(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】P2023093949
(43)【公開日】2023-07-05
(54)【発明の名称】インバータ制御装置、プログラム及びインバータ制御方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20230628BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20230628BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M
H02M7/48 R
H02J3/38 180
H02J3/38 110
H02J3/38 130
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021209102
(22)【出願日】2021-12-23
(71)【出願人】
【識別番号】000003687
【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100179833
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 将尚
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 健一
(72)【発明者】
【氏名】野田 秀樹
【テーマコード（参考）】
5G066
5H770
【Ｆターム（参考）】
5G066HA11
5G066HA13
5G066HB06
5G066HB09
5G066JA02
5G066JB03
5H770BA11
5H770CA06
5H770DA03
5H770DA07
5H770DA41
5H770HA02Y
5H770HA03Z
5H770HA09Z
5H770LA05Z
5H770LA06Z
5H770LB05
5H770LB09
(57)【要約】
【課題】電力系統に短絡や地絡等の事故が発生した場合であっても、電力系統に供給される電流を制御し、かつ単独系統になる直前に能動型単独運転検出機能を使用し、必要な時に定電力制御が行えるようにする。
【解決手段】インバータ制御装置は、電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である電流基準を作成する電流基準作成部と、系統事故が生じたことを検出する事故検出部と、系統事故から復帰したことを検出する復帰検出部と、系統事故が生じたことが検出された場合に、電流基準を系統事故が生じた時点より所定期間前における電力系統に供給された電流値に切り替え、系統事故から復帰したことが検出された場合に、電流基準を電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替部とを備える。
【選択図】図２
【解決手段】インバータ制御装置は、電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である電流基準を作成する電流基準作成部と、系統事故が生じたことを検出する事故検出部と、系統事故から復帰したことを検出する復帰検出部と、系統事故が生じたことが検出された場合に、電流基準を系統事故が生じた時点より所定期間前における電力系統に供給された電流値に切り替え、系統事故から復帰したことが検出された場合に、電流基準を電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替部とを備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電力から交流電力に変換する電力変換器を、所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置であって、
前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成部と、
前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出部と、
前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出部と、
前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替部と
を備えるインバータ制御装置。
前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成部と、
前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出部と、
前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出部と、
前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替部と
を備えるインバータ制御装置。
【請求項2】
単独運転であるか否かを監視する単独運転監視部と、
単独運転であるか否かを判定する単独運転判定部とを更に備え、
前記単独運転監視部は、単独運転であるか否かを検出するための制御信号を生成する際に用いられる第２電流基準であって、特定周波数を有する前記第２電流基準を与え、
前記単独運転判定部は、特定周波数の高調波電圧の含有率の大きさから単独運転であるか否かを判定する
請求項１に記載のインバータ制御装置。
単独運転であるか否かを判定する単独運転判定部とを更に備え、
前記単独運転監視部は、単独運転であるか否かを検出するための制御信号を生成する際に用いられる第２電流基準であって、特定周波数を有する前記第２電流基準を与え、
前記単独運転判定部は、特定周波数の高調波電圧の含有率の大きさから単独運転であるか否かを判定する
請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項3】
前記電流基準作成部は、事故直前の電流値をサンプル・ホールドすることにより、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値を作成する
請求項１又は請求項２に記載のインバータ制御装置。
請求項１又は請求項２に記載のインバータ制御装置。
【請求項4】
前記事故検出部は、前記電力系統に印加される交流電圧波形と所定の基準波形とを比較し、差分が所定値以上であった場合に前記系統事故が生じたことを検出する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項5】
前記事故検出部は、前記電力系統に印加される交流電圧の実効値が所定値以下であった場合に前記系統事故が生じたことを検出する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項6】
前記事故検出部は、前記電力系統に供給される交流電流の絶対値の変化量が所定値以上であった場合に前記系統事故が生じたことを検出する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項7】
需要家設置用として用いられる場合、前記電力系統に一定電力の供給を行う制御である定電力制御を行う定電力制御部と、
前記定電力制御部が前記定電力制御を行うことを許可するＡＰＲ使用許可部とを更に備え、
前記ＡＰＲ使用許可部は、所定の制御信号に基づき疑似的に前記系統事故が生じたとする
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
前記定電力制御部が前記定電力制御を行うことを許可するＡＰＲ使用許可部とを更に備え、
前記ＡＰＲ使用許可部は、所定の制御信号に基づき疑似的に前記系統事故が生じたとする
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項8】
前記電流基準作成部は、事故直前の電流値をサンプル・ホールドした値に、所定の値を加算することにより、前記系統事故が生じた時点の前記電流基準を作成する
請求項７に記載のインバータ制御装置。
請求項７に記載のインバータ制御装置。
【請求項9】
前記事故検出部は、前記電力系統の零相電圧を所定時間以上連続して検出した場合に前記系統事故が生じたことを検出する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項10】
前記復帰検出部は、前記電力系統に印加される交流電圧の電圧動揺が所定値以内となった場合に前記系統事故から復帰したことを検出する
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項11】
前記復帰検出部は、前記電力系統に供給される交流電圧の周波数が所定の範囲を逸脱した場合、疑似的に前記系統事故から復帰したことを検出する
請求項７に記載のインバータ制御装置。
請求項７に記載のインバータ制御装置。
【請求項12】
