特許 6977056 制御装置、制御方法、およびプログラム

(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】6977056

(24)【登録日】2021年11月12日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】制御装置、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/01 20060101AFI20211125BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20211125BHJP

   H02M 1/42 20070101ALI20211125BHJP

   H02J 3/36 20060101ALN20211125BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/01

   H02M7/48 E

   H02M7/48 R

   H02M1/42

   !H02J3/36

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-551808(P2019-551808)

(86)(22)【出願日】2017年11月8日

(86)【国際出願番号】JP2017040277

(87)【国際公開番号】WO2019092812

(87)【国際公開日】20190516

【審査請求日】2019年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木下 喜仁

(72)【発明者】

【氏名】直井 伸也

(72)【発明者】

【氏名】石黒 崇裕

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０９２８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０３２４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２２４３３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／０１

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ １／４２

Ｈ０２Ｊ ３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流系統に接続される自励式変換器の制御装置であって、
前記交流系統との連携点の高調波を抽出して逆位相の信号を生成することで所定周波数帯の高調波を抑制可能な交流フィルタであって、前記自励式変換器が機能を代替する交流フィルタのＲＬＣ成分に基づく伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出するフィルタ演算部と、
前記フィルタ演算部により算出された前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換する座標変換部と、
前記自励式変換器が前記交流系統に融通する有効電力である要求パワーに基づいて算出される第２ｄ軸電流目標値と、前記座標変換部により変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御する変換器制御部と、
を備える制御装置。

【請求項2】

前記自励式変換器が機能を代替する交流フィルタが故障した場合に成立する所定の条件を満たす場合に、予め設定された無効電力を前記自励式変換器に出力させる電圧補償制御部を更に備える、
請求項１記載の制御装置。

【請求項3】

前記所定の条件は、前記フィルタ演算部により算出された前記三相ごとの電流目標値のいずれか、または前記三相ごとの前記電流目標値の統計値のいずれか、或いは、前記三相ごとの電流目標値の全て、または前記三相ごとの前記電流目標値の統計値の全てが閾値以上であり、且つ、前記三相ごとの系統電圧のうちいずれか、または前記三相ごとの系統電圧の統計値、或いは前記三相ごとの系統電圧の全て、または前記三相ごとの系統電圧の統計値の全てが第１基準値以上低下したことである、
請求項２記載の制御装置。

【請求項4】

前記所定の条件は、前記フィルタ演算部により算出された前記三相ごとの電流目標値のいずれか、または前記三相ごとの前記電流目標値の統計値のいずれか、或いは、前記三相ごとの電流目標値の全て、または前記三相ごとの前記電流目標値の統計値の全てが第２基準値以上低下し、その後に系統電圧が回復したことである、
請求項２または３記載の制御装置。

【請求項5】

交流系統に接続される自励式変換器の制御装置であって、
電力系統に接続された機器のインピーダンスモデルを用いて作成された電力系統の解析モデルに対して、前記電力系統の所定次数の高調波を注入することで取得される前記電力系統の次数ごとの伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出する演算部と、
前記演算部により算出された前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換する座標変換部と、
要求パワーに基づく第２ｄ軸電流目標値と、前記座標変換部により変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御する変換器制御部と、
を備える制御装置。

【請求項6】

交流系統に接続される自励式変換器の制御装置が、
前記交流系統との連携点の高調波を抽出して逆位相の信号を生成することで所定周波数帯の高調波を抑制可能な交流フィルタであって、前記自励式変換器が機能を代替する交流フィルタのＲＬＣ成分に基づく伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出し、
前記算出された前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換し、
前記自励式変換器が前記交流系統に融通する有効電力である要求パワーに基づいて算出される第２ｄ軸電流目標値と、前記変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御する、
制御方法。

【請求項7】

交流系統に接続される自励式変換器の制御装置が、
電力系統に接続された機器のインピーダンスモデルを用いて作成された電力系統の解析モデルに対して、前記電力系統の所定次数の高調波を注入することで取得される前記電力系統の次数ごとの伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出し、
前記算出された前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換し、
前記自励式変換器が前記交流系統に融通する有効電力である要求パワーに基づいて算出される第２ｄ軸電流目標値と、前記変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御する、
制御方法。

