(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電力を変換して電力系統へ供給する電力変換部と、
前記電力系統の周波数の変化を検出する周波数変化検出部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力変換部から前記電力系統への無効電力の注入を制御する無効電力注入制御部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制する処理を実行する変動抑制部と、を備え、
前記周波数変化検出部は、
前記電力系統の周波数を検出する周波数検出部と、
前記周波数検出部によって検出された前記周波数のうち第１期間の周波数の移動平均値と前記第１期間よりも前の期間である第２期間の周波数の移動平均値との差を演算する周波数差演算部と、を備え、
前記無効電力注入制御部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づいて前記電力系統への無効電力の注入を制御し、
前記変動抑制部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づき前記電力系統の周波数の周期的な変動を判定する変動判定部を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づいて、前記電力系統の周波数の変化量が所定期間に所定量を超えたと判定した場合に、単独運転であると判定する単独運転判定部を備える
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】
電源から供給される電力を変換して電力系統へ供給する電力変換部と、
前記電力系統の周波数の変化を検出する周波数変化検出部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力変換部から前記電力系統への無効電力の注入を制御する無効電力注入制御部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制する処理を実行する変動抑制部と、
前記電力変換部から前記電力系統への有効電流を前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制するように調整する調整部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記周波数変化検出部は、
前記電力系統の周波数を検出する周波数検出部と、
前記周波数検出部によって検出された前記周波数のうち第１期間の周波数の移動平均値と前記第１期間よりも前の期間である第２期間の周波数の移動平均値との差を演算する周波数差演算部と、を備え、
前記無効電力注入制御部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づいて前記電力系統への無効電力の注入を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づいて、前記電力系統の周波数の変化量が所定期間に所定量を超えたと判定した場合に、単独運転であると判定する単独運転判定部を備える
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記変動抑制部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づき前記電力系統の周波数の周期的な変動を判定する変動判定部を備える
ことを特徴とする請求項４または５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記周波数差演算部は、
前記周波数検出部によって検出された前記周波数のうち最新の第１期間の周波数の移動平均値と最新の周波数よりも第３期間前の第２期間の周波数の移動平均値との差を演算し、
前記変動判定部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差が前記第３期間に対応する周期で変動する場合に、前記電力系統の周波数が周期的に変動すると判定する
ことを特徴とする請求項２または６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記変動判定部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差が前記第３期間に対応する周期毎に正と負とに交互に変化する場合に、前記電力系統の周波数が周期的に変動すると判定する
ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電力系統の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記電力系統の電圧から前記電力系統の電圧位相を検出する位相検出部と、
前記位相検出部によって検出された前記電圧位相に基づいて、前記電力系統の周波数を検出する周波数検出部と、を備え、
前記周波数変化検出部は、
前記周波数検出部によって検出された前記電力系統の周波数に基づいて、前記電力系統の周波数の変化を検出する
ことを特徴とする請求項１または３に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の電力変換装置と、
発電装置と、を備え、
前記電力変換装置は、
前記発電装置の発電電力を前記電源から供給される電力として前記電力系統に対応する交流電力へ変換して前記電力系統へ出力する
ことを特徴とする発電システム。
【請求項１１】
電力系統の周波数の変化を検出する周波数変化検出部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、電力変換部から前記電力系統への無効電力の注入を制御する無効電力注入制御部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制する処理を実行する変動抑制部と、を備え、
前記周波数変化検出部は、
前記電力系統の周波数を検出する周波数検出部と、
前記周波数検出部によって検出された前記周波数のうち第１期間の周波数の移動平均値と前記第１期間よりも前の期間である第２期間の周波数の移動平均値との差を演算する周波数差演算部と、を備え、
前記無効電力注入制御部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づいて前記電力系統への無効電力の注入を制御し、
前記変動抑制部は、
前記周波数差演算部によって演算された前記差に基づき前記電力系統の周波数の周期的な変動を判定する変動判定部を備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
電力系統の周波数の変化を検出する周波数変化検出部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、電力変換部から前記電力系統への無効電力の注入を制御する無効電力注入制御部と、
前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制する処理を実行する変動抑制部と、
前記電力変換部から前記電力系統への有効電流を前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制するように調整する調整部と、を備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
