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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024021822
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】電力変換システム及び補償制御装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240208BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 R
H02M7/48 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022124933
(22)【出願日】2022-08-04
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】関口 慧
(72)【発明者】
【氏名】水谷 麻美
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 宏次
(72)【発明者】
【氏名】三ッ本 憲史
(72)【発明者】
【氏名】小林 武則
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770BA11
5H770DA03
5H770DA10
5H770EA01
5H770GA11
5H770HA02Y
5H770HA03Y
5H770KA01Z
(57)【要約】
【課題】系統側の構成が変更される等により系統インピーダンス条件が変化した場合であっても、容易に安定性を確保する。
【解決手段】実施形態の電力変換システムは、直流電力と交流電力とを相互に変換可能な電力変換システムであって、電力変換装置は、交流電力の電圧または交流電力の電流を調整可能とするスイッチング素子を含む電力変換器と、インタフェース部と、交流電力の電圧または交流電力の電流を制御するための電圧指令値を生成して出力する電圧・電流制御部と、電圧指令値に基づきスイッチング素子に与えるゲート信号を生成するゲート指令生成部と、を有しスイッチング素子に動作指令を与える変換器制御部と、を備え、補償制御装置は、インタフェース部を介して電力変換装置に着脱可能とされ、交流電力の電圧及び又は交流電力の電流の電圧・電流制御部に対するフィードバック信号を補償して補償フィードバック信号として変換器制御部に出力する。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態の電力変換システムは、直流電力と交流電力とを相互に変換可能な電力変換システムであって、電力変換装置は、交流電力の電圧または交流電力の電流を調整可能とするスイッチング素子を含む電力変換器と、インタフェース部と、交流電力の電圧または交流電力の電流を制御するための電圧指令値を生成して出力する電圧・電流制御部と、電圧指令値に基づきスイッチング素子に与えるゲート信号を生成するゲート指令生成部と、を有しスイッチング素子に動作指令を与える変換器制御部と、を備え、補償制御装置は、インタフェース部を介して電力変換装置に着脱可能とされ、交流電力の電圧及び又は交流電力の電流の電圧・電流制御部に対するフィードバック信号を補償して補償フィードバック信号として変換器制御部に出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力変換装置及び補償制御装置を有し、直流電力と交流電力とを相互に変換可能な電力変換システムであって、
前記電力変換装置は、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流を調整可能とするスイッチング素子を含む電力変換器と、インタフェース部と、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流を制御するための電圧指令値を生成して出力する電圧・電流制御部と、前記電圧指令値に基づき前記スイッチング素子に与えるゲート信号を生成するゲート指令生成部と、を有し前記スイッチング素子に動作指令を与える変換器制御部と、を備え、
前記補償制御装置は、前記インタフェース部を介して、前記電力変換装置に対し着脱可能とされ、前記交流電力の電圧及び又は前記交流電力の電流の前記電圧・電流制御部に対するフィードバック信号を補償して補償フィードバック信号として前記変換器制御部に出力する、
電力変換システム。
前記電力変換装置は、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流を調整可能とするスイッチング素子を含む電力変換器と、インタフェース部と、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流を制御するための電圧指令値を生成して出力する電圧・電流制御部と、前記電圧指令値に基づき前記スイッチング素子に与えるゲート信号を生成するゲート指令生成部と、を有し前記スイッチング素子に動作指令を与える変換器制御部と、を備え、
前記補償制御装置は、前記インタフェース部を介して、前記電力変換装置に対し着脱可能とされ、前記交流電力の電圧及び又は前記交流電力の電流の前記電圧・電流制御部に対するフィードバック信号を補償して補償フィードバック信号として前記変換器制御部に出力する、
電力変換システム。
【請求項2】
前記補償制御装置は、前記フィードバック信号における所定の周波数帯域の感度を低減して前記補償フィードバック信号として出力する感度低減部を備え、
前記補償フィードバック信号は、前記電圧・電流制御部での前記電圧指令値の演算処理に直列入力される、
請求項１に記載の電力変換システム。
前記補償フィードバック信号は、前記電圧・電流制御部での前記電圧指令値の演算処理に直列入力される、
請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項3】
前記補償制御装置は、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流に含まれる高調波成分を検知する共振状態検知部を備え、前記感度低減部は前記共振状態検知部により検知された前記高調波成分に基づいて、前記補償フィードバック信号を出力する、
請求項２に記載の電力変換システム。
請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項4】
前記感度低減部は、ディジタル信号を処理可能とされ、
前記補償制御装置は、前記感度低減部の前段に設けられ、前記フィードバック信号のアナログ／ディジタル変換を行うＡＤ変換部と、
前記感度低減部の後段に設けられ、前記感度低減部の出力のディジタル／アナログ変換を行って前記補償フィードバック信号として出力するＤＡ変換部と、
のいずれか一方または両方を備えた、
請求項２または請求項３に記載の電力変換システム。
前記補償制御装置は、前記感度低減部の前段に設けられ、前記フィードバック信号のアナログ／ディジタル変換を行うＡＤ変換部と、
前記感度低減部の後段に設けられ、前記感度低減部の出力のディジタル／アナログ変換を行って前記補償フィードバック信号として出力するＤＡ変換部と、
のいずれか一方または両方を備えた、
請求項２または請求項３に記載の電力変換システム。
【請求項5】
前記補償制御装置は、前記交流電力の電圧または電流に基づいて、補正電圧を生成する共振抑制制御部を備え、
前記補正電圧は、第２補償フィードバック信号として前記変換器制御部に出力され、
前記電圧・電流制御部は、演算処理によって得られた電圧指令値に、前記第２補償フィードバック信号を並列加算して新たな前記電圧指令値とする、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換システム。
前記補正電圧は、第２補償フィードバック信号として前記変換器制御部に出力され、