【請求項8】

交流系統に接続される自励式変換器の制御装置であるコンピュータに、
前記交流系統との連携点の高調波を抽出して逆位相の信号を生成することで所定周波数帯の高調波を抑制可能な交流フィルタであって、前記自励式変換器が機能を代替する交流フィルタのＲＬＣ成分に基づく伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出させ、
前記算出させた前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換させ、
前記自励式変換器が前記交流系統に融通する有効電力である要求パワーに基づいて算出される第２ｄ軸電流目標値と、前記変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御させる、
プログラム。

【請求項9】

交流系統に接続される自励式変換器の制御装置であるコンピュータに、
電力系統に接続された機器のインピーダンスモデルを用いて作成された電力系統の解析モデルに対して、前記電力系統の所定次数の高調波を注入することで取得される前記電力系統の次数ごとの伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出させ、
前記算出させた前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換させ、
前記自励式変換器が前記交流系統に融通する有効電力である要求パワーに基づいて算出される第２ｄ軸電流目標値と、前記変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御させる、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

直流送電の導入が進められている。直流送電は、迅速な潮流制御が可能であり、長距離送電やケーブル送電に適しているなどの利点がある。直流送電において、直流リンクの両端には、直流から交流に、または交流から直流に電力を変換する電力変換装置が設けられる。

【0003】

従来、直流送電に利用される電力変換装置には、スイッチング素子にサイリスタを適用した他励式変換器が多く用いられていた。近年では、制御性に優れること、設備の小型化が可能なことから自励式変換器の導入が進められている。

【0004】

自励式変換器では、交流系統からの交流電力を直流電力に変換する際に、交流系統から任意の交流電力を流すような交流電圧を出力する。この交流電圧は任意に出力可能である。

【0005】

一方、他励式変換器では、交流から直流へ電力を変換する際に、電圧歪みの原因となる高調波電流が発生したり、他励式変換器が無効電力を消費することで系統電圧が低下したりする場合がある。このため、一般的な他励式変換器を用いる際には、高調波電流を吸収し且つ無効電力を補償するための交流フィルタが、交流系統に接続される。交流フィルタが故障した場合、交流系統の電圧歪みと、交流系統の電圧低下が発生する可能性がある。他励式変換器が停止した場合、交流フィルタが無効電力を供給することにより交流系統に過電圧が発生する可能性がある。

【0006】

これらに関連し、交流系統の電圧に対して、基本周波数の成分を直流成分に変換するｄｑ座標変換を適用した値に、ハイパスフィルタを適用することで、電圧歪みの成分を抽出し、電圧歪みの成分に係数を乗算した値を電流制御器の指令値とする第１の技術が知られている。第１の技術では、自励式変換器は、電圧歪みを抑制する高調波電流を流すように動作し、系統の電圧歪を抑制することができる。

【0007】

二台の変換器を備え、一方の電圧歪みを打消すように位相を調整して電圧を出力することで、電圧歪みを互いに打消して電圧歪みの発生を抑制する第２の技術が知られている。

【0008】

第１の技術では、全ての周波数帯の電圧歪みを対象として処理を行っているため、特定の周波数、或いは特定の次数の高調波を効果的に抑制することができない場合がある。第２の技術では、同一の電圧歪みを生じさせる電力変換装置が隣接している必要があり、適用場面が限定的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１５−２０４６８４号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】佐野健一郎、“自励変換器による他励変換器の高調波不安定現象の抑制手法”、平成28年電気学会電力・エネルギー部門大会,260,(2016）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、自励式変換器を用いて所定周波数帯の高調波を効果的に抑制することができる制御装置、および制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

実施形態の制御装置は、交流系統に接続される自励式変換器の制御装置である。制御装置は、フィルタ演算部と、座標変換部と、変換器制御部と、を持つ。フィルタ演算部は、所定周波数帯の高調波を抑制可能な交流フィルタのＲＬＣ成分に基づく伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出する。座標変換部は、前記フィルタ演算部により算出された前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換する。変換器制御部は、要求パワーに基づく第２ｄ軸電流目標値と、前記座標変換部により変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る電力変換装置１００の第１の適用場面を示す図。

