特許 7443633 フリッカ抑制装置およびフリッカ抑制制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-26

(45)【発行日】2024-03-05

(54)【発明の名称】フリッカ抑制装置およびフリッカ抑制制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/24 20060101AFI20240227BHJP

【ＦＩ】

H02J3/24

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023569919

(86)(22)【出願日】2023-04-13

(86)【国際出願番号】 JP2023015063

【審査請求日】2023-11-10

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小野里 航平

(72)【発明者】

【氏名】森島 直樹

(72)【発明者】

【氏名】高橋 達也

(72)【発明者】

【氏名】谷 直樹

【審査官】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２２／１６３６９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０２８７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１８２８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分散型電源を系統連系するためのパワーコンディショナが接続された電力系統のフリッカ抑制装置であって、
蓄電要素と前記電力系統との間で電力変換を行う電力変換器と、
前記電力系統上の交流電圧を検出する電圧検出器と、
検出された前記交流電圧に基づいて前記電力変換器の出力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記交流電圧の実効値の上昇に対応して前記蓄電要素から出力される直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に出力する一方で、前記交流電圧の実効値の低下に対応して前記電力系統からの交流電力を直流電力に変換して前記蓄電要素に出力するように前記電力変換器を制御する、フリッカ抑制装置。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記交流電圧の実効値の変動量を検出する電圧変動検出器と、
前記変動量を入力する、予め定められた制御演算に従って前記電力変換器から前記電力系統に出力する有効電力指令値を生成する有効電力制御器と、
前記有効電力指令値に従った有効電力を出力するように前記電力変換器の制御指令を生成する電力変換制御器とを含み、
前記有効電力制御器は、前記交流電圧の実効値の上昇に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の低下を補償するように前記有効電力指令値を生成する一方で、前記交流電圧の実効値の低下に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の上昇を補償するように前記有効電力指令値を生成する、請求項１に記載のフリッカ抑制装置。

【請求項3】

前記有効電力制御器は、前記制御演算により、予め定められた比例ゲインと前記変動量との積に従って、前記有効電力の大きさと前記変動量の絶対値とが比例するように前記有効電力指令値を生成する、請求項２に記載のフリッカ抑制装置。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記交流電圧の実効値の変動量を検出する電圧変動検出器と、
前記変動量を入力する、予め定められた制御演算に従って前記電力変換器から前記電力系統に出力する有効電流指令値を生成する有効電力制御器と、
前記有効電流指令値に従った有効電流を出力するように前記電力変換器の制御指令を生成する電力変換制御器とを含み、
前記有効電力制御器は、前記交流電圧の実効値の上昇に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の低下を補償するように前記有効電流指令値を生成する一方で、前記交流電圧の実効値の低下に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の上昇を補償するように前記有効電流指令値を生成する、請求項１に記載のフリッカ抑制装置。

【請求項5】

前記有効電力制御器は、前記制御演算により、予め定められた比例ゲインと前記変動量との積に従って、前記有効電流の大きさと前記変動量の絶対値とが比例するように前記有効電流指令値を生成する、請求項４に記載のフリッカ抑制装置。

【請求項6】

前記制御装置は、
検出された前記交流電圧に基づいて、前記交流電圧の周波数である系統周波数の変化量である周波数偏差を検出する周波数偏差検出器と、
前記周波数偏差を入力とする、予め定められた制御演算に従って前記電力変換器から前記電力系統に出力する無効電力指令値を生成する無効電力制御器とをさらに含み、
前記無効電力制御器は、前記系統周波数の上昇に対応して前記周波数偏差を補償するための進み無効電力を出力するように前記無効電力指令値を生成する一方で、前記系統周波数の低下に対応して前記周波数偏差を補償するための遅れ無効電力を出力するように前記無効電力指令値を生成し、
前記電力変換制御器は、前記有効電力指令値に従った有効電力および前記無効電力指令値に従った無効電力を出力するように前記制御指令を生成する、請求項２に記載のフリッカ抑制装置。

【請求項7】

分散型電源を連系するためのパワーコンディショナが接続された電力系統のフリッカ抑制制御方法であって、
前記電力系統上の交流電圧を検出するするステップと、
検出された前記交流電圧に基づいて、蓄電要素と前記電力系統との間で電力変換を行う電力変換器の出力を制御するステップとを備え、
前記制御するステップにおいて、前記交流電圧の実効値の上昇に対応して前記蓄電要素から出力される直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に出力する一方で、前記交流電圧の実効値の低下に対応して前記電力系統からの交流電力を直流電力に変換して前記蓄電要素に出力するように、前記電力変換器は制御される、フリッカ抑制制御方法。

【請求項8】

前記制御するステップは、
前記交流電圧の実効値の変動量を検出するステップと、
前記変動量を入力する、予め定められた制御演算に従って前記電力変換器から前記電力系統に出力する有効電力指令値を生成するステップと、
前記有効電力指令値に従った有効電力を出力するように前記電力変換器の制御指令を生成するステップとを含み、
前記有効電力指令値を生成するステップは、
前記交流電圧の実効値の上昇に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の低下を補償するように前記有効電力指令値を生成するステップと、
前記交流電圧の実効値の低下に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の上昇を補償するように前記有効電力指令値を生成するステップとを含む、請求項７に記載のフリッカ抑制制御方法。

【請求項9】

前記制御するステップは、
前記交流電圧の実効値の変動量を検出するステップと、
前記変動量を入力する、予め定められた制御演算に従って前記電力変換器から前記電力系統に出力する有効電流指令値を生成するステップと、
前記有効電流指令値に従った有効電流を出力するように前記電力変換器の制御指令を生成するステップとを含み、
前記有効電流指令値を生成するステップは、
前記交流電圧の実効値の上昇に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の低下を補償するように前記有効電流指令値を生成するステップと、
前記交流電圧の実効値の低下に対応して前記パワーコンディショナが出力する有効電流の上昇を補償するように前記有効電流指令値を生成するステップとを含む、請求項７に記載のフリッカ抑制制御方法。

【請求項10】

前記制御するステップは、
検出された前記交流電圧に基づいて、前記交流電圧の周波数である系統周波数の変化量である周波数偏差を検出するステップと、
前記周波数偏差を入力とする、予め定められた制御演算に従って前記電力変換器から前記電力系統に出力する無効電力指令値を生成するステップとをさらに含み、
前記無効電力指令値を生成するステップは、
前記系統周波数の上昇に対応して前記周波数偏差を補償するための進み無効電力を出力するように前記無効電力指令値を生成するステップと、
前記系統周波数の低下に対応して前記周波数偏差を補償するための遅れ無効電力を出力するように前記無効電力指令値を生成するステップとを含み、
前記制御指令を生成するステップは、前記有効電力指令値に従った有効電力および前記無効電力指令値に従った無効電力を出力するように前記制御指令を生成するステップを含む、請求項８に記載のフリッカ抑制制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、フリッカ抑制装置およびフリッカ抑制制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、再生エネルギの導入が進む下で、電力系統に対して太陽光発電装置に代表される分散型電源が多数接続されるようになっている。また、分散型電源を系統連系するためのパワーコンディショナ（ＰＣＳ）には、単独運転状態の検出機能として、ＪＥＭ１４９８規定に定められた、新型能動的方式（ステップ注入付周波数フィードバック方式）の適用が拡大されている。上記新型能動的方式では、ＰＣＳから電力系統に無効電力を注入した際の系統周波数の変化を監視することで、単独運転状態であるか否かが判断される。

【0003】

このような新型能動的方式が適用されたＰＣＳが電力系統に多数接続されることに起因して、電力系統の電圧変動（フリッカ）が６～７Ｈｚ程度の周波数で発生する現象が生じることが知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、ＰＣＳから注入される無効電力を相殺することを意図して、系統周波数の変化を補償するような無効電力を注入することにより、上記要因のフリッカの抑制を試みることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０２２／１６３６９７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力系統においては、日照量が少ないときにも分散型電源の発電量を確保するために、分散型電源の定格容量をＰＣＳの定格容量よりも大きくする構成が採用される場合がある。この構成では、ＰＣＳから出力される有効電力がＰＣＳの定格容量に基づく範囲内に収まるように、ＰＣＳから出力される有効電流は、交流電圧の実効値が大きくなるほど小さくなり、交流電圧の実効値が小さくなるほど大きくなるように制御される。

