(57)【要約】【課題】  系統の強さに応じて適切に系統追従と系統からの独立制御を使い分けることが可能で、安定に系統連係が可能な電力変換装置を提供すること。【解決手段】  系統２に連系して、系統２と有効電力、無効電力及び高調波の少なくとも1つの電力授受を行うにあたり、その出力電圧を、系統２の電圧に比例した第1の電圧基準と、その系統２の電圧と同期して生成される振幅一定の第２の電圧基準と、有効電力制御、無効電力制御及び高調波制御のうち少なくとも１つの制御出力である第３の電圧基準とを合成した合成電圧基準に応じて制御するように電力変換装置１を構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統に連系して、系統間と有効電力、無効電力及び高調波の少なくとも1つの電力授受を行う電力変換装置であって、
前記電力変換装置の出力電圧を、
前記電力変換装置が接続される系統電圧に比例した第1の電圧基準と、
前記系統電圧と同期して生成される振幅一定の第２の電圧基準と、
有効電力制御、無効電力制御及び高調波制御の少なくとも１つの制御出力である第３の電圧基準と
を合成した合成電圧基準に応じて制御するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換装置は、系統に変圧器を介して接続されるインバータを有し、
前記第１の電圧基準は、前記インバータの出力が接続される系統の電圧を検出する電圧検出器の出力を第１の増幅器により増幅した信号とし、
前記第２の電圧基準は、前記電圧検出器の出力により系統の位相及び周波数を検出する同期検出器の出力を第２の増幅器により増幅した信号とし、
前記第３の電圧基準は、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器の出力と、
有効電力制御、無効電力制御及び高調波制御のうち少なくとも１つの制御基準を与える基準発生装置の出力とを一致させるよう制御する電流制御装置の出力としたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
更に、ゲイン調節装置を具備し、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器のゲインを調整可能としたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
更に、前記電圧検出器の出力を入力とする波形歪検出装置を具備し、
その出力を前記ゲイン調節装置に入力することにより、波形歪の度合に応じて自動的に前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器のゲインを調整することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
更に、前記電圧検出器の出力を入力とする電圧動揺検出装置を具備し、
その出力を前記ゲイン調節装置に入力することにより、電圧動揺の度合に応じて自動的に前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器のゲインを調整することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統に連系して動作する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年太陽光発電システム等、電力変換装置を電力系統と連係して設置し、系統との有効電力の授受は勿論、系統の無効電力や高調波の制御を行うような用途が拡大してきている。
【０００３】
インバータ等の電力変換装置を系統と連係して運転する場合、インバータの出力周波数を系統の周波数に合わせることは勿論、その出力電圧を系統とのバランスで制御することが重要となる。
【０００４】
通常の商用電力系統は、系統のインピーダンスが低く安定した強い系統であることが多い。この場合、系統連係する電力変換装置は系統の周波数及び電圧に追従した運転を行えば安定運転が達成できる。ところが、系統のインピーダンスが比較的高く、短絡容量の小さい不安定な系統との連係を行うときには工夫が必要となる。
【０００５】
この対策として、電力変換装置の出力電圧をフィードバックして安定な電圧を供給しようとする制御方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１４６５６４号公報（第２−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で提案された制御方法は、系統電圧が急変したときの過電流防止には有効な場合もあるが、系統負荷の変動などにより系統の電圧や周波数が乱れたときにも系統の変動に追従するため、かえって不安定さを増長させるという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記を鑑みて為されたもので、その目的は、系統の強さに応じて適切に系統追従と系統からの独立制御を使い分けることが可能で、安定に系統連係が可能な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の電力変換装置は、系統に連系して、系統間と有効電力、無効電力及び高調波の少なくとも1つの電力授受を行う電力変換装置であって、前記電力変換装置の出力電圧を、前記電力変換装置が接続される系統電圧に比例した第1の電圧基準と、前記系統電圧と同期して生成される振幅一定の第２の電圧基準と、有効電力制御、無効電力制御及び高調波制御の少なくとも１つの制御出力である第３の電圧基準とを合成した合成電圧基準に応じて制御するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、系統の電圧、系統と同期して生成される基準電圧及び制御出力の合成によって出力電圧基準を決めるようにしているので、短絡容量の小さい、所謂弱小系統などにおいても安定な運転が継続できる電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下本発明の実施例１について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明による電力変換装置のブロック構成図である。
