(57)【要約】【課題】連系点電圧の低下時に電流波形のひずみを抑制することができる電力変換装置を提供するものである。【解決手段】実施形態の電力変換装置は、所定周期ごとに電力系統との連系点における電圧値を取得する電圧値取得部と、前記電圧値取得部により取得される前記電圧値に応じて制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部と、前記制御ゲイン設定部により設定された前記制御ゲインに基づいて、前記連系点における電流の位相と電圧の位相とを同期させるＰＬＬ制御部とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期ごとに電力系統との連系点における電圧値を取得する電圧値取得部と、
前記電圧値取得部により取得される前記電圧値に応じて制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部と、
前記制御ゲイン設定部により設定された前記制御ゲインに基づいて、前記連系点における電流の位相と電圧の位相とを同期させるＰＬＬ制御部と
を有する電力変換装置。
【請求項２】
前記制御ゲイン設定部は、前記電圧値取得部により取得される前記電圧値が低下した場合に、前記電圧値の低下に応じて前記制御ゲインを小さくする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御ゲイン設定部は、前記電圧値取得部により取得される前記電圧値が低下した場合に、前記電圧値の低下に応じて線形的に前記制御ゲインを小さくする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電圧値取得部により取得される前記電圧値がゲイン減少閾値を下回ったか否かを判定する第１の電圧値判定部をさらに有し、
前記制御ゲイン設定部は、前記第１の電圧値判定部により前記電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、前記制御ゲインを小さくする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御ゲイン設定部は、前記第１の電圧値判定部により前記電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、前記電圧値の低下に応じて線形的に前記制御ゲインを小さくする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御ゲイン設定部は、前記第１の電圧値判定部により前記電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、ステップ的に前記制御ゲインを小さくする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御ゲイン設定部は、前記第１の電圧値判定部により前記電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、ステップ的に前記制御ゲインを小さくしたのち、前記電圧値の低下に応じて前記制御ゲインを小さくする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御ゲイン設定部は、前記第１の電圧値判定部により前記電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、ステップ的に前記制御ゲインを小さくしたのち、前記電圧値の低下に応じて前記制御ゲインを線形的に小さくする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電圧値取得部により取得される前記電圧値がゲイン増加閾値を上回ったか否かを判定する第２の電圧値判定部をさらに有し、
制御ゲイン設定部は、前記第２の電圧値判定部により前記電圧値が前記ゲイン増加閾値を上回ったと判定された場合に、前記制御ゲインを大きくする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記ゲイン減少閾値あるいは前記ゲイン増加閾値を複数有する請求項３乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電力と直流電力とを相互に変換する電力変換装置において、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ：フェーズロックドループ）制御を用いることにより、電力変換装置と電力系統とが接続される連系点における電流の位相と電圧の位相とを同期させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６１０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＬＬ制御の制御ゲインが大きい場合、連系点における電圧（連系点電圧）が低下すると、連系点電圧に含まれる高調波電圧が相対的に大きくなり、ＰＬＬ制御において高調波電圧による振動やノイズの影響を受けやすい。
【０００５】
そのため、電流波形にひずみが生じる場合があり，電力系統に多くの高調波電流を含む電流が流れてしまう。このことは、電力系統や電力系統に接続された機器に悪影響を与える。
【０００６】
そこで本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、連系点電圧の低下時に電流波形のひずみを抑制することができる電力変換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、実施形態の電力変換装置は、所定周期ごとに電力系統との連系点における電圧値を取得する電圧値取得部と、前記電圧値取得部により取得される前記電圧値に応じて制御ゲインを設定する制御ゲイン設定部と、前記制御ゲイン設定部により設定された前記制御ゲインに基づいて、前記連系点における電流の位相と電圧の位相とを同期させるＰＬＬ制御部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換装置とその周辺装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態に係る電力変換装置の制御ゲイン設定部による制御ゲイン設定の一例。
【図４】第１の実施形態に係る電力変換装置の動作を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図。
【図６】第２の実施形態に係る電力変換装置の制御ゲイン設定部による制御ゲイン設定の一例。
【図７】第２の実施形態に係る電力変換装置の動作を示すフローチャート。
【図８】第３の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図。
【図９】第３の実施形態に係る電力変換装置の制御ゲイン設定部による制御ゲイン設定の一例。
