(57)【要約】【課題】電圧の上昇を抑制すべく無効電力を増加させた後に、系統電源の周波数偏差に応じて無効電力を変化させるべく無効電力をさらに増加させる場合に、皮相電力が大きくなり、パワーコンディショナが備える回路等の負担が大きくなる可能性がある。【解決手段】制御装置は、周波数偏差に応じてパワーコンディショナが出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量および電圧の上昇を抑制するためにパワーコンディショナが出力すべき第２無効電力の変化量の少なくとも一方に基づいて、パワーコンディショナの出力を制御する。制御装置は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいてパワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、パワーコンディショナが出力する有効電力を減少させるように、パワーコンディショナの出力を制御する。【選択図】図４
2014207811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統電源の系統周期の最新の移動平均値と、前記最新の移動平均値より過去の移動平均値との差分を示す周波数偏差に応じて、前記系統電源と連系するパワーコンディショナが出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する第１無効電力変化量導出部と、
前記パワーコンディショナと前記系統電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために前記パワーコンディショナが出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する第２無効電力変化量導出部と、
前記第１無効電力の変化量および前記第２無効電力の変化量の少なくとも一方に基づいて、前記パワーコンディショナの出力を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に前記第２無効電力の変化量に基づいて前記パワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、前記パワーコンディショナが出力する有効電力を減少させるように、前記パワーコンディショナの出力を制御する、制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が前記上限電圧以上の場合に前記第２無効電力の変化量に基づいて前記進相無効電力を増加させる場合、前記進相無効電力および前記有効電力に対応する皮相電力を前記進相無効電力を増加させる前よりも小さくすべく、前記有効電力を減少させるように、前記パワーコンディショナの出力を制御する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が前記上限電圧以上の場合に前記第２無効電力の変化量に基づいて前記進相無効電力を増加させる場合、前記進相無効電力を増加させた後の前記電圧の大きさに関わらず、前記有効電力を減少させるべく、前記パワーコンディショナの出力を制御する、請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が前記上限電圧以上の場合に前記第２無効電力の変化量に基づいて前記進相無効電力を増加させるときに、前記有効電力を減少させるべく、前記パワーコンディショナの出力を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が前記上限電圧以上の場合に前記第２無効電力の変化量に基づいて前記進相無効電力を増加させる場合、前記第１無効電力の変化量に基づいて前記パワーコンディショナの出力を制御する前に、前記有効電力を減少させるべく、前記パワーコンディショナの出力を制御する、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に前記第２無効電力の変化量に基づいて前記パワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、前記パワーコンディショナの出力を制御して、前記パワーコンディショナの出力を停止させる、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項７】
分散型電源からの電力を前記系統電源からの電力と連系させるインバータと、
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の制御装置と
を備え、
前記制御部は、前記インバータの直流交流変換動作を制御することで、前記パワーコンディショナの出力を制御する、パワーコンディショナ。
【請求項８】
請求項７に記載のパワーコンディショナと、
前記分散型電源と
を備える分散型電源システム。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１０】
系統電源の系統周期の最新の移動平均値と、前記最新の移動平均値より過去の移動平均値との差分を示す周波数偏差に応じて、前記系統電源と連系するパワーコンディショナが出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する段階と、
前記パワーコンディショナと前記系統電源との連系点の電圧の上昇を抑制するために前記パワーコンディショナが出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する段階と、
