JP7298696B2

JP7298696B2 - 電源装置、及び電源装置の制御方法

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Publication number: JP7298696B2
Application number: JP2021541417A
Authority: JP
Inventors: 弘典柏原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2023-06-27
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Description

本発明は電源装置、及び電源装置の制御方法に関する。

発電システムによる電力系統等への電力供給のバックアップや平滑化を行うための、２次電池等のエネルギー貯蔵装置を備えた電源装置が知られている。このような電源装置は、エネルギー貯蔵装置の出力する直流電力を、所要の電圧及び周波数の交流電力に変換する変換器を備えている。発電システムからの電力供給が低下または停止した際に、このような電源装置は、必要な交流電力を電力系統または特定の電気使用設備に対して供給するように動作する。

日本国特許公報「特許第６０５８１４７号」

離島内や山間部での孤立した電力系統に、大容量のエネルギー貯蔵装置を備えた電源装置を適用し、電力供給の安定化を図ることも期待される。そのような電力系統では、自然エネルギーを用いた発電システムの出力の平滑化や、ディーゼル発電機等の燃料を要する発電システムのバックアップとして、当該電源装置が利用されることとなる。こうした応用では特に、エネルギー貯蔵装置を備えた電源装置が電力を電力系統に供給する際に、電力系統内で短絡事故等が発生した場合においても、電源装置の運用が停止せず、電力供給をできる限り継続することが必要となると考えられる。

本発明の一態様は、上記課題に着目したものであり、電力系統において短絡事故等が発生した場合においても、電力の供給をできる限り継続することできる、エネルギー貯蔵装置を備えた電源装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電源装置は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、前記変換器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流の値が第１リミット値を超えた際に、前記電圧を通常値よりも低くすることで、前記電流の値が第１リミット値よりも大きい所定値となるように、前記変換器を制御する構成を備える。

上記の課題を解決するために、本発明の別の一態様に係る電源装置は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、前記変換器を制御する制御部と、を備え、前記制御部には、電流上限設定部と、目標電圧設定部と、出力指示部とが設けられており、前記電流上限設定部は、前記電流の値が第１リミット値を超えた際に、電流上限値を第１リミット値から、第１リミット値より大きい第２リミット値に変更すると共に、前記電流の値が第１リミット値未満に低下した際に、前記電流上限値を前記第２リミット値から第１リミット値に変更するように動作し、前記出力指示部は、前記電圧が、前記目標電圧設定部が算出する目標電圧となるように前記変換器を制御し、前記目標電圧設定部は、前記電流の値が前記第１リミット値を上回っている場合に、前記電流の値が前記電流上限値となるように前記目標電圧を通常値より低減する構成を備える。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電源装置の制御方法は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、を備えた電源装置の制御方法であって、前記ＡＣ出力の電流の値が第１リミット値を超えた際に、前記ＡＣ出力の電圧を通常値よりも低くすることで、前記電流の値が第１リミット値よりも大きい所定値となるように、前記変換器を制御する構成を備える。

本発明の一態様に係る電源装置によれば、電力系統において短絡事故等が発生した場合においても、電力の供給をできる限り継続することできる、エネルギー貯蔵装置を備えた電源装置を提供できる。

本発明の一態様に係る電源装置の制御方法によれば、電力系統において短絡事故等が発生した場合においても、電力の供給をできる限り継続することできる、エネルギー貯蔵装置を備えた電源装置を実現することができるようになる。

本発明の実施形態に係る電源装置及びそれを適用した電力系統を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る電源装置の制御部の構成の概略を示すブロック図である。本発明の実施例１の電源装置の制御部の制御ロジックを示す図である。本発明の実施例１の電源装置の各部の信号波形を示すタイムチャートである。本発明の実施例２の電源装置の各部の信号波形を示すタイムチャートである。

〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

＜電源装置が適用される電力系統の構成＞
図１は、実施形態に係る電源装置１を示す図である。図１には、電源装置１が適用された電力系統１００の全体が示されている。電源装置１は、エネルギー貯蔵装置１０を備えた、電力を貯蔵できる装置である。電源装置１の出力する交流電力（ＡＣ出力）は、複数のフィーダ９０に供給される。

