JP2015082954A - 自立運転システム、自立運転制御装置および蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】各蓄電池の充電率を均等化する。
【解決手段】商用電力系統９０から切り離された交流母線８０に交流電力を供給する発電装置６５，６６と、直流電力を充放電する複数の蓄電池５１，５２，５Ｎと、前記複数の蓄電池にそれぞれ接続され、前記交流母線との間で入出力される交流電力と、前記複数の蓄電池でそれぞれ充放電される直流電力とを相互に変換する複数の電力変換器４１，４２，４Ｎと、前記複数の電力変換器のそれぞれに対する電圧指令値を出力する制御装置２１，２２，２Ｎと、を備える自立運転システムであって、前記制御装置は、前記複数の電力変換器のうち、接続されている蓄電池の充電率が高い電力変換器ほど、周波数が高い前記電圧指令値を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自立運転システム、自立運転制御装置、および蓄電池システムに関する。

近年、風力や太陽光などの自然エネルギーを利用した風力発電機や太陽電池などの分散型電源の普及が進んでおり、商用電力系統への連系が増加している。

分散型電源による電力供給システムでは、通常時には商用電力系統に連系して連系運転を行いつつ、停電時などの非常時には一時的に商用電力系統から切り離して（解列して）自立運転を行うことができる。また、分散型電源は、商用電力系統に連系されることなく、常に商用電力系統から切り離されて自立運転を行う自立系統の電源としても用いられている。しかしながら、自然エネルギーを利用した分散型電源は、風速や天候などの自然条件に応じて出力が変動するため、特に自立運転による電力供給システム（自立運転システム）では、電力を貯蔵可能な蓄電池などの電力貯蔵装置が併用されている。

例えば特許文献１では、出力が変動する発電装置と複数の蓄電池（ナトリウム−硫黄電池）とを電力系統に連系し、ある蓄電池が放電末や充電末などの閾値に達した場合に、他の蓄電池との間で充放電を行うことによって、各蓄電池の充電率（残存容量率）を均等化する制御方法が開示されている。また、例えば特許文献２では、それぞれ電力変換器（双方向インバータ）を介して複数の蓄電池（電池モジュール）を並列に接続し、蓄電池の充電率（残容量）に応じて電力変換器の電流制限値を制御することによって、各蓄電池の充電率を均等化する電源装置が開示されている。

国際公開第２０１０／０３８６６７号 特開２０１３−７８２４２号公報

しかしながら、特許文献１の蓄電池の制御方法では、各蓄電池の充電率の均等化に１〜１８００秒程度の時間を要する。そして、充電率の均等化を行っている間は、発電装置から負荷に電力を供給することができないため、自立運転を中断して連系運転に切り替え、電力系統から負荷に電力を供給する必要がある。さらに、常に商用電力系統から切り離されている自立系統には、この制御方法を適用することができない。

また、特許文献２の電源装置では、充電率が低い蓄電池に対しては、放電電流制限値を小さく、充電電流制限値を大きくし、充電率が高い蓄電池に対しては、放電電流制限値を大きく、充電電流制限値を小さくしている。しかしながら、この電源装置では、放電電流制限値を大きくする場合も、充電電流制限値を大きくする場合も、電力変換器のデューティを大きくしているため、蓄電池の充放電が切り替わる度に電力変換器のデューティを切り替える必要がある。そのため、分散型電源の出力変動により蓄電池の充放電が頻繁に切り替わる場合、電力変換器のデューティの切り替えが完了する前に再び蓄電池の充放電が切り替わり、充電率の均等化を正しく行うことができない可能性がある。

前述した課題を解決する主たる本発明は、商用電力系統から切り離された交流母線に交流電力を供給する発電装置と、直流電力を充放電する複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池にそれぞれ接続され、前記交流母線との間で入出力される交流電力と、前記複数の蓄電池でそれぞれ充放電される直流電力とを相互に変換する複数の電力変換器と、前記複数の電力変換器のそれぞれに対する電圧指令値を出力する制御装置と、を備える自立運転システムであって、前記制御装置は、前記複数の電力変換器のうち、接続されている蓄電池の充電率が高い電力変換器ほど、周波数が高い前記電圧指令値を生成することを特徴とする自立運転システムである。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、各蓄電池の充電率を均等化することができる。

