(57)【要約】【課題】複数のインバータ装置が並列接続されている電力システムにおいて、最大電力点追従制御による各インバータ装置の出力電力の変化が及ぼす電力システムへの影響を軽減することができるインバータ装置を提供する。【解決手段】他のインバータ装置と同期させたタイミング位相θiを生成するタイミング位相生成部３３と、タイミング位相θiを所定値だけ遅らせる遅延部３５と、遅延部３５が出力するタイミング位相θi’に応じたタイミングで、インバータ回路２に入力される直流電圧Ｖｄｃの目標値Ｖｄｃ*を設定する電圧目標値設定部３１とを備えるようにした。電圧目標値Ｖｄｃ*が変化した時に分散形電源Ａの出力電力は変化するが、他の分散形電源Ａの出力電力の変化とは異なるタイミングで変化するので、電力系統Ｂへの影響を軽減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ装置が複数並列接続されている電力システムにおいて、前記各インバータ装置が有する電力変換回路に入力される直流電力が略最大になるように制御する制御回路であって、
他のインバータ装置と同期させたタイミング位相を生成するタイミング位相生成手段と、
前記タイミング位相を所定値だけ遅らせる位相遅延手段と、
前記位相遅延手段によって遅延されたタイミング位相に応じたタイミングで、前記電力変換回路に入力される直流電圧または直流電流の目標値を設定する目標値設定手段と、
を備えていることを特徴とする制御回路。
【請求項２】
少なくとも１つの他のインバータ装置と通信を行う通信手段をさらに備え、
前記通信手段は、前記タイミング位相生成手段が生成したタイミング位相を、前記他のインバータ装置の少なくとも１つに送信し、
前記タイミング位相生成手段は、前記生成したタイミング位相と、前記通信手段が前記他のインバータ装置の少なくとも１つより受信したタイミング位相とに基づく演算結果を用いて、タイミング位相を生成する、
請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記タイミング位相生成手段は、
前記生成したタイミング位相と、前記受信したタイミング位相とに基づく演算を行う演算手段と、
前記演算手段が出力する演算結果を所定の角周波数に加算して、修正角周波数として出力する加算手段と、
前記修正角周波数を積分して、タイミング位相を算出する積分手段と、
を備えている、請求項２に記載の制御回路。
【請求項４】
前記演算手段は、前記受信したタイミング位相から前記生成したタイミング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する、
請求項３に記載の制御回路。
【請求項５】
前記演算手段は、前記受信したタイミング位相から前記生成したタイミング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記通信手段が通信を行っている他のインバータ装置の数で除算することで、演算結果を演算する、
請求項３に記載の制御回路。
【請求項６】
前記演算手段は、前記受信したタイミング位相から前記生成したタイミング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したタイミング位相を乗算することで、演算結果を演算する、
請求項３に記載の制御回路。
【請求項７】
前記演算手段は、前記受信したタイミング位相を前記生成したタイミング位相からそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したタイミング位相の２乗を乗算することで、演算結果を演算する、
請求項３に記載の制御回路。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の制御回路と、電力変換回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
前記電力変換回路はインバータ回路である、
請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の電力変換装置を有するインバータ装置が、複数並列接続されていることを特徴とする電力システム。
【請求項１１】
インバータ装置が複数並列接続されている電力システムにおいて、前記各インバータ装置が有する電力変換回路に入力される直流電力が略最大になるように制御する方法であって、
他のインバータ装置と同期させたタイミング位相を生成する第１の工程と、
前記タイミング位相を所定値だけ遅らせる第２の工程と、
前記第２の工程で遅延されたタイミング位相に応じたタイミングで、前記電力変換回路に入力される直流電圧または直流電流の目標値を設定する第３の工程と、
を備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最大電力点追従制御を行う電力変換回路を制御する制御回路、当該制御回路を備えた電力変換装置、当該電力変換装置を備えた電力システム、および、制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給する分散形電源が開発されている。
【０００３】
図８は、従来の一般的な分散形電源を説明するためのブロック図である。
【０００４】
分散形電源Ａ１００は、太陽電池を備える直流電源１が生成した直流電力を交流電力に変換して、電力系統Ｂに供給するものである。インバータ回路２は、制御回路３００から入力されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子（図示しない）のスイッチングを行うことで、直流電源１から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。制御回路３００は、インバータ回路２を制御するためのＰＷＭ信号を生成して出力する。制御回路３００は、直流電源１からインバータ回路２に入力される直流電圧が所定の電圧になるように制御している。すなわち、直流電圧センサ５が検出した直流電圧Ｖｄｃを電圧目標値Ｖｄｃ*に一致させるように、制御部３２０がフィードバック制御を行っている。
【０００５】