それぞれのフィーダ９０は、ブレーカ９１と負荷９２とから構成される。それぞれのフィーダ９０において、ブレーカ９１は、当該フィーダ９０内で短絡事故が発生すると、過電流の所定時間の継続を検出してトリップし、当該フィーダ９０を電力系統１００から解列させる。

なお図１には示されないが、電力系統１００には、太陽光発電システムや風力発電システム等の自然エネルギーによる発電システムが、電源装置１に並列配置されていてもよい。あるいは、ディーゼル発電機やコジェネレーションシステム等の、燃料を用いる発電システムが電源装置１に並列配置されていてもよい。電源装置１は、少なくともこれらいずれかの発電システムの出力のバックアップとして適用され得る。その意味で電源装置１は、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）でもある。

電力系統１００の具体例として、離島内や山間部の孤立した電力系統を挙げることができる。そのような電力系統で自然エネルギーによる発電システムが用いられていれば、エネルギー貯蔵装置１０を備えた電源装置１が適用されることで、自然エネルギーを利用する電力供給の平滑化が図られる。あるいは、そのような電力系統１００で燃料を用いる発電システムが用いられていれば、発電システムの故障に備えたバックアップ電源としても電源装置１が採用され得る。

しかし、電力系統１００の具体例としては、離島内や山間部の孤立した電力系統に限られるものではなく、自然エネルギーを用いた発電システムやその他の発電システムを利用する工場内の電力系統であってもよい。工場内の電力系統であっても、本発明の開示例の効果、作用は同様に奏される。

実施形態に係る電源装置１は、電力系統１００に対する電力の供給を行っている時に、フィーダ９０において短絡事故が発生した際にも、なるべく運用を停止せず、電力系統１００に対する電力の供給を継続するように動作する。以下の説明においては、理解を容易にするため、電力系統１００に対して電源装置１のみが電力の供給を行っているかのように記載している。しかし、電源装置１が電力系統１００に対する電力の供給を行っておれば、他の発電システムと並列運用していても、電源装置１の動作は同様である。

＜電源装置の構成＞
図１に示されるように、電源装置１は、エネルギー貯蔵装置１０、ＤＣ－ＡＣ変換器２０（変換器）、フィルタ３０、電流計測器４０、電圧計測器５０と、制御部６０とを備えている。

エネルギー貯蔵装置１０は、入力された電力を内部にエネルギーとして保持し、保持したエネルギーを必要に応じて直流電力（ＤＣ出力）として出力する装置である。エネルギー貯蔵装置１０は、リチウムイオン電池、ＮａＳ（ナトリウム・硫黄）電池、レドックスフロー電池、鉛蓄電池等の、２次電池を備えた装置であり得る。

しかしエネルギー貯蔵装置１０は２次電池を備えた装置に限られるものではない。エネルギー貯蔵装置１０として、キャパシタ、超伝導電力貯蔵ユニット、フライホイール式電力貯蔵ユニット、圧縮空気式電力貯蔵ユニットなど、電気エネルギーを貯蔵する機能を備えた任意のユニットを用いることができる。なお、エネルギー貯蔵装置１０が直流電力として出力する装置であるとは、一旦内部で交流電力として出力した電力を、整流回路やコンバータ等で直流化して出力する場合も含む概念である。

ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、エネルギー貯蔵装置１０が出力する直流電力（ＤＣ出力）を、交流電力（ＡＣ出力）に変換する装置である。ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、制御部６０からの出力指令に従ったＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により、直流電力を、フィルタ３０を介して、電力系統１００が利用する所要の電圧、周波数の交流電力に変換する。フィルタ３０は、ＤＣ－ＡＣ変換器２０の出力に含まれる高調波を取り除くためのフィルタである。電流計測器４０、電圧計測器５０は、それぞれ電源装置１が出力する交流電力（ＡＣ出力）の電流、電圧を計測し、その情報を制御部６０に伝達する。

＜制御部の構成＞
図２は、実施形態に係る電源装置１の制御部６０の構成の概要を示すブロック図である。図２に示されるように、制御部６０には、電流上限設定部６１、目標電圧設定部６２、出力指示部６３の各機能ブロックが設けられている。

