(57)【要約】【課題】自然エネルギーを利用する発電装置で発電した電力を有効に電力系統に供給しつつ、電流ひずみを低減することができる給電システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】電流ひずみ検出部１５１は、第１の電流センサ１０５１で計測した電流から電流ひずみ成分を抽出する。第１の電圧波形生成部１５４は、系統電流及び系統電圧に基づいて、第１のスイッチング信号を生成する。第２の電圧波形生成部１５２は、電流ひずみ成分に基づいて、電流ひずみ成分を相殺するように、第２のスイッチング信号を生成する。電圧波形合成部１５５は、前記第１のスイッチング信号と前記第２のスイッチング信号を合成し、合成して得られる第３のスイッチング信号を第２の電力変換器１０３に供給する。【選択図】図１
2015204684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、
前記発電装置から出力される電力を変換する第１の電力変換器と、
蓄電装置と、
前記第１の電力変換器に並列接続され、前記蓄電装置から出力される電力を変換する第２の電力変換器と、
前記第１の電力変換器から出力される電流を計測する第１の電流センサと、
系統電流を計測する第２の電流センサと、
系統電圧を計測する電圧センサと、
前記第１の電流センサで計測した電流から電流ひずみ成分を抽出する電流ひずみ検出部と、
前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第１のスイッチング信号を生成する第１の電圧波形生成部と、
前記電流ひずみ成分に基づいて、前記電流ひずみ成分を相殺するように、第２のスイッチング信号を生成する第２の電圧波形生成部と、
前記第１のスイッチング信号と前記第２のスイッチング信号を合成し、合成して得られる第３のスイッチング信号を前記第２の電力変換器に供給する電圧波形合成部と、
を備えることを特徴とする給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の給電システムであって、
前記第１の電力変換器の動作周波数を第１の周波数又は第１の周波数より低い第２の周波数に設定する周波数制御部と、
前記動作周波数、前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第４のスイッチング信号を生成し、生成した第４のスイッチング信号を前記第１の電力変換器に供給する第３の電圧波形生成部と、をさらに備える
ことを特徴とする給電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の給電システムであって、
前記第１の周波数は、
前記第１の電力変換器から出力される電力を単独で電力系統に供給する際に、電流ひずみが規制値以下となるように設定された値である
ことを特徴とする給電システム。
【請求項４】
請求項１に記載の給電システムであって、
前記第２の電圧波形生成部は、
前記電流ひずみ成分の符号に基づいて、前記第２のスイッチング信号を生成する
ことを特徴とする給電システム。
【請求項５】
請求項１に記載の給電システムであって、
前記発電装置と前記第１の電力変換器から構成される組がｎ個（ｎ：自然数）並列接続され、
前記第１の電流センサは、
ｎ個の前記前記第１の電力変換器から出力される電流の和を計測し、
前記電流ひずみ検出部は、
前記第１の電流センサで計測した電流の和から電流ひずみ成分を抽出する
ことを特徴とする給電システム。
【請求項６】
自然エネルギーを利用して発電する発電工程と、
前記発電された電力を変換する第１の電力変換工程と、
蓄電装置から出力される電力を変換する第２の電力変換工程と、
前記第１の電力変換で変換される電流を計測する第１の電流計測工程と、
系統電流を計測する第２の電流計測工程と、
系統電圧を計測する電圧計測工程と、
前記第１の電流計測工程で計測した電流から電流ひずみ成分を抽出する電流ひずみ検出工程と、
前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第１のスイッチング信号を生成する第１の電圧波形生成工程と、
前記電流ひずみ成分に基づいて、前記電流ひずみ成分を相殺するように、第２のスイッチング信号を生成する第２の電圧波形生成工程と、
前記第１のスイッチング信号と前記第２のスイッチング信号を合成する電圧波形合成工程と、
を有することを特徴とする給電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器を備えた給電システムとその制御方法に関し、特に、再生可能エネルギーを利用する太陽光発電システムや風力発電システム等の発電装置を電力系統に連系して電力を供給する給電システムとその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー自給率向上のため、再生可能エネルギーの利用が推進されている。その一翼を担うものとして、再生可能エネルギー（新エネルギー）を利用する太陽光発電や風力発電などがある。これらは、エネルギー源が枯渇する心配が無く発電時にＣＯ２を排出しないが、天候に依存するため出力が不安定である。そのため、再生可能エネルギー利用拡大時には、電力の出力変動を抑制するため電力貯蔵装置が不可欠である。
