(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型電源を電力系統に連系するための電力調整装置において、
正弦波からなる基準信号を生成する基準信号生成手段と、
上記基準信号に基づいて、上記分散型電源から供給される直流電力を交流電力へ変換し、上記電力系統へ出力するインバータ回路と、
上記電力系統の系統電圧を検出する電圧検出手段と、
上記系統電圧に対する上記基準信号の位相誤差を求める位相誤差検出手段と、
上記位相誤差に基づいて、上記基準信号の位相オフセットを制御する位相オフセット制御手段と、
上記位相誤差に基づいて、上記基準信号の周波数を制御する周波数制御手段と、
上記系統電圧を停電判定閾値と比較し、上記電力系統の停電状態を判別する停電判別手段と、
停電時に上記インバータ回路の出力を停止させる出力停止手段とを備え、
上記位相オフセット制御手段は、停電からの復電後の第１同期調整期間に、上記基準信号の位相オフセットを制御し、
上記周波数制御手段は、第１同期調整期間の終了後の第２同期調整期間に、上記基準信号の周波数を制御することを特徴とする電力調整装置。
【請求項２】
上記位相誤差を調整判定閾値と比較する比較手段を備え、
上記位相オフセット制御手段は、上記比較手段の比較結果に基づいて、上記基準信号の位相オフセットを制御することを特徴とする請求項１に記載の電力調整装置。
【請求項３】
停電中及び第１同期調整期間における上記基準信号の周波数を固定し、停電前における上記基準信号の周波数と一致させることを特徴とする請求項２に記載の電力調整装置。
【請求項４】
上記位相誤差検出手段は、
上記基準信号を用いて、上記系統電圧を互いに直交する第１直交成分及び第２直交成分に分離する直交成分算出手段と、
上記基準信号の１又は２以上の周期からなる積算期間について、第１直交成分の積算値を求める第１直交成分積算手段と、
上記積算期間について、第２直交成分の積算値を求める第２直交成分積算手段と、
第１直交成分及び第２直交成分の各積算値に基づいて、上記位相誤差を求める位相誤差算出手段とを有することを特徴とする請求項３に記載の電力調整装置。
【請求項５】
第１同期調整期間は、上記基準信号の１周期であることを特徴とする請求項４に記載の電力調整装置。
【請求項６】
上記系統電圧を上記停電判定閾値よりも大きい低電圧判定閾値と比較し、上記電力系統の通常状態及び低電圧状態を判別する低電圧状態判別手段と、
上記分散型電源から供給され、上記インバータ回路へ入力される入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
上記入力電圧に基づいて、上記インバータ回路の出力電流を制御する出力電流制御手段とを備え、
上記出力電流制御手段は、上記電力系統が低電圧状態であれば、当該低電圧状態への移行前の通常状態における上記入力電圧に基づいて目標電流を求め、上記インバータ回路の定電流制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電力調整装置。
【請求項７】
上記出力制御手段は、低電圧状態からの復電後の安定確認期間において、当該低電圧状態における目標電流を用いて、上記インバータ回路の定電流制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の電力調整装置。
【請求項８】
上記目標電流は、上記低電圧状態への移行前の通常状態における上記出力電流よりも小さい値からなることを特徴とする請求項７に記載の電力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力調整装置に係り、さらに詳しくは、分散型電源を電力系統と連系させる電力調整装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、太陽光発電装置、風力発電装置、蓄電池などの分散型電源（Distributed Generator）は、電力会社の系統電源から電力が供給される電力系統に対し、電力調整装置を介して接続される。電力調整装置は、分散型電源から入力される直流電力を電力系統と同期のとれた交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路を電力系統から遮断する保護回路とを備えている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
インバータ回路は、その出力電流Ｉｏを系統電圧Ｖｏと同期させることにより、分散型電源を電力系統と連系させている。具体的には、位相同期回路を用いて、系統電圧Ｖｏに同期した基準信号ＩＲＥＦを生成し、この基準信号ＩＲＥＦに基づいてインバータ回路を駆動することにより、出力電流Ｉｏの位相及び周波数を系統電圧Ｖｏの位相及び周波数と一致させている。
【０００４】
また、保護回路は、瞬時電圧低下や瞬時停電などの電力系統の異常を検出した場合に分散型電源を系統電源から遮断することにより、分散型電源を保護している。つまり、系統電源の擾乱を検出して電流出力を停止し、分散電源を系統電源から解列させる。
【０００５】
図１２は、従来の電力調整装置の瞬時停電時における動作を示したタイミングチャートであり、０．３秒の瞬時停電が発生した場合が示されている。図中の（ａ）及び（ｂ）は系統電圧Ｖｏの瞬時値及び実効値、（ｃ）及び（ｄ）は出力電流Ｉｏの瞬時値及び実効値、（ｅ）はゲートブロック信号ＧＢである。ゲートブロック信号ＧＢは、出力電流Ｉｏを停止させるために用いられる電力調整装置内の制御信号である。
【０００６】
系統電圧Ｖｏが低下し、電力系統が停電状態になれば、ゲートブロック信号ＧＢが生成され、電流出力を停止する。その後、電力系統が通常状態へ復電すれば、電流出力が再開される。このとき、電力系統に悪影響を及ぼさないように、系統電圧Ｖｏに対する基準信号ＩＲＥＦの同期が完了してから電流出力を再開する必要がある。このため、復電時の出力電流ＩＲＥＦに大きな位相誤差φが生じていれば、同期完了までに長い時間が必要になり、従来の電力調整装置では、０．３秒の瞬時停電が発生した場合であっても、復電から電流出力が再開されるまでに１０秒程度のタイムラグが生じる場合があった。
【０００７】
図１３は、従来の電力調整装置の瞬時低電圧時における動作を示したタイミングチャートであり、０．３秒の低電圧状態が発生した場合が示されている。系統電圧Ｖｏが低下し、電力系統が低電圧状態になれば、図１２の瞬時停電時と全く同様にして、ゲートブロック信号ＧＢが生成され、電流出力を停止する。その後、通常状態への復電を検出すれば、系統電圧Ｖｏに対する基準信号ＩＲＥＦの同期が完了してから電流出力を再開する。このため、０．３秒の瞬時低電圧が発生した場合であっても、復電から電流出力が再開されるまでに１０秒程度のタイムラグが生じる場合があった。
【０００８】
今後、太陽光発電装置などが普及することにより、総発電出力に占める分散電源装置の割合が高くなると考えられる。このような状況の下において、電力系統の擾乱により多数の分散型電源が一斉に電力系統から解列すれば、電力系統内の需給バランスが崩れ、広範囲の停電が生じるおそれがある。このような課題を解決するためには、系統電圧Ｖｏが低下した場合であっても、電力調整装置が、電力系統から解列することなく、運転を継続することが望ましい。また、電力系統から解列させる場合であっても、電力系統が復電すれば、電力調整装置の出力を迅速に復帰させることが望ましい。
【０００９】
しかしながら、電力系統が低電圧状態である場合に電流出力を継続しようとすれば、出力電流Ｉｏをどのように制御するのかが問題となる。また、電力系統の復電から基準信号ＩＲＥＦの同期が完了するまでの期間を短縮し、出力電流Ｉｏを迅速に復帰させることは容易ではないという問題があった。
【００１０】
一般に、電力調整装置を駆動するための位相同期回路は、基準信号ＩＲＥＦと系統電圧Ｖｏとの位相誤差を検出し、この位相誤差を最小化するように基準信号ＩＲＥＦの周波数を制御している（例えば、特許文献２）。このような位相同期回路の応答速度は、周波数のＰＩ制御に用いられる比例ゲインと積分ゲインによって決定される。
【００１１】
