(57)【要約】【課題】  電圧源の運転状態の変化に伴う電力品質の低下を抑制すること。【解決手段】  制御装置４で分散型電源（電圧源）３の運転状態（例：有効電力、無効電力）の目標値を設定する。制御装置４で分散型電源（電圧源）３の運転状態（例：有効電力、無効電力）を計測する。分散型電源（電圧源）３の運転状態の実測値と、制御装置４で設定した目標値とを比較し、差分を計算し、電流源１の運転状態（例:有効電力、無効電力）を変化させる。電流源１の運転状態を変化させることで、電圧源の運転状態を目標値と一致させる。【選択図】  図１
2008278700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、電力線を介して需要設備に電力を供給する分散型発電装置において、
自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、
前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、
前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部と
を備え、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力目標値Ｐ’及び無効電力目標値Ｑ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ及び実測無効電力Ｑを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１及び実測無効電力Ｑ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’、実測無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’をそれぞれ周期的に比較して、差分  ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ  及び  ΔＱ＝Ｑ’−Ｑ  を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ  及び  Ｑ１−ΔＱ  を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力を  Ｐ１−ΔＰ、無効電力出力を  Ｑ１−ΔＱ  に制御する
ことにより、前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’に、無効電力を無効電力目標値Ｑ’に制御するようにした前記分散型発電装置。
【請求項２】
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、需要設備に電力を供給する分散型発電装置において、
自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、
前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、
前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部と
を備え、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の周波数目標値ｆ’及び電圧目標値Ｖ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測周波数ｆ及び実測電圧Ｖを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１及び実測無効電力Ｑ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測周波数ｆと周波数目標値ｆ’、実測電圧Ｖと電圧目標値Ｖ’をそれぞれ周期的に比較して、差分Δｆ＝ｆ’−ｆ  及び  ΔＶ＝Ｖ’−Ｖを計算し、
差分Δｆ及びΔＶに基づき、前記分散型電源の有効電力の変動量ΔＰ、無効電力の変動量ΔＱを求め、前記制御装置から前記第１の電流源に有効電力指令値Ｐ１＋ΔＰ、無効電力指令値Ｑ１＋ΔＱを送り、前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力をΔＰ、無効電力出力をΔＱ分変化させることにより、前記分散型電源の有効電力を−ΔＰ、無効電力を−ΔＱ分変化させることで、前記分散型電源の周波数をｆ＋Δｆ、電圧をＶ＋ΔＶに変化させ、前記分散型電源の周波数を周波数目標値ｆ’に、電圧を電圧目標値Ｖ’に制御するようにした前記分散型発電装置。
【請求項３】
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、需要設備に電力を供給する分散型発電装置において、
自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、
前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、
前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部と
を備え、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の電圧制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力目標値Ｑ’及び力率目標値cosθ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ若しくは無効電力Ｑ及び実測力率cosθを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１若しくは無効電力Ｑ１及び実測力率cosθ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’を周期的に比較し、実測力率cosθと力率目標値cosθ’を周期的に比較して、差分ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ若しくはΔＱ＝Ｑ’−Ｑ  及び  cosθ、cosθ’、Ｐ１、cosθ1に基づき、力率指令値cosθ１(指令)を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱ  及び  cosθ１(指令)を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力若しくは無効電力出力を、Ｐ１−ΔＰ若しくはＰ１−ΔＰに制御し、力率をcosθ１(指令)に制御することにより、
前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力を無効電力目標値Ｑ’に、及び、力率を力率目標値cosθ’に制御するようにした前記分散型発電装置。
【請求項４】
前記第１の電流源は、電力線へ出力する電力の力率を制御する力率調整部をさらに備え、
前記制御装置からの指令値に従い、前記力率調整部により力率を制御し、有効電力又は無効電力を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記分散型電源の計測情報を周期的に取り込む第１の計測装置と、
前記第１の電流源の計測情報を周期的に取り込む第２の計測装置と、
予め目標値を設定しておく目標値設定部と、
前記計測装置からの計測情報と前記目標値設定部からの目標値とを周期的に比較し、指令値を演算及び送出する演算部と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
【請求項６】
