(57)【要約】【課題】  系統連系システムにおいて、系統電圧の上昇を確実かつ安定的に抑制すると共に、発電効率や利用率を高くする。【解決手段】  電源から出力された電力を電力系統に出力する系統連系システムにおいて、インピーダンス測定手段２２は、電力系統のインピーダンスを測定し、出力上限値設定手段２３は、測定したインピーダンスに基づいて、電力系統へ出力する電力に関する制御パラメータを設定し、この制御パラメータに従って電力系統へ出力する電力を制御する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から出力された電力を電力系統に出力する系統連系システムにおける電力制御装置であって、
前記電力系統のインピーダンスを測定する測定手段と、
測定した前記インピーダンスに基づいて、前記電力系統へ出力する電力に関する制御パラメータを設定する設定手段と、
前記制御パラメータを用いて前記電力系統へ出力する電力を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記制御パラメータが、前記電力系統へ出力する電流又は電力の上限値を含み、
前記制御手段は、前記電力系統へ出力する電流又は電力が前記上限値以下となるように出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記電源が直流電源であり、前記電力系統が交流の電力系統であり、前記システムが前記電源から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置を備えており、
前記制御パラメータが、前記インバータ装置への入力電力の上限値を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記インバータ装置が、出力電流を検出して所望の出力電流となるよう制御する電流制御形インバータであることを特徴とする請求項３に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記直流電源が太陽電池であることを特徴とする請求項３に記載の電力制御装置。
【請求項６】
前記電力系統が交流の電力系統であり、
前記制御パラメータが、前記電力系統に出力する電流に対して進相制御を開始する電流値を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項７】
前記設定手段は、前記電力系統への出力電流の値に応じて進相位相量を設定し、前記制御手段は進相制御の際に前記進相位相量に従って出力電流を制御することを特徴とする請求項６に記載の電力制御装置。
【請求項８】
前記設定手段は、所定の電圧上限値と前記インピーダンスとに基づいて、前記制御パラメータとして、出力電流上限値、出力電力上限値、進相出力開始電流値及び進相位相量の少なくともいずれかを設定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の電力制御装置。
【請求項９】
前記測定手段は、異なる複数の時点における制御パラメータの値及び系統電圧の値から前記インピーダンスを測定することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項１０】
前記制御パラメータが、出力電流、出力電力、出力指令値、入力電力及び入力電流のいずれかに比例する要素を含むことを特徴とする請求項９に記載の電力制御装置。
【請求項１１】
前記設定手段は、前記インピーダンスの値に比例して前記制御パラメータの値を設定することを特徴とする請求項９記載の電力制御装置。
【請求項１２】
前記設定手段は、前記インピーダンスを算出する１次式の切片として前記制御パラメータを設定することを特徴とする請求項９記載の電力制御装置。
【請求項１３】
前記測定手段による前記インピーダンスの測定のタイミングを制御する測定制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項１４】
前記測定制御手段は、前記系統連系システムが設置された後に前記インピーダンスの測定を優先的に行うように前記測定手段を制御することを特徴とする請求項１３に記載の電力制御装置。
【請求項１５】
前記測定制御手段は、所定の時間間隔で前記インピーダンスの測定を行うように前記測定手段を制御することを特徴とする請求項１３に記載の電力制御装置。
【請求項１６】
前記インピーダンスの値を記憶する記憶手段を更に備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項１７】
電源から出力された電力を電力系統に出力する系統連系システムにおける電力制御方法であって、
前記電力系統のインピーダンスを測定する測定工程と、
測定した前記インピーダンスに基づいて、前記電力系統へ出力する電力に関する制御パラメータを設定する設定工程と、
前記制御パラメータを用いて前記電力系統へ出力する電力を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力制御装置及び電力制御方法に関し、より詳細には、電源から出力された電力を電力系統に出力する系統連系システムにおける電力制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の使用に伴う二酸化炭素等の排出による地球温暖化や、原子力発電所の事故や放射性廃棄物による放射能汚染などの問題が深刻となり、地球環境とエネルギーに対する関心が高まっている。このような状況の下、無尽蔵かつクリーンなエネルギ源として太陽光を利用する太陽光発電システムなど、商用交流電力系統（以下、単に「系統」とも呼ぶ）と連系する分散型電源が普及してきている。
