(57)【要約】      （修正有）【課題】発電装置からの電力を効率的に制御することができる電力変換装置、発電システム、制御装置および電力変換方法を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１と、判定部２１と、駆動制御部２２とを備える。電力変換部は、発電装置２から入力される直流電力を交流電力へ変換する。電圧検出部は、電力変換部へ入力される直流電圧を検出する。判定部は、電圧検出部によって検出される直流電圧に基づき、この直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令または出力電流指令を判定する。駆動制御部は、判定部によって判定された出力電力指令または出力電流指令に基づいて、電力変換部を制御する。【選択図】図１
2017093028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置から入力される直流電力を交流電力へ変換する電力変換部と、
前記電力変換部へ入力される直流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る前記直流電圧に基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令または出力電流指令を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記出力電力指令または前記出力電流指令に基づいて、前記電力変換部を制御する駆動制御部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記判定部は、
前記発電装置の出力特性に基づいて予め設定された前記直流電圧の大きさと前記出力電力指令の大きさとの対応関係に基づき、前記電圧検出部によって検出される前記直流電圧の大きさに対応する大きさの前記出力電力指令または前記出力電流指令を判定する
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】
前記駆動制御部は、
前記判定部によって判定された前記出力電力指令に基づいて、出力電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電力変換部へ入力される前記直流電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように前記電流指令生成部によって生成された前記出力電流指令を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように制御する電流制御部と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、
前記電力変換部へ入力される前記直流電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように前記出力電流指令を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように制御する電流制御部と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記補正部は、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように調整量を決定する調整量決定部と、
前記調整量決定部によって決定された前記調整量に基づいて、前記出力電流指令を補正する指令補正部と、を備える
ことを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記調整量決定部は、
前記調整量として、前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように補正ゲインを決定し、
前記指令補正部は、
前記出力電流指令に前記補正ゲインを乗算して前記出力電流指令を補正する
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記調整量決定部は、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力の増減状態を判定する電力増減判定部と、
前記補正ゲインの増減状態を判定するゲイン増減判定部と、
前記電力増減判定部によって判定された前記直流電力の増減状態と前記ゲイン増減判定部によって判定された前記補正ゲインの増減状態とに基づいて、前記補正ゲインを決定する決定部と、を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記調整量決定部は、
前記補正ゲインが予め設定された制限値内になるように前記補正ゲインを制限するリミッタを備える
ことを特徴とする請求項６または７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記調整量決定部は、
前記調整量として、前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように補正値を決定し、
前記指令補正部は、
前記出力電流指令に前記補正値を加算して前記出力電流指令を補正する
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記判定部は、
予め設定された変換テーブルまたは変換式に基づき、前記電圧検出部によって検出される前記直流電圧の大きさに対応する大きさの前記出力電力指令または前記出力電流指令を判定する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記電力変換部は、
交流発電機によって発電された交流電力を整流する整流器から直流電力を出力する前記発電装置から出力される前記直流電力を前記交流電力へ変換する
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の電力変換装置と、
前記発電装置と、を備える
ことを特徴とする発電システム。
【請求項１３】
発電装置から電力変換部へ入力される直流電圧の大きさに基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令または出力電流指令を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記出力電力指令または前記出力電流指令に基づいて、前記電力変換部を制御する駆動制御部と、を備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
発電装置から電力変換部へ入力される直流電圧を検出することと、
前記検出される前記直流電圧に基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令または出力電流指令を判定することと、
前記判定された前記出力電力指令または前記出力電流指令に基づいて、前記電力変換部を制御することと、を含む
ことを特徴とする電力変換方法。
【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、制御装置および電力変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電システムにおいて、太陽電池などを有する発電装置から供給される電力を所定の電力へ変換する電力変換装置が知られており、かかる電力変換装置には、ＭＰＰＴ（Maximum  Power  Point  Tracking）制御と呼ばれる機能を有するものがある。この種の電力変換装置は、発電装置から電力変換部へ供給される電流および電圧に基づき、発電源の出力電力が最大になるように電力変換部を制御する（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２０１４−１６６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置では、例えば、入力電圧指令の大きさを変更し、これに応じて太陽電池の発電電力が増加するか減少するかを判定し、かかる判定結果に基づいて次の入力電圧指令の変更方向を決定して入力電圧指令の変更を繰返す山登り法と呼ばれる処理を行う。かかる山登り法は、応答性の観点で課題があり、例えば日射量のように発電量に影響を与える外的な要因等が大きく変化した場合などにおいて効率的にＭＰＰＴ制御を行うことができない。このことは、例えば、風力によって発電を行う発電装置からの電力に対する制御についても同様である。
