JP2010119250A - 系統安定化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】系統安定化装置を単独運転しても適正な系統安定化制御をする。
【解決手段】系統安定化装置の制御部の変動検出部２００ｃは、系統電流Ｉｓをローパスフィルタ２０１でフィルタリングした信号と、この信号をクッション回路２１０でクッション処理した信号とを減算し、増幅して電流指令Ｉｒｅｆｄ００を求める。電流指令Ｉｒｅｆｄ００と、電流指令Ｉｒｅｆｄ００をクッション回路２２０でクッション処理した信号とを減算して充放電時間の短い系統安定化装置用電流指令Ｉｒｅｆｄ１を求め、クッション回路２２０の出力を充放電時間の長い系統安定化装置用電流指令Ｉｒｅｆｄ２とする。電流指令Ｉｒｅｆｄ１の状態から運転状態を判定し、クッション時間変更部４００により、単独運転時にはクッション回路２２０のクッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇとし、協調運転時にはクッション時間Ｔ４^*をＴ４とする。
【選択図】図１

Description

本発明は系統安定化装置に関し、配電系統に充放電特性（変動補償特性）の異なる複数の系統安定化装置を備えていても、系統安定化装置どうしの干渉を防止して安定した系統安定化制御ができると共に、系統安定化装置を単独運転しても最適な系統安定化制御ができるように工夫したものである。

＜マイクログリッドの説明＞
近年、太陽光や風力などの自然エネルギーによる発電が利用されてきている。
図３に、既存の電力系統（配電系統よりも上位の系統）１と配電系統（マイクログリッド）１０とが、線路インピーダンスＬｓと遮断器２を介して接続された例を示す。

マイクログリッドである配電系統１０には、分散電源１１と負荷１２が接続されている。分散電源１１は、図３では１つの発電機として図示しているが、実際には、自然エネルギーを利用した自然エネルギー型発電設備（太陽光発電や風力発電など）と、内燃機関により駆動される内燃機関型発電設備（ディーゼル発電機など）を含む分散した複数の発電設備により構成されている。また、負荷１２も、実際には分散した複数の負荷である。

図３に示すようなマイクログリッド１０では、自然エネルギー型発電設備を持っているため、天候や風速などにより、発電量が大きく変動する。
そこで、この発電量の変動を吸収する目的で系統安定化装置が用いられる。

また、内燃機関型発電設備では、ガバナ制御により出力電力の調整をしているが、ガバナ制御は応答が遅いため、負荷１２で消費する電力が急に変動した場合には、このような電力の急変動（急な過不足）に対して内燃機関型発電設備では追従することができない。このような電力の急変動に応答性良く追従して内燃機関型発電設備をアシストし、電力の需要と供給のバランスをとるといった目的でも、系統安定化装置が用いられている。

系統安定化装置は、電力蓄積機能を有する電力変換装置であり、配電系統に設置され、前述した電力補償を行なう装置である。

＜１台の系統安定化装置を備えたマイクログリッドの説明＞
図４は、図３に示す配電系統（マイクログリッド）１０に、１台の系統安定化装置２０を備えた例である。系統安定化装置２０は、分散電源１１及び負荷１２に対して、並列に接続されている。

系統安定化装置２０は、制御部２１と、逆変換動作と順変換動作ができる電力変換器２２と、電気二重層キャパシタや鉛蓄電池などの直流充電部２３を有している。
電力変換器２２は、制御部２１から送られてくるゲート信号ｇに応じて動作し、順変換動作をするときには、配電系統１０から得た交流電力を直流電力に変換してこの直流電力を直流充電部２３に充電し、逆変換動作をするときには、直流充電部２３に充電していた直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を配電系統１０に送る。

系統安定化装置２０では、電力系統１から配電系統１０に流入してくる系統電流Ｉｓを電流検出器２４により検出し、配電系統１０の電圧である系統電圧Ｖｓを電圧検出器２５により検出し、電力変換器２２に対して入出力する変換器電流Ｉｉｎｖを電流検出器２６により検出する。

この系統安定化装置２０では、電力系統１に故障などが発生していない正常時には、遮断器２が接続状態となって、配電系統１０が電力系統１に繋がった状態で運転を行なう「系統連系運転」が行なわれる。この系統連系運転時には、電力系統１と分散電源１１と系統安定化装置２０により、負荷１２に電力が供給される。

一方、電力系統１に故障が発生した異常時には、遮断器２が遮断状態となって、配電系統１０が電力系統１から切り離された状態で運転を行なう「自立運転」が行なわれる。この自立運転時には、分散電源１１と系統安定化装置２０により負荷１２に電力が供給される。

系統安定化装置２０は、系統連系運転時と、自立運転時において、次のような動作をする。
（１）系統連系運転時には、系統安定化装置２０は、配電系統１０に流入する系統電流Ｉｓを検出し、この系統電流Ｉｓから系統電力を求めて、この系統電力の変動を抑制するように動作する。
（２）自立運転時には、系統安定化装置２０は、配電系統１０内の系統電圧Ｖｓを検出し、この系統電圧Ｖｓの電圧振幅と周波数が安定となるように補償動作を行なう。

＜系統安定化装置の制御部の説明＞
ここで、系統安定化装置２０の制御部２１の詳細を、図５を参照して説明する。
位相同期回路（ＰＬＬ）１０１は、系統電圧Ｖｓから系統電圧Ｖｓの位相を示す基準位相信号θを出力する。正弦波発生器１０２は、基準位相信号θに同期した定格電圧となっている基準正弦波信号Ｋを出力する。

切替スイッチ１０３は、系統連系運転時には図中で実線で示すように、可動接点１０３ａ，１０３ｂがＡ側に投入され、自立運転時には図中で点線で示すように、可動接点１０３ａ，１０３ｂがＢ側に投入される。

次に、系統連系時に作動する各機能ブロックの説明と、系統連系時の制御動作を併せて説明する。

ｄｑ変換部１０４は、系統電流Ｉｓを、基準位相信号θで示す位相で回転する回転座標系にｄｑ変換して系統電流の有効分Ｉｓｄと系統電流の無効分Ｉｓｑを出力する。

第１の変動検出ブロック１０５は、ｄｑ軸上の系統電流の有効分Ｉｓｄの変動分を検出してこれを有効分の電流指令Ｉｒｅｆｄとして出力し、第２の変動検出ブロック１０６は、ｄｑ軸上の系統電流の無効分Ｉｓｑの変動分を検出してこれを無効分の電流指令Ｉｒｅｆｑとして出力する。
変動検出ブロック１０５，１０６は、微分機能とフィルタ機能を有するバンドバスフィルタであり、その構造の詳細は後述する。

ｄｑ変換部１０７は、変換器電流Ｉｉｎｖを、基準位相信号θで示す位相で回転する回転座標系にｄｑ変換して変換器電流の有効分Ｉｉｎｖｄと変換器電流の無効分Ｉｉｎｖｑを出力する。

減算部１０８は、有効分の電流指令Ｉｒｅｆｄから変換器電流の有効分Ｉｉｎｖｄを減算して有効分の電流偏差Δｄを出力する。減算部１０９は、無効分の電流指令Ｉｒｅｆｑから変換器電流の無効分Ｉｉｎｖｑを減算して無効分の電流偏差Δｑを出力する。

電流制御部１１０は、有効分の電流偏差Δｄを比例積分（ＰＩ）制御して、有効分の電圧指令Ｖｄを出力する。電流制御部１１１は、無効分の電流偏差Δｑを比例積分（ＰＩ）制御して、無効分の電圧指令Ｖｑを出力する。

ｄｑ逆変換部１１２は、有効分の電圧指令Ｖｄと無効分の電圧指令Ｖｑに対して、ｄｑ逆変換を施して固定座標系の電圧指令Ｖｏを出力する。加算部１１３は、ｄｑ逆変換部１１２から出力された固定座標系の電圧指令Ｖｏに、基準正弦波信号Ｋを加算して、固定座標系の電圧指令Ｖ^*を出力する。

ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調器１１４は、電圧指令Ｖ^*をＰＷＭ変調してゲート信号ｇを出力する。
このゲート信号ｇにより電力変換器２２の動作制御が行なわれ、系統連系運転時において、系統電流Ｉｓの変動を抑制するために、電力変換器２２から電力が出力される。