【００１２】
インバータ１の交流出力は、電流検出器１２を介して変圧器３に接続されている。変圧器３の出力は、系統２に接続されている。尚、系統連系を実現するために、遮断器等の機器が接続されるのが普通であるが、ここでは図示を省略している。また、各信号線は、通常２相（２本）乃至は３相（３本または４本）で構成されているが、図１においては簡単のため、一本で代表表記している。
【００１３】
電圧検出器１１は、インバータ１の出力に接続され、インバータ１が接続される点の系統２の電圧を検出する。電圧検出器１１の出力は、同期検出器１３及び増幅器１４に接続されている。同期検出器１３は、インバータ１が接続される点の系統２の電圧の周波数及び位相を検出し、同期位相信号を作り、基準発生装置１７及び電流制御装置１８に位相基準として供給する。また、同期検出器１３は、系統２に同期し、一定の電圧振幅を持つ基準正弦波信号を作り、これを増幅器１５に与える。
【００１４】
この増幅器１５の出力と前記増幅器１４の出力は加算器１６で加算されインバータ制御装置１９の一方の入力とする。インバータ制御装置１９は、入力信号を基準として、所謂パルス幅変調制御等を行い、インバータ1を駆動するためのゲートパルスを生成する。
【００１５】
一方、基準発生装置１７は、インバータ1の使用目的に応じて、有効電力、無効電力、高調波等の出力の基準となる電流基準信号を生成する。この信号生成は、同期検出器１３から与えられる同期位相信号に基づいて行われる。電流制御装置１８には、基準発生装置１７の出力と電流検出器１２の出力とで合成される信号が入力される。通常は、単に、基準発生装置１７の出力と電流検出器１２の出力との差分を用いる。電流制御装置１８は、同期検出器１３から与えられる同期位相信号を基準として上記の差分の電流信号を制御電圧基準に変換してインバータ制御装置１９の他方の入力とする。
【００１６】
インバータ１は、系統連系を安定に行うために、出力電流がない状態で、インバータ１の出力電圧と、系統２の電圧が等しくなる様な制御を行う。電圧検出器１１の出力を電流制御装置１８の出力に加算して、インバータ制御装置１９の入力とすることにより、電流制御装置１８の出力がゼロの時に、インバータ1の出力電圧が系統２と等しくなる様にすることが可能となる。
【００１７】
以上の構成により、インバータ１の出力電圧は、電圧検出器１１の出力（系統２の電圧と位相、周波数及び電圧振幅が等価）に増幅器１４のゲインを乗じた基準と、同期検出器１３の出力である基準正弦波（系統２と位相と周波数が等しく、振幅は一定）に増幅器１５のゲインを乗じた基準と、電流制御装置１８の出力とが加算された電圧基準によって制御される。従って、系統の強さに応じて上記増幅器１４及び増幅器１５のゲインを適切に選定すれば、系統の歪や擾乱に対して影響を受け難く、また、系統の共振条件等によらず安定に運転することができる電力変換装置の構成が可能となる。例えば、増幅器１４のゲインをゼロにすれば、系統電圧に追随する制御要素がゼロとなる。
【００１８】
尚、インバータ1の直流回路については、図１では、単なるコンデンサとして表記しているが、種々の電源、電池、発電装置、交流→直流の電力変換装置を伴う回転機器・発電機器等の構成を有しても良い。
【００１９】
以上説明したように、本発明の構成により、所謂系統連系用のインバータ装置が、共振条件等が厳しい弱小系統等に接続された場合でも、安定に運転をすることが可能となる。
【実施例２】
【００２０】
図２は、本発明による電力変換装置の実施例２を示すブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が、実施例１と異なる点は、電圧検出器１１の検出信号を入力とするゲイン調節装置２０を追加し、その出力を増幅器１４及び増幅器１５に与えるようにした点である。
【００２１】
本実施例によれば、増幅器１４及び増幅器１５の定数は、ゲイン調節装置２０の出力により調節（主に増減）される。ゲイン調節装置２０は、系統２の状況を反映する電圧検出器１１の出力に応じて、予め設定された評価関数により増幅器１４及び増幅器１５のゲインを調整する。
【００２２】
ゲイン調節装置２０の評価関数は、例えば、以下のように選定する。即ち、電圧検出器１１の出力が安定している状態では、増幅器１４のゲインを上げ、増幅器１５のゲインを下げて系統２の電圧に追従するようにインバータ１の出力電圧を制御するようにする。逆に電圧検出器１１の出力が不安定になったときは、増幅器１４のゲインを下げ、増幅器１５のゲインを上げて系統２の変動には追従せず、系統２の本来の出力電圧を保つように制御するようにする。
【００２３】