【図2】第１の実施形態に係る電力変換装置１００の第２の適用場面を示す図。

【図3】第１実施形態に係る電力変換装置１００の構成図。

【図4】フィルタ演算部１４２により実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図5】電圧補償制御部１５０の事故時無効電力出力制御部１５４により実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図6】第２の実施形態に係る制御装置１２０Ａを含む電力変換装置１００Ａの構成図。

【図7】各実施形態の制御装置１２０または１２０Ａのハードウェア構成の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施形態の制御装置、制御方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。図面において、三相それぞれの電力線を区別して示さず、単線で表現している。また、三相のそれぞれを符号ａ、ｂ、およびｃで表現する。

【0015】

（第１の実施形態）
［適用場面］
まず、図１および図２を参照し、制御装置を含む電力変換装置の適用場面について説明する。なお、図１および図２において、各電力変換装置の直流側について図示を省略している。図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１００の第１の適用場面を示す図である。図示するように、自励式変換器を備える電力変換装置１００は、他励式変換器を備える電力変換装置１０と並列に、交流系統１の母線２に接続される。他励式変換器とは、電流をオンオフする際に交流系統の交流電圧を必要とする変換器である。母線２には、更に、一以上の交流フィルタ２０−１、２０−２、…、２０−ｎが接続される（ｎは任意の自然数）。いずれの交流フィルタであるか区別しない場合、単に交流フィルタ２０と称する。この状態で運用が開始された後、例えば、交流フィルタ２０−２が故障した場合、電力変換装置１００は、交流フィルタ２０−２に対応する周波数帯のアクティブフィルタを作動させる。また、電力変換装置１００は、交流フィルタ２０−２に対応する電圧補償制御を行ってもよい。電力変換装置１００の機能は、交流フィルタ２０の故障時だけでなく、点検などで交流フィルタ２０を一時停止させる場合にも適用できる。

【0016】

図２は、第１の実施形態に係る電力変換装置１００の第２の適用場面を示す図である。接続関係は図１に示すものと同様である。この場面では、運用が開始される前に、例えば、交流フィルタ２０−２および２０−ｎが廃止されることが決定されている。この場合、電力変換装置１００は、交流フィルタ２０−２および２０−ｎに対応する周波数帯のアクティブフィルタを作動させた状態で運用を開始する。運用開始後にいずれかの交流フィルタ２０が故障した場合、第１の使用場面と同様、電力変換装置１００は、故障した交流フィルタ２０に対応する周波数帯のアクティブフィルタを作動させてよい。

【0017】

［構成］
図３は、第１実施形態に係る電力変換装置１００の構成図である。電力変換装置１００は、自励式変換器１１０と、自励式変換器１１０を制御する制御装置１２０とを備える。

【0018】

自励式変換器１１０は、直流と交流を相互に変換する。自励式変換器１１０の交流側は母線２に接続され、直流側は図示しない直流系統に接続される。自励式変換器１１０は、自己消弧型素子を用いた変換器である。自励式変換器１１０は、電流遮断能力を持ち、交流系統側の交流電圧に拘わらず運転可能である。自己消弧型素子として、例えば、電圧駆動自己消弧型素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）などが用いられる。自励式変換器１１０は、制御装置１２０から入力される三相ごとの電圧指令値Ｖｃｏｖ＿ａ、Ｖｃｏｖ＿ｂ、およびＶｃｏｖ＿ｃに基づいてスイッチング動作を行い、直流と交流を相互に変換する。

【0019】

制御装置１２０には、例えば、母線２に取り付けられた電圧検出器３０により検出された三相ごとの系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃが入力される。

【0020】

制御装置１２０は、例えば、目標値算出部１３０と、フィルタ部１４０と、電圧補償制御部１５０と、変換器制御部１６０とを備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

【0021】

目標値算出部１３０は、上位装置（不図示）から入力される要求パワーに基づいて、ｄ軸電流目標値Ｉｄｒｅｆを算出する。ｄ軸とは、有効電力を表す仮想的な座標軸である。また、後述するｑ軸とは、無効電力を表す仮想的な座標軸である。ｄ軸電流目標値Ｉｄｒｅｆは、第２ｄ軸電流目標値の一例である。

