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(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】P2024036973
(43)【公開日】2024-03-18
(54)【発明の名称】電源装置、及び電圧生成方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240311BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022141562
(22)【出願日】2022-09-06
(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】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】上村 浩文
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770BA11
5H770CA06
5H770EA01
5H770GA19
5H770HA03Y
5H770HA04Y
5H770HA05Z
(57)【要約】
【課題】電力系統の状態に応じて柔軟に出力電圧を生成することが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】出力電圧の周波数を制御することによって電力系統との間で電力を入出力する電源装置であって、
前記電力系統に出力する目標となる第１電力と、前記電力系統に実際に入出力される第２電力と、所定の設定周波数とに基づいて、前記出力電圧に対する指令周波数を計算する計算部と、前記指令周波数を補正する補正部と、補正後の前記指令周波数に基づいて、生成された前記出力電圧を、前記電力系統に出力する出力部とを備え、前記補正部は、前記第１電力と、前記第２電力とが、定常状態において一致するよう、定常状態において得られた、補正前の前記指令周波数と、前記出力電圧の実際の周波数との誤差に基づいて、前記出力電圧を制御するための制御信号を生成する生成部と、前記制御信号に基づいて前記指令周波数を補正する、電源装置。
【選択図】図６
【解決手段】出力電圧の周波数を制御することによって電力系統との間で電力を入出力する電源装置であって、
前記電力系統に出力する目標となる第１電力と、前記電力系統に実際に入出力される第２電力と、所定の設定周波数とに基づいて、前記出力電圧に対する指令周波数を計算する計算部と、前記指令周波数を補正する補正部と、補正後の前記指令周波数に基づいて、生成された前記出力電圧を、前記電力系統に出力する出力部とを備え、前記補正部は、前記第１電力と、前記第２電力とが、定常状態において一致するよう、定常状態において得られた、補正前の前記指令周波数と、前記出力電圧の実際の周波数との誤差に基づいて、前記出力電圧を制御するための制御信号を生成する生成部と、前記制御信号に基づいて前記指令周波数を補正する、電源装置。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転体を有する同期発電機を模擬し、出力電圧の周波数を制御することによって電力系統との間で電力を入出力する電源装置であって、
前記電力系統に出力する目標となる第１電力と、前記電力系統に実際に入出力される第２電力との第１の差を計算する減算部と、
前記第１の差と、前記回転体の慣性を示す慣性定数と、前記回転体の回転の減衰を示す制動定数と、前記電力系統の定格周波数と、所定の設定周波数とに基づいて、前記出力電圧に対する指令周波数を計算する周波数計算部と、
計算された前記指令周波数と、計算された前記指令周波数及び前記慣性定数の第１の関係を示す第１の情報と、を用いて、前記慣性定数を調整する第１調整部と、
前記指令周波数に基づいて、前記出力電圧を制御するための制御信号を生成する生成部と、
前記制御信号に基づいて生成された前記出力電圧を、前記電力系統に出力する出力部と
を備える、電源装置。
前記電力系統に出力する目標となる第１電力と、前記電力系統に実際に入出力される第２電力との第１の差を計算する減算部と、
前記第１の差と、前記回転体の慣性を示す慣性定数と、前記回転体の回転の減衰を示す制動定数と、前記電力系統の定格周波数と、所定の設定周波数とに基づいて、前記出力電圧に対する指令周波数を計算する周波数計算部と、
計算された前記指令周波数と、計算された前記指令周波数及び前記慣性定数の第１の関係を示す第１の情報と、を用いて、前記慣性定数を調整する第１調整部と、
前記指令周波数に基づいて、前記出力電圧を制御するための制御信号を生成する生成部と、
前記制御信号に基づいて生成された前記出力電圧を、前記電力系統に出力する出力部と
を備える、電源装置。
【請求項2】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記第１の関係は、
計算された前記指令周波数が前記定格周波数に近いほど小さくなる特性を有する、
電源装置。
前記第１の関係は、
計算された前記指令周波数が前記定格周波数に近いほど小さくなる特性を有する、
電源装置。
【請求項3】
請求項２に記載の電源装置であって、
前記第１の関係は、
前記定格周波数に対して対称となる特性を有する、
電源装置。
前記第１の関係は、
前記定格周波数に対して対称となる特性を有する、
電源装置。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電源装置であって、
計算された前記指令周波数と、計算された前記指令周波数及び前記制動定数の第２の関係を示す第２の情報と、を用いて、前記制動定数を調整する第２調整部を更に有する、
電源装置。
計算された前記指令周波数と、計算された前記指令周波数及び前記制動定数の第２の関係を示す第２の情報と、を用いて、前記制動定数を調整する第２調整部を更に有する、
電源装置。
【請求項5】
請求項４に記載の電源装置であって、
前記第２の関係は、
計算された前記指令周波数が前記電力系統の定格周波数に近いほど小さくなる特性を有する、
電源装置。
前記第２の関係は、
計算された前記指令周波数が前記電力系統の定格周波数に近いほど小さくなる特性を有する、
電源装置。
【請求項6】
請求項５に記載の電源装置であって、
前記第２の関係は、
前記定格周波数に対して対称となる特性を有する、
電源装置。
前記第２の関係は、
前記定格周波数に対して対称となる特性を有する、
電源装置。
【請求項7】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電源装置であって、
前記周波数計算部は、
計算された前記指令周波数が、前記設定周波数よりも小さい所定の下限値よりも大きく、前記設定周波数よりも大きい所定の上限値よりも小さい場合に、前記回転体の回転の減衰の影響を排除して、前記指令周波数を再度計算する
電源装置。
前記周波数計算部は、
計算された前記指令周波数が、前記設定周波数よりも小さい所定の下限値よりも大きく、前記設定周波数よりも大きい所定の上限値よりも小さい場合に、前記回転体の回転の減衰の影響を排除して、前記指令周波数を再度計算する
電源装置。
【請求項8】
請求項７に記載の電源装置であって、
計算された前記指令周波数を前記上限値及び前記下限値で制限して出力する制限部を更に備え、
前記周波数計算部は、
前記制限部から出力される前記指令周波数が前記上限値より小さく前記下限値より大きい場合、前記第１の差及び前記慣性定数に基づいて、前記指令周波数を計算し、前記制限部から出力される前記指令周波数が前記上限値または前記下限値である場合、前記制限部から出力される前記指令周波数及び計算された前記指令周波数の第２の差と、前記制動定数と、前記第１の差と、前記慣性定数と、に基づいて前記指令周波数を計算する、
電源装置。
計算された前記指令周波数を前記上限値及び前記下限値で制限して出力する制限部を更に備え、
前記周波数計算部は、
前記制限部から出力される前記指令周波数が前記上限値より小さく前記下限値より大きい場合、前記第１の差及び前記慣性定数に基づいて、前記指令周波数を計算し、前記制限部から出力される前記指令周波数が前記上限値または前記下限値である場合、前記制限部から出力される前記指令周波数及び計算された前記指令周波数の第２の差と、前記制動定数と、前記第１の差と、前記慣性定数と、に基づいて前記指令周波数を計算する、
電源装置。
【請求項9】
請求項８に記載の電源装置であって、
前記上限値と前記設定周波数との差は、前記設定周波数と前記下限値との差に等しく設定されている、
電源装置。
前記上限値と前記設定周波数との差は、前記設定周波数と前記下限値との差に等しく設定されている、
電源装置。
【請求項10】