前記電圧・電流制御部は、演算処理によって得られた電圧指令値に、前記第２補償フィードバック信号を並列加算して新たな前記電圧指令値とする、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換システム。
【請求項6】
前記補償制御装置は、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流に含まれる高調波成分を検知する共振状態検知部を備え、前記共振抑制制御部は前記共振状態検知部により検知された前記高調波成分に基づいて、前記第２補償フィードバック信号を出力する、
請求項５に記載の電力変換システム。
請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項7】
前記共振状態検知部は、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流における所定の周波数範囲の中で高調波振幅が最大となる振動周波数または振動周波数帯域を検知する振動周波数検知部を備え、
前記共振抑制制御部は、前記高調波成分に仮想的なインピーダンスを乗じて前記補正電圧を生成するに際し、前記仮想的なインピーダンスの大きさを前記振動周波数の増加に伴い増加するように調整する
請求項６に記載の電力変換システム。
前記共振抑制制御部は、前記高調波成分に仮想的なインピーダンスを乗じて前記補正電圧を生成するに際し、前記仮想的なインピーダンスの大きさを前記振動周波数の増加に伴い増加するように調整する
請求項６に記載の電力変換システム。
【請求項8】
前記電圧・電流制御部は、前記補償フィードバック信号に基づき演算された電圧指令値に、前記共振抑制制御部の生成した前記第２補償フィードバック信号を加算して新たな補正した電圧指令値とする、
請求項５に記載の電力変換システム。
請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項9】
前記ゲート指令生成部は、前記電圧指令値に基づく変調波と三角波キャリアを比較することで前記ゲート信号を生成し、
前記三角波キャリアのピークおよびまたはボトムのタイミングに対応する同期信号を前記補償制御装置に出力可能であり、
前記補償制御装置は、前記同期信号に基づき前記交流電力の電圧およびまたは電流に基づくアナログ信号をサンプリングする、
請求項１に記載の電力変換システム。
前記三角波キャリアのピークおよびまたはボトムのタイミングに対応する同期信号を前記補償制御装置に出力可能であり、
前記補償制御装置は、前記同期信号に基づき前記交流電力の電圧およびまたは電流に基づくアナログ信号をサンプリングする、
請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項10】
前記補償制御装置は、少なくとも前記スイッチング素子のスイッチング周波数の２倍よりも高い周波数で前記交流電力の電圧およびまたは電流に基づくアナログ信号をサンプリングする、
請求項１に記載の電力変換システム。
請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項11】
前記変換器制御部は、前記電圧・電流制御部において前記電圧指令値の算出に利用する信号を、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流に基づく前記フィードバック信号と、前記補償制御装置の出力した前記補償フィードバック信号とから、選択可能である、
請求項１に記載の電力変換システム。
請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項12】
前記変換器制御部は、
前記補償制御装置が前記電力変換装置に接続されていない場合に、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流に基づく前記フィードバック信号を、前記電圧・電流制御部での前記電圧指令値の算出に利用する、
請求項１に記載の電力変換システム。
前記補償制御装置が前記電力変換装置に接続されていない場合に、前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流に基づく前記フィードバック信号を、前記電圧・電流制御部での前記電圧指令値の算出に利用する、
請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項13】
交流電力の電圧または前記交流電力の電流を調整可能とするスイッチング素子を含む電力変換器と、インタフェース部を有し前記スイッチング素子に動作指令を与える変換器制御部と、を備え、直流電力と交流電力を変換可能な電力変換装置に対し、前記インタフェース部を介して、前記電力変換装置に対し着脱可能とされ、
検出された前記交流電力の電圧及び又は前記交流電力の電流のフィードバック信号を補償して補償フィードバック信号として前記インタフェース部を介して前記変換器制御部に出力する、
補償制御装置。
検出された前記交流電力の電圧及び又は前記交流電力の電流のフィードバック信号を補償して補償フィードバック信号として前記インタフェース部を介して前記変換器制御部に出力する、
補償制御装置。
【請求項14】
前記フィードバック信号における所定の周波数帯域の感度を低減して前記補償フィードバック信号として出力する感度低減部を備える、
請求項１３に記載の補償制御装置。
請求項１３に記載の補償制御装置。
【請求項15】
前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流に含まれる高調波成分を検知する共振状態検知部を備え、前記感度低減部は前記共振状態検知部により検知された前記高調波成分に基づいて、前記補償フィードバック信号を出力する、
請求項１４に記載の補償制御装置。
請求項１４に記載の補償制御装置。
【請求項16】
前記感度低減部は、ディジタル信号を処理可能とされ、
前記感度低減部の前段に設けられ、前記フィードバック信号のアナログ／ディジタル変換を行うＡＤ変換部と、
前記感度低減部の後段に設けられ、前記感度低減部の出力のディジタル／アナログ変換を行って前記補償フィードバック信号として出力するＤＡ変換部と、
のいずれか一方または両方を備えた、
請求項１４または請求項１５に記載の補償制御装置。
前記感度低減部の前段に設けられ、前記フィードバック信号のアナログ／ディジタル変換を行うＡＤ変換部と、
前記感度低減部の後段に設けられ、前記感度低減部の出力のディジタル／アナログ変換を行って前記補償フィードバック信号として出力するＤＡ変換部と、
のいずれか一方または両方を備えた、
請求項１４または請求項１５に記載の補償制御装置。
【請求項17】
前記交流電力の電圧または前記交流電力の電流に基づいて、補正電圧を生成する共振抑制制御部を備え、
前記補正電圧を、第２の補償フィードバック信号として出力する、
請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の補償制御装置。
前記補正電圧を、第２の補償フィードバック信号として出力する、
請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の補償制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換システム及び補償制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
系統連系する電力変換装置では、系統側の配線や負荷等による系統インピーダンスと変換器制御との相互作用で電圧共振が発生し、運転が不安定化して運転継続できない場合がある。共振様相は、場所毎および時間毎に刻々と変化する未知な系統インピーダンス条件に依存するため、系統状態の変化によって共振周波数が変動する場合がある。このため、 特定条件で安定な制御パラメータを適用した場合であっても、系統状態の変化によって系統連系運転が不安定化する恐れがある。
【0003】
