(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を蓄える蓄電装置に接続され、前記蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有すると共に、前記交流電力を需要家負荷及び電力系統の一方又は双方に出力する機能を有する電力変換器と、
前記電力変換器と前記電力系統とを接続する電力線の第１部位における電圧及び電流を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された電圧及び電流をもとに前記電力変換器を制御するための駆動指令を生成する制御部とを備える電力変換装置であって、
前記需要家負荷は、前記電力線の前記電力変換器と前記第１部位との間の第２部位に接続され、
前記電力変換器は、前記制御部によって生成された前記駆動指令をもとに動作し、
前記制御部は、
前記検出部によって検出された電圧及び電流をもとに潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出する演算部と、
前記電力変換装置の外部に位置する外部制御器から供給される有効電力指令値と前記演算部によって算出された前記有効電力値とをもとに有効電力の出力の指令値を生成する有効電力指令生成部と、
前記外部制御器から供給される無効電力指令値と前記演算部によって算出された前記無効電力値とをもとに無効電力の出力の指令値を生成する無効電力指令生成部と、
前記有効電力指令生成部によって生成された前記有効電力の出力の指令値と前記無効電力指令生成部によって生成された前記無効電力の出力の指令値との一方又は双方をもとに前記駆動指令を生成する駆動指令生成部とを有し、
前記演算部は、
前記電力系統の交流電力の周波数の有効電力値と、前記周波数をもとにするひとつ若しくは複数の逓倍周波数の有効電力値とを合わせて、前記潮流電力の有効電力値を算出する、又は、
前記電力系統の交流電力の周波数の無効電力値と、前記周波数をもとにするひとつ若しくは複数の逓倍周波数の無効電力値とを合わせて、前記潮流電力の無効電力値を算出する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記検出部によって検出された電圧及び電流をもとに、前記電力系統の交流電力の周波数の有効電力値と、前記周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する全次有効電力演算部を有し、
前記有効電力指令生成部は、前記有効電力指令値と前記全次有効電力演算部によって算出された前記全次有効電力値とをもとに前記有効電力の出力の指令値を生成する
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】
前記演算部は、前記検出部によって検出された電圧及び電流をもとに、前記電力系統の交流電力の周波数の無効電力値と、前記周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とが合わせられた全次無効電力値を算出する全次無効電力演算部を有し、
前記無効電力指令生成部は、前記無効電力指令値と前記全次無効電力演算部によって算出された前記全次無効電力値とをもとに前記無効電力の出力の指令値を生成する
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４】
前記制御部は、前記外部制御器から供給される前記無効電力指令値と、前記電力変換器が出力することができる皮相電力の上限値とをもとに、前記有効電力の出力の指令値の上限である設定上限を設定する有効電力リミッタを更に有し、
前記有効電力指令生成部は、前記有効電力リミッタによって設定された前記設定上限以下の前記有効電力の出力の指令値を生成する
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】
前記制御部は、前記外部制御器から供給される前記有効電力指令値と、前記電力変換器が出力することができる皮相電力の上限値とをもとに、前記無効電力の出力の指令値の上限である設定上限を設定する無効電力リミッタを更に有し、
前記無効電力指令生成部は、前記無効電力リミッタによって設定された前記設定上限以下の前記無効電力の出力の指令値を生成する
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６】
前記第１部位には、交流電力を出力する発電装置が接続される
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電力変換器には、前記蓄電装置と並列に、直流電力を生成する発電装置が接続され、
前記電力変換器は、前記蓄電装置及び前記発電装置によって生成された直流電力を交流電力に変換する機能を有する
ことを特徴とする請求項１から５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、蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統に出力する機能を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電力系統に出力する電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、配電系統の系統電圧値と、配電系統に接続された太陽光発電装置の出力電力値とに基づいて、配電系統に接続された蓄電装置の充放電を制御する充放電制御部を有する発電制御装置を開示している。【０００３】
当該充放電制御部は、系統電圧値がしきい値未満であれば、太陽光発電装置及び蓄電装置の総出力上限値を一定とし、系統電圧値がしきい値以上から大きくなるにしたがって総出力上限値を低減させる総出力上限決定部を有する。当該充放電制御部は、総出力上限値と太陽光発電装置の出力電力値とに基づいて、蓄電装置の充放電指令値を算出する充放電指令値演算部を更に有する。特許文献１に開示されている発電制御装置は、系統電圧値及び充放電指令値に基づいて、配電系統へ供給される無効電力を制御する無効電力制御部を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６５５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている発電制御装置では、系統電圧値、太陽光発電装置の出力電力値及び負荷消費電力値をもとに、発電制御装置が出力する有効電力の指令値及び無効電力の指令値が決定されるため、発電制御装置は、発電制御装置の外部からの指令をもとに配電系統に有効電力及び無効電力を供給することができない。また、特許文献１に開示されている発電制御装置では、有効電力値及び無効電力値は系統電圧値をもとに算出される。つまり、特許文献１に開示されている発電制御装置は、発電制御装置に接続される蓄電装置から出力される電力と、負荷の消費電力と、外部からの指令とを考慮して電力を出力することができない。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続される蓄電装置から出力される電力と、負荷の消費電力と、外部制御器から供給される指令値とを考慮して電力を出力する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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流電力を蓄える蓄電装置に接続され、前記蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有すると共に、前記交流電力を需要家負荷及び電力系統の一方又は双方に出力する機能を有する電力変換器と、前記電力変換器と前記電力系統とを接続する電力線の第１部位における電圧及び電流を検出する検出部と、前記検出部によって検出された電圧及び電流をもとに前記電力変換器を制御するための駆動指令を生成する制御部とを有する電力変換装置である。前記需要家負荷は、前記電力線の前記電力変換器と前記第１部位との間の第２部位に接続される。前記電力変換器は、前記制御部によって生成された前記駆動指令をもとに動作する。前記制御部は、前記検出部によって検出された電圧及び電流をもとに潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出する演算部と、前記電力変換装置の外部に位置する外部制御器から供給される有効電力指令値と前記演算部によって算出された前記有効電力値とをもとに有効電力の出力の指令値を生成する有効電力指令生成部と、前記外部制御器から供給される無効電力指令値と前記演算部によって算出された前記無効電力値とをもとに無効電力の出力の指令値を生成する無効電力指令生成部と、前記有効電力指令生成部によって生成された前記有効電力の出力の指令値と前記無効電力指令生成部によって生成された前記無効電力の出力の指令値との一方又は双方をもとに前記駆動指令を生成する駆動指令生成部とを有する。前記演算部は、前記電力系統の交流電力の周波数の有効電力値と、前記周波数をもとにするひとつ若しくは複数の逓倍周波数の有効電力値とを合わせて、前記潮流電力の有効電力値を算出する、又は、前記電力系統の交流電力の周波数の無効電力値と、前記周波数をもとにするひとつ若しくは複数の逓倍周波数の無効電力値とを合わせて、前記潮流電力の無効電力値を算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、接続される蓄電装置から出力される電力と、負荷の消費電力と、外部制御器から供給される指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す第１図