需要家設置用として用いられる場合であって、前記事故検出部が前記系統事故を検出した場合、前記系統事故から復帰したことを検出する機能である能動型単独運転検出機能許可部を更に備える
請求項１１に記載のインバータ制御装置。
請求項１１に記載のインバータ制御装置。
【請求項13】
前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電圧基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される前記電力系統に印加される電圧値に基づいた値である前記電圧基準を補正する電圧補正部を更に備える
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
【請求項14】
直流電力から交流電力に変換する電力変換器を、所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置を制御するコンピュータに、
前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成ステップと、
前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出ステップと、
前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出ステップと、
前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替ステップと
を実行させるプログラム。
前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成ステップと、
前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出ステップと、
前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出ステップと、
前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替ステップと
を実行させるプログラム。
【請求項15】
直流電力から交流電力に変換する電力変換器を、所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置を制御するインバータ制御方法であって、
前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成工程と、
前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出工程と、
前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出工程と、
前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替工程と
を有するインバータ制御方法。
前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成工程と、
前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出工程と、
前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出工程と、
前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替工程と
を有するインバータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータ制御装置、プログラム及びインバータ制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、太陽光発電等により発電された直流電力を交流電力に変換し、電力系統へ出力する技術において、インバータを仮想同期発電機として動作させることにより、同期発電機が有する慣性力を模擬する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－１６８３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このような技術によれば、電力系統が短絡又は地絡した場合には、過電流又は過電圧となり、電力変換器が破損するという問題があった。また、同期発電機の特性を持つため能動型単独運転検出機能が使えない、定電力制御が行えないという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、電力系統に短絡や地絡等の事故が発生した場合であっても、電力系統に供給される電流を好適に制御することができ、かつ単独系統になる直前に能動型単独運転検出機能を使用でき、必要な時に定電力制御が行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係るインバータ制御装置は、直流電力から交流電力に変換する電力変換器を、所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置であって、前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成部と、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出部と、前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出部と、前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替部とを備える。
【0007】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置は、単独運転であるか否かを監視する単独運転監視部と、単独運転であるか否かを判定する単独運転判定部とを更に備え、前記単独運転監視部は、単独運転であるか否かを検出するための制御信号を生成する際に用いられる第２電流基準であって、特定周波数を有する前記第２電流基準を与え、前記単独運転判定部は、特定周波数の高調波電圧の含有率の大きさから単独運転であるか否かを判定する。
【0008】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記電流基準作成部は、事故直前の電流値をサンプル・ホールドすることにより、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値を作成する。
【0009】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記事故検出部は、前記電力系統に印加される交流電圧波形と所定の基準波形とを比較し、差分が所定値以上であった場合に前記系統事故が生じたことを検出する。
【0010】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記事故検出部は、前記電力系統に印加される交流電圧の実効値が所定値以下であった場合に前記系統事故が生じたことを検出する。
【0011】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記事故検出部は、前記電力系統に供給される交流電流の絶対値の変化量が所定値以上であった場合に前記系統事故が生じたことを検出する。
【0012】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置は、需要家設置用として用いられる場合、前記電力系統に一定電力の供給を行う制御である定電力制御を行う定電力制御部と、前記定電力制御部が前記定電力制御を行うことを許可するＡＰＲ使用許可部とを更に備え、前記ＡＰＲ使用許可部は、所定の制御信号に基づき疑似的に前記系統事故が生じたとする。
【0013】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記電流基準作成部は、事故直前の電流値をサンプル・ホールドした値に、所定の値を加算することにより、前記系統事故が生じた時点の前記電流基準を作成する。
【0014】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記事故検出部は、前記電力系統の零相電圧を所定時間以上連続して検出した場合に前記系統事故が生じたことを検出する。
【0015】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記復帰検出部は、前記電力系統に印加される交流電圧の電圧動揺が所定値以内となった場合に前記系統事故から復帰したことを検出する。