【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、発電装置からの電力を効率的に制御することができる電力変換装置、発電システム、制御装置および電力変換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、電圧検出部と、判定部と、駆動制御部とを備える。前記電力変換部は、発電装置から入力される直流電力を交流電力へ変換する。前記電圧検出部は、電力変換部へ入力される直流電圧を検出する。前記判定部は、前記電圧検出部によって検出される前記直流電圧に基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令または出力電流指令を判定する。前記駆動制御部は、前記判定部によって判定された前記出力電力指令または出力電流指令に基づいて、前記電力変換部を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、発電装置からの電力を効率的に制御することができる電力変換装置、発電システム、制御装置および電力変換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、実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図３】図３は、予め対応付けられた直流電圧の大きさと有効電力指令の大きさとの関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、入力量毎の発電装置の出力特性を示す図である。
【図５】図５は、発電機の出力トルク、発電機の出力電力、および、発電機の回転速度との関係を示す図である。
【図６】図６は、補正部の構成例を示す図である。
【図７】図７は、安定的に運転している状態における入力電力の変化量、補正ゲインの変化量および補正ゲインの状態変移を示す図である。
【図８】図８は、安定的に運転している状態から入力量が急に低下した場合における入力電力の変化量、補正ゲインの変化量および補正ゲインの状態変移を示す図である。
【図９】図９は、補正部の他の構成例を示す図である。
【図１０】図１０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。
【図１１】図１１は、図１０のステップＳ１２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、電力変換装置１は、発電装置２と電力系統３の間に配置される。
【００１１】
発電装置２は、直流電力を出力する発電装置であり、風車４と、発電機５（交流発電機の一例）と、整流器６と、コンデンサ７とを備える。風車４は、ブレードとブレードシャフトを備える。発電機５の入力軸は、風車４のブレードシャフトに連結される。発電機５は、例えば、同期発電機であり、ブレードシャフトの回転に伴って入力軸が回転して発電を行う。
【００１２】
整流器６は、発電機５から出力される交流電力を整流し、コンデンサ７は、整流器６の整流出力を平滑する。これにより、発電機５によって発電された交流電力が直流電力へ変換される。
【００１３】
電力変換装置１は、入力される直流電力（以下、入力電力Ｐｉｎと記載する場合がある）を電力系統３に応じた電圧の交流電力に変換して電力系統３へ出力する。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、制御部２０とを備える。
【００１４】
電力変換部１０は、例えば、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。電圧検出部１１は、発電装置２から電力変換部１０へ入力される直流電圧Ｖｄｃｉｎの瞬時値（以下、直流電圧Ｖｄｃｉｎと記載する）を検出する。
【００１５】
制御部２０は、直流電圧Ｖｄｃｉｎに基づいて電力変換部１０を制御する。これにより、電力変換部１０は、発電装置２から入力される直流電力が交流電力へ変換され、電力系統３へ出力される。
【００１６】
かかる制御部２０は、判定部２１と、駆動制御部２２とを備える。判定部２１は、予め設定された直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*（出力電力指令の一例）の大きさとの対応関係に基づき、電圧検出部１１によって検出される直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさ対応する大きさの有効電力指令Ｐｏ*を判定する。
【００１７】
判定部２１は、例えば、発電装置２の出力特性に基づいて予め設定された変換テーブルまたは変換式に基づいて、直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに応じた大きさの有効電力指令Ｐｏ*を判定する。駆動制御部２２は、判定部２１によって判定された有効電力指令Ｐｏ*に基づいて電力変換部１０を制御し、有効電力指令Ｐｏ*に応じた交流電力を電力変換部１０から電力系統３へ出力させる。
【００１８】
なお、電力系統３の電圧振幅が一定である場合、有効電力指令Ｐｏ*は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*（出力電流指令の一例）に比例する値になり、有効電流指令Ｉｏｕｔ*に対応する有効電力が電力変換部１０から電力系統３へ出力される。したがって、電力系統３の電圧振幅が一定である場合、発電装置２の出力特性に基づいて直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさとの対応関係（以下、電圧電流対応関係と記載する場合がある）を予め設定することができる。この場合、判定部２１は、発電装置２の出力特性に基づいて予め設定された電圧電流対応関係に基づき、電圧検出部１１によって検出さる直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさ対応する大きさの有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定することができる。
【００１９】
このように、電力変換装置１は、直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに対して有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさが予め対応付けられているため、入力電力Ｐｉｎを効率的に制御することができる。直流電圧Ｖｄｃｉｎは、発電機５の回転速度に応じて変化し、発電機５の回転速度に応じて発電装置２から出力可能な最大電力が変化する。そこで、例えば、発電装置の出力特性に基づいて直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさとの対応付けを入力電力Ｐｉｎが最大化するように予め設定する。これにより、最大効率化制御を行うことができる有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*を直流電圧Ｖｄｃｉｎから効率的に求めることができる。また、風車４へ入力される風量のように発電量に影響を与える外的な要因等が大きく変化した場合などであっても、効率的にＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【００２０】
なお、発電装置２から電力変換部１０へ入力される直流電流Ｉｄｃｉｎは、発電装置２の状態に応じて能動的に変化しないことから、例えば、入力電力Ｐｉｎを最大化するように制御することは容易ではない。一方、直流電圧Ｖｄｃｉｎは、発電機５の回転速度に応じて変化することから、直流電流Ｉｄｃｉｎに比べ、例えば、入力電力Ｐｉｎを最大化するように制御することを容易かつ効率的に行うことができる。
【００２１】
また、上述した発電装置２は、風力発電によって発電機５から出力される交流電力を直流電力へ変換して出力する例であるが、発電装置２は、かかる例に限定されない。例えば、発電装置２は、太陽電池や直流発電機などのように直流電力を直接発電する直流発電装置であってもよい。この場合も風力発電の場合と同様に、太陽電池への照射量等のような発電量に影響を与える外的な要因等が大きく変化した場合において、発電装置２から入力される電力を効率的に制御（例えば、ＭＰＰＴ制御）することができる。
【００２２】
［２．電力変換装置１の構成例］
図２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２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、コンデンサ１５と、制御部２０とを備える。
【００２３】
電力変換部１０は、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。なお、電力変換部１０は、図２に示す構成に限定されず、直流電力を交流電力へ変換することができる構成であればよい。
【００２４】
電圧検出部１１は、上述したように直流電圧Ｖｄｃｉｎを検出する。なお、電圧検出部１１は発電装置２から電力変換部１０へ入力される電圧に交流成分が含まれる場合、例えば、ローパスフィルタなどによって交流成分を除去して直流電圧Ｖｄｃｉｎを検出する構成であってもよい。
【００２５】
電流検出部１２は、発電装置２から電力変換部１０へ入力される直流電流Ｉｄｃｉｎの瞬時値（以下、直流電流Ｉｄｃｉｎと記載する）を検出する。なお、電流検出部１２は発電装置２から電力変換部１０へ入力される電流に交流成分が含まれる場合、例えば、ローパスフィルタなどによって交流成分を除去して直流電流Ｉｄｃｉｎを検出する構成であってもよい。
【００２６】