【０００３】
このような系統連系システムが接続された系統においては、系統電圧が上昇するという問題が発生することが知られている。この問題の対策としては、例えば、以下のような方法がある。
【０００４】
特許第３３１１４２４号公報（特許文献１）に記載された系統連系太陽光発電システムでは、通常時は太陽電池を最大出力追従（ＭＰＰＴ）制御し、系統電圧が規定の上限電圧未満の所定の抑制開始電圧を超えたときには、抑制開始電圧の超過分に応じて太陽電池の動作点を高めるようにして、太陽電池が最大電力点と異なるようにインバータ出力を設定して出力電力を最大電力よりも小さくし、系統電圧が規定の上限電圧を超えたときには解列する。
【０００５】
また、特開平１０−８４６３３号公報（特許文献２）に記載された太陽光発電装置のインバータでは、検出した連系点の電圧が進相運転開始電圧以上なら、検出電圧に応じた力率の進相運転への位相量を繰り返し求め、この位相量に応じてインバータを進相運転するように制御する。この場合も、系統電圧が規定の上限電圧を超えたときには解列される。
【０００６】
すなわち、従来の系統連系システムにおいては、検出した系統電圧に応じて出力電力を抑制したり、進相運転の進相位相量を制御したりしている。
【特許文献１】特許第３３１１４２４号公報
【特許文献２】特開平１０−８４６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたような、抑制開始電圧の超過分に応じて太陽電池の動作点を高めて太陽電池が最大電力点と異なるようにインバータ出力を設定して出力電力を抑制する方法では、連系される系統の特性は場所により異なり、単位出力当りの電圧上昇量が違うので、抑制量の設定が不適切な場合には、系統電圧が上昇して解列（運転停止）が頻繁に行われることとなり、発電効率や利用率が低下するという問題がある。更に、使用する太陽電池の発電容量や定格電圧により適した抑制量が異なるので、設置者が個別に抑制量を設定するのが困難であるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載されたような、進相運転を行う方法においては、進相位相量には上限があるので、抑制できる系統電圧には限度があり、系統電圧が抑制可能な電圧を超えたときには解列（運転停止）が行われて発電効率や利用率が低下するという問題がある。また、進相位相量を繰り返し求めてインバータの進相運転を制御するので、設置する系統によって応答時間が異なり、安定した制御を行いにくいという問題点がある。
【０００９】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、系統連系システムにおいて、系統電圧の上昇を確実かつ安定的に抑制すると共に、発電効率や利用率を高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の一態様としての電力制御装置は、電源から出力された電力を電力系統に出力する系統連系システムにおける電力制御装置であって、
前記電力系統のインピーダンスを測定する測定手段と、
測定した前記インピーダンスに基づいて、前記電力系統へ出力する電力に関する制御パラメータを設定する設定手段と、
前記制御パラメータを用いて前記電力系統へ出力する電力を制御する制御手段と、を備えている。
【００１１】
すなわち、本発明では、電源から出力された電力を電力系統に出力する系統連系システムにおいて、電力系統のインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスに基づいて、電力系統へ出力する電力に関する制御パラメータを設定し、制御パラメータを用いて電力系統へ出力する電力を制御する。
【００１２】
このようにすると、接続される電力系統のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスに基づいて設定された制御パラメータを用いて電力系統へ出力する電力が制御されるので、接続される電力系統に適した出力制御が可能となる。
【００１３】
従って、系統電圧の上昇を確実かつ安定的に抑制すると共に、発電効率や利用率を高くすることできる。
【００１４】
なお、制御パラメータが、電力系統へ出力する電流又は電力の上限値を含み、制御手段が、電力系統へ出力する電流又は電力が上限値以下となるように出力を制御するのが好ましい。
【００１５】
電源が直流電源で、電力系統が交流の電力系統であり、システムが電源から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置を備えているときには、制御パラメータが、インバータ装置への入力電力の上限値を含んでいてもよい。
【００１６】
この場合、インバータ装置が、出力電流を検出して所望の出力電流となるよう制御する電流制御形インバータであると好適である。
【００１７】
直流電源としては、太陽電池や燃料電池等が使用できる。
【００１８】
電力系統が交流の電力系統であるときには、制御パラメータが、電力系統に出力する電流に対して進相制御を開始する電流値を含んでいてもよい。
