(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電設備側に設けられ、当該受電設備側の単相３線式配電系統に連系される電源装置であって、
太陽電池や風力発電機などの自然力を利用して発電する電源本体と、
前記電源本体からの電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力するインバータ回路と、
前記配電系統の中性線であるＮ相と各電圧線であるＵ相又はＶ相との間の電圧を平衡化又はそれらの電圧の差を極小化するように前記インバータ回路を制御して有効電力又は無効電力を出力させる制御装置と、を備え、
前記制御装置が、Ｕ−Ｎ相間電圧とＶ−Ｎ相間電圧とを等しく、又はその差を極小とする有効電力をまず出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御し、この制御によっても前記インバータ回路の出力端子電圧がその電圧管理値を超過する場合には、系統から見て遅れ位相の無効電力を出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御する電源装置。
【請求項２】
受電設備側に設けられ、当該受電設備側の単相３線式配電系統に連系される電源装置であって、
太陽電池や風力発電機などの自然力を利用して発電する電源本体と、
前記電源本体からの電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力するインバータ回路と、
受電点の各電圧相であるＵ相及びＶ相の電流を平衡化又は各相電流の差を極小化するように前記インバータ回路を制御して有効電力又は無効電力を出力させる制御装置と、を備え、
前記制御装置が、受電点のＵ相電流とＶ相電流とを等しく、又はそれら差を極小とする有効電力をまず出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御し、この制御によっても前記インバータ回路の出力端子電圧がその電圧管理値を超過する場合には、系統から見て遅れ位相の無効電力を出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御する電源装置。
ている電源装置。
【請求項３】
受電設備側に設けられ、当該受電設備側の単相３線式配電系統に連系される電源装置であって、
太陽電池や風力発電機などの自然力を利用して発電する電源本体と、
前記電源本体からの電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力するインバータ回路と、
受電点における中性線であるＮ相の電流が可及的にゼロになるように前記インバータ回路の動作を制御して有効電力又は無効電力を出力させる制御装置と、を備え、
前記制御装置が、受電点のＮ相電流を可及的にゼロとする有効電力をまず出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御し、この制御によっても前記インバータ回路の出力端子電圧がその電圧管理値を超過する場合には、系統から見て遅れ位相の無効電力を出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御する電源装置。
【請求項４】
前記インバータ回路が、３相構成の半導体ブリッジで構成され、マルチレベルインバータとして動作することを特徴とする請求項１、２又は３記載の電源装置。
【請求項５】
前記インバータ回路が、独立した２相構成の半導体ブリッジ２組から構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池や風力発電機などを用いた電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流電力系統と連系される電源装置は、その逆潮流による系統の電圧上昇を規定値内に維持するために、電源装置の端子電圧が所定の設定値（電圧管理値）に達するとその設定値（電圧管理値）を超過しないように無効電力を出力したり有効電力を抑制したりする制御がなされている。
【０００３】
