(57)【要約】【課題】  一の発電機に異常が生じた場合において、各配線部への電力供給を継続することができ、配線部の一部に異常が生じた場合において、他の配線部に影響を与えないようにすることができる電源システムを提供する。【解決手段】  複数の発電機のそれぞれは、対応する交流配線部に各発電機が出力する発電機有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するよう構成され、複数の電力変換装置は、各交流配線部を通じて入力される交流電力を直流電力に変換するとともに、直流配線部を通じて入力される直流電力を交流電力に変換するよう構成され、制御装置は、対応する交流配線部に各電力変換装置が出力する電力変換装置有効電力に対する周波数の関係が所定の第２の垂下特性を有するように制御要素の目標値を決定し、制御要素の目標値を直流配線部における直流電圧に応じて補正することにより、各電力変換装置のための駆動信号を生成するよう構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電機を備えた電源システムであって、
前記複数の発電機のそれぞれに接続される複数の交流配線部と、
前記複数の交流配線部のそれぞれに接続される複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置同士を接続する直流配線部と、
前記複数の電力変換装置に駆動信号を送信することにより対応する交流配線部と前記直流配線部との間の電力変換制御を行う制御装置と、を備え、
前記複数の発電機のそれぞれは、対応する前記交流配線部に各発電機が出力する発電機有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するよう構成され、
前記複数の電力変換装置は、各交流配線部を通じて入力される交流電力を直流電力に変換するとともに、前記直流配線部を通じて入力される直流電力を交流電力に変換するよう構成され、
前記制御装置は、対応する前記交流配線部に各電力変換装置が出力する電力変換装置有効電力に対する周波数の関係が所定の第２の垂下特性を有するように制御要素の目標値を決定し、前記制御要素の目標値を前記直流配線部における直流電圧に応じて補正することにより、各電力変換装置のための前記駆動信号を生成するよう構成される、電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、対応する前記交流配線部に各電力変換装置が出力する電力変換装置無効電力に対する交流電圧の関係が所定の第３の垂下特性を有するように前記制御要素の目標値を決定するよう構成される、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、所定の有効電力指令値に対する前記電力変換装置有効電力の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値を算出する周波数目標値演算部を備えた、請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記周波数目標値演算部は、前記有効電力指令値に対する前記電力変換装置有効電力の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛けた周波数参照値を算出し、所定の直流電圧指令値に対する前記直流電圧の偏差に所定の補正係数を掛けた周波数補正値を算出し、所定の周波数指令値に、前記周波数参照値および前記周波数補正値を加えて前記周波数目標値を算出する、請求項３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記周波数目標値演算部は、所定の直流電圧指令値に対する前記直流電圧の偏差に所定の補正係数を掛けた有効電力補正値を算出し、前記有効電力指令値に対する前記電力変換装置有効電力の偏差に前記有効電力補正値を加えた値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛ける演算を行う、請求項３に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御装置は、所定の周波数指令値に対する前記周波数の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む有効電力目標値演算処理によって有効電力目標値を算出する有効電力目標値演算部を備えた、請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項７】
前記有効電力目標値演算部は、前記周波数指令値に対する前記周波数の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛けた有効電力参照値を算出し、所定の直流電圧指令値に対する前記直流電圧の偏差に所定の補正係数を掛けた有効電力補正値を算出し、所定の有効電力指令値に、前記有効電力参照値および前記有効電力補正値を加えて前記有効電力目標値を算出する、請求項６に記載の電源システム。
【請求項８】
前記制御装置は、所定の無効電力指令値に対する前記電力変換装置無効電力の偏差に基づく値に、前記第３の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む交流電圧目標値演算処理によって交流電圧目標値を算出する交流電圧目標値演算部を備えた、請求項２に記載の電源システム。
【請求項９】
前記制御装置は、所定の交流電圧指令値に対する前記交流電圧の偏差に基づく値に、前記第３の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む無効電力目標値演算処理によって無効電力目標値を算出する無効電力目標値演算部を備えた、請求項２に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、各発電機の出力が互いに均等になるように、前記複数の交流配線部の前記周波数を平均化した値に基づいて、前記制御要素の目標値の基準となる前記制御要素の指令値を補正する指令値補正部を備えた、請求項１から９の何れかに記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば航空機等に用いられる電源システムにおいて、複数の発電機が設けられた電源システムが知られている。このような電源システムには、大別してスプリット方式、並列運転方式およびＢＴＢ（Back To Back）方式等が含まれる。
【０００３】
スプリット方式は、複数の発電機が互いに独立した交流配線部（電源ＢＵＳ）に接続され、各電源ＢＵＳに接続された負荷に対して一の発電機が電力を供給するように構成されている。スプリット方式においては、１つの電源ＢＵＳに接続されている発電機が１つだけであるため、故障等、何らかの理由で一の発電機が停止した場合、対応する電源ＢＵＳに接続される負荷（配線系統）は一時的に停電状態となる。スプリット方式において、一の発電機が停止した場合、対応する電源ＢＵＳを他の電源ＢＵＳまたは補助動力装置（ＡＰＵ： Auxiliary Power Unit）に接続するような切替処理を行うことで、対応する電源ＢＵＳにおける電力供給を継続することは可能であるが、一時的な停電状態は避けられない。したがって、電源ＢＵＳに接続される負荷によっては動作の継続が行えず、再起動等の処理が必要となる場合も生じ得る。
【０００４】
これに対して、並列運転方式は、複数の発電機が１つの電源ＢＵＳに接続されている。したがって、一の発電機が停止しても他の発電機が電力供給を継続するため、当該電源ＢＵＳを含む配線系統が停電状態となることを回避できる。しかし、並列運転方式では、配線系統内に短絡または地絡等の配線異常が生じた場合、その影響が配線系統全体に波及し、当該配線異常が生じた個所が除去されるまでの間、配線系統全体が停電状態となり、正常な給電を行うことができない。特に、航空機に搭載される電源システムにおいて、一時的であっても全電源を消失してしまうことは避けるべきであり、直流電源系統等の他の電源系統等を併用するといった対策が別途必要となる。
【０００５】
また、ＢＴＢ方式は、スプリット方式における各電源ＢＵＳに電力変換装置が接続されている。各電力変換装置は、電源ＢＵＳの交流電力を直流電力に変換するように構成され、各電源ＢＵＳに対応する各電力変換装置が直流部で互いに接続されるものである。ＢＴＢ方式においては、各電力変換装置が対応する電源ＢＵＳの交流電圧に基づいて電源ＢＵＳへの電力調整を行うとともに、直流部において互いに接続される複数の電力変換装置のうちの予め定められた一の電力変換装置が、直流部の電圧に基づいて電源ＢＵＳへの電力調整を行う。
【０００６】
このように、ＢＴＢ方式においては、複数の電力変換装置のうち、直流部の電圧に基づいて電源ＢＵＳへの電力調整を行う電力変換装置が予め定められている。したがって、直流部の電圧に基づいた制御を行う電力変換装置に対応する電源ＢＵＳにおいて停電状態が生じた場合、複数の電力変換装置間の電力調整を行うことができなくなる。言い換えると、ＢＴＢ方式は、停電状態の発生を想定したシステムにはなっていない。
【０００７】
また、ＢＴＢ方式のような複数の電力変換装置を直流部で接続した構成において、発電機における異常の発生を検知する構成とし、当該異常の発生を検知した場合に、対応する電源ＢＵＳを含む配線系統が停電状態となる前に制御態様を切り替えて、当該配線系統が停電状態となることを防止する構成も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４７２５０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１のような方式では、制御態様を２つ用意し、それらを故障状態か否かを検出した上で切り替える必要が生じる。したがって、システムが複雑になる。
【００１０】
また、特許文献１のような方式では、正常時においては複数の電源ＢＵＳ間の電力の授受は行われない。このため、並列運転方式またはＢＴＢ方式のように、複数の電源ＢＵＳ間で電力を融通し合い、発電機の負荷バランスを自立的に行うことができない。また、特許文献１のような方式では、負荷急変時の電圧または周波数変化を抑制し、適切な電源品質を確保することが困難である。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するものであり、それぞれが少なくとも１つの発電機を含む複数の配線部が互いに接続された電源システムにおいて、一の発電機に異常が生じた場合において、各配線部への電力供給を継続することができ、配線部の一部に異常が生じた場合において、他の配線部に影響を与えないようにすることができる電源システム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】
【００１２】
本発明の一態様に係る電源システムは、複数の発電機を備えた電源システムであって、前記複数の発電機のそれぞれに接続される複数の交流配線部と、前記複数の交流配線部のそれぞれに接続される複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置同士を接続する直流配線部と、前記複数の電力変換装置に駆動信号を送信することにより対応する交流配線部と前記直流配線部との間の電力変換制御を行う制御装置と、を備え、前記複数の発電機のそれぞれは、対応する前記交流配線部に各発電機が出力する発電機有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するよう構成され、前記複数の電力変換装置は、各交流配線部を通じて入力される交流電力を直流電力に変換するとともに、前記直流配線部を通じて入力される直流電力を交流電力に変換するよう構成され、前記制御装置は、対応する前記交流配線部に各電力変換装置が出力する電力変換装置有効電力に対する周波数の関係が所定の第２の垂下特性を有するように制御要素の目標値を決定し、前記制御要素の目標値を前記直流配線部における直流電圧に応じて補正することにより、各電力変換装置のための前記駆動信号を生成するよう構成される。
