(57)【要約】【課題】日照量、負荷装置の消費電力が変動したとしても、予め定められた時間以内に逆潮流電力を制限することができる電力変換装置を得ること。【解決手段】直流電力を交流電力に変換して電力系統３および負荷装置の少なくとも１つに供給可能な電力変換装置２であって、制御目標値に従って、直流電源１から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換部１０と、受電点電力を計測する受電点電力計測部１０３と、受電点電力が出力電力指令値に基づく電力閾値を超えている状態の継続時間を計測する時間計測部１０４と、受電点電力が出力電力指令値の示す電力値に近づくように制御目標値を算出すると共に、継続時間が時間閾値を超える場合、制御目標値を算出した値よりも小さい値に変更する出力制御部１０５とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換して電力系統および負荷装置の少なくとも１つに供給可能な電力変換装置であって、
制御目標値に従って、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
受電点電力を計測する受電点電力計測部と、
前記受電点電力が出力電力指令値に基づく電力閾値を超えている状態の継続時間を計測する時間計測部と、
前記受電点電力が前記出力電力指令値の示す電力値に近づくように前記制御目標値を算出すると共に、前記継続時間が時間閾値を超える場合、前記制御目標値を算出した値よりも小さい値に変更する出力制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記時間閾値は、前記受電点電力が前記電力閾値を超えている状態が許容される時間と、前記電力変換部からの出力電力を変更するためにかかる時間とに基づいて定められる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】
前記出力制御部は、前記継続時間が時間閾値を超える場合、前記制御目標値を前記電力変換部の定格出力値に対する割合で示される予め定められた値に変更することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記出力制御部は、前記継続時間が時間閾値を超える場合、前記制御目標値を前記出力電力指令値が示す値に変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記出力制御部は、前記制御目標値を変更した後、前記受電点電力が前記出力電力指令値が示す値を超えない範囲で前記制御目標値を大きくすることを特徴とする請求項１から４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】
本発明は、直流電源から供給される直流電力を交流電力へ変換して電力系統および家電製品などの負荷装置に交流電力を供給することが可能な電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統に連系された電力変換装置は、太陽電池、燃料電池、直流発電機などに代表される直流電源から供給される直流電力を交流電力へ変換し、変換した交流電力を家電製品などの負荷装置および電力系統の少なくとも１つへ出力する。負荷装置の消費電力よりも電力変換装置が出力する交流出力電力が大きい場合、電力会社へ売電することができる。電力変換装置から電力系統へ電流が流れることを逆潮流という。
【０００３】
太陽光発電システムに代表される再生可能エネルギーが急速に普及したことにより、電力の供給が需要を上回る可能性があり、この場合、逆潮流が制限されることがある。例えば、逆潮流を制限するために、電力変換装置を含む発電システム全体を電力系統から切り離すことができる逆電力継電器が設けられる場合がある。逆電力継電器は、予め設定された検出レベル以上の逆潮流状態が予め定められた時間以上継続すると、遮断器によってシステム全体を電力系統から切り離す。一般的に、検出レベルはシステムの定格容量の５％、時間の閾値は０．５秒とされる。また、電力系統から電力変換装置の出力電力を指示する出力電力指令値が供給される場合にも、逆潮流が制限される。出力電力指令値に従って動作する電力変換装置では、技術仕様により、逆潮流状態となると、５分以内に電力変換装置の定格出力の５％未満となるように、交流出力電力を制限することが求められている。
【０００４】