【０００３】
電力貯蔵装置の一つに蓄電システムがあり、新エネルギーと蓄電システムを組み合わせることで、新エネルギーの出力電力の変動を抑制することができる。
【０００４】
新エネルギーで発電した電力は、電力変換器を用いて電力変換され、電力系統へ供給される。電力系統へ電力を供給するためには、電流ひずみを系統連系するために規定された規制値以下にする必要がある。従来は、電力変換器の動作周波数を高く設定する、又は、電流ひずみを低減するためのフィルタ容量を大きくすることで電流ひずみを低減した。
【０００５】
電力変換器の動作周波数を高くすると電力変換器の動作に伴う損失が増大し、発電装置で発電した電力を有効に電力系統へ供給できない。電流ひずみを低減するためのフィルタ容量を大きくして電流ひずみを低減するとコストが増大する。
【０００６】
これらに関し、出力フィルタを設けた電力変換装置において、電力系統に流出する電流ひずみを抑制するためのフィルタが設けられた電力変換装置を制御する電力変換装置の制御法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、電力系統と連系点に流れる電流を検出して、検出した電流を所望の電流になるように制御量を演算して指令値に加算しＰＷＭ制御によりスイッチング信号を生成しこの信号に基づいて電力変換器を制御することが紹介されている。
【０００７】
また、入力電圧を検出する手段と入力電流を検出する手段からの各々のスイッチングパターンを生成し、これらのスイッチングパターンを合成手段により合成し、合成したスイッチングパターンによりマトリクスコンバータを動作させ、負荷に電力を供給する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２３３００５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２４８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１で開示されている電流制御量と指令値を加算してからＰＷＭ制御を行う技術では、電力変換器を制御しているため、電力変換器の損失を低減するために電力変換器の動作周波数を低く設定していくと、発生する電流ひずみを十分に低減できないという課題がある。
【００１０】
特許文献２で開示されている技術では、電力系統からマトリックスコンバータを介して負荷に電力を供給する際のスイッチングパターンを生成する。しかし、負荷に電力を供給する際のスイッチングパターンの生成方法と電力系統へ電力を供給する際のスイッチングパターンの生成方法は異なるため、開示技術だけでは電力系統へ電力を供給することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、自然エネルギーを利用する発電装置で発電した電力を有効に電力系統に供給しつつ、電流ひずみを低減することができる給電システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、前記発電装置から出力される電力を変換する第１の電力変換器と、蓄電装置と、前記第１の電力変換器に並列接続され、前記蓄電装置から出力される電力を変換する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器から出力される電流を計測する第１の電流センサと、系統電流を計測する第２の電流センサと、系統電圧を計測する電圧センサと、前記第１の電流センサで計測した電流から電流ひずみ成分を抽出する電流ひずみ検出部と、前記系統電流及び前記系統電圧に基づいて、第１のスイッチング信号を生成する第１の電圧波形生成部と、前記電流ひずみ成分に基づいて、前記電流ひずみ成分を相殺するように、第２のスイッチング信号を生成する第２の電圧波形生成部と、前記第１のスイッチング信号と前記第２のスイッチング信号を合成し、合成して得られる第３のスイッチング信号を前記第２の電力変換器に供給する電圧波形合成部と、を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、自然エネルギーを利用する発電装置で発電した電力を有効に電力系統に供給しつつ、電流ひずみを低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態による給電システムの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による給電システムに用いる第１の電力変換器及び第２の電力変換器の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による給電システムに用いる制御装置の制御内容の一例を示すブロック線図