JP7139585B2

JP7139585B2 - 電力変換器の制御装置、制御方法、制御プログラム

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Publication number: JP7139585B2
Application number: JP2017161346A
Authority: JP
Inventors: 幸雄高野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP2019041480A

Description

本発明は、電力変換器を制御する制御装置、制御方法、制御プログラムに関する。

分散型電源（例えば、太陽光発電設備、風力発電設備、蓄電池設備、燃料電池発電設備、ガスタービンエンジン発電設備、誘導発電設備など）が複数連系している下位の電力系統（例えば、変電設備から需要家（受電設備）へ配電線を介して電力供給をする電力系統：下位系統）は、系統故障（地絡・短絡事故）や系統停電（作業・計画停電）などが起こると、上位の電力系統（例えば、火力発電設備などの同期発電設備から変電設備へ送電線を介して電力供給をする電力系統：上位系統）から切り離されて単独系統となる。

単独系統が形成されると、分散型電源は、単独系統になったことを所定時間内に検出し、自らが連系している単独系統への電力供給を停止し、自らを単独系統から解列する。

ところが分散型電源が単独系統から解列できず単独運転を継続する場合が想定される。例えば、電力変換器と蓄電池とを備えた蓄電池設備に、単独運転であることを所定時間内に検出する単独運転検出部と、電力系統の系統周波数の変動を抑制する周波数変動抑制部とが搭載されている場合、蓄電池設備が単独系統から解列できず単独運転を継続する虞がある。すなわち単独運転を継続している蓄電池設備が単独系統に加圧する状態が継続する虞がある。

単独運転検出部は、上位系統から切り離される前の系統周波数の変動と、上位系統から切り離された後の系統周波数の変動との違いを利用して単独運転を検出する。すなわち、上位系統から切り離された単独系統には蓄電池設備以外にも誘導発電設備などの分散型電源が連系しているため、上位系統から切り離される前より系統周波数が急激に変動するので、この系統周波数の急激な変動を検出して単独運転を検出する。

一方で、周波数変動抑制部は、電力系統に大量に分散型電源が連系された場合に、分散型電源の影響により系統周波数の変動が増大するため、火力発電設備などの同期発電設備を補助する目的で、蓄電池設備の蓄電池に蓄電された電気エネルギーを用いて系統周波数の変動の増大を抑制する。ところが周波数変動抑制部は、単独系統に対しても、単独系統の系統周波数の変動を抑制するため、単独運転検出部が単独運転を検出できなくなることが想定される。すなわち、単独系統において単独運転検出の精度が低下する。

特許文献１、２、３には、単独運転検出のための無効電力制御と、電圧上昇抑制のための無効電力制御とが干渉することで、単独運転検出の精度が低下することを抑制する制御装置が開示されている。

特開２０１５－１８０１２３号公報特開２０１５－１８０１２２号公報特開２０１４－２０７８０８号公報

しかしながら、上述した制御装置は、蓄電池設備に単独運転検出部と周波数変動抑制部とが搭載されている場合に、周波数変動抑制部が単独系統において系統周波数の変動増大を抑制することにより、単独運転検出部が単独運転を検出できなくなることを防止するものではない。

本発明の一側面に係る目的は、単独系統において単独運転検出の精度を向上させる電力変換器の制御装置、制御方法、制御プログラムを提供することである。

本発明に係る一つの形態である電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置は、計測した電力系統の系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、周波数偏差を用いて系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、有効電流指令又は有効電力指令に応じて電力変換器を制御し、電力変換器から電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有する。周波数変動抑制部は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を保持する周波数偏差保持部を有する。周波数偏差保持部において前回値の周波数偏差を保持している場合、周波数変動抑制部は、保持している前回値の周波数偏差を用いて有効電流指令又は有効電力指令を算出する。

また、本発明に係る他の形態である電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置は、計測した電力系統の系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、周波数偏差を用いて系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、有効電流指令又は有効電力指令に応じて電力変換器を制御し、電力変換器から電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有する。周波数変動抑制部は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を用いて算出した有効電流指令又は有効電力指令を保持する有効電流指令保持部を有する。有効電流指令保持部において有効電流指令又は有効電力指令を保持している場合、周波数変動抑制部は、保持している有効電流指令又は有効電力指令を、周波数偏差を用いて算出した系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令とする。

また、本発明に係る他の形態である電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置は、計測した電力系統の系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、周波数偏差を用いて系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、有効電流指令又は有効電力指令に応じて電力変換器を制御し、電力変換器から電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有する。周波数変動抑制部は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて周波数偏差を算出する周波数偏差処理部を有する。

なお、周波数偏差処理部は、今回算出した周波数偏差と前回算出した周波数偏差との差が、周波数変動の上限制限値より大きい場合、前回算出した周波数偏差に上限制限値を加算し、今回算出した周波数偏差とし、該差が、周波数変動の下限制限値より小さい場合、前回算出した周波数偏差に下限制限値を加算し、今回算出した周波数偏差とする。