まず、図２を参照しつつ、制御部６０の制御により電源装置１が実行する動作の概略を説明する。図２において点線で囲われて示されている領域である出力指示部６３は、ＤＣ－ＡＣ変換器２０の出力を制御する制御部が通常備えているような機能ブロックである。すなわち通常時において、出力指示部６３は電圧計測器５０が検出した電圧計測値を参照して、一般的には定格電圧である目標電圧を出力するように、ＤＣ－ＡＣ変換器２０のフィードバック制御を行う。

しかし、本実施形態の制御部６０では、出力指示部６３に入力される目標電圧は、通常時は、一般的に定格電圧である電圧指令（通常値）であるが、フィーダ９０内で短絡事故が発生した場合等に以下のように変更される。

電流上限設定部６１は、電流計測器４０の検出した電流計測値に基づいて、次のように動作する。電流計測値が第１リミット値より小さい通常時には、電流上限設定部６１は第１リミット値を電流上限値として算出する。ここで、第１リミット値は、継続的にそのような電流を出力してもＤＣ－ＡＣ変換器２０が破損しないような電流値に設定される。

いずれかのフィーダ９０で短絡事故が発生すると、事故電流が流れるためＤＣ－ＡＣ変換器２０が出力する電流が急増する。すると、電流計測値が第１リミット値を超える。電流上限設定部６１は、電流計測値が第１リミット値を超えた場合に、算出する電流上限値を第２リミット値まで増加させる。

第２リミット値は、第１リミット値よりも大きな値であり、ＤＣ－ＡＣ変換器２０の短時間過負荷レベル以下の値から選択される。また、第２リミット値は、短絡事故の発生したフィーダ９０のブレーカ９１において過電流が一定時間継続されることで、当該ブレーカ９１にトリップを起こさせるような電流値から設定される。第２リミット値の具体的な値としては、第１リミット値の１．５～２倍程度が適当である。

なお、電流上限設定部６１は、電流上限値の第１リミット値から第２リミット値への変更を、値が徐々に変化するように行うことが好ましい。電流上限値の変化に伴う電源装置１の出力電圧の制御を安定して実行できるようにするためである。

目標電圧設定部６２は、電流計測値が第１リミット値を上回った場合には、電圧指令（一般的に定格電圧）から低下させた電圧値を目標電圧として算出する。こうして、電流計測値が電流上限値（第１リミット値よりも大きい所定値）となるように、出力指示部６３の算出する出力指令にフィードバックされることとなる。

その結果、短絡事故が継続している際に、電源装置１の出力電圧（電圧計測値）が、電圧指令から低下したある電圧値になり、出力電流（電流計測値）が電流上限値である第２リミット値となったところで平衡する。そうして、それらがほぼ一定となるように制御されて、電源装置１から交流電力（ＡＣ出力）が出力される。

すると、短絡事故が発生したフィーダ９０のブレーカ９１がトリップし、当該フィーダ９０が解列する。第２リミット値が、短絡事故の発生したフィーダ９０のブレーカ９１において過電流（事故電流）が一定時間継続されることで、トリップを発生させるような値に設定されているためである。

短絡事故発生箇所が電力系統１００から切り離されると、事故電流の流出が無くなり、ＤＣ－ＡＣ変換器２０が出力する電流は急減して、第１リミット値より小さい値に戻る。電流上限設定部６１は、電流計測値が第１リミット値未満に低下すると、第１リミット値を電流上限値として算出する。つまり、電流上限値の設定は通常時に戻る。

目標電圧設定部６２は、電流計測値が電流上限値を上回っていないので、電圧指令（一般的に定格電圧）を目標電圧として算出する。出力指示部６３は、電圧指令である電圧を出力させるように、ＤＣ－ＡＣ変換器２０をフィードバック制御する。

なお電源装置１の出力電圧が通常値に復帰する際、その出力電圧の変化が徐々に行われるように制御されることが好ましい。なぜなら、出力電圧が急激に上昇すると、電力系統１００における変圧器において過渡的な過電流（励磁突入電流）が発生して、ＤＣ－ＡＣ変換器２０等が破損する怖れがあるからである。