電圧目標値設定部３１０は、電圧目標値Ｖｄｃ*を設定するものである。一般的に、太陽電池の出力電力をできるだけ大きくするために、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御が行われる。最大電力点追従制御は、太陽電池の例えば出力電圧を変化させて太陽電池の出力電力を検出し、当該出力電力が最大になる最大電力点を探索するものである。太陽電池の電圧−電力特性は、図９（ａ）に示す曲線のようになる。すなわち、所定の電圧のときに電力が最大電力Ｐｍａｘになり、この時の電圧から離れるに従って電力が小さくなるという特性がある。この特性を利用した、いわゆる山登り法が、最大電力点追従制御に用いられている。すなわち、出力電圧を増加させた時に出力電力が大きくなれば続けて出力電圧を増加させ、出力電力が小さくなれば最大電力点Ｍを超えたとして、出力電圧を減少させる。出力電圧を減少させた時に出力電力が大きくなれば続けて出力電圧を減少させ、出力電力が小さくなれば最大電力点Ｍを超えたとして、出力電圧を増加させる。これを繰り返すことで、動作点を最大電力点Ｍの近傍に位置させて、出力電力をできるだけ最大の状態に保つ。電圧目標値設定部３１０は、電圧目標値Ｖｄｃ*を変化させて、直流電流センサ４が検出した直流電流Ｉｄｃと、直流電圧センサ５が検出した直流電圧Ｖｄｃとから、直流電源１の出力電力を算出する。そして、山登り法を用いて、当該出力電力ができるだけ最大の状態を保つように電圧目標値Ｖｄｃ*を調整する。
【０００６】
また、山登り法を応用して、太陽電池に影がかかった場合などに生じる問題（いわゆる「２山問題」）などの対策方法なども開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２３０９５２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Reza Olfati-Saber, J. Alex Fax, and Richard M. Murray, "Consensus and Cooperation in Networked Multi-Agent Systems", Proceedings of the IEEE, Vol.95, No.1, (2007)
【非特許文献２】Mehran Mesbahi and Magnus Egerstedt, "Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks", Princeton (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電圧目標値設定部３１０が電圧目標値Ｖｄｃ*を変化させることで、直流電源１の出力電力は変化し、分散形電源Ａ１００の出力電力も変化する。この出力電力の変化は微小であるが、電力系統Ｂに連系している多数の分散形電源Ａが同時に出力電力を変化させた場合、電力系統Ｂに影響を与えてしまう場合がある。例えば、１００台の分散形電源Ａが同時に１０ｋＷずつ出力電力を増加させた場合、電力系統Ｂ全体では、瞬時に１ＭＷの電力が増加してしまうことになる。供給電力の急激な変化は、フリッカや電力動揺を引き起こしてしまう。
【００１０】
また、最近では、インバータ回路２の容量より直流電源１（太陽電池パネル）の容量を大きくしたシステム構成が採用されることがある。この場合、インバータ回路２の容量を超える電力を出力することができないので、最大電力点追従制御において、出力抑制運転を行う必要がある。図９（ｂ）は、出力抑制運転を説明するための図であり、曲線は直流電源１の電圧−電力特性を示しており、破線はインバータ回路２の容量Ｐｉｎｖを示している。図９（ｂ）において、電圧−電力特性を示す曲線がインバータ回路２の容量Ｐｉｎｖを示す破線と重なっている。この場合、動作点は破線より上の領域に移動することができず、動作点が破線より下の領域で変動する出力抑制運転が行われる。破線より下の領域では、電圧の変化ΔＶに対する電力の変化ΔＰが大きくなる。したがって、電圧目標値Ｖｄｃ*の変化に対する分散形電源Ａ１００の出力電力の変化も大きくなり、上記の問題はより顕著になる。
【００１１】
本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、複数のインバータ装置が並列接続されている電力システムにおいて、最大電力点追従制御による各インバータ装置の出力電力の変化が及ぼす電力システムへの影響を軽減することができるインバータ装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１３】
本発明の第１の側面によって提供される制御回路は、インバータ装置が複数並列接続されている電力システムにおいて、前記各インバータ装置が有する電力変換回路に入力される直流電力が略最大になるように制御する制御回路であって、他のインバータ装置と同期させたタイミング位相を生成するタイミング位相生成手段と、前記タイミング位相を所定値だけ遅らせる位相遅延手段と、前記位相遅延手段によって遅延されたタイミング位相に応じたタイミングで、前記電力変換回路に入力される直流電圧または直流電流の目標値を設定する目標値設定手段とを備えていることを特徴とする。なお、「電力システム」とは、例えば、インバータ装置が複数並列接続された配電系統などを意味し、多数のインバータ装置が並列接続されて太陽光発電を行う発電所（例えば、メガソーラ）なども含まれる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、少なくとも１つの他のインバータ装置と通信を行う通信手段をさらに備え、前記通信手段は、前記タイミング位相生成手段が生成したタイミング位相を、前記他のインバータ装置の少なくとも１つに送信し、前記タイミング位相生成手段は、前記生成したタイミング位相と、前記通信手段が前記他のインバータ装置の少なくとも１つより受信したタイミング位相とに基づく演算結果を用いて、タイミング位相を生成する。