特許 7615295 マイクログリッドの起動方法及び起動プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-07

(45)【発行日】2025-01-16

(54)【発明の名称】マイクログリッドの起動方法及び起動プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20250108BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20250108BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 120

H02J3/32

H02M7/48 L

H02M7/48 R

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023500467

(86)(22)【出願日】2021-02-19

(86)【国際出願番号】 JP2021006427

(87)【国際公開番号】W WO2022176167

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-07-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】坂内 容子

(72)【発明者】

【氏名】秋山 雪菜

(72)【発明者】

【氏名】工藤 悠生

(72)【発明者】

【氏名】河内 駿介

(72)【発明者】

【氏名】鳥羽 廣次

【審査官】山口 大

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１６７３４９４（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０１９－１９３３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７０１２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自立的な負荷分担を行う複数のインバータ電源で構成され、前記インバータ電源は最初に起動するマスタと２台目以降に起動するスレーブに分けられるマイクログリッドの起動方法であって、
前記マスタが制御モードとして最初にＣＶＣＦモードで起動するマスタ初期起動ステップと、
前記スレーブが制御モードとして最初に系統連系モードで起動するスレーブ初期起動ステップと、
前記マスタ及び前記スレーブは、当該マスタ及び当該スレーブの出力変動が一定閾値以下になった状態、または当該マスタ及び当該スレーブの出力電圧が一定閾値以下になった状態で他の前記インバータ電源あるいは自らの前記インバータ電源が予め設定された運転状態になると、自らの制御モードを変更する制御モード変更ステップと、
を含むマイクログリッドの起動方法。

【請求項2】

前記制御モード変更ステップは、前記マスタのＣＶＣＦモードをマスタのドループモードに、並びに、前記スレーブの系統連系モードをスレーブのドループモードに変更するドループへの制御モード変更ステップであり、前記マスタ及び前記スレーブのドループ特性を有効化させるドループ特性有効化ステップと、マイクログリッドの外部からの指令値を更新して外部制御による負荷分担を行う負荷分担ステップと、を含む請求項１に記載のマイクログリッドの起動方法。

【請求項3】

前記ドループへの制御モード変更ステップでは、前記負荷分担ステップを行った後、前記ドループ特性有効化ステップを行い、さらに前記ドループ特性を修正するドループ特性修正ステップを行う請求項２に記載のマイクログリッドの起動方法。

【請求項4】

前記ドループへの制御モード変更ステップでは、マイクログリッドで許容する周波数変動量又は電圧変動量に基づいて、前記ドループ特性有効化ステップ及び前記負荷分担ステップの順序を選択する請求項２又は３に記載のマイクログリッドの起動方法。

【請求項5】

前記制御モード変更ステップは、前記マスタのＣＶＣＦモード並びに前記スレーブの系統連系モードをＶＳＧモードに変更するＶＳＧモードへの制御モード変更ステップである請求項１に記載のマイクログリッドの起動方法。

【請求項6】

自立的な負荷分担を行う複数のインバータ電源で構成され、前記インバータ電源は最初に起動するマスタと２台目以降に起動するスレーブに分けられるマイクログリッドの起動方法であって、
前記マスタが最初にＣＶＣＦモードで起動するマスタ初期起動ステップと、
前記スレーブがＶＳＧモードで起動するスレーブ起動ステップと、
前記スレーブが起動した後、前記マスタのＣＶＣＦモードをＶＳＧに変更するＶＳＧモードへの制御モード変更ステップと、
を含むマイクログリッドの起動方法。

【請求項7】

前記スレーブが起動する前に、マイクログリッドの外部からの指令値を当該スレーブの有効電力出力と一定範囲内で一致させる請求項１～６のいずれか１項に記載のマイクログリッドの起動方法。

【請求項8】

前記スレーブが作る電圧を系統電圧に合わせるように制御する請求項１～７のいずれか１項に記載のマイクログリッドの起動方法。

【請求項9】

自立的な負荷分担を行う複数のインバータ電源で構成され、前記インバータ電源は最初に起動するマスタと２台目以降に起動するスレーブに分けられるマイクログリッドの起動方法であって、
前記マスタがＶＳＧモードで起動するマスタ起動ステップと、
系統電圧の位相を検出する位相検出ステップと、
前記位相検出ステップにて検出した位相に基づいて前記スレーブがＶＳＧモードで起動するスレーブ起動ステップと、
を含むマイクログリッドの起動方法。