【００１９】
この場合、設定手段が、電力系統への出力電流の値に応じて進相位相量を設定し、制御手段が進相制御の際に進相位相量に従って出力電流を制御するようにしてもよい。
【００２０】
設定手段は、所定の電圧上限値とインピーダンスとに基づいて、制御パラメータとして、出力電流上限値、出力電力上限値、進相出力開始電流値及び進相位相量の少なくともいずれかを設定してもよい。
【００２１】
測定手段は、異なる複数の時点における制御パラメータ（出力電流、出力電力、出力指令値、入力電力及び入力電流のいずれかに比例する要素）の値及び系統電圧の値から前記インピーダンスを測定するのがよい。
【００２２】
設定手段は、インピーダンスの値に比例して制御パラメータの値を設定してもよい。
【００２３】
設定手段は、インピーダンスを算出する１次式の切片として制御パラメータを設定してもよい。
【００２４】
測定手段によるインピーダンスの測定のタイミングを制御する測定制御手段を更に備えていてもよく、測定タイミングとしては、系統連系システムが設置された後のタイミングや、所定の時間間隔のいずれでもよい。
【００２５】
測定したインピーダンスの値を記憶する記憶手段を更に備えるのが好適である。
【００２６】
また、本発明の目的は、上記の電力制御装置に対応した電力制御方法、該電力制御方法をコンピュータ装置によって実現するコンピュータプログラム、該プログラムを格納した記憶媒体によっても達成される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、接続される電力系統のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスに基づいて設定された制御パラメータを用いて電力系統へ出力する電力が制御されるので、接続される電力系統に適した出力制御が可能となり、系統電圧の上昇を確実かつ安定的に抑制すると共に、発電効率や利用率を高くすることできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２９】
始めに、以下で説明する実施形態に共通な部分について説明する。
【００３０】
［系統連系システム］
図１は、本発明を適用するのに好適な系統連系システムの構成例を示すブロック図である。
【００３１】
系統連系システム３０は、負荷４を有する系統３に接続される。系統連系システム３０は、電力を出力する入力電源３１と、入力電源３１からのエネルギーを系統３に適した電力に変換して系統３に出力するインバータなどの電力変換装置３２により構成される。
【００３２】
以下の説明では、入力電源３１を単に「電源」とも称し、電力変換装置３２を単に「インバータ」とも称する。
【００３３】
系統連系システムの具体例としては、例えば、太陽電池と太陽電池からの直流電力を交流電力に変換して系統に出力する系統連系インバータとを組み合わせた太陽光発電システム、風力発電と系統連系インバータを組み合わせた風力発電システム、内燃発電機と系統連系インバータを組み合わせた発電システム、あるいは同期発電機を用いた連系システムなどがあり、制御パラメータに応じて出力を任意に調整できるものであれば特に制限はない。電力変換装置としては、制御性が高いので系統連系インバータを用いるものが好適である。
【００３４】
また、系統３の電気方式についても特に制限はなく、一般的に使用される１００Ｖの商用交流電力系統だけでなく、単相３線式や三相３線式あるいは直流系統などにも適用できる。
【００３５】
［制御パラメータ］
本発明に係る系統連系システム３０における制御パラメータとしては、例えば、系統連系システム３０からの出力に関しては、出力電流の上限値を示す出力電流上限値や、出力電力の上限値を示す出力電力上限値がある。また、系統連系システム３０の系統連系インバータ３２への入力に関しては、入力電力の上限値を示す入力電力上限値がある。また、系統連系システム３０が進相運転を行う場合には、進相運転を開始する出力電流を示す進相出力開始電流値や、系統連系システム３０の出力電流の関数として表される進相位相量がある。
【００３６】
本発明に係る系統連系システムでは、これらの制御パラメータを系統インピーダンスに応じて設定するので、制御パラメータに基づいて出力抑制動作を行うことにより、系統電圧の上昇を確実かつ安定的に抑制できる。
【００３７】
また、制御パラメータとしては上記のものに限定されず、例えば、系統連系インバータ３２に入力される電源３１が電圧源と見なせるものであれば、入力電流の上限値を設定して、これに基づいて出力抑制動作を行うようにしてもよい。また、電源３１が太陽電池である場合には、系統電圧が所定の抑制開始電圧を超えたときに、系統インピーダンスに応じて太陽電池の動作点を高めるようにしてもよい。
【００３８】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
図２は、本発明に係る系統連系システムの実施形態としての太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００４０】
本実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池１と系統連系インバータ２を有し、太陽電池１で発電された直流電力は系統連系インバータ２で交流電力に変換され、負荷４が接続された交流の系統３に出力される。