【００１３】
上記構成によれば、発電機が第１の垂下特性を有するとともに、電力変換装置における交直変換のための制御要素の目標値が、対応する交流配線部に各電力変換装置が出力する電力変換装置有効電力に対する周波数の関係に第２の垂下特性を有するように決定される。これにより、負荷変化に伴う交流配線部における有効電力の変化に応じた電力の授受を複数の配線部間で行うことができる。さらに、制御要素の目標値は、直流配線部における直流電圧に応じて補正される。これにより、直流電圧が過度に低下または上昇することを抑制し、共通の直流配線部で接続された複数の電力変換装置間の電力の授受をバランスさせることができる。このようにして、複数の電力変換装置がそれぞれ直流配線部における直流電圧を勘案しつつ同じ制御態様を実行することにより、それぞれの交流配線部において出力される電力が制御される。したがって、発電機または配線部の異常の有無にかかわらず同じ制御態様を実行しつつ、一の発電機に異常が生じた場合において、各配線部への電力供給を継続することができ、配線部の一部に異常が生じた場合において、他の配線部に影響を与えないようにすることができる。
【００１４】
前記制御装置は、各電力変換装置が対応する前記交流配線部に出力する電力変換装置無効電力に対する交流電圧の関係が所定の第３の垂下特性を有するように前記制御要素の目標値を決定するよう構成されてもよい。これによれば、電力変換装置が出力する電力変換装置有効電力だけでなく電力変換装置が出力する電力変換装置無効電力についても垂下特性を用いた制御が行われる。したがって、負荷変化に伴う無効電力の変化に応じた電力の授受を複数の配線部間で行うことができる。
【００１５】
前記制御装置は、所定の有効電力指令値に対する前記電力変換装置有効電力の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値を算出する周波数目標値演算部を備えてもよい。
【００１６】
前記周波数目標値演算部は、前記有効電力指令値に対する前記電力変換装置有効電力の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛けた周波数参照値を算出し、所定の直流電圧指令値に対する前記直流電圧の偏差に所定の補正係数を掛けた周波数補正値を算出し、所定の周波数指令値に、前記周波数参照値および前記周波数補正値を加えて前記周波数目標値を算出してもよい。
【００１７】
前記周波数目標値演算部は、所定の直流電圧指令値に対する前記直流電圧の偏差に所定の補正係数を掛けた有効電力補正値を算出し、前記有効電力指令値に対する前記電力変換装置有効電力の偏差に前記有効電力補正値を加えた値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛ける演算を行ってもよい。
【００１８】
前記制御装置は、所定の周波数指令値に対する前記周波数の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む有効電力目標値演算処理によって有効電力目標値を算出する有効電力目標値演算部を備えてもよい。
【００１９】
前記有効電力目標値演算部は、前記周波数指令値に対する前記周波数の偏差に基づく値に、前記第２の垂下特性を示す係数を掛けた有効電力参照値を算出し、所定の直流電圧指令値に対する前記直流電圧の偏差に所定の補正係数を掛けた有効電力補正値を算出し、所定の有効電力指令値に、前記有効電力参照値および前記有効電力補正値を加えて前記有効電力目標値を算出してもよい。
【００２０】
前記制御装置は、所定の無効電力指令値に対する前記電力変換装置無効電力の偏差に基づく値に、前記第３の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む交流電圧目標値演算処理によって交流電圧目標値を算出する交流電圧目標値演算部を備えてもよい。
【００２１】
前記制御装置は、所定の交流電圧指令値に対する前記交流電圧の偏差に基づく値に、前記第３の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む無効電力目標値演算処理によって無効電力目標値を算出する無効電力目標値演算部を備えてもよい。
【００２２】
前記制御装置は、各発電機の出力が互いに均等になるように、前記複数の交流配線部の前記周波数を平均化した値に基づいて、前記制御要素の目標値の基準となる前記制御要素の指令値を補正する指令値補正部を備えてもよい。これによれば、複数の配線部間における電力の授受を適切に行いつつ、複数の発電機の出力をバランスさせることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、それぞれが少なくとも１つの発電機を含む複数の配線部が互いに接続された電源システムにおいて、一の発電機に異常が生じた場合において、各配線部への電力供給を継続することができ、配線部の一部に異常が生じた場合において、他の配線部に影響を与えないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る電源システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す電源システムにおける電力変換装置の制御装置が電圧制御型の制御装置である場合の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本実施の形態における第２の垂下特性を示すグラフである。
【図４】図４は、図１に示す電源システムにおける電力変換装置の制御装置が電流制御型の制御装置である場合の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、図１に示す電源システムにおける電力変換装置の制御装置が仮想発電機モデル制御の制御装置である場合の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５に示す制御装置における周波数目標値演算部の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、図５に示す制御装置における有効電力補正値演算部の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、図５に示す制御装置における内部相差角演算部の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、図５に示す制御装置における内部起電圧目標値演算部の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図５に示す制御装置における電流目標値演算部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、２つの交流配線部に均等な負荷を接続した場合の有効電力変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、２つの交流配線部に均等な負荷を接続した場合の周波数および直流電圧の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、一方の交流配線部に６０ｋＷの負荷を接続し、他方の交流配線部に３０ｋＷの負荷を接続した場合の有効電力変化についてのシミュレーション結果を示すグラフであり
【図１４】図１４は、一方の交流配線部に６０ｋＷの負荷を接続し、他方の交流配線部に３０ｋＷの負荷を接続した場合の周波数および直流電圧の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は、図１３の定常状態において、一方の発電機を交流配線部から切り離した場合の有効電力変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、図１４の定常状態において、一方の発電機を交流配線部から切り離した場合の周波数および直流電圧の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２に係る電源システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す指令値補正部の一の構成例を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、実施の形態１における電源システムの航空機への適用例の１つを説明するブロック図である。
【図２０】図２０は、実施の形態１における電源システムの航空機への適用例の１つを説明するブロック図である。
【図２１】図２１は、実施の形態１における電源システムのハイブリッド推進船への適用例の１つを説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２６】
［実施の形態１］
［システム構成］
以下、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る電源システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態における電源システム１は、複数（図１の例では２つ）の発電機２ｉ（ｉ＝１，２）を備えている。電源システム１は、複数の発電機２ｉのそれぞれに接続される複数の交流配線部（交流ＢＵＳ）３ｉを備えている。すなわち、一の発電機２ｉは、一の交流配線部３ｉに接続され、当該交流配線部３ｉに接続される負荷５に交流電力を供給する。
【００２７】
本実施の形態において、各発電機２ｉは、対応する交流配線部３ｉに各発電機２ｉが出力する電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するよう構成されている。すなわち、各発電機２ｉは、対応する交流配線部３ｉにおける周波数（系統周波数）が減少するに従って出力する電力（発電機有効電力）を増加する特性を有している。例えば、発電機２ｉが原動機発電機の場合、負荷５の消費電力が増大して当該負荷５が接続される交流配線部３ｉにおける周波数が減少すると、発電機２ｉの出力電力が増加し、周波数が垂下特性に応じた値でバランスする。なお、発電機２ｉは、このような垂下特性を有する限り、特に限定されず、例えば、原動機発電機でもよいし、燃料電池発電機でもよい。また、所定の第１の垂下特性には、各発電機が出力する発電機無効電力に対する電圧の関係も含まれてもよい。
【００２８】
さらに、電源システム１は、複数の交流配線部３ｉのそれぞれに（交流部４ｉａが）接続される複数の電力変換装置４ｉと、複数の電力変換装置４ｉの直流部４ｉｄ同士を接続する直流配線部（直流ＢＵＳ）６とを備えている。各電力変換装置４ｉは、各交流配線部３ｉを通じて入力される交流電力を直流電力に変換するとともに、直流配線部６を通じて入力される直流電力を交流電力に変換する。
【００２９】
例えば、電力変換装置４１は、対応する交流配線部３１に接続された発電機２１から出力される交流電力を電力変換装置４１により直流電力に変換し、直流配線部６に接続された他の電力変換装置４２で再度交流電力に変換した上で、他の交流配線部３２に当該交流電力を供給するとともに、他の交流配線部３２から電力変換装置４２を経由して供給される直流電力を電力変換装置４１により交流電力に変換して対応する交流配線部３１に供給することが可能である。電力変換装置４２においても同様の電力授受が可能である。
【００３０】
各電力変換装置４ｉは、例えば、直流電圧から三相交流電圧を出力し、三相交流電圧から直流電圧を出力する三相インバータ等により構成される。各電力変換装置４ｉは、後述する制御装置１７ｉから送信される所定の制御要素の目標値に基づいて定められるＰＷＭ信号等の駆動信号Ｓｏを受信し、当該駆動信号Ｓｏに基づいてスイッチング動作が行われることにより、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、複数の電力変換装置４ｉの直流部４ｉｄが直流ＢＵＳを介して接続された構成を例示しているが、複数の電力変換装置４ｉの直流部４ｉｄ同士が直接接続された構成（直接接続された箇所が直流配線部６として構成される）としてもよい。