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記タイミング位相生成手段は、前記生成したタイミング位相と、前記受信したタイミング位相とに基づく演算を行う演算手段と、前記演算手段が出力する演算結果を所定の角周波数に加算して、修正角周波数として出力する加算手段と、前記修正角周波数を積分して、タイミング位相を算出する積分手段とを備えている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したタイミング位相から前記生成したタイミング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算することで、演算結果を演算する。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したタイミング位相から前記生成したタイミング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記通信手段が通信を行っている他のインバータ装置の数で除算することで、演算結果を演算する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したタイミング位相から前記生成したタイミング位相をそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したタイミング位相を乗算することで、演算結果を演算する。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記演算手段は、前記受信したタイミング位相を前記生成したタイミング位相からそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算して、前記生成したタイミング位相の２乗を乗算することで、演算結果を演算する。
【００２０】
本発明の第２の側面によって提供される電力変換装置は、本発明の第１の側面によって提供される制御回路と、電力変換回路とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電力変換回路はインバータ回路である。
【００２２】
本発明の第３の側面によって提供される電力システムは、本発明の第２の側面によって提供される電力変換装置を有するインバータ装置が、複数並列接続されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第４の側面によって提供される方法は、インバータ装置が複数並列接続されている電力システムにおいて、前記各インバータ装置が有する電力変換回路に入力される直流電力が略最大になるように制御する方法であって、他のインバータ装置と同期させたタイミング位相を生成する第１の工程と、前記タイミング位相を所定値だけ遅らせる第２の工程と、前記第２の工程で遅延されたタイミング位相に応じたタイミングで、前記電力変換回路に入力される直流電圧または直流電流の目標値を設定する第３の工程とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、他のインバータ装置と同期させたタイミング位相を所定値だけ遅延させ、遅延後のタイミング位相に応じたタイミングで直流電圧の目標値を設定する。目標値が変化した時にインバータ装置の出力電力は変化するが、他のインバータ装置の出力電力の変化とは異なるタイミングで変化するので、電力システムへの影響を軽減することができる。
【００２５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。
【図２】第１実施形態に係る分散形電源が複数並列接続された電力システムを示す図である。
【図３】比較部が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】電力システムにおける各分散形電源のタイミング位相の変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】電力システムに並列接続された分散形電源の他の通信状態を説明するための図である。
【図６】第２実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。
【図７】第３実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。
【図８】従来の分散形電源を説明するための図である。
【図９】太陽電池の電圧−電力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る制御回路を分散形電源に用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。
【００２８】
図１は、第１実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。図２は、第１実施形態に係る分散形電源が複数並列接続された電力システムを示す図である。
【００２９】
図１に示すように、分散形電源Ａは、直流電源１、インバータ回路２、制御回路３、直流電流センサ４、および、直流電圧センサ５を備えている。分散形電源Ａは、直流電源１が出力する直流電力をインバータ回路２によって交流電力に変換して、負荷や電力系統Ｂに出力する。なお、図示しないが、インバータ回路２の出力側には、交流電圧を昇圧（または降圧）するための変圧器が設けられている。インバータ回路２、制御回路３、直流電流センサ４、および、直流電圧センサ５をまとめたものがインバータ装置であり、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものである。
【００３０】
直流電源１は、直流電力を出力するものであり、太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源１は、生成された直流電力を、インバータ回路２に出力する。
【００３１】
インバータ回路２は、直流電源１から入力される直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ回路２は、図示しないＰＷＭ制御インバータとフィルタとを備えている。ＰＷＭ制御インバータは、図示しない３組６個のスイッチング素子を備えた三相インバータであり、制御回路３から入力されるＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。フィルタは、スイッチングによる高周波成分を除去する。なお、インバータ回路２は、これに限られない。例えば、ＰＷＭ制御インバータは、単相インバータであってもよいし、マルチレベルインバータであってもよい。また、ＰＷＭ制御に限定されず、フェーズシフト制御など他の方式を用いるものであってもよい。
