特開 2023-54653 電源システム、及び電源システムの制御方法

(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】P2023054653

(43)【公開日】2023-04-14

(54)【発明の名称】電源システム、及び電源システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/01 20060101AFI20230407BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20230407BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20230407BHJP

【ＦＩ】

H02J3/01

H02J3/38 110

H02M7/48 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021163629

(22)【出願日】2021-10-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】宇田 怜史

【テーマコード（参考）】

5G066

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G066AD14

5G066EA03

5G066FB15

5G066HB09

5G066JB03

5H770AA05

5H770BA15

5H770CA04

5H770CA05

5H770CA06

5H770EA01

5H770EA30

5H770GA13

5H770HA02Y

5H770HA03Y

(57)【要約】

【課題】接続される負荷に関わらず、高調波電圧に起因する過電圧を抑制することができる信頼性に優れた電源システム、及び電源システムの制御方法を提供する。
【解決手段】電源システムは、エネルギー貯蔵装置と、エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換するＤＣ－ＡＣ変換器と、ＤＣ－ＡＣ変換器を制御する制御部（６０）を備える。制御部（６０）は、電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部（６１）と、高調波電流の大きさに応じてＤＣ－ＡＣ変換器を制御して、ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部（６２）と、ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部（６３）と、無効電力が進相である場合に、高調波補償制御部（６２）の動作を停止させる高調波補償指令部（６４）と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギー貯蔵装置と、
前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換して負荷に出力する変換器と、
前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、
前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、
前記変換器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部と、
前記高調波電流の大きさに応じて前記変換器を制御して、前記ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部と、
前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部と、
前記無効電力が進相である場合に、前記高調波補償制御部の動作を停止させる高調波補償指令部と、を備える、電源システム。

【請求項2】

前記高調波補償指令部は、前記無効電力が進相でない場合に、
前記高調波電流の大きさが電流設定値以上であれば、前記高調波補償制御部を動作させ、
前記高調波電流の大きさが電流設定値未満であれば、前記高調波補償制御部の動作を停止させる、請求項１に記載の電源システム。

【請求項3】

前記高調波電流検出部は、複数の次数の高調波電流ごとに高調波電流の大きさを検出し、
前記高調波補償指令部は、複数の次数の前記高調波電流のうち、いずれかの前記高調波電流の大きさが当該次数の高調波電流について定められた電流設定値以上であれば前記高調波補償制御部を動作させる、請求項２に記載の電源システム。

【請求項4】

エネルギー貯蔵装置と、
前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換して負荷に出力する変換器と、
前記ＡＣ出力の電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部と、
前記高調波電流の大きさに応じて前記変換器を制御して、前記ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部と、
前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部と、を備えた電源システムの制御方法であって、
前記高調波電流の大きさを検出する検出工程と、
前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する取得工程と、
前記無効電力が進相である場合に、前記高調波補償制御部の動作を停止させる停止工程と、を備える電源システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源システム、及び電源システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電力系統やマイクログリッドなどに適用される電源システムは、エネルギー貯蔵装置と、このエネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換して負荷に出力する変換器とを備える。このような電源システムとして、上記負荷が接続される連系点での高調波を抑制する高調波補償制御部を備えたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－０３２４３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高調波補償制御部を備えた電源システムでは、上記連系点に接続される負荷の特性によっては、高調波の抑制を行うことができずに、逆に、当該高調波補償制御部の動作によって高調波電圧を増大させてしまうことがあることが判明した。この結果、従来の電源システムでは、過電圧が生じて、電源システムの信頼性が低下するという問題が発生するおそれがあった。

【0005】

本開示は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、接続される負荷に関わらず、高調波電圧に起因する過電圧を抑制することができる信頼性に優れた電源システム、及び電源システムの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本開示の一側面に係る電源システムは、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換して負荷に出力する変換器と、前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、前記変換器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部と、前記高調波電流の大きさに応じて前記変換器を制御して、前記ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部と、前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部と、前記無効電力が進相である場合に、前記高調波補償制御部の動作を停止させる高調波補償指令部と、を備える。

【0007】

また、本開示の一側面に係る電源システムの制御方法は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換して負荷に出力する変換器と、前記ＡＣ出力の電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部と、前記高調波電流の大きさに応じて前記変換器を制御して、前記ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部と、前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部と、を備えた電源システムの制御方法であって、前記高調波電流の大きさを検出する検出工程と、前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する取得工程と、前記無効電力が進相である場合に、前記高調波補償制御部の動作を停止させる停止工程と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様によれば、接続される負荷に関わらず、高調波電圧に起因する過電圧を抑制することができる信頼性に優れた電源システム、及び電源システムの制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に係る電源システムを示す概略構成図である。