特許文献１には、逆潮流が許容されないシステムにおいて、電力系統からの受電点電力を計測して、受電点電力が予め定められた閾値を超える場合に、電力変換装置への直流入力電力を制限して、電力変換装置からの交流出力電力を制限する技術が開示されている。受電点電力は、電力変換装置の定格出力値に対する相対的な電力値を示し、受電点電力の極性が正の場合に逆潮流電力、極性が負の場合に順潮流電力をそれぞれ意味する。受電点電力に基づいて直流入力電力を制限することで、逆潮流電力を抑制しつつ、負荷装置には電力の供給を継続することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６２０３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、電力会社などから供給される受電点電力の指令値である出力電力指令値に従って動作する電力変換装置では、日照量、負荷装置の消費電力が急に変動した場合、受電点電力が大きく変動することがあり、技術仕様により定められた条件を満たすことができない場合があるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、日照量、負荷装置の消費電力が変動したとしても、予め定められた時間以内に逆潮流電力を制限することが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換して電力系統および負荷装置の少なくとも１つに供給可能であって、制御目標値に従って、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、受電点電力を計測する受電点電力計測部と、受電点電力が出力電力指令値に基づく電力閾値を超えている状態の継続時間を計測する時間計測部と、受電点電力が出力電力指令値の示す電力値に近づくように制御目標値を算出すると共に、継続時間が時間閾値を超える場合、制御目標値を算出した値よりも小さい値に変更する出力制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、日照量、負荷装置の消費電力が変動したとしても、予め定められた時間以内に逆潮流電力を予め定められた値よりも小さくすることが可能な電力変換装置を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図
【図２】図１に示す制御部の機能構成を示す図
【図３】図２に示す制御部の動作を示すフローチャート
【図４】図１に示す電力変換装置の受電点電力の変動を示す図
【図５】本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の制御部の動作を示すフローチャート
【図６】実施の形態２にかかる電力変換装置の受電点電力の変動を示す図
【図７】図１に示す電力変換装置の機能を実現するための専用のハードウェアである処理回路を示す図
【図８】図１に示す電力変換装置の機能をソフトウェアを用いて実現するための構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置２の構成を示す図である。電力変換装置２は、直流電源１と電力系統３との間に接続されており、例えば、電力系統３につないで運転する系統連係インバータ装置である。
【００１３】
なお、図示していないが、電力変換装置２は、分電盤を介して電力系統３に電気的に接続されると共に、分電盤に備わる分岐ブレーカを介して、複数の電気機器などの電気負荷と電気的に接続されている。以下、説明の便宜上、複数の電気機器をまとめたものを負荷装置と称する。以下、負荷装置の消費電力と言う場合、複数の電気機器のそれぞれの消費電力の合計を指す。
【００１４】
直流電源１は、例えば、建物の屋上または地面の上などに設置される太陽電池である。太陽電池は、複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングであってもよく、複数の太陽電池ストリングを有する太陽電池アレイであってもよい。なお、直流電源１は、太陽電池に限定されず、燃料電池または直流電力発電機であってもよい。
【００１５】
電力変換装置２は、直流電源１から供給される直流電力を交流電力へ変換する機能を有する。電力変換装置２は、変換して得られる交流電力を、負荷装置および電力系統３に供給することができる。電力系統３は、商用系統または非商用の電力系統である。
【００１６】
電力変換装置２から出力される交流電流の大きさは、直流電源１から電力変換装置２に供給される直流電力の大きさに基づいて変化する。直流電源１から電力変換装置２に供給される直流電力が大きいほど、電力変換装置２が出力する交流電力は大きくなる。
【００１７】
電力変換装置２から出力される交流電力が負荷装置の消費電力よりも小さい場合、交流電力は、電力変換装置２から分電盤を介して負荷装置へ供給されると共に、電力系統３から分電盤を介して負荷装置へ供給される。電力系統３から負荷装置へ供給される交流電力は、カレントセンサ３１，３２で計測することが可能である。