このため、これらのゲインを調整することにより、応答速度を向上させることも考えられるが、その場合、通常状態における動作の安定性を確保するのが難しくなるという問題がある。また、同期制御を継続している通常状態と比べ、復電時の基準信号ＩＲＥＦには大きな位相誤差φが生じている場合があり、ＰＩ制御のゲインを調整しても、同期調整の時間を短縮することは容易ではないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１２２８１８号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基準信号に大きな位相誤差が生じている場合に、当該位相誤差を迅速に抑制することができる電力調整装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、電力系統が、停電状態から通常状態へ復電した場合に、インバータ回路の出力の系統電圧に対する同期を迅速に完了することができる電力調整装置を提供することを目的とする。
【００１５】
さらに、電力系統が、低電圧状態又は停電状態から通常状態へ復電した場合に、インバータ回路の出力を迅速に復帰させることができる電力調整装置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】
【００１６】
第１の本発明による電力調整装置は、分散型電源を電力系統に連系するための電力調整装置において、正弦波からなる基準信号を生成する基準信号生成手段と、上記基準信号に基づいて、上記分散型電源から供給される直流電力を交流電力へ変換し、上記電力系統へ出力するインバータ回路と、上記電力系統の系統電圧を検出する電圧検出手段と、上記系統電圧に対する上記基準信号の位相誤差を求める位相誤差検出手段と、上記位相誤差に基づいて、上記基準信号の位相オフセットを制御する位相オフセット制御手段と、上記位相誤差に基づいて、上記基準信号の周波数を制御する周波数制御手段と、上記系統電圧を停電判定閾値と比較し、上記電力系統の停電状態を判別する停電判別手段と、停電時に上記インバータ回路の出力を停止させる出力停止手段とを備え、上記位相オフセット制御手段が、停電からの復電後の第１同期調整期間に、上記基準信号の位相オフセットを制御し、上記周波数制御手段が、第１同期調整期間の終了後の第２同期調整期間に、上記基準信号の周波数を制御するように構成される。
【００１７】
系統電圧に対する基準信号の位相誤差に基づいて、基準信号の位相オフセットを制御することにより、位相誤差を迅速かつ効果的に抑制することができる。特に、基準信号の周波数を制御対象にする場合に比べ、周波数誤差を抑制することはできないが、位相誤差をより迅速に抑制することができる。
【００１８】
従って、このような基準信号に基づいてインバータ回路の出力を制御すれば、何等かの原因により、大きな位相誤差が発生した場合であっても、当該位相誤差を迅速に抑制することができる。一般に、系統電圧の周波数には大きな変動が生じないのに対し、系統電圧の位相は系統擾乱時に大きく変動する場合がある。このため、この様な構成を採用することにより、停電などの系統擾乱からの復帰時に、インバータ回路の出力の位相誤差を迅速に抑制することができる。
【００２０】
また、復電後の第１同期調整期間には、基準信号の位相オフセットを制御対象にすることにより、復電時における位相誤差を迅速かつ効果的に抑制することができる。一方、第１同期調整期間の終了後の第２同期調整期間には、基準信号の周波数を制御対象にすることにより、周波数誤差及び位相誤差をともに抑制することができる。このため、位相オフセットを制御対象にする第１同期調整期間に比べ、より高い精度で基準信号を系統電圧に同期させることができる。従って、復電後における基準信号の同期を迅速に完了させることができる。
【００２１】
第２の本発明による電力調整装置は、上記構成に加えて、上記位相誤差を調整判定閾値と比較する比較手段を備え、上記位相オフセット制御手段が、上記比較手段の比較結果に基づいて、上記基準信号の位相オフセットを制御するように構成される。
【００２２】
この様な構成により、停電からの復電直後の位相誤差の大きさに応じて、適切な同期制御の方法を選択することができる。つまり、復電時における基準信号の位相誤差が小さい場合には、位相オフセット制御に代えて、周波数制御が行われる。このため、位相誤差が小さいにもかかわらず、位相オフセットを制御することにより、周波数誤差の影響を受けて、位相誤差をかえって増大させてしまうのを防止することができる。
【００２３】
第３の本発明による電力調整装置は、上記構成に加えて、停電中及び第１同期調整期間における上記基準信号の周波数を固定し、停電前における上記基準信号の周波数と一致させるように構成される。
【００２４】
停電中及び第１同期調整期間における基準信号の周波数を固定することにより、停電中のノイズなどの影響を受け、停電中及び第１同期調整期間に、基準信号の周波数誤差が増大するのを抑制することができる。このため、第１同期調整期間における基準信号及び系統電圧の周波数を略一致させ、第１同期調整期間における位相誤差の抑制を高い精度で行うことができる。
【００２５】
第４の本発明による電力調整装置は、上記構成に加えて、上記位相誤差検出手段が、上記基準信号を用いて、上記系統電圧を互いに直交する第１直交成分及び第２直交成分に分離する直交成分算出手段と、上記基準信号の１又は２以上の周期からなる積算期間について、第１直交成分の積算値を求める第１直交成分積算手段と、上記積算期間について、第２直交成分の積算値を求める第２直交成分積算手段と、第１直交成分及び第２直交成分の各積算値に基づいて、上記位相誤差を求める位相誤差算出手段とを有する。
【００２６】
この様な構成により、系統電圧及び基準信号の周波数が一致していれば、系統電圧に対する基準信号の位相誤差を正確に求めることができる。通常、系統電源の周波数が大きく変動することはないため、この様な構成を採用することにより、位相誤差を精度よく求めることができる。
【００２７】
第５の本発明による電力調整装置は、上記構成に加えて、第１同期調整期間が、上記基準信号の１周期からなる。この様な構成により、復電直後における基準信号の１周期で求められた位相誤差に基づいて位相オフセットを制御し、その後の各周期で求められた位相誤差に基づいて周波数を制御することにより、位相誤差の大きさにかかわらず、基準信号を迅速かつ正確に同期させることができる。
【００２８】
第６の本発明による電力調整装置は、上記構成に加えて、上記系統電圧を上記停電判定閾値よりも大きい低電圧判定閾値と比較し、上記電力系統の通常状態及び低電圧状態を判別する低電圧状態判別手段と、上記分散型電源から供給され、上記インバータ回路へ入力される入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、上記入力電圧に基づいて、上記インバータ回路の出力電流を制御する出力電流制御手段とを備え、上記出力電流制御手段は、上記電力系統が低電圧状態であれば、当該低電圧状態への移行前の通常状態における上記入力電圧に基づいて目標電流を求め、上記インバータ回路の定電流制御を行うように構成される。
【００２９】
この様な構成により、電力系統が低電圧状態の場合、直前の通常状態における入力電圧に基づいて目標電流を求め、インバータ回路の定電流制御を行うことができる。このため、電力系統が低電圧状態の場合に、インバータ回路の出力を停止させる場合に比べ、低電圧状態からの通常状態への復電後に、インバータ回路の出力を迅速に復帰させることができる。
【００３０】
第７の本発明による電力調整装置は、上記構成に加えて、上記出力制御手段が、低電圧状態からの復電後の安定確認期間において、当該低電圧状態における目標電流を用いて、上記インバータ回路の定電流制御を行うように構成される。
【００３１】
この様な構成により、低電圧状態からの復電の前後において、インバータ回路に対し同じ制御が行われる。このため、低電圧状態から通常状態への復帰後に、インバータ回路の出力を迅速に復帰させることができる。
【００３２】
第８の本発明による電力調整装置は、上記構成に加えて、上記目標電流が、上記低電圧状態への移行前の通常状態における上記出力電流よりも小さい値からなる。
【００３３】
このような構成により、低電圧状態の期間中における目標電流を低電圧状態への移行前の通常状態における出力電流よりも小さくすることにより、分散型電源の出力変化に比べて、電力系統が低電圧状態となっている期間が十分に短ければ、低電圧状態の期間中も定電流制御を継続することできる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明による電力調整装置は、系統電圧に対する基準信号の位相誤差に基づいて、基準信号の位相オフセットを制御している。このため、基準信号に大きな位相誤差が生じている場合であっても、当該位相誤差を迅速に抑制することができる。