【図2】図１に示した制御部の具体的な構成を示すブロック図である。

【図3】上記制御部の制御ロジックを示す図である。

【図4】図２に示した高調波補償指令部の具体的な構成を示す図である。

【図5】図１に示した負荷の種類と無効電力及び高調波電流との関係を示す表である。

【図6】上記負荷の種類と高調波補償指令との関係を示す表である。

【図7】比較例の制御ロジックの具体例を示す図である。

【図8】上記比較例での高調波補償動作の具体例を説明する図である。

【図9】上記比較例での動作波形の具体例を示す波形図である。

【図10】上記比較例での連系点電圧を高速フーリエ変換して、各周波数における電圧成分の大きさを示した結果例を示す図である。

【図11】上記電源システムでの高調波補償動作の具体例を説明する図である。

【図12】上記電源システムでの高調波補償動作の具体例を説明する図である。

【図13】上記電源システムでの連系点電圧を高速フーリエ変換して、各周波数における電圧成分の大きさを示した結果例を示す図である。

【図14】上記電源システムでの負荷条件の変更例を示す表である。

【図15】上記電源システムにおいて、図１４に従い負荷条件を変更した場合での高調波補償動作の具体例を説明する図である。

【図16】上記電源システムにおいて、図１５の時点Ｔ２５以降での高調波補償動作の具体例を説明する図である。

【図17】上記電源システムにおいて、図１４の負荷条件を変更した場合での連系点電圧を高速フーリエ変換して、各周波数における電圧成分の大きさを示した結果例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

【0011】

＜電源システム１が適用される電力系統１００の構成＞
図１は、本開示の実施形態に係る電源システム１を示す概略構成図である。図１には、電源システム１が適用された電力系統１００の全体が示されている。電源システム１は、エネルギー貯蔵装置１０を備えた、電力を貯蔵できるシステムである。電源システム１の出力する交流電力（ＡＣ出力）は、連系点ＲＴに接続される、複数のフィーダ９０に供給される。

【0012】

それぞれのフィーダ９０は、ブレーカ９１と負荷９２とから構成される。それぞれのフィーダ９０において、ブレーカ９１は、当該フィーダ９０内で短絡事故が発生すると、過電流の所定時間の継続を検出してトリップし、当該フィーダ９０を電力系統１００から解列させる。負荷９２は、非線形負荷であり得て、例えば、Ｒ負荷、ＲＬ負荷、ＲＣ負荷、Ｃ負荷、または整流器負荷を取り得る。

【0013】

なお、図１には示されないが、電力系統１００には、太陽光発電システムや風力発電システム等の自然エネルギーによる発電システムが、電源システム１に並列配置されていてもよい。あるいは、ディーゼル発電機やコジェネレーションシステム等の、燃料を用いる発電システムが電源システム１に並列配置されていてもよい。電源システム１は、少なくともこれらいずれかの発電システムの出力のバックアップとして適用され得る。その意味で電源システム１は、無停電電源システム（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）でもある。

【0014】

電力系統１００の具体例として、離島内や山間部の孤立した電力系統（例えば、マイクログリッドの電力系統）を挙げることができる。そのような電力系統で自然エネルギーによる発電システムが用いられていれば、エネルギー貯蔵装置１０を備えた電源システム１が適用されることで、自然エネルギーを利用する電力供給の平滑化が図られる。あるいは、そのような電力系統１００で燃料を用いる発電システムが用いられていれば、発電システムの故障に備えたバックアップ電源としても電源システム１が採用され得る。

【0015】

しかし、電力系統１００の具体例としては、離島内や山間部の孤立した電力系統に限られるものではなく、自然エネルギーを用いた発電システムやその他の発電システムを利用する工場内の電力系統であってもよい。工場内の電力系統であっても、本開示例の効果、作用は同様に奏される。

【0016】

実施形態に係る電源システム１は、電力系統１００に対する電力の供給を行っている時に、フィーダ９０において短絡事故が発生した際にも、なるべく運用を停止せず、電力系統１００に対する電力の供給を継続するように動作する。以下の説明においては、理解を容易にするため、電力系統１００に対して電源システム１のみが電力の供給を行っているかのように記載している。しかし、電源システム１が電力系統１００に対する電力の供給を行っておれば、他の発電システムと並列運用していても、電源システム１の動作は同様である。

【0017】

＜電源システム１の構成＞
図１に示されるように、電源システム１は、エネルギー貯蔵装置１０、ＤＣ－ＡＣ変換器２０（変換器）、電流計測器３０、連系リアクトル４０、電圧計測器５０、及び制御部６０を備えている。

【0018】

電源システム１は、後述するように、高調波電圧の抑制のための高調波補償制御部を備える、自立系ＢＥＳＳ（Battery Energy Storage System）を構成している。すなわち、電源システム１では、上記非線形負荷等の影響によって高調波が電力系統１００に生じる場合でも、後に詳述するように当該高調波を適切に補償することにより、電力系統１００に対する高調波電圧などの悪影響を抑えることができる。

【0019】

エネルギー貯蔵装置１０は、入力された電力を内部にエネルギーとして保持し、保持したエネルギーを必要に応じて直流電力（ＤＣ出力）として出力する装置である。エネルギー貯蔵装置１０は、リチウムイオン電池、ＮａＳ（ナトリウム・硫黄）電池、レドックスフロー電池、鉛蓄電池等の、２次電池を備えた装置であり得る。

【0020】

しかしエネルギー貯蔵装置１０は２次電池を備えた装置に限られるものではない。エネルギー貯蔵装置１０として、キャパシタ、超伝導電力貯蔵ユニット、フライホイール式電力貯蔵ユニット、圧縮空気式電力貯蔵ユニットなど、電気エネルギーを貯蔵する機能を備えた任意のユニットを用いることができる。なお、エネルギー貯蔵装置１０が直流電力として出力する装置であるとは、一旦内部で交流電力として出力した電力を、整流回路やコンバータ等で直流化して出力する場合も含む概念である。