電力系統の周波数の変化を検出することと、
前記検出の結果に基づき、電力変換部から前記電力系統への無効電力の注入を制御することと、
前記検出の結果に基づき、前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制する処理を実行することと、
を含み、
前記周波数の変化を検出することは、
前記電力系統の周波数を検出することと、
前記周波数を検出することによって検出された前記周波数のうち第１期間の周波数の移動平均値と前記第１期間よりも前の期間である第２期間の周波数の移動平均値との差を演算することと、を含み
前記無効電力の注入を制御することは、
前記差を演算することによって演算された前記差に基づいて前記電力系統への無効電力の注入を制御し、
前記変動を抑制する処理を実行することは、
前記差を演算することによって演算された前記差に基づき前記電力系統の周波数の周期的な変動を判定すること、を含む
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１４】
電力系統の周波数の変化を検出することと、
前記検出の結果に基づき、電力変換部から前記電力系統への無効電力の注入を制御することと、
前記検出の結果に基づき、前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制する処理を実行することと、
前記電力変換部から前記電力系統への有効電流を前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制するように調整することと、
を含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光発電用パワーコンディショナーなどの電力変換装置において、電力系統から切り離されて単独運転しているか否かを検出する単独運転検出方法が知られている。そして、単独運転検出方法として、系統周波数を検出し、かかる検出結果に基づき、電力系統へ無効電力を注入して単独運転の検出を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２２３８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した単独運転検出方法では、例えば、電力系統側の電源擾乱などの単独運転ではない場合に、無効電力の注入が繰り返される場合がある。
【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を低減することができる電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法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】
【０００６】
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部と、周波数変化検出部と、無効電力注入制御部と、変動抑制部とを備える。前記電力変換部は、電源から供給される電力を変換して電力系統へ供給する。前記周波数変化検出部は、前記電力系統の周波数の変化を検出する。前記無効電力注入制御部は、前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力変換部から前記電力系統への無効電力の注入を制御する。前記変動抑制部は、前記周波数変化検出部の検出結果に基づき、前記電力系統の周波数の周期的な変動を抑制する処理を実行する。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を低減することができる電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る発電システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す電力変換部の構成例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す電力変換装置の構成例を示す図である。
【図４】図４は、系統周波数偏差演算部の構成例を示す図である。
【図５】図５は、系統周波数偏差演算部によって演算される移動平均値および周波数偏差の一例を示す図である。
【図６】図６は、周波数フィードバック演算部における周波数フィードバックゲインの一例を示す図である。
【図７】図７は、系統周波数判定部によって検出される系統周波数が変化した場合の周波数変化判定部および無効電力注入制御部の動作の一例を示すイメージ図である。
【図８】図８は、変動モードの状態例を示す図である。
【図９】図９は、電力変換装置から見た電力系統の等価回路を示す図である。
【図１０】図１０は、系統周波数が一定である場合において、電圧ベクトルおよび電流ベクトルをｄｑ軸座標系のベクトルとして表した図である。
【図１１】図１１は、変動モードが発生している場合において、電圧ベクトルおよび電流ベクトルをｄｑ軸座標系のベクトルとして表した図である。
【図１２】図１２は、変動モードが発生し、ｑ軸指令調整部から調整されたｑ軸電流指令が出力された場合の電圧ベクトルおよび電流ベクトルをｄｑ軸座標系のベクトルとして表した図である。
【図１３】図１３は、電力変換装置の他の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
［１．発電システム］
図１は、実施形態に係る発電システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施形態に係る発電システム１００は、電力変換装置１および発電装置２を備える。電力変換装置１は、発電装置２と電力系統３の間に配置され、発電装置２によって発電された電力を３相交流電力へ変換して電力系統３へ出力する。
【００１１】
かかる電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１と、電流検出部１２と、制御部２０とを備え、発電装置２から供給される直流電力を３相交流電力へ変換して電力系統３へ出力する。発電装置２は、例えば、太陽電池、直流発電機、燃料電池などの直流発電装置である。なお、電力系統３の電圧周波数は、例えば、５０Ｈｚであってもよく、６０Ｈｚであってもよい。
【００１２】
電力変換部１０は、例えば、図２に示すように、複数のスイッチング素子が３相ブリッジ接続されて構成される。図２は、電力変換部１０の構成例を示す図である。なお、電力変換部１０は、図２に示す構成に限定されず、電力変換を行うことができる構成であればよい。
【００１３】
図１に示す電力変換装置１は、直流発電装置である発電装置２と電力系統３との間に配置されるが、発電装置２は、交流発電装置であってもよい。この場合、電力変換装置１は、交流電源から供給される交流電力を直流電力へ変換して電力変換部１０へ供給するコンバータを備える。
【００１４】
電圧検出部１１は、電力系統３の３相交流電圧Ｖｒｓｔの瞬時値（以下、系統電圧Ｖｒｓｔと記載する）を検出する。例えば、電圧検出部１１は、系統電圧Ｖｒｓｔとして、電力系統３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔの瞬時値（以下、線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔと記載する）を検出することができる。線間電圧Ｖｒｓは、電力系統３のＲ相とＳ相との間の線間電圧であり、線間電圧Ｖｓｔは、電力系統３のＳ相とＴ相との間の線間電圧である。