本発明の一実施形態における自立運転システムの構成を示すブロック図である。 共通演算部１０の構成を示すブロック図である。 自立運転制御装置２ｎの構成を示すブロック図である。 指令値生成部２０５の構成を示すブロック図である。 自立運転制御装置２ｎによる充電率均等化制御を説明する図である。 自立運転制御装置２ｎによる充電率均等化制御を説明する図である。 交流電源の出力周波数と負荷に供給される有効電力との関係を説明する図である。 自立運転制御装置２ｎによる充電率均等化制御の一例を示す模式図である。 図８に示した電力変換器４ｎの有効電力の変化を拡大して示す図である。 自立運転制御装置２ｎによる横流抑制制御を説明する図である。 自立運転制御装置２ｎによる横流抑制制御を説明する図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝＝自立運転システムの構成＝＝＝
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態における自立運転システムの構成について説明する。

図１に示されている自立運転システムは、交流母線８０を介して互いに接続された、発電設備、負荷設備、および蓄電設備を含んで構成されている。また、開閉器９１が開放されており、自立運転システムは、一時的に商用電力系統９０から切り離されている。なお、自立運転システムは、商用電力系統９０に連系されることなく、常に商用電力系統９０から切り離されていてもよい。

発電設備は、発電装置としての風力発電機６５および太陽電池モジュール６６のほか、（電力用）変圧器６０ないし６２、および電力変換器６３、６４を含んで構成されている。

変圧器６０は、開閉器９１と交流母線８０とを接続するとともに、変圧器６０には、変圧器６１および６２が並列に接続されている。また、変圧器６１には、電力変換器６３を介して風力発電機６５が接続され、変圧器６２には、電力変換器６４を介して太陽電池モジュール６６が接続されている。これにより、風力発電機６５および太陽電池モジュール６６は、交流母線８０に交流電力を供給する。なお、発電設備は、さらに発電装置を含んでいてもよく、風力発電機６５や太陽電池モジュール６６のように出力が変動する発電装置だけでなく、例えばディーゼル発電機のように出力変動が小さい発電装置を含んでいてもよい。

負荷設備は、負荷７３および７４のほか、変圧器７０、および開閉器７１、７２を含んで構成されている。

変圧器７０は、交流母線８０に接続されるとともに、変圧器７０には、開閉器７１および７２が並列に接続されている。また、開閉器７１には、負荷７３が接続され、開閉器７２には、負荷７４が接続されている。これにより、負荷７３および７４には、交流母線８０から交流電力が供給される。なお、負荷設備は、さらに負荷を含んでいてもよい。

蓄電設備は、直流電力を充放電するＮ個の蓄電池５ｎ（ｎ＝１，…，Ｎ）のほか、それぞれＮ個の自立運転制御装置２ｎ、変圧器３ｎ、および電力変換器４ｎと、１個の共通演算部１０とを含んで構成されている。

変圧器３ｎは、交流母線８０に並列に接続されている。また、変圧器３ｎには、電力変換器４ｎを介して蓄電池５ｎが接続されている。これにより、電力変換器４ｎは、交流母線８０との間で入出力される交流電力と、蓄電池５ｎで充放電される直流電力とを相互に変換する。

共通演算部１０には、電力変換器４ｎの出力電流ｉｎ、蓄電池５ｎの充電率Ｓｎ、および交流母線８０の電圧ｖが入力され、共通演算部１０から出力される平均出力電流ｉ０、平均充電率Ｓ０、および電圧振幅Ｖｐは、自立運転制御装置２ｎに入力されている。前述したように、自立運転システムは、商用電力系統９０から切り離されているため、蓄電設備の出力を商用電力系統９０に依存せずに定電圧・定周波数制御する必要がある。そのため、自立運転制御装置２ｎは、電圧指令値ｖｎ^＊を生成し、電力変換器４ｎに対して出力することによって、蓄電設備の定電圧・定周波数制御を実現している。

なお、本実施形態においては、Ｎ個の自立運転制御装置２ｎに共通に入力される平均出力電流ｉ０、平均充電率Ｓ０、および電圧振幅Ｖｐを１個の共通演算部１０が算出しているが、各自立運転制御装置２ｎが共通演算部１０を備える構成としてもよい。また、Ｎ個の自立運転制御装置２ｎおよび１個の共通演算部１０が一体に構成されていてもよい。