【0016】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記復帰検出部は、前記電力系統に供給される交流電圧の周波数が所定の範囲を逸脱した場合、疑似的に前記系統事故から復帰したことを検出する。
【0017】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置は、需要家設置用として用いられる場合であって、前記事故検出部が前記系統事故を検出した場合、前記系統事故から復帰したことを検出する機能である能動型単独運転検出機能許可部を更に備える。
【0018】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御装置において、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電圧基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される前記電力系統に印加される電圧値に基づいた値である前記電圧基準を補正する電圧補正部を更に備える。
【0019】
また、本発明の一態様に係るプログラムは、直流電力から交流電力に変換する電力変換器を、所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置を制御するコンピュータに、前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成ステップと、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出ステップと、前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出ステップと、前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替ステップとを実行させる。
【0020】
また、本発明の一態様に係るインバータ制御方法は、直流電力から交流電力に変換する電力変換器を、所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置を制御するインバータ制御方法であって、前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する際に用いられる電流基準であって、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に流れる電流値に基づいた値である前記電流基準を作成する電流基準作成工程と、前記電力変換器により変換された交流電力が供給される電力系統に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する事故検出工程と、前記系統事故から復帰したことを検出する復帰検出工程と、前記系統事故が生じたことが検出された場合に、前記電流基準を、前記系統事故が生じた時点より所定期間前における前記電力系統に供給された電流値に切り替え、前記系統事故から復帰したことが検出された場合に、前記電流基準を、前記電力系統に流れる電流値に切り替える電流基準切替工程とを有する。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、電力系統に短絡や地絡等の事故が発生した場合であっても、電力系統に供給される電流を好適に制御することができ、また能動型単独運転検出機能を使用して単独運転を防止し、一定電力運転を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本実施形態に係る電力制御システムの概要について説明するための図である。
【図2】本実施形態に係るインバータ制御装置の機能構成の一例を示す機能構成図である。
【図3】本実施形態に係る電力制御システムの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図4】本実施形態に係る単独運転判定部の機能を説明するための図である。
【図5】本実施形態に係る電流基準作成部、事故検出部、復帰検出部及び電流基準切替部の一例を示すブロック図である。
【図6】従来技術による電力変換システムの等価回路を示す図である。
【図7】従来技術による仮想同期発電機の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
［従来技術］
まず、図６及び図７を参照しながら従来技術について説明する。
従来、火力発電や水力発電等の回転機器による同期発電機が知られている。これらの同期発電機により発生する電圧の周波数は急激な変化が想定されないことから、同期発電機が電力を供給する電力系統において電力使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生した場合等においても、慣性力により急激な変化に対応することができる。
まず、図６及び図７を参照しながら従来技術について説明する。
従来、火力発電や水力発電等の回転機器による同期発電機が知られている。これらの同期発電機により発生する電圧の周波数は急激な変化が想定されないことから、同期発電機が電力を供給する電力系統において電力使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生した場合等においても、慣性力により急激な変化に対応することができる。
【0024】
一方、同期発電機を用いない電源として、太陽光発電等の再生可能エネルギーを直流電力に変換する再生可能エネルギー電源が導入されている。再生可能エネルギー電源の場合、インバータを使用して直流電力を交流電力に変換してから電力系統に供給される。このような再生可能エネルギー電源は、電力系統において電力使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生したりした場合等においては、急激な変化に対応することが困難である。
【0025】
通常の電力系統には、同期発電機により発電された電力と、再生可能エネルギーにより交流電力に変換された電力とが混在して供給されている。同期発電機により発電された電力の割合が多い電力系統の場合、当該電力系統における使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生したりした場合等においても、慣性力により急激な変化に対応することができる。
【0026】
しかしながら、近年の再生可能エネルギーの導入量増大に伴い、電力系統に接続される再生可能エネルギーの割合が多くなると、電力系統において使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生したりした場合等においては、急激な変化に対応することが困難となる場合がある。
【0027】
そこで、再生可能エネルギー電源に付帯しているインバータに、同期発電機が有する慣性力を擬似的に持たせる技術である仮想同期発電機（ＶＳＧ；Virtual Synchronous Generator）についての研究開発が行われている。仮想同期発電機は、電力系統に供給される電力に基づき、直流を交流に変換する電力変換器を制御することにより、同期発電機を模擬する。
【0028】
図６は、従来技術による電力変換システムの等価回路を示す図である。従来技術による仮想同期発電機の説明の前提として、同図を参照しながら、従来技術による電力変換システム９の等価回路について説明する。
電力変換システム９は、内部誘起電圧９１と、インピーダンス９２と、系統９３とを備える。
電力変換システム９は、内部誘起電圧９１と、インピーダンス９２と、系統９３とを備える。
【0029】
ここで、一般的な同期発電機は、界磁回路に電流を流すことにより磁束を発生させ、回転子が回転することにより電機子巻線に電圧を発生させる。内部誘起電圧９１は、回転によって発電される電圧を表すものである。
インピーダンス９２は、発電機のインピーダンスを表す。
系統９３は、電力が供給される電力系統を表す。系統９３には、複数の需要家が接続される。
インピーダンス９２は、発電機のインピーダンスを表す。
系統９３は、電力が供給される電力系統を表す。系統９３には、複数の需要家が接続される。
【0030】
内部誘起電圧９１には、系統９３に流れる電流Ｉｒｅｆと発電機のインピーダンス９２とに応じた電圧降下が生じる。換言すれば、内部誘起電圧９１からインピーダンス９２による電圧降下分を差し引いた電圧が、端子電圧ＶＳとして系統９３に供給される。
【0031】
図７は、従来技術による仮想同期発電機の一例を示す図である。同図を参照しながら、従来技術による仮想同期発電機の一例について説明する。
電力変換システム９Ａは、蓄電池９４と、電力変換器９５と、系統９３と、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａとを備える。蓄電池９４は、直流電圧源の一例である。電力変換器９５は、発生すべき（又は、発生させたい）交流電圧信号通りに動作させる電圧型電力変換器（ＶＳＣ：Voltage Source Converter）の一例である。電力変換システム９Ａは、系統９３において使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生したりした場合、すなわち系統９３のエネルギーバランスが崩れた場合に、エネルギーバランスの崩れを模擬するものである。