【図２】実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す第２図
【図３】需要家負荷が抵抗負荷であって需要家負荷が実施の形態１にかかる電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【図４】需要家負荷がコンデンサ負荷であって需要家負荷が実施の形態１にかかる電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【図５】需要家負荷が高調波を発生させる負荷であって需要家負荷が実施の形態１にかかる電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【図６】需要家負荷が高調波を発生させる負荷であって、実施の形態１にかかる電力変換装置の検出部によって検出された電圧が高調波成分を含む場合において、需要家負荷が電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【図７】実施の形態１にかかる電力変換装置が有する検出部及び制御部を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図
【図８】実施の形態１にかかる電力変換装置が有する検出部及び制御部の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図
【図９】実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図
【図１０】需要家負荷が抵抗負荷であって需要家負荷が実施の形態２にかかる電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【図１１】需要家負荷が容量性負荷であって需要家負荷が実施の形態２にかかる電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【図１２】需要家負荷が高調波を発生させる負荷であって需要家負荷が実施の形態２にかかる電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【図１３】需要家負荷が高調波を発生させる負荷であって需要家負荷が実施の形態２にかかる電力変換装置の電力変換器に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかか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。
【００１１】
実施の形態１．
まず、実施の形態１にかかる電力変換装置１の構成を説明する。図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の構成を示す第１図である。電力変換装置１は、例えば住宅に設置される装置であって、直流電力を蓄える蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流電力を需要家負荷９２と電力系統９３との一方又は双方に出力する機能を有する装置である。図１には、蓄電装置９１、需要家負荷９２及び電力系統９３も示されている。需要家負荷９２の例は、エアーコンディショナ又は冷蔵庫である。
【００１２】
電力変換装置１は、蓄電装置９１に接続され、蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有すると共に、交流電力を需要家負荷９２と電力系統９３との一方又は双方に出力する機能を有する電力変換器２を有する。例えば、電力変換器２はインバータ回路を有する。電力変換装置１は、電力変換器２と電力系統９３との間の潮流電力を算出するために、電力変換器２と電力系統９３とを接続する電力線９４の第１部位９５における電圧及び電流を検出する検出部３を更に有する。図１では、検出部３については、検出部３を機能的に示すブロックの枠だけが示されている。電力変換装置１は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに電力変換器２を制御するための駆動指令を生成する制御部４を更に有する。
【００１３】
需要家負荷９２は、電力線９４に接続される。更に言うと、需要家負荷９２は、電力線９４の電力変換器２と第１部位９５との間に位置する第２部位９６に接続される。電力変換器２は、制御部４によって生成された駆動指令をもとに動作する。第１部位９５には、交流電力を出力する発電装置９７が接続される。図１には、発電装置９７も示されている。例えば、発電装置９７は、太陽光発電によって直流電力を生成し、生成された直流電力を交流電力に変換し、変換によって得られた交流電力を電力線９４に供給する。なお、発電装置９７は第１部位９５に接続されていなくてもよい。
【００１４】
制御部４は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出する演算部４１を有する。制御部４は、電力変換装置１の外部に位置する外部制御器９８から供給される有効電力指令値と演算部４１によって算出された有効電力値とをもとに有効電力の出力の指令値を生成する有効電力指令生成部４２を更に有する。外部制御器９８は、電力変換器２を制御する指令値を電力変換装置１に供給する機器である。有効電力指令値は、電力変換器２を制御するための指令値である。有効電力指令生成部４２によって生成される有効電力の出力の指令値は、潮流電力を有効電力指令値に追従させるためのものである。有効電力指令生成部４２の機能の詳細については、後に図２を用いて説明する。
【００１５】
制御部４は、外部制御器９８から供給される無効電力指令値と演算部４１によって算出された無効電力値とをもとに無効電力の出力の指令値を生成する無効電力指令生成部４３を更に有する。無効電力指令値は、電力変換器２を制御するための指令値である。無効電力指令生成部４３によって生成される無効電力の出力の指令値は、潮流電力を無効電力指令値に追従させるためのものである。無効電力指令生成部４３の機能の詳細については、後に図２を用いて説明する。
【００１６】
制御部４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値とをもとに駆動指令を生成する駆動指令生成部４４を更に有する。具体的には、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値に無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値を加えて駆動指令を生成する。
【００１７】
図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の構成を示す第２図である。図２は、図１に示す制御部４の詳細を示している。制御部４に含まれる演算部４１は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とを算出する次数限定有効電力演算部５１を有する。つまり、次数限定有効電力演算部５１は、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、上記の周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とを算出する。以下では、電力系統９３の交流電力の周波数は、「基準周波数」と記載される場合がある。
【００１８】
演算部４１は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、電力系統９３の交流電力の周波数の無効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とを算出する次数限定無効電力演算部５２を更に有する。つまり、次数限定無効電力演算部５２は、電力系統９３の交流電力の周波数の無効電力値と、上記の周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とを算出する。
【００１９】
有効電力指令生成部４２は、外部制御器９８から供給される有効電力指令値と次数限定有効電力演算部５１によって算出された上記の周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とをもとに上記の有効電力の出力の指令値を生成する。具体的には、有効電力指令生成部４２は、有効電力指令値から次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ（Proportional  Integral）制御などの制御を行い、有効電力の出力の指令値を生成する。
【００２０】
有効電力指令生成部４２は、有効電力指令値と次数限定有効電力演算部５１によって算出された上記の周波数の有効電力値とをもとに上記の有効電力の出力の指令値を生成してもよい。具体的には、有効電力指令生成部４２は、有効電力指令値から次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ制御などの制御を行い、有効電力の出力の指令値を生成してもよい。