＜実施例１＞
以下に、電源装置１のより具体的な例示としての実施例１と、その動作について説明する。図３は、実施例１における電源装置１の制御部６０Ａの制御ロジックを示す図である。図４は、実施例１における電圧計測値（電源装置１の出力電圧）、電流計測値（電源装置１の出力電流）、及び、制御部６０Ａの各点における制御信号を示すタイムチャートである。

実施例１において出力指令は、ＤＣ－ＡＣ変換器２０に指示する出力電圧の瞬時値である。瞬時値Ｖｓｉｎ（ωｔ）は、位相成分ｓｉｎ（ωｔ）と振幅成分Ｖとの積である。位相成分ｓｉｎ（ωｔ）を表す位相指令は、周波数指令（ωに相当）に基づき位相算出６０７の機能ブロックにより算出される。

振幅成分Ｖは振幅指令Ｓ１として算出される。なお振幅は非負であるので、振幅指令Ｓ１の算出には、０未満の信号を制限するリミッタ６０６が設けられている。出力指令は振幅指令Ｓ１と位相指令とが乗算器６０８で掛け合わされて生成される。

図３において点線で囲われて示されている部分は、図２における出力指示部６３に相当する。通常時において、点線で囲われて示されている部分以外の部分は、制御部６０からの出力指令に影響しない。通常時には、電圧指令（一般的に定格電圧）と電圧計測値の差異（偏差Ｓ３）とが電圧制御器６０５に入力される。

電圧制御器６０５は、一般的なＰＩ制御を行う機能ブロックである。電圧制御器６０５は、偏差Ｓ３と、偏差Ｓ３の過去からの積分に基づき、電圧制御器出力Ｓ４を算出する。偏差Ｓ３及び偏差Ｓ３の積分が０であれば、電圧制御器６０５は電圧制御器出力Ｓ４として一定値を算出し続ける。偏差Ｓ３と偏差Ｓ３の積分が０以外であれば、電圧制御器６０５は偏差Ｓ３が０に向かうように電圧制御器出力Ｓ４を算出する。こうして制御部６０Ａは、通常時（図４の時刻Ｔ１まで）には、電圧計測値が電圧指令（一般的に定格電圧）となるように、ＤＣ－ＡＣ変換器２０をフィードバック制御する。

フィーダ９０で短絡事故が発生したような場合に電流計測器４０からの電流計測値を出力指令にフィードバックさせるための、図２の電流上限設定部６１及び目標電圧設定部６２に相当する機能ブロックが、実施例１の制御部６０Ａには、設けられている。

仮にこれらの機能を有しない一般的なフィードバック制御系（図３において点線で囲われて示されている部分のみ）であったならば、フィーダ９０において短絡事故が発生したような場合には次のような動作となるであろう。

いずれかのフィーダ９０で短絡事故が発生すると、電源装置１の出力電流（電流計測値）が急増するとともに、出力電圧（電圧計測値）が低下する。すると、電圧指令と電圧計測値との差異がある（偏差Ｓ３が正の）状態が生じ、電圧制御器６０５は振幅指令をより大きくしようとする。

しかし、ＤＣ－ＡＣ変換器２０が出力できる電流には限界があり、その出力電圧（電圧計測値）は電圧指令（通常値）までは復帰し得ない。電源装置１では、電圧制御器６０５の指令のとおりの電圧は出力し得ない状態となる。短絡事故継続中、偏差Ｓ３が正の状態が継続するから、電圧制御器６０５における偏差Ｓ３の積分が蓄積していき、電圧制御器６０５は振幅指令を更に大きくしようとする。

そのような状態で、ブレーカ９１がトリップし事故発生フィーダが解列すると、事故電流の供給が無くなって、ＤＣ－ＡＣ変換器２０は、電圧制御器６０５からの振幅指令Ｓ１に従った電圧の出力が可能となる。この際、振幅指令Ｓ１は電圧指令（通常値）よりも大きくなっており、出力電圧の急激な上昇が起こることとなる。

