特許 6901911 無効電力補償装置の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6901911

(24)【登録日】2021年6月22日

(45)【発行日】2021年7月14日

(54)【発明の名称】無効電力補償装置の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/18 20060101AFI20210701BHJP

   H02J 3/16 20060101ALI20210701BHJP

   H02J 3/26 20060101ALI20210701BHJP

   H02J 3/01 20060101ALI20210701BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20210701BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/18 135

   H02J3/16

   H02J3/26

   H02J3/01

   H02M7/48 R

【請求項の数】9

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2017-114723(P2017-114723)

(22)【出願日】2017年6月9日

(65)【公開番号】特開2019-4530(P2019-4530A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2020年5月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000102636

【氏名又は名称】エナジーサポート株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100163511

【弁理士】

【氏名又は名称】辻 啓太

(72)【発明者】

【氏名】大森 洋一

(72)【発明者】

【氏名】唐木 隆行

(72)【発明者】

【氏名】柳樂 和宏

(72)【発明者】

【氏名】寺澤 達矢

【審査官】 田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０３４１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１６３６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１２２７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６５４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３５０３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３４８７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４８５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２０８５１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−２７６２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３３７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９０３９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／１８

Ｈ０２Ｊ ３／０１

Ｈ０２Ｊ ３／１６

Ｈ０２Ｊ ３／２６

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、
前記無効電力補償装置が出力する無効電流を指示する無効電流指令を出力する電圧大きさ制御器と、
前記無効電力補償装置の出力電流の、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧の方向に直交する無効電流成分が、前記無効電流指令に追従するように前記無効電力補償装置を制御する無効電流制御器と、を備え、
前記電圧大きさ制御器は、
前記連系点電圧の電圧指令と前記連系点電圧の大きさとの偏差を演算する電圧偏差演算器と、
前記偏差が所定の不感帯の上限値以上である場合には、前記偏差から前記上限値を引いた値を出力し、前記偏差が前記不感帯の下限値以下である場合には、前記偏差から前記下限値を引いた値を出力し、前記偏差が前記下限値より大きく、前記上限値より小さい場合には、０を出力する電圧不感帯検出器と、
前記電圧不感帯検出器の出力が０でない場合には、前記電圧不感帯検出器の出力を比例積分増幅して前記無効電流指令として出力し、前記電圧不感帯検出器の出力が０である場合には、前記無効電流指令を所定の時定数で０に近づける誤差増幅器と、を備えることを特徴とする制御装置。

【請求項2】

電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、
前記無効電力補償装置が出力する無効電流を指示する無効電流指令を出力する電圧大きさ制御器と、
前記無効電力補償装置の出力電流の、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧の方向と直交する無効電流成分が、前記無効電流指令に追従するように前記無効電力補償装置を制御する無効電流制御器と、を備え、
前記電圧大きさ制御器は、
入力された電圧指令に対して一次遅れ処理を行った電圧指令を出力する一次遅れフィルタと、
前記一次遅れフィルタから出力された電圧指令と前記連系点電圧の大きさとの偏差を比例積分増幅し、前記無効電流指令として出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器により出力された無効電流指令が、前記無効電流の不感帯の上限値以上である場合には、下限の電圧指令を前記一次遅れフィルタに入力し、前記誤差増幅器により出力された無効電流指令が、前記不感帯の下限値以下である場合には、上限の電圧指令を前記一次遅れフィルタに入力し、前記誤差増幅器により出力された無効電流指令が、前記下限値より大きく、前記上限値より小さい場合には、前記一次遅れフィルタの出力を前記一次遅れフィルタに入力するフィルタ出力切替器と、を備えることを特徴とする制御装置。

【請求項3】

電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、
前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、
前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、
前記連系点電圧を前記電圧位相で回転座標変換して得られる、前記電力系統の周波数で逆方向に回転する直交するｘｂ軸とｙｂ軸とからなるｘｙｂ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値である不平衡電圧ベクトルを出力する不平衡電圧検出器と、
前記不平衡電圧ベクトルの前記ｘｙｂ座標系の各成分を比例積分増幅し、不平衡補償電流指令として出力する不平衡補償電流指令生成器と、
前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｂ座標系の各成分が、前記不平衡補償電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する不平衡電流制御器と、を備えることを特徴とする制御装置。

【請求項4】

電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、
前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、
前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、
前記連系点電圧を前記電圧位相で回転座標変換して得られる、前記電力系統の周波数で逆方向に回転する直交するｘｂ軸とｙｂ軸とからなるｘｙｂ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値である不平衡電圧ベクトルを出力する不平衡電圧検出器と、
前記不平衡電圧ベクトルの大きさが、前記不平衡電圧の不感帯の幅未満である場合には、大きさが０の出力電圧ベクトルを出力し、前記不平衡電圧ベクトルの大きさが、前記不感帯の幅以上である場合には、前記不平衡電圧ベクトルと同じ向きで前記不平衡電圧の不感帯の幅の大きさを有するベクトルを出力電圧ベクトルとして出力する不平衡電圧不感帯検出器と、
前記出力電圧ベクトルの大きさが０でない場合には、前記出力電圧ベクトルの各成分を比例積分増幅して不平衡補償電流指令として出力し、前記出力電圧ベクトルの大きさが０である場合には、前記不平衡補償電流指令が所定の時定数で０に近づくような不平衡補償電流指令を出力する不平衡補償電流指令生成器と、
前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｂ座標系の各成分が、前記不平衡補償電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する不平衡電流制御器と、を備えることを特徴とする制御装置。

【請求項5】

電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、
前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、
前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、
前記連系点電圧を、前記電圧位相のｎ（ｎは６の倍数±１）倍の角度で回転座標変換して得られる前記電力系統の周波数のｎ倍の周波数で回転する直交するｘｎ軸とｙｎ軸とからなるｘｙｎ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電圧ベクトルを出力する高調波電圧検出器と、
前記ｎ次高調波電圧ベクトルの各成分を比例積分増幅して、ｎ次高調波抑制電流指令として出力する高調波抑制電流指令生成器と、
前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分が、前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する高調波電流制御器と、を備えることを特徴とする制御装置。

【請求項6】

電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、
前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、
前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、
前記連系点電圧を、前記電圧位相のｎ（ｎは６の倍数±１）倍の角度で回転座標変換して得られる前記電力系統の周波数のｎ倍の周波数で回転する直交するｘｎ軸とｙｎ軸とからなるｘｙｎ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電圧ベクトルを出力する高調波電圧検出器と、
前記ｎ次高調波電圧ベクトルの大きさが、前記ｎ次高調波電圧の不感帯の幅未満である場合には、大きさが０の出力電圧ベクトルを生成し、前記ｎ次高調波電圧ベクトルの大きさが、前記ｎ次高調波電圧の不感帯の幅以上である場合には、前記ｎ次高調波電圧ベクトルと同じ向きで前記ｎ次高調波電圧の所定の不感帯の大きさを有するベクトルを前記ｎ次高調波電圧ベクトルから減算して出力電圧ベクトルとして出力する不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器と、
前記出力電圧ベクトルの大きさが０でない場合には、前記出力電圧ベクトルの各成分を比例積分増幅してｎ次高調波抑制電流指令として出力し、前記出力電圧ベクトルの大きさが０である場合には、前記ｎ次高調波抑制電流指令が所定の時定数で０に近づくようなｎ次高調波抑制電流指令を出力するｎ次高調波抑制電流指令生成器と、
前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分が、前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する高調波電流制御器と、を備えることを特徴とする制御装置。

【請求項7】

請求項５または６に記載の制御装置において、
前記高調波電流制御器は、
前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分の電流ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電流ベクトルを出力するｎ次高調波電流検出器と、
前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分と、前記ｎ次高調波電流ベクトルの各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｘｙｎ座標系積分器と、
前記ｎ次高調波抑制電流指令を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器と、
前記ｘｙｎ座標系積分器の出力を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器と、を備え、
前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｄｑ座標系の各成分を検出して出力する電流検出器と、
前記ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器の出力の各成分と、前記電流検出器の出力の各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｄｑ座標電流制御器と、
前記高調波電流制御器の出力と、前記ｄｑ座標電流制御器の出力との和を前記無効電力補償装置の出力電圧の指令値として出力する電圧指令演算器と、をさらに備えることを特徴とする制御装置。