【００３２】
電源システム１は、複数の電力変換装置４ｉに駆動信号Ｓｏを送信することにより対応する交流配線部３ｉと直流配線部６との間の電力変換制御を行う複数の制御装置１７ｉを備えている。本実施の形態において、複数の制御装置１７ｉは、電力変換装置４ｉの数に対応して設けられている。すなわち、一の制御装置１７ｉが一の電力変換装置４ｉを制御する。これに代えて、一の制御装置１７ｉが複数の電力変換装置４ｉを制御してもよい。
【００３３】
制御装置１７ｉは、各電力変換装置４ｉが出力する電力変換装置有効電力Ｐａｃ（以下、単に有効電力Ｐａｃと表記する場合がある）に対する周波数ｆａｃの関係が所定の第２の垂下特性を有するように制御要素の目標値を決定する。また、制御装置１７ｉは、制御要素の目標値を直流配線部６における直流電圧Ｖｄｃに応じて補正することにより、各電力変換装置４ｉのための駆動信号Ｓｏ（例えばＰＷＭ信号）を生成するよう構成される。
【００３４】
制御装置１７ｉは、上記のような制御を行うためのより具体的な制御態様として、以下に示す電圧制御型、電流制御型、および仮想発電機モデル制御型の３種の制御態様を採用し得る。以下、それぞれ詳説する。
【００３５】
［電圧制御型］
図２は、図１に示す電源システムにおける電力変換装置の制御装置が電圧制御型の制御装置である場合の制御系の概略構成を示すブロック図である。図２においては一の電力変換装置４ｉに対する一の制御装置１７ｉについてのみ示す。他の電力変換装置４ｉに対する制御装置１７ｉにおいても同様の制御が行われる。電圧制御型の制御装置１７ｉは、制御要素として対応する交流配線部３ｉの周波数ｆａｃを用い、電力変換装置４ｉを制御する。より具体的には、電圧制御型の制御装置１７ｉは、所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに対する有効電力Ｐａｃの偏差に第２の垂下特性を示す係数Ｄｒ＿ｐを掛けて周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆを求める演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する周波数目標値演算部７４を備えている。制御装置１７ｉは、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを制御要素の目標値の１つとして対応する電力変換装置４ｉを制御する。
【００３６】
電源システム１は、電力変換装置４ｉの交流部４ｉａの交流電圧を検出する交流電圧計測器８と、当該交流部４ｉａの交流電流を検出する交流電流計測器９と、電力変換装置４ｉの直流部４ｉｄの直流電圧Ｖｄｃを検出する直流電圧計測器１０とを備えている。例えば、交流電圧計測器８として、ＰＴ(Potential Transformer)が用いられ、交流電流計測器９として、ＣＴ(Current Transformer)が用いられる。また、直流電圧計測器１０として、例えばＤＣＶＴ(DC Voltage Transducer)または抵抗分圧による検出回路が用いられる。交流電圧計測器８および交流電流計測器９は、三相交流配線における各相の瞬時値を検出し、後述する演算部７１，７２において各瞬時値から交流電圧Ｖａｃおよび交流電流Ｉａｃ等が算出される。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、対応する交流配線部（交流ＢＵＳ）３ｉから分岐した配線部において交流電圧および交流電流の各相の瞬時値を検出することにより交流配線部３ｉの交流電圧および交流電流を間接的に検出し、直流配線部（直流ＢＵＳ）６から分岐した配線部において直流電圧Ｖｄｃを検出することにより直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃを検出するように構成されているが、これに代えて、交流電圧計測器８および／または交流電流計測器９を対応する交流配線部３ｉに直接接続したり、直流電圧計測器１０を直流配線部６に直接接続したりしてもよい。
【００３８】
各計測器８，９，１０で検出された各値は、制御装置１７ｉに入力される。制御装置１７ｉは、電圧・周波数・位相演算部７１、電流演算部７２、有効・無効電力演算部７３、周波数目標値演算部７４、交流電圧目標値演算部７５および駆動信号生成部７６の各制御ブロックを備えている。
【００３９】
［電圧・周波数・位相演算部］
電圧・周波数・位相演算部７１は、交流電圧計測器８で検出された各相の瞬時電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃから次式により交流電圧Ｖａｃを算出する。
【００４０】
【数１】
2018107959.tif 000003
【００４１】
また、電圧・周波数・位相演算部７１は、公知のＰＬＬ（Phase Lock Loop）演算により、対応する交流配線部３ｉの周波数ｆａｃおよび位相φａｃを算出する。また、電圧・周波数・位相演算部７１は、各相の瞬時電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃおよび位相φａｃから次式により交流電圧の回転座標（ｄｑ座標）系の各座標軸における電圧（ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ）を算出する。
【００４２】
【数２】
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【００４３】
［電流演算部］
電流演算部７２は、各相の瞬時電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃおよび電圧・周波数・位相演算部７１で演算された位相φａｃから次式により交流電流の回転座標系の各座標軸における電流（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ）を算出する。
【００４４】
【数３】
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【００４５】
［有効・無効電力演算部］
有効・無効電力演算部７３は、電圧・周波数・位相演算部７１で算出された電圧Ｖｄ，Ｖｑおよび電流演算部７２で算出された電流Ｉｄ，Ｉｑから次式により対応する電力変換装置有効電力Ｐａｃおよび電力変換装置無効電力Ｑａｃ（以下、単に無効電力Ｑａｃと表記する場合がある）を算出する。
【００４６】
【数４】
2018107959.tif 000006
【００４７】
なお、本実施の形態において、上記のように、有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃを取得する有効・無効電力取得器が、交流電圧計測器８と、交流電流計測器９と、電圧・周波数・位相演算部７１、電流演算部７２および有効・無効電力演算部７３の各制御ブロックとして機能する制御装置１７ｉにより構成される例を示した。これに代えて、有効・無効電力取得器が、制御装置１７ｉに計測された有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃを入力する公知の電力計等により構成されてもよい。
【００４８】
［周波数目標値演算部］
周波数目標値演算部７４は、有効・無効電力演算部７３で算出された有効電力Ｐａｃに基づいて周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。ここで、周波数目標値演算部７４は、対応する交流配線部３ｉに電力変換装置４ｉが出力する有効電力に対する周波数ｆａｃの関係が所定の第２の垂下特性を有するように周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００４９】
具体的には、周波数目標値演算部７４は、所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに対する有効電力Ｐａｃの偏差に第２の垂下特性に応じたドループ係数Ｄｒ＿ｐを掛けて、周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。周波数目標値演算部７４は、算出された周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆと所定の周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄとに基づいて周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００５０】
この際、周波数目標値演算部７４は、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを直流配線部６における直流電圧Ｖｄｃに応じて補正する。より具体的には、周波数目標値演算部７４は、所定の直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄに対する直流電圧Ｖｄｃの偏差に所定の補正係数（補正ゲイン）（−Ｋｄｃ）を掛けて、周波数補正値ｆａｃ＿ｃｍｐを算出する。周波数目標値演算部７４は、周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄに周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆおよび周波数補正値ｆａｃ＿ｃｍｐを加えて周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００５１】
図３は、本実施の形態における第２の垂下特性を示すグラフである。交流配線部３ｉに発電機２ｉが接続されている場合、交流配線部３ｉに接続される負荷５の消費電力が増大すると、交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃが低下する。例えば、図３に示すように、周波数ｆａｃがｆ１からｆ２に低下する。このため、電力変換装置４ｉが出力する交流電圧に対して、交流配線部３ｉにおける交流電圧の進み位相が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該進み位相を相殺すべく、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを低下させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する有効電力Ｐａｃが増大する。例えば、図３に示すように、有効電力ＰａｃがＰ１からＰ２に増大する。
【００５２】
反対に、交流配線部３ｉに接続される負荷５の消費電力が減少すると、交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃが上昇することにより、電力変換装置４ｉが出力する交流電圧に対して、交流配線部３ｉにおける交流電圧の遅れ位相が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該遅れ位相を相殺すべく、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを上昇させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する有効電力Ｐａｃが減少する。例えば、図３において、周波数ｆａｃがｆ２からｆ１に上昇すると、有効電力ＰａｃがＰ２からＰ１に減少する。
【００５３】