回転体を有する同期発電機を模擬し、出力電圧の周波数を制御することによって電力系統との間で電力を入出力する電源装置が、
前記電力系統に出力する目標となる第１電力と、前記電力系統に実際に入出力される第２電力との第１の差を計算するステップと、
前記第１の差と、前記回転体の慣性を示す慣性定数と、前記回転体の回転の減衰を示す制動定数と、前記電力系統の定格周波数と、所定の設定周波数とに基づいて、前記出力電圧に対する指令周波数を計算するステップと、
計算された前記指令周波数と、計算された前記指令周波数及び前記慣性定数の第１の関係を示す第１の情報と、を用いて、前記慣性定数を調整するステップと、
前記指令周波数に基づいて、前記出力電圧を制御するための制御信号を生成する生成するステップと、
前記制御信号に基づいて生成された前記出力電圧を、前記電力系統に出力するステップと
を含む、電圧生成方法。
前記電力系統に出力する目標となる第１電力と、前記電力系統に実際に入出力される第２電力との第１の差を計算するステップと、
前記第１の差と、前記回転体の慣性を示す慣性定数と、前記回転体の回転の減衰を示す制動定数と、前記電力系統の定格周波数と、所定の設定周波数とに基づいて、前記出力電圧に対する指令周波数を計算するステップと、
計算された前記指令周波数と、計算された前記指令周波数及び前記慣性定数の第１の関係を示す第１の情報と、を用いて、前記慣性定数を調整するステップと、
前記指令周波数に基づいて、前記出力電圧を制御するための制御信号を生成する生成するステップと、
前記制御信号に基づいて生成された前記出力電圧を、前記電力系統に出力するステップと
を含む、電圧生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源装置、及び電圧生成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
同期発電機は、回転体が有する慣性により、電力系統の周波数の維持に貢献する。近年、インバータの出力を制御することにより、同期発電機を模擬する擬似同期発電機が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第７０２３４３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載された擬似同期発電機においては、模擬すべき同期発電機の回転体の慣性定数や制動係数（制動定数）といったパラメータは固定値である。
【0005】
これらのパラメータが固定値であると、電力系統の状態に応じて柔軟に出力電圧を生成することは困難である。
【0006】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、電力系統の状態に応じて柔軟に出力電圧を生成することが可能な電源装置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】
【0007】
上記目的を達成するための一の発明は、回転体を有する同期発電機を模擬し、出力電圧の周波数を制御することによって電力系統との間で電力を入出力する電源装置であって、前記電力系統に出力する目標となる第１電力と、前記電力系統に実際に入出力される第２電力との第１の差を計算する減算部と、前記第１の差と、前記回転体の慣性を示す慣性定数と、前記回転体の回転の減衰を示す制動定数と、前記電力系統の定格周波数と、所定の設定周波数とに基づいて、前記出力電圧に対する指令周波数を計算する周波数計算部と、計算された前記指令周波数と、計算された前記指令周波数及び前記慣性定数の第１の関係を示す第１の情報と、を用いて、前記慣性定数を調整する第１調整部と、前記指令周波数に基づいて、前記出力電圧を制御するための制御信号を生成する生成部と、前記制御信号に基づいて生成された前記出力電圧を、前記電力系統に出力する出力部とを備える、電源装置である。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、電力系統の状態に応じて柔軟に出力電圧を生成することが可能な電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一般的な電源装置５が設けられた電力系統１の一例を説明する図である。
【図2】一般的な電源装置５が設けられた電力系統１の一例を説明する図である。
【図3】一般的な電源装置５の計算部５０を説明する図である。
【図4】実施形態の電源装置２を説明するための図である。
【図5】実施形態の電源装置２の計算部３０を説明する図である。
【図6】計算された指令周波数及び慣性定数の関係の一例を示す図である。
【図7】計算された指令周波数及び制動定数の関係の一例を示す図である。
【図8】計算された指令周波数及び慣性定数の関係の他の例を示す図である。
【図9】計算された指令周波数及び制動定数の関係の他の例を示す図である。
【図10】実施形態の電源装置の計算部４０を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＝＝第１実施形態＝＝
＜＜一般的な電源装置５＞＞
図１は、一般的な電源装置５が設けられた電力系統１の一例を説明する図である。ここでは、本実施形態の電源装置２（後述）の説明をする前に、一般的な電源装置５の説明をする。一般的な電源装置５は、電圧制御（ＧＦＭ：Ｇｒｉｄ－ＦｏｒＭｉｎｇ）方式により、回転体を有する同期発電機を模擬する所謂擬似同期発電機である。
＜＜一般的な電源装置５＞＞
図１は、一般的な電源装置５が設けられた電力系統１の一例を説明する図である。ここでは、本実施形態の電源装置２（後述）の説明をする前に、一般的な電源装置５の説明をする。一般的な電源装置５は、電圧制御（ＧＦＭ：Ｇｒｉｄ－ＦｏｒＭｉｎｇ）方式により、回転体を有する同期発電機を模擬する所謂擬似同期発電機である。
【0011】
具体的には、電源装置５は、出力電圧ｖｏｕｔの周波数を制御することによって電力系統１との間で電力Ｐｏｕｔを入出力する装置である。なお、電力Ｐｏｕｔは、正の場合が電源装置５から電力系統１へ出力される電力であり、負の場合が電力系統１から電源装置５に入力される電力である。
【0012】
電源装置５は、電力系統１との間に線路リアクタンスＸを介して電力系統１に連系される。
【0013】
電源装置５は、制御装置７と、出力部２０とを備える。以下では、先ず、制御装置７のハードウェア構成について説明し、次いで、電源装置５の機能ブロックについて説明する。
【0014】
＜制御装置７のハードウェア構成＞
制御装置７は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３５と、記憶装置３６とを備える（図１）。
制御装置７は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３５と、記憶装置３６とを備える（図１）。
【0015】
［ＤＳＰ３５］
ＤＳＰ３５は、記憶装置３６に記憶された所定のプログラムを実行することにより、制御装置７が有する様々な機能を実現する。
ＤＳＰ３５は、記憶装置３６に記憶された所定のプログラムを実行することにより、制御装置７が有する様々な機能を実現する。
【0016】
［記憶装置３６］
記憶装置３６は、ＤＳＰ３５によって、実行または処理される各種データを格納する非一時的な（例えば不揮発性の）記憶装置を含む。
記憶装置３６は、ＤＳＰ３５によって、実行または処理される各種データを格納する非一時的な（例えば不揮発性の）記憶装置を含む。
【0017】
記憶装置３６は、更に、例えばＲＡＭ（Random-Access Memory）等（後述するメモリ３６ａ）を有し、様々なプログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。
【0018】
＜電源装置５の機能ブロック＞
図２は、一般的な電源装置５が設けられた電力系統１の一例を説明する図であって、特に電源装置５の機能ブロックを説明する図である。ＤＳＰ３５が所定のプログラムを実行した結果、制御装置７には、計算部５０と、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３とが実現される。
図２は、一般的な電源装置５が設けられた電力系統１の一例を説明する図であって、特に電源装置５の機能ブロックを説明する図である。ＤＳＰ３５が所定のプログラムを実行した結果、制御装置７には、計算部５０と、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３とが実現される。
【0019】
これによって、電源装置５は、計算部５０と、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３と、出力部２０とを備える。以下、それぞれについて説明する。