【請求項10】

自立的な負荷分担を行う複数のインバータ電源で構成され、前記インバータ電源は最初に起動するマスタと２台目以降に起動するスレーブに分けられるマイクログリッドの起動プログラムであって、
前記マスタが最初にＣＶＣＦモードで起動するマスタ初期起動ステップと、
前記スレーブが最初に系統連系モードで起動するスレーブ初期起動ステップと、
前記マスタ及び前記スレーブは、当該マスタ及び当該スレーブの出力変動が一定閾値以下になった状態、または当該マスタ及び当該スレーブの出力電圧が一定閾値以下になった状態で他の前記インバータ電源あるいは自らの前記インバータ電源が予め設定された運転状態になると、自らの制御モードを変更するモード変更ステップと、
をコンピュータに実行させるマイクログリッドの起動プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明に係る実施形態は、動揺なしにマイクログリッドを起動するための方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、自立型のマイクログリッドでは、複数の負荷ノードとインバータ電源とが配電線に接続されており、マイクログリッドの領域が形成される。領域内の各インバータ電源には、外部制御システムであるＥＭＳ等から指令値が送られることで、各インバータ電源の出力制御が行われる。また、マイクログリッドの一つの領域は開閉器を介して別の系統に接続されている。

【0003】

このようなマイクログリッドでは、領域に連系した別系統で停電が発生しても、自立的に負荷分担を行うインバータ電源だけで電圧を確立して、電力自給を開始することができる。そのため、マイクログリッドの領域内では、上位系統の復旧を待つことなく、予め定められたインバータ電源が自立的に起動することで、停電から速やかに復旧することが可能となる。自立的に負荷分担を行うインバータ電源としては、太陽光発電や蓄電池装置等が利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６４３３６３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

自立型のマイクログリッドでは、回転機型の発電機が存在しないと、インバータ電源の制御モードとして系統連系モードを適用しても周波数及び電圧を維持できないおそれがある。また、自立型のマイクログリッドにてインバータ電源を起動する場合、周波数変動が発生することを想定していない。そのため、マイクログリッドの起動に際して、位相や電圧によって動揺が発生する可能性がある。インバータ電源の制御モードとしては、ＣＶＣＦモード（定電圧定周波数モード）やドループモード(負荷集中抑制モード)、あるいは、ＶＳＧモード(仮想同期発電機モード)などが代表的であるが、これらの制御モードでマイクログリッドを起動させる場合に、系統周波数や系統電圧、変換器の出力電流に関して、動揺を回避すべく、具体的な対策を講じることが急務となっている。

【0006】

ＣＶＣＦモード（定電圧定周波数モード）とは、インバータ電源が自ら一定の電圧と一定の周波数を確立して動作するモードである。ドループモード(負荷集中抑制モード)には、マスタのドループモードとスレーブのドループモードがある。マスタのドループモードは、インバータ電源の有効電力出力の変化に対して周波数を変化させる垂下特性と、無効電力出力の変化に対して周波数を変化させる垂下特性を持ち、スレーブのドループモードは、系統周波数の変化に対してインバータ電源が自らの有効電力出力を変化させる垂下特性と、系統電圧に対してインバータ電源が自らの無効電力出力を変化させる垂下特性を持つ。これらマスタとスレーブの制御方法を組み合わせたものがドループモードである。ＶＳＧモード(仮想同期発電機モード)とは、インバータ電源が同期発電機の機械的特性を模擬した特性に基づいて、インバータ電源の有効電力出力の変化に対して周波数を変化させる制御方法である。

【0007】

本発明の実施形態は、上記の課題を解決するためになされたものであり、周波数変動を発生させることなく、安定した起動が可能なマイクログリッドの起動方法及び起動プログラム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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、自立的な負荷分担を行う複数のインバータ電源で構成され、前記インバータ電源は最初に起動するマスタと２台目以降に起動するスレーブに分けられるマイクログリッドの起動方法であって、前記マスタが最初にＣＶＣＦモードで起動するマスタ初期起動ステップと、前記スレーブが最初に系統連系モードで起動するスレーブ初期起動ステップと、前記マスタ及び前記スレーブは、当該マスタ及び当該スレーブの出力変動が一定閾値以下になった状態、または当該マスタ及び当該スレーブの出力電圧が一定閾値以下になった状態で他の前記インバータ電源あるいは自らの前記インバータ電源が予め設定された運転状態になると、自らの制御モードを変更する制御モード変更ステップと、を含むものである。

【0009】

また、実施形態の態様としては、各ステップをコンピュータに実行させる起動プログラムも包含する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態の構成を示すブロック図

【図2】第１の実施形態の起動シーケンスを示す図

【図3】第１の実施形態のマスタ側のドループ制御の制御ブロック図

【図4】第１の実施形態のスレーブ側のドループ制御の制御ブロック図

【図5】第２の実施形態の起動シーケンスを示す図

【図6】第３の実施形態の起動シーケンスを示す図

【図7】第３の実施形態において課電された系統にＶＳＧモードで接続する際の制御ブロック図

【図8】第４の実施形態の起動シーケンスを示す図

【図9】第４の実施形態において課電された系統にＶＳＧモードで接続する際の制御ブロック図

【図10】第５の実施形態の起動シーケンスを示す図

【発明の実施の形態】

【0011】

(１) 第１の実施形態
以下、本発明に係る第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は複数のステップを含むマイクログリッドの起動方法であるが、各ステップをコンピュータに実行させる起動プログラムとして捉えてもよい。さらには、当該起動プログラムを記録した記録媒体、あるいは各ステップを実行する構成要素を備えたマイクログリッドの起動装置として捉えることも可能である。

