(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流給電網に接続され、該直流給電網の電圧を負荷の要求する電圧に変換して該負荷に対して出力する電力変換装置の運転制御方法であって、
前記直流給電網の任意の点における入出力インピーダンス比を測定し、
測定した入出力インピーダンス比に応じて前記電力変換装置の出力電圧を変更する、運転制御方法。
【請求項２】
前記電力変換装置に設けられた直流網入出力インピーダンス比監視装置によって、前記電力変換装置の前記直流給電網への接続位置における前記入出力インピーダンス比を測定し、
測定した入出力インピーダンス比の結果に応じて前記電力変換装置が前記出力電圧を変更する、請求項１に記載の運転制御方法。
【請求項３】
前記直流給電網に接続された直流網入出力インピーダンス比監視装置によって、前記直流給電網の任意の点における入出力インピーダンス比を測定し、
前記入出力インピーダンス比の測定結果を前記直流網入出力インピーダンス比監視装置から前記電力変換装置に送信し、
前記電力変換装置は、前記直流網入出力インピーダンス比監視装置から受信する前記入出力インピーダンス比の測定結果に応じて出力電圧を変更する、請求項１に記載の運転制御方法。
【請求項４】
前記負荷についてランク付けされた重要度に応じて前記電力変換装置の運転を制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の運転制御方法。
【請求項５】
直流給電網の電圧を負荷の要求する電圧に変換して該負荷に対して出力する電力変換システムであって、
前記直流給電網の電圧を変換して前記負荷に出力する電圧変換手段と、
前記直流給電網の任意の点における入出力インピーダンス比を監視する直流網入出力インピーダンス比監視手段と、
前記入出力インピーダンス比の測定結果より前記直流給電網の安定度を判別する安定度判別手段と、
前記安定度判別手段の判別結果に応じて出力電圧を設定するための指令信号を送出する電圧指令値生成手段と、
前記指令信号にしたがって前記電力変換装置の出力電圧を制御する制御手段と、
を有する電力変換システム。
【請求項６】
前記直流給電網に接続され、前記電圧変換手段、前記直流網入出力インピーダンス比監視手段、前記安定度判別手段、前記電圧指令値生成手段、および前記制御手段が設けられた電力変換装置を複数有する、請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記直流給電網に接続され、前記直流網入出力インピーダンス比監視手段および前記安定度判別手段が設けられ、通信回線を介して前記指令信号を送出する直流網入出力インピーダンス比監視装置と、
前記直流給電網に接続され、前記通信回線を介して前記指令信号を受信する受信手段、前記電圧変換手段、前記電圧指令値生成手段、および前記制御手段が設けられた電力変換装置と、
を有する請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項８】
前記直流給電網に接続され、前記直流網入出力インピーダンス比監視手段が設けられ、通信回線を介して前記指令信号を送出する直流網入出力インピーダンス比監視装置と、
前記直流給電網に接続され、前記通信回線を介して前記指令信号を受信する受信手段、前記電圧変換手段、前記安定度判別手段、前記電圧指令値生成手段、および前記制御手段が設けられた電力変換装置と、
を有する請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項９】
直流給電網に接続され、該直流給電網の電圧を負荷の要求する電圧に変換して該負荷に対して出力する電力変換装置であって、
前記直流給電網の電圧を変換して前記負荷に出力する電圧変換手段と、
前記直流給電網の任意の点における入出力インピーダンス比を監視する直流網入出力インピーダンス比監視手段と、
前記入出力インピーダンス比の測定結果より前記直流給電網の安定度を判別する安定度判別手段と、
前記安定度判別の判別結果に応じて出力電圧を設定するための指令信号を送出する電圧指令値生成手段と、
前記指令信号にしたがって前記電力変換装置の出力電圧を制御する制御手段と、
を有する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流負荷に対して電力を供給する直流給電網内において、直流給電網の電圧を負荷の要求する電圧に変換して負荷に対して出力する電力変換装置、その運転制御方法、および電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電力を消費する負荷に対して直流給電網から電力を供給する場合、直流給電網と負荷との間に電力変換装置が必要となる。電力変換装置は直流給電網の電圧を負荷の要求する電圧に変換して出力する。ここで、一般的な電力変換装置は、交流におけるトランスのように単に一定の変圧比で電圧変換を行うのではなく、給電電圧が変動した場合でも出力電圧を一定に保つようにフィードバック制御を行っている。よって、負荷の消費電流に変化がなければ、電力変換装置の出力電力は、電力変換装置への入力電圧に関わらず一定である。このような電力変換装置を直流給電網側から見ると、入力電圧に関わらず一定の電力を消費する負荷と見えることから、このような電力変換装置と負荷をまとめて定電力負荷と呼ぶ。