【００１５】
電流検出部１２は、電力変換部１０と電力系統３との間に設けられ、電力変換部１０と電力系統３のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相との間に流れる電流の瞬時値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ（以下、系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔと記載する）を検出する。なお、電流検出部１２は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する。
【００１６】
制御部２０は、駆動制御部２１と、周波数変化検出部２２と、無効電力注入制御部２３と、変動抑制部２４とを備える。
【００１７】
駆動制御部２１は、発電装置２から供給される直流電力を３相交流電力へ変換して電力系統３へ出力するように電力変換部１０を制御する。例えば、駆動制御部２１は、系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔが目標値になるように電力変換部１０を制御する。
【００１８】
周波数変化検出部２２は、系統電圧Ｖｒｓｔの周波数（以下、系統周波数ｆｒｓｔと記載する）の変化を検出する。無効電力注入制御部２３は、周波数変化検出部２２の検出結果に基づいて、電力変換部１０から電力系統３への無効電力の注入を制御する。
【００１９】
例えば、無効電力注入制御部２３は、周波数変化検出部２２によって系統周波数ｆｒｓｔの変化が検出された場合、系統周波数ｆｒｓｔの変化に応じた指令を生成して駆動制御部２１へ通知する。これにより、無効電力注入制御部２３から通知される指令に応じた駆動信号が駆動制御部２１から電力変換部１０へ出力され、電力変換部１０から電力系統３への無効電力の注入が行われる。
【００２０】
無効電力注入制御部２３は、例えば、系統周波数ｆｒｓｔの変化を助長する無効電力が電力系統３へ注入されるように指令を生成して駆動制御部２１を介して電力変換部１０を制御する。無効電力注入制御部２３は、例えば、無効電力の注入によって、系統周波数ｆｒｓｔが急激に変化する場合に電力変換装置１の単独運転を検出する。
【００２１】
無効電力注入制御部２３は、電力変換装置１の単独運転を検出すると、電力変換装置１と電力系統３との間の接続を切り離す。電力変換装置１と電力系統３との間の接続の切り離しは、例えば、電力変換部１０と電力系統３との間に配置された解列リレー（図示せず）を制御することによって行われる。
【００２２】
ところで、無効電力注入制御部２３は、単独運転以外の要因（例えば、電力系統３側の電源擾乱など）によって系統周波数ｆｒｓｔが変化した場合でも、かかる系統周波数ｆｒｓｔの変化に基づいて電力系統３への無効電力の注入を行う場合がある。この場合、無効電力の注入によって系統電圧Ｖｒｓｔに変動が発生し、さらに系統周波数ｆｒｓｔが変化したように見える。
【００２３】
周波数変化検出部２２は、系統周波数ｆｒｓｔの変化の検出を、例えば、最新の系統周波数ｆｒｓｔの検出結果と過去の系統周波数ｆｒｓｔの検出結果との比較で行う。そのため、単独運転以外の要因によって系統周波数ｆｒｓｔが変化した場合においても、かかる系統周波数ｆｒｓｔの変化に基づいて電力系統への無効電力の注入が行われるおそれがある。
【００２４】
この場合、かかる無効電力の注入によって系統電圧Ｖｒｓｔが変化し、かかる変化によって系統周波数ｆｒｓｔが変化したように見える。そして、最新の系統周波数ｆｒｓｔの検出結果と過去の系統周波数ｆｒｓｔの検出結果との比較によって系統周波数ｆｒｓｔの変化を検出する場合、無効電力の注入によって生じる系統周波数ｆｒｓｔの変化が過去の系統周波数ｆｒｓｔの検出結果として現れる。そのため、過去の系統周波数ｆｒｓｔの検出結果によって系統周波数ｆｒｓｔが変化したように見え、無効電力の注入が繰り返されて、系統電圧Ｖｒｓｔが周期的に変動した状態（以下、変動モードと記載する場合がある）が発生するおそれがある。
【００２５】
そこで、変動抑制部２４は、例えば、周波数変化検出部２２の検出結果に基づいて系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を抑制するように電力変換部１０を制御する処理を実行する。これにより、単独運転ではない場合に、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を低減することができる。以下、電力変換装置１の構成についてさらに詳細に説明する。
【００２６】
［２．電力変換装置１の構成例］
図３は、図１に示す電力変換装置１の構成例を示す図である。図３に示すように、電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１、１３と、電流検出部１２、１４と、制御部２０とを備える。
【００２７】
電圧検出部１３は、発電装置２から電力変換部１０へ供給される電圧の瞬時値（以下、供給電圧Ｖｉｎと記載する）を検出する。また、電流検出部１４は、発電装置２から電力変換部１０へ供給される電流の瞬時値（以下、供給電流Ｉｉｎと記載する）を検出する。
【００２８】
制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、後述する制御を実現することができる。
【００２９】
制御部２０は、駆動制御部２１と、周波数変化検出部２２と、無効電力注入制御部２３と、変動抑制部２４と、ＭＰＰＴ（Maximum  Power  Point  Tracking）演算部２５とを備える。駆動制御部２１、周波数変化検出部２２、無効電力注入制御部２３、変動抑制部２４およびＭＰＰＴ演算部２５の機能は、例えば、上記ＣＰＵが上記プログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００３０】
また、駆動制御部２１、周波数変化検出部２２、無効電力注入制御部２３、変動抑制部２４およびＭＰＰＴ演算部２５は、それぞれ一部または全部が例えばＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成されてもよい。以下、周波数変化検出部２２、駆動制御部２１、無効電力注入制御部２３、変動抑制部２４およびＭＰＰＴ演算部２５の順に詳細に説明する。
【００３１】
［２．１．周波数変化検出部２２］
周波数変化検出部２２は、位相検出部３１と、系統周波数検出部３２（周波数検出部の一例）と、系統周波数偏差演算部３３（周波数差演算部の一例）とを備える。位相検出部３１は、線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔに基づいて系統電圧Ｖｒｓｔの位相θｖ（以下、系統位相θｖと記載する）を検出する。
【００３２】
位相検出部３１は、線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分であるα軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβへ変換する。位相検出部３１は、例えば、下記式（１）の演算を行って、線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔをα軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβへ変換する。
