JP7730744B2 - 電力変換器の制御器および制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換器の制御器および制御方法に関する。

マイクログリッド等のように交流電源系統と蓄電設備とが連系した電源系統において、交流電源系統と蓄電設備との間には、交流電源系統の交流電力を直流電力に変換し、蓄電設備の直流電力を交流電力に変換する電力変換器が接続されている。

このような電源系統の一部において不具合が発生した場合、交流電源系統と蓄電設備との間の交流配線において瞬間的な電圧低下が発生する可能性がある。このような瞬間的な電圧低下が生じた場合でも、連系運転を継続し、交流電源系統における電圧回復時に電力変換器から交流配線に出力される電力を電圧低下状態から早急に復旧させることが求められる。例えば、日本電気技術規格委員会の承認規格である系統連系規程（JEAC9701-2019）では、ＦＲＴ（Fault Ride Through）要件の１つとして、残電圧が２０％以上の場合、位相変化なしで継続時間が０.３秒の電圧低下に対しては運転を継続し、交流電源系統における電圧回復後、０．１秒以内に電圧低下前の出力の８０％以上に復旧すること等が定められている。

一方、下記特許文献１には、このような電源系統において用いられる電力変換器において、制御方式の変更を行うことなく、蓄電設備を交流電源系統から切り離して自立運転に切り替えることができ、しかも、再度交流電源系統に蓄電設備を接続して自立運転から連系運転に切り替え可能とする電力変換器が提案されている。

具体的には、特許文献１における電力変換器は、電力変換器の代わりに仮想の原動機発電機が接続されたと仮定した場合に、当該仮想の原動機発電機が出力するべき電流を推定し、推定された電流を電力変換器が出力する電流目標値として決定する仮想発電機モデル制御によって制御される。

国際公開第２０１３／００８４１３号

上記特許文献１のように仮想の原動機発電機を模擬した電力変換器の制御態様において、交流配線において瞬間的な電圧低下が生じた場合に、連系運転を継続し、交流電源系統における電圧回復時に電圧低下状態から早急に復旧するためには、改善の余地がある。

本開示は、上記課題を解決するものであり、制御方式を変更することなく自立運転と連系運転との切り替えが可能であり、かつ、連系運転時に瞬間的な電圧低下が生じた場合でも連系運転を継続し、交流電源系統における電圧回復時に電圧低下状態から早急に復旧することができる電力変換器の制御器および制御方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る電力変換器の制御器は、蓄電設備と交流電源系統との間で電力変換を行う電力変換器の制御器であって、前記交流電源系統と前記電力変換器とを接続する交流配線における電圧、周波数および前記電力変換器から前記交流配線に出力される電流を取得し、前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するように、所定の有効電力指令値に対する前記電力変換器有効電力の偏差である第１偏差に基づく値に、前記第１の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値を算出し、前記周波数目標値に対する前記交流配線における周波数の偏差である第２偏差を積算して内部相差角を算出し、所定の無効電力指令値に対する前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器無効電力の偏差である第３偏差に基づく値に、所定の基準電圧を加算して内部起電圧目標値を算出し、前記内部相差角と、前記内部起電圧目標値と、前記交流配線における電圧とから、電流目標値を算出し、前記電流目標値を所定の第１範囲内に制限して電流指令値を生成し、前記電流目標値に対する前記電流指令値の偏差である第４偏差と、前記交流配線における電圧とから電力補正値を算出し、前記電力補正値により前記第１偏差を補正することにより、前記周波数目標値を補正し、前記交流配線における電圧を所定の制限範囲内に制限した制限電圧を生成し、前記電流指令値に対する前記交流配線に出力される電流の偏差である第５偏差に基づく値に前記制限電圧を加えて電圧指令値を生成することにより、前記電力変換器の駆動信号を生成する。

本開示の他の態様に係る電力変換器の制御方法は、蓄電設備と交流電源系統との間で電力変換を行う電力変換器の制御方法であって、前記交流電源系統と前記電力変換器とを接続する交流配線における電圧、周波数および前記電力変換器から前記交流配線に出力される電流を取得し、前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するように、所定の有効電力指令値に対する前記電力変換器有効電力の偏差である第１偏差に基づく値に、前記第１の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値を算出し、前記周波数目標値に対する前記交流配線における周波数の偏差である第２偏差を積算して内部相差角を算出し、所定の無効電力指令値に対する前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器無効電力の偏差である第３偏差に基づく値に、所定の基準電圧を加算して内部起電圧目標値を算出し、前記内部相差角と、前記内部起電圧目標値と、前記交流配線における電圧とから、電流目標値を算出し、前記電流目標値を所定の第１範囲内に制限して電流指令値を生成し、前記電流目標値に対する前記電流指令値の偏差である第４偏差と、前記交流配線における電圧とから電力補正値を算出し、前記電力補正値により前記第１偏差を補正することにより、前記周波数目標値を補正し、前記交流配線における電圧を所定の第２範囲内に制限した制限電圧を生成し、前記電流指令値に対する前記交流配線に出力される電流の偏差である第５偏差に基づく値に前記制限電圧を加えて電圧指令値を生成することにより、前記電力変換器の駆動信号を生成する。

本開示によれば、制御方式を変更することなく自立運転と連系運転との切り替えが可能であり、かつ、連系運転時に瞬間的な電圧低下が生じた場合でも連系運転を継続し、交流電源系統における電圧回復時に電圧低下状態から早急に復旧することができる。

図１は、本開示の一実施の形態における電力変換器の制御器を含む電源系統の概略構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す制御器における周波数目標値演算部の構成を示すブロック図である。 図３は、図１に示す制御器における内部相差角演算部の構成を示すブロック図である。 図４は、図１に示す制御器における内部起電圧目標値演算部の構成を示すブロック図である。 図５は、図１に示す制御器における電流指令値演算部の構成を示すブロック図である。 図６は、図１に示す制御器における駆動信号生成部の構成を示すブロック図である。 図７は、第１シミュレーションにおける出力電力の時間変化を示すグラフである。 図８は、第１シミュレーションにおける周波数の時間変化を示すグラフである。 図９は、第１シミュレーションにおける内部相差角の時間変化を示すグラフである。 図１０は、第１シミュレーションにおける実施例のｄ軸電流指令値およびｄ軸電流の時間変化を示すグラフである。 図１１は、第１シミュレーションにおける比較例のｄ軸電流指令値およびｄ軸電流の時間変化を示すグラフである。 図１２は、第１シミュレーションにおける電力変換器からの出力電流の時間変化を示すグラフである。 図１３は、実施例についての第２シミュレーションの結果に基づく、交流配線における交流電圧および周波数の時間変化を示すグラフである。 図１４は、比較例１についての第２シミュレーションの結果に基づく、交流配線における交流電圧および周波数の時間変化を示すグラフである。 図１５は、比較例２についての第２シミュレーションの結果に基づく、交流配線における交流電圧および周波数の時間変化を示すグラフである。