【００２１】
無効電力指令生成部４３は、外部制御器９８から供給される無効電力指令値と次数限定無効電力演算部５２によって算出された上記の周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とをもとに上記の無効電力の出力の指令値を生成する。具体的には、無効電力指令生成部４３は、無効電力指令値から次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ制御などの制御を行い、無効電力の出力の指令値を生成する。
【００２２】
無効電力指令生成部４３は、無効電力指令値と次数限定無効電力演算部５２によって算出された上記の周波数の無効電力値とをもとに上記の無効電力の出力の指令値を生成してもよい。具体的には、無効電力指令生成部４３は、無効電力指令値から次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値を差し引くことによって次数毎の偏差を算出し、この偏差が小さくなるように次数毎にＰＩ制御などの制御を行い、無効電力の出力の指令値を生成してもよい。
【００２３】
制御部４は、外部制御器９８から供給される無効電力指令値と、電力変換器２が出力することができる皮相電力の上限値とをもとに、有効電力の出力の指令値の上限である設定上限を設定する有効電力リミッタ５３を更に有する。有効電力指令生成部４２は、有効電力リミッタ５３によって設定された設定上限以下の有効電力の出力の指令値を生成する。
【００２４】
制御部４は、外部制御器９８から供給される有効電力指令値と、電力変換器２が出力することができる皮相電力の上限値とをもとに、無効電力の出力の指令値の上限である設定上限を設定する無効電力リミッタ５４を更に有する。無効電力指令生成部４３は、無効電力リミッタ５４によって設定された設定上限以下の無効電力の出力の指令値を生成する。
【００２５】
次に、電力変換装置１の動作を説明する。つまり、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法について説明する。図３は、需要家負荷９２が抵抗負荷であって需要家負荷９２が実施の形態１にかかる電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。図３を用いて、需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法について説明する。図３では、需要家負荷９２が電力変換器２に接続された時は、「負荷投入」という用語で示されている。
【００２６】
図３では、電流の極性については、電流が電力変換器２及び発電装置９７から電力系統９３へ流れる向きが正の向きであると定義される。有効電力の極性については、電力変換器２及び発電装置９７から電力系統９３へ放電が行われる向きが正の向きであると定義される。放電が行われる向きは、売電が行われる向きである。無効電力の極性については、電力変換器２及び発電装置９７から電力系統９３へ進相無効電力についての放電が行われる向きが正の向きであると定義される。以下では、制御方法を簡単に説明するために、外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値の各々はゼロである。
【００２７】
図３（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図３（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図３（ｃ）は、基準周波数の有効電力値を示す図である。図３（ｃ）に示す通り、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、基準周波数の有効電力は負の向き、つまり買電の向きに増加する。
【００２８】
次数限定有効電力演算部５１は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の有効電力値を算出する。次数限定有効電力演算部５１は、極性を含めて基準周波数の有効電力値を算出する。例えば、次数限定有効電力演算部５１は、放電又は充電を示す極性を含めて基準周波数の有効電力値を算出する。同様に、次数限定有効電力演算部５１は、極性を含めてひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値を算出する。
【００２９】
具体的には、次数限定有効電力演算部５１は、検出部３によって検出された電圧と検出部３によって検出された電流との各々をフーリエ変換することによって、又は、特定の周波数帯域以外の帯域の値を減衰させるフィルタ処理を用いることによって、基準周波数の有効電力値とひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とを算出する。
【００３０】
逓倍周波数の上限は、例えば検出部３の検出特性によって又は電力変換器２の電力の出力特性によって決定される。検出部３の検出特性は、例えば精度又は検出時間についての特性である。電力変換器２の電力の出力特性は、例えば精度又は出力電力の応答時間についての特性である。例えば、次数限定有効電力演算部５１は、基準周波数の７倍の周波数である７次の逓倍周波数までの有効電力値を算出する。逓倍周波数の上限は、需要家負荷９２の特性によって決定されてもよい。例えば、需要家負荷９２がＪＩＳ  Ｃ  ６１０００−３−２のコンデンサである場合、次数限定有効電力演算部５１は、基準周波数の１３倍の周波数である１３次の逓倍周波数までの有効電力値を算出する。
【００３１】
有効電力指令生成部４２は、次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値と外部制御器９８から供給された有効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての有効電力の出力の指令値を生成する。有効電力指令生成部４２は、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々について外部制御器９８から有効電力指令値を受信してもよい。有効電力指令生成部４２は、外部制御器９８から供給される有効電力指令値のうちの特定の周波数以外の周波数の有効電力指令値はゼロであると判断し、特定の周波数の有効電力指令値のみを受信してもよい。特定の周波数の一例は、基準周波数である。
【００３２】
図３（ｄ）は、逓倍周波数の有効電力値を示す図である。図３（ｅ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図３（ｆ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示す通り、基準周波数の無効電力値及び逓倍周波数の無効電力値は変動していないので、次数限定無効電力演算部５２によって算出される無効電力値は０Ｖａｒである。外部制御器９８から供給される無効電力指令値も０Ｖａｒであるので、無効電力指令生成部４３によって生成される無効電力指令値は０Ｖａｒである。
【００３３】
駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値とをもとに駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値に無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値を加えて駆動指令を生成する。電力変換器２は、駆動指令生成部４４によって生成された駆動指令をもとに動作する。電力変換器２が駆動指令をもとに動作するので、潮流電力は外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に追従する。
【００３４】
抵抗負荷である需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、発電装置９７の基準周波数の有効電力値が変動した場合についても、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法は、図３を用いて説明した上述の抵抗負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法と同じである。
【００３５】
図４は、需要家負荷９２がコンデンサ負荷であって需要家負荷９２が実施の形態１にかかる電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。図４を用いて、コンデンサ負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法について説明する。図４の極性及び「負荷投入」という用語の各々の意味は、図３について説明した意味と同じである。
【００３６】
図４（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図４（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図４（ｃ）は、基準周波数の有効電力値を示す図である。図４（ｄ）は、逓倍周波数の有効電力値を示す図である。図４（ｅ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図４（ｆ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。図４（ｅ）に示す通り、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、基準周波数の無効電力は負の向き、つまり買電の向きに増加する。