【0020】
なお、図面に示したブロックに同じ符号が付されている場合、それらのブロックは同一である。
【0021】
［計算部５０］
計算部５０は、ＧＦＭ方式により同期発電機を模擬することにより、電力系統１に出力される出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する。
計算部５０は、ＧＦＭ方式により同期発電機を模擬することにより、電力系統１に出力される出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する。
【0022】
具体的には、計算部５０は、電力系統１に入出力する目標となる電力Ｐｒｅｆ（「第１電力」に相当）と、電力系統１に実際に入出力される電力Ｐｏｕｔ（「第２電力」に相当）と、所定の設定周波数ｆｎ，ｒｅｆとに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する。
【0023】
以下の説明では、計算部５０が模擬する同期発電機が有する回転体の慣性定数をＨとし、制動定数をＤとする。
【0024】
慣性定数Ｈは、回転体の慣性を示すパラメータである。つまり、慣性定数Ｈは、外力に対する回転体の応答しにくさを模擬するためのパラメータである。回転体は、慣性定数Ｈが大きいほど所定の軸の回りの回転速度が変化しにくく、加速や減速がしにくい。なお、慣性定数Ｈは、慣性モーメントに相当するパラメータである。
【0025】
制動定数Ｄは、回転体の回転の減衰を示すパラメータである。制動定数Ｄは、例えば摩擦等により、回転体が回転に逆らう向きに受ける抵抗を模擬するためのパラメータである。つまり、制動定数Ｄが大きいほど、回転体の回転周波数は減衰しやすい。
【0026】
図３は、一般的な電源装置５の計算部５０を説明する図である。計算部５０は、加算器３００，３０１，３０５と、乗算器３０２，３０３，３０６，３０７と、積分器３０４とを有する。
【0027】
詳細は後述するが、図３の乗算器３０２から積分器３０４までの処理において、計算部５０は、慣性定数Ｈに応じて、指令周波数ｆｒｅｆを出力する。このとき、慣性定数Ｈが大きいほど回転体は外力に対して回転速度、すなわち周波数が変化しにくいことから、指令周波数ｆｒｅｆの変動は小さく抑えられる。
【0028】
また、図３の加算器３０５から加算器３０１までの処理において、計算部５０は、制動定数Ｄに応じて、指令周波数ｆｒｅｆと、設定周波数ｆｎ，ｒｅｆとの差に応じた電力ＰＤを計算して出力する。このとき、制動定数Ｄが大きいほど、電力ＰＤの絶対値は大きい。
【0029】
また、加算器３００から加算器３０１まので処理において、計算部５０は、ＰＨ，ｉｎ（＝Ｐｒｅｆ－Ｐｏｕｔ－ＰＤ）を計算し、乗算器３０２に出力する。ここで、ＰＨ，ｉｎが正の値であれば、指令周波数ｆｒｅｆは増加する。また、ＰＨ，ｉｎが負の値であれば、指令周波数ｆｒｅｆは減少する。
【0030】
以下、計算部５０のそれぞれの構成要素が実行する処理について説明する。
【0031】
加算器３００は、電力Ｐｒｅｆから、電力Ｐｏｕｔを減じる演算を実行する。これによって、加算器３００は、電力Ｐｒｅｆと、電力Ｐｏｕｔとの差（電力Ｐｒｅｆ－Ｐｏｕｔ）を出力する。
【0032】
加算器３０１は、加算器３００の出力である電力Ｐｒｅｆ－Ｐｏｕｔから、後述する乗算器３０７の出力である電力ＰＤを減じる演算を実行することにより、電力ＰＨ，ｉｎ（＝Ｐｒｅｆ－Ｐｏｕｔ－ＰＤ）を出力する。
【0033】
乗算器３０２は、加算器３００からの入力である電力ＰＨ，ｉｎに対し、１／２Ｈを乗算する演算（つまり、２Ｈで除する演算）を実行する。ここで、Ｈは慣性定数である（上述）。
【0034】
乗算器は３０３、乗算器３０２からの入力に対し、電力系統１の定格周波数ｆｎを乗ずる演算を実行する。電力系統１の定格周波数ｆｎは、例えば日本国内においては、東日本は５０Ｈｚであり、西日本は６０Ｈｚである。
【0035】
積分器３０４は、乗算器３０３からの入力に対し、所定期間に亘って時間積分する演算を実行する。この演算によって、積分器３０４は、電力系統１に出力される出力電圧ｖｏｕｔの周波数の指令値である指令周波数ｆｒｅｆを出力する。
【0036】
加算器３０５は、積分器３０４からの入力である指令周波数ｆｒｅｆから、設定周波数ｆｎ，ｒｅｆを減じる演算を実行することにより、Δｆｒｅｆを出力する。
【0037】
乗算器３０６は、加算器３０５からの入力であるΔｆｒｅｆに対し、電力系統１の定格周波数ｆｎで除する演算を実行する。
【0038】
乗算器３０７は、乗算器３０６からの入力に対し、Ｄを乗じる演算を実行することにより、前述のＰＤを出力する。ここで、Ｄは、ＧＦＭ制御方式における制動定数である（上述）。
【0039】
［積分器３１］
図２の積分器３１は、計算部５０からの入力である指令周波数ｆｒｅｆに対し、所定期間に亘って時間積分する演算を実行する。この演算によって、積分器３１は、出力部２０から出力される出力電圧ｖｏｕｔの位相の指令値である位相θｒｅｆを出力する。
図２の積分器３１は、計算部５０からの入力である指令周波数ｆｒｅｆに対し、所定期間に亘って時間積分する演算を実行する。この演算によって、積分器３１は、出力部２０から出力される出力電圧ｖｏｕｔの位相の指令値である位相θｒｅｆを出力する。
【0040】
［瞬時電圧制御部３２］
瞬時電圧制御部３２は、積分器３１からの入力である位相θｒｅｆと、出力電圧ｖｏｕｔの振幅の指令値である指令振幅Ｖｒｅｆとに基づいて、ＰＷＭ制御における基本波としての正弦波状の信号を生成する。正弦波状の信号は、ＰＷＭパルス生成部３３に出力される。
瞬時電圧制御部３２は、積分器３１からの入力である位相θｒｅｆと、出力電圧ｖｏｕｔの振幅の指令値である指令振幅Ｖｒｅｆとに基づいて、ＰＷＭ制御における基本波としての正弦波状の信号を生成する。正弦波状の信号は、ＰＷＭパルス生成部３３に出力される。
【0041】
［ＰＷＭパルス生成部３３］
ＰＷＭパルス生成部３３は、例えば三角波で実現される搬送波と、瞬時電圧制御部３２からの入力である基本波との交点を検出する。これによって、ＰＷＭパルス生成部３３は、ＰＷＭパルスのデューティ比を決定し、決定したデューティ比を有するＰＷＭパルスを生成する。ＰＷＭパルスは、出力部２０に出力され、出力部２０のインバータ回路（後述）が駆動される。
ＰＷＭパルス生成部３３は、例えば三角波で実現される搬送波と、瞬時電圧制御部３２からの入力である基本波との交点を検出する。これによって、ＰＷＭパルス生成部３３は、ＰＷＭパルスのデューティ比を決定し、決定したデューティ比を有するＰＷＭパルスを生成する。ＰＷＭパルスは、出力部２０に出力され、出力部２０のインバータ回路（後述）が駆動される。
【0042】
［出力部２０］
出力部２０は、直流電源２００と、複数のスイッチング素子を含むインバータ回路（図示せず）とを有する。インバータ回路は、直流電源２００からの直流電圧を交流電圧に変換し、電力系統１に出力電圧ｖｏｕｔとして出力する。このとき、インバータ回路は、ＰＷＭパルス生成部３３からの出力であるＰＷＭパルスに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔを出力する。
出力部２０は、直流電源２００と、複数のスイッチング素子を含むインバータ回路（図示せず）とを有する。インバータ回路は、直流電源２００からの直流電圧を交流電圧に変換し、電力系統１に出力電圧ｖｏｕｔとして出力する。このとき、インバータ回路は、ＰＷＭパルス生成部３３からの出力であるＰＷＭパルスに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔを出力する。
【0043】
以上説明した電源装置５の各構成要素の処理により、出力部２０から電力系統１へ出力電圧ｖｏｕｔが出力される。
【0044】
一般的な電源装置５においては、慣性定Ｈ及び制動定数Ｄは、それぞれ固定値である。これらのパラメータが固定値であると、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することは困難である。
【0045】
以下では、本実施形態の電源装置２について説明する。詳細は後述するが、本実施形態の電源装置２は、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能な電源装置である。
【0046】
＜＜電源装置２＞＞
図４は、本実施形態の電源装置２を説明するための図である。電源装置２は、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能な電源装置２である。