尚、上記ゲイン調整装置は必ずしも電圧検出器１１の出力によって自動的に動作させる必要はなく、系統２とインバータ１の連係状況を他の方法で検出し、その検出結果によって出力を変更するようにしても良い。
【００２４】
以上説明したように、本発明の構成により、系統の状況により常に最適に調整され、系統の歪や擾乱に対して影響を受け難く、また、系統の共振条件等によらず安定に運転することができる電力変換装置が構成可能となる。従って、所謂系統連系用のインバータ装置が、共振条件等が厳しい弱小系統等に接続された場合でも、系統の状況により常に最適に調整され、安定に運転をすることが可能となる。
【実施例３】
【００２５】
図３は、本発明による電力変換装置の実施例３を示すブロック構成図である。この実施例３の各部について、図２の実施例２に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が、実施例２と異なる点は、電圧検出器１１の検出信号を入力とする波形歪検出装置２１を追加し、その出力をゲイン調節装置２０に与えるようにした点である。
【００２６】
本実施例においては、電圧検出器１１の出力により波形歪検出装置２１によって検出される系統２の波形歪の状況を入力とし、ゲイン調節装置２０の出力が決定される。そしてゲイン調節装置２０の出力により増幅器１４及び増幅器１５のゲインが調整される。
【００２７】
波形歪検出装置２０により検出されるのは、系統２の共振条件等により発生する波形歪成分であり、電圧歪や電流歪等が該当する。波形歪は、単独調波のみならず、各次調波の複合あるは、非理論高調波等が考えられる。これらの波形歪に対応してゲイン調節装置２０が適切な指令を出力するようにしておけば、インバータ１の出力電圧は波形歪の変化に対し自動的に追従可能となる。
【００２８】
例えば、波形歪検出装置２１の出力が少なく安定している状態では、増幅器１４のゲインを上げ、増幅器１５のゲインを下げて系統２の電圧に追従するようにインバータ１の出力電圧を制御するようにする。逆に波形歪検出装置２１の出力が増大したときは、増幅器１４のゲインを下げ、増幅器１５のゲインを上げて系統２の変動には追従せず、系統２の本来の出力電圧を保つように制御するようにする。
【００２９】
以上説明したように本発明の構成により、系統の波形歪の状況により常に最適に調整され、系統の歪や擾乱に対して影響を受け難く、また、系統の共振条件等によらず安定に運転することができる電力変換装置が構成可能となる。従って、所謂系統連系用のインバータ装置が、共振条件等が厳しい弱小系統等に接続された場合でも、系統の波形歪の状況により常に最適に調整され、安定に運転をすることが可能となる。
【実施例４】
【００３０】
図４は、本発明による電力変換装置の実施例４を示すブロック構成図である。この実施例４の各部について、図２の実施例２に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が、実施例２と異なる点は、電圧検出器１１の検出信号を入力とする電圧動揺検出装置２２を追加し、その出力をゲイン調節装置２０に与えるようにした点である。
【００３１】
本実施例においては、電圧検出器１１の出力により電圧動揺検出装置２２によって検出される系統２の電圧動揺の状況を入力とし、ゲイン調節装置２０の出力が決定される。そしてゲイン調節装置２０の出力により増幅器１４及び増幅器１５のゲインが調整される。
【００３２】
電圧動揺検出装置２２により検出されるのは、系統２のインピーダンス、他需要家設備、その他の条件により発生する電圧動揺であり、数１０Ｈｚのものから数Ｈｚ以下の周波数のものも含め、あらゆる電圧動揺が存在する。またこれらの電圧動揺は、単独調波のみならず、さまざまな動揺の複合あるいは、短時間に突発的に発生する動揺なども考えられる。これらの電圧動揺に対応してゲイン調節装置２０が適切な指令を出力するようにしておけば、実施例３の場合と同様にインバータ１の出力電圧は電圧動揺の変化に対し自動的に追従可能となる。
【００３３】
以上説明したように、本発明の構成により、系統の電圧動揺の状況により常に最適に調整され、系統の歪や擾乱に対して影響を受け難く、また、系統の共振条件等によらず安定に運転することができる電力変換装置の構成が可能となる。従って、所謂系統連系用のインバータ装置が、共振条件等が厳しい弱小系統等に接続された場合でも、系統の波形動揺の状況により常に最適に調整され、安定に運転をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図２】本発明の実施例２に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図３】本発明の実施例３に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図４】本発明の実施例４に係る電力変換装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００３５】
１  インバータ
２  系統
３  変圧器
１１  電圧検出器
１２  電流検出器
１３  同期検出器
１４  増幅器
１５  増幅器
１６  加算器
１７  基準発生装置
１８  電流制御装置
１９  インバータ制御装置
２０  ゲイン調節装置
２１  波形歪検出装置
２２  電圧動揺検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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