(57)【要約】  電力供給システム（１）は、需要家負荷（３０）に接続された三相の配電系統（４０）に接続する同期発電機（１１）と、配電系統（４０）に接続し、需要家負荷（３０）に電力を供給し、同期発電機（１１）の不平衡電流を補償するインバータ（２１）と、インバータ（２１）を制御するゲート指令を生成する制御装置（１００）とを備え、制御装置（１００）は、インバータ（２１）から出力される三相の電圧及び電流に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である目標出力電圧、及び、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である目標出力位相を生成し、同期発電機（１１）に係る電流逆相成分に基づいて第一補償電圧を生成し、これらからゲート指令を生成する。
2017163831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要家負荷に接続された三相の配電系統と、
前記配電系統に接続する発電装置と、
前記配電系統に接続し、前記需要家負荷に電力を供給し、前記発電装置の不平衡電流を補償するインバータと、
前記インバータから前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記インバータに係る電圧正相成分、電流正相成分、電圧角速度、及び、電圧値を算出するインバータ出力成分計算部と、
前記発電装置から前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記発電装置に係る電流逆相成分、及び、電圧位相を算出する発電装置出力成分計算部と、
前記インバータに係る前記電圧正相成分及び前記電流正相成分から前記インバータに係る有効電力及び無効電力を算出する有効無効電力算出部と、
前記インバータに係る前記電圧値及び前記無効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である目標出力電圧を生成する目標出力電圧生成部と、
前記インバータに係る前記電圧角速度及び前記有効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である目標出力位相を生成する目標出力位相生成部と、
前記発電装置に係る前記電流逆相成分及び前記電圧位相に基づいて第一補償電圧を生成する逆相補償電圧生成部と、
前記第一補償電圧、前記目標出力電圧、及び、前記目標出力位相に応じて、前記インバータへのゲート指令を生成するゲート指令値演算部とを備える
電力供給システム。
【請求項２】
前記インバータ出力成分計算部は、
前記インバータから前記配電系統に出力される三相の前記電圧及び前記電流を、三相二相変換によりαβ座標系の二相座標（α、β）で表す二相の電圧及び電流に変換し、
当該変換した二相の電圧及び電流に基づいて、前記インバータに係る前記電圧正相成分、及び、前記電流正相成分を算出し、
前記電圧正相成分から前記電圧値を算出する
請求項１記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記発電装置出力成分計算部は、
前記発電装置から前記配電系統に出力される三相の前記電圧及び前記電流を、三相二相変換によりαβ座標系の二相座標（α、β）で表す二相の電圧及び電流に変換し、
当該変換した二相の電圧及び電流に基づいて、前記発電装置に係る前記電流逆相成分、及び、前記電圧位相を算出する
請求項１又は２記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記目標出力電圧生成部は、
前記インバータに係る前記電圧値と所定の指令出力電圧値との偏差と、所定の指令無効電力と目標出力無効電力との偏差との間にドループ特性を有するように当該目標出力無効電力を算出するＱドループ部と、
前記目標出力無効電力と前記インバータに係る前記無効電力との偏差をなくすように、前記目標出力電圧を算出するＰＩ制御部とを備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記目標出力位相生成部は、
前記目標出力位相を時間微分した目標出力角速度と所定の指令角速度の偏差と、所定の指令有効電力と目標出力有効電力との偏差との間にドループ特性を有するように当該目標出力有効電力を算出するガバナモデル部と、
前記目標出力有効電力と前記インバータに係る前記有効電力及び前記電圧角速度とに基づいて前記目標出力角速度を計算する計算部と、
前記計算された前記目標出力角速度を積分して前記目標出力位相を算出する積分部とを備える
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項６】
前記逆相補償電圧生成部は、
前記発電装置に係る前記電流逆相成分を零にするよう制御を行うＰＩ制御部を備える
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項７】
前記電力供給システムは更に、前記インバータから前記配電系統に出力される三相の電流に基づいて、第二補償電圧を生成する仮想インピーダンス部を備え、
前記ゲート指令値演算部は更に、前記第二補償電圧に応じて、前記ゲート指令の前記生成を行う
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【請求項８】
需要家負荷に接続された三相の配電系統と、前記配電系統に接続する発電装置と、前記配電系統に接続し、前記需要家負荷に電力を供給し、前記発電装置の不平衡電流を補償するインバータとを備える電力供給システムにおける制御方法であって、
前記インバータから前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記インバータに係る電圧正相成分、電流正相成分、電圧角速度、及び、電圧値を算出し、
前記発電装置から前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記発電装置に係る電流逆相成分、及び、電圧位相を算出し、
前記インバータに係る前記電圧正相成分及び前記電流正相成分から前記インバータに係る有効電力及び無効電力を算出し、
前記インバータに係る前記電圧値及び前記無効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である目標出力電圧を生成し、
前記インバータに係る前記電圧角速度及び前記有効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である目標出力位相を生成し、
前記発電装置に係る前記電流逆相成分及び前記電圧位相に基づいて第一補償電圧を生成し、