図４は、本実施形態の電源装置２を説明するための図である。電源装置２は、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能な電源装置２である。
【0047】
電源装置２は、制御装置３と、出力部２０とを備える。なお、制御装置３のハードウェア構成については上述の一般的な電源装置５の制御装置７と同様であるため、これについての詳細な説明は省略する。
【0048】
＜電源装置２の機能ブロック＞
本実施形態では、ＤＳＰ３５が所定のプログラムを実行した結果、制御装置３には、計算部３０と、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３とが実現される。
本実施形態では、ＤＳＰ３５が所定のプログラムを実行した結果、制御装置３には、計算部３０と、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３とが実現される。
【0049】
これによって、電源装置２は、計算部３０と、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３と、出力部２０とを備える。
【0050】
なお、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３とをまとめたものは、「生成部」に相当する。つまり、「生成部」は、出力電圧ｖｏｕｔを制御するための制御信号を生成する。
【0051】
ここで、積分器３１と、瞬時電圧制御部３２と、ＰＷＭパルス生成部３３と、出力部２０とはそれぞれ、上述した一般的な電源装置５のそれぞれと同様の構成であるため、以下ではこれらの説明を省略する。
【0052】
つまり、電源装置２は、一般的な電源装置５と比べると、計算部３０の構成が異なる。以下では、計算部３０について詳細に説明する。
【0053】
［計算部３０］
計算部３０は、上述した計算部５０と同様に、ＧＦＭ方式により同期発電機を模擬することにより、電力系統１に出力される出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する。そして、計算部３０は、計算した指令周波数ｆｒｅｆを積分器３１に出力する。
計算部３０は、上述した計算部５０と同様に、ＧＦＭ方式により同期発電機を模擬することにより、電力系統１に出力される出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する。そして、計算部３０は、計算した指令周波数ｆｒｅｆを積分器３１に出力する。
【0054】
図５は、本実施形態の電源装置２の計算部３０を説明する図である。計算部３０は、加算器３００，３０１，３０５と、乗算器３０２，３０３，３０６，３０７と、積分器３０４と、調整部３０８，３０９とを有する。
【0055】
ここで、加算器３００，３０１，３０５と、乗算器３０２，３０３，３０６，３０７と、積分器３０４とはそれぞれ、上述した一般的な電源装置５の計算部５０のそれぞれと同様の構成であるため、以下ではこれらの説明を省略する。
【0056】
なお、加算器３００は、「減算部」に相当する。つまり、減算部は、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔの差（「第１の差」に相当）を計算する。
【0057】
また、加算器３０１，３０５と、乗算器３０２，３０３，３０６，３０７と、積分器３０４とは、「周波数計算部」に相当する。つまり、周波数計算部は、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔの差と、慣性定数Ｈと、制動定数Ｄと、電力系統１の定格周波数ｆｎと、所定の設定周波数ｆｎ，ｒｅｆとに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する。
【0058】
つまり、計算部３０は、一般的な電源装置５の計算部５０と比べると、調整部３０８，３０９を更に備えている点で異なる。なお、調整部３０８は「第１調整部」に相当し、調整部３０９は「第２調整部」に相当する。以下では、調整部３０８，３０９について詳細に説明する。
【0059】
［調整部３０８］
調整部３０８は、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係（「第１の関係」に相当）を示す情報（「第１の情報」に相当）と、を用いて、慣性定数Ｈを調整する。
調整部３０８は、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係（「第１の関係」に相当）を示す情報（「第１の情報」に相当）と、を用いて、慣性定数Ｈを調整する。
【0060】
図６は、計算された指令周波数ｆｒｅｆ（横軸）及び慣性定数Ｈ（縦軸）の関係の一例を示す図である。この図に示す関係は、電源装置２の設計者又は運用者等によって予め設定されたものである。
【0061】
この例では、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係は、計算された指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎに近いほど小さくなる特性を有する。
【0062】
具体的には、慣性定数Ｈの値は、Ｈｄｅｆａｕｌｔ又はＨｍｉｎのいずれかを取り得る。Ｈｄｅｆａｕｌｔは、例えば、一般的な電源装置５において用いられる慣性定数Ｈと同じか同程度の値とすればよい。Ｈｍｉｎは、Ｈｄｅｆａｕｌｔよりも小さい。
【0063】
また、ｆｎは、電力系統１の定格周波数である（前述）。ｆＤＢ，Ｌは、所定の下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌを設定するためのパラメータであり、ｆＤＢ，Ｈは、所定の上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈを設定するためのパラメータである。ｆＤＢ，Ｌ及びｆＤＢ，Ｈの値は、いずれも正である。
【0064】
この例では、計算された指令周波数ｆｒｅｆが、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌ以上であり、上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈ以下である場合に、慣性定数Ｈの値はＨｍｉｎである。計算された指令周波数ｆｒｅｆが、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌより小さいか、上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈより大きい場合に、慣性定数Ｈの値はＨｄｅｆａｕｌｔである。
【0065】
また、この例では、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係は、定格周波数ｆｎに対して対称となる特性を有する。つまり、ｆＤＢ，Ｌ及びｆＤＢ，Ｈは等しい。
【0066】
調整部３０８は、調整した慣性定数Ｈを、乗算器３０２に出力する。これによって、乗算器３０２は、調整された慣性定数Ｈを用いて演算を行う。
【0067】
以下では、調整部３０８が図６に示した関係を用いて慣性定数Ｈを調整することの効果について説明する。
【0068】
電力系統１の出力電圧の周波数は、常時定格周波数ｆｎであることが理想である。しかし、電力系統１の正常時においても、電力系統１の出力電圧の周波数は、様々な要因や誤差等により、定格周波数ｆｎから微弱な変動を示す場合がある。
【0069】
一般的な電源装置５は、このような周波数の微弱な変動に対し、出力電圧ｖｏｕｔの周波数を瞬時に同期させることができない場合がある。これは、一般的な電源装置５が模擬すべき同期発電機が有する回転体が、その慣性や受ける抵抗により、外力に対して瞬時に応答できないことに起因している。
【0070】
電力系統１の出力電圧の周波数の微弱な変動に対し、電源装置５の出力電圧ｖｏｕｔの周波数が瞬時に同期しないと、電力系統１の出力電圧の位相と、電源装置５の出力電圧ｖｏｕｔの位相とが互いに乖離するように変動する。
【0071】
そうすると、電力Ｐｏｕｔが電力Ｐｒｅｆに対して乖離し、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力が生じる。このような不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を抑制するため、調整部３０８は、図６に示す関係を用いて、慣性定数Ｈを調整する。以下、詳細に説明する。
【0072】