【００３７】
次数限定無効電力演算部５２は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の無効電力値を算出する。次数限定無効電力演算部５２は、極性を含めて基準周波数の無効電力値を算出する。例えば、次数限定無効電力演算部５２は、放電又は充電を示す極性を含めて基準周波数の無効電力値を算出する。同様に、次数限定無効電力演算部５２は、極性を含めてひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値を算出する。
【００３８】
具体的には、次数限定無効電力演算部５２は、次数限定有効電力演算部５１が有効電力値を算出する場合と同様に、検出部３によって検出された電圧と検出部３によって検出された電流との各々をフーリエ変換することによって、又は、特定の周波数帯域以外の帯域の値を減衰させるフィルタ処理を用いることによって、基準周波数の無効電力値とひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とを算出する。
【００３９】
逓倍周波数の上限は、次数限定有効電力演算部５１が有効電力値を算出する場合と同様に、例えば検出部３の検出特性によって又は電力変換器２の電力の出力特性によって決定される。検出部３の検出特性は、例えば精度又は検出時間についての特性である。電力変換器２の電力の出力特性は、例えば精度又は出力電力の応答時間についての特性である。例えば、次数限定無効電力演算部５２は、基準周波数の７倍の周波数である７次の逓倍周波数までの無効電力値を算出する。逓倍周波数の上限は、需要家負荷９２の特性によって決定されてもよい。例えば、需要家負荷９２がＪＩＳ  Ｃ  ６１０００−３−２のコンデンサである場合、次数限定無効電力演算部５２は、基準周波数の１３倍の周波数である１３次の逓倍周波数までの無効電力値を算出する。
【００４０】
無効電力指令生成部４３は、次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値と外部制御器９８から供給された無効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての無効電力の出力の指令値を生成する。無効電力指令生成部４３は、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々について外部制御器９８から無効電力指令値を受信してもよい。無効電力指令生成部４３は、外部制御器９８から供給される無効電力指令値のうちの特定の周波数以外の周波数の無効電力指令値はゼロであると判断し、特定の周波数の無効電力指令値のみを受信してもよい。特定の周波数の一例は、基準周波数である。
【００４１】
図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示す通り、基準周波数の有効電力値及び逓倍周波数の有効電力値は変動していないので、次数限定有効電力演算部５１によって算出される有効電力値は０Ｗである。外部制御器９８から供給される無効電力指令値も０Ｗであるので、有効電力指令生成部４２によって生成される有効電力指令値は０Ｗである。
【００４２】
駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値とをもとに駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値に無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値を加えて駆動指令を生成する。電力変換器２は、駆動指令生成部４４によって生成された駆動指令をもとに動作する。電力変換器２が駆動指令をもとに動作するので、潮流電力は外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に追従する。
【００４３】
コンデンサ負荷である需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、需要家負荷９２が誘導性負荷であって需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合についても、需要家負荷９２が誘導性負荷であって需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、発電装置９７の基準周波数の無効電力値が変動した場合についても、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法は、図４を用いて説明した上述のコンデンサ負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法と同じである。
【００４４】
図５は、需要家負荷９２が高調波を発生させる負荷であって需要家負荷９２が実施の形態１にかかる電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。高調波を発生させる負荷の一例は、コンデンサインプット負荷である。図５を用いて、高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法について説明する。図５の極性及び「負荷投入」という用語の各々の意味は、図３について説明した意味と同じである。
【００４５】
図５（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図５（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図５（ｃ）は、基準周波数の有効電力値を示す図である。図５（ｄ）は、逓倍周波数の有効電力値を示す図である。図５（ｅ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図５（ｆ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。図５（ｃ）、図５（ｅ）及び図５（ｆ）に示す通り、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、基準周波数の有効電力値、基準周波数の無効電力値、及び逓倍周波数の無効電力値は、時間の経過と共に変化する。
【００４６】
次数限定有効電力演算部５１は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の有効電力値を算出する。次数限定無効電力演算部５２は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されたことに起因して変動する基準周波数の無効電力値と逓倍周波数の無効電力値とを算出する。次数限定有効電力演算部５１の動作は、図３を用いて説明した次数限定有効電力演算部５１の動作と同様である。次数限定無効電力演算部５２の動作は、図４を用いて説明した次数限定無効電力演算部５２の動作と同様である。
【００４７】
有効電力指令生成部４２は、次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値と外部制御器９８から供給された有効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての有効電力の出力の指令値を生成する。無効電力指令生成部４３は、次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値と外部制御器９８から供給された無効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての無効電力の出力の指令値を生成する。
【００４８】
駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値とをもとに駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値に無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値を加えて駆動指令を生成する。電力変換器２は、駆動指令生成部４４によって生成された駆動指令をもとに動作する。電力変換器２が駆動指令をもとに動作するので、潮流電力は外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に追従する。
【００４９】
高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２から取り外された場合についても、発電装置９７が生成する交流電力の高調波が変動した場合についても、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法は、図５を用いて説明した上述の高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法と同じである。
