電力平準化装置
【課題】有効電力と無効電力の補償機能を備えた電力平準化装置において、完全に商用電力系統からの電力供給がない状態でも単独運転検出が可能な技術を提供する。
【解決手段】電力平準化装置５０ａの制御装置１４ａは、電圧検出部９、重要負荷電流検出器１１及び電力変換器電流検出器１０からの各検出値を入力して算出した電力変換器１２及び重要負荷７のそれぞれの有効電力及び無効電力を、それぞれに対応する有効電力指令及び無効電力指令に一致するように電力変換器１２を制御する。さらに、制御装置１４ａは、単独運転を能動的に検出する能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動的に検出する受動検出ＰＬＬブロック１０３と、電力変換器１２の無効電力指令を周期的に変動させる無効電力変動指令部（無効電力変動指令１０５、無効電力変動指令加算器１０６）とを備え、商用電力系統１からの電力供給がない状態を検出する。
【解決手段】電力平準化装置５０ａの制御装置１４ａは、電圧検出部９、重要負荷電流検出器１１及び電力変換器電流検出器１０からの各検出値を入力して算出した電力変換器１２及び重要負荷７のそれぞれの有効電力及び無効電力を、それぞれに対応する有効電力指令及び無効電力指令に一致するように電力変換器１２を制御する。さらに、制御装置１４ａは、単独運転を能動的に検出する能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動的に検出する受動検出ＰＬＬブロック１０３と、電力変換器１２の無効電力指令を周期的に変動させる無効電力変動指令部（無効電力変動指令１０５、無効電力変動指令加算器１０６）とを備え、商用電力系統１からの電力供給がない状態を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電装置や風力発電装置等の自然エネルギーを利用した分散型電源の導入が進んでおり、これら分散型電源は、安定な電力供給を行うために商用電力系統に接続される。しかし、自然エネルギーの発電では、一般に発電量が安定せずに、系統側の電力変動が大きくなることがある。そして、電力変動が大きくなって系統不安定状態となると、大規模停電を引き起こす虞があることから、そのような状態を防止するために、各種の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、分散型電源と併用して、バッテリ等のエネルギー蓄積要素と、半導体スイッチング素子を使用した電力変換器を用いた電力平準化装置を導入し、電力供給の安定化を図っている。また、有効電力だけでなく、無効電力の制御も行い、電力系統の過渡安定度向上を図っている。より具体的な例としては、風力発電や太陽光発電のような自然エネルギー発電の設備の電力系統にそれぞれ鉛蓄電池を有する複数のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）を接続した技術がある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、それらパワーコンディショナを順次選択し鉛蓄電池を満充電とするために、システムとしての必要容量の電力平準化を保ちながら１台ずつ周期的に順次満充電とするように制御されている。また別の技術として、重要負荷に電力供給を行う商用電力系統の給電ラインが停電した場合に、蓄電池及び太陽電池により重要負荷に電力を継続供給する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ここで、電力平準化処理について説明する。図６は、三相電源システムにおける電力平準化装置５０のシステム構成図である。
【０００５】
通常では、電力平準化装置５０は、分散型電源６で発電した電力を、需要家の重要負荷７に供給しつつ、余剰となった電力を商用電力系統１側へ回生する。ただし、系統連系点３での電力潮流の変動が大きい場合は、上述のように系統側（商用電力系統１側）を不安定にさせてしまう虞があるので、なるべく系統連系点３での電力潮流を平準化させる必要がある。そこで、重要負荷接続点９ａにおける電圧検出部９で検出した電圧と、重要負荷電流検出器１１で検出した重要負荷７へ流れ込む電流と、電力変換器電流検出器１０で検出した電力変換器１２へ流れ込む電流とを検出して、制御装置１４にて重要負荷７側及び電力変換器１２側それぞれの有効電力と無効電力を求めて、電力指令値（有効電力指令Ｐｒｅｆ及び無効電力指令Ｑｒｅｆ）に追従するように電力変換器１２を制御することで系統連系点３の電力平準化を図ることがなされている。
【０００６】
商用電力系統１側で停電が発生した場合、停電検出ブロック１５が停電を検出する。さらに、停電検出ブロック１５は停電検出を制御装置１４に通知し、高速ＳＷ８を開放する。電力変換器１２は、エネルギー蓄積要素１３に蓄積された電力を用いたＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）動作となり、重要負荷７に対して電力供給を行う。その後、非常用発電機５が立ち上がり電力供給可能な状態になると電力平準化装置５０は非常用発電機５の電力変動をアシストする動作に代わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７２７７４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、これら一連の動作の中で、停電検出が重要となるが、電力平準化装置５０から商用電力系統１側に電力回生した場合、系統連系点３で商用電力系統１側からの電力供給が０となると、系統連系点３での停電検出が困難となる。その結果、商用電力系統１と切り離された状態において、連系している発電設備の運転だけで負荷に電力供給するいわゆる単独運転状態となる。単独運転状態が継続すると、保守点検の際に点検者に感電等の問題が生じる。このため、商用電力系統１側へ電力回生する機能を有する装置では、単独運転検出機能を設けることが義務付けられている。従来の単独運転検出法として、太陽光パワーコンディショナ等に用いられている周波数シフト方式や無効電力変動方式がある。ただし、一般的なパワーコンディショナでは有効電力と無効電力補償機能はない。一方で、電力平準化装置５０では、有効電力と無効電力の補償機能が備わる。このため、周波数シフト方式では、電力平準化装置５０と一般負荷４との電力需給が完全にバランスすると、上記のように商用電力系統１からの電力供給が０になる状態となって、単独運転を検出できないという課題があった。