ここで、共通の直流配線部６に接続された複数の電力変換装置４ｉの交流配線部３ｉにおける電圧変化に伴い、各電力変換装置４ｉが電力変換を行った結果、直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃが変化した場合、直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄとの偏差に基づいて、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが補正される。例えば、制御装置１７ｉは、直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃが低下した場合、交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃが同じでも有効電力Ｐａｃが減少するように制御する。図３のグラフにおいて、直線Ｌｃとして模式的に表される補正後の垂下特性に基づいて有効電力Ｐａｃが調整される。直線Ｌｃは、補正を行う前の第２の垂下特性を示す直線Ｌの周波数切片を周波数補正値ｆａｃ＿ｃｍｐ分低下させたものである。この結果、周波数ｆ２における有効電力ＰａｃがＰ２からＰ２ｃに補正される。反対に、制御装置１７ｉは、直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃが上昇した場合、交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃが同じでも有効電力Ｐａｃが増大するように制御する。
【００５４】
［駆動信号生成部］
電圧制御型の駆動信号生成部７６には、交流配線部３ｉの周波数ｆａｃおよび周波数目標値演算部７４で算出された周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが入力される。当該駆動信号生成部７６は、入力されたこれらの値に基づいて、交流配線部３ｉの周波数ｆａｃが周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆになるような駆動信号Ｓｏを生成し、電力変換装置４ｉに出力する。
【００５５】
上記構成によれば、発電機２ｉが第１の垂下特性を有するとともに、電力変換装置４ｉにおける交直変換のための制御要素である周波数ｆａｃの目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが、対応する交流配線部３ｉに各電力変換装置４ｉが出力する有効電力Ｐａｃに対する周波数ｆａｃの関係に第２の垂下特性を有するように決定される。これにより、負荷変化に伴う交流配線部３ｉにおける有効電力Ｐａｃの変化に応じた電力の授受を複数の配線部３ｉ間で行うことができる。さらに、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆは、直流配線部６における直流電圧Ｖｄｃに応じて補正される。これにより、直流電圧Ｖｄｃが過度に低下または上昇することを抑制し、共通の直流配線部６で接続された複数の電力変換装置４ｉ間の電力の授受をバランスさせることができる。
【００５６】
このようにして、複数の電力変換装置４ｉがそれぞれ直流配線部６における直流電圧Ｖｄｃを勘案しつつ同じ制御態様を実行することにより、それぞれの交流配線部３ｉにおいて出力される電力が制御される。したがって、発電機２ｉまたは配線部３ｉの異常の有無にかかわらず同じ制御態様を実行しつつ、一の発電機２ｉに異常が生じた場合において、各配線部３ｉへの電力供給を継続することができ、配線部３ｉの一部に異常が生じた場合において、他の配線部３ｉに影響を与えないようにすることができる。
【００５７】
この結果、本実施の形態における電源システム１において、故障等、何らかの理由で一の発電機２ｉが停止した場合でも、対応する交流配線部３ｉに接続される負荷５への給電が瞬断されることを防止することができる。また、一の交流配線部３ｉ内に短絡または地絡等の配線異常が生じても、その影響が他の交流配線部３ｉに拡がることを防止することができる。
【００５８】
なお、周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄ、有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄ、および直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄは、制御装置１７ｉ内部で設定された値でもよいし、外部から入力されてもよい。また、各指令値は、固定値でもよいし、後述するように各交流配線部３ｉの周波数ｆａｃに基づいて変化する値としてもよい。
【００５９】
［交流電圧目標値演算部］
本実施の形態において、制御装置１７ｉは、各電力変換装置４ｉに対応する電力変換装置無効電力Ｑａｃに対する交流電圧Ｖａｃの関係が所定の第３の垂下特性を有するように制御要素である交流電圧Ｖａｃの目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを決定するよう構成されている。
【００６０】
交流電圧目標値演算部７５は、有効・無効電力演算部７３で算出された無効電力Ｑａｃに基づいて交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。ここで、交流電圧目標値演算部７５は、無効電力Ｑａｃに対する交流電圧Ｖａｃの関係が所定の第３の垂下特性を有するように交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００６１】
具体的には、交流電圧目標値演算部７５は、所定の無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄに対する無効電力Ｑａｃの偏差に第３の垂下特性に応じたドループ係数Ｄｒ＿ｑを掛けて、交流電圧参照値ΔＶａｃ＿ｒｅｆを算出する。交流電圧目標値演算部７５は、所定の交流電圧指令値Ｖａｃ＿ｃｍｄに、算出された交流電圧参照値ΔＶａｃ＿ｒｅｆを加えて交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００６２】
電圧制御型の駆動信号生成部７６は、交流配線部３ｉの交流電圧Ｖａｃが交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆになるような駆動信号Ｓｏを生成し、電力変換装置４ｉに出力する。
【００６３】
これによれば、有効電力Ｐａｃと周波数ｆａｃとの間の関係だけでなく無効電力Ｑａｃと交流電圧Ｖａｃとの間の関係についても垂下特性を用いた制御が行われる。交流配線部３ｉに発電機２ｉが接続されている場合、交流配線部３ｉに接続される負荷５の無効電力が増大すると、交流配線部３ｉにおける交流電圧Ｖａｃが低下する。このため、交流配線部３ｉにおける交流電圧Ｖａｃと電力変換装置４ｉの交流部４ｉａに出力される交流電圧との間の電圧差が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該電圧差を相殺すべく、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを低下させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する無効電力Ｑａｃが増大する。
【００６４】
一方、交流配線部３ｉに接続される負荷５の無効電力が減少すると、交流配線部３ｉにおける交流電圧Ｖａｃが上昇する。このため、交流配線部３ｉにおける交流電圧Ｖａｃと電力変換装置４ｉの交流部４ｉａに出力される交流電圧との間の電圧差が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該電圧差を相殺すべく、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを上昇させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する無効電力Ｑａｃが減少する。したがって、負荷変化に伴う無効電力Ｑａｃの変化に応じた電力の授受を複数の配線部３ｉ間で行うことができる。
【００６５】
なお、第２の垂下特性および第３の垂下特性は、第１の垂下特性と同じ特性（図３のグラフにおいて同じ傾き）を有するように設定されてもよいし、異なる特性として設定されてもよい。
【００６６】
また、本実施の形態においては、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆについても第３の垂下特性を用いて演算したが、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆについてはこのような演算を行わず固定の目標値としてもよい。
【００６７】
また、交流電圧指令値Ｖａｃ＿ｃｍｄおよび無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄは、制御装置１７ｉ内部で設定された値でもよいし、外部から入力されてもよい。また、各指令値は、固定値でもよいし、後述するように各交流配線部３ｉの周波数ｆａｃに基づいて変化する値としてもよい。
【００６８】
［電流制御型］
図４は、図１に示す電源システムにおける電力変換装置の制御装置が電流制御型の制御装置である場合の制御系の概略構成を示すブロック図である。図４においては一の電力変換装置４ｉに対する一の制御装置１７ｉについてのみ示す。他の電力変換装置４ｉに対する制御装置１７ｉにおいても同様の制御が行われる。電流制御型の制御装置１７ｉは、制御要素として対応する交流配線部３ｉの交流電流Ｉｄ，Ｉｑを用い、電力変換装置４ｉを制御する。より具体的には、電流制御型の制御装置１７ｉは、所定の周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄに対する周波数ｆａｃの偏差に第２の垂下特性を示す係数１／Ｄｒ＿ｐを掛けて有効電力参照値ΔＰａｃ＿ｒｅｆを求める有効電力目標値演算処理によって有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを算出する有効電力目標値演算部７７を備えている。制御装置１７ｉは、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを制御要素の目標値の１つとして対応する電力変換装置４ｉを制御する。
【００６９】
電流制御型の電源システム１においても、電圧制御型の場合と同様に、交流電圧計測器８、交流電流計測器９、および直流電圧計測器１０を備えている。各計測器８，９，１０で検出された各値は、制御装置１７ｉに入力される。制御装置１７ｉは、電圧・周波数・位相演算部７１、電流演算部７２、有効・無効電力演算部７３、有効電力目標値演算部７７、無効電力目標値演算部７８および駆動信号生成部７９の各制御ブロックを備えている。電圧・周波数・位相演算部７１、電流演算部７２および有効・無効電力演算部７３の構成は、電圧制御型と同様であるため説明を省略する。
【００７０】
［有効電力目標値演算部］
有効電力目標値演算部７７は、電圧・周波数・位相演算部７１で算出された周波数ｆａｃに基づいて有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを算出する。ここで、有効電力目標値演算部７７は、対応する交流配線部３ｉに電力変換装置４ｉが出力する有効電力Ｐａｃに対する周波数ｆａｃの関係が所定の第２の垂下特性を有するように周波数目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００７１】
具体的には、有効電力目標値演算部７７は、所定の周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄに対する周波数ｆａｃの偏差に第２の垂下特性に応じたドループ係数１／Ｄｒ＿ｐを掛けて、有効電力参照値ΔＰａｃ＿ｒｅｆを算出する。有効電力目標値演算部７７は、算出された有効電力参照値ΔＰａｃ＿ｒｅｆと所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄとに基づいて有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００７２】