系統インピーダンスを推定し、推定結果に基づき設定したノッチフィルタ等によって振動周波数帯域の制御感度を低下させる手法が提案されている。このような手法では、制御感度を低下させるのみでは十分な安定余裕を確保できず、わずかな外乱が加わるのみで共振が増幅する場合がある。なお、このような手法は、系統状態（系統インピーダンス）が安定運転にとって過酷条件である場合が考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１０６８４３号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】H. Saad、 Y. Fillion、 S. Deschanvres、 Y. Vernay and S. Denneti ere: ” On Resonances and Harmonics in HVDC-MMC Station Connected to AC Grid” IEEE Trans. Pow. Del.、 vol. 32、 no. 3、 pp. 1565－1573 (2017－06)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来技術においては、所定の系統状態に適合させて電力変換装置を構築した場合に、系統側の構成が変更され、系統インピーダンス条件が変化した場合等には、電力変換装置の構成を根本的に変更する必要があり、容易に対応することができなかった。
【0007】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、系統側の構成が変更される等により系統インピーダンス条件が変化した場合であっても、容易に安定性を確保した信頼性の高い電力変換システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態の電力変換システムは、電力変換装置及び補償制御装置を有し、直流電力と交流電力とを相互に変換可能な電力変換システムであって、電力変換装置は、交流電力の電圧または交流電力の電流を調整可能とするスイッチング素子を含む電力変換器と、インタフェース部と、交流電力の電圧または交流電力の電流を制御するための電圧指令値を生成して出力する電圧・電流制御部と、電圧指令値に基づきスイッチング素子に与えるゲート信号を生成するゲート指令生成部と、を有しスイッチング素子に動作指令を与える変換器制御部と、を備え、補償制御装置は、インタフェース部を介して、電力変換装置に対し着脱可能とされ、交流電力の電圧及び又は交流電力の電流の電圧・電流制御部に対するフィードバック信号を補償して補償フィードバック信号として変換器制御部に出力する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の電力変換システムの概要構成ブロック図である。
電力変換システム１０は、直流電源と交流電源を相互に変換して交流商用系統ＡＣＧと系統連系を行う電力変換装置１１と、電力変換装置１１に着脱可能に接続されて、電力変換装置１１が出力する交流電圧あるいは交流電流に含まれる所定の高調波成分の増加を抑制する補償制御装置１２と、を備えている。
図１は、第１実施形態の電力変換システムの概要構成ブロック図である。
電力変換システム１０は、直流電源と交流電源を相互に変換して交流商用系統ＡＣＧと系統連系を行う電力変換装置１１と、電力変換装置１１に着脱可能に接続されて、電力変換装置１１が出力する交流電圧あるいは交流電流に含まれる所定の高調波成分の増加を抑制する補償制御装置１２と、を備えている。
【0011】
この場合において、電力変換装置１１は、補償制御装置１２が装着されていない場合でも、電力変換を行って系統連系を行うことが可能となっている。
換言すれば、補償制御装置１２を装着することで、電力変換装置１１の構成をそのままで、系統側の構成が変更される等により系統インピーダンス条件が変化した場合であっても、当該変更に容易に対応することができ、ひいては、容易に安定性を確保した信頼性の高い電力変換システムを提供することが可能となっているのである。
換言すれば、補償制御装置１２を装着することで、電力変換装置１１の構成をそのままで、系統側の構成が変更される等により系統インピーダンス条件が変化した場合であっても、当該変更に容易に対応することができ、ひいては、容易に安定性を確保した信頼性の高い電力変換システムを提供することが可能となっているのである。
【0012】
また、交流商用系統ＡＣＧは、交流電源ＰＳＡＣと、交流商用系統ＡＣＧ全体のインピーダンスを表す系統インピーダンスＡＣＩＭと、を有している。
【0013】
電力変換装置１１は、電力変換器２１と、電流検出センサ（ＣＴ）２２と、連系インダクタ２３と、電圧検出センサ（ＶＴ）２４と、変換器制御部２５と、を備えている。
電力変換器２１は、複数のスイッチング素子を有し、直流／交流変換を行って三相交流電力と直流電力とを相互に変換可能である。電力変換器２１は、連系インダクタ２３を介して交流商用系統に連系する。
電力変換器２１は、複数のスイッチング素子を有し、直流／交流変換を行って三相交流電力と直流電力とを相互に変換可能である。電力変換器２１は、連系インダクタ２３を介して交流商用系統に連系する。
【0014】
電流検出センサ２２は、電力変換器２１に流入する各相の交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔを検出して交流電流検出信号として変換器制御部２５に出力する。
連系インダクタ２３は、電力変換器２１から高調波成分が系統へ流出するのを防止するため高調波フィルタとして機能する。図示しないが、別途コンデンサ等の受動素子を追加で接続して高調波フィルタを構成してもよい。
連系インダクタ２３は、電力変換器２１から高調波成分が系統へ流出するのを防止するため高調波フィルタとして機能する。図示しないが、別途コンデンサ等の受動素子を追加で接続して高調波フィルタを構成してもよい。
【0015】
電圧検出センサ２４は、系統連系点ＧＩＰにおける交流電力の各相の交流電圧を検出して、交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）として変換器制御部２５に出力する。
変換器制御部２５は、電力変換器２１をゲート制御信号ｇａｔｅにより制御する。
変換器制御部２５は、電力変換器２１をゲート制御信号ｇａｔｅにより制御する。
【0016】
次に補償制御装置１２について説明する。
補償制御装置１２は、ＡＤ変換部３１と、補償演算機能部３２と、ＤＡ変換部３３と、を備えている。
ＡＤ変換部３１は、電流検出センサ２２から入力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から入力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）のアナログ－ディジタル変換を行って補償演算機能部３２に出力する。
補償制御装置１２は、ＡＤ変換部３１と、補償演算機能部３２と、ＤＡ変換部３３と、を備えている。
ＡＤ変換部３１は、電流検出センサ２２から入力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から入力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）のアナログ－ディジタル変換を行って補償演算機能部３２に出力する。
【0017】
補償演算機能部３２は、交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）に対して補償演算を行って補償演算結果をＤＡ変換部３３に出力する。
【0018】
ＤＡ変換部３３は、入力された補償演算機能部３２の補償演算結果のディジタル－アナログ変換を行って補償交流電流検出信号ＣＩｓｒ、ＣＩｓｓ、ＣＩｓｔ及び補償交流電圧検出信号ＣＶｓｒ、ＣＶｓｓ、ＣＶｓｔとして変換器制御部２５に出力する。
【0019】
【0020】
共振状態検知部３２Ａは、例えば、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔの検出値にフーリエ変換演算またはカウンタを用いて振動周期（周波数の逆数）を検出し、所定の周波数範囲の中で高調波振幅が所定の閾値以上となる状態、すなわち、共振状態となる振動周波数ｆｒｅｓ、もしくは、振動周波数ｆｒｅｓを含む振動周波数帯域を抽出する。
