(57)【要約】【課題】連系点電圧が上昇しているときに少ない有効電力の抑制で連系点電圧を低下させることのできる電圧制御装置を低コストに提供する。【解決手段】電圧制御装置は、分散型電源を電力系統に連系する電力変換装置を制御する電圧制御装置において、連系点電圧が設定された上限電圧を超えているとともに電力変換装置の出力電力の力率が設定された運転力率制限値を超えているとき、第１の変化量に基づいて進相無効電力を増加させるような修正量を算出し、連系点電圧が上限電圧を超えているとともに電力変換装置の出力電力の力率が運転力率制限値以下のとき、第２の変化量に基づいて有効電力を減少させるとともに進相無効電力を増加または減少させるような修正量を算出する修正量算出手段と、修正量に基づき電力変換装置の出力電力を制御する電力指令値を算出する指令値算出手段と、を有する。【選択図】図４
2005160188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型電源の電力を変換して電力系統に連系する電力変換装置の出力電力を制御する分散型電源用電圧制御装置において、
上記電力変換装置が上記電力系統に連系される連系点の電圧を計測する電圧計測手段と、
上記計測された連系点の電圧をあらかじめ定められた上限電圧設定値と比較する電圧比較手段と、
指令値算出手段で算出された有効電力指令値と進相無効電力指令値とから上記電力変換装置の出力電力の力率を算出する力率算出手段と、
上記連系点電圧が上記上限電圧設定値を超えているとともに上記電力変換装置の出力電力の力率があらかじめ定められた運転力率制限値を超えているとき、あらかじめ定められた第１の進相無効電力変化量に基づいて進相無効電力が増加するような無効電力修正量を算出し、上記連系点電圧が上記上限電圧設定値を超えているとともに上記電力変換装置の出力電力の力率が上記運転力率制限値以下のとき、あらかじめ定められた有効電力変化量に基づいて有効電力が減少するような有効電力修正量およびあらかじめ定められた第２の進相無効電力変化量に基づいて進相無効電力が増加または減少するような無効電力修正量を算出する修正量算出手段と、
上記有効電力修正量と上記無効電力修正量とに基づき上記電力変換装置の出力電力を制御する上記有効電力指令値と上記進相無効電力指令値とを算出して上記電力変換装置に出力する上記指令値算出手段と、
を有することを特徴とする分散型電源用電圧制御装置。
【請求項２】
上記修正量算出手段が、上記連系点電圧が上記上限電圧設定値以下のときに、上記有効電力変化量と上記第２の進相無効電力変化量とに基づいて上記電力変換装置の有効電力出力と進相無効電力出力とがそれぞれあらかじめ定められた有効電力出力と進相無効電力出力とに収束するような有効電力修正量および無効電力修正量を算出することを特徴とする請求項１に記載の分散型電源用電圧制御装置。
【請求項３】
分散型電源の電力を変換して電力系統に連系する電力変換装置の出力電力を制御する分散型電源用電圧制御装置において、
上記電力変換装置が上記電力系統に連系される連系点の電圧を計測する電圧計測手段と、
上記計測された連系点の電圧をあらかじめ定められた上限電圧設定値と比較する電圧比較手段と、
指令値算出手段で算出された有効電力指令値と進相無効電力指令値とから上記電力変換装置の出力電力の力率を算出する力率算出手段と、
上記連系点電圧が上記上限電圧設定値を超えているとともに上記電力変換装置の出力電力の力率があらかじめ定められた運転力率制限値を超えているとき、あらかじめ定められた電力変化量に基づいて進相無効電力が増加するような無効電力修正量を算出し、上記連系点電圧が上記上限電圧設定値を超えているとともに上記電力変換装置の出力電力の力率が上記運転力率制限値以下のとき、上記電力変化量および上記電力変化量が有効電力に割り振られるあらかじめ定められた割合に基づいて、有効電力が減少するような有効電力修正量と進相無効電力が増加するような無効電力修正量とを算出する修正量算出手段と、
上記有効電力修正量と上記無効電力修正量とに基づき上記電力変換装置の出力電力を制御する上記有効電力指令値と上記進相無効電力指令値とを算出して上記電力変換装置に出力する上記指令値算出手段と、
を有することを特徴とする分散型電源用電圧制御装置。
【請求項４】
上記修正量算出手段が、上記連系点電圧が上記上限電圧設定値以下のときに、上記電力変化量および上記割合と異なるあらかじめ定められた第２の割合に基づいて、上記電力変換装置の有効電力出力と進相無効電力出力とがそれぞれあらかじめ定められた有効電力出力と進相無効電力出力とに収束するような上記有効電力修正量および上記無効電力修正量とを算出することを特徴とする請求項３に記載の分散型電源用電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分散型電源を電力系統に連系するときに分散型電源の出力電力を制御する分散型電源用電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分散型電源を電力系統に連系する連系点での電圧が分散型電源からの電力の流入により上昇するとき、有効電力Ｐを抑制して連系点電圧を下げるＰ制御方式が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
また、連系点電圧が上昇しているときに、運転力率が制限値以上では無効電力を増加させて連系点電圧を下げる操作を繰り返し、運転力率が低下し、制限値に達すると、運転力率を制限値以上に維持しながら、有効電力と無効電力をともに減少させる（Ｑ＋Ｐ）制御方式が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３１７６６４号公報
【特許文献２】特開２００１−３５２６８２号公報
【非特許文献１】片山敬英、他３名「複数の分散型電源連系時における配電線の電圧制御についての一考察」平成１４年電気学会全国大会予稿集、電気学会、平成１４年２月、６−２３１、ｐ．３８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、Ｐ制御方式は、有効電力を抑制するために分散型電源の出力を有効に利用できないという問題点がある。