前記第１無効電力の変化量および前記第２無効電力の変化量の少なくとも一方に基づいて、前記パワーコンディショナの出力を制御する段階と
を含み、
前記制御する段階は、前記パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に前記第２無効電力の変化量に基づいて前記パワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、前記パワーコンディショナが出力する有効電力を減少させるように、前記パワーコンディショナの出力を制御する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、パワーコンディショナ、分散型電源システム、プログラム、および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、系統電源の周波数偏差に応じて系統電源側に供給する無効電力を変化させ、無効電力の周波数変動に基づいてパワーコンディショナの単独運転を検出する単独運転検出装置が開示されている。特許文献２には、無効電力を増加させることで、配電系統との連系点の電圧の上昇を抑制する分散電源連系システムが開示されている。
【０００３】
特許文献１  特開２００８−５４３６６号公報
特許文献２  特開２０１０−１６６７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電圧の上昇を抑制すべく無効電力を増加させた後に、系統電源の周波数偏差に応じて無効電力を変化させるべく無効電力をさらに増加させる場合がある。このような場合、皮相電力が大きくなり、パワーコンディショナが備える回路等の負担が大きくなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る制御装置は、系統電源の系統周期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差分を示す周波数偏差に応じて、系統電源と連系するパワーコンディショナが出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する第１無効電力変化量導出部と、パワーコンディショナと系統電源との連系点の電圧の上昇を抑制するためにパワーコンディショナが出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する第２無効電力変化量導出部と、第１無効電力の変化量および第２無効電力の変化量の少なくとも一方に基づいて、パワーコンディショナの出力を制御する制御部とを備え、制御部は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいてパワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、パワーコンディショナが出力する有効電力を減少させるように、パワーコンディショナの出力を制御する。
【０００６】
上記制御装置において、制御部は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいて進相無効電力を増加させる場合、進相無効電力および有効電力に対応する皮相電力を進相無効電力を増加させる前よりも小さくすべく、有効電力を減少させるように、パワーコンディショナの出力を制御してもよい。
【０００７】
制御部は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいて進相無効電力を増加させる場合、進相無効電力を増加させた後の電圧の大きさに関わらず、有効電力を減少させるべく、パワーコンディショナの出力を制御してもよい。
【０００８】
制御部は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいて進相無効電力を増加させるときに、有効電力を減少させるべく、パワーコンディショナの出力を制御してもよい。
【０００９】
制御部は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいて進相無効電力を増加させる場合、第１無効電力の変化量に基づいてパワーコンディショナの出力を制御する前に、有効電力を減少させるべく、パワーコンディショナの出力を制御してもよい。
【００１０】
制御部は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいてパワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、パワーコンディショナの出力を制御して、パワーコンディショナの出力を停止させてもよい。
【００１１】
本発明の一態様に係るパワーコンディショナは、分散型電源からの電力を系統電源からの電力と連系させるインバータと、上記制御装置とを備え、制御部は、インバータの直流交流変換動作を制御することで、パワーコンディショナの出力を制御する。
【００１２】
本発明の一態様に係る分散型電源システムは、上記パワーコンディショナと、前記分散型電源とを備える。
【００１３】
本発明の一態様に係るプログラムは、上記制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
【００１４】