【図１０】第３の実施形態に係る電力変換装置の制御ゲイン設定部による制御ゲイン設定の一例。
【図１１】第４の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図。
【図１２】第４の実施形態に係る電力変換装置の動作を示すフローチャート。
【図１３】第４の実施形態に係る電力変換装置の制御ゲイン設定部による制御ゲイン設定の一例。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る電力変換装置とその周辺装置の構成を示すブロック図である。
【００１１】
電力変換装置１は、電力系統２と接続され、直流電力と交流電力とを相互に変換する装置、手段である。
【００１２】
太陽光発電装置３は、太陽光を直流電力に変換し、昇圧部４に出力する装置、手段である。
【００１３】
昇圧部４は、太陽光発電装置３により出力された直流電力を取得し、取得した直流電力の電圧を昇圧して電力変換装置１に出力する装置、手段である。
【００１４】
電力変換装置１は、電力系統２に接続され、昇圧部４により出力された直流電力を取得し、交流電力に変換して電力系統２に出力する。
【００１５】
コンデンサ５は、電力変換装置１と昇圧部４との間に設置される。
【００１６】
なお、太陽光発電装置３に代えて、リチウムイオン電池、鉛電池、ナトリウム硫黄電池などの二次電池や燃料電池を用いてもよい。
【００１７】
また、太陽光発電装置３から十分な電圧の出力が得られる場合は、昇圧部４は必要なく、必須の構成要素ではない。
【００１８】
図２は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
電力変換装置１は、図２に示すように、電圧値取得部１１、制御ゲイン設定部１２、ＰＬＬ制御部１３、装置制御部１４、主回路部１５を有する。
【００２０】
電圧値取得部１１は、電力系統２との連系点における電圧値（連系点電圧値）を取得する処理部である。
【００２１】
制御ゲイン設定部１２は、電圧値取得部１１により取得される連系点電圧値に応じて、ＰＬＬ制御部１３の制御ゲインを設定する処理部である。
【００２２】
具体的には、制御ゲイン設定部１２は、図示しないハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や半導体メモリなどの記憶装置、記憶手段に格納された計算式や、連系点電圧値と制御ゲインの値とが関連付けられたテーブルを参照することで、図３に示すように連系点電圧の低下に応じて制御ゲインを小さくする。
【００２３】
図３は、連系点電圧値の低下に応じて制御ゲインを線形的に小さくする場合の例であり、例えば計算式として１次関数を用いることで得られる。
【００２４】
記憶装置や記憶手段に格納される計算式は、１次関数に限らず、２次関数や３次関数などの多次元関数、指数関数、対数関数などでもよい。
【００２５】
図３では、連系点電圧値がゼロのときに、制御ゲインがゼロとなっているが、ゼロでなくてもよい。
【００２６】
ＰＬＬ制御部１３は、制御ゲイン設定部１２により設定された制御ゲインに基づいてＰＬＬ制御を行い、電力変換装置１と電力系統２との連系点における電流の位相と電圧の位相とを同期させる処理部である。
【００２７】
装置制御部１４は、ＰＬＬ制御部１３より連系点における電圧の位相情報を取得し、取得した位相情報に基づき、コンデンサ５の電圧を一定に保つといった電力変換装置１の制御を行う処理部である。
【００２８】
主回路部１５は、装置制御部１４による制御に基づき、直流電力と交流電力とを相互に変換する処理部である。
【００２９】
上述した、電圧値取得部１１、制御ゲイン設定部１２、ＰＬＬ制御部１３、装置制御部１４、主回路部１５における処理は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサにより行われる。
【００３０】
次に各構成要素の作用について、図４を用いて説明する。図４は第１の実施形態に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
電圧値取得部１１は、所定周期ごとに連系点電圧値を取得する（ステップＳ１０１）。
【００３２】
制御ゲイン設定部１２は、電圧値取得部１１により取得される連系点電圧値に応じて、ＰＬＬ制御部の制御ゲインを設定する（ステップＳ１０２）。
【００３３】
ＰＬＬ制御部１３は、制御ゲイン設定部１２により設定された制御ゲインに基づいてＰＬＬ制御を行い、電力変換装置１と電力系統２との連系点における電流の位相と電圧の位相とを同期させる（ステップＳ１０３）。
【００３４】
装置制御部１４は、ＰＬＬ制御部１３より連系点における電圧の位相情報を取得し、取得した位相情報に基づき電力変換装置１の制御を行う（ステップＳ１０４）。
【００３５】
主回路部１５は、装置制御部１４による制御に基づき、直流電力と交流電力とを相互に変換する（ステップＳ１０５）。
【００３６】
以上説明したように、この第１の実施形態に係る電力変換装置によれば、連系点電圧の低下時に制御ゲインを小さくすることで、連系点電圧に含まれる高調波電圧が相対的に大きくなった場合においてもＰＬＬ制御に与える高調波電圧による振動やノイズの影響を小さくすることができる。
【００３７】
そのことにより、電流波形のひずみを抑制することができ，電力系統２に対して高調波電流の少ない電流を流すことが可能となる。
【００３８】
このことは、電力系統や電力系統に接続された機器への悪影響の低減や高調波電流による電力変換装置１の損失の低減に繋がる。
【００３９】
また、制御ゲイン設定部１２が参照する計算式として多次元関数や指数関数を用いる場合、連系点電圧値の低下時に急激に制御ゲインを小さくすることができるため、低電圧時および中電圧時における高周波の影響をより低減することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。以下、第１の実施形態と異なる部分について説明する。
【００４１】
図５は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【００４２】
この第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は第１の電圧値判定部２１、制御ゲイン設定部２２にある。
【００４３】
第１の電圧値判定部２１は、電圧値取得部により取得される連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回ったか否かを判定する処理部である。
【００４４】
制御ゲイン設定部２２は、第１の電圧値判定部により連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、制御ゲインを小さくする処理部である。
【００４５】