以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

［システム構成］
図１は、本開示の一実施の形態における電力変換器の制御器を含む電源系統の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態における電源系統１は、商用電源系統等の交流電源系統２と、蓄電設備３と、電力変換器４と、を備えている。交流電源系統２と電力変換器４とは、交流配線５により接続されている。蓄電設備３と電力変換器４とは、直流配線６により接続されている。本実施の形態において、交流電源系統２が、三相交流系統である場合を例示する。

蓄電設備３は、二次電池、電気二重層キャパシタ、燃料電池等を含む。電力変換器４は、複数のパワー半導体素子を備え、当該パワー半導体素子のオン／オフを高速に切り替えることにより、蓄電設備３からの直流電力を交流電力に変換して交流配線５に出力する、あるいは、交流電源系統２からの交流電力を直流電力に変換して蓄電設備３を蓄電する。電力変換器４には、パワー半導体素子のオン／オフを制御するための制御器１０が接続されている。

電源系統１は、電圧検出器７および電流検出器８を備えている。電圧検出器７は、交流配線５における電圧を検出する。電流検出器８は、電力変換器４から交流配線５に出力される電流を検出する。例えば、電圧検出器７はＰＴ（Potential Transformer）として知られる変成器であり、電流検出器８はＣＴ（Current Transformer）として知られる変流器である。検出された電圧および電流は、制御器１０に入力される。

蓄電設備３には蓄電設備３の状態、例えば、電圧、電流、温度、圧力等を検出するための状態検出器９が接続されている。状態検出器９の出力は、状態監視器１１に入力される。状態監視器１１は、蓄電設備の状態を監視する他、蓄電設備３の充電率を示すＳＯＣ（State Of Charge）の計算を行う。状態監視器１１は、制御器１０に接続されており、蓄電設備３の状態異常を検出した場合に、異常信号を制御器１０に送信する。制御器１０は、状態監視器１１から異常信号を受信した場合、電力変換器４の運転を停止する。

制御器１０は、例えばマイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを備えている。例えば、制御器１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等のメインメモリ、通信インターフェイス等を備えている。

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、手段、または部は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアまたはプロセッサの構成に使用される。

制御器１０は、電圧演算部７１、電流演算部７２、電力演算部７３、周波数目標値演算部８０、内部相差角演算部８２、内部起電圧目標値演算部８３、電流指令値演算部８４および駆動信号生成部８５の各制御ブロックを備えている。上記の通り、これらの各制御ブロックは、それぞれ処理回路または回路と見なされる。制御器１０は、各制御ブロックにおける処理を実行することにより、電力変換器４の代わりに交流配線５に仮想の発電機が接続されたと仮定した場合に当該仮想の発電機が交流配線５に出力する電力を模擬して、電力変換器４が交流配線５に出力する電力を制御する仮想発電機モデル制御を行う。以下、各制御ブロックについて詳しく説明する。

［電圧演算部］
電圧演算部７１は、電圧検出器７で検出された各相の瞬時電圧ｖ_ａ，ｖ_ｂ，ｖ_ｃから次式により交流電圧Ｖａｃを算出する。

また、電圧演算部７１は、公知のＰＬＬ（Phase Lock Loop）演算により、交流配線５における周波数ｆａｃおよび位相φ_ａｃを算出する。また、電圧演算部７１は、各相の瞬時電圧ｖ_ａ，ｖ_ｂ，ｖ_ｃおよび位相φ_ａｃから次式により交流電圧の回転座標系、すなわち、ｄｑ座標系の各座標軸における電圧であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを算出する。このように、本実施の形態において、制御器１０は、電圧検出器７で検出された瞬時電圧ｖ_ａ，ｖ_ｂ，ｖ_ｃから交流配線５における電圧Ｖｄ，Ｖｑおよび周波数ｆａｃを取得する。

［電流演算部］
電流演算部７２は、電流検出器８で検出された各相の瞬時電流ｉ_ａ，ｉ_ｂ，ｉ_ｃから次式により電力変換器４から交流配線５に出力される交流電流Ｉａｃを算出する。

また、電流演算部７２は、電流検出器８で検出された各相の瞬時電流ｉ_ａ，ｉ_ｂ，ｉ_ｃおよび電圧演算部７１で演算された位相φａｃから次式により交流電流の回転座標系の各座標軸における電流であるｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを算出する。このように、本実施の形態において、制御器１０は、電流検出器８で検出された瞬時電流ｉ_ａ，ｉ_ｂ，ｉ_ｃから交流配線５における電流Ｉｄ，Ｉｑを取得する。

［電力演算部］
電力演算部７３は、電圧演算部７１で算出された電圧Ｖｄ，Ｖｑおよび電流演算部７２で算出された電流Ｉｄ，Ｉｑから次式により対応する電力変換器有効電力Ｐａｃおよび電力変換器無効電力Ｑａｃを算出する。なお、以下では、電力変換器有効電力Ｐａｃおよび電力変換器無効電力Ｑａｃを単に有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃと称する場合がある。

なお、本実施の形態において、上記のように、有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃが、電圧検出器７および電流検出器８から得られる電圧Ｖｄ，Ｖｑおよび電流Ｉｄ，Ｉｑから演算により求められる例を示したがこれに限られない。例えば、これに代えて、電源系統１が交流配線５における有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃを検出する電力検出器を備えていてもよい。すなわち、制御器１０は、有効電力Ｐａｃおよび無効電力Ｑａｃを外部から取得してもよい。例えば、電力検出器は、公知の電力計により構成され得る。なお、以下では、電圧演算部７１で得られた交流配線５における電圧Ｖｄ，Ｖｑを系統電圧と称する場合があり、電流演算部７２で得られた電力変換器４から交流配線５に出力される電流Ｉｄ，Ｉｑを系統電流と称する場合がある。

［周波数目標値演算部］
図２は、図１に示す制御器における周波数目標値演算部の構成を示すブロック図である。図２に示すように、周波数目標値演算部８０は、周波数目標値演算処理を行う。周波数目標値演算処理において、周波数目標値演算部８０は、有効電力Ｐａｃに対する周波数ｆａｃの関係が所定の第１の垂下特性を有するように周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。なお、第１の垂下特性は、有効電力Ｐａｃが大きくなると周波数ｆａｃが小さくなり、有効電力Ｐａｃが小さくなると周波数ｆａｃが大きくなるような特性を意味する。

具体的には、周波数目標値演算部８０は、所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに対する有効電力Ｐａｃの偏差である第１偏差Ｄ１＝Ｐａｃ＿ｃｍｄ－Ｐａｃから後述する電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを差し引き、その値に第１の垂下特性を示すドループ係数Ｄｒ＿ｐを掛けた値を算出する。