電力変換システム９Ａは、蓄電池９４と、電力変換器９５と、系統９３と、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａとを備える。蓄電池９４は、直流電圧源の一例である。電力変換器９５は、発生すべき（又は、発生させたい）交流電圧信号通りに動作させる電圧型電力変換器（ＶＳＣ：Voltage Source Converter）の一例である。電力変換システム９Ａは、系統９３において使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生したりした場合、すなわち系統９３のエネルギーバランスが崩れた場合に、エネルギーバランスの崩れを模擬するものである。
【0032】
電力変換システム９Ａは、蓄電池９４に蓄電された直流電力を、電力変換器９５により交流に変換し、系統９３に供給する。電力変換器９５は、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａにより制御される。
電力変換器９５は半導体を備え、当該半導体をスイッチングさせることにより直流電力を交流電力に変換する。当該半導体の制御信号は、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａにより生成される。
電力変換器９５は半導体を備え、当該半導体をスイッチングさせることにより直流電力を交流電力に変換する。当該半導体の制御信号は、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａにより生成される。
【0033】
電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａは、系統９３の端子電圧である系統電圧と、電力変換器９５により供給される交流電流とに基づいて、電力変換器９５のスイッチングを制御する制御信号であるゲートパルスを生成する。
ゲートパルスは、ゲート電圧生成部９１１により生成される。ゲート電圧生成部９１１は、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａにより生成された端子電圧相当の電圧に基づいて生成される。端子電圧相当の電圧は、符号９１２において、内部誘起電圧相当の電圧から、電圧降下相当の電圧を減じることにより生成される。
ゲートパルスは、ゲート電圧生成部９１１により生成される。ゲート電圧生成部９１１は、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａにより生成された端子電圧相当の電圧に基づいて生成される。端子電圧相当の電圧は、符号９１２において、内部誘起電圧相当の電圧から、電圧降下相当の電圧を減じることにより生成される。
【0034】
電圧降下相当の電圧とは、交流電流（実際の出力電流に）発電機相当のインピーダンスを乗じることにより生成される。
【0035】
電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａは、内部誘起電圧相当の電圧を生成するため、電圧波高値Ｖｍと角速度ωｔとをそれぞれ生成する。
ここで、通常の回転機器による同期発電機も、端子電圧を監視し、端子電圧が一定になるように界磁の電流を制御し、内部の誘起電圧を制御している。電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａは、系統電圧ＶＳと系統電圧基準の偏差を制御することにより、電圧波高値Ｖｍを制御するものである。
ここで、通常の回転機器による同期発電機も、端子電圧を監視し、端子電圧が一定になるように界磁の電流を制御し、内部の誘起電圧を制御している。電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａは、系統電圧ＶＳと系統電圧基準の偏差を制御することにより、電圧波高値Ｖｍを制御するものである。
【0036】
次に角速度ωｔの生成について説明する。まず、出力基準とは、タービンの出力を模擬したものである。また、有効電力検出とは、系統９３に供給される電力を示す。符号９１５において、出力基準から有効電力検出が減じられる。
符号９１６において、符号９１５において生成された値を慣性定数Ｍで除しｓで積分した値（すなわち、Δω）と、基準の角速度ω０とを加算することにより実際の角速度を得る。電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａは、得られた実際の角速度を更にｓで積分することにより、角速度ωｔを生成する。
ここで、通常の回転機器による同期発電機では、タービンから出力されたエネルギーと、発電機から系統に向かうエネルギーとの差が速度の偏差となる。角速度ωｔの生成は、当該動作を模擬したものである。
符号９１６において、符号９１５において生成された値を慣性定数Ｍで除しｓで積分した値（すなわち、Δω）と、基準の角速度ω０とを加算することにより実際の角速度を得る。電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａは、得られた実際の角速度を更にｓで積分することにより、角速度ωｔを生成する。
ここで、通常の回転機器による同期発電機では、タービンから出力されたエネルギーと、発電機から系統に向かうエネルギーとの差が速度の偏差となる。角速度ωｔの生成は、当該動作を模擬したものである。
【0037】
ここで、仮想同期発電機を島しょ部での電源として使うことを考えると、ディーゼル発電機等と並列したり、ディーゼル発電機等を解列して再生可能エネルギー電源のみを電力系統に接続したりする場合があるため、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａの方が扱いやすい。
以下に説明する実施形態においては、上述した電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａを前提とする。
以下に説明する実施形態においては、上述した電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａを前提とする。
【0038】
ここで、電圧型仮想同期発電機制御装置９０Ａは、電力系統において電力使用量が急激に増大した場合や、地絡や短絡等の事故が発生したりした場合（以下、単に事故発生時と記載する。）等において、過電流が生じるという欠点がある。本実施形態は、事故発生時における過電流の発生を抑止し、また需要家設置用の場合には単独運転検出機能を動作させることを可能とし、かつ定電力制御を可能にするという課題を解決しようとするものである。
【0039】
［実施形態］
図１は、本実施形態に係る電力制御システムの概要について説明するための図である。同図を参照しながら、電力制御システム１の概要について説明する。
電力制御システム１は、蓄電池２０と、電力変換器３０と、電力系統４０と、インバータ制御装置１０とを備える。
図１は、本実施形態に係る電力制御システムの概要について説明するための図である。同図を参照しながら、電力制御システム１の概要について説明する。
電力制御システム１は、蓄電池２０と、電力変換器３０と、電力系統４０と、インバータ制御装置１０とを備える。
【0040】
蓄電池２０は、直流電源の一例である。蓄電池２０は、不図示の太陽光発電装置等の再生可能エネルギー発電装置により発電された直流電力ＤＣＰを蓄電する。蓄電池２０は、蓄電した直流電力ＤＣＰを電力系統４０に放電する。
【0041】
電力変換器３０は、蓄電池２０が蓄電する直流電力ＤＣＰを、交流電力ＡＣＰに変換する。電力変換器３０は、例えば半導体を備え、インバータ制御装置１０の制御に基づいて、当該半導体をスイッチングさせることにより、直流電力ＤＣＰを交流電力ＡＣＰに変換する。電力変換器３０は、変換した交流電力ＡＣＰを電力系統４０に供給する。
【0042】
電力系統４０には、電力変換器３０により変換された交流電力ＡＣＰが供給される。電力系統４０には、複数の需要家が接続される。また、電力系統４０には、ディーゼル発電機等の蓄電池２０とは異なる電源が接続されていてもよい。
【0043】
インバータ制御装置１０は、電力系統４０における使用量の急激な増大に伴う過電流や、電力系統４０における短絡や地絡といった系統異常を検出する。また、インバータ制御装置１０は、電力系統４０において系統異常が発生した後、電力系統４０が系統異常から復帰したことを検出する。電力系統４０における過電流又は短絡や地絡といった系統異常に関する情報、及び系統異常から復帰したことを示す情報等を含む電気信号を検出信号ＤＳと記載する。インバータ制御装置１０は、検出信号ＤＳに基づいて、電力変換器３０を制御する。インバータ制御装置１０が電力変換器３０を制御する信号を制御信号ＣＳと記載する。制御信号ＣＳには、電力変換器３０が備える半導体をスイッチングさせるパルス信号が含まれていてもよい。