また、無効電力変動方式では、無効電力制御に外乱を与えてしまうため、大きな無効電力変動を加えられず単独運転検出感度が悪くなるという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、有効電力と無効電力の補償機能を備えた電力平準化装置において、完全に商用電力系統からの電力供給がない状態でも単独運転検出が可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電力平準化装置は、商用電力系統と重要負荷及び分散型電源とを接続するスイッチと、前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインに、交流側が接続される交流直流変換器と、前記交流直流変換器の直流側に接続されるエネルギー蓄積要素と、前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインの電圧を検出する電圧検出部と、前記重要負荷に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記交流直流変換器の交流側に流れる電流を検出する第２電流検出部と、前記電圧検出部、前記第１電流検出部及び前記第２電流検出部からの各検出値を入力して算出した前記交流直流変換器及び前記重要負荷のそれぞれの有効電力及び無効電力を、それぞれに対応する有効電力指令及び無効電力指令に一致するように前記交流直流変換器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、単独運転を能動的に検出する能動検出部及び受動的に検出する受動検出部を備える単独運転検出部と、前記交流直流変換器の無効電力指令を周期的に変動させる無効電力変動指令部とを備え、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出する。
また、前記制御装置は、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出すると、前記商用電力系統に停電が発生したと判定し、前記スイッチを開放して前記重要負荷に前記エネルギー蓄積要素からの電力供給となるよう前記交流直流変換器を制御してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有効電力と無効電力の補償機能を備えた電力平準化装置において、完全に商用電力系統からの電力供給がない状態でも単独運転検出が可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る、電力平準化装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、能動検出ＰＬＬブロックのブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、受動検出ＰＬＬブロックのブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、無効電力指令値の変動量を示す図である。
【図６】従来技術に係る、電力平準化装置のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の三相電源システムにおける電力平準化装置５０ａの概略の構成は、図１で示した構成と類似の構成で実現できるので、同一の構成要素には同一符号を付して説明する。異なる点は、電力平準化装置５０ａと一般負荷４との電力需給が完全にバランスして商用電力系統１からの電力供給が０になる状態となった場合でも、単独運転検出を実現した点にあり、その結果として、従来の停電検出信号を用いずに、つまり、停電検出ブロック１５を省いた構成で停電検出機能を実現した点にある。
【００１４】
電力平準化装置５０ａは、系統連系点３において、商用電力系統１や非常用発電機５、一般負荷４に接続される。また、重要負荷接続点９ａで分散型電源６及び重要負荷７に接続される。分散型電源６は、需要家によって発電される発電設備であって、例えば、風力発電や太陽光発電等の自然エネルギー発電設備や、燃料電池発電設備である。上述の通り、商用電力系統１と系統連系点３の間には、商用電力系統１での停電発生時に、解列するための連系点ＣＢ２が配置されている。なお、本実施形態では、従来技術のように系統連系点３で停電を検出するのはなく、単独運転を検出することによって停電と判断する。
【００１５】
電力平準化装置５０ａは、高速ＳＷ８と、電力変換器１２と、エネルギー蓄積要素１３と、制御装置１４ａとを備えている。さらに、電力平準化装置５０ａは、電圧検出部９と、電力変換器電流検出器１０と、重要負荷電流検出器１１とを備える。電圧検出部９は、重要負荷接続点９ａに配置され、重要負荷接続点９ａの電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）を検出し、制御装置１４ａへ通知する。電力変換器電流検出器１０は、重要負荷接続点９ａと電力変換器１２の間の経路に配置され、その経路の電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を検出し、制御装置１４ａへ通知する。同様に、重要負荷電流検出器１１は、重要負荷接続点９ａと重要負荷７との間の経路に配置され、その経路の電流値（Ｉｕｌ，Ｉｖｌ，Ｉｗｌ）を検出し、制御装置１４ａへ通知する。
【００１６】
エネルギー蓄積要素１３は、例えば、鉛蓄電池等のような二次電池である。電力変換器１２は、交流電力と直流電力とを相互に変換可能な交流直流変換器である。そして、商用電力系統１や分散型電源６と、エネルギー蓄積要素１３とは、電力変換器１２を介して接続されている。制御装置１４ａは、電力変換器１２の動作を制御するとともに、商用電力系統１の停電発生を検知する。
【００１７】
図２は、制御装置１４ａのブロック図を示す。図示のように、制御装置１４ａは、図２（ａ）に示す電力演算ブロック１０１と、図２（ｂ）に示す能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動検出ＰＬＬブロック１０３と、図２（ｃ）に示す制御信号生成ブロック１３０とを備えている。詳細は後述するが、本実施形態の制御装置１４ａは、図２（ｂ）に示すように、能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動検出ＰＬＬブロック１０３の出力の単独運転検出判定論理和回路１０４より、単独運転検出を行う。さらに、制御装置１４ａは、単独運転検出判定論理和回路１０４における単独運転検出によって、商用電力系統１に停電が発生したと判断する。なお、単独運転検出の受動検出方式として、例えば、電圧位相跳躍検出方式や周波数変化率検出方式等がある。能動検出方式として、例えば、出力電圧変動検出方式や周波数シフト検出方式などがある。本実施形態では、受動検出方式として電圧位相跳躍検出方式について、能動検出方式として出力電圧変動検出方式について例示する。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、制御装置１４ａの電力演算ブロック１０１は、電圧検出部９で検出された電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）及び重要負荷電流検出器１１で検出された電流値（Ｉｕｌ，Ｉｖｌ，Ｉｗｌ）を用いて、重要負荷７の有効電力ＰＬＯＡＤ、無効電力ＱＬＯＡＤを演算する。さらに、制御装置１４ａは、電圧検出部９で検出された電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）及び電力変換器電流検出器１０で検出された電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を用いて、電力変換器１２の有効電力ＰＩＮＶ、無効電力ＱＩＮＶを演算する。