【００３５】
また、本発明による電力調整装置は、停電からの復電後の第１同期調整期間に、基準信号の位相オフセットを制御し、第１同期調整期間の終了後の第２同期調整期間に、基準信号の周波数を制御している。このため、停電からの復電後に、インバータ回路の出力の系統電圧に対する同期を迅速に完了することができる。
【００３６】
また、本発明による電力調整装置は、停電中及び第１同期調整期間における基準信号の周波数を固定し、停電前における基準信号の周波数と一致させている。このため、停電からの復電後に、基準信号の同期を迅速に完了し、インバータ回路の出力を迅速に復帰させることができる。
【００３７】
また、本発明による電力調整装置は、通常状態では、インバータ回路への入力電圧に基づいて、インバータ回路の出力電流を制御する一方、低電圧状態では、低電圧状態への移行前の通常状態におけるインバータ回路への入力電圧に基づいて目標電流を求め、インバータ回路の定電流制御を行っている。この様な構成により、低電圧状態からの復電後に、インバータ回路の出力を迅速に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態による電力調整装置１０１を含む系統連系システムＳの一構成例を示したブロック図である。
【図２】瞬時電圧低下時における電力調整装置１０１の動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図３】瞬時停電時における電力調整装置１０１の動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図４】図１の電力調整装置１０１の一構成例を示した図である。
【図５】図４の電圧異常検出部３の一構成例を示した図である。
【図６】図４のチョッパ回路制御部１３の一構成例を示した図である。
【図７】図４のインバータ回路制御部２４の一構成例を示した図である。
【図８】図７の同期制御部４３の一構成例を示したブロック図である。
【図９】図８の同期制御部４３の動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図１０】図４の電力調整装置１０１の動作の一例を示したフローチャートである。
【図１１】図４の電力調整装置１０１の動作の一例を示したフローチャートである。
【図１２】従来の電力調整装置の瞬時停電時における動作を示したタイミングチャートである。
【図１３】従来の電力調整装置の瞬時低電圧時における動作を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
＜システム構成＞
図１は、本発明の実施の形態による電力調整装置１０１を含む系統連系システムＳの一構成例を示したブロック図である。この系統連系システムＳは、ソーラーパネル１００、電力調整装置１０１、電力系統１０２、分電盤１０３、系統電源１０４及び負荷１０５により構成される。
【００４０】
ソーラーパネル１００は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽光発電装置であり、日射量に応じた直流電力を生成し、電力調整装置１０１を介して、電力系統１０２へ供給する。つまり、ソーラーパネル１００は、電力系統１０２と連系する分散型電源として用いられている。
【００４１】
電力調整装置１０１は、ソーラーパネル１００から入力される直流電力を単相の交流電力に変換し、電力系統１０２へ供給する装置であり、パワーコンディショナー、ＰＣＳ（Power Conditioner System）とも呼ばれる。電力調整装置１０１は、ソーラーパネル１００からの入力電圧Ｖｉ及び入力電流Ｉｉを制御し、ソーラーパネル１００からの入力電力を最大化するＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行っている。
【００４２】
また、電力調整装置１０１は、電力系統１０２の電圧である系統電圧Ｖｏに対し周波数及び位相が同期した出力電流Ｉｏを生成し、電力系統１０２へ供給する。具体的には、電力調整装置１０１内において、系統電圧Ｖｏに同期した基準信号ＩＲＥＦを生成し、この基準信号ＩＲＥＦに基づいて出力電流Ｉｏを生成している。このため、系統電圧Ｖｏに影響を与えることなく、電力系統１０２へ出力電力Ｐｏを供給することができる。また、系統電圧Ｖｏの周波数変動に対し出力電流Ｉｏを高速追従させることができる。なお、出力電流Ｉｏの実効値は、ソーラーパネル１００から入力電力Ｐｉに応じた値となるように制御される。
【００４３】
電力系統１０２は、電力会社の系統電源１０４から送電される系統電力を需要家の負荷１０５に供給するためのシステムであり、ここでは、需要家内に設置された分電盤１０３や、当該分電盤１０３に系統電力を供給する引き込み線を含む配線網を電力系統１０２と呼んでいる。分電盤１０３は、系統電源１０４から供給される系統電力を負荷１０５へ配電し、また、電力調整装置１０１を介して、ソーラーパネル１００から供給される電力を系統電源１０４又は負荷１０５へ配電している。負荷１０５は、ソーラーパネル１００又は系統電源１０４から供給される電力を消費する電力消費装置であり、例えば、住宅内に設置された１又は２以上の電気機器からなる。
【００４４】
＜瞬時電圧低下時の動作＞
図２は、瞬時電圧低下時における電力調整装置１０１の動作の一例を示したタイミングチャートである。瞬時電圧低下は、系統電圧Ｖｏが定格電圧を下回っているが、停電には至らない短い期間の低電圧状態をいう。ここでは、系統電圧Ｖｏが定格電圧の２０％になる低電圧状態が、１秒間継続する瞬時電圧低下が発生した場合の例が示されている。
【００４５】
図中の（ａ）及び（ｂ）は、系統電圧Ｖｏの瞬時値及び実効値、（ｃ）は、電力調整装置１０１内の基準信号ＩＲＥＦ、（ｄ）及び（ｅ）は、電力調整装置１０１の出力電流Ｉｏの瞬時値及び実効値、（ｆ）は、電力調整装置１０１の出力電力Ｐｏの実効値である。
【００４６】
電力調整装置１０１は、系統電圧Ｖｏが低下し、電力系統１０２が低電圧状態になったことを検知すると、ＭＰＰＴ制御から定電流制御へ切り替える。電圧低下前の通常状態では、ソーラーパネル１００からの入力電力Ｐｉを最大化するＭＰＰＴ制御が行われており、電力調整装置１０１の出力電流Ｉｏは、入力電力Ｐｉに応じた値となるように制御されている。一方、低電圧状態では、電圧低下の直前における出力電流Ｉｏの９０％を目標値とする定電流制御が行われる。短時間であれば、ソーラーパネル１００からの入力に大きな変動は生じないことから、この例では、１０％のマージンを有する定電流制御を行っている。
【００４７】
なお、低電圧状態であっても、出力電流Ｉｏの系統電圧Ｖｏに対する同期制御は、通常状態の場合と同様に行われている。つまり、系統電圧Ｖｏに同期した基準信号ＩＲＥＦを生成し、この基準信号ＩＲＥＦに基づいて出力電流Ｉｏの周波数及び位相を制御している。
【００４８】
その後、系統電圧Ｖｏが上昇し、電力系統１０２が通常状態へ復電すれば、電力調整装置１０１の出力電力Ｐｏは、電圧低下直前の出力電力Ｐｏの９０％まで回復するが、復電後の安定確認期間ＴＳＴＢが終了するまでは定電流制御を継続する。安定確認期間ＴＳＴＢは、復電後の系統電圧Ｖｏが安定的に定格電圧に維持されていることを確認するための期間であり、系統電圧Ｖｏが定格電圧を下回ることなく、安定確認期間ＴＳＴＢが経過すれば、電力調整装置１０１は、定電流制御からＭＰＰＴ制御へ切り替える。つまり、ソーラーパネル１００からの入力電力Ｐｉに変化がなければ、出力電流Ｉｏ及び出力電力Ｐｏの実効値は、電圧低下直前の値にまで回復する。
【００４９】
この様にして、電力調整装置１０１は、電力系統１０２が低電圧状態になっても、電流出力を停止させることなく、電圧低下直前の通常状態における出力電流Ｉｏの９０％を目標値とする定電流制御を行っている。また、電力系統１０２が低電圧状態になっても、系統電圧Ｖｏに対する出力電流Ｉｏの同期制御を継続している。このため、低電圧状態において電流出力を停止する従来の電力調整装置に比べ、復電後に電力調整装置１０１の出力電流Ｉｏを迅速に復帰させることができる。つまり、復電後に、出力電流Ｉｏが系統電圧Ｖｏに同期し、かつ、出力電流Ｉｏの実効値が電圧低下直前の９０％となる状態へ早く到達することができる。