＝＝＝共通演算部の構成＝＝＝
以下、図２を参照して、本実施形態における共通演算部の構成について説明する。

図２に示されている共通演算部１０は、平均出力電流算出部１０１、平均充電率算出部１０２、および電圧振幅算出部１０３を含んで構成されている。

平均出力電流算出部１０１には、電力変換器４１ないし４Ｎのそれぞれの３相分の出力電流ｉ１ないしｉＮが入力され、平均出力電流算出部１０１からは、それらを３相それぞれについて平均した平均出力電流ｉ０が出力されている。また、平均充電率算出部１０２には、蓄電池５１ないし５Ｎのそれぞれの充電率Ｓ１ないしＳＮが入力され、平均充電率算出部１０２からは、それらを平均した平均充電率Ｓ０が出力されている。

電圧振幅算出部１０３は、ｄｑ変換部１０３１、一次遅れフィルタ１０３２、１０３３、２乗演算部１０３４、１０３５、加算部１０３６、および平方根演算部１０３７を含んで構成されている。

ｄｑ変換部１０３１には、交流母線８０の３相分の電圧ｖが入力され、ｄｑ変換部１０３１からは、基準周波数（商用電力系統９０の系統周波数）ｆ０を用いて電圧ｖをｄｑ変換して得られるｄ軸成分（電圧Ｖｄ）およびｑ軸成分（電圧Ｖｑ）が出力されている。また、電圧ＶｄおよびＶｑは、それぞれ、一次遅れフィルタ１０３２および１０３３により高調波成分が除去され、さらに、２乗演算部１０３４および１０３５で２乗されたうえで、加算部１０３６で加算される。そして、平方根演算部１０３７は、加算部１０３６の出力値の平方根をとって、電圧振幅Ｖｐ＝√（Ｖｄ^２＋Ｖｑ^２）を出力する。

なお、本実施形態においては、電圧振幅算出部１０３が算出する電圧振幅Ｖｐは波高値であり、交流母線８０の電圧ｖが所定の電圧になるように電圧指令値ｖｎ^＊の電圧を制御するのに用いられるが、波高値に代えて、例えば実効値を用いることもできる。

＝＝＝自立運転制御装置の構成＝＝＝
以下、図３および図４を参照して、本実施形態における自立運転制御装置の構成について説明する。

図３に示されている自立運転制御装置２ｎは、加算部２０１、ｄｑ変換部２０２、周波数制御部２０３、電圧制御部２０４、および指令値生成部２０５を含んで構成されている。

加算部２０１には、３相分の平均出力電流ｉ０と電力変換器４ｎの３相分の出力電流ｉｎとが入力され、加算部２０１からは、それらの差である３相分の出力電流偏差Δｉ＝ｉ０−ｉｎが出力されている。また、ｄｑ変換部２０２には、３相分の出力電流偏差Δｉが入力され、ｄｑ変換部２０２からは、基準周波数ｆ０を用いて出力電流偏差Δｉをｄｑ変換して得られるｄ軸成分（電流偏差ΔＩｄ）およびｑ軸成分（電流偏差ΔＩｑ）が出力されている。

周波数制御部２０３は、一次遅れフィルタ２０３１、加算部２０３２、２０３４、２０３６、充電率調整部２０３３、および周波数調整部２０３５を含んで構成されている。なお、充電率調整部２０３３および周波数調整部２０３５は、予め設定される比例ゲインであり、それぞれの値をＫ１およびＫ２とする。

加算部２０３２には、平均充電率Ｓ０と蓄電池５ｎの充電率Ｓｎとが入力され、加算部２０３２からは、それらの差である充電率偏差ΔＳ＝Ｓ０−Ｓｎが出力されている。また、充電率調整部２０３３からは、充電率偏差ΔＳに比例ゲインＫ１を乗算した電流偏差ΔＩｓ＝Ｋ１・ΔＳが出力されている。さらに、加算部２０３４には、一次遅れフィルタ２０３１により高調波成分が除去された電流偏差ΔＩｄと、電流偏差ΔＩｓとが入力されている。そして、周波数調整部２０３５からは、加算部２０３４の出力値に比例ゲインＫ２を乗算した周波数偏差Δｆ＝Ｋ２・（ΔＩｄ−ΔＩｓ）が出力されている。