【0021】

ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、エネルギー貯蔵装置１０が出力する直流電力（ＤＣ出力）を、交流電力（ＡＣ出力）に変換する装置である。ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、制御部６０からの出力指令としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号により、直流電力を、電力系統１００が利用する所要の電圧、周波数の交流電力に変換する。

【0022】

電流計測器３０は、電源システム１が出力する交流電力（ＡＣ出力）の電流を計測し、その情報を制御部６０に伝達する。また、電圧計測器５０は、連系リアクトル４０を介して、電源システム１が出力する交流電力（ＡＣ出力）の電圧を計測し、その情報を制御部６０に伝達する。尚、連系リアクトル４０は、高次の高調波の抑制に寄与するように構成されていてもよい。

【0023】

＜制御部６０の構成＞
次に、図２及び図３も参照して、制御部６０の構成、及びその動作について具体的に説明する。図２は、図１に示した制御部の具体的な構成を示すブロック図である。図３は、上記制御部の制御ロジックを示す図である。

【0024】

図２に示されるように、制御部６０は、上記ＡＣ出力の電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部６１と、当該高調波電流の大きさに応じてＤＣ－ＡＣ変換器２０を制御して、当該ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部６２と、当該ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部６３と、上記高調波補償制御部６２に対して、高調波電流の大きさと無効電力の位相とを基に作成した高調波補償指令を出力する高調波補償指令部６４と、を備える。

【0025】

図３において、高調波電流検出部６１は、電流計測器３０の計測結果に基づいて、１つの次数ｎの高調波電流の大きさを検出するＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６１Ａを備えている。ＢＰＦ６１Ａは、検出した高調波電流の大きさに応じた信号を、高調波補償制御部６２に設けられた高調波信号発生器６２Ａと高調波補償指令部６４とに出力する。

【0026】

無効電力取得部６３には、図３に示されるように、電流計測器３０からの上記電流の計測結果と、電圧計測器５０からの上記電圧の計測結果とが入力される。そして、無効電力取得部６３は、入力した電流の計測結果及び電圧の計測結果を基に上記ＡＣ出力の無効電力の位相が進相であるか否かを判断して、高調波補償指令部６４に出力する。すなわち、無効電力取得部６３は、無効電力が高調波電流に対して、進相であるか否かを示す極性通知信号を高調波補償指令部６４に出力する。

【0027】

高調波補償制御部６２は、上記高調波信号発生器６２Ａと、高調波信号発生器６２Ａに順次接続された乗算器６２Ｂ及び加算器６２Ｃとを備える。高調波信号発生器６２Ａは、ＢＰＦ６１Ａからの高調波電流の大きさと上記次数ｎの回路インピーダンスの値（ｊｎωＬ）とに応じて、当該次数ｎの高調波電圧を補償（抑制）する高調波補償電圧（制御量）信号を算出する。高調波信号発生器６２Ａは、求めた高調波補償電圧を乗算器６２Ｂに出力する。

【0028】

乗算器６２Ｂには、高調波補償指令部６４から高調波補償指令として「１」の値のＯＮ信号または「０」の値のＯＦＦ信号が入力されるようになっている。そして、乗算器６２Ｂは、高調波補償指令と高調波補償電圧との乗算結果を加算器６２Ｃに出力する。すなわち、乗算器６２Ｂは、ＯＮ信号を入力した場合に、制御量としての高調波補償電圧を加算器６２Ｃに出力し、ＯＦＦ信号を入力した場合に、高調波補償電圧を出力せずに、「０」の値を加算器６２Ｃに出力する。

【0029】

加算器６２Ｃには、乗算器６２Ｂからの乗算結果（高調波）と、基本波ＡＶＲ６５の機能ブロックからの基本電圧（基本波）とが入力されるようになっており、これらの乗算結果と基本電圧とを加算する。そして、加算器６２Ｃは、ＤＣ－ＡＣ変換器２０に上記ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ６６の機能ブロックに対して、加算結果を出力する。

【0030】

ＰＷＭ６６の機能ブロックは、入力した加算結果を基にＰＷＭ信号を作成して、ＤＣ－ＡＣ変換器２０に出力する。ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、入力したＰＷＭ信号に従って２次電池１０Ａからの直流電力を、上述の所要の電圧、周波数の交流電力に変換する。また、ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、高調波補償電圧がＰＷＭ信号に反映されている場合に（上記高調波補償指令がＯＮ信号である場合に）、上記高調波補償電圧によって連系点ＲＴでの高調波歪みを抑制する電圧を、変換後の交流電力の電圧として出力する。

【0031】

すなわち、高調波補償制御部６２では、ＰＷＭ６６の機能ブロックは加算器６２Ｃで足し合わされた上記高調波と上記基本波との波形の出力が得られるように、ＤＣ－ＡＣ変換器２０を制御する。これにより、ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、連系点ＲＴでの高調波歪みを抑制するよう連系リアクトル４０の電圧を制御するための高調波補償電圧を出力して、高調波歪みが抑制される。