【0022】

フィルタ部１４０は、例えば、フィルタ演算部１４２と、座標変換部１４４と、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）部１４６ｄおよび１４６ｑとを備える。

【0023】

フィルタ演算部１４２は、電圧検出器３０から入力される三相ごとの系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃに基づいて、所定周波数帯の高調波を抑制可能な交流フィルタのＲＬＣ成分に基づく伝達関数を実現するように、三相ごとの電流目標値を算出する。所定周波数帯の高調波とは、図１または図２で説明したように、故障した交流フィルタ２０、または廃止される交流フィルタ２０が抑制していた周波数帯の高調波である。フィルタ演算部１４２は、自励式変換器１１０が、これらの交流フィルタ２０の機能を代替するための、三相ごとの電流目標値を算出する。以下、自励式変換器１１０が機能を代替する交流フィルタ２０を仮想フィルタと称する。

【0024】

ここでは、三相のうち一つの相に着目して説明する。交流フィルタ２０は、抵抗ＲとインダクタンスＬとコンデンサＣとを直列接続した電気回路（以下、ＲＬＣ直列回路と称する）、或いは複数のＲＬＣ直列回路を並列に接続した電気回路であることが多い。そこで、仮想フィルタがＲＬＣ直列回路である（或いはこれに近似される回路である）と仮定すると、仮想フィルタの電気回路方程式は、抵抗ＲとインダクタンスＬとコンデンサＣのそれぞれの大きさ（ＲＬＣ成分）を用いて、式（１）で表される。

【0025】

【数1】

【0026】

式（１）を、ラプラス演算子ｓを用いてラプラス変換すると、式（２）で示すように、ＲＬＣ直列回路と同様の特定をもつ伝達関数Ｆｉｌ（ｓ）が得られる。すなわち、Ｆｉｌ（ｓ）＝（Ｒ＋Ｌｓ＋１／Ｃｓ）である。

【数2】

【0027】

更に、仮想フィルタが複数のＲＬＣ直列回路を並列に接続した回路であると仮定すると、仮想フィルタ全体の伝達関数Ｆｉｌ_ａｌｌ（ｓ）は式（３）で表される。式中、Ｆｉｌ_１（ｓ）、Ｆｉｌ_２（ｓ）、…Ｆｉｌ_ｎ（ｓ）は、仮想フィルタにおいて並列に接続されるＲＬＣ直流回路のそれぞれの伝達関数を表す。ｎは任意の自然数であり、ｎ＝１であってもよい。

【0028】

【数3】

【0029】

フィルタ演算部１４２は、仮想フィルタの伝達関数Ｆｉｌ_ａｌｌ（ｓ）の逆数を時間領域に適用することで、交流電圧Ｖ（ｔ）から仮想フィルタを流れる高調波電流ｉ（ｔ）を算出する。これを三相それぞれについて行うことで、フィルタ演算部１４２は、三相ごとの系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃに基づいて、三相ごとの電流目標値Ｉａｆ、Ｉｂｆ、およびＩｃｆを算出する。

【0030】

座標変換部１４４は、フィルタ演算部１４２により算出された三相ごとの電流目標値Ｉａｆ、Ｉｂｆ、およびＩｃｆを、ｄ軸電流目標値Ｉｄｆ＃およびｑ軸電流目標値Ｉｑｆ＃に変換する。座標変換部１４４の変換手法に特段の制約はなく、座標変換部１４４は、例えば公知の手法により上記の変換を行う。ｄ軸電流目標値Ｉｄｆ＃は、第１ｄ軸電流目標値の一例であり、ｑ軸電流目標値Ｉｑｆ＃は、第１ｑ軸電流目標値の一例である。この過程で、交流系統における基本周波数成分は、直流成分に変換される。

【0031】

ＨＰＦ部１４６ｄは、ｄ軸電流目標値Ｉｄｆ＃から、直流成分を含む低周波成分を除去する。ＨＰＦ部１４６ｑは、ｑ軸電流目標値Ｉｑｆ＃から、直流成分を含む低周波成分を除去する。これらの結果、交流系統における基本周波数成分が除去される。ＨＰＦ部１４６ｄは、ｄ軸電流目標値Ｉｄｒｅｆ＃を出力し、ＨＰＦ部１４６ｑは、ｑ軸電流目標値Ｉｑｒｅｆ＃を出力する。これらの電流目標値は、自励式変換器１１０の電流目標値のうち、仮想フィルタの機能を実現するための成分である。