また、本発明に係る他の形態である電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置は、計測した電力系統の系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、周波数偏差を用いて系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、有効電流指令又は有効電力指令に応じて電力変換器を制御し、電力変換器から電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有する。周波数変動抑制部は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて算出した周波数偏差に対応する有効電流指令又は有効電力指令を算出する有効電流指令処理部を有する。

単独系統において単独運転検出の精度を向上させることができる。

電力系統の一例を示す図である。蓄電設備の一例を示す図である。周波数変動抑制部（周波数偏差保持）の一例を示す図である。周波数偏差保持部の動作の一例を示す図である。周波数偏差保持の説明をするための図である。周波数変動抑制部の効果を説明するための図である。周波数変動抑制部（有効電流指令保持）の一例を示す図である。有効電流指令保持部の動作の一例を示す図である。周波数変動抑制部（周波数偏差処理）の一例を示す図である。周波数偏差処理部の動作の一例を示す図である。周波数偏差処理の説明をするための図である。周波数変動抑制部の効果を説明するための図である。周波数変動抑制部（有効電流指令処理）の一例を示す図である。有効電流指令処理部の動作の一例を示す図である。コンピュータのハードウェアの一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
電力系統１について説明をする。

図１は、電力系統１の一例を示す図である。電力系統１は、上位系統２、下位系統３を有する。上位系統２は、例えば、同期発電設備４、開閉器５、送電線６などを有する。同期発電設備４は、開閉器５、送電線６、変電設備７を介して下位系統３へ電力供給をする。下位系統３は、例えば、変電設備７、蓄電設備８、太陽光発電設備９、誘導発電設備１０などの分散型電源、配電線１１を有する。分散型電源は、配電線１１を介して不図示の需要家（受電設備）へ電力供給をする。

同期発電設備４は、火力発電設備、水力発電設備、原子力発電設備などの発電設備である。開閉器５は、系統故障や系統停電を検出した場合に、上位系統２から下位系統３を切り離す際に用いる開閉器である。変電設備７は、同期発電設備４から供給される高電圧を需要家が使用できる低電圧に変圧する設備である。

蓄電設備８は、蓄電池とパワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning System）を備え、蓄電池に蓄電した電気エネルギーを、ＰＣＳが有する電力変換器（インバータ）を用いて下位系統３に供給する。太陽光発電設備９は、太陽光パネルとＰＣＳを備え、太陽光パネルで発電した電力を、ＰＣＳが有する電力変換器を用いて下位系統３に供給する。誘導発電設備１０は、誘導電動機（ＩＭ：Induction Motor）を備え、誘導電動機を用いて発電した電力を、下位系統３に供給する。なお、図１において、分散型電源として蓄電設備８、太陽光発電設備９、誘導発電設備１０を示したが、図１の分散型電源に限定するものではない。

蓄電設備８について説明をする。
図２は、蓄電設備８の一例を示す図である。蓄電設備８は、ＰＣＳ２０、蓄電池２１を有する。ＰＣＳ２０は制御部２２（制御装置）を有する。制御部２２は、単独運転検出部２３、周波数変動抑制部２４、無効電流指令算出部２５、電流制御部２６を有する。電流制御部２６は、二相三相回転座標変換部２７、位相同期部２８（ＰＬＬ）、電流制御器２９（ＡＣＲ）、電流制御器３０（ＡＣＲ）、加算器３１、パルス幅変調部３２（ＰＷＭ）を有する。また、ＰＣＳ２０は、電力変換器３３（インバータ）、計測用変圧器３４、連系開閉器３５、コンデンサ３６、コイル３７、コイル３８、コンデンサ３９を有する。

ＰＣＳ２０は、蓄電池２１に蓄電した電気エネルギーを用いて、下位系統３へ電流又は電力を供給する。また、ＰＣＳ２０は、下位系統３の電力を用いて、蓄電池２１を蓄電する。蓄電池２１は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池などである。

制御部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いて構成される回路である。また、制御部２２は、その内部又は外部に記憶部を備え、記憶部に記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。

単独運転検出部２３は、上位系統２から下位系統３が切り離された時刻から所定時間以内に単独運転になったことを検出する。所定時間とは、例えば、系統連系規定に定められる０．２［秒］などの時間が考えられる。また、単独運転検出部２３は、単独運転を検出すると、連系開閉器３５を開状態にする単独運転検出指令を出力する。

図２の例では、単独運転検出部２３は、計測用変圧器３４により計測された系統電圧であるＡ相交流電圧Ｖａを示す情報Ｖａｉを用いて系統周波数を算出し、算出した系統周波数の急激な周波数変動（例えば、周波数変化速度が２［Ｈｚ／秒］などの変動）を検出する。なお、図２の例では、系統周波数としてＡ相交流電圧Ｖａの周波数を用いているが、Ａ相交流電圧Ｖａに限定されるものではなく、Ｂ相交流電圧Ｖｂ又はＣ相交流電圧Ｖｃの周波数を用いてもよい。