【００５０】
なお、図２では、定電流制御の目標電流を電圧低下前における出力電流Ｉｏの９０％にする場合の例について説明したが、本発明は、このような場合に限定されない。すなわち、定電流制御の目標電流は、電圧低下前における出力電流Ｉｏに基づいて決定される値であって、当該出力電流Ｉｏよりも小さい値であればよく、例えば、電圧低下前の出力電流Ｉｏの８０％であってもよい。
【００５１】
＜瞬時停電時における動作＞
図３は、瞬時停電時における電力調整装置１０１の動作の一例を示したタイミングチャートである。瞬時停電とは、電力系統１０２が系統電源１０４から遮断された短い期間の停電状態をいう。ここでは、系統電圧Ｖｏが定格電圧の０％になる停電状態が、１秒間継続する瞬時停電が発生した場合の例が示されている。
【００５２】
図中の（ａ）及び（ｂ）は、系統電圧Ｖｏの瞬時値及び実効値、（ｃ）は、基準信号ＩＲＥＦ、（ｄ）は、電力調整装置１０１内のゲートブロック信号ＧＢ、（ｅ）及び（ｆ）は、出力電流Ｉｏの瞬時値及び実効値、（ｇ）は、出力電力Ｐｏの実効値である。また、図中の停電期間ＴＯＵＴは、電力系統１０２が停電状態となる期間であり、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１及び第２同期調整期間ＴＡＤＪ２は、復電時における基準信号ＩＲＥＦの同期外れを解消するための期間である。
【００５３】
ゲートブロック信号ＧＢは、電力調整装置１０１内の制御信号であり、電力調整装置１０１の電流出力を停止させるために用いられる。このゲートブロック信号ＧＢは、電力系統１０２が停電状態であることが検知されると出力が開始される。また、通常状態への復電が検出され、さらに基準信号ＩＲＥＦの同期調整が完了すれば出力を終了する。つまり、電力調整装置１０１の電流出力は、停電期間ＴＯＵＴ中だけでなく、その後の同期調整期間ＴＡＤＪ１，ＴＡＤＪ２中にも停止している。
【００５４】
基準信号ＩＲＥＦは、電力系統１０２が停電状態であれば、周波数が固定された自走状態になり、系統電圧Ｖｏに対する基準信号ＩＲＥＦの同期制御は行われない。また、その後に系統電圧Ｖｏが上昇し、電力系統１０２が通常状態に復電すれば、復電時における基準信号ＩＲＥＦの位相誤差を解消するための同期調整が開始され、基準信号ＩＲＥＦの位相誤差が所定の同期判定閾値以下になれば同期調整を終了する。この同期調整では、まず基準信号ＩＲＥＦの位相オフセットを制御対象とする第１の同期制御が行われ、その後に基準信号ＩＲＥＦの周波数を制御対象とする第２の同期制御が行われる。なお、同期が完了した後も、基準信号ＩＲＥＦの周波数を系統電圧Ｖｏの周波数変動に追従させる必要があるため、周波数を制御対象とする同期制御は継続して行われる。
【００５５】
位相オフセット制御は、系統電圧Ｖｏに対する位相誤差に応じて、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセットを調整する処理、つまり、基準信号ＩＲＥＦを時間軸方向へ不連続にシフトさせるポジション変更を行うことにより位相誤差を相殺する処理であり、同期調整を迅速に行うことができる。すなわち、周波数誤差を抑制することはできないが、位相誤差を迅速に抑制することができる。しかも、復電時における位相誤差の大きさにかかわらず、一定時間で位相誤差を抑制することができる。
【００５６】
これに対し、周波数制御は、位相誤差に基づいて周波数を制御することにより、周波数誤差及び位相誤差をともに抑制することができ、位相オフセット制御に比べ、精度のよい同期制御を行うことができる。ただし、同期が完了するまでの時間が、位相誤差の大きさによって顕著に変動するという欠点がある。このため、本実施例のように、位相オフセットを制御対象とする同期制御と、周波数を制御対象とする同期制御とを順に行うことにより、復電後に基準信号ＩＲＥＦの同期を迅速に完了することができる。
【００５７】
第１同期調整期間ＴＡＤＪ１は、復電時における基準信号ＩＲＥＦの同期外れを解消するために、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセット制御を行う期間であり、復電の検知時に開始され、基準信号ＩＲＥＦの１又は２以上の周期に相当する期間からなる。ここでは、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１が、基準信号ＩＲＥＦの１周期に相当する場合の例が示されている。
【００５８】
第２同期調整期間ＴＡＤＪ２は、復電時における基準信号ＩＲＥＦの同期外れを解消するために、基準信号ＩＲＥＦの周波数制御を行う期間であり、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１の終了時に開始され、基準信号ＩＲＥＦの同期完了により終了する。つまり、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１において解消することができなかった周波数誤差及び位相誤差を同期判定閾値以下になるように抑制するための期間である。ここでは、第２同期調整期間ＴＡＤＪ２が、３．５周期で完了しているため、復電してから４．５周期で基準信号ＩＲＥＦの同期調整が完了している。例えば、系統電圧Ｖｏが５０Ｈｚであれば、復電後の０．０９秒で、復電時の位相誤差を解消し、基準信号ＩＲＥＦの同期が完了することを意味する。
【００５９】
同期調整期間は、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１及び第２同期調整期間ＴＡＤＪ２からなり、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１は一定時間からなる。また、第２同期調整期間ＴＡＤＪ２は、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１において十分に抑制された位相誤差を更に精度よく抑制する期間であるため、復電から同期調整が完了するまでの同期調整期間は、ほぼ一定となり、復電時における位相誤差が大きくなるに従って、同期調整期間が長くなることはない。
【００６０】
ソフトスタート期間ＴＳＦＴは、ゲートブロック信号ＧＢの終了後に、出力電流Ｉｏを徐々に増大させる期間であり、出力電流Ｉｏの実効値が停電直前の出力電流Ｉｏの０％から９０％へ単調増加するように、出力電流Ｉｏの定電流制御が行われる。ここでは、ソフトスタート期間ＴＳＦＴが、ゲートブロック信号ＧＢの終了後における基準信号ＩＲＥＦの５．５周期に相当する期間からなり、例えば、系統電圧Ｖｏが５０Ｈｚであれば、ソフトスタート期間ＴＳＦＴは０．１１秒となる。つまり、復電の検知から０．２秒後には、系統電圧Ｖｏに同期し、かつ、実効値が停電前の９０％となる出力電流Ｉｏを出力することができる。ソフトスタート期間ＴＳＦＴが終了し、出力電流Ｉｏが電圧低下前における出力電流Ｉｏの９０％になれば、瞬時低電圧状態から復電した場合と同様、安定確認期間ＴＳＴＢを経て、電圧低下前の状態に復帰する。
【００６１】
＜電力調整装置１０１の構成＞
図４は、図１の電力調整装置１０１の一構成例を示した図である。この電力調整装置１０１は、ソーラーパネル１００からの入力電圧Ｖｉを中間電圧Ｖｍに昇圧するブーストレギュレータ１と、直流の中間電圧Ｖｍを交流の系統電圧Ｖｏに変換するインバータユニット２と、電圧異常検出部３とにより構成される。
【００６２】
＜ブーストレギュレータ１＞
ブーストレギュレータ１は、入力電圧Ｖｉを中間電圧Ｖｍに昇圧するためのステップアップコンバータであり、入力電圧Ｖｉを検出する電圧検出器１０と、平滑化用のコンデンサＣ１と、入力電流Ｉｉを検出する電流検出器１１と、チョッパ回路１２と、チョッパ回路１２を制御するチョッパ回路制御部１３とを備えている。ソーラーパネル１００からの入力電圧Ｖｉは、コンデンサＣ１により高周波成分が除去された後、電流検出器１１を介して、チョッパ回路１２に入力され、中間電圧Ｖｍへ昇圧される。
【００６３】
チョッパ回路１２は、スイッチング動作によって入力電圧Ｖｉを昇圧し、中間電圧Ｖｍを生成する昇圧回路であり、入力側のチョークコイルＬ１と、出力側のダイオードＤ１とを直列接続し、その接続点をトランジスタＴｒ１及びダイオードＤ２の並列回路を介して接地電位に接続して構成される。トランジスタＴｒ１は、ゲート駆動信号ＧＤ１に基づいて、チョークコイルＬ１及びダイオードＤ１の接続点を接地電位と導通させるスイッチング素子であり、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。ダイオードＤ１は、電流の逆流を防止する逆流阻止ダイオードであり、ダイオードＤ２は、チョークコイルＬ１に生じる起電力を放出する還流ダイオードである。