また、（Ｑ＋Ｐ）制御方式は、電圧上昇時に進相無効電力出力を増加させて、連系点電圧を抑制するので、運転力率が制限値以上では有効電力を抑制することがなく、分散型電源の出力を有効に利用することができる。しかし、運転力率が制限値以下になると、運転力率を制限値以上に維持しながら有効電力を抑制するので無効電力も伴って減少してしまう。そのため、電圧上昇が充分に抑制されず、有効電力の抑制と無効電力の減少を繰り返して電圧上昇を抑制している。その結果として、Ｐ制御方式と同様に有効電力の抑制が顕著になってしまう。
このため、複数の分散型電源を電力系統に連系するときに、連系点電圧が最初にあらかじめ決められた既定値に達した分散型電源から、有効電力を顕著に抑制しなければならない状態に陥り、さらに連系点電圧の上昇が著しいときには連系運転することができなくなるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、連系点電圧が上昇しているときに少ない有効電力の抑制で連系点電圧を低下させることができ、電力系統側に電圧上昇対策機器として設置する無効電力補償装置の容量を低減できる分散型電源の電圧制御装置を低コストに提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる分散型電源の電圧制御装置は、分散型電源の電力を変換して電力系統に連系する電力変換装置の出力電力を制御する分散型電源用電圧制御装置において、上記電力変換装置が上記電力系統に連系される連系点の電圧を計測する電圧計測手段と、上記計測された連系点の電圧をあらかじめ定められた上限電圧設定値と比較する電圧比較手段と、指令値算出手段で算出された有効電力指令値と進相無効電力指令値とから上記電力変換装置の出力電力の力率を算出する力率算出手段と、上記連系点電圧が上記上限電圧設定値を超えているとともに上記電力変換装置の出力電力の力率があらかじめ定められた運転力率制限値を超えているとき、あらかじめ定められた第１の進相無効電力変化量に基づいて進相無効電力が増加するような無効電力修正量を算出し、上記連系点電圧が上記上限電圧設定値を超えているとともに上記電力変換装置の出力電力の力率が上記運転力率制限値以下のとき、あらかじめ定められた有効電力変化量に基づいて有効電力が減少するような有効電力修正量およびあらかじめ定められた第２の進相無効電力変化量に基づいて進相無効電力が増加または減少するような無効電力修正量を算出する修正量算出手段と、上記有効電力修正量と上記無効電力修正量とに基づき上記電力変換装置の出力電力を制御する上記有効電力指令値と上記進相無効電力指令値とを算出して上記電力変換装置に出力する上記指令値算出手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係わる分散型電源用電圧制御装置の効果は、分散型電源の有効電力出力、進相無効電力出力を柔軟に制御することができ、分散型電源の出力を有効に系統連系することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる分散型電源用電圧制御装置のブロック図である。図２は、図１の指令発生器の機能ブロック図である。
図１に示すように、分散型電源用電圧制御装置（以下、電圧制御装置と称す。）１は、分散型電源２で発電された電力を電力系統３に連系して出力する電力変換装置４の出力電力を制御して、電圧を制御する機能を有している。この電圧制御装置１は、電力変換装置４を制御する電力出力指令値を発生する指令発生器５と、指令発生器５に各種設定値を入力する設定器６と、分散型電源２を電力系統に連系する連系点における連系点電圧ＶＥを計測して、その値を指令発生器５に入力する電圧計測手段としての変換トランス７とを有している。
【０００９】
この電力変換装置４は、分散型電源の電力、例えば直流電力を系統電力である交流電力に変換するインバータである。このインバータはスイッチング素子をスイッチングすることにより、変換後の交流電力と運転力率とを制御することができる。このスイッチング素子のスイッチングするタイミングは、有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとにより制御される。この有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧは指令発生器５から入力される。なお、進相とは分散型電源２から見て進んでいる（電力系統３から見て遅れている）ことを意味し、電力系統に連系する分散型電源の力率は、通常、必ず進相側になるように調整されている。
【００１０】
また、図２に示すように、指令発生器５は、変換トランス７で計測された連系点電圧ＶＥを設定器６より入力された上限電圧設定値ＶＨと比較し、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えているとき電圧オーバ信号を出力させる電圧比較手段８と、運転力率を算出する力率算出手段９と、電圧オーバ信号が入力されたときに電圧有効電力修正量ＤＰＧと無効電力修正量ＤＱＧを算出する修正量算出手段１０と、有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧに有効電力修正量ＤＰＧと無効電力修正量ＤＱＧをそれぞれ加算して有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとを求め、有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから皮相電力ＰＶＡを算出し、設定器６より入力された電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡと比較し、有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとを再変化させて有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとを算出する指令値算出手段１１とを有している。指令発生器５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェース回路を有するコンピュータで構成されている。
【００１１】