次に、自立運転時に作動する各機能ブロックの説明と、自立運転時の制御動作を併せて説明する。

周波数検出部１２１は、系統電圧Ｖｓの周波数を検出して周波数信号Ｆを出力する。なお、系統電圧Ｖｓの周波数は有効電力に対応しており、マイクログリッド内の有効電力が不足すると系統電圧Ｖｓの周波数が低下し、マイクログリッド内の有効電力が過剰になると系統電圧Ｖｓの周波数が増加する対応関係になっている。

振幅検出部１２２は、系統電圧Ｖｓの振幅を検出して振幅信号Ｌを出力する。なお、系統電圧Ｖｓの振幅は無効電力に対応しており、マイクログリッド内の無効電力が不足すると系統電圧Ｖｓの振幅が低下し、マイクログリッド内の無効電力が過剰になると系統電圧Ｖｓの振幅が増加する対応関係になっている。

第３の変動検出ブロック１２３は、周波数信号Ｆの変動分を検出してこれを有効分の電流指令Ｉｒｅｆｄとして出力し、第４の変動検出ブロック１２４は、振幅信号Ｌの変動分を検出してこれを無効分の電流指令Ｉｒｅｆｑとして出力する。
変動検出ブロック１２３，１２４は、微分機能とフィルタ機能を有するバンドバスフィルタであり、その構造の詳細は後述する。

減算部１０８は、有効分の電流指令Ｉｒｅｆｄから変換器電流の有効分Ｉｉｎｖｄを減算して有効分の電流偏差Δｄを出力する。減算部１０９は、無効分の電流指令Ｉｒｅｆｑから変換器電流の無効分Ｉｉｎｖｑを減算して無効分の電流偏差Δｑを出力する。

電流制御部１１０は、有効分の電流偏差Δｄを比例積分（ＰＩ）制御して、有効分の電圧指令Ｖｄを出力する。電流制御部１１１は、無効分の電流偏差Δｑを比例積分（ＰＩ）制御して、無効分の電圧指令Ｖｑを出力する。

ｄｑ逆変換部１１２は、有効分の電圧指令Ｖｄと無効分の電圧指令Ｖｑに対して、ｄｑ逆変換を施して固定座標系の電圧指令Ｖｏを出力する。加算部１１３は、ｄｑ逆変換部１１２から出力された固定座標系の電圧指令Ｖｏに、基準正弦波信号Ｋを加算して、固定座標系の電圧指令Ｖ^*を出力する。

ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調器１１４は、電圧指令Ｖ^*をＰＷＭ変調してゲート信号ｇを出力する。
このゲート信号ｇにより電力変換器２２の動作制御が行なわれ、自立運転時において、系統電圧Ｖｓの電圧振幅と周波数の変動を抑制するために、電力変換器２２から電力が出力される。

＜系統安定化装置の制御部に組み込んだ変動検出ブロックの説明＞
変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４は、前述したように、バンドパスフィルタにより構成されている。
ここで、変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４として用いることができる、従来のバンドパスフィルタ５０の構成を図６を参照して説明する。なお図６においてｓは微分機能を示すラプラス演算子である。

図６に示すように、このバンドパスフィルタ５０は、ローパスフィルタ５１とローパスフィルタ５２と減算器５３とで構成されている。
なお、バンドパスフィルタ５０の通過帯域周波数は、各変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４に要求されるフィルタリング特性に応じて決定される。また、決定された通過帯域周波数の高周波数側の遮断周波数をｆ１、低周波数側の遮断周波数をｆ２とし、遮断周波数をｆ１としたノイズ除去用ローパスフィルタの時定数をＴ１、遮断周波数をｆ２とした変動検出時間を設定するためのローパスフィルタの時定数をＴ２とする。

ローパスフィルタ５１は、時定数が、ノイズ除去を目的として決定した時定数Ｔ１となっている、一次遅れ特性を有するフィルタである。
ローパスフィルタ５２は、時定数が、変動検出する時間を設定する目的として決定した時定数Ｔ２となっている、一次遅れ特性を有するフィルタである。
両フィルタ５１，５２は、入力信号が入力されると、それぞれのフィルタ特性を利用して、入力信号をフィルタリングする。なお、入力信号とは、変動検出ブロック１０５であれば系統電流の有効分Ｉｓｄであり、変動検出ブロック１０６であれば系統電流の無効分Ｉｓｑであり、変動検出ブロック１２３であれば周波数信号Ｆであり、変動検出ブロック１２４であれば振幅信号Ｌである。

減算器５３は、ローパスフィルタ５１の出力信号から、ローパスフィルタ５２の出力信号を減算した信号を出力する。この減算器５３から出力される信号が、変動分信号である。
この変動分信号は、変動検出ブロック１０５であれば系統電流の有効分Ｉｓｄの変動分である有効分の電流指令Ｉｒｅｆｄであり、変動検出ブロック１０６であれば系統電流の無効分Ｉｓｑの変動分である無効分の電流指令Ｉｒｅｆｑであり、変動検出ブロック１２３であれば周波数信号Ｆの変動分である有効分の電流指令Ｉｒｅｆｄであり、変動検出ブロック１２４であれば振幅信号Ｌの変動分である無効分の電流指令Ｉｒｅｆｑである。

＜２台の系統安定化装置を備えたマイクログリッドの説明＞
図７は、図３に示す配電系統（マイクログリッド）１０に、２台の系統安定化装置２０−１，２０−２を備えた例である。系統安定化装置２０−１，２０−２は、分散電源１１及び負荷１２に対して、並列に接続されている。

系統安定化装置２０−１，２０−２は、図４に示す系統安定化装置２０と同様な構成になっている。なお、系統安定化装置２０−１に備えた直流充電部２３−１は電気二重層キャパシタであり、系統安定化装置２０−２に備えた直流充電部２３−２は、鉛蓄電池である。

系統安定化装置２０−１の制御部２１−１は、図５に示す制御部２１と同様な構成となっており、電流検出器２４により検出した系統電流Ｉｓと、電圧検出器２５−１により検出した系統電圧Ｖｓ１と、電流検出器２６−１により検出した変換器電流Ｉｉｎｖ１を取り込み、ゲート信号ｇ１を出力する。電力変換器２２−１は、ゲート信号ｇ１に応じて、順変換動作をするときには、配電系統１０から得た交流電力を直流電力に変換してこの直流電力を直流充電部（電気二重層キャパシタ）２３−１に充電し、逆変換動作をするときには、直流充電部（電気二重層キャパシタ）２３−１に充電していた直流電力を交流電力に変換してこの交流電力を配電系統１０に送る。
なお、制御部２１−１は、図５に示す制御部２１と同様に、変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４を有している。

系統安定化装置２０−１の直流充電部２３−１は、高速な充放電を行っても寿命に影響はないが、蓄電容量が小さい電気二重層キャパシタである。このため、直流充電部２３−１として電気二重層キャパシタを用いた系統安定化装置２０−１は、短時間で且つ高速な充放電を行って電力変動の補償を行っている。

系統安定化装置２０−２の制御部２１−２は、図５に示す制御部２１と同様な構成となっており、電流検出器２４により検出した系統電流Ｉｓと、電圧検出器２５−２により検出した系統電圧Ｖｓ２と、電流検出器２６−２により検出した変換器電流Ｉｉｎｖ２を取り込み、ゲート信号ｇ２を出力する。電力変換器２２−２は、ゲート信号ｇ２に応じて、順変換動作をするときには、配電系統１０から得た交流電力を直流電力に変換してこの直流電力を直流充電部（鉛蓄電池）２３−２に充電し、逆変換動作をするときには、直流充電部（鉛蓄電池）２３−２に充電していた直流電力を交流電力に変換してこの交流電力を配電系統１０に送る。
なお、制御部２１−２は、図５に示す制御部２１と同様に、変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４を有している。

系統安定化装置２０−２の直流充電部２３−２は、長時間の充放電が可能であるが、短時間で深い充放電を行うと寿命を劣化させる鉛蓄電池である。このため、直流充電部２３−２として鉛蓄電池を用いた系統安定化装置２０−２は、短時間で且つ高速な充放電は行わずに、時間をかけて充放電を立ち上げ、長時間の充放電を行う。

