(57)【要約】【課題】直流給電網に発振を発生させずに直流給電網の安定性を判別することができる。【解決手段】交流電圧を出力する交流電圧源１０３、及びコンデンサ１０２が直列に接続された直列回路１０８は、直流電圧を出力する直流電源装置１０５と直流電圧に関わらず一定の電力を消費する定電力負荷装置１０７とが接続された直流給電網に、定電力負荷装置１０７と並列となるように接続され、測定制御部１０４により、交流電圧源１０３から出力電圧周波数を変化させながら交流電圧を出力したときに測定される、直流電源装置１０５に流れる交流電流、及び定電力負荷装置１０７に流れる交流電流に基づいて、直流電源装置１０５と定電力負荷装置１０７とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、取得された周波数特性に基づいて、直流給電網の安定性を判別する。【選択図】図４
2016133490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を出力する交流電圧源、及びコンデンサが直列に接続された直列回路であって、直流電圧を出力する直流電源装置と前記直流電圧に関わらず一定の電力を消費する定電力負荷装置とが接続された直流給電網に、前記定電力負荷装置と並列となるように接続される直列回路と、
前記交流電圧源から出力電圧周波数を変化させながら交流電圧を出力したときに測定される、前記直流電源装置に流れる交流電流、及び前記定電力負荷装置に流れる交流電流に基づいて、前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、前記取得された周波数特性に基づいて、前記直流給電網の安定性を判別する測定制御部と、
を含む、安定性判別装置。
【請求項２】
前記測定制御部は、前記交流電圧源からの出力電圧周波数を変化させるように前記交流電圧源を制御しながら、前記出力電圧周波数毎に前記直流電源装置に流れる交流電流、及び前記定電力負荷装置に流れる交流電流を測定し、前記周波数毎に測定された交流電流から前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、前記取得された周波数特性に基づいて、前記直流給電網の安定性を判別する請求項１記載の安定性判別装置。
【請求項３】
前記測定制御部は、前記直流電源装置に流れる交流電流と、前記定電力負荷装置に流れる交流電流とを測定し、前記測定された直流電源装置に流れる交流電流と、前記定電力負荷装置に流れる交流電流とをベクトル演算することにより前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比を算出し、前記周波数特性を取得する請求項１又は２記載の安定性判別装置。
【請求項４】
前記測定制御部は、前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性として、ナイキスト線図、又はボード線図を取得し、前記ナイキスト線図、又はボード線図に基づいて、前記直流給電網が不安定であるか否かを判別する請求項１〜３の何れか１項記載の安定性判別装置。
【請求項５】
前記測定制御部は、前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性として、ナイキスト線図を取得し、前記ナイキスト線図の実軸との負の切片値が−１以下である場合に、前記直流給電網が不安定であると判別する請求項４記載の安定性判別装置。
【請求項６】
前記測定制御部は、前記交流電圧源を流れる交流電流と、前記直流電源装置に流れる交流電流との差を、前記定電力負荷装置に流れる交流電流として測定する請求項１〜５の何れか１項記載の安定性判別装置。
【請求項７】
前記コンデンサの容量は、（１）式を満たす容量Ｃである請求項１〜６の何れか１項記載の安定性判別装置。
【数１】
2016133490.tif 000011
ここで、ＰＭＡＸは、負荷の最大消費電力を示し、Ｖｍｉｎは、前記直流給電網の最低電圧を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定性判別装置に係り、特に、直流給電網の安定性を判別する安定性判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電力を消費する負荷装置に対して直流給電網から電力を供給する場合、直流給電網と負荷装置との間に電力変換装置が必要となる。電力変換装置は直流給電網の電圧を負荷の要求する電圧に変換して出力する。ここで、一般的な電力変換装置は、交流におけるトランスのように単に一定の変圧比で電圧変換を行うのではなく、給電電圧が変動した場合でも出力電圧を一定に保つようにフィードバック制御を行っている。よって、負荷の消費電流に変化がなければ、電力変換装置の出力電力は、電力変換装置への入力電圧に関わらず一定である。このような電力変換装置を直流給電網側から見ると、入力電圧に関わらず一定の電力を消費する負荷と見えることから、このような電力変換装置と負荷装置をまとめて定電力負荷と呼ぶ。定電力負荷の消費電力が大きくなってきた場合、直流給電網の安定性が低下し、直流給電網の電圧が大きく変動する発振が発生しやすくなる。