【0021】
この場合において、所定の周波数範囲は、例えば、感度低減部３２Ｂによって振動周波数成分の抑制対象とする範囲に予め設定されている。また、所定の周波数範囲は、例えば、何らかの規格等で規定される高調波規制対象範囲や事前解析にて共振発生リスクが高いことが判明している範囲として設定される。
【0022】
ここで、共振状態検知部３２Ａは、共振状態を検知した場合、感度低減部３２Ｂに対して電圧・電流制御部４３に対する感度を低減させる感度低減を有効化する。
なお、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの高調波成分を検知する。なお、本願でいう「ＡまたはＢ」とは、ＡとＢのうちいずれか一方の場合に限定されず、Ａ及びＢの場合を含むものとする。
なお、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの高調波成分を検知する。なお、本願でいう「ＡまたはＢ」とは、ＡとＢのうちいずれか一方の場合に限定されず、Ａ及びＢの場合を含むものとする。
【0023】
共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔを検出し、所定の周波数範囲の中で高調波振幅が所定の閾値を超える振動周波数または振動周波数帯域を検知する。図２の例においては、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔに基づいて、高調波振幅が所定の閾値以上となる振動周波数または振動周波数帯域を検知するものとする。例えば、共振状態検知部３２Ａは、フーリエ変換演算により、高調波振幅の大きな周波数成分を振動周波数として特定する。あるいは、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの振動周期を観測し、例えば振動周期の逆数を演算することで、振動周波数を特定するようにしてもよい。
【0024】
感度低減部３２Ｂは、少なくとも振動周波数を含む周波数帯域の制御の感度を低減させる。
感度低減部３２Ｂは、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの感度を低減させた交流電流と、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔの感度低減させた交流電圧と、を電圧・電流制御部４３に対する感度低減した状態で出力する。
感度低減部３２Ｂは、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの感度を低減させた交流電流と、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔの感度低減させた交流電圧と、を電圧・電流制御部４３に対する感度低減した状態で出力する。
【0025】
より詳細には、感度低減部３２Ｂは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔと、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔとに対して、例えばディジタルフィルタ処理を行い、振動周波数ｆｒｅｓ帯域における成分を減衰させる。ここで、ディジタルフィルタとしては、振動周波数より低いカットオフ周波数を有する低域通過フィルタや、振動周波数を含む帯域を減衰させるノッチフィルタ、もしくはこれらの組み合わせであってもよい。
【0026】
また、低域通過フィルタとノッチフィルタを組み合わせた場合は、組み合わせない場合より振動周波数ｆｒｅｓ帯域における減衰率を高くすることができる。ディジタルフィルタの特性の一部または全部は、共振状態検知部３２Ａによって抽出された振動周波数ｆｒｅｓ帯域を効果的に減衰させるように動的に調整される。
【0027】
この場合において、低域通過フィルタのカットオフ周波数については、少なくとも基本波周波数より高周波の値に固定されていてもよい。また、感度低減部３２Ｂは、電圧・電流制御部４３に対する感度低減特性を振動周波数ｆｒｅｓに応じて動的に変化させてもよい。電圧・電流制御部４３に対する振動周波数ｆｒｅｓ帯域の感度を低減することで、振動周波数ｆｒｅｓの電圧・電流成分の増幅を防止できる。つまり、感度低減部は変換器制御の安定性を少なくとも発散に至らない安定限界まで改善する効果がある。
【0028】
次に、電力変換装置１１と系統インピーダンスの一例を説明する。
図３は、本実施形態に係る電力変換装置と系統インピーダンスの一例を示す等価回路図である。
図３に示すように、交流系統は、交流電源から系統連系点までの等価インダクタンスＬｇｒｉｄと、系統連系点の等価キャパシタンスＣｇｒｉｄから構成される。以下の説明では、系統連系点から交流電源側をみたインピーダンスを系統インピーダンスＺｇｒｉｄと呼ぶ。電力変換器２１は、連系インダクタＬｖｓｃを介して系統連系点ＧＩＰに接続される。
図３は、本実施形態に係る電力変換装置と系統インピーダンスの一例を示す等価回路図である。
図３に示すように、交流系統は、交流電源から系統連系点までの等価インダクタンスＬｇｒｉｄと、系統連系点の等価キャパシタンスＣｇｒｉｄから構成される。以下の説明では、系統連系点から交流電源側をみたインピーダンスを系統インピーダンスＺｇｒｉｄと呼ぶ。電力変換器２１は、連系インダクタＬｖｓｃを介して系統連系点ＧＩＰに接続される。
【0029】
次に変換器制御部２５の詳細構成について説明する。
変換器制御部２５は、図１に示したように、インタフェース（ＩＦ）部４１と、ＡＤ変換部４２と、電圧・電流制御部４３と、ゲート指令生成部４４と、を備えている。
インタフェース部４１は、補償制御装置１２が接続されていない場合には、電流検出センサ２２から入力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から入力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）をＡＤ変換部４２に出力する。
変換器制御部２５は、図１に示したように、インタフェース（ＩＦ）部４１と、ＡＤ変換部４２と、電圧・電流制御部４３と、ゲート指令生成部４４と、を備えている。
インタフェース部４１は、補償制御装置１２が接続されていない場合には、電流検出センサ２２から入力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から入力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）をＡＤ変換部４２に出力する。
【0030】
また、インタフェース部４１は、補償制御装置１２が接続されている場合には、電流検出センサ２２から入力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から入力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓ）に代えて、補償演算機能部３２の補償演算結果である補償交流電流検出信号ＣＩｓｒ、ＣＩｓｓ、ＣＩｓｔ及び補償交流電圧検出信号ＣＶｓｒ、ＣＶｓｓ、ＣＶｓｔをＡＤ変換部４２に出力する。
【0031】
ＡＤ変換部４２は、交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓ）、あるいは、補償交流電流検出信号ＣＩｓｒ、ＣＩｓｓ、ＣＩｓｔ及び補償交流電圧検出信号ＣＶｓｒ、ＣＶｓｓ、ＣＶｓｔのアナログ－ディジタル変換を行って電圧・電流制御部４３に出力する。
【0032】
電圧・電流制御部４３は、交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓ）、あるいは、補償交流電流検出信号ＣＩｓｒ、ＣＩｓｓ、ＣＩｓｔ及び補償交流電圧検出信号ＣＶｓｒ、ＣＶｓｓ、ＣＶｓｔに対応するディジタルデータに基づいて、電圧指令値Ｖｒ＊、Ｖｓ＊、Ｖｔ＊を生成し、ゲート指令生成部４４に出力する。