本発明の一態様に係る制御方法は、系統電源の系統周期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差分を示す周波数偏差に応じて、系統電源と連系するパワーコンディショナが出力すべき進相無効電力または遅相無効電力である第１無効電力の変化量を導出する段階と、パワーコンディショナと系統電源との連系点の電圧の上昇を抑制するためにパワーコンディショナが出力すべき進相無効電力である第２無効電力の変化量を導出する段階と、第１無効電力の変化量および第２無効電力の変化量の少なくとも一方に基づいて、パワーコンディショナの出力を制御する段階とを含み、制御する段階は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧以上の場合に第２無効電力の変化量に基づいてパワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、パワーコンディショナが出力する有効電力を減少させるように、パワーコンディショナの出力を制御する。
【００１５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る太陽電池システムの全体構成の一例を示すシステム構成図である。
【図２】有効電力Ｐと無効電力Ｑとの関係の一例を示す図である。
【図３】有効電力Ｐと無効電力Ｑとの関係の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る制御装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【図５】無効電力ｑ１−周波数偏差特性の一例を示す図である。
【図６】制御装置が電圧上昇抑制を実行する手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る太陽電池システムの全体構成の一例を示すシステム構成図を示す。太陽電池システムは、太陽電池アレイ２００と、パワーコンディショナ１０とを備える。太陽電池アレイ２００は、直列または並列に接続された複数の太陽電池モジュールを有する。太陽電池アレイ２００は、分散型電源の一例である。分散型電源として、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、燃料電池、風力発電装置、電気自動車、または蓄電システムなどが用いられてよい。
【００１９】
パワーコンディショナ１０は、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、系統電源３００側に出力する。パワーコンディショナ１０は、コンデンサＣ１、昇圧回路２０、コンデンサＣ２、インバータ４０、コイルＬ２、コンデンサＣ３、リレー５０、供給電源６０、および制御装置１００を備える。なお、制御装置１００は、モジュール化することで、パワーコンディショナ１０の外部に設けられてもよい。この場合、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０に設けられた制御部と通信し、パワーコンディショナ１０に設けられた制御部に対してパワーコンディショナ１０の出力を制御するための制御信号を出力してもよい。
【００２０】
コンデンサＣ１の一端および他端は、太陽電池アレイ２００の正極端子および負極端子に電気的に接続され、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を平滑化する。昇圧回路２０は、コイルＬ１、スイッチＴｒおよびダイオードＤ１を有する。昇圧回路２０は、いわゆるチョッパ方式スイッチングレギュレータでよい。昇圧回路２０は、太陽電池アレイ２００からの電圧を昇圧する。
【００２１】
スイッチＴｒは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）でよい。コイルＬ１の一端は、コンデンサＣ１の一端に接続され、コイルＬ１の他端は、スイッチＴｒのコレクタに接続される。スイッチＴｒのコレクタは、ダイオードＤ１のアノードに接続され、スイッチＴｒのエミッタは、コンデンサＣ１の他端に接続される。コイルＬ１は、スイッチＴｒがオン期間中に太陽電池アレイ２００からの電力に基づくエネルギーを蓄積し、スイッチＴｒがオフ期間中に蓄積されたエネルギーを放出する。これにより、昇圧回路２０は、太陽電池アレイ２００からの直流電圧を昇圧する。ダイオードＤ１は、コイルＬ１からの出力を整流する。また、ダイオードＤ１は、昇圧された直流電圧が昇圧回路２０の出力側から入力側に流れることを防止する。
【００２２】
なお、昇圧回路２０は、上記の構成には限定されず、例えば、ハーフブリッジ型昇圧回路、フルブリッジ型昇圧回路などのトランス巻線を有する絶縁型昇圧回路により構成してもよい。
【００２３】
コンデンサＣ２は、昇圧回路２０から出力される直流電圧を平滑化する。インバータ４０は、スイッチを含み、スイッチがオンオフすることで昇圧回路２０から出力された直流電圧を交流電圧に変換、系統電源３００または負荷３１０に出力する。インバータ４０は、太陽電池アレイ２００からの電力を系統電源３００からの電力と連系させる。インバータ４０は、例えば、ブリッジ接続された４つの半導体スイッチを含む単相フルブリッジＰＷＭインバータにより構成してもよい。４つの半導体スイッチのうち、一方の一対の半導体スイッチは直列に接続される。４つの半導体スイッチのうち、他方の一対の半導体スイッチは、直列に接続され、かつ一方の一対の半導体スイッチと並列に接続される。
【００２４】
インバータ４０と系統電源３００との間には、コイルＬ２およびコンデンサＣ３が設けられる。コイルＬ２およびコンデンサＣ３は、インバータ４０から出力された交流電圧からノイズを除去する。また、コンデンサＣ３と系統電源３００との間には、リレー５０が設けられる。リレー５０は、インバータ４０と系統電源３００または負荷３１０との間を電気的に遮断するか否かを切り替える。リレー５０がオンすることで、パワーコンディショナ１０と系統電源３００または負荷３１０とが電気的に接続され、オフすることでパワーコンディショナ１０と系統電源３００または負荷３１０とが電気的に遮断される。