【数１】
0006304180.tif 000002
【００３３】
また、位相検出部３１は、例えば、α軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβに基づいて、系統位相θｖを検出する。かかる位相検出部３１は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムにより実行するＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）を含むが、ロジック回路などのハードウェアによって構成してもよい。
【００３４】
位相検出部３１は、例えば、下記式（２）の演算を行って、電圧振幅Ｅmaxを求める。また、位相検出部３１は、例えば、下記式（３）、（４）に示す演算により、ｄ軸電圧ＶｄがゼロになるようにＰＩ（比例積分）制御を行って、系統位相θｖを求める。なお、下記式（４）において、「ＴI」は、積分時間、「ＫP」は、比例定数である。
【数２】
0006304180.tif 000003
【００３５】
系統周波数検出部３２は、系統位相θｖから系統周波数ｆｒｓｔを検出する。系統周波数検出部３２は、例えば、下記式（５）に示す演算を行うことによって系統周波数ｆｒｓｔを求める。
【数３】
0006304180.tif 000004
【００３６】
系統周波数偏差演算部３３は、系統周波数検出部３２によって検出された系統周波数ｆｒｓｔのうち最新の第１期間分Ｔ１の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値ｆave2と最新の系統周波数ｆｒｓｔよりも第３期間Ｔ３前の第２期間Ｔ２分の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値ｆave1との差Δｆ（以下、周波数偏差Δｆと記載する）を演算する。
【００３７】
図４は、系統周波数偏差演算部３３の構成例を示す図である。図４に示すように、系統周波数偏差演算部３３は、第１移動平均演算部４１と、第２移動平均演算部４２と、減算部４３とを備える。かかる系統周波数偏差演算部３３は、例えば、演算周期Ｔｓ（例えば、５ｍｓ）毎に演算を行う。
【００３８】
第１移動平均演算部４１は、例えば、最新の第２期間Ｔ２（例えば、８０ｍｓ）の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値を演算し、第３期間Ｔ３（例えば、２００ｍｓ）後に移動平均値ｆave1として出力する。また、第１移動平均演算部４１は、最新の系統周波数ｆｒｓｔよりも第３期間Ｔ３（例えば、２００ｍｓ）前の第２期間Ｔ２（例えば、８０ｍｓ）分の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値ｆave1を演算することもできる。
【００３９】
第２移動平均演算部４２は、例えば、最新の第１期間Ｔ１（例えば、４０ｍｓ）分の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値ｆave2を演算する。減算部４３は、移動平均値ｆave1から移動平均値ｆave2を減算して、周波数偏差Δｆを求める。
【００４０】
図５は、系統周波数偏差演算部３３によって演算される移動平均値ｆave1、ｆave2および周波数偏差Δｆの一例を示す図である。図５において、最新の演算周期ＴｓをＣ０とし、ｎ（ｎは自然数）周期前の演算周期ＴｓをＣｎとし、ｎ周期後の演算周期ＴｓをＣ−ｎと記載している。
【００４１】
また、図５において、周期Ｃ０における移動平均値ｆave1、ｆave2を移動平均値ｆave1(0)、ｆave2(0)とし、周期Ｃ−１における移動平均値ｆave1、ｆave2を移動平均値ｆave1(-1)、ｆave2(-1)とし、周期Ｃ−２における移動平均値ｆave1、ｆave2を移動平均値ｆave1(-2)、ｆave2(-2)と記載する。
【００４２】
第１移動平均演算部４１は、周期Ｃ０の系統周波数ｆｒｓｔを取得すると、２００ｍｓ前の８０ｍｓ分の周期Ｃ５５〜Ｃ４０の系統周波数ｆｒｓｔの平均値を移動平均値ｆave1(0)として出力する。また、第２移動平均演算部４２は、周期Ｃ０の系統周波数ｆｒｓｔを取得すると、最新の４０ｍｓ分の周期Ｃ７〜Ｃ０の系統周波数ｆｒｓｔの平均値を移動平均値ｆave2(0)として出力する。減算部４３は、移動平均値ｆave1(0)から移動平均値ｆave2(0)を減算して、周波数偏差Δｆを求める。
【００４３】
次の周期Ｃ−１において、第１移動平均演算部４１は、周期Ｃ−１の系統周波数ｆｒｓｔを取得すると、２００ｍｓ前の８０ｍｓ分の周期Ｃ５４〜Ｃ３９の系統周波数ｆｒｓｔの平均値を移動平均値ｆave1(-1)として出力する。また、第２移動平均演算部４２は、周期Ｃ−１の系統周波数ｆｒｓｔを取得すると、最新の４０ｍｓ分の周期Ｃ６〜Ｃ−１の系統周波数ｆｒｓｔの平均値を移動平均値ｆave2(-1)として出力する。減算部４３は、移動平均値ｆave1(-1)から移動平均値ｆave2(-1)を減算して、周波数偏差Δｆを求める。
【００４４】
さらに次の周期Ｃ−２において、第１移動平均演算部４１は、周期Ｃ−２の系統周波数ｆｒｓｔを取得すると、２００ｍｓ前の８０ｍｓ分の周期Ｃ５３〜Ｃ３８の系統周波数ｆｒｓｔの平均値を移動平均値ｆave1(-2)として出力する。また、第２移動平均演算部４２は、周期Ｃ−２の系統周波数ｆｒｓｔを取得すると、最新の４０ｍｓ分の周期Ｃ５〜Ｃ−２の系統周波数ｆｒｓｔの平均値を移動平均値ｆave2(-2)として出力する。減算部４３は、移動平均値ｆave1(-2)から移動平均値ｆave2(-2)を減算して、周波数偏差Δｆを求める。
【００４５】
系統周波数偏差演算部３３は、このように演算周期Ｔｓ毎に、移動平均値ｆave1、ｆave2および周波数偏差Δｆを演算する。
【００４６】
［２．２．駆動制御部２１］
次に、駆動制御部２１について説明する。図３に示すように、駆動制御部２１は、座標変換部５１と、電流制御部５２と、ＰＷＭ制御部５３とを備える。
【００４７】
座標変換部５１は、系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔを系統周波数ｆｒｓｔで回転するｄｑ軸座標系のｄ軸成分であるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸成分であるｑ軸電流Ｉｑへ変換する。座標変換部５１は、例えば、下記式（６）、（７）の演算によって、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとを求める。
【数４】
0006304180.tif 000005
【００４８】
電流制御部５２は、ｄ軸電流指令Ｉｄ*、ｑ軸電流指令Ｉｑ*、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。電流制御部５２は、例えば、ｄ軸電流指令Ｉｄ*とｄ軸電流Ｉｄとの偏差がゼロになるようにＰＩ（比例積分）制御を行うことによって、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*を生成する。