【００５０】
図６は、需要家負荷９２が高調波を発生させる負荷であって、実施の形態１にかかる電力変換装置１の検出部３によって検出された電圧が高調波成分を含む場合において、需要家負荷９２が電力変換装置１の電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。図６を用いて、高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法について説明する。図６の極性及び「負荷投入」という用語の各々の意味は、図３について説明した意味と同じである。
【００５１】
図６（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図６（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図６（ｃ）は、基準周波数の有効電力値を示す図である。図６（ｄ）は、逓倍周波数の有効電力値を示す図である。図６（ｅ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図６（ｆ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。検出部３によって検出された電圧が高調波成分を含む場合、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｆ）に示す通り、高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、需要家負荷９２の特性に対応して、基準周波数の有効電力値、逓倍周波数の有効電力値、基準周波数の無効電力値及び逓倍周波数の無効電力値は、時間の経過と共に変化する。
【００５２】
有効電力指令生成部４２は、次数限定有効電力演算部５１によって算出された基準周波数の有効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値と外部制御器９８から供給された有効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての有効電力の出力の指令値を生成する。無効電力指令生成部４３は、次数限定無効電力演算部５２によって算出された基準周波数の無効電力値及びひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値と外部制御器９８から供給された無効電力指令値との差が小さくなるように、基準周波数及びひとつ又は複数の逓倍周波数の各々についての無効電力の出力の指令値を生成する。
【００５３】
駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値とをもとに駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値に無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値を加えて駆動指令を生成する。電力変換器２は、駆動指令生成部４４によって生成された駆動指令をもとに動作する。電力変換器２が駆動指令をもとに動作するので、潮流電力は外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に追従する。
【００５４】
高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２から取り外されたときについても、発電装置９７が生成する交流電力の高調波が変動した場合についても、電力変換装置１が行う潮流電力の制御方法は、図６を用いて説明した上述の高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続された場合の潮流電力の制御方法と同じである。
【００５５】
電力変換器２は、皮相電力の上限値を超える電力を出力することができない。上述の通り、制御部４は、有効電力リミッタ５３と、無効電力リミッタ５４とを有する。電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合、有効電力リミッタ５３が動作して無効電力リミッタ５４は動作しない。電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合、無効電力リミッタ５４が動作して有効電力リミッタ５３は動作しない。
【００５６】
電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合、有効電力リミッタ５３は、有効電力の出力の指令値の上限である第１の設定上限を、下記の式（１）において特定される“Ｐｌｉｍ”に設定する。電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合は、有効電力の出力の指令値に対しての追従が無効電力の出力の指令値に対しての追従より優先される場合である。式（１）において、“Ｐｌｉｍ”は有効電力リミッタ５３によって設定される第１の設定上限であり、“Ｓｌｉｍ”は皮相電力の上限値である。
【００５７】
【数１】
0006433627.tif 000002
【００５８】
つまり、有効電力指令生成部４２によって生成される有効電力の出力の指令値は、式（１）によって特定される“Ｐｌｉｍ”以下に制限される。
【００５９】
電力変換器２が有効電力を優先して出力する場合、無効電力リミッタ５４は、下記の式（２）によって特定される“Ｑｌｉｍ”を演算し、無効電力の出力の指令値の上限である第２の設定上限を、式（２）によって特定される“Ｑｌｉｍ”に設定する。式（２）において、“Ｑｌｉｍ”は無効電力リミッタ５４によって設定される第２の設定上限であり、“Ｐｒｅｆ”は外部制御器９８から供給される有効電力指令値である。
【００６０】
【数２】
0006433627.tif 000003
【００６１】
つまり、無効電力指令生成部４３によって生成される無効電力の出力の指令値は、式（２）によって特定される“Ｑｌｉｍ”以下に制限される。
【００６２】
電力変換器２に皮相電力の上限値を超える電力を出力させないために、演算は、下記の第１の順番、第２の順番、第３の順番の順に行われる。
第１の順番：有効電力指令生成部４２が行う演算
第２の順番：無効電力リミッタ５４が“Ｑｌｉｍ”を算出する演算
第３の順番：無効電力指令生成部４３が行う演算
【００６３】
電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合、無効電力リミッタ５４は、無効電力の出力の指令値の上限である第３の設定上限を、下記の式（３）において特定される“Ｑｌｉｍ”に設定する。電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合は、無効電力の出力の指令値に対しての追従が有効電力の出力の指令値に対しての追従より優先される場合である。式（３）において、“Ｑｌｉｍ”は無効電力リミッタ５４によって設定される第３の設定上限であり、“Ｓｌｉｍ”は皮相電力の上限値である。
【００６４】
【数３】
0006433627.tif 000004
【００６５】
つまり、無効電力指令生成部４３によって生成される無効電力の出力の指令値は、式（３）によって特定される“Ｑｌｉｍ”以下に制限される。
【００６６】
電力変換器２が無効電力を優先して出力する場合、有効電力リミッタ５３は、下記の式（４）によって特定される“Ｐｌｉｍ”を演算し、有効電力の出力の指令値の上限である第４の設定上限を、式（４）によって特定される“Ｐｌｉｍ”に設定する。式（４）において、“Ｐｌｉｍ”は有効電力リミッタ５３によって設定される第４の設定上限であり、“Ｑｒｅｆ”は外部制御器９８から供給される無効電力指令値である。
【００６７】
【数４】
0006433627.tif 000005
【００６８】
つまり、有効電力指令生成部４２によって生成される有効電力の出力の指令値は、式（４）によって特定される“Ｐｌｉｍ”以下に制限される。
【００６９】
電力変換器２に皮相電力の上限値を超える電力を出力させないために、演算は、下記の第４の順番、第５の順番、第６の順番の順に行われる。
第４の順番：無効電力指令生成部４３が行う演算
第５の順番：有効電力リミッタ５３が“Ｐｌｉｍ”を算出する演算
第６の順番：有効電力指令生成部４２が行う演算
【００７０】
上述したように、実施の形態１にかかる電力変換装置１には、蓄電装置９１が接続されており、電力変換装置１は、蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有する。電力変換装置１には、需要家負荷９２及び電力系統９３も接続されており、電力変換装置１は、変換によって得られた交流電力を需要家負荷９２と電力系統９３との一方又は双方に出力する機能を有する。電力変換装置１には、外部制御器９８も接続されており、外部制御器９８は、有効電力指令値及び無効電力指令値を電力変換装置１に供給する。
【００７１】
蓄電装置９１、需要家負荷９２、電力系統９３及び外部制御器９８が電力変換装置１に接続される状況において、電力変換装置１は、蓄電装置９１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を有する電力変換器２と電力系統９３とを接続する電力線９４の第１部位９５における電圧及び電流を検出し、検出した電圧及び電流と外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値とをもとに電力変換器２を制御するための駆動指令を生成する。電力変換器２は、生成された駆動指令をもとに動作する。したがって、電力変換装置１は、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。