【0033】
ゲート指令生成部４４は、電圧指令値Ｖｒ＊、Ｖｓ＊、Ｖｔ＊に基づいて、ゲート制御信号ｇａｔｅを生成し、電力変換器２１に出力する。
【0034】
ここで、電力変換器２１の第１構成例について説明する。
電力変換器２１は、例えば、２レベル変換器、三角波比較変調を採用している。
図４は、第１構成例における電力変換器のＲ相における電力変換例の説明図である。
電力変換器２１は、図４の上段に示すように、キャリア信号としての三角波ＴＲと電圧指令値Ｖｒ＊とを比較し、電圧指令値Ｖｒ＊が三角波ＴＲ以上の期間において、図４の中段に示すように、ゲート制御信号ｇａｔｅに相当するＲ相に対応するゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐを“１”とし、電圧指令値Ｖｒ＊が三角波ＴＲ未満の期間において、Ｒ相に対応するゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐを“０”とする。
電力変換器２１は、例えば、２レベル変換器、三角波比較変調を採用している。
図４は、第１構成例における電力変換器のＲ相における電力変換例の説明図である。
電力変換器２１は、図４の上段に示すように、キャリア信号としての三角波ＴＲと電圧指令値Ｖｒ＊とを比較し、電圧指令値Ｖｒ＊が三角波ＴＲ以上の期間において、図４の中段に示すように、ゲート制御信号ｇａｔｅに相当するＲ相に対応するゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐを“１”とし、電圧指令値Ｖｒ＊が三角波ＴＲ未満の期間において、Ｒ相に対応するゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐを“０”とする。
【0035】
この結果、Ｒ相に対応する交流電流Ｉｓｒは、図４の下段に実線で示すように、ゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐが“０”の期間は徐々に増加し、ゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐが“１”の期間は徐々に減少するように、電圧指令値Ｖｒ＊に従って変化し、平均的に破線で示すような交流電流に制御される。図４の下段黒丸印（三角波ＴＲの山と谷）でサンプリング処理を行うことで、スイッチングリプルを除いた平均的な交流電流を検出できる。その結果、スイッチングリプルを制御演算によって増幅して変換器の運転が不安化することを防止できる。しかしながら、三角波ＴＲを生成するのは、後段の変換器制御部２５のゲート指令生成部４４であり、従来技術通りであればサンプリング処理のタイミングは三角波の山や谷から容易にずれてしまう。サンプリング処理のタイミングがずれると、誤った平均的な交流電流を検出し、例えば、スイッチングリプルを制御演算によって増幅することで変換器の運転が不安化してしまう。
【0036】
そこで、第１構成例の問題を解消するために、電力変換器２１の第２構成例について説明する。
電力変換器２１は、第２構成例においても、第１構成例と同様に、２レベル変換器、三角波比較変調を採用している。
電力変換器２１は、第２構成例においても、第１構成例と同様に、２レベル変換器、三角波比較変調を採用している。
【0037】
図５は、第２構成例における電力変換器のＲ相における電力変換例の説明図である。
本第２構成例が、第１構成例と異なる点は、補償制御装置１２がキャリア信号としての三角波ＴＲの周波数の２倍より高い周波数でサンプリング処理を行っている点である。
本第２構成例が、第１構成例と異なる点は、補償制御装置１２がキャリア信号としての三角波ＴＲの周波数の２倍より高い周波数でサンプリング処理を行っている点である。
【0038】
電力変換器２１は、図５の上段に示すように、キャリア信号としての三角波ＴＲと電圧指令値Ｖｒ＊とを比較し、電圧指令値Ｖｒ＊が三角波ＴＲ以上の期間において、図５の中段に示すように、Ｒ相に対応するゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐを“１”とし、電圧指令値Ｖｒ＊が三角波ＴＲ未満の期間において、Ｒ相に対応するゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐを“０”とする。
【0039】
この結果、Ｒ相に対応する交流電流Ｉｓｒは、図５の下段に実線で示すように、ゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐが“０”の期間は徐々に増加し、ゲート制御信号ｇａｔｅ＿ｒｐが“１”の期間は徐々に減少するように、電圧指令値Ｖｒ＊に従って変化し、平均的に破線で示すような交流電流に制御される。
【0040】
この場合において、補償制御装置１２の出力する補償交流電流検出信号ＣＩｓｒ、ＣＩｓｓ、ＣＩｓｔ及び補償交流電圧検出信号ＣＶｓｒ、ＣＶｓｓ、ＣＶｓｔは電流検出センサ２２や電圧検出センサ２４で検出したアナログ信号に近い時間分解能を有する。そこで、変換器制御部２５において、さらに三角波ＴＲの山及び谷に同期したタイミングで再サンプリングを行うように構成でき（図４と同様）、スイッチングリプルを除いた平均的な交流電流に基づいた制御演算が可能となる。仮に、補償制御装置１２におけるサンプリング処理が、三角波ＴＲの周波数の２倍より低い周波数で実行され、かつ、サンプリング処理のタイミングが三角波ＴＲの山や谷に一致しない場合は、サンプリング定理を満たさない、いわゆるエイリアシングを発生し、誤った平均的な交流電流を検出してしまう。したがって、補償制御装置１２がキャリア信号としての三角波ＴＲの周波数の２倍より高い周波数でサンプリングすることで、スイッチングリプルを制御演算によって増幅して変換器の運転が不安化することを防止できる。
【0041】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、電力変換システム１０が接続されている系統に対し、電力変換装置１１に当該接続されている系統に対応した補償演算機能部３２を有する補償制御装置１２を装着（介装）するだけで、電力変換装置１１の構成をそのまま、接続された系統の状態に容易に対応することができ、ひいては、容易に安定性を確保した信頼性の高い電力変換システムを提供することができる。
【0042】
［２］第２実施形態
図６は、第２実施形態の電力変換システムの概要構成ブロック図である。
第２実施形態の電力変換システムが第１実施形態の電力変換システムと異なる点は、ゲート指令生成部４４が変換器制御部２５の演算タイミングに同期した同期信号ＳＹＮＣをインタフェース部４１を介して、補償制御装置のＡＤ変換部３１に出力して、補償制御装置１２の動作タイミングを制御している点である。
図６は、第２実施形態の電力変換システムの概要構成ブロック図である。
第２実施形態の電力変換システムが第１実施形態の電力変換システムと異なる点は、ゲート指令生成部４４が変換器制御部２５の演算タイミングに同期した同期信号ＳＹＮＣをインタフェース部４１を介して、補償制御装置のＡＤ変換部３１に出力して、補償制御装置１２の動作タイミングを制御している点である。
【0043】
この結果、補償制御装置１２は、実際の電力変換器２１の動作タイミングに確実に同期して、補償制御を行うことができ、より正確な補償制御が行える。具体的には、同期信号ＳＹＮＣは、キャリア信号としての三角波ＴＲの山及び谷に同期した信号であり、補償制御装置１２のＡＤ変換部３１は、同期信号ＳＹＮＣにしたがって、図４の下段黒丸印（三角波ＴＲの山と谷）でサンプリング処理を行うことで、スイッチングリプルを除いた平均的な交流電流を検出できる。その結果、スイッチングリプルを制御演算によって増幅して変換器の運転が不安化することを防止できる。
【0044】
すなわち、本第２実施形態によっても、電力変換システム１０が接続されている系統に対し、接続されている系統に対応した補償演算機能部３２を有する補償制御装置１２を装着（介装）するだけで、電力変換装置１１の構成をそのまま、電力変換装置１１の電力変換動作に同期して、接続された系統の状態に容易に対応することができ、ひいては、容易に安定性を確保した信頼性の高い電力変換システムを提供することができる。