図６に示すように、計算された指令周波数ｆｒｅｆが、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，ＨＬから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈまでの範囲内である場合、慣性定数Ｈは、Ｈｍｉｎに調整される。Ｈｍｉｎは、一般的な電源装置５において用いられる慣性定数Ｈに比べて小さい値である。
【0073】
この場合、電源装置２が模擬すべき同期発電機の回転体の慣性定数が小さくなり、回転体は回転しやすくなることに相当する。つまり、模擬すべき同期発電機の出力電圧は、電力系統１の出力電圧に同期しやすくなることに相当する。
【0074】
これによって、計算部３０によって計算される指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に同期しやすくなる。そうすると、電源装置２の出力電圧ｖｏｕｔの位相と、電力系統１の出力電圧の位相との乖離が抑制される。
【0075】
これによって、電力系統１の出力電圧の周波数の微弱な変動が生じ、指令周波数ｆｒｅｆが下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈまでの範囲である場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力が抑制される。
【0076】
換言すると、電力系統１の出力電圧の周波数の微弱な変動に対し、入出力される電力Ｐｏｕｔの変化が抑制される領域（不感帯）を設けることができる。この例の不感帯は、指令周波数ｆｒｅｆが下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈまでの範囲である。
【0077】
以上のことから、図６の関係を用意するための設定パラメータであるｆＤＢ，Ｌ、ｆＤＢ，Ｈ及びＨｍｉｎについては以下のことがいえる。
【0078】
ｆＤＢ，Ｌ及びｆＤＢ，Ｈは、電力系統１の出力電圧の周波数の、正常時における定格周波数ｆｎからの変動幅程度であることが好ましい。このように設定することにより、電力系統１の出力電圧の周波数が変動幅の範囲内である場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を抑制することができる。
【0079】
また、Ｈｍｉｎは小さく、０（零）に近いほど好ましい。Ｈｍｉｎが小さいほど、電力系統１の出力電圧の周波数が変動幅の範囲内である場合に、指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に同期しやすくなる。
【0080】
なお、慣性定数Ｈは、乗算器３０２において逆数として乗算される。そのため、Ｈｍｉｎは数値計算上不安定な解が出力されない範囲において、可能な限り小さく設定されることが好ましい。
【0081】
［調整部３０９］
調整部３０９は、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係（「第２の関係」に相当）を示す情報（「第２の情報」に相当）と、を用いて、制動定数Ｄを調整する。
調整部３０９は、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係（「第２の関係」に相当）を示す情報（「第２の情報」に相当）と、を用いて、制動定数Ｄを調整する。
【0082】
図７は、計算された指令周波数ｆｒｅｆ（横軸）及び制動定数Ｄ（縦軸）の関係の一例を示す図である。この図に示す関係は、電源装置２の設計者又は運用者等によって予め設定されたものである。
【0083】
この例では、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係は、計算された指令周波数ｆｒｅｆが電力系統１の定格周波数ｆｎに近いほど小さくなる特性を有する。
【0084】
具体的には、制動定数Ｄの値は、Ｄｄｅｆａｕｌｔ又はＤｍｉｎのいずれかを取り得る。Ｄｄｅｆａｕｌｔは、例えば、一般的な電源装置５において用いられる制動定数Ｄと同じか同程度の値とすればよい。Ｄｍｉｎは、Ｄｄｅｆａｕｌｔよりも小さい。
【0085】
また、定格周波数ｆｎ、ｆＤＢ，Ｌ及びｆＤＢ，Ｈは、図６及び調整部３０８の説明で述べたものと同様である。
【0086】
この例では、計算された指令周波数ｆｒｅｆが、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌ以上であり、上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈ以下である場合に、制動定数Ｄの値はＤｍｉｎである。計算された指令周波数ｆｒｅｆが、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌより小さいか、上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈより大きい場合に、慣性定数Ｄの値はＤｄｅｆａｕｌｔである。
【0087】
また、この例では、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係は、定格周波数ｆｎに対して対称となる特性を有する。
【0088】
調整部３０９は、調整した制動定数Ｄを、乗算器３０７に出力する。これによって、乗算器３０７は、調整された制動定数Ｄを用いて演算を行う。
【0089】
以下では、調整部３０９が図７に示した関係を用いて制動定数Ｄを調整することの効果について説明する。
【0090】
一般的な電源装置５において、電力系統１の出力電圧の周波数に微弱な変動が生じると、電力Ｐｏｕｔが電力Ｐｒｅｆに対して乖離し、不要な電力Ｐｏｕｔが入出力されることは上述した通りである。
【0091】
このような不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を更に抑制するため、調整部３０９は、図７に示す関係を用いて、制動定数Ｄを調整する。以下、詳細に説明する。
【0092】
図７に示すように、計算された指令周波数ｆｒｅｆが、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈまでの間である場合、制動定数Ｄは、Ｄｍｉｎに調整される。Ｄｍｉｎは、一般的な電源装置５において用いられる制動定数Ｄに比べて小さい値である。
【0093】
この場合、電源装置２が模擬すべき同期発電機の回転体の制動定数が小さくなり、回転体は減衰しにくくなることに相当する。つまり、模擬すべき同期発電機の出力電圧は、電力系統１の出力電圧に同期しやすくなることに相当する。
【0094】
これによって、計算部３０によって計算される指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に同期しやすくなる。そうすると、電源装置２の出力電圧ｖｏｕｔの位相と、電力系統１の出力電圧の位相との乖離が抑制される。
【0095】
これによって、電力系統１の出力電圧の周波数の微弱な変動が生じた場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力が抑制される。
【0096】
換言すると、電力系統１の出力電圧の周波数の微弱な変動に対し、入出力される電力Ｐｏｕｔの変化が抑制される領域（不感帯）を設けることができる。この例の不感帯は、指令周波数ｆｒｅｆが下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈまでの範囲である。
【0097】
以上のことから、図７の関係を用意するための設定パラメータであるＤｍｉｎについては以下のことがいえる。
【0098】
Ｄｍｉｎは小さく、０（零）に近いほど好ましい。Ｄｍｉｎが小さいほど、電力系統１の出力電圧の周波数が変動幅の範囲内である場合に、指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に同期しやすくなる。なお、Ｄｍｉｎは、０（零）であってもよい。
【0099】
＝＝変形例＝＝
第１実施形態において、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係の一例を、図６に示した。また、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係の一例を、図７に示した。しかし、これらの関係は、図６及び図７に示したものに限られない。
第１実施形態において、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係の一例を、図６に示した。また、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係の一例を、図７に示した。しかし、これらの関係は、図６及び図７に示したものに限られない。