【００４１】
［系統連系インバータ］
本実施形態の系統連系インバータ２は、入力部に平滑コンデンサ５を備え、電力変換回路６で直流電力を交流電力に変換し、連系リアクトル７で滑らかな交流電流にして、開閉手段８を介して系統３に交流電力を出力する。更に、系統連系インバータ２の出力側の電圧を系統電圧信号Ｖacとして検知する系統電圧検出手段１０と、系統電圧の大きさや周波数を監視して、所定範囲外となった場合に、電力変換回路６を停止させるとともに開閉手段８によって系統３への出力を遮断する制御手段９とを備えている。また、系統連系インバータ２の出力電流を出力電流信号Ｉoutとして検知する出力電流検出手段１１を備え、制御手段９は通常時には系統電圧と位相が一致した所望の大きさとなるように、電力変換回路６への駆動信号のオン／オフ信号のデューティを調整して電流を制御する。
【００４２】
また、系統連系インバータ２の入力電圧および入力電流をそれぞれ入力電圧信号Ｖinおよび入力電流信号Ｉinとして検知する、入力電圧検出手段１２および入力電流検出手段１３を有し、通常時には制御手段９は、入力電圧信号Ｖinおよび入力電流信号Ｉinに基づいて入力電力値を演算して、入力電力が最大となるように、いわゆるＭＰＰＴ制御を太陽電池１に対して行う。
【００４３】
図２に示した構成は電圧型電流制御インバータであるが、本実施形態の系統連系インバータの構成はこれに限るものでなく、電流型インバータでもよい。また電圧制御インバータであってもよい。制御パラメータとして、出力電流あるいは出力指令値についての上限設定値を設ける場合には、電流制御インバータが好適であり、制御性が高く構成が簡単となる。
【００４４】
電力変換回路６としては、回路方式に制限はなく、昇圧チョッパーとフルブリッジインバータを組み合わせたものや、高周波インバータと整流回路とフルブリッジインバータを組み合わせたものなど公知公用の回路方式を適用できる。ただし、進相運転を行う場合には、系統と進相無効電力のやりとりを行える回路方式とする必要がある。
【００４５】
開閉手段８としては、一般的な系統連系システムでは機械的な接点を有するものが用いられ、例えばマグネットコンタクタやリレーなどが使用される。
【００４６】
系統電圧検出手段１０としては、系統連系インバータにおいて一般的に要求される電圧の大きさと周波数（あるいは位相）が検出できるものであればよく、他には特に制限はない。電圧の大きさと周波数（あるいは位相）を別々に検出するものであってもよい。この場合、２つの検出手段を兼用できることはいうまでもない。本実施形態の構成では電圧の大きさを検出できることが重要である。
【００４７】
本実施形態ではＭＰＰＴ制御において入力電力検出手段１２と入力電流検出手段１３を利用しているが、これに限定するものでなく、種々のＭＰＰＴ制御方式を適用可能であり、適用するＭＰＰＴ制御方式に必要な検出手段を設けるとよい。また、太陽電池１からの出力が入力される系統連系インバータ２では、太陽電池１の利用効率を高めると共に大きな電力を得るために、ＭＰＰＴ制御を行うことが望ましいが、本発明を実施する上では必須ではなく、太陽電池の電圧を所定の一定値に制御する定電圧制御を行ってもよい。
【００４８】
制御手段９としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏなどを備えたＣＰＵやＤＳＰ、アナログ処理回路、デジタル処理回路などにより適宜構成できるが、本発明を実施する上ではＣＰＵやＤＳＰを装備していることが望ましく、ソフトウェアによって本発明による制御の一部または全部を実施するようにすると構成が簡単となり好ましい。
【００４９】
本実施形態では、制御手段９が本発明に関わる動作、すなわち、系統インピーダンスの測定、測定した系統インピーダンスに基づいた出力電流上限値または出力電力上限値の設定、出力電流上限値または出力電力上限値以下となるような出力の制御を行う。このようにすると、系統連系インバータと本発明に関わる電力制御装置とのハードウェアが共用化できるので、小型化、低損失化及び低コスト化のためには好ましい。
【００５０】
また制御手段の構成はここで例示した構成に限定されるものでなく、一部または全部を独立したハードウェアで構成してもよい。また、制御手段は、測定した系統インピーダンスを記憶する不揮発性の記憶手段を備えているのが好ましく、このようにすると、電力制御装置の制御電源が一旦オフになっても過去に測定した系統インピーダンスの値を利用でき、電源投入時の系統インピーダンスの測定が省略できるので、系統連系システムの利用率が高まるというメリットがある。
【００５１】
［制御手段］
図３は、本実施形態における系統連系インバータ２の制御手段９の主要な制御構成を示すブロック図である。
【００５２】
図中、２０はＭＰＰＴ制御手段、２１は出力調整手段、２２はインピーダンス測定手段、２３は出力上限値設定手段、２４は出力指令制限手段、２５は基準正弦波生成手段、２６は基準波形生成手段、２７は出力電流制限手段である。以下、これらの構成要素について順に説明する。
【００５３】
ＭＰＰＴ制御手段２０は、入力電圧検出手段１２からの入力電圧信号Ｖinと入力電流検出手段１３からの入力電流信号Ｉinとを受信して、入力電圧値と入力電流値の乗算で得られる電力値が最大となるように、入力電圧の目標値となる入力電圧指令値Ｖrefを減少または増加させて、出力調整手段２１に出力する。入力電圧指令値Ｖrefの調整方法としては、前回算出した電力値と今回算出した電力値とを比較し、電力値が増大していれば入力電圧指令値Ｖrefを同じ方向に変化させ、電力値が減少していれば入力電圧指令値Ｖrefの変化方向を反転させる、いわゆる山登り方法を用いる。