【0045】
［３］第３実施形態
図７は、第３実施形態の電力変換システムの概要構成ブロック図である。
第３実施形態の電力変換装置が第１実施形態の電力変換装置と異なる点は、電流検出センサ２２から出力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から出力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）のアナログ／ディジタル変換を行ってフィードバックデータとしてインタフェース部に出力するＡＤ変換部を備えた点と、補償制御装置１２が、インタフェース部から入力された交流電流検出データ及び交流電圧検出データに対して補償演算を行って補償フィードバックデータとしてインタフェース部を介して電圧・電流制御部に出力する点である。
図７は、第３実施形態の電力変換システムの概要構成ブロック図である。
第３実施形態の電力変換装置が第１実施形態の電力変換装置と異なる点は、電流検出センサ２２から出力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から出力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）のアナログ／ディジタル変換を行ってフィードバックデータとしてインタフェース部に出力するＡＤ変換部を備えた点と、補償制御装置１２が、インタフェース部から入力された交流電流検出データ及び交流電圧検出データに対して補償演算を行って補償フィードバックデータとしてインタフェース部を介して電圧・電流制御部に出力する点である。
【0046】
本第３実施形態によれば、補償制御装置において、ＡＤ変換部及びＤＡ変換部を設ける必要が無いため、処理の高速化が図れ、補償制御装置の構成を簡略化でき、装置コストの低減が図れる。
【0047】
この場合において、変換器制御部２５は、補償制御装置１２が電力変換装置１１に接続されていない場合には、補償演算機能部３２の演算処理を施していない交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）およびまたは交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）を電圧・電流制御部４３における制御演算に用いるようにすればよい。例えば、インタフェース部は、機械的または電気的に補償制御装置１２の接続有無を判定する接点部を有し、接続有無の判定結果によって、電気的もしくはソフトウェアにてどちらの信号を制御演算に用いるかを自動選択するように構成されていてもよい。
【0048】
以上の説明のように、本第３実施形態によれば、電力変換システム１０が接続されている系統に対し、上記各実施形態よりも、より簡易な構成を有する補償演算機能部３２を有する補償制御装置１２を装着（介装）するだけで、電力変換装置１１の構成をそのまま、電力変換装置１１の電力変換動作に同期して、接続された系統の状態に容易に対応することができ、ひいては、容易に安定性を確保した信頼性の高い電力変換システムを提供することができる。
【0049】
【0050】
第４実施形態の電力変換システムが第１実施形態の電力変換システムと異なる点は、電流検出センサ２２から出力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から出力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）を補償制御装置に出力する出力端子を備えた点と、補償制御装置１２Ｘが、振動周波数の感度低減処理及び仮想インピーダンス制御処理を並行して行い、変換器制御部のインタフェース部に出力する構成とした点である。
【0051】
補償制御装置１２は、ＡＤ変換部３１と、補償演算機能部３２Ｘと、ＤＡ変換部３３と、を備えている。
ＡＤ変換部３１は、電流検出センサ２２から入力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から入力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）のアナログ－ディジタル変換を行って補償演算機能部３２Ｘに出力する。
ＡＤ変換部３１は、電流検出センサ２２から入力される交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から入力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）のアナログ－ディジタル変換を行って補償演算機能部３２Ｘに出力する。
【0052】
補償演算機能部３２Ｘは、交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）に対して補償演算を行って補償演算結果をＤＡ変換部３３に出力する。
【0053】
ＤＡ変換部３３は、入力された補償演算機能部３２の補償演算結果のディジタル－アナログ変換を行って補償交流電流検出信号ＣＩｓｒ、ＣＩｓｓ、ＣＩｓｔ及び補償交流電圧検出信号ＣＶｓｒ、ＣＶｓｓ、ＣＶｓｔとして変換器制御部２５に出力する。
【0054】
ここで、第４実施形態の補償制御装置の補償演算機能部３２Ｘの構成について説明する。
図９は、補償演算機能部の概要構成ブロック図である。
補償演算機能部３２Ｘは、共振状態検知部３２Ａと、感度低減部３２Ｂと、共振抑制制御部３２Ｃと、を備えている。
図９は、補償演算機能部の概要構成ブロック図である。
補償演算機能部３２Ｘは、共振状態検知部３２Ａと、感度低減部３２Ｂと、共振抑制制御部３２Ｃと、を備えている。
【0055】
共振状態検知部３２Ａは、例えば、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔの検出値にフーリエ変換演算またはカウンタを用いて振動周期（周波数の逆数）を検出し、所定の周波数範囲の中で高調波振幅が所定の閾値以上となる状態、すなわち、共振状態となる振動周波数ｆｒｅｓ、もしくは、振動周波数ｆｒｅｓを含む振動周波数帯域を抽出する。
【0056】
この場合において、所定の周波数範囲は、例えば、感度低減部３２Ｂによって振動周波数成分の抑制対象とする範囲に予め設定されている。また、所定の周波数範囲は、例えば、何らかの規格等で規定される高調波規制対象範囲や事前解析にて共振発生リスクが高いことが判明している範囲として設定される。
【0057】
ここで、共振状態検知部３２Ａは、共振状態を検知した場合、感度低減部３２Ｂに対して電圧・電流制御部４３に対する感度を低減させる感度低減を有効化する。
なお、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの高調波成分を検知する。なお、本願でいう「ＡまたはＢ」とは、ＡとＢのうちいずれか一方の場合に限定されず、Ａ及びＢの場合を含むものとする。
なお、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの高調波成分を検知する。なお、本願でいう「ＡまたはＢ」とは、ＡとＢのうちいずれか一方の場合に限定されず、Ａ及びＢの場合を含むものとする。
【0058】
共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔを検出し、所定の周波数範囲の中で高調波振幅が所定の閾値を超える振動周波数または振動周波数帯域を検知する。図９の例においては、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔに基づいて、高調波振幅が所定の閾値以上となる振動周波数または振動周波数帯域を検知するものとする。例えば、共振状態検知部３２Ａは、フーリエ変換演算により、高調波振幅の大きな周波数成分を振動周波数として特定する。あるいは、共振状態検知部３２Ａは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔまたは交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの振動周期を観測し、例えば振動周期の逆数を演算することで、振動周波数を特定するようにしてもよい。
