(57)【要約】【課題】電力系統からの高調波による共振が発生することを抑制することができる電源システム及び制御装置を提供すること。【解決手段】実施形態の電源システムは、複数の電力変換装置と、複数の遮断器と、制御部とを持つ。複数の遮断器は、前記複数の電力変換装置にそれぞれ接続され、オン状態とオフ状態を切り替えることにより前記電力変換装置と電力系統との電気的な接続の切り替えを行う。制御部は、前記遮断器を制御して、前記複数の電力変換装置の接続状態を切り替えると共に、接続された前記遮断器がオン状態であることによって前記電力系統と導通している状態であり、且つ待機状態の前記電力変換装置が所定の台数となるか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置にそれぞれ接続され、オン状態とオフ状態を切り替えることにより前記電力変換装置と電力系統との電気的な接続の切り替えを行う複数の遮断器と、
前記遮断器を制御して、前記複数の電力変換装置の接続状態を切り替えると共に、接続された前記遮断器がオン状態であることによって前記電力系統と導通している状態であり、且つ待機状態の前記電力変換装置が所定の台数となるか否かを判定する制御部と、を備える、
電源システム。
【請求項２】
前記制御部は、待機状態の前記電力変換装置が所定の台数になると判定した場合に、前記遮断器を制御して、待機状態の前記電力変換装置の台数を変更する、
請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御部は、待機状態の前記電力変換装置が所定の台数になると判定した場合に、前記電力変換装置を制御して、待機状態の前記電力変換装置を稼働状態にする、
請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項４】
複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置にそれぞれ接続され、オン状態とオフ状態を切り替えることにより前記電力変換装置と電力系統との電気的な接続の切り替えを行う複数の遮断器と、
前記電力系統に影響する高調波電圧または高調波電流のうち少なくとも一方を検出する検出装置と、
前記遮断器を制御して、前記複数の電力変換装置の接続状態を切り替えると共に、前記検出装置により検出された前記高調波電圧または前記高調波電流の強度が所定値以上であるか否かを判定する制御部と、を備える、
電源システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記検出装置により検出された前記高調波電圧または前記高調波電流の強度が所定値以上であると判定した場合に、前記遮断器を制御して、待機状態の前記電力変換装置の台数を変更する、
請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記検出装置により検出された前記高調波電圧または前記高調波電流の強度が所定値以上となった場合に、前記電力変換装置を制御して、待機状態の前記電力変換装置を稼働状態にする、
請求項４または５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記制御部は、待機状態から稼働状態にした前記電力変換装置により出力された有効電力を減ずるように他の稼働状態の前記電力変換装置に指示する、
請求項３または６に記載の電源システム。
【請求項８】
前記制御部は、待機状態から稼働状態にした前記電力変換装置により出力された無効電力を、減ずるように他の稼働状態の前記電力変換装置に指示する、
請求項３または６に記載の電源システム。
【請求項９】
電力系統に対して、前記複数の前記電力変換装置と並列に１つまたは複数のフィルタ回路を更に備える、
請求項１または４に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記電力系統と前記フィルタ回路との接続状態を変更するフィルタ接続装置を更に備え、
前記制御部は、待機状態の前記電力変換装置の台数が所定の台数になった場合、または高調波電圧または高調波電流のうち少なくとも一方を検出する検出装置により検出された前記高調波電圧または前記高調波電流の強度が所定値以上になった場合、
前記フィルタ接続装置の接続状態を変更する、
請求項９に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記電力系統に影響する高調波電圧または高調波電流のうち少なくとも一方を表示する表示部を更に備える、
請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記電力変換装置を稼働状態にする際、稼働状態の複数の前記電力変換装置の台数が前記電力系統に生じる高調波共振が発生する所定の台数とならないように前記遮断器を制御して、前記台数を調整する、
請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１３】
複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置にそれぞれ接続され、オン状態とオフ状態を切り替えることにより前記電力変換装置と電力系統との電気的な接続の切り替えを行う複数の遮断器と、を備え、