【００４９】
また、電流制御部５２は、例えば、ｑ軸電流指令Ｉｑ*とｑ軸電流Ｉｑとの偏差がゼロになるようにＰＩ（比例積分）制御を行うことによって、ｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。
【００５０】
ＰＷＭ制御部５３は、系統位相θｖ、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令Ｖｑ*に基づいて、電力変換部１０を制御する。例えば、ＰＷＭ制御部５３は、下記式（８）〜（１２）の演算によって、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の電圧指令Ｖｒ*、Ｖｓ*およびＶｔ*を求める。ＰＷＭ制御部５３は、例えば、電圧指令Ｖｒ*、Ｖｓ*およびＶｔ*とキャリア信号Ｓｃとを比較することによって、電力変換部１０のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、電力変換部１０へ出力する。なお、ＰＷＭ制御部５３は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令Ｖｑ*をαβ成分に変更した後、かかるαβ成分を２相３相変換によって電圧指令Ｖｒ*、Ｖｓ*およびＶｔ*を求めることもできる。
【数５】
0006304180.tif 000006
【００５１】
［２．３．無効電力注入制御部２３］
無効電力注入制御部２３は、周波数フィードバック演算部６１（以下、周波数ＦＢ演算部６１と記載する）と、単独運転判定部６２とを備える。
【００５２】
周波数ＦＢ演算部６１は、周波数偏差Δｆに応じたｄ軸電流指令Ｉｄ*を生成する。図６は、周波数ＦＢ演算部６１における周波数フィードバックゲインの一例を示す図である。
【００５３】
図６に示すように、例えば、Δｆ＝０．０２Ｈｚである場合、定格電力の２％の無効電力を出力する大きさのｄ軸電流指令Ｉｄ*を生成し、Δｆ＝０．２Ｈｚである場合、定格電力の１０％の無効電力を出力する大きさのｄ軸電流指令Ｉｄ*を生成する。また、−０．０１Ｈｚ≦Δｆ≦０．０１Ｈｚである場合、Ｉｄ*＝０．０１×Δｆであり、−０．０１Ｈｚ〜０．０１Ｈｚの範囲は、ｄ軸電流指令Ｉｄ*は略ゼロとなる不感帯領域である。なお、周波数フィードバックゲインは、図６に示す例に限定されず、不感帯領域の範囲やゲインの大きさなどを外部からの設定によって変更することもできる。
【００５４】
単独運転判定部６２は、無効電力注入制御部２３による無効電力注入によって系統周波数ｆｒｓｔが急激に変化する場合に電力変換装置１の単独運転を検出する。例えば、単独運転判定部６２は、周波数偏差Δｆに基づいて、系統周波数ｆｒｓｔの変化量が所定期間（例えば、４０ｍｓ）に所定量（例えば、定格周波数の＋１０％〜−１０％の範囲）を超えた場合に、単独運転であると判定する。例えば、単独運転判定部６２は、所定期間における周波数偏差Δｆの積算値が所定量を超えた場合に、単独運転であると判定する。
【００５５】
単独運転判定部６２は、電力変換装置１の単独運転を検出すると、電力変換装置１と電力系統３との間の接続を切り離す。電力変換装置１と電力系統３との間の接続の切り離しは、例えば、電力変換装置１と電力系統３との間に配置された解列リレー（図示せず）を制御することによって行われる。
【００５６】
［２．４．変動抑制部２４およびＭＰＰＴ演算部２５］
図３に示すＭＰＰＴ演算部２５は、供給電圧Ｖｉｎと供給電流Ｉｉｎとに基づいて、発電装置２から出力される発電電力が最大になるように、電力系統３への有効電流の目標値であるｑ軸電流指令Ｉｑ**を生成する。例えば、ＭＰＰＴ演算部２５は、供給電圧Ｖｉｎと供給電流Ｉｉｎと乗算して供給電力Ｐｉｎを求め、かかる供給電力Ｐｉｎが最大化するようにｑ軸電流指令Ｉｑ**を生成する。
【００５７】
変動抑制部２４は、変動判定部７１と、ｑ軸指令調整部７２（調整部の一例）とを備える。周波数変化検出部２２の検出結果に基づき、電力系統３の周波数の周期的な変動を抑制する。変動判定部７１は、周波数偏差Δｆが周期的に変動する変動モードになっているか否かを判定する。
【００５８】
例えば、変動判定部７１は、周波数偏差Δｆが変化したタイミングから第３期間Ｔ３後に周波数偏差Δｆが変化する場合に周波数偏差Δｆが周期的に変動する変動モードになっていると判定することができる。また、変動判定部７１は、周波数偏差Δｆに変動があった後、周波数偏差Δｆが所定範囲内である状態が所定期間継続する場合に、変動モードになっていると判定することもできる。
【００５９】
ｑ軸指令調整部７２は、変動判定部７１によって変動モードになっていると判定されると、ＭＰＰＴ演算部２５から出力されるｑ軸電流指令Ｉｑ**に代えて、変動モードを抑制するｑ軸電流指令Ｉｑ*を生成することによって、ｑ軸電流指令Ｉｑ*を調整する。一方、ｑ軸指令調整部７２は、変動判定部７１によって変動モードになっていないと判定されると、ＭＰＰＴ演算部２５から出力されるｑ軸電流指令Ｉｑ**をｑ軸電流指令Ｉｑ*として出力する。
【００６０】
ここで、周波数変化検出部２２によって系統周波数ｆｒｓｔの変化が検出された場合の制御部２０の動作について説明する。図７は、周波数変化検出部２２によって系統周波数ｆｒｓｔの変化が検出された場合の周波数変化検出部２２および無効電力注入制御部２３の動作の一例を示すイメージ図である。
【００６１】
図７に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２で電力系統３の電圧周波数（以下、系統周波数と記載する場合がある）が変化した場合、系統周波数検出部３２によって検出される系統周波数ｆｒｓｔが変化する。
【００６２】
系統周波数ｆｒｓｔが変化すると、第２移動平均演算部４２によって演算される移動平均値ｆave2が変化する。一方、第１移動平均演算部４１によって第３期間Ｔ３後に出力される移動平均値ｆave1が変化するが、この時点で、第１移動平均演算部４１によって移動平均値ｆave1は変化しない。
【００６３】
そのため、系統周波数偏差演算部３３によって演算される周波数偏差Δｆが変化するため、周波数偏差Δｆに応じたｄ軸電流指令Ｉｄ*が周波数ＦＢ演算部６１から電流制御部５２へ出力される。これにより、周波数偏差Δｆに応じた無効電力が電力変換部１０から電力系統３へ注入される。
【００６４】
移動平均値ｆave2が変化した時刻ｔ４から２００ｍｓ（第３期間Ｔ３の一例）後、第１移動平均演算部４１から２００ｍｓ前の８０ｍｓ（第２期間Ｔ２の一例）分の移動平均値ｆave1が出力される。一方、時刻ｔ４から２００ｍｓ後の時刻ｔ１０に、系統周波数検出部３２によって検出される系統周波数ｆｒｓｔが一定である場合（例えば、ｆｒｓｔ＝ｆ１）、移動平均値ｆave2＝ｆ１である。
【００６５】
そのため、系統周波数偏差演算部３３によって演算される周波数偏差Δｆが変化する。したがって、時刻ｔ１０において、第１移動平均演算部４１から出力される移動平均値ｆave1が変化し、系統周波数偏差演算部３３によって演算される周波数偏差Δｆが変化する。
【００６６】
周波数偏差Δｆが変化すると、周波数偏差Δｆに応じたｄ軸電流指令Ｉｄ*が周波数ＦＢ演算部６１から電流制御部５２へ出力される。これにより、系統周波数ｆｒｓｔが変化した直後でないにも係わらず、周波数偏差Δｆに応じた無効電力が電力変換部１０から電力系統３へ注入される。
【００６７】