本実施の形態において、周波数目標値演算部８０は、算出された値を一次遅れ演算部８６に入力し、一次遅れ演算を行う。これにより、実際の発電機において生じる慣性モーメントが仮想発電機モデルにおいて模擬される。なお、一次遅れ演算以外の演算処理により発電機において生じる慣性モーメントを模擬してもよい。

さらに、一次遅れ演算部８６から出力された値は、上下限リミッタ８７に入力される。上下限リミッタ８７は、一次遅れ演算部８６から出力された値を所定の上限値と所定の下限値との間に制限して周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆを出力する。なお、周波数目標値演算部８０に、一次遅れ演算部８６、上下限リミッタ８７またはその双方を設けずに、周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆが算出されてもよい。

周波数目標値演算部８０は、上下限リミッタ８７から出力された周波数参照値Δｆａｃ＿ｒｅｆに所定の周波数指令値ｆａｃ＿ｃｍｄを加算して周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出する。

交流配線５に接続される負荷の消費電力が増大し、交流配線５における周波数ｆａｃが低下すると、電力変換器４が出力する交流電圧に対して、交流配線５における交流電圧の進み位相が増大する。これを受けて、制御器１０は、当該進み位相を相殺すべく、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを低下させる。この結果、電力変換器４が出力する有効電力Ｐａｃが増大する。

反対に、交流配線５に接続される負荷の消費電力が減少し、交流配線５における周波数ｆａｃが上昇すると、電力変換器４が出力する交流電圧に対して、交流配線５における交流電圧の遅れ位相が増大する。これを受けて、制御器１０は、当該遅れ位相を相殺すべく、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを上昇させる。この結果、電力変換器４が出力する有効電力Ｐａｃが減少する。

［内部相差角演算部］
図３は、図１に示す制御器における内部相差角演算部の構成を示すブロック図である。図３に示すように、内部相差角演算部８２は、周波数目標値演算部８０で算出された周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆに対する交流配線５における周波数ｆａｃの偏差である第２偏差Ｄ２＝ｆａｃ＿ｒｅｆ－ｆａｃを算出し、それを積分器８８に入力して積算する。積分器８８では、当該第２偏差Ｄ２に単位変換用の係数Ｋｗを掛けた仮想発電機の回転速度を積分することにより、仮想発電機における内部相差角θを算出する。

［内部起電圧目標値演算部］
図４は、図１に示す制御器における内部起電圧目標値演算部の構成を示すブロック図である。図４に示すように、内部起電圧目標値演算部８３は、電力演算部７３で算出された無効電力Ｑａｃに基づいて交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。ここで、内部起電圧目標値演算部８３は、無効電力Ｑａｃに対する交流電圧Ｖａｃの関係が所定の第２の垂下特性を有するように交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。なお、第２の垂下特性は、無効電力Ｑａｃが大きくなると交流電圧Ｖａｃが小さくなり、無効電力Ｑａｃが小さくなると交流電圧Ｖａｃが大きくなるような特性を意味する。

具体的には、内部起電圧目標値演算部８３は、所定の無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄに対する無効電力Ｑａｃの偏差である第３偏差Ｄ３＝Ｑａｃ＿ｃｍｄ－Ｑａｃに第２の垂下特性に応じたドループ係数Ｄｒ＿ｑを掛け、その値に、所定の基準電圧である交流電圧指令値Ｖａｃ＿ｃｍｄを加えて交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆを算出する。

内部起電圧目標値演算部８３は、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆに対する交流電圧Ｖａｃの偏差を比例積分演算することにより、内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆを生成する。比例積分演算における伝達関数は、例えば、比例ゲインをＫｐとし、積分ゲインをＫｉとすると、Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓで表される。このように、無効電力指令値Ｑａｃ＿ｃｍｄに対する無効電力Ｑａｃの偏差である第３偏差Ｄ３に対して第２の垂下特性を与えることにより、仮想発電機において無効電力Ｑａｃを用いた自動電圧調整（AVR）制御を模擬した制御態様を容易に実現することができる。

なお、内部起電圧目標値演算部８３は、周波数目標値演算部８０と同様に、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆに対する交流電圧Ｖａｃの偏差を比例積分演算した結果に一次遅れ演算を行ってもよい。また、内部起電圧目標値演算部８３は、交流電圧目標値Ｖａｃ＿ｒｅｆに対する交流電圧Ｖａｃの偏差を比例積分演算した結果または一時遅れ演算の結果に、上下限リミッタを適用してもよい。

［電流指令値演算部］
図５は、図１に示す制御器における電流指令値演算部の構成を示すブロック図である。図５に示すように、電流指令値演算部８４において、内部相差角演算部８２で算出された内部相差角θと、内部起電圧目標値演算部８３で算出された内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆと、電圧演算部７１で算出されたｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑとが関数演算部８９に入力される。関数演算部８９は、次式に示す演算を行い、電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。

上記式で求められる電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆは、交流配線５における交流電圧Ｖａｃと同じ電圧を出力する電源と、内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆと同じ電圧を出力する電源との間に総合インピーダンスｒ＋ｊｘが接続されたと仮定した場合に、当該総合インピーダンスに流れる電流値である。

ところで、総合インピーダンスｒ＋ｊｘは、蓄電設備３の内部インピーダンスｒ_ｓ＋ｊｘ_ｓと、蓄電設備３と交流電源系統２との間の外部インピーダンスｒ_ｌ＋ｊｘ_ｌの和として定義される。しかし、実際の蓄電設備３における内部インピーダンスｒ_ｓ＋ｊｘ_ｓはほぼゼロに等しく、総合インピーダンスｒ＋ｊｘは蓄電設備３と交流配線５との間の外部インピーダンスｒ_ｌ＋ｊｘ_ｌにほぼ等しい。しかしながら、前述のとおり、本実施の形態においては、電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを算出するに際して、蓄電設備３の内部インピーダンスｒ_ｓ＋ｊｘ_ｓと、蓄電設備３と交流電源系統２との間の外部インピーダンスｒ_ｌ＋ｊｘ_ｌとの和である総合インピーダンスｒ＋ｊｘを用いることとした。

特に、蓄電設備３の内部インピーダンスｒ_ｓ＋ｊｘ_ｓを仮想的に大きくして、総合インピーダンスｒ＋ｊｘを求め、この仮想インピーダンスを用いて電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを算出すれば、安定した運転が可能となる。なぜならば、複数の電力変換器４を並列運転した場合、電力変換器４間のわずかな電圧差で大きく出力バランスが崩れてしまうのは、電力変換器４のインピーダンスが低いからである。蓄電設備３の内部インピーダンスを仮想的に大きくすることにより、電力変換器４のインピーダンスが高くなり、電圧差による出力バランスが不安定になるのを防止することができる。例えば、内部インピーダンスｒ_ｓ＋ｊｘ_ｓが現実的にはほぼゼロのところ、総合インピーダンスにおいて抵抗分を０．１ＰＵ、リアクタンス分を０．４ＰＵとすればかなりの安定化を図ることができる。

