測値Ｐｍと同様に連系点４１の電圧Ｖｍ及び電流Ｉｍから算出可能である。
分散電源制御系５４は、無効電力計測値Ｑｍが無効電力指令値Ｑｒｅｆに一致するように、図１における発電部３２内の電力変換器を運転して電力系統２１に出力する無効電力（無効電流）を調整し、これによって連系点４１の電圧を制御する。
分散電源制御系５４は、無効電力計測値Ｑｍが無効電力指令値Ｑｒｅｆに一致するように、図１における発電部３２内の電力変換器を運転して電力系統２１に出力する無効電力（無効電流）を調整し、これによって連系点４１の電圧を制御する。
【0033】
図２において、有効電力計測値、無効電力計測値、無効電力指令値の代わりに、有効電流計測値、無効電流計測値、無効電流指令値を用いても良い。
更に、平均化処理手段としての一次遅れフィルタ５１は必須の構成ではないが、入力電圧から瞬時の変動成分を除去することにより、分散電源が過敏に反応して不安定になるのを回避することができる。
更に、平均化処理手段としての一次遅れフィルタ５１は必須の構成ではないが、入力電圧から瞬時の変動成分を除去することにより、分散電源が過敏に反応して不安定になるのを回避することができる。
【0034】
次に、図４は、分散電源制御系５４及び発電部３２の主要部の構成を示している。
図４において、発電部３２は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により直流電力源３１の直流電力を交流電力に変換するインバータ部３２ａを備えている。
図４において、発電部３２は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により直流電力源３１の直流電力を交流電力に変換するインバータ部３２ａを備えている。
【0035】
分散電源制御系５４内の制御指令演算部５４ａは、前述した無効電力指令値Ｑｒｅｆ及び無効電力計測値Ｑｍと、センサ３４，３５により検出した入出力電圧Ｖｄ，Ｖａ及び電流Ｉｄ，Ｉａ等に基づいて、インバータ部３２ａに対する制御指令（電圧指令）を生成する。
ＰＷＭ回路５４ｂは、制御指令演算部５４ａからの制御指令とキャリアとを比較してＰＷＭパルスを生成し、このＰＷＭパルスに基づく駆動信号によりインバータ部３２ａの半導体スイッチング素子をオン・オフ制御して無効電力指令値Ｑｒｅｆ通りの無効電力をＰＣＳ接続端３３から電力系統２１に出力する。また、必要に応じて有効電力の制御も行う。
ＰＷＭ回路５４ｂは、制御指令演算部５４ａからの制御指令とキャリアとを比較してＰＷＭパルスを生成し、このＰＷＭパルスに基づく駆動信号によりインバータ部３２ａの半導体スイッチング素子をオン・オフ制御して無効電力指令値Ｑｒｅｆ通りの無効電力をＰＣＳ接続端３３から電力系統２１に出力する。また、必要に応じて有効電力の制御も行う。
【0036】
以上のように、本発明の第１実施例によれば、連系点電圧Ｖｍが高い場合には、分散電源３０の有効電力に応じて、より誘導性の無効電力を出力し、連系点電圧Ｖｍが低い場合には、分散電源３０の有効電力に応じて（連系点電圧Ｖｍが高い時よりも）誘導性の無効電力を減らすか、あるいは容量性の無効電力を出力することにより、連系点電圧Ｖｍを適正範囲に維持することが可能になる。
【0037】
更に、分散電源３０の有効電力に応じて無効電力を出力するので、分散電源自身の有効電力出力の変動に起因する電圧変動を抑制することができる。また、連系点電圧Ｖｍが低下していても分散電源３０の有効電力出力がほぼゼロであれば無効電力を出力しないため、分散電源自身に起因しない連系点電圧の変動要因に対してまで過度に補償を行うことはなく、同様に、電力系統２１に連系している他の分散電源等に起因する電圧変動に対して無効電力を出力した結果、本来売電できるはずの有効電力が制限されて売電機会を逸失する恐れもない。
【0038】
次いで、制御装置５０の第２実施例、第３実施例による無効電力の制御を、図５を参照しつつ説明する。
まず、第２実施例は、第１実施例による電圧－可変力率制御と、発電部３２のＶＡ制限制御とを組み合わせたものであり、ＶＡ制限制御とは、発電部３２から出力される皮相電力最大値ＶＡｍａｘ（ＶＡ制約）を超えないように発電部３２の有効電力及び無効電力を制御する方法である。