加算部２０３６には、周波数偏差Δｆと周波数指令値ｆ０^＊とが入力され、加算部２０３６からは、周波数指令値ｆ０^＊に周波数偏差Δｆを加算した周波数ｆｎ＝ｆ０^＊＋Δｆが出力されている。そして、指令値生成部２０５は、周波数ｆｎの電圧指令値ｖｎ^＊を生成して出力する。

電圧制御部２０４は、一次遅れフィルタ２０４１、振幅調整部２０４２、加算部２０４３、２０４４、および電圧調整部２０４５を含んで構成されている。なお、振幅調整部２０４２および電圧調整部２０４５は、予め設定される比例ゲインであり、それぞれの値をＫ３およびＫ４とする。

振幅調整部２０４２からは、一次遅れフィルタ２０４１により高調波成分が除去された電流偏差ΔＩｑに比例ゲインＫ３を乗算した振幅偏差ΔＶ＝Ｋ３・ΔＩｑが出力されている。また、加算部２０４３には、振幅偏差ΔＶと電圧振幅指令値Ｖｐ^＊とが入力され、加算部２０４３からは、電圧振幅指令値Ｖｐ^＊に振幅偏差ΔＶを加算した電圧Ｖ＝Ｖｐ^＊＋ΔＶが出力されている。さらに、加算部２０４４には、電圧Ｖと電圧振幅Ｖｐとが入力されている。そして、電圧調整部２０４５からは、加算部２０４４の出力値に比例ゲインＫ４を乗算した電圧偏差ｄＶｎが出力されている。そして、指令値生成部２０５は、電圧偏差ｄＶｎに応じた電圧の電圧指令値ｖｎ^＊を生成して出力する。

図４は、本実施形態における指令値生成部２０５の構成を示している。図４に示されている指令値生成部２０５は、正弦波生成部２０５１、乗算部２０５２、２０５３、および加算部２０５４、２０５５、２０５６を含んで構成されている。

正弦波生成部２０５１には、周波数ｆｎが入力され、正弦波生成部２０５１からは、周波数ｆｎの正弦波信号であるａ相基準信号Ｓａおよびｃ相基準信号Ｓｃが出力されている。また、乗算部２０５２および２０５３からは、それぞれ電圧偏差ｄＶｎを乗算した（ｄＶｎ倍の）ａ相基準信号Ｓａおよびｃ相基準信号Ｓｃが出力されている。

加算部２０５４からは、ａ相基準信号ＳａにｄＶｎ倍のａ相基準信号Ｓａを加算したａ相電圧指令値ｖｎａ^＊＝（１＋ｄＶｎ）・Ｓａが出力されている。一方、加算部２０５５からは、ｃ相基準信号ＳｃにｄＶｎ倍のｃ相基準信号Ｓｃを加算したｃ相電圧指令値ｖｎｃ^＊＝（１＋ｄＶｎ）・Ｓｃが出力されている。さらに、加算部２０５６からは、ａ相電圧指令値ｖｎａ^＊とｃ相電圧指令値ｖｎｃ^＊とを加算して反転したｂ相電圧指令値ｖｎｂ^＊＝−（ｖｎａ^＊＋ｖｎｃ^＊）が出力されている。

＝＝＝自立運転制御装置の動作＝＝＝
以下、本実施形態における自立運転制御装置の動作について説明する。

ｄｑ変換部２０２は、基準周波数ｆ０を用いて、３相分の出力電流偏差Δｉをｄｑ変換する。これにより、基準周波数ｆ０に対応する角周波数ω０で回転する回転座標系におけるｄ軸成分（電流偏差ΔＩｄ）およびｑ軸成分（電流偏差ΔＩｑ）が出力される。ここで、電流偏差ΔＩｄおよびΔＩｑは、それぞれ出力電流偏差Δｉの有効電流成分および無効電流成分に相当する。

周波数制御部２０３は、充電率偏差ΔＳおよび電流偏差ΔＩｄに応じた周波数ｆｎ（第２の周波数）を出力する。このとき、周波数ｆｎは、
ｆｎ＝ｆ０^＊＋Δｆ
＝ｆ０^＊＋Ｋ２・（ΔＩｄ−Ｋ１・ΔＳ）
＝ｆ０^＊＋Ｋ２・［ΔＩｄ＋Ｋ１・（Ｓｎ−Ｓ０）］
となる。ここで、周波数指令値ｆ０^＊（所定の第１の周波数）は、蓄電設備の定周波数制御における目標値であり、基準周波数ｆ０に等しい。