【0044】
図２は、本実施形態に係るインバータ制御装置の機能構成の一例を示す機能構成図である。同図を参照しながら、インバータ制御装置１０の機能構成の一例について説明する。インバータ制御装置１０は、事故検出部１１０と、復帰検出部１４０と、切替制御部１５０と、電流基準作成部１２０と、電流基準切替部１３０とを備える。
インバータ制御装置１０は、直流電力ＤＣＰから交流電力ＡＣＰに変換する電力変換器３０を、電力系統４０に印加されるべき所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置である。
インバータ制御装置１０は、直流電力ＤＣＰから交流電力ＡＣＰに変換する電力変換器３０を、電力系統４０に印加されるべき所望の交流電圧信号に応じて制御する電圧型のインバータ制御装置である。
【0045】
インバータ制御装置１０が有する機能の少なくとも一部は、ハードウェアがソフトウェアプログラムを実行することにより実現されてもよい。ここで言うハードウェアは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等であってもよい。また、上述したプログラムは、記憶媒体を備える記憶装置に格納されている。ここで言う記憶媒体は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等であってもよい。さらに、上述したプログラムは、インバータ制御装置１０が有する機能の一部を実現する差分プログラムであってもよい。
【0046】
事故検出部１１０は、電力変換器３０により変換された交流電力ＡＣＰが供給される電力系統４０に、短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する。事故検出部１１０は、例えば、基準電圧波形を生成し、電力系統４０に印加される系統電圧波形と基準電圧波形とを比較した結果に基づいて、系統事故が生じたことを検出してもよい。事故検出部１１０は、系統事故が生じたか否かを含む情報を事故検出情報ＡＤＩとして切替制御部１５０に出力する。
【0047】
復帰検出部１４０は、電力系統４０が系統事故から復帰したことを検出する。事故検出部１１０は、例えば、電力系統４０に印加される系統電圧波形の電圧動揺に基づいて、電力系統４０が系統事故から復帰したことを検出してもよい。復帰検出部１４０は、系統事故から復帰したか否かを含む情報を復帰検出情報ＲＤＩとして切替制御部１５０に出力する。
【0048】
切替制御部１５０は、事故検出部１１０から事故検出情報ＡＤＩを取得し、復帰検出部１４０から復帰検出情報ＲＤＩを取得する。切替制御部１５０は取得した事故検出情報ＡＤＩ又は復帰検出情報ＲＤＩの少なくとも一方に基づいて、電流基準切替部１３０を制御する。電流基準切替部１３０を制御する制御信号を、切替情報ＳＷＩと記載する。切替制御部１５０は、切替情報ＳＷＩを電流基準切替部１３０に出力する。
【0049】
電流基準作成部１２０は、電力変換器３０を制御するための制御信号ＣＳを生成する際に用いられる電流基準Ｉｒｅｆを作成する。電流基準Ｉｒｅｆとは、電力変換器３０により変換された交流電力ＡＣＰが供給される電力系統４０に流れる電流値に基づいた値である。
具体的には、電流基準作成部１２０は、電力系統４０に流れる電流値を示す情報であるｄ軸電流Ｉｄ（ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１１）と、ｑ軸電流Ｉｑ（ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１１）と、電力系統４０に系統事故が生じた時点より所定期間前において電力系統４０に供給された電流値を示す情報であるｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１２と、ｑ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１２とを電流基準切替部１３０に出力する。
具体的には、電流基準作成部１２０は、電力系統４０に流れる電流値を示す情報であるｄ軸電流Ｉｄ（ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１１）と、ｑ軸電流Ｉｑ（ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１１）と、電力系統４０に系統事故が生じた時点より所定期間前において電力系統４０に供給された電流値を示す情報であるｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１２と、ｑ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１２とを電流基準切替部１３０に出力する。
【0050】
例えば、電流基準作成部１２０は、事故直前に電力系統４０に流れる電流値をサンプル・ホールドすることにより、事故直前において電力系統４０に供給された電流値であるｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１２と、ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１２を作成する。事故直前とは、系統事故が生じた時点より所定期間前であってもよい。
【0051】
電流基準切替部１３０は、切替情報ＳＷＩに応じて、ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１を、ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１１又はｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１２のいずれか一方に切り替える。また、電流基準切替部１３０は、切替情報ＳＷＩに応じて、ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１を、ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１１又はｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１２のいずれか一方に切り替える。
具体的には、電流基準切替部１３０は、系統事故が生じたことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆ（ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１、ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１）を、系統事故が生じた時点より所定期間前において電力系統４０に供給された電流値に切り替える。また、電流基準切替部１３０は、系統事故から復帰したことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆ（ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１、ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１）を、電力系統４０に流れる電流値に切り替える。
具体的には、電流基準切替部１３０は、系統事故が生じたことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆ（ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１、ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１）を、系統事故が生じた時点より所定期間前において電力系統４０に供給された電流値に切り替える。また、電流基準切替部１３０は、系統事故から復帰したことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆ（ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１、ｑ軸電流基準Ｉｑｒｅｆ１）を、電力系統４０に流れる電流値に切り替える。
【0052】
図３は、本実施形態に係る電力制御システムの機能構成の一例を示すブロック図である。同図を参照しながら、電力制御システム１の詳細について説明する。電力制御システム１は、インバータ制御装置１０と、直流電源５１と、電力変換器５２と、変流器５３と、変圧器５４と、系統電圧取得部５５とを備える。