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御できない、前記電力線に電力を供給する第２の電流源をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
【請求項７】
需要設備が、次式のように負荷変動した場合、
Ｐ３→Ｐ３＋ΔＰ３、Ｑ３→Ｑ３＋ΔＱ３
前記制御装置は、指令値として
Ｐ１＋ΔＰ１  （ここで、ΔＰ１＝ΔＰ３）、
Ｑ１＋ΔＱ１  （ここで、ΔＱ１＝ΔＱ３）
を出力し、
前記第１の電流源は、有効電力出力を  Ｐ１＋ΔＰ１、Ｑ１＋ΔＱ１  に制御することにより、前記分散型電源の出力を、Ｐ、Ｑ  に維持するように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
ここに、
Ｐ  ：分散型電源の有効電力        Ｑ  ：分散型電源の無効電力
Ｐ１：第１の電流源の有効電力    Ｑ１：第１の電流源の無効電力
Ｐ３：負荷の有効電力            Ｑ３：負荷の無効電力
【請求項８】
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御できない、前記電力線に電力を供給する第２の電流源をさらに備え、
前記第２の電流源が、次式のように出力変動した場合に、
Ｐ２→Ｐ２＋ΔＰ２、Ｑ２→Ｑ２＋ΔＱ２
前記制御装置は、指令値として、
Ｐ１＋ΔＰ１  （ここで、ΔＰ１＝−ΔＰ２）、
Ｑ１＋ΔＱ１  （ここで、ΔＱ１＝−ΔＱ２）
を出力し、
前記第１の電流源は、有効電力出力を  Ｐ１＋ΔＰ１、Ｑ１＋ΔＱ１  に制御することにより、前記分散型電源の出力を、Ｐ、Ｑ  に維持するように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
ここに、
Ｐ  ：分散型電源の有効電力        Ｑ  ：分散型電源の無効電力
Ｐ１：第１の電流源の有効電力    Ｑ１：第１の電流源の無効電力
Ｐ２：第２の電流源の有効電力    Ｑ２：第２の電流源の無効電力
【請求項９】
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御できない、前記電力線に電力を供給する第２の電流源をさらに備え、
需要設備が、次式のように負荷変動した場合、
Ｐ３→Ｐ３＋ΔＰ３、Ｑ３→Ｑ３＋ΔＱ３
及び／又は、
前記第２の電流源が、次式のように出力変動した場合に、
Ｐ２→Ｐ２＋ΔＰ２、Ｑ２→Ｑ２＋ΔＱ２
前記制御装置は、指令値として
Ｐ１＋ΔＰ１  （ここで、ΔＰ１＝−ΔＰ２＋ΔＰ３）、
Ｑ１＋ΔＱ１  （ここで、ΔＱ１＝−ΔＱ２＋ΔＱ３）
を出力し、
前記第１の電流源は、有効電力出力を  Ｐ１＋ΔＰ１、Ｑ１＋ΔＱ１  に制御することにより、前記分散型電源の出力を、Ｐ、Ｑ  に維持するように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
ここに、
Ｐ  ：分散型電源の有効電力        Ｑ  ：分散型電源の無効電力
Ｐ１：第１の電流源の有効電力    Ｑ１：第１の電流源の無効電力
Ｐ２：第２の電流源の有効電力    Ｑ２：第２の電流源の無効電力
Ｐ３：負荷の有効電力            Ｑ３：負荷の無効電力
【請求項１０】
前記切替制御部は、電力系統の障害検出、保守、切替指示に従い、前記分散型電源及び前記制御装置の機能を系統連系運転から自立運転に切替える指令を送出し、
自立運転時には、
前記分散型電源は、電圧源として機能するように切替えられ、ＧＩ（Ｇｒｉｄ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）モードで運転され、
前記制御装置は、前記分散型電源の出力及び目標指令値にしたがい、前記第１の電流源へ出力値制御指令を送出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
【請求項１１】
前記分散型電源は、系統連系運転時には前記切替制御部の指令に従って電流源として機能するように切替えられ、ＧＣ（Ｇｒｉｄ  Ｃｏｎｎｅｃｔ）モードで運転され、
前記制御装置は、系統連系運転時には前記分散型電源、前記第１の電流源及び前記第２の電流源に、出力指令値を出力し、
前記分散型電源及び前記第１の電流源は、制御装置からの指令値に従った出力で運転を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分散型発電装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、力率指令値cosθ１(指令)を次式で求めることを特徴とする請求項３に記載の分散型発電装置。
力率指令値ｃｏｓθ１（指令）
＝ｃｏｓ（ｔａｎ−１（（Ｐ１（計測）×ｔａｎθ１（計測）−Ｐ’×ｔａｎθ’＋Ｐ×ｔａｎθ）／（Ｐ１−ΔＰ））
【請求項１３】
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部とを備え、需要設備に電力を供給する分散型発電装置における電力品質維持制御方法において、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力目標値Ｐ’及び無効電力目標値Ｑ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ及び実測無効電力Ｑを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１及び実測無効電力Ｑ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’、実測無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’をそれぞれ周期的に比較して、差分  ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ  及び  ΔＱ＝Ｑ’−Ｑ  を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ  及び  Ｑ１−ΔＱ  を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力を  Ｐ１−ΔＰ、無効電力出力を  Ｑ１−ΔＱ  に制御する
ことにより、前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’に、無効電力を無効電力目標値Ｑ’に制御するようにした前記電力品質維持制御方法。
【請求項１４】
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部とを備え、需要設備に電力を供給する分散型発電装置における電力品質維持制御方法において、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の周波数目標値ｆ’及び電圧目標値Ｖ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測周波数ｆ及び実測電圧Ｖを計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測周波数ｆと周波数目標値ｆ’、実測電圧Ｖと電圧目標値Ｖ’をそれぞれ周期的に比較して、差分Δｆ＝ｆ’−ｆ  及び  ΔＶ＝Ｖ’−Ｖを計算し、ΔＶ、Δｆに基づき、前記分散型電源の有効電力の変動量ΔＰ、無効電力の変動量ΔＱを求め、前記第１の電流源の有効電力指令値Ｐ１＋ΔＰ、無効電力指令値Ｑ１＋ΔＱを求め、前記制御装置から前記第１の電流源に前記指令値を送り、前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力をΔＰ、無効電力出力ΔＱの分変化させることにより、前記分散型電源の有効電力を−ΔＰ、無効電力を−ΔＱ分変化させることにで、前記分散型電源の周波数をｆ＋Δｆ、電圧をＶ＋ΔＶに変化させ、前記分散型電源の周波数を周波数目標値ｆ’に、電圧を電圧目標値Ｖ’に制御するようにした前記電力品質維持制御方法。