【請求項8】

請求項５または６に記載の制御装置において、
前記無効電力補償装置は、
指令値に従った電圧を出力する三相電力変換器と、
前記三相電力変換器の出力に一端が接続された変換器側リアクトルと、
前記変換器側リアクトルの他端に接続された接続されたフィルタコンデンサと、
一端が前記フィルタコンデンサの一端に接続され、他端が前記電力系統に接続された系統側リアクトルまたは変圧器と、を備え、
前記高調波電流制御器は、
前記フィルタコンデンサの電圧であるフィルタ電圧を検出するフィルタ電圧検出器と、
前記コンデンサ電圧に基づき、前記フィルタコンデンサを流れる電流を推定するコンデンサ電流推定器と、
前記ｎ次高調波抑制電流指令を前記電流により補正して、前記変換器側リアクトルに流れる電流であるリアクトル電流を指示するリアクトル電流指令を生成して出力する高調波電流指令補正器と、
前記リアクトル電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分の電流ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電流ベクトルを出力するｎ次高調波電流検出器と、
前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分と、前記ｎ次高調波電流ベクトルの各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｘｙｎ座標系積分器と、
前記ｎ次高調波抑制電流指令を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器と、
前記ｘｙｎ座標系積分器の出力を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器と、を備え、
前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｄｑ座標系の各成分を検出して出力する電流検出器と、
前記ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器の出力の各成分と、前記電流検出器の出力の各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｄｑ座標電流制御器と、
前記高調波電流制御器の出力と、前記ｄｑ座標電流制御器の出力との和を前記無効電力補償装置の出力電圧の指令値として出力する電圧指令演算器と、を備えることを特徴とする制御装置。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置において、
前記無効電力補償装置は、
指令値に従った電圧を出力する三相電力変換器と、
前記三相電力変換器の出力に一端が接続された変換器側リアクトルと、
前記変換器側リアクトルの他端に接続された接続されたフィルタコンデンサと、
一端が前記フィルタコンデンサの一端に接続され、他端が前記電力系統に接続された系統側リアクトルまたは変圧器と、を備え、
前記フィルタコンデンサの電圧であるフィルタ電圧の大きさから、前記変圧器による電圧降下分を補正し、前記連系点電圧として出力する電圧補正器をさらに備えることを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電システムなどの分散型電源が電力系統に接続された電力システムが利用されている。このような電力システムでは、適切な制御が行われなければ、電力系統の系統電圧が適正範囲から逸脱するおそれがある。そのため、任意の無効電力を電力系統に流す無効電力補償装置を電力系統に接続することで、系統電圧の適正範囲からの逸脱が抑制されている（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２００７−２０３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、太陽光発電による発電エネルギーの増加および電力系統に接続される負荷の増加により、無効電力補償装置には、電力系統の電圧制御および力率制御といった基本的な機能の他に、不平衡補償制御、高調波抑制制御など複数の機能を備えることが求められるようになっている。ここで、電圧制御、不平衡補償制御、高調波抑制制御といった無効電力補償装置に求められる各種制御を実現するための構成については検討の余地がある。

【0005】

本発明の目的は、上述した課題を解決し、電圧制御、不平衡補償制御、高調波抑制制御といった各種の制御を実現することができる無効電力補償装置の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置は、電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、前記無効電力補償装置が出力する無効電流を指示する無効電流指令を出力する電圧大きさ制御器と、前記無効電力補償装置の出力電流の、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧の方向に直交する無効電流成分が、前記無効電流指令に追従するように前記無効電力補償装置を制御する無効電流制御器と、を備え、前記電圧大きさ制御器は、前記連系点電圧の電圧指令と前記連系点電圧の大きさとの偏差を演算する電圧偏差演算器と、前記偏差が所定の不感帯の上限値以上である場合には、前記偏差から前記上限値を引いた値を出力し、前記偏差が前記不感帯の下限値以下である場合には、前記偏差から前記下限値を引いた値を出力し、前記偏差が前記下限値より大きく、前記上限値より小さい場合には、０を出力する電圧不感帯検出器と、前記電圧不感帯検出器の出力が０でない場合には、前記電圧不感帯検出器の出力を比例積分増幅して前記無効電流指令として出力し、前記電圧不感帯検出器の出力が０である場合には、前記無効電流指令を所定の時定数で０に近づける誤差増幅器と、を備える。

【0007】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置は、電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、前記無効電力補償装置が出力する無効電流を指示する無効電流指令を出力する電圧大きさ制御器と、前記無効電力補償装置の出力電流の、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧の方向と直交する無効電流成分が、前記無効電流指令に追従するように前記無効電力補償装置を制御する無効電流制御器と、を備え、前記電圧大きさ制御器は、入力された電圧指令に対して一次遅れ処理を行った電圧指令を出力する一次遅れフィルタと、前記一次遅れフィルタから出力された電圧指令と前記連系点電圧の大きさとの偏差を比例積分増幅し、前記無効電流指令として出力する誤差増幅器と、前記誤差増幅器により出力された無効電流指令が、前記無効電流の不感帯の上限値以上である場合には、下限の電圧指令を前記一次遅れフィルタに入力し、前記誤差増幅器により出力された無効電流指令が、前記不感帯の下限値以下である場合には、上限の電圧指令を前記一次遅れフィルタに入力し、前記誤差増幅器により出力された無効電流指令が、前記下限値より大きく、前記上限値より小さい場合には、前記一次遅れフィルタの出力を前記一次遅れフィルタに入力するフィルタ出力切替器と、を備える。

【0008】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置は、電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、前記連系点電圧を前記電圧位相で回転座標変換して得られる、前記電力系統の周波数で逆方向に回転する直交するｘｂ軸とｙｂ軸とからなるｘｙｂ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値である不平衡電圧ベクトルを出力する不平衡電圧検出器と、前記不平衡電圧ベクトルの前記ｘｙｂ座標系の各成分を比例積分増幅し、不平衡補償電流指令として出力する不平衡補償電流指令生成器と、前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｂ座標系の各成分が、前記不平衡補償電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する不平衡電流制御器と、を備える。

【0009】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置は、電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、前記連系点電圧を前記電圧位相で回転座標変換して得られる、前記電力系統の周波数で逆方向に回転する直交するｘｂ軸とｙｂ軸とからなるｘｙｂ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値である不平衡電圧ベクトルを出力する不平衡電圧検出器と、前記不平衡電圧ベクトルの大きさが、前記不平衡電圧の不感帯の幅未満である場合には、大きさが０の出力電圧ベクトルを出力し、前記不平衡電圧ベクトルの大きさが、前記不感帯の幅以上である場合には、前記不平衡電圧ベクトルと同じ向きで前記不平衡電圧の不感帯の幅の大きさを有するベクトルを出力電圧ベクトルとして出力する不平衡電圧不感帯検出器と、前記出力電圧ベクトルの大きさが０でない場合には、前記出力電圧ベクトルの各成分を比例積分増幅して不平衡補償電流指令として出力し、前記出力電圧ベクトルの大きさが０である場合には、前記不平衡補償電流指令が所定の時定数で０に近づくような不平衡補償電流指令を出力する不平衡補償電流指令生成器と、前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｂ座標系の各成分が、前記不平衡補償電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する不平衡電流制御器と、を備える。

【0010】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置は、電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、前記連系点電圧を、前記電圧位相のｎ（ｎは６の倍数±１）倍の角度で回転座標変換して得られる前記電力系統の周波数のｎ倍の周波数で回転する直交するｘｎ軸とｙｎ軸とからなるｘｙｎ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電圧ベクトルを出力する高調波電圧検出器と、前記ｎ次高調波電圧ベクトルの各成分を比例積分増幅して、ｎ次高調波抑制電流指令として出力する高調波抑制電流指令生成器と、前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分が、前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する高調波電流制御器と、を備える。

【0011】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置は、電力系統に接続される無効電力補償装置を制御する制御装置であって、前記電力系統と前記無効電力補償装置との接続点の電圧である連系点電圧を、負の電圧位相で回転座標変換して、前記電力系統の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルにして出力するｄｑ座標電圧変換器と、前記電力系統の周波数の半周期における、前記電圧ベクトルのｑ軸成分の平均値が０となるような前記電圧位相を出力する位相調整器と、前記連系点電圧を、前記電圧位相のｎ（ｎは６の倍数±１）倍の角度で回転座標変換して得られる前記電力系統の周波数のｎ倍の周波数で回転する直交するｘｎ軸とｙｎ軸とからなるｘｙｎ座標系の成分の電圧ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電圧ベクトルを出力する高調波電圧検出器と、前記ｎ次高調波電圧ベクトルの大きさが、前記ｎ次高調波電圧の不感帯の幅未満である場合には、大きさが０の出力電圧ベクトルを生成し、前記ｎ次高調波電圧ベクトルの大きさが、前記ｎ次高調波電圧の不感帯の幅以上である場合には、前記ｎ次高調波電圧ベクトルと同じ向きで前記ｎ次高調波電圧の所定の不感帯の大きさを有するベクトルを前記ｎ次高調波電圧ベクトルから減算して出力電圧ベクトルとして出力する不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器と、前記出力電圧ベクトルの大きさが０でない場合には、前記出力電圧ベクトルの各成分を比例積分増幅してｎ次高調波抑制電流指令として出力し、前記出力電圧ベクトルの大きさが０である場合には、前記ｎ次高調波抑制電流指令が所定の時定数で０に近づくようなｎ次高調波抑制電流指令を出力するｎ次高調波抑制電流指令生成器と、前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分が、前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分に追従するように前記無効電力補償装置を制御する高調波電流制御器と、を備える。

【0012】

また、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置において、前記高調波電流制御器は、前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分の電流ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電流ベクトルを出力するｎ次高調波電流検出器と、前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分と、前記ｎ次高調波電流ベクトルの各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｘｙｎ座標系積分器と、前記ｎ次高調波抑制電流指令を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器と、前記ｘｙｎ座標系積分器の出力を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器と、を備え、前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｄｑ座標系の各成分を検出して出力する電流検出器と、前記ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器の出力の各成分と、前記電流検出器の出力の各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｄｑ座標電流制御器と、前記高調波電流制御器の出力と、前記ｄｑ座標電流制御器の出力との和を前記無効電力補償装置の出力電圧の指令値として出力する電圧指令演算器と、をさらに備えることが好ましい。