また、設定器６は、記憶手段１２と入力手段１３とを有している。記憶手段１２には上限電圧設定値（ＶＨ）、有効電力出力設定値（ＰＳＥＴ）、第１の進相無効電力変化量設定値（ΔＱβ）、第２の進相無効電力変化量設定値（ΔＱα）、有効電力変化量設定値（ΔＰα）、運転力率設定値（ｃｏｓθｓ）、運転力率制限値（ｃｏｓθｈ）および電力変換装置４のＶＡ容量値（ＣＶＡ）が記憶されている。これらの値は入力手段１２としてのキーボードなどから適切な時点で設定することができる。
上限電圧設定値ＶＨは、連系点における電力系統３の電圧の上限値である。有効電力出力設定値ＰＳＥＴは、分散型電源２の効率的な運転が可能なときの有効電力出力である。第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαは、運転力率があらかじめ設定された運転力率制限値ｃｏｓθｈより小さいときに進相無効電力を変化させる１回の変化量である。この第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαは、正負の値が設定される。第１の進相無効電力変化量設定値ΔＱβは、運転力率があらかじめ設定された運転力率制限値ｃｏｓθｈより大きいときに進相無効電力を変化させる１回の変化量である。有効電力変化量設定値ΔＰαは、運転力率があらかじめ設定された運転力率制限値ｃｏｓθｈより小さいときに有効電力を変化させる１回の変化量である。運転力率設定値ｃｏｓθｓは、分散型電源２が効率的な運転が可能なときの運転力率である。運転力率制限値ｃｏｓθｈは、この値より運転力率が小さいときには有効電力と進相無効電力とを変化し、この値より大きいときには進相無効電力を増加させて連系点電圧を低下させようとする境界の力率である。電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡは、電力変換装置４の電力変換を行うことができる最大容量値である。
【００１２】
図３は、この電圧制御装置による電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。この図３を参照して電圧制御装置の動作を説明する。
ステップ１０１では、各設定値を設定器６から入力し、その値を指令発生器５に送信する。
次に、ステップ１０２では、ステップ１０３以降の処理で使用される変数、例えば有効電力修正量ＤＰＧと無効電力修正量ＤＱＧの値をゼロにして初期化する。また、有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓとを用いて、ＱＳＥＴ＝ＰＳＥＴ×ｔａｎθｓの式から進相無効電力出力設定値ＱＳＥＴを求める。
【００１３】
次に、ステップ１０３では、この有効電力出力設定値ＰＳＥＴと進相無効電力出力設定値ＱＳＥＴをそれぞれ有効電力指令値ＰＧ、進相無効電力指令値ＱＧとして電力変換装置４に送信する。この時点での運転点は図４に示す点ｄとなる。
次に、ステップ１０４では、電圧比較手段８が変換トランス７で計測された連系点電圧ＶＥを設定器６から入力された上限電圧設定値ＶＨと比較し、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えているときには電圧オーバ信号を力率算出手段９に送信して、ステップ１０５へ進み、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下のときにはステップ１１１へ進む。
【００１４】
まず、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下のときについて説明する。連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下では、設定器６から入力された有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓとから求められる無効電力出力設定値ＱＳＥＴとに収束するように電力変換装置４を制御する。ステップ１１１からステップ１１４の動作は、修正量算出手段１０で行われる。
ステップ１１１では、有効電力修正量ＤＰＧがゼロ未満かどうかを判断し、ステップ１１２では、ゼロ未満のときには、ステップ１１２で、有効電力修正量ＤＰＧに有効電力変化量設定値ΔＰαを加算して有効電力修正量ＤＰＧがゼロに収束するように変更する。有効電力修正量ＤＰＧがゼロ以上のときには、有効電力修正量ＤＰＧはそのまま据置き、ステップ１１３へ進む。
次に、ステップ１１３では、無効電力修正量ＤＱＧがゼロを超えているかどうかを判断し、ゼロを超えているときには、ステップ１１４で、無効電力修正量ＤＱＧから第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαを減算して無効電力修正量ＤＱＧがゼロに収束するように変更する。
【００１５】
一方、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えているときには、ステップ１０５で、力率算出手段９はこの演算処理の前の有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧから運転力率ｃｏｓθを求め、その力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈを超えているときにはステップ１０６へ進み、運転力率ｃｏｓθが運転力率制限値ｃｏｓθｈ以下のときには、ステップ１２０へ進む。運転力率ｃｏｓθが運転力率制限値ｃｏｓθｈを超えているときには、進相無効電力だけを増加させて連系点電圧ＶＥを低下させようとする。その動作がステップ１０６で行われる。一方、運転力率ｃｏｓθが運転力率制限値ｃｏｓθｈ以下のときには、進相無効電力を増加または減少させるとともに有効電力を減少させることにより連系点電圧を低下させようとする。その動作がステップ１２０から始まる。なお、ステップ１０６、１２０から１２５の処理は修正量算出手段１０で行われる。
【００１６】
まず、進相無効電力を増加させて連系点電圧ＶＥを低下させる制御について説明する。ステップ１０６では、第１の進相無効電力変化量設定値ΔＱβを無効電力修正量ＤＱＧに加算する。なお、この手順の初回ではステップ１０２で無効電力修正量ＤＱＧがゼロに設定されているので、ゼロに第１の進相無効電力変化量設定値ΔＱβを加算した値を新たな無効電力修正量ＤＱＧとする。