【００６４】
チョッパ回路制御部１３は、トランジスタＴｒ１を駆動するためのゲート駆動信号ＧＤ１を生成し、チョッパ回路１２の動作を制御している。ゲート駆動信号ＧＤ１は、入力電圧Ｖｉ、入力電流Ｉｉ及びゲートブロック信号ＧＢに基づいて生成されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号であり、トランジスタＴｒ１のゲート端子に入力される。具体的には、入力電圧Ｖｉ及び入力電流Ｉｉに基づいて、ソーラーパネル１００から効率的に電力を引き出すことができるゲート駆動信号ＧＤ１を生成する。また、電力系統１０２の停電を示すゲートブロック信号ＧＢに基づいて、ゲート駆動信号ＧＤ１の出力を停止することにより、停電時におけるチョッパ回路１２の動作を停止させている。
【００６５】
＜インバータユニット２＞
インバータユニット２は、ブーストレギュレータ１から供給される直流電力を交流電力に変換し、系統電圧Ｖｏに同期した出力電流を得るための逆変換装置であり、中間電圧Ｖｍを検出する電圧検出器２０と、平滑化用のコンデンサＣ２，Ｃ３と、インバータ回路２１と、出力電流Ｉｏを検出する電流検出器２２と、系統電圧Ｖｏを検出する電圧検出器２３と、インバータ回路２１を制御するインバータ回路制御部２４とを備えている。ブーストレギュレータ１から入力される中間電圧Ｖｍは、コンデンサＣ２により高周波成分が除去された後、インバータ回路２１に入力され、交流電力に変換される。インバータ回路２１の出力は、コンデンサＣ３により高周波成分が除去され、電力系統１０２へ出力される。
【００６６】
インバータ回路２１は、スイッチング動作によって直流の中間電圧Ｖｍを交流電圧に変換する変換回路であり、入出力端子がチョークコイルＬ２を介して接続されるとともに、入力端子をトランジスタＴｒ２及びダイオードＤ３の並列回路を介して接地電位に接続して構成される。トランジスタＴｒ２は、ゲート駆動信号ＧＤ２に基づいてスイッチングを行うスイッチング素子であり、例えば、ＩＧＢＴが用いられる。ダイオードＤ３は、チョークコイルＬ２に生じる起電力を放出する還流ダイオードである。
【００６７】
インバータ回路制御部２４は、トランジスタＴｒ２を駆動するためのゲート駆動信号ＧＤ２を生成し、インバータ回路２１の動作を制御している。ゲート駆動信号ＧＤ２は、入力電圧Ｖｉ、入力電流Ｉｉ、ゲートブロック信号ＧＢ、自走制御信号ＳＲ及び定電流制御信号ＣＣに基づいて生成されるＰＷＭ信号であり、トランジスタＴｒ２のゲート端子に入力される。具体的には、系統電圧Ｖｏに基づいて、出力電流Ｉｏの周波数又は位相オフセットを制御することにより、出力電流Ｉｏを系統電圧Ｖｏに同期させている。また、中間電圧Ｖｍ又は定電流制御信号ＣＣに基づいて、出力電流Ｉｏの実効値を制御している。さらに、電力系統１０２の停電を示すゲートブロック信号ＧＢに基づいて、ゲート駆動信号ＧＤ２の出力を停止することにより、停電時におけるインバータ回路２１のスイッチング動作を停止させ、ソーラーパネル１００を電力系統１０２から解列させる。
【００６８】
ブーストレギュレータ１及びインバータユニット２は、中間電圧Ｖｍを用いることにより、特段の制御信号を用いることなく、互いに連携して動作する。つまり、インバータユニット２は、中間電圧Ｖｍに基づいて出力電流Ｉｏの実効値を決定し、中間電圧Ｖｍを目標中間電圧ＶｍＲＥＦに一致させるように動作する。また、ブーストレギュレータ１は、中間電圧Ｖｍが目標中間電圧ＶｍＲＥＦに維持されることにより、チョッパ回路１２の入出力電圧比を制御することにより、入力電圧Ｖｉを制御することができる。
【００６９】
＜電圧異常検出部３＞
電圧異常検出部３は、系統電圧Ｖｏに基づいて、ゲートブロック信号ＧＢ、自走制御信号ＳＲ及び定電流制御信号ＣＣを出力する。ゲートブロック信号ＧＢは、チョッパ回路１２及びインバータ回路２１のスイッチング動作を停止させるための制御信号である。自走制御信号ＳＲは、インバータユニット２に対し、基準信号ＩＲＥＦの同期制御を停止させるための制御信号である。定電流制御信号ＣＣは、インバータユニット２に対し、定電流制御を指示するための制御信号である。
【００７０】
図５は、図４の電圧異常検出部３の一構成例を示した図である。この電圧異常検出部３は、第１比較部５０、第２比較部５１、ゲートブロック信号生成部５２、自走制御信号生成部５３及び定電流制御信号生成部５４からなる。
【００７１】
第１比較部５０は、電圧検出器２３が検出した系統電圧Ｖｏと、停電状態を判別するための停電判定閾値Ｖｔ１とを比較する比較手段である。停電判定閾値Ｖｔ１は、電力系統１０２の定格電圧よりも小さな値として予め定められており、系統電圧Ｖｏが停電判定閾値Ｖｔ１未満であれば、停電状態であると判別することができる。この例では、電力系統１０２の定格電圧の２０％を停電判定閾値Ｖｔ１としている。
【００７２】
第２比較部５１は、電圧検出器２３が検出した系統電圧Ｖｏと、低電圧状態を判別するための低電圧判定閾値Ｖｔ２とを比較する比較手段である。低電圧判定閾値Ｖｔ２は、電力系統１０２の定格電圧の下限値よりも小さく、停電判定閾値Ｖｔ１よりも大きい値として予め定められている。このため、系統電圧Ｖｏが、停電判定閾値Ｖｔ１以上、低電圧判定閾値Ｖｔ２未満であれば、低電圧状態であると判別することができ、また、低電圧判定閾値Ｖｔ２以上であれば、通常状態であると判別することができる。この例では、電力系統１０２の定格電圧の下限値を低電圧判定閾値Ｖｔ２にしている。つまり、定格電圧が１０１Ｖ±６Ｖであれば、低電圧判定閾値Ｖｔ２は９５Ｖになる。
【００７３】
ゲートブロック信号生成部５２は、第１比較部５０の比較結果に基づいて、ゲートブロック信号ＧＢを生成する。ゲートブロック信号ＧＢは、ブーストレギュレータ１の昇圧動作と、インバータユニット２の電流出力とを停止させる制御信号であり、停電期間ＴＯＵＴと、その後の同期調整期間ＴＡＤＪ１，ＴＡＤＪ２に出力される。すなわち、第１比較部５０の比較結果に基づいて、系統電圧Ｖｏが低下し、電力系統１０２が通常状態から停電状態へ遷移したと判断すれば、ゲートブロック信号ＧＢの出力を開始する。一方、同期完了信号ＳＣに基づいて、復電後に同期調整が完了したと判断すれば、ゲートブロック信号ＧＢの出力を停止する。
【００７４】
自走制御信号生成部５３は、第１比較部５０の比較結果に基づいて、自走制御信号ＳＲを生成する。自走制御信号ＳＲは、周波数及び位相オフセットを固定し、同期制御を行うことなく基準信号ＩＲＥＦを自走させるための制御信号であり、停電期間ＴＯＵＴに出力される。すなわち、第１比較部５０の比較結果に基づいて、停電が発生したと判断すれば、自走制御信号ＳＲの出力を開始し、復電したと判断すれば、自走制御信号ＳＲの出力を停止する。
【００７５】
定電流制御信号生成部５４は、第１比較部５０及び第２比較部５１の比較結果に基づいて、定電流制御信号ＣＣを生成する。定電流制御信号ＣＣは、系統電圧Ｖｏが低下し、電力系統１０２が低電圧状態又は停電状態になった場合に、電圧低下前における出力電流Ｉｏの値に基づいて、出力電流Ｉｏを制御することを指示する制御信号である。
【００７６】
すなわち、第２比較部５１の比較結果に基づいて、電力系統１０２が通常状態から低電圧状態へ遷移したと判断すれば、定電流制御信号ＣＣの出力を開始する。その後、定電流状態から通常状態に復電し、さらに安定確認期間ＴＳＴＢが経過すれば、定電流制御信号ＣＣの出力を停止する。つまり、定電流制御信号ＣＣは、低電圧期間ＴＬＯＷ及びその後の安定確認期間ＴＳＴＢに出力される。
【００７７】
また、第１比較部５０の比較結果と、同期完了信号ＳＣとに基づいて、停電状態からの復電後に同期調整が完了したと判断すれば、定電流制御信号ＣＣの出力を開始する。その後、ソフトスタート期間ＴＳＦＴ及び安定確認期間ＴＳＴＢが終了すれば、定電流制御信号ＣＣの出力を停止する。つまり、定電流制御信号ＣＣは、停電状態から復電した後のソフトスタート期間ＴＳＦＴ及び安定確認期間ＴＳＴＢにおいて出力される。
【００７８】
＜チョッパ回路制御部１３＞