前記複数の遮断器は、待機状態の前記電力変換装置が所定の台数とならないように接続が切り替わる、
電源システム。
【請求項１４】
複数の電力変換装置にそれぞれ接続され、オン状態とオフ状態を切り替えることにより前記電力変換装置と電力系統との電気的な接続の切り替えを行う複数の遮断器と接続される接続端子と、
前記接続端子を介して前記複数の遮断器を制御して、前記複数の電力変換装置の接続状態を切り替えると共に、待機状態の前記電力変換装置が所定の台数となるか否かを判定する制御部と、を備える、
制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源システム及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の電源装置にそれぞれ接続された複数の電力変換装置を電力系統に対して並列に接続された電源システムが知られている。複数の電力変換装置を備える電源システムにおいて、待機状態の電力変換装置が所定の台数となった場合、電力系統側から流入する高調波成分が所定の台数の待機状態の電力変換装置と共振し、共振により増幅された高調波成分によって不都合が生じる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、電力系統からの高調波による共振が発生することを抑制することができる電源システム及び制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の電源システムは、複数の電力変換装置と、複数の遮断器と、制御部とを持つ。複数の遮断器は、前記複数の電力変換装置にそれぞれ接続され、オン状態とオフ状態を切り替えることにより前記電力変換装置と電力系統との電気的な接続の切り替えを行う。制御部は、前記遮断器を制御して、前記複数の電力変換装置の接続状態を切り替えると共に、接続された前記遮断器がオン状態であることによって前記電力系統と導通している状態であり、且つ待機状態の前記電力変換装置が所定の台数となるか否かを判定する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の電力システム１の構成の一例を示す図。
【図２】実施形態のＰＣＳフィルタ１３の等価回路図の一例を示す図。
【図３】実施形態の待機状態にある電力変換装置１４が所定の台数になった状態を示す図。
【図４】実施形態の待機状態にある電力変換装置１４の台数を変更する状態を示す図。
【図５】実施形態の待機状態の電力変換装置１４の台数を変更するために参照されるテーブル１００の一例を示す図。
【図６】実施形態の待機状態の電力変換装置１４を稼働状態にする状態を示す図。
【図７】実施形態の電源システム１０において実行される処理を示すフローチャート。
【図８】実施形態の電源システム１０の周波数−インピーダンス特性（ｆ−Ｚ特性）を示す概念図。
【図９】実施形態の高調波共振が発生しない状態の電力変換装置１４の交流端の電圧波形を示す図。
【図１０】実施形態の待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となった場合の電源システム１０におけるｆ−Ｚ特性を示す図。
【図１１】実施形態の高調波共振が発生した状態の電力変換装置１４の交流端の電圧波形を示す図。
【図１２】実施形態の待機状態の電力変換装置１４の台数を変更した電源システム１０におけるｆ−Ｚ特性を示す図。
【図１３】実施形態の共振周波数がずれて高調波共振が発生しない状態の電力変換装置１４の交流端の電圧波形を示す図。
【図１４】実施形態の電源システム１０Ａの構成の一例を示す図。
【図１５】実施形態の電源システム１０Ａにおいて実行される処理を示すフローチャート。
【図１６】実施形態の電源システム１０Ｂの構成の一例を示す図。
【図１７】実施形態の電源システム１０Ｂにおいて、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となった状態を示す図。
【図１８】実施形態の電源システム１０Ｂにおいて、フィルタ回路２０を動作させた状態を示す図。
【図１９】実施形態の電源システム１０において実行される処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の電源システム及び制御装置を、図面を参照して説明する。電源システムは、例えば、数十［ＭＷ］級の出力を持つ大規模蓄電池システム、大規模太陽光発電システム、及び大規模風力発電システム等の大規模電源システムである。電源システム１０は、多数台の蓄電池や発電装置を系統に連系するため、数百［ｋＷ］〜数［ＭＷ］級の複数の電力変換装置(PCS：Power Conditioning Subsystem)を並列接続して構成されている。
【０００８】
以下の説明では、蓄電システムが大規模蓄電池システムに適用されたものとして説明するが、蓄電池を太陽光発電装置（ＰＶ）や風力発電装置に置き換えることで、大規模太陽光発電システムや大規模風力発電システムに適用することができる。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、電源システム１０の構成の一例を示す図である。電源システム１０は、例えば、複数の電源装置Ｕ−１〜Ｕ−ｎ（ｎ：自然数）と、制御部１６と、連系トランス１７とを備える。電源システム１０は、電力系統１に系統接続端２を介して接続される。電力系統１及び電源システム１０は、例えば、基本周波数が５０〜６０［Ｈｚ］の三相交流を伝送する。図１では、電力系統１及び電源システム１０は、三相を仮想的に１本の線で表現している。複数の電源装置Ｕ−１〜Ｕ−ｎは、電力系統１に電力を供給する。