まず、第２実施例は、第１実施例による電圧－可変力率制御と、発電部３２のＶＡ制限制御とを組み合わせたものであり、ＶＡ制限制御とは、発電部３２から出力される皮相電力最大値ＶＡｍａｘ（ＶＡ制約）を超えないように発電部３２の有効電力及び無効電力を制御する方法である。
【0039】
具体的には、図５に示す有効電力ＶＡ制限値演算部５５により、電圧－力率指令値特性カーブ５２から求めた力率指令値ＰＦｒｅｆとＶＡ最大値ＶＡｍａｘとを乗算し、ＶＡ制約と力率指令値ＰＦｒｅｆとから採り得る最大の有効電力値としての有効電力ＶＡ制限値を求める。この有効電力ＶＡ制限値は、請求項における第１の有効電力制限値に相当する。
この第１の有効電力制限値としての有効電力ＶＡ制限値と有効電力計測値Ｐｍとを低値優先部５７により比較して低い方の値を選択し（図１の直流電力源３１として蓄電池を用いる場合のように、正負両方向の有効電力が得られる時は、絶対値で低い方の値を選択し）、これを有効電力指令値Ｐｒｅｆとして出力する。
この第１の有効電力制限値としての有効電力ＶＡ制限値と有効電力計測値Ｐｍとを低値優先部５７により比較して低い方の値を選択し（図１の直流電力源３１として蓄電池を用いる場合のように、正負両方向の有効電力が得られる時は、絶対値で低い方の値を選択し）、これを有効電力指令値Ｐｒｅｆとして出力する。
【0040】
無効電力指令演算部５３Ａでは、力率指令値ＰＦｒｅｆと有効電力指令値Ｐｒｅｆとを用いて、数式２により無効電力指令値Ｑｒｅｆを演算する。
［数式２］
Ｑｒｅｆ＝Ｐｒｅｆ√{（１－ＰＦｒｅｆ ２）／ＰＦｒｅｆ ２}
この無効電力指令値Ｑｒｅｆ、無効電力計測値Ｑｍ、有効電力指令値Ｐｒｅｆ、及び有効電力計測値Ｐｍを分散電源制御系５４Ａに入力し、発電部３２の有効電力制御、無効電力・電流制御、ＰＷＭ制御等を行えば、発電部３２のＶＡｍａｘを超えない範囲で所望の力率により連系点４１の有効電力及び無効電力を制御することができる。
［数式２］
Ｑｒｅｆ＝Ｐｒｅｆ√{（１－ＰＦｒｅｆ ２）／ＰＦｒｅｆ ２}
この無効電力指令値Ｑｒｅｆ、無効電力計測値Ｑｍ、有効電力指令値Ｐｒｅｆ、及び有効電力計測値Ｐｍを分散電源制御系５４Ａに入力し、発電部３２の有効電力制御、無効電力・電流制御、ＰＷＭ制御等を行えば、発電部３２のＶＡｍａｘを超えない範囲で所望の力率により連系点４１の有効電力及び無効電力を制御することができる。
【0041】
次に、第３実施例は、前述した第１，第２実施例に加えて、発電部３２の有効電力制限制御を組み合わせたものであり、この有効電力制限制御は、発電部３２から出力される有効電力を必要に応じて制限する制御方法である。本実施例における有効電力制限値は、請求項における第２の有効電力制限値に相当する。
【0042】
すなわち、図５における有効電力制限制御部５６は、後述するように必要に応じて設定した有効電力制限値（第２の有効電力制限値）を出力する。低値優先部５７では、この第２の有効電力制限値と、前述した第１の有効電力制限値である有効電力ＶＡ制限値及び／または有効電力計測値Ｐｍのうち最も小さい値（第２の有効電力制限値と有効電力ＶＡ制限値、第２の有効電力制限値と有効電力計測値Ｐｍ、第２の有効電力制限値と有効電力ＶＡ制限値と有効電力計測値Ｐｍ、の三つの組み合わせについて、それぞれ最も小さい値）を選択し、選択した値を有効電力指令値Ｐｒｅｆとして出力する。前記同様に、直流電力源３１として蓄電池を用いる場合のように、正負両方向の有効電力が得られる時は、絶対値で低い方の値を選択し、有効電力指令値Ｐｒｅｆとして出力する。
【0043】
ここで、有効電力制限制御部５６は、必要に応じて様々な構成・機能を有する。
例えば、分散電源３０が無効電力を出力してもなお連系点電圧Ｖｍが高い時に有効電力出力を低下させたい場合は、連系点電圧Ｖｍを有効電力制限制御部５６に入力して連系点電圧Ｖｍが所定の連系点電圧閾値を超過した場合に有効電力制限値を所望の値に低下させるように構成しても良い。
また、余剰電力や送電線容量等が問題になって分散電源３０の有効電力出力を低下させたい場合には、外部から有効電力制限制御部５６に入力された出力制限指令に基づいて有効電力制限値を所望の値に低下させるように構成しても良い。