この際、有効電力目標値演算部７７は、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを直流配線部６における直流電圧Ｖｄｃに応じて補正する。より具体的には、有効電力目標値演算部７７は、所定の直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄに対する直流電圧Ｖｄｃの偏差に所定の補正係数（補正ゲイン）（−Ｋｄｃ）を掛けて、有効電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを算出する。有効電力目標値演算部７７は、有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに有効電力参照値ΔＰａｃ＿ｒｅｆおよび有効電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを加算して有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００７３】
［無効電力目標値演算部］
本実施の形態において、制御装置１７ｉは、各電力変換装置４ｉに対応する交流電圧Ｖａｃに対する電力変換装置無効電力Ｑａｃの関係が所定の第３の垂下特性を有するように制御要素である無効電力Ｑａｃの目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆを決定するよう構成されている。
【００７４】
無効電力目標値演算部７８は、電圧・周波数・位相演算部７１で算出された交流電圧Ｖａｃに基づいて無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆを算出する。ここで、無効電力目標値演算部７８は、対応する交流配線部３ｉに電力変換装置４ｉが出力する無効電力Ｑａｃに対する交流電圧Ｖａｃの関係が所定の第３の垂下特性を有するように無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００７５】
具体的には、無効電力目標値演算部７８は、所定の交流電圧指令値Ｖａｃ＿ｃｍｄに対する交流電圧Ｖａｃの偏差に第３の垂下特性に応じたドループ係数１／Ｄｒ＿ｑを掛けて、無効電力参照値ΔＱａｃ＿ｒｅｆを算出する。無効電力目標値演算部７８は、所定の無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄに、算出された無効電力参照値ΔＱａｃ＿ｒｅｆを加えて無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００７６】
［駆動信号生成部］
電流制御型の駆動信号生成部７９には、交流配線部３ｉの交流電流Ｉｄ，Ｉｑ、位相φａｃ、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆおよび無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆが入力される。当該駆動信号生成部７９は、下記式により有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆおよび無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆから交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。
【００７７】
【数５】
2018107959.tif 000007
【００７８】
なお、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆおよび無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆから交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する際には、上記式に代えて式（４）を用いてもよい。
【００７９】
さらに、駆動信号生成部７９は、交流配線部３ｉの交流電流Ｉｄ，Ｉｑが交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆになるような駆動信号Ｓｏを求め、電力変換装置４ｉに出力する。具体的には、駆動信号生成部７９は、下記式により交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆから交流電圧目標値Ｖｄ＿ｒｅｆ，Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。ここで、Ｋｄ，Ｋｑは所定のゲインを表し、Ｔ＿ｉｄ，Ｔ＿ｉｑは、所定の時定数を表す。
【００８０】
【数６】
2018107959.tif 000008
【００８１】
駆動信号生成部７９は、下記式により交流電圧目標値Ｖｄ＿ｒｅｆ，Ｖｑ＿ｒｅｆから三相交流である交流配線部３ｉの各瞬時電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの目標値Ｖａ＿ｒｅｆ，Ｖｂ＿ｒｅｆ，Ｖｃ＿ｒｅｆを算出する。
【００８２】
【数７】
2018107959.tif 000009
【００８３】
電流制御型の制御態様においても、電圧制御型の制御態様と同様の制御結果がもたらされる。交流配線部３ｉに発電機２ｉが接続されている場合、交流配線部３ｉに接続される負荷５の消費電力が増大すると、発電機２ｉの負荷分担が増加し、発電機２ｉが有する第１の垂下特性により発電機２ｉの回転速度ωａｃひいては周波数ｆａｃが低下する。このため、電力変換装置４ｉが出力する交流電圧に対して、交流配線部３ｉにおける交流電圧の進み位相が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該進み位相を相殺すべく、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを上昇させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する有効電力Ｐａｃが増大する。
【００８４】
反対に、交流配線部３ｉに接続される負荷５の消費電力が減少すると、発電機２ｉの負荷分担が低下し、発電機２ｉが有する第１の垂下特性により発電機２ｉの回転速度ωａｃひいては周波数ｆａｃが上昇する。このため、電力変換装置４ｉが出力する交流電圧に対して、交流配線部３ｉにおける交流電圧の遅れ位相が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該遅れ位相を相殺すべく、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆを低下させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する有効電力Ｐａｃが減少する。
【００８５】
ここで、共通の直流配線部６に接続された複数の電力変換装置４ｉの交流配線部３ｉにおける電圧変化に伴い、各電力変換装置４ｉが電力変換を行った結果、直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃが変化した場合、直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄとの偏差に基づいて、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆが補正される。例えば、制御装置１７ｉは、直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃが低下した場合、交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃが同じでも有効電力Ｐａｃが減少するように制御する。反対に、制御装置１７ｉは、直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃが上昇した場合、交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃが同じでも有効電力Ｐａｃが増大するように制御する。
【００８６】
上記構成によれば、発電機２ｉが第１の垂下特性を有するとともに、電力変換装置４ｉにおける交直変換のための制御要素である有効電力Ｐａｃの目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆが、交流配線部３ｉにおける有効電力Ｐａｃに対する周波数ｆａｃの関係に第２の垂下特性を有するように決定される。これにより、負荷変化に伴う有効電力Ｐａｃの変化に応じた電力の授受を複数の配線部３ｉ間で行うことができる。さらに、有効電力目標値Ｐａｃ＿ｒｅｆは、直流配線部６における直流電圧Ｖｄｃに応じて補正される。これにより、直流電圧Ｖｄｃが過度に低下または上昇することを抑制し、共通の直流配線部６で接続された複数の電力変換装置４ｉ間の電力の授受をバランスさせることができる。
【００８７】
このようにして、複数の電力変換装置４ｉがそれぞれ直流配線部６における直流電圧Ｖｄｃを勘案しつつ同じ制御態様を実行することにより、それぞれの交流配線部３ｉにおいて出力される電力が制御される。したがって、電流制御型の制御態様においても、発電機２ｉまたは配線部３ｉの異常の有無にかかわらず同じ制御態様を実行しつつ、一の発電機２ｉに異常が生じた場合において、各配線部３ｉへの電力供給を継続することができ、配線部３ｉの一部に異常が生じた場合において、他の配線部３ｉに影響を与えないようにすることができる。
【００８８】
この結果、本実施の形態における電源システム１において、故障等、何らかの理由で一の発電機２ｉが停止した場合でも、対応する交流配線部３ｉに接続される負荷５への給電が瞬断されることを防止することができる。また、一の交流配線部３ｉ内に短絡または地絡等の配線異常が生じても、その影響が他の交流配線部３ｉに拡がることを防止することができる。
【００８９】
また、有効電力Ｐａｃと周波数ｆａｃとの間の関係だけでなく無効電力Ｑａｃと交流電圧Ｖａｃとの間の関係についても垂下特性を用いた制御が行われる。交流配線部３ｉに接続される負荷５の消費電力が増大すると、発電機２ｉの無効電力分担が増加し、発電機２ｉが有する第１の垂下特性により発電機２ｉが出力する交流電圧Ｖａｃが低下する。このため、交流配線部３ｉにおける交流電圧と電力変換装置４ｉの交流部４ｉａに出力される交流電圧との間の電圧差が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該電圧差を相殺すべく、無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆを上昇させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する無効電力Ｑａｃが増大する。
【００９０】
反対に、交流配線部３ｉに接続される負荷５の消費電力が減少すると、発電機２ｉの無効電力分担が低下し、発電機２ｉが有する第１の垂下特性により発電機２ｉが出力する交流電圧Ｖａｃが上昇する。このため、交流配線部３ｉにおける交流電圧と電力変換装置４ｉの交流部４ｉａに出力される交流電圧との間の電圧差が増大する。これを受けて、制御装置１７ｉは、当該電圧差を相殺すべく、無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆを低下させる。この結果、電力変換装置４ｉが出力する無効電力Ｑａｃが減少する。したがって、無効電力Ｑａｃの変化に伴う交流電圧Ｖａｃの変化に応じた電力の授受を複数の配線部３ｉ間で行うことができる。