図６は、図４のチョッパ回路制御部１３の一構成例を示した図である。チョッパ回路制御部１３は、ゲート駆動信号ＧＤ１を生成し、チョッパ回路１２におけるスイッチング動作を制御する制御手段であり、乗算器３０、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御部３１、減算器３２、ＰＷＭ制御部３３及びゲートブロック部３４からなる。
【００７９】
乗算器３０は、入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉとの乗算を行って、ソーラーパネル１００からの入力電力Ｐｉを求める演算手段である。乗算器３０で求められた入力電力ＰｉはＭＰＰＴ制御部３１へ入力される。
【００８０】
ＭＰＰＴ制御部３１は、入力電圧Ｖｉを制御することにより、入力電力Ｐｉを最大化する周知の最大電力点追従処理を行っている。目標入力電圧ＶｉＲＥＦは、ＭＰＰＴ制御部３１が指定する入力電圧Ｖｉの目標値であり、ＭＰＰＴ制御部３１は、目標入力電圧ＶｉＲＥＦを変化させ、変化前後における入力電力Ｐｉを比較し、この比較結果に基づいて目標入力電圧ＶｉＲＥＦを更に変化させることを繰り返すことにより、ソーラーパネル１００の最大出力点、つまり、入力電力Ｐｉが最大となる目標入力電圧ＶｉＲＥＦを探索している。この様な制御方法は「山登り法」として知られている。なお、日射量、環境温度などが変化し、ソーラーパネルのＶ−Ｐ特性が変化した場合であっても、同様の制御方法によりＶ−Ｐ特性の変化に追従することができる。
【００８１】
減算器３２は、目標入力電圧ＶｉＲＥＦに対する入力電圧Ｖｉの誤差として、入力電圧誤差ＶｉＥＲＲを求める演算手段である。減算器３２で求められた入力電圧誤差ＶｉＥＲＲは、ＰＷＭ制御部３３へ入力される。
【００８２】
ＰＷＭ制御部３３は、入力電圧誤差ＶｉＥＲＲに基づいて、パルス幅変調を行って、ＰＷＭ信号からなるゲート駆動信号ＧＤ１を生成するパルス幅変調手段であり、入力電圧Ｖｉを目標入力電圧ＶｉＲＥＦに近づけるようにパルス幅を調整している。例えば、三角波からなるキャリア信号と、入力電圧誤差ＶｉＥＲＲに基づいて決定される閾値との比較結果として、ゲート駆動信号ＧＤ１を生成している。なお、迅速かつ高精度な制御を行うためには、キャリア信号の周期が、系統電圧Ｖｏの周期よりも十分に短く、かつ、入力電圧Ｖｉ及び入力電流Ｉｉのサンプリング周期と一致していることが望ましい。
【００８３】
ゲートブロック部３４は、ゲートブロック信号ＧＢに基づいて、ゲート駆動信号ＧＤ１を遮断し、ブーストレギュレータ１による昇圧動作を停止させる手段である。電圧異常検出部３からゲートブロック信号ＧＢが出力されると、ゲートブロック部３４が、ゲート駆動信号ＧＤ１の出力を停止させる。このため、チョッパ回路１２のスイッチング動作が停止し、ブーストレギュレータ１による昇圧動作を停止させることができる。
【００８４】
＜インバータ回路制御部２４＞
図７は、図４のインバータ回路制御部２４の一構成例を示した図である。インバータ回路制御部２４は、ゲート駆動信号ＧＤ２を生成し、インバータ回路２１におけるスイッチング動作を制御する制御手段であり、出力電流制御部４、同期制御部４３、乗算器４４、減算器４５、ＰＷＭ制御部４６及びゲートブロック部４７からなる。
【００８５】
出力電流制御部４は、中間電圧Ｖｍ及び定電流制御信号ＣＣに基づいて、出力電流Ｉｏの目標実効値ＩｅＲＥＦを求める手段であり、減算器４０、定電流制御部４１及び制御切替部４２からなる。
【００８６】
減算器４０は、目標中間電圧ＶｍＲＥＦに対する中間電圧Ｖｍの誤差として、中間電圧誤差ＶｍＥＲＲを求める演算手段である。目標中間電圧ＶｍＲＥＦは予め定められた中間電圧Ｖｍの目標値であり、電圧検出器１０が検出した中間電圧Ｖｍから目標中間電圧ＶｍＲＥＦを減算することにより、中間電圧誤差ＶｍＥＲＲが求められる。この中間電圧誤差ＶｍＥＲＲは、出力電流Ｉｏの目標実効値ＩｅＲＥＦとして、乗算器４４へ入力される。
【００８７】
定電流制御部４１は、系統電圧Ｖｏが低下した場合に、定電流制御信号ＣＣに基づいて、定電流制御用の指定目標実効値ＩｅＣＣを求める制御手段である。指定目標実効値ＩｅＣＣは、定電流制御時における出力電流Ｉｏの目標実効値ＩｅＲＥＦであり、電圧低下前の中間電圧Ｖｍに基づいて求められる。ここでは、定電流制御部４１が、電圧低下直前に減算器４０から出力された中間電圧誤差ＶｍＥＲＲを記憶し、電圧低下後に定電流制御を行う場合、電圧低下直前の中間電圧誤差ＶｍＥＲＲに基づいて、指定目標実効値ＩｅＣＣを求めている。
【００８８】
具体的には、電力系統１０２が低電圧状態になれば、低電圧期間ＴＬＯＷ及び安定確認期間ＴＳＴＢにおける指定目標実効値ＩｅＣＣとして、電圧低下直前における目標実効値ＩｅＲＥＦの９０％の値が出力される。
【００８９】
また、電力系統１０２が停電状態になれば、復電後のソフトスタート期間ＴＳＦＴ内において時間経過に比例して増大するように、停電直前の目標実効値ＩｅＲＥＦの０％〜９０％の値が、指定目標実効値ＩｅＣＣとして出力される。さらに、その後の安定確認期間ＴＳＴＢにおける指定目標実効値ＩｅＣＣとして、停電直前における目標実効値ＩｅＲＥＦの９０％の値が出力される。
【００９０】
制御切替部４２は、定電流制御信号ＣＣに基づいて、中間電圧誤差ＶｍＥＲＲ及び指定目標実効値ＩｅＣＣとのいずれか一方を選択することにより、ＭＰＰＴ制御及び定電流制御を切り替える出力制御の切替手段である。
【００９１】
定電流制御信号ＣＣが入力されていない場合、制御切替部４２は、減算器４０から出力される中間電圧誤差ＶｍＥＲＲを選択し、出力電流Ｉｏの目標実効値ＩｅＲＥＦとして、乗算器４４へ出力する。この場合、中間電圧誤差ＶｍＥＲＲに基づいてゲート駆動信号ＧＤ２が生成され、中間電圧Ｖｍを目標中間電圧ＶｍＲＥＦに近づけるように、インバータ回路２１を駆動することができる。
【００９２】
一方、定電流制御信号ＣＣが入力されている場合、制御切替部４２は、定電流制御部４１から出力される指定目標実効値ＩｅＣＣを選択し、出力電流Ｉｏの目標実効値ＩｅＲＥＦとして、乗算器４４へ出力する。この場合、出力電流Ｉｏの実効値が、指定目標実効値ＩｅＣＣと一致するように、インバータ回路２１が駆動される。
【００９３】
同期制御部４３は、電圧検出器２３で検出された系統電圧Ｖｏに対し、周波数及び位相が同期した基準信号ＩＲＥＦを生成する。基準信号ＩＲＥＦを用いてインバータ回路２１を制御し、出力電流Ｉｏを系統電圧Ｖｏに同期させることにより、インバータ回路２１の動作が系統電圧Ｖｏに影響を与えるのを防止することができる。
【００９４】
乗算器４４は、基準信号ＩＲＥＦ及び目標実効値ＩｅＲＥＦに基づいて、目標出力電流ＩｏＲＥＦを生成する演算手段である。すなわち、実効値が正規化された基準信号ＩＲＥＦと、目標実効値ＩｅＲＥＦとの乗算を行うことにより、位相及び周波数が、基準信号ＩＲＥＦと一致し、実効値が目標実効値ＩｅＲＥＦと一致する制御信号として、目標出力電流ＩｏＲＥＦが求められる。
【００９５】
減算器４５は、目標出力電流ＩｏＲＥＦに対する出力電流Ｉｏの誤差として、出力電流誤差ＩｏＥＲＲを求める演算手段である。乗算器４４が求めた目標出力電流ＩｏＲＥＦから、電流検出器２２が検出した出力電流Ｉｏを減算することにより、出力電流誤差ＩｏＥＲＲが求められる。
【００９６】
ＰＷＭ制御部４６は、出力電流誤差ＩｏＥＲＲに基づいて、パルス幅変調を行って、ＰＷＭ信号からなるゲート駆動信号ＧＤ２を生成するパルス幅変調手段であり、出力電流Ｉｏを目標出力電流ＩｏＲＥＦに近づけるようにパルス幅を調整している。例えば、三角波からなるキャリア信号と、出力電流誤差ＩｏＥＲＲに基づいて決定される閾値との比較結果として、ゲート駆動信号ＧＤ２を生成している。なお、迅速かつ高精度な制御を行うためには、キャリア信号の周期が、系統電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏのサンプリング周期よりも十分に短く、かつ、系統電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏのサンプリング周期と一致していることが望ましい。
【００９７】
ゲートブロック部４７は、ゲートブロック信号ＧＢに基づいて、ゲート駆動信号ＧＤ２を遮断し、インバータユニット２の電流出力を停止させる出力停止手段である。電圧異常検出部３からゲートブロック信号ＧＢが出力されると、ゲートブロック部４７は、ゲート駆動信号ＧＤ２の出力を停止させる。このため、インバータ回路２１のスイッチング動作が停止し、インバータユニット２の電流出力を停止させることができる。
【００９８】