【0012】

(マイクログリッドの構成)
図１は外部系統に連系した自立型のマイクログリッドの系統構成を示すブロック図である。図１に示すように、配電線１０１には複数の負荷ノード１０２が接続されている。また、配電線１０１には２台の太陽光発電１０３、１０４と、２台の蓄電池システム１０５、１０６が接続されている。これら１０３－１０６は負荷分担機能を有するインバータ電源である。

【0013】

負荷ノード１０２、太陽光発電１０３、１０４、蓄電池システム１０５、１０６を含む領域１０７がマイクログリッド化される領域１０７となる。領域１０７には開閉器１０８が設けられており、開閉器１０８を介して、負荷１０９などが連系した別の系統（上位系統）が接続されている。また、太陽光発電１０３、１０４、蓄電池システム１０５、１０６には、マイクログリッドの外部制御であるＥＭＳ（系統全体の制御システム）１１０から指令値が送られるように構成されている。太陽光発電１０３、１０４、蓄電池システム１０５、１０６は、ＥＭＳ１１０からの指令値に基づいて出力制御を行うようになっている。

【0014】

以上のような自立型のマイクログリッドでは、領域１０７が連系した上位系統にて系統事故等が起きて停電が発生した場合、事故の起きていない領域１０７に接続された機器を起動させることができる。このため、領域１０７では、内上位系統の復旧を待たずに停電から速やかに復旧させることが可能である。このとき、領域１０７には回転機が存在しないので、自立的に負荷分担を行う蓄電池システム１０５、１０６だけで系統電圧を確立し、給電を開始する必要がある。

【0015】

(起動シーケンス)
図２を用いて第１の実施形態に係るマイクログリッドの起動方法の起動シーケンスを説明する。ここでは、自立的な負荷分担機能を持ったインバータ電源のうち、蓄電池システム１０５をマスタ１０５と呼び、蓄電池システム１０６をスレーブ１０６と呼ぶこととする。マスタ１０５とは、複数あるインバータ電源のうち、最初に起動するインバータ電源のことである。スレーブ１０６とは、マスタ１０５以外のインバータ電源、つまり２台目以降に起動するインバータ電源である。

【0016】

第１の実施形態では、まずマスタ１０５をＣＶＣＦモードで起動し、系統周波数及び系統電圧を確立して所内給電を行う(Ｓ０１:マスタ初期起動ステップ)。続いて、マスタ１０５を配電線１０１に接続する(Ｓ０２)。次に、スレーブ１０６の変圧器を投入し（Ｓ０３）、スレーブ１０６を系統連系モードで起動して出力待機状態(ＰＱ指令値＝０)とする（Ｓ０４：スレーブ初期起動ステップ）。

【0017】

スレーブ１０６が出力待機状態となりスレーブ初期起動ステップＳ０４が終了すると、マスタ１０５のＣＶＣＦモードとスレーブ１０６の系統連系モードを全台一斉にドループモードに変更する。マスタ１０５及びスレーブ１０６は、マスタ１０５及びスレーブ１０６の出力変動が一定閾値以下になった状態、またはマスタ１０５及びスレーブ１０６の出力電圧が一定閾値以下になった状態で、他の前記インバータ電源あるいは自らの前記インバータ電源が予め設定された運転状態になると、自らの制御モードを変更する制御モード変更ステップを行う。

【0018】

ここでは、スレーブ１０６が出力待機状態になると、自らの制御モードを変更する制御モード変更ステップを行う。第１の実施形態では、インバータ電源を全台一斉にドループモードに変更するので、制御モード変更ステップをドループへの制御モード変更ステップと呼ぶ。なお、以下の実施形態ではインバータ電源の制御モードを全台一斉に変更したが、変更のタイミングは全台一斉でなくてもよく、制御モードの変更の順番は任意であってもよい。ただし、制御モードの変更に際しては変更前の出力と変更後の出力指令値の差が小さいほうが望ましい。

【0019】

第１の実施形態において、ドループへの制御モード変更制御ステップでは、先にマスタ１０５、スレーブ１０６のドループ特性を有効化させ、ドループ特性に応じてマスタ１０５及びスレーブ１０６が負荷分担を行う（Ｓ０５：ドループ特性有効化ステップ）。その後、ＥＭＳ１１０からのマスタ１０５、スレーブ１０６の有効電力出力指令値を更新して、マスタ１０５、スレーブ１０６のドループ特性を修正し、ＥＭＳ１１０による負荷分担を行う（Ｓ０６：ＥＭＳによる負荷分担ステップ）。ドループ特性有効化ステップＳ０５における「ドループ特性の有効化」とは、マスタ１０５側では図３の制御ブロック図内の点線で囲んだ部分（２００、２０１）を有効化させることであり、スレーブ１０６側では図４内の点線で囲んだ部分（２１０、２１１）を有効化させることである。