【００３２】
直流電流センサ４は、インバータ回路２の入力電流（すなわち、直流電源１の出力電流）の瞬時値を検出するものである。直流電流センサ４は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電流信号Ｉｄｃとして制御回路３に出力する。直流電圧センサ５は、インバータ回路２の入力電圧（すなわち、直流電源１の出力電圧）の瞬時値を検出するものである。直流電圧センサ５は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電圧信号Ｖｄｃとして制御回路３に出力する。
【００３３】
制御回路３は、インバータ回路２を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路３は、直流電流センサ４より入力される直流電流信号Ｉｄｃ、直流電圧センサ５より入力される直流電圧信号Ｖｄｃ、および、インバータ回路２の出力電圧、出力電流などを検出した信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路２に出力する。制御回路３は、電圧目標値設定部３１、制御部３２、タイミング位相生成部３３、通信部３４、および、遅延部３５を備えている。
【００３４】
電圧目標値設定部３１は、直流電圧信号Ｖｄｃの目標値である電圧目標値Ｖｄｃ*を設定するものである。電圧目標値設定部３１は、最大電力点追従制御を行うためのものであり、電圧目標値Ｖｄｃ*を変化させて、直流電源１の出力電力が最大になるように、電圧目標値Ｖｄｃ*を調整する。電圧目標値設定部３１は、電力算出部３１１および比較部３１２を備えている。
【００３５】
電力算出部３１１は、直流電源１の出力電力Ｐを算出するものである。電力算出部３１１は、直流電流センサ４より入力される直流電流信号Ｉｄｃと直流電圧センサ５より入力される直流電圧信号Ｖｄｃとに基づいて、出力電力Ｐを算出して、比較部３１２に出力する。
【００３６】
比較部３１２は、所定のタイミング毎に、電圧目標値Ｖｄｃ*を設定する。比較部３１２は、電力算出部３１１より入力される出力電力Ｐを前回の出力電力Ｐと比較して、出力電力Ｐがより大きくなるように、次の電圧目標値Ｖｄｃ*を設定する。直流電源１の出力電圧に対する出力電力Ｐの特性曲線は、図９（ａ）に示す曲線のようになる。すなわち、所定の電圧のときに電力が最大になり、この時の電圧から離れるに従って電力が小さくなるという特性がある。この特性を利用した山登り法が用いられている。
【００３７】
比較部３１２は、電圧目標値Ｖｄｃ*を変化させて、電力算出部３１１が算出した出力電力Ｐを取得する。そして、取得した出力電力Ｐが前回取得した値より大きくなっていれば、電圧目標値Ｖｄｃ*を同じ方向に変化させ、取得した出力電力Ｐが前回取得した値より小さくなっていれば、最大電力点（図９（ａ）の点Ｍ参照）を超えたとして、電圧目標値Ｖｄｃ*を逆の方向に変化させる。これを繰り返すことで、動作点を最大電力点の近傍に位置させて、出力電力Ｐをできるだけ最大の状態に保つ。また、比較部３１２は、遅延部３５から入力されるタイミング位相θi’に基づいて、例えばタイミング位相θi’がゼロになるタイミングで処理を行う。
【００３８】
図３は、比較部３１２が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。当該探索処理は、インバータ回路２が電力変換動作を開始するときに、実行が開始される。
【００３９】
まず、電圧目標値Ｖｄｃ*に初期値Ｖ0が設定され、探索方向が設定される（Ｓ１）。本実施形態では、初期値Ｖ0として開放電圧が設定されている。また、探索方向としては、電圧目標値Ｖｄｃ*を減少させる減少方向が設定される。なお、各設定はこれに限定されない。次に、電圧目標値Ｖｄｃ*が出力され（Ｓ２）、直流電圧制御により直流電源１の出力電圧が電圧目標値Ｖｄｃ*に制御される。そして、電力算出部３１１が算出した出力電力Ｐが取得され（Ｓ３）、前回出力電力Ｐ0に設定される（Ｓ４）。
【００４０】
次に、遅延部３５より入力されるタイミング位相θi’が「０」になるまで待機する（Ｓ５）。タイミング位相θi’が「０」になると（Ｓ５：ＹＥＳ）、現在設定されている探索方向が減少方向であるか否かが判別される（Ｓ６）。探索方向が減少方向である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、電圧目標値Ｖｄｃ*をΔＶだけ減少させ（Ｓ７）、探索方向が減少方向でない場合（Ｓ６：ＮＯ）、すなわち増加方向である場合、電圧目標値Ｖｄｃ*をΔＶだけ増加させる（Ｓ８）。そして、電圧目標値Ｖｄｃ*が出力されて（Ｓ９）、出力電力Ｐが取得される（Ｓ１０）。なお、増減幅ΔＶは、小さすぎると最大電力点の探索に時間がかかりすぎ、大きすぎると精度と安定性が悪くなるので、適宜適切な値を設定する必要がある。
【００４１】
次に、出力電力Ｐが前回出力電力Ｐ0より大きいか否かが判別される（Ｓ１１）。出力電力Ｐが前回出力電力Ｐ0より大きい場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、探索方向は変更されずに、前回出力電力Ｐ0に出力電力Ｐが設定されて（Ｓ１３）、ステップＳ５に戻る。一方、出力電力Ｐが前回出力電力Ｐ0以下の場合（Ｓ１１：ＮＯ）、最大電力点を超えたとして探索方向は反転され（Ｓ１２）、すなわち、減少方向であった場合は増加方向が設定され、増加方向であった場合は減少方向が設定され、前回出力電力Ｐ0に出力電力Ｐが設定されて（Ｓ１３）、ステップＳ５に戻る。その後は、ステップＳ５〜Ｓ１３が繰り返される。
【００４２】