【００１９】
そして、図２（ｃ）に示すように、制御装置１４ａの制御信号生成ブロック１３０では、図示しない上位コントローラ（外部機器）からの電力変換器１２への有効電力指令Ｐｒｅｆと無効電力指令Ｑｒｅｆに追従するよう、無効電力偏差演算器１０８及び有効電力偏差演算器１１２で、それぞれ有効電力ＰＩＮＶ及び無効電力ＱＩＮＶとの偏差が演算される。なお、無効電力指令Ｑｒｅｆについては、後述する無効電力変動指令処理が付加されている。そして、それら偏差をもとに、無効電力ＰＩ制御ブロック１０９及び有効電力ＰＩ制御ブロック１１３によってＰＩ制御がなされる。その後、無効電力指令リミッタ１１０及び有効電力指令リミッタ１１４でリミット処理がなされ、無効電流指令演算ゲイン１１１及び有効電流指令演算ゲイン１１５でゲイン処理がなされ、有効電流指令Ｉｐｒｅｆと無効電流指令Ｉｑｒｅｆが得られる。なお、上位コントローラからの各指令（Ｐｒｅｆ，Ｑｒｅｆ）が電力変換器１２ではなく、系統連系点３の各指令であった場合は、制御装置１４ａは、先に述べた重要負荷７の有効電力ＰＬＯＡＤと無効電力ＱＬＯＡＤを減算して電力変換器１２の各指令（Ｐｒｅｆ，Ｑｒｅｆ）に換算を行う。
【００２０】
有効電流指令Ｉｐｒｅｆと無効電流指令Ｉｑｒｅｆは、座標変換ブロック１１６で回転座標変換がなされ、Ｕ相電流指令ＩｕｒｅｆとＷ相電流指令Ｉｗｒｅｆが得られる。変換時に使用する位相として、単独運転の能動検出機能付きのＰＬＬブロックである能動検出ＰＬＬブロック１０２で生成した同期位相θＰＬＬ１が用いられる。そして、Ｕ相電流偏差演算器１１７及びＷ相電流偏差演算器１１９で、Ｕ相電流ｉｕとＷ相電流ｉｗの偏差が演算される。その演算結果をもとに、Ｕ相電流ＰＩ制御ブロック１１８及びＷ相電流ＰＩ制御ブロック１２０でＰＩ制御がそれぞれなされ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値（Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆ）が演算される。Ｖ相の電圧指令値Ｖｖｒｅｆは、Ｕ相及びＷ相の各相電圧指令値（Ｖｕｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆ）をもとにＶ相電圧指令演算器１２１で演算される。それら、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値（Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆ）をもとに、ＰＷＭゲート信号生成器１２２においてＰＷＭゲート信号が生成され、電力変換器１２の制御がなされる。
【００２１】
電力平準化装置５０ａにおいて、商用電力系統１からの電力供給が０になった場合、電力変換器１２は単独運転状態となるが、本実施形態では、図２の能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動検出ＰＬＬブロック１０３による並列処理に加え、無効電力変動指令部（無効電力変動指令１０５、無効電力変動指令加算器１０６）及びＬＰＦ１０７に示す無効電力変動指令処理を行う。この処理によって、検出感度が高く、誤検出による不要動作を起こさない単独運転検出方式を実現できる。以下に各ブロックの動作を説明する。
【００２２】
始めに、能動検出ＰＬＬブロック１０２の構成及び能動方式の単独運転検出動作を説明する。図３は、図２（ｂ）の能動検出ＰＬＬブロック１０２の詳細図を示す。基本となる位相同期ブロック２０７によるＰＬＬ処理は、従来方式と同様に回転座標変換したｑ軸電圧を０に同期させる方式である。なお、演算に使用するのがｑ軸電圧のみのため、回転座標変換は、ｑ軸電圧演算ブロック２０１にて以下の式（図３では式（１）と表記する）を用いて行う。この式のθＰＬＬには、能動方式のときにθＰＬＬ１を用い、受動方式のときにθＰＬＬ２を用いる。
【００２３】
Ｖｑ＝｛−２ｓｉｎθＰＬＬ×Ｖｒ＋（ｓｉｎθＰＬＬ＋√３ｃｏｓθＰＬＬ）×Ｖｓ＋（ｓｉｎθＰＬＬ−√３ｃｏｓθＰＬＬ）×Ｖｔ｝／√６ ・・・式（１）
【００２４】
その後、電圧ノミナル化ゲイン２０２を用いて、電圧実効値（２００Ｖ）で除算する。そして、位相同期ＰＩブロック２０３で補償角周波数を演算し、基本周波数加算器２０４にて５０Ｈｚないし６０Ｈｚ相当の角周波数を加算し、積分器２０５で積算した値に外乱周波数を外乱周波数加算器２０６にて加算した値を同期位相θＰＬＬ１とする。ここで求めた同期位相θＰＬＬ１は、式（１）の演算に用いる他、電力制御の回転座標変換（座標変換ブロック１１６）においても使用される。
【００２５】
外乱周波数の生成は、位相同期ＰＩブロック２０３から出力される補償角周波数を高域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）２０８と低域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０９で構成したＢＰＦブロック２１０で特定周波数帯域成分を抽出した後、外乱周波数ゲイン（ＫＰ２）２１２でゲイン倍処理をし、更に外乱周波数リミッタ２１３でリミット処理された後、外乱周波数加算器２０６にて同期位相に加算される。なお、この外乱周波数が大きいと周波数の乱れが大きくなることから、単独運転検出が可能な限り、外乱周波数ゲインは大きくせず（基本はゲイン１倍）、リミット値も基本位相の数％程度でリミットするようにしておく。
【００２６】
そして、単独運転検出部の動作は、前出のＢＰＦブロック２１０の出力を検出感度ゲイン２１１でゲイン倍し、更に絶対値ブロック２１５で絶対値化した値と、検出基準値２１４を比較器２１６で比較し、検出基準値２１４を越えたときに能動方式での単独運転検出信号を出力する。なお、検出感度を高めるため、検出感度ゲイン２１１は、任意に可変できるようにしている。また、比較器２１６では、１回の比較で判定せず、連続回数による判定条件を設け、通常動作中の単独運転誤検出による不要動作を防止している。
【００２７】
図４は、図２（ｂ）の受動検出ＰＬＬブロック１０３の詳細図を示す。図示に基づき、受動検出ＰＬＬブロック１０３の構成及び受動方式の単独運転検出動作を説明する。位相同期ＰＬＬ（位相同期ブロック３１０）の構成は、能動方式の位相同期ＰＬＬ（位相同期ブロック２０７）と同じであるが、ＰＩゲインの時定数を能動方式と別に設定する必要があるため、別々の位相同期ＰＬＬとして設けている。つまり、ｑ軸電圧演算ブロック３０１と、電圧ノミナル化ゲイン３０２と、位相同期ＰＩブロック３０３と、基本周波数加算器３０４と、積分器３０５とを備えている。そして、単独運転検出の判定は、ｑ軸電圧演算ブロック３０１の出力であるｑ軸電圧Ｖｑを絶対値ブロック３０６で絶対値化した値と、周波数基準値３０７とを比較器３０８で比較し、周波数基準値３０７を越えたときに、受動方式での単独運転検出信号を出力する。また、比較器３０８では、能動方式と同様に、１回の比較で判定せず、連続回数による判定条件を設け、通常動作中の単独運転誤検出による不要動作を防止している。
