特開 2024-37273 静止形電力変換器及び制御方法

(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】P2024037273

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】静止形電力変換器及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240312BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022141995

(22)【出願日】2022-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100135301

【弁理士】

【氏名又は名称】梶井 良訓

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100207192

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 健一

(72)【発明者】

【氏名】本間 宏輝

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA05

5H770DA03

5H770DA41

5H770EA01

5H770HA02Y

5H770HA02Z

5H770HA03Y

(57)【要約】

【課題】出力に含まれる低次高調波歪成分を効率よく低減させる。
【解決手段】静止形電力変換器の電力変換装置は、補正された電流指令値を用いて前記電力変換装置を制御する。第１指令値生成部は、前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する。第１指令値生成部は、前記電力変換装置の出力電圧の基準値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧が前記基準値になるように調整した出力電流指令値を生成する。電圧偏差算出部は、前記電力変換装置の出力電圧とその基準値との偏差を求める。高調波成分検出部は、前記偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出する。高第２指令値生成部は、当該検出された高調波成分の大きさが零になるような前記出力電流指令値の補正値を生成する。電流指令値補正部は、前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換によって生成した交流電力を負荷側に供給可能な電力変換装置と、
補正された電流指令値を用いて前記電力変換装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記電力変換装置の出力電圧の基準値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧が前記基準値になるように調整した出力電流指令値を生成する第１指令値生成部と、
前記電力変換装置の出力電圧とその基準値との偏差を求める電圧偏差算出部と、
前記偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出する高調波成分検出部と、
当該検出された高調波成分の大きさが零になるような前記出力電流指令値の補正値を生成する第２指令値生成部と、
前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する電流指令値補正部と、
を備える静止形電力変換器。

【請求項2】

前記第１指令値生成部は、２次元静止座標系の成分を用いて出力電流指令値を生成し、
前記電圧偏差算出部は、３次元静止座標系の成分を用いて前記電力変換装置の出力電圧とその基準値との偏差を求め、
前記高調波成分検出部は、前記３次元静止座標系の成分を用いて前記偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出し、
前記第２指令値生成部は、前記２次元静止座標系の成分を用いて、前記出力電流指令値を補正する、
請求項１に記載の静止形電力変換器。

【請求項3】

第１の前記２次元静止座標系の成分から前記３次元静止座標系の成分を生成する変換処理に、第１基準位相が適用され、
前記３次元静止座標系の成分から第２の２次元静止座標系の成分を生成する変換処理に、第２基準位相が適用されている、
請求項２に記載の静止形電力変換器。

【請求項4】

前記第１基準位相の位相信号と前記第２基準位相の位相信号との間に、３相交流のΔ結線に関連付けて決定された所定の位相差が設けられている、
請求項３に記載の静止形電力変換器。

【請求項5】

電力変換によって生成した交流電力を負荷側に供給可能な電力変換装置を、補正された電流指令値を用いて制御する静止形電力変換器の制御方法であって、
前記電力変換装置の出力電圧の基準値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧が前記基準値になるように調整した出力電流指令値を生成し、
前記電力変換装置の出力電圧とその基準値との偏差を求め、
前記偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出し、
当該検出された高調波成分の大きさが零になるような前記出力電流指令値の補正値を生成し、
前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正するステップ
を含む静止形電力変換器の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、静止形電力変換器及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

系統に給電する静止形電力変換器において、静止形電力変換器と系統との間にＬＣ型フィルタ回路を設けて、正弦波交流を負荷へ供給するように構成することがある。例えば、このＬＣ型フィルタ回路は、ＰＷＭ制御周期に対応するＰＷＭ周波数帯の歪成分を平滑するように形成されることがある。
ところで、静止形電力変換器のＰＷＭ制御に三角波比較方式を適用すると、その出力電圧に、ＰＷＭ周波数帯よりも周波数が低い周波数成分の歪（低次高調波歪）が発生することがあった。この低次高調波歪は、回路定数や負荷の状態により発生量が異なるため、補償量を固定値にした補償では、その低次高調波歪成分を効率よく低減できないことがあった。静止形電力変換器の出力に含まれる低次高調波歪成分を効率よく低減させることが望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－３２８６０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、出力に含まれる低次高調波歪成分を効率よく低減させることが可能な静止形電力変換器及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】