＜同期制御部４３＞
図８は、図７の同期制御部４３の一構成例を示したブロック図である。この同期制御部４３は、系統電圧Ｖｏに対し、周波数及び位相が同期した基準信号ＩＲＥＦを生成するＰＬＬ（Phased Lock Loop）であり、位相誤差検出部６、同期完了判定部６４、周波数制御部６５、位相オフセット制御部６６及び基準信号生成部６７からなる。
【００９９】
位相誤差検出部６は、系統電圧Ｖｏに対する基準信号ＩＲＥＦの位相誤差φを検出する手段であり、直交成分算出部６０、第１直交成分積算部６１、第２直交成分積算部６２及び位相誤差算出部６３からなる。
【０１００】
直交成分算出部６０は、電圧検出器２３で検出された系統電圧Ｖｏを互いに直交する第１直交成分ＶｏＤ及び第２直交成分ＶｏＱに分離する手段であり、２つの乗算器６０１，６０２及びπ／２移相器６０３からなる。
【０１０１】
π／２移相器６０３は、基準信号ＩＲＥＦ＝cosωtの位相をπ／２シフトさせ、基準信号ＩＲＥＦと直交する直交信号ＩＲＥＦ'＝sinωｔ＝cos（ωｔ−π／２）を生成する。乗算器６０１は、系統電圧Ｖｏと基準信号ＩＲＥＦとの積を求めることにより、基準信号ＩＲＥＦと同相の第１直交成分ＶｏＤを求める。一方、乗算器６０２は、系統電圧ＶｏとＩＲＥＦ'との積を求めることにより、直交信号ＩＲＥＦ'と同相の第２直交成分ＶｏＱを求める。系統電圧Ｖｏは位相誤差φを用いて、Ｖｏ＝cos（ωｔ−φ）とあらわすことができる。このため、第１直交成分ＶｏＤ及び第２直交成分ＶｏＱは、三角関数の積和公式を用いることにより、式（１），（２）のように表すことができる。
【数１】
0005643154.tif 000002
【０１０２】
第１直交成分積算部６１は、直交成分算出部６０が求めた第１直交成分ＶｏＤを基準信号ＩＲＥＦの１周期にわたり積算し、積算値ΣＶｏＤを求める。同様にして、第２直交成分積算部６２は、直交成分算出部６０が求めた第２直交成分ＶｏＱを１周期にわたり積算し、積算値ΣＶｏＱを求める。積算値ΣＶｏＤ，ΣＶｏＱは、いずれも基準信号ＩＲＥＦの１周期にわたる積算値であるが、最初の１周期が経過した後は、系統電圧Ｖｏのサンプリング周期ごとに求められる。この様にして求められる積算値ΣＶｏＱ，ΣＶｏＤは、式（１），（２）を用い、さらに三角関数の１周期にわたる積算値がゼロになることを利用すれば、次式（３），（４）のように表すことができる。
【数２】
0005643154.tif 000003
【０１０３】
位相誤差算出部６３は、これらの積算値の比の逆正接arctan（ＶｏＱ／ＶｏＤ）を求めることにより、系統電圧Ｖｏに対する基準信号ＩＲＥＦの位相誤差φを求める。逆正接arctan（ＶｏＱ／ＶｏＤ）が、位相誤差φに相当することは、次式（５）に示す通りである。
【数３】
0005643154.tif 000004
【０１０４】
同期完了判定部６４は、位相誤差φを同期判定閾値φｔｈと比較し、この比較結果に基づいて同期完了信号ＳＣを生成する。同期判定閾値φｔｈは、同期完了時における位相誤差の許容値として、予め定められた値であり、位相誤差φが、同期判定閾値φｔｈ以下であれば、同期完了信号ＳＣが出力される。
【０１０５】
周波数制御部６５は、位相誤差φに基づいて、基準信号ＩＲＥＦの周波数を制御する。例えば、所定の比例ゲイン及び積分ゲインを用いたＰＩ制御を行うことにより、位相誤差φに応じた基準信号ＩＲＥＦの周波数調整量△ｆを求め、基準信号生成部６７へ出力する。このようなＰＩ制御によって、位相誤差φを精度よく減少させることができるが、位相誤差φを安定的に抑圧するためには、ＰＩ制御のゲインをあまり大きくすることができず、応答速度の向上には限界がある。
【０１０６】
位相オフセット制御部６６は、位相誤差φに基づいて、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセットを制御する。例えば、位相誤差φを基準信号ＩＲＥＦのサンプリング数に換算し、位相オフセット調整量△φとして、基準信号生成部６７へ出力する。この様な位相オフセット制御は、位相誤差φの大きさにかかわらず、位相誤差φを迅速に減少させることができる。特に、基準信号ＩＲＥＦに大きな位相誤差が発生している場合であっても、このような位相誤差の抑制を迅速に行うことができる。ただし、基準信号ＩＲＥＦの周波数誤差を抑制することはできない。また、基準信号ＩＲＥＦが周波数誤差を有する場合、位相誤差φを正確に求めることができないことから、位相オフセット制御により、精度の高い同期制御を行うことはできない。
【０１０７】
このため、位相オフセット制御部６６は、位相誤差φの絶対値を調整判定閾値φｔｈ２と比較し、この比較結果に基づいて、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセットを制御することが望ましい。調整判定閾値φｔｈ２は、位相オフセット制御が行われるべき位相誤差φの絶対値の下限値として予め定められた値である。位相誤差が−π〜πの範囲内であれば、例えば、π／２を調整判定閾値φｔｈ２とすることができる。位相誤差φの絶対値が調整判定閾値φｔｈ２以上であれば、位相オフセット制御を行う一方、調整判定閾値φｔｈ２未満であれば、位相オフセット制御を行わない。この様な構成を採用することにより、位相誤差φが小さい場合に位相オフセット制御を行うことにより、位相誤差φを拡大させてしまうのを防止することができる。
【０１０８】
基準信号生成部６７は、自走制御信号ＳＲ、周波数調整量△ｆ及び位相オフセット調整量△φに基づいて、基準信号ＩＲＥＦを生成する。基準信号ＩＲＥＦは、例えば正弦波からなる周期信号である。
【０１０９】
基準信号ＩＲＥＦの同期制御は、自走制御信号ＳＲに基づいて行われる。すなわち、電圧異常検出部３から自走制御信号ＳＲが入力されている場合には、同期制御を行わない自走状態となり、周波数及び位相オフセットをともに固定したままで基準信号ＩＲＥＦが生成される。一方、自走制御信号ＳＲが入力されていない場合には、周波数又は位相オフセットを制御対象とする同期制御が行われる。周波数制御は、周波数制御部６５からの周波数調整量△ｆに基づいて、基準信号ＩＲＥＦの周波数を変更する同期制御である。一方、位相オフセット制御は、位相オフセット制御部６６からの位相オフセット調整量△φに基づいて、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセットを変更する同期制御である。換言すれば、基準信号ＩＲＥＦを時間軸上で移動させるポジション変更を行って、基準信号ＩＲＥＦを不連続に変更する同期制御である。
【０１１０】
この実施例では、基準信号ＩＲＥＦが自走状態になるのは、位相誤差φを求めることができない停電期間ＴＯＵＴのみであり、また、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセット制御を行うのは、停電状態から復電した直後の第１同期調整期間ＴＡＤＪ１のみである。従って、これらの期間を除き、基準信号生成部６７は、周波数調整量△ｆに基づいて、基準信号ＩＲＥＦの周波数制御を行っている。
【０１１１】
＜同期制御部４３の動作＞
図９は、図８の同期制御部４３の動作の一例を示したタイミングチャートであり、図３と同様の瞬時停電時における動作が示されている。電力系統１０２が通常状態の場合、基準信号生成部６７は、基準信号ＩＲＥＦの位相誤差を減少させるように、周波数を制御対象とする同期制御を行っている。その後、系統電圧Ｖｏが低下し、電力系統１０２が停電状態になれば、電圧異常検出部３から自走制御信号ＳＲが出力される。基準信号生成部６７は、この自走制御信号ＳＲに基づいて、基準信号ＩＲＥＦの同期制御を停止し、自走状態にする。
【０１１２】
そして、電力系統１０２が停電状態から復電すれば、電圧異常検出部３は自走制御信号ＳＲの出力を終了する。このときの位相誤差φの絶対値が調整判定閾値φｔｈ２以上であれば、基準信号生成部６７は、その後の第１同期調整期間ＴＡＤＪ１において、位相オフセット制御を行う。図中では、位相誤差φ＝πであるため、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１において位相オフセット制御が行われている。ここでは、基準信号ＩＲＥＦの１周期に相当する第１同期調整期間ＴＡＤＪ１において、復電直後の位相誤差φが求められ、第１同期調整期間ＴＡＤＪ１の最後にポジション変更が行われている。この様な位相オフセット制御により、位相誤差φを効果的に抑制することができる。