【0006】

交流電圧の実効値の大きさに応じて有効電流の大きさが変動するため、ＰＣＳから電力系統に有効電力を送るためには、交流電圧の位相差を変動させることが必要となる。この交流電圧の位相変動は、系統周波数を変化させることに値する。系統周波数の変化に対応して上述した単独運転状態の検出機能により、ＰＣＳは、当該周波数変化（上昇または低下）を助長する方向の無効電力を注入する。この単独運転検出のための無効電力の注入は、結果的にフリッカを拡大させてしまうことになる。

【0007】

特許文献１に記載されるフリッカ抑制装置は、系統周波数の変化を補償するような無効電力を電力系統に注入する。しかしながら、ＰＣＳの有効電力制御に起因する交流電圧の位相変動の大きさ（すなわち、周波数の変化量の大きさ）によっては、フリッカの不安定度が増大してしまい、フリッカ抑制装置による無効電力の注入によっても、十分な抑制効果を得ることが難しいことが懸念される。

【0008】

本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、分散型電源を系統連系するためのパワーコンディショナが接続された電力系統において、パワーコンディショナの有効電力制御に起因するフリッカを抑止することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示のある局面によれば、分散型電源を系統連系するためのパワーコンディショナが接続された電力系統のフリッカ抑制装置が提供される。フリッカ抑制装置は、蓄電要素と電力系統との間で電力変換を行う電力変換器と、電力系統上の交流電圧を検出する電圧検出器と、検出された交流電圧に基づいて前記電力変換器の出力を制御する制御装置とを備える。制御装置は、交流電圧の実効値の上昇に対応して蓄電要素から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する一方で、交流電圧の実効値の低下に対応して電力系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電要素に出力するように電力変換器を制御する。

【0010】

本開示の別の局面によれば、分散型電源を連系するためのパワーコンディショナが接続された電力系統のフリッカ抑制制御方法が提供される。フリッカ抑制制御方法は、電力系統上の交流電圧を検出するするステップと、検出された交流電圧に基づいて、蓄電要素と電力系統との間で電力変換を行う電力変換器の出力を制御するステップとを備える。制御するステップにおいて、交流電圧の実効値の上昇に対応して蓄電要素から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する一方で、交流電圧の実効値の低下に対応して電力系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電要素に出力するように、電力変換器は制御される。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、分散型電源を系統連系するためのパワーコンディショナが接続された電力系統において、パワーコンディショナの有効電力制御に起因するフリッカを抑止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係るフリッカ抑制装置が接続される電力系統の構成を説明する概略ブロック図である。

【図2】ＰＣＳの制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】ＰＣＳが出力する無効電力の特性を説明する概念図である。

【図4】フリッカ抑制装置の制御装置のハードウェア構成例を示す図である。

【図5】制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図6】有効電力逆注入制御部における制御演算の第１の例を説明する概念図である。

【図7】有効電力逆注入制御部における制御演算の第２の例を説明する概念図である。

【図8】実施の形態１に係るフリッカ抑制装置によるフリッカ抑制処理を説明するフローチャートである。

【図9】実施の形態２に係るフリッカ抑制装置の構成を示すブロック図である。

【図10】有効電力逆注入制御部における制御演算の第１の例を説明する概念図である。

【図11】有効電力逆注入制御部における制御演算の第２の例を説明する概念図である。

【図12】実施の形態３に係るフリッカ抑制装置の構成を示すブロック図である。

【図13】無効電力逆注入制御部における制御演算の第１の例を説明する概念図である。

【図14】無効電力逆注入制御部における制御演算の第２の例を説明する概念図である。

【図15】実施の形態３に係るフリッカ抑制装置によるフリッカ抑制処理を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

【0014】

実施の形態１．
＜電力系統の構成＞
図１は、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置が接続される電力系統の構成を説明する概略ブロック図である。

【0015】

図１に示すように、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００は、電圧源１０、母線２０，母線２２を含む電力系統に接続される。母線２２には、太陽光発電装置に代表される分散型電源４０を系統連系するためのＰＣＳ３０が接続される。母線２２は、送電線２１を介して母線２０に接続される。母線２０には電圧源１０が接続される。電圧源１０は、例えば、三相の交流電源である。

【0016】

（ＰＣＳ３０の構成）
ＰＣＳ３０は、分散型電源４０から取り込んだ有効電力Ｐｘを母線２２に出力する。また、ＰＣＳ３０は、単独運転状態の検出機能を有しており、当該検出機能のための無効電力Ｑｘを母線２２に出力する。

【0017】

電流検出器５２は、母線２２およびＰＣＳ３０間に流れる三相の交流電流Ｉｘを検出し、検出値を示す信号を制御装置５０へ出力する。電圧検出器５４は、母線２２における三相の交流電圧Ｖｘを検出し、検出値を示す信号を制御装置５０へ出力する。

【0018】

制御装置５０は、電流検出器５２および電圧検出器５４から入力される信号に基づいて、ＰＣＳ３０から母線２２に出力される有効電力Ｐｘをおよび無効電力Ｑｘを制御する。

【0019】

なお、本実施の形態において、ＰＣＳ３０が出力する無効電力Ｑｘ（無効電流）の位相の進みおよび遅れは、ＪＥＭ１４９８規定に準じている。具体的には、母線２２からＰＣＳ３０に電力（電流）が流入する方向を「正」と定義して、当該電流方向にて、電圧に対して位相が９０度遅れる電流による無効電力を「遅れ（遅相）無効電力」と定義し、反対に、当該電圧に対して位相が９０度進んだ電流による無効電力を「進み（進相）無効電力」と定義する。また、本実施の形態において、系統側（母線２０，２２）からＰＣＳ３０またはフリッカ抑制装置１００（電力変換器１１０）に電力（電流）が流入する方向を「正」と定義する。

【0020】

図２は、ＰＣＳ３０の制御装置５０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置５０は、ＰＣＳ３０から出力される有効電力Ｐｘを制御する有効電力制御器６０と、ＰＣＳ３０から出力される無効電力Ｑｘを制御する無効電力制御器７０と、ＰＣＳ制御器８０とを含んで構成される。

【0021】

有効電力制御器６０、無効電力制御器７０およびＰＣＳ制御器８０の各機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置５０の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはこれらを組み合わせたものなどで構成される。

【0022】

有効電力制御器６０は、有効電力リミット値生成部６１と、有効電力制御部６３と、電圧フィードフォワード（ＦＦ）部６５と、加算器６７と、有効電流制御部６９とを含む。

【0023】

有効電力リミット値生成部６１は、ＰＣＳ３０が出力可能な有効電力Ｐｘの上限値である有効電力リミット値ＰＬｉｍを生成する。有効電力リミット値ＰＬｉｍは、ＰＣＳ３０が出力可能な有効電力の上限値に相当する。有効電力リミット値ＰＬｉｍは、ＰＣＳ３０の定格容量または外部からの指令に基づいて設定される。

【0024】

なお、日照量が少ないときにも分散型電源４０の発電量を確保するために、分散型電源４０の定格容量をＰＣＳ３０の定格容量よりも大きくする構成が採用される場合がある。これは過積載と呼ばれている。この場合、分散型電源４０の発電量がＰＣＳ３０の定格容量を超えたことに応じて、ＰＣＳ３０が出力する有効電力Ｐｘは、有効電力リミット値ＰＬｉｍに制限される。

【0025】

有効電力制御部６３は、ＰＣＳ３０が出力する有効電力Ｐｘを有効電力リミット値ＰＬｉｍに従う範囲内に制限するための有効電流指令値Ｉｐｘ＊を生成する。具体的には、有効電力制御部６３は、電流検出器５２により検出される交流電流Ｉｘおよび電圧検出器５４により検出される交流電圧Ｖｘから、ＰＣＳ３０が出力する有効電力Ｐｘを算出する。有効電力ＰｘはＶＩｃｏｓφで与えられる。ただし、Ｖは交流電圧Ｖｘの線間電圧であり、Ｉは交流電流Ｉｘの線電流であり、φは交流電圧Ｖｘと交流電流Ｉｘとの位相差であり、ｃｏｓφは力率である。