直流電源５１は、図１を参照しながら説明した蓄電池２０の一例である。電力変換器５２は、図１を参照しながら説明した電力変換器３０の一例である。電力変換器５２は、変圧器５４を介して電力系統４０に電力を供給する。
直流電源５１は、図１を参照しながら説明した蓄電池２０の一例である。電力変換器５２は、図１を参照しながら説明した電力変換器３０の一例である。電力変換器５２は、変圧器５４を介して電力系統４０に電力を供給する。
【0053】
インバータ制御装置１０は、電流基準作成・切替部６２と、系統事故検出部６４と、能動型単独運転検出機能許可部６８と、単独運転監視部６９と、電圧補正部７１とを備える。
【0054】
電流基準作成・切替部６２は、変流器５３から取得した電流Ｉａ、電流Ｉｂ及び電流Ｉｃに基づいて、電流基準Ｉｄｒｅｆ１及び電流基準Ｉｑｒｅｆ１を作成する。電流基準作成・切替部６２は、切替情報ＳＷＩに応じて、ｄ軸電流基準Ｉｄｒｅｆ１を電流基準Ｉｄｒｅｆ１１又は電流基準Ｉｄｒｅｆ１２のいずれか一方に、ｑ軸電流Ｉｑｒｅｆ１を電流基準Ｉｑｒｅｆ１１又は電流基準Ｉｑｒｅｆ１２のいずれか一方に切り替える。すなわち、電流基準作成・切替部６２は、図２を参照しながら説明した電流基準作成部１２０及び電流基準切替部１３０の機能を有する。
【0055】
系統事故検出部６４は、所定の方法により、電力系統４０に短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出する。すなわち、系統事故検出部６４は、図２を参照しながら説明した事故検出部１１０の具体例である。
【0056】
能動型単独運転検出機能許可部６８は、インバータ制御装置１０が需要家設置用として用いられる場合であって、事故検出部１１０が系統事故を検出した場合、系統事故から復帰したことを検出する機能である。能動型単独運転検出機能許可部６８は、インバータ制御装置１０が需要家等において使用される場合にオンされる。能動型単独運転検出機能許可部６８がオンされることにより、事故検出した場合に能動型単独運転検出機能が使用できるようになる。
【0057】
単独運転監視部６９は、単独運転であるか否かを監視する。単独運転監視部６９は、需要家設置において単独運転検出が必要な場合であって、常時監視する機能である。単独運転検出機能と、常時監視機能とは、両方使用されてもよいし、片方だけ使用されてもよい。単独運転監視部６９は、ある特定の周波数の電流基準値を与え、電流を制御する。ある特定の周波数の電流基準値を与え、電流を制御することによって、ある特定の周波数の電圧が商用周波数に重畳される。ここで、系統連系時と単独運転時では、現れる電圧が異なる。単独運転監視部６９は、系統連系時と単独運転時では現れる電圧が異なるという特性を利用して、単独運転を検出する。
【0058】
単独運転監視部６９には、例えば周波数ｆ１、周波数ｆ２、…、周波数ｆｎ（ｎは１以上の自然数）が与えられる。より具体的には、周波数ｆ１を有する電流基準信号として、０．０１×ｓｉｎ（２πｆ１・ｔ）が与えられ、周波数ｆ２を有する電流基準信号として、０．０１×ｓｉｎ（２πｆ２・ｔ）が与えられ、…、周波数ｆｎを有する電流基準信号として、０．０１×ｓｉｎ（２πｆｎ・ｔ）が与えられる。これらの信号によって、電力系統４０に、（ｆ１±ｆ０）、（ｆ２±ｆ０）、（ｆｎ±ｆ０）周波数の電流が供給され、系統インピーダンスＺにより、ｉ（ｆ１±ｆ０）Ｚ、ｉ（ｆ２±ｆ０）Ｚ、ｉ（ｆｎ±ｆ０）Ｚなる電圧が現れる（ｆ０は商用周波数であり、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）。系統連系時の系統インピーダンスＺと単独系統時の系統インピーダンスＺは互いに異なるため、インバータ制御装置１０は、ｉＺの変化により単独運転を検出することができる。
なお、周波数ｆｎを有する電流基準信号を第２電流基準とも記載する。第２電流基準は、単独運転であるか否かを検出するための制御信号を生成する際に用いられる。
なお、周波数ｆｎを有する電流基準信号を第２電流基準とも記載する。第２電流基準は、単独運転であるか否かを検出するための制御信号を生成する際に用いられる。
【0059】
なお、需要家等においてインバータ制御装置１０が使用される場合には、能動型単独運転検出機能許可部６８をオンし、常時、周波数ｆ１、周波数ｆ２、…、周波数ｆｎの周波数を有する電流基準信号が入力されていてもよい。
なお、入力される電流基準信号は１つでもよいし、複数であってもよい。
また、図３に示した係数０．０１は一例であって、異なる値を用いてもよい。
周波数ｆ１、周波数ｆ２、…、周波数ｆｎは、例えば８０［Ｈｚ］、１３０［Ｈｚ］、１８０［Ｈｚ］等であってもよい。
なお、入力される電流基準信号は１つでもよいし、複数であってもよい。
また、図３に示した係数０．０１は一例であって、異なる値を用いてもよい。
周波数ｆ１、周波数ｆ２、…、周波数ｆｎは、例えば８０［Ｈｚ］、１３０［Ｈｚ］、１８０［Ｈｚ］等であってもよい。
【0060】
ここで、インバータ制御装置１０は、更に単独運転判定部６９１を備える。単独運転判定部６９１は、単独運転であるか否かを判定する。単独運転判定部６９１について、図面を参照しながら説明する。
図４は、本実施形態に係る単独運転判定部の機能を説明するための図である。
単独運転判定部６９１では、ＦＦＴ（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、又は帯域通過フィルタにより交流電圧に含有される（ｆ１±ｆ０）、（ｆ２±ｆ０）、（ｆｎ±ｆ０）周波数の高調波電圧の含有率（商用周波数成分に対する特定高調波成分の比）を検出する。単独運転判定部６９１は、検出した値が所定値以上であれば単独運転と判定する機能を有する。所定値以上とは、好適には０．０５以上であってもよい。
単独運転判定部６９１は、検出した値が、一定時間以上継続している場合、単独運転と判定して電力変換器５２を停止する。
なお、図４では、（ｆ１－ｆ０）、（ｆ２－ｆ０）、（ｆｎ－ｆ０）周波数を検出する例を図示しているが、（ｆ１＋ｆ０）、（ｆ２＋ｆ０）、（ｆｎ＋ｆ０）周波数を検出する方法であってもよい。または両方を検出する方法であってもよい。（ｆ１－ｆ０）、（ｆ２－ｆ０）、（ｆｎ－ｆ０）、（ｆ１＋ｆ０）、（ｆ２＋ｆ０）、（ｆｎ＋ｆ０）を特定周波数とも記載する。
図４は、本実施形態に係る単独運転判定部の機能を説明するための図である。
単独運転判定部６９１では、ＦＦＴ（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、又は帯域通過フィルタにより交流電圧に含有される（ｆ１±ｆ０）、（ｆ２±ｆ０）、（ｆｎ±ｆ０）周波数の高調波電圧の含有率（商用周波数成分に対する特定高調波成分の比）を検出する。単独運転判定部６９１は、検出した値が所定値以上であれば単独運転と判定する機能を有する。所定値以上とは、好適には０．０５以上であってもよい。
単独運転判定部６９１は、検出した値が、一定時間以上継続している場合、単独運転と判定して電力変換器５２を停止する。
なお、図４では、（ｆ１－ｆ０）、（ｆ２－ｆ０）、（ｆｎ－ｆ０）周波数を検出する例を図示しているが、（ｆ１＋ｆ０）、（ｆ２＋ｆ０）、（ｆｎ＋ｆ０）周波数を検出する方法であってもよい。または両方を検出する方法であってもよい。（ｆ１－ｆ０）、（ｆ２－ｆ０）、（ｆｎ－ｆ０）、（ｆ１＋ｆ０）、（ｆ２＋ｆ０）、（ｆｎ＋ｆ０）を特定周波数とも記載する。
【0061】
電圧補正部７１は、復帰検出部１４０により系統事故から復帰したことが検出された場合に、電圧基準Ｖｒｅｆを補正する。電圧基準Ｖｒｅｆとは、電力変換器３０を制御するための制御信号ＣＳを生成する際に用いられる基準値であって、電力変換器３０により変換された交流電力ＡＣＰが供給される電力系統４０に印加される電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃに基づいた値である。
【0062】
図５は、本実施形態に係る電流基準作成部、事故検出部、復帰検出部及び電流基準切替部の一例を示すブロック図である。電流基準作成・切替部６２（電流基準作成部１２０及び電流基準切替部１３０）、系統事故検出部６４（事故検出部１１０）及び電圧補正部７１の具体例について説明する。
【0063】
まず、事故検出部１１０の具体例について説明する。事故検出部１１０は、第１事故検出部１１１、第２事故検出部１１２、第３事故検出部１１３、第４事故検出部１１４及び第５事故検出部１１５の少なくとも１つを備える。事故検出部１１０は、第１事故検出部１１１から第５事故検出部１１５のうち複数を備える場合、それぞれの事故検出部の出力をＯＲ回路で接続してもよい。
【0064】
第１事故検出部１１１は、電力系統４０に印加される交流電圧である電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃと、基準波形とを比較する。電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃは、系統電圧取得部５５により取得される。基準波形とは、例えば、下の式（１）に示される波形であってもよい。