【００１８】
電力変換装置２が出力する交流電力が負荷装置の消費電力よりも大きい場合、電力変換装置２が生成した電力と負荷装置が消費する電力との差分である余剰電力が分電盤を介して電力系統３へ供給される。電力変換装置２から電力系統３へ電力を供給することを逆潮流という。電力変換装置２から電力系統３へ供給される交流電力は、電圧検出部１５およびカレントセンサ３１，３２で計測することが可能である。
【００１９】
電力変換装置２は、電力変換部１０と、開閉器１１と、電圧検出部１２，１３，１４，１５と、電流検出部１６，１７，１８と、制御部２０とを備える。電力変換装置２は、直流電源１に接続される入力端子４１，４２と、配電盤を介して負荷装置および電力系統３に接続される出力端子４３，４４とを有している。
【００２０】
電力変換部１０は、昇圧コンバータ部２１と、インバータ部２２と、フィルタ回路部２３とを有する。電力変換部１０は、制御部２０が算出する制御目標値に従って、直流電源１から入力端子４１，４２を介して入力される直流電力を交流電力へ変換し、変換した交流電力を出力する。電力変換部１０から出力された交流電力は、開閉器１１および出力端子４３，４４を介して、電力変換装置２から出力される。
【００２１】
昇圧コンバータ部２１は、直流電源１から入力された直流電力の電圧を電力系統３の電圧振幅よりも高い電圧へ昇圧する。昇圧コンバータ部２１は、コンデンサＣ１，Ｃ２、リアクトルＬ１、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１を備える。昇圧コンバータ部２１は、制御部２０からスイッチング素子Ｑ１をオンオフ制御する駆動信号Ｓｇ１を受け取り、当該駆動信号Ｓｇ１に従って、直流電源１からの直流電圧を昇圧する。図１に示す昇圧コンバータ部２１は、昇圧チョッパ回路であるが、昇圧コンバータ部２１は、かかる例に限定されず、例えばトランス式のＤＣ（Direct  Current）−ＤＣコンバータであってもよい。
【００２２】
インバータ部２２は、フルブリッジ接続されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５を備え、制御部２０からスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５をオンオフ制御する駆動信号Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４，Ｓｇ５を受け取る。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５が、駆動信号Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４，Ｓｇ５のそれぞれに従ってオンオフを繰り返して電流の流れる向きを周期的に切り替えることで、昇圧コンバータ部２１からの直流電力は交流電力へ変換される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal−Oxide−Semiconductor  Field−Effect  Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチング素子である。
【００２３】
フィルタ回路部２３は、リアクトルＬ２，Ｌ３およびコンデンサＣ３を備えるＬＣフィルタである。フィルタ回路部２３は、インバータ部２２から出力される電圧を平滑化し、交流制限波波形を生成する。
【００２４】
開閉器１１は、電力変換部１０と出力端子４３，４４との間の接続と切断とを行う。開閉器１１は、制御部２０からの制御に従って、電力変換部１０と出力端子４３，４４との間を接続または切断する。制御部２０は、電力変換装置２および電力系統３の少なくとも一方に異常が発生した場合、開閉器１１をオフにして電力変換部１０と出力端子４３，４４との間を切断する。制御部２０は、電力変換装置２および電力系統３のいずれも正常である状態で電力変換装置２を運転状態にする場合、開閉器１１をオンにして電力変換部１０と出力端子４３，４４との間を接続する。
【００２５】
電圧検出部１２は、直流電源１から入力端子４１，４２を介して電力変換部１０へ入力される直流電力の電圧の瞬時値である入力電圧値Ｖｓを検出する。電圧検出部１３は、直流母線電圧の瞬時値である母線電圧値Ｖｐｎを検出する。電圧検出部１４は、電力変換部１０の出力端電圧Ｖｆｏを検出する。電圧検出部１５は、単相３線式の電力系統３において中性点を基準としたＵ−Ｏ間電圧の瞬時値ＶｕおよびＷ−Ｏ間電圧の瞬時値Ｖｗを検出する。
【００２６】