つまり、電流指令値演算部８４は、仮想発電機が電力変換器４の代わりに交流配線５に接続されていると仮定し、当該仮想発電機が内部起電圧目標値演算部８３と内部相差角演算部８２とにより求められた内部起電圧を発生させた場合に、交流配線５に出力される電流値を推定している。これにより、電力変換器４の見掛け上のインピーダンスが上昇し、交流電源系統２との連系運転時や電力変換器４同士の並列運転においてシステムが不安定になることを抑制している。

さらに、電流指令値演算部８４は、電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを所定の第１範囲内に制限して電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄを生成する。すなわち、関数演算部８９の出力である電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆは、それぞれリミッタ９０，９１に入力される。

リミッタ９０は、ｄ軸電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆが第１範囲の上限値以上である場合、当該上限値をｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄとして出力する。リミッタ９０は、ｄ軸電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆが第１範囲の下限値以下である場合、当該下限値をｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄとして出力する。リミッタ９０は、ｄ軸電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆが第１範囲内である場合、ｄ軸電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆをｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄとして出力する。リミッタ９１は、ｑ軸電流目標値Ｉｑ＿ｒｅｆに対して、リミッタ９０と同様の制限処理を行う。なお、リミッタ９０，９１において設定される上限値および下限値は、それぞれ互いに異なる値でもよいし、同じ値でもよい。リミッタ９０，９１が出力した電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄは、駆動信号生成部８５に入力される。

さらに、電流指令値演算部８４は、電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆに対する電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉ＿ｃｍｄの偏差である第４偏差Ｄ４ｄ，Ｄ４ｑとして得られる電流偏差Ｉｄ＿ｃｍｐ，Ｉｑ＿ｃｍｐと、系統電圧Ｖｄ，Ｖｑとから電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを算出する。

より具体的には、電流指令値演算部８４は、リミッタ９０の入力であるｄ軸電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆからリミッタ９０の出力であるｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄを差し引いてｄ軸電流偏差Ｉｄ＿ｃｍｐ＝Ｄ４ｄ＝Ｉｄ＿ｒｅｆ－Ｉｄ＿ｃｍｄを生成する。同様に、電流指令値演算部８４は、リミッタ９１の入力であるｑ軸電流目標値Ｉｑ＿ｒｅｆからリミッタ９１の出力であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｃｍｄを差し引いてｑ軸電流偏差Ｉｑ＿ｃｍｐ＝Ｄ４ｑ＝Ｉｑ＿ｒｅｆ－Ｉｑ＿ｃｍｄを生成する。電流偏差Ｉｄ＿ｃｍｐ，Ｉｑ＿ｃｍｐおよび系統電圧Ｖｄ，Ｖｑは、電力補正値演算部９２に入力される。

電力補正値演算部９２は、ｄ軸電圧Ｖｄにｄ軸電流偏差Ｉｄ＿ｃｍｐを掛けた値と、ｑ軸電圧Ｖｑにｑ軸電流偏差Ｉｑ＿ｃｍｐを掛けた値とを加えて電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを算出する。すなわち、電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐは、Ｐａｃ＿ｃｍｐ＝Ｖｄ＊Ｉｄ＿ｃｍｐ＋Ｖｑ＊Ｉｑ＿ｃｍｐで表される。

電流指令値演算部８４では、仮想発電機モデルから算出される理論上の電流出力である電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆに対して、電力変換器４がトリップしないように、電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄを第１範囲内に制限している。電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐは、仮想発電機モデルから算出される理論上の電流出力に対して、電力変換器４の上記制約から出力できなかった電力に相当する。

電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐは、上述したように、周波数目標値演算部８０に入力される。周波数目標値演算部８０は、図２に示すように、所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに対する有効電力Ｐａｃの偏差である第１偏差Ｄ１から電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを差し引く。これにより、周波数目標値演算部８０は、電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐにより第１偏差Ｄ１＝Ｐａｃ＿ｃｍｄ－Ｐａｃを補正することにより、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを補正する。

このように、電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄが仮想発電機モデルから算出される理論上の電流出力に対して制限されることにより、電力変換器４から仮想発電機モデルに応じた電力が出力されない場合であっても、周波数目標値演算部８０において、電力変換器４から仮想発電機モデルに応じた電力が出力されたと仮定して周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが算出される。したがって、電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄが制限されたことによって周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが過大になることを抑制することができる。

［駆動信号生成部］
図６は、図１に示す制御器における駆動信号生成部の構成を示すブロック図である。図６に示すように、駆動信号生成部８５には、交流配線５における電流Ｉｄ，Ｉｑ、位相φａｃおよび電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄが入力される。駆動信号生成部８５は、系統電流Ｉｄ，Ｉｑが電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄになるような駆動信号Ｓｏを生成し、電力変換器４に出力する。

具体的には、駆動信号生成部８５は、電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄに対する系統電流Ｉｄ，Ｉｑの偏差である第５偏差Ｄ５ｄ＝Ｉｄ＿ｃｍｄ－Ｉｄ，Ｄ５ｑ＝Ｉｑ＿ｃｍｄ－Ｉｑを比例積分演算する。さらに、駆動信号生成部８５は、系統電圧を所定の制限範囲内に制限した制限電圧を生成する。制限電圧は、少なくともｄ軸電圧Ｖｄまたはｑ軸電圧Ｖｑが所定の制限範囲内で変化し得る電圧である。

本実施の形態においては、駆動信号生成部８５にｄ軸電圧Ｖｄが入力される。駆動信号生成部８５に入力されたｄ軸電圧Ｖｄは、リミッタ９３に入力される。リミッタ９３は、ｄ軸電圧Ｖｄを所定の第２範囲に制限したｄ軸制限電圧Ｖｄｌを出力する。本実施の形態において、ｄ軸制限電圧Ｖｄｌの大きさは、ｄ軸電圧Ｖｄの定格電圧を１としたとき、０以上１以下である。駆動信号生成部８５は、ｄ軸電流Ｉｄに関する第５偏差Ｄ５ｄについての比例積分演算の結果に、ｄ軸制限電圧Ｖｄｌを加える。すなわち、ｄ軸電流Ｉｄに関する第５偏差Ｄ５ｄについての比例積分演算の結果に加えられるｄ軸制限電圧Ｖｄｌは、ｄ軸電圧Ｖｄの大きさが定格電圧以下である場合、そのときのｄ軸電圧Ｖｄに応じて変化し得る。