【００１７】
次に、進相無効電力を増加または減少させ、有効電力を減少させて連系点電圧を低下させる制御について説明する。ステップ１２０では、有効電力変化量設定値ΔＰαを有効電力修正量ＤＰＧから減算して新たな有効電力修正量ＤＰＧとする。なお、この手順の初回ではステップ１０２で有効電力修正量ＤＰＧがゼロに設定されているので、ゼロから有効電力変化量設定値ΔＰαを減算した値を新たに有効電力修正量ＤＰＧとする。
ステップ１２１では、第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαを無効電力修正量ＤＱＧに加算する。なお、この手順の初回ではステップ１０２で無効電力修正量ＤＱＧがゼロに設定されているので、ゼロに第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαを加算した値を新たな無効電力修正量ＤＱＧとする。
ステップ１２２では、有効電力出力設定値ＰＳＥＴと有効電力修正量ＤＰＧとを加算して、その値がゼロを超えているかどうか判断する。その値がゼロ以下のときは、ステップ１２３へ進む。また、その値がゼロを超えているときは、ステップ１２４へ進む。
ステップ１２３では、有効電力修正量ＤＰＧを有効電力設定値ＰＳＥＴの負の値と設定して、ステップ１２４へ進む。有効電力指令値ＰＧが負の指令値にならないようにしている。
ステップ１２４では、進相無効電力出力設定値ＱＳＥＴに無効電力修正量ＤＱＧを加算して、その値がゼロを超えているかどうかを判断する。その値がゼロ以下のときにはステップ１２５へ進み、ゼロを超えているときにはステップ１３１へ進む。
ステップ１２５では、無効電力修正量ＤＱＧを進相無効電力設定値ＱＳＥＴの負の値と設定して、ステップ１３１へ進む。進相無効電力指令値ＱＧが負の指令値にならないようにしている。
【００１８】
このようにして、有効電力修正量ＤＰＧと無効電力修正量ＤＱＧが求まるので、ステップ１３１から有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとを求める。このステップ１３１から１４１、１５１の処理は、指令値算出手段１１で行われる。
ステップ１３１では、有効電力出力設定値ＰＳＥＴに有効電力修正量ＤＰＧを加算して、有効電力指令値ＰＧを求める。
ステップ１３２では、ステップ１０２で求められた進相無効電力設定値ＱＳＥＴに無効電力修正量ＤＱＧを加算して、進相無効電力指令値ＱＧを求める。
【００１９】
次に、ステップ１３３で、このように求められた有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから皮相電力ＰＶＡを求める。皮相電力ＰＶＡは、有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧのそれぞれの２乗の和の平方根を求めることにより得られる。
ステップ１３４で、この皮相電力ＰＶＡが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡ以下かどうかを判断する。この皮相電力ＰＶＡが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡを超えているときには、電力変換装置４を保護するために、以下のステップ１３５からで有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとを制御する。一方、皮相電力ＰＶＡが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡ以下のときにはステップ１５１へ進む。
【００２０】
ステップ１３５では、進相無効電力指令値ＱＧが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡ未満かどうかを判断する。進相無効電力指令値ＱＧだけで電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡ以上のときにはステップ１３８へ進み、進相無効電力指令値ＱＧが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡ未満のときにはステップ１３６へ進む。
ステップ１３６では、電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡと進相無効電力指令値ＱＧのそれぞれの自乗の差の平方根を有効電力指令値ＰＧとする。ステップ１３７では、次の処理サイクルのために、有効電力指令値ＰＧから有効電力出力設定値ＰＳＥＴを減算した値を有効電力修正量ＤＰＧとして求め直しておく。
一方、ステップ１３８では、進相無効電力指令値ＱＧが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡ以上であるので、電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡを進相無効電力指令値ＱＧとして、電力変換装置４を保護する。
ステップ１３９では、進相無効電力指令値ＱＧだけで電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡになり、有効電力を出力することができないので、有効電力指令値ＰＧをゼロに設定する。
ステップ１４０では、次の処理サイクルのために、有効電力指令値ＰＧから有効電力出力設定値ＰＳＥＴを減算した値を有効電力修正量ＤＰＧとして求め直しておく。
さらに、ステップ１４１では、次の処理サイクルのために、進相無効電力指令値ＱＧから進相無効電力出力設定値ＱＳＥＴを減算した値を無効電力修正量ＤＱＧとして求め直しておく。
【００２１】
次に、ステップ１５１ではステップ１３１、１３２でそれぞれ求められた有効電力指令値ＰＧおよび進相無効電力指令値ＱＧ、またはステップ１３６で修正された有効電力指令値ＰＧ、またはステップ１３８、１３９で修正された有効電力指令値ＰＧおよび進相無効電力指令値ＱＧを電力変換装置４に送信する。電力変換装置４はこれら有効電力指令値ＰＧおよび進相無効電力指令値ＱＧに基づいて分散型電源２で発電された電力を変換して電力系統に出力する。そして、ステップ１０４へ戻り、同様に連系点電圧ＶＥが計測され、以降の処理が行われる。