【0013】

また、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置において、前記無効電力補償装置は、指令値に従った電圧を出力する三相電力変換器と、前記三相電力変換器の出力に一端が接続された変換器側リアクトルと、前記変換器側リアクトルの他端に接続された接続されたフィルタコンデンサと、一端が前記フィルタコンデンサの一端に接続され、他端が前記電力系統に接続された系統側リアクトルまたは変圧器と、を備え、前記高調波電流制御器は、前記フィルタコンデンサの電圧であるフィルタ電圧を検出するフィルタ電圧検出器と、前記コンデンサ電圧に基づき、前記フィルタコンデンサを流れる電流を推定するコンデンサ電流推定器と、前記ｎ次高調波抑制電流指令を前記電流により補正して、前記変換器側リアクトルに流れる電流であるリアクトル電流を指示するリアクトル電流指令を生成して出力する高調波電流指令補正器と、前記リアクトル電流の前記ｘｙｎ座標系の各成分の電流ベクトルの、前記半周期における平均値であるｎ次高調波電流ベクトルを出力するｎ次高調波電流検出器と、前記ｎ次高調波抑制電流指令の各成分と、前記ｎ次高調波電流ベクトルの各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｘｙｎ座標系積分器と、前記ｎ次高調波抑制電流指令を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器と、前記ｘｙｎ座標系積分器の出力を前記ｄｑ座標系の成分に変換して出力するｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器と、を備え、前記無効電力補償装置の出力電流の前記ｄｑ座標系の各成分を検出して出力する電流検出器と、前記ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器の出力の各成分と、前記電流検出器の出力の各成分との偏差を比例積分増幅して出力するｄｑ座標電流制御器と、前記高調波電流制御器の出力と、前記ｄｑ座標電流制御器の出力との和を前記無効電力補償装置の出力電圧の指令値として出力する電圧指令演算器と、を備えることが好ましい。

【0014】

また、本発明に係る無効電力補償装置の制御装置において、前記無効電力補償装置は、
指令値に従った電圧を出力する三相電力変換器と、前記三相電力変換器の出力に一端が接続された変換器側リアクトルと、前記変換器側リアクトルの他端に接続された接続されたフィルタコンデンサと、一端が前記フィルタコンデンサの一端に接続され、他端が前記電力系統に接続された系統側リアクトルまたは変圧器と、を備え、前記フィルタコンデンサの電圧であるフィルタ電圧の大きさから、前記変圧器による電圧降下分を補正し、前記連系点電圧として出力する電圧補正器をさらに備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る無効電力補償装置の制御装置によれば、電圧制御、不平衡補償制御、高調波抑制制御といった各種の制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る無効電力補償装置の制御装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図１に示す電圧大きさ制御器の構成の一例を示す図である。

【図3】図２に示す誤差増幅器の構成の一例を示す図である。

【図4】図２に示す誤差増幅器の構成の他の一例を示す図である。

【図5】図２に示す誤差増幅器の構成の他の一例を示す図である。

【図6】図２に示す誤差増幅器の構成の他の一例を示す図である。

【図7】図１に示す電圧大きさ制御器の構成の他の一例を示す図である。

【図8】図１に示す不平衡電圧制御器の構成の一例を示す図である。

【図9】図１に示す不平衡電圧制御器の構成の他の一例を示す図である。

【図10】図１に示す高調波電圧制御器の構成の一例を示す図である。

【図11】図１に示す高調波電圧制御器の構成の他の一例を示す図である。

【図12】図１に示す高調波電流制御器の構成の他の一例を示す図である。

【図13】図１に示すｄｑ座標電流制御器の構成の一例を示す図である。

【図14】本発明の第２の実施形態に係る無効電力補償装置の制御装置の構成の一例を示す図である。

【図15】図１４に示す高周波電流制御器の構成の一例を示す図である。

【図16】図１４に示すｄｑ座標電流制御器の構成の一例を示す図である。

【図17】本発明の第３の実施形態に係る無効電力補償装置の制御装置の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態について説明する。

【0018】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御装置１０の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る制御装置１０は、電力系統１に接続され、電力系統１の系統電圧を調整する無効電力補償装置２を制御するものである。無効電力補償装置２は、例えば、入力される電圧指令に従い三相電圧を出力する三相電力変換器で構成される。

【0019】

図１に示す制御装置１０は、連系点電圧検出器１１と、電流検出器１２と、電圧大きさ検出器１３と、電圧大きさ制御器１４と、ｄｑ座標電圧変換器１５と、位相調整器１６と、不平衡電圧検出器１７と、不平衡電圧制御器１８と、高調波電圧検出器１９と、高調波電圧制御器２０と、高調波電流制御器２１と、ｄｑ座標電流制御器２２と、ｄｑ座標電圧指令演算器２３とを備える。

【0020】

連系点電圧検出器１１は、電力系統１と無効電力補償装置２との接続点の電圧である連系点電圧を検出し、検出結果を電圧大きさ検出器１３、ｄｑ座標電圧変換器１５、不平衡電圧検出器１７および高調波電圧検出器１９に出力する。

【0021】

電流検出器１２は、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβを検出し、検出結果を高調波電流制御器２１およびｄｑ座標電流制御器２２に出力する。

【0022】

電圧大きさ検出器１３は、連系点電圧検出器１１により検出された連系点電圧の大きさＶ_lを以下の式（１）に基づき演算し、得られた連系点電圧の大きさＶ_lを電圧大きさ制御器１４に出力する。なお、式（１）において、ｖ_αは連系点電圧のα軸成分であり、ｖ_ｂは連系点電圧のβ軸成分である。

【0023】

【数1】

【0024】

電圧大きさ制御器１４は、連系点電圧の方向に直交する無効電流成分を指示する（無効電力補償装置２が出力する無効電流を指示する）無効電流指令ｉ_qfrを生成する。ここで、電圧大きさ制御器１４は、電圧大きさ検出器１３から出力された連系点電圧の大きさＶ_lが所定値になるように無効電流指令ｉ_qfrを生成する。電圧大きさ制御器１４は、生成した無効電流指令ｉ_qfrをｄｑ座標電流制御器２２に出力する。

【0025】

図２は、電圧大きさ制御器１４の構成の一例を示す図である。

【0026】

図２に示す電圧大きさ制御器１４は、電圧偏差演算器１４１と、電圧不感帯検出器１４２と、誤差増幅器１４３とを備える。

【0027】

電圧偏差演算器１４１は、連系点電圧の電圧指令である連系点電圧指令ｖ_refから連系点電圧の大きさＶ_lを減算して偏差ｖ_errを取得し、取得した偏差ｖ_errを電圧不感帯検出器１４２に出力する。

【0028】

電圧不感帯検出器１４２は、電圧偏差演算器１４１から出力された偏差ｖ_errを用いて、以下の式（２）に基づき、不感帯電圧ｖ_dzを誤差増幅器１４３に出力する。なお、式（２）において、ｖ_dzHは、系統電圧の電圧制御を行わない不感帯の上限値である。また、ｖ_dzLは、系統電圧の電圧制御を行わない不感帯の下限値である。

【0029】

【数2】

【0030】

式（２）から明らかなように、電圧不感帯検出器１４２は、偏差ｖ_errが所定の不感帯（偏差ｖ_errに応じた電圧制御を行わない偏差ｖ_errの範囲）の上限値ｖ_dzH以上である場合には、偏差ｖ_errから不感帯の上限値ｖ_dzHを引いた値を不感帯電圧ｖ_dzとして出力する。また、電圧不感帯検出器１４２は、偏差ｖ_errが所定の不感帯の下限値ｖ_dzL以下である場合には、偏差ｖ_errから不感帯の下限値ｖ_dzLを引いた値を不感帯電圧ｖ_dzとして出力する。また、電圧不感帯検出器１４２は、偏差ｖ_errが不感帯の下限値ｖ_dzLより大きく、上限値ｖ_dzHより小さいには、不感帯電圧ｖ_dzとして０を出力する。

【0031】

誤差増幅器１４３は、電圧不感帯検出器１４２の出力（不感帯電圧ｖ_dz）が０でない場合には、電圧不感帯検出器１４２の出力を比例積分増幅して無効電流指令ｉ_qfrとしてｄｑ座標電流制御器２２に出力する。誤差増幅器１４３は、電圧不感帯検出器１４２の出力が０である場合には、無効電流指令ｉ_qfrが所定の時定数で０に近づくような無効電流指令ｉ_qfrを生成し、ｄｑ座標電流制御器２２に出力する。

【0032】

図３は、誤差増幅器１４３の構成の一例を示す図である。

【0033】

図３に示す誤差増幅器１４３は、ゲイン増幅器３０１と、一次遅れフィルタ３０２と、加算器３０３と、出力切替器３０４とを備える。

【0034】

ゲイン増幅器３０１は、電圧不感帯検出器１４２の出力（不感帯電圧ｖ_dz）をｋｐ倍して加算器３０３に出力する。

【0035】

一次遅れフィルタ３０２は、以下の式（３）に示される伝達関数Ｇ１で表されるフィルタである。式（３）において、ｓはラプラス演算子であり、Ｔｉは積分時間である。また、Ａは、出力切替器３０４の出力に応じて切り替えられる値である。

【0036】

【数3】

【0037】

一次遅れフィルタ３０２は、無効電流指令ｉ_qfrに対して伝達関数Ｇ１によるフィルタ処理（一次遅れ処理）を施して、加算器３０３に出力する。

【0038】

加算器３０３は、ゲイン増幅器３０１の出力（ｋｐ倍された不感帯電圧ｖ_dz）と、一次遅れフィルタ３０２の出力との和を、無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。

【0039】

出力切替器３０４は、電圧不感帯検出器１４２から出力された不感帯電圧ｖ_dzが０である場合には、ＡとしてゲインＫを出力し、不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、Ａとして０を出力する。