【００１０】
複数の電源装置Ｕ−１〜Ｕ−ｎは、例えば、連系トランス１７の手前で集約され、連系トランス１７を介して電力系統１に対して並列に接続されている。複数の電源装置Ｕ−１〜Ｕ−ｎのそれぞれは、同様の構成を備えているため、以下では代表して電源装置Ｕ−ｎについて説明する。電源装置Ｕ−ｎは、昇圧トランス１１−ｎと、４個の遮断器１２−ｎ１〜１２−ｎ４と、４個のＰＣＳフィルタ１３−ｎ１〜１３−ｎ４と、４個の電力変換装置１４１４−ｎ１〜１４−ｎ４と、４個の蓄電池１５−ｎ１〜１５−ｎ４とを備える。
【００１１】
昇圧トランス１１−ｎは、電源装置Ｕ−ｎの中で最も電力系統１側に設けられており、昇圧トランス１１−ｎに近い側から順に、遮断器１２−ｎ１、ＰＣＳフィルタ１３−ｎ１、電力変換装置１４−ｎ１、および蓄電池１５−ｎ１が直列に接続されている。昇圧トランス１１ｎに対してこれらと並列に、遮断器１２−ｎｋ、ＰＣＳフィルタ１３−ｎｋ、電力変換装置１４−ｎｋ、および蓄電池１５−ｎｋがそれぞれ直列に接続されている（ｋ＝２〜ｑ；図１ではｑ＝４）。
【００１２】
以下、電源装置Ｕ−１〜Ｕ−ｎを互いに区別しない場合は単に電源装置Ｕと称し、電源装置Ｕの各構成を互いに区別しない場合は、昇圧トランス１１、遮断器１２、ＰＣＳフィルタ１３、電力変換装置１４、蓄電池１５と称する。
【００１３】
昇圧トランス１１は、電力変換装置１４により出力される電圧（３００［Ｖ］）を、例えば、６．６［ｋＶ］に昇圧して電力系統１側に出力する。昇圧トランス１１による昇圧によって、出力される電圧を高める一方、出力される電流値を低くして必要な電力を確保し、連系トランス１７に接続される電線の幅が細く構成される。
【００１４】
遮断器１２は、例えば、半導体遮断器である。遮断器１２は、後述の制御部１６によって制御され、オン／オフ状態を切り替えることにより電力変換装置１４と電力系統１との電気的な接続の切り替えを行う。遮断器１２がオン状態であることによって電力変換装置１４は、電力系統１と導通している状態となる。
【００１５】
ＰＣＳフィルタ１３は、電力変換装置１４のスイッチングによって発生した、電力変換装置１４自身の高調波成分のノイズを吸収するための受動フィルタ回路である。図２は、ＰＣＳフィルタ１３の等価回路図である。ＰＣＳフィルタ１３は、例えば、ＵＶＷ相のそれぞれに直列に接続されたリアクトルＬ１，Ｌ２とキャパシタＣで構成されたＬ−Ｃ−ＬのＴ型のフィルタ回路である。なお、フィルタ回路の形態はＴ型回路に限るものではない。
【００１６】
図１に再び戻り、電力変換装置１４は、蓄電池１５により出力される直流の電力を交流に変換して電力系統１側に出力する。電力変換装置１４の交流端の電圧は、例えば、３００［Ｖ］となる。電力変換装置１４は、後述の制御部１６によって制御される。蓄電池１５は、例えば、充放電可能な二次電池である。
【００１７】
制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、以下に説明する制御部１６は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
【００１８】
制御部１６は、例えば、外部からの指令信号に基づいて、電源システム１０の全体を制御する。制御部１６は、例えば、電力需給に従って送信された指令信号に基づいて電源システム１０を制御する。制御部１６は、例えば、遮断器１１及び電力変換装置１４を制御する。制御部１６は、通信線Ｋを介して電力変換装置１４の接続状態を切り替える。制御部１６は、通信線Ｋを介して複数の電力変換装置１４に運転指令を出力する。
【００１９】
制御部１６は、オン信号を遮断器１１に送信して遮断器１１をオン状態（導通状態、閉止状態）とし、電力変換装置１４と電力系統１側とを接続する。制御部１６は、オフ信号を遮断器１１に送信して遮断器１１をオフ状態（遮断状態、開放状態）とし、電力変換装置１４と電力系統１側とを遮断する。
【００２０】
このように、制御部１６は、遮断器１２を制御して複数の電力変換装置１４のオン／オフを制御すると共に、待機状態と稼働状態とを切り替える。待機状態とは、遮断器１２をオン状態にしたままで電力変換装置１４が出力０［ｋＷ］の状態で電力変換を行わない状態である（オン待機状態）。稼働状態とは、電力変換装置１４を制御して電力を入出力させ、充放電運転を行うことである。そして、制御部１６は、稼働状態の電力変換装置１４の入出力の値を制御する。
【００２１】
連系トランス１７は、昇圧トランス１１により出力される電圧（例えば、６．６［ｋＶ］）を、より高い電圧（例えば、６６［ｋＶ］）に昇圧して電力系統１に出力する。上記の装置構成は一例であり、構成要素の個数等、上記の内容に限るものではない。
【００２２】
次に電源システム１０で発生する高調波共振について説明する。電源システム１０の制御において、電力変換装置１４がオン待機状態にあるものとする。
【００２３】