したがって、充電率Ｓｎが高いほど周波数ｆｎが高くなるため、指令値生成部２０５は、電力変換器４１ないし４Ｎのうち、接続されている蓄電池５ｎの充電率Ｓｎが高い電力変換器４ｎほど、周波数ｆｎが高い電圧指令値ｖｎ^＊を生成することとなる。また、電流偏差ΔＩｄが大きいほど周波数ｆｎが高くなるため、指令値生成部２０５は、電力変換器４１ないし４Ｎのうち、出力電流偏差Δｉ＝ｉ０−ｉｎの有効電流成分が大きい電力変換器４ｎほど、周波数ｆｎが高い電圧指令値ｖｎ^＊を生成することとなる。このようにして、周波数制御部２０３は、電圧指令値ｖｎ^＊の周波数を制御する。

電圧制御部２０４は、電圧振幅Ｖｐおよび電流偏差ΔＩｑに応じた電圧偏差ｄＶｎを出力する。このとき、電圧偏差ｄＶｎは、
ｄＶｎ＝Ｋ４・（Ｖ−Ｖｐ）
＝Ｋ４・（Ｖｐ^＊＋Ｋ３・ΔＩｑ−Ｖｐ）
となる。ここで、電圧振幅指令値Ｖｐ^＊は、蓄電設備の定電圧制御における目標値である。

したがって、電圧振幅Ｖｐが大きいほど電圧偏差ｄＶｎが大きくなり、指令値生成部２０５は、振幅が大きい電圧指令値ｖｎ^＊を生成することとなる。このようにして、電圧制御部２０４は、交流母線８０の電圧ｖが所定の電圧になるように電圧指令値ｖｎ^＊の電圧を制御する。

＝＝＝自立運転制御装置の動作の具体例＝＝＝
以下、図５ないし図１１を適宜参照して、本実施形態における自立運転制御装置の動作の具体例について説明する。

ここでは、一例として、周波数指令値ｆ０^＊＝５０．０［Ｈｚ］、電圧振幅指令値Ｖｐ^＊＝１．０［ｐｕ］とする。また、比例ゲインＫ１ないしＫ４については、一例として、Ｋ１＝２．０，Ｋ２＝Ｋ３＝Ｋ４＝１．０とする。

図５は、３個の蓄電池５ｎ（ｎ＝１，２，３）を備えた自立運転システムにおいて、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎが異なる場合を示している。図５において、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎは、ｉ１＝ｉ２＝ｉ３＝１．０［ｐｕ］で等しく、平均出力電流ｉ０＝１．０［ｐｕ］となっている。また、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎは、Ｓ１＝０．７０［ｐｕ］，Ｓ２＝０．６５［ｐｕ］，Ｓ３＝０．６０［ｐｕ］であり、平均充電率Ｓ０＝０．６５［ｐｕ］となっている。さらに、交流母線８０の電圧ｖ＝１．０［ｐｕ］であり、電圧振幅Ｖｐ＝１．０［ｐｕ］となっている。

この場合、図６に示すように、充電率偏差ΔＳに比例する電流偏差ΔＩｓは、自立運転制御装置２１ではΔＩｓ＝−０．１［ｐｕ］、自立運転制御装置２２ではΔＩｓ＝０．０［ｐｕ］、自立運転制御装置２３ではΔＩｓ＝０．１［ｐｕ］となる。一方、自立運転制御装置２１ないし２３のいずれにおいても、電流偏差ΔＩｄ＝０．０［ｐｕ］となる。したがって、各電力変換器４ｎに対する電圧指令値ｖｎ^＊の周波数ｆｎは、ｆ１＝５０．１［Ｈｚ］，ｆ１＝５０．０［Ｈｚ］，ｆ１＝４９．９［Ｈｚ］となり、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎの順にｆ１＞ｆ２＞ｆ３となる。