【0040】

したがって、図３に示す誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、不感帯電圧ｖ_dzを比例積分増幅して、無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。また、誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０である場合には、時定数Ｔ_l＝Ｔi／Ｋで無効電流指令ｉ_qfrが０に近づくようにする。なお、時定数Ｔ_lは、無効電流指令ｉ_qfrが０に近づく際の応答速度を示す。

【0041】

誤差増幅器１４３の構成は、図３に示す構成に限られるものではない。図４は、誤差増幅器１４３の構成の他の一例を示す図である。なお、図４において、図３と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0042】

図４に示す誤差増幅器１４３は、ゲイン増幅器３０１と、一次遅れフィルタ３０２ａと、加算器３０３ａと、出力切替器３０４ａと、乗算器３０５とを備える。

【0043】

出力切替器３０４ａは、電圧不感帯検出器１４２から出力された不感帯電圧ｖ_dzが０である場合には、ゲインＫを乗算器３０５に出力し、不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、１を乗算器３０５に出力する。

【0044】

乗算器３０５は、出力切替器３０４ａの出力（ゲインＫまたは１）と、無効電流指令ｉ_qfrとを乗算した値を一次遅れフィルタ３０２ａに出力する。

【0045】

一次遅れフィルタ３０２ａは、伝達関数Ｇ＝１／（１＋ｓＴｉ）で表されるフィルタである。一次遅れフィルタ３０２ａは、無効電流指令ｉ_qfrに対して伝達関数Ｇによるフィルタ処理（一次遅れ処理）を施して、加算器３０３ａに出力する。

【0046】

加算器３０３ａは、ゲイン増幅器３０１の出力（ｋｐ倍された不感帯電圧ｖ_dz）と、フィルタ３０２ａの出力との和を無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。

【0047】

したがって、図４に示す誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、不感帯電圧ｖ_dzを比例積分増幅して、無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。また、誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０である場合には、時定数Ｔ_ｌ＝Ｔｉ／（１−Ｋ）で無効電流指令ｉ_qfrが０に近づくようにする。

【0048】

図５は、誤差増幅器１４３の構成の他の一例を示す図である。なお、図５において、図３と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0049】

図５に示す誤差増幅器１４３は、ゲイン増幅器３０１と、一次遅れフィルタ３０２ｂ−１，３０２ｂ−２と、加算器３０３ｂと、出力切替器３０４ｂとを備える。

【0050】

一次遅れフィルタ３０２ｂ−１は、伝達関数Ｇ＝１／（１＋ｓＴｉ）で表されるフィルタである。一次遅れフィルタ３０２ｂ−１は、無効電流指令ｉ_qfrが入力され、入力（無効電流指令ｉ_qfr）に対して伝達関数Ｇ＝１／（１＋ｓＴｉ）によるフィルタ処理（一次遅れ処理）を施して、出力切替器３０４ｂに出力する。

【0051】

一次遅れフィルタ３０２ｂ−２は、伝達関数Ｇ＝１／（１＋ｓＴｆ）で表されるフィルタである。ここで、Ｔｆは時定数である。一次遅れフィルタ３０２ｂ−２は、０が入力され、入力に対して伝達関数Ｇ＝１／（１＋ｓＴｆ）によるフィルタ処理（一次遅れ処理）を施して、出力切替器３０４ｂに出力する。

【0052】

出力切替器３０４ｂは、電圧不感帯検出器１４２から出力された不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、一次遅れフィルタ３０２ｂ−１の出力を加算器３０３ｂに出力する。不感帯電圧ｖ_dzが０になると、出力切替器３０４ｂの入力は、不感帯電圧ｖ_dzが０に切り替わった瞬間の無効電流指令ｉ_qfrの値にプリセットされる。その後、出力切替器３０４ｂは、一次遅れフィルタ３０２ｂ−２の出力を加算器３０３ｂに出力する。その結果、出力切替器３０４ｂの出力は、プリセットされた値から時定数Ｔｆで０に近づいていく。

【0053】

加算器３０３ａは、ゲイン増幅器３０１の出力（ｋｐ倍された不感帯電圧ｖ_dz）と、出力切替器３０４ｂの出力との和を、無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。

【0054】

したがって、図５に示す誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、不感帯電圧ｖ_dzを比例積分増幅して、無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。また、誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０である場合には、時定数Ｔ_ｌ＝Ｔｆで無効電流指令ｉ_qfrが０に近づくようにする。

【0055】

図６は、誤差増幅器１４３の構成の他の一例を示す図である。なお、図６において、図３と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0056】

図６に示す誤差増幅器１４３は、ゲイン増幅器３０１と、一次遅れフィルタ３０２ｃと、加算器３０３ｃと、出力切替器３０４ｃと、積分器３０６とを備える。

【0057】

積分器３０６は、電圧不感帯検出器１４２から出力された不感帯電圧ｖ_dzを積分して出力切替器３０４ｃに出力する。

【0058】

一次遅れフィルタ３０２ｃは、伝達関数Ｇ＝１／（１＋ｓＴｆ）で表されるフィルタである。一次遅れフィルタ３０２ｃは、入力として０が入力され、入力に対して伝達関数Ｇ＝１／（１＋Ｔｆｓ）によるフィルタ処理（一次遅れ処理）を施して、出力切替器３０４ｃに出力する。

【0059】

出力切替器３０４ｃは、電圧不感帯検出器１４２から出力された不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、積分器３０６の出力を加算器３０３ｃに出力する。不感帯電圧ｖ_dzが０になると、出力切替器３０４ｃの入力は、不感帯電圧ｖ_dzが０に切り替わった瞬間の無効電流指令ｉ_qfrの値にプリセットされる。その後、出力切替器３０４ｃは、一次遅れフィルタ３０２ｃの出力を加算器３０３ｃに出力する。その結果、出力切替器３０４ｃの出力は、プリセットされた値から時定数Ｔｆで０に近づいていく。

【0060】

加算器３０３ｃは、ゲイン増幅器３０１の出力（ｋｐ倍された不感帯電圧ｖ_dz）と、出力切替器３０４ｃの出力との和を無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。

【0061】

したがって、図６に示す誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０でない場合には、不感帯電圧ｖ_dzを比例積分増幅して、無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。また、誤差増幅器１４３は、不感帯電圧ｖ_dzが０である場合には、時定数Ｔ_ｌ＝Ｔｆで無効電流指令ｉ_qfrが０に近づくようにする。

【0062】

なお、図４に示す誤差増幅器１４３においては、連系点電圧が定常的に、不感帯の上限値ｖ_dzH以上、あるいは、下限値ｖ_dzL以下である場合には、補償容量が残っている限り補償を行ってしまい、残補償容量が０もしくは少なくなってしまう。この場合、連系点電圧に瞬時的な変動がさらに生じた場合、補償を行うことができなくなってしまうという問題がある。

【0063】

このような問題を回避するために、定常的な電力系統１の電圧変動は、電力系統１に直列に接続され、自動的に変圧器のタップを切り替えて電圧を調整する電圧調整装置（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator）で補償し、無効電力補償装置２は、瞬時的な電力系統１の電圧変動の補償に特化するような協調制御が必要である。

【0064】

図７は、電圧大きさ制御器１４の構成の他の一例を示す図である。図７に示す電圧大きさ制御器１４は、上述した協調制御に適したものである。

【0065】

図７に示す電圧大きさ制御器１４は、電流不感帯検出器１４４と、フィルタ出力切替器１４５と、一次遅れフィルタ１４６と、減算器１４７と、誤差増幅器１４８とを備える。

【0066】

電流不感帯検出器１４４は、無効電流指令ｉ_qfrが入力され、入力された無効電流指令ｉ_qfrが無効電流の不感帯の上限値Ｉ_qH以上である場合には、−１をフィルタ出力切替器１４５に出力する。また、電流不感帯検出器１４４は、無効電流指令ｉ_qfrが無効電流の不感帯の下限値Ｉ_qL以下である場合には、１をフィルタ出力切替器１４５に出力する。また、電流不感帯検出器１４４は、無効電流指令ｉ_qfrが無効電流の不感帯の下限値Ｉ_qLより大きく、上限値Ｉ_qHより小さい場合には、０をフィルタ出力切替器１４５に出力する。

【0067】

フィルタ出力切替器１４５は、電流不感帯検出器１４４の出力が１である場合には、上限の電圧指令Ｖ_Hを一次遅れフィルタ１４６に出力する。また、フィルタ出力切替器１４５は、電流不感帯検出器１４４の出力が−１である場合には、下限の電圧指令Ｖ_Lを一次遅れフィルタ１４６に出力する。また、フィルタ出力切替器１４５は、電流不感帯検出器１４４の出力が０である場合には、一次遅れフィルタ１４６の出力を一次遅れフィルタ１４６に入力する。すなわち、フィルタ出力切替器１４５は、無効電流指令ｉ_qfrが、無効電流の不感帯の上限値Ｉ_qH以上である場合には、下限の電圧指令Ｖ_Lを一次遅れフィルタ１４６に入力する。また、フィルタ出力切替器１４５は、無効電流指令ｉ_qfrが、無効電流の不感帯の下限値Ｉ_qL以下である場合には、上限の電圧指令Ｖ_Hを一次遅れフィルタ１４６に入力する。また、フィルタ出力切替器１４５は、無効電流指令ｉ_qfrが、不感帯の上限値Ｉ_qHより小さく、不感帯の下限値Ｉ_qLより大きい場合には、一次遅れフィルタ１４６の出力を一次遅れフィルタ１４６に入力する。