【０００３】
しかしながら、直流給電網内において、定電力負荷の消費電力が大きくなってきた場合、非特許文献１のように直流給電網の安定性が低下し、発振が発生しやすくなるという問題点があった。
【非特許文献１】Ｏ．Ｓｏｃａｌ，  “Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ  ｆｒｏｍ  Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ａｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｉｎｐｕｔ  Ｐｏｒｔ  ｏｆ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ−Ｍｏｄｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ，  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，  ＤＣ／ＤＣ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，  ｏｒ  ＤＣ／ＡＣ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ，”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に述べられているように、定電力負荷は直流給電網に対して負性抵抗特性を示す。定電力負荷の消費電力が大きいほど負性抵抗の絶対値は小さくなり、配電網の安定度を低下させる。直流給電網内において抵抗負荷の消費電力よりも定電力負荷の消費電力のほうが大きくなってきた場合、給電網の電圧が発振する可能性がある。
【０００５】
直流給電網の安定度が低下して発振状態に陥った場合、負荷に対する電力供給を維持することができなくなり、直流給電網の存在目的が達成できないだけでなく、負荷装置の破損といった事態も起こりうる。
【０００６】
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、直流給電網の安定度が低下した際、直流給電網の発振を抑制することが可能な運転制御方法、電力変換システムおよび電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の運転制御方法は、直流給電網に接続され、該直流給電網の電圧を負荷の要求する電圧に変換して該負荷に対して出力する電力変換装置の運転制御方法であって、
前記直流給電網の任意の点における入出力インピーダンス比を測定し、
測定した入出力インピーダンス比に応じて前記電力変換装置の出力電圧を変更するものである。
【０００８】
本発明では、直流給電網の安定度を示す入出力インピーダンス比を測定し、その測定結果により負荷に出力する電圧を調整することで、直流給電網の安定度が低下した際に起こる発振が抑制される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、直流給電網の安定度が低下した場合に、直流給電網内に存在する定電力負荷の消費電力を減少させることで、直流給電網の発振を抑制できる。また、直流給電網から複数の負荷に電力を供給している場合、直流給電網の発振現象を抑制しつつ、電力供給を停止する負荷の数を最低限に抑え、可能な限り多くの負荷に対する電力供給を継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施形態１）
本実施形態の電力変換装置の構成を説明する。
【００１１】
図１は本実施形態の電力変換装置の一構成例を示すブロック図である。図１は、電力変換装置とそれに接続される負荷を含めてシステム化した定電力負荷装置を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、定電力負荷装置１００は、直流給電網５０に接続されるものであり、電力を消費する負荷１０６と、直流給電網５０の電圧を負荷１０６の要求する電圧に変換して負荷１０６に電力を出力する電力変換装置１０１とを有する構成である。負荷１０６は、直流で動作可能な装置であり、直流で動作する装置の集合体も含まれる。電力変換装置１０１は、負荷１０６に出力する電圧値としていくつかの値の中から１つの値を選択可能とし、直流給電網５０の安定度に応じていずれかの電圧値を選択して出力する。
【００１３】
次に、本実施形態の電力変換装置の構成を詳細に説明する。
【００１４】