すると、電力系統１００内の変圧器に過渡的な過電流（励磁突入電流）が流れて、ＤＣ－ＡＣ変換器２０等が破損する可能性がある。なおこの際、振幅指令が仮に電圧指令（通常値）だったとしても、出力電圧の急激な上昇は起こるため、このような場合にもＤＣ－ＡＣ変換器２０等が破損する可能性がある。

実際は、実施例１の制御部６０Ａでは、フィーダ９０内で短絡事故が発生したような場合には以下のように動作する。

図３の電流上限値Ｌ１は、図２の電流上限設定部６１が算出するものと同じである。電流上限値Ｌ１が第１リミット値より小さい通常時（図４の時刻Ｔ１以前）には、電流上限値は第１リミット値である。通常時の状態から電流計測値が第１リミット値を超える（時刻Ｔ１）と、電流上限値Ｌ１は第２リミット値まで増加する。電流上限値Ｌ１の第１リミット値から第２リミット値への増加は徐々に行われる（時刻Ｔ１～時刻Ｔ２）。

電流計測値が第１リミット値を超えている状態が解消する（時刻Ｔ３）と、所定期間（時刻Ｔ３～時刻Ｔ４）の後（時刻Ｔ４）に電流上限値Ｌ１は、第１リミット値に復帰する。電流上限値Ｌ１の信号波形は、図４の電流計測値のグラフに併せて示されている。

電流上限値Ｌ１と電流計測値（電流計測値が瞬時値である場合には、実行値算出６０１の機能ブロックにより算出される電流波形の実効値に比例する値）との差分（偏差）が電流制御器６０２に入力される。電流制御器６０２は、一般的なＰＩ制御を行う機能ブロックである。偏差及び偏差の積分が０であれば、電流制御器６０２は出力として０を算出し続ける。偏差と偏差の積分が０以外であれば、電圧制御器６０５は偏差Ｓ３が０に向かうように出力を算出する。

電流制御器６０２の出力は、リミッタ６０３を通じて、負である場合にそのまま電流抑制指令Ｓ２として算出される。それ以外の場合、リミッタの作用により、電流抑制指令Ｓ２は０であり、電流計測値は電圧指令に反映されない。

電流抑制指令Ｓ２は、適宜に設定された比例係数Ｋを、ゲイン６０４により乗じられた後、電圧指令に加算される。電流抑制指令Ｓ２はまた、電圧制御器出力Ｓ４にも適宜加算される。電流抑制指令Ｓ２と電圧制御器出力Ｓ４の和（ただし非負）が、振幅指令Ｓ１となる。

図４の時刻Ｔ１において、フィーダ９０の一つで３相線間短絡事故が発生する。ここでは、３相平衡事故を想定している。すると、電流計測値が電流上限値（第１リミット値）を超えて急増する。電流制御器６０２は電流を減少させるべく、負の値を算出する。電流抑制指令Ｓ２はＫ倍されて電圧指令に加算され、電圧制御器入力Ｓ３（偏差）が大きな負の値となる。その結果、電圧制御器出力Ｓ４は低下し、振幅指令Ｓ１が電圧指令（通常値）よりも低下する。

フィードバック制御の結果、電流計測値は電流上限値Ｌ１となって、振幅指令Ｓ１が電圧指令よりも小さいある電圧値となったところで平衡して一定となり、電圧制御器入力Ｓ３（偏差）がほぼ０となる（時刻Ｔ１より以降、時刻Ｔ３まで）。よって、短絡事故継続中にも電圧制御器６０５内で偏差が蓄積することはない。短絡事故継続中にもこうして電源装置１の出力電圧は、制御部６０Ａにより指示された値（ただし通常値よりも低い値）に制御されている。

なおこの際、電流制御器６０２の入力である偏差も０となっている。特に時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間の、電流上限値Ｌ１が第２リミット値となっている際には、電流計測値が第２リミット値となるようにＤＣ－ＡＣ変換器２０はフィードバック制御される。電源装置１が第２リミット値の電流を出力し続けた結果、時刻Ｔ３において事故発生フィーダのブレーカ９１がトリップし、事故発生フィーダが解列する。異常電流が取り除かれて、電源装置１の出力電流（電流計測値）は第１リミット値未満の通常の値に復帰する。すると、電流抑制指令Ｓ２は０となり、電圧指令に加算されなくなる。