【0068】

一次遅れフィルタ１４６は、伝達関数Ｇ＝１／（１＋ｓＴｖ）で表されるフィルタである。ここで、Ｔｖは時定数である。一次遅れフィルタ１４６は、フィルタ出力切替器１４５から電圧指令が入力され、入力された電圧指令に対して伝達関数Ｇによるフィルタ処理（一次遅れ処理）を施して電圧指令を生成する。一次遅れフィルタ１４６は、生成した電圧指令をフィルタ出力切替器１４５および減算器１４７に出力する。すなわち、一次遅れフィルタ１４６は、入力された電圧指令に対して一次遅れ処理を行った電圧指令を出力する。

【0069】

減算器１４７は、一次遅れフィルタ１４６から出力された電圧指令から連系点電圧の大きさｖ_lを減算した偏差を演算し、演算した偏差を誤差増幅器１４８に出力する。

【0070】

誤差増幅器１４８は、減算器１４７から出力された偏差を比例積分増幅し、無効電流指令ｉ_qfrとして電流不感帯検出器１４４およびｄｑ座標電流制御器２２に出力する。すなわち、誤差増幅器１４８は、一次遅れフィルタ１４６から出力された電圧指令と連系点電圧の大きさｖ_lとの偏差を比例積分増幅し、無効電流指令ｉ_qfrとして出力する。

【0071】

図７に示す電圧大きさ制御器１４によれば、無効電流指令ｉ_qfrが、無効電流の不感帯の上限値Ｉ_qH以上である場合には、下限の電圧指令Ｖ_L（電圧指令として設定可能な下限値）に応じた無効電流指令ｉ_qfrが生成される。また、無効電流指令ｉ_qfrが、無効電流の不感帯の下限値Ｉ_qL以下である場合には、上限の電圧指令Ｖ_H（電圧指令として設定可能な上限値）に応じた無効電流指令ｉ_qfrが生成される。そのため、無効電流指令ｉ_qfrが無効電流の不感帯を逸脱したときに、無効電流指令ｉ_qfrを時定数Ｔｖによって所定の時間で不感帯の範囲内に戻すことができる。つまり、瞬時的な電力系統１の電圧変動を補償することができる。そのため、図７に示す電圧大きさ制御器１４は、上述した協調制御に適したものである。

【0072】

図１を再び参照すると、ｄｑ座標電圧変換器１５は、連系点電圧を電圧位相θで負方向に回転座標変換し（負の電圧位相（−θ）で回転座標変換し）、ｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルＶ_dqとして位相調整器１６に出力する。ここで、ｄｑ座標系は、電力系統１の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなる座標系である。すなわち、ｄｑ座標電圧変換器１５は、連系点電圧を、負の電圧位相（−θ）で回転座標変換して、電力系統１の周波数で順方向に回転する直交するｄ軸とｑ軸とからなるｄｑ座標系の成分の電圧ベクトルＶ_dqとして出力する。

【0073】

位相調整器１６は、電力系統１の周波数の半周期における、ｄｑ座標電圧変換器１５から出力された電圧ベクトルＶ_dqのｑ軸成分の平均値が０となるような電圧位相θを決定する。位相調整器１６は、決定した電圧位相θをｄｑ座標電圧変換器１５、不平衡電圧検出器１７、高調波電圧検出器１９、高調波電流制御器２１およびｄｑ座標電流制御器２２に出力する。

【0074】

不平衡電圧検出器１７は、連系点電圧を電圧位相θで回転座標変換して得られるｘｙｂ座標系の成分の電圧ベクトルの、電力系統１の周波数の半周期における平均値である不平衡電圧ベクトルＶ_xybを検出する。ここで、ｘｙｂ座標系は、電力系統１の周波数で逆方向に回転する直交するｘｂ軸とｙｂ軸とからなる座標系である。不平衡電圧検出器１７は、検出した不平衡電圧ベクトルＶ_xybを不平衡電圧制御器１８に出力する。

【0075】

不平衡電圧制御器１８は、不平衡電圧検出器１７から出力された不平衡電圧ベクトルＶ_xybの各成分を比例積分増幅し、不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybr（不平衡補償電流指令）としてｄｑ座標電流制御器２２に出力する。

【0076】

図８は、不平衡電圧制御器１８の構成の一例を示す図である。

【0077】

図８に示す不平衡電圧制御器１８は、不平衡補償電流指令生成器１８１を備える。

【0078】

不平衡補償電流指令生成器１８１は、不平衡電圧検出器１７から出力された不平衡電圧ベクトルＶ_xybの各成分を比例積分増幅し、不平衡電圧ベクトルＶ_xybの各成分が０となるような不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrをｄｑ座標電流制御器２２に出力する。すなわち、不平衡補償電流指令生成器１８１は、不平衡電圧ベクトルＶ_xybのｘｙｂ座標系の各成分を比例積分増幅し、不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybr（不平衡補償電流指令）として出力する。

【0079】

図８においては、不平衡電圧の不感帯を設けない場合の不平衡電圧制御器１８の構成例を説明したが、これに限られるものではない。

【0080】

図９は、不平衡電圧の不感帯を設けた場合の不平衡電圧制御器１８の構成の他の一例を示す図である。

【0081】

図９に示す不平衡電圧制御器１８は、不感帯付き不平衡電圧ベクトル生成器１８２と、不平衡補償電流指令生成器１８５とを備える。

【0082】

不感帯付き不平衡電圧ベクトル生成器１８２は、不平衡電圧検出器１７から出力された不平衡電圧ベクトルＶ_xybの大きさが、不平衡電圧の不感帯の幅未満である場合には、大きさが０の不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxyb（出力電圧ベクトル）を不平衡補償電流指令生成器１８５に出力する。また、不感帯付き不平衡電圧ベクトル生成器１８２は、不平衡電圧ベクトルＶ_xybの大きさが、不平衡電圧の不感帯の幅以上である場合には、不平衡電圧ベクトルＶ_xybと同じ向きで、不平衡電圧の不感帯の幅の大きさを有する不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxyb（出力電圧ベクトル）を不平衡補償電流指令生成器１８５に出力する。

【0083】

不感帯付き不平衡電圧ベクトル生成器１８２は、不平衡電圧大きさ演算器１８３と、不平衡電圧不感帯検出器１８４とを備える。

【0084】

不平衡電圧大きさ演算器１８３は、以下の式（４）に基づき、不平衡電圧ベクトルＶ_xybの大きさｖ_bvlを演算し、不平衡電圧不感帯検出器１８４に出力する。

【0085】

【数4】

【0086】

不平衡電圧不感帯検出器１８４は、不平衡電圧ベクトルＶ_xybと、不平衡電圧大きさ演算器１８３から出力された不平衡電圧ベクトルＶ_xybの大きさｖ_bvlとを用いて、以下の式（５）に基づき、不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxybを生成する。

【0087】

【数5】

【0088】

すなわち、不平衡電圧不感帯検出器１８４は、不平衡電圧ベクトルＶ_xybの大きさｖ_bvlが、不平衡電圧の不感帯（不平衡電圧に応じた不平衡補償制御を行わない不平衡電圧の範囲）の幅未満である場合には、大きさがゼロの不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxyb（出力電圧ベクトル）を生成する。また、不平衡電圧不感帯検出器１８４は、不平衡電圧ベクトルＶ_xybの大きさｖ_bvlが、不平衡電圧の不感帯の幅以上である場合には、不平衡電圧ベクトルＶ_xybと同じ向きで不平衡電圧の不感帯の幅ｖ_bwの大きさを有する不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxyb（出力電圧ベクトル）を生成する。

【0089】

不平衡電圧不感帯検出器１８４は、生成した不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxybを不平衡補償電流指令生成器１８５に出力する。

【0090】

不平衡補償電流指令生成器１８５は、例えば、図３〜図６を参照して説明した誤差増幅器１４３と同様の構成を有する。ただし、ゲインの値は異なる。不平衡補償電流指令生成器１８５は、不感帯付き不平衡電圧ベクトル生成器１８２から出力された不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxyb（出力電圧ベクトル）の大きさが０でない場合には、不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxybの各成分を比例積分増幅して、不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrとしてｄｑ座標電流制御器２２に出力する。また、不平衡補償電流指令生成器１８５は、不感帯不平衡電圧ベクトルｖ_dzxybの大きさが０である場合には、不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrの各成分が、図３〜６を参照して説明した誤差増幅器１４３それぞれの時定数でゼロに近づくような不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrをｄｑ座標電流制御器２２に出力する。

【0091】

図１を再び参照すると、高調波電圧検出器１９は、連系点電圧を電圧位相θのｎ倍の角度（ｎθ）で回転座標変換して得られるｘｙｎ座標系の成分の電圧ベクトルの、電力系統１の周波数の半周期における平均であるｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynを生成する。ここで、ｘｙｎ座標系は、電力系統１のｎ倍の周波数で回転する直交するｘｎ軸とｙｎ軸とからなる座標系である。ｎは、例えば、５，７，１１，１３である（ｎ＝６ｍ±１（ｍは１以上の自然数））である。したがって、高調波電圧検出器１９は、電力系統１の周波数を１次としたときに、連系点電圧の５次、７次、１１次、１３次高調波電圧を直流分に変換して抽出し、高調波電圧制御器２０に出力する。なお、図１においては、５次、７次、１１次、１３次高調波電圧を纏めて、ｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynとして示している。