電力変換装置１０１は、直流給電網５０の電圧を変換して負荷に電力を出力する電力変換回路１０２と、電力変換回路１０２と直流給電網５０との間にあって直流網の入出力インピーダンス比を監視する直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４と、入出力インピーダンス比の測定結果を予め設定された閾値と比較し、直流給電網５０の安定度を判別する安定度判別装置１０７と、安定度判別装置１０７による安定度判別結果にしたがって電力変換回路１０２の電圧指令値を生成する電圧指令値生成回路１０５と、電力変換回路１０２の出力電圧と電圧指令値生成回路１０５からの電圧指令値とを比較して電力変換回路１０２の駆動パルスを生成する定電圧制御回路１０３とを有する。
【００１５】
入出力インピーダンス比は、点Ａにおける出力インピーダンス（直流給電網側を見た複素インピーダンス）ＺSと、入力インピーダンス（電力変換装置側をみた複素インピーダンス）ＺLとの比［ＺS／ＺL］である。
【００１６】
直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４は、常時または間欠的に直流給電網５０の入出力インピーダンス比を測定し、測定結果を安定度判別装置１０７へ送信する。
【００１７】
電圧指令値生成回路１０５には、負荷１０６が要求する電圧Ｖ0が予め設定されており、通常動作時には、電圧指令値生成回路１０５は、電力変換回路１０２の出力電圧がＶ0に一致するように定電圧制御回路１０３に対して電圧指令値を出力している。定電圧制御回路１０３は、電力変換回路１０２の出力電圧が電圧指令値生成回路１０５から受信する電圧指令値に一致するように、電力変換回路１０２へ駆動パルスを出力する。出力電圧値と電圧指令値との一致のさせ方はフィードバック制御により行う。電圧指令値をＶｒｅｆとすると、Ｖｒｅｆ−Ｖ0の値が正であれば出力電圧値を上げ、負であれば出力電圧値を下げるように制御する。
【００１８】
次に、電力変換装置１０１の動作を説明する。図２は本実施形態の電力変換装置の動作手順を示すフローチャートである。
【００１９】
直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４が直流給電網５０の入出力インピーダンス比を測定し（ステップ２０１）、その結果を安定度判別装置１０７に送信する。安定度判別装置１０７は、受信した入出力インピーダンス比を閾値と比較し、直流網が安定しているか否かを判定する（ステップ２０２）。判定の結果、安定度判別装置１０７が直流網が安定していると判定した場合、ステップ２０１に戻る。
【００２０】
一方、判定の結果、安定度判別装置１０７が直流網の安定度が低下していると判定した場合、具体的には入出力インピーダンス比のゲイン余裕または位相余裕が閾値を下回った場合、安定度判別装置１０７は、電力変換装置１０１以下の下流側の消費電力を減少させるために、出力電圧を下げるための出力電圧変更指令信号を電圧指令値生成回路１０５に送信する。ここでは、出力電圧値の選択肢を、Ｖ0と、Ｖ0未満の所定の電圧値と、０Ｖとの３つとしている。
【００２１】
続いて、電圧指令値生成回路１０５は、安定度判別装置１０７から受信する出力電圧変更指令信号にしたがって、電力変換回路１０２の出力電圧がＶ0未満の所定の電圧値、または０Ｖになるように電圧指令値を変化させる。その結果、定電圧制御回路１０３より出力される駆動パルスが変化し、電力変換装置１０１の出力電圧は、電圧指令値に対応してＶ0未満の所定の電圧値、または０Ｖに低下する（ステップ２０３）。その後、入出力インピーダンス比のモニタを続ける（ステップ２０１）。これにより、負荷１０６の消費電力が減少し、結果として定電力負荷装置１００の消費電力が減少する。直流給電網内の定電力負荷装置１００の消費電力が減少することによって、直流給電網５０の安定性が改善する。
【００２２】
また、出力電圧を低下させて運転する間において直流給電網５０の安定度が回復し、入出力インピーダンス比のゲイン余裕または位相余裕が閾値から一定値以上上回るようになった場合、電圧指令値生成回路１０５は電圧指令値を通常の値に戻す。その結果、電力変換装置１０１の出力電圧は再びＶ0となる。
【００２３】
なお、閾値に対して、電圧指令値を元に戻すか否かの判定基準となる範囲の「一定値」は、負荷の重要度が高いほど小さく、負荷の重要度が低いほど大きくという方針の下で、設計者によりその係数が予め設定される。負荷の重要度の具体例については後述する。
【００２４】
ここで、電力変換装置１０１が負荷に出力する電圧値としていくつかの値の中から１つの値を選択し、直流給電網の安定度に応じていずれかの電圧値を選択する動作の具体例を説明する。
【００２５】
選択可能ないくつかの電圧値として、負荷に供給すべき電圧値Ｖ0の他に、９Ｖおよび０Ｖがあるものとする。そして、電力変換装置１０１の下流に負荷Ａおよび負荷Ｂが並列に接続され、通常、それぞれの負荷を１２Ｖ（≒Ｖ0）で動作させるものとする。また、負荷Ａは供給電圧１０Ｖ以下で停止し、負荷Ｂは供給電圧８Ｖ以下で停止するものとする。
【００２６】
直流給電網の安定度が低下し、入出力インピーダンス比が閾値を下回ると、電力変換装置１０１は、選択する電圧値をＶ0から９Ｖに変更し、出力電圧を９Ｖに低下させる。これにより、負荷Ａが停止し、全体の消費電力が低下して直流給電網の安定化に貢献する一方、負荷Ｂへの電力供給を維持することが可能となる。その後、さらに安定度が低下すると、電力変換装置１０１は、選択する電圧値を９Ｖから０Ｖに変更し、出力電圧を０Ｖに低下させることで負荷Ｂも停止し、消費電力が０となって安定化する。