電圧検出部１３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１３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。
【００２７】
電流検出部１４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１４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。
【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、判定部２１と、駆動制御部２２とを備える。判定部２１および駆動制御部２２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。また、判定部２１および駆動制御部２２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、制御部２０の構成についてさらに詳細に説明する。
【００３０】
［２．１．判定部２１］
判定部２１は、発電装置２の出力特性に基づいて直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*の大きさとの対応関係（以下、電圧電力対応関係と記載する場合がある）が予め設定されている。かかる電圧電力対応関係は、例えば、変換テーブルまたは変換式として判定部２１内の記憶部に設定される。判定部２１は、かかる変換テーブルまたは変換式に基づいて、電圧検出部１１によって検出される直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに対応する大きさの有効電力指令Ｐｏ*を判定する。
【００３１】
図３は、電圧電力対応関係の一例を示す図である。図３の横軸は、直流電圧Ｖｄｃｉｎを示し、図３の縦軸は、有効電力指令Ｐｏ*を示す。判定部２１は、例えば、図３に示すような電圧電力対応関係を予め規定する変換テーブルまたは変換式に基づいて、直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに応じた大きさの有効電力指令Ｐｏ*を判定することができる。
【００３２】
図３に示す例において、判定部２１は、例えば、Ｖｄｃｉｎ＝Ｖ１０の場合、Ｐｏ*＝Ｐ１０と判定する。これにより、例えば、発電機５が出力する交流電圧や交流電流や発電機５の回転速度を直接監視することができない場合であっても、発電機５を効率的に制御することができる。なお、図３に示す例では、直流電圧Ｖｄｃｉｎが最大電圧Ｖｍａｘ以上になった場合、有効電力指令Ｐｏ*の大きさは最大電力Ｐｍａｘになる。これにより、例えば、電力変換部１０から定格を超えて電力が出力されることを抑制することができる。
【００３３】
また、例えば、発電装置２の出力特性に基づいて直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*の大きさとの対応付けを入力電力Ｐｉｎが最大化するように予め設定することができる。これにより、判定部２１は、入力電力Ｐｉｎが最大化するような大きさの有効電力指令Ｐｏ*を判定することができる。
【００３４】
また、判定部２１の変換テーブルまたは変換式は、電力変換装置１の入力部（図示せず）から入力することによって設定することができる。これにより、電力変換装置１に接続する発電装置２の出力特性に応じた変換テーブルまたは変換式を設定でき、出力特性が異なる発電装置２を接続する場合であっても、発電装置２を精度よく制御することができる。
【００３５】
なお、変換テーブルは、直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさ毎に有効電力指令Ｐｏ*の大きさが対応付けられたテーブルである。また、変換式は、例えば、直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*との対応関係を演算式にしたものである。かかる変換式は、直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*との対応関係を近似した近似式であってもよい。
【００３６】
また、判定部２１に変換テーブルまたは変換式を予め複数種類用意しておき、電力変換装置１の入力部（図示せず）から複数種類のうち一種類を選択するようにしてもよい。このようにすることで、発電装置２の出力特性に応じた変換テーブルまたは変換式を容易に設定することができる。なお、電圧検出部１１の検出結果に交流成分が含まれる場合に、判定部２１は、ローパスフィルタによって交流成分を除去した直流電圧Ｖｄｃｉｎに基づき、有効電力指令Ｐｏ*を判定する構成であってもよい。
【００３７】
また、電力系統３の電圧振幅が一定である場合、制御部２０において、電流指令生成部３１を設けずに、判定部２１によって有効電流指令Ｉｏｕｔ*（＝Ｐｏ*／Ｖａｃ）を出力することもできる。この場合、判定部２１には、発電装置２の出力特性に基づいて直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさとの対応関係（以下、電圧電流対応関係と記載する場合がある）が変換テーブルまたは変換式として内部の記憶部に予め設定される。判定部２１は、かかる変換テーブルまたは変換式に基づいて、電圧検出部１１によって検出される直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに対応する大きさの有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定する。
【００３８】
［２．２．駆動制御部２２］
駆動制御部２２は、判定部２１によって判定された有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*に基づいて電力変換部１０を制御し、有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*に応じた交流電力を電力変換部１０から電力系統３へ出力させる。
【００３９】
駆動制御部２２は、電力検出部３０と、電流指令生成部３１と、補正部３２と、位相・振幅検出部３３と、座標変換部３４と、電流制御部３５と、電圧指令生成部３６と、ＰＷＭ制御部３７とを備える。
【００４０】
電力検出部３０は、電圧検出部１１によって検出された直流電圧Ｖｄｃｉｎと電流検出部１２によって検出された直流電流Ｉｄｃｉｎとに基づいて、発電装置２から電力変換装置１へ入力される直流電力である入力電力Ｐｉｎを検出する。
【００４１】
電力検出部３０は、例えば、下記式（１）の演算によって、入力電力Ｐｉｎを検出することができる。なお、電圧検出部１１や電流検出部１２の検出結果に交流成分が含まれる場合に、ローパスフィルタによって交流成分を除去した後に、下記式（１）の演算によって、入力電力Ｐｉｎを検出する構成であってもよい。
Ｐｉｎ＝Ｖｄｃｉｎ×Ｉｄｃｉｎ      ・・・（１）
【００４２】
電流指令生成部３１は、判定部２１によって判定された有効電力指令Ｐｏ*と、位相・振幅検出部３３によって検出された電力系統３の電圧振幅Ｖａｃ（以下、系統電圧Ｖａｃと記載する）とに基づいて、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する。かかる有効電流指令Ｉｏｕｔ*によって電力変換装置１の出力が制御される。
【００４３】
電流指令生成部３１は、例えば、下記式（２）の演算によって、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を生成することができる。なお、位相・振幅検出部３３によって検出される系統電圧Ｖａｃに交流成分が含まれる場合に、ローパスフィルタによって交流成分を除去した後に、下記式（２）の演算によって、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する構成であってもよい。
Ｉｏｕｔ*＝Ｐｏ*／Ｖａｃ      ・・・（２）
【００４４】
また、電流指令生成部３１は、入力電圧Ｖｄｃｉｎが所定電圧Ｖａ以上になるまで有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさをゼロに設定することができる。電流指令生成部３１は、入力電圧Ｖｄｃｉｎが所定電圧Ｖａ以上になった場合に、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を徐々に大きくしていき最終的に上記式（２）の演算で求められる値にすることによって、電力変換を開始することができる。また、電流指令生成部３１は、入力電圧Ｖｄｃｉｎが所定電圧Ｖｂ（＜Ｖａ）以下になった場合に、有効電流指令Ｉｏｕｔ*をゼロに設定し、電力変換を停止することができる。
【００４５】
これにより、入力電圧Ｖｄｃｉｎが低い場合の電力変換動作を安定させることができる。なお、所定電圧Ｖａは、例えば、入力電力Ｐｉｎが電力変換部１０内での消費電力を上回る電圧に設定され、所定電圧Ｖｂは、電力変換状態を維持できなくなる電圧に設定される。所定電圧Ｖｂは、所定電圧Ｖａと同じ値でもよいが、所定電圧Ｖａと異なる値にすることで、入力電圧Ｖｄｃｉｎが低い場合の電力変換動作をより安定させることができる。
【００４６】