【００２５】
供給電源６０は、例えば、電源ＩＣチップにより構成される。供給電源６０は、昇圧回路２０の出力側に接続され、昇圧回路２０から取り出される直流電圧から、制御装置１００に供給する予め定められた電圧を示す電力を生成し、生成された電力を制御装置１００に供給する。供給電源６０は、昇圧回路２０のスイッチＴｒがオフ状態において、昇圧回路２０からの出力電圧が、基準電圧に達すると起動する。起動後、供給電源６０は、昇圧回路２０から出力される電力を利用して制御装置１００が駆動するための駆動電力を生成し、制御装置１００に供給する。なお、供給電源６０は、系統電源３００からの電力を直接利用して、制御装置１００に供給する電力を生成してもよい。
【００２６】
パワーコンディショナ１０は、電圧センサ１２、１６および２２、電流センサ１４および１８をさらに備える。電圧センサ１２は、太陽電池アレイ２００の両端の電位差に対応する電圧Ｖ１を検知する。電圧センサ１６は、昇圧回路２０の出力側の両端の電位差に対応する電圧Ｖ２を検知する。電圧センサ２２は、パワーコンディショナ１０の両出力端の電位差に対応する電圧Ｖ３を検知する。電流センサ１４は、太陽電池アレイ２００から出力され、昇圧回路２０の入力側に流れる電流Ｉ１を検知する。電流センサ１８は、昇圧回路２０から出力される電流Ｉ２を検知する。
【００２７】
制御装置１００は、太陽電池アレイ２００から最大電力が得られるように、電圧センサ１２、１６および２２により検知される電圧、並びに電流センサ１４および１８に検知される電流に基づいて、昇圧回路２０、およびインバータ４０のスイッチング動作を制御して、太陽電池アレイ２００から出力される直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、系統電源３００側に出力する。
【００２８】
以上のように構成されたパワーコンディショナ１０は、系統電源３００が停止した場合には、リレー５０をオフして、パワーコンディショナ１０と系統電源３００とを電気的に遮断しなければならない。また、パワーコンディショナ１０は、パワーコンディショナ１０と系統電源３００との連系点の電圧が上限電圧以上にならないように、パワーコンディショナ１０が出力する電圧を制御しなければならない。
【００２９】
制御装置１００は、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を調整することで、系統電源３００側に進相無効電力または遅相無効電力である所望の無効電力を供給する。制御装置１００は、連系点の電圧に対応するパワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動を検知することで、系統電源３００が停止している、つまりパワーコンディショナ１０が単独運転していることを検知する。
【００３０】
また、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０から出力される電圧が上限電圧以上になった場合に、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を調整することで、系統電源３００側に供給している進相無効電力を増加させる。進相無効電力を増加させることで、系統電源３００側から流入する電流が遅れ電流となり、配電線路インピーダンスの作用によりパワーコンディショナ１０と系統電源３００との連系点の電圧が低下する。これに伴い、制御装置１００は、パワーコンディショナ１０から出力される電圧が上限電圧より小さくなるように制御できる。
【００３１】
ここで、制御装置１００は、電圧上昇抑制を目的として進相無効電力を増加させた後に、周波数偏差に応じて無効電力を変化させるべく、さらに進相無効電力を増加させようとする場合がある。例えば、図２に示すように、制御装置１００が、有効電力Ｐを維持しつつ、周波数偏差に応じて無効電力Ｑを無効電力Ｑ'まで増加させようとする。この場合、制御装置１００は、皮相電力Ｗを皮相電力Ｗ'まで増加させる。皮相電力Ｗが増加すると、インバータ４０から出力される電流が過剰となり、パワーコンディショナ１０が備えるコイルＬ２またはコンデンサＣ３などの素子に悪影響を与える可能性がある。
【００３２】
そこで、制御装置１００は、電圧上昇抑制のために進相無効電力を増加させる場合に、進相無効電力の増加に対応して有効電力を減少させるように、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を調整する。制御装置１００は、電圧上昇抑制のための進相無効電力の増加と同時に有効電力を減少させてもよい。制御装置１００は、電圧上昇抑制のための進相無効電力の増加の直後に有効電力を減少させてもよい。
【００３３】
例えば、図３に示すように、制御装置１００が、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの状態で、電圧上昇抑制のための無効電力を無効電力Ｑ'まで増加させようとする。この場合に、制御装置１００は、無効電力の増加と並行して、有効電力を有効電力Ｐ'まで減少させてもよい。これにより、制御装置１００が、周波数偏差に応じて無効電力を変化させるべく、有効電力Ｐ'を維持しつつ、無効電力を無効電力Ｑ"まで増加させようとした場合、有効電力Ｐを維持した状態で無効電力を増加させようとした場合に比べて、皮相電力の増加を抑制できる。これにより、インバータ４０から出力される電流が過剰となることで、パワーコンディショナ１０が備えるコイルＬ２またはコンデンサＣ３などの素子に悪影響を与えることを抑制できる。