【0032】

電圧補償制御部１５０は、例えば、定電圧制御部１５２と、事故時無効電力出力制御部１５４と、定無効電力制御部１５６とを備える。

【0033】

定電圧制御部１５２は、電圧検出器３０により検出された三相ごとの系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃに基づいて、交流系統の電圧を一定に維持するための無効電力目標値Ｑｖ＿ｒｅｆを算出する。

【0034】

事故時無効電力出力制御部１５４は、以下のような所定の条件を満たす場合に、定電圧制御部１５２よりも速やかに無効電力を所望の値に近づけるための無効電力目標値Ｑｃｏｎ＿ｒｅｆを出力する。

【0035】

（１）事故時無効電力出力制御部１５４は、フィルタ演算部１４２により出力される三相ごとの電流目標値Ｉａｆ、Ｉｂｆ、およびＩｃｆのうちいずれか、平均値または実効値その他の統計値、或いは全てが閾値以上であり、且つ、系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃのうちいずれか、平均値または実効値その他の統計値、或いは全てが第１基準値以上低下した場合に、無効電力目標値Ｑｃｏｎ＿ｒｅｆを出力する。実効値とは、それぞれの二乗和の平方を求めた値である。第１基準値は、例えば、交流フィルタ２０に故障が生じた場合に生じる電圧低下を基準として設定される。従って、これらの条件を満たすのは、例えば、交流フィルタ２０に故障が生じた場合である。上記の制御の結果、系統電圧を所望の値まで上昇させ、交流フィルタ２０の故障による影響を低減することができる。

【0036】

（２）事故時無効電力出力制御部１５４は、系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃのうちいずれか、平均値または実効値その他の統計値、或いは全てが第２基準値以上低下し、その後に系統電圧が回復した場合にも、無効電力目標値Ｑｃｏｎ＿ｒｅｆを出力する。第２基準値は、他励式変換器が停止してしまう電圧低下を基準として設定される。例えば、第１基準値＜第２基準値である。「回復した」とは、例えば、系統電圧の低下前の状態まで到達した、或いは所定時間後に到達することが予想されることをいう。上記の制御の結果、停止した他励式変換器が消費していた無効電力を自励式変換器１１０により消費することができるため、系統電圧を所望の値まで低下させ、他励式変換器の停止による影響を低減することができる。

【0037】

定電圧制御部１５２により出力される無効電力目標値Ｑｖ＿ｒｅｆと、事故時無効電力出力制御部１５４により出力される無効電力目標値Ｑｃｏｎ＿ｒｅｆとが加算された無効電力目標値Ｑｒｅｆは、定無効電力制御部１５６に入力される。定無効電力制御部１５６は、母線２における無効電力を無効電力目標値Ｑｒｅｆに近づけるためのｑ軸電流目標値Ｉｑｒｅｆを算出し、出力する。なお、定電圧制御部１５２や定無効電力制御部１５６は、例えば、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御を行う。

【0038】

目標値算出部１３０により出力されるｄ軸電流目標値Ｉｄｒｅｆは、ＨＰＦ部１４６ｄにより出力されるｄ軸電流目標値Ｉｄｒｅｆ＃と加算されて、最終ｄ軸電流目標値Ｉｄ＊として変換器制御部１６0に入力される。ＨＰＦ部１４６ｑにより出力されるｑ軸電流目標値Ｉｑｒｅｆ＃は、定無効電力制御部１５６により出力されるｑ軸電流目標値Ｉｑｒｅｆと加算されて、最終ｑ軸電流目標値Ｉｑ＊として変換器制御部１６0に入力される。変換器制御部１６０は、入力された最終ｄ軸電流目標値Ｉｄ＊および最終ｑ軸電流目標値Ｉｑ＊に基づいて、自励式変換器１１０に与える三相ごとの電圧指令値Ｖｃｏｖ＿ａ、Ｖｃｏｖ＿ｂ、およびＶｃｏｖ＿ｃを計算し、自励式変換器１１０に出力する。