前記第一補償電圧、前記目標出力電圧、及び、前記目標出力位相に応じて、前記インバータへのゲート指令を生成し、
前記ゲート指令により前記インバータを制御する
制御方法。
【請求項９】
前記インバータから前記配電系統に出力される三相の電流に基づいて第二補償電圧を生成し、
前記ゲート指令は更に前記第二補償電圧に応じて生成される、
請求項８記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給システム、及び、電力供給システムで用いられる制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、同期発電機を有する電力システムによる需要家（電力使用施設）への配電において、需要家の負荷として単相負荷及び三相負荷が混在する場合に不平衡電流が生じる。不平衡電流は、同期発電機の出力の効率を低下させ、同期発電機の逆相電流として、加熱等により同期発電機の損傷を招く。不平衡電流の問題に対し、例えば、需要家に電力貯蔵用蓄電池とパワーコンディショナを設けて、パワーコンディショナで低圧配電線の線電流の不平衡等を補償する装置が提案されている（特許文献１参照）。また、近年、太陽光発電装置等といった、インバータに連携した分散電源が普及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３１１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、分散電源と連携したインバータを同期発電機等の発電装置に接続し、インバータが需要家への電力供給を行いかつ発電装置の逆相電流の補償を行うように、インバータを制御する電力供給システムを提供することを目的とする。また、本発明は、電力供給システムでインバータの制御に用いられる制御方法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】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る電力供給システムは、需要家負荷に接続された三相の配電系統と、前記配電系統に接続する発電装置と、前記配電系統に接続し、前記需要家負荷に電力を供給し、前記発電装置の不平衡電流を補償するインバータと、前記インバータから前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記インバータに係る電圧正相成分、電流正相成分、電圧角速度、及び、電圧値を算出するインバータ出力成分計算部と、前記発電装置から前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記発電装置に係る電流逆相成分、及び、電圧位相を算出する発電装置出力成分計算部と、前記インバータに係る前記電圧正相成分及び前記電流正相成分から前記インバータに係る有効電力及び無効電力を算出する有効無効電力算出部と、前記インバータに係る前記電圧値及び前記無効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である目標出力電圧を生成する目標出力電圧生成部と、前記インバータに係る前記電圧角速度及び前記有効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である目標出力位相を生成する目標出力位相生成部と、前記発電装置に係る前記電流逆相成分及び前記電圧位相に基づいて第一補償電圧を生成する逆相補償電圧生成部と、前記第一補償電圧、前記目標出力電圧、及び、前記目標出力位相に応じて、前記インバータへのゲート指令を生成するゲート指令値演算部とを備える。【０００６】
また、上記目的を達成するために本発明の一態様に係る制御方法は、需要家負荷に接続された三相の配電系統と、前記配電系統に接続する発電装置と、前記配電系統に接続し、前記需要家負荷に電力を供給し、前記発電装置の不平衡電流を補償するインバータとを備える電力供給システムにおける制御方法であって、前記インバータから前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記インバータに係る電圧正相成分、電流正相成分、電圧角速度、及び、電圧値を算出し、前記発電装置から前記配電系統に出力される三相の電圧及び電流に基づいて、前記発電装置に係る電流逆相成分、及び、電圧位相を算出し、前記インバータに係る前記電圧正相成分及び前記電流正相成分から前記インバータに係る有効電力及び無効電力を算出し、前記インバータに係る前記電圧値及び前記無効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である目標出力電圧を生成し、前記インバータに係る前記電圧角速度及び前記有効電力に基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である目標出力位相を生成し、前記発電装置に係る前記電流逆相成分及び前記電圧位相に基づいて第一補償電圧を生成し、前記第一補償電圧、前記目標出力電圧、及び、前記目標出力位相に応じて、前記インバータへのゲート指令を生成し、前記ゲート指令により前記インバータを制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、同期発電機等の発電装置とインバータとが需要家へ電力供給を行い、インバータが発電装置の逆相電流の補償を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る電力供給システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るインバータ出力成分計算部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る発電装置出力成分計算部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る目標出力電圧生成部の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る目標出力位相生成部の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る逆相補償電圧生成部の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る電力供給システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序等は、一例であって本発明を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る電力供給システムについて説明する。