【０００３】
また、直流給電網が発振状態に陥ると、負荷に対する電力供給を維持することができなくなり、直流給電網の存在目的が達成できないだけでなく、過電圧による負荷装置の破損といった事態も起こりうる。よって直流給電網の管理者には、負荷装置を増設する際には、直流給電網の安定性に気を配り発振を引き起こさないことが求められる。
【０００４】
直流給電網の安定性を判別する技術として、直流給電網の任意のノードに対して交流電流源を並列に挿入し、この交流電流源から電源側に流れる電流と負荷装置側に流れる電流を測定し、それらの特性から判別する方法がある（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】X．Feng，“On-line Measurement on Stability Margin of DC Distributed Power System，”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の技術においては、ある直流給電網が安定か不安定かを判別する技術であって、あとどれくらい負荷電流が増えたら発振するのかを示すものではない。従って、ある負荷装置を増設した場合に直流給電網が安定か否かを事前に判別するためには、電子負荷等を接続し、安定判別を繰り返しながら徐々に電流値を上げていき、その安定限界を把握する必要がある。しかしながら安定判別に非特許文献１の技術を用いた場合、電流値がわずかでも安定限界を超えてしまうと発振が発生してしまう。そのため、発振による電力供給途絶のリスクが高いという問題がある。また発振を防止するためには電流値の上げ幅を細かくして慎重に試験する必要があり、多大な時間を要するという問題もある。
【０００７】
本発明では、上記問題を解決するために成されたものであり、直流給電網に発振を発生させずに直流給電網の安定性を判別することができる安定性判別装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明に係る安定性判別装置は、交流電圧を出力する交流電圧源、及びコンデンサが直列に接続された直列回路であって、直流電圧を出力する直流電源装置と前記直流電圧に関わらず一定の電力を消費する定電力負荷装置とが接続された直流給電網に、前記定電力負荷装置と並列となるように接続される直列回路と、前記交流電圧源から出力電圧周波数を変化させながら交流電圧を出力したときに測定される、前記直流電源装置に流れる交流電流、及び前記定電力負荷装置に流れる交流電流に基づいて、前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、前記取得された周波数特性に基づいて、前記直流給電網の安定性を判別する測定制御部と、を含んで構成される。
【０００９】
第１の発明によれば、交流電圧を出力する交流電圧源、及びコンデンサが直列に接続された直列回路が、直流電圧を出力する直流電源装置と直流電圧に関わらず一定の電力を消費する定電力負荷装置とが接続された直流給電網に、定電力負荷装置と並列となるように接続され、測定制御部により、交流電圧源から出力電圧周波数を変化させながら交流電圧を出力したときに測定される、直流電源装置に流れる交流電流、及び定電力負荷装置に流れる交流電流に基づいて、直流電源装置と定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、取得された周波数特性に基づいて、直流給電網の安定性を判別する。
【００１０】
このように、交流電圧源、及びコンデンサが直列に接続された直列回路が、直流電源装置と定電力負荷装置とが接続された直流給電網に、定電力負荷装置と並列となるように接続され、交流電圧源から出力電圧周波数を変化させながら交流電圧を出力したときに測定される、直流電源装置に流れる交流電流、及び定電力負荷装置に流れる交流電流に基づいて、直流電源装置と定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、取得された周波数特性に基づいて、直流給電網の安定性を判別することにより、直流給電網に発振を発生させずに直流給電網の安定性を判別することができる。
【００１１】