この種の電源装置のうち、例えば特許文献１に示すような単相３線式の配電系統に連系される太陽光発電を利用した太陽光発電システムでは、図５に示すように、インバータ回路は単相３線式の配電系統の電圧線間（２００Ｖ端子間）に接続され、インバータ回路の制御を決定する電圧測定部４は中性線と電圧線の間（１００Ｖ端子間）に接続され、インバータ回路は前記電圧センサの測定結果に基づき出力が制御されている。
【０００４】
このようなシステムにおいては、負荷が不平衡になっている場合、軽負荷側の相は太陽光発電システムからの逆潮流により重負荷側の相よりも早く電圧が上昇することから、軽負荷側の端子電圧が制約条件となって、インバータ回路の動作が制約される。この状況に対し、太陽光発電システムからの無効電力は電圧線間（２００Ｖ端子間）に出力されることから、電圧線間の電圧抑制は行われるが、相電圧の不平衡は解消されない。したがって、不平衡負荷系統の軽負荷側の相電圧を抑制するには、平衡状態よりも電力の制御量が多く必要になるという問題がある。
【０００５】
また、変圧器から太陽光発電システムまでの間に存在する系統インピーダンスは、変圧器および低圧配電線路ではリアクタンスと導体抵抗によって構成されるが、引込線および屋内配線においてはリアクタンスは微小であり、ほとんどが導体抵抗で占められている。したがって、太陽光発電システムからの無効電力は、変圧器および低圧配電線路においては電圧抑制効果を発揮するが、引込線および屋内配線においては電圧抑制効果を発揮しないという問題もある。
【特許文献１】特開２００２−２５２９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、負荷の不平衡に起因する電圧不平衡を補償すると共に、引込線及び屋内配線での電圧上昇も抑制することにより、インバータ回路の制約発生までの余裕を大きくすることにより、太陽電池や風力発電機などを用いた電源装置の出力抑制の防止を図ることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る電源装置は、受電設備側に設けられ、当該受電設備側の単相３線式配電系統に連系される電源装置であって、太陽電池や風力発電機などの自然力を利用して発電する電源本体と、前記電源本体からの電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力するインバータ回路と、前記配電系統の中性線であるＮ相と各電圧線であるＵ相又はＶ相との間の電圧を平衡化又はそれらの電圧の差を極小化するように前記インバータ回路を制御して有効電力又は無効電力を出力させる制御装置と、を備え、前記制御装置が、Ｕ−Ｎ相間電圧とＶ−Ｎ相間電圧とを等しく、又はその差を極小とする有効電力をまず出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御し、この制御によっても前記インバータ回路の出力端子電圧がその電圧管理値を超過する場合には、系統から見て遅れ位相の無効電力を出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御することを特徴とするものである。ここで受電設備側の配電系統とは、高圧配電系統と低圧配電系統とを接続する変圧器と、この変圧器からの低圧配電線路と、引込線と、引込線に連結された需要家設備内の屋内配線とを含むものとし、単相３線式配電系統及び３相３線式配電系統等がある。
【０００８】
このようなものであれば、負荷の不平衡に起因する電圧不平衡を補償すると共に、引込線および屋内配線を含む低圧配電系統での電圧上昇も抑制することができ、インバータ回路の制約発生までの余裕を大きくすることができる。したがって、太陽電池や風力発電機などを用いた電源装置の出力抑制の防止を図ることができ、太陽電池や風力発電機などの電源本体出力の有効活用を図ることができる。
【０００９】