【００５４】
出力調整手段２１は、入力電圧検出手段１２からの入力電圧信号ＶinとＭＰＰＴ制御手段２０からの入力電圧指令値Ｖrefを受信して、入力電圧信号Ｖinが入力電圧指令値Ｖrefに一致するよう出力指令信号k1を調整し、系統インピーダンス測定手段２２および出力指令制限手段２４へ出力する。
【００５５】
系統インピーダンス測定手段２２は、出力調整手段２１からの出力指令信号k1と系統電圧検出手段１０からの系統電圧信号Ｖacに基づいて系統インピーダンスを演算して、系統インピーダンス信号Ｚを出力上限値設定手段２３へ出力する。この動作は系統連系インバータ２が設置された後、優先的に少なくとも１回は行うことが好ましい。詳しい動作は後で説明する。
【００５６】
出力上限値設定手段２３は、出力調整手段２１からの出力指令信号k1、系統電圧検出手段１０からの系統電圧信号Ｖacおよび系統インピーダンス測定手段２２からの系統インピーダンス信号Ｚを受信して、後で詳しく説明する動作により出力上限値kuを演算して出力指令制限手段２４へ出力する。この出力上限値kuの設定は、系統連系インバータ２が連系運転を開始する時に行う。
【００５７】
出力指令制限手段２４は、出力調整手段２１からの出力指令信号k1と出力上限値設定手段２３からの出力上限値kuを受信して、出力指令信号k2を基準波形生成手段２６へ出力する。ここで、図５は、出力指令信号k1と出力指令信号k2との関係を示すグラフである。図示されたように、出力指令信号k1が出力上限値ku以下なら出力指令信号k2は出力指令信号k1と同じ値となり、出力指令信号k1が出力上限値kuより大きい場合には出力指令信号k2は出力上限値kuとなる。つまり出力指令信号k2は出力上限値kuに抑制される。
【００５８】
基準正弦波生成手段２５は、系統電圧検出手段１０からの系統電圧信号Ｖacを受信して、系統電圧信号Ｖacと同期した基準正弦波信号ksを基準波形生成手段２６へ出力する。なお、進相運転を行う場合、この基準正弦波信号ksの位相を調整することで進相位相量を調整できる。
【００５９】
基準波形生成手段２６は、出力指令制限手段２４からの出力指令信号k2と基準正弦波生成手段２５からの基準正弦波信号ksを受信し、両者を乗算して得られる出力基準波形Ｉrefを出力電流制御手段２７へ出力する。
【００６０】
出力電流制御手段２７は、基準波形生成手段２６からの出力基準波形Ｉrefと出力電流検出手段１１からの出力電流信号Ｉoutを受信して、これらに基づいて電力変換回路６の駆動信号のオン／オフ信号のデューティを調整することで電流制御を行う。
【００６１】
次に、図４を用いて系統インピーダンス測定手段２２および出力上限値設定手段２３の動作について詳しく説明する。図４は、出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacとの関係を示すグラフである。
【００６２】
系統インピーダンス測定手段２２では、２つの異なる出力状態、例えば、点Ａ及び点Ｂでの出力指令信号k1及び系統電圧信号Ｖacを検出して記憶する。まず、点Ａであるが、出力指令信号k1がk1Ａの時に系統電圧信号ＶacＡを取り込み、点Ａでの情報（k1Ａ，ＶacＡ）を記憶する。次に、点Ｂであるが、出力指令信号k1がk1Ａとは異なるk1Ｂの時に系統電圧信号ＶacＢを取り込み、点Ｂでの情報（k1Ｂ、ＶacＢ）を記憶する。そして、点Ａと点Ｂを結ぶ直線の傾きＺを求める。すなわち、Ｚ＝（ＶacＢ−ＶacＡ）／（k1Ｂ−k1Ａ）を演算し、これを記憶する。出力指令信号k1は出力に比例するので、傾きＺは系統インピーダンスに比例した値となる。つまり、この傾きＺを系統インピーダンス信号Ｚとして出力する。
【００６３】
出力上限値設定手段２３は、以下のようにして出力上限値kuを決定するが、これは図４の点Ｃを求めることに等しい。出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacとの間には系統インピーダンス信号Ｚすなわち傾きＺの比例関係があり、Ｖac＝Ｚ×k1＋Ｓという一次式で表せ、この式は図４の直線Ｌ１で示される。ここでＳは切片であり、ある動作状態における出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacが分かれば、求めることができる。図示した例では点Ａでの値を用いて、Ｓ＝ＶacＡ−Ｚ×k1Ａとなる。
【００６４】
次に、点Ｃの予め設定した所定の系統電圧上限値ＶＬＭとなる出力指令信号k1の値と、出力上限値kuとを求める。上記Ｖacの式を変形して、ku＝（ＶＬＭ−Ｓ）／Ｚにより算出できる。このようにして得られた出力上限値kuを出力する。
【００６５】
系統連系インバータ２は、出力上限値kuを上限として系統３へ出力するので系統電圧は系統電圧上限値ＶＬＭ以下に抑制される。
【００６６】
なお、所定の系統電圧上限値ＶＬＭは、予め設置時に接続する系統の状況に応じて設定しておけばよく、系統連系する場合に一般に備えている過電圧保護機能（ＯＶＲ）が作動する値よりも低い値に設定する。
【００６７】