かかる無効電力の注入によって電力系統３の電圧周波数が変化すると、系統周波数検出部３２によって検出される系統周波数ｆｒｓｔが変化し、かかる系統周波数ｆｒｓｔによって上述した処理が周期的に繰り返される変動モードに移行する場合がある。
【００６８】
図８は、変動モードの状態例を示す図である。図８に示すように、時刻ｔ１０において、周波数偏差Δｆに応じて電力系統３へ注入される無効電力によって電力系統３の電圧周波数が変化すると、系統周波数検出部３２によって検出される系統周波数ｆｒｓｔが変化する。
【００６９】
かかる系統周波数ｆｒｓｔの変化によって、２００ｍｓ後に第１移動平均演算部４１から出力される移動平均値ｆave1が変化する（図７に示す時刻ｔ１０参照）。かかる移動平均値ｆave1の変化によって周波数偏差Δｆが変化し、周波数偏差Δｆに応じた無効電力が電力系統３へ注入される。
【００７０】
そして、無効電力の注入によって電力系統３の電圧周波数が変化すると、図８に示すように、系統周波数検出部３２によって検出される系統周波数ｆｒｓｔが変化する。以降、かかる処理が２００ｍｓの周期で繰り返される。そのため、単独運転ではない場合に、無効電力の注入が周期的に繰り返されるおそれがある。
【００７１】
そこで、実施形態に係る電力変換装置１の制御部２０は、系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を抑制するように電力変換部１０を制御する。これにより、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を低減することができる。
【００７２】
系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動は、図３に示す変動判定部７１によって検出される。変動判定部７１は、周波数偏差Δｆの周期的な変動を判定する。変動判定部７１は、例えば、周波数偏差Δｆが所定範囲の値ｆｔｈ（例えば、周波数ＦＢ演算部６１の周波数フィードバックの不感帯レベルの範囲）を超える場合に周波数偏差Δｆが変動していると判定することができる。
【００７３】
例えば、変動判定部７１は、周波数偏差Δｆの変動周期が第３期間Ｔ３に対応する周期、すなわち、周波数偏差Δｆの変動周期が２００ｍｓ程度の周期（例えば、２００ｍｓ±１０ｍｓの周期）である場合、変動モードが発生していると判定することができる。変動判定部７１は、例えば、周波数偏差Δｆが変化したタイミングから第３期間Ｔ３後に周波数偏差Δｆが変化した場合に、変動モードが発生していると判定することができる。
【００７４】
図７に示す例では、時刻ｔ４〜ｔ６の間に周波数偏差Δｆの変動が発生し、さらに、時刻ｔ１０〜ｔ１２の間に周波数偏差Δｆの変動が発生しており、周波数偏差Δｆの変動周期は、２００ｍｓである。
【００７５】
また、変動判定部７１は、例えば、周波数偏差Δｆの変動周期が第３期間Ｔ３に対応する周期であり、かつ、周波数偏差Δｆが第３期間Ｔ３に対応する周期毎に正と負を交互に変化する場合に、変動モードが発生していると判定することもできる。例えば、変動判定部７１は、正の周波数偏差Δｆが発生した後、第３期間Ｔ３に対応する次の周期で負の周波数偏差Δｆが発生した場合に変動モードが発生していると判定することができる。これにより、変動モードの検出精度を向上させることができる。
【００７６】
なお、変動判定部７１は、第３期間Ｔ３の間隔で周波数偏差Δｆの変動が２回発生した場合に変動モードが発生していると判定することで、変動モードの検出を迅速に行うことができる。また、変動判定部７１は、第３期間Ｔ３の間隔で周波数偏差Δｆの変動が３回以上発生した場合に変動モードが発生していると判定することもできる。
【００７７】
また、変動判定部７１は、周波数偏差Δｆの変化があった後、周波数偏差Δｆが所定範囲の値ｆｔｈ（例えば、周波数フィードバックの不感帯レベル内の値）以内（例えば、図７に示す期間Ｔ４）が所定期間Ｔｔｈ以上継続する場合に、変動モードになっていると判定することもできる。
【００７８】
ここで、電力変換装置１から見た電力系統３の等価回路を考える。図９は、電力変換装置１から見た電力系統３の等価回路を示す図である。なお、「Ｖｏ」は、電力変換装置１から電力系統３へ出力される電圧ベクトルであり、「Ｉｏ」は、電力変換装置１から電力系統３へ出力される電流ベクトルである。また、「ＲS」は、電力系統３の線路インピーダンスの抵抗成分、「ＬS」は、電力系統３の線路インピーダンスのリアクタンス成分、「Ｅ」は、電力系統３の電源電圧Ｅのベクトル（以下、電源電圧ベクトルＥと記載する場合がある）である。
【００７９】
図１０は、系統周波数ｆｒｓｔが一定である場合において、電圧ベクトルＶｏおよび電流ベクトルＩｏをｄｑ軸座標系のベクトルとして表した図である。図１０に示すように、電源電圧ベクトルＥは、ｑ軸上にあり、電源電圧ベクトルＥと電力変換装置１の電圧ベクトルＶｏとは位相差θを有する。
【００８０】
また、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令Ｖｑ*とｄ軸電流指令Ｉｄ*およびｑ軸電流指令Ｉｑ*との関係は、下記式（１３）のように表すことができる。なお、下記式（１３）において、ω＝２π×ｆである。「ｆ」は、電力系統３の電源の電圧周波数である。
【数６】
0006304180.tif 000007
【００８１】
図１１は、変動モードが発生している場合において、電圧ベクトルＶｏおよび電流ベクトルＩｏをｄｑ軸座標系のベクトルとして表した図である。なお、図１１においては、系統周波数ｆｒｓｔが一定である場合との対比が容易になるように、「Ｖｏ」を「Ｖｏ’」として表し、「Ｉｏ」を「Ｉｏ’」として表し、「θ」を「θ’」として表している。
【００８２】
図１１に示すように、無効電力を注入するためのｄ軸電流指令Ｉｄ*が生成された場合、位相差θ’は系統周波数ｆｒｓｔが一定である場合の位相差θからずれる。なお、ここでは、ＲS＝０．３８Ω、ＬS＝０．４６ｍＨ、ｆ＝６０Ｈｚ、Ｅ＝２００Ｖであるとする。
【００８３】
この場合、Ｉｑ*＝５０Ａ、Ｉｄ*＝０Ａであれば、θ＝２．２６°であり、Ｉｑ*＝５０Ａ、Ｉｄ*＝１２．５Ａであれば、θ’＝３．５４°である。したがって、１２．５Ａの無効電流を電力系統３へ注入する場合と、電力系統３へ無効電流を注入しない場合とで、１．２７°の位相差Δθがあり、系統周波数検出部３２によって検出される系統周波数ｆｒｓｔは、６０．２Ｈｚである。
【００８４】
そこで、ｑ軸指令調整部７２は、変動判定部７１によって変動モードが検出されている場合、周波数偏差Δｆが設定範囲内になるようにｑ軸電流指令Ｉｑ*を生成して出力する。例えば、変動判定部７１は、周波数偏差Δｆが周波数ＦＢ演算部６１の周波数フィードバックの不感帯レベル（−０．０１Ｈｚ≦Δｆ≦０．０１Ｈｚ）内になるようにｑ軸電流指令Ｉｑ*を生成して出力することができる。
【００８５】
周波数偏差Δｆを周波数フィードバックの不感帯レベル内に抑える場合、上記式（１３）から、下記式（１４）を導き出すことができる。なお、ＲS＝０．３８Ω、ＬS＝０．４６ｍＨ、ｆ＝６０Ｈｚ、Ｅ＝２００Ｖ、Ｉｄ*＝１２．５Ａであるものとする。
【数７】
0006304180.tif 000008
【００８６】
上記式（１４）から、周波数偏差Δｆを周波数フィードバックの不感帯レベル内に抑えるｑ軸電流指令Ｉｑ*は、下記式（１５）で表すことができる。
【数８】
0006304180.tif 000009
【００８７】