【0020】

図３は第１の実施形態のマスタ側のドループ制御の制御ブロック図、図４は第１の実施形態のスレーブ側のドループ制御の制御ブロック図である。図３の２００が、マスタのドループモードにおけるインバータ電源の有効電力出力の変化に対して周波数を変化させる垂下特性を持ち、図３の２０１が無効電力出力の変化に対して周波数を変化させる垂下特性を持つ。

【0021】

図４の２００が、スレーブのドループモードにおける、系統周波数の変化に対してインバータ電源が自らの有効電力出力を変化させる垂下特性を持ち、図４の２０１が系統電圧に対してインバータ電源が自らの無効電力出力を変化させる垂下特性を持つ。また、ＥＭＳによる負荷分担ステップＳ０６における「有効電力指令値の更新」とは、マスタ１０５側では図３のＰ_ｂｉａｓ２０２とＱ_ｂｉａｓ２０３をＥＭＳ１１０から修正することであり、スレーブ１０６側では図４のＰ_ｂｉａｓ２１２とＱ_ｂｉａｓ２１３を、ＥＭＳ１１０から修正することである。なお、図３において、２０４は一次遅れ回路、２０５は発電機の電圧を自動的に一定に保つためのＡＣＡＶＲ（ＰＩ制御）部である

【0022】

(作用及び効果)
第１の実施形態では、マスタ初期起動ステップにてマスタ１０５をＣＶＣＦモードで起動して系統周波数及び系統電圧を確立し、スレーブ初期起動ステップにてスレーブ１０６を系統連系モードで起動して出力待機状態(ＰＱ指令値＝０)とする。その後、制御モード変更ステップであるドループへの制御モード変更制御ステップにおいて、マスタ１０５のＣＶＣＦモード及びスレーブ１０６の系統連系モードを全台一斉にドループモードに変更する。このような第１の実施形態によれば、インバータ電源起動時の励磁突入電流を抑制することができ、周波数変動の発生を抑えることができる。従って、マイクログリッド起動時の変換器出力電流が変換器保護レベルに抵触する心配がなく、マイクログリッドを安定して起動することが可能となる。

【0023】

また、第１の実施形態においては、マスタ１０５はまずＣＶＣＦモードで起動するため、系統周波数及び系統電圧を確実に確立することができ、スレーブ１０６の系統連系モードは出力待機状態(ＰＱ指令値＝０)で終わるので、周波数及び電圧が維持し易い。しかも、第１の実施形態では、マスタ１０５とスレーブ１０６とが同時にドループモードに切り替わるため、出力電圧に過渡的な動揺が発生することなく、バランス良く負荷分散を行うことが可能である。さらに、第１の実施形態におけるドループ制御ステップでは、まずドループ特性有効化ステップＳ０５を行い、その後で、ＥＭＳによる負荷分担ステップＳ０６を行うため、負荷分担を迅速に行うことができるといったメリットがある。

【0024】

(２) 第２の実施形態
第２の実施形態以降の実施形態におけるマイクログリッドの基本的な構成は、上記第１の実施形態の同じである。そのため、第２の実施形態以降の実施形態では基本的な構成の説明は省略する。

【0025】

上記第１の実施形態で示したドループ制御ステップでは、先にドループ特性有効化ステップＳ０５を行い、その後で、ＥＭＳによる負荷分担ステップＳ０６を行っている。そのため、マスタ１０５、スレーブ１０６のドループ特性を有効化したときに、それまでマスタ１０５のみで給電していたものが、ドループ特性に沿ってマスタ１０５とスレーブ１０６とで負荷が分担されることになる。その結果、マイクログリッドの起動時に周波数低下を招く可能性がある。そこで第２の実施形態では、このドループ有効化時の周波数低下を回避するために、図５に示すような起動シーケンスを行うものとする。

【0026】

(起動シーケンス)
図５に示すように、第２の実施形態では、マスタ１０５をＣＶＣＦモードで起動し、系統周波数及び系統電圧を確立したのち（Ｓ０１’ :マスタ初期起動ステップ）、マスタ１０５を配電線に接続する（Ｓ０２’）。次にスレーブ１０６の変圧器を投入し（Ｓ０３’）、スレーブ１０６を系統連系モードで起動して出力待機状態(ＰＱ指令値＝０)とする（Ｓ０４’：スレーブ初期起動ステップ）。ここまでは、上記第１の実施形態の起動シーケンスと同じである。

【0027】

スレーブ１０６が出力待機状態となりスレーブ初期起動ステップＳ０４’が終了すると、第２の実施形態もドループへの制御モード変更ステップを行う。ただし、第２の実施形態のドループへの制御モード変更ステップと第１の実施形態のドループへの制御モード変更ステップとは、ドループ特性有効化と、ＥＭＳによる負荷分担との順番が逆になる。