【0092】

高調波電圧制御器２０は、高調波電圧検出器１９から出力されたｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynを比例積分増幅して、ｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynの各成分が０となるようなｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynr（ｎ次高調波電流指令）を生成する。すなわち、高調波電圧制御器２０は、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβのｘｙｎ座標系の各成分が、ｎ次高調波抑制電流指令の各成分に追従するように無効電力補償装置２を制御する。

【0093】

図１０は、高調波電圧制御器２０の構成の一例を示す図である。高調波電圧制御器２０は、図１０に示す構成を、各次数の高調波に対応して備えている。

【0094】

図１０に示す高調波電圧制御器２０は、ｎ次高調波抑圧電流指令生成器２０１を備える。

【0095】

ｎ次高調波抑圧電流指令生成器２０１は、ｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynの各成分を比例積分増幅し、ｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynの各成分が０となるようなｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrを高調波電流制御器２１に出力する。

【0096】

図１０においては、高調波電圧の不感帯を設けない場合の高調波電圧制御器２０の構成例を説明したが、これに限られるものではない。

【0097】

図１１は、高調波電圧の不感帯を設けた場合の高調波電圧制御器２０の構成の一例を示す図である。なお、図１１においても、高調波電圧制御器２０は、図１１に示す構成を、各次数の高調波に対応して備えている。

【0098】

図１１に示す高調波電圧制御器２０は、不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器２０２と、ｎ次高調波抑制電流指令生成器２０５とを備える。

【0099】

不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器２０２は、高調波電圧検出器１９から出力されたｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynの大きさが、ｎ次高調波電圧の不感帯の幅未満である場合には、大きさが０の不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトルＶ_dzxyn（出力電圧ベクトル）をｎ次高調波抑制電流指令生成器２０５に出力する。また、不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器２０２は、ｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynの大きさが、ｎ次高調波電圧の不感帯の幅以上である場合には、ｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynと同じ向きで、ｎ次高調波電圧の不感帯の幅の大きさを有する不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトルＶ_dzxyn（出力電圧ベクトル）をｎ次高調波抑制電流指令生成器２０５に出力する。

【0100】

不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器２０２は、ｎ次高調波電圧大きさ演算器２０３と、ｎ次高調波電圧不感帯検出器２０４とを備える。

【0101】

ｎ次高調波電圧大きさ演算器２０３は、以下の式（６）に基づき、高調波電圧検出器１９から出力されたｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynの大きさｖ_nvlを演算し、ｎ次高調波電圧不感帯検出器２０４に出力する。

【0102】

【数6】

【0103】

ｎ次高調波電圧不感帯検出器２０４は、ｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynと、ｎ次高調波電圧大きさ演算器２０３から出力されたｎ次高調波電圧ベクトルＶ_xynの大きさｖ_nvlとを用いて、以下の式（７）に基づき、不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトルＶ_dzxynを生成する。

【0104】

【数7】

【0105】

ｎ次高調波抑制電流指令生成器２０５は、例えば、図３〜図６を参照して説明した誤差増幅器１４３と、同様の構成を有する。ただし、ゲインの値は異なる。ｎ次高調波抑制電流指令生成器２０５は、不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器２０２から出力された不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトルＶ_dzxyn（出力電圧ベクトル）の大きさが０でない場合には、不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトルＶ_dzxynの各成分を比例積分増幅して、ｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrとして高調波電流制御器２１に出力する。また、ｎ次高調波抑制電流指令生成器２０５は、不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトルＶ_dzxynの大きさが０である場合には、不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトルＶ_dzxynが、図３〜図６を参照して説明した誤差増幅器１４３の時定数でゼロに近づくようなｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrを高調波電流制御器２１に出力する。

【0106】

図１を再び参照すると、高調波電圧制御器２０は、５次、７次、１１次、１３次高調波電圧それぞれについて生成した高調波補償電流指令ベクトルを高調波電流制御器２１に出力する。図１においては、５次、７次、１１次、１３次高調波電圧それぞれについて生成された高調波補償電流指令ベクトルを纏めて、ｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrとして示している。

【0107】

高調波電流制御器２１は、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβのｘｙｂ座標系の各成分が、高調波電圧制御器２０から出力されたｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynr（ｎ次高調波電流指令）の各成分に追従するように無効電力補償装置２を制御する。

【0108】

図１２は、高調波電流制御器２１の構成の一例を示す図である。高調波電流制御器２１は、図１２に示す構成を、各次数の高調波に対応して備えている。

【0109】

図１２に示す高調波電流制御器２１は、ｎ次高調波電流検出器２１１と、ｎ次高調波電流偏差演算器２１２と、ｘｙｎ座標系積分器２１３と、ｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器２１４と、ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器２１５とを備える。

【0110】

ｎ次高調波電流検出器２１１は、電流検出器１２により検出された無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβをｎθで回転座標変換した電流ベクトルであるｎ次高調波電流ベクトルＩ_xynを生成し、ｎ次高調波電流偏差演算器２１２に出力する。すなわち、ｎ次高調波電流検出器２１１は、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβのｘｙｎ座標系の各成分の電流ベクトルの、電力系統１の周波数の半周期における平均値であるｎ次高調波電流ベクトルＩ_xynを出力する。

【0111】

ｎ次高調波電流偏差演算器２１２は、高調波電圧制御器２０から出力されたｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrと、ｎ次高調波電流検出器２１１から出力されたｎ次高調波電流ベクトルＩ_xynとの各成分の偏差を演算し、ｘｙｎ座標系積分器２１３に出力する。

【0112】

ｘｙｎ座標系積分器２１３は、ｎ次高調波電流偏差演算器２１２から出力された偏差を積分して、ｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器２１４に出力する。

【0113】

ｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器２１４は、ｘｙｎ座標系積分器２１３の出力を、−（ｎ＋１）θで回転座標変換して、ｎ次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dqnrを生成する。ｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器２１４は、生成したｎ次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dqnrをｄｑ座標電圧指令演算器２３に出力する。

【0114】

ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器２１５は、高調波電圧制御器２０から出力されたｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrを、−（ｎ＋１）θで回転座標変換して、ｎ次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dqnrを生成する。ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器２１５は、生成したｎ次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dqnrをｄｑ座標電流制御器２２に出力する。

【0115】

図１を再び参照して説明すると、高調波電流制御器２１は、ｎ次（５次、７次、１１次、１３次）高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dqnrをｄｑ座標電流制御器２２に出力する。また、高調波電流制御器２１は、ｎ次（５次、７次、１１次、１３次）高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dqnrをｄｑ座標電圧指令演算器２３に出力する。

【0116】

ｄｑ座標電流制御器２２は、各制御（電圧制御、不平衡補償制御、高調波抑制制御）により求められた電流指令をｄｑ座標系に変換したｄｑ座標系電流指令が、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβをｄｑ座標に変換したものに一致するような電圧指令である無効電圧指令ｖ_qfbrおよび有効電圧指令ｖ_dfbrを生成するように動作する。ｄｑ座標電流制御器２２は、生成した無効電圧指令ｖ_qfbrと有効電圧指令ｖ_dfbrとをｄｑ座標電圧指令演算器２３に出力する。

【0117】

図１３は、ｄｑ座標電流制御器２２の構成の一例を示す図である。

【0118】

図１３に示すｄｑ座標電流制御器２２は、不平衡ｄｑ座標変換器２２１と、総和電流指令演算器２２２と、ｄｑ座標変換器２２３と、ｄｑ座標電流偏差演算器２２４と、無効電流制御器２２５と、有効電流制御器２２６とを備える。

【0119】

不平衡ｄｑ座標変換器２２１は、不平衡電圧制御器１８から出力された不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrを、電圧位相θで回転座標変換することでｄｑ座標系のベクトルである不平衡ｄｑ座標電流指令ベクトルＩ_dqbrを生成し、総和電流指令演算器２２２に出力する。

【0120】

総和電流指令演算器２２２は、式（８）で表されるように、入力される各ｄｑ座標の電流指令のｑ軸成分を加算して、総和無効電流指令ｉ_qrとしてｄｑ座標電流偏差演算器２２４に出力する。また、総和電流指令演算器２２２は、入力される各ｄｑ座標の電流指令のｄ軸成分を加算して、総和有効電流指令ｉ_drとしてｄｑ座標電流偏差演算器２２４に出力する。なお、式（８）において、ｉ_q5rは５次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq5rのｑ軸成分である。ｉ_q7rは７次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq7rのｑ軸成分である。ｉ_q11rは１１次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq11rのｑ軸成分である。ｉ_q13rは１３次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq13rのｑ軸成分である。ｉ_d5rは５次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq5rのｄ軸成分である。ｉ_d7rは７次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq7rのｄ軸成分である。ｉ_d11rは１１次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq11rのｄ軸成分である。ｉ_d13rは１３次高調波ｄｑ座標電流指令ベクトルｉ_dq13rのｑ軸成分である。

【0121】

【数8】

【0122】

ｄｑ座標変換器２２３は、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβを電圧位相θで負方向に回転座標変換することで、ｄｑ座標系のベクトルであるｄｑ座標電流ベクトルＩ_dqに変換する。ｄｑ座標変換器２２３は、ｄｑ座標電流ベクトルＩ_dqのｑ軸成分ｉ_qおよびｄ軸成分ｉ_dをｄｑ座標電流偏差演算器２２４に出力する。

【0123】

ｄｑ座標電流偏差演算器２２４は、総和電流指令演算器２２２から出力された総和無効電流指令ｉ_qrと、ｄｑ座標変換器２２３から出力されたｄｑ座標電流ベクトルＩ_dqのｑ軸成分ｉ_qとの偏差を無効電流制御器２２５に出力する。また、ｄｑ座標電流偏差演算器２２４は、総和電流指令演算器２２２から出力された総和有効電流指令ｉ_drと、ｄｑ座標変換器２２３から出力されたｄｑ座標電流ベクトルＩ_dqのｄ軸成分ｉ_dとの偏差を有効電流制御器２２６に出力する。