【0026】

有効電力制御部６３は、有効電力リミット値ＰＬｉｍと有効電力Ｐｘとの偏差ΔＰｘ（＝ＰＬｉｍ－Ｐｘ）を算出する。有効電力制御部６３は、偏差ΔＰｘを０にするためのフィードバック制御により、有効電流指令値Ｉｐｘ＊を生成する。すなわち、有効電力制御部６３は、有効電力Ｐｘを有効電力リミット値ＰＬｉｍに追従させるための有効電流指令値Ｉｐｘ＊を生成する。有効電力制御部６３は、ＰＩ（比例積分）制御器、ＰＩＤ（比例積分微分）制御器などで構成される。有効電流指令値Ｉｐｘ＊は、有効電力（有効電流）制御を実現するためのフィードバック制御量に相当する。

【0027】

電圧ＦＦ部６５は、有効電力リミット値ＰＬｉｍおよび電圧検出器５４により検出される交流電圧Ｖｘに基づいて、有効電力（有効電流）制御におけるフィードフォワード制御量Ｉｐｘｆｆを生成する。具体的には、電圧ＦＦ部６５は、有効電力リミット値ＰＬｉｍを、交流電圧Ｖｘの線間電圧で除算することにより、フィードフォワード制御量Ｉｐｘｆｆを算出する（Ｉｐｘｆｆ＝ＰＬｉｍ／Ｖ）。

【0028】

フィードフォワード制御量Ｉｐｘｆｆは、有効電力Ｐｘを有効電力リミット値ＰＬｉｍに従う範囲内に制限するために必要とされる有効電流Ｉｐｘに相当する。言い換えれば、フィードフォワード制御量Ｉｐｘｆｆは、有効電力Ｐｘが有効電力リミット値ＰＬｉｍを超えないための有効電流Ｉｐｘの上限値に相当する。したがって、交流電圧Ｖｘの実効値が大きくなるに従って、フィードフォワード制御量Ｉｐｘｆｆは小さくなる。反対に、交流電圧Ｖｘの実効値が小さくなるに従って、フィードフォワード制御量Ｉｐｘｆｆは大きくなる。

【0029】

加算器６７は、有効電流指令値Ｉｐｘ＊（フィードバック制御量）と、フィードフォワード制御量Ｉｐｘｆｆとを加算することにより、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの指令値である有効電流指令値Ｉｐｘｒｅｆを生成する。これによると、フィードバック制御による制御安定性を確保した上で、フィードフォワード制御の適用により、交流電圧Ｖｘの変動に対する制御応答性を高めることができる。

【0030】

有効電流制御部６９は、有効電流Ｉｐｘを有効電流指令値Ｉｐｘｒｅｆに追従させるための有効電圧指令値Ｖｐｘｒｅｆを生成する。具体的には、有効電流制御部６９は、電流検出器５２により検出される交流電流Ｉｘを正相座標系で３相／２相変換することにより、有効電流Ｉｐｘを算出する。そして、有効電流制御部６９は、有効電流指令値Ｉｐｘｒｅｆと有効電流Ｉｐｘとの偏差ΔＩｐｘ（＝Ｉｐｘｒｅｆ－Ｉｐｘ）を算出する。有効電流制御部６９は、偏差ΔＩｐｘを０にするためのフィードバック制御により、有効電圧指令値Ｖｐｘｒｅｆを生成する。有効電流制御部６９は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成される。

【0031】

無効電力制御器７０は、周波数偏差検出器７２と、無効電力注入制御部７４と、無効電力制御部７６と、無効電流制御部７８とを含む。

【0032】

周波数偏差検出器７２は、電圧検出器５４によって検出された交流電圧Ｖｘから当該電圧の周波数である系統周波数ｆを検出する。そして、周波数偏差検出器７２は、検出された系統周波数ｆを用いて、系統周波数ｆの変化（上昇または低下）を示す周波数変化量（以下、「周波数偏差」とも称する）Δｆを算出する。

【0033】

本実施の形態では、系統周波数ｆの上昇時には、周波数偏差Δｆは正（Δｆ＞０）の極性を有し、系統周波数ｆの低下時には、周波数偏差Δｆは負（Δｆ＜０）の極性を有するように、周波数偏差Δｆが算出される。なお、周波数偏差Δｆの算出手法は、特許文献１に記載される各種手法を適用することができる。すなわち、系統周波数の上昇および低下を表すことができるのであれば、極性（正／負）の定義を含め、任意の手法によって周波数偏差Δｆを算出することが可能である。

【0034】

上述したようにＰＣＳ３０は、単独運転状態の検出機能を実現するための無効電力Ｑｘを母線２２に出力する。例えば、無効電力Ｑｘは、ＪＥＭ１４９８規定に定められた新型能動方式（ステップ注入付周波数フィードバック方式）に従って、図３に示された特性で出力される。

【0035】

図３の横軸には、系統周波数ｆの変化量である周波数偏差Δｆが、本実施の形態と同様の極性に従って、周波数上昇方向を正方向として示され、図３の縦軸には、無効電力Ｑｘが、進み無効電力を正値、遅れ無効電力を負値として示される。

【0036】

無効電力注入制御部７４は、図３に示された特性に従って、入力された周波数偏差Δｆを助長するように無効電力指令値Ｑｘｒｅｆを設定する。具体的には、無効電力注入制御部７４は、周波数偏差Δｆおよび比例ゲインＫｐの積に従って、無効電力指令値Ｑｘｒｅｆを設定する構成において、周波数偏差Δｆの大小に応じて、比例ゲインＫｐを切り替える。周波数偏差Δｆの絶対値が小さい領域（基準値ｆｐ以下）では、比例ゲインＫｐは第１ゲインに設定される。一方で、周波数偏差Δｆが基準値ｆｐを超えて周波数上昇側に変化すると、系統周波数をさらに上昇するために遅れ無効電力（Ｑｘｒｅｆ＜０）を出力するように、比例ゲインＫｐは、第１ゲインよりも大きい第２ゲインに設定される。同様に、周波数偏差Δｆが基準値－ｆｐを超えて周波数低下側に変化すると、系統周波数をさらに低下するために進み無効電力（Ｑｘｒｅｆ＞０）を出力するように、比例ゲインＫｐは、第２ゲインに設定される。なお、図３において、第１ゲインを０とすることで、周波数偏差Δｆの絶対値が小さい領域に、無効電力指令値Ｑｘｒｅｆ＝０とする不感帯を設けることも可能である。

【0037】

これにより、ＰＣＳ３０は、周波数偏差Δｆの絶対値が基準値ｆｐを超える系統周波数ｆの変化を検出したときには、当該周波数変化（上昇または低下）を助長する方向の無効電力Ｑｘを注入する。そして、このような助長方向の無効電力Ｑｘを注入した際に、当該助長が妨げられることなく周波数が一定量変化（上昇または低下）すると、ＰＣＳ３０が接続された母線２２に対する送電が停止されており、ＰＣＳ３０が単独運転状態であることを検出することができる。ＰＣＳ３０は、単独運転状態が検出されると、母線２２と分散型電源４０との間を電気的に切り離すように動作する。これにより、単独運転の防止機能が実現される。

【0038】

図２に戻って、無効電力制御部７６は、ＰＣＳ３０が出力する無効電力Ｑｘを無効電力指令値Ｑｘｒｅｆに追従させるための無効電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。具体的には、無効電力制御部７６は、電流検出器５２により検出される交流電流Ｉｘおよび電圧検出器５４により検出される交流電圧Ｖｘから、ＰＣＳ３０が出力する無効電力Ｑｘを算出する。無効電力Ｑｘは－ＶＩｓｉｎφで与えられる。