また、本発明に係る電源装置の別の態様としては、受電設備側に設けられ、当該受電設備側の単相３線式配電系統に連系される電源装置であって、太陽電池や風力発電機などの自然力を利用して発電する電源本体と、前記電源本体からの電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力するインバータ回路と、受電点の各電圧相であるＵ相及びＶ相の電流を平衡化又は各相電流の差を極小化するように前記インバータ回路を制御して有効電力又は無効電力を出力させる制御装置と、を備え、前記制御装置が、受電点のＵ相電流とＶ相電流とを等しく、又はそれら差を極小とする有効電力をまず出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御し、この制御によっても前記インバータ回路の出力端子電圧がその電圧管理値を超過する場合には、系統から見て遅れ位相の無効電力を出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る電源装置のさらに別の態様としては、受電設備側に設けられ、当該受電設備側の単相３線式配電系統に連系される電源装置であって、太陽電池や風力発電機などの自然力を利用して発電する電源本体と、前記電源本体からの電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力するインバータ回路と、受電点における中性線であるＮ相の電流が可及的にゼロになるように前記インバータ回路の動作を制御して有効電力又は無効電力を出力させる制御装置と、を備え、前記制御装置が、受電点のＮ相電流を可及的にゼロとする有効電力をまず出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御し、この制御によっても前記インバータ回路の出力端子電圧がその電圧管理値を超過する場合には、系統から見て遅れ位相の無効電力を出力するように前記インバータ回路をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１１】
前記インバータ回路の具体的な実施態様としては、インバータ回路が３相構成の半導体素子ブリッジで構成され、マルチレベルインバータとして動作することが望ましい。
【００１２】
前記インバータ回路の具体的な別の実施態様としては、インバータ回路が独立した２相構成の半導体素子ブリッジ２組から構成されていることも考えられる。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、負荷の不平衡に起因する電圧不平衡を補償すると共に、引込線および屋内配線を含む低圧配電系統での電圧上昇も抑制することができ、インバータ回路の制約発生までの余裕を大きくすることができる。したがって、太陽電池や風力発電機などを用いた電源装置の出力抑制の防止を図ることができ、太陽電池や風力発電機などの電源本体出力の有効活用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明に係る電源装置の一実施形態ついて図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態の電源装置１は、図１に示すように、受電設備側に設けられ、その配電系統に連系される電源装置１であって、自然力を利用して発電する電源本体２と、前記電源本体２からの電力を交流電力に変換して、前記配電系統に出力するインバータ回路３と、インバータ回路３の動作を制御等する制御装置６と、を備えている。
【００１６】
本実施形態の配電系統は、柱上変圧器７と、柱上変圧器７と受電設備である需要家設備に設けられた引込線取付点（受電点Ｐ）とを連結する引込線８と、需要家設備内の屋内配線９と、屋内配線９に設けられた負荷１０と、当該需要家以外の需要家の負荷１２とを有している。さらに、屋内配線９には、本実施形態に係る電源装置１が連系されている。引込線８及び屋内配線９は、単相３線式の電力配線である。なお、８には、低圧配電線路及び引込線をともに含む形態もある。
【００１７】
単相３線式の電力配線は、第１電圧線Ｌ１、第２電圧線Ｌ２、中性線Ｎからなり、第１電圧線Ｌ１と中性線Ｎの間、及び第２電圧線Ｌ２と中性線Ｎの間は１００Ｖの交流電圧が供給され、それぞれの交流電圧は位相が反転しているので、第１電圧線Ｌ１と第２電圧線Ｌ２の間は、２００Ｖの交流電圧となる。需要家設備内の電気機器（負荷）１０に１００Ｖの電力を提供する場合は、第１電圧線Ｌ１と中性線Ｎの２線、又は第２電圧線Ｌ２と中性線Ｎの２線に、需要家設備内の各箇所に設置したコンセントを介して、又は直接接続することによって行う。また、電圧２００Ｖの電力を提供する場合は、第１電圧線Ｌ１と第２電圧線Ｌ２の２線によって行う。
【００１８】