このように本実施形態では、系統インピーダンスＺを測定し、系統インピーダンスＺを用いて所定の系統電圧上限値ＶＬＭとなる出力指令信号k1を出力上限値kuとして求め、出力上限値kuを上限としてインバータの出力を制御する。これにより、確実かつ安定的に系統電圧を系統電圧上限値ＶＬＭ以下に抑制することができる。従って、系統連系インバータが予期せぬ系統電圧の上昇で停止することが回避され、太陽電池によって生成された電力を効率よく安定的に利用することができる。
【００６８】
（変形例）
上記の実施形態では、制御手段９内の出力電流制御手段２７によって電力変換回路６の駆動信号のオン／オフ信号のデューティを調整して電流を制御する構成であるが、系統連系インバータ２内の他の出力電流制御系において、例えば制御ソフトウェアによって出力電流の上限値の設定や変更を行うように構成してもよく、このようにすると低コストかつ柔軟な構成とすることができる。
【００６９】
なお、上記の実施形態では、制御パラメータとして系統連系インバータ２の出力電流の上限値を設定したが、出力電流とおよそ比例関係にある系統連系インバータ２の出力電力を制御パラメータとして用いることもできる。この場合、上記と同様に出力電力の上限値を設定して、出力電力が上限値になったときの出力指令信号k1の値を記憶するようにすれば、確実かつ安定的に抑制できる。
【００７０】
あるいは、出力電流とおよそ比例関係にある系統連系インバータ２の入力電力を制御パラメータとして用いることもできろ。この場合、系統連系インバータ２の入力電力の上限値を設定して、入力電力が上限値以下となるように太陽電池の動作電圧をずらす制御を行うことで、確実かつ安定的に抑制できる。このような制御は、例えば、制御ソフトで実行されるＭＰＰＴ制御と排他的に実行される制御ソフトで動作電圧を制御することで実現できるので、低コストかつ簡単に実現できる。
【００７１】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明に係る系統連系システムの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態も第１の実施形態と同様な太陽光発電システムであり、以下の説明では第１の実施形態と同様な部分については説明を省略して、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００７２】
第２の実施形態は、制御手段９における出力上限値設定手段２３での出力上限値kuの設定タイミングが第１の実施形態と異なっている。すなわち、第１の実施形態においては、系統連系インバータ２が連系運転を開始するときに出力上限値kuを設定したが、第２の実施形態では連系運転を行っている間に所定のタイミングで出力上限値kuを設定する。
【００７３】
図６は、本実施形態における出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacとの関係を図４と同様に示すグラフである。この時の動作を、図中、図４と同様な部分は同じ符号で示している。
【００７４】
上記のように、第１の実施形態で出力指令値kuを設定した時は、出力指令値k1と系統電圧信号Ｖacの間には、直線Ｌ１で示されるような関係があった。しかしながら、このような出力指令値k1と系統電圧信号Ｖacとの関係は、時間の経過により変化することがある。その原因としては、例えば、負荷４での消費電力の変化や、系統３の状況の変化により元々の電圧が変化することがなどがある。
【００７５】
このように出力指令値k1と系統電圧信号Ｖacとの関係が変化した場合においても、系統インピーダンスはほとんど変化しない、すなわち直線Ｌ２と直線Ｌ２の傾きは変わらない。本実施形態ではこの点に着目して、連系運転中であっても以下のように所定のタイミングで出力上限値kuを再設定する。
【００７６】
例えば、所定のタイミングにおいて、出力指令信号k1がk1Ｄ、系統電圧信号ＶacがＶacＤの、図中Ｄで示す点であったとする。この時、Ｄを有する直線Ｌ２の切片Ｓ’は、Ｓ’＝ＶacＤ−Ｚ×k1Ｄにより求められる。ここで系統インピーダンス信号Ｚは、第１の実施形態において説明したようにして求め、記憶しておいた値を用いる。
【００７７】
次に、切片Ｓ’を用いて新たな出力上限値ku’を求める。算出方法は第１の実施形態で出力上限値ku’を求めるのと同様であり、ku’＝（ＶＬＭ−Ｓ’）／Ｚにより求められる。これは図６中の点Ｅに相当する。出力上限値設定手段２３は、このようにして新たに得られた出力上限値ku’を出力する。
【００７８】
制御手段９は、出力上限値設定手段２３で得られた新たな出力上限値ku’を出力指令信号k2の上限に設定して、系統連系インバータ２の出力を制御する。このため、系統における状況が変化しても、系統電圧は常に系統電圧上限値ＶＬＭ以下に制御される。
【００７９】
このように本実施形態によれば、経時的変化により系統の状況が変わっても、その時点（に近いタイミング）での出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacに応じて出力上限値kuが更新されるので、その時の系統の状況に応じた出力上限値kuで連系インバータ２の出力が制御される。従って、系統での状況に関わらず、確実かつ安定的に系統電圧を所定の系統電圧上限値ＶＬＭ以下に抑制することができる。
【００８０】
なお、出力上限値kuを更新するタイミングに特に制限はないが、例えば、１秒毎に行うとよい。