【００２２】
次に、具体的な例を示してこの実施の形態１の電圧制御について説明する。図４は、この実施の形態1の指令発生器５が取りうる有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧの範囲を示す。横軸が有効電力指令値ＰＧであり、縦軸が進相無効電力指令値ＱＧを示す。円弧ａは有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから求まる皮相電力ＰＶＡが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡと等しいときである。  直線ｂは力率が運転力率設定値ｃｏｓθｓのときの電力の運転点である。また、直線ｃは力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈのときの電力の運転点である。符号ｄからｌを付記した点は運転点を示す。各運転点は有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから決められる。
【００２３】
運転点ｄは、有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓとから決まる電圧制御開始の初期運転点であり、進相無効電力指令値ＱＧは有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓの値を用いて、ＱＳＥＴ＝ＰＳＥＴ×ｔａｎθｓになる。また、第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαと有効電力変化量設定値ΔＰαは等しい正の値が設定されている。第１の進相無効電力変化量設定値ΔＱβも正の値が設定されている。
まず、運転点ｄで連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨより大きく、連系点電圧ＶＥを低下させようと制御する。この運転点ｄでは力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈより大きいので、進相無効電力だけを増加させて制御する。このときには第１の進相無効電力変化量設定値ΔＱβを無効電力修正量ＤＱＧに加算して、進相無効電力指令値ＱＧを増加させて、連系点へ電力を出力する。これらを繰り返しても、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えていると、運転点ｅに到達する。運転点ｅでは、力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈ以下になるので、進相無効電力を増加させるとともに有効電力を減少させる制御をおこなう。このような操作を繰り返すと、運転点ｆ、ｇと進んでいく。
【００２４】
上述の例では、第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαと有効電力変化量設定値ΔＰαは等しい正の値が設定されているが、次の例として、第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαを正の値とし、有効電力変化量設定値ΔＰαをゼロとした場合を説明する。運転点ｅまでは上述の説明と同様になるが、それ以降が異なる。進相無効電力だけ増加させると、円弧ａ上の運転点ｈに到達する。その後進相無効電力を増加させる分のうち、電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡを超える分は有効電力を減少させることにより補うので、運転点はｉからｊへと進んでいく。
【００２５】
また、第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαをゼロとし、有効電力変化量設定値ΔＰαを正の値に設定しているときには、有効電力だけ減少するので、運転点はｋからｌへ進んでいく。
【００２６】
なお、第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱαは正負任意な値が設定できるので、進相無効電力を減少させることもできる。このように図４の黒く塗りつぶした範囲で運転点を移動させて、連系点の電圧制御を行うことができる。
【００２７】
このような電圧制御装置は、分散型電源の有効電力出力、進相無効電力出力を柔軟に制御可能になり、分散型電源の出力を有効に利用することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係わる電圧制御装置の動作を示すフローチャートである。この実施の形態２の電圧制御装置は、実施の形態１の電圧制御装置１と有効電力修正値および無効電力修正量を求めるときに使用する変化量設定値が異なっている。すなわち、実施の形態１では第２の進相無効電力変化量設定値ΔＱα、第１の進相無効電力変化量設定値ΔＱβおよび有効電力変化量設定値ΔＰαをあらかじめ設定し、設定器６の記憶手段１２に記憶されている。ところが、この実施の形態２では、指令発生器５の計算の処理における演算周期１回当たりの電力変化量として電力変化量設定値ΔＰＱＧが与えられる。この電力変化量設定値ΔＰＱＧは、正の値である。さらに、有効分の割合の設定値ｐαが設定されている。この有効分の割合の設定値ｐαはゼロ以上、１以下の実数である。有効電力修正量ＤＰＧは、この電力変化量設定値ΔＰＱＧと有効分の割合の設定値ｐαとを乗算して求めている。さらに、無効電力修正量ＤＱＧは、この電力変化量設定値ΔＰＱＧと１から有効分の割合の設定値ｐαを減算した値とを乗算して求めている。その他は、実施の形態１と同様であるので同様な部分の説明は省略する。
【００２９】
次に、図５を参照して、電圧制御装置の動作を説明する。
なお、実施の形態１と同様なステップは、図３に付けた符号と同じ符号を付記して説明を省略する。
ステップ２０１では、各設定値を設定器６から入力し、その値を指令発生器５に送信する。このとき設定される値としては、上限電圧設定値（ＶＨ）、有効電力出力設定値（ＰＳＥＴ）、電力変化量設定値（ΔＰＱＧ）、有効分の割合の設定値（ｐα）、運転力率設定値（ｃｏｓθｓ）、運転力率制限値（ｃｏｓθｈ）および電力変換装置ＶＡ容量値（ＣＶＡ）である。