電流検出部１６は、直流電源１から入力端子４１を介して電力変換部１０へ入力される直流電力の電流の瞬時値である入力電流値Ｉｓを検出する。電流検出部１７は、電力変換部１０から出力端子４３へ出力される交流電力の電流の瞬時値である出力電流値Ｉｉｏを検出する。電流検出部１８は、単相３線式の電力系統３および負荷装置に接続された電力変換装置２において、カレントセンサ３１，３２によって計測される逆潮流電流の瞬時値Ｉｒｕ、または順潮流電流の瞬時値Ｉｒｗを検出する。
【００２７】
制御部２０は、電力変換部１０に駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５を供給することで電力変換部１０を制御し、直流電源１から供給される直流電力を交流電力へ変換させて変換後の交流電力を出力端子４３，４４から出力させる。直流電源１が太陽電池である場合、直流電源１への日照量に応じて直流電源１が出力可能な直流電力の大きさが変わる。制御部２０は、直流電源１が供給可能な直流電力を検出し、検出結果に基づいて電力変換部１０を制御するＭＰＰＴ（Maximum  Power  Point  Tracking）制御を実行することができる。制御部２０がＭＰＰＴ制御を実行することで、電力変換部１０は、直流電源１が供給可能な最大の直流電力に対応する交流電力を出力することができる。
【００２８】
以下、本実施の形態では、出力電力指令値がゼロであるケースについて説明する。電力会社から供給される出力電力指令値がゼロである場合に加えて、予め設定された検出レベルおよび検出時間以上の逆潮流状態を継続すると、遮断器によって発電設備全体を電力系統３と切断する逆電力継電器を設置する場合も出力電力指令値がゼロである場合に相当する。一般的に、逆潮流検出レベルはシステム定格容量の５％、検出時間は０．５秒である。なお、出力電力指令値は０％に限らず、電力系統３は、電力供給状況に応じて、０％以上１００％未満の任意の値に出力電力指令値を設定することができる。なお、電力会社から供給される出力電力指令値は、電力系統３を提供する電力会社が設けた図示しない制御装置からインターネットなどのネットワークを介して、電力変換装置２の制御部２０へ入力される。
【００２９】
出力電力指令値が０％である場合、直流電源１の出力が十分あり定格出力運転が可能であったとしても、受電点電力を０％に制限する必要がある。電力変換装置２が負荷装置に交流電力を供給可能であって、電力会社との契約形態が余剰買取である場合、電力変換装置２は、出力電力指令値が０％であったとしても、電力系統３へ逆潮流しない範囲であれば、出力電力を増加させることができる。例えば、負荷装置の消費電力が５ｋＷであれば、出力電力指令値が０％であったとしても、電力変換装置２は、５ｋＷまでであれば交流電流を出力することができる。余剰買取とは、電力変換装置２が生成した電力と負荷装置が消費する電力との差分である余剰電力を買い取る契約形態である。制御部２０は、通常時、電力変換装置２の出力電力の制御目標値を、受電点電力が出力電力指令値の示す電力値に近づくように算出する。これにより、電力変換部１０からの出力電力は、出力電力指令値が示す電力と、負荷装置の消費電力との合計に近づくように制御される。
【００３０】
制御部２０は、電圧検出部１５によって検出される電圧値と、カレントセンサ３１，３２を用いる電流検出部１８によって検出される電流値とを用いて、電力系統３からの順潮流電力と、電力系統３への逆潮流電力とを検出することができる。
【００３１】
図２は、図１に示す制御部２０の機能構成を示す図である。制御部２０は、受電点電圧演算部１０１と、受電点電流演算部１０２と、受電点電力計測部１０３と、時間計測部１０４と、出力制御部１０５と、駆動信号生成部１０６とを有する。
【００３２】
受電点電圧演算部１０１は、電圧検出部１５が出力する、単相３線式の電力系統３において中性点を基準としたＵ−Ｏ間電圧の瞬時値ＶｕおよびＷ−Ｏ間電圧の瞬時値Ｖｗに基づいて、受電点電圧を演算する。受電点電圧演算部１０１は、演算によって求めた受電点電圧を受電点電力計測部１０３に出力する。受電点電流演算部１０２は、電流検出部１８が出力する逆潮流電流の瞬時値Ｉｒｕまたは順潮流電流の瞬時値Ｉｒｗに基づいて、受電点電流を演算する。受電点電流演算部１０２は、演算によって求めた受電点電流を受電点電力計測部１０３に出力する。
【００３３】
受電点電力計測部１０３は、受電点電圧演算部１０１が出力する受電点電圧と、受電点電流演算部１０２が出力する受電点電流とに基づいて、受電点電力を演算により求めて、電力系統３からの受電点電力Ｐｒを計測する。受電点電力計測部１０３は、計測した受電点電力Ｐｒを時間計測部１０４に出力する。
【００３４】