補正部３２は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正して、ＭＰＰＴ（Maximum  Power  Point  Tracking）制御を行う。なお、上述したように判定部２１が有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定する場合、補正部３２は、判定部２１が判定した有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。この場合、電流指令生成部３１を設けなくてもよい。
【００４７】
これにより、例えば、発電装置２の出力特性が変化した場合や外部環境の変化などによって予め設定された電圧電力対応関係や電圧電力対応関係と実際の対応関係とにずれが生じる場合であっても、入力電力Ｐｉｎが最大化するように有効電流指令Ｉｏｕｔ*を調整できる。すなわち、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができる。なお、以下においては、補正部３２による補正後の有効電流指令Ｉｏｕｔ*を有効電流指令Ｉｏ*と記載する場合がある。
【００４８】
かかる補正部３２は、例えば、調整量決定部４１と、指令補正部４２とを備える。調整量決定部４１は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように調整量を決定する。指令補正部４２は、調整量決定部４１によって決定された調整量に基づいて、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。これにより、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができる。
【００４９】
位相・振幅検出部３３は、線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔから、電力系統３の電圧位相θ（以下、系統位相θと記載する）と系統電圧Ｖａｃとを検出する。例えば、位相・振幅検出部３３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。
【００５０】
位相・振幅検出部３３は、例えば、α軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβとの二乗和平均を演算することで、系統電圧Ｖａｃを求める。また、位相・振幅検出部３３は、例えば、α軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβをｄｑ軸座標系のｄ軸成分Ｖｄとｑ軸成分Ｖｑへ変換し、ｄ軸成分Ｖｄがゼロになるように、系統位相θを求める。なお、位相・振幅検出部３３は、系統位相θや系統電圧Ｖａｃを検出できる構成であればよく、かかる構成に限定されない。
【００５１】
座標変換部３４は、位相・振幅検出部３３によって検出された系統位相θに基づき、電流検出部１４によって検出された系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔをｄｑ軸座標系へ変換して、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを求める。ｄ軸電流Ｉｄは、無効電流成分であり、ｑ軸電流Ｉｑは、有効電流成分である。
【００５２】
電流制御部３５は、有効電流指令Ｉｏ*とｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとに基づき、電圧指令Ｖｏ*を生成する。電流制御部３５は、例えば、有効電流指令Ｉｏ*とｑ軸電流Ｉｑとの差がゼロになるように、ＰＩ（比例積分）制御を行い、電圧指令Ｖｏ*のｑ軸成分であるｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。また、電流制御部３５は、ｄ軸電流Ｉｄがゼロになるように、ＰＩ制御を行い、電圧指令Ｖｏ*のｄ軸成分であるｄ軸電圧指令Ｖｄ*を生成する。
【００５３】
電圧指令生成部３６は、ｄｑ軸系座標系の電圧指令であるｑ軸電圧指令Ｖｑ*およびｄ軸電圧指令Ｖｄ*から３相交流電圧指令Ｖｒｓｔ*を生成する。かかる３相交流電圧指令Ｖｒｓｔ*は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*、Ｓ相電圧指令Ｖｓ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を含む。
【００５４】
ＰＷＭ制御部３７は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*、Ｓ相電圧指令Ｖｓ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*に応じたＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ６を生成し、電力変換部１０へ出力する。これにより、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*、Ｓ相電圧指令Ｖｓ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*に応じたＲ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧ＶｓおよびＴ相電圧Ｖｔが電力変換部１０から出力され、有効電流指令Ｉｏ*に応じた有効電流が電力系統３へ出力される。
【００５５】
［２．３．補正部３２］
補正部３２は、上述したように、調整量決定部４１と、指令補正部４２とを備え、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように有効電流指令Ｉｏ*を補正する。
【００５６】
ここで、発電機５の出力電力ＰＧ（以下、発電機出力電力ＰＧと記載する場合がある）と発電機５の回転速度ωｉ（以下、発電機回転速度ωｉと記載する場合がある）との関係（以下、発電装置２の出力特性と記載する）を説明する。図４は、入力量Ｗ１〜Ｗ４毎の発電装置２の出力特性を示す図である。図４の横軸は、電機回転速度ωｉを示し、図４の縦軸は、発電機出力電力ＰＧを示す。入力量Ｗ１〜Ｗ４は、風車４へ入力される風量であり、図４に示す例では、Ｗ４＞Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１の関係である。なお、風車４へ入力される風量は、風車４へ入力される風力エネルギーの大きさに対応するものであり、例えば、風速や風向などによって変動する。
【００５７】
図４に示すように、同一の入力量Ｗであっても、発電機回転速度ωｉによって出力電力ＰＧが異なる。そして、発電機出力電力ＰＧが最大になるように発電機回転速度ωｉを制御することによって、発電装置２から入力量Ｗに対応する最大電力を引き出すことができる。
【００５８】
例えば、発電装置２への入力量Ｗが入力量Ｗ４である場合、発電機回転速度ωｉが速度ω２になるように発電機５を制御することができれば、発電装置２から入力量Ｗ４に対応する最大電力Ｐ２を引き出すことができる。なお、図４には、入力量Ｗ毎の最大電力点を結ぶ最大効率運転曲線を線Ｌｂとして示している。
【００５９】
入力電力Ｐｉｎは整流器６を介して電力変換装置１へ入力される。そのため、発電機５が出力する交流電圧や交流電流や発電機５の回転数を直接検出する検出部を電力変換装置１に設けない場合、発電機５が出力する交流電圧や交流電流や発電機５の回転数に対して直接フィードバック制御をすることが難しい。
【００６０】
そこで、制御部２０は、入力される直流電圧Ｖｄｃｉｎおよび直流電流Ｉｄｃｉｎに基づいて発電装置２を制御するようにしている。図５は、発電機５の出力トルクＴｒｑ（以下、発電機トルクＴｒｑと記載する場合がある）、発電機出力電力ＰＧ、および、発電機回転速度ωｉとの関係を示す図である。図５の横軸は、発電機回転速度ωｉを示し、図５の上図の縦軸は、発電機トルクＴｒｑを示し、図５の下図の縦軸は、発電機出力電力ＰＧを示す。
【００６１】
発電機回転速度ωｉは、直流電圧Ｖｄｃｉｎと対応関係にあることから、図５に示す最適曲線Ｌ２から、ＭＰＰＴ制御を行うための電圧電力対応関係を導くことができる。そこで、制御部２０の判定部２１には、ＭＰＰＴ制御を行うための電圧電力対応関係または電圧電流対応関係が発電装置２の出力特性に基づいて予め設定されている。
【００６２】
ところで、判定部２１において予め設定された電圧電力対応関係または電圧電流対応関係と実際の対応関係とにずれが生じる場合がある。このような場合、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができないおそれがある。
【００６３】
例えば、発電装置２への入力量Ｗが入力量Ｗ４である場合、ωｉ＝ω２であれば、ＰＧ＝Ｐ２になり、最大電力を発電装置２から取得することができる。一方、予め設定された電圧電力対応関係または電圧電流対応関係と実際の対応関係とのずれにより、例えば、ωｉ＝ω１やωｉ＝ω３になるような場合、最大電力を発電装置２から精度よく取得することが難しい。
【００６４】