【0124】

無効電流制御器２２５は、ｄｑ座標電流偏差演算器２２４から出力されたｑ軸成分の偏差を比例積分増幅し、当該偏差が０になるような無効電圧指令ｖ_qfbrをｄｑ座標電圧指令演算器２３に出力する。すなわち、無効電流制御器２２５は、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβの連系点電圧の方向と直交する方向の無効電流成分が、無効電流指令ｉ_qfrに追従するように、無効電力補償装置２を制御する。

【0125】

有効電流制御器２２６は、ｄｑ座標電流偏差演算器２２４から出力されたｄ軸成分の偏差を比例積分増幅し、当該偏差が０になるような有効電圧指令ｖ_dfbrをｄｑ座標電圧指令演算器２３に出力する。

【0126】

なお、不平衡電圧の補償に着目すると、不平衡ｄｑ座標変換器２２１により不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrを不平衡ｄｑ座標電流指令ベクトルＩ_dqbrに変換し、ｄｑ座標電流偏差演算器２２４により不平衡ｄｑ座標電流指令ベクトルＩ_dqbrとｄｑ座標電流ベクトルＩ_dqとの偏差を無効電流制御器２２５と有効電流制御器２２６に出力し、無効電流制御器２２５および有効電流制御器２２６により、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβのｘｙｂ座標系の各成分が、不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybr（不平衡補償電流指令）の各成分に追従するように無効電力補償装置２を制御している。したがって、不平衡ｄｑ座標変換器２２１、ｄｑ座標変換器２２３、ｄｑ座標電流偏差演算器２２４、無効電流制御器２２５および有効電流制御器２２６は、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβのｘｙｂ座標系の各成分が、不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybr（不平衡補償電流指令）の各成分に追従するように無効電力補償装置２を制御する不平衡電流制御器２３２を構成する。

【0127】

また、高調波電圧の抑制に着目すると、ｄｑ座標電流制御器２２は、ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器２１５の出力の各成分と、電流検出器１２の出力の各成分との偏差を比例積分増幅して出力する。しかしながら、電力系統１の周波数で順方向に回転するｄｑ座標系において比例積分増幅しても積分項に対応するゲインは、ｄｑ座標系に対応したゲインに設計しているため、ゲインの低下や位相遅れを生じてしまう。そのため、高調波電流制御器２１で、対応するｘｙｎ座標系で適切な積分ゲインによって積分増幅している。

【0128】

すなわち、ｄｑ座標系では比例増幅、ｘｙｎ座標系では積分増幅を行うことで、無効電力補償装置２の出力電流をｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrに速やかに一致させることが出来る。

【0129】

図１を再び参照すると、ｄｑ座標電圧指令演算器２３（電圧指令演算器）は、式（９）に示す、無効電流制御器２２５から出力された無効電圧指令ｖ_qfbrの各成分の総和である総和ｑ軸電圧指令ｖ_qrを無効電力補償装置２に出力する。また、ｄｑ座標電圧指令演算器２３は、有効電流制御器２２６から出力された有効電圧指令ｖ_dfbrの各成分の総和である総和ｄ軸電圧指令ｖ_drを無効電力補償装置２に出力する。なお、式（９）において、ｖ_q5rは５次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq5rのｑ軸成分である。ｖ_q7rは７次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq7rのｑ軸成分である。ｖ_q11rは１１次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq11rのｑ軸成分である。ｖ_q13rは１３次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq13rのｑ軸成分である。ｖ_d5rは５次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq5rのｄ軸成分である。ｖ_d7rは７次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq7rのｄ軸成分である。ｖ_d11rは１１次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq11rのｄ軸成分である。ｖ_d13rは１３次高調波ｄｑ座標電圧指令ベクトルｖ_dq13rのｄ軸成分である。

【0130】

【数9】

【0131】

このように、本実施形態に係る無効電力補償装置２の制御装置１０によれば、電圧制御、不平衡補償制御、高調波抑制制御といった各種の制御を実現することができる。

【0132】

（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る無効電力補償装置２の制御装置１０Ａの構成の一例を示す図である。なお、図１４において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0133】

図１４においては、無効電力補償装置２は、三相電力変換器３と、変換器側リアクトル４と、フィルタコンデンサ５と、変圧器６と、変換器電流検出器７と、フィルタ電圧検出器８とを備える例を示している。

【0134】

三相電力変換器３は、ｄｑ座標電圧指令演算器２３から出力される指令値（総和ｑ軸電圧指令ｖ_qrおよび総和ｄ軸電圧指令ｖ_dr）に従った三相電圧を出力する。

【0135】

変換器側リアクトル４は、一端が三相電力変換器３の出力に接続されている。変換器側リアクトル４は、三相電力変換器３の三相の出力それぞれに対応して設けられている。

【0136】

フィルタコンデンサ５は、三相電力変換器３の三相の出力それぞれに対応して設けられ、一端が変換器側リアクトル４の他端に接続されている。また、フィルタコンデンサ５は、他端が互いに接続されている。

【0137】

変圧器６は、一端がフィルタコンデンサ５の一端に接続され、他端が電力系統１に接続されている。なお、変圧器６は、リアクトル（系統側リアクトル）としてもよい。

【0138】

変換器電流検出器７は、三相電力変換器３から出力され、変換器側リアクトル４に流れる電流ｉ_αβを検出し、検出結果を後述する高調波電流制御器２１Ａおよびｄｑ座標電流制御器２２Ａに出力する。

【0139】

フィルタ電圧検出器８は、フィルタコンデンサ５の電圧（フィルタ電圧Ｖ_cαβ）を検出し、検出結果を高調波電流制御器２１Ａおよびｄｑ座標電流制御器２２Ａに出力する。

【0140】

三相インバータなどで構成される三相電力変換器３の出力電圧に含まれるスイッチング周波数倍の成分を除去する必要がある。そのため、図１４に示す無効電力補償装置２においては、フィルタコンデンサ５が設けられている。しかしながら、フィルタコンデンサ５を含み、かつ、変換器電流検出器７が変換器側リアクトル４を流れる電流ｉ_αβを検出する場合、無効電力補償装置２の出力電流ｉ_αβを制御するのではなく、三相電力変換器３の出力電流を制御することとなってしまう。そのため、電圧大きさ制御器１４、不平衡電圧制御器１８および高調波電圧制御器２０から出力される各電流指令を、対応する回転座標系でのフィルタコンデンサ５の電流の推定値で補正する必要がある。本実施形態に係る無効電力補償装置２の制御装置１０Ａは、上述した各電流指令の補正を行うものである。

【0141】

図１４に示す制御装置１０Ａは、図１に示す制御装置１０と比較して、高調波電流制御器２１を高調波電流制御器２１Ａに変更した点と、ｄｑ座標電流制御器２２をｄｑ座標電流制御器２２Ａに変更した点とが異なる。

【0142】

図１５は、高調波電流制御器２１Ａの構成の一例を示す図である。高調波電流制御器２１Ａは、図１５に示す構成を、各次数の高調波に対応して備えている。なお、図１５において、図１２と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0143】

図１５に示す高調波電流制御器２１Ａは、図１２に示す高調波電流制御器２１と比較して、フィルタｎ次高調波電圧検出器２１６と、コンデンサｎ次高調波電流推定器２１７（コンデンサ電流推定器）と、ｎ次高調波電流指令補正器２１８とを追加で備える。

【0144】

フィルタｎ次高調波電圧検出器２１６は、フィルタ電圧検出器８により検出されたフィルタ電圧Ｖ_cαβを電圧位相θのｎ倍（ｎθ）で回転座標変換し、電力系統１の半周期で移動平均を演算することで、フィルタｎ次高調波電圧ベクトルＶ_cxyn（コンデンサ電圧）を取得する。フィルタｎ次高調波電圧検出器２１６は、取得したフィルタｎ次高調波電圧ベクトルＶ_cxynをコンデンサｎ次高調波電流推定器２１７に出力する。

【0145】

コンデンサｎ次高調波電流推定器２１７は、フィルタｎ次高調波電圧検出器２１６から出力されたフィルタｎ次高調波電圧ベクトルＶ_cxynを用いて、以下の式（１０）に基づき、フィルタコンデンサ５を流れる電流であるｎ次高調波コンデンサ電流ベクトルｉ_cxyn（ｘｎ軸成分ｉ_cxnおよびｙｎ軸成分ｉ_cyn）を推定する。なお、式（１０）において、ωは電力系統１の角周波数であり、Ｃ_fはフィルタコンデンサ５の容量である。

【0146】

【数10】

【0147】

コンデンサｎ次高調波電流推定器２１７は、推定したｎ次高調波コンデンサ電流ベクトルｉ_cxynをｎ次高調波電流指令補正器２１８に出力する。

【0148】

ｎ次高調波電流指令補正器２１８（高調波電流指令補正器）は、ｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrを、コンデンサｎ次高調波電流推定器２１７から出力されたｎ次高調波コンデンサ電流ベクトルｉ_cxynを用いて、以下の式（１１）に基づき補正する。補正後のｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ’_xynrは、変換器側リアクトル４に流れる電流であるリアクトル電流を指示するリアクトル電流指令である。ｎ次高調波電流指令補正器２１８は、ｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ’_xynr（ｘｎ軸成分ｉ’_xnrおよびｙｎ軸成分ｉ_ynr）をｎ次高調波電流偏差演算器２１２に出力する。

