(57)【要約】【課題】  蓄電装置を備えながらもコストの増大を抑制できる電力変換システムを提供する。【解決手段】  再生可能エネルギー発電装置（１０４）を電力系統に連系する電力変換システム（７００）は、再生可能エネルギー発電装置（１０４）の発電電力を変換する第１電力変換装置（１０１）と、蓄電装置（１０５）からの電力を変換する第２電力変換装置（１０２）と、第１電力変換装置の出力電気量を検出する電気量検出部（７０９）による検出値に基づいて、再生可能エネルギー発電装置の発電電力の変動を補償するために第２電力変換装置の出力を制御する電力制御部（７０６）とを備え、電力制御部は、電力平滑フィルタの出力に基づいて第２電力変換装置を制御し、平滑フィルタは、特性が異なる複数の平滑フィルタ部と、発電電力の変動の大きさに応じて平滑フィルタ部を選択する切替スイッチ部を備える。【選択図】図７
2020137293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギー発電装置からの電力を電力変換する第１電力変換装置と、
蓄電装置からの電力を電力変換する第２電力変換装置と、
前記第１電力変換装置の出力の電気量を検出する電気量検出部と、
電気量検出部による前記電気量の検出値に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置の発電電力の変動を補償するように、前記第２電力変換装置の出力を制御する電力制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、前記電気量の検出値を平滑する平滑フィルタを有し、前記平滑フィルタの出力に基づいて前記第２電力変換装置の出力を制御し、
前記再生可能エネルギー発電装置を電力系統に連系する電力変換システムにおいて、
前記平滑フィルタは、
特性が異なる複数の平滑フィルタ部と、
前記再生可能エネルギー発電装置の発電電力の変動の大きさに応じて、前記複数の平滑フィルタ部のいずれかを選択する切替スイッチ部と、
を備えることを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換システムにおいて、
前記複数の平滑フィルタ部は、
前記電気量の前記検出値を入力する変化率リミッタを有する第１平滑フィルタ部と、
前記電気量の前記検出値を入力する移動平均フィルタを有する第２平滑フィルタ部と、
を含むことを特徴とする電力変換システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換システムにおいて、
前記第２平滑フィルタ部は、前記移動平均フィルタの出力に接続される変化率リミッタ部を有することを特徴とする電力変換システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換システムにおいて、
前記電気量は、前記第１電力変換装置の出力電力であることを特徴とする電力変換システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換システムにおいて、
前記切替スイッチ部は、前記再生可能エネルギー発電装置の前記発電電力とともに変動する物理量の検出値に基づいて、前記複数の平滑フィルタ部のいずれかを選択することを特徴とする電力変換システム。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換システムにおいて、
前記物理量は前記第１電力変換装置の出力電力であることを特徴とする電力変換システム。
【請求項７】
請求項５に記載の電力変換システムにおいて、
前記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、
前記物理量は日射量であることを特徴とする電力変換システム。
【請求項８】
請求項５に記載の電力変換システムにおいて、
前記再生可能エネルギー発電装置は、風力発電装置であり、
前記物理量は風速であることを特徴とする電力変換システム。
【請求項９】
請求項２に記載の電力変換システムにおいて、
前記切替スイッチ部は、前記再生可能エネルギー発電装置の前記発電電力とともに変動する物理量の検出値に基づいて、前記複数の平滑フィルタ部のいずれかを選択し、
前記切替スイッチ部は、前記物理量の前記検出値の変動の大きさが所定値を超えない場合、前記第１平滑フィルタ部を選択し、前記物理量の前記検出値の変動の大きさが前記所定値を超える場合、前記第２平滑フィルタ部を選択することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１０】
請求項５に記載の電力変換システムにおいて、
前記物理量の前記検出値の変動の大きさに応じて、前記複数の平滑フィルタ部のいずれかを選択するためのフラグ信号を作成する動作モード設定部を備え、
前記切替スイッチ部は、前記フラグ信号に応じて、前記複数の平滑フィルタ部のいずれかを選択することを特徴とする電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生可能エネルギー発電装置と電力系統とを連系する電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力や太陽光をエネルギー源とする再生可能エネルギー発電設備が普及しつつある。再生可能エネルギー発電設備は、再生可能エネルギー発電装置は、自然エネルギーを利用するため、発電量が変動する。これにより、系統連系用の電力変換システムの出力電力の変動速度が大きくなると、電力系統が不安定になる恐れがある。これに対し、特許文献１に記載の従来技術が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、自然エネルギー電源の出力電力の変動を、変化率リミッタを用いて制御される電力貯蔵装置からの電力によって補償する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術を適用して電力変換システムに蓄電池を設けると、電力変換システムの設置や保守に要するコストが増える。
【０００６】