そこで、補正部３２は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように、電流指令生成部３１によって生成された有効電流指令Ｉｏｕｔ*または判定部２１が判定した有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。
【００６５】
例えば、有効電流指令Ｉｏｕｔ*が最適値よりも小さくて図５に示す動作曲線Ｌ３で運転している状態で有効電流指令Ｉｏｕｔ*を増加する場合、最適曲線である動作曲線Ｌ２に達するまでは、入力電力Ｐｉｎが増加する。そこで、この場合、指令補正部４２は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を増加させる（後述するパターンＡ）。一方、動作曲線Ｌ３で運転している状態で有効電流指令Ｉｏｕｔ*を減少させた場合、動作曲線が動作曲線Ｌ３よりも低くなる。そこで、この場合、指令補正部４２は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を増加させる（後述するパターンＢ）。
【００６６】
また、有効電流指令Ｉｏｕｔ*が最適値よりも大きくて図５に示す動作曲線Ｌ１で運転している状態で有効電流指令Ｉｏｕｔ*を減少させる場合、動作曲線Ｌ２に達するまでは、入力電力Ｐｉｎが増加する。そこで、この場合、指令補正部４２は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を減少させる（後述するパターンＣ）。一方、動作曲線Ｌ１で運転している状態で有効電流指令Ｉｏｕｔ*を増加させる場合、動作曲線が動作曲線Ｌ１よりも高くなる。そこで、この場合、指令補正部４２は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を減少させる（後述するパターンＤ）。
【００６７】
図６は、補正部３２の構成例を示す図である。図６に示すように、調整量決定部４１は、電力増減判定部５１と、ゲイン増減判定部５２と、決定部５３とを備え、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように、補正ゲインｇｔ（調整量の一例）を決定する。
【００６８】
電力増減判定部５１は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎの増減状態を判定する。例えば、電力検出部３０によって今回検出された入力電力ＰｉｎをＰｉｎ（ｎ）とし、電力検出部３０によって前回検出された入力電力ＰｉｎをＰｉｎ（ｎ−１）とする。
【００６９】
この場合、電力増減判定部５１は、例えば、下記式（３）の演算によって、入力電力Ｐｉｎの変化量ΔＰｉｎ（ｎ）を求める。以下、入力電力Ｐｉｎの変化量ΔＰｉｎ（ｎ）を入力変化量ΔＰｉｎ（ｎ）または入力変化量ΔＰｉｎと記載する場合がある。
ΔＰｉｎ（ｎ）＝Ｐｉｎ（ｎ）−Ｐｉｎ（ｎ−１）      ・・・（３）
【００７０】
なお、電力増減判定部５１は、例えば、遅延部と減算部とを備える構成であってもよい。この場合、遅延部は、Ｐｉｎ（ｎ−１）を遅延させて出力し、減算部はＰｉｎ（ｎ）からＰｉｎ（ｎ−１）を減算して入力変化量ΔＰｉｎ（ｎ）を求めることができる。
【００７１】
ゲイン増減判定部５２は、補正ゲインｇｔの増減状態を判定する。例えば、決定部５３によって前回検出された補正ゲインｇｔをｇｔ（ｎ−１）とし、決定部５３によって前々回検出された補正ゲインｇｔをｇｔ（ｎ−２）とする。
【００７２】
この場合、ゲイン増減判定部５２は、例えば、下記式（４）の演算によって、補正ゲインｇｔの変化量Δｇｔ（ｎ−１）求める。以下、補正ゲインｇｔの変化量Δｇｔ（ｎ−１）をゲイン変化量Δｇｔ（ｎ−１）またはゲイン変化量Δｇｔと記載する場合がある。
Δｇｔ（ｎ−１）＝ｇｔ（ｎ−１）−ｇｔ（ｎ−２）      ・・・（４）
【００７３】
なお、ゲイン増減判定部５２は、例えば、遅延部と減算部とを備える構成であってもよい。この場合、遅延部は、ｇｔ（ｎ−２）を遅延させて出力し、減算部はｇｔ（ｎ−１）からｇｔ（ｎ−２）を減算してゲイン変化量Δｇｔ（ｎ−１）を求めることができる。
【００７４】
決定部５３は、入力変化量ΔＰｉｎとゲイン変化量Δｇｔとに基づいて、補正ゲインｇｔを決定する。かかる決定部５３は、例えば、図６に示すように、調整パターン判定部５４と、ゲイン調整部５５と、リミッタ５６とを備える。
【００７５】
調整パターン判定部５４は、入力変化量ΔＰｉｎ（ｎ）とゲイン変化量Δｇｔ（ｎ−１）とに基づいて、調整パターンを判定する。例えば、調整パターン判定部５４は、下記表１に示すパターンＡ〜Ｄの中から調整パターンを判定する。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
例えば、調整パターン判定部５４は、ΔＰｉｎ（ｎ）≧０、かつ、Δｇｔ（ｎ−１）≧０である場合、パターンＡを調整パターンとして判定し、ΔＰｉｎ（ｎ）＜０、かつ、Δｇｔ（ｎ−１）＜０である場合、パターンＢを調整パターンとして判定する。
【００７８】
また、調整パターン判定部５４は、ΔＰｉｎ（ｎ）≧０、かつ、Δｇｔ（ｎ−１）＜０である場合、パターンＣを調整パターンとして判定し、ΔＰｉｎ（ｎ）＜０、かつ、Δｇｔ（ｎ−１）≧０である場合、パターンＤを調整パターンとして判定する。
【００７９】
ゲイン調整部５５は、調整パターン判定部５４によって判定された調整パターンに基づいて、補正ゲインｇｔ（ｎ）を調整する。例えば、ゲイン調整部５５は、調整パターン判定部５４によって判定された調整パターンがパターンＡ、Ｂである場合、今回の補正ゲインｇｔ（ｎ）を前回の補正ゲインｇｔ（ｎ−１）よりも大きくする。
【００８０】
ゲイン調整部５５は、調整パターン判定部５４によって判定された調整パターンがパターンＡ、Ｂである場合、例えば、下記式（５）の演算により、今回の補正ゲインｇｔ（ｎ）を求めることができる。なお、調整値Δｇは、例えば、固定値であるが、調整値Δｇは、例えば、変動値であってもよい。
ｇｔ（ｎ）＝ｇｔ（ｎ−１）＋Δｇ      ・・・（５）
【００８１】
また、ゲイン調整部５５は、調整パターン判定部５４によって判定された調整パターンがパターンＣ、Ｄである場合、今回の補正ゲインｇｔ（ｎ）を前回の補正ゲインｇｔ（ｎ−１）よりも小さくする。
【００８２】
ゲイン調整部５５は、調整パターン判定部５４によって判定された調整パターンがパターンＣ、Ｄである場合、例えば、下記式（６）の演算により、今回の補正ゲインｇｔ（ｎ）を求めることができる。
ｇｔ（ｎ）＝ｇｔ（ｎ−１）−Δｇ      ・・・（６）
【００８３】
リミッタ５６は、補正ゲインｇｔが予め設定された制限値（例えば、０．５〜２．０の範囲）内になるように補正ゲインｇｔを制限する。これにより、過補正を抑制することができる。
【００８４】
指令補正部４２の乗算部５０は、例えば、下記式（７）の演算により、今回の有効電流指令Ｉｏｕｔ*（ｎ）に補正ゲインｇｔ（ｎ）を乗算し、かかる乗算結果を有効電流指令Ｉｏ*（ｎ）として出力する。なお、以下において、有効電流指令Ｉｏ*（ｎ）は、有効電流指令Ｉｏ*と記載する場合がある。
Ｉｏ*（ｎ）＝Ｉｏｕｔ*（ｎ）×ｇｔ（ｎ）      ・・・（７）
【００８５】
このように、補正部３２は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*（ｎ）を補正ゲインｇｔ（ｎ）で補正し、有効電流指令Ｉｏ*（ｎ）を出力する。これにより、例えば、有効電流指令Ｉｏｕｔ*が大きいほど調整する大きさが大きくなり、ＭＰＰＴ制御をより高速に行うことができる。
【００８６】
図７は、図５に示す動作曲線Ｌ２付近で安定的に運転している状態における入力変化量ΔＰｉｎ、ゲイン変化量Δｇｔ、および、補正ゲインｇｔの状態変移を示す図である。入力量Ｗが安定している場合、直流電圧Ｖｄｃｉｎは安定していることから有効電流指令Ｉｏｕｔ*は安定している。
【００８７】
補正部３２は、図５に示す動作曲線Ｌ２付近で安定的に運転している状態では、図７に示すように、ゲイン変化量Δｇｔおよび補正ゲインｇｔに基づいて補正ゲインｇｔを増減することで、精度よくＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【００８８】
図８は、図５に示す動作曲線Ｌ２付近で安定的に運転している状態から入力量Ｗが急に低下した場合における入力変化量ΔＰｉｎ、ゲイン変化量Δｇｔ、および、補正ゲインｇｔの状態変移を示す図である。
【００８９】
入力量Ｗが急に低下した場合、直流電圧Ｖｄｃｉｎが低下することから、低下した直流電圧Ｖｄｃｉｎに応じた有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*が判定部２１によって判定される。そのため、有効電流指令Ｉｏｕｔ*は、動作曲線Ｌ２付近になる。加えて、補正部３２は、図８に示すように、ゲイン変化量Δｇｔおよび補正ゲインｇｔに基づいて補正ゲインｇｔを増減することで、入力量Ｗが急に低下した場合（時刻ｔ１０）であっても、より精度よくＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【００９０】