【0028】

すなわち、第２の実施形態のドループへの制御モード変更ステップでは、まず先にＥＭＳ１１０による負荷分担を行ってしまい、スレーブ１０６に有効電力指令値を与える（Ｓ０５’：ＥＭＳによる負荷分担ステップ）。その後、マスタ１０５、スレーブ１０６のドループ特性を有効化させる（Ｓ０６’： ドループ特性有効化ステップ）。そしてドループ特性を有効化した後に、ＥＭＳ１１０により有効・無効電力のバイアスを修正してドループ特性を修正する（Ｓ０７’：ドループ特性修正ステップ）。

【0029】

(作用及び効果)
第２の実施形態では、上記第１の実施形と同様、マスタ１０５のＣＶＣＦモード及びスレーブ１０６の系統連系モードを全台一斉にドループモードに変更することで、インバータ電源の起動時に発生する励磁突入電流を抑制することができる。従って、第２の実施形態によれば、マイクログリッド起動時の変換機出力電流が変換器保護レベルに抵触することなくマイクログリッドを起動することが可能となり、マイクログリッドが安定して起動することができる。また、第２の実施形態におけるドループへの制御モード変更ステップでは、まずはマスタ１０５とスレーブ１０６とで負荷分担を行ってからドループ特性を有効化している。そのため、マスタ１０５のみで給電していた状態からドループ特性に沿ってマスタ１０５とスレーブ１０６とで負荷を分担するといったことが無くなり、ドループ有効化時の周波数低下を確実に回避することが可能である。

【0030】

(３) 第３の実施形態
上述した記第１、第２の実施形態では、制御モード変更ステップにおいて、マスタ１０５及びスレーブ１０６での初期起動時の制御モードを全台一斉にドループモードへと変更するドループへの制御モード変更ステップを採用した。これに対して、第３の実施形態では、制御モード変更ステップにおいて、マスタ１０５のＣＶＣＦモード並びにスレーブ１０６の系統連系モードを全台一斉にＶＳＧモードに変更するようになっている。第３の実施形態では、インバータ電源を全台一斉にＶＳＧモードに変更するので、モード変更ステップをＶＳＧへの制御モード変更ステップと呼ぶこととする。ＶＳＧモードは電圧型ドループモードとも呼ばれる。

【0031】

(起動シーケンス)
第３の実施形態の起動シーケンスについて、図６を用いて説明する。図６に示すように、第３の実施形態では、まずマスタ１０５をＣＶＣＦモードで起動し、系統周波数及び系統電圧を確立する(Ｓ１１:マスタ初期起動ステップ)。続いて、マスタ１０５を配電線１０１に接続する(Ｓ１２)。次に、スレーブ１０６の変圧器を投入し（Ｓ１３）、スレーブ１０６を系統連系モードで起動して出力待機状態(ＰＱ指令値＝０)とする（Ｓ１４：スレーブ初期起動ステップ）。ここまでは、上記第１及び第２の実施形態の起動シーケンスと同じである。

【0032】

第３の実施形態では、スレーブ１０６が出力待機状態となってスレーブ初期起動ステップＳ１４が終了すると、スレーブ１０６でのＶＳＧモードにおける位相生成を開始する（Ｓ１５）。Ｓ１５では、ＶＳＧモードにおける位相算出部を空回しさせると共に、スレーブ１０６の出力電圧Ｖを固定値もしくはＡＶＲ(自動電圧調整器)によって制御する。この点について、図７を用いて説明する。

【0033】

図７は第３の実施形態において課電された系統にＶＳＧモードで接続する際の制御ブロック図である。図７に示す符号のうち、３０２はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）であって系統電圧の周波数を取得する部分、点線３００で囲まれた部分は発電機の機械的な特性の模擬を行う位相生成回路、点線３０１で囲まれた部分はＶＳＧモードにて電圧制御を行う電圧制御部であり、３０１ａは固定値もしくはＡＶＲを示している。３０３は、系統連系モードにおける有効・無効電力を指令値に追従させるための電流制御部、３０４、３０５は制御切替回路である。３０６は出力位相に基づいて座標変換を行う回路である(ｄｑ/ａｂｃと示す)。一般に、系統連系モードではＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）で系統電圧を検出してインバータ電源の制御を行うが、ＶＳＧモードでは図７の点線３００、３０１で示したように、変換器の有効電力指令値（Ｐ_ｒｅｆ）と有効電力出力（Ｐ_ＰＣＳ）の差分に基づいてインバータ電源を制御する。

【0034】

そのため、ＶＳＧ制御ステップにおいてスレーブ１０６の制御モードを系統連系モードからＶＳＧモードに変更する場合に、図７の位相生成回路３００での有効電力指令値（Ｐ_ｒｅｆ）と有効電力出力（Ｐ_ＰＣＳ）の差分が大きいと、擾乱が発生する可能性がある。また、位相生成回路３０１のｄｑ軸上の電圧指令値が急変すると、位相生成回路３０１が停止するといった不具合が生じる。