【００３０】
ステップ１０４では、実施の形態１と同様に、計測された連系点電圧ＶＥを上限電圧設定値ＶＨと比較し、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えているときには、ステップ１０５へ進み、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下のときにはステップ２１１へ進む。
【００３１】
まず、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下のときについて説明する。連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下では、あらかじめ決められた有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓから求められる無効電力出力設定値ＱＳＥＴとの近くで電力変換装置４を制御する。
ステップ２１１では、有効電力修正量ＤＰＧがゼロ未満かどうかを判断し、ゼロ未満のときには、ステップ２１２で、有効電力修正量ＤＰＧに電力変化量設定値ΔＰＱＧと有効分の割合の設定値ｐαとの乗算値を加算して有効電力修正量ＤＰＧとし、有効電力修正量ＤＰＧがゼロに近づくように修正する。有効電力修正量ＤＰＧがゼロ以上のときには、有効電力修正量ＤＰＧはそのまま据置き、ステップ２１３へ進む。
次に、ステップ２１３では、無効電力修正量ＤＱＧがゼロを超えているかどうかを判断し、ゼロを超えているときには、ステップ２１４で、無効電力修正量ＤＱＧから電力変化量設定値ΔＰＱＧと１から有効分の割合の設定値ｐαを減算した値とを乗算した値を減算して無効電力修正量ＤＱＧとし、無効電力修正量ＤＱがゼロに近づくように修正する。
【００３２】
ステップ１０５では、実施の形態１と同様に、有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧから運転力率ｃｏｓθを求め、その力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈを超えるときにはステップ２０６へ進み、運転力率ｃｏｓθが運転力率制限値ｃｏｓθｈ以下のときには、ステップ２２０へ進む。運転力率ｃｏｓθが運転力率制限値ｃｏｓθｈを超えるときには、進相無効電力だけを増加させて連系点電圧ＶＥを低下させようとする。この動作がステップ２０６で行われる。一方、運転力率ｃｏｓθが運転力率制限値ｃｏｓθｈ以下のときには、進相無効電力を増加させるとともに有効電力を減少させることにより連系点電圧を低下させようとする。その動作がステップ２２０から始まる。
【００３３】
まず、進相無効電力を増加させて連系点電圧を低下させる制御について説明する。ステップ２０６では、電力変化量設定値ΔＰＱＧを無効電力修正量ＤＱＧに加算した値を新たな無効電力修正量ＤＱＧとする。なお、この手順の初回ではステップ１０２で無効電力修正量ＤＱＧがゼロに設定されているので、ゼロに電力変化量設定値ΔＰＱＧを加算した値を新たな無効電力修正量ＤＱＧとする。
【００３４】
一方、進相無効電力を増加し、有効電力を減少させて連系点電圧を低下させる制御について説明する。ステップ２２０では、電力変化量設定値ΔＰＱＧと有効分の割合の設定値ｐαの乗算値を有効電力修正量ＤＰＧから減算して新たな有効電力修正量ＤＰＧとする。なお、この手順の初回ではステップ１０２で有効電力修正量ＤＰＧがゼロに設定されているので、ゼロから電力変化量設定値ΔＰＱＧと有効分の割合の設定値ｐαの乗算値を減算した値を新たに有効電力修正量ＤＰＧとする。
ステップ２２１では、電力変化量設定値ΔＰＱＧと１から有効分の割合の設定値ｐαを減算した値の乗算値を無効電力修正量ＤＱＧに加算する。なお、この手順の初回ではステップ１０２で無効電力修正量ＤＱＧがゼロに設定されているので、ゼロに電力変化量設定値ΔＰＱＧと１から有効分の割合の設定値ｐαを減算した値の乗算値を加算した値を新たな無効電力修正量ＤＱＧとする。
ステップ２２２では、有効電力出力設定値ＰＳＥＴと有効電力修正量ＤＰＧとを加算して、その値がゼロを超えているかどうか判断する。その値がゼロ以下のときは、ステップ２２３へ進む。また、その値がゼロを超えているときは、ステップ１３１へ進む。
ステップ２２３では、有効電力修正量ＤＰＧを有効電力設定値ＰＳＥＴの負の値に設定して、ステップ１３１へ進む。有効電力指令値ＰＧが負の指令値にならないようにしている。
【００３５】
このようにして、有効電力修正量ＤＰＧと無効電力修正量ＤＱＧが求まるので、ステップ１３１から実施の形態１と同様に有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとを求める。
【００３６】
次に、具体的な例を示してこの実施の形態２の電圧制御装置の電圧制御について説明する。図６は、この実施の形態２の指令発生器５が取りうる有効電力指令値と進相無効電力指令値の範囲である。円弧ａは有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから求まる皮相電力ＰＶＡが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡと等しいときの運転点である。直線ｂは力率が運転力率設定値ｃｏｓθｓのときの電力の運転点を示す。また、直線ｃは力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈのときの電力の運転点を示す。符号ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔが付記された点は運転点を示す。各運転点は有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから決められる。
【００３７】