柱上変圧器７は、高圧配電系統と低圧配電系統を接続する単相３線式変圧器であり、商用電力系統（６６００Ｖ）を受電し、単相３線２００Ｖ／１００Ｖに変圧するものである。具体的には、線間定格電圧６．６ｋＶの高圧配電系統の配電線の２相である線路に柱上変圧器７の一次側が接続され，柱上変圧器７の二次側には第１電圧線Ｌ１、第２電圧線Ｌ２及び中性線Ｎに接続されている。
【００１９】
以下に各部（電源本体２、インバータ回路３、制御装置６）について説明する。
【００２０】
電源本体２は、本実施形態では受電設備（例えば需要者の住宅の屋根）に設置される太陽電池であり、インバータ回路３の入力端子３１に接続されている。また、太陽電池２とインバータ回路３の入力端子３１との間には平滑リアクトル１１を設けている。
【００２１】
インバータ回路３は、太陽電池２からの直流電力を交流電力に変換して、配電系統に出力する電流型インバータであり、その入力端子３１は太陽電池２と接続され、その出力端子３２は配電系統を構成している屋内配線９に接続されている。その具体的な構成は、３相構成の半導体ブリッジ３３から構成され、後述する制御装置６により制御されてマルチレベルインバータとして動作するものである。半導体ブリッジ３３は、サイリスタ等の半導体スイッチング素子から構成されている。
【００２２】
電圧測定部４は、インバータ回路３の各相への出力電圧を測定して、その電圧測定信号を後述する制御装置６に出力するものであり、インバータ回路３の出力端子３２に接続されている。
【００２３】
電流測定部５は、各相に流れる電流を測定して、その電流測定信号を後述する制御装置６に出力するものであり、柱上変圧器７からの引込線８を屋内配線９に接続するための受電点Ｐ又はその付近に受電点Ｐ又はその付近に設けられたＣＴ（Current Transformer）１３からの信号を受信して、各相に流れる電流を測定するものである。
【００２４】
制御装置６は、インバータ回路３を制御するものであり、その機器構成は、図２に示すように、ＣＰＵ６０１、メモリ６０２、入出力インターフェイス６０３、ＡＤ変換器６０４等を備えた汎用乃至専用のコンピュータであり、前記メモリ６０２の所定領域に記憶させた所定プログラムにしたがってＣＰＵ６０１、周辺機器等を協働させることにより、図３に示すように、受付部６１、フィードバック制御部６２、判断部６３等としての機能を発揮する。もちろん、これら各機能を発揮させるために、コンピュータによることなく理論回路やアナログ回路を用いてハードウェアのみで構成しても構わない。
【００２５】
受付部６１は、電圧測定部４から電圧測定信号を受け付けるとともに、電流測定部５から電流測定信号を受け付けて、その電圧測定信号及び電流測定信号をフィードバック制御部６２及び判断部６３に出力するものである。
【００２６】
フィードバック制御部は、受付部６１からの電圧測定信号及び電流測定信号を受け付けて、各相の目標有効電力又は目標無効電力に基づくゲート信号を出力してインバータ回路３を構成する各半導体素子ブリッジ３３のオンオフ動作を制御するものである。各半導体ブリッジ３３を制御する方法は種々考えることができる。例えば、本実施形態では、まずＵ−Ｎ相間の電圧とＶ−Ｎ相間の電圧とを等しくする有効電力を出力するように各半導体ブリッジ３３をフィードバック制御する。系統インピーダンス又はインバータ容量との関係で、Ｕ−Ｎ相間電圧及びＶ−Ｎ相間電圧が等しくならない場合には、Ｕ−Ｎ相間電圧とＶ−Ｎ相間電圧との差を極小とする有効電力を出力するように各半導体ブリッジ３３をフィードバック制御する。このような有効電力制御を行っても、電圧管理値を超過する場合には、系統から見て遅れ位相の無効電力を出力するように各半導体ブリッジ３３をフィードバック制御する。
【００２７】
判断部６３は、電圧測定部４からの電圧測定信号を受け付けて、Ｕ−Ｎ相間の電圧とＶ−Ｎ相間の電圧とが等しくなっているか否か、あるいはフィードバック制御部６２によりインバータ回路３が制御された結果、配電系統の各相の電圧値が電圧管理値を超過しているか否かを判断するものである。そして、その判断結果を示す判断信号をフィードバック制御部６２に出力するものである。
【００２８】
次にこのように構成した電源装置１の動作について図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