複数の電力変換装置１４を備える電源システム１０では、所定の台数の電力変換装置１４の出力が０［ｋＷ］でオン待機状態となっている場合、電力系統１側から流入する高調波成分が電力変換装置１４において共振により増幅され、電力変換装置１４が停止する等の不都合が生じる可能性がある。
【００２４】
この現象は、電源システム１０における電力系統１の系統接続端２と電力変換装置１４の出力端の間に接続される変圧器（連系トランス１７、昇圧トランス１１）、ケーブル、ＰＣＳフィルタ１３のインピーダンス成分により、共振回路が形成されることに起因する。この共振は、基本周波数に対して低次（５次〜９次程度）の高調波に相当する２５０〜４５０Ｈｚの周波数領域において共振が発生することが確認されている。
【００２５】
複数の電力変換装置１４が待機状態の場合、ＰＣＳフィルタ１３の電力変換装置１４側はオフ状態と見なすことができ、複数のＰＣＳフィルタ１３はインダクタンス成分とキャパシタンス成分を有する直列回路と見なすことができる。従ってＰＣＳフィルタ１３により、直列共振が発生する。
【００２６】
また、電力系統１に接続された電源システム１０では、電力系統１に接続された系統接続端２の電圧が電力変換装置１４の出力端の電圧よりも高いため、系統接続端２と電力変換装置１４の間に昇圧用に変圧器（連系トランス１７、昇圧トランス１１）が設置される。そのため、電源システム１０内のＰＣＳフィルタ１３以外の回路要素として変圧器の漏れインダクタンス等が存在する。漏れインダクタンスがあると、共振周波数においてインピーダンスが大きくなる。
【００２７】
そして、電源システム１０では、ＰＣＳフィルタ１３を備える電力変換装置１４が並列に接続されている。電源システム１０において、ＰＣＳフィルタ１３の並列接続数が増えると、ＰＣＳフィルタ１３中のインダクタンス（Ｌ）は並列数に反比例して小さくなる一方、キャパシタンス（Ｃ）は並列数に比例して大きくなる。ここで、ＬＣ回路の共振周波数は１／｛２π（ＬＣ）１／２｝により決定される。
【００２８】
電源システム１０においては、電力変換装置１４の並列接続数の増加によるインダクタンスの減少幅より、キャパシタンスの増加幅の方が大きくなり、電力変換装置１４の並列接続数の増加に伴って１／｛２π（ＬＣ）１／２｝の値は減少する。このとき、電源システム１０の共振周波数の値は低周波数側に移動する。
【００２９】
電力変換装置１４の並列接続数の増加によって、電源システム１０の共振周波数が変化し、電源システム１０の共振周波数が基本周波数に対して５次〜９次程度の高調波の領域内に移動した場合、電力系統１側に残存する高調波の成分により共振が誘発され、電力変換装置１４が異常検出により停止する可能性がある。
【００３０】
ただし、上記の説明は、電力変換装置１４に接続されるＰＣＳフィルタ１３、昇圧トランス１１がそれぞれ同一の定数を持つことを前提としているため、複数の種類のＰＣＳフィルタや昇圧トランスが存在する場合は、電力変換装置１４の並列数の変化に伴って共振周波数が必ずしも低下するとは限らない。しかしながら、多くの場合は、電源システム１０の１／｛２π（ＬＣ）１／２｝の値が変化するため、共振周波数の移動が発生し、高調波共振が発生するリスクが存在する。
【００３１】
次に、電源システム１０における高調波共振の発生を低減する手法について説明する。
【００３２】
図３は、待機状態にある電力変換装置１４が所定の台数になった状態を示す図である。電源システム１０において高調波共振が発生する電力変換装置１４の所定の台数の範囲が、予めａ台以上ｂ台以下であることが分かっているものとする（ａ＜ｂ）。このとき、電力変換装置１４の台数（＝ｃ）がａ≦ｃ≦ｂの範囲内となった場合、電源システム１０において高調波共振が発生する。
【００３３】
図示するように、この状態の電源システム１０は、ｍ台の電源装置Ｕ−１〜Ｕ−ｍが待機状態にある。このとき、電源装置Ｕ−１〜Ｕ−ｍのそれぞれの遮断器１２は、オン状態であり、４ｍ（＝ｃ）台の電力変換装置１４が待機状態となっている。そして、それ以外の電源装置Ｕ−ｍ＋１〜Ｕ−ｎの遮断器１２は、オフ状態となっている。
【００３４】
制御部１６は、電源システム１０において、高調波共振の発生を低減するために、待機状態の電力変換装置１４の台数を計算し、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となるか否かを判定する。
【００３５】
図４は、待機状態にある電力変換装置１４の台数を変更する状態を示す図である。待機状態にある電力変換装置１４の台数を変更する場合、いくつかの制御パターンが考えられる。以下、制御部１６による制御パターンについて説明する。
【００３６】
（１）制御部１６が外部からの指令信号に基づいて待機状態の電力変換装置１４の台数を制御していると、高調波共振を発生する所定の台数になる場合がある。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４の台数を制御すると共に、待機状態の電力変換装置１４の台数を計算する。制御部１６は、計算結果に基づいて、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数になったと判定した場合、遮断器１２を制御して、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する。