【0039】

無効電力制御部７６は、無効電力指令値Ｑｘｒｅｆと無効電力Ｑｘとの偏差ΔＱｘ（＝Ｑｘｒｅｆ－Ｑｘ）を算出する。無効電力制御部７６は、偏差ΔＱｘを０にするためのフィードバック制御により、ＰＣＳ３０から出力される無効電流Ｉｑｘの指令値である無効電流指令値Ｉｑｘｒｅｆを生成する。無効電力制御部７６は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成される。

【0040】

無効電流制御部７８は、無効電流Ｉｑｘを無効電流指令値Ｉｑｘｒｅｆに追従させるための無効電圧指令値Ｖｑｘｒｅｆを生成する。具体的には、無効電流制御部７８は、電流検出器５２により検出される交流電流Ｉｘを正相座標系で３相／２相変換することにより、無効電流Ｉｑｘを算出する。そして、無効電流制御部７８は、無効電流指令値Ｉｑｘｒｅｆと無効電流Ｉｑｘとの偏差ΔＩｑｘ（＝Ｉｑｘｒｅｆ－Ｉｑｘ）を算出する。無効電流制御部７８は、偏差ΔＩｑｘを０にするためのフィードバック制御により、無効電圧指令値Ｖｑｘｒｅｆを生成する。無効電流制御部７８は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成される。

【0041】

ＰＣＳ制御器８０は、有効電力制御器６０からの有効電圧指令値Ｖｐｘｒｅｆおよび無効電力制御器７０からの無効電圧指令値Ｖｑｘｒｅｆに基づいて、ＰＣＳ３０の制御指令Ｓｘを生成する。具体的には、ＰＣＳ制御器８０は、有効電圧指令値Ｖｐｘｒｅｆおよび無効電圧指令値Ｖｑｘｒｅｆを正相座標系で２相／３相変換することにより、三相の電圧指令値を生成する。そして、ＰＣＳ制御器８０は、三相の電圧指令値に対してパルス幅変調を行うことにより、ＰＷＭ信号としての制御指令Ｓｘを生成する。制御指令Ｓｘは、典型的には、ＰＣＳ３０に含まれる各スイッチング素子のオンおよびオフを制御するためのゲート信号である。制御指令ＳｘはＰＣＳ３０へ入力される。

【0042】

＜ＰＣＳ３０の有効電力制御による問題点＞
以上説明したように、ＰＣＳ３０は、有効電力リミット値ＰＬｉｍに従う範囲内で、分散型電源４０から取り込んだ有効電力Ｐｘ（有効電流Ｉｐｘ）を母線２２に出力する。このとき、制御装置５０における有効電力制御器６０の処理によって、有効電流Ｉｐｘは、交流電圧Ｖｘの実効値が大きくなるほど小さくなり、交流電圧Ｖｘの実効値が小さくなるほど大きくなるように制御される。

【0043】

有効電力Ｐｘは、母線２２から送電線２１を経由して母線２０に送られる。図１に示すように、送電線２１は抵抗成分ＲＬおよびリアクタンス成分ＸＬを有する。なお、抵抗成分ＲＬはリアクタンス成分ＸＬに比べて小さく、無視することができる。母線２２の交流電圧Ｖｘの位相を、母線２０の交流電圧Ｖｃの位相より進めることで、母線２２から送電線２１を経由して母線２０に有効電力Ｐｘを送ることができる。

【0044】

ただし、上述したように交流電圧Ｖｘの大きさに応じて有効電流Ｉｐｘの大きさが変動するため、ＰＣＳ３０から母線２０に有効電力Ｐｘを送るためには、交流電圧Ｖｃに対する交流電圧Ｖｘの位相差を変動させることが必要となる。具体的には、有効電流Ｉｐｘが大きくなるに従って交流電圧Ｖｃに対する位相差が大きくなるように、交流電圧Ｖｘの位相を変化させる。反対に、有効電流Ｉｐｘが小さくなるに従って当該位相差が小さくなるように、交流電圧Ｖｘの位相を変化させる。すなわち、有効電流Ｉｐｘの変動に応じて交流電圧Ｖｘの位相を変動させる。

【0045】

この交流電圧Ｖｘの位相変動は、交流電圧Ｖｘの周波数である系統周波数ｆを変化させることに値する。すなわち、交流電圧Ｖｘの位相変動は、周波数偏差Δｆを増大させることになる。そして、基準値ｆｐ（図３参照）を超えた系統周波数の変化が検出された場合には、上述した単独運転状態の検出機能により、ＰＣＳ３０は、当該周波数変化（上昇または低下）を助長する方向の無効電力Ｑｘを注入する。この単独運転検出のための無効電力Ｑｘの注入は、結果的に電力系統の電圧変動（フリッカ）を拡大させてしまうことになる。

【0046】

特許文献１に記載されるフリッカ抑制装置は、系統周波数の変化に対応してＰＣＳから注入される無効電力Ｑｘを相殺することを意図して、系統周波数の変化を補償するような無効電力を電力系統に注入するように構成されている。これにより、特許文献１では、ＰＣＳの単独運転検出機能に起因するフリッカの抑制を図る。

【0047】

しかしながら、ＰＣＳ３０の有効電力制御に起因する交流電圧Ｖｘの位相変動の大きさ（すなわち、周波数偏差Δｆの大きさ）によっては、フリッカの不安定度が増大してしまい、フリッカ抑制装置による無効電力の注入によっても、十分な抑制効果を得ることが難しいことが懸念される。

【0048】

そこで、本実施の形態に係るフリッカ抑制装置１００は、電力系統の電圧変動に対応してＰＣＳ３０から注入される有効電力Ｐｘ（有効電流Ｉｐｘ）の変動を補償するような有効電力Ｐｃ（有効電流Ｉｐｃ）を電力系統に注入することにより、ＰＣＳ３０の有効電力制御に起因するフリッカの抑制を図る。

【0049】

＜フリッカ抑制装置１００の動作原理＞
最初に、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００の動作原理について説明する。

【0050】

図１に示すように、母線２０は、送電線を介して電圧源１０に接続される。当該送電線は抵抗成分Ｒｓおよびリアクタンス成分Ｘｓを有する。ＰＣＳ３０から電圧源１０に有効電流Ｉｐｘが流れると、抵抗成分Ｒｓによって電圧が発生する。そのため、図中に実線矢印で示すように、ＰＣＳ３０からの有効電流Ｉｐｘが変動すると、電力系統の交流電圧Ｖｃも変動する。

【0051】

フリッカ抑制装置１００は、ＰＣＳ３０からの有効電流Ｉｐｘの変動を補償するように、電力変換器１１０から出力される有効電流Ｉｐｃを変動させる。具体的には、フリッカ抑制装置１００は、交流電圧Ｖｃの実効値の低下に対応して有効電流Ｉｐｘが上昇した場合には、その上昇分を電力変換器１１０が吸収するように、電力変換器１１０を動作させる。このとき、電力変換器１１０は、母線２０から吸収した有効電力Ｐｃを直流電力に変換して蓄電要素１２０に出力する。すなわち、有効電流Ｉｐｘの上昇に対応して電力変換器１１０が母線２０から吸収した有効電力Ｐｃによって、蓄電要素１２０が充電される。

【0052】

反対に、フリッカ抑制装置１００は、交流電圧Ｖｃの実効値の上昇に対応して有効電流Ｉｐｘが低下した場合には、その低下分を電力変換器１１０が出力するように、電力変換器１１０を動作させる。このとき、電力変換器１１０は、蓄電要素１２０の直流電力から有効電力Ｐｃを生成して母線２０に出力する。すなわち、有効電流Ｉｐｘの低下に対応して電力変換器１１０が母線２０に出力する有効電力Ｐｃによって、蓄電要素１２０が放電される。

【0053】

このようにフリッカ抑制装置１００は、図中破線矢印で示すように、ＰＣＳ３０からの有効電流Ｉｐｘの変動を打ち消すように、電力変換器１１０から母線２０に出力される有効電流Ｉｐｃを制御する。すなわち、電力変換器１１０は、系統電圧の変動によって生じたＰＣＳ３０から注入される有効電流Ｉｐｘの変動を補償するように制御された有効電力Ｐｃを、母線２０に注入する。