【００２８】
そして、結果として、単独運転検出判定論理和回路１０４で、上述の能動方式による単独運転検出信号と受動方式での単独運転検出信号との論理和を取り、いずれか一方の単独運転検出信号が有効になったときに単独運転検信号を出力する。
【００２９】
上記単独運転検出機能を用いた場合でも、上述の電力平準化装置５０ａから商用電力系統１側に電力回生し、商用電力系統１側からの電力供給が０となった場合、単独運転検出が難しくなる。そこで、図５に示すように、無効電力指令Ｑｒｅｆを、周期Ｔで±ΔＱ（以下、「周期変動」という）だけ変動させる処理を追加する。つまり、図２（ｃ）で示すように、上位コントローラから指令された無効電力指令Ｑｒｅｆに上記の周期変動を無効電力変動指令加算器１０６で加算し、更にＬＰＦ１０７でＬＰＦ処理を行うことで、無効電力指令が緩やかに変動するようにした。その後、上述のように、無効電力偏差演算器１０８で無効電力フィードバック値（無効電力ＱＩＮＶ）の偏差を演算し、無効電力ＰＩ制御ブロック１０９におけるＰＩ制御の出力を無効電力指令リミッタ１１０でリミットする。更に、電圧ノミナル化した値をｑ軸電流指令として電力平準化装置５０ａの電流制御を行う。なお、無効電力指令の変動量は、図５に示すパルス状の波形ではなく正弦波状の波形でもよい。この場合、ＬＰＦ１０７のＬＰＦ処理を省略することができる。
【００３０】
この結果、電力平準化装置５０ａと一般負荷４との電力需給が完全にバランスして商用電力系統１からの電力供給が０になる状態となった場合でも、商用電力系統１側からの無効電力供給が周期的に生じるため、商用電力系統１の異常時（停電）の周波数変化が大きくなり、確実な単独運転検出が行えるようになる。また、無効電力指令の変動量ΔＱは、ＰＬＬブロックの無効電流指令演算ゲイン１１１（検出感度ゲイン）で単独運転検出感度を調整できるので、大きな無効電力変動にする必要がなく、無効電力制御に与える外乱が従来の無効電力変動方式と比較して少なくて済む。また、制御装置１４ａは、前記商用電力系統１からの電力供給が０になる状態を検出すると、商用電力系統１に停電が発生したと判定し、高速ＳＷ８を開放し、重要負荷７にエネルギー蓄積要素１３からの電力供給が行われるように電力変換器１２を制御する。
【００３１】
以上説明したように、従来であれば商用電力系統１側へ電力回生が可能な電力平準化装置５０で検出が困難であった負荷状態であっても、つまり、電力平準化装置５０ａと一般負荷４との電力需給が完全にバランスして商用電力系統１からの電力供給が０になる状態であっても、商用電力系統１の異常時に確実に単独運転が検出できる。さらに、商用電力系統１が正常時には、単独運転誤検出をしない検出方法を実現できる。また、本実施形態の単独運転検出法は、電力平準化装置５０ａのみならず太陽光や燃料電池など電力系統に接続する電源装置に適用が可能である。さらにまた、通常の運転状態において単独運転誤検出による不要動作が起きることを防止できる。
【００３２】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、上記実施形態では、停電検出ブロック１５が省かれた構成であったが、フェールセーフの観点から、設けられてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ 商用電力系統
２ 連系点ＣＢ（遮断器）
３ 系統連系点
４ 一般負荷
５ 非常用発電機
６ 分散型電源
７ 重要負荷
８ 高速ＳＷ（スイッチ）
９ 電圧検出部
９ａ 重要負荷接続点
１０ 電力変換器電流検出器（第２電流検出部）
１１ 重要負荷電流検出器（第１電流検出部）
１２ 電力変換器（交流直流変換器）
１３ エネルギー蓄積要素
１４ 制御装置
１４ａ 制御装置
１５ 停電検出ブロック
５０ 電力平準化装置
５０ａ 電力平準化装置
１０１ 電力演算ブロック
１０２ 能動検出ＰＬＬブロック（能動検出部）
１０３ 受動検出ＰＬＬブロック（受動検出部）
１０４ 単独運転検出判定論理和回路
１０５ 無効電力変動指令
１０６ 無効電力変動指令加算器
１０７ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０８ 無効電力偏差演算器
１０９ 無効電力ＰＩ制御ブロック
１１０ 無効電力指令リミッタ
１１１ 無効電流指令演算ゲイン
１１２ 有効電力偏差演算器
１１３ 有効電力ＰＩ制御ブロック
１１４ 有効電力指令リミッタ
１１５ 有効電流指令演算ゲイン
１１６ 座標変換ブロック
１１７ Ｕ相電流偏差演算器
１１８ Ｕ相電流ＰＩ制御ブロック
１１９ Ｗ相電流偏差演算器
１２０ Ｗ相電流ＰＩ制御ブロック
１２１ Ｖ相電圧指令演算器
１２２ ＰＷＭゲート信号生成器
１３０ 制御信号生成ブロック
２０１ ｑ軸電圧演算ブロック
２０２ 電圧ノミナル化ゲイン
２０３ 位相同期ＰＩブロック
２０４ 基本周波数加算器
２０５ 積分器
２０６ 外乱周波数加算器
２０７ 位相同期ブロック
２０８ 高域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）
２０９ 低域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）
２１０ ＢＰＦブロック
２１１ 検出感度ゲイン
２１２ 外乱周波数ゲイン
２１３ 外乱周波数リミッタ
２１４ 検出基準値
２１５ 絶対値ブロック
２１６ 比較器
３０１ ｑ軸電圧演算ブロック
３０２ 電圧ノミナル化ゲイン
３０３ 位相同期ＰＩブロック
３０４ 基本周波数加算器
３０５ 積分器
３０６ 絶対値ブロック
３０７ 周波数基準値
３０８ 比較器
３１０ 位相同期ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電装置や風力発電装置等の自然エネルギーを利用した分散型電源の導入が進んでおり、これら分散型電源は、安定な電力供給を行うために商用電力系統に接続される。しかし、自然エネルギーの発電では、一般に発電量が安定せずに、系統側の電力変動が大きくなることがある。そして、電力変動が大きくなって系統不安定状態となると、大規模停電を引き起こす虞があることから、そのような状態を防止するために、各種の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、分散型電源と併用して、バッテリ等のエネルギー蓄積要素と、半導体スイッチング素子を使用した電力変換器を用いた電力平準化装置を導入し、電力供給の安定化を図っている。また、有効電力だけでなく、無効電力の制御も行い、電力系統の過渡安定度向上を図っている。より具体的な例としては、風力発電や太陽光発電のような自然エネルギー発電の設備の電力系統にそれぞれ鉛蓄電池を有する複数のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）を接続した技術がある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、それらパワーコンディショナを順次選択し鉛蓄電池を満充電とするために、システムとしての必要容量の電力平準化を保ちながら１台ずつ周期的に順次満充電とするように制御されている。また別の技術として、重要負荷に電力供給を行う商用電力系統の給電ラインが停電した場合に、蓄電池及び太陽電池により重要負荷に電力を継続供給する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ここで、電力平準化処理について説明する。図６は、三相電源システムにおける電力平準化装置５０のシステム構成図である。