＜２台の系統安定化装置を備えた場合の問題＞
ところで図７に示すように、１つの配電系統１０に、２台の系統安定化装置２０−１，２０−２を配置した場合には、両者を協調運転させなければ、系統安定化装置２０−１の出力電力と、系統安定化装置２０−２の出力電力とが干渉して、系統電流の変動を補償することができないという問題がある。

２台の系統安定化装置２０−１，２０−２が干渉することなく系統安定化制御をするためには、系統安定化装置２０−１と系統安定化装置２０−２と分散電源１１の出力電力及び出力電流を監視して、系統安定化装置２０−１と系統安定化装置２０−２と分散電源１１がそれぞれ出力すべき出力電力及び出力電流を指令して、各指令に応じて系統安定化装置２０−１と系統安定化装置２０−２と分散電源１１を運転制御する必要がある。

例えば特許文献１（特開２００６−３３３５６３）には、複数種類の分散電源を協調運転する技術が開示されており、この特許文献１に示す技術を利用して、２台の系統安定化装置２０−１，２０−２と分散電源１１を協調運転することは可能である。

しかし、系統安定化装置２０−１と系統安定化装置２０−２と分散電源１１の出力電力及び出力電流を監視するための監視手段や、各系統安定化装置や分散電源を監視結果に応じて運転制御するための制御手段が更に必要になってくるという問題がある。

＜相互干渉を防止する系統安定化装置の制御部に組み込む変動検出ブロックの説明＞
そこで本願発明者は、各系統安定化装置の出力電流を監視せずに、系統安定化装置相互の干渉を防止しつつ系統安定化制御を行う系統安定化装置を開発した。
即ち、図７に示す系統安定化装置２０−１の制御部２１−１に備える第１〜第４の変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４として、図８に示す変動検出ブロック２００ａを採用し、図７に示す系統安定化装置２０−２の制御部２１−２に備える第１〜第４の変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４として、図９に示す変動検出ブロック２００ｂを採用した系統安定化装置を開発した。

なお図８に示す変動検出ブロック２００ａと、図９に示す変動検出ブロック２００ｂは、その素子構成は同じであるが、
（１）図８に示す変動検出ブロック２００ａ（電気二重層キャパシタを直流充電部とする系統安定化装置２０−１側の変動検出ブロック）では、最終段の素子である出力スイッチ２０５が、α側に投入されており、
（２）図９に示す変動検出ブロック２００ｂ（鉛蓄電池を直流充電部とする系統安定化装置２０−２側の変動検出ブロック）では、最終段の素子である出力スイッチ２０５が、β側に投入されている。

両変動検出ブロック２００ａ，２００ｂは、その素子構成が同じであるので、両者の構成及び動作を一緒に説明する。
なお以下の動作説明では、図１０（ａ）に示すように、負荷電流の有効分ＩＬｄがステップ的に１ｐ．ｕ．増加したときの状態で説明する。この場合、「ｐ．ｕ．」は単位記号であり１ｐ．ｕ．は定格値を示す。
また、以下の説明では、変動検出ブロック２００ａ，２００ｂを第１の変動検出ブロック１０５として適用した例を説明するが、変動検出ブロック２００ａ，２００ｂを第２〜第３の変動検出ブロック１０６，１２３，１２４としても適用することができることは勿論である。

変動検出ブロック２００ａ，２００ｂは、ローパスフィルタ２０１と、減算器２０２と、増幅器２０３と、減算器２０４と、出力スイッチ２０５と、クッション回路２１０と、クッション回路２２０により構成されている。
クッション回路２１０は、リミッタ２１１と、遅延回路２１２と、減算器２１３と、加算器２１４とで構成されている。
クッション回路２２０は、リミッタ２２１と、遅延回路２２２と、減算器２２３と、加算器２２４とで構成されている。

ローパスフィルタ２０１は、時定数がＴ１となっている、一次遅れ特性を有するフィルタである。時定数Ｔ１は、ノイズ除去を目的として決定した時定数である。
ローパスフィルタ２０１は、入力信号（系統電流の有効分Ｉｓｄ）が入力されると、そのフィルタ特性を利用して、入力信号である系統電流の有効分Ｉｓｄをフィルタリングする。
負荷電流の有効分ＩＬｄがステップ的に変化した場合には（図１０（ａ）参照）、系統安定化装置２０−１，２０−２による系統安定化制御（変動補償）動作が行われるため、図１０（ｂ）に示すように、系統電流の有効分Ｉｓは、瞬時的に立ち上がった後、時間Ｔ３をかけて１ｐ．ｕ．まで直線的に増加（漸増）する。

クッション回路２１０のリミッタ２１１は、±（Ｘ・Ｔｓ／Ｔ３）となったリミット特性を有している。
なお、Ｔ３は、任意の時間に設定したクッション時間であり、Ｔｓは１サンプル周期であり、Ｘはリミット値である。
なお、クッション時間Ｔ３により、鉛蓄電池による直流充電部２３−２を備えた系統安定化装置２０−２の充放電時間（変動補償時間）が設定される。

このリミッタ２１１は、１サンプル周期Ｔｓあたりの変化量を制限するものである。リミッタ２１１は、リミッタ２１１に入力される信号の信号値が、＋Ｘ（上限のリミット値）と−Ｘ（下限のリミット値）の間の値であるときには、入力信号の信号値をそのまま保持して出力し、リミッタ２１１に入力される信号の信号値が、＋Ｘ（上限のリミット値）以上である場合には、所定の時間は値が一定の傾きで増加し、その後は値を＋Ｘに制限し、リミッタ２１１に入力される信号の信号値が、−Ｘ（下限のリミット値）以下である場合には、所定の時間は値が一定の傾きで減少し、その後は値を−Ｘに制限する。

遅延回路２１２は、入力された信号を１サンプル周期Ｔｓだけ遅延させて出力する特性を有している。この遅延回路２１２は、例えば、Ｚ^-1となった特性を有するＺ変換回路などにより構成することができる。

減算器２１３は、ローパスフィルタ２０１の出力信号から、遅延回路２１２の出力信号を減算して、減算した信号をリミッタ２１１に送る。
つまり、遅延回路２１２の出力信号を、リミッタ２１１の前段で負帰還している。

加算器２１４は、リミッタ２１１から出力された信号と遅延回路２１２から出力された信号とを加算して出力する。
つまり、遅延回路２１２の出力信号を、リミッタ２１１の後段で正帰還している。

遅延回路２１２は、加算器２１４の出力信号を１サンプル周期Ｔｓだけ遅延させて出力している。

このように、遅延回路２１２から出力された信号を、リミッタ２１１の前段で負帰還し、リミッタ２１１の後段で正帰還しているため、信号状態は次のようになる。

減算器２１３の出力は、「現在のサンプル値−１サンプル周期前のリミッタ処理後の値」となる。
したがって、ローパスフィルタ２０１から減算器２１３に入力される信号値が、＋Ｘ以下で−Ｘ以上である場合には、リミッタ２１１から出力される信号値は０となる。
一方、ローパスフィルタ２０１から減算器２１３に入力される信号値が、＋Ｘ以上または−Ｘ以下である場合には、リミッタ２１１から出力される信号値は、その上限値・下限値がリミット値（＋Ｘ，−Ｘ）で制限された値となる。

加算器２１４の出力は、「リミッタの出力＋１サンプル周期前のリミッタ処理後の値」となる。
したがって、ローパスフィルタ２０１から減算器２１３に入力される信号値が、＋Ｘ以上または−Ｘ以下である場合には、加算器２１４から出力される信号値は、直線的に増加していく。即ち、加算器２１４から出力される信号値は、１サンプル周期Ｔｓ毎に、リミット値の値（＋Ｘまたは−Ｘ）だけ段階的に変化（増加または減少）していく。

結局、クッション回路２１０は、入力信号（系統電流の有効分Ｉｓｄ）の値に変化が生じたときに単位時間当たりの信号変化値を緩やかにしてクッション信号ａを出力する。
したがって図１０（ｃ）に示すように、クッション信号ａは時間Ｔ３をかけて１ｐ．ｕ．まで直線的に増加する信号となる。