周波数変動抑制部２４（有効電流指令算出部）は、計測した下位系統３の系統周波数と、予め記憶部に記憶した基準周波数（例えば、５０［Ｈｚ］又は６０［Ｈｚ］を示す情報など）との周波数偏差を算出し、周波数偏差を用いて系統周波数の変動増大を抑制するための有効電流指令Ｉｐ＊又は有効電力指令Ｐｐ＊を算出する。有効電流指令Ｉｐ＊は、例えば、算出した周波数偏差に比例した値である。有効電力指令Ｐｐ＊は、有効電流指令Ｉｐ＊に電圧Ｖ（≒１．０［Ｖ］など）を乗算した値である。なお、以降の説明では、有効電流指令を用いて本発明の実施の形態を説明をする。

無効電流指令算出部２５は、系統周波数の最新の移動平均値と、最新の移動平均値より過去の移動平均値との周波数偏差を算出し、算出した周波数偏差に応じて無効電流指令Ｉｑ＊を算出する。例えば、日本電気工業会規格のＪＥＭ１５０５に規定する標準形能動的単独運転検出方式（ステップ注入付周波数フィードバック方式）を用いることが考えられる。

電流制御部２６は、周波数変動抑制部２４から出力された有効電流指令Ｉｐ＊と、無効電流指令算出部２５から出力された無効電流指令Ｉｑ＊とを用いて、電力変換器３３を制御し、電力変換器３３に、下位系統３へ電流又は電力を出力させる。すなわち、電流制御部２６は、有効電流指令Ｉｐ＊に応じた有効電流又は有効電力、及び、無効電流指令Ｉｑ＊に応じた無効電流又は無効電力を、電力変換器３３に、電力変換器３３から下位系統３へ出力させる。

二相三相回転座標変換部２７は、有効電流指令Ｉｐ＊と無効電流指令Ｉｑ＊と系統電圧同期位相θとを用いて、二相電流指令（有効電流指令Ｉｐ＊、無効電流指令Ｉｑ＊）を三相電流指令（Ａ相電流指令Ｉａ＊、Ｂ相電流指令Ｉｂ＊、Ｃ相電流指令Ｉｃ＊）に変換する。

位相同期部２８は、系統周波数（例えば、系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃのいずれかの周波数を示す情報）を用いて、系統電圧同期位相θを算出する。

電流制御器２９（ＡＣＲ）は、二相三相回転座標変換部２７から出力されたＡ相電流指令Ｉａ＊を、フィードバック制御（例えば、ＰＩ制御など）用いて処理し、Ａ相電圧指令Ｖａ＊を算出する。電流制御器３０（ＡＣＲ）は、二相三相回転座標変換部２７から出力されたＣ相電流指令Ｉｃ＊を、フィードバック制御（例えば、ＰＩ制御など）用いて処理し、Ｃ相電圧指令Ｖｃ＊を算出する。加算器３１は、Ａ相電圧指令Ｖａ＊とＣ相電圧指令Ｖｃ＊とを用いてＢ相電圧指令Ｖｂ＊を算出する。なお、Ｂ相電圧指令Ｖｂ＊の算出は、電流制御器２９、電流制御器３０、加算器３１を用いた算出方法に限定されない。例えば、Ｂ相電圧指令Ｖｂ＊も、Ｂ相電流指令Ｉｂ＊を、フィードバック制御（例えば、ＰＩ制御など）用いて処理し、算出してもよい。

パルス幅変調部３２は、Ａ相電圧指令Ｖａ＊、Ｂ相電圧指令Ｖｂ＊、Ｃ相電圧指令Ｖｃ＊を用いて、電力変換器３３に設けられている不図示の半導体スイッチング素子を制御するＰＷＭ信号を生成し、電力変換器３３へ出力する。

電力変換器３３は、蓄電池２１から出力された直流電力を交流電力に変換して、交流電力を下位系統３（配電線１１）へ供給する。また、電力変換器３３は、下位系統３（配電線１１）から入力された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を蓄電池２１へ供給する。なお、電力変換器３３として、マトリクスコンバータなどを用いてもよい。

計測用変圧器３４は、連系開閉器３５に接続される配電線１１の電圧を計測し、制御部２２に出力する。なお、図２のコイル３７、３８、コンデンサ３９それぞれの一方端が互いに接続される接続点、又は、電力変換器３３とコイル３７の他方端との間、又は、コイル３８の他方端と連系開閉器３５との間の電圧を計測して、系統電圧としてもよい。

連系開閉器３５は、単独運転を検出した場合に、蓄電設備８を配電線１１から切り離す際に用いられる、例えば、リレーやスイッチなどの機械式の開閉器である。

（１）周波数変動抑制部２４（周波数偏差保持）について説明する。
図３は、周波数変動抑制部２４（周波数偏差保持）の一例を示す図である。図３に示す周波数変動抑制部２４は、基準周波数設定部３０１、周波数検出部３０２、加算器３０３、周波数偏差保持部３０４、調整部３０５を有する。