【請求項１５】
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部とを備え、需要設備に電力を供給する分散型発電装置における電力品質維持制御方法において、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力Ｐ’若しくは無効電力目標値Ｑ’及び力率目標値cosθ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ若しくは無効電力Ｑ及び実測力率cosθを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１若しくは無効電力Ｑ１及び実測力率cosθ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’を周期的に比較し、実測力率cosθと力率目標値cosθ’を周期的に比較して、差分ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ若しくはΔＱ＝Ｑ’−Ｑ及び  cosθ、cosθ’、Ｐ１、cosθ1に基づき、力率指令値cosθ１(指令)を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱ  及び  cosθ１(指令)を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力若しくは無効電力出力を、Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱに制御し、力率をcosθ１(指令)に制御することにより、
前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力を無効電力目標値Ｑ’に、及び、力率を力率目標値cosθ’に制御するようにした前記電力品質維持制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散型発電装置及び電力品質維持制御方法に係り、特に、分散型電源自立運転時の電力品質を維持するための分散型発電装置及び電力品質維持制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、分散型電源は、通常、電力会社の系統に連系することを前提に電流源（理想的には負荷の大きさに関係なく出力電流が一定）として運転する。しかし、電圧源（理想的には負荷の大きさに関係なく出力電圧が一定）として運転が可能な分散型電源は電力会社の系統が停電となった場合も、分散型電源のみで自立運転で負荷へ電力を供給することができる。さらに、電圧源で確立した自立系統に電流源として他の発電機を連系し、負荷へ給電することも可能である（非特許文献１参照）。
また、特許文献１には直流電圧源を電力変換器を制御して基準電圧及び基準位相の交流に変換して交流系統に供給する電力変換装置が記載されている。
【非特許文献１】「新エネルギー発電装置を用いたマイクログリッドの自立運転の検討」電気学会Ｂ部門大会（０６．０９）ＮＴＴ−Ｆ角田、西岡他  （２００６．０９．１３発行）
【特許文献１】特開２００５−２２９７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電流源として連系する電源は出力指令に従って一定（有効電力、無効電力、力率）運転するのが通常の運用である。また、自然変動電源（例えば、風力発電、太陽光発電など）は運転状態を制御することが困難である。したがって、商用系統から切り離された自立系統では、需要電力や自然変動電源の変動に対しては電圧源のみで対応するのが従来の技術である。よって、需要電力や自然変動電源の変動に伴い、電圧源となる発電機の運転状態（有効電力、無効電力、力率）が変化する。
しかし、自立運転時の電力品質（電圧、周波数）は電圧源の運転状態に依存するため、電圧源の運転状態が変動することにより、電力線に供給される電力の品質に影響が生じる。例えば、一般に、電圧源の有効電力が増加（減少）すると周波数が低下（上昇）し、無効電力が増加（減少）すると、電圧が低下（上昇）する。
したがって、変動の大きな負荷や自然変動電源を連系させると電力品質が低下する。電圧、周波数の変動の大きさによって分散型電源や負荷設備の運転継続が困難となる場合があるため、電圧源の容量と比較して、変動の大きい負荷の連系が困難になる場合がある。また、大容量の自然変動電源を連系することも困難となる場合がある。
従来の電力品質変動に対しては以下のような対策方法がある。
・力率改善用コンデンサの投入
・変圧器のタップ切り替え
・ＳＶＣ（無効電力補償装置）などの電圧制御機器の適用
しかし、最初の二つの方法では応答速度が遅いために瞬時の変動に追従できない場合があり、３番目の方法では装置導入のコストや設置スペースの確保の課題がある。
【０００４】
本発明は、以上の点に鑑み、次のような目的を達成することができる。
・電圧源の自立運転の運転状態の変化に伴う電力品質の低下を抑制すること。
・系統連系運転のみを前提とした自然変動電源の利活用を可能とすること。
・蓄電池設備を利用した場合は充放電電力の調整が高速に行うことを可能ですること、また、充電方向にも変動抑制が可能であることから、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ、太陽光発電）やＷＴ（Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ、風力発電）等の自然変動電源を自立運転の系統に連系させる場合に、一層有効に充放電電力の調整を可能とすること。
・発電機には出力応答性や発電効率の観点から、最適な運転領域があり、電圧源をその領域で運転させること。
・電圧源の変動予備力を確保すること。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、特に、商用系統（電力会社系統）から切り離されて、電圧源、電流源を備えた発電機群から負荷設備に電力を供給する自立系統において、電流源の運転状態を制御するための制御装置により以下のような制御を実行する。
・制御装置で電圧源の運転状態（有効電力、無効電力）の目標値を設定する。
・制御装置で電圧源の運転状態（有効電力、無効電力）を計測する。
・電圧源の運転状態の実測値と、制御装置で設定した目標値とを比較し、差分を計算する。
・実測値と目標値を一致させる為に、電流源の運転状態（有効電力、無効電力）を変化させる。
・電流源の運転状態を変化させることで、電圧源の運転状態を目標値と一致させる。
・電流源は、有効電力のみを制御する電流源、無効電力のみを制御する電流源、というように複数台で役割を分担してもよい。
【０００６】
本発明の第１の解決手段によると、
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、電力線を介して需要設備に電力を供給する分散型発電装置において、
自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、
前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、
前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部と