なお、比較部３１２が行う最大電力点の探索処理は、上述したものに限定されない。例えば、電圧目標値Ｖｄｃ*をΔＶだけ減少させたときと、ΔＶだけ増加させたときとで、それぞれ出力電力Ｐを取得し、より大きくなる方向に電圧目標値Ｖｄｃ*を変化させるようにしてもよい。また、増減幅ΔＶを変化させたり、遺伝的アルゴリズム処理を用いることで、いわゆる「２山問題」を解消するようにしてもよい。また、山登り法に限定されず、最大電力点追従制御で用いられるあらゆるアルゴリズムを用いることができる。
【００４３】
制御部３２は、直流電源１の出力電圧の制御を行うためのものである。制御部３２は、直流電圧センサ５より入力される直流電圧信号Ｖｄｃと、電圧目標値設定部３１より入力される電圧目標値Ｖｄｃ*とから、偏差ΔＶｄｃ（＝Ｖｄｃ*−Ｖｄｃ）を算出し、当該偏差をゼロにするための補償値を生成する。そして、生成した補償値に基づいて指令信号を生成し、指令信号とキャリア信号とに基づいて、例えば三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する。生成されたＰＷＭ信号は、インバータ回路２に出力される。このフィードバック制御により、直流電源１の出力電圧が電圧目標値Ｖｄｃ*に制御される。なお、制御部３２は、インバータ回路２の出力電流や出力無効電力の制御を行う場合もあるが、これらの説明は省略する。
【００４４】
タイミング位相生成部３３は、電圧目標値設定のタイミングを決定するためのタイミング位相θiを生成するものである。タイミング位相生成部３３は、生成したタイミング位相θiを通信部３４および遅延部３５に出力する。タイミング位相生成部３３の詳細については、後述する。
【００４５】
通信部３４は、他の分散形電源Ａの制御回路３との間で通信を行うものである。通信部３４は、タイミング位相生成部３３が生成したタイミング位相θiを入力され、他の分散形電源Ａの通信部３４に送信する。また、通信部３４は、他の分散形電源Ａの通信部３４から受信したタイミング位相θjを、タイミング位相生成部３３に出力する。なお、通信方法は限定されず、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。
【００４６】
図２に示すように、分散形電源Ａは電力システムにおいて、他の分散形電源Ａと並列接続されている。図２においては、５台の分散形電源Ａ（Ａ１〜Ａ５）と、４つの負荷Ｌとが接続されている状態を示している。なお、実際の電力システムにおいては、より多くの分散形電源Ａおよび負荷Ｌが接続されているが、説明の簡略化のために極端に少ないケースを示している。
【００４７】
図２に示す矢印は、通信を行っていることを示している。分散形電源Ａ１は分散形電源Ａ２とのみ通信を行っており、分散形電源Ａ２は分散形電源Ａ１および分散形電源Ａ３とのみ通信を行っている。また、分散形電源Ａ３は分散形電源Ａ２および分散形電源Ａ４とのみ通信を行っており、分散形電源Ａ４は分散形電源Ａ３および分散形電源Ａ５とのみ通信を行っており、分散形電源Ａ５は分散形電源Ａ４とのみ通信を行っている。このように、分散形電源Ａの通信部３４は、電力システムに接続している分散形電源Ａのうち、少なくとも１つの分散形電源Ａの通信部３４と通信を行っており、電力システムに接続している任意の２つの分散形電源Ａに対して通信経路が存在している状態（以下ではこの状態を「連結状態」と言う。）であればよく、電力システムに接続しているすべての分散形電源Ａの通信部３４と通信を行う必要はない。
【００４８】
例えば、分散形電源Ａが分散形電源Ａ２の場合、通信部３４は、タイミング位相生成部３３が生成したタイミング位相θ2を分散形電源Ａ１およびＡ３の通信部３４に送信し、分散形電源Ａ１の通信部３４からタイミング位相θ1を受信し、分散形電源Ａ３の通信部３４からタイミング位相θ3を受信する。
【００４９】
遅延部３５は、タイミング位相生成部３３より入力されるタイミング位相θiを所定値だけ遅延させて、タイミング位相θi’として電圧目標値設定部３１に出力する。本実施形態では、電圧目標値設定のタイミングが他の分散形電源Ａと重ならないようにするために、他の分散形電源Ａと同期させたタイミング位相θiを、分散形電源Ａごとに少しずつずらして用いる。後述するように、タイミング位相生成部３３が生成するタイミング位相θiは、他の分散形電源Ａのタイミング位相θjと同期して、同じ位相に収束する。電圧目標値設定部３１は、遅延部３５がタイミング位相θiを遅延させたタイミング位相θi’を用いる。位相を遅延させる量は、分散形電源Ａごとに異ならせて、あらかじめ設定されている。例えば、図２に示すように、同じ電力系統Ｂに５台の分散形電源Ａが連系している場合、各位相を均等に分散させるために、位相を（２/５）πずつずらすように遅延させる。例えば、タイミング位相θiの周波数が２．５［Ｈｚ］（周期が０．４［ｓ］）で、分散形電源Ａ１のタイミング位相θ1を基準とする場合、分散形電源Ａ１のタイミング位相θ1については遅延させず、分散形電源Ａ２のタイミング位相θ2においては０．０８［ｓ］遅延させ、分散形電源Ａ３のタイミング位相θ3においては０．１６［ｓ］遅延させ、分散形電源Ａ４のタイミング位相θ4においては０．２４［ｓ］遅延させ、分散形電源Ａ５のタイミング位相θ5においては０．３２［ｓ］遅延させる。なお、位相を遅延させる量は、すべての分散形電源Ａで異なるようにする必要はない。例えば、同じ電力系統Ｂに１００台の分散形電源Ａが連系している場合、１〜１０番目の分散形電源Ａのタイミング位相については遅延させず、１１〜２０番目の分散形電源Ａのタイミング位相については（１/５）π遅延させ、２１〜３０番目の分散形電源Ａのタイミング位相については（２/５）π遅延させるように、複数の分散形電源Ａごとに遅延させる量を変化させるようにしてもよい。
【００５０】
次に、タイミング位相生成部３３の詳細について説明する。
【００５１】
タイミング位相生成部３３は、生成したタイミング位相θiと、通信部３４より入力される、他の分散形電源Ａのタイミング位相θjとを用いて、タイミング位相θiを生成する。タイミング位相θiとタイミング位相θjとが異なっていても、タイミング位相生成部３３での演算処理が繰り返されることで、タイミング位相θiとタイミング位相θjとが共通のタイミング位相に収束する。図１に示すように、タイミング位相生成部３３は、演算部３３１、乗算器３３２、加算器３３３および積分器３３４を備えている。