減算器２０２は、一次遅れ特性のローパスフィルタ２０１の出力信号（フィルタリングされた系統電流の有効分Ｉｓｄ）から、加算器２１４（クッション回路２１０）の出力であるクッション信号ａを減算して変動分信号を出力する。この変動分信号を、図１０（ｄ）に示す電流指令Ｉｒｅｆｄ０とする。

増幅器２０３は、電流指令Ｉｒｅｆｄ０を増幅して、図１０（ｅ）に示す電流指令Ｉｒｅｆｄ００を出力する。このように増幅することにより、系統安定化装置２０−１，２０−２の２台分の合計の電流指令Ｉｒｅｆｄ００を得ている。

クッション回路２２０は、リミッタ２２１と、遅延回路２２２と、減算器２２３と、加算器２２４とで構成されている。

クッション回路２２０のリミッタ２２１は、±（Ｘ・Ｔｓ／Ｔ４）となったリミット特性を有している。
なお、Ｔ４は、時間Ｔ３よりも短い任意の時間に設定したクッション時間であり、Ｔｓは１サンプル周期であり、Ｘはリミット値である。
なお、クッション時間Ｔ４により、電気二重層キャパシタによる直流充電部２３−１を備えた系統安定化装置２０−１の充放電時間（変動補償時間）が設定される。

クッション回路２２０の動作は、クッション時間は違うが、基本的にクッション回路２１０と同様な動作をする。つまり、入力信号の値に変化が生じたときに単位時間当たりの信号変化値を前記クッション回路２１０の信号変化値よりも大きくしてクッション信号を出力する。

したがって、クッション回路２２０に電流指令Ｉｒｅｆｄ００が入力されると、この電流指令Ｉｒｅｆｄ００の信号変化を緩和したクッション信号ｂ（図１０（ｆ）参照）が出力される。

本例では、クッション回路２２０の出力であるクッション信号ｂを、電流指令Ｉｒｅｆｄ２（図１０（ｈ）参照）としている。
この電流指令Ｉｒｅｆｄ２は、信号幅（時間軸の長さ）がＴ３と長く、時間Ｔ４をかけ電流指令Ｉｒｅｆｄ００と等しくなるように直線的に増加した後、その後は電流指令Ｉｒｅｆｄ００と同じ傾きで時間（Ｔ３−Ｔ４）をかけて直線的に零にまで減少する。
電流指令Ｉｒｅｆｄ２はこのような特性となっているため、時間をかけて充放電を立ち上げて長時間の充放電を行う系統安定化装置２０−２の電流指令として用いる。

このため、図７に示す系統安定化装置２０−２の制御部２１−２に備える第１〜第４の変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４として用いる変動検出ブロック２００ｂ（図９参照）では、出力スイッチ２０５をβ側に投入して、電流指令Ｉｒｅｆｄ２を出力するようにしている。

減算器２０４は、電流指令Ｉｒｅｆｄ００からクッション信号ｂ（＝電流指令Ｉｒｅｆｄ２）を減算して、電流指令Ｉｒｅｆｄ１を出力する。
この電流指令Ｉｒｅｆｄ１は、図１０（ｇ）に示すように、信号幅（時間軸の長さ）がＴ４と短く、変動直後に１ｐ．ｕ．まで増加し、その後、時間Ｔ４をかけて零にまで立ち下がる特性となっている。
電流指令Ｉｒｅｆｄ１は、このような特性となっているため、短時間で且つ高速な充放電を行う系統安定化装置２０−１の電流指令として用いる。

このため、図７に示す系統安定化装置２０−１の制御部２１−１に備える第１〜第４の変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４として用いる変動検出ブロック２００ａ（図８参照）では、出力スイッチ２０５をα側に投入して、電流指令Ｉｒｅｆｄ１を出力するようにしている。

図８，図９に示す変動検出ブロック２００ａ，２００ｂを方式を採用した場合には、同じ系統電流ＩＳｄを基に同じ演算を行うことで、２台の系統安定化装置の合計の電流指令Ｉｒｅｆｄ００が等しくなり、この電流指令Ｉｒｅｆｄ００を分割して、系統安定化装置２０−１用の電流指令Ｉｒｅｆｄ１と、系統安定化装置２０−２用の電流指令Ｉｒｅｆｄ２に分割しているため、２台の系統安定化装置２０−１，２０−２の干渉を完全に防ぐことができる。

特開２００６−３３３５６３

＜２台の系統安定化装置のうちの一方を単独運転した場合の問題＞
しかし、鉛蓄電池を直流充電部とした系統安定化装置２０−２を停止させて、電気二重層キャパシタを直流充電部とした系統安定化装置２０−１を単独運転させると、詳細は後述するが、系統安定化装置２０−１における変動補償時間が大きく伸びてしまうという問題がある。このような問題が生じるのは、図８，図９に示す方式は、２台の系統安定化装置により協調運転を行うことを前提としているためである。
このため、系統安定化装置２０−１を単独運転させた場合には、蓄電デバイスである電気二重層キャパシタ２３−１の残存容量がすぐに不足してしまい、連続した連動補償ができなくなるという問題が生じる。

ここで図１１を参照して、電気二重層キャパシタを直流充電部とした系統安定化装置２０−１を単独運転させたときの状態を説明する。

図１１（ａ）に示すように負荷電流の有効分ＩＬｄがステップ的に変化した場合には、系統安定化装置２０−１による系統安定化制御（変動補償）動作は行われるが系統安定化装置２０−２による系統安定化制御（変動補償）は行われないため、系統電流の有効分Ｉｓｄは、図１１（ｂ）に示すように、瞬時的に立ち上がった後、直線的に急激に増加していき、時間Ｔ３よりも短い時間（例えばＧ×Ｔ４の時間）でその値が１ｐ．ｕ．になる。

したがって、系統電流の有効分Ｉｓｄから、有効分Ｉｓｄをクッション処理して得たクッション信号ａ（図１１（ｃ）参照）を減算した電流指令Ｉｒｅｒｄ０は、図１１（ｄ）に示すように、変動検出時点から時間Ｇ×Ｔ４が経過するまでは漸増し、その後に漸減していく波形、つまり変動の大きな波形となる。

このように変動の大きな電流指令Ｉｒｅｆｄ０を、増幅器２０３で増幅した電流指令Ｉｒｅｆｄ００は、図１１（ｅ）に示すように、非常に大きな値となる。
電流指令Ｉｒｅｆｄ００が非常に大きな値であるため、電流指令Ｉｒｅｆｄ００をクッション処理して得たクッション信号ｂも、図１１（ｆ）に示すように、非常に大きな値となる。

したがって、電流指令Ｉｒｅｆｄ００からクッション信号ｂを減算して得た電流指令Ｉｒｅｆｄ１は、図１１（ｇ）に示すように、瞬時的に立ち上がってから零になるまでに時間が掛かってしまう。例えば、瞬時的に立ち上がってから零になるまでに、Ｇ×Ｔ４の時間がかかる。

このように、変動補償時間が長い電流指令Ｉｒｅｆｄ１により、電気二重層キャパシタを直流充電部とした系統安定化装置２０−１を単独運転させると、系統安定化装置２０−１の蓄電デバイスである電気二重層キャパシタ２３−１の残存容量がすぐに不足してしまい、連続した連動補償ができなくなるという問題が生じるのである。