【００１１】
（電力供給システム１の全体構成）
図１は、本実施の形態に係る電力供給システム１の概略構成を示す図である。
【００１２】
電力供給システム１は、同期発電機１１と、分散電源２３に連携したインバータ２１とにより電力を需要家（電力使用施設）へ供給するためのシステムである。電力供給システム１は、図１に示すように、同期発電機１１、インバータ２１、エネルギーストレージ２２、分散電源２３、制御装置１００、配電系統４０を含んで構成される。
【００１３】
配電系統４０は、三相の伝送路を形成する配電線を含み、接合部４１において同期発電機１１及びインバータ２１と接続し、電力の需要家への伝送を行う。配電系統４０は、需要家では需要家負荷３０（電力使用機器等）に接続されている。需要家負荷３０は、図１に例示するように、三相の配電線のそれぞれと接続された三相負荷３２、及び、三相の一部の配電線と接続された単相負荷３１を含む。
【００１４】
同期発電機１１は、磁界の回転速度に同期した交流電力を生じる、ディーゼル発電機、ガスエンジン発電機等の発電装置であり、発電した電力を伝送する配電系統４０と接続する。
【００１５】
分散電源（分散型電源）２３は、例えば太陽光発電、風力発電、燃料電池等といった各種発電方式により発電する電源である。
【００１６】
エネルギーストレージ２２は、例えば蓄電池等の、分散電源２３で発電された電力（エネルギー）を貯蔵する媒体であり、分散電源２３及びインバータ２１に接続される。
【００１７】
インバータ２１は、エネルギーストレージ２２からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であり、交流電力を伝送する配電系統４０と接続する。インバータ２１は、配電系統４０を介して需要家負荷３０に電力を供給し得る。また、インバータ２１は、制御装置１００の制御下で、不平衡電流としての同期発電機１１の逆相電流を補償する機能を有する。この不平衡電流は、需要家負荷３０の影響等により配電系統４０において生じ得る。
【００１８】
制御装置１００は、例えばマイクロプロセッサ、メモリ等の集積回路を含む電子回路等で構成され、所定の制御方法を実行することでインバータ２１を制御する装置である。制御装置１００は、例えばインバータ２１と一体化された装置であってもよい。制御装置１００は、インバータ２１の制御用（ゲート指令用）のパラメータ（ゲート指令値）を定めて、インバータ２１を制御する。制御装置１００は、各瞬時において、配電系統４０へと同期発電機１１が出力する電圧及び電流を検出（計測）した結果と、計測等で取得した配電系統４０へとインバータ２１が出力する電圧及び電流の情報（自端情報）とに基づいて、そのゲート指令値を定める。制御装置１００は、機能構成要素として図１に示すように、インバータ出力成分計算部１１０、有効無効電力算出部１２０、目標出力電圧生成部１３０、目標出力位相生成部１４０、発電装置出力成分計算部１５０、逆相補償電圧生成部１６０、及び、ゲート指令値演算部１９０を備える。
【００１９】
インバータ出力成分計算部１１０は、入力される自端情報に基づいて、電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇ、及び、電圧角速度ωｇ＿ｄｇを算出して出力する機能を有する。入力される自端情報は、配電系統４０へとインバータ２１が出力する電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）である。ここで、電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）は、ａｂｃ座標系の各軸成分つまり三相それぞれについての電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ＿ａ、電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ＿ｂ及び電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ＿ｃを表す。電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）は、三相それぞれについての電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ＿ａ、電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ＿ｂ及び電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ＿ｃを表す。また、電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）は、直交するｄ軸及びｑ軸を有するｄｑ座標系におけるｄ軸成分としての電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ＿ｄ、及び、ｑ軸成分としての電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ＿ｑを表す。電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）は、直交するｄ軸及びｑ軸を有するｄｑ座標系におけるｄ軸成分としての電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ＿ｄ、及び、ｑ軸成分としての電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ＿ｑを表す。
【００２０】
有効無効電力算出部１２０は、インバータ出力成分計算部１１０から伝達される電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）及び電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）に基づいて、有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇ、及び、無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇを算出して出力する機能を有する。
【００２１】
目標出力電圧生成部１３０は、インバータ出力成分計算部１１０から伝達される電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇと、有効無効電力算出部１２０から伝達される無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇとに基づいて、目標出力電圧Ｅ＿ｄｇを生成して出力する機能を有する。目標出力電圧Ｅ＿ｄｇは、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である。