運転点ｄは、有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓとから決まる電圧制御開始の初期運転点であり、進相無効電力指令値ＱＧは有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓの値を用いて、ＱＳＥＴ＝ＰＳＥＴ×ｔａｎθｓにより求めることができる。また、電力変化量設定値ΔＰＱＧとして正の値が設定され、有効分の割合の設定値ｐαとして、例えば０．５が設定されている。
まず、運転点ｄで連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨより大きく、連系点電圧ＶＥを低下させようと制御する。この運転点ｄでは力率ｃｏｓθｓが運転力率制限値ｃｏｓθｈより大きいので、進相無効電力だけ増加させて制御する。このときは演算周期１回当たりの電力変化量としては電力変化量設定値ΔＰＱＧに無効電力修正量ＤＱＧを加算した値を用いて、進相無効電力指令値ＱＧを増加させて、連系点へ電力を出力する。これらを繰り返しても、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えているときには、運転点ｍに到達する。運転点ｍでは、力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈ以下になるので、無効電力を増加させるとともに有効電力を減少させる制御をおこなう。このような操作を繰り返すと、有効分の割合の設定値ｐαが０．５であるので、演算周期１回当たりの修正量は有効分、無効分とも同じになり、運転点ｎ、ｏと進んでいく。
【００３８】
上述の例では、有効分の割合の設定値ｐαを０．５としたが、次に、有効分の割合の設定値ｐαを０とした場合を説明する。このように有効分の修正量がゼロとなるので、運転点ｍから無効電力だけが増加し、円弧ａ上の運転点ｐに到達する。その後無効電力を増加させる分のうち、電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡを超える分の有効電力を減少しなければならないので、運転点はｑからｒへと進んでいく。
【００３９】
また、有効分の割合の設定値ｐαを１としているときには、有効電力だけ減少するので、運転点はｓからｔへ進んでいく。
【００４０】
この実施の形態２においては、図６の黒く塗りつぶした範囲内で運転される。このように有効電力指令値ＰＧを減少させるとともに進相無効電力指令値ＱＧを増加させる制御を行うので、連系点電圧を上昇させる要因がないため、分散型電源の有効電力出力、進相無効電力出力を最大源に有効活用しながら連系点電圧上昇を抑制できる。
このような電圧制御装置は、分散型電源の有効電力出力、進相無効電力出力を最大源に有効活用出来るだけでなく、柔軟に有効電力と進相無効電力を制御可能である。
【００４１】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係わる電圧制御装置の動作を示すフローチャートである。この実施の形態３の電圧制御装置は、実施の形態２の電圧制御装置１と電力修正量を求めるときに用いる変化量設定値が異なっている。すなわち、実施の形態２では指令発生器５の計算の処理における演算周期１回当たりの電力変化量として電力変化量設定値ΔＰＱＧが与えられている。さらに、有効分の割合の設定値ｐαが設定されている。この有効分の割合の設定値ｐαはゼロ以上、１以下の値である。実施の形態３では、さらに第２の有効分の割合の設定値ｐβが設定されている。この第２の有効分の割合の設定値ｐβはゼロを超えて、１未満の値である。この第２の有効分の割合の設定値ｐβは、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨよりも小さいときに有効電力修正量ＤＰＧと無効電力修正量ＤＱＧとを演算するとき用いる。その他は、実施の形態２と同様である。なお、下述においては、有効分の割合の設定値ｐαを第１の有効分の割合の設定値ｐαと称する。
【００４２】
次に、図７を参照してこの実施の形態３の電圧制御装置の動作を説明する。図５に示した実施の形態２のフローチャートと異なるステップは３０１、３１１〜３１４であり、その他は同様であるので、同じステップ番号を付けて説明を省略する。
ステップ３０１では、各設定値を設定器６から入力し、指令発生器５に送信する。このとき設定される値としては、上限電圧設定値（ＶＨ）、有効電力出力設定値（ＰＳＥＴ）、電力変化量設定値（ΔＰＱＧ）、第１の有効分の割合の設定値（ｐα）、第２の有効分の割合の設定値（ｐβ）、運転力率設定値（ｃｏｓθｓ）、運転力率制限値（ｃｏｓθｈ）および電力変換装置ＶＡ容量値（ＣＶＡ）である。
【００４３】
ステップ１０４では、実施の形態１と同様に、計測された連系点電圧ＶＥを上限電圧設定値ＶＨと比較し、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えているときには、ステップ１０５へ進み、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下のときにはステップ３１１へ進む。ステップ１０５、２０６、２２０、２２１、２２２、２２３は実施の形態２と同様である。
【００４４】
次に、ステップ３１１から３１４で行っている、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下のときの電圧制御について説明する。連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下では、あらかじめ決められた有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓから求められる無効電力出力設定値ＱＳＥＴとの近くで電力変換装置４を制御する。
ステップ３１１では、有効電力修正量ＤＰＧがゼロ未満かどうかを判断し、ゼロ未満のときには、ステップ３１２で、有効電力修正量ＤＰＧに電力変化量設定値ΔＰＱＧと第２の有効分の割合の設定値ｐβとの乗算値を加算した値を新たな有効電力修正量ＤＰＧとし、有効電力修正量ＤＰＧがゼロに近づくように修正する。有効電力修正量ＤＰＧがゼロ以上のときには、有効電力修正量ＤＰＧをそのまま据置き、ステップ３１３へ進む。
次に、ステップ３１３では、無効電力修正量ＤＱＧがゼロを超えているかどうかを判断し、ゼロを超えているときには、ステップ３１４で、無効電力修正量ＤＱＧから電力変化量設定値ΔＰＱＧと１から第２の有効分の割合の設定値ｐβを減算した値を乗算した値を減算して無効電力修正量ＤＱＧとし、無効電力修正量ＤＱＧがゼロに近づくように修正する。