また、第１の発明において、前記測定制御部は、前記交流電圧源からの出力電圧周波数を変化させるように前記交流電圧源を制御しながら、前記出力電圧周波数毎に前記直流電源装置に流れる交流電流、及び前記定電力負荷装置に流れる交流電流を測定し、前記周波数毎に測定された交流電流から前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、前記取得された周波数特性に基づいて、前記直流給電網の安定性を判別してもよい。
【００１２】
また、第１の発明において、前記測定制御部は、前記直流電源装置に流れる交流電流と、前記定電力負荷装置に流れる交流電流とを測定し、前記測定された直流電源装置に流れる交流電流と、前記定電力負荷装置に流れる交流電流とをベクトル演算することにより前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比を算出し、前記周波数特性を取得してもよい。
【００１３】
また、第１の発明において、前記測定制御部は、前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性として、ナイキスト線図、又はボード線図を取得し、前記ナイキスト線図、又はボード線図に基づいて、前記直流給電網が不安定であると判別してもよい。
【００１４】
また、第１の発明において、前記測定制御部は、前記直流電源装置と前記定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性として、ナイキスト線図を取得し、前記ナイキスト線図の実軸との負の切片値が−１以下である場合に、前記直流給電網が不安定であると判別してもよい。
【００１５】
また、第１の発明において、前記測定制御部は、前記交流電圧源を流れる交流電流と、前記直流電源装置に流れる交流電流との差を、前記定電力負荷装置に流れる交流電流として測定してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の安定性判別装置によれば、交流電圧源、及びコンデンサが直列に接続された直列回路が、直流電源装置と定電力負荷装置とが接続された直流給電網に、定電力負荷装置と並列となるように接続され、交流電圧源から出力電圧周波数を変化させながら交流電圧を出力したときに測定される、直流電源装置に流れる交流電流、及び定電力負荷装置に流れる交流電流に基づいて、直流電源装置と定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、取得された周波数特性に基づいて、直流給電網の安定性を判別することにより、直流給電網に発振を発生させずに直流給電網の安定性を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】直流給電網モデルの例を示す図である。
【図２】等価回路の例を示す図である。
【図３】ナイキスト安定判別法の例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る実験装置の構成を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る安定性判別装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図６】直流給電網に対して安定性判別装置を接続した場合の交流等価回路の例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る安定性判別装置における安定性判処理別ルーチンを示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
＜本発明の実施の形態に係る安定性判別装置の原理＞
まず、本発明の実施の形態に係る安定性判別装置の原理について説明する。
【００２０】
図１に示すように、発振は、給電網の直流電圧ＶＤＣが低いほど、給電線が長いほど（＝配線インダクタンスＬが大きいほど）、入力コンデンサの容量Ｃが小さいほど、負荷の消費電力Ｐが大きいほど発生しやすくなる。
【００２１】
厳密には、給電網内の任意の点から電源側を見たときのインピーダンスＺＳ（ω）と負荷側を見たときのインピーダンスＺＬ（ω）の関係によって決まる。具体的には、両インピーダンスの比ＺＳ（ω）／ＺＬ（ω）のベクトル軌跡（ω＝０→∞のときの複素平面上の軌跡）が点（−１，０）を囲むとき、発振が発生する。
【００２２】
以下、理由について説明する。図１の直流給電網モデルを図２に示す等価回路として表す。ここで、電源の電圧変動Ｖａｃ１とＶａｃ２との間の関係は、分圧の法則より、下記（１）式で表される。
【００２３】
【数１】
2016133490.tif 000003
【００２４】