【００２２】
目標出力位相生成部１４０は、インバータ出力成分計算部１１０から伝達される電圧角速度ωｇ＿ｄｇと、有効無効電力算出部１２０から伝達される有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇとに基づいて、目標出力位相θｍ＿ｄｇを生成して出力する機能を有する。目標出力位相θｍ＿ｄｇは、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である。
【００２３】
発電装置出力成分計算部１５０は、配電系統４０へと同期発電機１１が出力する電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）に基づいて、電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）、及び、電圧位相θｇ＿ｓｇを算出して出力する機能を有する。ここで、電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）は、ａｂｃ座標系の各軸成分つまり三相それぞれについての電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ＿ａ、電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ＿ｂ及び電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ＿ｃを表す。電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）は、三相それぞれについての電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ＿ａ、電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ＿ｂ及び電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ＿ｃを表す。また、電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）は、直交するｄ軸及びｑ軸を有するｄｑ座標系におけるｄ軸成分としての電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ＿ｄ、及び、ｑ軸成分としての電流逆相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｓｇ＿ｑを表す。
【００２４】
逆相補償電圧生成部１６０は、発電装置出力成分計算部１５０から伝達される電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）及び電圧位相θｇ＿ｓｇに基づいて、第一補償電圧ΔＶ（αβ）を生成して出力する機能を有する。
【００２５】
ゲート指令値演算部１９０は、目標出力電圧生成部１３０から出力された目標出力電圧Ｅ＿ｄｇ、目標出力位相生成部１４０から出力された目標出力位相θｍ＿ｄｇ、及び、逆相補償電圧生成部１６０から出力された第一補償電圧ΔＶ（αβ）を座標変換（γδ変換）した値によりゲート指令値を定める機能を有する。ゲート指令値演算部１９０は、定めたゲート指令値によってゲート指令を行うことでインバータ２１を制御する。
【００２６】
（インバータ出力成分計算部１１０の構成）
以下、インバータ出力成分計算部１１０の構成について、図２を用いて説明する。
【００２７】
図２は、インバータ出力成分計算部１１０の構成の一例を示す。インバータ出力成分計算部１１０は、同図に示すように、三相二相変換部１１１ａ、１１１ｂ、変換部（Ｔ＋）１１２ａ、１１２ｂ、変換部（Ｔ−）１１３ａ、１１３ｂ、変換部（Ｔ＋２）１１４ａ、１１４ｂ、変換部（Ｔ−２）１１５ａ、１１５ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１６ａ〜１１６ｄ、位相同期回路（ＰＬＬ）１１７、及び、計算部１１８を備える。
【００２８】
三相二相変換部１１１ａは、ａｂｃ座標系で表す対称三相交流の電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）を、αβ座標系で表す二相交流の電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（αβ）、つまり二相座標（α、β）に、変換して出力する。電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（αβ）は、α軸成分としての電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ＿α、及び、β軸成分としての電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ＿βを表す。
【００２９】
ｄｑ変換等のための変換部（Ｔ＋）１１２ａ、変換部（Ｔ−）１１３ａ、変換部（Ｔ＋２）１１４ａ、変換部（Ｔ−２）１１５ａ、ＬＰＦ１１６ａ、１１６ｂ、及び、ＰＬＬ１１７は、三相二相変換部１１１ａから出力される電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（αβ）に応じて、電圧位相θｇ＿ｄｇを算出し、電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、及び、電圧角速度ωｇ＿ｄｇを算出する。算出された電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、及び、電圧角速度ωｇ＿ｄｇは、インバータ出力成分計算部１１０から出力される。なお、算出された算出位相θｇ＿ｄｇは、変換部（Ｔ＋）１１２ａ、変換部（Ｔ−）１１３ａ、変換部（Ｔ＋２）１１４ａ、変換部（Ｔ−２）１１５ａで再帰的に使用される。
【００３０】
計算部１１８は、上述の電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）の大きさを計算することで、電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇを算出する。算出された電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇは、インバータ出力成分計算部１１０から出力される。
【００３１】