したがって、ＲS＝０．３８Ω、ＬS＝０．４６ｍＨ、ｆ＝６０Ｈｚ、Ｅ＝２００Ｖ、Ｉｄ*＝１２．５Ａである場合、Ｉｑ*＝２０．８３Ａとすることによって、周波数偏差Δｆを周波数フィードバックの不感帯レベル内に抑えることができる。なお、式（１５）の演算では、ｆｒｓｔ＝６０．０１Ｈｚになるようにｑ軸電流指令Ｉｑ*を求めるものであるが、ｑ軸指令調整部７２は、式（１５）の値を変更して、ｆｒｓｔ＝６０．００Ｈｚにするｑ軸電流指令Ｉｑ*を求めることもできる。
【００８８】
ｑ軸指令調整部７２は、抵抗成分ＲS、リアクタンス成分ＬS、電圧周波数ｆ、電源電圧Ｅの値を予め記憶しており、変動判定部７１によって変動モードが検出されている場合、ｄ軸電流指令Ｉｄ*に基づき、上述した演算によってｑ軸電流指令Ｉｑ*を生成して出力する。
【００８９】
なお、ｑ軸指令調整部７２は、例えば、ｄ軸電流指令Ｉｄ*と変動モードを抑制するｑ軸電流指令Ｉｑ*とを対応付けて記憶し、変動モードが発生した場合に、ｄ軸電流指令Ｉｄ*に基づいて、ｑ軸電流指令Ｉｑ*を出力することもできる。
【００９０】
図１２は、変動モードが発生し、ｑ軸指令調整部７２から調整されたｑ軸電流指令Ｉｑ*が出力された場合の電圧ベクトルＶｏおよび電流ベクトルＩｏをｄｑ軸座標系のベクトルとして表した図である。なお、図１２においては、図１０および図１１との対比が容易になるように、「Ｖｏ」を「Ｖｏ”」として表し、「Ｉｏ」を「Ｉｏ”」として表し、「θ」を「θ”」として表している。
【００９１】
図１２に示すように、変動モードが発生した場合であっても、ｑ軸指令調整部７２によって生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ*によって、周波数偏差Δｆを周波数フィードバックの不感帯レベル内に抑えることができる。
【００９２】
例えば、ｑ軸指令調整部７２は、変動モードが検出されてから所定期間（例えば、第２期間Ｔ２以上の期間）、周波数偏差Δｆを周波数フィードバックの不感帯レベル内に抑えるｑ軸電流指令Ｉｑ*を生成し、電流制御部５２へ出力する。
【００９３】
また、ｑ軸指令調整部７２は、第３期間Ｔ３の間隔で周波数偏差Δｆの変動が２回発生した後、少なくとも３回目の周波数偏差Δｆの変動が発生する期間において、周波数偏差Δｆを周波数フィードバックの不感帯レベル内に抑えるｑ軸電流指令Ｉｑ*を生成することもできる。
【００９４】
一方、ｑ軸指令調整部７２は、変動判定部７１によって変動モードが発生していないと判定されている場合、ＭＰＰＴ演算部２５によって生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ*を電流制御部５２へ出力する。
【００９５】
なお、図３に示す変動抑制部２４は、ｑ軸電流指令Ｉｑ*を調整する構成例であるが、変動抑制部２４は、ｑ軸電流指令Ｉｑ*の調整に代えて、第２期間Ｔ２の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値をゼロにすることもできる。
【００９６】
図１３は、電力変換装置１の他の構成例を示す図である。なお、図３に示す電力変換装置１と同様の構成要素については同一符号を付して説明を省略する場合があるものとする。なお、ＭＰＰＴ演算部２５によって生成されるｑ軸電流指令Ｉｑ**はｑ軸電流指令Ｉｑ*として駆動制御部２１の電流制御部５２へ出力される。
【００９７】
図１３に示す変動抑制部２４は、変動判定部７１と、調整部７３とを備える。変動判定部７１は、周波数偏差Δｆが周期的に変動する変動モードになっているか否かを判定する。調整部７３は、変動判定部７１によって周波数偏差Δｆが周期的に変動していると判定すると、第２期間Ｔ２前の移動平均値ｆave1に代えて最新の第２期間Ｔ２の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値が第１移動平均演算部４１から出力されるように第１移動平均演算部４１を制御することができる。なお、図５に示す例では、最新の周期が周期Ｃ０である場合、最新の第２期間Ｔ２の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値は、２００ｍｓ前の８０ｍｓ分の周期Ｃ１５〜Ｃ０の系統周波数ｆｒｓｔの平均値である。
【００９８】
調整部７３は、例えば、変動モードが検出されてから所定期間（例えば、第３期間Ｔ３以上の期間）、最新の第２期間Ｔ２の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値が第１移動平均演算部４１から出力されるように第１移動平均演算部４１を制御することができる。
【００９９】
また、ｑ軸指令調整部７２は、第３期間Ｔ３の間隔で周波数偏差Δｆの変動が２回発生した場合、調整部７３は、例えば、２回目の周波数偏差Δｆの変動が発生してから第３期間Ｔ３後の第２期間Ｔ２以上の間、最新の第２期間Ｔ２の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値が第１移動平均演算部４１から出力されるように第１移動平均演算部４１を制御することができる。
【０１００】
［３．制御部２０の処理］
図１４は、制御部２０による処理の流れを示すフローチャートである。図１４に示す処理は繰り返し実行される処理である。
【０１０１】
図１４に示すように、制御部２０の周波数変化検出部２２は、系統周波数ｆｒｓｔの変化を検出する（ステップＳ１０）。制御部２０の無効電力注入制御部２３は、周波数変化検出部２２の検出結果に基づき、電力変換部１０から電力系統３への無効電力の注入を制御する（ステップＳ１１）。変動抑制部２４は、周波数変化検出部２２の検出結果に基づいて系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を抑制する処理を実行する（ステップＳ１２）。
【０１０２】
以上のように、実施形態に係る電力変換装置１は、電力変換部１０と、制御部２０（制御装置の一例）とを備える。制御部２０は、周波数変化検出部２２と、無効電力注入制御部２３と、変動抑制部２４とを備える。電力変換部１０は、発電装置２（電源の一例）から供給される電力を変換して電力系統３へ供給する。周波数変化検出部２２は、系統周波数ｆｒｓｔ（電力系統の周波数の一例）の変化を検出する。無効電力注入制御部２３は、周波数変化検出部２２の検出結果に基づき、電力変換部１０から電力系統３への無効電力の注入を制御する。変動抑制部２４は、周波数変化検出部２２の検出結果に基づき、系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を抑制する処理を実行する。
【０１０３】
これにより、例えば、検出される系統電圧Ｖｒｓｔの周期的な変動を抑制することができることから、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を低減することができる。このため、無効電力の注入によって系統電圧Ｖｒｓｔが周期的に変動することを抑制することができることから、周波数フィードバックゲインを高くすることができ、単独運転検出の高速化および精度向上を図ることができる。なお、「系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動」とは、例えば、上述したように、過去の系統周波数ｆｒｓｔの検出結果によって系統周波数ｆｒｓｔが変化したように見えて無効電力の注入が周期的に繰り返されることによって生じる系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動（以下、周期的周波数変動と記載する）を含む。変動抑制部２４は、例えば、かかる周期的周波数変動の発生を防止または周期的周波数変動を低減することにより周期的周波数変動を抑制する。これにより、検出される系統電圧Ｖｒｓｔの周期的な変動を抑制し、無効電力の注入を低減することができる。