【0059】
感度低減部３２Ｂは、少なくとも振動周波数を含む周波数帯域の制御の感度を低減させる。
感度低減部３２Ｂは、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの感度を低減させた交流電流と、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔの感度低減させた交流電圧と、を電圧・電流制御部４３に対して出力する。感度低減部３２Ｂは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔと、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔとに対して、例えばディジタルフィルタ処理を行い、振動周波数ｆｒｅｓ帯域における成分を減衰させる。
感度低減部３２Ｂは、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔの感度を低減させた交流電流と、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔの感度低減させた交流電圧と、を電圧・電流制御部４３に対して出力する。感度低減部３２Ｂは、交流電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔと、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔとに対して、例えばディジタルフィルタ処理を行い、振動周波数ｆｒｅｓ帯域における成分を減衰させる。
【0060】
ここで、ディジタルフィルタとしては、振動周波数より低いカットオフ周波数を有する低域通過フィルタや、振動周波数を含む帯域を減衰させるノッチフィルタ、もしくはこれらの組み合わせであってもよい。低域通過フィルタとノッチフィルタを組み合わせた場合は、組み合わせない場合より振動周波数ｆｒｅｓ帯域における減衰率を高くすることができる。
【0061】
ディジタルフィルタの特性の一部または全部は、共振状態検知部３２Ａによって抽出された振動周波数ｆｒｅｓ帯域を効果的に減衰させるように動的に調整される。なお、低域通過フィルタのカットオフ周波数については、少なくとも基本波周波数より高周波の値に固定されていてもよい。なお、感度低減部１２０は、電圧・電流制御部４３Ｘに対する感度低減特性を振動周波数ｆｒｅｓに応じて動的に変化させてもよい。電圧・電流制御部４３に対する振動周波数ｆｒｅｓ帯域の感度を低減することで、振動周波数ｆｒｅｓの電圧・電流成分の増幅を防止できる。つまり、感度低減部は変換器制御の安定性を少なくとも発散に至らない安定限界まで改善する効果がある。
【0062】
共振抑制制御部３２Ｃは、電力変換器２１に対する動作指令である電圧指令値Ｖｒ１＊、Ｖｓ１＊、Ｖｔ１＊を補正する補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を生成する。なお、実施形態において、補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊は、第２補償フィードバック信号として機能する。第２補償フィードバック信号は、補償フィードバック信号の一例である。
共振抑制制御部３２Ｃは、交流電流の少なくとも振動周波数を含む周波数帯域の検出値に基づき補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を生成する。
共振抑制制御部３２Ｃは、交流電流の少なくとも振動周波数を含む周波数帯域の検出値に基づき補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を生成する。
【0063】
より詳細には、共振抑制制御部３２Ｃは、例えば、交流電流の検出値から基本波周波数成分を除去し、振動周波数ｆｒｅｓを含む高調波成分のみになるように処理した信号に仮想的なインピーダンスの特性を乗じることにより補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を生成する。
【0064】
この場合において、基本波周波数成分を除去する手法は、例えば、基本波周波数を含む帯域を減衰させるノッチフィルタによる処理や、実質的に高調波成分を抽出する高域通過フィルタの機能を含むディジタル処理等により行われる。なお、共振抑制制御部３２Ｃは、補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を、例えば３相２相変換された固定座標軸上の交流電流に基づき演算してもよい。
【0065】
ここで、第４実施形態の共振抑制制御部３２Ｃを設けることによる効果について説明する。
以下の説明では、系統連系点ＧＩＰから電力変換器２１側をみたインピーダンスを変換器インピーダンスＺｖｓｃと呼ぶ。変換器インピーダンスＺｖｓｃは、連系インダクタＬｖｓｃに電力変換器の制御による特性が加算されたインピーダンスである。
以下の説明では、系統連系点ＧＩＰから電力変換器２１側をみたインピーダンスを変換器インピーダンスＺｖｓｃと呼ぶ。変換器インピーダンスＺｖｓｃは、連系インダクタＬｖｓｃに電力変換器の制御による特性が加算されたインピーダンスである。
【0066】
まず、電力変換装置１１のインピーダンスのベクトル、位相余裕等について説明する。
図１０は、実施形態の電力変換装置のインピーダンス特性の一例を示す図である。
図１０は、実施形態の電力変換装置のインピーダンス特性の一例を示す図である。
【0067】
また、図１１は、第４実施形態に係る電力変換装置のインピーダンスのベクトル図の一例を示す図である。
【0068】
ここでは、一例として、感度低減部３２Ｂの作用によって、振動周波数ｆｒｅｓに対する電流制御の感度が十分に低減し、変換器インピーダンスがほぼ連系インダクタンスに相当し、変換器インピーダンスＺｖｓｃ’≒ωｒｅｓ・Ｌｖｓｃとみなせる場合について説明する。
【0069】
ここで、ωｒｅｓは振動周波数ｆｒｅｓに対応した角周波数（＝２π・ｆｒｅｓ）である。振動周波数ｆｒｅｓにおいては、系統インピーダンスＺｇｒｉｄと変換器インピーダンスＺｖｓｃ’の振幅が等しく、位相差が１８０度となる。すなわち、位相余裕はφｍ＝０であり、安定限界となる。
【0070】
ここで、変換器インピーダンスＺｖｓｃ’に振幅Ｇ・ωｒｅｓ・Ｌｖｓｃ、位相φｒの補正成分Ｚｒを加えると、図１１より、補正後の変換器インピーダンスＺｖｓｃ”の場合の振動周波数ｆｒｅｓにおける位相余裕Φｍは次式（１）で表せる。
【0071】
【数1】
【0072】
なお、式（１）において、Ｇは係数である。式（１）の右辺は、係数Ｇと位相φｒが定数であれば、振動周波数ｆｒｅｓに無関係な値である。これは、補正成分Ｚｒの振幅に振動周波数に対応した角周波数ωｒｅｓが乗じられていることで、補正成分Ｚｒの振幅が、振動周波数ｆｒｅｓの増加に伴い比例して増加するように設定されているためである。これは、振動周波数ｆｒｅｓが変化した場合も等しく安定性を改善する効果が得られることを意味する。
【0073】
また、補正成分の振幅がＧ・ω０・Ｌｖｓｃ（なおω０は定数）であった場合、振動周波数ｆｒｅｓにおける位相余裕Φｍは次式（２）で表せる。
【0074】
【数2】
【0075】
式（２）の右辺は、ωｒｅｓが大きくなるほど小さくなるため、振動周波数ｆｒｅｓが高くなるほど位相余裕は減少する。これは、振動周波数ｆｒｅｓ高くなるほど安定性を改善する効果が小さくなっていくことを意味する。
【0076】
変換器インピーダンスに補正成分Ｚｒを加算するには、交流電流の少なくとも振動周波数ｆｒｅｓ成分を含む検出値に補正成分Ｚｒの振幅に相当する特性を乗じて補正電圧とすればよい。ただし、式（１）の右辺が－９０度＜φｒ＜＋９０度の場合に正の値をとるため、位相余裕をφｍ＞０とするには、振動周波数ｆｒｅｓにおける位相φｒが±９０度以内となるように注意する必要がある。この位相φｒには、交流電流検出から補正電圧が最終的に出力されるまでの一連の位相特性が含まれる。