本発明は、上記従来技術に鑑み、各系統安定化装置の出力電流または出力電圧を監視する必要がなく、更に、他の系統安定化装置が運転中でも停止中でも変動補償時間がほぼ等しくなる系統電流の変動補償を行うことができる系統安定化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
電力系統が正常であるときには前記電力系統に接続され、前記電力系統に異常が発生したときには前記電力系統から遮断されるとともに、分散電源と負荷が接続された配電系統に、複数の系統安定化装置が備えられており、しかも一の系統安定化装置の充放電時間が、他の系統安定化装置の充放電時間よりも短くなっている系統システムにおいて、
前記系統安定化装置は、制御部と、前記制御部から送られてくるゲート信号に応じて順変換動作と逆変換動作をする電力変換器を有し、
前記制御部は、
前記電力系統が正常であるときには、前記電力系統から前記配電系統に流入する系統電流から系統電流の有効分と系統電流の無効分を求め、第１の変動検出ブロックにより前記系統電流の有効分に含まれる変動分を求めてこの変動分を有効分の電流指令とし、第２の変動検出ブロックにより前記系統電流の無効分に含まれる変動分を求めてこの変動分を無効分の電流指令とし、更に、前記電力変換器が入出力する変換器電流から変換器電流の有効分と変換器電流の無効分を求め、前記有効分の電流指令と前記変換器電流の有効分との偏差である有効分の電流偏差を零とし、且つ、前記無効分の電流指令と前記変換器電流の無効分との偏差である無効分の電流偏差を零とするゲート信号を出力し、
前記電力系統に異常が発生したときには、前記配電系統の系統電圧から系統電圧の周波数を示す周波数信号と系統電圧の振幅を示す振幅信号を求め、第３の変動検出ブロックにより前記周波数信号に含まれる変動分を求めてこの変動分を有効分の電流指令とし、第４の変動検出ブロックにより前記振幅信号に含まれる変動分を求めてこの変動分を無効分の電流指令とし、更に、前記電力変換器が入出力する変換器電流から変換器電流の有効分と変換器電流の無効分を求め、前記有効分の電流指令と前記変換器電流の有効分との偏差である有効分の電流偏差を零とし、且つ、前記無効分の電流指令と前記変換器電流の無効分との偏差である無効分の電流偏差を零とするゲート信号を出力し、
しかも、前記一の系統安定化装置の第１から第４の変動検出ブロックは、
ノイズ除去を目的として決定した時定数が設定されているローパスフィルタ(２01)と、
前記ローパスフィルタ(２01)の出力信号が入力され、第１のクッション時間が設定されており、入力信号の値に変化が生じたときに単位時間当たりの信号変化値を第１のクッション時間の長さに応じて緩やかにして信号を出力する第１のクッション回路(210)と、
前記ローパスフィルタ(201)の出力信号から前記クッション回路(210)の出力信号を減算して電流指令(Irefd0)を出力する減算器(202)と、
前記減算器(202)から出力された電流指令(Irefd0)を増幅して増幅した電流指令(Irefd00)を出力する増幅器(203)と、
前記増幅器(203)の出力信号が入力され、第１のクッション時間より長く且つ設定時間が可変な第２のクッション時間が設定されており、入力信号の値に変化が生じたときに単位時間当たりの信号変化値を第２のクッション時間の長さに応じて緩やかにして信号を出力する第２のクッション回路(220)と、
前記電流指令(Irefd00)から前記クッション回路(220)の出力信号を減算して第１の電流指令(Irefd1)を出力する減算器(204)と、
前記減算器(204)から出力される第１の電流指令(Irefd1)と、第2のクッション回路(220)の出力信号である第2の電流指令(Irefd2)の何れかを選択して出力する出力スイッチ(205)と、
前記第１の電流指令(Irefd1)の傾きと大きさを基に、一の系統安定化装置が単独運転しているか否かを判定する単独運転判定部と、
前記単独運転判定部により一の系統安定化装置が単独運転していると判断されたときには、前記第２のクッション時間を予め決めた短い時間に設定し、前記単独運転判定部により一の系統安定化装置が単独運転していないと判断されたときには、前記第２のクッション時間を予め決めた長い時間に設定するクッション時間変更部と、
を有することを特徴とする。

また本発明の構成は、前記系統安定化装置において、
前記単独運転判定部は、
前記第１の電流指令(Irefd1)が予め決めた正の値を越え、しかも、第１の電流指令(Irefd1)の傾きが、零未満で且つ予め決めた負の値を越える場合に判定信号を出力する第１の単独運転判定回路と、
前記第１の電流指令(Irefd1)が予め決めた負の値未満で、しかも、第１の電流指令(Irefd1)の傾きが、零を越え且つ予め決めた正の値未満である場合に判定信号を出力する第２の単独運転判定回路と、
前記第１の電流指令(Irefd1)が予め決めた正の値未満である場合に判定信号を出力する絶対値判定回路と、
第１の単独運転判定回路と第２の単独運転判定回路の少なくとも一方から判定信号が一旦出力されると前記絶対値判定回路から判定信号が出力されるまでは、単独運転であると判定し、
前記絶対値判定回路から判定信号が出力されると単独運転ではないと判定することを特徴とする。

本発明によれば、充放電時間の短い一の系統安定化装置と、充放電時間の長い他の系統安定化装置を配電系統に備えた系統システムにおいて、複数の系統安定化装置を動作させても相互干渉動作を抑制することができる。
また一の系統安定化装置が単独運転された時には、変動検出ブロックに設定するクッション回路のクッション時間を短くすることにより、電流制御指令の長さが不要に長くなることを防止でき、一の系統安定化装置により短時間で迅速な変動補償を行うことができ、直流充電部の過放電を防止することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る変動検出ブロック２００ｃを示す。この変動検出ブロック２００ｃは、電気二重層キャパシタを直流充電部とする系統安定化装置２０−１の制御部２１−１（図７参照）に組み込んだ、第１〜第４の変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４（図５参照）に適用するものである。
なお、鉛蓄電池を直流充電部とする系統安定化装置２０−２の制御部２１−２（図７参照）に組み込んだ、第１〜第４の変動検出ブロック１０５，１０６，１２３，１２４（図５参照）としては、図９に示す変動検出ブロック２００ｂをそのまま使用する。

本実施例は、図７に示すように、電気二重層キャパシタを直流充電部とするため充放電時間（変動補償時間）が短い系統安定化装置２０−１と、鉛蓄電池を直流充電部とする充放電時間（変動補償時間）が長い系統安定化装置２０−２を用いて、マイクログリッドの系統安定化制御を行うことを前提としたものである。

＜実施例１の変動検出ブロックの全体的説明＞
実施例１に係る変動検出ブロック２００ｃは、図８に示す変動検出ブロック２００ａに、単独運転判定部３００とクッション時間変更部４００を追加すると共に、クッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*を、クッション時間変更部４００により変更できるようにしたものである。
そこで以下では、図８に示す変動検出ブロック２００ａと同一機能を果たす部分には同一符号を付して重複する説明は省略し、実施例１に独得な部分を中心に説明をする。

単独運転判定部３００は、出力スイッチ２０５から出力される電流指令Ｉｒｅｆｄ１を基に、電気二重層キャパシタを直流充電部とする系統安定化装置２０−１が単独運転しているか否かを判定する。
この単独運転判定部３００の詳細構成及び動作は後述するが、単独運転判定部３００は、次のようにして単独運転がされているか協調運転がされているかを判定する。

（１）電流指令Ｉｒｅｆｄ１が正の値になっているときには、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きΔＩｒｅｆｄ１が、
０＞ΔＩｒｅｆｄ１＞−１／２Ｔ４
となっており、且つ、
Ｉｒｅｆｄ１＞０．１ｐ．ｕ．
になっている場合に、系統安定化装置２０−１が単独運転していると判定する。
なおＴ４は、電気二重層キャパシタを直流充電部とする系統安定化装置２０−１による充放電時間（変動補償時間）として設定した時間である。

（２）電流指令Ｉｒｅｆｄ１が負の値になっているときには、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きΔＩｒｅｆｄ１が、
０＜ΔＩｒｅｆｄ１＜１／２Ｔ４
となっており、且つ、
Ｉｒｅｆｄ１＜−０．１ｐ．ｕ．
になっている場合に、系統安定化装置２０−１が単独運転していると判定する。

（３）電流指令Ｉｒｅｆｄ１の絶対値が０．１ｐ．ｕ．未満になったら、系統安定化装置２０−１の単独運転は行われておらず、系統安定化装置２０−１と系統安定化装置２０−２による協調運転が行われていると判断する。

クッション時間変更部４００は、単独運転判定部３００により系統安定化装置２０−１が単独運転していると判定されたときには、クッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇとする。
なおＧは増幅器２０３に設定したゲインであり、Ｇ＞１となっている。
また、クッション時間変更部４００は、単独運転判定部３００により系統安定化装置２０−１，２０−２が協調運転していると判定されたときには、クッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*をＴ４とする。