【０１０４】
また、変動抑制部２４は、電力変換部１０から電力系統３への有効電流を系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を抑制するように調整するｑ軸指令調整部７２（調整部の一例）を備える。
【０１０５】
これにより、電力系統３の周波数の周期的な変動を抑制するようにｑ軸電流指令Ｉｑ*が調整されることから、例えば、周波数フィードバックによる無効電力の注入処理を変更することなく、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を精度よく低減することが可能となる。
【０１０６】
また、周波数変化検出部２２は、系統周波数検出部３２（周波数検出部の一例）と、系統周波数偏差演算部３３（周波数差演算部の一例）を備える。系統周波数検出部３２は、系統周波数ｆｒｓｔを検出する。系統周波数偏差演算部３３は、系統周波数検出部３２によって検出された系統周波数ｆｒｓｔのうち第１期間Ｔ１の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値（たとえば、移動平均値ｆave2）と第１期間Ｔ１よりも前の期間である第２期間Ｔ２の系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値（たとえば、移動平均値ｆave1）との差である周波数偏差Δｆを演算する。無効電力注入制御部２３は、系統周波数偏差演算部３３によって演算された周波数偏差Δｆ（移動平均値の差の一例）に基づいて電力系統３への無効電力の注入を制御する。
【０１０７】
このように、周波数変化検出部２２は、系統周波数ｆｒｓｔの移動平均値によって系統周波数ｆｒｓｔの変化を検出することから、無効電力の注入を精度よく行うことができる。
【０１０８】
また、電力変換装置１は、系統周波数偏差演算部３３によって演算された周波数偏差Δｆ（移動平均値の差の一例）に基づいて、周波数変化検出部２２によって検出される系統周波数ｆｒｓｔの変化量が所定期間の間に所定量を超えたと判定した場合に、単独運転であると判定する単独運転判定部６２を備える。これにより、単独運転を精度よく検出することができる。
【０１０９】
変動抑制部２４は、系統周波数偏差演算部３３によって演算された周波数偏差Δｆに基づき系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を判定する変動判定部７１を備える。
【０１１０】
このように、変動抑制部２４は、無効電力の注入に用いる周波数偏差Δｆに基づいて、系統電圧Ｖｒｓｔの周期的な変動を判定することから、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を精度よく低減することができる。
【０１１１】
また、系統周波数偏差演算部３３は、系統周波数検出部３２によって検出された系統周波数ｆｒｓｔのうち最新の第１期間Ｔ１の周波数の移動平均値ｆave2と最新の周波数よりも第３期間Ｔ３前の第２期間Ｔ２の周波数の移動平均値ｆave1との差である周波数偏差Δｆを演算する。変動判定部７１は、系統周波数偏差演算部３３によって演算された前記差が第３期間Ｔ３に対応する周期で変動する場合に、系統周波数ｆｒｓｔが周期的に変動すると判定する。
【０１１２】
このように、変動判定部７１は、無効電力の注入に用いる周波数偏差Δｆが第３期間Ｔ３に対応する周期で変動する場合に、系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を検出することから、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を精度よく低減することができる。
【０１１３】
また、変動判定部７１は、系統周波数偏差演算部３３によって演算された周波数偏差Δｆが第３期間Ｔ３に対応する周期毎に正と負とに交互に変化する場合に、系統周波数ｆｒｓｔが周期的に変動すると判定する。
【０１１４】
このように、変動判定部７１は、無効電力の注入に用いる周波数偏差Δｆの差が第３期間Ｔ３に対応する周期毎に正と負とに交互に変化する場合に、系統周波数ｆｒｓｔの周期的な変動を検出することから、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を精度よく低減することができる。
【０１１５】
また、電力変換装置１は、電力系統３の電圧を検出する電圧検出部１１を備える。制御部２０は、位相検出部３１と、系統周波数検出部３２とを備える。位相検出部３１は、電圧検出部１１によって検出された系統電圧Ｖｒｓｔ（電力系統の電圧の一例）から、系統位相θｖ（電力系統３の電圧位相の一例）を検出する。系統周波数検出部３２は、位相検出部３１によって検出された系統位相θｖに基づいて、系統周波数ｆｒｓｔを検出する。系統周波数偏差演算部３３は、系統周波数検出部３２によって検出された系統周波数ｆｒｓｔに基づいて、系統周波数ｆｒｓｔの変化を検出する。
【０１１６】
これにより、系統電圧Ｖｒｓｔをコンパレータなどによって方形波に変換して系統周波数ｆｒｓｔを検出する場合に比べ、系統周波数ｆｒｓｔが変化した場合の応答性を高めることができる。
【０１１７】
また、実施形態に係る発電システム１００は、電力変換装置１と、発電装置２とを備える。電力変換装置１は、発電装置２の発電電力を電源から供給される電力として電力系統３に対応する交流電力へ変換して電力系統３へ出力する。
【０１１８】
これにより、単独運転ではない場合に、無効電力の注入を低減することができる発電システムを提供することができる。
【０１１９】
上述した電力変換装置１は、電力変換部１０と、周波数変化検出部２２と、無効電力注入制御部２３と、「無効電力の注入による電力系統の電圧の周期的な変動を抑制する手段」とを備える。変動抑制部２４は、「無効電力の注入による電力系統の電圧の周期的な変動を抑制する手段」の一例である。
【０１２０】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１  電力変換装置
２  発電装置（電源の一例）
３  電力系統
１０  電力変換部
１１、１３  電圧検出部
１２、１４  電流検出部
２０  制御部
２１  駆動制御部
２２  周波数変化検出部
２３  無効電力注入制御部
２４  変動抑制部
２５  ＭＰＰＴ演算部（指令生成部の一例）
３１  位相検出部
３２  系統周波数検出部（周波数検出部の一例）
３３  系統周波数偏差演算部（周波数差演算部の一例）
４１  第１移動平均演算部
４２  第２移動平均演算部
４３  減算部
５１  座標変換部
５２  電流制御部
５３  ＰＷＭ制御部
６１  周波数フィードバック演算部
６２  単独運転判定部
７１  変動判定部
７２  ｑ軸指令調整部（調整部の一例）
７３  調整部
【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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