【0032】

高調波補償指令部６４は、ＢＰＦ６１Ａからの高調波電流の大きさと、無効電力取得部６３からの極性通知信号とを入力する。そして、高調波補償指令部６４は、これらの高調波電流の大きさと極性通知信号とに基づいて、高調波補償制御部６２を動作させるか動作させないかを決定して、高調波補償指令を生成する。

【0033】

具体的には、高調波補償指令部６４は、無効電力が進相である場合に、高調波補償指令としてＯＦＦ信号を生成して、高調波補償制御部６２の動作を停止させる。また、高調波補償指令部６４は、無効電力が進相でない場合に、高調波電流の大きさが所定の電流設定値以上であれば、高調波補償指令としてＯＮ信号を生成して、高調波補償制御部６２を動作させる。

【0034】

一方、高調波補償指令部６４は、無効電力が進相でない場合に、高調波電流の大きさが上記電流設定値未満であれば、高調波補償指令としてＯＦＦ信号を生成して、高調波補償制御部６２の動作を停止させる。すなわち高調波補償制御部６２からの出力を０とし、高調波補償電圧をＤＣ－ＡＣ変換器２０に発生させないようにする。

【0035】

＜高調波補償指令部６４の詳細な構成＞
ここで、図４～図６も参照して、高調波補償指令部６４の詳細な構成、及びその動作について具体的に説明する。図４は、図２に示した高調波補償指令部６４の具体的な構成を示す図である。図５は、図１に示した負荷の種類と無効電力及び高調波電流との関係を示す表である。図６は、上記負荷の種類と高調波補償指令との関係を示す表である。

【0036】

図４に示されるように、高調波補償指令部６４は、高調波電流の大きさが上記電流設定値以上であるか否かについて判別することによって当該高調波電流の大きさについての判別を行う電流判別６４Ａの機能ブロックと、電流判別６４Ａに接続されて、当該電流判別６４Ａの判別結果を遅延するＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｂの機能ブロックとを備える。

【0037】

また、高調波補償指令部６４は、無効電力が０以上であるか否かについて判別することによって当該無効電力の位相についての判別を行う電力判別６４Ｃの機能ブロックと、電力判別６４Ｃに接続されて、当該電力判別６４Ｃの判別結果を遅延するＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｄの機能ブロックとを備える。

【0038】

さらに、高調波補償指令部６４は、ＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｂ及び６４Ｄの各機能ブロックからの判別結果のＡＮＤ結果を求めるＡＮＤ回路６４Ｅを備えている。そして、ＡＮＤ回路６４Ｅは、上記ＡＮＤ結果を基に高調波補償指令としてＯＮ信号またはＯＦＦ信号を生成して、乗算器６２Ｂに出力する。

【0039】

具体的にいえば、図５に示されるように、上記負荷９２が無負荷、Ｒ負荷、または整流器負荷である場合、無効電力はほぼ０である。無効電力がほぼ０であれば、電力判別６４Ｃの機能ブロックは、「１」の値のＯＮ信号を出力する。また、負荷９２がＲＬ負荷である場合、無効電力は＋Ｑ（遅相）であり０以上の非負値となる。無効電力が非負値すなわち進相の無効電力でなければ、電力判別６４Ｃの機能ブロックは、「１」の値のＯＮ信号を出力する。

【0040】

また、負荷９２がＲＣ負荷である場合、無効電力は－Ｑ（進相）であり０未満である。無効電力が負値すなわち進相の無効電力であれば、電力判別６４Ｃの機能ブロックは、「０」の値のＯＦＦ信号を出力する。このように電力判別６４Ｃの機能ブロックは、無効電力に応じてＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力する。

【0041】

負荷９２が無負荷、Ｒ負荷、ＲＬ負荷、またはＲＣ負荷である場合、通常高調波電流は大きくない。高調波電流の大きさが上記電流設定値未満であれば、電流判別６４Ａの機能ブロックは、「０」の値のＯＦＦ信号を出力する。また、負荷９２が整流器負荷である場合、通常高調波電流は大きい。高調波電流の大きさが上記電流設定値以上であれば、電流判別６４Ａの機能ブロックは、「１」の値のＯＮ信号を出力する。このように電流判別６４Ａの機能ブロックは、高調波電流の大きさに応じてＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力する。

【0042】

ＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｂの機能ブロックは、電流判別６４Ａの機能ブロックからのＯＮ信号またはＯＦＦ信号を、所定期間（例えば、５０msec～１００msec）遅延して、ＡＮＤ回路６４Ｅに出力する。この所定期間の遅延は、高調波電流の判別におけるハンチングの防止のためである。また、ＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｄの機能ブロックは、電力判別６４Ｃの機能ブロックからのＯＮ信号またはＯＦＦ信号を、所定期間（例えば、５０msec～１００msec）遅延して、ＡＮＤ回路６４Ｅに出力する。この所定期間の遅延は、高調波電流の判別におけるハンチングの防止のためである。