【００９１】
なお、電流制御型の制御態様においても、第２の垂下特性および第３の垂下特性は、第１の垂下特性と同じ特性を有するように設定されてもよいし、異なる特性として設定されてもよい。
【００９２】
また、本実施の形態においては、無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆについても第３の垂下特性を用いて演算したが、無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆについてはこのような演算を行わず固定の目標値としてもよい。
【００９３】
また、周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄ、有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄ、直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄ、交流電圧指令値Ｖａｃ＿ｃｍｄおよび無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄは、制御装置１７ｉ内部で設定された値でもよいし、外部から入力されてもよい。また、各指令値は、固定値でもよいし、後述するように各交流配線部３ｉの周波数ｆａｃに基づいて変化する値としてもよい。
【００９４】
［仮想発電機モデル制御型］
図５は、図１に示す電源システムにおける電力変換装置の制御装置が仮想発電機モデル制御の制御装置である場合の制御系の概略構成を示すブロック図である。図５においては一の電力変換装置４ｉに対する一の制御装置１７ｉについてのみ示す。他の電力変換装置４ｉに対する制御装置１７ｉにおいても同様の制御が行われる。仮想発電機モデル制御の制御装置１７ｉは、制御要素として対応する交流配線部３ｉの交流電流Ｉｄ，Ｉｑを用い、電力変換装置４ｉを制御する。
【００９５】
より具体的には、仮想発電機モデル制御型の制御装置１７ｉは、所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに対する有効電力Ｐａｃの偏差に基づく値に第２の垂下特性を示す係数Ｄｒ＿ｐを掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する周波数目標値演算部８０を備えている。制御装置１７ｉは、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆに基づいて算出される電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを制御要素の目標値として対応する電力変換装置４ｉを制御する。この際、制御装置１７ｉは、交流配線部３ｉに仮想の発電機が接続されたと仮定して電力変換装置４ｉの交流部４ｉａに出力する電力を制御する仮想発電機モデル制御を行う。
【００９６】
仮想発電機モデル制御型の電源システム１においても、電圧制御型の場合と同様に、交流電圧計測器８、交流電流計測器９、および直流電圧計測器１０を備えている。各計測器８，９，１０で検出された各値は、制御装置１７ｉに入力される。制御装置１７ｉは、電圧・周波数・位相演算部７１、電流演算部７２、有効・無効電力演算部７３、周波数目標値演算部８０、有効電力補正値演算部８１、内部相差角演算部８２、内部起電圧目標値演算部８３、電流目標値演算部８４および駆動信号生成部８５の各制御ブロックを備えている。電圧・周波数・位相演算部７１、電流演算部７２および有効・無効電力演算部７３の構成は、電圧制御型と同様であるため説明を省略する。
【００９７】
［周波数目標値演算部］
図６は、図５に示す制御装置における周波数目標値演算部の構成を示すブロック図である。図６に示すように、周波数目標値演算部８０は、所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに対する有効電力Ｐａｃの偏差に後述する有効電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを加えた値に第２の垂下特性に応じたドループ係数Ｄｒ＿ｐを掛けた値を算出する。本実施の形態において、周波数目標値演算部８０は、算出された値を一次遅れ演算部８６に入力し、一次遅れ演算を行う。これにより、実際の発電機において生じる慣性モーメントが仮想発電機モデルにおいて模擬される。なお、一次遅れ演算以外の演算処理により発電機において生じる慣性モーメントを模擬してもよい。
【００９８】
さらに、一次遅れ演算部８６から出力された値は、上下限リミッタ８７に入力される。上下限リミッタ８７は、一次遅れ演算部８６から出力された値を所定の上限値と所定の下限値との間に制限して周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆを出力する。なお、周波数目標値演算部８０に、一次遅れ演算部８６および／または上下限リミッタ８７を設けずに、周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆが算出されてもよい。
【００９９】
周波数目標値演算部８０は、上下限リミッタ８７から出力された周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆに所定の周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄを加算して周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【０１００】
［有効電力補正値演算部］
図７は、図５に示す制御装置における有効電力補正値演算部の構成を示すブロック図である。図７に示すように、有効電力補正値演算部８１は、所定の直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄに対する直流電圧Ｖｄｃの偏差に所定の補正係数（補正ゲイン）（−Ｋｄｃ）を掛けて、有効電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを算出する。
【０１０１】
直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄより小さい場合、算出される有効電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐは負の値となる。このため、周波数目標値演算部８０において、電力変換装置４ｉから出力される交流電圧Ｖａｃが減少する方向に補正される。逆に、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄより大きい場合、算出される有効電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐは正の値となる。このため、周波数目標値演算部８０において、電力変換装置４ｉから出力される交流電圧Ｖａｃが増加する方向に補正される。
【０１０２】
［内部相差角演算部］
図８は、図５に示す制御装置における内部相差角演算部の構成を示すブロック図である。図８に示すように、内部相差角演算部８２は、周波数目標値演算部８０で算出された周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆに対する交流配線部３ｉの周波数ｆａｃの偏差を算出し、それを積分器８８に入力する。積分器８８では、当該偏差に単位変換用の係数Ｋｗを掛けた仮想発電機の回転速度を積分することにより、仮想発電機における内部相差角θを算出する。
【０１０３】
［内部起電圧目標値演算部］
図９は、図５に示す制御装置における内部起電圧目標値演算部の構成を示すブロック図である。図９に示すように、内部起電圧目標値演算部８３は、有効・無効電力演算部７３で算出された無効電力Ｑａｃに基づいて交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。ここで、内部起電圧目標値演算部８３は、無効電力Ｑａｃに対する交流電圧Ｖａｃの関係が所定の第３の垂下特性を有するように交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。
【０１０４】
具体的には、内部起電圧目標値演算部８３は、所定の無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄに対する無効電力Ｑａｃの偏差に第３の垂下特性に応じたドループ係数Ｄｒ＿ｑを掛けた値に基づいて交流電圧参照値ΔＶａｃ＿ｒｅｆを算出する。本実施の形態において、内部起電圧目標値演算部８３は、周波数目標値演算部８０と同様に、一次遅れ演算部８９および上下限リミッタ９０を備えている。なお、内部起電圧目標値演算部８３に、一次遅れ演算部８９および／または上下限リミッタ９０を設けずに、交流電圧参照値ΔＶａｃ＿ｒｅｆが算出されてもよい。
【０１０５】
内部起電圧目標値演算部８３は、所定の交流電圧指令値Ｖａｃ＿ｃｍｄに、算出された交流電圧参照値ΔＶａｃ＿ｒｅｆを加えて交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆは、第１の関数演算部９１に入力される。第１の関数演算部９１は、次式に示す演算を行い、内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆを出力する。
【０１０６】
【数８】
2018107959.tif 000010
【０１０７】
上記式で求められる内部起電圧目標値Ｅｆは、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆから、直流配線部６の内部インピーダンスと、直流配線部６と交流配線部３ｉとの間の外部インピーダンスとの和である総合インピーダンス（ｒ，ｘ）による電圧降下を差し引いて求めたものということができる。内部インピーダンスは、例えばテブナンの定理により求めることができる。実際の電動機発電機における内部インピーダンスは一般に非常に小さな値（ほぼゼロ）であるといわれている。外部インピーダンスは電力変換装置４ｉと交流配線部３ｉとの間に設けられたリアクトルと配線抵抗とからなる。交流配線部３ｉに流れる交流電流Ｉａｃは計測されるので、総合インピーダンスが定まれば、交流配線部３ｉの交流電圧Ｖａｃから内部起電圧目標値Ｅｆは逆算により求めることができる。
【０１０８】
［電流目標値演算部］
図１０は、図５に示す制御装置における電流目標値演算部の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、電流目標値演算部８４は、内部相差角演算部８２で算出された内部相差角θと、内部起電圧目標値演算部８３で算出された内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆと、電圧・周波数・位相演算部７１で算出された交流電圧Ｖｄ，Ｖｑとを第２の関数演算部９２に入力する。第２の関数演算部９２は、次式に示す演算を行い、交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを出力する。
【０１０９】
【数９】
2018107959.tif 000011
【０１１０】
上記式で求められる交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆは、交流配線部３ｉの交流電圧Ｖａｃである電源と内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆである電源との間に総合インピーダンスが接続されたと仮定した場合に、総合インピーダンスに流れる電流値である。
【０１１１】