なお、本実施の形態においては、ｑ軸電流Ｉｑに関する第５偏差Ｄ５ｑについての比例積分演算の結果に、ｑ軸制限電圧は加えない。これは、従来のｑ軸電圧加算項として固定値である０を加えるのに等しい。

さらに、駆動信号生成部８５は、交流配線５における電流に関する第５偏差Ｄ５ｄ，Ｄ５ｑについての比例積分演算の結果から干渉成分を差し引く。仮想発電機においてｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとの間にはｄ軸電流Ｉｄが変化するとｑ軸電流Ｉｑが変化し、ｑ軸電流Ｉｑが変化するとｄ軸電流Ｉｄが変化するという干渉が生じる。駆動信号生成部８５は、電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄに基づく電圧指令値Ｖｄ＿ｃｍｄ，Ｖｑ＿ｃｍｄからこのような干渉成分を取り除く非干渉処理を行う。

具体的には、駆動信号生成部８５は、ｄ軸電流Ｉｄに関する第５偏差Ｄ５ｄについての比例積分演算の結果からｑ軸電流Ｉｑに所定のゲインＸｑを掛けたｑ軸干渉成分ＸｑＩｑを差し引く。同様に、駆動信号生成部８５は、ｑ軸電流Ｉｑに関する第５偏差Ｄ５ｑについての比例積分演算の結果にｄ軸電流Ｉｄに所定のゲインＸｄを掛けたｄ軸干渉成分ＸｄＩｄを加える。

以上より、駆動信号生成部８５は、下記式により電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄから電圧指令値Ｖｄ＿ｃｍｄ，Ｖｑ＿ｃｍｄを算出する。ここで、Ｋｄ，Ｋｑ，Ｘｄ，Ｘｑは所定のゲインを表し、Ｔｉｄ，Ｔｉｑは、所定の時定数を表す。

駆動信号生成部８５は、電圧指令値Ｖｄ＿ｃｍｄ，Ｖｑ＿ｃｍｄから三相交流である交流配線５の各相の瞬時電圧ｖ_ａ，ｖ_ｂ，ｖ_ｃの目標値ｖ_{ａ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｂ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｃ＿ｒｅｆ}を算出する。具体的には、電圧指令値Ｖｄ＿ｃｍｄ，Ｖｑ＿ｃｍｄは、ｄｑ－ａｂｃ変換部９４に入力される。ｄｑ－ａｂｃ変換部９４は、下記式に基づいて電圧指令値Ｖｄ＿ｃｍｄ，Ｖｑ＿ｃｍｄから交流配線５の各相の瞬時電圧の目標値ｖ_{ａ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｂ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｃ＿ｒｅｆ}を算出する。

算出された瞬時電圧の目標値ｖ_{ａ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｂ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｃ＿ｒｅｆ}は、信号変換部９５に入力される。信号変換部９５は、瞬時電圧の目標値ｖ_{ａ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｂ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｃ＿ｒｅｆ}に基づいて電力変換器４をスイッチングするための駆動信号Ｓｏを生成する。例えば、駆動信号Ｓｏは、ＰＷＭ制御信号である。駆動信号生成部８５は、このようにして生成された駆動信号Ｓｏを出力する。駆動信号Ｓｏは、電力変換器４に入力され、交流配線５への出力電圧が駆動信号Ｓｏに基づいて制御される。

［効果］
本実施の形態によれば、電力変換器４の代わりに交流配線５に仮想発電機が接続されたと仮定した場合に当該仮想発電機が交流配線５に出力する電力を模擬するために、仮想発電機の内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆおよび内部相差角θが算出され、当該内部起電圧目標値Ｅｆ＿ｒｅｆ、内部相差角θおよび交流配線５における電圧Ｖｄ，Ｖｑから仮想発電機から出力される電流を推定している。電源系統１において系統事故等が発生し、瞬間的な電圧低下が発生すると、この電流の推定値が過大な値となる。そのため、当該電流の推定値をそのまま電流指令値として電力変換器４を駆動すると、電力変換器４が過電流によりトリップまたは破損する恐れがある。この結果、瞬間的な電圧低下時において運転継続し、かつ、交流電源系統２における電圧回復時に電圧低下状態から早急に復旧することができなくなる。

そこで、本実施の形態においては、リミッタ９０，９１により、仮想発電機から出力される電流として推定された電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆを第１範囲内に制限した電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉｑ＿ｃｍｄを用いて電力変換器４が駆動される。これにより、瞬間的な電圧低下時の過電流を抑制することができる。さらに、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄのフィードバックループに、ｄ軸電圧Ｖｄを第２範囲内に制限したｄ軸制限電圧Ｖｄｌが加算されるため、瞬間的な電圧低下時の電流制御の応答性を高めることができ、過電流によるトリップを防止することができる。

上記のように、本実施の形態においては、仮想発電機から出力される電流の推定値をリミッタ９０，９１により制限しているため、電力変換器４から出力される電力も制限される。本実施の形態では、所定の有効電力指令値Ｐａｃ＿ｃｍｄに対する有効電力Ｐａｃの偏差である第１偏差Ｄ１から仮想発電機における周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆが推定され、当該周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆから内部相差角θが算出される。

そのため、瞬間的な電圧低下時において有効電力Ｐａｃが制限されると、第１偏差Ｄ１が増大し、周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆも増大する。この結果、瞬間的な電圧低下時において内部相差角θが理論値よりも大きくなり、電圧低下状態からの復旧時に電源系統１において大きな電力動揺を生じさせてしまう。このため、交流電源系統２における電圧回復時に電圧低下状態からの早急な復旧ができなくなる恐れがある。

そこで、本実施の形態においては、電流目標値Ｉｄ＿ｒｅｆ，Ｉｑ＿ｒｅｆに対する電流指令値Ｉｄ＿ｃｍｄ，Ｉ＿ｃｍｄの偏差である第４偏差Ｄ４ｄ＝Ｉｄ＿ｃｍｐ，Ｄ４ｑ＝Ｉｑ＿ｃｍｐと、交流配線５における電圧Ｖｄ，Ｖｑとから電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐが算出される。算出された電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐが周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆを算出するための第１偏差Ｄ１から差し引かれる。これにより、リミッタ９０，９１で制限されることによる電力の出力低下に伴う周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆの上昇が抑制され、瞬間的な電圧低下時に生じる内部相差角θの増大が抑制される。したがって、交流電源系統２における電圧回復時に電力動揺の発生が抑制され、電力変換器４における連系運転を電圧低下状態から早急に復旧させることができる。