【0043】

ＡＮＤ回路６４Ｅは、図６に示されるように、ＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｂ及び６４Ｄの各機能ブロックからの「１」の値のＯＮ信号または「０」の値のＯＦＦ信号に従って、高調波補償指令としての「１」の値のＯＮ信号または「０」の値のＯＦＦ信号を作成する。つまり、ＡＮＤ回路６４Ｅは、負荷９２が無負荷、Ｒ負荷、ＲＬ負荷、またはＲＣ負荷である場合、ＯＦＦ信号の高調波補償指令を出力して、高調波補償制御部６２の動作を停止させる。また、ＡＮＤ回路６４Ｅは、負荷９２が整流器負荷である場合、ＯＮ信号の高調波補償指令を出力して、高調波補償制御部６２を動作させる。

【0044】

以上のように、本実施形態の電源システム１では、負荷９２の種類に応じて、高調波補償制御部６２の動作の有無が決定されるので、負荷９２に対応して高調波を適切に補償することが可能となり、電力系統１００に対する高調波電圧の悪影響を適切に抑えることができるようになるのである。

【0045】

尚、上記の説明では、高調波電流検出部６１が１つの次数の高調波電流の大きさを検出するＢＰＦ６１Ａを備えて、当該１つの次数の高調波電流の大きさを検出する構成について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではなく、高調波電流検出部６１が複数の次数（例えば、５次、７次、１１次、１３次）の各高調波電流の大きさを検出する構成でもよい。

【0046】

上記のように、複数の次数の高調波電流の大きさを検出する場合には、高調波電流検出部６１において、複数の次数の周波数にそれぞれ対応した複数のＢＰＦを設けることで、当該高調波電流検出部６１は、複数の次数の高調波電流ごとに高調波電流の大きさを検出すればよい。また、高調波補償指令部６４は、複数の次数の高調波電流のうち、いずれかの高調波電流の大きさが当該次数の高調波電流について定められた所定の電流設定値以上であれば高調波補償制御部６２を動作させてもよい。

【0047】

具体的にいえば、高調波補償指令部６４において、複数の次数ごとに、電流判別６４Ａの機能ブロック、ＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｂの機能ブロック、電力判別６４Ｃの機能ブロック、ＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｄの機能ブロック、及びＡＮＤ回路６４Ｅを設ける。さらに、複数のＡＮＤ回路６４ＥのＡＮＤ結果のＯＲ結果を求めるＯＲ回路を設置して、当該ＯＲ回路のＯＲ結果に基づき、高調波補償指令としての「１」の値のＯＮ信号または「０」の値のＯＦＦ信号を作成すればよい。

【0048】

尚、上記の説明以外に、複数の次数ごとに、電流判別６４Ａの機能ブロック及びＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｂの機能ブロックを設けて、複数のＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｂの機能ブロックのＯＲ結果を求める電流判別用のＯＲ回路を設置する。さらに、複数の次数で共通する一組の電力判別６４Ｃの機能ブロック及びＯＮ・ＯＦＦディレー６４Ｄの機能ブロックを設けて、電流判別用のＯＲ回路とのＡＮＤ結果を求めるＡＮＤ回路を設置して、当該ＡＮＤ回路のＡＮＤ結果に基づき、高調波補償指令としての「１」の値のＯＮ信号または「０」の値のＯＦＦ信号を作成する構成でもよい。

【0049】

このように、複数の次数ごとに高調波電流の大きさを検出して、いずれかの高調波電流の大きさが当該次数の高調波電流について定められた上記電流設定値以上であれば高調波補償制御部６２を動作させる場合には、接続される負荷９２に関わらず、高調波補償対象となる次数の高調波電圧をより確実に抑制することができる。

【0050】

＜電源システム１の動作＞
続いて、電源システム１の動作について説明する。まず、電源システム１の基本的な動作について説明する。上述のように、本実施形態の電源システム１では、エネルギー貯蔵装置１０の電力を負荷９２に供給する場合、高調波電流検出部６１が電流計測器３０の計測結果を基に負荷９２へのＡＣ出力の電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する検出工程を行う。

【0051】

次に、無効電力取得部６３は、電圧計測器５０の計測結果を基に上記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する取得工程を行う。その後、高調波補償指令部６４は、無効電力取得部６３から無効電力が進相であることを通知されると、高調波補償制御部６２の動作を停止させる停止工程を行う。

【0052】

＜ＲＣ負荷投入時の動作＞
次に、従来の電源システムにおいては、高調波を適切に補償できないおそれがある、ＲＣ負荷が負荷として投入された場合での動作について説明する。

【0053】

［比較例での動作］
まず、図７～図１０を参照して、比較例において、ＲＣ負荷が負荷９２として投入された場合での動作を具体的に説明する。図７は、比較例の制御ロジックの具体例を示す図である。図８は、上記比較例での高調波補償動作の具体例を説明する図である。図９は、上記比較例での動作波形の具体例を示す波形図である。図１０は、上記比較例での連系点電圧を高速フーリエ変換して、各周波数における電圧成分の大きさを示した結果例を示す図である。

【0054】

図７に示されるように、比較例では、ＤＣ－ＡＣ変換器１２０を介して、２次電池１００ＡからのＤＣ出力をＡＣ出力に変換して、連系リアクトル４０及び連系点ＲＴに接続されたＲＣ負荷９０Ａに供給する。比較例では、電流計測器１３０及びＢＰＦ１６１Ａを用いて、ＡＣ出力の電流に含まれた高調波電流Ｉｈの大きさを検出し、高調波信号発生器１６２Ａによって高調波補償電圧Ｖｈｃ（＝ｊｎωＬ・Ｉｈ）を算出して加算器１６２Ｃに出力する。