【０００５】
通常では、電力平準化装置５０は、分散型電源６で発電した電力を、需要家の重要負荷７に供給しつつ、余剰となった電力を商用電力系統１側へ回生する。ただし、系統連系点３での電力潮流の変動が大きい場合は、上述のように系統側（商用電力系統１側）を不安定にさせてしまう虞があるので、なるべく系統連系点３での電力潮流を平準化させる必要がある。そこで、重要負荷接続点９ａにおける電圧検出部９で検出した電圧と、重要負荷電流検出器１１で検出した重要負荷７へ流れ込む電流と、電力変換器電流検出器１０で検出した電力変換器１２へ流れ込む電流とを検出して、制御装置１４にて重要負荷７側及び電力変換器１２側それぞれの有効電力と無効電力を求めて、電力指令値（有効電力指令Ｐｒｅｆ及び無効電力指令Ｑｒｅｆ）に追従するように電力変換器１２を制御することで系統連系点３の電力平準化を図ることがなされている。
【０００６】
商用電力系統１側で停電が発生した場合、停電検出ブロック１５が停電を検出する。さらに、停電検出ブロック１５は停電検出を制御装置１４に通知し、高速ＳＷ８を開放する。電力変換器１２は、エネルギー蓄積要素１３に蓄積された電力を用いたＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）動作となり、重要負荷７に対して電力供給を行う。その後、非常用発電機５が立ち上がり電力供給可能な状態になると電力平準化装置５０は非常用発電機５の電力変動をアシストする動作に代わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７２７７４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、これら一連の動作の中で、停電検出が重要となるが、電力平準化装置５０から商用電力系統１側に電力回生した場合、系統連系点３で商用電力系統１側からの電力供給が０となると、系統連系点３での停電検出が困難となる。その結果、商用電力系統１と切り離された状態において、連系している発電設備の運転だけで負荷に電力供給するいわゆる単独運転状態となる。単独運転状態が継続すると、保守点検の際に点検者に感電等の問題が生じる。このため、商用電力系統１側へ電力回生する機能を有する装置では、単独運転検出機能を設けることが義務付けられている。従来の単独運転検出法として、太陽光パワーコンディショナ等に用いられている周波数シフト方式や無効電力変動方式がある。ただし、一般的なパワーコンディショナでは有効電力と無効電力補償機能はない。一方で、電力平準化装置５０では、有効電力と無効電力の補償機能が備わる。このため、周波数シフト方式では、電力平準化装置５０と一般負荷４との電力需給が完全にバランスすると、上記のように商用電力系統１からの電力供給が０になる状態となって、単独運転を検出できないという課題があった。また、無効電力変動方式では、無効電力制御に外乱を与えてしまうため、大きな無効電力変動を加えられず単独運転検出感度が悪くなるという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、有効電力と無効電力の補償機能を備えた電力平準化装置において、完全に商用電力系統からの電力供給がない状態でも単独運転検出が可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電力平準化装置は、商用電力系統と重要負荷及び分散型電源とを接続するスイッチと、前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインに、交流側が接続される交流直流変換器と、前記交流直流変換器の直流側に接続されるエネルギー蓄積要素と、前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインの電圧を検出する電圧検出部と、前記重要負荷に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記交流直流変換器の交流側に流れる電流を検出する第２電流検出部と、前記電圧検出部、前記第１電流検出部及び前記第２電流検出部からの各検出値を入力して算出した前記交流直流変換器及び前記重要負荷のそれぞれの有効電力及び無効電力を、それぞれに対応する有効電力指令及び無効電力指令に一致するように前記交流直流変換器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、単独運転を能動的に検出する能動検出部及び受動的に検出する受動検出部を備える単独運転検出部と、前記交流直流変換器の無効電力指令を周期的に変動させる無効電力変動指令部とを備え、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出する。
また、前記制御装置は、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出すると、前記商用電力系統に停電が発生したと判定し、前記スイッチを開放して前記重要負荷に前記エネルギー蓄積要素からの電力供給となるよう前記交流直流変換器を制御してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有効電力と無効電力の補償機能を備えた電力平準化装置において、完全に商用電力系統からの電力供給がない状態でも単独運転検出が可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る、電力平準化装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、能動検出ＰＬＬブロックのブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、受動検出ＰＬＬブロックのブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、無効電力指令値の変動量を示す図である。
【図６】従来技術に係る、電力平準化装置のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の三相電源システムにおける電力平準化装置５０ａの概略の構成は、図１で示した構成と類似の構成で実現できるので、同一の構成要素には同一符号を付して説明する。異なる点は、電力平準化装置５０ａと一般負荷４との電力需給が完全にバランスして商用電力系統１からの電力供給が０になる状態となった場合でも、単独運転検出を実現した点にあり、その結果として、従来の停電検出信号を用いずに、つまり、停電検出ブロック１５を省いた構成で停電検出機能を実現した点にある。