上記（１）式は、直流給電網を、Ｚｓ（ω）／ＺＬ（ω）を一巡伝達関数とするフィードバック系とみなせるということを示す。従って、直流給電網の安定性解析には、制御理論における安定性解析法をそのまま適用することができる。すなわち、図３に示すように、制御理論におけるナイキスト安定判別法により、Ｚｓ（ω）／ＺＬ（ω）のベクトル軌跡が点（−１，０）を囲むとき、系は不安定（＝発振する）といえる。
【００２５】
しかし、Ｚｓ（ω）／ＺＬ（ω）のベクトル軌跡が点（−１，０）を囲むという発振条件は、数学的に解析するのが困難である。そのため、上記発振条件の必要条件である下記（２）式を考える。
【００２６】
【数２】
2016133490.tif 000004
【００２７】
上記（２）式の条件をいずれかの周波数において満たす場合、発振する可能性があるといえる。上記（１）式より、電源側インピーダンス絶対値が大きくなるほど、また、負荷側インピーダンス絶対値が小さくなるほど、系は、発振に近づく。
【００２８】
次に、インピーダンスと実際の素子定数との関係について説明する。まず、｜Ｚｓ（ω）｜は、図１より、下記（３）式によって表される。ここで、ｊは、虚数単位を表す。
【００２９】
【数３】
2016133490.tif 000005
【００３０】
上記（３）式が大きくなると発振の可能性が出てくるため、Ｌが大きいほど、Ｃが小さいほど発振しやすくなる。一方、ＺＬ（ω）は、下記（４）式で表される。
【００３１】
【数４】
2016133490.tif 000006
【００３２】
ここで、負荷装置は定電力負荷であり、ＶＤＣ＝Ｐ／ＩＤＣであるため、ＺＬ（ω）は、下記（５）式で表される。
【００３３】
【数５】
2016133490.tif 000007
【００３４】
｜ＺＬ（ω）｜が小さいほど発振の可能性があるため、Ｖが小さいほど、Ｐが大きいほど発振しやすくなる。
【００３５】
なお、同じ直流電源装置と負荷装置との組み合わせでも、直流給電網の給電線の長さと負荷装置内の入力コンデンサ容量とによって、発振の有無は異なる。そのため、本実施の形態においては、給電線の長さとして、通信ビルやデータセンタ内での配線を考慮し、例えば、数ｍ〜数百ｍとする。
【００３６】
また、本実施の形態において、直流給電網の最低電圧をＶｍｉｎ、安定限界確認試験で実施する最大負荷消費電力をＰＭＡＸとすると、安定性が保証されるために必要なコンデンサの容量を、下記（６）式を満たす容量とする。
【００３７】
【数６】
2016133490.tif 000008
【００３８】
例えば、Ｖｍｉｎ＝２６０Ｖ、ＰＭＡＸ＝１０ｋＷの場合、Ｃを２．４ｍＦ以上とすれば、発振を発生させることなく、安定限界確認試験を行うことができる。
【００３９】
これは、負荷装置の接続点から電源側を見たときのインピーダンスＺＳ（ω）が、負荷装置の入力インピーダンスＺＬ（ω）よりも小さければ発振は発生しないということによるものである。従って、一般的に発振が発生する１００Ｈｚ以上の周波数帯域において、コンデンサのインピーダンス｜ＺＣ｜が負荷装置の入力インピーダンス｜ＺＬ｜よりも十分に小さく（例えば、およそ１／１０以下）しておけばよい。
【００４０】
負荷装置の入力インピーダンスは負性抵抗特性であり、一般的に１ｋＨｚ付近までは、下記（７）式に示すようになる。
【００４１】
【数７】
2016133490.tif 000009
【００４２】
発振を発生させないためには、コンデンサの１００Ｈｚにおけるインピーダンスが、上記（７）式に示す負荷装置の入力インピーダンス｜ＺＬ｜の１／１０以下であればよいため、下記（８）式が得られる。下記（８）式により、上記（６）式が得られ、本実施の形態において用いるコンデンサは、上記（６）式を満たす、コンデンサ容量とする。ここで、ｆは周波数を表す。
【００４３】
【数８】
2016133490.tif 000010
【００４４】
＜第１の実施の形態に係る実験装置の構成＞
次に、本発明の第１の実施の形態に係る実験装置の構成について説明する。図４に示すように、第１の実施の形態に係る実験装置１００は、安定性判別装置１０１と、直流電源装置１０５と、給電線１０６と、定電力負荷装置１０７と、２本の電流プローブ１０９とを含んで構成されている。
【００４５】
安定性判別装置１０１は、コンデンサ１０２、及び交流電圧源１０３から構成される直列回路１０８と、測定制御部１０４とを含んで構成されている。なお、直列回路１０８は、安定性判別対象である直流給電網を構成する給電線１０６と、定電力負荷装置１０７とが接続される端子に対し、定電力負荷装置１０７と並列になるように接続されている。なお、第１の実施の形態において、直流給電網は、直流電源装置１０５と、給電線１０６と、定電力負荷装置１０７とを含むものとする。
【００４６】
コンデンサ１０２は、上記（６）式の条件を満たすコンデンサ容量とする。容量が十分に大きなコンデンサは、安定性判別対象である直流給電網の安定性を大きく向上させる。