を備え、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力目標値Ｐ’及び無効電力目標値Ｑ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ及び実測無効電力Ｑを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１及び実測無効電力Ｑ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’、実測無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’をそれぞれ周期的に比較して、差分  ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ  及び  ΔＱ＝Ｑ’−Ｑ  を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ  及び  Ｑ１−ΔＱ  を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力を  Ｐ１−ΔＰ、無効電力出力を  Ｑ１−ΔＱ  に制御する
ことにより、前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’に、無効電力を無効電力目標値Ｑ’に制御するようにした前記分散型発電装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２の解決手段によると、
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、需要設備に電力を供給する分散型発電装置において、
自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、
前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、
前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部と
を備え、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の周波数目標値ｆ’及び電圧目標値Ｖ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測周波数ｆ及び実測電圧Ｖを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１及び実測無効電力Ｑ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測周波数ｆと周波数目標値ｆ’、実測電圧Ｖと電圧目標値Ｖ’をそれぞれ周期的に比較して、差分Δｆ＝ｆ’−ｆ  及び  ΔＶ＝Ｖ’−Ｖを計算し、
差分Δｆ及びΔＶに基づき、前記分散型電源の有効電力の変動量ΔＰ、無効電力の変動量ΔＱを求め、前記制御装置から前記第１の電流源に有効電力指令値Ｐ１＋ΔＰ、無効電力指令値Ｑ１＋ΔＱを送り、前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力をΔＰ、無効電力出力をΔＱ分変化させることにより、前記分散型電源の有効電力を−ΔＰ、無効電力を−ΔＱ分変化させることで、前記分散型電源の周波数をｆ＋Δｆ、電圧をＶ＋ΔＶに変化させ、前記分散型電源の周波数を周波数目標値ｆ’に、電圧を電圧目標値Ｖ’に制御するようにした前記分散型発電装置が提供される。
【０００８】
本発明の第３の解決手段によると、
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、需要設備に電力を供給する分散型発電装置において、
自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、
前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、
前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、
前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部と
を備え、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の電圧制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力目標値Ｑ’及び力率目標値cosθ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ若しくは無効電力Ｑ及び実測力率cosθを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１若しくは無効電力Ｑ１及び実測力率cosθ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’を周期的に比較し、実測力率cosθと力率目標値cosθ’を周期的に比較して、差分ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ若しくはΔＱ＝Ｑ’−Ｑ  及び  cosθ、cosθ’、Ｐ１、cosθ1に基づき、力率指令値cosθ１(指令)を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱ  及び  cosθ１(指令)を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力若しくは無効電力出力を、Ｐ１−ΔＰ若しくはＰ１−ΔＰに制御し、力率をcosθ１(指令)に制御することにより、
前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力を無効電力目標値Ｑ’に、及び、力率を力率目標値cosθ’に制御するようにした前記分散型発電装置が提供される。
【０００９】
本発明の第４の解決手段によると、
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部とを備え、需要設備に電力を供給する分散型発電装置における電力品質維持制御方法において、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力目標値Ｐ’及び無効電力目標値Ｑ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ及び実測無効電力Ｑを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１及び実測無効電力Ｑ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’、実測無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’をそれぞれ周期的に比較して、差分  ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ  及び  ΔＱ＝Ｑ’−Ｑ  を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ  及び  Ｑ１−ΔＱ  を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力を  Ｐ１−ΔＰ、無効電力出力を  Ｑ１−ΔＱ  に制御する