ＰＩ制御の結果、電圧制御器６０５は、電圧制御器出力Ｓ４を徐々に電圧指令（通常値）に復帰させる。こうして、電圧計測値は短絡事故継続中の小さい値から、電圧指令（通常値）に徐々に復帰する（時刻Ｔ３～時刻Ｔ５）。

＜実施例２＞
実施例２では、フィーダ９０の１つにおいて発生した短絡事故が、３相不平衡事故である２相線間短絡事故の場合の結果を示す。電源装置１の装置の構成は、実施例１と同じである。図５は、実施例２の場合における電圧計測値と電流計測値の波形を示す。図５中に示された各時刻Ｔ１～Ｔ５は実施例１の場合と同様である。

図示されるように、事故が２相線間短絡事故であっても、実施例１の場合と同様の結果となる。時刻Ｔ１での短絡事故発生直後に、電源装置１の出力電圧が絞り込まれる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて、電流が最大の相の出力電流（電流計測値）が、第１リミット値から第２リミット値に徐々に増加するように制御される。

電源装置１の出力電流（電流計測値）が第２リミット値である状態が継続すると、時刻Ｔ３において事故発生フィーダが解列する。すると、時刻Ｔ３から時刻Ｔ５にかけて、電源装置１の出力電圧（電圧計測値）が、徐々に電圧指令（通常値）に復帰する。

＜効果＞
実施形態に係る電源装置１は、エネルギー貯蔵装置１０と、エネルギー貯蔵装置１０のＤＣ出力をＡＣ出力に変換するＤＣ－ＡＣ変換器２０とを備えている。そのため電源装置１は、電力系統１００に電力を供給する他の発電システムのバックアップや平滑化のための電源として機能する。よって電源装置１によれば、他の発電システムが例えば太陽光発電システムであった場合の夜間の電力供給、あるいは風力発電であった場合の無風時の電力供給といったことが可能となる。また電源装置１は、他の発電システムの故障に備えたバックアップとしても機能し得る。

実施形態に係る電源装置１では、電力系統１００への電力供給時に、いずれかのフィーダ９０において短絡事故が発生し、事故電流の流出と、電力系統１００での電圧低下が発生した際にも、停止することが抑制される。

同期発電機を用いた発電システムでは、定格より大きい非常時の電流を供給する余力が十分にあるため、短絡事故が発生した場合でも同期発電機を系統から切り離して運用を停止するようなことは通常行われない。しかし、ＤＣ－ＡＣ変換器を用いた発電システムでは、ＤＣ－ＡＣ変換器に非常時の電流を供給する余力がそれほどなく、過電流が継続すると破損するため、短絡事故が発生したような場合には系統から切り離して運用を停止することが通常行われていた。

しかしながら、実施形態に係る電源装置１では、短絡事故が発生したような場合にも、一時的に定格よりも大きいような電流値（第２リミット値）の電流を系統に供給するように、出力電圧を絞った状態に制御して系統への電力供給を継続する。そうして、電源装置１は、事故発生フィーダのブレーカ９１のトリップを起こさせて、事故発生フィーダを系統から解列させることができるように作用する。そのため電源装置１はＤＣ－ＡＣ変換器２０を用いた電源でありながら、電力系統１００に対して短絡事故が発生したような異常時にも電力の供給を継続できる。

電源装置１は、事故フィーダの解列による復帰時に、出力電圧（電圧計測値）が徐々に復帰するように制御する。そのため、電源装置１のＤＣ－ＡＣ変換器２０を損傷させるような、出力電圧（電圧計測値）が急増した場合の電力系統１００内のトランスによる過渡的な過電流（偏磁突入電流）が発生することが効果的に抑制される。