【００４７】
交流電圧源１０３は、測定制御部１０４によって制御された正弦波電圧の振幅及び周波数（以後、出力電圧周波数とする。）に基づいて、交流電圧を直列回路１０８に出力する。交流電圧源１０３が直列回路１０８に交流電圧を出力することにより、給電線１０６、及び安定性判別装置１０１と直流給電網とを接続する配線に、それぞれ交流電流ｉ１、及びｉ２が流れる。
【００４８】
測定制御部１０４は、交流電圧源１０３に対して交流電圧源１０３が出力する出力電圧周波数を指示する。また、測定制御部１０４は、出力電圧周波数毎に、給電線１０６を流れる交流電流ｉ１及び安定性判別装置１０１と直流給電網とを接続する配線を流れる交流電流ｉ２を、２本の電流プローブ１０９の各々により測定する。また、測定制御部１０４は、出力電圧周波数毎に、測定した交流電流ｉ１、及び交流電流ｉ２の測定値（振幅及び位相）からベクトル演算を行い、当該演算結果に基づいて、直流給電網が安定か不安定かを判別し、結果を出力する。
【００４９】
測定制御部１０４は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する安定性判別処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この測定制御部１０４は、図５に示すように、機能的には、第１電流入力部１０４１と、第２電流入力部１０４２と、演算部１０４４と、出力部１０６０とを含んで構成されている。また、例えば、測定制御部１０４は、測定制御部内に取り込んだ交流電流ｉ１、及びｉ２の測定値をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ、プログラムに従って演算や処理を実行するＤＳＰ、ＣＰＵ、及び各種の論理回路によって実現してもよい。なお、交流電流ｉ２は、電流プローブに限らず、シャント抵抗器（抵抗値Ｒ）を安定性判別装置１０１と直流給電網とを接続する配線の任意の位置に直列に挿入し、当該シャント抵抗器の両端電圧Ｖ２を電圧プローブにて測定し、Ｖ２／Ｒから求めてもよい。また、交流電流ｉ１についても同様にシャント抵抗器を用いて測定することは可能ではあるが、シャント抵抗器を給電線１０６のいずれかの位置に直列に挿入する必要があるため、給電線１０６の繋ぎ変えやその作業のための給電断を要することから、運用中の直流給電網においては現実的ではない。
【００５０】
第１電流入力部１０４１は、交流電流ｉ１を逐次受け付ける。
【００５１】
第２電流入力部１０４２は、交流電流ｉ２を逐次受け付ける。
【００５２】
演算部１０４４は、測定部１０４５と、ベクトル演算部１０４６と、周波数記憶部１０４８と、演算結果記憶部１０５０と、終了判定部１０５２と、周波数制御部１０５４と、安定性判別部１０５６と、を含んで構成されている。
【００５３】
測定部１０４５は、出力電圧周波数毎に、第１電流入力部１０４１において受け付けた交流電流ｉ１と、第２電流入力部１０４２において受け付けた交流電流ｉ２とを測定する。
【００５４】
ベクトル演算部１０４６は、出力電圧周波数毎に、測定部１０４５において取得した交流電流ｉ１、及び交流電流ｉ２に基づいて、ベクトル演算し、（ｉ２−ｉ１）／ｉ１を導出する。また、ベクトル演算部１０４６は、導出した（ｉ２−ｉ１）／ｉ１を、周波数記憶部１０４８に記憶されている出力電圧周波数に対応づけて演算結果記憶部１０５０に記憶する。
【００５５】
ここで、（ｉ２−ｉ１）／ｉ１について説明する。給電線１０６と定電力負荷装置１０７との接続点から見た直流電源装置１０５側のインピーダンスをＺＳ、定電力負荷装置１０７の入力インピーダンスをＺＬとすると、当該直流給電網に対して安定性判別装置１０１を接続した場合の交流等価回路は図６のように表される。図６において、交流電圧源１０３が電圧Ｖを出力すると、電源側への電流ｉＳ、並びに定電力負荷装置１０７への電流ｉＬが、コンデンサ１０２を介して流れる。図４と図６を比較すると、ｉ１＝ｉＳ、ｉ２＝ｉＳ＋ｉＬであり、故に（ｉ２−ｉ１）／ｉ１＝ｉＬ／ｉＳであることがわかる。次に、コンデンサ１０２のインピーダンスをＺＣ、交流電圧源１０３の出力インピーダンスをＺＶとすると、ｉＳ、ｉＬはそれぞれｉＳ＝Ｖ／（ＺＳ＋ＺＣ＋ＺＶ）、ｉＬ＝Ｖ／（ＺＬ＋ＺＣ＋ＺＶ）と表される。一般的に、交流電圧源の出力インピーダンスＺＶは非常に小さく、無視できる。また上述のとおり、コンデンサ１０２の容量は十分に大きくそのインピーダンスＺＣが無視できる。故に、（ｉ２−ｉ１）／ｉ１＝ｉＬ／ｉＳ≒ＺＳ／ＺＬとなる。
【００５６】
周波数記憶部１０４８には、周波数制御部１０５４において設定される出力電圧周波数が記憶されている。
【００５７】
演算結果記憶部１０５０には、ベクトル演算部１０４６において演算した結果が、出力電圧周波数と対応づけられて記憶されている。