【0054】

これによると、ＰＣＳ３０からの有効電流Ｉｐｘの変動が打ち消されるため、有効電流Ｉｐｘの変動に起因する交流電圧の位相変動を抑制することが可能となる。そして、交流電圧の位相変動が抑制されたことで、ＰＣＳ３０の単独運転状態の検出機能による無効電力Ｑｘの注入が抑制されるため、フリッカの拡大を抑制することが可能となる。

【0055】

＜フリッカ抑制装置１００の構成＞
次に、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００の具体的構成について説明する。

【0056】

図１に示すように、フリッカ抑制装置１００は、電力変換器１１０と、蓄電要素１２０と、電流検出器１３２と、電圧検出器１３４と、制御装置１３０とを備える。

【0057】

電力変換器１１０は、母線２０に接続される。電力変換器１１０は、例えば、２レベル変換器、３レベル変換器、またはマルチレベル変換器などの自励式変換器である。電力変換器１１０は、蓄電要素１２０に接続されている。蓄電要素１２０は、例えば、二次電池、電気二重層キャパシタなどのエネルギ蓄積要素である。

【0058】

電力変換器１１０は、蓄電要素１２０と母線２０との間で電力変換を行う。具体的には、電力変換器１１０は、蓄電要素１２０から出力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を母線２０に出力する。また、電力変換器１１０は、母線２０からの交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を蓄電要素１２０に出力する。これにより、電力変換器１１０は、蓄電要素１２０の電力を充放電する。

【0059】

電流検出器１３２は、母線２０および電力変換器１１０間に流れる三相の交流電流Ｉｃを検出し、検出値を示す信号を制御装置１３０へ出力する。電圧検出器１３４は、母線２０における三相の交流電圧Ｖｃを検出し、検出値を示す信号を制御装置１３０へ出力する。

【0060】

制御装置１３０は、電力変換器１１０における電力変換を制御する。具体的には、制御装置１３０は、電流検出器１３２および電圧検出器１３４から入力される信号に基づいて、電力変換器１１０および母線２０の間で遣り取りされる有効電力Ｐｃを制御する。

【0061】

（制御装置１３０のハードウェア構成）
図４は、制御装置１３０のハードウェア構成例を示す図である。制御装置１３０は、代表的には、所定のプログラムが予め記憶されたマイクロコンピュータによって構成することができる。

【0062】

例えば、図４に示すように、制御装置１３０は、ＣＰＵ２００と、メモリ２０２と、入出力（Ｉ／Ｏ）回路２０４とを含んで構成される。ＣＰＵ２００、メモリ２０２およびＩ／Ｏ回路２０４は、バス２０６を経由して、相互にデータの授受が可能である。メモリ２０２の一部領域にはプログラムが予め格納されており、ＣＰＵ２００が当該プログラムを実行することで、図５に示される各部の機能を実現することができる。Ｉ／Ｏ回路２０４は、制御装置１３０の外部（例えば、電力変換器１１０、電流検出器１３２および電圧検出器１３４）との間で、信号およびデータを入出力する。

【0063】

あるいは、図４の例とは異なり、制御装置１３０の少なくとも一部については、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの回路を用いて構成することが可能である。また、制御装置１３０の少なくとも一部について、アナログ回路によって構成することも可能である。

【0064】

（制御装置１３０の機能構成）
図５は、制御装置１３０の機能構成を示すブロック図である。図５に示すように、制御装置１３０は、電力変換器１１０から出力される有効電力Ｐｘを制御する有効電力制御器１４０と、電力変換制御器１５０とを含んで構成される。

【0065】

有効電力制御器１４０は、電圧変動検出器１４２と、有効電力逆注入制御部１４４と、有効電力制御部１４６と、有効電流制御部１４８とを含む。

【0066】

電圧変動検出器１４２は、電圧検出器１３４によって検出された交流電圧Ｖｃを用いて、交流電圧Ｖｃの実効値の変動（上昇または低下）を示す電圧変動量ΔＶを算出する。具体的には、電圧変動検出器１４２は、現在の交流電圧Ｖｃの実効値を求める。そして、電圧変動検出器１４２は、現在の交流電圧Ｖｃの実効値から、潮流計算などにより決定される交流電圧Ｖｃの実効値の基準値（参照電圧値）を減算することにより、電圧変動量ΔＶを算出する。

【0067】

本実施の形態では、交流電圧Ｖｃの実効値の上昇時には、電圧変動量ΔＶは正（ΔＶ＞０）の極性を有し、交流電圧Ｖｃの実効値の低下時には、電圧変動量ΔＶは負（ΔＶ＜０）の極性を有するように、電圧変動量ΔＶが算出される。なお、電圧変動量ΔＶの算出方法は、上述の例に限定されるものではない。交流電圧Ｖｃの実効値の上昇および低下を表すことができるのであれば、極性（正／負）の定義の変更を含め、任意の手法によって電圧変動量ΔＶを算出することが可能である。

【0068】

有効電力逆注入制御部１４４は、電圧変動量ΔＶを入力パラメータとする、予め定められた制御演算に従って、電力変換器１１０が出力すべき有効電力Ｐｃの目標値を示す有効電力指令値Ｐｒｅｆを算出する。具体的には、交流電圧Ｖｃの実効値の上昇に対応して、電力変換器１１０から母線２０に出力される有効電流Ｉｐｃを増やすように有効電力指令値Ｐｒｅｆが設定される。一方で、交流電圧Ｖｃの実効値の低下に対応して、電力変換器１１０から母線２２に出力される有効電流Ｉｐｃを減らすように有効電力指令値Ｐｒｅｆが設定される。

【0069】

図６および図７には、有効電力逆注入制御部１４４による制御演算の例が示される。図６の横軸には、電圧変動量ΔＶが、電圧上昇方向を正方向とし、電圧低下方向を負方向として示される。図６の縦軸には、有効電力指令値Ｐｒｅｆが、母線２０から電力変換器１１０に電力（電流）が流入する方向（すなわち、蓄電要素１２０の充電方向）を正として示される。すなわち、有効電力指令値Ｐｒｅｆは、蓄電要素１２０の充電電力を正値、放電電力を負値として示される。

【0070】

図７に示すように、有効電力逆注入制御部１４４は、電圧変動量ΔＶおよび比例ゲインＫｐ１の積に従って、Ｐ（比例）制御によって有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定することができる（Ｐｒｅｆ＝Ｋｐ１・ΔＶ）。

【0071】

例えば、図６に示されるように、有効電力逆注入制御部１４４は、電圧変動量ΔＶ＞０のときには、蓄電要素１２０を放電する方向の有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定する（Ｐｒｅｆ＜０）。有効電力指令値Ｐｒｅｆは、交流電圧Ｖｃの実効値の上昇に従って、蓄電要素１２０の放電電力が増えるように設定される。一方で、電圧変動量ΔＶ＜０のときには、蓄電要素１２０を充電する方向の有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定する（Ｐｒｅｆ＞０）。有効電力指令値Ｐｒｅｆは、交流電圧Ｖｃの実効値の低下に従って、蓄電要素１２０の充電電力が増えるように設定される。

【0072】

これによると、交流電圧Ｖｃの実効値が上昇したときには（ΔＶ＞０）、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの低下に対応して、電力変換器１１０から母線２０に注入される有効電流Ｉｐｃを増やすように、すなわち、蓄電要素１２０の放電電流を増やすように、有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定することができる。

【0073】

反対に、交流電圧Ｖｃが低下したときには（ΔＶ＜０）、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの上昇に対応して、電力変換器１１０から母線２０に注入される有効電流Ｉｐｃを減らすように、すなわち、蓄電要素１２０の充電電流を増やすように、有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定することができる。

【0074】

すなわち、有効電力逆注入制御部１４４は、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの変化を打ち消すような有効電流Ｉｐｃを出力するように、有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定することができる。なお、有効電流Ｉｐｘの変化の大小に対応して、注入される有効電流Ｉｐｃの大小が調整されるため、制御安定性を高めることができる。