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による給電システムに用いる、第１の電力変換器制御部の電力制御部で演算した目標電圧、周波数制御部で生成したキャリア波、電圧波形生成部で生成するスイッチング信号の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による給電システムに用いる第１の電力変換器の出力電流の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による給電システムに用いる電流ひずみ検出部で抽出した第１の電力変換器の電流ひずみ成分の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による給電システムに用いる電圧波形生成部で生成する電流ひずみ低減用のスイッチング信号の一例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による給電システムに用いる、第１のスイッチング信号、第２のスイッチング信号、第１のスイッチング信号と第２のスイッチング信号を合成した第３のスイッチング信号の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による給電システムにおける、第１の電力変換器の出力電流、第２の電力変換器の出力電流、第１の電力変換器の出力電流と第２の電力変換器の出力電流との合成電流の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による給電システムを適用した場合の損失と従来制御を適用した場合の損失の比較を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による給電システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて、本発明の第１〜第２の実施形態による給電システムの構成及び作用を説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付すものとする。
【００１６】
（第１の実施形態）  
以下、図１〜図１０を用いて本発明の第１の実施形態による給電システムの構成及び動作を説明する。
【００１７】
最初に、図１を用いて、電力系統１１０へ電力を供給する給電システム１Ａの全体構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａの構成図である。
【００１８】
給電システム１Ａは、電力系統１１０と連系し電力を供給するシステムである。給電システム１Ａは、発電装置１０１、第１の電力変換器１０２、第２の電力変換器１０３、蓄電装置１０４、電流センサ１０５（１０５１、１０５２）、電圧センサ１０６、制御装置１０７を有する。
【００１９】
発電装置１０１は第１の電力変換器１０２の直流側に直列接続し、第１の電力変換器１０２の交流側は電力系統１１０と接続している。第２の電力変換器１０３の交流側は、第１の電力変換器１０２と電力系統１１０との間に並列接続する。電流センサ１０５１は第１の電力変換器１０２の交流側と第２の電力変換器１０３の交流側の接続点Ｐ１と第１の電力変換器１０２の交流側との間に設置している。電流センサ１０５２は接続点Ｐ１と電力系統１１０との間に設置している。
【００２０】
電圧センサ１０６は、第１の電力変換器１０２の交流側と第２の電力変換器１０３の交流側の接続点Ｐ１と電力系統１１０との間に設置している。なお、本実施形態では電力系統１１０が単相の場合を例に挙げて説明するが、電力系統１１０が三相交流の場合もある。この場合には、三相の電力変換器を用いて、三相の電力系統１１０と連系することになる。
【００２１】
発電装置１０１は、例えば、太陽光発電や風力発電といった自然エネルギーを利用した発電装置である。発電装置１０１は、その出力端に電流値と電圧値を計測する計測装置（図示せず）を備えるものとする。発電装置１０１の出力は第１の電力変換器１０２において電力変換され、変換された電力は電力系統１１０に供給される。
【００２２】
ここで、第１の電力変換器１０２は、風力発電のような交流を出力する発電装置の場合は、交流電力を一度直流に変換してから交流を出力するＢＴＢ（Ｂａｃｋ  ｔｏ  Ｂａｃｋ）方式の場合もある。なお、第１の電力変換器１０２の具体的な回路構成例は、図２を用いて、後述する。
【００２３】
蓄電装置１０４は、第２の電力変換器１０３の直流側に接続している。なお、図１では蓄電装置１０４として蓄電池を例に挙げて説明するが、キャパシタなど他の蓄電装置を用いてもよい。
【００２４】
制御装置１０７は、適宜各装置から電流、電圧などのデータを取得し、電力系統１１０との連系に必要な各種操作量を適宜各装置（第１の電力変換器１０２および第２の電力変換器１０３）に与え、これらを制御している。このような制御に加え、本実施形態では、制御装置１０７は、発電装置１０１で発電した電力を有効に電力系統１１０に供給する制御も実施する。
【００２５】