【0077】
ここで、補正成分Ｚｒは、変換器制御上で実現される仮想的なインピーダンス成分と考えることができ、実部は仮想的な抵抗成分となる。位相φｒが±９０度を超過すると実部は負値となり、補正成分Ｚｒは振動を増幅する負性抵抗として機能する。このため、位相φｒが±９０度を超過した場合は、共振抑制制御によってかえって不安定化を引き起こす場合がある。このため、本実施形態では、共振の影響を低減するために、位相が±９０［度］以内となり位相余裕を確保できるように制御する。
【0078】
この結果、電圧・電流制御部４３Ｘは、第１の処理（図８中、処理１と表記）としての感度低減処理を施した感度低減部３２Ｂの出力信号（電圧・電流制御部４３の処理に直列入力）に基づいて演算された電力変換器２１の交流側の電圧の指令値に、第２の処理（図８中、処理２と表記）としの共振抑制制御処理を施した共振抑制制御部３２Ｃの出力信号である補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を加算（電圧・電流制御部４３の処理に並列加算）することで電力変換器２１の交流側の電圧の指令値を補正する。
【0079】
この場合において、共振状態検知部３２Ａは、交流の電圧または電流における所定の周波数範囲の中で高調波振幅が最大となる振動周波数または振動周波数帯域を検知する振動周波数検知部として機能し、共振抑制制御部３２Ｃは、仮想的なインピーダンスの大きさを振動周波数の増加に伴い増加するように調整する。
【0080】
そして、変換器制御部２５は、補償制御装置１２Ｘが電力変換装置１１に接続されていない場合には、補償演算機能部３２Ｘの演算処理を施していない交流電流検出信号（＝Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ）及び電圧検出センサ２４から出力される交流電圧検出信号（＝Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ）を、電圧・電流制御部４３Ｘにおける制御演算に用い、第２の処理に基づく信号である共振抑制制御部３２Ｃの出力信号である補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を実質的に零として扱う。
【0081】
以上の説明のように、本第４実施形態によれば、共振抑制制御部３２Ｃを有する補償演算機能部３２Ｘを電力変換システム１０に装着（介装）するだけで、電圧・電流制御部４３Ｘは、交流電流の検出値から基本波周波数成分を除去し、振動周波数ｆｒｅｓを含む高調波成分のみになるように処理した信号に仮想的なインピーダンスの特性を乗じることにより生成された補正電圧ＶＲｒ＊、ＶＲｓ＊、ＶＲｔ＊を電圧及び電流制御に用いることができ、電力変換装置１１の基本的な構成に大きな変更を加えることなく、より精度高く、容易に安定性を確保した信頼性の高い電力変換システムを構築することができる。
【0082】
［５］実施形態の変形例
本実施形態の補償制御装置及び変換器制御部は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤ（Solid State Disk）等の半導体記憶装置、などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置の一部または全部を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
本実施形態の補償制御装置及び変換器制御部は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤ（Solid State Disk）等の半導体記憶装置、などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置の一部または全部を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
【0083】
本実施形態の補償制御装置及び変換器制御部で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
【0084】
また、本実施形態の補償制御装置及び変換器制御部で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の補償制御装置及び変換器制御部で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
【0085】
また、本実施形態の補償制御装置及び変換器制御部のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【0086】
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
【符号の説明】
【0087】
１０ 電力変換システム
１１ 電力変換装置
１２、１２Ｘ 補償制御装置
２１ 電力変換器
２２ 電流検出センサ
２３ 連系インダクタ
２４ 電圧検出センサ
２５ 変換器制御部
３１ ＡＤ変換部
３２、３２Ｘ 補償演算機能部
３２Ａ 共振状態検知部
３２Ｂ 感度低減部
３２Ｃ 共振抑制制御部
３３ ＤＡ変換部
４１ インタフェース部
４２ ＡＤ変換部
４３、４３Ｘ 電圧・電流制御部
４４ ゲート指令生成部
１２０ 感度低減部
ＡＣＧ 交流商用系統
ＡＣＩＭ 系統インピーダンス
ＣＩｓｒ 補償交流電流検出信号
ＣＶｓｒ 補償交流電圧検出信号
Ｃｇｒｉｄ 等価キャパシタンス
Ｇ 係数
ＧＩＰ 系統連系点
Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ 交流電流
Ｌｇｒｉｄ 等価インダクタンス
Ｌｖｓｃ 連系インダクタ
ＰＳＡＣ 交流電源
ＳＹＮＣ 同期信号
ＴＲ 三角波
ＶＲｒ＊ 補正電圧
Ｖｒ＊、Ｖｓ＊、Ｖｔ＊ 電圧指令値
Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ 交流電圧
Ｚｇｒｉｄ 系統インピーダンス
Ｚｒ 補正成分
Ｚｖｓｃ 変換器インピーダンス
Ｚｖｓｃ’ 変換器インピーダンス
Ｚｖｓｃ” 変換器インピーダンス
ｆｒｅｓ 振動周波数
ｇａｔｅ、ｇａｔｅ＿ｒｐ ゲート制御信号
Φｍ 位相余裕
φｒ 位相
ωｒｅｓ 角周波数
１１ 電力変換装置
１２、１２Ｘ 補償制御装置
２１ 電力変換器
２２ 電流検出センサ
２３ 連系インダクタ
２４ 電圧検出センサ
２５ 変換器制御部
３１ ＡＤ変換部
３２、３２Ｘ 補償演算機能部
３２Ａ 共振状態検知部
３２Ｂ 感度低減部
３２Ｃ 共振抑制制御部
３３ ＤＡ変換部
４１ インタフェース部
４２ ＡＤ変換部
４３、４３Ｘ 電圧・電流制御部
４４ ゲート指令生成部
１２０ 感度低減部
ＡＣＧ 交流商用系統
ＡＣＩＭ 系統インピーダンス
ＣＩｓｒ 補償交流電流検出信号
ＣＶｓｒ 補償交流電圧検出信号
Ｃｇｒｉｄ 等価キャパシタンス
Ｇ 係数
ＧＩＰ 系統連系点
Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ 交流電流
Ｌｇｒｉｄ 等価インダクタンス
Ｌｖｓｃ 連系インダクタ
ＰＳＡＣ 交流電源
ＳＹＮＣ 同期信号
ＴＲ 三角波
ＶＲｒ＊ 補正電圧
Ｖｒ＊、Ｖｓ＊、Ｖｔ＊ 電圧指令値
Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔ 交流電圧
Ｚｇｒｉｄ 系統インピーダンス
Ｚｒ 補正成分
Ｚｖｓｃ 変換器インピーダンス
Ｚｖｓｃ’ 変換器インピーダンス
Ｚｖｓｃ” 変換器インピーダンス
ｆｒｅｓ 振動周波数
ｇａｔｅ、ｇａｔｅ＿ｒｐ ゲート制御信号
Φｍ 位相余裕
φｒ 位相
ωｒｅｓ 角周波数
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】