【0075】

なお、有効電力逆注入制御部１４４は、電圧変動量ΔＶの大小に応じて、比例ゲインＫｐ１の大きさを切り替えることも可能である。例えば、電圧変動量ΔＶの絶対値が予め定めた基準値よりも大きい領域では、比例ゲインＫｐ１をｋ１に設定する一方で、電圧変動量ΔＶの絶対値が基準値よりも小さい領域では、比例ゲインＫｐ１をｋ１よりも小さいｋ２に設定することができる。このようにすると、電圧変動量ΔＶの絶対値が大きい領域では制御の応答速度を高めるとともに、電圧変動量ΔＶの絶対値が小さい領域では、制御安定度を高めることができる。

【0076】

図５に戻って、有効電力制御部１４６は、電力変換器１１０が出力する有効電力Ｐｃを有効電力指令値Ｐｒｅｆに追従させるための有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを生成する。具体的には、有効電力制御部１４６は、電流検出器１３２により検出される交流電流Ｉｃおよび電圧検出器１３４により検出される交流電圧Ｖｃから、電力変換器１１０が出力する有効電力Ｐｃを算出する。有効電力ＰｃはＶＩｃｏｓφで与えられる。ただし、Ｖは交流電圧Ｖｃの線間電圧であり、Ｉは交流電流Ｉｃの線電流であり、φは交流電圧Ｖｃと交流電流Ｉｃとの位相差であり、ｃｏｓφは力率である。

【0077】

次に、有効電力制御部１４６は、有効電力指令値Ｐｒｅｆと有効電力Ｐｃとの偏差ΔＰｃ（＝Ｐｒｅｆ－Ｐｃ）を算出する。有効電力制御部１４６は、偏差ΔＰｃを０にするためのフィードバック制御により、有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを生成する。有効電力制御部１４６は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成される。

【0078】

有効電流制御部１４８は、有効電流Ｉｐｃを有効電流指令値Ｉｐｒｅｆに追従させるための有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆを生成する。具体的には、有効電流制御部６９は、電流検出器１３２により検出される交流電流Ｉｃを正相座標系で３相／２相変換することにより、有効電流Ｉｐｃを算出する。そして、有効電流制御部１４８は、有効電流指令値Ｉｐｒｅｆと有効電流Ｉｐｃとの偏差ΔＩｐｃ（＝Ｉｐｒｅｆ－Ｉｐｃ）を算出する。有効電流制御部１４８は、偏差ΔＩｐｃを０にするためのフィードバック制御により、有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆを生成する。有効電流制御部１４８は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成される。

【0079】

電力変換制御器１５０は、有効電力制御器１４０からの有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆに基づいて電力変換器１１０の制御指令Ｓｃを生成する。具体的には、電力変換制御器１５０は、有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆを正相座標系で２相／３相変換することにより、三相の電圧指令値を生成する。そして、電力変換制御器１５０は、三相の電圧指令値に対してパルス幅変調を行うことにより、ＰＷＭ信号としての制御指令Ｓｃを生成する。制御指令Ｓｃは、典型的には、電力変換器１１０に含まれる各スイッチング素子のオンおよびオフを制御するためのゲート信号である。制御指令Ｓｃは電力変換器１１０へ入力される。

【0080】

（フリッカ抑制装置１００の動作）
次に、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００の動作について説明する。

【0081】

図８は、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００によるフリッカ抑制処理を説明するフローチャートである。図８のフローチャートは、フリッカ抑制装置１００の動作時に、制御装置１３０によって予め定められた制御周期で繰り返し実行される。

【0082】

図８に示すように、制御装置１３０は、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）１１０により、交流電圧Ｖｃを検出すると、Ｓ１２０により、交流電圧Ｖｃを用いて電圧変動量ΔＶを算出する。Ｓ１２０の処理は、図５の電圧検出器１３４の出力を受けることによって実現することができる。

【0083】

さらに、制御装置１３０は、Ｓ１３０により、Ｓ１２０で算出された電圧変動量ΔＶに基づいて、交流電圧Ｖｃの大きさ（実効値）に変化があるかどうかを判断する。そして、交流電圧Ｖｃに変化がない場合には（Ｓ１３０のＮＯ判定時）には、Ｓ１４０により、有効電力指令値Ｐｒｅｆ＝０に設定される。すなわち、電力変換器１１０から有効電力が注入されないように（Ｐｃ＝０）、有効電力指令値Ｐｒｅｆが設定される。

【0084】

制御装置１３０は、交流電圧Ｖｃに変化がある場合には（Ｓ１３０のＹＥＳ判定時）、Ｓ１５０により、交流電圧Ｖｃの変化が上昇および低下の何れであるかを判定する。例えば、電圧変動量ΔＶの極性に基づいて、Ｓ１５０の判定を実行することができる。

【0085】

制御装置１３０は、交流電圧Ｖｃの上昇に対応する場合には（Ｓ１５０のＹＥＳ判定時）、Ｓ１６０により、電圧変動量ΔＶを入力とする予め定められた制御演算に従って、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの低下を補償するための有効電流Ｉｐｃが出力されるように、有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定する（Ｐｒｅｆ＜０）。これに対して、制御装置１３０は、交流電圧Ｖｃの低下に対応する場合には（Ｓ１５０のＮＯ判定時）、Ｓ１７０により、電圧変動量ΔＶを入力とする予め定められた制御演算に従って、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの上昇を補償するための有効電流Ｉｐｃが注入されるように、有効電力指令値Ｐｒｅｆを算出する（Ｐｒｅｆ＞０）。

【0086】

さらに、制御装置１３０は、Ｓ１８０により、Ｓ１４０、Ｓ１６０、またはＳ１７０で算出された有効電力指令値Ｐｒｅｆに従って電力変換器１１０の制御指令Ｓｃを生成する。Ｓ１８０で生成された制御指令Ｓｃに従って電力変換器１１０が動作することにより、有効電力指令値Ｐｒｅｆに従った有効電力Ｐｃが母線２０へ注入される。Ｐｒｅｆ＜０の場合には、電力変換器１１０は、蓄電要素１２０から出力される直流電力を交流電力に変換して母線２０に出力することで、有効電流Ｉｐｘの低下を補償する。一方、Ｐｒｅｆ＜０の場合には、電力変換器１１０は、母線２０からの交流電力を直流電力に変換して蓄電要素１２０に出力することで、直流電流Ｉｐｘの上昇を補償する。

【0087】

以上説明したように、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００によれば、電力系統の電圧変動に対応してＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの変動を補償するように、電力変換器１１０から電力系統に注入される有効電流Ｉｐｃが制御される。これにより、ＰＣＳ３０からの有効電流Ｉｐｘの変動が打ち消されるため、有効電流Ｉｐｘの変動に起因する交流電圧の位相変動（周波数変動）を抑制することができる。そして、交流電圧の位相変動が抑制されたことで、ＰＣＳ３０の単独運転状態の検出機能による無効電力Ｑｘの注入が抑制されるため、フリッカの拡大を抑制することが可能となる。このように、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００によれば、ＰＣＳ３０の有効電力制御に起因するフリッカを抑制することができる。

【0088】

実施の形態２．
実施の形態１では、制御装置１３０において、電圧変動量ΔＶから有効電力指令値Ｐｒｅｆを生成し、有効電力指令値Ｐｒｅｆと有効電力Ｐｃとの偏差ΔＰｃを０にするためのフィードバック制御によって、有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを生成する構成について説明した。実施の形態２では、電圧変動量ΔＶから直接的に有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを生成する構成について説明する。

【0089】

図９は、実施の形態２に係るフリッカ抑制装置１００の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係るフリッカ抑制装置１００は、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００とは、制御装置１３０の構成が異なる。

【0090】

図９に示すように、制御装置１３０は、有効電力制御器１４０と、電力変換制御器１５０とを含んで構成される。有効電力制御器１４０は、図５に示した有効電力制御器１４０とは、有効電力逆注入制御部１４４および有効電力制御部１４６に代えて、有効電力逆注入制御部１４５を含む点が異なる。