【００３４】
図４は、本実施形態に係る制御装置１００の機能ブロックの一例を示す。制御装置１００は、周波数計測部１０２、移動平均値導出部１０４、周波数偏差導出部１０６、第１無効電力変化量導出部第１無効電力変化量導出部１０８、単独運転検出部１１０、第２無効電力変化量導出部１１２、出力電圧取得部１１４、目標無効電力導出部１１６、リレー制御部１２０、およびＰＷＭ制御部１３０を備える。
【００３５】
周波数計測部１０２は、電圧センサ２２を介して系統電源３００の電圧を取得し、取得した電圧から系統電源３００の周波数を示す系統周波数を計測する。周波数計測部１０２は、例えば、電圧センサ２２から検出される電圧信号の立ち下がりと立ち上がりの中間値と、次の立ち下がりと立ち上がりの中間値との時間差を一周期として計測する。系統電源３００の系統周期が５０Ｈｚ（１系統周期が２０ｍ秒）である場合、系統周期の計測周期は、系統周期の１／３以下、例えば、５ｍ秒でもよい。
【００３６】
移動平均値導出部１０４は、周波数計測部１０２により計測された系統周期に基づいて、予め定められた移動平均時間分の系統周期の移動平均値を順次導出する。移動平均時間は、系統周期の一周期、例えば２０ｍ秒よりも長く、かつ単独運転状態になってから単独運転状態が検出されるまでに許容されている時間以下でもよい。移動平均時間は、例えば１００ｍ秒よりも短い時間でもよく、移動平均時間は、例えば４０ｍ秒でもよい。
【００３７】
周波数偏差導出部１０６は、移動平均値導出部１０４により導出された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、例えば、移動平均値導出部１０４が最新の移動平均値を導出するのに用いた最新の系統周期の終点から予め定められた時間（例えば２００ｍ秒）前に移動平均値導出部１０４により導出された過去の移動平均値との差分を周波数偏差として導出する。周波数偏差導出部１０６は、系統周期の計測周期と同一の周期ごと、例えば５ｍ秒ごとに周波数偏差を導出してもよい。
【００３８】
第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差に基づき今回の無効電力ｑ１を導出し、前回の無効電力ｑ１と今回の無効電力ｑ１との差分を示す無効電力ｑ１の変化量Δｑ１を導出する。第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差に比例して無効電力ｑ１が多くなるように、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１を導出してよい。第１無効電力変化量導出部１０８は、例えば、図５に示すような無効電力ｑ１−周波数偏差特性を参照して、周波数偏差に対応する無効電力ｑ１を導出することで、変化量Δｑ１を導出してもよい。第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差が正の場合には、パワーコンディショナ１０に系統周波数に対して位相が進んでいる電流を出力させる進相無効電力である今回の無効電力ｑ１を導出する。一方、第１無効電力変化量導出部１０８は、系統電源３００の周波数偏差が負の場合には、パワーコンディショナ１０に系統周波数に対して位相が遅れている電流を出力させる遅相無効電力である今回の無効電力ｑ１を導出する。
【００３９】
単独運転検出部１１０は、連系点における電圧に対応するパワーコンディショナ１０の出力電圧の周波数変動に基づいて、系統電源３００と連系するパワーコンディショナ１０の単独運転を検出する。単独運転検出部１１０は、系統電源３００が正常に動作している場合には、無効電力の変動に基づく電圧の周波数変動を検出しない。一方、系統電源３００が停止している場合など異常が発生している場合には、単独運転検出部１１０は、無効電力の変動に基づく電圧の周波数変動を検出することで、パワーコンディショナ１０の単独運転を検出する。
【００４０】
リレー制御部１２０は、単独運転検出部１１０がパワーコンディショナ１０の単独運転を検出した場合に、リレー５０をオフして、パワーコンディショナ１０と系統電源３００または負荷３１０との間を電気的に遮断する。
【００４１】
出力電圧取得部１１４は、電圧センサ２２により検出される連系点の電圧に対応するパワーコンディショナ１０の出力電圧である電圧Ｖ３を検知する。第２無効電力変化量導出部１１２は、検知された電圧Ｖ３が、予め定められた上限電圧Ｖｔｈ以上か否かを判定する。第２無効電力変化量導出部１１２は、検知された電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合には、系統電源３００側に供給すべき無効電力を増加させてパワーコンディショナ１０の出力電圧の上昇を抑制すべく、今回の無効電力ｑ２を導出し、前回の無効電力ｑ２と今回の無効電力ｑ２との差分を示す無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を導出する。
【００４２】
目標無効電力導出部１１６は、前回の目標無効電力Ｑｃと、第１無効電力変化量導出部１０８により導出された無効電力ｑ１の変化量Δｑ１と、第２無効電力変化量導出部１１２により導出された無効電力ｑ２の変化量Δｑ２とを加算することで、今回の目標無効電力Ｑｔを導出する。目標無効電力導出部１１６は、導出された目標無効電力ＱｔをＰＷＭ制御部１３０に提供する。