【0100】
計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係の他の例として、図８に示した関係を用いてもよい。この図においては、２つの例（（Ａ）及び（Ｂ））が示されている。
【0101】
図８（Ａ）は、指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈの範囲では、慣性定数Ｈは傾きが正の一次関数である。指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎに等しい場合に、慣性定数Ｈの値はＨｍｉｎである。指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈに等しい場合に、慣性定数Ｈの値はＨｄｅｆａｕｌｔである。更に、慣性定数Ｈは、定格周波数ｆｎに対して対称である。
【0102】
図８（Ｂ）は、指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈの範囲では、慣性定数Ｈは下に凸の二次関数である。指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎに等しい場合に、慣性定数Ｈの値はＨｍｉｎである。指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈに等しい場合に、慣性定数Ｈの値はＨｄｅｆａｕｌｔである。更に、慣性定数Ｈは、定格周波数ｆｎに対して対称である。
【0103】
これらの例のように、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係は、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈの範囲の慣性定数Ｈの値が、他の範囲の慣性定数Ｈの値に比べて小さければよい。
【0104】
また、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係の他の例として、図９に示した関係を用いてもよい。この図においては、２つの例（（Ａ）及び（Ｂ））が示されている。
【0105】
図９（Ａ）は、指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈの範囲では、制動定数Ｄは傾きが正の一次関数である。指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎに等しい場合に、制動定数Ｄの値はＤｍｉｎである。指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈに等しい場合に、制動定数Ｄの値はＤｄｅｆａｕｌｔである。更に、慣性定数Ｄは、定格周波数ｆｎに対して対称である。
【0106】
図９（Ｂ）は、指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈの範囲では、制動定数Ｄは下に凸の二次関数である。指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎに等しい場合に、制動定数Ｄの値はＤｍｉｎである。指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈに等しい場合に、慣性定数Ｄの値はＤｄｅｆａｕｌｔである。更に、慣性定数Ｄは、定格周波数ｆｎに対して対称である。
【0107】
これらの例のように、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係は、下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌから上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈの範囲の制動定数Ｄの値が、他の範囲の制動定数Ｄの値に比べて小さければよい。
【0108】
本変形例のような計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係、又は計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係を用いても、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能となる。
【0109】
なお、第１実施形態及び本変形例において。上限ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈ及び下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌが、慣性定数Ｈ及び制動定数Ｄについて同様の値を用いたが、これに限られるものではない。上限ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈ及び下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌは、慣性定数Ｈ及び制動定数Ｄのそれぞれについて異なる値としてもよい。
【0110】
【0111】
本実施形態の計算部４０は、計算部５０（図３）に比べると、電力Ｐｒｅｆと、電力Ｐｏｕｔと、所定の設定周波数ｆｎ，ｒｅｆと、周波数幅ｆＤＢ，Ｈと、周波数幅ｆＤＢ，Ｌとに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する点で異なっている。
【0112】
つまり、計算部４０には、周波数幅ｆＤＢ，Ｈと、周波数幅ｆＤＢ，Ｌとが更に入力される。周波数幅ｆＤＢ，Ｈ及び周波数幅ｆＤＢ，Ｌは、本実施形態の電源装置の運用者等によって予め設定された値である。
【0113】
更に、計算部４０は、計算部５０（図３）に比べると、調整部３０８と、加算器３１０，３１１と、制限部３１２とを更に備える点で異なっている。
【0114】
調整部３０８については、第１実施形態と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。以下では、加算器３１０，３１１と、制限部３１２とについて詳細に説明する。
【0115】
加算器３１０は、設定周波数ｆｎ，ｒｅｆに対し、周波数幅ｆＤＢ，Ｌを減じる演算を実行することにより、下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌを制限部３１２に出力する。
【0116】
加算器３１１は、設定周波数ｆｎ，ｒｅｆに対し、周波数幅ｆＤＢ，Ｈを加える演算を実行することにより、上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈを制限部３１２に出力する。
【0117】
なお、周波数幅ｆＤＢ，Ｌは、下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌが、設定周波数ｆｎ，ｒｅｆよりも小さい所定の値となるように予め設定されるものである。また、周波数幅ｆＤＢ，Ｈは、上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈが、設定周波数ｆｎ，ｒｅｆよりも大きい所定の値となるように予め設定されるものである。
【0118】
制限部３１２は、計算された指令周波数ｆｒｅｆを上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈ及び下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌで制限して出力する。
【0119】
つまり、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈより小さく下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌより大きい場合、制限部３１２は、指令周波数ｆｒｅｆをそのまま加算器３０５に出力する。
【0120】
一方、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈより大きい場合、制限部３１２は、上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈを加算器３０５に出力する。計算された指令周波数ｆｒｅｆが下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌより小さい場合、制限部３１２は、下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌを加算器３０５に出力する。
【0121】