【0065】
【数1】
【0066】
第１事故検出部１１１は、系統電圧と基準波形とを比較した結果が所定値以上であった場合、系統事故が生じたことを検出する。すなわち、第１事故検出部１１１は、電力系統４０に印加される交流電圧波形と所定の基準波形とを比較し、差分が所定値以上であった場合に系統事故が生じたことを検出する。所定値以上とは、例えば０．５ＰＵ以上であってもよい。
【0067】
第２事故検出部１１２は、電力系統４０の零相電圧を検出する。第２事故検出部１１２は、検出された電力系統４０の零相電圧に基づいて、系統事故が生じたことを検出する。第２事故検出部１１２は、例えば、電力系統４０の零相電圧を所定時間以上連続して検出した場合に系統事故が生じたことを検出する。所定時間以上とは、例えば１００［ｍｓ（ミリ秒）］以上であってもよい。
【0068】
第３事故検出部１１３は、電力系統４０に供給される電流である電流Ｉａ、電流Ｉｂ及び電流Ｉｃの絶対値の変化量に基づいて、系統事故が生じたことを検出する。第３事故検出部１１３は、例えば、電流Ｉａ、電流Ｉｂ及び電流Ｉｃの絶対値の変化量のうち、いずれかが所定値以上であった場合に系統事故が生じたことを検出する。所定値以上とは、例えば１［Ａ／μｓ（アンペア／マイクロ秒）］以上であってもよい。
【0069】
第４事故検出部１１４は、電力系統４０に印加される交流電圧である電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃの実効値Ｖｒｍｓに基づいて、系統事故が生じたことを検出する。第４事故検出部１１４は、例えば、電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃの実効値Ｖｒｍｓが所定値以下であった場合に系統事故が生じたことを検出する。具体的には、第４事故検出部１１４は、電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃに基づいて三相二相変換を行い、電圧Ｖｄ及び電圧Ｖｑの実効値Ｖｒｍｓが所定値以下であった場合に系統事故が生じたことを検出する。所定値以下とは、例えば０．５ＰＵ以下であってもよい。
【0070】
第５事故検出部１１５は、所定の制御信号に基づき、疑似的に系統事故が生じたとする。この場合、第５事故検出部１１５は、不図示の制御装置からの信号または設定信号により疑似的に系統事故が生じたとする。需要家設置用と使用する場合などにおいて一定電力で運転する場合に疑似的に系統事故とすることで定電力制御を可能とする。
なお、第５事故検出部１１５を、ＡＰＲ使用許可部とも記載する。ＡＰＲ使用許可部は、不図示の定電力制御部（又は、ＡＰＲ制御部）が定電力制御を行うことを許可する。定電力制御とは、インバータ制御装置１０が需要家設置用として用いられる場合、電力系統４０に一定電力の供給を行う制御である。
なお、第５事故検出部１１５を、ＡＰＲ使用許可部とも記載する。ＡＰＲ使用許可部は、不図示の定電力制御部（又は、ＡＰＲ制御部）が定電力制御を行うことを許可する。定電力制御とは、インバータ制御装置１０が需要家設置用として用いられる場合、電力系統４０に一定電力の供給を行う制御である。
【0071】
次に、復帰検出部１４０の具体例について説明する。復帰検出部１４０は、第１復帰検出部１４１及び第２復帰検出部１４２の少なくとも１つを備える。復帰検出部１４０は、第１復帰検出部１４１及び第２復帰検出部１４２の両方を備える場合、それぞれの復帰検出部の出力をＯＲ回路で接続してもよい。
【0072】
第１復帰検出部１４１は、電力系統４０に印加される交流電圧である電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃの実効値Ｖｒｍｓに基づいて、系統事故から復帰したことを検出する。第１復帰検出部１４１は、例えば、電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ及び電圧Ｖｃの実効値Ｖｒｍｓの電圧動揺が所定値以内となった場合に系統事故から復帰したことを検出する。所定値以内とは、２％以内、又は１．１５ＰＵ以内であってもよい。
【0073】
第２復帰検出部１４２は、電力系統４０に供給される交流電圧の周波数ｆに基づいて、電流制御時の系統の状態の異常を検出する。具体的には、交流電圧の周波数ｆを時間微分した結果が、所定の範囲を逸脱した場合、疑似的に系統事故から復帰したことを検出する。所定の範囲とは、＋１０以上、又は－１０以下であってもよい。
【0074】
次に、電流基準作成・切替部６２の具体例について説明する。電流基準作成・切替部６２は、電流基準作成部１２０と、電流基準切替部１３０とを備える。
【0075】
電流基準作成部１２０は、現在より所定期間前の電流値をサンプル・ホールドする。所定期間前とは、例えば現在より５［ｍｓ］前であってもよい。電流基準作成部１２０は、例えば、現在より５［ｍｓ］前の電流値をサンプル・ホールドすることにより、事故直前の電流値を電流基準Ｉｒｅｆとする。
なお、電流基準作成部１２０は、事故直前の電流値をサンプル・ホールドした値をＮｘ倍したり、所定の値を加算したりすることにより、系統事故が生じた時点の電流基準Ｉｒｅｆを作成してもよい。所定の値とは、０．５ＰＵであってもよい。
なお、電流基準作成部１２０は、事故直前の電流値をサンプル・ホールドした値をＮｘ倍したり、所定の値を加算したりすることにより、系統事故が生じた時点の電流基準Ｉｒｅｆを作成してもよい。所定の値とは、０．５ＰＵであってもよい。
【0076】
電流基準切替部１３０は、切替情報ＳＷＩに基づいて、電流基準Ｉｒｅｆを、現在の電流値、又は事故直前の電流値のいずれか一方に切り替える。
【0077】
なお、電力系統４０に流れる電流Ｉａ、電流Ｉｂ及び電流Ｉｃに基づいて三相二相変換を行い、電流基準作成部１２０及び電流基準切替部１３０を、電流Ｉｄ及び電流Ｉｑそれぞれについて備える構成としてもよい。
【0078】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態に係るインバータ制御装置１０は、電流基準作成部１２０を備えることにより電流基準Ｉｒｅｆを作成し、事故検出部１１０を備えることにより電力系統４０に短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出し、復帰検出部１４０を備えることにより系統事故から復帰したことを検出し、電流基準切替部１３０を備えることにより系統事故の有無に応じて、電流基準Ｉｒｅｆを切り替える。具体的には、インバータ制御装置１０は、電流基準切替部１３０を備えることにより、系統事故が生じたことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆを系統事故が生じた時点より所定期間前における電流値に切り替え、系統事故から復帰したことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆを元の基準に戻す。
よって、本実施形態によれば、電力系統４０において系統事故が発生した場合においても、過電流を抑止することができ、電力制御システム１を安定的に運転させることができる。また、本実施形態によれば、電力系統４０において系統事故が発生した場合において、過電流を抑止することに加えて、系統事故が復帰するまでの間における電力系統４０に供給する電流を制御することができる。
以上説明したように、本実施形態に係るインバータ制御装置１０は、電流基準作成部１２０を備えることにより電流基準Ｉｒｅｆを作成し、事故検出部１１０を備えることにより電力系統４０に短絡又は地絡のうち少なくともいずれか一方の系統事故が生じたことを検出し、復帰検出部１４０を備えることにより系統事故から復帰したことを検出し、電流基準切替部１３０を備えることにより系統事故の有無に応じて、電流基準Ｉｒｅｆを切り替える。具体的には、インバータ制御装置１０は、電流基準切替部１３０を備えることにより、系統事故が生じたことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆを系統事故が生じた時点より所定期間前における電流値に切り替え、系統事故から復帰したことが検出された場合に、電流基準Ｉｒｅｆを元の基準に戻す。
よって、本実施形態によれば、電力系統４０において系統事故が発生した場合においても、過電流を抑止することができ、電力制御システム１を安定的に運転させることができる。また、本実施形態によれば、電力系統４０において系統事故が発生した場合において、過電流を抑止することに加えて、系統事故が復帰するまでの間における電力系統４０に供給する電流を制御することができる。
【0079】