基準周波数設定部３０１は、不図示の記憶部の一部に対応し、基準となる系統周波数を示す基準周波数が設定されている。基準周波数は、例えば、５０［Ｈｚ］又は６０［Ｈｚ］などである。

周波数検出部３０２は系統周波数を検出する。例えば、Ａ相交流電圧Ｖａを示す情報Ｖａｉを用いて系統周波数を検出する。

加算器３０３は、系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出する。
周波数偏差保持部３０４は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超える直前に加算器３０３が算出した周波数偏差を保持し、保持した周波数偏差を調整部３０５に出力する。また、周波数偏差保持部３０４は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えない場合、加算器３０３が今回算出した周波数偏差をそのまま調整部３０５に出力する。所定変化速度は、例えば、系統連系規定に定められる２［Ｈｚ／秒］以上の系統周波数の周波数変化速度などが考えられる。

図４は、周波数偏差保持部３０４の動作の一例を示す図である。
ステップＳ１において、周波数偏差保持部３０４は、加算器３０３が今回算出した周波数偏差と前回算出した周波数偏差との差ｄＦを算出する。

ステップＳ２において、周波数偏差保持部３０４は、差の絶対値が制限値より大きいか否かを判定し、差の絶対値｜ｄＦ｜が制限値より大きい場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）にはステップＳ３に移行し、差の絶対値｜ｄＦ｜が制限値以下の場合（Ｓ２：Ｎｏ）にはステップＳ４に移行する。制限値は、予めユーザにより設定される値で、制御対象である電力系統が許容できる周波数偏差の上下限を表す値である。具体的には、系統連系規定のＦＲＴ（Fault Ride Through）要件により決まる－２［Ｈｚ／秒］～２［Ｈｚ／秒］範囲の値が考えられる。ただし、上記範囲の値に限定されない。

ステップＳ３において、周波数偏差保持部３０４は、制限値を超える直前（周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超える直前）に算出した周波数偏差（前回算出した周波数偏差）を、調整部３０５に出力する。すなわち、今回算出した周波数偏差を出力せず、前回算出した周波数偏差を調整部３０５に出力する。

ステップＳ４において、周波数偏差保持部３０４は、今回算出した周波数偏差を調整部３０５に出力する。

ステップＳ５において、周波数偏差保持部３０４は、ステップＳ３又はＳ４において出力した周波数偏差を前回算出した周波数偏差として保存する。すなわち、周波数偏差保持部３０４は周波数偏差を保持する。

図５は、周波数偏差保持の説明をするための図である。図５の縦軸には周波数偏差を示し、横軸には時間を示している。ステップＳ２において、周波数偏差保持部３０４により、差の絶対値｜ｄＦ｜が制限値より大きいと判定された場合、すなわち図５において実際の周波数偏差（実線）が制限値に対応する周波数変化速度上限（破線）を超えた場合（Ａ点を参照）、ステップＳ３、Ｓ５の処理により前回算出した周波数偏差を保持する（保持後の周波数偏差（太字実線））ことで、実質的に周波数変動抑制をする制御を無効にする。

続いて、図３の調整部３０５は、周波数偏差と予め記憶部に記憶されているゲイン値とを乗算して有効電流指令Ｉｐ＊を算出する。ゲイン値は、系統周波数により決まる値で、例えば、実験やシミュレーションにより決定する。

続いて、電流制御部２６は、調整部３０５から出力された有効電流指令Ｉｐ＊と、無効電流指令算出部２５から出力された無効電流指令Ｉｑ＊と、位相同期部２８から出力された系統電圧同期位相θとを用いてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号により電力変換器３３を制御し、電力変換器３３から配電線１１へ電流又は電力を出力する。

このように図３に示す周波数変動抑制部２４を用いて、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超える直前に算出した周波数偏差を保持する制御をすることにより、単独運転時に急激に変化する周波数偏差に対する変動保証を緩和することができるため、系統周波数の変動増大を抑制する働きを弱めることができる。そうすることで蓄電設備８に単独運転検出部２３と周波数変動抑制部２４とが搭載されている場合でも、単独運転検出部２３は系統周波数が急激に変動することを従来通り正常に検出できる。すなわち、単独系統における単独運転検出の精度を向上させることができる。