【００７２】
更に言うと、電力変換装置１は、蓄電装置９１及び需要家負荷９２が接続される状況において、電力変換装置１と電力系統９３との間の潮流電力を外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に追従させることができる。したがって、電力変換装置１は、配電系統全体にとって必要な有効電力及び無効電力を電力系統９３に供給することができる。
【００７３】
電力変換装置１は有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４を有するので、駆動指令のもとになる有効電力の出力の指令値及び無効電力の出力の指令値が皮相電力の上限値を超える電力を出力させない値となる。したがって、電力変換装置１は皮相電力の上限値を超える電力を出力しなければならない事態を回避することができる。ひいては、電力変換装置１に異常が生じることが抑制される。
【００７４】
なお、上述した実施の形態１では、制御部４に含まれる駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値とをもとに駆動指令を生成する。しかしながら、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値との一方をもとに駆動指令を生成してもよい。つまり、駆動指令生成部４４は、有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値と無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値との一方又は双方をもとに駆動指令を生成する。
【００７５】
駆動指令生成部４４が有効電力指令生成部４２によって生成された有効電力の出力の指令値をもとに駆動指令を生成する場合、電力変換装置１は、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される有効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。駆動指令生成部４４が無効電力指令生成部４３によって生成された無効電力の出力の指令値をもとに駆動指令を生成する場合、電力変換装置１は、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される無効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。
【００７６】
また、上述した実施の形態１では、制御部４に含まれる演算部４１は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出する。演算部４１は、潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出することができれば、蓄電装置９１が出力する電力と、電力変換器２が出力する電力と、需要家負荷９２において消費される電力と、発電装置９７が出力する電力との一部又は全部をもとに、潮流電力の有効電力値及び無効電力値を算出してもよい。
【００７７】
図７は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する検出部３及び制御部４を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路７１によって実現される場合の処理回路７１を示す図である。つまり、検出部３及び制御部４の機能の少なくとも一部は、処理回路７１によって実現されてもよい。更に言うと、演算部４１が有する次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２と、制御部４が有する演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の機能の少なくとも一部は、処理回路７１によって実現されてもよい。
【００７８】
処理回路７１は、専用のハードウェアである。処理回路７１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）、又はこれらを組み合わせたものである。検出部３及び制御部４の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。
【００７９】
図８は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合のプロセッサ８１を示す図である。つまり、電力変換装置１が有する検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能は、メモリ８２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ８１によって実現されてもよい。
【００８０】
更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能は、メモリ８２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ８１によって実現されてもよい。プロセッサ８１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、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、又はＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）である。図８には、メモリ８２も示されている。
【００８１】
検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、当該一部の機能は、プロセッサ８１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェア及びファームウェアとの組み合わせによって実現される。更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、当該一部の機能は、プロセッサ８１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェア及びファームウェアとの組み合わせによって実現される。
【００８２】
ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ８２に格納される。プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能を実現する。更に言うと、プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能を実現する。
【００８３】
すなわち、検出部３及び制御部４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、電力変換装置１は、検出部３及び制御部４の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ８２を有する。
【００８４】
更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、電力変換装置１は、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ８２を有する。
【００８５】
メモリ８２に格納されるプログラムは、検出部３及び制御部４の少なくとも一部が実行する手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。更に言うと、メモリ８２に格納されるプログラムは、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の少なくとも一部が実行する手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【００８６】
メモリ８２は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等である。
【００８７】
検出部３及び制御部４の複数の機能について、当該複数の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、当該複数の機能の残部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。このように、検出部３及び制御部４の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。
【００８８】
更に言うと、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の複数の機能について、当該複数の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、当該複数の機能の残部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。このように、次数限定有効電力演算部５１、次数限定無効電力演算部５２、演算部４１、有効電力指令生成部４２、無効電力指令生成部４３、駆動指令生成部４４、有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。