まず、電源装置１を起動すると、電圧測定部４が配電系統の各相の電圧を測定し、その電圧測定信号を制御装置６に出力する（ステップＳ１）。そして、その電圧測定信号に基づいて、判断部６３が、Ｕ−Ｎ相間電圧及びＶ−Ｎ相間電圧が等しいか否か、又はＵ−Ｎ相間電圧とＶ−Ｎ相間電圧との差が最小か否かを判断する（ステップＳ２）。このとき、Ｕ−Ｎ相間電圧及びＶ−Ｎ相間電圧が等しくない場合には、フィードバック制御部６２は、Ｕ−Ｎ相間電圧とＶ−Ｎ相間電圧とが等しくなるよう有効電力を各相に出力すべくインバータ回路３を制御する（ステップＳ３）。あるいは、Ｕ−Ｎ相間電圧とＶ−Ｎ相間電圧との差が最小でない場合には、フィードバック制御部６２は、Ｕ−Ｎ相間電圧とＶ−Ｎ相間電圧との差が最小となるように有効電力を各相に出力すべくインバータ回路３を制御する（ステップＳ３）。
【００３０】
その後、電圧測定部４が配電系統の各相の電圧を測定し、その電圧測定信号を制御装置６に出力する（ステップＳ４）。そして、その電圧測定信号に基づいて、判断部６３が、Ｕ−Ｎ相間電圧又はＶ−Ｎ相間電圧が電圧管理値を超過するか否かを判断する（ステップＳ５）。このとき、Ｕ−Ｎ相間電圧又はＶ−Ｎ相間電圧が電圧管理値を超過する場合には、フィードバック制御部６２は、その相間電圧が電圧管理値以下となるように無効電力・有効電力を出力すべくインバータ回路３を制御する（ステップＳ６）。
【００３１】
次に、電源装置１の動作を、（１）Ｕ相、Ｖ相にインバータ回路３を接続し、不平衡補償を行わない場合（図５参照）と、（２）Ｕ相、Ｎ相、Ｖ相それぞれにインバータ出力し、不平衡補償を行う場合（図６参照）とを比較して説明する。
【００３２】
（１）Ｕ相及びＶ相にインバータ出力し、不平衡補償を行わない場合
【００３３】
いま、図５に示すように、Ｕ−Ｎ相間にＩａ、Ｖ−Ｎ相間にＩｂの不平衡負荷１０（力率１の定電流源）が接続され、Ｕ−Ｖ相間にＩｐ（力率１の定電流源）の逆潮流がある配電系統を考える。この負荷状態において、Ｕ−Ｎ相間、Ｖ−Ｎ相間それぞれにおける変圧器電圧Ｅからの電圧上昇または電圧降下を計算する。
【００３４】
図５に示す各電圧、電流の関係は以下の式で表すことができる。なお、以下の電圧・電流・インピーダンスの記号は全て複素数である。
【００３５】
Ｉ１＝Ｉａ−Ｉｐ
Ｉ２＝Ｉｂ−Ｉｐ
Ｉｎ＝Ｉａ−Ｉｂ
ｅａ＝Ｅ−Ｖａ＝（Ｚｔ＋ｒ）×Ｉ１＋ｒ×Ｉｎ
ｅｂ＝Ｅ−Ｖｂ＝（Ｚｔ＋ｒ）×Ｉ２＋ｒ×Ｉｎ
【００３６】
上記の式からｅａ、ｅｂを計算すると下記のようになる。
【００３７】
ｅａ＝Ｚｔ・Ｉａ−ｒ・Ｉｂ−（Ｚｔ＋ｒ）・Ｉｐ    ・・・（式１）
ｅｂ＝ｒ・Ｉａ＋Ｚｔ・Ｉｂ−（Ｚｔ＋ｒ）・Ｉｐ    ・・・（式２）
【００３８】
簡単のために、Ｚｔ＝０とし、ｒは引込線８及び屋内配線９の抵抗と考えて簡単化すると下記のようになる。
【００３９】
ｅａ＝ｒ×（２Ｉａ−Ｉｂ−Ｉｐ）
ｅｂ＝ｒ×（２Ｉｂ−Ｉａ−Ｉｐ）
【００４０】
不平衡負荷１０としてＩａ＝２Ｉｂ（Ｖ−Ｎ相間が軽負荷１０）を仮定し、上式に代入すると各相の電圧降下は以下のようになる。
【００４１】
ｅａ＝ｒ×（３Ｉｂ−Ｉｐ）
ｅｂ＝ｒ×（−Ｉｐ）
【００４２】
上式から、軽負荷相であるＶ−Ｎ相間の電圧が上昇していることが分かる。
【００４３】
（２）Ｕ相、Ｎ相、Ｖ相それぞれにインバータ出力し、不平衡補償を行う場合
【００４４】
この負荷状態において、本実施形態に係る電源装置１を用いて、逆潮流Ｉｐに加えて電圧不平衡補償を行うために必要なインバータ回路３からの出力を求める。この条件に対応する回路を図６に示す。図６において、Ｕ−Ｎ相間、Ｖ−Ｎ相間の電圧を等しくするためにインバータ回路３から出力すべき電流ＩＢを仮定し、これを求める。
【００４５】
図１（ｂ）において各ブランチの電流の関係を記述すると下式のようになる。
【００４６】
Ｉ１＝Ｉａ−Ｉｐ−ＩＢ
Ｉ２＝Ｉｂ−Ｉｐ＋ＩＢ
Ｉｎ＝Ｉａ−Ｉｂ−２ＩＢ
【００４７】
このときのインバータ各相の出力電流は下記のとおりである。
【００４８】
Ｉｐｕ＝Ｉｐ＋ＩＢ
Ｉｐｖ＝Ｉｐ−ＩＢ
【００４９】
ここで、Ｕ−Ｎ相間、Ｖ−Ｎ相間の電圧が等しくなるためには、Ｉ１＝Ｉ２、（中性線に流れる電流Ｉｎ＝０）を満足する必要がある。この関係を上式に適用すると、インバータ回路３から出力すべき電流ＩＢは下式になる。
【００５０】
ＩＢ＝（Ｉａ−Ｉｂ）／２
【００５１】