そこで、本発明は、蓄電装置を備えながらもコストの増大を抑制できる電力変換システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による電力変換システムは、再生可能エネルギー発電装置からの電力を電力変換する第１電力変換装置と、蓄電装置からの電力を電力変換する第２電力変換装置と、第１電力変換装置の出力の電気量を検出する電気量検出部と、電気量検出部による電気量の検出値に基づいて、再生可能エネルギー発電装置の発電電力の変動を補償するように、第２電力変換装置の出力を制御する電力制御部と、を備え、電力制御部は、電気量の検出値を平滑する平滑フィルタを有し、平滑フィルタの出力に基づいて第２電力変換装置の出力を制御し、再生可能エネルギー発電装置を電力系統に連系するものであって、平滑フィルタは、特性が異なる複数の平滑フィルタ部と、再生可能エネルギー発電装置の発電電力の変動の大きさに応じて、複数の平滑フィルタ部のいずれかを選択する切替スイッチ部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、蓄電装置に要するコストを低減できるので、再生可能エネルギー発電装置を電力変換システムのコストが低減できる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力系統に連系する電力変換システムの構成を示す。
【図２】図１における電力制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図２における電力平滑フィルタの構成例を示す。
【図４】図２における電力平滑フィルタの他の構成例を示す。
【図５】図１の電力変換システムの動作を示す。
【図６】図１の電力変換システムの動作を示す。
【図７】実施例１である電力変換システムの構成を示す。
【図８】実施例１における電力制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】実施例１における電力制御部の動作状態例を示す。
【図１０】実施例１の電力変換システムの動作を示す。
【図１１】実施例２である電力変換システムの構成を示す。
【図１２】実施例２における電力制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１３】実施例２における電力制御部の動作状態例を示す。
【図１４】実施例２の電力変換システムの動作を示す。
【図１５】各種の電力平滑フィルタの充電エネルギー積算値および蓄電電力量ピーク値に関する検討結果の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について説明する前に、まず、従来技術による電力変換システムについて説明する。なお、以下に説明する電力変換システムおよびその制御系の構成（図１〜４）は、後述する本発明の実施例においても適用される。
【００１２】
図１は、電力系統に連系する電力変換システムの構成を示す。
【００１３】
図１に示すように、電力変換システム１００は、第１電力変換装置１０１と第２電力変換装置１０２を備える。第１電力変換装置１０１の出力および第２電力変換装置１０２の出力が電力系統１０３に接続される。
【００１４】
なお、電力系統１０３は、回転電機からなる通常の発電機を備える発電設備、電力を消費する設備、および、これらの設備が接続される送配電網から構成される。
【００１５】
第１電力変換装置１０１は、再生可能エネルギー発電装置１０４から入力する電力（直流もしくは交流）を所望の交流電力（ＰＲＥ）に変換する主回路を備える。この主回路は、半導体スイッチング素子のオン・オフにより電力変換を行う。第１電力変換装置１０１の主回路は、図示しないコンバータ制御部によって制御される。すなわち、コンバータ制御部は、出力電力指令値に応じて、主回路の半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する。これにより、第１電力変換装置１０１が出力する交流電力が、出力電力指令値になるように制御される。
【００１６】
なお、再生可能エネルギー発電装置１０４は、例えば、太陽光発電装置や風力発電装置である。また、第１電力変換装置１０１としては、再生可能エネルギー発電装置が出力する電力（ＡＣまたはＤＣ）に応じて、ＤＣ／ＡＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータの組み合わせなどのいずれかが適用される。
【００１７】
第２電力変換装置１０２は、蓄電池１０５から入力する直流電力を交流電力（ＰＢＡＴ）に変換する主回路を備える。この主回路は、ＤＣ／ＡＣコンバータ回路である。第２電力変換装置１０２の主回路は、図示しないコンバータ制御部によって制御される。すなわち、コンバータ制御部、出力電力指令値に応じて、主回路の半導体スイッチング素子のオン・オフ（スイッチング）を制御する。これにより、第２電力変換装置１０２が出力する交流電力（ＰＢＡＴ）が、出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）になるように制御される。
【００１８】
なお、蓄電装置１０５は、例えば、二次電池やキャパシタである。
【００１９】
電気量検出部１０９は、第１電力変換装置１０１の出力電力１１０（ＰＲＥ）を検出する。電気量検出部１０９によって検出された出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）に基づいて、電力制御部１０６は出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）を作成し、作成した出力電力指令値１０７を第２電力変換装置１０２へ送る。
【００２０】
なお、電気量検出部１０９は、例えば、第１電力変換装置１０１の出力電流および出力電流をセンサにより検出し、これらの検出値から出力電力１１０（ＰＲＥ）を算出して、算出した電力をＰＲＥの検出値として出力する。
【００２１】
第１電力変換装置１０１の出力電力ＰＲＥは、再生可能エネルギー発電装置１０４の間欠的な発電特性により、天候などの自然条件に応じた大きな電力変動分を有する。このような大きな電力変動は、電力系統１０３における発電機の動作を不安定にし得る。このため、電力変換システム１００に対しては、電力変換システム１００の総出力電力１１２（ＰＳＹＳ）の電力変動率すなわち電力変動速度が規定値内に収まることが要求される。
【００２２】