ことにより、前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’に、無効電力を無効電力目標値Ｑ’に制御するようにした前記電力品質維持制御方法が提供される。
【００１０】
本発明の第５の解決手段によると、
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部とを備え、需要設備に電力を供給する分散型発電装置における電力品質維持制御方法において、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の周波数目標値ｆ’及び電圧目標値Ｖ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測周波数ｆ及び実測電圧Ｖを計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測周波数ｆと周波数目標値ｆ’、実測電圧Ｖと電圧目標値Ｖ’をそれぞれ周期的に比較して、差分Δｆ＝ｆ’−ｆ  及び  ΔＶ＝Ｖ’−Ｖを計算し、ΔＶ、Δｆに基づき、前記分散型電源の有効電力の変動量ΔＰ、無効電力の変動量ΔＱを求め、前記第１の電流源の有効電力指令値Ｐ１＋ΔＰ、無効電力指令値Ｑ１＋ΔＱを求め、前記制御装置から前記第１の電流源に前記指令値を送り、前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力出力をΔＰ、無効電力出力ΔＱの分変化させることにより、前記分散型電源の有効電力を−ΔＰ、無効電力を−ΔＱ分変化させることにで、前記分散型電源の周波数をｆ＋Δｆ、電圧をＶ＋ΔＶに変化させ、前記分散型電源の周波数を周波数目標値ｆ’に、電圧を電圧目標値Ｖ’に制御するようにした前記電力品質維持制御方法が提供される。
【００１１】
本発明の第６の解決手段によると、
電力系統と分離した自立運転及び電力系統と接続した系統連系運転を切り替え可能で、自立運転時に電圧源として電圧制御運転され、連系運転時に電流源として電流制御運転され、電力線に電力を供給する分散型電源と、前記分散型電源が出力する電圧及び周波数に同期して運転され、運転状態を制御可能で、前記電力線に電力を供給する第１の電流源と、前記分散型電源、前記第１の電流源の運転状態を制御するための制御装置と、前記分散型電源及び前記制御装置を自立運転及び系統連系運転の機能に切り替える切替制御部とを備え、需要設備に電力を供給する分散型発電装置における電力品質維持制御方法において、
自立運転時に、
前記分散型電源は、前記切替制御部により電圧源として切り替えられ、前記電力線への出力電圧及び周波数の制御を行い、
前記制御装置は、前記分散型電源の有効電力Ｐ’若しくは無効電力目標値Ｑ’及び力率目標値cosθ’を設定し、
前記制御装置は、前記分散型電源の実測有効電力Ｐ若しくは無効電力Ｑ及び実測力率cosθを計測し、前記第１の電流源の実測有効電力Ｐ１若しくは無効電力Ｑ１及び実測力率cosθ１を計測し、周期的に計測情報を取り込み、
前記制御装置は、実測有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力Ｑと無効電力目標値Ｑ’を周期的に比較し、実測力率cosθと力率目標値cosθ’を周期的に比較して、差分ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ若しくはΔＱ＝Ｑ’−Ｑ及び  cosθ、cosθ’、Ｐ１、cosθ1に基づき、力率指令値cosθ１(指令)を計算し、
前記制御装置から前記第１の電流源に  Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱ  及び  cosθ１(指令)を指令値として送り、
前記第１の電流源は、前記制御装置から受けた指令値に従い、有効電力若しくは無効電力出力を、Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱに制御し、力率をcosθ１(指令)に制御することにより、
前記分散型電源の有効電力を有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力を無効電力目標値Ｑ’に、及び、力率を力率目標値cosθ’に制御するようにした前記電力品質維持制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、次のような特有の効果を奏する。
・電圧源の自立運転の運転状態の変化に伴う電力品質の低下を抑制できる。
・系統連系運転のみを前提とした自然変動電源の利活用が可能となる。
・蓄電池設備を利用した場合は充放電電力の調整を高速に行うことが可能であること、また、充電方向にも変動抑制が可能であることから、ＰＶ（太陽光発電）やＷＴ（風力発電）等の自然変動電源を自立運転の系統に連系させる場合に、一層有効に充放電電力の調整が可能となる。
・発電機には出力応答性や発電効率の観点から、最適な運転領域があり、電圧源をその領域で運転させることができる。
・電圧源の変動予備力を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
１．システム構成概要
図１に、自立運転時の分散型電源システムの構成図を示す。
本実施の形態の分散型電源システムは、発電設備１０、商用系統２０、需要設備３０、遮断器４０を備える。
発電設備１０は、分散型電源１及び２（以下、電流源１及び２と呼ぶ場合がある。）、電流源又は電圧源に切替えられる分散型電源３、制御装置４、切替制御部５を備える。発電設備１０は、電力の需要設備３０に電力線５０を介して電力を供給する。発電設備１０は、遮断器４０を介して商用系統２０と接続される。発電設備１０の運転には、商用系統２０と接続されて需要設備３０に電力を供給する系統連系運転、及び、商用系統２０と分離されて需要設備３０に電力を供給する自立運転がある。切替制御部５は、商用系統の監視結果（例えば、停電、漏電等の障害時）、保守運用時等の制御装置やコンソールなどからの切替え指示などに従い、これらの切替えを実行する。また、切替制御部５の指示により、遮断器４０は接続又は開放され、分散型電源３は、系統連系運転時には電流源に、自立運転時には電圧源として機能するように切替えられる。
図１の本実施の形態は、特に、自立運転時の場合を示す。自立運転時とは、例えば、事故等により系統停電した場合等、電力会社の系統と遮断器等で分離された状態である。
自立運転時、分散型電源（電圧源）３は、出力電圧が一定に維持されるように、電圧制御運転がなされる。電圧源は、自立運転時には、自立系統で電力品質の基準となるため、分散型電源（電圧源）３の運転状態が電力品質に影響を与える。また、分散型電源（電圧源）３の負荷追従速度はきわめて早い。電圧源は、例えば、ＰＡＦＣ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、リン酸形燃料電池）ＮａＳ電池（Ｎａｔｒｉｕｍ（Ｓｏｄｉｕｍ）−Ｓｕｌｆｕｒ  Ｂａｔｔｅｒｙ）等を用いることができる。
【００１４】
電流源１及び２は、出力電流が一定に維持されるように、電流制御運転がなされるため、電圧源が出力する電圧、周波数に同期して運転する。電流源１は、運転状態を制御できる電源設備である。電流源１は電流制御運転がなされるため、運転状態を変化させるには指令を受ける必要があるため、電圧源ほど負荷追従速度は速くない。電流源１は、例えば、電圧源と同様なＰＡＦＣ、蓄電池、ＮａＳ等を用いることができる。電流源２は、運転状態を制御できない電源設備である。電流源２は、例えば、太陽光発電（ＰＶ）、風力発電（ＷＴ）等を用いることができ、この場合、天候等によって出力が変動する。
制御装置４は、電流源１の運転状態を制御する。特に、自立運転時には、分散型電源（電圧源）３の出力に基づいて電流源１の出力を制御する。