制御装置１０７は、全体制御部１２０、位相検出部１３０、第１の電力変換器の制御部１４０と第２の電力変換器の制御部１５０を具備する構成である。全体制御部１２０は、第１の電力変換器制御部１４０と第２の電力変換器制御部１５０が出力する電力量を演算して指令を与える。
【００２６】
位相検出部１３０は、電圧センサ１０６から取得した電力系統１１０の電圧データから電力系統１１０の電圧位相角を演算し、第１の電力変換器制御部１４０と第２の電力変換器制御部１５０に与える。第１の電力変換器制御部１４０は、全体制御部１２０の指令に基づいて、第１の電力変換器１０２を制御する。第２の電力変換器制御部１５０も、全体制御部１２０の指令に基づいて、第２の電力変換器１５０を制御する。
【００２７】
第１の電力変換器制御部１４０は、電力制御部１４１、電圧波形生成部１４２、周波数制御部１４３を備える構成である。電力制御部１４１は、全体制御部１２０から受けた指令値に基づいて、第１の電力変換器１０２が出力する目標の電圧波形を演算する。電圧波形生成部１４２は、電力制御部１４１で演算した目標電圧に基づいて、例えば、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＰＷＭ）制御により、第１の電力変換器１０２を動作させるスイッチング信号を生成する。周波数制御部１４３は、電圧波形生成部１４２でＰＷＭ演算時に用いられるキャリア周波数を制御する。
【００２８】
第２の電力変換器制御部１５０は、ひずみ検出部１５１、電力制御部１５３、電圧波形生成部１５２、電圧波形生成部１５４、電圧波形合成部１５５を有する。ひずみ検出部１５１は、電流センサ１０５１を用いて取得した第１の電力変換器１０２の電流データから電流のひずみ成分を抽出する。電圧波形生成部１５２は、ひずみ検出部１５１で抽出した電流ひずみ成分から、第２の電力変換器１０３が検出した電流ひずみを相殺する電流を出力するようなスイッチング信号を生成する。
【００２９】
電力制御部１５３は、全体制御部１２０の指令値に基づいて、第２の電力変換器１０３が出力する目標の電圧波形を演算する。電圧波形生成部１５４は、電力制御部１５３で演算した目標電圧に基づいて、例えば、ＰＷＭ制御により、第２の電力変換器１０３を動作させるスイッチング信号を生成する。
【００３０】
なお、制御装置１０７の動作の詳細は、図３を用いて、後述する。
【００３１】
次に、図２を用いて、電力変換器の構成を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる第１の電力変換器１０２及び第２の電力変換器１０３の構成例を示す図である。ここで、第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３の構成は同じである。
【００３２】
第１の電力変換器１０２は、スイッチング回路２０、直流側接続部２１、交流側接続部２２、変換器制御装置２７で構成されている。直流側接続部２１には、第１の電力変換器１０２の直流側の電圧と電流とを計測する計測装置２１０を備え、計測した電圧データと電流データを変換器制御装置２７に送信する。変換器制御装置２７は取得したデータを図１に示す給電システム１Ａの制御装置１０７へ送信する。
【００３３】
スイッチング回路２０は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子２３ａ〜２６ａで構成されている。なお、本実施の形態では、スイッチング素子２３ａ〜２６ａとしてＩＧＢＴを用いた場合を例に挙げて説明するが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、他のスイッチング素子を用いてもよい。
【００３４】
スイッチング回路２０は、単相フルブリッジインバータ回路である。詳細には、スイッチング回路２０は、上アームのスイッチング素子２３ａのエミッタと下アームのスイッチング素子２４ａのコレクタとが電気的に直列に接続されて構成された第１のレグと、上アームのスイッチング素子２５ａのエミッタと下アームのスイッチング素子２６ａのコレクタとが電気的に直列に接続されて構成された第２のレグとを有する。
【００３５】
上アームのスイッチング素子２３ａ、２５ａのドレイン同士及び下アームのスイッチング素子２４ａ、２５ａのソース同士が電気的に接続されて、第１のレグと第２のレグが電気的に並列に接続される。スイッチング素子２３ａ〜２６ａのコレクタとエミッタ間には、それぞれダイオード２３ｂ〜２６ｂが設けられている。
【００３６】
交流側接続部２２は、電力系統１１０に接続される交流端子を含んでいる。図２では単相の場合を例示しているが、電力系統１１０が三相の場合もある。この場合には、スイッチング回路２０が三相の電力変換回路として構成されることになる。交流側接続部２２には、電力系統１１０の交流電圧と電流とを計測する計測装置２２０を備え、計測した電圧データと電流データを変換器制御装置２７に送信する。変換器制御装置２７は取得したデータを図１に示す給電システム１Ａの制御装置１０７へ送信する。
【００３７】