【0005】

実施形態の一態様の静止形電力変換器は、電力変換装置と、制御部とを備える。前記電力変換装置は、電力変換によって生成した交流電力を負荷側に供給可能である。前記制御部は、補正された電流指令値を用いて前記電力変換装置を制御する。前記制御部は、第１指令値生成部と、電圧偏差算出部と、高調波成分検出部と、第２指令値生成部とを備える。前記第１指令値生成部は、前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する。前記第１指令値生成部は、前記電力変換装置の出力電圧の基準値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧が前記基準値になるように調整した出力電流指令値を生成する。前記電圧偏差算出部は、前記電力変換装置の出力電圧とその基準値との偏差を求める。前記高調波成分検出部は、前記偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出する。前記高第２指令値生成部は、当該検出された高調波成分の大きさが零になるような前記出力電流指令値の補正値を生成する。前記電流指令値補正部は、前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の静止形電力変換器の構成図。

【図2】実施形態の制御部の概略構成図。

【図3】実施形態の補正された電流指令値を生成する演算ブロックのブロック図。

【図4】実施形態の電圧波形と、各次数の高調波の歪成分との関係を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の静止形電力変換器及び制御方法について説明する。なお、以下の説明では、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。実施形態における微小な固定値には、０が含まれてもよい。なお、本明細書で言う「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。さらに、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。

【0008】

図１は、実施形態の静止形電力変換器１の構成図である。

【0009】

静止形電力変換器１は、電力変換装置１００と、制御部２００とを備える。

【0010】

電力変換装置１００は、交流電力を生成する電力変換器の一例である。
例えば、電力変換装置１００は、直流電力と交流電力とを相互に変換可能に構成されている。電力変換装置１００の直流側は直流リンクＤＣＬに接続されていて、直流リンクＤＣＬを介して直流電力の供給を受ける。
電力変換装置１００の交流側には、例えばＲＳＴ相の３相交流電力を授受する交流電力系統７０に接続され、交流電力系統７０を介して負荷が接続されている。電力変換装置１００の交流出力に当たる接続端子ＴＢは、主幹遮断器８０を介して交流電力系統７０に接続されている。交流電力系統７０は、交流電力を中継する電力系統である。交流電力系統７０は、系統の一例である。

【0011】

交流電力系統７０には、ＣＢ９１、９２、９３、・・・などの配電用遮断器（纏めて遮断器９と呼ぶことがある。）の１次側が接続されている。ＣＢ９１、９２、９３、・・・などの各配電用遮断器の２次側には、それぞれ交流負荷（不図示）が接続されている。交流負荷の種類・容量は、一般的な範囲内で決定されている。平時には、各配電用遮断器が導通状態にあって、各配電用遮断器を介して各交流負荷に電力変換装置１００からの交流電力が供給される。

【0012】

例えば、電力変換装置１００は、電力変換装置本体１０１と、平滑コンデンサ１０２と、変成器（ＣＴ）１０３と、ＡＣリアクトル１０４と、コンデンサ１０５と、変成器（ＣＴ）１０６と、計器用変圧器１０７とを備える。

【0013】

電力変換装置本体１０１は、回生機能付きの電力変換器として構成されている。
例えば、電力変換装置本体１０１は、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の相ごとに複数の半導体スイッチング素子を備えていて、フルブリッジ型に形成されている。図に示す電力変換装置本体１０１の各相の半導体スイッチング素子は、例えば電力用ＭＯＳＦＥＴである。半導体スイッチング素子の種類には、制限はなくＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。

【0014】

例えば、電力変換装置本体１０１の直流側は、直流リンクＤＣＬに接続されていて、直流リンクＤＣＬを介して直流電力が供給される。直流リンクＤＣＬには、直流リンクＤＣＬの直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ１０２が設けられている。

【0015】

電力変換装置本体１０１は、交流電力を生成して、その交流側に設けられている接続端子ＴＢと交流電力系統７０とを介して、その交流電力を負荷に供給する。

【0016】

電力変換装置本体１０１は、例えば生成した３相交流電力を、その交流側に供給する。電力変換装置本体１０１の交流側は、交流電力系統１１１に接続され、その交流電力系統１１１を介してＡＣリアクトル１０４の１次側に接続されている。交流電力系統１１１は、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の３相で構成されている。