【００４３】
ＰＷＭ制御部１３０は、太陽電池アレイ２００から最大または極大の有効電力が得られるようにインバータ４０をＰＷＭ制御する。ＰＷＭ制御部１３０は、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および無効電力ｑ２の変化量Δｄ２の少なくとも一方に基づいて、パワーコンディショナの出力を制御する制御部として機能する。ＰＷＭ制御部１３０は、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１および無効電力ｑ２の変化量Δｄ２の少なくとも一方を用いて目標無効電力導出部１１６により導出された目標無効電力Ｑｔに基づいて、インバータ４０から出力される電流の位相と、電圧の位相との間の位相差、およびインバータ４０から出力される電流の振幅を調整することで、系統電源３００側に供給する無効電力を制御する。
【００４４】
ＰＷＭ制御部１３０は、パワーコンディショナの出力電圧に対応する電圧が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量Δｑ２に基づいてパワーコンディショナ１０が出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、パワーコンディショナ１０が出力する有効電力を減少させるように、パワーコンディショナ１０の出力を制御してもよい。
【００４５】
ＰＷＭ制御部１３０は、パワーコンディショナ１０の出力電圧に対応する電圧が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量Δｑ２に基づいて進相無効電力を増加させる場合、進相無効電力および有効電力に対応する皮相電力を進相無効電力を増加させる前よりも小さくすべく、有効電力を減少させるように、パワーコンディショナ１０の出力を制御してもよい。
【００４６】
ＰＷＭ制御部１３０は、パワーコンディショナ１０の出力電圧に対応する電圧が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量Δｑ２に基づいて進相無効電力を増加させる場合、進相無効電力を増加させた後の電圧の大きさに関わらず、有効電力を減少させるべく、パワーコンディショナ１０の出力を制御してもよい。
【００４７】
ＰＷＭ制御部１３０は、パワーコンディショナ１０の出力電圧に対応する電圧が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量に基づいて進相無効電力を増加させるときに、有効電力を減少させるべく、パワーコンディショナ１０の出力を制御してもよい。
【００４８】
ＰＷＭ制御部１３０は、パワーコンディショナ１０の出力電圧に対応する電圧が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量に基づいて進相無効電力を増加させる場合、無効電力ｑ１の変化量Δｑ１に基づいてパワーコンディショナ１０の出力を制御する前に、有効電力を減少させるべく、パワーコンディショナの出力を制御してもよい。
【００４９】
ＰＷＭ制御部１３０は、パワーコンディショナ１０の出力電圧に対応する電圧が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合にパワーコンディショナ１０の出力電圧の上昇を抑制すべく進相無効電力である無効電力ｑ２を増加させることに対応して、系統電源３００に供給する有効電力Ｐを減少させてもよい。ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２を増加させることに対応して、現在の有効電力Ｐから予め定められた割合、または量だけ、有効電力Ｐを減少させてもよい。
【００５０】
ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２を増加させることに対応して、無効電力Ｑおよび有効電力Ｐに対応する皮相電力Ｗが、無効電力Ｑを増加させる前よりも小さくなるように、有効電力Ｐを減少させてもよい。ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２を増加させて無効電力Ｑを増加させるときに、有効電力Ｐを減少させてもよい。
【００５１】
ここで、ＰＷＭ制御部１３０は、パワーコンディショナ１０の出力電圧の上昇を抑制すべく、無効電力ｑ２を増加させたにも関わらず、パワーコンディショナ１０の出力電圧の上昇の抑制が不十分な場合に、有効電力Ｐを減少させる場合がある。このような場合、ＰＷＭ制御部１３０が、有効電力Ｐを減少させる前に、系統電源３００の周波数偏差に応じて無効電力Ｑを変化させるべく無効電力ｑ１を増加させる可能性がある。その結果、無効電力ｑ１の増加に伴い、皮相電力が増加し、パワーコンディショナ１０が備えるコイルＬ２またはコンデンサＣ３などの素子に悪影響を与える可能性がある。
【００５２】
そこで、ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２を増加させることに対応して、無効電力Ｑを増加させた後の電圧Ｖ３の大きさに関わらず、有効電力Ｐを事前に減少させてもよい。また、ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２を増加させる場合、系統電源３００の周波数偏差に応じて無効電力ｑ１を増加させて無効電力Ｑを変化させる前に、有効電力Ｐを事前に減少させてもよい。
【００５３】