【００８１】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明に係る系統連系システムの第３の実施形態について説明する。第３の実施形態も第１及び第２の実施形態と同様な太陽光発電システムであり、以下の説明では上記の実施形態と同様な部分については説明を省略して、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００８２】
第３の実施形態は出力電圧を抑制する方法が上記の実施形態と異なっている。すなわち、上記の実施形態ではいわゆる出力制御と呼ばれる方法で出力電圧を抑制したが、本実施形態では進相無効電力制御と呼ばれる方法で出力電圧を抑制する。
【００８３】
図７は、本実施形態における系統連系インバータ２の制御手段９の主要な制御構成を示すブロック図である。図３に示した第１の実施形態の制御手段と比較すると、出力上限値設定手段２３に代えて進相位相制御手段２８を有する点が異なっている。
【００８４】
進相位相制御手段２８は、出力調整手段２１からの出力指令信号k1と、系統電圧検出手段１０からの系統電圧信号Ｖacと、系統インピーダンス測定手段２２からの系統インピーダンス信号Ｚとを受信し、これらの入力信号に応じて位相信号phを設定して基準正弦波生成手段２５に出力する。
【００８５】
基準正弦波生成手段２５では、系統電圧信号Ｖacの位相を基準として進相位相制御手段２８から出力された進相位相信号phに応じた位相の基準正弦波信号ksを生成し、基準波形生成手段２６へ出力する。
【００８６】
なお、本実施形態の出力指令制限手段２４では、出力調整手段２１からの出力指令信号k1を受信し、固定の出力上限値に基づいて過電流が出力されないように、出力指令信号k2を基準波形生成手段２６へ出力する。
【００８７】
以下、進相位相制御手段２８の具体的な動作について、図８及び図９を参照して説明する。図８は出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacとの関係を示すグラフであり、図９は出力指令信号k1と進相位相信号phとの関係を示すグラフである。
【００８８】
進相位相制御手段２８は、以下のようにして進相位相開始出力ku2を決定するが、これは図８の点Ｄを求めることに等しい。これは第１の実施形態において点Ｃを求めるのと同様の方法で得られ、点Ｄの予め設定した所定の進相出力開始電圧ＶＬＭ２となる出力指令信号k1の値を、進相位相開始出力ku2として、ku2＝（ＶＬＭ２−S）／Ｚにより算出できる。
【００８９】
次に、進相位相信号phを図９のように設定する。すなわち、出力指令信号k1が進相位相開始出力ku2以下である場合には進相位相信号phをゼロとし、出力指令信号k1が進相位相開始出力ku2を超えた場合には、その超過分と所定の傾きに比例した進相位相信号phを出力する。
【００９０】
このように本実施形態では、系統インピーダンスＺを測定し、系統インピーダンスＺを用いて所定の進相出力開始電圧ＶＬＭ２となる出力指令信号k1を進相位相開始出力ku2として求め、進相位相開始出力ku2を超過した場合にはその超過分に応じた進相位相でインバータの出力を進相位相制御する。これにより、確実かつ安定的に系統電圧を系統電圧上限値以下に抑制することができる。従って、系統連系インバータが予期せぬ系統電圧の上昇で停止することが回避され、太陽電池によって生成された電力を効率よく安定的に利用することができる。
【００９１】
（変形例）
上記の実施形態においては、進相位相開始出力ku2超過時の進相位相信号phを図９に示すように所定の傾きに比例した値により設定したが、進相位相信号phの設定方法はこれに限定するものではなく、系統インピーダンスに応じて設定することもできる。この場合、例えば、予め異なる進相位相量での系統インピーダンスを測定し複数の系統インピーダンスに基づいて比例係数または関数として進相位相信号phを算出するように構成してもよい。
【００９２】
また、系統インピーダンスを抵抗成分とリアクタンス成分に分けて測定し、これに基づいて比例係数または関数として進相位相信号phを算出するように構成してもよい。
【００９３】
本実施形態においても、系統インピーダンスの測定回数を設置後の１回に限定するものでなく、例えば、第２の実施形態のように定期的に測定するように構成してもよく、このようにすると系統の状況変化に対応できる。
【００９４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記の実施形態に限定するものでなく、本発明の趣旨に沿って種々変形できる。
【００９５】
上記の実施形態では、系統インピーダンスの測定を動作状況が異なる２つの時点で行うが、系統電圧の変化分が大きいほうが系統インピーダンスをより正確に測定できるので、例えば、その時の最大出力時と停止または停止状態に近い時点との２つの動作状況により測定するとよい。ただし、停止時には系統連系システムの利用率が低下するので系統インピーダンスの測定の頻度は小さいほうが好ましい。
【００９６】
また、上記の実施形態では、系統インピーダンスの測定を２点の動作状況、すなわち動作状況が異なる２つの時点での出力指令信号及び系統電圧信号の値に基づいて求めたが、系統インピーダンスの測定方法はこれに限定するものではなく、３点以上の動作状況に基づいて系統インピーダンスを求めてもよい。この場合、測定点が増えるので系統インピーダンスの精度が一層向上する。