図６は、第１の電圧値判定部２１により連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、制御ゲインを線形的に小さくする場合の例であり、例えば計算式として１次関数を用いることで得られる。
【００４６】
上述した、第１の電圧値判定部２１、制御ゲイン設定部２２における処理は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサにより行われる。
【００４７】
次に各構成要素の作用について、図７を用いて説明する。図７は第２の実施形態に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【００４８】
第１の電圧値判定部２１は、電圧値取得部により取得される連系点電圧値が第１の所定値を下回ったか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
【００４９】
制御ゲイン設定部２２は、第１の電圧値判定部により連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合（ステップＳ２０１  ＹＥＳ）に、制御ゲインを小さくする（ステップＳ２０２）。
【００５０】
制御ゲイン設定部２２は、第１の電圧値判定部により連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定されなかった場合（ステップＳ２０１  ＮＯ）は、制御ゲインの値は変更されない。
【００５１】
系統電圧値の変動に応じて制御ゲインを変動させる場合、その変動が電流に現れることでビートが発生する可能性があるが、以上説明したように、この第２の実施形態に係る電力変換装置によれば、連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回るまでは制御ゲインの値は変更されないため、第１の実施形態で得られる効果に加えて、ビートの発生を抑制することができる。
【００５２】
なお、図６において、ゲイン減少閾値は１つであるが複数有していてもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態および第２の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。以下、第１の実施形態および第２の実施形態と異なる部分について説明する。
【００５４】
図８は、第３の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【００５５】
この第３の実施形態が、第１の実施形態および第２の実施形態と異なる点は制御ゲイン設定部３１にある。
【００５６】
制御ゲイン設定部３１は、第１の電圧値判定部により連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、ステップ的に制御ゲインを小さくする処理部である。
【００５７】
図９は、第１の電圧値判定部により連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回ったと判定された場合に、制御ゲイン設定部３１がステップ的に制御ゲインを小さくしたのち、連系点電圧の低下に応じて制御ゲインを線形的に小さくする一例である。
【００５８】
また、図１０は、ゲイン減少閾値を複数有する場合の一例である。
【００５９】
以上説明したように、この第３の実施形態に係る電力変換装置によれば、連系点電圧値がゲイン減少閾値を下回った場合に、急激に制御ゲインを小さくするため、第２の実施形態と比較してより電流波形のひずみを抑制することができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態乃至第３の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。以下、第１の実施形態乃至第３の実施形態と異なる部分について説明する。
【００６１】
図１１は、第４の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【００６２】
この第４の実施形態が、第１の実施形態乃至第３の実施形態と異なる点は第２の電圧値判定部４１、制御ゲイン設定部４２にある。
【００６３】
第２の電圧値判定部４１は、電圧値取得部により取得される連系点電圧値がゲイン増加閾値を上回ったか否かを判定する処理部である。
【００６４】
制御ゲイン設定部４２は、第２の電圧値判定部により連系点電圧値がゲイン増加閾値を上回ったと判定された場合に、制御ゲインを大きくする処理部である。
【００６５】
次に各構成要素の作用について、図１２を用いて説明する。図１２は第４の実施形態に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【００６６】
第２の電圧値判定部４１は、電圧値取得部により取得される連系点電圧値がゲイン増加閾値を上回ったか否かを判定する（ステップＳ４０１）。
【００６７】
制御ゲイン設定部４２は、第２の電圧値判定部により連系点電圧値がゲイン増加閾値を上回ったと判定された場合（ステップＳ４０１  ＹＥＳ）に、制御ゲインを大きくする（ステップＳ４０２）。
【００６８】
なお、ゲイン減少閾値とゲイン増加閾値は同一の値でもよいし、異なる値としてもよい。
【００６９】
本実施形態における制御ゲイン設定部４２の時系列の動作の一例を図１３に示す。図１３は、ゲイン減少閾値とゲイン増加閾値を同一の値とした例である。
【００７０】
以上説明したように、この第４の実施形態に係る電力変換装置によれば、電力系統２の事故等により連系点電圧がゲイン減少閾値を下回った後、連系点電圧が復帰し、ゲイン増加閾値を上回った場合に制御ゲインを一時的に大きくすることで応答速度が増す。
【００７１】
そのため、連系点における電流の位相を速やかに電圧の位相に追従させることが可能となり、早期に位相を同期させることができる。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７３】
例えば、上記の実施形態においては、連系点電圧から振幅または実効値を計算し、フィルタのカットオフ周波数を下げることで等価的に制御ゲインを小さくしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１…電力変換装置
２…電力系統
３…太陽光発電装置
４…昇圧部
５…コンデンサ
１１…電圧値取得部
１２，２２，３１，４２…制御ゲイン設定部
１３…ＰＬＬ制御部
１４…装置制御部
１５…主回路部
２１…第１の電圧値判定部
４１…第２の電圧値判定部
【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】
2014222995.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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