次に、図３を用いて、制御装置１０７の機能を説明する。図３は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる制御装置１０７の制御内容の一例を示すブロック線図である。本ブロック線図は、第１の電力変換器１０２の制御内容と第２の電力変換器１０３の制御内容を示したものである。まず、第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３に共通する制御内容を説明する。次に、第１の電力変換器１０２の制御内容を説明する。最後に、第２の電力変換器１０３の制御内容を説明する。
【００３８】
まず、第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３に共通する制御内容について説明する。第１の電力変換器１０２と第２の電力変換器１０３に共通する制御内容は、全体制御部１２０と位相検出部１３０での制御内容である。
【００３９】
全体制御部１２０は、発電装置１０１に具備されている計測装置からの電圧データと電流データを基に、第１の電力変換器１０２の有効電力目標値Ｐｎ＊、無効電力目標値ｑｎ*及び第２の電力変換器１０３の有効電力目標値Ｐｂ＊、無効電力目標値ｑｂ*を演算する。なお、第１の電力変換器１０２に具備されている計測装置２１０で計測した電圧データと電流データを用いてもよい。
【００４０】
位相検出部１３０は、電圧センサ１０６で計測された系統電圧データ（系統電圧Ｖｇ）に基づき、系統電圧Ｖｇの位相角θを演算する。
【００４１】
次に第１の電力変換器１０２の制御内容について説明する。第１の電力変換器制御部１４０には、電圧センサ１０６で計測された系統電圧データ（系統電圧Ｖｇ）、電流センサ１０５２で計測された系統電流データ（系統電流Ｉｇ）、全体制御部１２０で演算された第１の電力変換器１０２の有効電力目標値Ｐｎ＊、無効電力目標値ｑｎ*、位相検出部１３０で演算した系統電圧Ｖｇの位相角θを入力する。
【００４２】
第１の電力変換器制御部１４０に入力したこれらのデータは、電力制御部１４１に入力される。電力制御部１４１は、入力されたデータに基づいて、第１の電力変換器１０２の目標電圧Ｖｍを演算する。
【００４３】
周波数制御部１４３は、ＰＷＭ制御に用いるキャリア波Ｖｃを生成する。なお、この周波数制御部１４３は、生成するキャリア波の周波数を変更することができる。
【００４４】
電圧波形生成部１４２には、電力制御部１４１で演算した第１の電力変換器の目標電圧Ｖｍと周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃを入力し、それらの大小比較により、第１の電力変換器１０２のスイッチング信号Ｖｉを生成する。このスイッチング信号Ｖｉに基づいて、図２で示したスイッチング素子２３ａ〜２６ａが動作することで、第１の電力変換器１０２は、発電装置１０１で発電した電力を変換し、電力系統１１０へ電力を供給する。
【００４５】
第２の電力変換器１０３の制御内容について説明する。第２の電力変換器制御部１５０には、電圧センサ１０６で計測された系統電圧データ（系統電圧Ｖｇ）、電流センサ１０５２で計測された系統電流データ（系統電流Ｉｇ）、全体制御部１２０で演算された第２の電力変換器１０３の有効電力目標値Ｐｂ＊、無効電力目標値ｑｂ*、位相検出部１３０で演算した系統電圧Ｖｇの位相角θ、電流センサ１０５１で計測された第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎを入力する。
【００４６】
第２の電力変換器制御部１５０に入力した、系統電圧Ｖｇ、系統電流Ｉｇ、有効電力目標値Ｐｂ＊、無効電力目標値ｑｂ*、系統電圧Ｖｇの位相角θは、電力制御部１５３に入力される。電力制御部１５３は、入力されたデータに基づいて、第２の電力変換器１０３の目標電圧Ｖｂを演算する。
【００４７】
キャリア波生成部１５６は、ＰＷＭ制御に用いるキャリア波Ｖｃｃを生成する。電圧波形生成部１５４には、電力制御部１５３で演算した第２の電力変換器１０３の目標電圧Ｖｂと、キャリア波生成部１５６で生成したキャリア波Ｖｃｃを入力し、これらの大小比較演算により、スイッチング信号Ｖｄを生成する。
【００４８】
電流ひずみ検出部１５１には、電流センサ１０５１で計測した第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎを入力し、電流ひずみ成分Ｉｈを抽出する。電流ひずみ検出部１５１で抽出した電流ひずみ成分Ｉｈを、電圧波形生成部１５２に入力し、電流ひずみ相殺用スイッチング信号Ｖｈを生成する。
【００４９】
電圧波形合成部１５５に、電圧波形生成部１５４で生成したスイッチング信号Ｖｄと電圧波形生成部１５２で生成したスイッチング信号Ｖｈを入力し、第２の電力変換器１０３のスイッチング信号Ｖｊを生成する。このスイッチング信号Ｖｊに基づいて、第２の電力変換器１０３を動作させることにより、電力系統１１０への電力供給と第１の電力変換器１０２が出力する電流ひずみを相殺することができる。
【００５０】