【0017】

ＡＣリアクトル１０４の２次側は、交流電力系統１１２を介して接続端子ＴＢに接続されている。交流電力系統１１２は、Ｒ相Ｓ相Ｔ相の３相で構成されている。接続端子ＴＢは、Ｒ相Ｓ相Ｔ相の夫々の端子を有する。

【0018】

変成器（ＣＴ）１０３は、交流電力系統１１１に設けられ、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の各相に夫々流れる交流電流を検出して、検出結果のＩ＿Ｕ、Ｉ＿Ｖ、Ｉ＿Ｗを出力する。変成器（ＣＴ）１０６は、交流電力系統１１２に設けられ、Ｒ相Ｓ相Ｔ相の各相に夫々流れる電流を検出して、検出結果のＩ＿Ｒ、Ｉ＿Ｓ、Ｉ＿Ｔを出力する。

【0019】

コンデンサ１０５は、交流電力系統１１２のＲ相Ｓ相Ｔ相の相間に夫々設けられ、Δ型に接続されている。ＡＣリアクトル１０４とコンデンサ１０５との組み合わせによりＬＣフィルタが形成される。このＬＣフィルタの周波数特性は、後述するように、ＰＷＭ制御の制御周期に依存する周波数帯の成分を低減するように形成されている。

【0020】

計器用変圧器１０７は、交流電力系統１１２に接続され、交流電力系統１１２の線間電圧のＶ＿ＲＳ、Ｖ＿ＳＴ、Ｖ＿ＴＲを検出する。

【0021】

電力変換装置１００は、後述する制御部２００によって制御される。

【0022】

図２を参照して、実施形態の制御部２００について説明する。
図２は、実施形態の制御部２００の概略構成図である。

【0023】

制御部２００は、平時の制御に利用する第１制御モードと、過電流が検出された後の制御に利用する第２制御モードとを含む複数の制御モードを有する。制御部２００は、検出された状態に基づいて適した制御モードを選択して、電力変換装置１００を制御する。実施形態における「平時」とは、負荷短絡障害などが生じていない状況のことである。例えば「平時」であれば、電力変換装置１００が流す電流値が所定の範囲内にある。これに対して、この所定の範囲を超える大きさの電流が流れている状況は、本実施形態の「異常時」に含まれる。

【0024】

制御部２００は、第１制御モードを選択した場合に、電圧帰還値と第１交流電圧指令に基づいた交流電圧制御と、交流電圧制御の結果と電流帰還値を用いた電流制御とを実施して第１交流電圧基準を生成する。例えば、後述する「Ｒ軸Ｓ軸Ｔ軸を有する静止座標系の線間電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲ」は、上記の電圧帰還値の一例である。後述する「回転座標系の電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦとＥＱ＿ＲＥＦ」は、上記の第１交流電圧指令の一例である。
制御部２００は、第２制御モードを選択した場合に、上記の電圧帰還値と電流帰還値とを用いずに、第２交流電圧指令に基づいた第２交流電圧基準を生成する。後述する「回転座標系の電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦ＿ＣＬとＥＱ＿ＲＥＦ＿ＣＬ」は、上記の第２交流電圧指令の一例である。

【0025】

制御部２００は、例えば、主制御部２１０と、短絡電流検出部２２０と、交流電圧基準生成部２３０と、切替部２４０と、ＰＷＭ制御部２５０とを備える。

【0026】

なお、制御部２００は、例えば、プロセッサを含み、そのプロセッサ（コンピュータ）がプログラムを実行することにより実現される機能部であってもよく、その一部又は全部がハードウェアであってもよい。上記の制御部２００が備える各部の詳細について順に説明する。

【0027】

主制御部２１０は、主に第１制御モード時に利用され、電圧帰還値と電流帰還値とを用いたフィードバック制御を可能にする。

【0028】

例えば、主制御部２１０は、演算ブロック２１１から２１６と、演算ブロック２１０ＣＭＰとを備える。

【0029】

演算ブロック２１１は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０と、Ｒ軸Ｓ軸Ｔ軸を有する静止座標系の線間電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲとを取得する。静止座標系の座標軸（Ｒ軸Ｓ軸Ｔ軸）は、夫々１２０度の位相差が設けられている。静止座標系の座標軸を基準に基準位相ＴＨＥＴＡを規定すると、基準位相ＴＨＥＴＡと基準位相ＴＨＥＴＡ３０との間に３０度の位相差がある。演算ブロック２１１は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０を用いて、静止座標系の電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲを、直交するｄ軸ｑ軸を有する回転座標系の電圧帰還値ＶＤ，ＶＱに変換して出力する。この変換は、３軸静止座標系から２軸回転座標系に変換する所謂ｄｑ変換である。