図６は、周波数変動抑制部２４の効果を説明するための図である。また、図６に示すシミュレーション結果は、図１に示した電力系統１に対応するモデルを用いて、単独運転検出をした場合のシミュレーション結果である。また、図６のＡ、Ｂ、Ｃは周波数変動抑制部２４に周波数偏差を保持する対策をしない場合のＡ：系統電圧、Ｂ：系統電流、Ｃ：系統周波数を示している。図６のＤ、Ｅ、Ｆは周波数変動抑制部２４に周波数偏差を保持する対策をした場合のＤ：系統電圧、Ｅ：系統電流、Ｆ：系統周波数を示している。また、図６の縦軸にはＡ、Ｄ：電圧［Ｖ］、Ｂ、Ｅ：電流［Ａ］、Ｃ、Ｆ：周波数［Ｈｚ］を示し、横軸には時間を示している。シミュレーションの条件は、基準周波数５０［Ｈｚ］、ゲイン値を１０とし、慣性定数を０．１［秒］としている。慣性定数は、図１に示す誘導発電設備１０が有する誘導電動機ＩＭ（回転負荷）の慣性の大きさを示している。

対策をしない場合、ＰＣＳ２０は、系統周波数の変動増大を抑制するため（図６のＣに示すように系統周波数の変動はなだらかになるため）、単独運転検出部２３が単独運転から単独運転を検出するまでの時間（図６のＣに示す単独運転から検出１までの時間）は０．８［秒］弱を要する。それに対して、対策をした場合、ＰＣＳ２０は、系統周波数の変動増大を抑制しないため（図６のＦに示すように系統周波数の変動が大きいため）、単独運転検出部２３は０．２［秒］（図６のＦに示す単独運転から検出２までの時間）弱で単独運転を検出できる。なお、ゲイン値、慣性定数は大きいほど単独運転を検出するまでの時間が長くなる。

（２）周波数変動抑制部２４（有効電流指令保持）について説明する。
図７は、周波数変動抑制部２４（有効電流指令保持）の一例を示す図である。図７に示す周波数変動抑制部２４は、基準周波数設定部３０１、周波数検出部３０２、加算器３０３、調整部７１、有効電流指令保持部７２を有する。基準周波数設定部３０１、周波数検出部３０２、加算器３０３の説明は、既に図３を参照して説明したので省略する。

調整部７１は、周波数偏差と予め記憶部に記憶されているゲイン値とを乗算して有効電流指令Ｉｐ＊を算出する。

有効電流指令保持部７２は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超える直前に調整部７１が算出した有効電流指令を保持し、保持した有効電流指令を電流制御部２６に出力する。また、有効電流指令保持部７２は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えない場合、調整部７１が今回算出した有効電流指令をそのまま電流制御部２６に出力する。

図８は、有効電流指令保持部７２の動作の一例を示す図である。ステップＳ１、Ｓ２の説明は、既に図４を参照して説明したので省略する。ただし、図８のステップＳ２では、差の絶対値｜ｄＦ｜が制限値より大きい場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）にはステップＳ８１に移行し、差の絶対値｜ｄＦ｜が制限値以下の場合（Ｓ２：Ｎｏ）にはステップＳ８２に移行する。

ステップＳ８１において、有効電流指令保持部７２は、制限値を超える直前（周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超える直前）に算出した有効電流指令（前回算出した有効電流指令）を、電流制御部２６に出力する。すなわち、今回算出した有効電流指令を出力せず、前回算出した有効電流指令を電流制御部２６に出力する。

ステップＳ８２において、有効電流指令保持部７２は、今回算出した有効電流指令を、電流制御部２６に出力する。

ステップＳ８３において、有効電流指令保持部７２は、ステップＳ８１又はＳ８２において出力した有効電流指令を前回算出した有効電流指令として保存する。すなわち、有効電流指令保持部７２は有効電流指令を保持する。また、ステップＳ８３において、有効電流指令保持部７２は、ステップＳ８１で有効電流指令を出力した場合、前回の周波数偏差を保存し、ステップＳ８２で有効電流指令を出力した場合、今回の周波数偏差を保存する。

このように図７に示す周波数変動抑制部２４を用いて、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超える直前に算出した有効電流指令を保持する制御をすることにより、単独運転時に急激に変化する周波数偏差に対する変動保証を緩和することができるため、系統周波数の変動増大を抑制する働きを弱めることができる。そうすることで蓄電設備８に単独運転検出部２３と周波数変動抑制部２４とが搭載されている場合でも、単独運転検出部２３は系統周波数が急激に変動することを従来通り正常に検出できる。すなわち、単独系統における単独運転検出の精度を向上させることができる。

（３）周波数変動抑制部２４（周波数偏差処理）について説明する。
図９は、周波数変動抑制部（周波数偏差処理）の一例を示す図である。図９に示す周波数変動抑制部２４は、基準周波数設定部３０１、周波数検出部３０２、加算器３０３、周波数偏差処理部９１、調整部９２を有する。基準周波数設定部３０１、周波数検出部３０２、加算器３０３の説明は、既に図３を参照して説明したので省略する。

周波数偏差処理部９１は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度で変動していると見做せる周波数偏差を算出し、算出した周波数偏差を調整部９２に出力する。また、周波数偏差処理部９１は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えない場合、加算器３０３が今回算出した周波数偏差をそのまま調整部９２に出力する。