時間計測部１０４は、受電点電力計測部１０３が出力する受電点電力に基づいて、電力系統３への逆潮流電力が出力電力指令値に基づく電力閾値を超えている状態の継続時間を計測する。時間計測部１０４は、計測する継続時間が時間閾値を超えた場合、受電点電力計測部１０３に通知する。時間計測部１０４から通知を受けると、受電点電力計測部１０３は、出力制御部１０５に受電点電力Ｐｒを出力する。
【００３５】
出力制御部１０５は、時間計測部１０４が計測する継続時間が時間閾値を超えていない通常時には、受電点電力Ｐｒが、出力電力指令値の示す電力値に近づくように、電力変換部１０の出力電力の制御目標値を算出する。出力制御部１０５は、算出した制御目標値に基づいて、出力電流指令値Ｉｉｏ＊および入力電圧指令値Ｖｐｎ＊を演算する。このとき、出力制御部１０５は、出力端子４３，４４間に印加される交流電力の電圧の瞬時値である出力端電圧Ｖｆｏと、出力端子４３へ出力される交流電力の電流の瞬時値である出力電流値Ｉｉｏと、母線電圧値Ｖｐｎとの検出値を用いて、出力電力が制御目標値となるように、出力電流指令値Ｉｉｏ＊および入力電圧指令値Ｖｐｎ＊を求める。
【００３６】
出力制御部１０５は、時間計測部１０４が計測する継続時間が時間閾値を超えた場合、強制的に、電力変換部１０の制御目標値を、受電点電力Ｐｒが出力電力指令値の示す電力値に近づくように算出した値よりも小さい値に変更する。具体的には、出力制御部１０５は、電力変換部１０の制御目標値を、出力電力指令値に変更して、出力電力を制限する。本実施の形態では出力電力指令値が示す値は０であるため、出力制御部１０５は、電力変換部１０の出力電力の値が０となるように調整した出力電流指令値Ｉｉｏ＊および入力電圧指令値Ｖｐｎ＊を駆動信号生成部１０６に出力する。
【００３７】
駆動信号生成部１０６は、出力制御部１０５が出力する出力電流指令値Ｉｉｏ＊および入力電圧指令値Ｖｐｎ＊に基づいて、電力変換部１０のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５に入力する駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５を生成し、生成した駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５を電力変換部１０に出力する。電力変換部１０は、制御目標値に基づいて算出された駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５に従って動作するため、制御目標値に従って動作することになる。
【００３８】
図３は、図２に示す制御部２０の動作を示すフローチャートである。制御部２０は、受電点電圧演算部１０１が受電点電圧を演算し、受電点電流演算部１０２が受電点電流を演算し、受電点電力計測部１０３が受電点電圧および受電点電流に基づいて受電点電力Ｐｒを演算することで、受電点電力Ｐｒを取得する（ステップＳ１０１）。
【００３９】
時間計測部１０４は、受電点電力計測部１０３が出力する受電点電力Ｐｒが０を超えたか否かを判断する（ステップＳ１０２）。受電点電力Ｐｒが０を超えた場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、時間計測部１０４は、逆潮流電力が出力電力指令値を超えている状態の継続時間Pr_over_timeにαを加える（ステップＳ１０３）。ここで、αは、受電点電力を演算する演算周期に応じた値であり、例えば、受電点電力の演算周期が５秒である場合、αの値を５とすることができ、演算毎に、ステップＳ１０２の条件を満たしている場合、継続時間Pr_over_timeに５が加算される。
【００４０】
受電点電力Ｐｒが０を超えていない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、時間計測部１０４は、継続時間Pr_over_timeをリセットして０にする（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０３またはステップＳ１０４において、継続時間Pr_over_timeの値が更新された後、時間計測部１０４は、継続時間Pr_over_timeの値が時間閾値βを超えたか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ここで時間閾値βは、電力変換装置２の制御応答に基づいて定められる。例えば、時間閾値βは、逆潮流電力が出力電力指令値０を超えている状態が許容される時間と、出力電力を変更するためにかかる時間とに基づいて定められる。例えば、逆潮流電力が出力電力指令値０を超えている状態が許容される時間が５分であり、出力電力を変更するためにかかる時間が２０秒である場合、時間閾値βの値を、５分すなわち３００秒から２０秒を減算した２８０秒とすることができる。逆潮流電力が出力電力指令値０を超えている状態が許容される時間は、例えば、出力制御機能付きの電力変換装置２の技術仕様により要求される値である。出力電力を変更するためにかかる時間が長いほど、時間閾値βの値は小さくなる。