ここで、交流電源の出力周波数と負荷に供給される有効電力との関係を図７に示す。図７においては、１個の交流電源Ｓと１個の負荷Ｒとが送電線Ｌを介して接続されている。このとき、負荷Ｒと交流電源Ｓとの位相差をδとすると、交流電源Ｓの出力電圧ｖｓおよび負荷Ｒへの供給電圧ｖｒは、それぞれ
ｖｓ＝Ｖｓ・ｓｉｎ（ωｔ＋δ），
ｖｒ＝Ｖｒ・ｓｉｎωｔ
となる。また、送電線ＬのインピーダンスをＸｌとすると、負荷Ｒに供給される有効電力Ｐｒは、
Ｐｒ＝（Ｖｓ・Ｖｒ／Ｘｌ）・ｓｉｎδ
で与えられることが知られている。したがって、位相差δが大きくなるほど有効電力Ｐｒが大きくなる。

自立運転システムにおいて、蓄電設備（交流電源Ｓ）が放電動作をしている場合、蓄電設備の位相は、負荷設備（負荷Ｒ）の位相に対して進んでいる。そのため、放電時においては、電力変換器４ｎの内部基準周波数（電圧指令値ｖｎ^＊の周波数ｆｎ）が高くなるほど位相差δが大きくなり、電力変換器４ｎの出力電流ｉｎの有効電流成分が大きくなる。したがって、充電率Ｓｎが高い蓄電池５ｎほど放電電流が大きくなるため、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎを均等化することができる。

一方、蓄電設備（負荷Ｒ）が充電動作をしている場合、蓄電設備の位相は、発電設備（交流電源Ｓ）の位相に対して遅れている。そのため、充電時においては、電力変換器４ｎの内部基準周波数が高くなるほど位相差δが小さくなり、電力変換器４ｎの出力電流ｉｎの有効電流成分（絶対値）が小さくなる。したがって、充電率Ｓｎが高い蓄電池５ｎほど充電電流が小さくなるため、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎを均等化することができる。

このようにして、各蓄電池５ｎの充電率均等化制御を行うことができる。そして、本実施形態の自立運転制御装置２ｎは、充電時および放電時のいずれにおいても、接続されている蓄電池５ｎの充電率Ｓｎが高い電力変換器４ｎほど、内部基準周波数が高くなるように制御している。そのため、充電動作と放電動作とが頻繁に切り替わる場合であっても、自立運転を中断することなく、充電率均等化制御を行うことができる。

ここで、自立運転制御装置２ｎによる充電率均等化制御の一例を図８に示し、そのうち電力変換器４ｎの有効電力の時刻ｔ＝ｔａからｔ＝ｔｂまでの変化を拡大して図９に示す。図８においては、発電装置（風力発電機６５および太陽電池モジュール６６）の総出力が時々刻々と変動しており、負荷７３および７４の総消費電力が時刻ｔ＝ｔ１以降でほぼ０となっている。また、電力変換器４１および４３は、時刻ｔ＝ｔ１以前では放電動作の割合が多く、時刻ｔ＝ｔ１以降では充電動作の割合が多いものの、充電動作と放電動作とが頻繁に切り替わっている。なお、図８および図９において、電力変換器４２の有効電力は図示されていない。

この場合において、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎは、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３であるため、各電力変換器４ｎの放電電流は、電力変換器４１が最も大きくなり、各電力変換器４ｎの充電電流は、電力変換器４３が最も大きくなる。これにより、時間の経過とともに各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎが均等化されていく。

図１０は、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎが異なる場合を示している。図１０において、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎは、ｉ１＝１．１［ｐｕ］，ｉ２＝１．０［ｐｕ］，ｉ３＝０．９［ｐｕ］であり、平均出力電流ｉ０＝１．０［ｐｕ］となっている。また、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎは、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝０．６５［ｐｕ］で等しく、平均充電率Ｓ０＝０．６５［ｐｕ］となっている。さらに、交流母線８０の電圧ｖ＝１．０［ｐｕ］であり、電圧振幅Ｖｐ＝１．０［ｐｕ］となっている。

この場合、図１１に示すように、自立運転制御装置２１ないし２３のいずれにおいても、電流偏差ΔＩｓ＝０．０［ｐｕ］となる。一方、出力電流偏差Δｉの有効電流成分である電流偏差ΔＩｄは、自立運転制御装置２１ではΔＩｄ＝−０．１［ｐｕ］、自立運転制御装置２２ではΔＩｄ＝０．０［ｐｕ］、自立運転制御装置２３ではΔＩｄ＝０．１［ｐｕ］となる。したがって、各電力変換器４ｎに対する電圧指令値ｖｎ^＊の周波数ｆｎは、ｆ１＝４９．９［Ｈｚ］，ｆ１＝５０．０［Ｈｚ］，ｆ１＝５０．１［Ｈｚ］となり、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎと逆順にｆ１＜ｆ２＜ｆ３となる。