【００３７】
（２）制御部１６が外部からの指令信号に基づいて、待機状態の電力変換装置１４の台数を順次変更していると、次に行おうとする制御の段階において待機状態の電力変換装置１４の台数が高調波共振を発生する所定の台数になる場合がある。制御部１６は、外部からの指令信号に基づいて、待機状態の電力変換装置１４の台数を制御すると共に、次に行おうとする制御の段階における待機状態の電力変換装置１４の台数を計算する。
【００３８】
制御部１６は、次に行おうとする制御の段階における待機状態の電力変換装置１４が所定の台数になると判定した場合、遮断器１２を制御して、所定の台数をスキップするように待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する。即ち、制御部１６は、所定の台数になる前に待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する。
【００３９】
（３）制御部１６は、ある出力（起動時のゼロ状態を含む）から定常状態の出力に向けて出力を増加（又は減少）させる場合、予め定められた台数増加スケジュールに従って所定の台数をスキップして電力変換装置１４の台数を変更してもよい。このとき制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数にならないように、所定の台数が予め記録されたテーブルに基づいて、所定の台数となる遮断器１２の制御をスキップするようにしてもよい。
【００４０】
図５は、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更するために参照されるテーブル１００の一例を示す図である。テーブル１００において、所定の台数の指令値が予め設定されていない。テーブル１００を参照する場合、制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となるか否かを判定しなくてもよい。
【００４１】
上記の方法の他、制御部１６は、電力変換装置１４を制御して、待機状態の電力変換装置１４を稼働状態にして待機状態の電力変換装置１４の台数を変更してもよい。図６は、待機状態の電力変換装置１４を稼働状態に変更する状態を示す図である。
【００４２】
上記のように待機状態の電力変換装置１４の台数を変更した結果、電源システム１０から出力される電力値が目標値と異なる場合がある。このため、制御部１６は、以下のような調整を行う。
【００４３】
稼働状態に変更した電力変換装置１４によって出力される電力が過剰となる場合、制御部１６は、例えば、稼働状態の複数の電力変換装置１４に充放電を行わせて、電源システム１０から出力される電力の値を調整してもよい。例えば、制御部１６は、稼働状態に変更した電力変換装置１４から出力される電力の増加分を他の稼働状態の電力変換装置１４に充電させることによって相殺させてもよい。
【００４４】
電力の相殺には、電気エネルギーの消費を伴う有効電力を調整する方法と、電気エネルギーの消費を伴わない無効電力を調整する方法とがある。
【００４５】
有効電力を調整する場合、制御部１６は、待機状態から稼働状態にした電力変換装置１４により出力された有効電力を、充電によって減ずるように他の稼働状態の電力変換装置１４に指示し、有効電力の増加分を相殺させる。
【００４６】
例えば、制御部１６は、電源装置Ｕ−ｍにおいて、２個の電力変換装置１４−ｍ１と電力変換装置１４−ｍ２とを制御して１００［ｋＷ］の電力を放電させ、残りの２個の電力変換装置１４−ｍ３と電力変換装置１４−ｍ４とを制御して１００［ｋＷ］の電力を充電させる。
【００４７】
また、無効電力を調整する場合、制御部１６は、待機状態から稼働状態にした電力変換装置１４により出力された無効電力を、減ずるように他の稼働状態の電力変換装置１４に指示し、稼働中の電力変換装置１４の間で互いの無効電力を相殺させる。
【００４８】
例えば、制御部１６は、電源装置Ｕ−ｍにおいて、２個の電力変換装置１４−ｍ１と電力変換装置１４−ｍ２を制御して１００［ｋｖａｒ］の進み無効電力を出力させ、残りの２個の電力変換装置１４−ｍ３と電力変換装置１４−ｍ４とを制御して１００［ｋｖａｒ］の遅れ無効電力を出力させ、互いの無効電力を相殺させる。
【００４９】
次に、電源システム１０において実行される上記の処理の流れについて説明する。図７は、電源システム１０において実行される処理を示すフローチャートである。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４の台数を計算する（ステップＳ１００）。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数になると判定した場合、遮断器１２を制御して、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する（ステップＳ１２０）。
【００５０】
次に、上記の制御を行った場合の電源システム１０における共振について説明する。図８は、電源システム１０の電力変換装置１４が全てオン状態となった場合（図１参照）の系統接続端２を基準とした電源システム１０の周波数−インピーダンス特性（ｆ−Ｚ特性）を示す概念図である。
【００５１】