このように、実施形態に係る電源装置１を電力系統１００に適用すれば、短絡事故の発生にも係わらず、電力供給をできる限り継続できる。

実施形態において、電流上限設定部６１による電流上限値の第２リミット値から第１リミット値への復帰は、電流計測値が第１リミット値以下に復帰したことを検出して行っていた。しかし、電流上限設定部６１がトリップしたブレーカ９１から、フィーダの解列を示す信号を受け取ることにより、第１リミット値への復帰を行ってもよい。

実施形態において、各相の制御は、特に相ごとに区別されず、一括の制御によって実行されるように記載された。その際に制御部は、電圧測定値や電流測定値として、電圧は各相の中で最小の値、電流は各相の中で最大の値を採用するようにして制御を実行すればよい。あるいは、電流測定値として３相瞬時実効値（各相の瞬時電圧値の二乗平均平方根）を採用してもよい。しかし各相の制御は、制御部が、相毎に別個に行うものであってもよい。この場合、電流上限値が一括に定められるものであっても、相毎に定められるものであってもよい。

実施形態において、電圧指令及び周波数指令は一定値、特に定格値であるように扱われており、変化する値としては取り扱われなかった。これは、電力系統１００がいわゆる定電圧定周波（Constant Voltage Constant Frequency）運用される場合に相当する。しかし、電源装置１が、電圧や周波数が負荷状態に応じて変動する例えばディーゼル発電機等のような発電システムと連携して運用される場合には、そのような変動に対応して、電圧指令及び周波数指令が調整されるものであってもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
電源装置１の各機能ブロック（特に、制御部６０、６０Ａ）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、電源装置１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。

上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る電源装置は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、前記変換器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流の値が第１リミット値を超えた際に、前記電圧を通常値よりも低くすることで、前記電流の値が第１リミット値よりも大きい所定値となるように、前記変換器を制御する構成を備える。

上記の構成によれば、電力系統において短絡事故等が発生した場合においても、電力の供給をできる限り継続することできる、エネルギー貯蔵装置を備えた電源装置を実現できる。

本発明の態様２に係る電源装置は、上記態様１において、前記制御部が、前記電流の値が第１リミット値を超えた際の前記制御を、前記電流の値が第１リミット値から第２リミット値に徐々に移行するように行う構成としてもよい。

上記の構成によれば、短絡事故等が発生した場合において、電流値を所要の値に制御して出力する電流制御の状態が維持できるようになり、短絡事故等の際にもＡＣ出力が電源装置によって制御された状態が維持されるようにできる。

本発明の態様３に係る電源装置は、上記態様１または２において、前記制御部が、前記電圧を前記通常値よりも低くする前記制御時に、前記電流の値が第１リミット値未満に低下した場合に、前記電圧を前記通常値に復帰させるように前記変換器を制御する構成としてもよい。

上記の構成によれば、事故発生フィーダが解列した場合に、電源装置の制御の状態を通常時の状態に復帰させる構成を、具体的に実現することができる。

本発明の態様４に係る電源装置は、上記態様３において、前記制御部が、前記電圧の前記通常値への復帰を、前記電圧が前記通常値に徐々に移行するように行う構成としてもよい。

上記の構成によれば、電圧の急激な上昇に伴って、電力系統内のトランスによる、電源装置のＤＣ－ＡＣ変換器を損傷させるような過渡的な過電流（偏磁突入電流）の発生を抑制できる。

本発明の態様５に係る電源装置は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、前記変換器を制御する制御部と、を備え、前記制御部には、電流上限設定部と、目標電圧設定部と、出力指示部とが設けられており、前記電流上限設定部は、前記電流の値が第１リミット値を超えた際に、電流上限値を第１リミット値から、第１リミット値より大きい第２リミット値に変更すると共に、前記電流の値が第１リミット値未満に低下した際に、前記電流上限値を前記第２リミット値から第１リミット値に変更するように動作し、前記出力指示部は、前記電圧が、前記目標電圧設定部が算出する目標電圧となるように前記変換器を制御し、前記目標電圧設定部は、前記電流の値が前記第１リミット値を上回っている場合に、前記電流の値が前記電流上限値となるように前記目標電圧を通常値より低減する構成を備える。