図４は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる、第１の電力変換器制御部１４０の電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍ、周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃ、電圧波形生成部１４２で生成するスイッチング信号の一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電圧を示す。上段に電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍと周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃおよびキャリア波Ｖｃの反転した波形を示す。
【００５１】
下段に、電圧波形生成部１４２で目標電圧Ｖｍとキャリア波Ｖｃの大小比較により生成した第１の電力変換器１０２のスイッチング信号を示す。電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍが正の値をとる場合は、周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃと目標電圧Ｖｍの大小比較を行い、スイッチング信号を生成する。この場合、目標電圧Ｖｍがキャリア波Ｖｃよりも大きい場合、スイッチング信号は論理値Ｈｉｇｈとなり、目標電圧Ｖｍがキャリア波Ｖｃよりも小さい場合は、論理値Ｌｏｗとなる。
【００５２】
電力制御部１４１で演算した目標電圧Ｖｍが負の値をとる場合は、周波数制御部１４３で生成したキャリア波Ｖｃを反転させたキャリア波−Ｖｃと目標電圧Ｖｍの大小比較を行い、スイッチング信号を生成する。この場合、目標電圧Ｖｍが反転したキャリア波−Ｖｃよりも小さい時は、スイッチング信号は論理値Ｈｉｇｈとなり、目標電圧Ｖｍが反転したキャリア波−Ｖｃよりも大きい時は、スイッチング信号は論理値Ｌｏｗとなる。
【００５３】
この図で時刻０から時刻Ｔ１までの期間は、周波数制御部１４３から通常設定している周波数のキャリア波Ｖｃを出力する（モード１）。時刻Ｔ１以降の期間は、周波数制御部１４３から出力するキャリア波Ｖｃの周波数を通常よりも低く設定し、出力している（モード２）。
【００５４】
時刻Ｔ１以前と比較して時刻Ｔ１以降では、電圧波形生成部１４２で生成するスイッチング信号の論理値Ｈｉｇｈから論理値Ｌｏｗへの遷移又は論理値Ｌｏｗから論理値Ｈｉｇｈへの遷移回数が減少する。これにより、スイッチング信号の遷移回数が減少するため、第１の電力変換器１０２のスイッチング素子がスイッチング信号の遷移に伴い発生する損失を低減できる。
【００５５】
なお、モード１とモード２の切り替えは、一例として、切り替えスイッチ等により行う。その他、所定のプログラムに従って、所定の条件を満たしたときに、制御装置１０７が切り替えるようにしてもよい。ここで、モード１は、蓄電装置１０４、第２の電力変換器１０３などの故障によりモード２が利用できない場合に用いられる。モード２は、本実施形態の特徴的な動作に係わるモードである。
【００５６】
図５は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる第１の電力変換器１０２の出力電流の一例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図５では、図４で説明したキャリア波Ｖｃの周波数を変更することで、電圧波形生成部１４２が生成するスイッチング信号の変化に伴い、第１の電力変換器１０２が出力する電流の変化について説明する。なお、図５では、モード１における第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎと、モード２における第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａを示している。
【００５７】
時刻０から時刻Ｔ１までの期間は、周波数制御部１４３は通常設定している周波数ｆ１に基づいて、キャリア波Ｖｃを生成している。通常設定しているキャリア波Ｖｃの周波数ｆ１は、第１の電力変換器１０２の出力電力を単独で電力系統１１０に供給する際に規定されている電流のひずみの規制値を満足するように設定している。そのため、時刻０から時刻Ｔ１の期間の第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉｎは正弦波に近い形状となり、問題なく電力系統１１０へ電力を供給できる。
【００５８】
時刻Ｔ１以降は、周波数制御部１４３は通常設定しているキャリア波Ｖｃの周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２に設定しているため、第１の電力変換器１０２が出力する電流のひずみが大きくなり、電力系統１１０へ連系するための規制値を満足することができない。
【００５９】