前述したように、放電時においては、電力変換器４ｎの内部基準周波数が高くなるほど位相差δが大きくなり、電力変換器４ｎの出力電流ｉｎの有効電流成分が大きくなる。したがって、現在の出力電流ｉｎが小さい電力変換器４ｎほど出力電流ｉｎが大きくなるように制御されるため、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎを均等化して、横流を抑制することができる。

一方、充電時においては、電力変換器４ｎの内部基準周波数が高くなるほど位相差δが小さくなり、電力変換器４ｎの出力電流ｉｎの有効電流成分（絶対値）が小さくなる。したがって、現在の出力電流ｉｎ（絶対値）が大きい電力変換器４ｎほど出力電流ｉｎ（絶対値）が小さくなるように制御されるため、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎを均等化して、横流を抑制することができる。

このようにして、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎ間の横流抑制制御を行うことができる。

前述したように、図１に示した自立運転システムにおいて、電力変換器４１ないし４Ｎのうち、接続されている蓄電池５ｎの充電率Ｓｎが高い電力変換器４ｎほど、周波数ｆｎが高い電圧指令値ｖｎ＊を生成することによって、充電率Ｓｎが高い蓄電池５ｎほど放電電流が大きくなるとともに、充電電流が小さくなるため、各蓄電池５ｎの充電率Ｓｎを均等化することができる。そして、充電時および放電時のいずれにおいても、接続されている蓄電池５ｎの充電率Ｓｎが高い電力変換器４ｎほど、内部基準周波数が高くなるように制御されるため、蓄電池の充放電が頻繁に切り替わる場合であっても、自立運転を中断することなく充電率均等化制御を行うことができ、自立運転システムを安定的に運転することができる。

また、充電率偏差ΔＳに応じて周波数偏差Δｆを求め、周波数指令値ｆ０＊に周波数偏差Δｆを加算した周波数ｆｎを出力し、周波数ｆｎの電圧指令値ｖｎ＊を生成して出力することによって、接続されている蓄電池５ｎの充電率Ｓｎが高い電力変換器４ｎほど、周波数ｆｎが高い電圧指令値ｖｎ＊を生成することができる。

また、充電率偏差ΔＳおよび電流偏差ΔＩｄに応じて周波数偏差Δｆを求めることによって、現在の出力電流ｉｎ（絶対値）が小さい電力変換器４ｎほど出力電流ｉｎ（絶対値）が大きくなり、現在の出力電流ｉｎ（絶対値）が大きい電力変換器４ｎほど出力電流ｉｎ（絶対値）が小さくなるように制御され、各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎを均等化して、横流を抑制することができる。

また、周波数偏差Δｆ＝Ｋ２・（ΔＩｄ−Ｋ１・ΔＳ）と求めることによって、各蓄電池５ｎの充電率均等化制御および各電力変換器４ｎの出力電流ｉｎ間の横流抑制制御を行うことができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

上記実施形態では、商用電力系統９０から切り離された自立運転システムにおいて、蓄電設備を定電圧・定周波数制御する自立運転制御装置２ｎについて説明したが、これに限定されるものではない。自立運転制御装置２ｎは、図１に示したような分散型電源を含む電力供給システムにおいて、商用電力系統９０に連系された連系運転時における電力変換器４ｎの制御と、商用電力系統９０から切り離された自立運転時における電力変換器４ｎの制御とを切り替え可能な制御装置の一部として構成することもできる。

１０ 共通演算部
２ｎ（２１〜２Ｎ） 自立運転制御装置
３ｎ（３１〜３Ｎ）、６０〜６２、７０ （電力用）変圧器
４ｎ（４１〜４Ｎ）、６３、６４ 電力変換器
５ｎ（５１〜５Ｎ） 蓄電池
６５ 風力発電機（発電装置）
６６ 太陽電池モジュール（発電装置）
７１、７２、９１ 開閉器
７３、７４ 負荷
８０ 交流母線
９０ 商用電力系統
１０１ 平均出力電流算出部
１０２ 平均充電率算出部
１０３ 電圧振幅算出部
２０１ 加算部
２０２ ｄｑ変換部
２０３ 周波数制御部
２０４ 電圧制御部
２０５ 指令値生成部
１０３１ ｄｑ変換部
１０３２、１０３３ 一次遅れフィルタ
１０３４、１０３５ ２乗演算部
１０３６ 加算部
１０３７ 平方根演算部
２０３１、２０４１ 一次遅れフィルタ
２０３２、２０３４、２０３６、２０４３、２０４４ 加算部
２０３３ 充電率調整部
２０３５ 周波数調整部
２０４２ 振幅調整部
２０４５ 電圧調整部
２０５１ 正弦波生成部
２０５２、２０５３ 乗算部
２０５４、２０５５、２０５６ 加算部
Ｓ 交流電源
Ｌ 送電線
Ｒ 負荷