【００２７】
直流給電網が不安定になったときに単純にその電力変換装置の下流側の消費電力を０にするのであれば、電圧値の選択肢としてはＶ0と０Ｖの２つでよい。しかし、できるだけ負荷を生き残らせるという観点から最適化する場合、上述のようにして、負荷に依存して電圧値を選択する。また、電圧値の選択肢の数とそれぞれの値は、接続される負荷の数および負荷毎の動作電圧に対応して、上述のように予め設定される。
【００２８】
なお、電力変換装置１０１と負荷１０６は、図１に示すように単一の定電力負荷装置１００としてシステム化あるいは一体化されていてもよいが、それぞれが単体として別個に設けられていてもよい。
【００２９】
次に、直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４による系統の入出力インピーダンス比測定、および安定度判別装置１０７による安定度判別法について説明する。
【００３０】
図１において直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４内のＡ点に着目すると、このＡ点での電圧に関する伝達関数Ｗは、Ａ点における出力インピーダンス（直流給電網側を見た複素インピーダンス）をＺSとし、入力インピーダンス（電力変換装置側をみた複素インピーダンス）をＺLとすれば、
【数１】
0004677368.tif 000002
で表される。［ＺS／ＺL］は入出力インピーダンス比である。
【００３１】
入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］は各周波数ωの関数である。ナイキスト安定判別法によれば、角周波数ωを変化させた場合の入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡が、複素平面上で点（−１，０）を囲めば、直流給電網は不安定（負荷変動等の外乱に対して電圧が発振してしまう）と判別できる。
【００３２】
なお、直流給電網の安定度の評価にナイキスト安定判別法を用いた一例が開示されている（小松正明、荒井聰明「大型宇宙機・国際宇宙ステーション／日本実験モジュールの直流電力ネットワーク安定解析」ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．  ＰＥ，  Ｖｏ１１２４，  Ｎｏ．１２，  ２００４．）。
【００３３】
この入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］を求めるための方法が文献に開示されている（Ｘ．Ｆｅｎｇ  ａｎｄ  Ｆ．Ｃ．Ｌｅｅ，  “Ｏｎ−ｌｉｎｅ  Ｍｅｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｎ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｍａｒｇｉｎ  ｏｆ  ＤＣ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ”，  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  Ａｐｐｌ．  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｌｏｎ．  Ｃｏｎｆ．（ＡＰＥＣ’００），  Ｎｅｗ  Ｏｒｌｅａｎｓ，  ＬＡ，  Ｆｅｂ．６−１０，  ２０００，  ｐｐ．１１９０−１１９６．）。
【００３４】
直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４は、この文献に開示されているように、正弦波電流ｉbをＡ点に対して注入し、同時にＡ点より直流給電網側に流れる交流電流ｉSを測定する。この場合、正弦波電流ｉbを注入することによってＡ点から定電力負荷装置１００側へ流れる交流電流はｉb−ｉSである。注入点からみた直流給電網側の複素インピーダンスはＺSであり、電力変換装置側の複素インピーダンスはＺLであり、注入された正弦波電流の電圧は共通であることから、
ｉS・ＺS＝（ｉb−ｉS）・ＺL
が成立する。この式より直ちに
ＺS／ＺL＝（ｉb／ｉS）−１
が得られる。すなわち、注入した正弦波電流ｉbと直流給電網側に流れた交流電流ｉSとの比から１を引き去った値［（ｉb／ｉS）−１］は、入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］と等しい。安定度判別装置１０７は、直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４によって測定された［（ｉb／ｉS）−１］のベクトル軌跡を評価することによって、安定度を判別する。
【００３５】
本実施形態の場合、出力電圧の変更は、実際に直流網で発振が起こってから行うのではなく、ある程度余裕をもって行う必要がある。そこで［（ｉb／ｉS）−１］のベクトル軌跡が複素平面上で点（−１，０）に接近するかどうかで安定度を評価する。この評価に際し、複素平面上の点（−１，０）への接近を判別するための指標として、一般の制御系におけるナイキスト安定判別法の場合と同様に、ゲイン余裕と位相余裕の２通りの考え方がある。