【0149】

【数11】

【0150】

図１６は、ｄｑ座標電流制御器２２Ａの構成の一例を示す図である。図１６において、図１３と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

【0151】

図１６に示すｄｑ座標電流制御器２２Ａは、図１３に示すｄｑ座標電流制御器２２と比較して、フィルタｄｑ座標電圧検出器２２７、コンデンサｄｑ座標電流推定器２２８、フィルタ不平衡電圧検出器２２９、コンデンサ不平衡電流推定器２３０および不平衡電流指令推定器２３１を追加した点と、不平衡ｄｑ座標変換器２２１を不平衡ｄｑ座標変換器２２１Ａに変更した点と、総和電流指令演算器２２２を総和電流指令演算器２２２Ａに変更した点とが異なる。

【0152】

フィルタｄｑ座標電圧検出器２２７は、フィルタ電圧検出器８により検出されたフィルタ電圧Ｖ_cαβを負方向の電圧位相θで回転座標変換し、電力系統１の半周期で移動平均することで、フィルタｄｑ座標電圧ベクトルＶ_cdqを取得する。フィルタｄｑ座標電圧検出器２２７は、取得したフィルタｄｑ座標電圧ベクトルＶ_cdqをコンデンサｄｑ座標電流推定器２２８に出力する。

【0153】

コンデンサｄｑ座標電流推定器２２８は、フィルタｄｑ座標電圧検出器２２７から出力されたフィルタｄｑ座標電圧ベクトルＶ_cdqを用いて、以下の式（１２）に基づき、ｄｑ座標補償電流ベクトルＩ_cdq（ｑ軸成分ｉ_cqおよびｄ軸成分ｉ_cd）する。

【0154】

【数12】

【0155】

コンデンサｄｑ座標電流推定器２２８は、推定したｄｑ座標補償電流ベクトルＩ_cdqを総和電流指令演算器２２２Ａに出力する。

【0156】

フィルタ不平衡電圧検出器２２９は、フィルタ電圧検出器８により検出されたフィルタ電圧Ｖ_cαβを電圧位相θで回転座標変換し、電力系統１の半周期で移動平均することで、フィルタ不平衡電圧ベクトルＶ_cxybを取得する。フィルタ不平衡電圧検出器２２９は、取得したフィルタ不平衡電圧ベクトルＶ_cxybをコンデンサ不平衡電流推定器２３０に出力する。

【0157】

コンデンサ不平衡電流推定器２３０は、フィルタ不平衡電圧検出器２２９から出力されたフィルタ不平衡電圧ベクトルＶ_cxybを用いて、以下の式（１３）に基づき、不平衡コンデンサ電流ベクトルＩ_cxyb（ｘ軸成分ｉ_cxbおよびｙ軸成分ｉ_cyb）を推定する。

【0158】

【数13】

【0159】

コンデンサ不平衡電流推定器２３０は、推定した不平衡コンデンサ電流ベクトルＩ_cxybを不平衡電流指令推定器２３１に出力する。

【0160】

不平衡電流指令推定器２３１は、不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrの各成分と、コンデンサ不平衡電流推定器２３０から出力された不平衡コンデンサ電流ベクトルＩ_cxybの各成分とを用いて、以下の式（１４）に基づき、不平衡補償電流指令ベクトルＩ’_xybrを生成する。不平衡電流指令推定器２３１は、生成した不平衡補償電流指令ベクトルＩ’_xybr（ｘ軸成分ｉ’_xbrおよびｙ軸成分ｉ’_ybr）を不平衡ｄｑ座標変換器２２１Ａに出力する。

【0161】

【数14】

【0162】

不平衡ｄｑ座標変換器２２１Ａは、不平衡電流指令推定器２３１から出力された不平衡補償電流指令ベクトルＩ’_xybrを、電圧位相θで回転座標変換することでｄｑ座標系のベクトルである不平衡ｄｑ座標電流指令ベクトルＩ_dqbrを生成し、総和電流指令演算器２２２Ａに出力する。

【0163】

総和電流指令演算器２２２Ａは、式（１５）で表されるように、入力される各ｄｑ座標の電流指令のｑ軸成分およびｄｑ座標補償電流ベクトルＩ_cdqのｄ軸成分を加算して、総和無効電流指令ｉ_qrとしてｄｑ座標電流偏差演算器２２４に出力する。また、総和電流指令演算器９２は、入力される各ｄｑ座標の電流指令のｄ軸成分の和からｄｑ座標補償電流ベクトルのｑ軸成分を減算して、総和有効電流指令ｉ_drとしてｄｑ座標電流偏差演算器２２４に出力する。

【0164】

【数15】

【0165】

このように、本実施形態に係る無効電力補償装置２の制御装置１０Ａによれば、電圧制御、不平衡補償制御、高調波抑制制御といった各種の制御をより高精度に実現することができる。

【0166】

（第３の実施形態）
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る無効電力補償装置２の制御装置１０Ｂの構成の一例を示す図である。なお、図１７において、図１４と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

【0167】

図１７に示す制御装置１０Ｂは、図１４に示す制御装置１０Ａと比較して、連系点電圧検出器１１を削除した点と、電圧補正器２４を追加した点とが異なる。

【0168】

電圧補正器２４は、フィルタ電圧検出器８により検出されたフィルタ電圧Ｖ_cαβと、電圧大きさ制御器１４の出力である無効電流指令ｉ_qfrをｄｑ座標ベクトルとしたｉ_dqfr（ｄ軸成分は０である）と、不平衡電圧制御器１８の出力である不平衡補償電流指令ベクトルｉ_xybrと、高調波電圧制御器２０の出力であるｎ次高調波補償電流指令ベクトルｉ_xynrとを用いて、変圧器６の低圧側漏れインダクタンスＬ₁による電圧降下分および変圧比Ｎ分を補正するように、以下の式（１６）に基づき、連系点電圧Ｖ’_αβ（α軸成分ｖ’_αおよびβ軸成分ｖ’_β）を推定する。つまり、式１６の第２項以降が高圧側から見た変圧器６の高圧側と低圧側の合成漏れインダクタンスＬ₁による電圧降下分となる。

【0169】

【数16】

【0170】

電圧補正器２４は、推定した連系点電圧Ｖ’_αβを電圧大きさ検出器１３、ｄｑ座標電圧変換器１５、不平衡電圧検出器１７および高調波電圧検出器１９に出力する。

【0171】

本実施形態においては、連系点電圧検出器１１を設けることなく、電圧制御、不平衡補償制御、高調波抑制制御といった各種の制御を実現することができる。

【0172】

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0173】

１ 電力系統
２ 無効電力補償装置
３ 三相電力変換器
４ 変換器側リアクトル
５ フィルタコンデンサ
６ 変圧器
７ 変換器電流検出器
８ フィルタ電圧検出器
１０ 制御装置
１１ 連系点電圧検出器
１２ 電流検出器
１３ 電圧大きさ検出器
１４ 電圧大きさ制御器
１５ ｄｑ座標電圧変換器
１６ 位相調整器
１７ 不平衡電圧検出器
１８ 不平衡電圧制御器
１９ 高調波電圧検出器
２０ 高調波電圧制御器
２１，２１Ａ 高調波電流制御器
２２，２２Ａ ｄｑ座標電流制御器
２３ ｄｑ座標電圧指令演算器
２４ 電圧補正器
１４１ 電圧偏差演算器
１４２ 電圧不感帯検出器
１４３ 誤差演算器
１４４ 電流不感帯検出器
１４５ フィルタ出力切替器
１４６ 一次遅れフィルタ
１４７ 減算器
１４８ 誤差増幅器
１８１ 不平衡補償電流指令生成器
１８２ 不感帯付き不平衡電圧ベクトル生成器
１８３ 不平衡電圧大きさ演算器
１８４ 不平衡電圧不感帯検出器
１８５ 不平衡補償電流指令生成器
２０１ ｎ次高調波抑制電流指令生成器
２０２ 不感帯付きｎ次高調波電圧ベクトル生成器
２０３ ｎ次高調波電圧大きさ演算器
２０４ ｎ次高調波電圧不感帯検出器
２０５ ｎ次高調波抑制電流指令生成器
２１１ ｎ次高調波電流検出器
２１２ ｎ次高調波電流偏差演算器
２１３ ｘｙｎ座標系積分器
２１４ ｎ次高調波ｄｑ座標電圧変換器
２１５ ｎ次高調波ｄｑ座標電流変換器
２１６ フィルタｎ次高調波電圧検出器
２１７ コンデンサｎ次高調波電圧推定器
２１８ ｎ次高調波電流指令補正器
２２１，２２１Ａ 不平衡ｄｑ座標変換器
２２２，２２２Ａ 総和電流指令演算器
２２３ ｄｑ座標電流偏差演算器
２２４ ｄｑ座標変換器
２２５ 無効電流制御器
２２６ 有効電流制御器
２２７ フィルタｄｑ座標電圧検出器
２２８ コンデンサｄｑ座標電流推定器
２２９ フィルタ不平衡電圧検出器
２３０ コンデンサ不平衡電流推定器
２３１ 不平衡電流指令推定器
３０１ ゲイン増幅器
３０２，３０２ａ，３０２ｂ−１，３０２ｂ−２，３０２ｃ 一次遅れフィルタ
３０３，３０３ａ，３０３ｃ 加算器
３０４，３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ 出力切替器
３０５ 乗算器
３０６ 積分器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】