【００４１】
継続時間Pr_over_timeの値が時間閾値βを超えた場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、駆動信号生成部１０６は、出力電力の制御目標値を０として、出力電力が制御目標値となるように駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５を生成する（ステップＳ１０６）。継続時間Pr_over_timeの値が時間閾値βを超えていない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、駆動信号生成部１０６は、制御目標値を、受電点電力Ｐｒが出力電力指令値が示す電力に近づくように算出し、算出した制御目標値に基づいて、駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５を生成する（ステップＳ１０７）。
【００４２】
図４は、図１に示す電力変換装置２の受電点電力の変動を示す図である。出力電力指令値に従って動作する電力変換装置２の技術仕様では、逆潮流状態となると、５分以内に電力変換装置の定格出力の５％未満となるように、交流出力電力を制限することが求められている。図４の例では、受電点電力が＋５％以上の状態が５分以上継続することは許容されない。
【００４３】
図４の区間Ｔ１では、電力変換装置２の交流出力電力よりも負荷装置の消費電力が大きいため、電力系統３から負荷装置へ順潮流しており、逆潮流状態にはなっていない。区間Ｔ１から区間Ｔ２に切り替わるタイミングで、日照量が急増し、電力変換装置２の交流出力電力が急増する。これにより、負荷装置の消費電力よりも電力変換装置２の交流出力電力が大きくなるため、制御部２０では、受電点電力が０％となるように、出力電力の制御目標値を算出する。ここでは、出力電力指令値が０であるため、制御目標値は、負荷装置の消費電力と等しくなる。制御目標値は、負荷装置の消費電力が大きいほど大きい値となる。
【００４４】
日照量および負荷装置の消費電力は常時変動しているため、条件によっては受電点電力が０％になるまでに制御することができず、定格出力の＋５％以上の状態を５分以上継続してしまう場合がある。このとき、５分が経過するよりも前に、電力変換部１０の制御目標値を、上記の算出した値よりも小さい値、例えば０％に制御することで、技術仕様により求められる条件を満たすことが可能になる。図４の例では、受電点電力が０％以上の状態を５分間継続したタイミング、区間Ｔ２から区間Ｔ３に切り替わるタイミングで、制御部２０は、０％の制御目標値を生成する。この制御目標値に従って動作することで、電力変換装置２からの交流出力電力は０Ｗになるため、受電点電力は逆潮流状態から順潮流状態へと切り替わる。
【００４５】
区間Ｔ３では、電力変換装置２が交流出力電力０Ｗの状態で運転を継続しているため、接続された負荷装置の消費電力分の電力が電力系統３から供給されている。続いて、区間Ｔ３から区間Ｔ４に切り替わるタイミングで、制御部２０は、受電点電力が逆潮流状態にならない範囲で電力変換装置２の交流出力電力を増加させ、電力変換装置２が連系運転を継続する。
【００４６】
以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置２は、日照量が変動したり負荷装置の消費電力が変動したりしたとしても、予め定められた時間以内に、逆潮流電力を予め定められた基準内に制限することが可能になる。したがって、技術仕様により定められた基準を満たすことが可能になる。また、電力変換装置２の上記の機能は、別途回路などを追加せずにソフトウェア処理のみで実装することが可能である。このため、部品点数の増加などによるコストの上昇を伴わずに、上記の機能を実現することが可能である。
【００４７】
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。実施の形態２にかかる電力変換装置２の構成は、図１および図２に示す実施の形態１と同様である。以下では実施の形態１と異なる部分について主に説明する。実施の形態１では、逆潮流が許容されなかったのに対して、実施の形態２では、出力電力指令値までは逆潮流が許容される。
【００４８】
図５は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置２の制御部２０の動作を示すフローチャートである。制御部２０は、受電点電圧演算部１０１が受電点電圧を演算し、受電点電流演算部１０２が受電点電流を演算し、受電点電力計測部１０３が受電点電圧および受電点電流に基づいて受電点電力Ｐｒを演算することで、受電点電力Ｐｒを取得する（ステップＳ２０１）。