【0035】

そこで第３の実施形態では、図６のステップＳ１５を行い、スレーブ１０６がＶＳＧモードに切り替わる前に、ＶＳＧモードにおける位相生成を開始する。ここでは、位相生成回路３００を空回しさせておき、かつ電圧制御部３０１にて出力電圧Ｖ_ｄｑの指令値は固定値もしくはＡＶＲによって制御させる。これにより、スレーブ１０６の系統連系モードをＶＳＧモードに変更した時に、ＥМＳ１１０からの指令値をスレーブ１０６の有効電力出力と一定範囲内で一致させている。

【0036】

さらに、第３の実施形態では、スレーブ１０６の制御モードを系統連系モードからＶＳＧモードに変更すると同時に、位相、電圧ともに算出方法を切り替える。例えば、系統連系モードでは系統電圧に基づいて位相を算出し、有効・無効電力の指令値追従制御に基づいて電力を決定していたが、ＶＳＧモードでは、発電機の機械的な特性を模擬した特性に基づいて位相を算出し、電圧制御指令値に基づいて電圧を決定する。上記のようなステップＳ１５に続いて、第３の実施形態では、マスタ１０５のＣＶＣＦモードと、スレーブ１０６の系統連系モードを、全台一斉に、ＶＳＧモードに変更する（Ｓ１６：ＶＳＧへの制御モード変更ステップ）。

【0037】

（作用及び効果）
第３の実施形態においては、マスタ初期起動ステップにてマスタ１０５をＣＶＣＦモードで起動して系統電圧を確立させ、スレーブ初期起動ステップにてスレーブ１０６を系統連系モードで起動させた後、ＶＳＧへの制御モード変更ステップにてマスタ１０５のＣＶＣＦモード及びスレーブ１０６の系統連系モードを全台一斉にＶＳＧモードに変更する。このような第３の実施形態では、前記第１及び第２の実施形態と同じく、インバータ電源の起動時に生じる励磁突入電流を抑制することができる。従って、マイクログリッド起動時の安定性が向上する。

【0038】

また、第３の実施形態では、マスタ１０５とスレーブ１０６とが同時にＶＳＧモードで切り替わるので、マスタ１０５がＶＳＧモードで運転している状態のところに、スレーブ１０６がＶＳＧモードで起動するといったことがない。従って、スレーブ１０６の出力電圧に過渡的な動揺が発生することがなく、安定した起動を行うことが可能である。しかも、第３の実施形態におけるマスタ１０５は、最初はＣＶＣＦモードで起動しており、ＶＳＧモードでは運転していないので、ＥＭＳ１１０が全体を鑑みた有効電力指令値を決定するまでの間に、系統周波数変動が起きる心配も無い。

【0039】

さらに、第３の実施形態によれば、ＶＳＧへの制御モード変更ステップＳ１６を行う前に、ＶＳＧモードの位相生成回路を空回しさせておき、出力電圧Ｖ_ｄｑの指令値を固定値もしくはＡＶＲによって制御してから、スレーブ１０６の制御モードを系統連系モードからＶＳＧモードに切り替える。そのため、ＶＳＧ制御ステップＳ１６を行う前に、系統電圧の位相とスレーブ１０６の有効電力の電圧位相を容易に一致させることができる。従って、スレーブ１０６の制御モードがＶＳＧモードになっても、位相生成回路３００の有効電力指令値（Ｐ_ｒｅｆ）と有効電力出力（Ｐ_ＰＣＳ）の差分を確実に抑えて、擾乱発生を回避することができる。

【0040】

また、第３の実施形態では、出力電圧Ｖ_ｄｑの指令値を固定値もしくはＡＶＲによって制御しているので、位相生成回路３０１のｄｑ軸上の電圧指令値が急変して位相生成回路３０１が停止することもない。従って、スレーブ１０６における系統連系モードからＶＳＧモードへの変更に際して、系統位相に同期しつつ系統電圧との乖離を防ぐことができ、マイクログリッドの起動時の安定性がより向上する。

【0041】

(４) 第４の実施形態
上記の第３の実施形態では、Ｓ１５にてスレーブ１０６でのＶＳＧモードにおける位相生成を開始する際、系統電圧の位相とスレーブ１０６側の初期位相とを同期させつつ、系統電圧とスレーブ１０６側の電圧との乖離を防ぐようにしているが、これを実現するために、出力電圧Ｖ_ｄｑの指令値を固定値もしくはＡＶＲによって制御するなど、制御が煩雑化することは否めない。

【0042】

そこで第４の実施形態では、スレーブ１０６が系統連系モードからＶＳＧモードへ切り替えるのではなく、スレーブ１０６は最初からＶＳＧモードで起動するものとする。すなわち、第４の実施形態では、マスタ１０５が最初にＣＶＣＦモードで起動するマスタ初期起動ステップと、スレーブ１０６が最初からＶＳＧモードで起動するスレーブ起動ステップと、マスタ１０５のＣＶＣＦモードをＶＳＧモードに変更するＶＳＧモードへの制御モード変更ステップと、を含む。