自立運転時では分散型電源３が電圧源となり、電力会社の系統の役割を担い電圧、周波数を決定する。他の分散型電源である電流源１及び電流源２は、電圧源の作る電圧、周波数を基準として、その電圧、周波数に同期して運転する。分散型電源（電圧源）３と電流源１又は２、負荷の規模が同等である、比較的同等に近い場合、分散型電源（電圧源）３より電流源１又は２、負荷の規模が大きい場合、電流源２の出力変動や負荷の変動が電力品質に影響を与える。すなわち、電圧源の電圧・周波数の基準、有効電力Ｐ、無効電力Ｑの状態等によって、電力線に供給される電圧や周波数等に影響を及ぼす場合がある。
【００１５】
図２に、系統連系運転時の分散型電源システムの構成図を示す。
なお、本実施の形態は、特に自立運転時に適用されるが、通常の分散型電源の使用方法として、系統連系運転時の場合がある。この場合、電力会社の系統とは、遮断器４０等で接続されている。なお、この場合図１の分散型電源３は、切替制御部５の指令に従い電流源として機能し、制御装置４の出力指令値に従って運転する。電力会社の系統は分散型電源と比較して巨大（強力）である。このような巨大な系統に、小規模の負荷や太陽光発電等の分散型電源が連系し、変動しても、電力品質（電圧、周波数）に与える影響は比較的小さい（なお、今後大量の分散型電源が集中導入されると影響する恐れも有り得る）。系統の電圧、周波数が基準となり、分散型電源（電流源）１、２、３は、系統の作る電圧、周波数に同期して運転する。
【００１６】
２．自立運転
図３に、マニュアルによる自立運転の動作についての説明図を示す。
本実施の形態の説明の前に、参考までに、関連技術として、マニュアルによる自立運転の動作について説明する。
この発電設備１０の制御部分は、電流源１、分散型電源（電圧源）３、制御装置４’、計測装置、コンソールを備える。分散型電源（電圧源）３は、制御部、インバータ、発電部を備える。電流源１は、制御部、インバータ、発電部、インタフェースを備える。制御装置４’は、電流源の出力設定部、演算部を備える。
分散型電源（電圧源）３は、出力電圧、周波数に基づき、制御部がインバータを電圧制御する。このとき、分散型電源（電圧源）３のローカル制御（既存技術）により、外部の制御装置による運転制御はされない。電流源１は一定（定格）出力運転とすることができる。もしくは、制御装置４の計測装置が分散型電源（電圧源）３から出力される実測有効電力Ｐ及び実測無効電力Ｑを計測し、その計測データを人間が確認し、電流源１の出力を変化させることもできる。このとき、制御装置４’は、操作者のＰＣ等のコンソールからの電流源１の出力設定のための入力に従い、設定部が電流源１の出力を設定し、演算部により指令値が計算されて出力される。そして、電流源１は制御装置４’より受けた指令に従い運転する。このとき、電流源１は、インバータの出力位相、電流に基づき制御部がインバータを電流制御する。
【００１７】
図４に、自立運転の動作についての説明図を示す。
次に、本実施の形態の動作について説明する。
この発電設備１０の制御部分は、電流源１、分散型電源（電圧源）３、制御装置４、切替制御部５を備える。分散型電源（電圧源）３は、制御部（電圧制御）、インバータ、発電部、インタフェースを備える。電流源１は、制御部、インバータ、発電部、インタフェースを備える。制御装置４は、計測装置４１及び４４、目標値設定部４２、演算部４３を備える。
切替制御部５は、商用系統の停電、断線、漏電、短絡等の障害の監視結果に従い、または、保守・運用の指示や、マニュアル若しくは他の制御装置からの切替え指示等に従い、自立運転か系統連系運転かを切替える制御を実行する。そして、切替制御部５は、制御装置４の機能及び分散型電源３の電圧制御／電流制御を切替える。自立運転では、分散型電源３は電圧源として機能するように切替制御部により切替えられる。また、分散型電源（電圧源）３は、電力系への出力電圧、周波数に基づき、制御部がインバータを電圧制御する。このとき、ローカル制御（既存技術）により、外部の制御装置による運転制御はされない。
以下、一例として、有効電力及び無効電力を用いた電力品質維持制御について説明する。
計測装置４１は、分散型電源（電圧源）３の電力線への出力から周期的に計測情報（Ｐ：実測有効電力、Ｑ：実測無効電力）を取り込む。計測装置４４は、電流源１の電力線への出力から周期的に計測情報（Ｐ１：実測有効電力、Ｑ１：実測無効電力）を取り込む。目標値設定部４２は、予め分散電源（電圧源）３が電力線に出力すべき目標値（Ｐ’：有効電力目標値、Ｑ’：無効電力目標値）を設定しておく。制御装置４は、計測装置４１から出力される計測情報（Ｐ、Ｑ）と目標値設定部４２からの目標値（Ｐ’、Ｑ’）とを周期的に比較し、計測装置４４から出力される計測情報（Ｐ１、Ｑ１）を用いて、指令値を計算して送出する。ここで、出力される指令値は、次のようになる。
有効分指令値  Ｐ１−ΔＰ  （ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ）
無効分指令値  Ｑ１−ΔＱ  （ΔＱ＝Ｑ’−Ｑ）
ここで、Ｐ１：電流源１の有効電力    Ｑ１：電流源１の無効電力
【００１８】
電流源１は制御装置４より受けた指令に従い運転する。すなわち、制御部はインタフェースを介して演算部からの指令値を入力する。制御部は、出力位相、電流に基づき、指令値に追従するようにインバータを電流制御する。その結果、電流源の出力はＰ１−ΔＰ、Ｑ１−ΔＱに近づく。
以上のように、制御装置４は、分散型電源（電圧源）３の送電端の出力Ｐ，Ｑの計測情報をもとに、電流源１の出力Ｐ１，Ｑ１を決定する。このとき、電流源１は、分散型電源（電圧源）３の送電端の出力Ｐ，Ｑを予め設定した目標値Ｐ’、Ｑ’に保つように電流源１のＰ１，Ｑ１を決定することで、電力品質改善のために電流源の出力を変更する。
【００１９】
図５に、電流源２の出力変動及び負荷変動の際の動作説明図を示す。
図示のように、電圧源によって確立された自立電力系統に、電流源１（例：蓄電池）、電流源２（例：太陽光発電設備）を連系させ、需要設備３０（負荷設備）に給電する。自立系統を維持するためには、次式が成り立つことが必要である。
Ｐ＋Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐ３、Ｑ＋Ｑ１＋Ｑ２＝Ｑ３          （１）
ここで
Ｐ  ：分散型電源（電圧源）３の有効電力
Ｑ  ：分散型電源（電圧源）３の無効電力
Ｐ１：電流源１の有効電力    Ｑ１：電流源１の無効電力
Ｐ２：電流源２の有効電力    Ｑ２：電流源２の無効電力
Ｐ３：負荷の有効電力        Ｑ３：負荷の無効電力
である。
ここで、需要設備３０の負荷変動（Ｐ３→Ｐ３＋ΔＰ３）、及び、太陽光発電設備の出力変動（Ｐ２→Ｐ２＋ΔＰ２）が生じた場合を想定する。従来は、この場合、（１）式の条件を満たすため、分散型電源（電圧源）３は、上述したようなローカル制御により、次式のように、出力がＰ→Ｐ＋ΔＰとなり、電力品質（例：電圧、周波数）が変動することになる。
（Ｐ＋ΔＰ）＋Ｐ１＋（Ｐ２＋ΔＰ２）＝Ｐ３＋ΔＰ３
（ΔＰ＝−ΔＰ２＋ΔＰ３）
しかし、本実施の形態では、電流源１の出力が、Ｐ１→Ｐ１＋ΔＰ１  に制御される。よって、次式のように、分散型電源（電圧源）３の出力が、Ｐ＋ΔＰ→Ｐ  となり電力品質が変動せず改善される。
Ｐ＋（Ｐ１＋ΔＰ１）＋（Ｐ２＋ΔＰ２）＝Ｐ３＋ΔＰ３
（ΔＰ１＝−ΔＰ２＋ΔＰ３）
なお、無効電力Ｑについても同様である。また、電流源１又は需要設備３０のいずれか一方が変動した場合も、ΔＰ２＝０又はΔＰ３＝０とすれば、同様に適応して品質を改善することができる。
【００２０】
図６に、電力品質維持制御についてのフローチャートを示す。