また、本実施形態によれば、電流基準作成部１２０は、事故直前の電流値をサンプル・ホールドすることにより、系統事故が生じた時点より所定期間前における電流値を作成する。したがって、本実施形態によれば、電力系統４０において系統事故が発生した場合においても、系統事故が復帰するまでの間における電力系統４０に供給する電流を、容易に制御することができる。
【0080】
ここで、電力制御システム１を配電線等に接続される需要家等に適用する場合において、配電線が事故等によって解列され、単独系統となった場合には、電力制御システム１のインバータ制御装置１０は、単独運転を検出して速やかに停止できる機能を具備することが好適である。
本実施形態によれば、事故検出部１１０は、電力系統４０に印加される交流電圧波形と所定の基準波形とを比較し、差分が所定値以上であった場合に系統事故が生じたことを検出する。すなわち、事故検出部１１０は、単独系統になる僅かな擾乱に基づいて、系統事故が生じたことを検出する。したがって、本実施形態によれば、配電線で事故を検出し単独運転に移行する前に能動型単独運転検出機能を使用することができる。よって、本実施形態によれば、仮想同期発電機の特徴を活かしながら、単独運転状態になる前に、能動型単独運転検出機能を使用することができる。また、単独運転状態が発生していれば、異常電圧または異常周波数の検出によって単独運転状態を検出して高速に解列することができる。
なお、本実施形態によれば、系統事故検出後の電流基準Ｉｒｅｆは、切り替え直前の値である。したがって、単独系統でないにもかかわらず誤検出してしまったような場合であっても、系統電圧値は低下しない。よって、本実施形態によれば、短時間で系統事故検出前の状態に戻すことができ、実質的な影響を抑止することができる。
本実施形態によれば、事故検出部１１０は、電力系統４０に印加される交流電圧波形と所定の基準波形とを比較し、差分が所定値以上であった場合に系統事故が生じたことを検出する。すなわち、事故検出部１１０は、単独系統になる僅かな擾乱に基づいて、系統事故が生じたことを検出する。したがって、本実施形態によれば、配電線で事故を検出し単独運転に移行する前に能動型単独運転検出機能を使用することができる。よって、本実施形態によれば、仮想同期発電機の特徴を活かしながら、単独運転状態になる前に、能動型単独運転検出機能を使用することができる。また、単独運転状態が発生していれば、異常電圧または異常周波数の検出によって単独運転状態を検出して高速に解列することができる。
なお、本実施形態によれば、系統事故検出後の電流基準Ｉｒｅｆは、切り替え直前の値である。したがって、単独系統でないにもかかわらず誤検出してしまったような場合であっても、系統電圧値は低下しない。よって、本実施形態によれば、短時間で系統事故検出前の状態に戻すことができ、実質的な影響を抑止することができる。
【0081】
また、本実施形態によれば、事故検出部１１０は、電力系統４０に印加される交流電圧の実効値が所定値以下であった場合に系統事故が生じたことを検出する。すなわち、事故検出部１１０は、単独系統になる僅かな擾乱に基づいて、系統事故が生じたことを検出する。
【0082】
ここで、単独系統において変圧器など突入電流の大きな負荷が並列される場合、過電流が生じるおそれがある。突入電流により生じる過電流の場合、短絡事故時とは異なり、交流電圧の低下が小さい場合がある。
【0083】
本実施形態によれば、事故検出部１１０は、電力系統４０に供給される交流電流の絶対値の変化量が所定値以上であった場合に系統事故が生じたことを検出する。すなわち、事故検出部１１０は、単独系統になる僅かな擾乱に基づいて、系統事故が生じたことを検出する。
【0084】
ここで、電力制御システム１は、電力系統４０の周波数変動に応じて有効電力出力が変化する。運動方程式により電力変換器３０の発生電圧位相が決まるため、系統電圧位相の変化に対しては同期化力が働き電力系統の慣性力増大が期待される。したがって、島しょ部等において再エネ導入量を高めてディーゼル発電機の稼働を抑制する場合がある。このような場合には、蓄電池２０の周波数変動抑制機能に期待が高まる。
蓄電池の充電末近傍においては定電力で充電した方が好適である。充電電力に変動があると理想的な充電末を迎える前に充電終止電圧を検出して充電を停止するなどの状況も考えられる。このような状況が繰り返されると蓄電池容量を十分に使えなくなる。また、蓄電池容量が目減りする。
したがって、複数台のインバータ制御装置１０が並列運転している場合には、期待する周波数制御に影響の無い台数のインバータ制御装置１０については、充放電末近傍で定電力運転ができるようにすることが望ましい。
蓄電池の充電末近傍においては定電力で充電した方が好適である。充電電力に変動があると理想的な充電末を迎える前に充電終止電圧を検出して充電を停止するなどの状況も考えられる。このような状況が繰り返されると蓄電池容量を十分に使えなくなる。また、蓄電池容量が目減りする。
したがって、複数台のインバータ制御装置１０が並列運転している場合には、期待する周波数制御に影響の無い台数のインバータ制御装置１０については、充放電末近傍で定電力運転ができるようにすることが望ましい。
【0085】
本実施形態によれば、系統事故検出と並列して単独運転情報（ＡＰＲ使用許可信号）を与えることにより、疑似的に系統事故が生じたとする。
なお、本実施形態によれば、電力基準値はステップ状に変化するため、電力系統４０への影響を極小化するため電力変化率リミッタを通して変化を緩やかにしてもよい。
なお、本実施形態によれば、電力基準値はステップ状に変化するため、電力系統４０への影響を極小化するため電力変化率リミッタを通して変化を緩やかにしてもよい。
【0086】
また、本実施形態によれば、電流基準作成部１２０は、系統事故直前の電流値をサンプル・ホールドした値をＮｘ倍したり、所定の値を加算したりすることにより、系統事故が生じた時点の電流基準Ｉｒｅｆを作成する。したがって、本実施形態によれば、電流基準Ｉｒｅｆを切り替える際、電流値を緩やかに切り替えることができるため、急激な電流の変化を抑止することができる。
【0087】
また、本実施形態によれば、事故検出部１１０は、電力系統４０の零相電圧を所定時間以上連続して検出した場合に系統事故が生じたことを検出する。したがって、本実施形態によれば、容易に系統事故が生じたことを検出することができる。
【0088】
また、本実施形態によれば、復帰検出部１４０は、電力系統４０に印加される交流電圧の電圧動揺が所定値以内となった場合に、系統事故から復帰したことを検出する。すなわち、本実施形態によれば、系統事故から復帰した場合には、現在、電力系統４０に流れる電流値を基準Ｉｒｅｆとして、仮想同期発電機として動作させることができる。
【0089】
また、本実施形態によれば、復帰検出部１４０は、電力系統４０に供給される交流電圧の周波数が所定の範囲を逸脱した場合、疑似的に系統事故から復帰したことを検出する。したがって、本実施形態によれば、容易に系統事故から復帰したことを検出することができる。
【0090】
ここで、ディーゼル発電機が発電し、同一母線に接続する仮想同期発電機が並列運転している場合、電力系統に短絡事故が発生すると、発電中のディーゼル発電機は加速し（換言すれば、回転子角速度が上昇し）、充電中の仮想同期発電機は減速する。すなわち、事故除去後、二つの電圧源の位相が開いてしまい、大きな横流が流れ、安定運転を損ねる恐れがある。
【0091】
本実施形態によれば、電圧補正部７１を備えることにより、系統事故から復帰したことが検出された場合に、電圧基準Ｖｒｅｆを補正する。したがって、本実施形態によれば、電圧基準値を滑らかに移行することができる。
【0092】
なお、上述した実施形態におけるインバータ制御装置１０が備える各部の機能全体あるいはその一部は、これらの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【0093】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【0094】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【0095】
１…電力制御システム、１０…インバータ制御装置、２０…蓄電池、３０…電力変換器、４０…電力系統、１１０…事故検出部、１１１…第１事故検出部、１１２…第２事故検出部、１１３…第３事故検出部、１１４…第４事故検出部、１１５…第５事故検出部、１２０…電流基準作成部、１３０…電流基準切替部、１４０…復帰検出部、１４１…第１復帰検出部、１４２…第２復帰検出部、１５０…切替制御部、５１…直流電源、５２…電力変換器、５３…変流器、５４…変圧器、５５…系統電圧取得部、６２…電流基準作成・切替部、６４…系統事故検出部、６８…能動型単独運転検出機能許可部、６９…単独運転監視部、７１…電圧補正部、ＤＣＰ…直流電力、ＡＣＰ…交流電力、ＣＳ…制御信号、ＤＳ…検出信号、ＡＤＩ…事故検出情報、ＲＤＩ…復帰検出情報、ＳＷＩ…切替情報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】