三相二相変換部１１１ｂは、ａｂｃ座標系で表す対称三相交流の電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）を、αβ座標系で表す二相交流の電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（αβ）、つまり二相座標（α、β）に、変換して出力する。電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（αβ）は、α軸成分としての電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ＿α、及び、β軸成分としての電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ＿βを表す。
【００３２】
ｄｑ変換等のための変換部（Ｔ＋）１１２ｂ、変換部（Ｔ−）１１３ｂ、変換部（Ｔ＋２）１１４ｂ、変換部（Ｔ−２）１１５ｂ、及び、ＬＰＦ１１６ｃ、１１６ｄは、三相二相変換部１１１ｂから出力される電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（αβ）及び、上述の電圧位相θｇ＿ｄｇに応じて、電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）を算出する。算出された電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）は、インバータ出力成分計算部１１０から出力される。
【００３３】
（発電装置出力成分計算部１５０の構成）
以下、発電装置出力成分計算部１５０の構成について、図３を用いて説明する。
【００３４】
図３は、発電装置出力成分計算部１５０の構成の一例を示す。発電装置出力成分計算部１５０は、同図に示すように、三相二相変換部１２１ａ、１２１ｂ、変換部（Ｔ＋）１２２ａ、１２２ｂ、変換部（Ｔ−）１２３ａ、１２３ｂ、変換部（Ｔ＋２）１２４ａ、１２４ｂ、変換部（Ｔ−２）１２５ａ、１２５ｂ、ＬＰＦ１２６ａ〜１２６ｄ及びＰＬＬ１２７を備える。
【００３５】
三相二相変換部１２１ａは、ａｂｃ座標系で表す対称三相交流の電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）を、αβ座標系で表す二相交流の電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（αβ）に変換して出力する。電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（αβ）は、α軸成分としての電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ＿α、及び、β軸成分としての電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ＿βを表す。
【００３６】
ｄｑ変換等のための変換部（Ｔ＋）１２２ａ、変換部（Ｔ−）１２３ａ、変換部（Ｔ＋２）１２４ａ、変換部（Ｔ−２）１２５ａ、ＬＰＦ１２６ａ、１２６ｂ、及び、ＰＬＬ１２７は、三相二相変換部１２１ａから出力される電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（αβ）に応じて、電圧位相θｇ＿ｓｇを算出し、電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）、及び、電圧角速度ωｇ＿ｓｇを算出する。算出された電圧位相θｇ＿ｓｇは、発電装置出力成分計算部１５０から出力される。なお、算出された算出位相θｇ＿ｓｇは、さらに変換部（Ｔ＋）１２２ａ、変換部（Ｔ−）１２３ａ、変換部（Ｔ＋２）１２４ａ、変換部（Ｔ−２）１２５ａで再帰的に使用される。
【００３７】
三相二相変換部１２１ｂは、ａｂｃ座標系で表す対称三相交流の電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）を、αβ座標系で表す二相交流の電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（αβ）に変換して出力する。電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（αβ）は、α軸成分としての電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ＿α、及び、β軸成分としての電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ＿βを表す。
【００３８】
ｄｑ変換等のための変換部（Ｔ＋）１２２ｂ、変換部（Ｔ−）１２３ｂ、変換部（Ｔ＋２）１２４ｂ、変換部（Ｔ−２）１２５ｂ、及び、ＬＰＦ１２６ｃ、１２６ｄは、三相二相変換部１２１ｂから出力される電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（αβ）及び、上述の電圧位相θｇ＿ｓｇに応じて、電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）を算出する。算出された電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）は、発電装置出力成分計算部１５０から出力される。
【００３９】
（目標出力電圧生成部１３０の構成）
以下、目標出力電圧生成部１３０の構成について、図４を用いて説明する。
【００４０】
図４は、目標出力電圧生成部１３０の構成の一例を示す。目標出力電圧生成部１３０は、同図に示すように、Ｑドループ部１３１、及び、ＰＩ制御部１３２を備える。
【００４１】
Ｑドループ部１３１は、インバータ出力成分計算部１１０から伝達される電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇと所定の指令出力電圧値Ｅ０との偏差と、所定の指令無効電力Ｑ０と目標出力無効電力との偏差との間にドループ特性を有するようにドループ制御を行い、その目標出力無効電力を算出して出力する機能を有する。所定の指令出力電圧値Ｅ０は、予め定められており、例えば２００Ｖである。また、所定の指令無効電力Ｑ０は、予め定められており、例えば０ｖａｒである。所定の指令出力電圧値Ｅ０及び所定の指令無効電力Ｑ０は、内部に予め記憶していても、外部から取得してもよい。
【００４２】