【００５８】
終了判定部１０５２は、周波数記憶部１０４８に記憶されている出力電圧周波数が、メモリ（図示省略）に記憶されている、予め定められている出力電圧周波数の閾値と一致しているか判定する。閾値と一致している場合には、繰り返し処理を終了と判定し、結果を安定性判別部１０５６に出力する。一方、閾値未満である場合には、繰り返し処理を行うと判定し、結果を周波数制御部１０５４に出力する。
【００５９】
周波数制御部１０５４は、出力電圧周波数の初期値を設定するように、出力部１０６０を介して、交流電圧源１０３を制御する。また、周波数制御部１０５４は、終了判定部１０５２から繰り返し処理を行うという結果を取得した場合、交流電圧源１０３から出力される出力電圧周波数を、予め定められた一定値、変更させるように出力部１０６０を介して、交流電圧源１０３を制御する。
【００６０】
安定性判別部１０５６は、演算結果記憶部１０５０に記憶されている出力電圧周波数と対応付けられて記憶されている演算結果に基づいて、予め定められた出力電圧周波数範囲（例えば、１０Ｈｚから１０ｋＨｚ）における（ｉ２−ｉ１）／ｉ１の周波数特性を表すナイキスト線図を取得する。また、安定性判別部１０５６は、取得したナイキスト線図に基づいて、当該直流給電網が安定か不安定かを判別する。具体的には、取得したナイキスト線図の実軸との負の切片値が−１以下である場合に、直流給電網が不安定と判別する。ナイキスト線図の実軸との負の切片値が−１以下であるかを判定するには、ナイキスト線図における軌跡が、点（−１，０）を囲むか否かにより判定すればよい。当該直流給電網を不安定と判別する。一方、それ以外の場合には、当該直流給電網は安定と判別する。また、安定性判別部１０５６は、取得したナイキスト線図と判別結果とを出力部１０６０を介して、例えば、ディスプレイ装置（図示省略）等に出力する。なお、ディスプレイ装置は、測定制御部１０４に設けてもよいし、別体の装置として構成してもよい。
【００６１】
直流電源装置１０５は、直流給電網を構成し、例えば、３８０Ｖの直流電圧を出力する。
【００６２】
給電線１０６は、例えば、導体断面積１００ｍｍ２の単身ＣＶケーブルとする。
【００６３】
定電力負荷装置１０７は、一定の電力を消費する装置であり、第１の実施の形態においては、消費電力は５ｋＷの装置とする。なお、直流電源装置１０５、給電線１０６、及び定電力負荷装置１０７は、第１の実施の形態の構成に限定されるものではなく。どのような仕様であってもよい。
【００６４】
＜第１の実施の形態に係る測定制御部の作用＞
次に、第１の実施の形態に係る測定制御部１０４の作用について説明する。まず、交流電圧源１０３から初期値の出力電圧周波数に基づいて、交流電圧を直列回路１０８に出力する。そして、交流電流ｉ１、及び交流電流ｉ２を第１電流入力部１０４１、及び第２電流入力部１０４２において逐次受け付けると、測定制御部１０４によって、図７に示す安定性判別処理ルーチンが実行される。
【００６５】
まず、ステップＳ１００では、第１電流入力部１０４１において受け付けた交流電流ｉ１と、第２電流入力部１０４２において受け付けた交流電流ｉ２とを測定する。
【００６６】
次に、ステップＳ１０２では、周波数記憶部１０４８に記憶されている交流電圧源１０３から出力されている出力電圧周波数を読み込む。
【００６７】
次に、ステップＳ１０４では、ステップＳ１００において取得した交流電流ｉ１、及び交流電流ｉ２に基づいて、ベクトル演算により（ｉ２−ｉ１）／ｉ１を導出し、ステップＳ１０２において取得した出力電圧周波数と対応づけて、演算結果記憶部１０５０に記憶する。
【００６８】
次に、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０２において取得した出力電圧周波数が、予め定められた閾値と一致するか否かを判定する。出力電圧周波数が閾値と一致している場合には、ステップＳ１１０へ移行する。一方、出力電圧周波数が閾値と一致していない場合には、ステップＳ１０８へ移行する。
【００６９】
ステップＳ１０８では、交流電圧源１０３から出力する出力電圧周波数を変更するように制御し、ステップＳ１００へ移行し、ステップＳ１００〜ステップＳ１０６までの処理を繰り返す。
【００７０】
ステップＳ１１０では、演算結果記憶部１０５０に記憶されている、ステップＳ１０４において取得した出力電圧周波数毎の演算結果を読み込む。
【００７１】
次に、ステップＳ１１２では、ステップＳ１１０において取得した出力電圧周波数毎の演算結果から取得されるナイキスト線図に基づいて、直流給電網が安定か不安定かを判別する。少なくとも１つの出力電圧周波数に対応するナイキスト線図の実軸との負の切片値が−１以下である場合に、直流給電網が不安定と判別する。一方、出力電圧周波数毎に対応する全てのナイキスト線図の実軸との負の切片値が−１より大きい場合に、直流給電網が不安定と判別する。