【0039】

［処理フロー等］
再度、フィルタ演算部１４２の機能について説明する。交流フィルタ２０（仮想フィルタ）のＲＬＣ成分に関する情報は、予め制御装置１２０の記憶装置に記憶されている。フィルタ演算部１４２は、実現する必要がある仮想フィルタｋのＲＬＣ成分に基づいてＦｉｌ_ｋ（ｓ）を計算し、Ｆｉｌ_ａｌｌ（ｓ）を求める。

【0040】

図４は、フィルタ演算部１４２により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、フィルタ演算部１４２は、仮想フィルタ追加の指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１００）。仮想フィルタ追加の指示は、例えば、制御装置１２０の図示しない入力部（マウス、キーボード、タッチパネルなど）を介して受け付けられてもよいし、通信によって他装置から受け付けられてもよい。

【0041】

仮想フィルタ追加の指示が受け付けられた場合、フィルタ演算部１４２は、追加指示に係る仮想フィルタｋの伝達関数を取得する（ステップＳ１０２）。ｋは、仮想フィルタを識別するための変数である。フィルタ演算部１４２は、仮想フィルタのＲＬＣ成分を取得して式（２）の計算を行うことで仮想フィルタｋの伝達関数を取得してもよいし、伝達関数のパラメータを直接的に取得してもよいし、予め記憶装置に記憶されている仮想フィルタｋの伝達関数の情報を読み出してもよい。

【0042】

次に、フィルタ演算部１４２は、ステップＳ１０２で取得した仮想フィルタｋの伝達関数を反映させて、仮想フィルタ全体の伝達関数Ｆｉｌ_ａｌｌ（ｓ）を再計算する（ステップＳ１０４）。再計算の結果、仮想フィルタ全体の伝達関数Ｆｉｌ_ａｌｌ（ｓ）は、仮想フィルタ１〜ｋの伝達関数を反映したものとなる（式（３）参照）。フィルタ演算部１４２は、次回の計算のために変数を１インクリメントする（ステップＳ１０６）。

【0043】

そして、フィルタ演算部１４２は、仮想フィルタ全体の伝達関数Ｆｉｌ_ａｌｌ（ｓ）を用いてフィルタ演算を実行する（ステップＳ１０８）。フィルタ演算部１４２は、係る処理を繰り返し実行する。

【0044】

図５は、電圧補償制御部１５０の事故時無効電力出力制御部１５４により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、事故時無効電力出力制御部１５４は、第１の条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２００）。第１の条件とは、前述したように、フィルタ演算部１４２により出力される三相ごとの電流目標値Ｉａｆ、Ｉｂｆ、およびＩｃｆのうちいずれか、平均値または実効値その他の統計値、或いは全てが閾値以上であり、且つ、系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃのうちいずれか、平均値または実効値その他の統計値、或いは全てが第１基準値以上低下したことである。第１の条件を満たすと判定した場合、事故時無効電力出力制御部１５４は、無効電力目標値Ｑｃｏｎ＿ｒｅｆを出力する（ステップＳ２０４）。

【0045】

また、事故時無効電力出力制御部１５４は、第２の条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０２）。第２の条件とは、前述したように、系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃのうちいずれか、平均値または実効値その他の統計値、或いは全てが第２基準値以上低下し、その後に系統電圧が回復したことである。第２の条件を満たすと判定した場合も、事故時無効電力出力制御部１５４は、無効電力目標値Ｑｃｏｎ＿ｒｅｆを出力する（ステップＳ２０４）。

【0046】

以上説明した第１の実施形態に係る制御装置１２０、および、制御装置１２０によって実行される制御方法によれば、所定周波数帯の高調波を抑制可能な交流フィルタのＲＬＣ成分に基づく伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出し、算出された三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換し、要求パワーに基づく第２ｄ軸電流目標値と、変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、自励式変換器１１０を制御することにより、自励式変換器１１０を用いて所定周波数帯の高調波を効果的に抑制することができる。

【0047】

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る電力変換装置１００Ａは、一以上の自励式変換器１１０が電力系統に接続され、他励式変換器を含む電力変換装置１０や交流フィルタ２０が当該電力系統には接続されていない場面に適用される。