【００１４】
電力平準化装置５０ａは、系統連系点３において、商用電力系統１や非常用発電機５、一般負荷４に接続される。また、重要負荷接続点９ａで分散型電源６及び重要負荷７に接続される。分散型電源６は、需要家によって発電される発電設備であって、例えば、風力発電や太陽光発電等の自然エネルギー発電設備や、燃料電池発電設備である。上述の通り、商用電力系統１と系統連系点３の間には、商用電力系統１での停電発生時に、解列するための連系点ＣＢ２が配置されている。なお、本実施形態では、従来技術のように系統連系点３で停電を検出するのはなく、単独運転を検出することによって停電と判断する。
【００１５】
電力平準化装置５０ａは、高速ＳＷ８と、電力変換器１２と、エネルギー蓄積要素１３と、制御装置１４ａとを備えている。さらに、電力平準化装置５０ａは、電圧検出部９と、電力変換器電流検出器１０と、重要負荷電流検出器１１とを備える。電圧検出部９は、重要負荷接続点９ａに配置され、重要負荷接続点９ａの電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）を検出し、制御装置１４ａへ通知する。電力変換器電流検出器１０は、重要負荷接続点９ａと電力変換器１２の間の経路に配置され、その経路の電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を検出し、制御装置１４ａへ通知する。同様に、重要負荷電流検出器１１は、重要負荷接続点９ａと重要負荷７との間の経路に配置され、その経路の電流値（Ｉｕｌ，Ｉｖｌ，Ｉｗｌ）を検出し、制御装置１４ａへ通知する。
【００１６】
エネルギー蓄積要素１３は、例えば、鉛蓄電池等のような二次電池である。電力変換器１２は、交流電力と直流電力とを相互に変換可能な交流直流変換器である。そして、商用電力系統１や分散型電源６と、エネルギー蓄積要素１３とは、電力変換器１２を介して接続されている。制御装置１４ａは、電力変換器１２の動作を制御するとともに、商用電力系統１の停電発生を検知する。
【００１７】
図２は、制御装置１４ａのブロック図を示す。図示のように、制御装置１４ａは、図２（ａ）に示す電力演算ブロック１０１と、図２（ｂ）に示す能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動検出ＰＬＬブロック１０３と、図２（ｃ）に示す制御信号生成ブロック１３０とを備えている。詳細は後述するが、本実施形態の制御装置１４ａは、図２（ｂ）に示すように、能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動検出ＰＬＬブロック１０３の出力の単独運転検出判定論理和回路１０４より、単独運転検出を行う。さらに、制御装置１４ａは、単独運転検出判定論理和回路１０４における単独運転検出によって、商用電力系統１に停電が発生したと判断する。なお、単独運転検出の受動検出方式として、例えば、電圧位相跳躍検出方式や周波数変化率検出方式等がある。能動検出方式として、例えば、出力電圧変動検出方式や周波数シフト検出方式などがある。本実施形態では、受動検出方式として電圧位相跳躍検出方式について、能動検出方式として出力電圧変動検出方式について例示する。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、制御装置１４ａの電力演算ブロック１０１は、電圧検出部９で検出された電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）及び重要負荷電流検出器１１で検出された電流値（Ｉｕｌ，Ｉｖｌ，Ｉｗｌ）を用いて、重要負荷７の有効電力ＰＬＯＡＤ、無効電力ＱＬＯＡＤを演算する。さらに、制御装置１４ａは、電圧検出部９で検出された電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）及び電力変換器電流検出器１０で検出された電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を用いて、電力変換器１２の有効電力ＰＩＮＶ、無効電力ＱＩＮＶを演算する。
【００１９】
そして、図２（ｃ）に示すように、制御装置１４ａの制御信号生成ブロック１３０では、図示しない上位コントローラ（外部機器）からの電力変換器１２への有効電力指令Ｐｒｅｆと無効電力指令Ｑｒｅｆに追従するよう、無効電力偏差演算器１０８及び有効電力偏差演算器１１２で、それぞれ有効電力ＰＩＮＶ及び無効電力ＱＩＮＶとの偏差が演算される。なお、無効電力指令Ｑｒｅｆについては、後述する無効電力変動指令処理が付加されている。そして、それら偏差をもとに、無効電力ＰＩ制御ブロック１０９及び有効電力ＰＩ制御ブロック１１３によってＰＩ制御がなされる。その後、無効電力指令リミッタ１１０及び有効電力指令リミッタ１１４でリミット処理がなされ、無効電流指令演算ゲイン１１１及び有効電流指令演算ゲイン１１５でゲイン処理がなされ、有効電流指令Ｉｐｒｅｆと無効電流指令Ｉｑｒｅｆが得られる。なお、上位コントローラからの各指令（Ｐｒｅｆ，Ｑｒｅｆ）が電力変換器１２ではなく、系統連系点３の各指令であった場合は、制御装置１４ａは、先に述べた重要負荷７の有効電力ＰＬＯＡＤと無効電力ＱＬＯＡＤを減算して電力変換器１２の各指令（Ｐｒｅｆ，Ｑｒｅｆ）に換算を行う。
【００２０】
有効電流指令Ｉｐｒｅｆと無効電流指令Ｉｑｒｅｆは、座標変換ブロック１１６で回転座標変換がなされ、Ｕ相電流指令ＩｕｒｅｆとＷ相電流指令Ｉｗｒｅｆが得られる。変換時に使用する位相として、単独運転の能動検出機能付きのＰＬＬブロックである能動検出ＰＬＬブロック１０２で生成した同期位相θＰＬＬ１が用いられる。そして、Ｕ相電流偏差演算器１１７及びＷ相電流偏差演算器１１９で、Ｕ相電流ｉｕとＷ相電流ｉｗの偏差が演算される。その演算結果をもとに、Ｕ相電流ＰＩ制御ブロック１１８及びＷ相電流ＰＩ制御ブロック１２０でＰＩ制御がそれぞれなされ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値（Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆ）が演算される。Ｖ相の電圧指令値Ｖｖｒｅｆは、Ｕ相及びＷ相の各相電圧指令値（Ｖｕｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆ）をもとにＶ相電圧指令演算器１２１で演算される。それら、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値（Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆ）をもとに、ＰＷＭゲート信号生成器１２２においてＰＷＭゲート信号が生成され、電力変換器１２の制御がなされる。