この状態では、待機状態の電力変換装置１４が無く、ｆ−Ｚ特性における共振周波数は、高調波の含有率が高い５次と７次の周波数の間に位置しているため、電源システム１０に高調波共振は起こらない。そして、この時の電力変換装置１４の交流端では、高調波共振による電圧波形の乱れが生じない。図９は、高調波共振が発生しない状態の電力変換装置１４の交流端の電圧波形を示す図である。
【００５２】
次に、電力変換装置１４が全てオン状態から電源システム１０の一部の電力変換装置１４がオフ状態となった状態（図１の状態から図３の状態）を考える。この時、電源システム１０において、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となったものとする。
【００５３】
図１０は、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となった場合の電源システム１０におけるｆ−Ｚ特性を示す図である。この状態では、例えば、共振周波数が高周波側にシフトし、共振周波数が７次高調波の周波数と一致する。これにより、電源システム１０において高調波共振が発生する。
【００５４】
図１１は、高調波共振が発生した状態の電力変換装置１４の交流端の電圧波形を示す図である。この時の電力変換装置１４の交流端では、高調波共振による電圧波形の乱れが生じ、電力変換装置１４が三相電圧の欠相を検出することなどにより運転停止となるリスクが発生する。
【００５５】
ここで、制御部１６が遮断器１２を制御して、待機状態の電力変換装置１４の一部を非接続にし、あるいは稼働状態として待機状態の電力変換装置１４の台数を変更すると（図４及び図６参照）、共振周波数がさらに高周波側にシフトし、７次高調波からずれる。図１２は、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更した電源システム１０におけるｆ−Ｚ特性を示す図である。
【００５６】
図１３は、共振周波数がずれて高調波共振が発生しない状態の電力変換装置１４の交流端の電圧波形を示す図である。そして、この時の電力変換装置１４の交流端では、高調波共振が抑制され、電圧波形の乱れが生じず、滑らかな波形が示される。
【００５７】
以上説明した電源システム１０によると、主回路構成を変更することなく遮断器１２と電力変換装置１４とを制御することにより、高調波共振を抑制することができる。また、電源システム１０において、電力変換装置１４を制御して、待機状態の電力変換装置１４を稼働状態にして高調波共振を抑制する場合、接続状態の電力変換装置１４の台数が減少しないため、電源システム１０において突発的な出力増加が要求された場合でも即座に対応することができる。
【００５８】
また、電源システム１０において、高調波共振を抑制するために複数の電力変換装置１４を制御して、互いの有効電力あるいは無効電力の出力を打ち消す場合、電源システム１０全体としての有効または無効電力の出力を電力変換装置１４の運転前と同じ値に維持させることができる。これにより、電源システム１０では、システムの出力電力に影響を与えることなく高調波共振を抑制することができる。
【００５９】
特に、電源システム１０において、複数の電力変換装置１４を制御して、互いに無効電力の出力を打ち消す場合、ＳＴＡＴＣＯＭ（STATic synchronous COMpen- sator：静止型無効電力補償装置）のような有効電力を蓄える機能を持たないシステムにおいても適用可能である。
【００６０】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の電源システム１０は、待機状態の電力変換装置１４の台数に基づいて待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する構成とした。第２の実施形態の電源システム１０Ａは、高調波電圧の検出結果に基づいて待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する。以下の説明では、第１の実施形態と重複する部分については説明を省略する。
【００６１】
図１４は、第２の実施形態の電源システム１０Ａの構成の一例を示す図である。電源システム１０Ａは、第１の実施形態の電源システム１０の構成に検出装置１８−１〜１８−ｎを更に備える。以下、検出装置１８−１〜１８−ｎを互いに区別しない場合は単に検出装置１８と呼ぶ。
【００６２】
検出装置１８は、電源装置Ｕにおいて、昇圧トランス１１と遮断器１２との間に接続されている。図示するように、検出装置１８は、昇圧トランス１１の電力変換装置１４側に接続されているが、昇圧トランス１１の電力系統１側に接続されていてもよい。検出装置１８に代えて、高調波電流を検出する検出装置を用いてもよい。
【００６３】
検出装置１８は、制御部１６に接続されている。検出装置１８は、電源装置Ｕにおいて高調波電圧を検出する。検出装置１８は、遮断器１２がオン状態の場合に高調波電圧を検出する。
【００６４】
制御部１６は、検出装置１８の検出結果に基づいて、遮断器１２や電力変換装置１４を制御する。制御部１６は、いずれかの検出装置１８が高調波電圧を検出した場合に制御を開始する。
【００６５】