蓄電池１０５による第２電力変換装置１０２からの出力電力１１１（ＰＢＡＴ）の注入により、再生可能エネルギー発電装置１０４の出力電力の急峻な電力変動が補償される。そのため、電力変換システム１００の総出力電力１１２の変動速度が所定値内に制御される。これにより、外部の電力系統における通常の回転形発電機が、予期せぬ大きな過渡状態に陥ることが防止されるので、電力系統の安定性が向上する。このような電力変動補償機能は、以下に説明する電力制御部１０６の構成によってもたらされる。
【００２３】
図２は、図１における電力制御部１０６の構成を示す機能ブロック図である。
【００２４】
電力制御部１０６は、電力平滑フィルタ２０１を備える。第１電力変換装置１０１の出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）は電力平滑フィルタ２０１に入力される。電力平滑フィルタは、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の変動成分を平滑化することにより電力変換システム１００の総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）を作成し、作成した総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）を出力する。
【００２５】
電力制御部１０６は、電力平滑フィルタ２０１によって作成された総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）と出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）との差分を算出することにより、第２電力変換装置１０２の出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）を作成する。電力制御部１０６は、作成した出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）を第２電力変換装置１０２における図示されないコンバ−タ制御部に送る。
【００２６】
電力平滑フィルタ２０１は、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）から、再生可能エネルギー発電装置の出力変動に伴う大きな変動成分を除去し、残りの比較的緩やかに変化する成分を、総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）として出力する。このため、総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）と出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）との差分（Ｐ＊ＳＹＳ−ＰＲＥ）、すなわち、出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）は、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の大きな変動成分を相殺する。したがって、第２電力変換装置１０２の出力電力１１１（ＰＢＡＴ）が出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）になるように、第２電力変換装置が制御されることにより、総出力電力１１２（ＰＳＹＳ）の電力変動が抑制できる。
【００２７】
図３は、図２における電力平滑フィルタの構成例を示す。
【００２８】
本構成例において、電力平滑フィルタ２０１Ａは、変化率リミッタ３０１を備える。
【００２９】
電力平滑フィルタ２０１Ａにおいて、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）と、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の入力時点よりも時間Ｔだけ前の時点における総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）との差分が算出され、算出された差分が変化率リミッタ３０１に入力される。この差分は、時間Ｔの間における出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の変動成分であり、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の変化速度に相当する。
【００３０】
ここで、遅延時間設定部３０４が、総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）に対して、遅延時間Ｔを設定する。なお、遅延時間設定部３０４の入出力特性は、むだ時間Ｔのある時間応答を示す伝達関数「ｅ−ｓＴ」によって表される。
【００３１】
算出された差分は、変化率リミッタ３０１に入力される。変化率リミッタ３０１は、入力する変動成分が所定の許容値を超えていなければ、そのまま出力し、許容値を超えていれば、許容値を出力する。すなわち、変化率リミッタ３０１は、変動速度が許容値内に抑えられた変動成分を出力する。図３においては、ＲＬＩＭＨ（３０２）およびＲＬＩＭＬ（３０３）がそれぞれ、電力増加方向および減少方向の許容値である。これらの許容値は、適宜設定および変更できる。
【００３２】
電力平滑フィルタ２０１Ａは、変化率リミッタ３０１の出力する変動成分と、遅延時間設定部３０４によって遅延された総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）とを加算することにより、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の入力時点における総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）を作成して、作成した総出力電力指令値２０２を出力する。
【００３３】
図３の電力平滑フィルタ２０１Ａによれば、変化率リミッタ３０１を用いることによって、電力変動速度が許容値の範囲内である総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）を作成できる。
【００３４】
図４は、図２における電力平滑フィルタの他の構成例を示す。
【００３５】
本構成例では、第２電力変換装置の出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）が、移動平均フィルタ２０１Ｂを介して、上述のような変化率リミッタを備える電力平滑フィルタ２０１Ａに入力される。