【００３６】
ここで、ゲイン余裕に基づく安定度判別について説明する。図３から図５はベクトル軌跡の例を示す図である。
【００３７】
まず、入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］のゲイン余裕を安定度の評価指標とする例について説明する。直流網が十分に安定している通常動作時には、複素平面上での［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡（図示太線）は図３に示すようになっており、複素平面上においてベクトル軌跡と負側での実軸との交点をＢとすると、この交点Ｂと点Ｃ（−１，０）との距離（ゲイン余裕）は十分確保されている。
【００３８】
一方、負荷変動等により直流給電網の安定度が低下した場合、図４に示すように、ベクトル軌跡が点Ｃ（−１，０）に接近し、ベクトル軌跡と実軸との交点をＢ’とすると、交点Ｂ’と点Ｃ（−１，０）との距離すなわちゲイン余裕が小さくなる。
【００３９】
本実施形態では、ゲイン余裕に対して予め閾値を設定しておく。この閾値を安定度閾値と称する。例えば、閾値を６ｄＢと設定した場合は、ゲイン余裕が６ｄＢを下回ると、安定度判別装置１０７は電圧変更指令信号を電圧指令値生成回路１０５に送信する。これにより、電圧指令値生成回路１０５は、電力変換回路１０２の出力電圧を下げるように電圧指令値を変化させる。その結果、電力変換回路１０２の出力電圧が低下することによって負荷１０６の消費電力が減少する。電力変換装置１０１の出力電圧が低下した後の入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡の例を図５に示す。電力変換装置１０１の出力電圧が低下した後のベクトル軌跡と実軸との交点をＢ’’とすると、交点Ｂ’と点Ｃ（−１，０）との距離に比べ交点Ｂ’’と点Ｃ（−１，０）との距離が大きくなり、ゲイン余裕が改善されたことがわかる。
【００４０】
図６は、上述した直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４および安定度判別装置１０７の動作を示すフローチャートである。以下では、直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４および安定度判別装置１０７を含む構成を直流網安定度監視装置と称する。
【００４１】
直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４は、ステップ６０１において、正弦波電流ｉbの各周波数ωを変えながら［（ｉb／ｉS）−１］を求めて入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］とし、この測定結果を安定度判別装置１０７へ送信する。続いて、安定度判別装置１０７は、複素平面上における直流網インピーダンス比［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡を算出する。直流網インピーダンス比［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡から求められるゲイン余裕が上述した安定度閾値以上であるかどうかを判断する（ステップ６０２）。ゲイン余裕が安定度閾値以上であれば、ステップ６０１に戻り、そうでない場合には、ステップ６０３に進んで、電圧指令値生成回路１０５に対して電圧変更指令信号を送信し、その後、ステップ６０１に戻る。
【００４２】
このように、本実施形態では、直流給電網の安定度が低下したと判断された場合、直流給電網内の１台または複数台の定電力負荷装置が消費電力を減少させる。直流給電網側から見ると、定電力負荷装置は定電力負荷であるため、少なくとも一部の定電力負荷の消費電力が減少することで、直流給電網の安定度が改善される。
【００４３】
次に、位相余裕に基づく安定度判別について説明する。
【００４４】
図７のように、複素平面上において、原点Ｏを中心に半径１の円を描き、入出力インピーダンス比［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡（図示太線）と円の交点Ｄを求め、実軸の負方向と直線ＤＯがなす角度θとを位相余裕と定義して安定度評価値とする。θが小さくなるにつれてベクトル軌跡が点Ｃ（−１，０）に接近するので、角度θに関して予め閾値を設定しておき、角度θがこの閾値を下回った場合に、上述した場合と同様に安定度判別装置１０７が出力電圧値変更信号を出力するようにしてもよい。
【００４５】