電源システム１０Ａにおいて、複数の電力変換装置１４のうち一部の電力変換装置１４がオフ状態であり、残りの電力変換装置１４がオン状態で且つ、待機状態であるものとする。ここで、検出装置１８が所定値以上の高調波を検出した場合、制御部１６は、検出装置１８による検出結果に基づいて、待機状態の電力変換装置１４に接続された一部の遮断器１２をオフ状態にする。このようにして、電力変換装置１４はオフ状態にされ、待機状態の電力変換装置１４の台数が減るように変更される。
【００６６】
また、制御部１６は、検出装置１８による検出結果に基づいて、オフ状態の電力変換装置１４をオン状態として、待機状態の電力変換装置１４の台数を増やすように変更してもよい。更に、制御部１６は、検出装置１８による検出結果に基づいて、待機状態の電力変換装置１４の一部を制御して、待機状態の電力変換装置１４を稼働状態にして待機状態の電力変換装置１４の台数を変更してもよい。
【００６７】
この他、制御部１６は、稼働状態の複数の電力変換装置１４を制御して、互いの有効電力或いは無効電力の出力を相殺させ、電源システム１０における電圧の出力値を調整してもよい。
【００６８】
また、検出された高調波電圧又は高調波電流は、制御部１６を含む制御装置が備える表示部に表示されてもよい。このとき表示部には、高調波電圧又は高調波電流を基本周波数の次数に基づいて表示させてもよい。
【００６９】
次に、電源システム１０Ａにおいて実行される上記の処理の流れについて説明する。図１５は、電源システム１０Ａにおいて実行される処理を示すフローチャートである。検出装置１８が電源装置Ｕにおいて高調波電圧を検出すると、制御部１６は、検出装置１８による検出結果に基づいて、高調波電流の強度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。制御部１６は、高調波電流の強度が所定値以上の場合、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する（ステップＳ２１０）。
【００７０】
以上説明した電源システム１０Ａによると、電圧或いは電流の高調波強度の計測結果に基づいて、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更するため、第１実施形態に比して、予め高調波共振が発生する可能性のある待機状態の電力変換装置１４の台数の範囲を算出するという過程を省略することができる。これにより、電源システム１０Ａによると、電源装置Ｕの数が変更されるなどのシステム上の構成の変更に対して柔軟に対応することができる。また、電源システム１０Ａによると、電圧或いは電流の高調波強度の計測結果に基づいて、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更するため、システム内に回路定数の誤差があっても高調波共振の抑制をすることができる。
【００７１】
更に電源システム１０Ａによると、待機状態の電力変換装置１４を稼働状態にして待機状態の電力変換装置１４の台数を変更する場合、電源システム１０Ａにおいて突発的な出力増加が要求された場合でも即座に対応することができる。
【００７２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態の構成に追加されたフィルタ回路２０を用いて高調波共振を抑制する。以下の説明では、第１の実施形態及び第２の実施形態と重複する部分については説明を省略する。
【００７３】
図１６は、第３の実施形態の電源システム１０Ｂの構成の一例を示す図である。図示するように、電源システム１０Ｂは、第１実施形態の電源システム１０の構成に、遮断器１９と、フィルタ回路２０とが追加されている。電源システム１０Ｂは、第２実施形態の電源システム１０Ａの構成に、遮断器１９と、フィルタ回路２０とを追加して構成してもよい。フィルタ回路２０は、複数の電源装置Ｕと並列に１個設けられている場合を例示しているが、複数の電源装置Ｕと並列に複数個設けられていてもよい。
【００７４】
遮断器１９は、フィルタ回路２０と連系トランス１７との間に設けられている。遮断器１９は、制御部１６によって制御される。制御部１６は、遮断器１９を制御してフィルタ回路２０のオン／オフを切り替える。制御部１６は、オン信号を遮断器１９に送信して遮断器１９をオン状態とし、フィルタ回路２０と電力系統１側とを接続する。制御部１６は、オフ信号を遮断器１９に送信して遮断器１９をオフ状態とし、フィルタ回路２０と電力系統１側とを切断する。
【００７５】
フィルタ回路２０は、リアクトル２１と、キャパシタ２２と、抵抗２３とを備える。フィルタ回路２０は、例えば、ローパスフィルタである。フィルタ回路２０は、電源システム１０Ｂの基本周波数の交流電流は通過させるが、共振で発生する交流電流の高調波成分を減衰させる。リアクトル２１は、遮断器１９に接続されている。抵抗２３とキャパシタ２２とは並列にリアクトル２１に接続されている。フィルタ回路２０の構成は、これに限らず、他の構成を適用してもよい。
【００７６】
図１７は、電源システム１０Ｂにおいて、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となった状態を示す図である。図示するように、一部の電力変換装置１４がオフ状態であり、残りの電力変換装置１４がオン状態で且つ、待機状態であるとする。待機状態の電力変換装置１４の台数がｃ台（ａ≦ｃ≦ｂ）である場合、上述のように電源システム１０Ｂに高調波共振が発生する。