【００４９】
時間計測部１０４は、受電点電力計測部１０３が出力する受電点電力Ｐｒが出力電力指令値に基づく電力閾値Ｐｒｔｈを超えたか否かを判断する（ステップＳ２０２）。受電点電力Ｐｒが電力閾値Ｐｒｔｈを超えた場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、時間計測部１０４は、逆潮流電力が出力電力指令値を超えている状態の継続時間Pr_over_timeにαを加える（ステップＳ２０３）。ここで、αは、受電点電力を演算する演算周期に応じた値であり、例えば、受電点電力の演算周期が５秒である場合、αの値を５とすることができ、演算毎に、ステップＳ２０２の条件を満たしている場合、継続時間Pr_over_timeに５が加算される。
【００５０】
受電点電力Ｐｒが電力閾値Ｐｒｔｈを超えていない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、時間計測部１０４は、継続時間Pr_over_timeをリセットして０にする（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０３またはステップＳ２０４において、継続時間Pr_over_timeの値が更新された後、時間計測部１０４は、継続時間Pr_over_timeの値が時間閾値βを超えたか否かを判断する（ステップＳ２０５）。ここで時間閾値βは、電力変換装置２の制御応答に基づいて定められる。例えば、時間閾値βは、逆潮流電力が電力閾値Ｐｒｔｈを超えている状態が許容される時間と、出力電力を変更するためにかかる時間とに基づいて定められる。例えば、逆潮流電力が電力閾値Ｐｒｔｈを超えている状態が許容される時間が５分であり、出力電力を変更するためにかかる時間が２０秒である場合、時間閾値βの値を２８０秒とすることができる。逆潮流電力が電力閾値Ｐｒｔｈを超えている状態が許容される時間は、例えば、出力制御機能付きの電力変換装置２の技術仕様により要求される値である。出力電力を変更するためにかかる時間が長いほど、時間閾値βの値は小さくなる。
【００５１】
継続時間Pr_over_timeの値が時間閾値βを超えた場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、駆動信号生成部１０６は、制御目標値を電力閾値Ｐｒｔｈに変更して駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５を生成する（ステップＳ２０６）。継続時間Pr_over_timeの値が時間閾値βを超えていない場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、駆動信号生成部１０６は、制御目標値を、受電点電力Ｐｒが出力電力指令値が示す電力に近づくように算出し、算出した制御目標値に基づいて、駆動信号Ｓｇ１〜Ｓｇ５を生成する（ステップＳ２０７）。
【００５２】
図６は、実施の形態２にかかる電力変換装置２の受電点電力の変動を示す図である。ここでは、出力電力指令値の値を２０％とする。出力電力指令値に従って動作する電力変換装置２の技術仕様では、逆潮流状態となると、５分以内に電力変換装置の定格出力の５％未満となるように、交流出力電力を制限することが求められている。図６の例では、受電点電力が＋２５％以上の状態が５分以上継続することは許容されない。
【００５３】
図６の区間Ｔ５では、電力変換装置２の交流出力電力と負荷装置の消費電力との差分である余剰電力が定格電力の２０％以下の状態で稼働している。区間Ｔ５から区間Ｔ６に切り替わるタイミングで日照量が急増し、電力変換部１０の交流出力電力が急増する。制御部２０は、受電点電力が定格電力の２０％となるように、制御目標値を受電点電力Ｐｒが出力電力指令値が示す電力に近づくように算出し、算出した制御目標値に基づいて電力変換部１０を制御する。
【００５４】
日照量および負荷装置の消費電力は常時変動しているため、条件によっては受電点電力が２０％になるまでに制御することができず、定格出力の＋２５％以上の状態を５分以上継続してしまう場合がある。このとき、５分が経過するよりも前に、電力変換部１０の交流出力電力を２０％に制御することで、技術仕様により求められる条件を満たすことが可能になる。図６の例では、受電点電力が２０％以上の状態を５分間継続したタイミング、区間Ｔ６から区間Ｔ７に切り替わるタイミングで、制御部２０は、出力電力の制御目標値を、定格電力の２０％に変更する。
【００５５】