【００２１】
電力平準化装置５０ａにおいて、商用電力系統１からの電力供給が０になった場合、電力変換器１２は単独運転状態となるが、本実施形態では、図２の能動検出ＰＬＬブロック１０２及び受動検出ＰＬＬブロック１０３による並列処理に加え、無効電力変動指令部（無効電力変動指令１０５、無効電力変動指令加算器１０６）及びＬＰＦ１０７に示す無効電力変動指令処理を行う。この処理によって、検出感度が高く、誤検出による不要動作を起こさない単独運転検出方式を実現できる。以下に各ブロックの動作を説明する。
【００２２】
始めに、能動検出ＰＬＬブロック１０２の構成及び能動方式の単独運転検出動作を説明する。図３は、図２（ｂ）の能動検出ＰＬＬブロック１０２の詳細図を示す。基本となる位相同期ブロック２０７によるＰＬＬ処理は、従来方式と同様に回転座標変換したｑ軸電圧を０に同期させる方式である。なお、演算に使用するのがｑ軸電圧のみのため、回転座標変換は、ｑ軸電圧演算ブロック２０１にて以下の式（図３では式（１）と表記する）を用いて行う。この式のθＰＬＬには、能動方式のときにθＰＬＬ１を用い、受動方式のときにθＰＬＬ２を用いる。
【００２３】
Ｖｑ＝｛−２ｓｉｎθＰＬＬ×Ｖｒ＋（ｓｉｎθＰＬＬ＋√３ｃｏｓθＰＬＬ）×Ｖｓ＋（ｓｉｎθＰＬＬ−√３ｃｏｓθＰＬＬ）×Ｖｔ｝／√６ ・・・式（１）
【００２４】
その後、電圧ノミナル化ゲイン２０２を用いて、電圧実効値（２００Ｖ）で除算する。そして、位相同期ＰＩブロック２０３で補償角周波数を演算し、基本周波数加算器２０４にて５０Ｈｚないし６０Ｈｚ相当の角周波数を加算し、積分器２０５で積算した値に外乱周波数を外乱周波数加算器２０６にて加算した値を同期位相θＰＬＬ１とする。ここで求めた同期位相θＰＬＬ１は、式（１）の演算に用いる他、電力制御の回転座標変換（座標変換ブロック１１６）においても使用される。
【００２５】
外乱周波数の生成は、位相同期ＰＩブロック２０３から出力される補償角周波数を高域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）２０８と低域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０９で構成したＢＰＦブロック２１０で特定周波数帯域成分を抽出した後、外乱周波数ゲイン（ＫＰ２）２１２でゲイン倍処理をし、更に外乱周波数リミッタ２１３でリミット処理された後、外乱周波数加算器２０６にて同期位相に加算される。なお、この外乱周波数が大きいと周波数の乱れが大きくなることから、単独運転検出が可能な限り、外乱周波数ゲインは大きくせず（基本はゲイン１倍）、リミット値も基本位相の数％程度でリミットするようにしておく。
【００２６】
そして、単独運転検出部の動作は、前出のＢＰＦブロック２１０の出力を検出感度ゲイン２１１でゲイン倍し、更に絶対値ブロック２１５で絶対値化した値と、検出基準値２１４を比較器２１６で比較し、検出基準値２１４を越えたときに能動方式での単独運転検出信号を出力する。なお、検出感度を高めるため、検出感度ゲイン２１１は、任意に可変できるようにしている。また、比較器２１６では、１回の比較で判定せず、連続回数による判定条件を設け、通常動作中の単独運転誤検出による不要動作を防止している。
【００２７】
図４は、図２（ｂ）の受動検出ＰＬＬブロック１０３の詳細図を示す。図示に基づき、受動検出ＰＬＬブロック１０３の構成及び受動方式の単独運転検出動作を説明する。位相同期ＰＬＬ（位相同期ブロック３１０）の構成は、能動方式の位相同期ＰＬＬ（位相同期ブロック２０７）と同じであるが、ＰＩゲインの時定数を能動方式と別に設定する必要があるため、別々の位相同期ＰＬＬとして設けている。つまり、ｑ軸電圧演算ブロック３０１と、電圧ノミナル化ゲイン３０２と、位相同期ＰＩブロック３０３と、基本周波数加算器３０４と、積分器３０５とを備えている。そして、単独運転検出の判定は、ｑ軸電圧演算ブロック３０１の出力であるｑ軸電圧Ｖｑを絶対値ブロック３０６で絶対値化した値と、周波数基準値３０７とを比較器３０８で比較し、周波数基準値３０７を越えたときに、受動方式での単独運転検出信号を出力する。また、比較器３０８では、能動方式と同様に、１回の比較で判定せず、連続回数による判定条件を設け、通常動作中の単独運転誤検出による不要動作を防止している。
【００２８】
そして、結果として、単独運転検出判定論理和回路１０４で、上述の能動方式による単独運転検出信号と受動方式での単独運転検出信号との論理和を取り、いずれか一方の単独運転検出信号が有効になったときに単独運転検信号を出力する。
【００２９】
上記単独運転検出機能を用いた場合でも、上述の電力平準化装置５０ａから商用電力系統１側に電力回生し、商用電力系統１側からの電力供給が０となった場合、単独運転検出が難しくなる。そこで、図５に示すように、無効電力指令Ｑｒｅｆを、周期Ｔで±ΔＱ（以下、「周期変動」という）だけ変動させる処理を追加する。つまり、図２（ｃ）で示すように、上位コントローラから指令された無効電力指令Ｑｒｅｆに上記の周期変動を無効電力変動指令加算器１０６で加算し、更にＬＰＦ１０７でＬＰＦ処理を行うことで、無効電力指令が緩やかに変動するようにした。その後、上述のように、無効電力偏差演算器１０８で無効電力フィードバック値（無効電力ＱＩＮＶ）の偏差を演算し、無効電力ＰＩ制御ブロック１０９におけるＰＩ制御の出力を無効電力指令リミッタ１１０でリミットする。更に、電圧ノミナル化した値をｑ軸電流指令として電力平準化装置５０ａの電流制御を行う。なお、無効電力指令の変動量は、図５に示すパルス状の波形ではなく正弦波状の波形でもよい。この場合、ＬＰＦ１０７のＬＰＦ処理を省略することができる。
【００３０】
この結果、電力平準化装置５０ａと一般負荷４との電力需給が完全にバランスして商用電力系統１からの電力供給が０になる状態となった場合でも、商用電力系統１側からの無効電力供給が周期的に生じるため、商用電力系統１の異常時（停電）の周波数変化が大きくなり、確実な単独運転検出が行えるようになる。また、無効電力指令の変動量ΔＱは、ＰＬＬブロックの無効電流指令演算ゲイン１１１（検出感度ゲイン）で単独運転検出感度を調整できるので、大きな無効電力変動にする必要がなく、無効電力制御に与える外乱が従来の無効電力変動方式と比較して少なくて済む。また、制御装置１４ａは、前記商用電力系統１からの電力供給が０になる状態を検出すると、商用電力系統１に停電が発生したと判定し、高速ＳＷ８を開放し、重要負荷７にエネルギー蓄積要素１３からの電力供給が行われるように電力変換器１２を制御する。
【００３１】
以上説明したように、従来であれば商用電力系統１側へ電力回生が可能な電力平準化装置５０で検出が困難であった負荷状態であっても、つまり、電力平準化装置５０ａと一般負荷４との電力需給が完全にバランスして商用電力系統１からの電力供給が０になる状態であっても、商用電力系統１の異常時に確実に単独運転が検出できる。さらに、商用電力系統１が正常時には、単独運転誤検出をしない検出方法を実現できる。また、本実施形態の単独運転検出法は、電力平準化装置５０ａのみならず太陽光や燃料電池など電力系統に接続する電源装置に適用が可能である。さらにまた、通常の運転状態において単独運転誤検出による不要動作が起きることを防止できる。