例えば、分散電源３０が無効電力を出力してもなお連系点電圧Ｖｍが高い時に有効電力出力を低下させたい場合は、連系点電圧Ｖｍを有効電力制限制御部５６に入力して連系点電圧Ｖｍが所定の連系点電圧閾値を超過した場合に有効電力制限値を所望の値に低下させるように構成しても良い。
また、余剰電力や送電線容量等が問題になって分散電源３０の有効電力出力を低下させたい場合には、外部から有効電力制限制御部５６に入力された出力制限指令に基づいて有効電力制限値を所望の値に低下させるように構成しても良い。
【0044】
次いで、電力系統２１に連系された複数台の分散電源からなる分散電源システムに関する本発明の第４実施例を説明する。
図示されていないが、電力系統２１に複数台の分散電源が連系されている場合には、各分散電源に前述した第１～第３実施例に係る制御装置５０を実装しても良い。
或いは、複数台の分散電源を一括して制御する構成とし、無効電力指令値Ｑｒｅｆを各分散電源に分配しても良い。その場合の分配方法としては、例えば以下のような方法が考えられる。
図示されていないが、電力系統２１に複数台の分散電源が連系されている場合には、各分散電源に前述した第１～第３実施例に係る制御装置５０を実装しても良い。
或いは、複数台の分散電源を一括して制御する構成とし、無効電力指令値Ｑｒｅｆを各分散電源に分配しても良い。その場合の分配方法としては、例えば以下のような方法が考えられる。
【0045】
（１）無効電力指令値Ｑｒｅｆを分散電源の台数Ｎにより除算した値Ｑｒｅｆ ｎ（ｎ＝１～Ｎ）を、各分散電源に対する無効電力指令値として分配する。この時の各分散電源に対する無効電力指令値を数式３に示す。
［数式３］
Ｑｒｅｆ ｎ＝Ｑｒｅｆ／Ｎ
［数式３］
Ｑｒｅｆ ｎ＝Ｑｒｅｆ／Ｎ
【0046】
（２）無効電力指令値Ｑｒｅｆを、各分散電源の有効電力出力Ｐｎに応じて分配する。この時の各分散電源に対する無効電力指令値を数式４に示す。
［数式４］
Ｑｒｅｆ ｎ＝Ｑｒｅｆ×（Ｐｎ／ΣＰｎ）
［数式４］
Ｑｒｅｆ ｎ＝Ｑｒｅｆ×（Ｐｎ／ΣＰｎ）
【0047】
（３）無効電力指令値Ｑｒｅｆを、各分散電源の無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉｎ ｎに応じて分配する。この時の各分散電源に対する無効電力指令値を数式５に示す。
ここで、無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉｎ ｎとは、無効電力指令値Ｑｒｅｆに対して、ｎ番目の分散電源が出力可能な無効電力Ｑｒｅｆ ｎが大きいか（余力があるか）小さいか（余力がない）を判断する指標である。
［数式５］
Ｑｒｅｆ ｎ＝Ｑｒｅｆ×（Ｑｍａｒｇｉｎ ｎ／ΣＱｍａｒｇｉｎ ｎ）
例えば、無効電力指令値Ｑｒｅｆが“１００”であり、３台（Ｎ＝３）の分散電源の無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉｎ １，Ｑｍａｒｇｉｎ ２，Ｑｍａｒｇｉｎ ３がそれぞれ“８５”，“４５”，“７０”である場合には、Ｑｒｅｆ １に８５×（１００／２００）＝４２．５を、Ｑｒｅｆ ２に２２．５を、Ｑｒｅｆ ３に３５．０をそれぞれ分配する。
ここで、無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉｎ ｎとは、無効電力指令値Ｑｒｅｆに対して、ｎ番目の分散電源が出力可能な無効電力Ｑｒｅｆ ｎが大きいか（余力があるか）小さいか（余力がない）を判断する指標である。
［数式５］
Ｑｒｅｆ ｎ＝Ｑｒｅｆ×（Ｑｍａｒｇｉｎ ｎ／ΣＱｍａｒｇｉｎ ｎ）
例えば、無効電力指令値Ｑｒｅｆが“１００”であり、３台（Ｎ＝３）の分散電源の無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉｎ １，Ｑｍａｒｇｉｎ ２，Ｑｍａｒｇｉｎ ３がそれぞれ“８５”，“４５”，“７０”である場合には、Ｑｒｅｆ １に８５×（１００／２００）＝４２．５を、Ｑｒｅｆ ２に２２．５を、Ｑｒｅｆ ３に３５．０をそれぞれ分配する。
【0048】
更に他の分配方法として、次の方法がある。
（４）無効電力指令値Ｑｒｅｆを、各分散電源の無効電力出力の優先順位と前述した無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉｎ ｎとに応じて分配する。この分配方法による手順を図６に示す。