【００７２】
次に、ステップＳ１１４では、ステップＳ１１２において取得したナイキスト線図と、結果とを併せて、出力部１０６０を介して、ディスプレイ装置に出力する。
【００７３】
次に、ステップＳ１１６では、ステップＳ１１２において取得した判別結果が安定か否かを判定する。ステップＳ１１２において取得した判別結果が安定である場合には、ステップＳ１１８へ移行する。一方、ステップＳ１１２において取得した判別結果が不安定である場合には、安定性判別処理ルーチンの処理を終了する。
【００７４】
次に、ステップＳ１１８では、人手により定電力負荷装置１０７に負荷を追加する。
【００７５】
次に、ステップＳ１２０では、交流電圧源１０３から出力する出力電圧周波数を初期値の出力電圧周波数に変更して、ステップＳ１００へ移行し、ステップＳ１００〜ステップＳ１１６までの処理を繰り返す。
【００７６】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る安定性判別装置によれば、交流電圧源、及びコンデンサが直列に接続された直列回路が、直流電源装置と定電力負荷装置とが接続された直流給電網に、定電力負荷装置と並列となるように接続され、交流電圧源から出力電圧周波数を変化させながら交流電圧を出力したときに測定される、直流電源装置に流れる交流電流、及び定電力負荷装置に流れる交流電流に基づいて、直流電源装置と定電力負荷装置とのインピーダンス比の周波数特性を取得し、取得された周波数特性に基づいて、直流給電網の安定性を判別することにより、直流給電網に発振を発生させずに直流給電網の安定性を判別することができる。
【００７７】
また、直流給電網の安定限界確認試験において、負荷条件の変化によって万一、安定限界を超えて不安定条件に入っても発振を発生させることなく、直流給電網が安定か不安定かを判別することができる。
【００７８】
また、容量が十分に大きなコンデンサは、安定性判別対象である直流給電網の安定性を大きく向上させることができる。従って、直流給電網の安定限界確認試験を実施する際、直流給電網が安定限界を超えて不安定領域に入ってしまっても、容量が十分に大きなコンデンサを含む、安定性判別装置を接続しておけば、実際には発振は発生しない。さらに、安定性判別装置が除外された場合には発振が発生するということを予見することができる。
【００７９】
また、発振による電力供給の途絶リスクをなくすことができる。
【００８０】
また、発振の発生を防ぐことから、試験条件を一度に大きく変化させることができるため、試験時間の短縮ができる。
【００８１】
また、負荷を追加しながら直流給電網が安定か不安定かを判別するため、不安定と判別される前に追加された負荷までは、直流給電網が安定と判別することができる。
【００８２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００８３】
例えば、第１の実施の形態においては、ナイキスト線図を用いて、直流給電網が安定か不安定かを判別する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ボード線図を用いて直流給電網が安定か不安定かを判別してもよい。この場合、位相が１８０度になる周波数において、ゲインが１を切っていれば（ゲイン余裕があれば）直流給電網が安定と判定し、１を超えていれば直流給電網が不安定と判別する。
【００８４】
また、本願明細書中において、プログラムが予めインストールされている実施形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能であるし、ネットワークを介して提供することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１００ 実験装置
１０１ 安定性判別装置
１０２ コンデンサ
１０３ 交流電圧源
１０４ 測定制御部
１０５ 直流電源装置
１０６ 給電線
１０７ 定電力負荷装置
１０８ 直列回路
１０９ 電流プローブ
１０４１      第１電流入力部
１０４２      第２電流入力部
１０４４      演算部
１０４５      測定部
１０４６      ベクトル演算部
１０４８      周波数記憶部
１０５０      演算結果記憶部
１０５２      終了判定部
１０５４      周波数制御部
１０５６      安定性判別部
１０６０      出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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