従来の仮想発電機モデル制御においては、制御方式を変更することなく連系運転と自立運転とを切り替えることを可能とするために、駆動信号生成部において電流フィードバックがＰＩ制御により行われ、系統電圧の加算項として、ｄ軸電圧Ｖｄ＝１、ｑ軸電圧Ｖｑ＝０が加算されることにより、電圧指令値Ｖｄ＿ｃｍｄ，Ｖｑ＿ｃｍｄが算出される。これにより、制御方式を変更することなく連系運転と自立運転との間の切り替えが可能となる反面、瞬間的な電圧低下が生じた場合に追従が遅れ、過渡的に過大な電流が流れる恐れがある。

これに対し、本実施の形態においては、駆動信号生成部８５において、系統電圧の加算項として、交流配線５における電圧を制限した電圧が加えられる。すなわち、駆動信号生成部８５は、ｄ軸電流に関する第５偏差Ｄ５ｄ＝Ｉｄ＿ｃｍｄ－Ｉｄについての比例積分演算の結果に、ｄ軸制限電圧Ｖｄｌを加算する。これにより、従来の仮想発電機モデル制御と同様に制御方式を変更することなく連系運転と自立運転との間の切り替えを可能としつつ、瞬間的な電圧低下発生時における電流制御の応答性を高めることができる。

また、瞬間的な電圧低下時における運転継続および電圧低下状態からの早急な復旧を実現するための他の方法として、瞬間的な電圧低下の発生を検出し、一時的に制御方式を切り替えることが考えられる。しかし、この場合、瞬間的な電圧低下の発生を検出するための追加の設備が必要となる。一方で、本実施の形態によれば、瞬間的な電圧低下の発生時においても、制御方式を変更する必要がない。したがって、瞬間的な電圧低下の発生を検出する必要がないため、電源系統１において追加の設備を必要とすることなく瞬間的な電圧低下時における運転継続および交流電源系統における電圧回復時の電圧低下状態からの早急な復旧を実現できる。

［シミュレーション結果］
（１）瞬間的な電圧低下の発生に関するシミュレーション
以下に、第１シミュレーションとして、上記実施の形態の電源系統１において瞬間的な電圧低下を発生させた場合のシミュレーションの結果を以下に示す。第１シミュレーションでは、実施例として、図１に示される電源系統１について、交流電源系統２において残留電圧２０％、継続時間０．３秒の瞬間的な電圧低下が発生した場合の挙動についてのシミュレーションを実施し、比較例と比較した。第１シミュレーションにおいては、シミュレーション開始から５秒後に瞬間的な電圧低下が発生し、さらに０．３秒後に交流電源系統２における電圧が回復している。

なお、比較例は、図１に示す電源系統１において電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐによる補正が行われないこと、および、電流フィードバック制御において、制限電圧加算項であるｄ軸制限電圧Ｖｄｌの加算および干渉成分ＸｑＩｑ，ＸｄＩｄの減算が行われず、交流配線５における電流に関する第５偏差Ｄ５ｄ，Ｄ５ｑについてＰＩ制御を行っていることが相違する。なお、比較例においても、図５に示す電流指令値演算部８４におけるリミッタ９０，９１による電流制限は行われるとした。

図７は、第１シミュレーションにおける出力電力の時間変化を示すグラフである。比較例における出力電力Ｐｃのグラフによれば、シミュレーション開始から５．３秒後の交流電源系統２における電圧回復後、電力変換器の出力電力Ｐｃが大きく負の領域に振れている。これは、後述する内部相差角のシミュレーション結果からも分かるように、瞬間的な電圧低下中に生じた内部相差角の増大が過大となり、脱調現象が発生したと考えられる。このため、例えば、系統連系規程（JEAC9701）において定められるＦＲＴ要件の１つである、交流電源系統における電圧回復後、０．１秒以内に電圧低下前の出力の８０％以上に復旧することを満足することができない。

一方、実施例における出力電力Ｐｅのグラフによれば、脱調現象は発生せず、電圧回復後の電力動揺が低く抑えられている。この結果、上記ＦＲＴ要件を満足している。これは、電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを用いた電力補償制御により、瞬間的な電圧低下時における周波数目標値ｆａｃ＿ｒｅｆおよび内部相差角θの上昇が抑制されていることに起因すると考えられる。

図８は、第１シミュレーションにおける周波数の時間変化を示すグラフである。図８のグラフにおける周波数は、電圧演算部７１で得られる周波数ｆａｃに相当する値である。比較例における周波数ｆｒｃのグラフによれば、瞬間的な電圧低下時において、電流指令値に対する制限が行われることにより、出力電力が抑制されるため、周波数ｆｒｃが上昇する。さらに、電圧回復後は、脱調現象が発生し、周波数ｆｒｃがさらに上昇する結果となった。

一方、実施例における周波数ｆｒｅのグラフによれば、電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを用いた電力補償制御により、周波数ｆｒｅの上昇が抑制されている。電圧回復後も脱調現象は発生せず、周波数ｆｒｅは一旦減少するものの、その後短期間で元の周波数に近い値に復帰している。

図９は、第１シミュレーションにおける内部相差角の時間変化を示すグラフである。比較例における内部相差角θｃのグラフと実施例における内部相差角θｅのグラフとを比較すると、比較例における内部相差角θｃの方が瞬間的な電圧低下時により大きく変化している。さらに、比較例においては、電圧回復後に瞬間的に正の値から負の値に変化している。これは、瞬間的な電圧低下時の比較例における内部相差角θｃの変化の傾きが大きいために、電圧回復時に位相差を戻すことができず、そのまま脱調状態に至ったことを示している。

一方、実施例における内部相差角θｅのグラフによれば、電圧回復後、内部相差角θｅは、元の状態に戻っている。これは電力補正値Ｐａｃ＿ｃｍｐを用いた電力補償制御の効果によると考えらえる。

図１０は、第１シミュレーションにおける実施例のｄ軸電流指令値およびｄ軸電流の時間変化を示すグラフである。また、図１１は、第１シミュレーションにおける比較例のｄ軸電流指令値およびｄ軸電流の時間変化を示すグラフである。また、図１２は、第１シミュレーションにおける電力変換器からの出力電流の時間変化を示すグラフである。図１２のグラフにおける出力電流は、上記式（３）で得られる電力変換器４から交流配線５に出力する交流電流Ｉａｃに相当する値である。

図１１に示す比較例のグラフによれば、瞬間的な電圧低下時において、ｄ軸電流Ｉｄｃがｄ軸電流指令値Ｉｄｃｃに追従できていない。すなわち、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｃがリミッタにより制限されているにもかかわらず、ｄ軸電流Ｉｄｃが当該ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｃを上回っている。これに対して、図１０に示す実施例のグラフによれば、ｄ軸電流Ｉｄｅがｄ軸電流指令値Ｉｄｃｅにほぼ追従できている。これは、電流フィードバックループに、制限電圧加算項であるｄ軸制限電圧Ｖｄｌが追加されていることによると考えられる。