【００９７】
また、これらの測定点においてＯＶＲが作動している場合には、系統の状況変化が考えられるので、連系運転再開後に系統インピーダンスの測定を行うのが望ましい。
【００９８】
更に、所定の時間帯毎に系統インピーダンスを測定してそれぞれの測定値を記憶するように構成し、各時間帯毎に測定された系統インピーダンスに基づいて動作を制御するように構成してもよい。このようにすると、１日における系統電圧変動などの定時的な状況変化に対応して、より確実で安定した制御が可能となる。
【００９９】
更にまた、系統電圧が規定電圧を超えた際に、太陽電池の動作電圧を測定した系統インピーダンスに応じて調整するようにしてもよく、この場合安定した動作が行える。
【０１００】
なお、第１の実施形態の出力制御と第３の実施形態の進相出力制御とを組み合わせて構成することもでき、これにより系統電圧の上昇を一層確実かつ安定的に抑制できる。これにより更に不用意に系統連系インバータが停止することなく利用率が高まり、また太陽電池からより多くの電力を利用することができる。この際、進相出力開始電圧ＶＬＭ２の値は系統電圧上限値ＶＬＭよりも小さい値に設定するのが好ましい。また、進相位相制御時の電圧抑制効果を考慮して出力上限値kuを設定することが好ましい。
【０１０１】
また、系統電圧が所定の抑制開始電圧を超えた場合に、電圧超過分と系統インピーダンスに比例した値に対応する電圧だけ入力電圧をずらして、直前の最適動作点よりも動作電圧を高くなるように制御してもよい。この場合、系統インピーダンスを考慮して動作電圧が高くなるよう制御しているので、効果的に系統電圧の上昇を抑制できる。
【０１０２】
本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。
【０１０３】
なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（本実施形態では図３及び／又は図７に示すブロック図に対応したモジュールを有するプログラム）を、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。
【０１０４】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１０５】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【０１０６】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０１０７】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明の範囲に含まれるものである。
【０１０８】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０１０９】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０１１０】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明を適用するのに好適な系統連系システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る系統連系システムの実施形態としての太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における系統連系インバータの制御手段の主要な制御構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態の出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacとの関係を示すグラフである。
【図５】出力指令信号k1と出力指令信号k2との関係を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態における出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacとの関係を示すグラフである。
【図７】第３の実施形態における系統連系インバータの制御手段の主要な制御構成を示すブロック図である。
【図８】出力指令信号k1と系統電圧信号Ｖacとの関係を示すグラフである。
【図９】出力指令信号k1と進相位相信号phとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１２】
１  太陽電池
２  系統連系インバータ
３  系統
４  負荷
５  平滑コンデンサ
６  電力変換回路
７  連系リアクトル
８  開閉手段
９  制御手段
１０  系統電圧検出手段
１１  出力電流検出手段
１２  入力電圧検出手段
１３  入力電流検出手段
２０  ＭＰＰＴ制御手段
２１  出力調整手段
２２  系統インピーダンス測定手段
２３  出力上限値設定手段
２４  出力指令制限手段
２５  基準正弦波生成手段
２６  基準波形生成手段
２７  出力電流制御手段
２８  進相位相制御手段
３０  系統連系システム
３１  入力電源
３２  変換装置
【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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