【0055】

尚、上記ＡＣ出力の電圧をＶｈとし、連系リアクトル１４０及びＲＣ負荷９０Ａを含んだインピーダンスをＺｈｓとした場合、高調波電流Ｉｈは、図７に示されるように、上記ＡＣ出力の電圧Ｖｈを、ＤＣ－ＡＣ変換器１２０側から見た、インピーダンスＺｈｓにて除算した値となる。

【0056】

そして、比較例では、高調波補償の制御量である、上記高調波補償電圧Ｖｈｃと、基本波ＡＶＲ１６５の機能ブロックからの基本電圧とが加算器１６２Ｃで加算されて、ＰＷＭ１６６の機能ブロックに出力される。そして、比較例では、ＰＷＭ１６６の機能ブロックが加算器１６２Ｃからの加算結果を基にＰＷＭ信号を作成して、ＤＣ－ＡＣ変換器１２０に出力する。これにより、比較例では、ＲＣ負荷９０Ａが連系点ＲＴに接続された場合でも、検出した高調波電流Ｉｈの大きさに基づいて、高調波補償の制御動作が行われる。

【0057】

比較例では、図８に示されるように、上記インピーダンスＺｈｓが容量性であるか、または誘導性であるかによって、高調波の補償が適切に行われずに、高調波電圧の歪みを逆に大きくすることがある。

【0058】

すなわち、図８に示されるように、インピーダンスＺｈｓが容量性である場合、高調波補償電圧Ｖｈｃは、ＡＣ出力の電圧Ｖｈに対して、極性が逆であり、当該電圧Ｖｈに含まれた高調波電圧を補償（抑制）するように作用する。尚、インピーダンスＺｈｓが容量性である場合とは、電力系統のＬＣ共振点よりも、制御しようとする高調波が低い周波数となっている状態のことをいう。

【0059】

一方、インピーダンスＺｈｓが誘導性である場合、高調波補償電圧Ｖｈｃは、ＡＣ出力の電圧Ｖｈに対して、極性が同一であり、当該電圧Ｖｈに含まれた高調波電圧を拡大するように作用する。尚、インピーダンスＺｈｓが誘導性である場合とは、電力系統のＬＣ共振点よりも、制御しようとする高調波が高い周波数となっている状態のことをいう。

【0060】

このように、比較例では、常時、高調波電流の大きさに基づく高調波補償の制御動作が行われているため、高調波電圧を増大させて過電圧を生じることがあり、ＤＣ－ＡＣ変換器１２０に損傷が生じて電源システムの信頼性が低下するおそれがあった。

【0061】

具体的には、比較例では、インピーダンスＺｈｓが誘導性である場合において、高調波補償の制御動作が行われると、例えば、図９の時点Ｔ１１から時点Ｔ１２の間で示されるように、ＲＣ負荷９０Ａに供給される連系点電圧及び連系点電流が共に拡大する。すなわち、図９のＡ部拡大に示されるように、三相の各相の連系点電圧及び三相の各相の連系点電流での歪みが各々大きくなっている。

【0062】

また、図１０に示されるように、比較例では、上記連系点電圧に対して、５次（３００Ｈｚ）の高調波電圧は、基本波に対して４８．７％と非常に拡大した値となった。また、比較例では、ＴＨＤ（全高調波歪率）の値も、５８．８３％と非常に高い値となった。

【0063】

［本実施形態での動作］
次に、図１１～図１３も参照して、本実施形態の電源システム１において、比較例の図９のケースと同じＲＣ負荷が負荷９２として投入された場合での動作を具体的に説明する。図１１は、上記電源システム１での高調波補償動作の具体例を説明する図である。図１２は、上記電源システム１での高調波補償動作の具体例を説明する図である。図１３は、上記電源システム１での連系点電圧を高速フーリエ変換して、各周波数における電圧成分の大きさを示した結果例を示す図である。

【0064】

本実施形態では、ＲＣ負荷が負荷９２として投入された場合、図６に示したように、高調波補償指令部６４は、高調波補償指令として「０」の値のＯＦＦ信号を乗算器６２Ｂに出力する。このため、本実施形態では、高調波補償制御部６２の動作が停止される。

【0065】

具体的にいえば、図１１の時点Ｔ０で負荷９２（ＲＣ負荷）が投入されると、有効電力Ｐ［Ｗ］は大きくなる。一方、無効電力Ｑ［Ｖａｒ］は、０以下、例えば、－１０［Ｖａｒ］の電力設定値ＳＨ１未満の値となる。それゆえ、無効電力Ｑ［Ｖａｒ］の位相は進相となり、高調波電流の大きさに関わらず、高調波補償指令はＯＦＦ信号となって、高調波補償制御部６２を動作させない。

【0066】

その結果、本実施形態では、例えば、図１１の時点Ｔ１から時点Ｔ２の間で示されるように、負荷９２（ＲＣ負荷）に供給される連系点電圧及び連系点電流は変化（拡大）しない。すなわち、図１１のＢ部拡大に示されるように、三相の各相の連系点電圧及び三相の各相の連系点電流での歪みは生じていない。