このように、単独運転していると判定されたときに、クッション時間変更部４００によりクッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇと小さくすることにより、系統安定化装置２０−１が単独運転していても、変動補償時間を長くすることなく、最適な系統安定化制御（変動補償動作）を行うことができる。

更に詳述すると、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の最適な傾きは、Ｉｒｅｆｄ１の値が正の値になっているときには、その傾きΔＩｒｅｆｄ１は、図１０（ｇ）に示すように−１／Ｔ４であり、Ｉｒｅｆｄ１の値が負の値になっているときには、その傾きΔＩｒｅｆｄ１は１／Ｔ４である。
単独運転の際に、従来と同様にクッション時間Ｔ４^*がＴ４のままであったとすると、Ｉｒｅｆｄ１の値が正の値になっているときには、その傾きΔＩｒｅｆｄ１は、図１１（ｇ）に示すように−１／（Ｇ×Ｔ４）であり、Ｉｒｅｆｄ１の値が負の値になっているときには、その傾きΔＩｒｅｆｄ１は、１／（Ｇ×Ｔ４）であり、適正値の１／Ｇ倍になる。

本実施例１では、単独運転の際には、クッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇと小さくすることにより、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きΔＩｒｅｆｄ１を、Ｉｒｅｆｄ１の値が正の値のときには最適値である−１／Ｔ４に、Ｉｒｅｆｄ１の値が負の値のときには最適値である１／Ｔ４にすることができる。

このため、単独運転をしていても、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きΔＩｒｅｆｄ１を最適値である−１／Ｔ４または１／Ｔ４にして、電流指令Ｉｒｅｆｄ１が出力される時間をＴ４と短くすること、つまり、系統安定化装置２０−１による変動補償時間をＴ４にすることができる。
このように、系統安定化装置２０−１による変動補償時間をＴ４にすることができるため、変動補償時間が延びる現象を回避することができ、電気二重層キャパシタ２３−１の過放電を防止しつつ、系統安定化装置２０−１により最適な系統安定化制御（変動補償）動作を行うことができる。

一方、クッション時間変更部４００は、単独運転判定部３００により系統安定化装置２０−１と系統安定化装置２０−２とが協調運転していると判定されたときには、クッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*をＴ４とする。

このように、協調運転していると判定されたときに、クッション時間変更部４００によりクッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*を、図８に示す従来と同様にＴ４とすることにより、図８，図９に示す従来技術と同様に、協調運転時に両系統安定化装置２０−１，２０−２間で情報のやりとりをすることなく、且つ、各系統安定化装置２０−１，２０−２の出力電流を監視することなく、系統安定化装置２０−１と系統安定化装置２０−２の干渉を完全に防止しつつ、最適な系統安定化制御（変動補償動作）を行うことができる。

＜単独運転判定部の詳細説明＞
ここで、単独運転判定部３００の詳細について説明する。
単独運転判定部３００は、第１の単独運転判定回路３１０と、第２の単独運転判定回路３２０と、絶対値判定回路３３０と、ＯＲ回路３３１と、フリップフロップ回路３３２とで構成されている。

第１の単独運転判定回路３１０は、微分回路３１１と、傾き範囲判定回路３１２と、値判定回路３１３と、ＡＮＤ回路３１４により構成されている。
第１の単独運転判定回路３１０は、電流指令Ｉｒｅｆｄ１が正の値になっているときに、系統安定化装置２０−１が単独運転されているか否かを判定するものである。

即ち、微分回路３１１は、電流指令Ｉｒｅｆｄ１を微分してその傾きΔＩｒｅｆｄ１を求める。
傾き範囲判定回路３１２は、０＞ΔＩｒｅｆｄ１＞−１／２Ｔ４の関係が成り立つか否かを判定し、この関係が成り立つときにハイレベル信号Ｈを出力する。
値判定回路３１３は、Ｉｒｅｆｄ１＞０．１ｐ．ｕ．の関係が成り立つか否かを判定し、この関係が成り立つときにハイレベル信号Ｈを出力する。
ＡＮＤ回路３１４は、傾き範囲判定回路３１２と値判定回路３１３から共にハイレベル信号Ｈが出力されたときに、ハイレベル信号Ｈを出力する。

ＡＮＤ回路３１４からハイレベル信号Ｈが出力されたとき、つまり、０＞ΔＩｒｅｆｄ１＞−１／２Ｔ４の関係と、Ｉｒｅｆｄ１＞０．１ｐ．ｕ．の関係が成り立ったときには、電流指令Ｉｒｅｆｄ１が正の値になっているときにおいて、系統安定化装置２０−１が単独運転されていると判断している。
このように、両関係が成立したときに単独運転がされていると判断できる理由は、後述する。

第２の単独運転判定回路３２０は、微分回路３２１と、傾き範囲判定回路３２２と、値判定回路３２３と、ＡＮＤ回路３２４により構成されている。

第２の単独運転判定回路３２０は、電流指令Ｉｒｅｆｄ１が負の値になっているときに、系統安定化装置２０−１が単独運転されているか否かを判定するものである。

即ち、微分回路３２１は、電流指令Ｉｒｅｆｄ１を微分してその傾きΔＩｒｅｆｄ１を求める。
傾き範囲判定回路３２２は、０＜ΔＩｒｅｆｄ１＜１／２Ｔ４の関係が成り立つか否かを判定し、この関係が成り立つときにハイレベル信号Ｈを出力する。
値判定回路３２３は、Ｉｒｅｆｄ１＜−０．１ｐ．ｕ．の関係が成り立つか否かを判定し、この関係が成り立つときにハイレベル信号Ｈを出力する。
ＡＮＤ回路３２４は、傾き範囲判定回路３２２と値判定回路３２３から共にハイレベル信号Ｈが出力されたときに、ハイレベル信号Ｈを出力する。

ＡＮＤ回路３２４からハイレベル信号Ｈが出力されたとき、つまり、０＜ΔＩｒｅｆｄ１＜１／２Ｔ４の関係と、Ｉｒｅｆｄ＜−０．１ｐ．ｕ．の関係が成り立ったときには、電流指令Ｉｒｅｆｄ１が負の値になっているときにおいて、系統安定化装置２０−１が単独運転されていると判断している。
このように、両関係が成立したときに単独運転がされていると判断できる理由は、後述する。

ＯＲ回路３３１は、単独運転判定回路３１０と単独運転判定回路３２０の少なくとも一方がハイレベル信号Ｈを出力したとき、つまり、単独運転判定回路３１０と単独運転判定回路３２０の少なくとも一方により系統安定化装置２０−１が単独運転していると判断したときに、ハイレベル信号Ｈを出力する。

フリップフロップ回路３３２は、その入力端子ＳにＯＲ回路３３１からハイレベル信号Ｈが入力されると、その出力端子Ｑからハイレベル信号Ｈである単独運転判定信号Ｘを継続して出力する。
なお、フリップフロップ回路３３２は、その入力端子Ｓにハイレベル信号Ｈが一旦入力されると、その後に入力端子Ｓにハイレベル信号Ｈが入力されなくなっても、単独運転判定信号Ｘを継続して出力する。
そして、フリップフロップ回路３３２は、リセット端子Ｒにハイレベル信号Ｈが入力されるとリセット状態となり、単独運転判定信号Ｘの出力を停止する。

絶対値判定回路３３０は、系統電流Ｉｒｅｆｄ１の絶対値が０．１ｐ．ｕ．未満になるとハイレベル信号Ｈを出力する。絶対値判定回路３３０からハイレベル信号Ｈが出力されると、フリップフロップ回路３３２はリセットされ、単独運転判定信号Ｘの出力を停止する。

クッション時間変更部４００は、単独運転判定部３００のフリップフロップ回路３３２から単独運転判定信号Ｘが出力されると、クッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇとし、単独運転判定部３００のフリップフロップ回路３３２から単独運転判定信号Ｘが出力されなくなると、クッション回路２２０のリミッタ２２１に設定するクッション時間Ｔ４^*をＴ４に戻す。