ところで、実際の直流配線部６における内部インピーダンスｒａ，ｘｓはほぼゼロに等しく、総合インピーダンスｒ＝ｒa＋ｒｌ、ｘ＝ｘｓ＋ｘｌはほぼ直流配線部６と交流配線部３ｉとの間の外部インピーダンスｒｌ，ｘｌに等しい。しかしながら、前述のとおり、本実施の形態においては、内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆ、電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ、Ｉｑ＿ｒｅｆを算出するに際して、直流配線部６の内部インピーダンスと、直流配線部６と交流配線部３ｉとの間の外部インピーダンスとの和である総合インピーダンスを用いることとした。
【０１１２】
特に、直流配線部６の内部インピーダンスを仮想的に大きくして、総合インピーダンスを求め、この仮想インピーダンスを用いて内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆ、交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ、Ｉｑ＿ｒｅｆを算出すれば、安定した運転が可能となる。なぜならば、複数の電力変換装置４ｉを並列運転した場合、電力変換装置４ｉ間のわずかな電圧差で大きく出力バランスが崩れてしまうのは、電力変換装置４ｉのインピーダンスが低いためであり、直流配線部６の内部インピーダンスを仮想的に大きくすることにより、電力変換装置４ｉのインピーダンスが高くなり、電圧差による出力バランスが不安定になるのを防止できるからである。例えば、内部インピーダンスが現実的にはほぼゼロのところ、総合インピーダンスにおいて抵抗分を０．１ｐｕ、リアクタンス分を０．４ｐｕとすればかなりの安定化を図ることができる。
【０１１３】
つまり、電流目標値演算部８４は、仮想的な電力変換装置４ｉが内部起電圧目標値演算部８３と内部相差角演算部８２とにより求められた内部起電圧を発生させた場合に、交流配線部３ｉに出力される電流値を推定している。これにより、電力変換装置４ｉの見掛け上のインピーダンスが上昇し、複数の電力変換装置４ｉの並列運転時においてシステムが不安定になることを抑制している。
【０１１４】
［駆動信号生成部］
仮想発電機モデル制御型の駆動信号生成部８５には、交流配線部３ｉの交流電流Ｉｄ，Ｉｑ、位相φａｃおよび交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆが入力される。当該駆動信号生成部８５は、交流配線部３ｉの交流電流Ｉｄ，Ｉｑが交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆになるような駆動信号Ｓｏを生成し、電力変換装置４ｉに出力する。具体的には、駆動信号生成部７９は、電流制御型の駆動信号生成部７９と同様に、交流電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆから交流電圧目標値Ｖｄ＿ｒｅｆ，Ｖｑ＿ｒｅｆを算出し、これらの値から交流配線部３ｉの各瞬時電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの目標値Ｖａ＿ｒｅｆ，Ｖｂ＿ｒｅｆ，Ｖｃ＿ｒｅｆを算出する。
【０１１５】
仮想発電機モデル制御型の制御態様においても、電圧制御型の制御態様と同様の制御結果がもたらされる。すなわち、第２の垂下特性に基づいて交流配線部３ｉに接続される負荷５の消費電力の変化に応じて交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃが変化するような周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが生成される。そして、直流配線部６の直流電圧Ｖｄｃの変化に応じて当該周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが補正される。
【０１１６】
したがって、仮想発電機モデル制御型の制御態様においても、発電機２ｉまたは配線部３ｉの異常の有無にかかわらず同じ制御態様を実行しつつ、一の発電機２ｉに異常が生じた場合において、各配線部３ｉへの電力供給を継続することができ、配線部３ｉの一部に異常が生じた場合において、他の配線部３ｉに影響を与えないようにすることができる。
【０１１７】
また、交流配線部３ｉに電力変換装置４ｉが出力する有効電力Ｐａｃと周波数ｆａｃとの間の関係だけでなく交流配線部３ｉに電力変換装置４ｉが出力する無効電力Ｑａｃと交流電圧Ｖａｃとの間の関係についても垂下特性を用いた制御が行われる。したがって、無効電力Ｑａｃの変化に伴う交流電圧Ｖａｃの変化に応じた電力の授受を複数の配線部３ｉ間で行うことができる。
【０１１８】
なお、仮想発電機モデル制御型の制御態様においても、第２の垂下特性および第３の垂下特性は、第１の垂下特性と同じ特性を有するように設定されてもよいし、異なる特性として設定されてもよい。
【０１１９】
また、本実施の形態においては、無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆについても第３の垂下特性を用いて演算したが、無効電力目標値Ｑａｃ＿ｒｅｆについてはこのような演算を行わず固定の目標値としてもよい。
【０１２０】
また、周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄ、有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄ、直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｃｍｄ、交流電圧指令値Ｖａｃ＿ｃｍｄおよび無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄは、制御装置１７ｉ内部で設定された値でもよいし、外部から入力されてもよい。また、各指令値は、固定値でもよいし、後述するように各交流配線部３ｉの周波数ｆａｃに基づいて変化する値としてもよい。
【０１２１】
［シミュレーション結果］
上記実施の形態の電源システム１におけるシミュレーション結果を以下に示す。本シミュレーションでは、図１に示すように、２つの交流配線部３１，３２のそれぞれに１つの発電機２１，２２および電力変換装置４１，４２が接続されている電源システム１を用いている。発電機２１，２２における有効・無効電力に対する周波数・電圧の垂下特性（第１の垂下特性）を２％とし、電力変換装置４１，４２における有効・無効電力に対する周波数・電圧の垂下特性（第１および第２の垂下特性）を１％（Ｄｒ＿ｐ＝Ｄｒ＿ｑ＝０．０１）、直流電圧Ｖｄｃによる補正のための補正係数（−Ｋｄｃ）を−０．３とする。各電力変換装置４１，４２の容量はそれぞれ４５ｋＷであり、直流配線部６の定格電圧を５４０Ｖとする。
【０１２２】
図１１から図１６は、本実施の形態におけるシミュレーション結果を示すグラフである。各図において、Ｐ１１は、発電機２１が出力する発電機有効電力の変化を示し、Ｐ１２は、電力変換装置４１が交流配線部３１に出力する電力変換装置有効電力の変化を示し、Ｐ２１は、発電機２２が出力する発電機有効電力の変化を示し、Ｐ２２は、電力変換装置４２が交流配線部３２に出力する電力変換装置有効電力の変化を示す。また、ｆ１は、交流配線部３１の周波数の変化を示し、ｆ２は、交流配線部３２の周波数の変化を示し、Ｖｄｃは、直流配線部６の直流電圧の変化を示す。
【０１２３】
図１１は、２つの交流配線部に均等な負荷を接続した場合の有効電力変化を示すグラフであり、図１２は、２つの交流配線部に均等な負荷を接続した場合の周波数および直流電圧の変化を示すグラフである。シミュレーション開始後３秒において、各交流配線部３１，３２にそれぞれ４５ｋＷの負荷を接続した場合のシミュレーション結果を示している。図１１および図１２により、負荷接続による各値の応答が一定値に収束して定常状態となることが示された。この際、２つの交流配線部３１，３２間での電力融通は発生していない。
【０１２４】
図１３は、一方の交流配線部３１に６０ｋＷの負荷を接続し、他方の交流配線部３２に３０ｋＷの負荷を接続した場合の有効電力変化を示すグラフであり、図１４は、一方の交流配線部３１に６０ｋＷの負荷を接続し、他方の交流配線部３２に３０ｋＷの負荷を接続した場合の周波数および直流電圧の変化を示すグラフである。図１３および図１４のシミュレーションにおいてもシミュレーション開始後３秒において負荷を接続する。図１３および図１４に示すように、２つの交流配線部３１，３２に接続される負荷に偏りが生じた場合でも、負荷接続による各値の応答が一定値に収束して定常状態となることが示された。この際、Ｐ１２が増加し、Ｐ２２が減少していることから、電力変換装置４２から電力変換装置４１へ電力の融通が生じていることが分かる。
【０１２５】
図１５は、図１３の定常状態において、一方の発電機２１を交流配線部３１から切り離した場合の有効電力変化を示すグラフであり、図１６は、図１４の定常状態において、一方の発電機２１を交流配線部３１から切り離した場合の周波数および直流電圧の変化を示すグラフである。図１５および図１６において、シミュレーション開始後１０秒において発電機２１が交流配線部３１から切り離されている。このとき、Ｐ１１が０になる一方で、その直後からＰ２１が増加し、それに伴ってＰ１２が増加し、Ｐ２２が減少している。
【０１２６】
このことから、発電機２１が交流配線部３１から切り離された直後に、電力変換装置４２および電力変換装置４１を通じて発電機２２からの電力が交流配線部３１の負荷に供給されていることが分かる。したがって、本実施の形態の電源システム１において、一方の発電機２１が故障等の異常により停止しても、交流配線部３１への電力供給を継続することができるとともに、複数の交流配線部３１，３２間の電力の授受を適切に行うことができることが示された。また、発電機２１が切り離された後、各値の応答が一定値に収束して定常状態となることが示された。したがって、本実施の形態における電源システム１は、安定であることが示された。
【０１２７】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１７は、本発明の実施の形態２に係る電源システムの概略構成を示すブロック図である。実施の形態２において実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。実施の形態２における電源システム１Ｂが実施の形態１の電源システム１と異なる点は、制御装置が、各発電機２ｉの出力が互いに均等になるように、複数の交流配線部３ｉの周波数ｆｉａｃを平均化した値に基づいて、制御要素の目標値の基準となる制御要素の指令値を補正する指令値補正部１０１を備えていることである。
【０１２８】
本実施の形態においては、図１の例と同様に、複数の電力変換装置４ｉに対応して同じ数の制御装置１７ｉが個別に接続されている。そして、電源システム１Ｂは、これらの制御装置１７ｉのそれぞれに指令値補正値を送信する別の１つの制御装置（上位制御装置）１００を備えている。
【０１２９】
図１８は、図１７に示す指令値補正部の一の構成例を示すブロック図である。図１８の例においては、制御装置１７ｉが電圧制御型（図２）または仮想発電機モデル制御型（図５）である場合の指令値補正部１０１の構成例を示している。
【０１３０】
指令値補正部１０１には、複数の交流配線部３ｉの周波数ｆａｃ（図１８においてはｆｉａｃ（ｉ＝１，２，…，ｎ）と表記する）が入力される。入力された複数の周波数ｆｉａｃは、平均値演算部１０２に入力される。平均値演算部１０２は、複数の周波数ｆｉａｃの平均値を出力する。例えば、平均値演算部１０２は、複数の周波数ｆｉａｃを足し合わせた上で交流配線部３ｉの数（足し合わした数）ｎで割った平均値ｆａｃ＿ａｖｅを算出する。
【０１３１】