【0067】

図１２に示されるように、５次高調波電圧の大きさ及び７次高調波電圧の大きさは図１２のグラフＶ５及びＶ７でそれぞれ示されるように、上記時点Ｔ０以降若干増えるものの、例えば、１０［Ｖ］の電圧値ＳＨ２未満の非常に小さい値に収まる。よって、高調波補償指令の値は、時点Ｔ０を経過しても「０」の値のＯＦＦ信号で維持される。

【0068】

また、図１３に示されるように、本実施形態では、上記連系点電圧の、５次（３００Ｈｚ）の高調波電圧は、基本波に対して０．６６６４％と非常に小さい値となった。また、本実施形態では、ＴＨＤ（全高調波歪率）の値も、１．１９％と非常に低い値となった。

【0069】

＜負荷条件の変更時の動作＞
次に、図１４～図１７も参照して、本実施形態の電源システム１において、負荷９２の種類を順次変えて負荷条件を変更した場合での動作について説明する。図１４は、上記電源システム１での負荷条件の変更例を示す表である。図１５は、上記電源システム１において、図１４に従い負荷条件を変更した場合での高調波補償動作の具体例を説明する図である。図１６は、上記電源システム１において、図１５の時点Ｔ２５以降での高調波補償動作の具体例を説明する図である。図１７は、上記電源システム１において、図１４の負荷条件を変更した場合での連系点電圧を高速フーリエ変換して、各周波数における電圧成分の大きさを示した結果例を示す図である。

【0070】

本実施形態において、負荷９２として、例えば、図１４に示される負荷条件で切替番号Ｉ～ＩＶの順番に順次切り替えた場合での動作について具体的に説明する。

【0071】

本実施形態では、図１５の時点Ｔ２０でＤＣ－ＡＣ変換器２０がＡＣ出力を開始すると、連系点電圧が所定の電圧に立ち上がる。その後、本実施形態では、図１５の時点Ｔ２１で無負荷の状態からＲ負荷が負荷９２として投入されると（切替Ｉ）、連系点電流が流れ始め、有効電力Ｐが正となる。無効電力Ｑはほぼ０の値で維持される。すなわち、この無効電力Ｑは、電力設定値ＳＨ１（例えば、－１０［Ｖａｒ］）以上の値である。連系点電流に含まれる高調波電流は非常に小さく、上記電流設定値未満であるので、高調波補償指令は、ＯＦＦ信号で維持される。

【0072】

なお、５次高調波電圧の大きさ及び７次高調波電圧の大きさは図１５のグラフＶ５及びＶ７でそれぞれ示されるように、電流設定値に対応する、例えば、１０［Ｖ］の電圧値ＳＨ２未満の値となる。

【0073】

次に、図１５の時点Ｔ２２でＲ負荷がＲＬ負荷に切り替えられて負荷９２として投入されると（切替ＩＩ）、有効電力Ｐは若干低減する。また、遅相の無効電力Ｑが生じるようになり、無効電力Ｑは正値である。連系点電流に含まれる高調波電流は非常に小さく、上記電流設定値未満であるので、高調波補償指令は、ＯＦＦ信号で維持される。このため、高調波補償指令は、ＯＦＦ信号で維持される。また、５次高調波電圧及び７次高調波電圧は図１５のグラフＶ５及びＶ７でそれぞれ示されるように、上記時点Ｔ２２以降若干変動するが、上記電圧値ＳＨ２未満の値で維持される。

【0074】

次に、図１５の時点Ｔ２３でＲＬ負荷がＲＣ負荷に切り替えられて負荷９２として投入されると（切替ＩＩＩ）、有効電力Ｐは若干変動した後に安定する。また、無効電力Ｑは、０よりも小さい、上記電力設定値ＳＨ１未満の負値となる。すなわち、無効電力が進相であると判別されて、連系点電流に含まれる高調波電流の大きさに関わらず、高調波補償指令は、ＯＦＦ信号で維持される。また、５次高調波電圧の大きさ及び７次高調波電圧の大きさは図１５のグラフＶ５及びＶ７でそれぞれ示されるように、上記時点Ｔ２３以降若干大きくなるが、上記電圧値ＳＨ２未満の値で維持される。

【0075】

次に、図１５の時点Ｔ２４でＲＣ負荷が整流器負荷に切り替えられて負荷９２として投入されると（切替ＩＶ）、有効電力Ｐは、時点Ｔ２４以降に若干小さい値となって維持される。また、遅相の無効電力Ｑが生じるようになり、無効電力Ｑは正値である。整流器負荷の非線形性は大きく、連系点電流に含まれる高調波電流の大きさは、上記電流設定値以上となるので、高調波補償指令は、時点Ｔ２５でＯＦＦ信号からＯＮ信号に切り替えられる。これにより、高調波補償制御部６２の動作が行われる。なお、５次高調波電圧の大きさ及び７次高調波電圧の大きさは図１５のグラフＶ５及びＶ７でそれぞれ示されるように、上記時点Ｔ２４以降増大する。

【0076】

また、連系点電圧は若干小さくなるが時点Ｔ２５で高調波補償の動作が実施されると上記所定の電圧に復帰する。また、連系点電流は、若干小さくなった後、時点Ｔ２５で若干大きくなって安定する。