したがって、平衡化後の各相電流Ｉ１、Ｉ２は下式になる。
【００５２】
Ｉ１＝Ｉａ−Ｉｐ−ＩＢ＝Ｉａ−Ｉｐ−（Ｉａ−Ｉｂ）／２
＝（Ｉａ＋Ｉｂ）／２−Ｉｐ
Ｉ２＝Ｉｂ−Ｉｐ＋ＩＢ＝Ｉｂ−Ｉｐ＋（Ｉａ−Ｉｂ）／２
＝（Ｉａ＋Ｉｂ）／２−Ｉｐ
【００５３】
このときの電圧降下は、下式のようになる。
【００５４】
ｅａ’＝ｅｂ’＝（Ｚｔ＋ｒ）・Ｉ１
＝（Ｚｔ＋ｒ）・｛（Ｉａ＋Ｉｂ）／２−Ｉｐ｝    ・・・（式３）
【００５５】
（３）平衡化補償出力による効果
【００５６】
平衡化による効果を評価するため、Ｚｔ＝０、Ｉａ＝２Ｉｂとして、平衡化前の電圧降下と比較する。
【００５７】
ｅａ’＝ｅｂ’＝ｒ・｛３・Ｉｂ／２−Ｉｐ｝
ｅａ−ｅａ’＝ｒ×（３・Ｉｂ−Ｉｐ）−ｒ・｛３・Ｉｂ／２−Ｉｐ｝
＝ｒ・３・Ｉｂ／２
ｅｂ−ｅｂ’＝ｒ×（−Ｉｐ）−ｒ・｛３／Ｉｂ／２−Ｉｐ｝
＝−ｒ・３・Ｉｂ／２
【００５８】
上式から、平衡化により、Ｕ−Ｎ相間の電圧降下はｒ・３・Ｉｂ／２だけ小さくなり、Ｖ−Ｎ相間の電圧上昇はｒ・３・Ｉｂ／２だけ小さくなることが分かる。
【００５９】
つぎに、上で求めた電圧降下が生じている場合のインバータ出力を求める。
【００６０】
平衡化補償を行わない場合のインバータ出力は下記の通りである。
【００６１】
Ｐ＝Ｐｕ＋Ｐｖ＝（Ｅ−ｅａ）・Ｉｐ＋（Ｅ−ｅｂ）・Ｉｐ
＝（Ｅ−ｒ×（３Ｉｂ−Ｉｐ））・Ｉｐ＋（Ｅ−ｒ×（−Ｉｐ））・Ｉｐ
＝（２Ｅ＋ｒ×（２Ｉｐ−３Ｉｂ））・Ｉｐ
【００６２】
平衡化補償を行う場合のインバータ出力は下記の通りである。
【００６３】
Ｐ’＝Ｐｕ’＋Ｐｖ’＝２×（Ｅ−ｅａ’）・Ｉｐ
＝２×（Ｅ−ｒ・｛３・Ｉｂ／２−Ｉｐ｝）・Ｉｐ
＝（２Ｅ＋ｒ×（２Ｉｐ−３Ｉｂ））・Ｉｐ
【００６４】
以上の計算から分かるように、インバータ回路３（電源装置１）からの出力電力は平衡化補償を行う場合と平衡化補償を行わない場合とは同じである。
【００６５】
したがって、不平衡負荷状態の配電系統において、インバータ回路３を平衡化補償を行うように動作させることにより、軽負荷相の電圧上昇を抑制しつつ従来のインバータ回路３と同等の出力が可能となる。つまり、逆潮流により電圧管理値の上限値に達するまでのインバータの有効出力を可及的に増加することができる。
【００６６】
＜実施例＞
【００６７】
（４）平衡化による電圧上昇抑制と無効電力による電圧調整との効果比較
【００６８】
次に、電圧上昇に対する従来の抑制方策（無効電力による電圧調整）と本実施形態の方策である電圧平衡化インバータ出力による電圧上昇抑制との効果を、前記の式（１）、（２）、（３）に、電源装置１及びその連系系統の具体的諸元を代入することにより比較する。
【００６９】
つまり、（ａ）インバータ回路３をＵ−Ｖ相間に接続し、電圧抑制を行わない場合、（ｂ）インバータ回路３をＵ−Ｖ相間に接続し、無効電力による電圧調整を行う場合、（ｃ）インバータ回路３をＵ相、Ｎ相、Ｖ相それぞれに接続し、電圧平衡化のインバータ出力を行う場合、の３つの場合に分けて比較する。
【００７０】
（ａ）Ｕ−Ｖ相間に接続し、電圧抑制を行わない場合
【００７１】
図５において、不平衡負荷１０としてＩａ＝１０（Ａ）、Ｉｂ＝２０（Ａ）が接続され、そこにＩｐ＝１５（Ａ）の逆潮流が発生している場合を考える。ただし、Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｐは全て力率１の定電流源とする。柱上変圧器７の容量は２０ｋＶＡで内部インピーダンスＺｔをＺｔ＝０．０３＋ｊ０．０４（Ω）とする。引込線８と屋内配線９との導体抵抗ｒを合計してｒ＝０．０６（Ω）とする。
【００７２】
このときの各相の電圧降下・電圧上昇は下記のようになる。
【００７３】
ｅａ＝−２．２５＋１．０ｊ（Ｖ）
ｅｂ＝−０．１５＋１．４ｊ（Ｖ）
【００７４】
したがって、Ｕ−Ｎ相間、Ｖ−Ｎ相間の端子電圧Ｖａ、Ｖｂは、電源電圧をＥ＝１００（Ｖ）とすると、下記のようになる。
【００７５】
Ｕ−Ｎ相間端子電圧：Ｖａ＝Ｅ−ｅａ＝１０２．２５−１．０ｊ（Ｖ）
Ｖ−Ｎ相間端子電圧：Ｖｂ＝Ｅ−ｅｂ＝１００．１５−１．４ｊ（Ｖ）
Ｕ−Ｖ相間端子電圧：Ｖａ＋Ｖｂ＝２０２．４−２．４ｊ（Ｖ）
Ｕ−Ｎ相間端子電圧の実効値：｜Ｖａ｜＝１０２．２５
Ｖ−Ｎ相間端子電圧の実効値：｜Ｖｂ｜＝１００．１６
Ｕ−Ｖ相間端子電圧の実効値：｜Ｖａ＋Ｖｂ｜＝２０２．４１