＜判定条件等の説明＞
次に、第１の単独運転判定回路３１０において、
傾き範囲判定回路３１２により、０＞ΔＩｒｅｆｄ１＞−１／２Ｔ４の関係（第１の関係）が成立したことを判定し、且つ、
値判定回路３１３により、Ｉｒｅｆｄ１＞０．１ｐ．ｕ．の関係（第２の関係）が成立したことを判定したときに、
系統安定化装置２０−１の単独運転がされていると判断できる理由を説明する。

Ｉｒｅｆｄ１＞０．１ｐ．ｕ．の関係（第２の関係）が成立したことにより、電流指令Ｉｒｅｆｄ１が正の値になっていると判定する。

電流指令Ｉｒｅｆｄ１が正の値になっているときにその値が零に近づいていくときの傾きΔＩｒｅｆｄ１は、図１０（ｇ）に示すように−１／Ｔ４が適正な値である。しかし従来では、単独運転をすると傾きの値は、図１１（ｇ）に示すように、−１／ＧＴ４になる。
したがって、第１の関係では、傾きΔＩｒｅｆｄ１の一方の閾値を−１／２Ｔ４としている。また傾きΔＩｒｅｆｄ１が＋の時はまだ負荷が変動している最中であると考え、単独運転の判断条件から除外するために、傾きΔＩｒｅｆｄ１の他方の閾値を０としている。

第１の関係において「傾きΔＩｒｅｆｄ１の他方の閾値を０としている」理由を更に説明する。
図１０や図１１の説明では、負荷が投入されて負荷電流がステップ的に増加した場合を示している。しかし、実際には負荷電流がある程度の時間をかけてゆっくりと増加する場合も考えられる。この負荷電流の増加時間が系統安定化装置２０−１の変動補償時間よりも短い場合では、系統安定化装置２０−１は負荷電流の増加に追従して自身の出力電流を増加させ、負荷電流の増加が止まったら自身の出力電流を減少させる、という動作をしなければならない。この動作は単独運転でも協調運転でも同じである。

この動作を実現させるために「傾きが＋の時はまだ負荷が変動している最中であると考え、単独運転の判断条件から除外する」機能、即ち、判定条件として「０＞ΔＩｒｅｆｄ１」を組み込んでいる。負荷電流が増加している最中は電流指令Ｉｒｅｆｄ１も増加し傾きが＋となるので、この時は単独運転ではないと判断している。

なお仮に、判定条件を「ΔＩｒｅｆｄ１＞−１／２Ｔ４」だけにすると、ある程度時間のかかる（変動補償時間Ｔ４よりも短い）負荷変動の発生により、単独運転判定部３００が動作してしまう。そのため、系統安定化装置２０−２との協調運転中でも、ある程度時間のかかる（変動補償時間Ｔ４よりも短い）負荷の変動が発生するだけで単独運転であると誤検出してしまい、協調運転動作がおかしくなってしまう。
このため第１の関係において、判定条件を「０＞ΔＩｒｅｆｄ１＞−１／２Ｔ４」としているのである

次に、第２の単独運転判定回路３２０において、上記の第１の関係と、上記の第２の関係と同様な判定条件を、電流指令Ｉｒｅｆｄ１が負のときの判定条件に適用できるようにするために、
傾き範囲判定回路３２２により、０＜ΔＩｒｅｆｄ１＜１／２Ｔ４の関係（第３の関係）が成立したことを判定し、且つ、
値判定回路３２３は、Ｉｒｅｆｄ１＜−０．１ｐ．ｕ．の関係（第４の関係）が成立したことを判定したときに、
系統安定化装置２０−１の単独運転がされていると判断するようにしている。

また絶対値判定回路３３０により系統電流Ｉｒｅｆｄ１の絶対値が０．１未満になるとハイレベル信号Ｈを出力して、フリップフロップ回路３３２をリセットし、単独運転判定信号Ｘの出力を停止して、クッション時間変更部４００によりクッション時間Ｔ４^*をＴ４／ＧからＴ４に戻す理由を説明する。

この動作はリセット条件であり、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の値が零に近づいたことで変動補償が終了したと判断しクッション時間Ｔ４^*をＴ４に戻している。判定は、小さな負荷変動が連続して発生している場合など、完全に電流指令Ｉｒｅｆｄ１が零にならないことを考慮して幅をもたせている。
この方法では、負荷変動が発生するたびに単独運転の検出を行うことになる。しかし、変動検出のたびに検出を行うことにより、系統安定化装置２０−２が復帰した場合でも系統安定化装置２０−１を停止して手動でリセットをかける必要がなくなり、すぐに協調運転を行うことができるようになる、という利点がある。

次にフリップフロップ回路３３２について説明する。このフリップフロップ回路３３２は、ＳＲ型のフリップフロップ回路である。Ｓ＝０，Ｒ＝０ではＱ＝０である。Ｓ＝１を入力するとＱ＝１となるが、ここでＳ＝０に戻してもＱ＝１のまま保持される。Ｒ＝１を入力するとリセットされて、Ｑ＝０に戻る。

本実施例では、負荷増加時の電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きは、適正な値が−１／Ｔ４、単独運転により異常な値になると約−１／ＧＴ４となることを考慮して、この異常な傾きを検出してクッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇに修正している。
しかし、クッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇに修正すると、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きは適正な値−１／Ｔ４に戻ってしまうため、クッション時間Ｔ４^*を元の値であるＴ４に戻してしまおうとする。そうするとクッション時間Ｔ４^*の値が振動を始めてしまう。これを防ぐために、フリップフロップ回路３３２を追加して、クッション時間Ｔ４^*をＴ４／Ｇに固定しているのである。

図２は、本発明の実施例２に係る変動検出ブロック２００ｄを示す。この変動検出ブロック２００ｄは、実施例１の変動検出ブロック２００ｃを改良したものである。
このため以降では、実施例１と同一機能を果たす部分には同一符号を付して重複する説明は省略し、実施例２に独得な部分を中心に説明をする。

実施例２の変動検出ブロック２００ｄは、ノイズによる誤動作を防止するため、実施例１を改良したものである。
実施例２では、ローパスフィルタ４０１と、５０Ｈｚで信号サンプリングを行うサンプリング回路４０２を介して、電流指令Ｉｒｅｆｄ１を、単独運転判定部３００ａに取り込んでいる。
単独運転判定部３００ａは、５０Ｈｚの周波数で単独運転の判定処理を行うようになっている。このように判定処理周波数を低周波数とすることができるため、演算負担を軽減することができる。
なお電源周波数は、本例では、５０Ｈｚである。

単独運転判定部３００ａの単独運転判定回路３１０ａでは、遅延回路３１５と減算器３１６により傾き演算機能を実現している。つまり現在のサンプリング信号から１周期前のサンプリング信号を減算することにより、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きΔＩｒｅｆｄ１を演算している。
同様に、単独運転判定部３００ａの単独運転判定回路３１０ｂでは、遅延回路３２５と減算器３２６により傾き演算機能を実現している。つまり現在のサンプリング信号から１周期前のサンプリング信号を減算することにより、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きΔＩｒｅｆｄ１を演算している。

更に、単独運転判定部３００ａでは、ＯＲ回路３３１の信号を、タイマ回路３３３を介して、フリップフロップ回路３３２の入力端子Ｓに送っている。
タイマ回路３３３は、ＯＲ回路３３１から出力されるハイレベル信号Ｈが、予め設定した設定時間以上継続したときに、このハイレベル信号Ｈをフリップフロップ回路３３２に送るようにしている。

他の部分の構成は、図１に示す実施例１と同様である。

実施例１では単独運転の判定に微分演算を使用しているため、単独運転判定演算を、電流指令演算と同じ周期（約２０μｓ〜１００μｓ）で行う必要がある。また、微分演算を適用するとノイズの影響を受けやすくなってしまうという問題がある。
この対策としては、微分結果（傾き）をある周期で積分して平均値を求め、その傾きの平均値を使って単独運転の判定を行う手法が考えられる。ここではある周期を電源周期と同じ５０Ｈｚとした。