【００３２】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、上記実施形態では、停電検出ブロック１５が省かれた構成であったが、フェールセーフの観点から、設けられてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ 商用電力系統
２ 連系点ＣＢ（遮断器）
３ 系統連系点
４ 一般負荷
５ 非常用発電機
６ 分散型電源
７ 重要負荷
８ 高速ＳＷ（スイッチ）
９ 電圧検出部
９ａ 重要負荷接続点
１０ 電力変換器電流検出器（第２電流検出部）
１１ 重要負荷電流検出器（第１電流検出部）
１２ 電力変換器（交流直流変換器）
１３ エネルギー蓄積要素
１４ 制御装置
１４ａ 制御装置
１５ 停電検出ブロック
５０ 電力平準化装置
５０ａ 電力平準化装置
１０１ 電力演算ブロック
１０２ 能動検出ＰＬＬブロック（能動検出部）
１０３ 受動検出ＰＬＬブロック（受動検出部）
１０４ 単独運転検出判定論理和回路
１０５ 無効電力変動指令
１０６ 無効電力変動指令加算器
１０７ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０８ 無効電力偏差演算器
１０９ 無効電力ＰＩ制御ブロック
１１０ 無効電力指令リミッタ
１１１ 無効電流指令演算ゲイン
１１２ 有効電力偏差演算器
１１３ 有効電力ＰＩ制御ブロック
１１４ 有効電力指令リミッタ
１１５ 有効電流指令演算ゲイン
１１６ 座標変換ブロック
１１７ Ｕ相電流偏差演算器
１１８ Ｕ相電流ＰＩ制御ブロック
１１９ Ｗ相電流偏差演算器
１２０ Ｗ相電流ＰＩ制御ブロック
１２１ Ｖ相電圧指令演算器
１２２ ＰＷＭゲート信号生成器
１３０ 制御信号生成ブロック
２０１ ｑ軸電圧演算ブロック
２０２ 電圧ノミナル化ゲイン
２０３ 位相同期ＰＩブロック
２０４ 基本周波数加算器
２０５ 積分器
２０６ 外乱周波数加算器
２０７ 位相同期ブロック
２０８ 高域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）
２０９ 低域側ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）
２１０ ＢＰＦブロック
２１１ 検出感度ゲイン
２１２ 外乱周波数ゲイン
２１３ 外乱周波数リミッタ
２１４ 検出基準値
２１５ 絶対値ブロック
２１６ 比較器
３０１ ｑ軸電圧演算ブロック
３０２ 電圧ノミナル化ゲイン
３０３ 位相同期ＰＩブロック
３０４ 基本周波数加算器
３０５ 積分器
３０６ 絶対値ブロック
３０７ 周波数基準値
３０８ 比較器
３１０ 位相同期ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統と重要負荷及び分散型電源とを接続するスイッチと、
前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインに、交流側が接続される交流直流変換器と、
前記交流直流変換器の直流側に接続されるエネルギー蓄積要素と、
前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインの電圧を検出する電圧検出部と、
前記重要負荷に流れる電流を検出する第１電流検出部と、
前記交流直流変換器の交流側に流れる電流を検出する第２電流検出部と、
前記電圧検出部、前記第１電流検出部及び前記第２電流検出部からの各検出値を入力して算出した前記交流直流変換器及び前記重要負荷のそれぞれの有効電力及び無効電力を、それぞれに対応する有効電力指令及び無効電力指令に一致するように前記交流直流変換器を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、単独運転を能動的に検出する能動検出部及び受動的に検出する受動検出部を備える単独運転検出部と、前記交流直流変換器の無効電力指令を周期的に変動させる無効電力変動指令部とを備え、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出することを特徴とする電力平準化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出すると、前記商用電力系統に停電が発生したと判定し、前記スイッチを開放して前記重要負荷に前記エネルギー蓄積要素からの電力供給となるよう前記交流直流変換器を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力平準化装置。
【請求項１】
商用電力系統と重要負荷及び分散型電源とを接続するスイッチと、
前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインに、交流側が接続される交流直流変換器と、
前記交流直流変換器の直流側に接続されるエネルギー蓄積要素と、
前記スイッチと前記重要負荷及び前記分散型電源との接続ラインの電圧を検出する電圧検出部と、
前記重要負荷に流れる電流を検出する第１電流検出部と、
前記交流直流変換器の交流側に流れる電流を検出する第２電流検出部と、
前記電圧検出部、前記第１電流検出部及び前記第２電流検出部からの各検出値を入力して算出した前記交流直流変換器及び前記重要負荷のそれぞれの有効電力及び無効電力を、それぞれに対応する有効電力指令及び無効電力指令に一致するように前記交流直流変換器を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、単独運転を能動的に検出する能動検出部及び受動的に検出する受動検出部を備える単独運転検出部と、前記交流直流変換器の無効電力指令を周期的に変動させる無効電力変動指令部とを備え、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出することを特徴とする電力平準化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記商用電力系統からの電力供給がない状態を検出すると、前記商用電力系統に停電が発生したと判定し、前記スイッチを開放して前記重要負荷に前記エネルギー蓄積要素からの電力供給となるよう前記交流直流変換器を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力平準化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９４８１（Ｐ２０１３−９４８１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９２９７（Ｐ２０１１−１３９２９７）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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