なお、図６に示す補正部３２の構成は一例であり、補正部３２は図６に示す構成に限定されない。図９は、補正部３２の他の構成例を示す図である。図６に示す補正部３２は、調整量として補正ゲインｇｔを有効電流指令Ｉｏｕｔ*に乗算したが、図９に示す補正部３２は、調整量として補正値Ｉｃを有効電流指令Ｉｏｕｔ*に加算する。
【００９１】
図９に示す補正部３２は、調整量決定部４１と、指令補正部４２とを備える。指令補正部４２は、加算部６０を備える。調整量決定部４１は、電力増減判定部６１と、補正値増減判定部６２と、決定部６３とを備える。決定部６３は、調整パターン判定部６４と、補正値調整部６５と、リミッタ６６とを備える。
【００９２】
電力増減判定部６１は、図６に示す調整量決定部４１と同様に、入力電力Ｐｉｎの増減状態を判定する。例えば、電力増減判定部６１は、入力変化量ΔＰｉｎ（ｎ）を求めることができる。
【００９３】
補正値増減判定部６２は、補正ゲインｇｔの増減状態に代えて、補正値Ｉｃの増減状態を判定する。例えば、補正値増減判定部６２は、下記式（８）の演算によって、補正値Ｉｃの変化量ΔＩｃ（ｎ−１）を求める。以下、補正値Ｉｃの変化量ΔＩｃ（ｎ−１）を補正値変化量ΔＩｃ（ｎ−１）または補正値変化量ΔＩｃと記載する場合がある。
ΔＩｃ（ｎ−１）＝Ｉｃ（ｎ−１）−Ｉｃ（ｎ−２）      ・・・（８）
【００９４】
調整パターン判定部６４は、入力変化量ΔＰｉｎ（ｎ）と補正値変化量ΔＩｃ（ｎ−１）とに基づいて、調整パターンを判定する。例えば、調整パターン判定部６４は、上記表１に示すパターンＡ〜Ｄの中から調整パターンを判定する。この場合、表１のΔｇｔ（ｎ−１）をΔＩｃ（ｎ−１）に置き換える。
【００９５】
補正値調整部６５は、調整パターン判定部６４によって判定された調整パターンに基づいて、補正値Ｉｃ（ｎ）を調整する。補正値調整部６５は、調整パターンがパターンＡ、Ｂである場合、今回の補正値Ｉｃ（ｎ）を前回の補正値Ｉｃ（ｎ−１）よりも大きくし、調整パターンがパターンＣ、Ｄである場合、今回の補正値Ｉｃ（ｎ）を前回の補正値Ｉｃ（ｎ−１）よりも小さくする。
【００９６】
例えば、補正値調整部６５は、調整パターンがパターンＡ、Ｂである場合、下記式（９）の演算により、今回の補正値Ｉｃ（ｎ）を求め、調整パターンがパターンＣ、Ｄである場合、下記式（１０）の演算により、今回の補正値Ｉｃ（ｎ）を求める。なお、ΔＩは、例えば、固定値である。
Ｉｃ（ｎ）＝Ｉｃ（ｎ−１）＋ΔＩ      ・・・（９）
Ｉｃ（ｎ）＝Ｉｃ（ｎ−１）−ΔＩ      ・・・（１０）
【００９７】
リミッタ６６は、補正値Ｉｃが予め設定された制限値内になるように補正値Ｉｃを制限する。これにより、過補正を抑制することができる。
【００９８】
指令補正部４２の加算部６０は、例えば、下記式（１１）の演算により、今回の有効電流指令Ｉｏｕｔ*（ｎ）に補正値Ｉｃ（ｎ）を加算し、かかる加算結果を有効電流指令Ｉｏ*（ｎ）として出力する。
Ｉｏ*（ｎ）＝Ｉｏｕｔ*（ｎ）＋Ｉｃ（ｎ）      ・・・（１１）
【００９９】
なお、補正値調整部６５は、補正値Ｉｃを増減させる際に、固定値を増減させることに代えて、入力変化量ΔＰｉｎ（ｎ）に応じて変動する調整値ΔＩを加減算する構成であってもよい。
【０１００】
［３．制御部２０による処理］
図１０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１０に示す処理は、例えば、繰り返し実行される処理である。
【０１０１】
図１０に示すように、制御部２０の判定部２１は、予め設定された電圧電力対応関係に基づき、電圧検出部１１によって検出された直流電圧Ｖｄｃｉｎに対応する有効電力指令Ｐｏ*を判定する（ステップＳ１０）。次に、制御部２０の駆動制御部２２は、入力電力Ｐｉｎを検出し、かかる入力電力Ｐｉｎに応じた有効電流指令Ｉｏｕｔ*を演算する（ステップＳ１１）。なお、判定部２１は、予め設定された電圧電流対応関係に基づき、電圧検出部１１によって検出された直流電圧Ｖｄｃｉｎに対応する有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定することもでき、この場合、ステップＳ１１の処理を省くことができる。
【０１０２】
次に、駆動制御部２２の補正部３２は、入力電力Ｐｉｎが最大になるように、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する（ステップＳ１２）。また、補正後の有効電流指令Ｉｏｕｔ*である有効電流指令Ｉｏ*に応じた出力電流が電力系統３へ出力されるように電力変換部１０を制御する（ステップＳ１３）。
【０１０３】
図１１は、図１０のステップＳ１２による処理の流れを示すフローチャートである。図１１に示すように、駆動制御部２２の補正部３２は、入力変化量ΔＰｉｎを検出し（ステップＳ２０）、ゲイン変化量Δｇｔを検出する（ステップＳ２１）。
【０１０４】
補正部３２は、入力変化量ΔＰｉｎおよびゲイン変化量Δｇｔに基づき、補正ゲインｇｔを決定し（ステップＳ２２）、決定した補正ゲインｇｔに基づき、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する（ステップＳ２３）。なお、補正部３２は、補正値変化量ΔＩｃを検出し、入力変化量ΔＰｉｎおよび補正値変化量ΔＩｃに基づき、補正値Ｉｃを決定し、かかる補正値Ｉｃに基づき、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正することもできる。
【０１０５】
以上のように、電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１と、制御部２０（制御装置の一例）とを備える。電力変換部１０は、発電装置２からの直流電力を交流電力へ変換する。電圧検出部１１は、電力変換部１０へ入力される直流電圧Ｖｄｃｉｎを検出する。制御部２０は、判定部２１と、駆動制御部２２とを備える。判定部２１は、電圧検出部１１によって検出される直流電圧Ｖｄｃｉｎに基づき、当該直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに応じて予め対応付けられた大きさの有効電力指令Ｐｏ*（出力電力指令の一例）または有効電流指令Ｉｏｕｔ*（出力電流指令の一例）を判定する。駆動制御部２２は、判定部２１によって判定された有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*に基づいて、電力変換部１０を制御する。
【０１０６】
このように、直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに対して有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさが予め対応付けられているため、発電装置２から入力される直流電力を効率的に制御することができる。
【０１０７】
また、判定部２１は、発電装置２の出力特性に基づいて予め設定された直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさとの対応関係に基づき、電圧検出部１１によって検出された直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに対応する大きさの有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定する。したがって、例えば、発電装置２の出力特性に基づいて直流電力が最大化するように予め対応付けを行うことによって、ＭＰＰＴ制御を行うことができる有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*を直流電圧Ｖｄｃｉｎから容易かつ効率的に求めることができる。
【０１０８】
また、駆動制御部２２は、電力検出部３０と、電流指令生成部３１と、補正部３２と、電流制御部３５とを備える。電力検出部３０は、電力変換部１０へ入力される直流電力である入力電力Ｐｉｎを検出する。電流指令生成部３１は、判定部２１によって判定された有効電力指令Ｐｏ*に基づいて、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する。補正部３２は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。電流制御部３５は、補正部３２によって補正された有効電流指令Ｉｏｕｔ*に応じた交流電流が電力変換部１０から出力されるように制御する。これにより、予め設定された電圧電力対応関係と実際の対応関係とにずれが生じる場合であっても、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができる。また、直流電力が最大化するように予め電圧電力対応関係が設定される場合、有効電流指令Ｉｏｕｔ*に対応する発電機トルクＴｒｑは最適曲線（例えば、図５に示す最適曲線Ｌ２）付近に位置する。そのため、図５に示すように、発電機トルクＴｒｑを増加すると発電機回転速度ωｉが小さくなり、発電機トルクＴｒｑを低減すると発電機回転速度ωｉが大きくなる領域に有効電流指令Ｉｏｕｔ*に対応する発電機トルクＴｒｑを位置させることができる。これにより、発電機５が出力する交流電圧や交流電流や発電機５の回転速度を直接監視することができない場合であっても、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができる。