【００３６】
移動平均フィルタ２０１Ｂにおいては、Ｎ−１個（Ｎは２以上の整数）の遅延時間設定部４０１（図３の遅延時間設定部３０４と同様の構成を有する）が直列に接続される。出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）は、この直列接続に入力される。移動平均フィルタ２０１Ｂは、演算器４０２によって、出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）と、Ｎ−１個の遅延時間設定部４０１の出力との総和を算出し、さらに総和をＮで除算することにより、電力平滑フィルタ２０１Ａへの入力を作成する。すなわち、移動平均フィルタ２０１Ｂは、入力された出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の入力時点（現時点）から時間にして（Ｎ−１）Ｔ遡った時点から現時点までの時間間隔Ｔごとの時点でのＮ個の出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）の平均値を出力する。このような移動平均フィルタ２０１Ｂの入出力特性は、次式のような伝達関数Ｈ（ｓ）で表される。
H(s)=N-1(1+e-sT+…+e-sT(N-1))=N-1{(1-e-sTN)/(1-e-sT)}
図４の構成例によれば、所定の時間幅で変動成分の大きさが平均化された出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）が電力平滑フィルタ２０１Ａに入力される。これにより、図２に示したように、総出力電力指令値２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）と電力平滑フィルタに入力される出力電力検出値１０８（ＰＲＥ）との差分を算出して第２電力変換装置１０２の出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）を作成する場合に、出力電力指令値１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）の瞬時値が過大になることが防止される。このため、蓄電池１０５の電力容量を低減できる。
【００３７】
図５は、図１の電力変換システムの動作を示す。なお、本図は、後述する実施例１（図９）に対する比較例となる。
【００３８】
図５は、電力変換システムの総電力指令値Ｐ＊ＳＹＳと第２電力変換装置の出力電力指令値Ｐ＊ＢＡＴの時間変化の一例を示している。図中、破線（２０２）が総電力指令値Ｐ＊ＳＹＳを表し、実線（１０７）が出力電力指令値Ｐ＊ＢＡＴを表す。
【００３９】
図中、（１）および（２）の場合は、それぞれ、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が小および大の場合である。また、（Ａ）および（Ｂ）の場合は、それぞれ、電力平滑フィルタが変化率リミッタ（図３）および移動平均フィルタ（図４）を備える場合である。
【００４０】
（１）−（Ａ）の場合、変化率リミッタは実質的に動作しないので、電力平滑フィルタ（図３）は、ＰＲＥと同じＰ＊ＳＹＳを生成する。したがって、電力制御部（図２）が出力するＰ＊ＢＡＴはほぼゼロとなる。すなわち、蓄電池は充放電されない。
【００４１】
これに対し、（１）−（Ｂ）の場合、実線（１０７）の変動が示すように、移動平均フィルタを備える電力平滑フィルタ（図４）が生成するＰ＊ＢＡＴは負および正の値をとる。すなわち、蓄電池が充放電される。
【００４２】
また、（２）−（Ａ）および（２）−（Ｂ）の場合、各実線（１０７）の大きな変動が示すように、いずれの場合においても、電力平滑フィルタ（図３、図４）は、ＰＲＥの大きな変動に応じて、このような変動を補償するようにＰ＊ＢＡＴを生成する。
【００４３】
図６は、図１の電力変換システムの動作を示す。なお、本図は、後述する実施例１（図図１０）に対する比較例となる。
【００４４】
図６は、蓄電池１０５（図１）における充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）の時間変化の一例を示している。図中、破線は、第２電力変換装置の出力電力指令値Ｐ＊ＢＡＴの絶対値の積分値を示し、充放電エネルギー積算値を表す。また、図中、実線は、Ｐ＊ＢＡＴの積分値を示し、蓄電電力量を表す。
【００４５】
なお、Ｐ＊ＢＡＴの絶対値の積分値は、蓄電池の寿命に関わる指標となり得る。また、Ｐ＊ＢＡＴの積分値は、蓄電池に要求される電力容量に関わる指標となり得る。
【００４６】
図中、（１）および（２）の場合は、それぞれ、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が小および大の場合である。また、（Ａ）および（Ｂ）の場合は、それぞれ、電力平滑フィルタが変化率リミッタ（図３）および移動平均フィルタ（図４）を備える場合である。
【００４７】
（１）−（Ａ）の場合と（１）−（Ｂ）の場合を比較すると、充放電エネルギー積算値（破線６０１Ａ１，６０１Ｂ１）および蓄電電力量（実線６０２Ａ１，６０２Ｂ１）は、ともに、（１）−（Ａ）の場合の方が（１）−（Ｂ）の場合よりも小さい。したがって、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が小の場合、蓄電池の寿命および容量にとっては、変化リミッタが移動平均フィルタよりも有利である。
【００４８】
これに対し、（２）−（Ａ）の場合と（２）−（Ｂ）の場合を比較すると、充放電エネルギー積算値（破線６０１Ａ２，６０１Ｂ２）は、（２）−（Ａ）の場合の方が（２）−（Ｂ）の場合よりも小さい。また、蓄電電力量（実線６０２Ａ２，６０２Ｂ２）は、（２）−（Ｂ）の場合の方が（２）−（Ａ）の場合よりも小さい。したがって、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が大の場合、蓄電池の寿命にとっては、変化リミッタが移動平均フィルタよりも有利であるが、蓄電池の容量にとっては、移動平均フィルタが変化率リミッタよりも有利である。
【００４９】
上述のように、変化率リミッタおよび移動平均フィルタは、蓄電池の寿命および容量に対する影響が様々である。このため、電力変換システムのコスト低減のために、蓄電池の寿命を向上しかつ要求される容量を低減することが難しい。