さらには、ゲイン余裕および位相余裕のそれぞれについて閾値を設定しておき、直流網インピーダンス比［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡におけるゲイン余裕と位相余裕の少なくとも一方がその対応する閾値を下回った場合に、出力電圧値変更信号を出力するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、位相余裕およびゲイン余裕の閾値について説明する。どのような負荷にも対応可能な位相余裕の閾値の最適値を求めるのは困難であり、設計者が任意で設定することになる。なぜなら、入出力インピーダンス比の位相余裕は、網内のノードごとに見え方が異なるからである。同一の網内においても、例えば、ノードＡでは位相余裕が６０度、ノードＢでは３０度といった場合がある。
【００４７】
実際には、通常時の位相余裕値を測定し、それを基準に係数ｋ（０＜ｋ＜１）を掛けた値を閾値にする。この場合、係数ｋは設計者が任意に設定するが、その方針として、重要度が高いほど係数ｋが小さく、重要度が低いほど大きくする。例えば、上記ノードＡに接続する負荷の重要度が高く、係数ｋを０．３とした場合、６０×０．３＝１８度を位相余裕の閾値とする。一方、上記ノードＢに接続する負荷の重要度が低く、係数を０．７とした場合、３０×０．７＝２１度を閾値とする。
【００４８】
また、ゲイン余裕についても、位相余裕と同様に網内のノード毎に見え方が異なる。そのため、位相余裕の場合と同様に、負荷の重要度に応じて係数を予め設定し、この係数と通常時のゲイン余裕値をかけた値を閾値とする。
【００４９】
次に、本発明の電力変換装置を用いた場合の電力変換システムの一例を説明する。図８は電力変換システムの一構成例を示す図である。
【００５０】
図８に示すように、電力変換システムは、直流給電網８００に対して、複数の定電力負荷装置が接続されている。図８に示す定電力負荷装置８０１は、本発明を適用した電力変換装置８０２を有する構成である。定電力負荷装置８０７は、本発明とは異なる、従来の電力変換装置８０８を有する構成である。電力変換装置８０２には重要度の低い負荷８０３が接続されている。一方、電力変換装置８０８には重要度の高い負荷８０９が接続されている。なお、ここでは、本発明を適用した電力変換装置８０２を有する定電力負荷装置１０１を２台設けた場合を示すが、その台数は２台に限られない。
【００５１】
次に、図８に示す電力変換システムの動作を簡単に説明する。直流給電網８００の安定度が低下した場合、本発明を適用した電力変換装置８０２が、重要度の低い負荷８０３への供給電力を低下させる。これにより、直流給電網８００の安定度が改善し、重要度の高い負荷８０９への電力供給を継続することができる。
【００５２】
このように重要度の低い負荷を含む定電力負荷装置にのみ本発明を適用することにより、重要度の高い負荷に対する電力供給をできるだけ維持しながら、直流給電網の安定化を図ることができる。
【００５３】
次に、負荷毎の重要度を示すランクの具体例を説明する。図９（ａ）および（ｂ）は負荷と重要度のランクとの対応例を示す表である。図９（ａ）は病院内の負荷についての場合であり、ランクを示す数字が小さいほど重要度が高い。病院では、医療機器の重要度が最も高く設定される。図９（ｂ）は一般のオフィスビルの負荷についての場合であり、図９（ａ）と同様に、ランクを示す数字が小さいほど重要度が高い。オフィスビルでは通信設備が重要度のランクが最も高い。
【００５４】
図９に示すように、負荷の重要度は、状況やユーザの思想、また、直流給電網の規模によって異なる。例えば、インターネットと固定電話を比較すると、緊急用途を考慮すると固定電話の方が重要と考えられるため、ＩＰ装置よりも交換機の方が、重要度が高くなる。また、上述の病院の例のように、医療機器の負荷の重要度は他の負荷よりも高くなる。さらに、大規模給電網の場合には、政治的・ビジネス的などの観点から需要家毎に重要度が異なるものと考えられる。
【００５５】
本発明では、直流給電網の任意の点における入出力インピーダンス比を監視し、入出力インピーダンス比より直流給電網の安定度を評価し、安定度が十分に高いと判断される場合には、電力変換装置は負荷の要求する電圧を出力する。
【００５６】
一方、直流給電網の安定度が低下したと判断される場合には、直流給電網に接続された１つ以上の電力変換装置の出力電圧を低下させる。これによって電力変換装置に接続されている抵抗性負荷の消費電力が減少し、その結果として電力変換装置が直流給電網から受け取る電力も減少する。電力変換装置および負荷は直流給電網側から見ると定電力負荷であることから、定電力負荷の消費電力が大きいほど負性抵抗の絶対値は小さくなり、直流給電網の安定度が低下する。したがって、定電力負荷の消費電力が減少すれば負性抵抗の絶対値が大きくなり、直流給電網の発振が抑制され、安定度が改善する。
（実施形態２）
実施形態１では、直流給電網に接続される定電力負荷装置毎に直流網インピーダンス比監視装置および安定度判別装置を設ける構成としたが、本実施形態は、定電力負荷装置のそれぞれに直流網インピーダンス比監視装置および安定度判別装置を設けなくてもよい場合である。
【００５７】
本実施形態の電力変換システムの構成を説明する。図１０は本実施形態の電力変換システムの一構成例を示す図である。
【００５８】