図６において、まず、Ｎ台の分散電源のうちの１台を無効電力出力の優先順位１番として（ｎ＝１）、無効電力指令値演算部により算出された無効電力指令値Ｑｒｅｆを初期値としてセットする（ステップＳ１）。
（４）無効電力指令値Ｑｒｅｆを、各分散電源の無効電力出力の優先順位と前述した無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉｎ ｎとに応じて分配する。この分配方法による手順を図６に示す。
図６において、まず、Ｎ台の分散電源のうちの１台を無効電力出力の優先順位１番として（ｎ＝１）、無効電力指令値演算部により算出された無効電力指令値Ｑｒｅｆを初期値としてセットする（ステップＳ１）。
【0049】
次に、その優先順位１番目の分散電源について、無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉ１が無効電力指令値（初期値）のＱｒｅｆ以下であるか否かを判断し、かつ、ｎ＜Ｎであることを確認する（ステップＳ２）。なお、無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉ１が初期値のＱｒｅｆを超えている場合（ステップＳ２ Ｎｏ）には、Ｑｒｅｆ ｎ＝Ｑｒｅｆ、つまり１番目の分散電源のみによって無効電力指令値Ｑｒｅｆに相当する無効電力を出力可能であるため、処理を終了する（ステップＳ６）。
【0050】
優先順位１番目の分散電源の無効電力出力余力Ｑｍａｒｇｉ１が初期値Ｑｒｅｆ以下であり、かつ、ｎ＜Ｎである場合（ステップＳ２ Ｙｅｓ）には、１番目の分散電源に対する無効電力指令値Ｑｒｅｆ １＝Ｑｍａｒｇｉ１として当該分散電源の余力を最大限使用することとし（ステップＳ３）、次に、初期値ＱｒｅｆからＱｒｅｆ １を差し引いた値を新たな無効電力指令値Ｑｒｅｆとしてセットする（ステップＳ４）。
次いで、優先順位をインクリメントし（ステップＳ５）、以後は、ステップＳ２以降の処理をｎ＝Ｎとなるまで繰り返し実行する。
次いで、優先順位をインクリメントし（ステップＳ５）、以後は、ステップＳ２以降の処理をｎ＝Ｎとなるまで繰り返し実行する。
【0051】
上記のように、第４実施例によれば、無効電力指令値Ｑｒｅｆを種々の方法によって各分散電源に分配することにより、複数台の分散電源を一括して制御することが可能である。
【0052】
なお、本発明において、制御装置５０による電圧－可変力率制御や分散電源制御機能の一部または全部を遠隔のサーバー等に実装し、分散電源３０内の発電部３２との間で通信を介して計測や制御を行っても良い。
また、電圧－力率指令値特性カーブを、直接または通信を介した遠隔制御により手動または自動的に変更しても良く、予め決定したスケジュールに基づき、あるいは特定のトリガー入力によって変更しても良い。
また、電圧－力率指令値特性カーブを、直接または通信を介した遠隔制御により手動または自動的に変更しても良く、予め決定したスケジュールに基づき、あるいは特定のトリガー入力によって変更しても良い。
【符号の説明】
【0053】
２０：交流電源
２１：電力系統
２２：系統インピーダンス
３０：分散電源
３１：直流電力源
３２：発電部（ＰＣＳ）
３２ａ：インバータ部
３３：ＰＣＳ接続端
３４，３５：センサ
４０：変圧器
４１：連系点
５０：制御装置
５１：一次遅れフィルタ
５２：電圧－力率指令値特性カーブ
５３，５３Ａ：無効電力指令値演算部
５４，５４Ａ：分散電源制御系
５４ａ：制御指令演算部
５４ｂ：ＰＷＭ回路
５５：有効電力ＶＡ制限値演算部
５６：有効電力制限制御部
５７：低値優先部
２１：電力系統
２２：系統インピーダンス
３０：分散電源
３１：直流電力源
３２：発電部（ＰＣＳ）
３２ａ：インバータ部
３３：ＰＣＳ接続端
３４，３５：センサ
４０：変圧器
４１：連系点
５０：制御装置
５１：一次遅れフィルタ
５２：電圧－力率指令値特性カーブ
５３，５３Ａ：無効電力指令値演算部
５４，５４Ａ：分散電源制御系
５４ａ：制御指令演算部
５４ｂ：ＰＷＭ回路
５５：有効電力ＶＡ制限値演算部
５６：有効電力制限制御部
５７：低値優先部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】