【００５０】
以下、本発明の実施形態について、実施例１および実施例２により説明する。なお、いずれの実施例も、図１に示したシステム構成を有するとともに、電力平滑フィルタにおいて、図３に示した変化率リミッタおよび図４に示した移動平均フィルタが用いられる。なお、すでに図示した構成については、詳細な説明を省略する。
【実施例１】
【００５１】
図７は、本発明による実施例１である電力変換システム７００の構成を示す。
【００５２】
図７に示すように、本実施例１の電力変換システム１００は、図１に示した電力変換システム１００と同様な構成を有する。なお、電力制御部７０６の具体的な構成は、以下に説明するように、図２−４に示した構成とは異なる。
【００５３】
図８は、実施例１における電力制御部７０６の構成を示す機能ブロック図である。
【００５４】
電力制御部７０６は、電力平滑フィルタ８０１を備える。第１電力変換装置１０１の出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）は電力平滑フィルタ８０１に入力される。電力平滑フィルタ８０１は、出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）の変動成分を平滑化することにより電力変換システム７００の総出力電力指令値８０２（Ｐ＊ＳＹＳ）を作成し、作成した総出力電力指令値８０２（Ｐ＊ＳＹＳ）を出力する。
【００５５】
電力制御部７０６は、電力平滑フィルタ８０１によって作成された総出力電力指令値８０２（Ｐ＊ＳＹＳ）と出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）との差分を算出することにより、第２電力変換装置１０２の出力電力指令値７０７（Ｐ＊ＢＡＴ）を作成する。電力制御部７０６は、作成した出力電力指令値７０７（Ｐ＊ＢＡＴ）を第２電力変換装置１０２における図示されないコンバ−タ制御部に送る。
【００５６】
電力平滑フィルタ８０１は、出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）から、再生可能エネルギー発電装置の出力変動に伴う大きな変動成分を除去し、残りの比較的緩やかに変化する成分を、総出力電力指令値８０２（Ｐ＊ＳＹＳ）として出力する。このため、総出力電力指令値８０２（Ｐ＊ＳＹＳ）と出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）との差分（Ｐ＊ＳＹＳ−ＰＲＥ）、すなわち、出力電力指令値７０７（Ｐ＊ＢＡＴ）は、出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）の大きな変動成分を相殺する。したがって、第２電力変換装置１０２の出力電力７１１（ＰＢＡＴ）が出力電力指令値７０７（Ｐ＊ＢＡＴ）になるように、第２電力変換装置１０２が制御されることにより、総出力電力７１２（ＰＳＹＳ）の電力変動が抑制できる。
【００５７】
図８に示すように、電力平滑フィルタ８０１は、変化率リミッタを有し、図３に示した構成と同様の構成を有する電力平滑フィルタ部２０１Ａ（以下、単に「変化率リミッタ部」と記す）と、切替スイッチ部８０３を介して変化率リミッタ部（２０１Ａ）に接続され、図４に示した構成と同様の構成を有する移動平均フィルタ２０１Ｂとを備える。
【００５８】
切替スイッチ部８０３は、フィルタ動作モード設定部８０４が設定する電力平滑フィルタ８０１の動作モードに応じて、移動平均フィルタ２０１Ｂの出力と変化率リミッタ部（２０１Ａ）の入力との接続および非接続を切り替える。なお、本実施例１において、フィルタ動作モード設定部８０４は、設定される動作モードを示す動作モードフラグ信号を出力する。切替スイッチ部８０３は、この動作モードフラグ信号に応じて動作する。
【００５９】
移動平均フィルタ２０１Ｂと変化率リミッタ部（２０１Ａ）とが接続される場合、出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）は、移動平均フィルタ２０１Ｂを介して変化率リミッタ部へ入力される。また、移動平均フィルタ２０１Ｂと変化率リミッタ部（２０１Ａ）とが非接続の場合、出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）は、移動平均フィルタ２０１Ｂを介することなく、直接、変化率リミッタ部へ入力される。したがって、電力平滑フィルタ８０１においては、図３に示した構成と図４に示した構成とが切替スイッチ部８０３によって切り替えられる。
【００６０】
フィルタ動作モード設定部８０４は、出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）を入力し、入力したＰＲＥと、遅延時間設定部８０５によって遅れ時間Ｔが設定されたＰＲＥ（すなわち時間Ｔ前の検出値）との差分を算出し、算出された差分の絶対値を絶対値演算部８０６（ＡＢＳ）によって算出する。さらに、フィルタ動作モード設定部８０４は、算出した絶対値から、低域通過フィルタ８０７（ＬＰＦ）によって高周波成分を除去することにより、動作モードを判定するための指標となるモード選択指標８０８（ＰＲＥＶＩＯ）を算出する。
【００６１】
フィルタ動作モード設定部８０４は、比較部８１０（ＣＭＰ）によって、算出したＰＲＥＶＩＯと所定の閾値８０９（ＰＶＩＯＴＨ）とを比較し、比較結果に応じて動作モードを設定する。本実施例１では、フィルタ動作モード設定部８０４は、ＰＲＥＶＩＯが閾値ＰＶＩＯＴＨを超えていなければ、移動平均フィルタを用いずに変化率リミッタ部によるフィルタ動作モード（Ｍ０）を設定し、比較部８１０から動作モードＭ０を示す動作モードフラグ信号８１１を出力する。また、フィルタ動作モード設定部８０４は、ＰＲＥＶＩＯが閾値ＰＶＩＯＴＨを超えていると、移動平均フィルタおよび変化率リミッタ部によるフィルタ動作モード（Ｍ１）を設定し、比較部８１０から動作モードＭ１を示す動作モードフラグ信号を出力する。
【００６２】
切替スイッチ部８０３は、動作モードＭ１を示す動作モードフラグ信号を受けると、移動平均フィルタ２０１Ｂと変化率リミッタ部（２０１Ａ）とを接続し、動作モードＭ０を示す動作モードフラグ信号を受けると、移動平均フィルタ２０１Ｂと変化率リミッタ部（２０１Ａ）を非接続にする。
【００６３】