【００４５】
このようにして、有効電力修正量ＤＰＧと無効電力修正量ＤＱＧが求まるので、ステップ１３１から実施の形態１と同様に有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとを求める。
【００４６】
次に、具体的な例を示してこの実施の形態３の電圧制御装置１の電圧制御について説明する。図８は、この発明の指令発生器５が取りうる有効電力指令値と進相無効電力指令値の範囲である。円弧ａは有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから求まる皮相電力ＰＶＡが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡと等しいときの運転点である。直線ｂは力率が運転力率設定値ｃｏｓθｓのときの電力の運転点を示す。また、直線ｃは力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈのときの電力の運転点を示す。符号ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｕ、ｖ、ｗを付記された点は運転点を示す。各運転点は有効電力指令値ＰＧと進相無効電力指令値ＱＧとから決められる。
【００４７】
運転点ｄは、有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓとから決まる電圧制御開始の初期運転点であり、進相無効電力指令値ＱＧは有効電力出力設定値ＰＳＥＴと運転力率設定値ｃｏｓθｓの値を用いて、ＱＳＥＴ＝ＰＳＥＴ×ｔａｎθｓにより求めることができる。また、電力変化量設定値ΔＰＱＧとして正の値が設定され、第１の有効分の割合の設定値ｐαとして、例えば０．５が設定されている。また、第２の有効分の割合の設定値ｐβとして、例えば０．８が設定されている。
まず、運転点ｄで連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨより大きく、連系点電圧ＶＥを低下させようと制御する。この運転点ｄでは力率ｃｏｓθｓが運転力率制限値ｃｏｓθｈより大きいので、進相無効電力だけ増加させて制御する。このときは演算周期１回当たりの電力変化量としては電力変化量設定値ΔＰＱＧに無効電力修正量ＤＱＧを加算した値を用いて、進相無効電力指令値ＱＧを増加させて、連系点へ電力を出力する。これらを繰り返しても、連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨを超えているときには、運転点ｍに到達する。運転点ｍでは、力率が運転力率制限値ｃｏｓθｈ以下になるので、無効電力を増加させるとともに有効電力を減少させる制御をおこなう。このような操作を繰り返すと、第１の有効分の割合の設定値ｐαが０．５であるので、演算周期１回当たりの修正量は有効分、無効分とも同じになり、運転点ｎ、ｏと進んでいく。
【００４８】
次に、運転点ｏにおいて連系点電圧ＶＥが上限電圧設定値ＶＨ以下になったときの動作を説明する。このときは、第２の有効分の割合の設定値ｐβとして０．８が設定されているので、有効電力修正量ＤＰＧを多く増加し、無効電力修正量ＤＱＧを少ない減少として、運転点はｏからｕを経由して円弧ａ上の運転点ｖに進んでいく。運転点ｖで皮相電力ＰＶＡが電力変換装置４のＶＡ容量値ＣＶＡになるので、それ以降は円弧ａ上を移動して運転点ｗに到達する。運転点ｗでは有効電力修正量ＤＰＧがゼロになるので、それ以降は無効電力修正量ＤＱＧだけが減少して、運転点ｍを経由して、初期運転点ｄに戻る。
【００４９】
この電圧制御装置は、第１の有効分の割合の設定値ｐαと異なる値が設定されている第２の有効分の割合の設定値ｐβとを用いることにより、初期運転点に戻る過程において、有効電力を優先的に制御、あるいは進相無効電力を優先的に制御するといった制御が可能となる。
有効電力を優先的に制御する場合、過電圧が解消された後に素早く分散型電源の有効電力出力を回復することが出来る利点がある。
また逆に進相無効電力を優先的に制御する場合は電圧を制御しながらも、有効電力出力を変動させない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる分散型電源用電圧制御装置のブロック図である。
【図２】図２は、図１の指令発生器の機能ブロック図である。
【図３】実施の形態１の電圧制御装置による電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１の指令発生器が取りうる有効電力指令値と進相無効電力指令値の範囲を示す。
【図５】この発明の実施の形態２に係わる電圧制御装置による電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２の指令発生器が取りうる有効電力指令値と進相無効電力指令値の範囲を示す。
【図７】この発明の実施の形態３に係わる電圧制御装置による電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態３の指令発生器が取りうる有効電力指令値と進相無効電力指令値の範囲を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１  分散型電源用電圧制御装置（電圧制御装置）、２  分散型電源、３  電力系統、４  電力変換装置、５  指令発生器、６  設定器、７  変換トランス、８  電圧比較手段、９  力率算出手段、１０  修正量算出手段、１１  指令値算出手段、１２  記憶手段、１３  入力手段。
【図１】
2005160188.tif 000003
【図２】
2005160188.tif 000004
【図３】
2005160188.tif 000005
【図４】
2005160188.tif 000006
【図５】
2005160188.tif 000007
【図６】
2005160188.tif 000008
【図７】
2005160188.tif 000009
【図８】
2005160188.tif 000010