ＰＩ制御部１３２は、目標出力電圧Ｅ＿ｄｇを算出するための機能を有する。即ち、ＰＩ制御部１３２は、Ｑドループ部１３１から出力された目標出力無効電力と、有効無効電力算出部１２０から伝達される無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇとの偏差をなくすようにＰＩ制御を行って、所定の指令出力電圧値Ｅ０と合わせることで、目標出力電圧生成部１３０から目標出力電圧Ｅ＿ｄｇを出力させるための機能を有する。この目標出力電圧Ｅ＿ｄｇは、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である。
【００４３】
（目標出力位相生成部１４０の構成）
以下、目標出力位相生成部１４０の構成について、図５を用いて説明する。
【００４４】
図５は、目標出力位相生成部１４０の構成の一例を示す。目標出力位相生成部１４０は、同図に示すように、ガバナモデル部１４１、計算部１４２、及び、積分部１４３を備える。
【００４５】
ガバナモデル部１４１は、目標出力位相θｍ＿ｄｇを時間微分したものである目標出力角速度ωｍ＿ｄｇと所定の指令角速度ω０との偏差と、所定の指令有効電力Ｐ０と目標出力有効電力との偏差との間にドループ特性を有するようにドループ制御（調速制御）を行い、目標出力有効電力Ｐｉｎ＿ｄｇを算出して出力する機能を有する。所定の指令角速度ω０は、予め定められており、例えば３１４ｒａｄ／ｓ或いは３７６．８ｒａｄ／ｓである。また所定の指令有効電力Ｐ０は、予め定められており、例えば、１０００Ｗである。所定の指令角速度ω０及び所定の指令有効電力Ｐ０は、内部に予め記憶していても、外部から取得してもよい。
【００４６】
計算部１４２は、インバータ出力成分計算部１１０から伝達される電圧角速度ωｇ＿ｄｇと、有効無効電力算出部１２０から伝達される有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇと、ガバナモデル部１４１から出力された目標出力有効電力Ｐｉｎ_ｄｇとに基づいて、目標出力角速度
ωｍ＿ｄｇを算出する機能を有する。図５に示す、計算部１４２で目標出力角速度ωｍ＿ｄｇの算出に用いられる仮想イナーシャ定数Ｊｄｇは、インバータに模擬させたい回転運動する物体が同じ回転運動を保ち続けようとする回転の慣性の大きさを表す。仮想ダンピング定数Ｄｄｇは、上記回転を減衰させる方向に働くエネルギーの大きさを表す。
【００４７】
積分部１４３は、計算部１４２により算出された目標出力角速度ωｍ＿ｄｇを時間積分することで、目標出力位相θｍ＿ｄｇを算出して出力する機能を有する。この目標出力位相θｍ＿ｄｇは、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である。
【００４８】
（逆相補償電圧生成部１６０の構成）
以下、逆相補償電圧生成部１６０の構成について、図６を用いて説明する。
【００４９】
図６は、逆相補償電圧生成部１６０の構成の一例を示す。逆相補償電圧生成部１６０は、同図に示すように、ＰＩ制御部１６１ａ、１６１ｂ、及び、変換部（（Ｔ−）−１）１６２を備える。
【００５０】
ＰＩ制御部１６１ａ、１６１ｂは、発電装置出力成分計算部１５０から伝達される電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）、つまり、電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ＿ｄ及び電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ＿ｑを、零（０）にするためのＰＩ制御を行う機能を有する。このＰＩ制御は同期発電機１１の逆相電流を補償するための制御である。変換部（（Ｔ−）−１）１６２は、入力に対して、発電装置出力成分計算部１５０から伝達される電圧位相θｇ＿ｓｇに応じて定まる行列Ｔ−（図３参照）の逆行列による変換を施すものである。変換部（（Ｔ−）−１）１６２は、ＰＩ制御部１６１ａ、１６１ｂとの関係により、電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）を零にするように補償するための第一補償電圧ΔＶ（αβ）を出力する。
【００５１】
（効果）
以上説明した電力供給システム１では、上述の構成を備える制御装置１００から受けたゲート指令（目標出力電圧Ｅ＿ｄｇ、目標出力位相θｍ＿ｄｇ、及び、第一補償電圧ΔＶ（αβ）を座標変換した値に基づく指令）に応じてインバータ２１が動作することで、需要家負荷３０に対して電力を供給し、同期発電機１１の逆相電流の補償を行い得る。
【００５２】
また、電力供給システム１では、例えば分散電源２３と連携したインバータ２１は、同期発電機１１と同様に電圧源として動作するので、単独運転が可能である。
【００５３】
（実施の形態２）
以下、電力供給システム１の一部を変形して、インバータ２１に仮想的なインピーダンスを挿入すべく制御するようにした電力供給システム１ａについて説明する。
【００５４】
図７は、本実施の形態に係る電力供給システム１ａの概略構成を示す図である。電力供給システム１ａは、図７に示すように、同期発電機１１、インバータ２１、エネルギーストレージ２２、分散電源２３、制御装置１００ａ、配電系統４０を含んで構成される。図７に示す電力供給システム１ａの構成要素のうち上述した電力供給システム１の構成要素と機能が同様のものについては、図１と同じ符号を付しており、説明を省略する。制御装置１００ａは、実施の形態１で示した制御装置１００の構成に、仮想インピーダンス部１７０を追加したものである。制御装置１００ａは、ここで特に示さない点については制御装置１００と同様である。
【００５５】
仮想インピーダンス部１７０は、自端情報（インバータ２１が出力する電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ））に基づいて、インバータ２１に挿入する仮想的なインピーダンスを算定し、その仮想的なインピーダンスに応じて第二補償電圧ΔＶ２（αβ）を出力する機能を有する。
【００５６】
このような電力供給システム１ａでは、上述の構成を備える制御装置１００ａから受けたゲート指令（目標出力電圧Ｅ＿ｄｇ、目標出力位相θｍ＿ｄｇ、第一補償電圧ΔＶ（αβ）を座標変換した値、及び、第二補償電圧ΔＶ２（αβ）を座標変換した値に基づく指令）に応じてインバータ２１が動作する。これにより、需要家負荷３０に対して電力を供給し、同期発電機１１の逆相電流の補償を行い、かつ、インバータからの不要な出力電力の振動を抑えることが可能となり得る。
【００５７】
（他の実施の形態等）
以上、実施の形態１、２により電力供給システム１、１ａについて説明したが、上述した実施の形態は一例にすぎず、各種の変更、付加、省略等が可能であることは言うまでもない。
【００５８】