また、ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量Δｑ２に基づいてパワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、パワーコンディショナ１０の出力を制御して、パワーコンディショナ１０の出力を停止させてもよい。ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量Δｑ２に基づいてパワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、有効電力Ｐをゼロにしてもよい。なお、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合に無効電力ｑ２の変化量Δｑ２に基づいてパワーコンディショナが出力する進相無効電力を増加させる方向に変化させる場合、ＰＷＭ制御部１３０が、リレー制御部１２０にリレー５０をオフさせるためのオフ制御信号を出力して、リレー制御部１２０が、オフ制御信号に応じて、リレー５０をオフすることでパワーコンディショナ１０と系統電源３００または負荷３１０とを電気的に遮断させてもよい。
【００５４】
図６は、制御装置１００が電圧上昇抑制を行う手順の一例を示すフローチャートである。制御装置１００は、当該手順を定期的に実行する。出力電圧取得部１１４は、電圧センサ２２を介してパワーコンディショナ１０から出力される電圧Ｖ３を取得する（Ｓ１００）。第２無効電力変化量導出部１１２は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上か否かを判定する（Ｓ１０２）。電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合には、第２無効電力変化量導出部１１２は、パワーコンディショナ１０の出力電圧の上昇を抑制すべく、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を導出する。ＰＷＭ制御部１３０は、無効電力ｑ２の変化量Δｑ２を含む目標無効電力Ｑｔを出力する指示を目標無効電力導出部１１６から受けて、パワーコンディショナ１０から出力する進相無効電力を増加させるとともに、パワーコンディショナ１０から出力する有効電力を減少させる（Ｓ１０４）。ＰＷＭ制御部１３０は、電圧Ｖ３が上限電圧Ｖｔｈ以上の場合には、力率が下限閾値以上、例えば０．８５以上の場合でも、パワーコンディショナ１０から出力する進相無効電力を増加させることに加えて、パワーコンディショナ１０から出力する有効電力を減少させる。
【００５５】
電圧Ｖ３が上限電圧よりも小さければ、ＰＷＭ制御部１３０は、有効電力が現在抑制されているかどうかを判定する（Ｓ１０６）。有効電力が抑制されていれば、ＰＷＭ制御部１３０は、有効電力が最大または極大となるようにパワーコンディショナ１０から出力する有効電力を増加させる（Ｓ１０８）。一方、有効電力が抑制されていなければ、ＰＷＭ制御部１３０は、進相無効電力である無効電力ｑ２がゼロか否かを判定する（Ｓ１１０）。無効電力ｑ２がゼロでなければ、第２無効電力変化量導出部１１２は、無効電力ｑ２を減少させるべく、変化量Δｑ２を導出する。ＰＷＭ制御部１３０は、進相無効電力である無効電力ｑ２がゼロになるようにパワーコンディショナ１０から出力する無効電力を減少させる（Ｓ１１２）。
【００５６】
以上の通り、本実施形態に制御装置１００によれば、電圧上昇抑制のために進相無効電力を増加させる場合に、進相無効電力の増加とともに有効電力を減少させる。これにより、制御装置１００が電圧上昇抑制のために進相無効電力を増加させた後に、系統電源３００の周波数偏差に応じて無効電力を変化させる場合に、インバータ４０から出力される電流が過剰となることで、パワーコンディショナ１０が備えるコイルＬ２またはコンデンサＣ３などの素子に悪影響を与えることを抑制できる。
【００５７】
なお、本実施形態に係る制御装置１００が備える各部は、パワーコンディショナ１０の有効電力および無効電力の制御に関する各種処理を行う、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、コンピュータにパワーコンディショナ１０の有効電力および無効電力の制御に関する各種処理を行うプログラムを実行させることにより、制御装置１００が備える各部としてコンピュータを機能させることで、制御装置１００を構成してもよい。
【００５８】
コンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の各種メモリ、通信バス及びインタフェースを有し、予めファームウェアとしてＲＯＭに格納された処理プログラムをＣＰＵが読み出して順次実行することで、制御装置１００として機能する。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１０  パワーコンディショナ
２０  昇圧回路
４０  インバータ
５０  リレー
６０  供給電源
１００  制御装置
１０２  周波数計測部
１０４  移動平均値導出部
１０６  周波数偏差導出部
１０８  第１無効電力変化量導出部
１１０  単独運転検出部
１１２  第２無効電力変化量導出部
１１４  出力電圧取得部
１１６  目標無効電力導出部
１２０  リレー制御部
１３０  ＰＷＭ制御部
２００  太陽電池アレイ
３００  系統電源
３１０  負荷
【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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