図１２に示す電流指令値に関して、比較例における電流指令値Ｉｃのグラフによれば、瞬間的な電圧低下直後において、電流指令値Ｉｃが定格電流の２．５倍を超えている。そのため、この時点で過電流により電力変換器がトリップする可能性がある。一方、実施例における電流指令値Ｉｅのグラフによれば、瞬間的な電圧低下時においても電流指令値Ｉｅは適切に制限されていることが分かる。

（２）連系運転から自立運転への移行に関するシミュレーション
以下に、第２シミュレーションとして、上記実施の形態の電源系統１において連系運転から自立運転への切り替えを行った場合のシミュレーションの結果を以下に示す。第２シミュレーションでは、第１シミュレーションと同様の実施例と比較例（以下、比較例１）とを用いて、比較例１において実現されている連系運転から自立運転への切り替えが実施例においても遜色なく実現できるかどうかを検証した。さらに、上記実施の形態の電源系統１において、電流フィードバックループに追加する電圧加算項を制限しない場合を比較例２として、連系運転から自立運転への切り替えを行った場合のシミュレーションを併せて行った。何れの例においても、シミュレーション開始から５秒のタイミングで連系運転から自立運転に切り替えた場合がシミュレーションされている。

図１３は、実施例についての第２シミュレーションの結果に基づく、交流配線における交流電圧および周波数の時間変化を示すグラフである。また、図１４は、比較例１についての第２シミュレーションの結果に基づく、交流配線における交流電圧および周波数の時間変化を示すグラフである。これらのグラフにおける交流電圧は、上記式（１）で得られる交流電圧Ｖａｃに相当する値である。また、これらのグラフにおける周波数は、電圧演算部７１で得られる周波数ｆａｃに相当する値である。

図１４に示す比較例１の交流電圧Ｖｃ１および周波数ｆｃ１のグラフによれば、連系運転から自立運転への移行の際に、電力変換器から出力される電力の変動等により、交流電圧Ｖｃ１および周波数ｆｃ１がわずかに動揺する。これは仮想発電機モデル制御において期待される応答である。図１３に示す実施例の交流電圧Ｖｅおよび周波数ｆｅのグラフにおいても、図１４に示す比較例１のグラフと同様の結果となっている。したがって、実施例の電源系統１においても比較例１と同様に、連系運転から自立運転への切り替えが問題なく実現できると考えられる。

図１５は、比較例２についての第２シミュレーションの結果に基づく、交流配線における交流電圧および周波数の時間変化を示すグラフである。比較例２においては、シミュレーション開始から５秒後に交流電源系統２と電力変換器４との間で解列した後、交流電圧Ｖｃ２および周波数ｆｃ２がともに異常な値となり、自立運転ができていないことが分かる。

（３）シミュレーションについてのまとめ
以上の２つのシミュレーションの結果から、上記実施の形態における電源系統１の制御態様によれば、制御方式を変更することなく自立運転と連系運転との切り替えが可能であり、かつ、連系運転時に瞬間的な電圧低下が生じた場合でも連系運転を継続し、交流電源系統２における電圧回復時に電圧低下状態から早急に復旧することができることが分かる。

［その他の実施形態］
以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記実施の形態においては、電源系統１における交流配線５が三相系統である場合について説明したが、これに限られない。例えば、交流配線５が単相二線系統または単相三線系統の場合であっても、各種演算の方法が系統の方式に応じて異なることを除いて同様の電源系統１を構築可能である。

また、上記実施の形態においては、駆動信号生成部８５において、ｄ軸電流Ｉｄのフィードバックループにｄ軸制限電圧Ｖｄｌを追加する態様を例示したが、これに加えてまたはこれに代えて、ｑ軸電流Ｉｑのフィードバックループにｑ軸制限電圧Ｖｑｌを追加してもよい。すなわち、駆動信号生成部８５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｃｍｄに対するｑ軸電流Ｉｑの偏差Ｄ５ｑ＝Ｉｑ＿ｃｍｄ－Ｉｑに基づく値に、制限電圧としてｑ軸電圧Ｖｑを所定の第３範囲内に制限したｑ軸制限電圧Ｖｑｌを加えて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを生成してもよい。

また、上記実施の形態においては、ｄ軸制限電圧Ｖｄ１を生成するためのｄ軸電圧Ｖｄの制限範囲である第２範囲を、ｄ軸電圧Ｖｄの定格電圧を１としたとき、０以上１以下としたが、これに限られない。ただし、第２範囲は、ｄ軸電圧Ｖｄの定格電圧を１としたとき、１以下の範囲であることが好ましい。また、ｑ軸電流Ｉｑのフィードバックループにｑ軸制限電圧Ｖｑｌを追加する場合、ｄ軸制限電圧Ｖｄｌは例えば、ｄ軸電圧Ｖｄの定格電圧を１としたとき、１等の固定値でもよい。また、ｑ軸制限電圧Ｖｑ１を生成するためのｑ軸電圧Ｖｑの制限範囲である第３範囲は、電源系統１に応じて適宜設定され得る。ただし、第３範囲は、ｑ軸電圧Ｖｑの定格電圧を１としたとき、０を含む範囲であることが好ましい。

また、上記実施の形態においては、駆動信号生成部８５においてd軸－ｑ軸間の非干渉化処理を行うべくｄ軸電流Ｉｄに関する第５偏差Ｄ５ｄから干渉成分ＸｑＩｑを差し引き、ｑ軸電流Ｉｑに関する第５偏差Ｄ５ｑに干渉成分ＸｄＩｄを加える演算を行っている例を示したが、干渉成分ＸｑＩｑの減算および干渉成分ＸｄＩｄの加算はなくてもよい。

［本開示のまとめ］
本開示の一態様に係る電力変換器の制御器は、蓄電設備と交流電源系統との間で電力変換を行う電力変換器の制御器であって、前記交流電源系統と前記電力変換器とを接続する交流配線における電圧、周波数および前記電力変換器から前記交流配線に出力される電流を取得し、前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するように、所定の有効電力指令値に対する前記電力変換器有効電力の偏差である第１偏差に基づく値に、前記第１の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値を算出し、前記周波数目標値に対する前記交流配線における周波数の偏差である第２偏差を積算して内部相差角を算出し、所定の無効電力指令値に対する前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器無効電力の偏差である第３偏差に基づく値に、所定の基準電圧を加算して内部起電圧目標値を算出し、前記内部相差角と、前記内部起電圧目標値と、前記交流配線における電圧とから、電流目標値を算出し、前記電流目標値を所定の第１範囲内に制限して電流指令値を生成し、前記電流目標値に対する前記電流指令値の偏差である第４偏差と、前記交流配線における電圧とから電力補正値を算出し、前記電力補正値により前記第１偏差を補正することにより、前記周波数目標値を補正し、前記交流配線における電圧を所定の制限範囲内に制限した制限電圧を生成し、前記電流指令値に対する前記交流配線に出力される電流の偏差である第５偏差に基づく値に前記制限電圧を加えて電圧指令値を生成することにより、前記電力変換器の駆動信号を生成する。