上述の実施の形態で示した制御装置１００、１００ａにおける機能構成要素（インバータ２１を制御するための制御方法を実行する機能構成要素）は、ハードウェア（電子回路等）により、ソフトウェアを用いずに実現されても、ソフトウェアを用いて実現されてもよい。なお、ソフトウェアによる処理は、制御装置１００、１００ａに含まれるマイクロプロセッサがメモリに記憶された制御プログラムを実行することにより実現されるものである。また、その制御プログラムを記録媒体に記録して頒布や流通させてもよい。例えば、頒布された制御プログラムをコンピュータ等の装置にインストールして、装置のマイクロプロセッサに実行させることで、制御装置１００、１００ａの各機能を実現することが可能となる。
【００５９】
また、上述した実施の形態等で示した構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明の範囲に含まれる。
【００６０】
以下、本発明の一態様に係る電力供給システム、及び、この電力供給システムで用いられる制御方法の構成、変形態様、効果等について示す。
【００６１】
（１）本発明の一態様に係る電力供給システムは、需要家負荷３０に接続された三相の配電系統４０と、配電系統４０に接続する発電装置（同期発電機１１）と、配電系統４０に接続し、需要家負荷３０に電力を供給し、前記発電装置の不平衡電流を補償するインバータ２１と、インバータ２１から配電系統４０に出力される三相の電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）に基づいて、インバータ２１に係る電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、電圧角速度ωｇ＿ｄｇ、及び、電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇを算出するインバータ出力成分計算部１１０と、前記発電装置から配電系統４０に出力される三相の電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）に基づいて、前記発電装置に係る電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）、及び、電圧位相θｇ＿ｓｇを算出する発電装置出力成分計算部１５０と、インバータ２１に係る電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）及び電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）からインバータ２１に係る有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇ及び無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇを算出する有効無効電力算出部１２０と、インバータ２１に係る電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇ及び無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇに基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である目標出力電圧Ｅ＿ｄｇを生成する目標出力電圧生成部１３０と、インバータ２１に係る電圧角速度ωｇ＿ｄｇ及び有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇに基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である目標出力位相θｍ＿ｄｇを生成する目標出力位相生成部１４０と、前記発電装置に係る電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）及び電圧位相θｇ＿ｓｇに基づいて第一補償電圧ΔＶ（αβ）を生成する逆相補償電圧生成部１６０と、第一補償電圧ΔＶ（αβ）、目標出力電圧Ｅ＿ｄｇ、及び、目標出力位相θｍ＿ｄｇに応じて、インバータ２１へのゲート指令を生成するゲート指令値演算部１９０とを備える。
【００６２】
この構成により、ゲート指令に応じてインバータ２１が動作することで、需要家負荷３０に対して電力を供給し、前記発電装置（同期発電機１１）の逆相電流の補償を行い得る。これにより前記発電装置の損傷が抑制され得る。
【００６３】
（２）例えば、インバータ出力成分計算部１１０は、インバータ２１から配電系統４０に出力される三相の電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）を、三相二相変換によりαβ座標系の二相座標（α、β）で表す二相の電圧及び電流に変換し、その変換した二相の電圧及び電流に基づいて、インバータ２１に係る電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、及び、電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）を算出し、電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）から電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇを算出することとしてもよい。
【００６４】
これにより、インバータ２１から配電系統４０に出力される三相の電圧及び電流に対応して、ゲート指令の生成に利用可能なインバータ２１の電圧正相成分、電流正相成分及び電圧値が算出される。
【００６５】
（３）例えば、発電装置出力成分計算部１５０は、前記発電装置から配電系統４０に出力される三相の電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）を、三相二相変換によりαβ座標系の二相座標（α、β）で表す二相の電圧及び電流に変換し、その変換した二相の電圧及び電流に基づいて、前記発電装置に係る電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）、及び、電圧位相θｇ＿ｓｇを算出することとしてもよい。
【００６６】
これにより、前記発電装置から配電系統４０に出力される三相の電圧及び電流に対応して、ゲート指令の生成に利用可能な前記発電装置の電流逆相成分、及び、電圧位相が算出される。
【００６７】
（４）例えば、目標出力電圧生成部１３０は、インバータ２１に係る電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇと所定の指令出力電圧値Ｅ０との偏差と、所定の指令無効電力Ｑ０と目標出力無効電力との偏差との間にドループ特性を有するようにその目標出力無効電力を算出するＱドループ部１３１と、前記目標出力無効電力とインバータ２１に係る無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇとの偏差をなくすように、目標出力電圧Ｅ＿ｄｇを算出するＰＩ制御部とを備えることとしてもよい。