本発明の態様６に係る電源装置の制御方法は、エネルギー貯蔵装置と、前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、を備えた電源装置の制御方法であって、前記ＡＣ出力の電流の値が第１リミット値を超えた際に、前記ＡＣ出力の電圧を通常値よりも低くすることで、前記電流の値が第１リミット値よりも大きい所定値となるように、前記変換器を制御する構成を備える。

上記の構成によれば、電力系統において短絡事故等が発生した場合においても、電力の供給をできる限り継続することできる、エネルギー貯蔵装置を備えた電源装置を実現させることができる。

本発明は上述した実施形態、各実施例等に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態等にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、それぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１００電力系統
１電源装置
１０エネルギー貯蔵装置
２０ＤＣ－ＡＣ変換器
３０フィルタ
４０電流計測器
５０電圧計測器
６０、６０Ａ制御部
６１電流上限設定部
６２目標電圧設定部
６３出力指示部
９０フィーダ
９１ブレーカ
９２負荷

Claims

エネルギー貯蔵装置と、
前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、
前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、
前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、
前記変換器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電流の値が第１リミット値を超えた際に、前記電圧を通常値よりも低くすることで、前記電流の値が第１リミット値よりも大きい所定値となるように、前記変換器を制御することを特徴とし、
前記制御部は、
前記電流の値が前記第１リミット値を超えない際には、前記通常値の電圧を示す目標電圧と、前記電圧計測器が計測した電圧の値との差異に基づいて、
前記電流の値が前記第１リミット値を超えた際には、前記通常値の電圧よりも低下させた目標電圧と、前記電圧計測器が計測した電圧の値との差異に基づいて、
ＰＩ制御により、前記変換器のＡＣ出力の大きさをフィードバック制御する、電源装置。
前記制御部は、前記電流の値が第１リミット値を超えた際の前記制御を、前記電流の値が第１リミット値から第２リミット値に徐々に移行するように行うことを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
前記制御部は、前記電圧を前記通常値よりも低くする前記制御時に、前記電流の値が第１リミット値未満に低下した場合に、前記電圧を前記通常値に復帰させるように前記変換器を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の電源装置。
前記制御部は、前記電圧の前記通常値への復帰を、前記電圧が前記通常値に徐々に移行するように行うことを特徴とする、請求項３に記載の電源装置。
エネルギー貯蔵装置と、
前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、
前記ＡＣ出力の電流を計測する電流計測器と、
前記ＡＣ出力の電圧を計測する電圧計測器と、
前記変換器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部には、電流上限設定部と、目標電圧設定部と、出力指示部とが設けられており、
前記電流上限設定部は、
前記電流の値が第１リミット値を超えた際に、電流上限値を第１リミット値から、第１リミット値より大きい第２リミット値に変更すると共に、
前記電流の値が第１リミット値未満に低下した際に、前記電流上限値を前記第２リミット値から第１リミット値に変更するように動作し、
前記出力指示部は、前記電圧が、前記目標電圧設定部が算出する目標電圧となるように前記変換器をＰＩ制御によりフィードバック制御し、
前記目標電圧設定部は、前記電流の値が前記第１リミット値を上回っている場合に、前記電流の値が前記電流上限値となるように前記目標電圧を通常値より低減することを特徴とする、電源装置。
エネルギー貯蔵装置と、
前記エネルギー貯蔵装置のＤＣ出力をＡＣ出力に変換する変換器と、を備えた電源装置の制御方法であって、
前記ＡＣ出力の電流の値が第１リミット値を超えた際に、前記ＡＣ出力の電圧を通常値よりも低くすることで、前記電流の値が第１リミット値よりも大きい所定値となるように、前記変換器を制御することを特徴とし、更に、
前記ＡＣ出力の電流の値が前記第１リミット値を超えない際には、前記通常値の電圧を示す目標電圧と、前記ＡＣ出力の電圧の値との差異に基づいて、
前記ＡＣ出力の電流の値が前記第１リミット値を超えた際には、前記通常値の電圧よりも低下させた目標電圧と、前記ＡＣ出力の電圧の値との差異に基づいて、
ＰＩ制御により、前記変換器のＡＣ出力の大きさをフィードバック制御する、電源装置の制御方法。