【００７６】
（ｂ）Ｕ−Ｖ相間に接続し、無効電力による電圧調整を行う場合
【００７７】
次に、上記（ａ）の負荷状態において、インバータ回路３から無効電力を出力して、有効電力による電圧上昇を抑制する場合を考える。インバータ回路３は、有効電流Ｉｐｒ＝１５（Ａ）に加えて無効電流Ｉｐｉを出力するものとする。無効電流Ｉｐｉは、インバータ回路３の許容力率低下の最大値ｃｏｓθ＝０．８５となるように設定する。
【００７８】
Ｉｐ’＝Ｉｐｒ＋ｊ・Ｉｐｉ＝Ｉｐ・（ｃｏｓθ＋ｊ・ｓｉｎθ）
ｃｏｓθ＝０．８５、ｓｉｎθ＝−０．５２
【００７９】
このときの各相の電圧降下・電圧上昇は下記のようになる。
【００８０】
ｅａ＝−１．８８＋１．８３ｊ（Ｖ）
ｅｂ＝０．２２＋２．２３ｊ（Ｖ）
【００８１】
したがって、Ｕ−Ｎ相間、Ｖ−Ｎ相間の端子電圧Ｖａ、Ｖｂは、電源電圧をＥ＝１００（Ｖ）とすると、下記のようになる。
【００８２】
Ｕ−Ｎ相間端子電圧：Ｖａ＝Ｅ−ｅａ＝１０１．８８−１．８３ｊ（Ｖ）
Ｖ−Ｎ相間端子電圧：Ｖｂ＝Ｅ−ｅｂ＝９９．７８−２．２３ｊ（Ｖ）
Ｕ−Ｖ相間端子電圧：Ｖａ＋Ｖｂ＝２０１．６６−４．０６ｊ（Ｖ）
Ｕ−Ｎ相間端子電圧の実効値：｜Ｖａ｜＝１０１．９０
Ｖ−Ｎ相間端子電圧の実効値：｜Ｖｂ｜＝９９．８０
Ｕ−Ｖ相間端子電圧の実効値：｜Ｖａ＋Ｖｂ｜＝２０１．７０
【００８３】
（ｃ）インバータ回路３をＵ相、Ｎ相、Ｖ相それぞれに接続し、電圧平衡化のインバータ出力を行う場合
【００８４】
図６において、不平衡負荷１０としてＩａ＝１０（Ａ）、Ｉｂ＝２０（Ａ）が接続され、そこにＩｐ＝１５（Ａ）の逆潮流が発生しており、これに電圧平衡化電流ＩＢ＝（Ｉａ−Ｉｂ）／２を重畳する場合を考える。このときの電圧降下・電圧上昇は、（３）式よりｅａ’＝ｅｂ’＝０（Ｖ）である。したがって、インバータ回路３の端子電圧は、変圧器電圧Ｅと等しくなる。
【００８５】
Ｖａ＝Ｅ−ｅａ’＝１００（Ｖ）
Ｖｂ＝Ｅ−ｅｂ’＝１００（Ｖ）
【００８６】
以上の計算結果をまとめると表１のようになる。
【００８７】
【表１】
0004588623.tif 000002
【００８８】
表１において各方式の電圧抑制効果を軽負荷側の相電圧|Ｖａ．|に関して比較する。
【００８９】
方式（ａ）では、インバータ出力Ｉｐ＝１５（Ａ）に対し２．２５（Ｖ）の電圧上昇がある。これに方式（ｂ）を適用すると電圧上昇は１．９０（Ｖ）になり、方式（ａ）に対して０．３５（Ｖ）の電圧抑制が行われているが、|Ｖａ．|、｜Ｖｂ｜の不平衡は解消されていない。一方、方式（ｃ）を適用すると電圧上昇は０（Ｖ）であり、方式（ａ）に対して２．２５（Ｖ）の電圧抑制が行われていることになる。
【００９０】
ただし、上記の補償が行われているとき、インバータ回路３の１相あたりの出力は、（ｂ）方式では１７．６％、（ｃ）方式では３３．３％それぞれ増加している。この結果から、増分出力を基準にして各方式の効果を比較すると、下記のように（ｃ）方式が優れていることが分かる。
【００９１】
方式（ｂ）の効果：０．３５（Ｖ）／（１７．６−１５．０）（Ａ）＝０．１３５（Ｖ／Ａ）
【００９２】
方式（ｃ）の効果：２．２５（Ｖ）／（２０．０−１５．０）（Ａ）＝０．４５（Ｖ／Ａ）
【００９３】
このような結果になる理由は、系統インピーダンス（Ｚｏ＝Ｚｔ＋ｒ）がＺｏ＝０．０９＋ｊ０．０４（ω）（力率：０．９１）であり、ほとんどが抵抗成分で占められていることにある。
【００９４】
系統インピーダンスＺｏにおける抵抗成分とリアクタンス成分の比率は、電力系統の回路構成によってばらつきがあるが、柱上変圧器７〜屋内配線９を含む低圧配電系統では抵抗成分が大きな割合を占めることに変わりはない。したがって、負荷１０に不平衡がある場合の電圧上昇抑制には、無効電力注入よりも有効電力による不平衡電流補償の方が効果が大きいことがわかる。
【００９５】
以上のように、本実施形態の電源装置１によれば、負荷１０の不平衡に起因する電圧不平衡を補償すると共に、引込線８および屋内配線９での電圧上昇も抑制することができ、インバータ回路３の制約発生までの余裕を大きくすることができる。したがって、電源装置１の出力抑制の防止を図ることができ、太陽光発電出力の有効活用が図れる。また、系統全体としての電流平衡度が向上することから、電力損失が減少し、太陽光発電出力利用の効率向上が図れる。さらに、逆潮流による電圧上昇抑制を、逆潮流発生側で制御することができるので、上位電力系統での制御対応が軽減される。