【００７７】
図１８は、電源システム１０Ｂにおいて、フィルタ回路２０を動作させた状態を示す図である。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４の台数が所定の台数となったと判断した場合、遮断器１９を制御して、フィルタ回路２０をオン状態Ｄにする。そうすると、フィルタ回路２０は、電源システム１０Ｂの交流電流において発生した高調波共振の成分を減衰させる。これにより、電力系統１側を基準として電源システム１０Ｂの共振周波数が移動する。
【００７８】
本実施形態では第１の実施形態の電源システム１０と同様に、予め計算した待機状態の電力変換装置１４の所定の台数に基づいてフィルタ回路２０を動作させているが、第２の実施形態の電源システム１０Ａと同様に検出装置１８により検出された高調波の電圧または電流の検出結果に基づいて、フィルタ回路２０を動作させてもよい。
【００７９】
次に、電源システム１０Ｂにおいて実行される上記の処理の流れについて説明する。図１９は、電源システム１０において実行される処理を示すフローチャートである。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４の台数を計算する（ステップＳ３００）。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数となるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。制御部１６は、待機状態の電力変換装置１４が所定の台数になったと判定した場合、遮断器１９を制御して、フィルタ回路２０を動作させる（ステップＳ３２０）。
【００８０】
以上説明した電源システム１０Ｂによると、高調波共振を抑制するためのフィルタ回路２０を用いることにより、電源システム１０Ｂの共振周波数の値を移動させることができ、高調波共振の発生を抑制することができる。
【００８１】
また、電源システム１０Ｂによると、待機状態の電力変換装置１４の台数を変更せず、フィルタ回路２０を動作させるため、出力増加が要求された場合でも即座に対応することができる。
【００８２】
更に、電源システム１０Ｂによると、高調波共振を抑制するために待機状態の電力変換装置１４を稼働状態とすることはせず、フィルタ回路２０を動作させるため、電力変換装置１４等で発生する電力損失を低減することができる。この他、電源システム１０Ｂによると、高調波共振を発生させる所定の台数で電力変換装置１４を待機状態にしてもフィルタ回路２０で高調波共振を抑制することができ、所定の台数をスキップする等の制御を省略することができる。
【００８３】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電源システムが複数の電力変換装置と、複数の電力変換装置にそれぞれ接続され、オン状態とオフ状態を切り替えることにより電力変換装置と電力系統との電気的な接続の切り替えを行う複数の遮断器と、遮断器を制御して、複数の電力変換装置の接続状態を切り替えると共に、接続された遮断器がオン状態であることによって電力系統と導通している状態であり、且つ待機状態の電力変換装置が所定の台数となるか否かを判定する制御部と、を持つことにより、電力系統からの高調波による共振が発生することを抑制することができる。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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ものである。
【００８５】
例えば、上記の各実施の形態では、電源システムにおいて、１つの連系トランス１７に対して並列に複数の電源装置Ｕが接続され、且つ、電源装置Ｕにおいて１つの昇圧トランス１１に対して並列に、４つの電力変換装置１４がそれぞれ直列に接続されているものとして説明したが、連系トランス１７、昇圧トランス、電力変換装置１４の台数関係は任意のものとして良い。
【００８６】
また、上記の各実施の形態では、電圧値について、６６［ｋＶ］、６．６［ｋＶ］、３００［Ｖ］の３階級を用いるものとしたが、電圧値の階級の数および各階級の電圧値はこれに限るものではない。更に、上記の第１の実施形態及び第３の実施形態では高調波共振が発生する待機状態の電力変換装置１４の台数の範囲として、ａ台以上、ｂ台以下の１区間の範囲としたが、この範囲は複数の区間で構成されるものとしても良い。
【符号の説明】
【００８７】
１…電力系統、２…系統接続端、４…遮断器、６…電力変換装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ…電源システム、１１…昇圧トランス、１２…遮断器、１３…フィルタ、１４…電力変換装置、１５…蓄電池、１６…制御部、１７…連系トランス、１８…検出装置、１９…遮断器、２０…フィルタ回路、２１…リアクトル、２２…キャパシタ、２３…抵抗、１００…テーブル、Ｃ…キャパシタ、Ｋ…通信線、Ｌ１…リアクトル、Ｌ２…リアクトル、Ｕ…電源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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