【0043】

(起動シーケンス)
図８を用いて第４の実施形態に係るマイクログリッドの起動方法の起動シーケンスを説明する。図８に示すように、まずマスタ１０５をＣＶＣＦモードで起動し、系統周波数及び系統電圧を確立して所内給電を行う(Ｓ２１:マスタ初期起動ステップ)。続いて、マスタ１０５を配電線１０１に接続する(Ｓ２２)。次に、スレーブ１０６の変圧器を投入し（Ｓ２３）、スレーブ１０６をＶＳＧモードで起動する（Ｓ２４：スレーブ起動ステップ）。スレーブ１０６がＶＳＧモードで起動した後、マスタ１０５のＣＶＣＦモードをＶＳＧモードで変更し（Ｓ２５：ＶＳＧモードへの制御モード変更ステップ）、ＥＭＳ１１０からのマスタ１０５、スレーブ１０６の有効電力出力指令値を更新する（Ｓ２６）。

【0044】

第４の実施形態に係るスレーブ１０６では、起動前に、ＥМＳ１１０からの指令値がスレーブ１０６の有効電力出力と一定範囲内で一致するように設定されている。この点について、図９を用いて説明する。図９は第４の実施形態において課電された系統にＶＳＧモードで接続する際の制御ブロック図である。図９における符号は前記図７と同様である。図９に示すように、スレーブ１０６は起動する前から、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）で系統電圧の位相を検出すると同時に、ＶＳＧモードにおける位相算出部分（図９の点線で示す３１０の部分）を空回ししている。これにより、スレーブ１０６では、ＥМＳ１１０からの指令値がスレーブ１０６の有効電力出力と一定範囲内で一致するようになっている。

【0045】

（作用及び効果）
第４の実施形態では、マスタ初期起動ステップにてマスタ１０５をＣＶＣＦモードで起動して系統電圧を確立させ、スレーブ起動ステップにてスレーブ１０６をＶＳＧモードで起動させた後、ＶＳＧモードへの制御モード変更ステップにてマスタ１０５のＣＶＣＦモードをＶＳＧモードに変更する。このような第４の実施形態では、前記第１－第３の実施形態と同じく、インバータ電源の起動時に生じる励磁突入電流を抑制することができ、マイクログリッド起動時の安定性が向上する。

【0046】

また、第４の実施形態では、マスタ１０５がＶＳＧモードで運転しているところに、スレーブ１０６がＶＳＧモードで起動することがない。従って、スレーブ１０６の出力電圧に過渡的な動揺が発生することがなく、安定した起動を行うことが可能である。しかも、第４の実施形態におけるマスタ１０５は、最初はＣＶＣＦモードで起動しており、ＶＳＧモードでは運転していないので、ＥＭＳ１１０が全体を鑑みた有効電力指令値を決定するまでの間に、系統周波数変動が起きる心配も無い。

【0047】

さらに、第４の実施形態では、ＥМＳ１１０からの指令値がスレーブ１０６の有効電力出力と一定範囲内で一致するように予め設定されているので、スレーブ１０６のモード変更に伴う面倒な制御を実施する必要がなく、系統電圧の位相とスレーブ１０６の有効電力の電圧位相を簡単に一致させることができる。そのため、スレーブ１０６では、起動時に位相生成回路を切り替えることで、初期位相が系統電圧の位相と同期しつつ、ＶＳＧモードによる位相を用いた運転開始が可能である。

【0048】

従って、スレーブ１０６がＶＳＧモードを開始した時点で、位相生成回路３００の有効電力指令値（Ｐ_ｒｅｆ）と有効電力出力（Ｐ_ＰＣＳ）の差分を抑えることができ、擾乱発生を回避することができる。このような第５の実施形態によれば、スレーブ１０６における制御モードの変更時に際して、ＰＬＬと位相生成の制御切替を用いることで、励磁突入電流と出力電圧の動揺を抑制することができ、マイクログリッドの安定した起動に寄与することができる。

【0049】

(５) 第５の実施形態
上記の第１－第４の実施形態では、マスタ初期起動ステップにてマスタ１０５は系統電圧が確立するまでＣＶＣＦモードで起動し、モード変更ステップにてマスタ１０５のＣＶＣＦモードを、ドループモードあるいはＶＳＧモードに変更するものであった。これに対して、第５の実施形態では、マスタ１０５が制御モードを変更することなく、初めからＶＳＧモードで起動するものである。

【0050】

第５の実施形態では、マスタ１０５がＶＳＧモードで起動するマスタ起動ステップと、系統電圧の位相を検出する位相検出ステップと、位相検出ステップにて検出した位相に基づいてスレーブ１０６がＶＳＧモードで起動するスレーブ起動ステップを含むものである。すなわち、第５の実施形態は、インバータ電源の制御モードを変更するステップが無い代わりに、系統電圧の位相を検出する位相検出ステップを含むものである。第５の実施形態においても、マイクログリッドの起動方法に限らず、各ステップをコンピュータに実行させる起動プログラム、当該起動プログラムを記録した記録媒体、さらには各ステップを実行する構成要素を備えた起動装置として捉えることも可能である。