【００９６】
＜その他の変形実施形態＞
【００９７】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００９８】
例えば、前記実施形態では、単相３線式配電系統に連系する電源装置について説明したが、この他にも３相３線式配電系統に連系する場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００９９】
また、前記実施形態のインバータ回路は６パルスブリッジのマルチレベルインバータであったが、その他にも図７に示すように、２組の単相インバータ回路を用いるものであっても良い。各インバータ回路は、制御回路の指令によりそれぞれ独立に動作させることができる。各インバータ回路は、それぞれ一台の制御装置６で制御することもできるし、小容量のＡＣモジュールの多数台並列回路として構成することも考えられる。
【０１００】
さらに、インバータ回路の端子電圧上昇の抑制は、前記実施形態の他にも、相電圧の平衡化と無効電力出力を組み合わせることにより種々の方法が考えられる。例えば、無効電力と平衡化用の有効電力を同時に出力し、インバータ回路の端子電圧のベクトル電圧が一致すると共に、各相電圧が管理値を超過しないようにフィードバック制御する。あるいは、まず無効電力を出力し電圧抑制した後に、有効電力で端子電圧が平衡化するようにフィードバック制御する、といった方法が考えられる。
【０１０１】
その上、前記実施形態では、Ｕ−Ｎ相間、Ｖ−Ｎ相間の電圧が等しくなるようにインバータ回路の制御を行うようにしているが、受電点の各相に電流測定部を設けて、この点における電流を平衡化するようにインバータ回路を制御しても良い。この場合には、主として需要家内で生じた電流の平衡化を行うよう機能することになる。もちろんこの機能に加えて、インバータ回路に出力端子電圧が管理値を超過しないように制御する必要がある。制御方法としては、上述のインバータ回路の出力端子電圧を制御入力として場合と同様である。
【０１０２】
あるいは、受電点における中性線の電流が可及的にゼロになるようにインバータ回路を制御しても良い。
【０１０３】
前記実施形態の太陽電池としては、シリコン系、化合物系、有機系、多接合型太陽電池などを用いることができる。シリコン系太陽電池には、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、薄膜シリコン太陽電池、ハイブリッド型太陽電池があり、化合物系太陽電池には、ＧａＡｓ系太陽電池、ＣＩＳ系（カルコパライト系太陽電池）、ＩｎＰ系太陽電池、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系太陽電池、ＳｉＧｅ系太陽電池、Ｇｅ系太陽電池などがある。また、有機系太陽電池には色素増感太陽電池などを用いることができる。
【０１０４】
さらに加えて、前記実施形態においては、電源本体としては、太陽電池を用いるものであったが、その他にも、風力発電機、水力発電機又は潮の干満で海水が移動するエネルギーを電力に変える潮力発電機等を用いたものであっても良い。
【０１０５】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の模式的回路構成図。
【図２】同実施形態における制御装置の機器構成図。
【図３】同実施形態における制御装置の機能構成図。
【図４】同実施形態における電源装置の動作を示すフローチャート。
【図５】従来の電源装置及びその制御方式を示す模式図。
【図６】本実施形態における制御方式を示す図。
【図７】その他の変形実施形態における電源装置の模式的回路構成図。
【符号の説明】
【０１０７】
１  ・・・電源装置
２  ・・・太陽電池（電源本体）
３  ・・・インバータ回路
４  ・・・電圧測定部
５  ・・・電流測定部
６  ・・・制御装置
６２・・・フィードバック制御部
６３・・・判断部
【図１】
0004588623.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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