【００８９】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａを説明する。図９は、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの構成を示す図である。実施の形態１の図２と実施の形態２の図９とを対比すると明らかなように、電力変換装置１Ａは、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有するすべての構成要素のうちの次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２以外の構成要素を有する。電力変換装置１Ａは、次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を有する。電力変換装置１Ａは、電力変換装置１の演算部４１の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を含む演算部４１ａを有する。実施の形態２では、発電装置９７は電力線９４に接続されない。実施の形態２では、実施の形態１と相違する部分について主に説明する。
【００９０】
実施の形態２では、電力変換器２には、蓄電装置９１と並列に、直流電力を生成する発電装置９７ａが接続される。例えば、発電装置９７ａは、太陽光発電によって直流電力を生成する装置である。電力変換器２は、蓄電装置９１及び発電装置９７ａによって生成された直流電力を交流電力に変換する機能と、蓄電装置９１及び発電装置９７ａによって生成された直流電力をもとにした交流電力を需要家負荷９２及び電力系統９３に出力する機能とを更に有する。なお、蓄電装置９１と発電装置９７ａとの一方のみが電力変換器２に接続されていてもよい。また、発電装置９７ａは、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する電力変換器２に、蓄電装置９１と並列に接続されてもよい。
【００９１】
全次有効電力演算部５５は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する。つまり、全次有効電力演算部５５は、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、上記の周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する。全次無効電力演算部５６は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、電力系統９３の交流電力の周波数の無効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とが合わせられた全次無効電力値を算出する。つまり、全次無効電力演算部５６は、電力系統９３の交流電力の周波数の無効電力値と、上記の周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の無効電力値とが合わせられた全次無効電力値を算出する。上記の周波数は、基準周波数である。
【００９２】
有効電力指令生成部４２は、外部制御器９８から供給される有効電力指令値と全次有効電力演算部５５によって算出された全次有効電力値とをもとに有効電力の出力の指令値を生成する。具体的には、有効電力指令生成部４２は、有効電力指令値と全次有効電力演算部５５によって算出された全次有効電力値との差を小さくするために、有効電力指令値から全次有効電力値を差し引くことによって、有効電力の出力の指令値を生成する。
【００９３】
無効電力指令生成部４３は、外部制御器９８から供給される無効電力指令値と全次無効電力演算部５６によって算出された全次無効電力値とをもとに無効電力の出力の指令値を生成する。具体的には、無効電力指令生成部４３は、無効電力指令値と全次無効電力演算部５６によって算出された全次無効電力値との差を小さくするために、無効電力指令値から全次無効電力値を差し引くことによって、無効電力の出力の指令値を生成する。
【００９４】
次に、電力変換装置１Ａの動作を図１０から図１３を用いて説明する。つまり、電力変換装置１Ａが行う潮流電力の制御方法について図１０から図１３を用いて説明する。図１０は、需要家負荷９２が抵抗負荷であって需要家負荷９２が実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。図１０では、需要家負荷９２が電力変換器２に接続された時は、「負荷投入」という用語で示されている。
【００９５】
図１０では、電流の極性については、電流が電力変換器２から電力系統９３へ流れる向きが正の向きであると定義される。有効電力の極性については、電力変換器２から電力系統９３へ放電が行われる向きが正の向きであると定義される。放電が行われる向きは、売電が行われる向きである。無効電力の極性については、電力変換器２から電力系統９３へ進相無効電力についての放電が行われる向きが正の向きであると定義される。以下では、制御方法を簡単に説明するために、外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値の各々はゼロである。
【００９６】
図１０（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図１０（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図１０（ｃ）は、全次有効電力値を示す図である。図１０（ｄ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図１０（ｅ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。
【００９７】
図１１は、需要家負荷９２が容量性負荷であって需要家負荷９２が実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。容量性負荷の一例は、コンデンサ負荷である。図１１について、極性及び「負荷投入」という用語の各々の意味は図１０について説明した意味と同じである。
【００９８】
図１１（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図１１（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図１１（ｃ）は、全次有効電力値を示す図である。図１１（ｄ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図１１（ｅ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。
【００９９】
図１２は、需要家負荷９２が高調波を発生させる負荷であって需要家負荷９２が実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。高調波を発生させる負荷の一例は、コンデンサインプット負荷である。図１２についても、極性及び「負荷投入」という用語の各々の意味は図１０について説明した意味と同じである。
【０１００】
図１２（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図１２（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図１２（ｃ）は、全次有効電力値を示す図である。図１２（ｄ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図１２（ｅ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。
【０１０１】
図１３は、需要家負荷９２が高調波を発生させる負荷であって需要家負荷９２が実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの電力変換器２に接続された場合の潮流電力に関連する電圧及び電流の波形と潮流電力の波形との一例を示す図である。高調波を発生させる負荷の一例は、コンデンサインプット負荷である。図１３についても、極性及び「負荷投入」という用語の各々の意味は図１０について説明した意味と同じである。
【０１０２】
図１３（ａ）は、検出部３によって検出された電圧の波形を示す図である。図１３（ｂ）は、検出部３によって検出された電流の波形を示す図である。図１３（ｃ）は、全次有効電力値を示す図である。図１３（ｄ）は、基準周波数の無効電力値を示す図である。図１３（ｅ）は、逓倍周波数の無効電力値を示す図である。
【０１０３】
実施の形態２と実施の形態１との主な相違点は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が全次有効電力演算部５５を有していないのに対し、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａが全次有効電力演算部５５を有する点である。以下では、実施の形態２と実施の形態１との主な相違点である全次有効電力演算部５５の動作のみを説明する。