Claims (6)

1. 商用電力系統から切り離された交流母線に交流電力を供給する発電装置と、
   直流電力を充放電する複数の蓄電池と、
   前記複数の蓄電池にそれぞれ接続され、前記交流母線との間で入出力される交流電力と、前記複数の蓄電池でそれぞれ充放電される直流電力とを相互に変換する複数の電力変換器と、
   前記複数の電力変換器のそれぞれに対する電圧指令値を出力する制御装置と、
   を備える自立運転システムであって、
   前記制御装置は、前記複数の電力変換器のうち、接続されている蓄電池の充電率が高い電力変換器ほど、周波数が高い前記電圧指令値を生成することを特徴とする自立運転システム。
2. 請求項１に記載の自立運転システムであって、
   前記制御装置は、
   前記複数の蓄電池の平均充電率と前記複数の蓄電池のそれぞれの充電率との差である充電率偏差に応じて周波数偏差を求め、所定の第１の周波数に前記周波数偏差を加算して、前記複数の電力変換器のそれぞれに対する第２の周波数を出力する周波数制御部と、
   前記第２の周波数の前記電圧指令値を生成する指令値生成部と、
   前記交流母線の電圧が所定の電圧になるように前記電圧指令値の電圧を制御する電圧制御部と、
   を有することを特徴とする自立運転システム。
3. 請求項２に記載の自立運転システムであって、
   前記周波数制御部は、前記充電率偏差と、前記複数の電力変換器の平均出力電流と前記複数の電力変換器のそれぞれの出力電流との差である出力電流偏差の有効電流成分とに応じて前記周波数偏差を求めることを特徴とする自立運転システム。
4. 請求項３に記載の自立運転システムであって、
   前記周波数制御部は、前記充電率偏差に第１の比例ゲインを乗算した値を前記出力電流偏差の有効電流成分から減算し、第２の比例ゲインを乗算して前記周波数偏差を求めることを特徴とする自立運転システム。
5. 商用電力系統から切り離された交流母線に交流電力を供給する発電装置と、
   直流電力を充放電する複数の蓄電池と、
   前記複数の蓄電池にそれぞれ接続され、前記交流母線との間で入出力される交流電力と、前記複数の蓄電池でそれぞれ充放電される直流電力とを相互に変換する複数の電力変換器と、
   を備える自立運転システムにおける前記複数の電力変換器を制御する自立運転制御装置であって、
   前記複数の電力変換器のうち、接続されている蓄電池の充電率が高い電力変換器ほど、周波数が高い電圧指令値を生成する指令値生成部を有し、
   前記電流指令値生成部は、前記複数の電力変換器のそれぞれに対する前記電圧指令値を出力することを特徴とする自立運転制御装置。
6. 商用電力系統から切り離された交流母線に交流電力を供給する発電装置と、
   直流電力を充放電する複数の蓄電池と、
   前記複数の蓄電池にそれぞれ接続され、前記交流母線との間で入出力される交流電力と、前記複数の蓄電池でそれぞれ充放電される直流電力とを相互に変換する複数の電力変換器と、
   前記複数の電力変換器のそれぞれに対する電圧指令値を出力する制御装置と、
   を備える自立運転システムにおいて、前記複数の蓄電池と前記複数の電力変換器と前記制御装置とからなる蓄電池システムであって、
   前記制御装置は、前記複数の電力変換器のうち、接続されている蓄電池の充電率が高い電力変換器ほど、周波数が高い前記電圧指令値を生成する指令値生成部を有し、
   前記電流指令値生成部が、前記複数の電力変換器のそれぞれに対する前記電圧指令値を出力することを特徴とする蓄電池システム。

Images