【０１１３】
第１同期調整期間ＴＡＤＪ１が終了すると、周波数制御のための第２同期調整期間ＴＡＤＪ２が開始される。第２同期調整期間ＴＡＤＪ２では、位相誤差φに基づいて周波数調整量△ｆが求められ、基準信号ＩＲＥＦの周波数が制御される。この様な周波数制御により、位相誤差φを更に精度よく抑制することができ、その結果、位相誤差φが同期判定閾値φｔｈ未満になれば、同期完了信号ＳＣが生成され、第２同期調整期間ＴＡＤＪ２が終了する。
【０１１４】
＜電力調整装置１０１のフローチャート＞
図１０のステップＳ１０１〜Ｓ１０６及び図１１のステップＳ２０１〜Ｓ２０８は、図４の電力調整装置１０１の動作の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、電圧検出器２３が系統電圧Ｖｏの低下を検出した場合に開始する。まず、系統電圧Ｖｏを電圧閾値Ｖｔ１と比較し、停電状態であるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。その結果、停電状態であると判別された場合には、瞬時停電用のステップＳ２０１へ進む。一方、停電状態でない場合、系統電圧Ｖｏを電圧閾値Ｖｔ２と比較し、低電圧状態であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。その結果、停電状態及び低電圧状態のいずれでもなければ、当該フローチャートの処理を終了する。
【０１１５】
ステップＳ１０２において低電圧状態であると判別された場合、定電流制御が開始される（ステップＳ１０３）。つまり、低電圧状態の移行後も、電流出力を停止せず、電圧低下前の出力電流Ｉｏに基づいて目標電流を定めた定電流制御が開始される。例えば、出力電流Ｉｏの目標実効値が、電圧低下直前における出力電流Ｉｏの実効値の９０％となるように制御される。
【０１１６】
その後、系統電圧Ｖｏが電圧閾値Ｖｔ２を越えれば、低電圧状態から通常状態へ復電したと判断する（ステップＳ１０４）。そして、復電後の安定確認期間ＴＳＴＢの間、系統電圧Ｖｏが通常状態を維持していれば、定電流制御を終了し、ＭＰＰＴ制御を再開し、当該フローチャートの処理を終了する（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）。なお、安定確認期間ＴＳＴＢ内に、系統電圧Ｖｏが電圧閾値Ｖｔ１以下となる停電状態に移行すれば、ステップＳ２０１へ進み、電圧閾値Ｖｔ２以下となる低電圧状態に移行すれば、安定確認期間ＴＳＴＢを再スタートさせる。
【０１１７】
一方、ステップＳ１０１において停電状態であると判別された場合、電流出力を停止する（ステップＳ２０１）。また、基準信号ＩＲＥＦは、周波数及び位相オフセットが固定され、同期制御を行わない自走状態になる（ステップＳ２０２）。
【０１１８】
その後、系統電圧Ｖｏが電圧閾値Ｖｔ２を越えれば、通常状態へ復電したと判断する（ステップＳ２０３）。復電後の第１同期調整期間ＴＡＤＪ１では、復電時の位相誤差φを求め、調整判定閾値φｔｈ２と比較する（ステップＳ２０４）。その結果、位相誤差φが調整判定閾値φｔｈ２未満であれば、ステップＳ２０６に進む一方、位相誤差φが調整判定閾値φｔｈ２以上であれば、位相誤差φを相殺するように、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセット制御が行われる（ステップＳ２０５）。
【０１１９】
位相オフセット制御が行われた後、第２同期調整期間ＴＡＤＪ２が開始され、基準信号ＩＲＥＦの周波数制御による同期制御が再開される（ステップＳ２０６）。その後、基準信号ＩＲＥＦの位相誤差φが、同期判定閾値φｔｈ以下になれば、同期調整が完了したと判断され、第２同期調整期間ＴＡＤＪ２を終了する（ステップＳ２０７）。
【０１２０】
第２同期調整期間ＴＡＤＪ２の終了後、ソフトスタート期間ＴＳＦＴが開始され、定電流制御による電流出力が再開される。ソフトスタート期間ＴＳＦＴにおける出力電流Ｉｏは、電圧低下前の出力電流Ｉｏに基づいて定められる。例えば、出力電流Ｉｏの目標実効値が、電圧低下直前における出力電流Ｉｏの実効値の０％から９０％へ増大するように定められる。ソフトスタート期間ＴＳＦＴの終了後は、ステップＳ１０５へ進み、安定確認期間ＴＳＴＢを経て、ＭＰＰＴ制御が再開される。
【０１２１】
なお、本実施の形態では、停電状態から通常状態への復電後に、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセットを制御する場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。すなわち、系統電圧Ｖｏに対する同期が外れ、基準信号ＩＲＥＦに大きな位相誤差φが発生した場合であれば、同様にして、位相誤差φに基づいて、基準信号ＩＲＥＦの位相オフセットを制御することにより、当該位相誤差φを迅速かつ効果的に減少させることができる。
【０１２２】
また、本実施の形態では、安定確認期間ＴＳＴＢが、予め定められた一定時間からなる場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。すなわち、安定確認期間ＴＳＴＢの長さや終了タイミングは、必要に応じて定めることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態では、分散型電源がソーラーパネルからなる場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、蓄電池、化石燃料発電装置、風力発電装置などの分散型電源を電力系統に連系させるための電力調整装置にも本発明を適用することができる。従って、ブーストレギュレータ１を備え、ＭＰＰＴ制御を行う電力調整装置のみに限定されない。
【符号の説明】
【０１２４】
１      ブーストレギュレータ
１０    電圧検出器
１１    電流検出器
１２    チョッパ回路
１３    チョッパ回路制御部
２      インバータユニット
２０，２４  電圧検出器
２１    インバータ回路
２２    電流検出器
２４    インバータ回路制御部
３      電圧異常検出部
３０    乗算器
３１    ＭＰＰＴ制御部
３２    減算器
３３    ＰＷＭ制御部
３４    ゲートブロック部
４      出力電流制御部
４０，４５  減算器
４１    定電流制御部
４２    制御切替部
４３    同期制御部
４４    乗算器
４６    ＰＷＭ制御部
４７    ゲートブロック部
５０    第１比較部
５１    第２比較部
５２    ゲートブロック信号生成部
５３    自走制御信号生成部
５４    定電流制御信号生成部
６      位相誤差検出部
６０    直交成分算出部
６１    第１直交成分積算部
６２    第２直交成分積算部
６３    位相誤差算出部
６４    同期完了判定部
６５    周波数制御部
６６    位相オフセット制御部
６７    基準信号生成部
１００  ソーラーパネル
１０１  電力調整装置
１０２  電力系統
１０３  分電盤
１０４  系統電源
１０５  負荷
ＣＣ    定電流制御信号
ＧＢ    ゲートブロック信号
ＧＤ１，ＧＤ２  ゲート駆動信号
ＩｅＣＣ  指定目標実効値
ＩｅＲＥＦ  目標実効値
Ｉｉ      入力電流
Ｉｏ      出力電流
ＩｏＥＲＲ  出力電流誤差
ＩｏＲＥＦ  目標出力電流
ＩＲＥＦ    基準信号
Ｓ      系統連系システム
ＳＣ    同期完了信号
ＳＲ    自走制御信号
ＴＡＤＪ１  第１同期調整期間
ＴＡＤＪ２  第２同期調整期間
ＴＬＯＷ  低電圧期間
ＴＯＵＴ  停電期間
ＴＳＦＴ  ソフトスタート期間
ＴＳＴＢ  安定確認期間
Ｖｉ    入力電圧
ＶｉＥＲＲ  入力電圧誤差
ＶｉＲＥＦ  目標入力電圧
Ｖｍ    中間電圧
ＶｍＥＲＲ  中間電圧誤差
ＶｍＲＥＦ  目標中間電圧
Ｖｏ    系統電圧
ＶｏＤ  第１直交成分
ＶｏＱ  第２直交成分
Ｖｔ１  停電判定閾値
Ｖｔ２  低電圧判定閾値
φ      位相誤差
φｔｈ  同期判定閾値
φｔｈ２  調整判定閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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