【0091】

有効電力逆注入制御部１４５は、電圧変動量ΔＶを入力パラメータとする、予め定められた制御演算に従って有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを算出する。具体的には、交流電圧Ｖｃの実効値の上昇に対応して、電力変換器１１０から母線２０に出力される有効電流Ｉｐｃを増やすように有効電流指令値Ｉｐｒｅｆが設定される。一方で、交流電圧Ｖｃの実効値の低下に対応して、電力変換器１１０から母線２２に出力される有効電流Ｉｐｃを減らすように有効電流指令値Ｉｐｒｅｆが設定される。

【0092】

図１０および図１１には、有効電力逆注入制御部１４５による制御演算の例が示される。図１０の横軸には、電圧変動量ΔＶが、電圧上昇方向を正方向とし、電圧低下方向を負方向として示される。図１０の縦軸には、有効電流指令値Ｉｐｒｅｆが、母線２０から電力変換器１１０に電流が流入する方向（すなわち、蓄電要素１２０の充電方向）を正として示される。すなわち、有効電流指令値Ｉｐｒｅｆは、蓄電要素１２０の充電電流を正値、放電電流を負値として示される。

【0093】

図１１に示すように、有効電力逆注入制御部１４５は、電圧変動量ΔＶおよび比例ゲインＫｐ２の積に従って、Ｐ制御によって有効電流指令値Ｐｒｅｆを設定することができる（Ｉｐｒｅｆ＝Ｋｐ２・ΔＶ）。

【0094】

例えば、図１０に示されるように、有効電力逆注入制御部１４５は、電圧変動量ΔＶ＞０のときには、蓄電要素１２０を放電する方向の有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを設定する（Ｉｐｒｅｆ＜０）。有効電流指令値Ｉｐｒｅｆは、交流電圧Ｖｃの実効値の上昇に従って、蓄電要素１２０の放電電流が増えるように設定される。一方で、電圧変動量ΔＶ＜０のときには、蓄電要素１２０を充電する方向の有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを設定する（Ｉｐｒｅｆ＞０）。有効電流指令値Ｉｐｒｅｆは、交流電圧Ｖｃの実効値の低下に従って、蓄電要素１２０の充電電流が増えるように設定される。

【0095】

これによると、交流電圧Ｖｃの実効値が上昇したときには（ΔＶ＞０）、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの低下に対応して、電力変換器１１０から母線２０に注入される有効電流Ｉｐｃを増やすように（蓄電要素１２０の放電電流を増やすように）、有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを設定することができる。反対に、交流電圧Ｖｃが低下したときには（ΔＶ＜０）、ＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの上昇に対応して、電力変換器１１０から母線２０に注入される有効電流Ｉｐｃを減らすように（蓄電要素１２０の充電電流を増やすように）、有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを設定することができる。

【0096】

なお、有効電力逆注入制御部１４５は、有効電力逆注入制御部１４４と同様の手法により、電圧変動量ΔＶの大小に応じて、比例ゲインＫｐ２の大きさを切り替えることも可能である。すなわち、電圧変動量ΔＶの絶対値が予め定めた閾値よりも大きい領域では、比例ゲインＫｐ２をｋ３に設定する一方で、電圧変動量ΔＶの絶対値が閾値よりも小さい領域では、比例ゲインＫｐ２をｋ３よりも小さいｋ４に設定することができる。

【0097】

有効電流制御部１４８は、有効電流Ｉｐｃを有効電流指令値Ｉｐｒｅｆに追従させるための有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆを生成する。電力変換制御器１５０は、有効電力制御器１４０からの有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆに基づいて電力変換器１１０の制御指令Ｓｃを生成する。

【0098】

このように、実施の形態２に係るフリッカ抑制装置１００によれば、電圧変動量ΔＶから直接的に有効電流指令値Ｉｐｒｅｆを生成する構成としたことにより、電力変換器１１０から出力される有効電力Ｐｃを有効電力指令値Ｐｒｅｆに追従させるためのフィードバック制御を省略することができる。これにより、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００に比べて、制御の応答速度をさらに高めることができる。したがって、ＰＣＳ３０の有効電力制御に起因するフリッカを、より高速に抑制することが可能となる。

【0099】

実施の形態３．
実施の形態１では、電力系統の電圧変動に対応して電力変換器１１０から出力される有効電力Ｐｃを制御する構成について説明した。実施の形態３では、有効電力Ｐｃの制御に並行して、系統周波数の変動に対応して電力変換器１１０から出力される無効電力Ｑｃを制御する構成について説明する。

【0100】

図１２は、実施の形態３に係るフリッカ抑制装置１００の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係るフリッカ抑制装置１００は、実施の形態１に係るフリッカ抑制装置１００とは、制御装置１３０の構成が異なる。

【0101】

図１２に示すように、制御装置１３０は、有効電力制御器１４０と、無効電力制御器１６０と、電力変換制御器１５０とを含んで構成される。制御装置１３０は、図５に示した制御装置１３０とは、ＰＣＳ３０から出力される無効電力Ｑｘを制御する無効電力制御器１６０を含む点が異なる。

【0102】

無効電力制御器１６０は、周波数偏差検出器１６２と、無効電力逆注入制御部１６４と、無効電力制御部１６６と、無効電流制御部１６８とを含む。

【0103】

周波数偏差検出器１６２は、図２に示したＰＣＳ３０から出力される無効電力Ｑｘを制御する無効電力制御器７０における周波数偏差検出器７２と同じである。すなわち、周波数偏差検出器１６２は、電圧検出器１３４によって検出された交流電圧Ｖｃから当該電圧の周波数である系統周波数ｆを検出する。そして、周波数偏差検出器１６２は、検出された系統周波数ｆを用いて、周波数偏差Δｆを算出する。

【0104】

無効電力逆注入制御部１６４は、入力された周波数偏差Δｆを補償するように無効電力指令値Ｑｒｅｆを設定する。すなわち、無効電力逆注入制御部１６４は、系統周波数ｆの上昇に対応して、周波数を低下させるための進み無効電力を出力するように無効電力指令値Ｑｒｅｆを設定する（Ｑｒｅｆ＞０）。一方で、無効電力逆注入制御部１６４は、系統周波数ｆの低下に対応して、周波数を上昇させるための遅れ無効電力を出力するように無効電力指令値Ｑｒｅｆを設定する（Ｑｒｅｆ＜０）。

【0105】

図１３および図１４には、無効電力逆注入制御部１６４による制御演算の例が示される。例えば、図１３に示されるように、無効電力逆注入制御部１６４は、Δｆ＞０のときにＱｒｅｆ＝Ｑａ（Ｑｒｅｆ＞０）と設定し、Δｆ＜０のときにＱｒｅｆ＝－Ｑａ（Ｑｒｅｆ＜０）と設定することができる。

【0106】

これにより、系統周波数ｆが上昇すると（Δｆ＞０）、系統周波数ｆが低下に転ずるまで、一定量の進み無効電力Ｑａを母線２０へ注入するように、電力変換器１１０の無効電力指令値Ｑｒｅｆを設定することができる。反対に、無効電力指令値Ｑｒｅｆは、系統周波数ｆが低下すると（Δｆ＜０）、系統周波数ｆが上昇に転ずるまで、一定量の遅れ無効電力－Ｑａを母線２０へ注入するように設定される。

【0107】

なお、周波数偏差Δｆの絶対値が基準値よりも小さい領域に不感帯を設けるように、図１３を変形することも可能である。あるいは、無効電力逆注入制御部１６４は、図１４に示すように、周波数偏差Δｆおよび比例ゲインＫｐ３の積に従って、Ｐ制御によって無効電力指令値Ｑｒｅｆを設定することができる（Ｑｒｅｆ＝Ｋｐ３・Δｆ）。Ｐ制御によっても、周波数偏差Δｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆの極性の関係は、図１３と同様である。系統周波数ｆの上昇（Δｆ＞０）に対応して、進み無効電力が母線２０へ注入されるように無効電力指令値Ｑｒｅｆが設定される（Ｑｒｅｆ＞０）とともに、系統周波数ｆの低下（Δｆ＜０）に対応して、遅れ無効電力が母線２０へ注入されるように無効電力指令値Ｑｒｅｆが設定される（Ｑｒｅｆ＜０）ことが理解される。さらに、周波数変化の大小に対応して、注入される無効電力の大小が調整されるので、制御安定度を高めることができる。