電流源２及び需要設備３０について、有効電力Ｐ２、Ｐ３、無効電力Ｑ２、Ｑ３は制御不可能で常時変動するため、分散型電源（電圧源）３の有効及び無効電力Ｐ、Ｑも変動する。ループ１（Ｓ１０１、Ｓ１２３）及びループ２（Ｓ１０５、Ｓ１２１）は、それぞれ周期Ｔ及びｔ（Ｔ≧ｔ）で、ループ１及び２内の処理を繰り返すことを示す。
まず、制御装置４の目標値設定部４２で、分散型電源（電圧源）３の目標有効電力Ｐ’、目標無効電力Ｑ’を設定する（Ｓ１０３）。制御装置４は、計測装置４１により分散型電源（電圧源）３の電力線への出力から実測有効電力Ｐ、実測無効電力Ｑを計測し、演算部４３に計測情報を取り込み、また、計測装置４４により電流源１の電力線への出力から実測有効電力Ｐ１、実測無効電力Ｑ１を計測し、演算部４３に計測情報を取り込む（Ｓ１０７）。制御装置４の演算部４３は、ＰとＰ’、ＱとＱ’をそれぞれ比較して（Ｓ１０９）、差分ΔＰ＝（Ｐ’−Ｐ）、ΔＱ＝（Ｑ’−Ｑ）（電流源１の出力変化量）を計算する（Ｓ１１１）。制御装置４の演算部４３から電流源１の制御部にインタフェースを介してＰ１−ΔＰ、Ｑ１−ΔＱを渡す（Ｓ１１３）。
電流源１の制御部は、インタフェースを介して制御装置４からＰ１−ΔＰ、Ｑ１−ΔＱを受けとり、ΔＰ、ΔＱだけ電流源１の出力を変化させ、出力をＰ１−ΔＰ、Ｑ１−ΔＱに制御する（Ｓ２０１）。こうして電流源１の出力が変化する（Ｓ２０３）。
需要電力が増加し、分散型電源（電圧源）３の有効電力がＰ＝Ｐ’+ΔＰとなった場合は、電力線の周波数は低下する。しかし、このとき、電流源１の出力を＋ΔＰ変化させることで、分散型電源（電圧源）３の有効電力出力をＰ＝Ｐ−ΔＰに変化させ（Ｓ３０１）、目標値Ｐ’に戻すことが出来る。これにより、分散型電源（電圧源）３の有効電力増加に伴う電力線の周波数の低下を抑制できる。また、分散型電源（電圧源）３の無効電力がＱ’＋ΔＱとなった場合、電力線の電圧が低下する。このとき、電流源１の無効電力を＋ΔＱ変化させることで、分散型電源（電圧源）３の無効電力出力をＱ＝Ｑ−ΔＱに変化させ（Ｓ３０１）、目標値Ｑ’に戻すことが出来る。これにより、分散型電源（電圧源）３の無効電力増加に伴う電力線の電圧の低下を抑制できる。
制御装置４は、ループ２により、ステップＳ１０５〜Ｓ１２１を周期ｔで繰り返すことで、自然変動電源（Ｐ２、Ｑ２）や需要電力（Ｐ３，Ｑ３）が変動した場合においても、電圧源を最適な領域で運転することができ、自立運転系統の電力品質を安定させることができる。また、制御装置４は、ループ１により、ステップＳ１０１〜Ｓ１２３を周期Ｔ(≧t)で繰り返すことで、目標値Ｐ’、Ｑ’を変更可能とすることができる。
【００２１】
３．系統連系運転
図７に、系統連系運転の動作についての説明図を示す。
系統連系運転では、分散型電源３は電流源として機能するように、切替制御部５により切替えられる。制御装置４は、目標値設定部４２により出力指令値を分散型電源（電流源）３及び電流源１に与える。分散型電源（電流源）３及び電流源１の各制御部は、この指令値に従い、インバータを電流制御することで一定電流又は一定電力を維持するように制御する。
【００２２】
４．分散型電源の電圧源制御及び電流源制御
図８に、分散型電源の主回路および制御部についての構成図の例を示す。（既存技術）
制御部は、位相／周波数検出器、電流検出器、電圧検出器、有効電力変換部、無効電力変換部、電圧制御部、電流制御部、スイッチ、ＰＷＭパルス発生器等を備える。図示のように、分散型電源３は、例えば、直流電圧源である発電部を、ＰＷＭインバータを介して交流系統の電力線に接続し、ＰＷＭインバータを制御して、発電部の直流を交流に変換して電力線に供給する。
分散型電源は、スイッチで切替えることにより、系統連系時にはＧＣ（Ｇｒｉｄ  Ｃｏｎｎｅｃｔ）モードで運転され、電流制御が行われ、自立運転中には、ＧＩ（Ｇｒｉｄ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）モードで運転され、電圧制御が行われる。なお、この切替えにより、遮断器などによる電力系統との接続／分離切替え、制御装置４、他の制御部、各分散型電源などの機能等の切替えが適宜制御される。自立運転時の分散型電源３は、基本的に、負荷の変化に追従可能なＰＡＦＣ等を電圧制御（ＧＩ）モードで運転し、他の分散型電源（電流源１、２）は指令値に従ってＣＧモードで運転する。
【００２３】
図９に、電圧源制御についての説明図を示す。
以下に、電圧源制御方法について説明する。
自立運転時のＧＩモードでは、スイッチが図示のように切替えられ、分散型電源３は電圧源として機能する。ＧＩモードでは、分散型電源（電圧源）３の制御は全てローカル（分散型電源（電圧源）３内）で行われ、外部の制御装置などからの指令は受けない。
このモードでは電圧制御が選択され、電力線への出力によりシステムの電圧が決定される。システムの周波数を決定するのは位相／周波数検出器である。広く知られているように、この回路は、例えば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）と呼ばれる回路方式により、電力線の周波数および位相を連続的に検出する機能を有しており、検出した位相信号により制御回路内の電圧・電流信号をＤＱ軸に座標変換し、電圧・電流制御に使用する。位相／周波数検出器からの出力により、電圧検出器が電圧を検出し、これを用いて、電圧制御部により、出力電圧の大きさを決定する。さらに、位相／周波数検出器からの情報を用いてＰＷＭパルス発生器へ与える信号波の周波数を決定する（町田、「直流送電工学」東京電機大学出版局（１９９９）など参照）。そして、ＰＷＭパルス発生器の出力によりＰＷＭインバータを制御して、発電部の直流を交流に変換して電力線に供給する。
【００２４】
図１０に、電流源制御部についての説明図を示す。
以下に、電流源制御方法（電流制御）について説明する。
系統連系時ＧＣモードでは、スイッチが図示のように切替えられ、分散型電源３は、電流源として機能する。また、電流源１も同様に制御される。電流源は、制御装置４からの指令値に従った一定出力運転を実行する（系統連系時も同様）。
すなわち、電流源の制御部は、制御装置４からインタフェースを介して有効電力及び無効電力の指令値が与えられる。有効電力変換部及び無効電力変換部は、各指令値を有効電流及び無効電流の指令値に変換し、電流制御部に与える。電流制御部（ＡＣＲ）は、有効及び無効電流の指令値に電流検出器で検出した電力線の電流値が追従するように出力指令をＰＷＭパルス発生器に与える。ＰＷＭパルス発生器は、差分出力と位相検出器で検出した電力線の位相とに基づき、ＰＷＭインバータを制御することで、電力線の有効電力及び無効電力を指令値に従い制御する。
【００２５】
５．他の実施の形態１
図１１に、他の実施の形態１の自立運転の動作についての説明図を示す。また、図１２に、他の実施の形態１の電力品質維持制御についてのフローチャートを示す。
上述のように、需要電力が増加し、電圧源の有効電力がＰ＝Ｐ’+ΔＰとなった場合、電力線の周波数は低下する。よって、分散型電源（電圧源）３の電力線への出力としての計測情報として、有効電力の代わりに周波数を用いることもできる。また、電圧源の無効電力がＱ’＋ΔＱとなった場合、電力線の電圧が低下する。よって、分散型電源（電圧源）３の電力線への出力としての計測情報として、無効電力の代わりに電圧を用いることもできる。