【0051】

(起動シーケンス)
図１０を用いて第１の実施形態に係るマイクログリッドの起動方法の起動シーケンスを説明する。図１０に示すように、第５の実施形態では、マスタ１０５をＶＳＧモードで起動し（Ｓ１１’：マスタ起動ステップ）、マスタを配電線に接続した後（Ｓ１２’）、スレーブ１０６の変圧器を投入し（Ｓ１３’）、スレーブ１０６においてＶＳＧモードの位相生成を開始する（Ｓ１４’：位相検出ステップ）。その後、スレーブ１０６をＶＳＧモードで起動する（Ｓ１５’：スレーブ起動ステップ）

【0052】

第５の実施形態においても、上記第４の実施形態と同様に、スレーブ１０６がＶＳＧモードで起動する前に、系統電圧の位相とスレーブ有効電力の電圧位相を一致させている。つまり第５の実施形態に係るスレーブ１０６でも、前記図９で示したスレーブ１０６を採用しており、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）で系統電圧の位相を検出すると同時に、ＶＳＧモードにおける位相算出部分（図９の点線で示す３１０の部分）を空回ししている。これにより、第５の実施形態に係るスレーブ１０６でも、ＥМＳ１１０からの指令値がスレーブ１０６の有効電力出力と一定範囲内で一致するようになっている。

【0053】

（作用及び効果）
第５の実施形態にでは、上記第４の実施形態と同じく、ＥМＳ１１０からの指令値がスレーブ１０６の有効電力出力と一定範囲内で一致するように予め設定されているので、スレーブ１０６のモード変更に伴う面倒な制御を実施する必要がなくなり、系統電圧の位相とスレーブ１０６の有効電力の電圧位相を簡単に一致させることができる。そのため、スレーブ１０６では、起動時に位相生成回路を切り替えることで、初期位相が系統電圧の位相と同期しつつ、ＶＳＧモードによる位相を用いた運転開始が可能である。従って、スレーブ１０６がＶＳＧモードを開始した時点で、位相生成回路３００の有効電力指令値（Ｐ_ｒｅｆ）と有効電力出力（Ｐ_ＰＣＳ）の差分を抑えて、擾乱発生を回避することができる。

【0054】

（他の実施形態）
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0055】

例えば、第１の実施形態におけるドループへの制御モード変更ステップと第２の実施形態におけるループへの制御モード変更ステップでは、ドループ特性有効化ステップとＥＭＳによる負荷分担ステップとの順番が逆になっているが、ドループ特性有効化ステップを先にしてＥＭＳによる負荷分担ステップを後にすれば、負荷を早期に分担することができる反面、周波数低下が起き易い。反対に、ＥＭＳによる負荷分担ステップを先にしてドループ特性有効化ステップを後にすれば、周波数低下は抑制できるが、最終的な負荷分担は遅くなる。

【0056】

そこで、ドループへの制御モード変更ステップにおいて、マイクログリッドで許容する周波数変動量又は電圧変動量に基づいて、ドループ特性有効化ステップと負荷分担ステップとの順序を選択するようにしてもよい。このような実施形態によれば、マイクログリッドで許容する周波数変動量又は電圧変動量に応じて、ドループ特性有効化ステップと負荷分担ステップとの順序を選択することにより、適切なタイミングで負荷分担を実施しつつ、周波数低下を確実に防ぐことが可能である。

【0057】

また、自立的に負荷分担を行う複数のインバータ電源は２台以上あればよく、インバータ電源が３台以上ある場合にはそのうち１台をマスタとし、残りをスレーブとする。スレーブが複数ある場合、スレーブの起動順序あるいはスレーブにおける制御モードの変更順序などは、あらかじめ決められた順番に順次行うようにしてもよい。

【0058】

さらに、スレーブであるインバータ電源が作る電圧を、系統電圧に合わせるように制御するようにしても良い。例えば、スレーブに相当するインバータ電源の制御モードを変更する前に、ｄｑ座標軸上の電圧指令値を一定範囲内に収めるように、電圧指令値に関する変化率の制約又は遅れ制御を行うようにしてもよい。このような実施形態によれば、スレーブ側のインバータ電源が制御モードを変更する際、ｄｑ座標軸上の電圧指令値の急変を防ぐことができ、マイクログリッドは安定して起動することができる。また、上記の実施形態では、スレーブ１０６が出力待機状態になると、マスタ１０５及びスレーブ１０６が自らの制御モードを変更するモード変更ステップを行っていたが、自らの制御モードを変更するモード変更ステップを行う契機となるインバータ電源の運転状態には、インバータ電源の出力電圧や出力電流の範囲なども包含される。

【符号の説明】

【0059】

１０１…配電線
１０２…負荷ノード
１０３、１０４…太陽光発電
１０５、１０６…蓄電池システム
１０７…領域
１０８…開閉器
１０９…負荷
１１０…ＥＭＳ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】