【００５２】
演算部３３１は、下記（１）式に基づく演算を行う。すなわち、演算部３３１は、通信部３４から入力される各タイミング位相θjから、タイミング位相生成部３３が生成したタイミング位相θiをそれぞれ減算し、減算結果をすべて加算した演算結果ｕiを乗算器３３２に出力する。
【数１】
2015032297.tif 000003
【００５３】
例えば、分散形電源Ａが分散形電源Ａ２の場合（図２参照）、演算部３３１は、下記（２）式の演算を行い、演算結果ｕ2を出力する。
【数２】
2015032297.tif 000004
【００５４】
乗算器３３２は、演算部３３１から入力される演算結果ｕiに所定の係数εを乗算して加算器３３３に出力する。係数εは、０＜ε＜１／ｄmaxを満たす値であり、あらかじめ設定されている。ｄmaxは、通信部３４が通信を行う他の分散形電源Ａの数であるｄiのうち、電力システムに接続しているすべての分散形電源Ａの中で最大のものである。つまり、電力システムに接続している分散形電源Ａのなかで、一番多くの他の分散形電源Ａと通信を行っているものの通信部３４に入力されるタイミング位相θjの数である。なお、係数εは、修正角周波数ωiが大きく（小さく）なりすぎて、タイミング位相θiの変動が大きくなりすぎることを抑制するために、演算結果ｕiに乗算されるものである。したがって、タイミング位相生成部３３での処理が連続時間処理の場合は、乗算器３３２を設ける必要はない。
【００５５】
加算器３３３は、乗算器３３２からの入力を所定の角周波数ω0に加算して、修正角周波数ωiとして積分器３３４に出力する。積分器３３４は、加算器３３３から入力される修正角周波数ωiを積分することでタイミング位相θiを生成して出力する。積分器３３４は、前回生成したタイミング位相θiに修正角周波数ωiを加算することでタイミング位相θiを生成する。また、積分器３３４は、タイミング位相θiを（−π＜θi≦π）の範囲の値として出力する。なお、タイミング位相θiの範囲の設定の仕方はこれに限定されず、例えば、（０≦θi＜２π）としてもよい。タイミング位相θiは、遅延部３５、通信部３４および演算部３３１に出力される。
【００５６】
本実施形態では、制御回路３をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路３として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。
【００５７】
本実施形態において、タイミング位相生成部３３は、生成したタイミング位相θiと、通信部３４より入力される、他の分散形電源Ａのタイミング位相θjとを用いて、タイミング位相θiを生成する。タイミング位相θiが各タイミング位相θjの相加平均値より大きい場合、演算部３３１が出力する演算結果ｕiは負の値になる。そうすると、修正角周波数ωiは所定の角周波数ω0より小さくなり、タイミング位相θiの変化量は小さくなる。一方、タイミング位相θiが各タイミング位相θjの相加平均値より小さい場合、演算部３３１が出力する演算結果ｕiは正の値になる。そうすると、修正角周波数ωiは所定の角周波数ω0より大きくなり、タイミング位相θiの変化量は大きくなる。つまり、タイミング位相θiは各タイミング位相θjの相加平均値に近づいていく。この処理が各分散形電源Ａそれぞれで行われることにより、各分散形電源Ａのタイミング位相θiは同じ値に収束する。タイミング位相θiは時間とともに変化するものであり、角周波数ω0に応じて変化する成分と、初期位相のずれを補償するように変化する成分とを合成したものと考えることができる。後者が同じ値θαに収束することで、各分散形電源Ａのタイミング位相θiも同じ値に収束する。後者が同じ値に収束することは、数学的にも証明されている（非特許文献１，２参照）。また、収束値θαが、下記（３）式に示すように、各分散形電源Ａのタイミング位相θiの初期値の相加平均値になることも証明されている。ｎは電力システムに接続されている分散形電源Ａの数であり、下記（３）式は、分散形電源Ａ１〜Ａｎのタイミング位相θ1〜θnの初期値をすべて加算してｎで除算した相加平均値を算出することを示している。
【数３】
2015032297.tif 000005
【００５８】
以下に、図２に示す電力システムにおいて、タイミング位相θiが収束することを確認したシミュレーションについて説明する。
【００５９】
分散形電源Ａ１〜Ａ５のタイミング位相θ1〜θ5の初期値を、それぞれ、θ1＝π/２，θ2＝０，θ3＝π，θ4＝３π/２，θ5＝−π/４としてシミュレーションを行った。図４は、当該シミュレーションの結果を示すものであり、それぞれ分散形電源Ａ１〜Ａ５のタイミング位相θ1〜θ5のうちの角周波数ω0に応じて変化する成分を除いたものの時間応答を示している。同図（ａ）は、タイミング位相θiの同期を行わなかった場合（すなわち、図１に示す演算部３３１および通信部３４がない構成の場合）のものであり、同図（ｂ）は、タイミング位相θiの同期を行った場合（すなわち、図１に示す構成の場合）のものである。同図（ａ）においては、初期値から変化していない。一方、同図（ｂ）においては、初期値の相加平均値である「１１π/２０」に収束している。
【００６０】
本実施形態によると、タイミング位相生成部３３が生成するタイミング位相θiが他の分散形電源Ａのタイミング位相θjと同期され、遅延部３５がタイミング位相θiを所定値だけ遅延させたタイミング位相θi’を出力する。電圧目標値設定部３１は、タイミング位相θi’に応じたタイミングで、電圧目標値Ｖｄｃ*を設定する。電圧目標値Ｖｄｃ*が変化した時に分散形電源Ａの出力電力は変化するが、他の分散形電源Ａの出力電力の変化とは異なるタイミングで変化するので、電力系統Ｂへの影響を軽減することができる。電力系統Ｂに連系している各分散形電源Ａは、タイミング位相θiの遅延量を少しずつ異ならせているので、各分散形電源Ａが電力系統Ｂに出力する電力の変化のタイミングは分散される。これにより、電力系統Ｂに連系している各分散形電源Ａが同時に出力電力を変化させることを抑制することができ、電力系統への影響を軽減することができる。
【００６１】