上記構成によれば、仮想発電機から出力される電流として推定された電流目標値を第１範囲内に制限した電流指令値を用いて電力変換器が駆動される。これにより、瞬間的な電圧低下時の過電流を抑制することができる。さらに、電流指令値のフィードバックループに、交流配線における電圧を所定の制限範囲内に制限した制限電圧が加算されるため、瞬間的な電圧低下時の電流制御の応答性を高めることができ、過電流によるトリップを防止することができる。

さらに、上記構成においては、電流目標値に対する電流指令値の偏差である第４偏差と、交流配線における電圧とから電力補正値が算出される。算出された電力補正値が周波数目標値を算出するための第１偏差から差し引かれる。これにより、仮想発電機から出力される電流として推定された電流目標値に対して電流指令値が制限され、当該制限された電流指令値に基づいて出力電力が決定されることによる電力の出力低下に伴う周波数目標値の上昇が抑制される。この結果、瞬間的な電圧低下時に生じる内部相差角の増大が抑制される。したがって、交流電源系統における電圧回復時に電力動揺の発生が抑制され、電圧低下状態から早急に復旧させることができる。

また、上記構成においては、駆動信号を生成するための電流フィードバックループに加えられる電圧の加算項として、交流配線における電圧を所定の制限範囲内に制限した電圧が加えられる。これにより、従来の仮想発電機モデル制御と同様に制御方式を変更することなく連系運転と自立運転との間の切り替えを可能としつつ、瞬間的な電圧低下発生時における電流制御の応答性を高めることができる。

前記電流指令値は、d軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を含み、前記制御器は、前記交流配線における電圧の瞬時値からｄ軸電圧およびｑ軸電圧を算出し、前記交流配線における電流の瞬時値からｄ軸電流およびｑ軸電流を算出し、前記ｄ軸電流指令値に対する前記ｄ軸電流の偏差に基づく値に前記制限電圧として前記ｄ軸電圧を所定の第２範囲内に制限したｄ軸制限電圧を加えてｄ軸電圧指令値を生成し、前記ｑ軸電流指令値に対する前記ｑ軸電流の偏差に基づく値をｑ軸電圧指令値として生成してもよい。

前記ｄ軸制限電圧の大きさは、前記ｄ軸電圧の定格電圧を１としたとき、０以上１以下であってもよい。

２ 交流電源系統
３ 蓄電設備
４ 電力変換器
１０ 制御器
７１ 電圧演算部
７２ 電流演算部
８０ 周波数目標値演算部
８２ 内部相差角演算部
８３ 内部起電圧目標値演算部
８４ 電流指令値演算部
８５ 駆動信号生成部

Claims (4)

1. 蓄電設備と交流電源系統との間で電力変換を行う電力変換器の制御器であって、
   前記交流電源系統と前記電力変換器とを接続する交流配線における電圧、周波数および前記電力変換器から前記交流配線に出力される電流を取得し、
   前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するように、所定の有効電力指令値に対する前記電力変換器有効電力の偏差である第１偏差に基づく値に、前記第１の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値を算出し、
   前記周波数目標値に対する前記交流配線における周波数の偏差である第２偏差を積算して内部相差角を算出し、
   所定の無効電力指令値に対する前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器無効電力の偏差である第３偏差に基づく値に、所定の基準電圧を加算して内部起電圧目標値を算出し、
   前記内部相差角と、前記内部起電圧目標値と、前記交流配線における電圧とから、電流目標値を算出し、
   前記電流目標値を所定の第１範囲内に制限して電流指令値を生成し、
   前記電流目標値に対する前記電流指令値の偏差である第４偏差と、前記交流配線における電圧とから電力補正値を算出し、
   前記電力補正値により前記第１偏差を補正することにより、前記周波数目標値を補正し、
   前記交流配線における電圧を所定の制限範囲内に制限した制限電圧を生成し、前記電流指令値に対する前記交流配線に出力される電流の偏差である第５偏差に基づく値に前記制限電圧を加えて電圧指令値を生成することにより、前記電力変換器の駆動信号を生成する、制御器。
2. 前記電流指令値は、d軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を含み、
   前記制御器は、
   前記交流配線における電圧の瞬時値からｄ軸電圧およびｑ軸電圧を算出し、
   前記交流配線における電流の瞬時値からｄ軸電流およびｑ軸電流を算出し、
   前記ｄ軸電流指令値に対する前記ｄ軸電流の偏差に基づく値に前記制限電圧として前記ｄ軸電圧を所定の第２範囲内に制限したｄ軸制限電圧を加えてｄ軸電圧指令値を生成し、
   前記ｑ軸電流指令値に対する前記ｑ軸電流の偏差に基づく値をｑ軸電圧指令値として生成する、請求項１に記載の制御器。
3. 前記ｄ軸制限電圧の大きさは、前記ｄ軸電圧の定格電圧を１としたとき、０以上１以下である、請求項２に記載の制御器。
4. 蓄電設備と交流電源系統との間で電力変換を行う電力変換器の制御方法であって、
   前記交流電源系統と前記電力変換器とを接続する交流配線における電圧、周波数および前記電力変換器から前記交流配線に出力される電流を取得し、
   前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器有効電力に対する周波数の関係が所定の第１の垂下特性を有するように、所定の有効電力指令値に対する前記電力変換器有効電力の偏差である第１偏差に基づく値に、前記第１の垂下特性を示す係数を掛ける演算を含む周波数目標値演算処理によって周波数目標値を算出し、
   前記周波数目標値に対する前記交流配線における周波数の偏差である第２偏差を積算して内部相差角を算出し、
   所定の無効電力指令値に対する前記交流配線に前記電力変換器が出力する電力変換器無効電力の偏差である第３偏差に基づく値に、所定の基準電圧を加算して内部起電圧目標値を算出し、
   前記内部相差角と、前記内部起電圧目標値と、前記交流配線における電圧とから、電流目標値を算出し、
   前記電流目標値を所定の第１範囲内に制限して電流指令値を生成し、
   前記電流目標値に対する前記電流指令値の偏差である第４偏差と、前記交流配線における電圧とから電力補正値を算出し、
   前記電力補正値により前記第１偏差を補正することにより、前記周波数目標値を補正し、
   前記交流配線における電圧を所定の第２範囲内に制限した制限電圧を生成し、前記電流指令値に対する前記交流配線に出力される電流の偏差である第５偏差に基づく値に前記制限電圧を加えて電圧指令値を生成することにより、前記電力変換器の駆動信号を生成する、制御方法。