【0108】

図１２に戻って、無効電力制御部１６６は、電力変換器１１０が出力する無効電力Ｑｃを無効電力指令値Ｑｒｅｆに追従させるための無効電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。具体的には、無効電力制御部７６は、電流検出器１３２により検出される交流電流Ｉｃおよび電圧検出器１３４により検出される交流電圧Ｖｃから、電力変換器１１０が出力する無効電力Ｑｃを算出する。無効電力Ｑｃは－ＶＩｓｉｎφで与えられる。ただし、Ｖは交流電圧Ｖｃの線間電圧であり、Ｉは交流電流Ｉｃの線電流であり、φは交流電圧Ｖｃと交流電流Ｉｃとの位相差である。

【0109】

無効電力制御部１６６は、無効電力指令値Ｑｒｅｆと無効電力Ｑｃとの偏差ΔＱｃ（＝Ｑｒｅｆ－Ｑｃ）を算出する。無効電力制御部１６６は、偏差ΔＱｃを０にするためのフィードバック制御により、電力変換器１１０から出力される無効電流Ｉｑｃの指令値である無効電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。無効電力制御部１６６は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成される。

【0110】

無効電流制御部１６８は、無効電流Ｉｑｃを無効電流指令値Ｉｑｒｅｆに追従させるための無効電圧指令値Ｖｑｒｅｆを生成する。具体的には、無効電流制御部１６８は、電流検出器１３２により検出される交流電流Ｉｃを正相座標系で３相／２相変換することにより、無効電流Ｉｑｃを算出する。そして、無効電流制御部１６８は、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆと無効電流Ｉｑｃとの偏差ΔＩｑｃ（＝Ｉｑｒｅｆ－Ｉｑｃ）を算出し、偏差ΔＩｑｃを０にするためのフィードバック制御により、無効電圧指令値Ｖｑｒｅｆを生成する。無効電流制御部１６８は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器などで構成される。

【0111】

電力変換制御器１５０は、有効電力制御器１４０からの有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆおよび無効電力制御器１６０からの無効電圧指令値Ｖｑｒｅｆに基づいて電力変換器１１０の制御指令Ｓｃを生成する。具体的には、電力変換制御器１５０は、有効電圧指令値Ｖｐｒｅｆおよび無効電圧指令値Ｖｑｒｅｆを正相座標系で２相／３相変換することにより、三相の電圧指令値を生成する。そして、電力変換制御器１５０は、三相の電圧指令値に対してパルス幅変調を行うことにより、ＰＷＭ信号としての制御指令Ｓｃを生成する。制御指令Ｓｃは電力変換器１１０へ入力される。

【0112】

図１５は、実施の形態３に係るフリッカ抑制装置１００によるフリッカ抑制処理を説明するフローチャートである。図１５のフローチャートは、フリッカ抑制装置１００の動作時に、図８のフローチャートと並行して、制御装置１３０によって予め定められた制御周期で繰り返し実行される。

【0113】

図１５に示すように、制御装置１３０は、Ｓ２１０により、系統周波数ｆを検出すると、Ｓ２２０により、系統周波数ｆを用いて周波数偏差Δｆを算出する。Ｓ２２０の処理は、図１２の電圧検出器１３４の出力を受けることによって実現することができる。

【0114】

さらに、制御装置１３０は、Ｓ２３０により、Ｓ２２０で算出された周波数偏差Δｆに基づいて、系統周波数ｆに変化があるかどうかを判断する。そして、系統周波数ｆに変化がない場合には（Ｓ２３０のＮＯ判定時）には、Ｓ２４０により、無効電力指令値Ｑｒｅｆ＝０に設定される。すなわち、電力変換器１１０から無効電力が注入されないように（Ｑｃ＝０）、無効電力指令値Ｑｒｅｆが設定される。

【0115】

制御装置１３０は、系統周波数ｆに変化がある場合には（Ｓ２３０のＹＥＳ判定時）、Ｓ２５０により、系統周波数ｆの変化が上昇および低下の何れであるかを判定する。例えば、周波数偏差Δｆの極性に基づいて、Ｓ２５０の判定を実行することができる。

【0116】

制御装置１３０は、系統周波数ｆの上昇に対応する場合には（Ｓ２５０のＹＥＳ判定時）、Ｓ２６０により、周波数偏差Δｆを入力とする予め定められた制御演算に従って、周波数上昇を補償するための進み無効電力が注入されるように、無効電力指令値Ｑｒｅｆを設定する（Ｑｒｅｆ＞０）。これに対して、制御装置１３０は、系統周波数ｆの低下に対応する場合には（Ｓ２５０のＮＯ判定時）、Ｓ２７０により、周波数偏差Δｆを入力とする予め定められた制御演算に従って、周波数の低下を補償するための遅れ無効電力が注入されるように、無効電力指令値Ｑｒｅｆを算出する（Ｑｒｅｆ＜０）。

【0117】

さらに、制御装置１３０は、Ｓ２８０により、Ｓ２４０、Ｓ２６０、またはＳ２７０で算出された無効電力指令値Ｑｒｅｆ、および図５のフローチャートのＳ１８０で算出された有効電力指令値Ｐｒｅｆに従って電力変換器１１０の制御指令Ｓｃを生成する。Ｓ２８０で生成された制御指令Ｓｃに従って電力変換器１１０が動作することにより、有効電力指令値Ｐｒｅｆに従った有効電力Ｐｃおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆに従った無効電力Ｑｃが母線２０へ注入される。

【0118】

以上説明したように、実施の形態３に係るフリッカ抑制装置１００によれば、電力系統の電圧変動に対応してＰＣＳ３０から出力される有効電流Ｉｐｘの変動を補償するように、電力変換器１１０から電力系統に注入される有効電力Ｐｃが制御されるとともに、有効電流Ｉｐｘの変動の影響を受けてＰＣＳ３０から出力される無効電力Ｑｘに起因する系統周波数の変化を補償するように、電力変換器１１０から電力系統に注入される無効電力Ｑｃが制御される。これにより、ＰＣＳ３０の有効電力制御に起因するフリッカを、より高速に抑制することが可能となる。

【0119】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0120】

１０ 電圧源、２０，２２ 母線、２１ 送電線、３０ ＰＣＳ、４０ 分散型電源、５０，１３０ 制御装置、５２，１３２ 電流検出器、５４，１３４ 電圧検出器、６０，１４０ 有効電力制御器、６１ 有効電力リミット値生成部、６３，１４６ 有効電力制御部、６５ 電圧ＦＦ部、６７ 加算器、６９，１４８ 有効電流制御部、７０，１６０ 無効電力制御器、７２，１６２ 周波数偏差検出器、７４ 無効電力注入制御部、７６，１６６ 無効電力制御部、７８，１６８ 無効電流制御部、８０ ＰＣＳ制御器、１００ フリッカ抑制装置、１１０ 電力変換器、１２０ 蓄電要素、１４２ 電圧変動検出器、１４４，１４５ 有効電力逆注入制御部、１５０ 電力変換制御器、１６４ 無効電力逆注入制御部、２００ ＣＰＵ、２０１ メモリ、２０２ Ｉ／Ｏ回路、２０６ バス。

【要約】

フリッカ抑制装置（１００）は、分散型電源（４０）を系統連系するためのパワーコンディショナ（３０）が接続された電力系統に接続される。フリッカ抑制装置（１００）は、蓄電要素（１２０）と電力系統との間で電力変換を行う電力変換器（１１０）と、電力系統上の交流電圧を検出する電圧検出器（１３４）と、検出された交流電圧に基づいて電力変換器（１１０）の出力を制御する制御装置（１３０）とを備える。制御装置（１３０）は、交流電圧の実効値の上昇に対応して蓄電要素（１２０）から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する一方で、交流電圧の実効値の低下に対応して電力系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電要素（１２０）に出力するように電力変換器（１１０）を制御する。

【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】