また、本実施形態によると、電力系統Ｂに連系している各分散形電源Ａがそれぞれ少なくとも１つの分散形電源Ａ（例えば、近隣に位置するもの）と相互通信を行っており、電力システムが連結状態であることで、すべての分散形電源Ａのタイミング位相θiが同じ値に収束する。したがって、１つの分散形電源Ａや監視装置が他の全ての分散形電源Ａと通信を行う構成とする必要がなく、システムが大がかりにならない。また、ある分散形電源Ａが故障した場合や、ある分散形電源Ａを削減した場合でも、他の全ての分散形電源Ａがいずれかの分散形電源Ａと通信可能であり、電力システムが連結状態であれば、タイミング位相θiを同期させることができる。また、分散形電源Ａを増加する場合は、その分散形電源Ａが少なくとも１つの分散形電源Ａと通信を行うようにすればよいだけである。したがって、分散形電源Ａの増減に柔軟に対応できる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、直流電源１の出力電圧を制御する場合について説明したが、これに限られない。直流電源１の出力電流を制御するようにしてもよい。すなわち、直流電源１の出力電流を直流電流センサ４で検出して直流電流制御を行うようにし、電流目標値を変化させて最大電力点を探索するようにしてもよい。
【００６３】
本実施形態においては、分散形電源Ａのタイミング位相θiの初期位相のずれを補償するように変化する成分を、各分散形電源Ａのタイミング位相θiの初期値の相加平均値に収束させる場合について説明したが、これに限られない。演算部３３１に設定する演算式によって、収束値θαは変わってくる。
【００６４】
例えば、演算部３３１に設定する演算式を下記（４）式とした場合、収束値θαは下記（５）式に示すような値になる。ｄiは、通信部３４が通信を行う他の分散形電源Ａの数、すなわち、通信部３４に入力されるタイミング位相θjの数である。つまり、収束値θαは、通信相手の数による重み付けを行った、各分散形電源Ａのタイミング位相θiの初期値の加重平均値である。
【数４】
2015032297.tif 000006
【００６５】
また、演算部３３１に設定する演算式を下記（６）式とした場合、収束値θαは下記（７）式に示すように、各分散形電源Ａのタイミング位相θiの初期値の相乗平均値（幾何平均値）になる。
【数５】
2015032297.tif 000007
【００６６】
また、演算部３３１に設定する演算式を下記（８）式とした場合、収束値θαは下記（９）式に示すように、各分散形電源Ａのタイミング位相θiの初期値の調和平均値になる。
【数６】
2015032297.tif 000008
【００６７】
また、演算部３３１に設定する演算式を下記（１０）式とした場合、収束値θαは下記（１１）式に示すように、各分散形電源Ａのタイミング位相θiの初期値のＰ次平均値になる。
【数７】
2015032297.tif 000009
【００６８】
なお、上記第１実施形態においては、各分散形電源Ａが相互通信を行う場合について説明したが、これに限られず、片側通信を行うようにしてもよい。例えば、図５に示すように、分散形電源Ａ１が分散形電源Ａ２に送信のみを行い、分散形電源Ａ２が分散形電源Ａ１から受信のみを行って、分散形電源Ａ３に送信のみを行い、分散形電源Ａ３が分散形電源Ａ２から受信のみを行って、分散形電源Ａ４に送信のみを行い、分散形電源Ａ４が分散形電源Ａ３から受信のみを行って、分散形電源Ａ５に送信のみを行い、分散形電源Ａ５が分散形電源Ａ４から受信のみを行う場合でも、タイミング位相θiの同期を行うことができる。より一般的に言うと、電力システムに接続されたある分散形電源Ａから送信先をたどっていくと、電力システムに接続された任意の分散形電源Ａに到達することができる状態（グラフ理論における「全域木を含む」状態）であることが、タイミング位相θiの同期を行うことができる条件である。
【００６９】
上記第１実施形態では、インバータ回路２が最大電力点追従制御を行う場合について説明したが、これに限られない。インバータ回路２の前段に設けられているＤＣ／ＤＣコンバータ回路が最大電力点追従制御を行うようにしてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路が最大電力点追従制御を行う場合を第２実施形態として、以下に説明する。
【００７０】
図６は、第２実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る分散形電源Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００７１】
図６に示す分散形電源Ａ’は、直流電圧センサ５の前段にＤＣ／ＤＣコンバータ回路６、直流電流センサ４’および直流電圧センサ５’が設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６を制御するための制御回路７が設けられている点で、第１実施形態に係る分散形電源Ａと異なる。
【００７２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６は、直流電源１の出力電圧を昇圧または降圧して、インバータ回路２に出力するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６は、制御回路７から入力されるＰＷＭ信号に基づいて、図示しないスイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、入力電圧を昇圧または降圧して出力する。
【００７３】
直流電流センサ４’は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６の入力電流（すなわち、直流電源１の出力電流）の瞬時値を検出するものである。直流電流センサ４’は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電流信号Ｉ’ｄｃとして制御回路７に出力する。直流電圧センサ５’は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６の入力電圧（すなわち、直流電源１の出力電圧）の瞬時値を検出するものである。直流電圧センサ５’は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電圧信号Ｖ’ｄｃとして制御回路７に出力する。