図６は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる電流ひずみ検出部１５１で抽出した第１の電力変換器１０２の電流ひずみ成分Ｉｈの一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電流を示す。この電流ひずみ成分Ｉｈは、第１の電力変換器１０２が出力する電流波形から、電力系統１１０の周波数（５０Ｈｚ又は６０ｈｚ）と同じ周波数の基本波成分を除去した電流である。
【００６０】
図７は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる電圧波形生成部１５２で生成する電流ひずみ低減用のスイッチング信号Ｖｈの一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電圧を示す。電流ひずみ検出部１５１で抽出した電流ひずみ成分Ｉｈに基づいて、例えば、電流ひずみ成分Ｉｈが負の値の時はスイッチング信号が論理値Ｈｉｇｈを出力し、電流ひずみ成分が正の値の時はスイッチング信号が論理値Ｌｏｗを出力する等により、電圧波形生成部１５２は、スイッチング信号Ｖｈを生成する。
【００６１】
すなわち、電圧波形生成部１５２は、電流ひずみ成分の符号に基づいて、スイッチング信号Ｖｈを生成する。
【００６２】
図８は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａに用いる、電圧波形生成部１５４で生成するスイッチング信号Ｓ１（Ｖｄ）、電圧波形生成部１５２で生成するスイッチング信号Ｓ２（Ｖｈ）、電圧波形合成部１５５でスイッチング信号Ｓ１とスイッチング信号Ｓ２を合成したスイッチング信号Ｓ３（Ｖｊ）の一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電圧を示す。
【００６３】
上段から順に、電圧波形生成部１５４で生成したスイッチング信号Ｓ１、電圧波形生成部１５２で生成したスイッチング信号Ｓ２、電圧波形合成部１５５で生成したスイッチング信号Ｓ３を示す。スイッチング信号Ｓ３により、第２の電力変換器１０３は、電力系統１１０に電力を供給並びに第１の電力変換器１０２で発生する電流ひずみを相殺する電流を出力することが可能となる。
【００６４】
図９は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａにおける、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａ、第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂ、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａと第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂとの合成電流Ｉｃの一例を示す図である。横軸は時刻を示し、縦軸は電流を示す。上段から順に、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａ、第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂ、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａと第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂとの合成電流Ｉｃを示す。
【００６５】
第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａは、周波数制御部１４３により通常のキャリア周波数ｆ１より低い周波数ｆ２に基づいて、電圧波形生成部１４２で生成したスイッチング信号により第１の電力変換器１０２が動作した場合の出力電流の例である。
【００６６】
第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂは、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａから抽出した電流ひずみ成分Ｉｈに基づいて電圧波形生成部１５２で生成したスイッチング信号Ｖｈと電圧波形生成部１５４で生成したスイッチング信号Ｖｄとを電圧波形生成部１５５で合成したスイッチング信号Ｖｊにより、第２の電力変換器１０３が出力する電流Ｉｂである。
【００６７】
この第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂは、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａに含まれる電流ひずみを相殺する電流である。そのため、第１の電力変換器１０２の出力電流Ｉａと第２の電力変換器１０３の出力電流Ｉｂを合成することで、電力系統１１０と連系可能な電流を得られる。
【００６８】