【００６８】
これにより、ゲート指令により制御されたインバータ２１が、変動し得る需要家負荷３０の状況等に応じて、適切な出力を行うようになる。
【００６９】
（５）例えば、目標出力位相生成部１４０は、目標出力位相θｍ＿ｄｇを時間微分した目標出力角速度ωｍ＿ｄｇと所定の指令角速度ω０の偏差と、所定の指令有効電力Ｐ０と目標出力有効電力Ｐｉｎ＿ｄｇとの偏差との間にドループ特性を有するように当該目標出力有効電力Ｐｉｎ＿ｄｇを算出するガバナモデル部１４１と、目標出力有効電力Ｐｉｎ＿ｄｇとインバータ２１に係る有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇ及び電圧角速度ωｇ＿ｄｇとに基づいて目標出力角速度ωｍ＿ｄｇを計算する計算部１４２と、計算された目標出力角速度ωｍ＿ｄｇを積分して目標出力位相θｍ＿ｄｇを算出する積分部１４３とを備えることとしてもよい。
【００７０】
これにより、ゲート指令により制御されたインバータ２１が、変動し得る需要家負荷３０の状況等に応じて、適切な出力を行うようになる。
【００７１】
（６）例えば、逆相補償電圧生成部１６０は、前記発電装置に係る電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）を零（０）にするよう制御を行うＰＩ制御部１６１ａ、１６１ｂを備えることとしてもよい。
【００７２】
これにより、ゲート指令により制御されたインバータ２１が、前記発電装置（同期発電機１１）の逆相電流の補償を行い得るようになる。
【００７３】
（７）例えば、電力供給システム１、１ａは更に、インバータ２１から配電系統４０に出力される三相の電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）に基づいて、第二補償電圧ΔＶ２（αβ）を生成する仮想インピーダンス部１７０を備え、ゲート指令値演算部１９０は更に、第二補償電圧ΔＶ２（αβ）に応じて、インバータ２１へのゲート指令の生成を行うこととしてもよい。
【００７４】
これにより、インバータからの不要な出力電力の振動を抑えることが可能となる。
【００７５】
（８）本発明の一態様に係る制御方法は、需要家負荷３０に接続された三相の配電系統４０と、配電系統４０に接続する発電装置（同期発電機１１）と、配電系統４０に接続し、需要家負荷３０に電力を供給し、前記発電装置の不平衡電流を補償するインバータ２１とを備える電力供給システム１、１ａにおける制御方法であって、インバータ２１から配電系統４０に出力される三相の電圧Ｖｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｄｇ（ａｂｃ）に基づいて、インバータ２１に係る電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）、電圧角速度ωｇ＿ｄｇ、及び、電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇを算出し、前記発電装置から配電系統４０に出力される三相の電圧Ｖｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）及び電流Ｉｏｕｔ＿ｓｇ（ａｂｃ）に基づいて、前記発電装置に係る電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）、及び、電圧位相θｇ＿ｓｇを算出し、インバータ２１に係る電圧正相成分Ｖ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）及び電流正相成分Ｉ＋ｏｕｔ＿ｄｇ（ｄｑ）からインバータ２１に係る有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇ及び無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇを算出し、インバータ２１に係る電圧値Ｖｏｕｔ＿ｄｇ及び無効電力Ｑｏｕｔ＿ｄｇに基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの振幅である目標出力電圧Ｅ＿ｄｇを生成し、インバータ２１に係る電圧角速度ωｇ＿ｄｇ及び有効電力Ｐｏｕｔ＿ｄｇに基づいて、三相電圧を一括した複素平面上のベクトルの位相である目標出力位相θｍ＿ｄｇを生成し、前記発電装置に係る電流逆相成分Ｉ−ｏｕｔ＿ｓｇ（ｄｑ）及び電圧位相θｇ＿ｓｇに基づいて第一補償電圧ΔＶ（αβ）を生成し、第一補償電圧ΔＶ（αβ）、目標出力電圧Ｅ＿ｄｇ、及び、目標出力位相θｍ＿ｄｇに応じて、インバータ２１へのゲート指令を生成し、前記ゲート指令によりインバータ２１を制御する。
【００７６】
これにより、インバータ２１が、需要家負荷３０に対して電力を供給し、前記発電装置（同期発電機１１）の逆相電流の補償を行い得る。これにより前記発電装置の損傷が抑制され得る。
【００７７】
（９）例えば、制御方法は、インバータから配電系統に出力される三相の電流に基づいて第二補償電圧を生成し、ゲート指令は更に第二補償電圧に応じて生成されることとしてもよい。
【００７８】
これにより、インバータからの不要な出力電力の振動を抑えることが可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１、１ａ  電力供給システム
１１  同期発電機（発電装置）
２１  インバータ
３０  需要家負荷
４０  配電系統
１１０  インバータ出力成分計算部
１２０  有効無効電力算出部
１３０  目標出力電圧生成部
１３１  Ｑドループ部
１３２、１６１ａ、１６１ｂ  ＰＩ制御部
１４０  目標出力位相生成部
１４１  ガバナモデル部
１４２  計算部
１４３  積分部
１５０  発電装置出力成分計算部
１６０  逆相補償電圧生成部
１７０  仮想インピーダンス部
１９０  ゲート指令値演算部
【図１】
2017163831.tif 000003
【図２】
2017163831.tif 000004
【図３】
2017163831.tif 000005
【図４】
2017163831.tif 000006
【図５】
2017163831.tif 000007
【図６】
2017163831.tif 000008
【図７】
2017163831.tif 000009
【国際調査報告】
2017163831.tif 000010
2017163831.tif 000011
2017163831.tif 000012