図１０は、周波数偏差処理部９１の動作の一例を示す図である。
ステップＳ１０１において、周波数偏差処理部９１は、今回算出した周波数偏差と前回算出した周波数偏差との差ｄＦを算出する。

ステップＳ１０２において、周波数偏差処理部９１は、差ｄFが上限制限値より大きいか否かを判定し、差ｄＦが上限制限値より大きい場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）にはステップＳ１０３に移行し、差ｄＦが上限制限値以下の場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）にはステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０３において、周波数偏差処理部９１は、前回算出した周波数偏差に上限制限値を加算した値を今回算出した周波数偏差とし、調整部９２に出力する。なお、上限制限値は、上記で説明した制限値の上限側（周波数変動の制限値の上限）を示す。具体的には、系統連系規定に沿って設定した場合、２［Ｈｚ／秒］である。ただし、上限制限値は２［Ｈｚ／秒］に限定されない。

ステップＳ１０４において、周波数偏差処理部９１は、差ｄＦが下限制限値より小さいか否かを判定し、差ｄＦが下限制限値より小さい場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）にはステップＳ１０５に移行し、差が下限制限値以上の場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）にはステップＳ１０６に移行する。なお、下限制限値は、上記で説明した制限値の下限側（周波数変動の制限値の下限）を示す。具体的には、系統連系規定に沿って設定した場合、－２［Ｈｚ／秒］である。ただし、下限制限値は－２［Ｈｚ／秒］に限定されない。

ステップＳ１０５において、周波数偏差処理部９１は、前回算出した周波数偏差に下限制限値を加算した値を今回算出した周波数偏差とし、調整部９２に出力する。

ステップＳ１０６において、周波数偏差処理部９１は、今回算出した周波数偏差を、調整部９２に出力する。

図１１は、周波数偏差処理の説明をするための図である。図１１の縦軸には周波数偏差を示し、横軸には時間を示している。ステップＳ１０２において、周波数偏差処理部９１により、差ｄＦが上限制限値より大きいと判定された場合、例えば図１１において実際の周波数偏差（実線）が上限制限値に対応する周波数変化速度上限（破線）を超えた場合（Ａ点を参照）、ステップＳ１０３の処理により周波数偏差が周波数変化速度上限（破線）上を沿うようにする。すなわち、周波数偏差の変化速度が所定変化速度で変動していると見做せるようにする（処理後の周波数偏差（太字実線））。言い換えると、周波数偏差の変化速度の超過分については、周波数変動抑制をする制御による補償を行わない。周波数偏差の変化速度の下限を超過する分についても同様に補償を行わない処理（周波数偏差の変化速度の下限に沿うよう出力する）をステップＳ１０５にて行う。

続いて、図９の調整部９２は、周波数偏差処理部９１で処理した周波数偏差と予め記憶部に記憶されているゲイン値とを乗算した値を算出する。なお、（３）周波数偏差処理で用いるゲイン値は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度で変動していると見做せるようにしているので、（１）周波数偏差保持、（２）有効電力指令保持で用いたゲイン値と異なる値としてもよい。

続いて、電流制御部２６は、調整部９２から出力された値と、図２の無効電流指令算出部２５から出力された無効電流指令Ｉｑ＊と、位相同期部２８から出力された系統電圧同期位相θとを用いてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号により電力変換器３３を制御し、電力変換器３３から配電線１１へ電流又は電力を出力する。

このように図９に示す周波数変動抑制部２４を用いて、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度で変動していると見做せる周波数偏差を算出する制御により、単独運転時に急激に変化する周波数偏差に対する変動保証を緩和することができるため、系統周波数の変動増大を抑制する働きを弱めることができる。そうすることで蓄電設備８に単独運転検出部２３と周波数変動抑制部２４とが搭載されている場合でも、単独運転検出部２３は系統周波数が急激に変動することを従来通り正常に検出できる。すなわち、単独系統における単独運転検出の精度を向上させることができる。

図１２は、周波数変動抑制部２４の効果を説明するための図である。また、図１２に示すシミュレーション結果は、図１に示した電力系統１に対応するモデルを用いて、単独運転検出をした場合のシミュレーション結果である。また、図１２のＡ、Ｂ、Ｃは周波数変動抑制部２４で周波数偏差処理の対策をしない場合のＡ：系統電圧、Ｂ：系統電流、Ｃ：系統周波数を示している。図１２のＤ、Ｅ、Ｆは周波数変動抑制部２４で周波数偏差処理の対策をした場合のＤ：系統電圧、Ｅ：系統電流、Ｆ：系統周波数を示している。また、図１２の縦軸にはＡ、Ｄ：電圧［Ｖ］、Ｂ、Ｅ：電流［Ａ］、Ｃ、Ｆ：周波数［Ｈｚ］を示し、横軸には時間を示している。シミュレーションの条件は、基準周波数５０［Ｈｚ］、ゲイン値を１０とし、慣性定数を０．１［秒］としている。