【００７４】
制御回路７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路７は、直流電流センサ４’より入力される直流電流信号Ｉ’ｄｃと、直流電圧センサ５’より入力される直流電圧信号Ｖ’ｄｃとに基づいてＰＷＭ信号を生成して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６に出力する。
【００７５】
電圧目標値設定部７１は、第１実施形態に係る電圧目標値設定部３１と同様のものであって、直流電圧信号Ｖ’ｄｃの目標値である電圧目標値Ｖ’ｄｃ*を設定するものであり、電圧目標値Ｖ’ｄｃ*を変化させて、直流電源１の出力電力が最大になるように、電圧目標値Ｖ’ｄｃ*を調整する。制御部７２は、第１実施形態に係る制御部３２と同様のものであり、直流電源１の出力電圧の制御を行うためのものである。制御部７２は、直流電圧センサ５’より入力される直流電圧信号Ｖ’ｄｃと電圧目標値設定部７１より入力される電圧目標値Ｖ’ｄｃ*との偏差ΔＶ’ｄｃ（＝Ｖ’ｄｃ*−Ｖ’ｄｃ）を算出し、当該偏差をゼロにするための補償値を生成する。そして、生成した補償値に基づいて指令信号を生成し、指令信号とキャリア信号とに基づいてＰＷＭ信号を生成する。
【００７６】
インバータ回路２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６から入力される直流電力を交流電力に変換する。制御回路３’は、電圧目標値設定部３１、タイミング位相生成部３３、通信部３４および遅延部３５（図１参照）を備えておらず、直流電圧目標値Ｖｄｃ*を固定値としている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路６の出力電圧は、直流電圧目標値Ｖｄｃ*に固定される。
【００７７】
第２実施形態によると、直流電源１の出力電圧が、電圧目標値設定部７１が設定する直流電圧目標値Ｖ’ｄｃ*に制御される。電圧目標値設定部７１は、タイミング位相θi’に応じたタイミングで、電圧目標値Ｖ’ｄｃ*を設定する。したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７８】
上記第１および第２実施形態においては、分散形電源Ａ（Ａ’）が近隣の他の分散形電源Ａ（Ａ’）とだけ通信することでタイミング位相θiを同期させる場合について説明したが、タイミング位相θiを同期させる方法はこれに限られず、他の方法でタイミング位相θiを同期させるようにしてもよい。各分散形電源を集中監視するための監視装置がタイミング位相θiを同期させる機能を有する場合を第３実施形態として、以下に説明する。
【００７９】
図７は、第３実施形態に係る分散形電源を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る分散形電源Ａ（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００８０】
図７に示す分散形電源Ａ”は、監視装置Ｃがタイミング位相θiの同期を行う点で、第１実施形態に係る分散形電源Ａと異なる。
【００８１】
通信部３４’は、タイミング位相生成部３３’が生成したタイミング位相θiを、監視装置Ｃに送信する。監視装置Ｃは、受信した各分散形電源Ａ”のタイミング位相θiの例えば相加平均値（算術平均値）を算出して、目標タイミング位相θ*として各分散形電源Ａ”に送信する。通信部３４’は、監視装置Ｃから受信した目標タイミング位相θ*をタイミング位相生成部３３’に出力する。タイミング位相生成部３３’は、タイミング位相θiが目標タイミング位相θ*になるように制御する。
【００８２】
なお、１つの分散形電源Ａ”（マスタ）が監視装置Ｃの代わりとなり、他の分散形電源Ａ”（スレイブ）に目標タイミング位相θ*を出力するようにしてもよい。
【００８３】
第３実施形態においても、タイミング位相θiを同期することができる。したがって、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、電力系統Ｂへの影響を軽減するという効果を奏することができる。
【００８４】
上記第１〜第３実施形態においては、複数の分散形電源Ａ（Ａ’，Ａ”）が電力系統Ｂに連系している場合について説明したが、これに限られない。例えば、多数のインバータ装置が並列接続されて太陽光発電を行う発電所（例えば、メガソーラ）などの場合でも、本発明を適用することができる。
【００８５】
本発明に係る制御回路、電力変換装置、電力システム、および、制御方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る制御回路、電力変換装置、電力システム、および、制御方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００８６】
Ａ，Ａ１〜Ａ５  分散形電源
１  直流電源
２  インバータ回路（電力変換回路）
３，３’,３”  制御回路
３１  電圧目標値設定部（目標値設定手段）
３１１  電力算出部
３１２  比較部
３２  制御部
３３，３３’  タイミング位相生成部
３３１  演算部
３３２  乗算器
３３３  加算器
３３４  積分器
３４，３４’  通信部
３５  遅延部
４，４’  直流電流センサ
５，５’  直流電圧センサ
６  ＤＣ／ＤＣコンバータ回路（電力変換回路）
７  制御回路
７１  電圧目標値設定部（目標値設定手段）
７２  制御部
Ｂ  電力系統
Ｌ  負荷
【図１】
2015032297.tif 000010
【図２】
2015032297.tif 000011
【図３】
2015032297.tif 000012
【図５】
2015032297.tif 000013
【図６】
2015032297.tif 000014
【図７】
2015032297.tif 000015
【図８】
2015032297.tif 000016
【図９】
2015032297.tif 000017
【図４】
2015032297.tif 000018