ここで、ＰＲＥＶＩＯは、瞬時もしくは短時間におけるＰＲＥの変動の大きさを表している。したがって、上記のようなフィルタ動作モード設定部８０４の動作によれば、ＰＲＥＶＩＯが閾値ＰＶＩＯＴＨを超えない場合、すなわちＰＲＥの変動が比較的小さな場合において、電力平滑フィルタ８０１は、移動平均フィルタを用いず、変化率リミッタ部を用いる構成（図３）となる。また、ＰＲＥＶＩＯが閾値ＰＶＩＯＴＨを超える場合、すなわちＰＲＥの変動が比較的大きな場合において、電力平滑フィルタ８０１は、移動平均フィルタおよび変化率リミッタ部を用いる構成（図４）となる。
【００６４】
図９は、実施例１における電力制御部７０６（図中では「電力平滑制御部」と記す）の動作状態例を示す。
【００６５】
図中、（１）および（２）の場合は、それぞれ、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が小および大の場合である。
【００６６】
（１）および（２）の各場合について、電力制御部７０６へ入力される第１電力変換装置の出力電力検出値ＰＲＥと、モード選択指標８０８（ＰＲＥＶＩＯ：実線）およびその閾値８０９（ＰＶＩＯＴＨ：破線）と、動作モード（Ｍ０，Ｍ１）を示す動作モードフラグ信号８１１と、を示す。
【００６７】
（１）の場合、中央図が示すように、ＰＲＥＶＩＯ（８０８）＜ＰＶＩＯＴＨ（８０９）である。このため、下図が示すように、動作モードＭ０が設定される。すなわち、電力制御部７０６は、移動平均フィルタを用いずに、変化率リミッタ部を用いる。
【００６８】
これに対し、（２）の場合、中央図が示すように、ＰＲＥＶＩＯ（８０８）＜ＰＶＩＯＴＨ（８０９）となる期間と、ＰＲＥＶＩＯ（８０８）≧ＰＶＩＯＴＨ（８０９）となる期間とが、交互に繰り返し現れる。このため、下図が示すように、ＰＲＥの変動の大きさに応じて、動作モードＭ０と動作モードＭ１とが交互に設定される。すなわち、電力制御部７０６は、ＰＲＥの変動の大きさに応じて、移動平均フィルタを用いずに変化率リミッタ部を用いたり、移動平均フィルタおよび変化率リミッタを用いたりする。
【００６９】
図１０は、実施例１の電力変換システムの動作を示す。
【００７０】
図中、（１）および（２）の場合は、図９と同様に、それぞれ、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が小および大の場合である。
【００７１】
（１）および（２）の各場合について、電力制御部７０６（図中では「電力平滑制御部」と記す）へ入力される第１電力変換装置の出力電力検出値７０８（ＰＲＥ）と、電力変換システム７００の総出力電力指令値８０２（Ｐ＊ＳＹＳ）および第２電力変換装置の出力電力指令値７０７（Ｐ＊ＢＡＴ）と、蓄電池１０５（図７）における充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）と、を示す。下図中、破線は、第２電力変換装置の出力電力指令値Ｐ＊ＢＡＴの絶対値の積分値を示し、充放電エネルギー積算値を表す。また、下図中、実線は、Ｐ＊ＢＡＴの積分値を示し、蓄電電力量を表す。
【００７２】
なお、Ｐ＊ＢＡＴの絶対値の積分値は、蓄電池の寿命に関わる指標となり得る。また、Ｐ＊ＢＡＴの積分値は、蓄電池に要求される電力容量に関わる指標となり得る。
【００７３】
（１）の場合、図９について上述したように、電力制御部７０６は、移動平均フィルタを用いずに、変化率リミッタ部を用いる。ＰＰＥの変動が小さいため、変化率リミッタは実質的に動作しないので、電力平滑フィルタ８０１（図８）は、ＰＲＥと同じＰ＊ＳＹＳを生成する。したがって、電力制御部７０６（図７）が出力するＰ＊ＢＡＴはほぼゼロとなる。すなわち、蓄電池は充放電されない。このため、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）はともにゼロとなる。
【００７４】
これに対し、（２）の場合、電力制御部７０６は、図９について上述したように、電力制御部７０６は、ＰＲＥの変動の大きさに応じて、移動平均フィルタを用いずに変化率リミッタ部を用いたり、移動平均フィルタおよび変化率リミッタ部を用いたりする。したがって、電力制御部７０６（図７）が出力するＰ＊ＢＡＴは、ＰＲＥの変動の大きさに応じて、ゼロおよび正負の値をとる。すなわち、蓄電池は充放電される。この結果、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）は有限の値をとる。
【００７５】
図１０における（２）の場合の下図が示す、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）と、図６の（２）−（Ａ），（２）−（Ｂ）の各場合の充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）とを比較すると、蓄電電力量（energy deviation）は、実施例１が最も小さい。さらに、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）は、においては、（２）−（Ｂ）の場合よりも小さく、（２）−（Ｂ）の場合よりも小さな（２）−（Ａ）の場合と同等である。したがって、本実施例１によれば、蓄電池に要求される電力容量を低減できるとともに、蓄電池の寿命を向上できる。
【００７６】
上述のように、本実施例１によれば、蓄電池に要求される電力容量を低減できるとともに、蓄電池の寿命を向上できるので、蓄電池の設置および保守に要するコストを低減できる。これにより、再生可能エネルギー発電装置を外部の電力系統に連系する電力変換システムのコストを確実に低減できる。
【実施例２】
【００７７】
次に、実施例２について、図１１−１４を用いて説明する。なお、主に、実施例１と異なる点について、説明する。
【００７８】
図１１は、本発明による実施例２である電力変換システム１１００の構成を示す。
【００７９】
本実施例においては、再生可能エネルギー発電装置１０４として、太陽光発電装置が適用される。また、電力変換システム１１００は、日射量を検出する日射計１１１３を備える。電力制御部１１０６は、後述するように、日射計１１１３による日射量検出値１１１４（ＩｎＲＥ）に基づいて、動作モードを選択する。
【００８０】
図１２は、実施例２における電力制御部１１０６の構成を示す機能ブロック図である。
【００８１】