加算器３０５は、本実施形態では、制限部３１２から出力される指令周波数及び計算された指令周波数ｆｒｅｆの差（「第２の差」に相当）をΔｆｒｅｆとして出力する。
【0122】
なお、「計算された指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈより小さく下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌより大きい場合」とは、「制限部３１２から出力される指令周波数が上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈより小さく下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌより大きい場合」ともいえる。
【0123】
以下の説明において、この場合を、「計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲内である場合」と称する場合がある。
【0124】
また、「計算された指令周波数ｆｒｅｆが下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌより小さい場合、または、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈより大きい場合」とは、「制限部３１２から出力される指令周波数が上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈまたは下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌである場合」ともいえる。
【0125】
以下の説明において、この場合を、「計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲外である場合」と称する場合がある。
【0126】
以下では、加算器３０５から後段の処理について、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲内である場合と、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲外である場合に分けて説明する。
【0127】
・計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲内である場合
電力系統１の出力電圧の周波数の変動が微弱であり、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲内となった場合が相当する。
電力系統１の出力電圧の周波数の変動が微弱であり、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲内となった場合が相当する。
【0128】
この場合、加算器３０５が出力するΔｆｒｅｆは、０（零）となる。そうすると、乗算器３０７から出力され、加算器３０１に入力される電力ＰＤは０（零）となる。
【0129】
つまり、この場合、計算部４０は、加算器３０５から乗算器３０７までの処置において、回転体の回転の減衰の影響を排除して、指令周波数ｆｒｅｆを再度計算することになる。
【0130】
従って、この場合、計算部４０は、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔの差及び慣性定数Ｈに基づいて、指令周波数ｆｒｅｆを計算する（加算器３０１から積分器３０４までの処理）。
【0131】
また、この場合、回転体の回転の減衰の影響が排除されるため、計算部４０によって計算される指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に同期しやすくなる。
【0132】
そうすると、電源装置２の出力電圧ｖｏｕｔの位相と、電力系統１の出力電圧の位相との乖離が抑制される。
【0133】
従って、電力系統１の出力電圧の周波数の微弱な変動が生じた場合であって、指令周波数ｆｒｅｆが上下限値の範囲内である場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力が抑制される。
【0134】
換言すると、電力系統１の出力電圧の周波数の微弱な変動に対し、入出力される電力Ｐｏｕｔの変化が抑制される領域（不感帯）を設けることができる。この例の不感帯は、指令周波数ｆｒｅｆが下限値ｆｎ－ｆＤＢ，Ｌ以上であり、上限値ｆｎ＋ｆＤＢ，Ｈ以下である範囲である。
【0135】
・計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲外である場合
電力系統１の出力電圧の周波数の変動が無視できず、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲外となった場合が相当する。
電力系統１の出力電圧の周波数の変動が無視できず、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上下限の範囲外となった場合が相当する。
【0136】
この場合のうち、計算された指令周波数ｆｒｅｆが上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈより大きい場合、加算器３０５が出力するΔｆｒｅｆは、ｆｒｅｆ－ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｈとなる。一方、計算された指令周波数ｆｒｅｆが下限値より小さい場合、加算器３０５が出力するΔｆｒｅｆは、ｆｒｅｆ－ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｌとなる。つまり、いずれの場合も、加算器３０５が出力するΔｆｒｅｆは、一般に０（零）とならない。
【0137】
従って、この場合、計算部４０は、制限部３１２から出力される指令周波数及び計算された指令周波数ｆｒｅｆの差Δｆｒｅｆと、制動定数Ｄと、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔの差と、慣性定数Ｈと、に基づいて指令周波数ｆｒｅｆを計算する。
【0138】
つまり、この場合、計算部４０は、電力系統１の出力電力の周波数を定格周波数ｆｎに維持するための指令周波数ｆｒｅｆを再計算する。
【0139】
なお、本実施形態では、上限値ｆｎ，ｒｅｆ＋ｆＤＢ，Ｈと設定周波ｆｎ数との差は、設定周波数ｆｒと下限値ｆｎ，ｒｅｆ－ｆＤＢ，Ｌとの差に等しく設定されている。
【0140】
本実施形態の電源装置を用いても、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能となる。
【0141】
＝＝まとめ＝＝
以上、実施形態の電源装置２は、回転体を有する同期発電機を模擬し、出力電圧ｖｏｕｔの周波数を制御することによって電力系統１との間で電力を入出力する電源装置２であって、電力系統１に出力する目標となる電力Ｐｒｅｆと、電力系統１に実際に入出力される電力Ｐｏｕｔとの差を計算する減算部と、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔとの差と、回転体の慣性を示す慣性定数とＨ、回転体の回転の減衰を示す制動定数Ｄと、電力系統１の定格周波数ｆｎと、所定の設定周波数ｆｎ，ｒｅｆとに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する周波数計算部と、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係を示す情報と、を用いて、慣性定数Ｈを調整する調整部３０８と、指令周波数ｆｒｅｆに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔを制御するための制御信号を生成する生成部と、制御信号に基づいて生成された出力電圧ｖｏｕｔを、電力系統１に出力する出力部とを備える。
以上、実施形態の電源装置２は、回転体を有する同期発電機を模擬し、出力電圧ｖｏｕｔの周波数を制御することによって電力系統１との間で電力を入出力する電源装置２であって、電力系統１に出力する目標となる電力Ｐｒｅｆと、電力系統１に実際に入出力される電力Ｐｏｕｔとの差を計算する減算部と、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔとの差と、回転体の慣性を示す慣性定数とＨ、回転体の回転の減衰を示す制動定数Ｄと、電力系統１の定格周波数ｆｎと、所定の設定周波数ｆｎ，ｒｅｆとに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算する周波数計算部と、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係を示す情報と、を用いて、慣性定数Ｈを調整する調整部３０８と、指令周波数ｆｒｅｆに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔを制御するための制御信号を生成する生成部と、制御信号に基づいて生成された出力電圧ｖｏｕｔを、電力系統１に出力する出力部とを備える。