【０１０９】
また、駆動制御部２２は、補正部３２と、電流制御部３５とを備える。電力検出部３０は、電力変換部１０へ入力される直流電力である入力電力Ｐｉｎを検出する。補正部３２は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように判定部２１によって判定された有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。電流制御部３５は、補正部３２によって補正された有効電流指令Ｉｏｕｔ*に応じた交流電流が電力変換部１０から出力されるように制御する。これにより、予め設定された電圧電流対応関係と実際の対応関係とにずれが生じる場合であっても、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができる。また、直流電力が最大化するように予め電圧電流対応関係が設定される場合、有効電流指令Ｉｏｕｔ*に対応する発電機トルクＴｒｑは最適曲線（例えば、図５に示す最適曲線Ｌ２）付近に位置する。そのため、図５に示すように、発電機トルクＴｒｑを増加すると発電機回転速度ωｉが小さくなり、発電機トルクＴｒｑを低減すると発電機回転速度ωｉが大きくなる領域に有効電流指令Ｉｏｕｔ*に対応する発電機トルクＴｒｑを位置させることができる。これにより、発電機５が出力する交流電圧や交流電流や発電機５の回転速度を直接監視することができない場合であっても、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができる。
【０１１０】
また、補正部３２は、調整量決定部４１と、指令補正部４２とを備える。調整量決定部４１は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように調整量を決定する。指令補正部４２は、調整量決定部４１によって決定された調整量に基づいて、有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。このように、入力電力Ｐｉｎが最大化するように調整された調整量に基づいて有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正することができ、ＭＰＰＴ制御を精度よく行うことができる。
【０１１１】
また、補正部３２の調整量決定部４１は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように調整量として補正ゲインｇｔを決定する。指令補正部４２は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*に補正ゲインｇｔを乗算して有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。このように、補正ゲインｇｔによって有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正することから、例えば、有効電流指令Ｉｏｕｔ*が大きいほど調整する大きさが大きくなり、ＭＰＰＴ制御をより高速に行うことができる。
【０１１２】
また、調整量決定部４１は、電力増減判定部５１と、ゲイン増減判定部５２と、決定部５３とを備える。電力増減判定部５１は、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎの増減状態を判定する。ゲイン増減判定部５２は、補正ゲインｇｔの増減状態を判定する。決定部５３は、電力増減判定部５１によって判定された入力電力Ｐｉｎの増減状態とゲイン増減判定部５２によって判定された補正ゲインｇｔの増減状態とに基づいて、補正ゲインｇｔを決定する。このように、入力電力Ｐｉｎの増減状態と補正ゲインｇｔの増減状態とに基づいて補正ゲインｇｔを決定することから、入力電力Ｐｉｎの増減状態のみで補正ゲインｇｔを決定する場合に比べ、精度よくＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【０１１３】
また、調整量決定部４１は、補正ゲインｇｔが予め設定された制限値内になるように補正ゲインｇｔを制限するリミッタ５６を備える。このように、補正ゲインｇｔを制限するリミッタ５６を備えることから、過補正を抑制することができ、安定してＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【０１１４】
また、調整量決定部４１は、調整量として、電力検出部３０によって検出される入力電力Ｐｉｎが最大化するように補正値Ｉｃを決定する。指令補正部４２は、有効電流指令Ｉｏｕｔ*に補正値Ｉｃを加算して有効電流指令Ｉｏｕｔ*を補正する。これによっても、精度よくＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【０１１５】
また、判定部２１は、発電装置２の出力特性に基づいて予め設定された変換テーブルまたは変換式に基づき、電圧検出部１１によって検出される直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに対応する大きさの有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定する。このように、発電装置２の出力特性に基づいて予め設定された変換テーブルまたは変換式に基づき、有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定することから、判定処理を容易に行うことができる。
【０１１６】
また、電力変換部１０は、発電機５（交流発電機の一例）によって発電された発電電力を整流する整流器６から出力する発電装置２から出力される直流電力である入力電力Ｐｉｎを交流電力へ変換する。これにより、例えば、風車４、発電機５および整流器６を含む風力発電装置から出力される直流電力に対しても、入力電力Ｐｉｎが最大化するように対応付けを行うことで、ＭＰＰＴ制御を行うことができる有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*を効率的に求めることができる。
【０１１７】
上述した電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１と、「発電装置２の出力特性に基づいて予め設定された直流電圧の大きさと有効電力指令または有効電流指の大きさとの対応関係に基づき、直流電力が最大化するように電力変換部を制御する手段（制御部２０の一例）」とを備える。これにより、ＭＰＰＴ制御を効率的に行うことができる。
【０１１８】
また、電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１と、コントローラ（例えば、制御部２０）またはプロセッサ（例えば、制御部２０）とを備える。コントローラまたはプロセッサは、予め設定された直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさと有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*の大きさとの対応関係に基づき、電圧検出部１１によって検出される直流電圧Ｖｄｃｉｎの大きさに対応する大きさの有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*を判定し、判定した有効電力指令Ｐｏ*または有効電流指令Ｉｏｕｔ*に基づいて、電力変換部１０を制御する。これにより、入力される直流電力を効率的に制御することができる。
【０１１９】
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】
【０１２０】
１  電力変換装置
２  発電装置
３  電力系統
４  風車
５  発電機
６  整流器
１０  電力変換部
１１  電圧検出部
１２  電流検出部
２０  制御部
２１  判定部
２２  駆動制御部
３０  電力検出部
３１  電流指令生成部
３２  補正部
４１  調整量決定部
４２  指令補正部
５０  乗算部
５１、５２  電力増減判定部
５２  ゲイン増減判定部
５３、６３  決定部
５４、６４  調整パターン判定部
５５  ゲイン調整部
５６、６６  リミッタ
６２  補正値増減判定部
６５  補正値調整部
１００  発電システム
【図１】
2017093028.tif 000004
【図２】
2017093028.tif 000005
【図３】
2017093028.tif 000006
【図４】
2017093028.tif 000007
【図５】
2017093028.tif 000008
【図６】
2017093028.tif 000009
【図７】
2017093028.tif 000010
【図８】
2017093028.tif 000011
【図９】
2017093028.tif 000012
【図１０】
2017093028.tif 000013
【図１１】