本実施例２において、フィルタ動作モード設定部１２０４は、日射量検出値１１１４（ＩｎＲＥ）を入力し、入力したＩｎＲＥと、遅延時間設定部１２０５によって遅れ時間Ｔが設定されたＩｎＲＥ（すなわち時間Ｔ前の検出値）との差分を算出し、算出された差分の絶対値を絶対値演算部１２０６（ＡＢＳ）によって算出する。さらに、フィルタ動作モード設定部１２０４は、算出した絶対値から、低域通過フィルタ１２０７（ＬＰＦ）によって高周波成分を除去することにより、動作モードを判定するための指標となるモード選択指標１２０８（ＩｎＲＥＶＩＯ）を算出する。
【００８２】
フィルタ動作モード設定部１２０４は、比較部１２１０（ＣＭＰ）によって、算出したＩｎＲＥＶＩＯと所定の閾値１２０９（ＩｎＶＩＯＴＨ）とを比較し、比較結果に応じて動作モードを設定する。本実施例２では、フィルタ動作モード設定部１２０４は、ＩｎＲＥＶＩＯが閾値ＩｎＶＩＯＴＨを超えていなければ、移動平均フィルタを用いずに変化率リミッタ部によるフィルタ動作モード（Ｍ０）を設定し、比較部１２１０から動作モードＭ０を示す動作モードフラグ信号１２１１を出力する。また、フィルタ動作モード設定部１２０４は、ＩｎＲＥＶＩＯが閾値ＩｎＶＩＯＴＨを超えていると、移動平均フィルタおよび変化率リミッタ部によるフィルタ動作モード（Ｍ１）を設定し、比較部１２１０から動作モードＭ１を示す動作モードフラグ信号を出力する。
【００８３】
切替スイッチ部１２０３は、動作モードＭ１を示す動作モードフラグ信号を受けると、移動平均フィルタ２０１Ｂと変化率リミッタ部（２０１Ａ）とを接続し、動作モードＭ０を示す動作モードフラグ信号を受けると、移動平均フィルタ２０１Ｂと変化率リミッタ部（２０１Ａ）を非接続にする。
【００８４】
ここで、ＩｎＲＥＶＩＯは、瞬時もしくは短時間におけるＩｎＲＥの変動の大きさを表している。したがって、上記のようなフィルタ動作モード設定部１２０４の動作によれば、ＩｎＲＥＶＩＯが閾値ＩｎＶＩＯＴＨを超えない場合、すなわちＩｎＲＥの変動が比較的小さな場合において、電力平滑フィルタ１２０１は、移動平均フィルタを用いず、変化率リミッタ部を用いる構成（図３）となる。また、ＩｎＲＥＶＩＯが閾値ＩｎＶＩＯＴＨを超える場合、すなわちＩｎＲＥの変動が比較的大きな場合において、電力平滑フィルタ１２０１は、移動平均フィルタおよび変化率リミッタ部を用いる構成（図４）となる。
【００８５】
図１３は、実施例２における電力制御部１１０６（図中では「電力平滑制御部」と記す）の動作状態例を示す。
【００８６】
図中、（１）は、天候が晴天であって、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が小の場合である。また、（２）は、天候が曇天もしくは雨天であって、第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が大の場合である。
【００８７】
（１）および（２）の各場合について、電力制御部７０６へ入力される第１電力変換装置の出力電力検出値１１０８（ＰＲＥ：実線）および日射量検出値１１１４（ＩｎＲＥ：破線）と、モード選択指標１２０８（ＩｎＲＥＶＩＯ：実線）およびその閾値１２０９（ＩｎＶＩＯＴＨ：破線）と、動作モード（Ｍ０，Ｍ１）を示す動作モードフラグ信号１２１１と、を示す。
【００８８】
（１）の場合、中央図が示すように、ＩｎＲＥＶＩＯ（１２０８）＜ＩｎＶＩＯＴＨ（１２０９）である。このため、下図が示すように、動作モードＭ０が設定される。すなわち、電力制御部１１０６は、移動平均フィルタを用いずに、変化率リミッタ部を用いる。
【００８９】
これに対し、（２）の場合、中央図が示すように、ＩｎＲＥＶＩＯ（１２０８）＜ＩｎＶＩＯＴＨ（１２０９）となる期間と、ＩｎＲＥＶＩＯ（１２０８）≧ＩｎＶＩＯＴＨ（１２０９）となる期間とが、交互に繰り返し現れる。このため、下図が示すように、ＰＲＥの変動の大きさに応じて、動作モードＭ０と動作モードＭ１とが交互に設定される。すなわち、電力制御部１１０６は、ＩｎＲＥおよびＰＲＥの変動の大きさに応じて、移動平均フィルタを用いずに変化率リミッタ部を用いたり、移動平均フィルタおよび変化率リミッタを用いたりする。
【００９０】
図１４は、実施例２の電力変換システムの動作を示す。
【００９１】
図中、（１）の場合および（２）の場合は、図１３と同様に、それぞれ、晴天であり第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が小の場合および曇天もしくは雨天であり第１電力変換装置の出力電力ＰＲＥの変動が大の場合である。
【００９２】
（１）および（２）の各場合について、電力制御部１１０６（図中では「電力平滑制御部」と記す）へ入力される第１電力変換装置の出力電力検出値１１０８（ＰＲＥ：実線）および日射量検出値１１１４（ＩｎＲＥ：破線）と、電力変換システム１１００の総出力電力指令値１２０２（Ｐ＊ＳＹＳ）および第２電力変換装置の出力電力指令値１１０７（Ｐ＊ＢＡＴ）と、蓄電池１０５（図１１）における充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）と、を示す。下図中、破線は、第２電力変換装置の出力電力指令値Ｐ＊ＢＡＴの絶対値の積分値を示し、充放電エネルギー積算値を表す。また、下図中、実線は、Ｐ＊ＢＡＴの積分値を示し、蓄電電力量を表す。
【００９３】
なお、Ｐ＊ＢＡＴの絶対値の積分値は、蓄電池の寿命に関わる指標となり得る。また、Ｐ＊ＢＡＴの積分値は、蓄電池に要求される電力容量に関わる指標となり得る。
【００９４】
（１）の場合、図１３について上述したように、電力制御部１１０６は、移動平均フィルタを用いずに、変化率リミッタ部を用いる。ＩｎＲＥの変動が小さいためにＰＲＥの変動が小さいため、変化率リミッタは実質的に動作しないので、電力平滑フィルタ１２０１（図１２）は、ＰＲＥと同じＰ＊ＳＹＳを生成する。したがって、電力制御部１１０６（図１１）が出力するＰ＊ＢＡＴはほぼゼロとなる。すなわち、蓄電池は充放電されない。このため、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）はともにゼロとなる。
【００９５】
これに対し、（２）の場合、電力制御部１１０６は、図１３について上述したように、電力制御部１１０６は、ＩｎＲＥおよびＰＲＥの変動の大きさに応じて、移動平均フィルタを用いずに変化率リミッタ部を用いたり、移動平均フィルタおよび変化率リミッタ部を用いたりする。したがって、電力制御部１１０６（図１１）が出力するＰ＊ＢＡＴは、ＩｎＲＥおよびＰＲＥの変動の大きさに応じて、ゼロおよび正負の値をとる。すなわち、蓄電池は充放電される。この結果、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）は有限の値をとる。