【0142】
このような構成によれば、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能となる。
【0143】
電源装置２において、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係は、計算された指令周波数ｆｒｅｆが定格周波数ｆｎに近いほど小さくなる特性を有する。このような構成によれば、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に更に同期しやすくなる。そうすると、電源装置２の出力電圧ｖｏｕｔの位相と、電力系統１の出力電圧の位相との乖離が抑制される。これによって、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を抑制することができる。
【0144】
電源装置２において、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係は、定格周波数ｆｎに対して対称となる特性を有する。このような構成によれば、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎに対して高く変動した場合であっても、低く変動した場合であっても、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を抑制することができる。
【0145】
電源装置２は、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係を示す情報と、を用いて、制動定数Ｄを調整する調整部３０９を更に有してもよい。このような構成によれば、電力系統１の状態に応じて更に柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能となる。
【0146】
電源装置２において、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係は、計算された指令周波数ｆｒｅｆが電力系統１の定格周波数ｆｎに近いほど小さくなる特性を有する。このような構成によれば、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に更に同期しやすくなる。そうすると、電源装置２の出力電圧ｖｏｕｔの位相と、電力系統１の出力電圧の位相との乖離が抑制される。これによって、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を更に抑制することができる。
【0147】
電源装置２において、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び制動定数Ｄの関係は、定格周波数ｆｎに対して対称となる特性を有する。このような構成によれば、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎに対して高く変動した場合であっても、低く変動した場合であっても、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を抑制することができる。
【0148】
第２実施形態の電源装置において、周波数計算部は、計算された指令周波数ｆｒｅｆが、設定周波数ｆｎよりも小さい所定の下限値よりも大きく、設定周波数ｆｎよりも大きい所定の上限値よりも小さい場合に、回転体の回転の減衰の影響を排除して、指令周波数ｆｒｅｆを再度計算する。このような構成によれば、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に更に同期しやすくなる。そうすると、電源装置２の出力電圧ｖｏｕｔの位相と、電力系統１の出力電圧の位相との乖離が抑制される。これによって、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を更に抑制することができる。
【0149】
第２実施形態の電源装置において、計算された指令周波数ｆｒｅｆを上限値及び下限値で制限して出力する制限部３１２を更に備え、周波数計算部は、制限部３１２から出力される指令周波数ｆｒｅｆが上限値より小さく下限値より大きい場合、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔの差及び慣性定数Ｈに基づいて、指令周波数ｆｒｅｆを計算し、制限部３１２から出力される指令周波数ｆｒｅｆが上限値または下限値である場合、制限部３１２から出力される指令周波数及び計算された指令周波数ｆｒｅｆの差Δｆｒｅｆと、制動定数Ｄと、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔの差と、慣性定数Ｈと、に基づいて指令周波数ｆｒｅｆを計算する。このような構成によれば、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、制限部３１２から出力される指令周波数及び計算された指令周波数ｆｒｅｆの差Δｆｒｅｆが０（零）となる。そうすると、回転体の回転の減衰の影響が排除されるため、指令周波数ｆｒｅｆは、電力系統１の出力電圧の周波数に更に同期しやすくなる。そうすると、電源装置２の出力電圧ｖｏｕｔの位相と、電力系統１の出力電圧の位相との乖離が抑制される。これによって、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を更に抑制することができる。
【0150】
第２実施形態の電源装置において、上限値と設定周波数ｆｎとの差は、設定周波数ｆｎと下限値との差に等しく設定されている。このような構成によれば、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎを中心に微弱な変動を示した場合に、電力系統１の出力電圧の周波数が定格周波数ｆｎに対して高く変動した場合であっても、低く変動した場合であっても、不要な電力Ｐｏｕｔの入出力を抑制することができる。
【0151】
実施形態の電圧生成方法は、回転体を有する同期発電機を模擬し、出力電圧ｖｏｕｔの周波数を制御することによって電力系統１との間で電力を入出力する電源装置２が、電力系統１に出力する目標となる電力Ｐｒｅｆと、電力系統１に実際に入出力される電力Ｐｏｕｔとの差を計算するステップと、電力Ｐｒｅｆ及び電力Ｐｏｕｔとの差と、回転体の慣性を示す慣性定数Ｈと、回転体の回転の減衰を示す制動定数Ｄと、電力系統１の定格周波数ｆｎと、所定の設定周波数ｆｎ，ｒｅｆとに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔに対する指令周波数ｆｒｅｆを計算するステップと、計算された指令周波数ｆｒｅｆと、計算された指令周波数ｆｒｅｆ及び慣性定数Ｈの関係を示す情報と、を用いて、慣性定数Ｈを調整するステップと、指令周波数ｆｒｅｆに基づいて、出力電圧ｖｏｕｔを制御するための制御信号を生成する生成するステップと、制御信号に基づいて生成された出力電圧を、電力系統１に出力するステップとを含む。
【0152】
このような方法によれば、電力系統１の状態に応じて柔軟に出力電圧ｖｏｕｔを生成することが可能となる。
【符号の説明】
【0153】
電力系統 １
電源装置 ２
出力部 ２０
直流電源 ２００
制御装置 ３
計算部 ３０
加算器 ３００
加算器 ３０１
乗算器 ３０２
乗算器 ３０３
積分器 ３０４
加算器 ３０５
乗算器 ３０６
乗算器 ３０７
調整部 ３０８
調整部 ３０９
制限部 ３１０
積分器 ３１
瞬時電圧制御部 ３２
ＰＷＭパルス生成部 ３３
電源装置 ５
制御装置 ７
電源装置 ２
出力部 ２０
直流電源 ２００
制御装置 ３
計算部 ３０
加算器 ３００
加算器 ３０１
乗算器 ３０２
乗算器 ３０３
積分器 ３０４
加算器 ３０５
乗算器 ３０６
乗算器 ３０７
調整部 ３０８
調整部 ３０９
制限部 ３１０
積分器 ３１
瞬時電圧制御部 ３２
ＰＷＭパルス生成部 ３３
電源装置 ５
制御装置 ７
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】