ここで、平均は期間を限定した積分と等価であると考えると、傾きの平均値を求めることは、微分したものを積分することになるため、「ある周期でサンプリングしてその差から傾きを求める」と簡略化することができる。そこで実施例２では、サンプリング回路４０２で電流指令Ｉｒｅｆｄ１を取り込み、遅延回路３１５，３２５と減算器３１６，３２６を用いて、電流指令Ｉｒｅｆｄ１の傾きを求めている。
しかし、このままではサンプリングと同じタイミングでノイズが混入することが考えられるため、実施例２ではローパスフィルタ４０１を追加した。

実施例２は実施例１と比べると、微分回路を使用せずにローパスフィルタ４０１を追加することによりノイズの影響を低減でき、更に、単独運転の判定を５０Ｈｚ周期で行えばよくなり演算負荷を低減することができる。

また実施例２では、タイマ回路３３３を追加している。このタイマ回路３３３は、「予め設定した設定時間を越えてハイレベル信号Ｈが入力された場合にのみ、ハイレベル信号Ｈを出力する」動作を行う。
実施例２ではローパスフィルタ４０１を追加しているが、ローパスフィルタ４０１でも除去しきれないほどの大きなノイズが入力された場合は、誤動作をしてしまう可能性がある。
そこで、タイマ回路３３３を追加してこの問題を解決している。タイマ回路３３３を備えたことにより、設定時間内に１，２回のノイズが混入したとしても、単独運転が行われていると誤判定することがなくなる。

本発明の実施例１に係る変動検出ブロックを示す回路図。 本発明の実施例２に係る変動検出ブロックを示す回路図。 マイクログリッドを示す回路構成図。 １台の系統安定化装置を備えたマイクログリッドを示す回路構成図。 系統安定化装置の制御部を示す回路図。 従来の変動検出ブロックを示す回路図。 ２台の系統安定化装置を備えたマイクログリッドを示す回路構成図。 従来の変動検出ブロックの他の例を示す回路図。 従来の変動検出ブロックの他の例を示す回路図。 協調運転時の信号波形を示す波形図。 単独運転時の信号波形を示す波形図。

符号の説明

１ 電力系統
２ 遮断器
１０ 配電系統
１１ 分散電源
１２ 負荷
２０，２０−１，２０−２ 系統安定化装置
２１，２１−１，２１−２ 制御部
２２，２２−１，２２−２ 電力変換器
２３，２３−１，２３−２ 直流充電部
２４，２６，２６−１，２６−２ 電流検出器
２５，２５−１，２５−２ 電圧検出器
１０５，１０６，１２３，１２４，２００ａ〜２００ｄ 変動検出ブロック
２０１ ローパスフィルタ
２０２ 減算器
２０３ 増幅器
２０４ 減算器
２０５ 出力スイッチ
２１０，２２０ クッション回路
２１１，２２１ リミッタ
２１２，２２２ 遅延回路
２１３，２２３ 減算器
２１４，２２４ 加算器
３００ 単独運転判定部
３１０，３２０ 単独運転判定回路
３１１，３２１ 微分回路
３１２，３２２ 傾き範囲判定回路
３１３，３２３ 値判定回路
３１４，３２４ ＡＮＤ回路
３１５，３２５ 遅延回路
３１６，３２６ 減算器
３３０ 絶対値判定回路
３３１ ＯＲ回路
３３２ フリップフロップ回路
３３３ タイマ回路
４００ クッション時間変更部
４０１ ローパスフィルタ
４０２ サンプリング回路

Claims (2)

1. 電力系統が正常であるときには前記電力系統に接続され、前記電力系統に異常が発生したときには前記電力系統から遮断されるとともに、分散電源と負荷が接続された配電系統に、複数の系統安定化装置が備えられており、しかも一の系統安定化装置の充放電時間が、他の系統安定化装置の充放電時間よりも短くなっている系統システムにおいて、
   前記系統安定化装置は、制御部と、前記制御部から送られてくるゲート信号に応じて順変換動作と逆変換動作をする電力変換器を有し、
   前記制御部は、
   前記電力系統が正常であるときには、前記電力系統から前記配電系統に流入する系統電流から系統電流の有効分と系統電流の無効分を求め、第１の変動検出ブロックにより前記系統電流の有効分に含まれる変動分を求めてこの変動分を有効分の電流指令とし、第２の変動検出ブロックにより前記系統電流の無効分に含まれる変動分を求めてこの変動分を無効分の電流指令とし、更に、前記電力変換器が入出力する変換器電流から変換器電流の有効分と変換器電流の無効分を求め、前記有効分の電流指令と前記変換器電流の有効分との偏差である有効分の電流偏差を零とし、且つ、前記無効分の電流指令と前記変換器電流の無効分との偏差である無効分の電流偏差を零とするゲート信号を出力し、
   前記電力系統に異常が発生したときには、前記配電系統の系統電圧から系統電圧の周波数を示す周波数信号と系統電圧の振幅を示す振幅信号を求め、第３の変動検出ブロックにより前記周波数信号に含まれる変動分を求めてこの変動分を有効分の電流指令とし、第４の変動検出ブロックにより前記振幅信号に含まれる変動分を求めてこの変動分を無効分の電流指令とし、更に、前記電力変換器が入出力する変換器電流から変換器電流の有効分と変換器電流の無効分を求め、前記有効分の電流指令と前記変換器電流の有効分との偏差である有効分の電流偏差を零とし、且つ、前記無効分の電流指令と前記変換器電流の無効分との偏差である無効分の電流偏差を零とするゲート信号を出力し、
   しかも、前記一の系統安定化装置の第１から第４の変動検出ブロックは、
   ノイズ除去を目的として決定した時定数が設定されているローパスフィルタ(２01)と、
   前記ローパスフィルタ(２01)の出力信号が入力され、第１のクッション時間が設定されており、入力信号の値に変化が生じたときに単位時間当たりの信号変化値を第１のクッション時間の長さに応じて緩やかにして信号を出力する第１のクッション回路(210)と、
   前記ローパスフィルタ(201)の出力信号から前記クッション回路(210)の出力信号を減算して電流指令(Irefd0)を出力する減算器(202)と、
   前記減算器(202)から出力された電流指令(Irefd0)を増幅して増幅した電流指令(Irefd00)を出力する増幅器(203)と、
   前記増幅器(203)の出力信号が入力され、第１のクッション時間より長く且つ設定時間が可変な第２のクッション時間が設定されており、入力信号の値に変化が生じたときに単位時間当たりの信号変化値を第２のクッション時間の長さに応じて緩やかにして信号を出力する第２のクッション回路(220)と、
   前記電流指令(Irefd00)から前記クッション回路(220)の出力信号を減算して第１の電流指令(Irefd1)を出力する減算器(204)と、
   前記減算器(204)から出力される第１の電流指令(Irefd1)と、第２のクッション回路(220)の出力信号である第2の電流指令(Irefd2)の何れかを選択して出力する出力スイッチ(205)と、
   前記第１の電流指令(Irefd1)の傾きと大きさを基に、一の系統安定化装置が単独運転しているか否かを判定する単独運転判定部と、
   前記単独運転判定部により一の系統安定化装置が単独運転していると判断されたときには、前記第２のクッション時間を予め決めた短い時間に設定し、前記単独運転判定部により一の系統安定化装置が単独運転していないと判断されたときには、前記第２のクッション時間を予め決めた長い時間に設定するクッション時間変更部と、
   を有することを特徴とする系統安定化装置。
2. 請求項１に記載の系統安定化装置において、
   前記単独運転判定部は、
   前記第１の電流指令(Irefd1)が予め決めた正の値を越え、しかも、第１の電流指令(Irefd1)の傾きが、零未満で且つ予め決めた負の値を越える場合に判定信号を出力する第１の単独運転判定回路と、
   前記第１の電流指令(Irefd1)が予め決めた負の値未満で、しかも、第１の電流指令(Irefd1)の傾きが、零を越え且つ予め決めた正の値未満である場合に判定信号を出力する第２の単独運転判定回路と、
   前記第１の電流指令(Irefd1)が予め決めた正の値未満である場合に判定信号を出力する絶対値判定回路と、
   第１の単独運転判定回路と第２の単独運転判定回路の少なくとも一方から判定信号が一旦出力されると前記絶対値判定回路から判定信号が出力されるまでは、単独運転であると判定し、
   前記絶対値判定回路から判定信号が出力されると単独運転ではないと判定することを特徴とする系統安定化装置。

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