2017093028.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月3日(2017.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置から入力される直流電力を交流電力へ変換する電力変換部と、
前記電力変換部へ入力される直流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る前記直流電圧に基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記出力電力指令に基づいて、前記電力変換部を制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、
前記判定部によって判定された前記出力電力指令に基づいて、出力電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電力変換部へ入力される前記直流電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように前記電流指令生成部によって生成された前記出力電流指令を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように制御する電流制御部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
発電装置から入力される直流電力を交流電力へ変換する電力変換部と、
前記電力変換部へ入力される直流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る前記直流電圧に基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電流指令を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記出力電流指令に基づいて、前記電力変換部を制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、
前記電力変換部へ入力される前記直流電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように前記出力電流指令を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように制御する電流制御部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記判定部は、
前記発電装置の出力特性に基づいて予め設定された前記直流電圧の大きさと前記出力電力指令の大きさとの対応関係に基づき、前記電圧検出部によって検出される前記直流電圧の大きさに対応する大きさの出力電力指令または出力電流指令を判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記補正部は、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように調整量を決定する調整量決定部と、
前記調整量決定部によって決定された前記調整量に基づいて、前記出力電流指令を補正する指令補正部と、を備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記調整量決定部は、
前記調整量として、前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように補正ゲインを決定し、
前記指令補正部は、
前記出力電流指令に前記補正ゲインを乗算して前記出力電流指令を補正する
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】
前記調整量決定部は、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力の増減状態を判定する電力増減判定部と、
前記補正ゲインの増減状態を判定するゲイン増減判定部と、
前記電力増減判定部によって判定された前記直流電力の増減状態と前記ゲイン増減判定部によって判定された前記補正ゲインの増減状態とに基づいて、前記補正ゲインを決定する決定部と、を備える
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記調整量決定部は、
前記補正ゲインが予め設定された制限値内になるように前記補正ゲインを制限するリミッタを備える
ことを特徴とする請求項５または６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記調整量決定部は、
前記調整量として、前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように補正値を決定し、
前記指令補正部は、
前記出力電流指令に前記補正値を加算して前記出力電流指令を補正する
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９】
前記判定部は、
予め設定された変換テーブルまたは変換式に基づき、前記電圧検出部によって検出される前記直流電圧の大きさに対応する大きさの出力電力指令または出力電流指令を判定する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電力変換部は、
交流発電機によって発電された交流電力を整流する整流器から直流電力を出力する前記発電装置から出力される前記直流電力を前記交流電力へ変換する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電力変換装置。 
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の電力変換装置と、
前記発電装置と、を備える
ことを特徴とする発電システム。
【請求項１２】
発電装置から電力変換部へ入力される直流電圧の大きさに基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記出力電力指令に基づいて、前記電力変換部を制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、
前記判定部によって判定された前記出力電力指令に基づいて、出力電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電力変換部へ入力される直流電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように前記電流指令生成部によって生成された前記出力電流指令を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように制御する電流制御部と、を備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
発電装置から電力変換部へ入力される直流電圧の大きさに基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電流指令を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記出力電流指令に基づいて、前記電力変換部を制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、
前記電力変換部へ入力される直流電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部によって検出される前記直流電力が最大化するように前記出力電流指令を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように制御する電流制御部と、を備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
発電装置から電力変換部へ入力される直流電圧を検出することと、
前記検出される前記直流電圧に基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電力指令を判定することと、
前記判定された前記出力電力指令に基づいて、出力電流指令を生成することと、
前記電力変換部へ入力される直流電力を検出することと、
前記検出される前記直流電力が最大化するように前記生成された前記出力電流指令を補正することと、
前記補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように前記電力変換部を制御することと、を含む
ことを特徴とする電力変換方法。
【請求項１５】
発電装置から電力変換部へ入力される直流電圧を検出することと、
前記検出される前記直流電圧に基づき、当該直流電圧の大きさに応じて予め対応付けられた大きさの出力電流指令を判定することと、
前記電力変換部へ入力される直流電力を検出することと、
前記検出される前記直流電力が最大化するように前記出力電流指令を補正することと、
前記補正された前記出力電流指令に応じた交流電流が前記電力変換部から出力されるように前記電力変換部を制御することと、を含む
ことを特徴とする電力変換方法。