【0048】

図６は、第２の実施形態に係る制御装置１２０Ａを含む電力変換装置１００Ａの構成図である。図示するように、制御装置１２０Ａは、第１の実施形態に係る制御装置１２０から、電圧補償制御部１５０を省略した構成となっている。第２の実施形態において、ＨＰＦ部１４６ｑが出力した値は、最終ｑ軸電流目標値Ｉｑ＊として変換器制御部１６０に入力される。

【0049】

第２の実施形態におけるフィルタ演算部１４２Ａは、自励式変換器１１０が接続されたグリッドのＲＬＣ特性に基づいて、フィルタ演算を行う。フィルタ演算部１４２Ａは、仮想フィルタの伝達関数Ｆｉｌ_ｇｒｉｄ（ｓ）の逆数を時間領域に適用することで、交流電圧Ｖ（ｔ）から仮想フィルタを流れる高調波電流ｉ（ｔ）を算出する。これを三相それぞれについて行うことで、フィルタ演算部１４２Ａは、三相ごとの系統電圧Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃに基づいて、三相ごとの電流目標値Ｉａｆ、Ｉｂｆ、およびＩｃｆを算出する。式中、ｍは高調波の次数である。

【0050】

【数4】

【0051】

ここで、仮想フィルタの伝達関数Ｆｉｌ_ｇｒｉｄ（ｓ）は、以下のように求められる。まず、電力系統１の送電線や変圧器や発電機のインピーダンス情報を入手し、電力系統の瞬時値解析ソフト上に、電力系統の解析モデルを構築する。このモデルの自励式変換器の連系点（グリッド）で、各次数における高調波電流を注入して発生する高調波電圧を算出する。この高調波電流、高調波電圧と系統のインピーダンス特性には式（４）の関係があり、注入した高調波電流と発生した高調波電圧から仮想フィルタの伝達関数Ｆｉｌ_ｇｒｉｄ（ｓ）を算出することができる。

【0052】

以上説明した第２の実施形態に係る制御装置１２０Ａ、および、これにおいて実行される制御方法によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0053】

なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に電圧補償制御部１５０を設けてもよい。この場合、電圧補償制御部１５０の事故時無効電力出力制御部１５４は、特定の次数の高調波電流が閾値以上となり、且つ系統電圧が低下した場合には、予め設定された無効電力を出力するようにしてもよい。

【0054】

［ハードウェア構成］
図７は、各実施形態の制御装置１２０または１２０Ａ（以下、代表して制御装置１２０と称する）のハードウェア構成の一例を示す図である。図示するように、制御装置１２０は、通信コントローラ１２０−１、ＣＰＵ１２０−２、ワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）１２０−３、ブートプログラムなどを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）１２０−４、フラッシュメモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置１２０−５、ドライブ装置１２０−６などが、内部バスあるいは専用通信線によって相互に接続された構成となっている。通信コントローラ１２０−１は、他装置との通信を行う。記憶装置１２０−５には、ＣＰＵ１２０−２が実行するプログラム１２０−５ａが格納されている。このプログラムは、ＤＭＡ（Direct Memory Access）コントローラ（不図示）などによってＲＡＭ１２０−３に展開されて、ＣＰＵ１２０−２によって実行される。これによって、目標値算出部１３０、フィルタ部１４０、電圧補償制御部１５０、および変換器制御部１６０のうち一部または全部が実現される。

【0055】

上記実施形態は、以下のように表現することができる。
交流系統に接続される自励式変換器の制御装置であって、
プログラムを記憶する記憶装置と、
ハードウェアプロセッサと、を備え、
前記ハードウェアプロセッサは、前記プログラムを実行することにより、
所定周波数帯の高調波を抑制可能な交流フィルタのＲＬＣ成分に基づく伝達関数を実現するように、前記交流系統の三相ごとの電圧に基づいて三相ごとの電流目標値を算出し、
前記フィルタ演算部により算出された前記三相ごとの電流目標値を、第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値に変換し、
要求パワーに基づく第２ｄ軸電流目標値と、前記変換部により変換された第１ｄ軸電流目標値および第１ｑ軸電流目標値とに基づいて、前記自励式変換器を制御するように構成されている、
制御装置。

【0056】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】