そこで、本実施の形態では、目標値設定部４２は、予め目標値（ｆ’：周波数目標値、Ｖ’：電圧目標値）を設定しておく（Ｓ１０３−１）。計測装置４１は、分散型電源（電圧源）３の出力から周期的に計測情報（ｆ：実測周波数、Ｖ：実測電圧）を取り込み、また、計測装置４４は、電流源１の出力から周期的に計測情報（Ｐ１：実測有効電力、Ｑ１：実測無効電力）を取り込む（Ｓ１０７−１）。制御装置４の演算部４３は、計測装置４１から出力される計測情報（ｆ、Ｖ）と目標値設定部４２からの目標値（ｆ’、Ｖ’）とを周期的に比較して（Ｓ１０９−１）、差分Δｆ＝ｆ’−ｆ  及び  ΔＶ＝Ｖ’−Ｖを計算する（Ｓ１１１−１）。さらに、演算部４３は、実測有効電力Ｐ１、実測無効電力Ｑ１、実測周波数ｆ及び実測電圧Ｖ、差分Δｆ及びΔＶに基づき、有効電力及び無効電力の指令値Ｐ１＋ΔＰ、Ｑ１＋ΔＱに変換して、電流源１にこの指令値を送る（Ｓ１１３−１）。そして、上述したとおり、電流源１は制御装置４より受けた指令に従い運転し、有効・無効電力出力をΔＰ、ΔＱ分変化させることで（Ｓ２０１−１）、分散型電源（電圧源）３の有効電力を−ΔＰ、無効電力を−ΔＱ分変化させることにより、分散型電源（電圧源）３の周波数をｆ＋Δｆ、電圧をＶ＋ΔＶに変化させ、分散型電源（電圧源）３の周波数を周波数目標値ｆ’に、電圧を電圧目標値Ｖ’に制御する（Ｓ３０１−１）。なお、他のステップＳ１０１、Ｓ１０５、Ｓ１２１、Ｓ１２３は図６と同様である。
【００２６】
６．他の実施の形態２
図１３に、他の実施の形態２の自立運転の動作についての説明図を示す。また、図１４に、他の実施の形態２の電力品質維持制御についてのフローチャートを示す。
本実施の形態では、まず、目標値設定部４２は、予め目標値（Ｐ’又はＱ’：有効／無効電力目標値、cosθ’：力率目標値）を設定しておく（Ｓ１０３−２）。計測装置４１は、分散型電源（電圧源）３の出力から周期的に計測情報（Ｐ又はＱ：有効／無効電力、cosθ：力率）を取り込み、また、計測装置４４は、電流源１の出力から周期的に計測情報（Ｐ１又はＱ１：有効／無効電力、cosθ１：力率）を取り込む（Ｓ１０７−２）。制御装置４の演算部４３は、計測装置４１から出力される計測情報（Ｐ又はＱ、cosθ）と目標値設定部４２からの目標値（Ｐ’又はＱ’、cosθ’）とを周期的に比較し（Ｓ１０９−２）、差分ΔＰ＝Ｐ’−Ｐ若しくはΔＱ＝Ｑ’−Ｑ  及び  cosθ、cosθ’、Ｐ１、cosθ1に基づき、力率指令値cosθ１(指令)を計算し（詳細は後述）、電流源１に  Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱ  及び  cosθ１(指令)を指令値として送る（Ｓ１１３−２）。そして、上述したとおり、電流源１は制御装置４より受けた指令に従い運転し、有効電力若しくは無効電力出力を、Ｐ１−ΔＰ若しくはＱ１−ΔＱに制御し、力率をcosθ１(指令)に制御することにより（Ｓ２０１−２、Ｓ２０３−２）、分散型電源（電圧源）３の有効電力を有効電力目標値Ｐ’若しくは無効電力を無効電力目標値Ｑ’に、及び、力率を力率目標値cosθ’に制御する（Ｓ３０１−２）。なお、他のステップＳ１０１、Ｓ１０５、Ｓ１２１、Ｓ１２３は図６と同様である。
【００２７】
ここで、力率を利用する場合の考え方について、以下に補足する。
力率を利用する場合、基本的な考え方は、概略、上述の実施の形態及び他の実施の形態と同様で、要するに、電圧源の有効電力・無効電力の目標値に実出力が合うように電流源の出力を決めてやれば良いと考える。現実的には、有効電力と力率を計測している場合が多いと思われるので、以下に、この組み合わせでどのようにすれば良いか検討する。
電圧源の出力をＰ、Ｑ、ｃｏｓθ（力率）、目標をＰ’、Ｑ’、ｃｏｓθ’、ｓｉｎθ’、ｔａｎθ’とし、電流源の出力をＰ１、Ｑ１、ｃｏｓθ１、ｓｉｎθ１、ｔａｎθ１とする（実際に計測するのは有効電力と力率のみで無効電力は計算経過を理解するためのもの）。有効電力は上述の実施の形態と同様、ΔＰ＝Ｐ’−Ｐを計算して、Ｐ１（指令）＝Ｐ１（計測）−ΔＰとすれば良い。無効電力は次の考え方で指令を出す。なお、添え字は、「（指令）」が指令値を、「（計測）」が計測値をそれぞれ示す。
（力率の定義ｃｏｓθ（よってｔａｎθ＝Ｑ／Ｐ））
Ｑ’＝Ｐ’（ｓｉｎθ’／ｃｏｓθ’）＝Ｐ’×ｔａｎθ’
ΔＱ＝Ｑ’−Ｑ＝Ｐ’×ｔａｎθ’−Ｐ×ｔａｎθ
【００２８】
電流源が無効電力を指令として直接受けられる場合は、Ｑ１（指令）＝Ｑ１（計測）−ΔＱを出せば良い。電流源も力率を指令とする場合は、以下の関係より、力率指令値ｃｏｓθ１（指令）を出す。
Ｑ１（指令）＝Ｑ１（計測）−ΔＱ
＝Ｐ１（計測）×ｔａｎθ１（計測）−（Ｐ’×ｔａｎθ’−Ｐ×ｔａｎθ）
また、
Ｑ１（指令）＝Ｐ１（指令）×ｔａｎθ１（指令）
よって、
ｔａｎθ１（指令）＝（Ｐ１（計測）×ｔａｎθ１（計測）−Ｐ’×ｔａｎθ’＋Ｐ×ｔａｎθ）／Ｐ１（指令）
θ１（指令）＝ｔａｎ−１（（Ｐ１（計測）×ｔａｎθ１（計測）−Ｐ’×ｔａｎθ’＋Ｐ×ｔａｎθ）／Ｐ１（指令））
＝ｔａｎ−１（（Ｐ１（計測）×ｔａｎθ１（計測）−Ｐ’×ｔａｎθ’＋Ｐ×ｔａｎθ）／（Ｐ１−ΔＰ））
したがって、力率指令値が、θ１（指令）は、次式となる。
力率指令値ｃｏｓθ１（指令）
＝ｃｏｓ（ｔａｎ−１（（Ｐ１（計測）×ｔａｎθ１（計測）−Ｐ’×ｔａｎθ’＋Ｐ×ｔａｎθ）／（Ｐ１−ΔＰ））
【００２９】
７．他の実施の形態３
図１５に、他の実施の形態３の自立運転の動作についての説明図を示す。
なお、上述の実施の形態及び他の実施の形態１、２において、電流源1の運転状態を制御する際には、有効電力及び無効電力を指令するほか、力率を制御することで、有効電力、無効電力を制御することも出来る。この場合、電流源１は、電力線へ出力する電力の力率を制御する力率調整部１１をさらに備え、制御部は、制御装置４からの指令値に従い、力率調整部１１により力率を変化させて調整することで、有効電力及び無効電力を制御することができる。このとき、制御部は、例えば、指令値としての有効電力及び無効電力に基づき、それを有効電力及び力率、又は、無効電力及び力率に変換して、有効電力・無効電力によりインバータを制御し、力率により力率制御部１１を制御することができる。他にも、指令値として、有効電力（又は無効電力）と力率、又は、周波数と電圧を用いて、電流源の制御部で適宜、有効・無効電力、力率に変換して、インバータを制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、各種の電源を複数種及び/又は複数個備えた分散型電源設備に適用することができる。また、本発明の分散型電源装置を複数備えた分散型電源システムにも適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】自立運転時の分散型電源システムの構成図。
【図２】系統連系運転時の分散型電源システムの構成図。
【図３】マニュアルによる自立運転の動作についての説明図。
【図４】自立運転の動作についての説明図。
【図５】電流源２の出力変動及び負荷変動の際の動作説明図。
【図６】電力品質維持制御についてのフローチャート。
【図７】系統連系運転の動作についての説明図。
【図８】分散型電源の制御部についての構成図。
【図９】電圧源制御についての説明図。
【図１０】電流源制御部についての説明図。
【図１１】他の実施の形態１の自立運転の動作についての説明図。
【図１２】他の実施の形態１の電力品質維持制御についてのフローチャート。
【図１３】他の実施の形態２の自立運転の動作についての説明図。
【図１４】他の実施の形態２の電力品質維持制御についてのフローチャート。
【図１５】他の実施の形態３の自立運転の動作についての説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１  電流源
３  分散型電源（電圧源）
４  制御装置
５  切替制御部
１０  発電設備
４１及び４４  計測装置
４２  目標値設定部
４３  演算部
【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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