対策をしない場合、ＰＣＳ２０は、系統周波数の変動増大を抑制するため（図１２のＣに示すように系統周波数はなだらかになるため）、単独運転検出部２３が単独運転から単独運転を検出するまでの時間（図１２のＣに示す単独運転から検出１までの時間）は０．８［秒］弱を要する。それに対して、対策をした場合、ＰＣＳ２０は、系統周波数の変動増大を抑制しないため（図１２のＦに示すように系統周波数の変動が大きいため）、単独運転検出部２３は０．６［秒］（図１２のＦに示す単独運転から検出３までの時間）弱で単独運転を検出できる。なお、ゲイン値、慣性定数は大きいほど単独運転を検出するまでの時間が長くなる。

（４）周波数変動抑制部２４（有効電流指令処理）について説明する。
図１３は、周波数変動抑制部２４（有効電流指令処理）の一例を示す図である。図１３に示す周波数変動抑制部２４は、基準周波数設定部３０１、周波数検出部３０２、加算器３０３、調整部１３１、有効電流指令処理部１３２を有する。基準周波数設定部３０１、周波数検出部３０２、加算器３０３の説明は、既に図３を参照して説明したので省略する。

調整部１３１は、周波数偏差と予め記憶部に記憶されているゲイン値とを乗算して有効電流指令Ｉｐ＊を算出する。

有効電流指令処理部１３２は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度で変動していると見做せる周波数偏差に対応する有効電流指令Ｉｐ＊を算出し、算出した有効電流指令Ｉｐ＊を電流制御部２６に出力する。また、有効電流指令処理部１３２は、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えない場合、調整部１３１が今回算出した有効電流指令Ｉｐ＊をそのまま電流制御部２６に出力する。

図１４は、有効電流指令処理部１３２の動作の一例を示す図である。ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０４の説明は、既に図１０を参照して説明したので省略する。。

ステップＳ１４１において、有効電流指令処理部１３２は、前回算出した有効電流指令と上限電流制限値とを加算した値を今回の有効電流指令とし、電流制御部２６に出力する。ステップＳ１４２において、有効電流指令処理部１３２は、前回算出した有効電流指令に下限電流制限値を加算した値を今回の有効電流指令とし電流制御部２６に出力する。

なお、上限電流制限値及び下限電流制限値は、上記で説明した周波数変動の上限制限値及び下限制限値を電流指令に換算した値である。

ステップＳ１４３において、有効電流指令処理部１３２は、今回算出した有効電流指令を、電流制御部２６に出力する。

このように図１３に示す周波数変動抑制部２４を用いて、周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、周波数偏差の変化速度が所定変化速度で変動していると見做せる周波数偏差に対応する有効電流指令を算出する制御をすることにより、単独運転時に急激に変化する周波数偏差に対する変動保証を緩和することができるため、系統周波数の変動増大を抑制する働きを弱めることができる。そうすることで蓄電設備８に単独運転検出部２３と周波数変動抑制部２４とが搭載されている場合でも、単独運転検出部２３は系統周波数が急激に変動することを従来通り正常に検出できる。すなわち、単独系統における単独運転検出の精度を向上させることができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

なお、上記（１）から（４）で説明した周波数変動抑制部２４を有する電力変換器３３の制御部２２（制御装置）は、蓄電設備８以外の分散型電源に搭載してもよい。

また、上記（１）から（４）で説明した制御部２２の制御プログラムをシミュレーションモデルとして記憶媒体に記憶し、図１５に示すコンピュータで実行させてもよい。

図１５は、コンピュータのハードウェアの一例を示す図である。図１５の例ではコンピュータには、バス１５０に対して、ＣＰＵ１５１、ＲＡＭ１５２（Random Access Memory）、ＲＯＭ１５３（Read Only Memory）、記録媒体１５４、通信インタフェース１５５、入出力インタフェース１５６が接続される。ＣＰＵ１５１は、ＲＡＭ１５２に記憶されたプログラムを実行する。ＲＯＭ１５３は、ＲＡＭ１５２に記憶されるプログラムを記憶する不揮発性の記憶装置である。記録媒体１５４は、例えば、可搬型記録媒体で可搬型のメモリ（例えば、半導体メモリ）や光学式ディスク（例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc））などである。また、記録媒体１５４には、上記（１）から（４）で説明した制御プログラムをシミュレーションモデルとして記録する。通信インタフェース１５５は、外部装置との通信を行うインタフェースであって、例えば、ホストコンピュータなどと通信を行う。入出力インタフェース１５６は、入力装置（例えば、キーボードやマウスなど）や出力装置（例えば、モニタやプリンタなど）である。なお、ＲＡＭ１５２、ＲＯＭ１５３、記録媒体１５４は、いずれもコンピュータが読み取り可能な有形の記憶媒体の一例である。これらの有形な記憶媒体は、信号搬送波のような一時的な媒体ではない。