【０１０４】
図１０（ｃ）に示す通り、需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、全次有効電力値は負の向き、つまり買電の向きに増加する。全次有効電力演算部５５は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する。つまり、全次有効電力演算部５５は、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、上記の周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する。上記の周波数は、基準周波数である。需要家負荷９２は基準周波数の成分しか有しないので、図１０を用いて説明する例では、全次有効電力演算部５５は基準周波数の有効電力値を算出する。全次有効電力演算部５５は、極性を含めて全次有効電力値を算出する。
【０１０５】
具体的には、全次有効電力演算部５５は、検出部３によって検出された電圧と検出部３によって検出された電流とをもとに潮流電力を算出し、潮流電力について、検出部３によって検出された電圧の周波数が基準周波数であると仮定して、基準周波数の複数の有効電力値を平均して全次有効電力値を算出する。検出部３によって検出された電圧は、電力系統９３の交流電力である。又は、全次有効電力演算部５５は、特定の周波数帯域以外の帯域の値を減衰させるフィルタ処理を用いることによって、全次有効電力値を算出する。
【０１０６】
図１１及び図１２の例では、全次有効電力演算部５５の動作は、図１０を用いて説明した全次有効電力演算部５５の動作と同様である。
【０１０７】
図１３において、検出部３によって検出された電圧が高調波成分を含む場合、図１３（ｄ）及び図１３（ｅ）に示す通り、高調波を発生させる負荷である需要家負荷９２が電力変換器２に接続されると、基準周波数の無効電力値及び逓倍周波数の無効電力値は、負の向き、つまり買電の向きに増加する。全次有効電力演算部５５は、検出部３によって検出された電圧及び電流をもとに、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、２から２以上のあらかじめ決められた整数までの各々と上記の周波数とを掛け合わせることによって得られるひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する。つまり、全次有効電力演算部５５は、電力系統９３の交流電力の周波数の有効電力値と、上記の周波数をもとにするひとつ又は複数の逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する。上記の周波数は、基準周波数である。需要家負荷９２が基準周波数の成分及び逓倍周波数の成分を発生させるので、図１３を用いて説明する例では、全次有効電力演算部５５は基準周波数の有効電力値と逓倍周波数の有効電力値とが合わせられた全次有効電力値を算出する。全次有効電力演算部５５は、極性を含めて全次有効電力値を算出する。
【０１０８】
具体的には、全次有効電力演算部５５は、検出部３によって検出された電圧と検出部３によって検出された電流とをもとに潮流電力を算出し、潮流電力について、検出部３によって検出された電圧の周波数が基準周波数であると仮定して、基準周波数の倍数の複数個の有効電力値を平均して全次有効電力値を算出する。検出部３によって検出された電圧は、電力系統９３の交流電力である。又は、全次有効電力演算部５５は、特定の周波数帯域以外の帯域の値を減衰させるフィルタ処理を用いることによって、全次有効電力値を算出する。
【０１０９】
実施の形態２と実施の形態１との主な相違点は、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａが、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を有する点である。
【０１１０】
電力変換装置１Ａは、電力変換器２と電力系統９３とを接続する電力線９４の第１部位９５における電圧及び電流を検出し、検出した電圧及び電流と外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値とをもとに電力変換器２を制御するための駆動指令を生成する。電力変換装置１Ａは、接続される蓄電装置９１から出力される電力と、需要家負荷９２の消費電力と、外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値とを考慮して電力を出力することができるという効果を奏する。更に言うと、電力変換装置１Ａは、外部制御器９８から供給される有効電力指令値及び無効電力指令値に潮流電力を追従させることができ、配電系統全体にとって必要な有効電力及び無効電力を電力系統９３に供給することができる。
【０１１１】
電力変換装置１Ａは有効電力リミッタ５３及び無効電力リミッタ５４を有するので、駆動指令のもとになる有効電力の出力の指令値及び無効電力の出力の指令値は、皮相電力の上限値を超える電力を出力させない値となる。したがって、電力変換装置１Ａは皮相電力の上限値を超える電力を出力しなければならない事態を回避することができる。ひいては、電力変換装置１Ａに異常が生じることは抑制される。
【０１１２】
上述の通り、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａは、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２の代わりに、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６を有する。全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６は、全次有効電力値又は全次無効電力値を算出し、複数の逓倍周波数の有効電力値又は無効電力値を算出しないので、有効電力値又は無効電力値を次数限定有効電力演算部５１及び次数限定無効電力演算部５２よりも容易に算出することができる。
【０１１３】
全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の一部又は全部は、実施の形態１において説明した処理回路７１と同じ機能を有する処理回路であってもよい。全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の機能の少なくとも一部は、実施の形態１において説明したプロセッサ８１と同じ機能を有するプロセッサによって実現されてもよい。全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の機能の少なくとも一部がプロセッサによって実現される場合、電力変換装置１Ａは、全次有効電力演算部５５及び全次無効電力演算部５６の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。当該メモリは、実施の形態１において説明したメモリ８２と同じ機能を有するメモリである。
【０１１４】
なお、実施の形態２においても、実施の形態１において説明した発電装置９７が、電力線９４の電力変換器２と第１部位９５との間に位置する第２部位９６に接続されてもよい。
【０１１５】
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、構成の一部を省略又は変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１，１Ａ  電力変換装置、２  電力変換器、３  検出部、４  制御部、４１，４１ａ  演算部、４２  有効電力指令生成部、４３  無効電力指令生成部、４４  駆動指令生成部、５１  次数限定有効電力演算部、５２  次数限定無効電力演算部、５３  有効電力リミッタ、５４  無効電力リミッタ、５５  全次有効電力演算部、５６  全次無効電力演算部、７１  処理回路、８１  プロセッサ、８２  メモリ、９１  蓄電装置、９２  需要家負荷、９３  電力系統、９４  電力線、９５  第１部位、９６  第２部位、９７，９７ａ  発電装置、９８  外部制御器。
【要約】
電力変換装置（１）は、直流電力を蓄える蓄電装置（９１）に接続され、蓄電装置（９１）に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する機能を含むと共に、交流電力を需要家負荷（９２）及び電力系統（９３）の一方又は双方に出力する機能を含む電力変換器（２）と、電力変換器（２）と電力系統（９３）とを接続する電力線（９４）の第１部位（９５）における電圧及び電流を検出する検出部（３）と、検出部（３）によって検出された電圧及び電流をもとに電力変換器（２）を制御するための駆動指令を生成する制御部（４）とを有する。需要家負荷（９２）は、電力線（９４）の電力変換器（２）と第１部位（９５）との間の第２部位（９６）に接続される。電力変換器（２）は、制御部（４）によって生成された駆動指令をもとに動作する。【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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