【0077】

以上のように、本実施形態の電源システム１では、連系点ＲＴに接続される負荷の種類に対応して、高調波補償制御部の動作を実施または停止させるようになっている。

【0078】

また、本実施形態の電源システム１では、高調波補償の動作が実施されると、連系点電圧及び連系点電流は、図１６のグラフに示すように、ともに歪みの発生が抑制された波形となる。また、高調波補償の動作により、高調波電圧の歪みが抑制されるので、図１７に示されるように、上記連系点電圧の、５次（３００Ｈｚ）の高調波電圧は、基本波に対して１．００６％と低減された。また、本実施形態では、ＴＨＤ（全高調波歪率）の値も、４．９９％と低い値となった。

【0079】

以上のように構成された本実施形態の電源システム１、及びその制御方法では、制御部６０は電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部６１と、高調波電流の大きさに応じてＤＣ－ＡＣ変換器２０を制御して、ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部６２と、ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部６３と、無効電力が進相である場合に、高調波補償制御部６２の動作を停止させる高調波補償指令部６４と、を備えている。これにより、本実施形態では、図１５に例示したように、接続される負荷９２に関わらず、高調波電圧に起因する過電圧を抑制することができる信頼性に優れた電源システム１を構成することができる。

【0080】

また、本実施形態では、高調波補償指令部６４は、上記無効電力が進相でない場合に、高調波電流の大きさが電流設定値以上であれば、高調波補償制御部６２を動作させ、高調波電流の大きさが電流設定値未満であれば、高調波補償制御部６２の動作を停止させる。これにより、本実施形態では、接続される負荷９２に関わらず、高調波補償制御部６２の適切な動作を確実に行わせることができ、高調波電圧に起因する過電圧を確実に抑制することができる。

【0081】

また、上記実施形態の説明において、各相の制御は、特に相ごとに区別されず、一括の制御によって実行されるように記載された。その際に制御部は、電圧測定値や電流測定値として、電圧は各相の中で最小の値、電流は各相の中で最大の値を採用するようにして制御を実行すればよい。あるいは、電流測定値として３相瞬時実効値（各相の瞬時電圧値の二乗平均平方根）を採用してもよい。しかし各相の制御は、制御部が、相毎に別個に行うものであってもよい。この場合、電流設定値が一括に定められるものであっても、相毎に定められるものであってもよい。

【0082】

〔ソフトウェアによる実現例〕
電源システム１の各機能ブロック（特に、制御部６０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

【0083】

後者の場合、電源システム１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。

【0084】

上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

【0085】

〔まとめ〕
上記の課題を解決するために、本開示の一側面に係る電源システムは、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換して負荷に出力する変換器と、前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、前記変換器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部と、前記高調波電流の大きさに応じて前記変換器を制御して、前記ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部と、前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部と、前記無効電力が進相である場合に、前記高調波補償制御部の動作を停止させる高調波補償指令部と、を備える。

【0086】

上記構成によれば、接続される負荷に関わらず、高調波電圧に起因する過電圧を抑制することができる信頼性に優れた電源システムを提供することができる。

【0087】

上記一側面に係る電源システムにおいて、前記高調波補償指令部は、前記無効電力が進相でない場合に、前記高調波電流の大きさが電流設定値以上であれば、前記高調波補償制御部を動作させ、前記高調波電流の大きさが電流設定値未満であれば、前記高調波補償制御部の動作を停止させてもよい。

【0088】

上記構成によれば、接続される負荷に関わらず、高調波補償制御部の適切な動作を確実に行わせることができ、高調波電圧に起因する過電圧を確実に抑制することができる。

【0089】

上記一側面に係る電源システムにおいて、前記高調波電流検出部は、複数の次数の高調波電流ごとに高調波電流の大きさを検出し、前記高調波補償指令部は、複数の次数の前記高調波電流のうち、いずれかの前記高調波電流の大きさが当該次数の高調波電流について定められた電流設定値以上であれば前記高調波補償制御部を動作させてもよい。

【0090】

上記構成によれば、接続される負荷に関わらず、高調波補償対象となる次数の高調波電圧をより確実に抑制することができる。

【0091】

また、本開示の一側面に係る電源システムの制御方法は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換して負荷に出力する変換器と、前記ＡＣ出力の電流に含まれた高調波電流の大きさを検出する高調波電流検出部と、前記高調波電流の大きさに応じて前記変換器を制御して、前記ＡＣ出力に含む高調波電圧を操作する高調波補償制御部と、前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する無効電力取得部と、を備えた電源システムの制御方法であって、前記高調波電流の大きさを検出する検出工程と、前記ＡＣ出力の無効電力の位相を取得する取得工程と、前記無効電力が進相である場合に、前記高調波補償制御部の動作を停止させる停止工程と、を備える。

【0092】

上記構成によれば、接続される負荷に関わらず、高調波電圧に起因する過電圧を抑制することができる信頼性に優れた電源システムの制御方法を提供することができる。

【0093】

本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0094】

１ 電源システム
１０ エネルギー貯蔵装置
２０ ＤＣ－ＡＣ変換器（変換器）
３０ 電流計測器
５０ 電圧計測器
６０ 制御部
６１ 高調波電流検出部
６２ 高調波補償制御部
６３ 無効電力取得部
６４ 高調波補償指令部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】