指令値補正部１０１は、算出された平均値ｆａｃ＿ａｖｅに対する複数の周波数ｆｉａｃのそれぞれの偏差を算出し、当該算出された偏差のそれぞれを積分器１０３に入力する。積分器１０３は、各偏差を積分し、所定の補正係数ｋを掛けた値を各交流配線部３ｉに対応する各電力変換装置４ｉの周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄ（図１８においてはｆｉａｃ＿ｃｍｄと表記する）として出力する。この周波数指令値ｆｉａｃ＿ｃｍｄが電圧制御型の制御装置１７ｉの周波数目標値演算部７４または仮想発電機モデル制御型の制御装置１７ｉの周波数目標値演算部８０に入力される。
【０１３２】
上記シミュレーションで示したように、各交流配線部３ｉに互いに異なる負荷５が接続された場合、電力変換装置４ｉにより交流配線部３ｉ間の電力の授受が行われる結果、各発電機２ｉの出力（発電機有効電力）は互いに均等にならずに定常状態となる（図１３のＰ１１，Ｐ２１参照）。
【０１３３】
そこで、本実施の形態において、各制御装置１７ｉは、定常状態における各交流配線部３ｉの周波数ｆａｃが互いに等しくなるように対応する電力変換装置４ｉを制御する。発電機２ｉは、周波数に対する発電機有効電力の関係において第１の垂下特性を有し、制御装置１７ｉは、周波数ｆａｃに対して電力変換装置４ｉが交流配線部３ｉに出力する電力変換装置有効電力Ｐａｃの関係において第２の垂下特性を有するように電力変換装置４ｉを制御する。すなわち、交流配線部３ｉにおける周波数ｆａｃを制御することにより、発電機２ｉから出力する発電機有効電力を制御することができる。したがって、本実施の形態によれば、複数の配線部３ｉ間における電力の授受を適切に行いつつ、複数の発電機２ｉの出力をバランスさせることができる。
【０１３４】
なお、本実施の形態において、指令値補正部１０１は、制御要素の目標値を生成する制御装置１７ｉとは別の上位制御装置１００の機能ブロックとして構成されている例について説明したが、これに限られない。例えば、指令値補正部１０１は、各制御装置１７ｉ内に設けられてもよい。この場合、例えば平均値演算部１０２を、複数の制御装置１７ｉのうちの１つの制御装置に設け、その他の制御装置１７ｉは、当該１つの制御装置から入力される周波数平均値に基づいて周波数指令値ｆｉａｃ＿ｃｍｄを算出するように構成されてもよい。
【０１３５】
また、複数の制御装置１７ｉのうちの１つの制御装置にのみ指令値補正部１０１が設けられ、その他の制御装置１７ｉには、当該１つの制御装置で算出された対応する周波数指令値ｆｉａｃ＿ｃｍｄが入力されるように構成されてもよい。
【０１３６】
また、本実施の形態において、図１７に示すように、各交流配線部３ｉの周波数ｆｉａｃは、対応する制御装置１７ｉから取得するように構成される。これに代えて、上位制御装置１００は、各交流配線部３ｉの周波数ｆｉａｃを交流電圧計測器８から取得した交流電圧に基づいて取得する（上位制御装置１００が電圧・周波数・位相演算部７１を備える）構成としてもよい。
【０１３７】
また、本実施の形態における指令値補正部１０１は、電流制御型の制御装置１７ｉに対しても適用可能である。積分器１０３の補正係数ｋの値を適切に設定することにより、各積分器１０３の出力を有効電力指令値Ｐｉａｃ＿ｃｍｄとすることができる。
【０１３８】
［適用例１］
以下、上記実施の形態における電源システム１，１Ｂの適用例についていくつか例示する。なお、以下の適用例では、実施の形態１における電源システム１の適用例について例示するが、実施の形態２における電源システム１Ｂについても同様に適用可能である。
【０１３９】
まず、電源システム１を航空機の電源システムとして適用した場合について説明する。図１に示すような、２つの発電機２１，２２として、航空機の発電機として用いられる変速機内蔵型発電機(ＩＤＧ： Integrated Drive Generator)を適用して電源システムを構成することができる。ＩＤＧは、航空機の主エンジンからの動力が入力される定速駆動制御装置（ＣＳＤ： Constant Speed-Drive unit、図示せず）を有しており、主エンジンの回転数に拘わらず、発電機の回転数（周波数）を一定の目標値に保持することができる。
【０１４０】
このようなＩＤＧを、上記実施の形態における電源システム１の発電機２ｉとして用いて電源システムを構築することにより、各発電機（ＩＤＧ）２ｉに接続された交流配線部３ｉ間で電力の授受を適切に行うことができる。また、発電機２ｉまたは交流配線部３ｉの異常の有無にかかわらず各制御装置１７ｉにおいて同じ制御態様を実行しつつ、一の発電機２ｉに異常が生じた場合において、各配線部３ｉへの電力供給を継続することができ、配線部３ｉの一部に異常が生じた場合において、他の配線部３ｉに影響を与えないようにすることができる。
【０１４１】
なお、電源システム１を航空機等の実際のシステムに適用する際には、直流配線部６と各電力変換装置４ｉの直流部４ｉｄとの間に遮断器（後述する図１９の遮断器１１１〜１１４参照）を設け、複数の発電機２ｉの接続または遮断を適宜変更可能としてもよい。
【０１４２】
［適用例２］
図１９は、実施の形態１における電源システムの航空機への適用例の１つを説明するブロック図である。図１９における電源システム１Ｃは、それぞれが個別の交流配線部３１，３２，３３，３４に接続される４つの発電機２１，２２，２３，２４を備えている。各発電機２１〜２４として適用例１と同様のＩＤＧが用いられている。また、交流配線部３１が接続される電力変換装置４１の直流部４１ｄと交流配線部３２が接続される電力変換装置４２の直流部４２ｄとの間に直流配線部６１が接続されるとともに、交流配線部３３が接続される電力変換装置４３の直流部４３ｄと交流配線部３４が接続される電力変換装置４４の直流部４４ｄとの間に直流配線部６２が接続される。これら２つの直流配線部６１，６２同士がバイパス回路６３を介して接続されている。バイパス回路６３には、遮断器１１５が設けられている。また、直流配線部６１，６２と各電力変換装置４ｉの直流部４ｉｄとの間には、遮断器１１ｉ（１１１，１１２，１１３，１１４）が設けられている。
【０１４３】
本適用例においても適用例１と同様に、最大４つの発電機２ｉで４つの交流配線部３ｉの負荷５を分担することができる。また、これにより、負荷急変時の電圧および周波数変動が抑制される。また、何れかの発電機２ｉが停止しても他の発電機２ｉによりすべての負荷５に電力供給を継続することが可能である。さらに、バイパス回路６３および／または各遮断器１１ｉの接続または遮断を切り替えることにより、一の交流配線部３ｉに接続される負荷５を一の発電機２ｉで負担するか複数の発電機２ｉで負担するか等の電源システム１Ｃの構成変更を容易に行うことができる。
【０１４４】
［適用例３］
図２０は、実施の形態１における電源システムの航空機への適用例の１つを説明するブロック図である。図２０における電源システム１Ｄは、適用例２における発電機２２，２４においてＩＤＧの代わりに補助動力装置（ＡＰＵ）２２Ａ，２４Ａが接続されている。発電機２１，２３はＩＤＧとして構成される。補助動力装置２２Ａ，２４Ａには、上記実施の形態と同様の電力変換装置４２Ａ，４４Ａが接続されているが、補助動力装置２２Ａ，２４Ａと電力変換装置４２Ａ，４４Ａとの間には交流ＢＵＳおよび負荷５は接続されていない。
【０１４５】
本適用例において、ＩＤＧ２１，２３は、それぞれ対応する交流配線部３１，３３に接続される負荷５に対して電力供給を行う。ＩＤＧ２１，２３の停止中、交流配線部３１，３３には、ＡＰＵ２２Ａ，２４Ａが対応する交流配線部３１，３３に接続される負荷５に対して継続的に電力供給を行う。また、バイパス回路６３の遮断器１１５を閉成することにより、ＩＤＧ２１および／またはＡＰＵ２２Ａから交流配線部３３に接続される負荷５への電力供給を行うこともできるし、ＩＤＧ２３および／またはＡＰＵ２４Ａから交流配線部３１に接続される負荷５への電力供給を行うこともできる。
【０１４６】
従来のスプリット方式では主エンジン始動時、ＡＰＵ２２Ａ，２４Ａを用いて負荷５への電力供給を行った状態で、主エンジンを始動することによりＩＤＧ２１，２３を起動し、負荷５への電力供給源をＡＰＵ２２Ａ，２４ＡからＩＤＧ２１，２３に切り替える制御を行う場合がある。主エンジンを停止する際には逆の制御が行われ得る。このような発電機の切替を行う際、従来であれば無瞬断切替等の操作が別途必要となっていた。しかし、上記実施の形態における電源システムを適用することにより、主エンジン始動時および停止時の操作が容易になる。
【０１４７】
［適用例４］
図２１は、実施の形態１における電源システムのハイブリッド推進船への適用例の１つを説明するブロック図である。本適用例における電源システム１Ｅは、図１に示す電源システム１における発電機２１をディーゼル発電機とし、発電機２２をガスタービン発電設備としたものである。さらに、電源システム１Ｅにおいて、発電機２２が接続される交流配線部３２と電力変換装置４２との間には、変圧器１２０が設けられている。ハイブリッド推進船は、発電機２２と比較して小容量のディーゼル発電機２１および交流配線部３１を主に船内電源系統として使用し、発電機２１と比較して大容量のガスタービン発電設備２２および交流配線部３２を主に推進補助のために使用する。このような異なる種類の発電機２１，２２を有する電源システム１Ｅにおいても運用状態に応じて２つの交流配線部３１，３２間で電力の授受を行うことができる。これにより、ハイブリッド推進船において、一方の発電機２１，２２を停止させる等、運用方法の自由度を高くすることができる。
【０１４８】
なお、本適用例のように、異なる種類の発電機２１，２２において上記実施の形態の電源システムを適用する場合であって、発電機２１，２２の容量差が大きい場合には、上述したような変圧器１２０が設けられる。例えば、発電機２１の定格電圧が４５０Ｖで、発電機２２の定格電圧が６．６ｋＶである場合、変圧器１２０は、発電機２２が出力し、交流配線部３２の電圧を発電機２１の定格電圧とほぼ同じ電圧に降圧するように構成される。これにより、電力変換装置４１，４２が各交流配線部３１，３２に出力する交流電圧Ｖａｃの差が大きくならないようにすることができる。
【０１４９】
［その他の変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【０１５０】
例えば、上記実施の形態においては、電源システムが適用される交流配線部３ｉが三相系統である場合について説明したが、これに限られない。例えば、交流配線部３ｉが単相二線系統または単相三線系統の場合であっても、各種演算の方法が系統の方式に応じて異なることを除いて同様の電源システムを構築可能である。
【０１５１】
また、上記実施の形態においては、１つの交流配線部３ｉに１つの発電機２ｉが接続された例について説明したが、１つの交流配線部３ｉに２以上の発電機２ｉが接続されてもよい。
【０１５２】
また、上記適用例においては、主に航空機またはハイブリッド推進船に適用できる旨説明したが、上記実施の形態の電源システムは、複数の発電機を備えた電源システムであれば、好適に適用可能である。例えば、上記実施の形態の電源システムを、通常船舶等の移動体電源システム、自家発電システム等に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明は、それぞれが少なくとも１つの発電機を含む複数の配線部が互いに接続された電源システムにおいて、一の発電機に異常が生じた場合において、各配線部への電力供給を継続し、配線部の一部に異常が生じた場合において、他の配線部に影響を与えないようにするために有用である。
【符号の説明】
【０１５４】
１，１Ｂ  電源システム
２ｉ（ｉ＝１，２，…）  発電機
３ｉ  交流配線部
４ｉ  電力変換装置
６，６１，６２  直流配線部
１７ｉ  制御装置
７４，８０  周波数目標値演算部
７５  交流電圧目標値演算部
７７  有効電力目標値演算部
７８  無効電力目標値演算部
１０１  指令値補正部
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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