以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、逆潮流が許容されないシステムに限らず、予め定められた基準まで逆潮流が許容されるシステムにおいても、日照量が変動したり負荷装置の消費電力が変動したりしたとしても、予め定められた時間以内に、逆潮流電力を予め定められた基準内に制限することが可能になる。したがって、技術仕様により定められた基準を満たすことが可能になる。また、電力変換装置２の上記の機能は、別途回路などを追加せずにソフトウェア処理のみで実装することが可能である。このため、部品点数の増加などによるコストの上昇を伴わずに、上記の機能を実現することが可能である。
【００５６】
図７は、図１に示す電力変換装置２の機能を実現するための専用のハードウェアである処理回路６１を示す図である。例えば、電力変換装置２の電力変換部１０、電圧検出部１２，１３，１４，１５、電流検出部１６，１７，１８、制御部２０の機能は、専用のハードウェアである処理回路６１を用いて実現することができる。処理回路６１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）またはこれらを組み合わせたものである。
【００５７】
図８は、図１に示す電力変換装置２の機能をソフトウェアを用いて実現するための構成を示す図である。例えば、電力変換装置２の電力変換部１０、電圧検出部１２，１３，１４，１５、電流検出部１６，１７，１８、制御部２０の機能は、プロセッサ６２がメモリ６３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、実現することができる。また、メモリ６３は、プロセッサ６２が実行する各処理における一時メモリとしても用いられる。
【００５８】
プロセッサ６２は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）であり、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）などとも呼ばれる。メモリ６３は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクなどである。
【００５９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【００６０】
例えば、上記の実施の形態１および実施の形態２では、電力閾値は、出力電力指令値と一致していることとしたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。電力閾値は、技術仕様を満たすように、出力電力指令値に基づいて定めることができる。
【００６１】
また上記の実施の形態１および実施の形態２では、受電点電力Ｐｒが電力閾値以上である状態の継続時間が時間閾値を超える場合、制御目標値を出力電力指令値とすることとしたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。例えば、継続時間が時間閾値を超える場合、制御目標値を、受電点電力Ｐｒが出力電力指令値の示す電力値に近づくように算出された通常時の値よりも小さい値に変更する。変更後の値は、確実に技術仕様を満たすように、上記の算出された通常時の値よりも十分に小さい値であることが望ましい。また、出力電力指令値までは受電点電力が増えてもよいため、制御目標値を出力電力指令値とした場合、出力電力の全てが逆潮流したとしても、技術仕様を満たすことが可能になる。
【符号の説明】
【００６２】
１  直流電源、２  電力変換装置、３  電力系統、１０  電力変換部、１１  開閉器、１２，１３，１４，１５  電圧検出部、１６，１７，１８  電流検出部、２０  制御部、２１  昇圧コンバータ部、２２  インバータ部、２３  フィルタ回路部、３１，３２  カレントセンサ、４１，４２  入力端子、４３，４４  出力端子、１０１  受電点電圧演算部、１０２  受電点電流演算部、１０３  受電点電力計測部、１０４  時間計測部、１０５  出力制御部、１０６  駆動信号生成部、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  コンデンサ、Ｄ１  ダイオード、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５  スイッチング素子、Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４，Ｓｇ５  駆動信号。
【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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