１電力系統
２上位系統
３下位系統
４同期発電設備
５開閉器
６送電線
７変電設備
８蓄電設備
９太陽光発電設備
１０誘導発電設備
１１配電線
２０ＰＣＳ
２１蓄電池
２２制御部
２３単独運転検出部
２４周波数変動抑制部
２５無効電流指令算出部
２６電流制御部
２７二相三相回転座標変換部
２８位相同期部
２９、３０電流制御器
３１加算器
３２パルス幅変調部
３３電力変換器
３４計測用変圧器
３５連系開閉器
３６コンデンサ
３７、３８コイル
３９コンデンサ
７１調整部
７２有効電流指令保持部
９１周波数偏差処理部
９２調整部
１３１調整部
１３２有効電流指令処理部
１５０バス
１５１ＣＰＵ
１５２ＲＡＭ
１５３ＲＯＭ
１５４記録媒体
１５５通信インタフェース
１５６入出力インタフェース
３０１基準周波数設定部
３０２周波数検出部
３０３加算器
３０４周波数偏差保持部
３０５調整部

Claims

電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有し、
前記周波数変動抑制部は、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を保持する周波数偏差保持部を有し、
前記周波数偏差保持部において前記前回値の周波数偏差を保持している場合、前記周波数変動抑制部は、保持している前記前回値の周波数偏差を用いて前記有効電流指令又は前記有効電力指令を算出する
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有し、
前記周波数変動抑制部は、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を用いて算出した有効電流指令又は有効電力指令を保持する有効電流指令保持部を有し、
前記有効電流指令保持部において前記有効電流指令又は前記有効電力指令を保持している場合、前記周波数変動抑制部は、保持している前記有効電流指令又は前記有効電力指令を、前記周波数偏差を用いて算出した前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令とする
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有し、
前記周波数変動抑制部は、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて周波数偏差を算出する周波数偏差処理部を有する
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
請求項３に記載の電力変換器の制御装置であって、
前記周波数偏差処理部は、
今回算出した周波数偏差と前回算出した周波数偏差との差が、周波数変動の上限制限値より大きい場合、前記前回算出した周波数偏差に前記上限制限値を加算し、前記今回算出した周波数偏差とし、
該差が周波数変動の下限制限値より小さい場合、前記前回算出した周波数偏差に前記下限制限値を加算し、前記今回算出した周波数偏差とする
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御装置であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出する周波数変動抑制部と、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力させる電流制御部と、を有し、
前記周波数変動抑制部は、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて算出した周波数偏差に対応する有効電流指令又は有効電力指令を算出する有効電流指令処理部を有する
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御方法であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を保持し、
前記前回値の周波数偏差を保持している場合、保持している前記前回値の周波数偏差を用いて前記有効電流指令又は前記有効電力指令を算出する
ことを特徴とする電力変換器の制御方法。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御方法であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を用いて算出した有効電流指令又は有効電力指令を保持し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令を保持している場合、保持している前記有効電流指令又は前記有効電力指令を、前記周波数偏差を用いて算出した前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令とする
ことを特徴とする電力変換器の制御方法。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御方法であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて周波数偏差を算出する
ことを特徴とする電力変換器の制御方法。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御方法であって、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて算出した周波数偏差に対応する有効電流指令又は有効電力指令を算出する
ことを特徴とする電力変換器の制御方法。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御プログラムであって、
コンピュータに、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を保持し、
前記前回値の周波数偏差を保持している場合、保持している前記前回値の周波数偏差を用いて前記有効電流指令又は前記有効電力指令を算出する
処理を実行させることを特徴とする電力変換器の制御プログラム。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御プログラムであって、
コンピュータに、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記周波数偏差の変化速度を算出した前回値の周波数偏差を用いて算出した有効電流指令又は有効電力指令を保持し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令を保持している場合、保持している前記有効電流指令又は前記有効電力指令を、前記周波数偏差を用いて算出した前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令とする
処理を実行させることを特徴とする電力変換器の制御プログラム。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御プログラムであって、
コンピュータに、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて周波数偏差を算出する
処理を実行させることを特徴とする電力変換器の制御プログラム。
電力系統の系統周波数の変動を抑制する電力変換器の制御プログラムであって、
コンピュータに、
計測した前記電力系統の前記系統周波数と基準周波数との周波数偏差を算出し、前記周波数偏差を用いて前記系統周波数の変動を抑制するための有効電流指令又は有効電力指令を算出し、
前記有効電流指令又は前記有効電力指令に応じて前記電力変換器を制御し、前記電力変換器から前記電力系統へ有効電流又は有効電力を出力し、
前記周波数偏差の変化速度が所定変化速度を超えた場合、前記所定変化速度及び前回算出した周波数偏差に基づいて算出した周波数偏差に対応する有効電流指令又は有効電力指令を算出する
処理を実行させることを特徴とする電力変換器の制御プログラム。