図１０は、本発明の第１の実施形態による給電システム１Ａを適用した場合の損失と従来制御を適用した場合の損失の比較を示す図である。本実施形態を適用することで、第１の電力変換器１０２のスイッチング損失を低減できる。これにより、システム全体の損失が低減できる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の電力変換器１０２の動作周波数（キャリア周波数）を低減することで損失を低減できる。これにより、発電装置１０１で発電した電力のうち電力系統１１０へ供給できる電力が増加する。第１の電力変換器１０２の動作周波数を低減することで増加する電流ひずみは、第２の電力変換器１０３から電流ひずみを相殺する電流を出力して低減する。これにより、電流ひずみを低減するフィルタ容量を大きくすることなく電流ひずみを低減できる。
【００７０】
（第２の実施形態）  
次に、図１１を用いて、別の給電システムの全体構成を説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態による給電システム１Ｂの構成図である。
【００７１】
第１の実施形態では、第１の電力変換器１０２の動作周波数を低減することで第１の電力変換器１０２で発生する損失を低減した。さらに、第１の電力変換器１０２の動作周波数を低減することで増加する電流ひずみは、第２の電力変換器１０３から電流ひずみを相殺する電流を出力して低減した。
【００７２】
本実施形態の給電システムでは、太陽光発電を多数並列接続するメガソーラや風力発電を多数並列接続するウインドファーム等のように、発電装置と電力変換器の組合せを多数並列接続した場合について説明する。
【００７３】
図１１に本実施形態の給電システム１Ｂの構成例を示す。実施例１の給電システム１Ａとの違いは、発電装置１０１（１０１１〜１０１ｎ＋１）と発電装置に接続する第１の電力変換器１０２（１０２１〜１０２ｎ＋１）の組合せをｎ台設置し、これらを並列に接続した点である。制御装置１０７の制御ブロックもｎ台分の電力変換器制御部を追加し、ｎ台の第１の電力変換器１０２を個別に制御することができる。これらの電力変換の制御内容は第１の実施形態の第１の電力変換器１０２で説明した内容と同様である。
【００７４】
電流センサ１０５１はｎ台の第１の電力変換器１０２を接続した接続点Ｐ２と第２の電力変換器１０３との接続点Ｐ１との間に設置し、ｎ台の第１の電力変換器１０２が出力する電流の合成電流（電流の和）を検出している。そのため、ひずみ検出部１５１は、ｎ台の第１の電力変換器１０２で発生する電流ひずみを合成した電流ひずみを検出する。第２の電力変換器１０３は、第１の実施形態で説明した制御に基づいて、電流ひずみを相殺する電流を出力する。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態によれば、太陽光発電を多数並列接続するメガソーラや風力発電を多数並列接続するウインドファーム等、発電装置と電力変換器を多数並列接続する給電システムにおいて、各電力変換器の損失を低減できる。各電力変換器で増加する電流ひずみは、第２の電力変換器１０３から一括して電流ひずみを相殺する電流を出力し、電流ひずみを低減できる。
【００７６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００７７】
上記実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００７８】
上記実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、上記実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００７９】
上記実施形態では、図３に示すように、全体制御部１２０、位相検出部１３０、電力制御部１５３、電圧波形生成部１５４、キャリア波生成部１５６は別体であるが、一体に構成されていてもよい。この場合、電圧波形生成部１５４は、系統電流Ｉｇ及び系統電圧Ｖｇに基づいて、スイッチング信号Ｖｄを生成する。
【００８０】
また、全体制御部１２０、位相検出部１３０、電力制御部１４１、電圧波形生成部１４２は別体であるが、一体に構成されていてもよい。この場合、電圧波形生成部１４２は、周波数制御部１４３によって設定された動作周波数、系統電流Ｉｇ及び系統電圧Ｖｇに基づいて、スイッチング信号Ｖｉを生成する。
【符号の説明】
【００８１】
１０１…発電装置
１０２…第１の電力変換器
１０３…第２の電力変換器
１０４…蓄電装置
１０５…電流センサ
１０６…電圧センサ
１０７…制御装置
１２０…全体制御部
１３０…位相検出部
１４０…第１の電力変換器の制御部
１４１…電力制御部
１４２…電圧波形生成部
１４３…周波数制御部
１５０…第２の電力変換器の制御部
１５１…ひずみ検出部
１５２…電圧波形生成部
１５３…電力制御部
１５４…電圧波形生成部
１５５…電圧波形合成部
【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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