【００９６】
図１４における（２）の場合の下図が示す、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）と、図６の（２）−（Ａ），（２）−（Ｂ）の各場合の充放電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量（energy deviation）とを比較すると、充放電エネルギー積算値（accumulated energy）は、実施例２が最も小さい。さらに、蓄電電力量（energy deviation）は、（２）−（Ａ）の場合よりも小さく、（２）−（Ａ）の場合よりも小さな（２）−（Ｂ）の場合と同等である。したがって、本実施例１によれば、蓄電池に要求される電力容量を低減できるとともに、蓄電池の寿命を向上できる。
【００９７】
なお、本実施例２の変形例として、再生可能エネルギー発電装置１０４として、風力発電装置を適用し、日射計に替えて風速計を備えてもよい。
【００９８】
上述のように、本実施例２によれば、蓄電池に要求される電力容量を低減できるとともに、蓄電池の寿命を向上できるので、蓄電池の設置および保守に要するコストを低減できる。これにより、再生可能エネルギー発電装置を外部の電力系統に連系する電力変換システムのコストを確実に低減できる。また、再生可能エネルギー発電装置の発電量の直接的な要因である自然エネルギーのパラメータ（日射量、風速）によって動作モードを切り替えるので、第１電力変換装置の出力電力（ＰＲＥ）の変動を補償するための制御の追従性が向上する。
【００９９】
ここで、各種の電力平滑フィルタの性能に関する本発明者の検討結果について説明しておく。
【０１００】
図１５は、各種の電力平滑フィルタについて、充電エネルギー積算値（accumulated energy）および蓄電電力量ピーク値（peak energy deviation）に関する本発明者による検討結果の一例である。
【０１０１】
図１５が示すように、蓄電池の寿命の向上および電力容量の低減にとって、総合的に見て、本発明による実施例１または実施例２が有利であることがわかる。
【０１０２】
なお、上記の各実施例を、次のように変形してもよい。
【０１０３】
電力平滑フィルタは、複数の平滑フィルタ部（実施例では、変化率リミッタと、変化率リミッタ付き移動平均フィルタ）として、複数の一次遅れフィルタと、単位時間当たりの入力を用いて計算する移動平均フィルタと、単位時間当たりの変化率を制限するリミッタと、単位時間当たりの入力を用いる中位数計算手段と、これら四方式を任意に組み合わせる手段の内の複数を備えてもよい。なお、一次遅れフィルタにおいては、一次遅れ時定数が調整可能でもよい。また、中位数計算手段においては、単位時間幅を調整可能でもよい。
【０１０４】
移動平均フィルタにおいては、移動平均フィルタの単位時間幅と平均計算係数が調整可能でもよい。
【０１０５】
単位時間当たりの変化率を制限する変化率リミッタは、変化率制限上下限値が調整可能でもよい。
【０１０６】
電力平滑フィルタにおける複数の平滑フィルタ部の内、稼働している平滑フィルタ部に関する情報を報知および記録可能でもよい。
【０１０７】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【０１０８】
例えば、第１電力変換装置および第２電力変換装置は、複数の電力変換部の多重接続から構成されてもよい。また、再生可能エネルギー発電装置および蓄電池の各台数は任意でよい。
【０１０９】
また、蓄電池に替えて、キャパシタなどの他の蓄電装置を適用してもよい。なお、蓄電装置は、電力変換システムの余剰電力の蓄電や、電力変換システムの出力の平準化などに用いてもよい。
【０１１０】
電気量検出部は、第１電力変換装置の出力電力のほか、出力電圧や出力電流を検出してもよい。そして、出力電圧や出力電流の変動を補償するように、第２電力変換装置の出力電力を制御してもよい。また、動作モード設定部が、これらの出力電圧や出力電流の検出値の変動、もしくは再生可能エネルギー発電装置の出力（電力、電圧、電流）の変動に基づいて、動作モードを設定してもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１００  電力変換システム、１０１  第１電力変換装置、１０２  第２電力変換装置、
１０３  電力系統、１０４  再生可能エネルギー発電装置、１０５  蓄電池、
１０６  電力制御部、１０９  電気量検出部、２０１  電力平滑フィルタ、
２０１Ｂ  移動平均フィルタ、３０１  変化率リミッタ、３０４  遅延時間設定部、
４０１  遅延時間設定部、４０２  演算器、７００  電力変換システム、
７０６  電力制御部、７０９  電気量検出部、８０１  電力平滑フィルタ、
８０３  切替スイッチ部、８０４  フィルタ動作モード設定部、
８０５  遅延時間設定部、８０６  絶対値演算部、８０７  低域通過フィルタ、
８１０  比較部、１１００  電力変換システム、１１０６  電力制御部、
１１０９  電気量検出部、１１１３  日射計、１２０１  電力平滑フィルタ、
１２０３  切替スイッチ部、１２０４  動作モード設定部、
１２０５  遅延時間設定部、１２０６  絶対値演算部、１２０７  低域通過フィルタ、
１２１０  比較部
【図１】
2020137293.tif 000003
【図２】
2020137293.tif 000004
【図３】
2020137293.tif 000005
【図４】
2020137293.tif 000006
【図５】
2020137293.tif 000007
【図６】
2020137293.tif 000008
【図７】
2020137293.tif 000009
【図８】
2020137293.tif 000010
【図９】
2020137293.tif 000011
【図１０】
2020137293.tif 000012
【図１１】
2020137293.tif 000013
【図１２】
2020137293.tif 000014
【図１３】
2020137293.tif 000015
【図１４】
2020137293.tif 000016
【図１５】
2020137293.tif 000017