図１０に示すように、本実施形態では、直流給電網９００において、その直流給電網９００に接続する各定電力負荷装置９０１とは独立して、直流給電網９００内の任意の点Ｅに直流網安定度監視装置９０５が接続されている。直流網安定度監視装置９０５は、直流網入出力インピーダンス比監視装置９０７と、安定度判別装置９０８とを有する構成である。各定電力負荷装置９０１は、電力変換装置９０２と、負荷９０４とを有する。本実施形態の電力変換装置９０２内には、直流網インピーダンス比監視装置および安定度判別装置が設けられておらず、その代わりに電圧変更指令信号受信部９０３が設けられている。また、直流網安定度監視装置９０５と各定電力負荷装置９０１内の電圧変更指令信号受信部９０３とは、電圧変更指令信号を伝送するための信号線９０６によって接続されている。なお、実施形態１と同様な構成については、その詳細な説明を省略する。
【００５９】
本実施形態の電力変換システムの動作を説明する。図１１は本実施形態の電力変換システムの動作手順を示すフローチャートである。
【００６０】
直流網安定度監視装置９０５内の直流網インピーダンス比監視装置９０７は直流給電網９００の入出力インピーダンス比を測定し（ステップ１００１）、測定結果を安定度判別装置９０８へ送信する。これを受けて安定度判別装置９０８は直流給電網９００の安定度を評価し（ステップ１００２）、安定度に変化がないと判断した場合にはステップ１００１に戻る。
【００６１】
一方、安定度判別装置９０８が、直流給電網９００の安定度が低下したと判断した場合には、電圧変更指令信号を各定電力負荷装置９０１の電力変換装置９０２内の電圧変更指令信号受信部９０３に送信する。直流網インピーダンス比監視装置９０７の安定度判別手法としては、直流給電網９００との接続点Ｅに対して正弦波電流ｉbを注入すると同時に、点Ｅから見て直流電流の流れてくる方向に流れる交流電流ｉSを測定し、［（ｉb／ｉS）−１］のベクトル軌跡より上述と同様に安定判別を行う。電力変換装置９０２は、通常動作時には、負荷９０４の要求する電圧を出力しているが、電圧変更指令信号を電圧変更指令信号受信部９０３で受信した場合には、実施形態１の場合と同様に電力変換装置９０２の出力電力を低下させる（ステップ１００３）。その結果、定電力負荷装置９０１全体の消費電力が減少する。
【００６２】
本実施形態の電力変換システムにおいても、実施形態１と同様に、直流給電網９００から見ると定電力負荷装置９０１は定電力負荷であるため、その消費電力が減少することで直流給電網の安定度が向上する。また、直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４および安定度判別装置１０７を電力変換装置毎に設けなくてすむため、システム全体としての設備コストを低減できる。
（実施形態３）
本実施形態は、定電力負荷装置のそれぞれに直流網インピーダンス比監視装置を設けなくてもよい場合の構成である。
【００６３】
本実施形態の電力変換システムの構成を説明する。図１２は本実施形態の電力変換システムの一構成例を示す図である。
【００６４】
図１２に示すように、本実施形態では、直流給電網１１００において、その直流給電網１１００に接続する各定電力負荷装置１１０１とは独立して、直流給電網１１００内の任意の点Ｅに直流網入出力インピーダンス比監視装置１１０６が接続されている。各定電力負荷装置１１０１は、電力変換装置１１０２と、負荷１１０５とを有する。
【００６５】
本実施形態の電力変換装置１１０２内の安定度判別装置１１０４には、電力変換装置１１０２に接続される負荷１１０５の重要度に応じた閾値が予め設定されている。負荷１１０５の重要度に応じてその閾値が電力変換装置１１０２毎に異なっている。また、電力変換装置１１０２内には、直流網インピーダンス比監視装置が設けられておらず、その代わりに入出力インピーダンス比受信部１１０３が設けられている。
【００６６】
直流網入出力インピーダンス比監視装置１１０６と各定電力負荷装置１１０１内の入出力インピーダンス比受信部１１０３とは、入出力インピーダンス比の情報を伝送するための信号線１１０７によって接続されている。なお、実施形態１と同様な構成については、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
次に、本実施形態の電力変換システムの動作手順を、図１１に示したフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
直流網安定度監視装置１１００内の直流網インピーダンス比監視装置１１０６は、直流給電網１１００の入出力インピーダンス比を測定すると（ステップ１００１）、測定結果を各定電力負荷装置１１０１に信号線１１０７を介して送信する。各定電力負荷装置１１０１は信号線１１０７および入出力インピーダンス比受信部１１０３を介して入出力インピーダンス比の情報を受信すると、各安定度判別装置１１０４は直流給電網１１００の安定度を評価し（ステップ１００２）、安定度に変化がないと判断した場合、次の測定結果が入力されるのを待つ。
【００６９】
一方、安定度判別装置１１０４が直流給電網１１００の安定度が低下したと判断した場合には、電力変換装置１１０２は実施形態１の場合と同様にして出力電力を低下させる（ステップ１００３）。その結果、直流給電網１１００の安定度が低下したと判断した安定度判別装置１１０４の定電力負荷装置１１０１の消費電力が減少する。
【００７０】
本実施形態では、上述したように安定度判別装置１１０４の閾値が負荷１１０５の重要度に応じて異なる。そのため、直流給電網１１００の安定度が低下すると、上述のステップ１００３において、安定度判別装置１１０４の判定結果が装置毎に異なる場合がある。この場合、重要度の低い負荷への電力供給が停止されるが、重要度の高い負荷へは電力の供給が維持される。
【００７１】
本実施形態の電力変換システムは、実施形態２と異なり、負荷毎に安定度判定の基準となる閾値を決めることが可能である。そのため、負荷の重要度に応じて閾値を設定することで、重要度の高い負荷に対して電力供給をできるだけ維持できる。また、実施形態１と同様に、直流給電網１１００から見ると定電力負荷装置１１０１は定電力負荷であるため、その消費電力が減少することで直流給電網の安定度が向上する。さらに、直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４を電力変換装置毎に設けなくてすむため、システム全体としての設備コストを低減できる。
【００７２】
実施形態１から実施形態３で説明したように、本発明の電力変換装置は、直流給電網の安定度が低下した場合に、直流給電網内に存在する定電力負荷の消費電力を減少させることで、直流給電網の発振を抑制できる。
【００７３】
また、本発明の電力変換システムは、直流給電網から複数の負荷に電力を供給している場合、直流給電網の安定度が低下したとき、直流給電網の発振現象を抑制し、電力供給を停止する負荷の数を最低限に抑え、可能な限り多くの負荷に対して電力供給を継続できる。
【００７４】
なお、図１に示す定電力負荷装置１００において、電力変換装置１０１内に電力変換回路１０２と、直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４と、安定度判別装置１０７と、電圧指令値生成回路１０５と、定電圧制御回路１０３とを有することとしたが、直流網入出力インピーダンス比監視装置１０４、安定度判別装置１０７、電圧指令値生成回路１０５、および定電圧制御回路１０３の手段のうち少なくともいずれかが、電力変換システム内であれば、電力変換装置内に設けられていなくてもよい。実施形態２および実施形態３で説明したのと同様に、電力変換装置１０１と、電力装置１０１とは個別に設けた手段とを通信回線で結ぶ構成とする。電力変換システムが複数の電力変換装置を有している場合、同一の手段を各電力変換装置に設けなくてすむため、設備コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施形態１の定電力負荷装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】実施形態１の電力変換装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】直流給電網が安定しているときの［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡の一例である。
【図４】直流給電網の安定度が低下したときの［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡の一例である。
【図５】出力電圧変更後の［ＺS／ＺL］のベクトル軌跡の一例である。
【図６】直流網安定度監視装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】位相余裕に基づく安定度判別法を説明するための図である。
【図８】実施形態１の定電力負荷装置を含む電力変換システムの一構成例を示すブロック図である。
【図９】負荷と重要度のランクとの対応例を示す表である。
【図１０】実施形態２の電力変換システムの一構成例を示すブロック図である。
【図１１】実施形態２の電力変換装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施形態３の電力変換システムの一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
５０、８００、９００、１１００    直流給電網
１００、８０１、９０１、１１０１    定電力負荷装置
１０１、８０２、９０２、１１０２    電力変換装置
１０２    電力変換回路
１０３    定電圧制御回路
１０４、９０７、１１０６    直流網入出力インピーダンス比監視装置
１０５    電圧指令値生成回路
１０６、８０３、９０４、１１０５    負荷
１０７、９０８、１１０４    安定度判別装置
９０５    直流網安定度監視装置
９０３    電圧変更指令信号受信部
１１０３    入出力インピーダンス比受信部
９０６、１１０７    信号線
【図１】
0004677368.tif 000003
【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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