【0030】

演算ブロック２１２は、電圧制御のための演算処理を実施する。例えば、演算ブロック２１２は、回転座標系の電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦとＥＱ＿ＲＥＦと、回転座標系のｄ軸電圧帰還値ＶＤと、ｑ軸電圧帰還値ＶＱとを取得する。演算ブロック２１２は、電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦと電圧帰還値ＶＤとの差が０になるようなｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦと、電圧基準ＥＱ＿ＲＥＦと電圧帰還値ＶＱとの差が０になるようなｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦを生成して出力する。

【0031】

演算ブロック２１３は、基準位相ＴＨＥＴＡと、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦと、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦとを取得する。演算ブロック２１３は、基準位相ＴＨＥＴＡを用いて、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦと、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦを、静止座標系の電流基準ＩＵ＿ＲＥＦ，ＩＶ＿ＲＥＦ，ＩＷ＿ＲＥＦに変換して出力する。この変換は、前述のｄｑ変換の逆変換である。
なお、上記の演算ブロック２１１から２１３の説明は、主たる信号を示したものであり、本実施形態では、演算ブロック２１０ＣＭＰを利用して、波形歪を低減するように構成している。演算ブロック２１０ＣＭＰの詳細について、後述する。

【0032】

演算ブロック２１４は、電流制御のための演算処理を実施する。例えば、演算ブロック２１４は、静止座標系の電流基準ＩＵ＿ＲＥＦ，ＩＶ＿ＲＥＦ，ＩＷ＿ＲＥＦと、静止座標系の電流帰還値Ｉ＿Ｕ，Ｉ＿Ｖ，Ｉ＿Ｗとを取得する。演算ブロック２１２は、電流基準ＩＵ＿ＲＥＦと電流帰還値Ｉ＿Ｕとの差が０になるようなＵ相電圧指令ＶＵ＿ＲＥＦと、電流基準ＩＶ＿ＲＥＦと電流帰還値Ｉ＿Ｖとの差が０になるようなＶ相電圧指令ＶＶ＿ＲＥＦと、電流基準ＩＷ＿ＲＥＦと電流帰還値Ｉ＿Ｗとの差が０になるようなＷ相電圧指令ＶＷ＿ＲＥＦとを生成して出力する。

【0033】

演算ブロック２１５は、線間電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲと、Ｕ相電圧指令ＶＵ＿ＲＥＦと、Ｖ相電圧指令ＶＶ＿ＲＥＦと、Ｗ相電圧指令ＶＷ＿ＲＥＦとを取得する。まず演算ブロック２１５は、線間電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲを、相電圧帰還値Ｖ＿Ｒ，Ｖ＿Ｓ，Ｖ＿Ｔに変換する。演算ブロック２１５は、相電圧帰還値Ｖ＿Ｒ，Ｖ＿Ｓ，Ｖ＿Ｔと、Ｕ相電圧指令ＶＵ＿ＲＥＦと、Ｖ相電圧指令ＶＶ＿ＲＥＦと、Ｗ相電圧指令ＶＷ＿ＲＥＦとを、相ごとに加算して、相電圧指令Ｖ＿Ｒ１，Ｖ＿Ｓ１，Ｖ＿Ｔ１を生成する。

【0034】

演算ブロック２１６は、相電圧指令Ｖ＿Ｒ１，Ｖ＿Ｓ１，Ｖ＿Ｔ１と、定数ＫＰＷＭとを取得する。演算ブロック２１６は、相電圧指令Ｖ＿Ｒ１，Ｖ＿Ｓ１，Ｖ＿Ｔ１に、定数ＫＰＷＭを夫々乗じて、第１交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１１，Ｖ＿Ｓ１１，Ｖ＿Ｔ１１を生成する。
上記の各演算ブロックの処理により、主制御部２１０は、第１交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１１，Ｖ＿Ｓ１１，Ｖ＿Ｔ１１を生成する。

【0035】

交流電圧基準生成部２３０は、過電流検出後の所定の期間に適用する電圧指令を生成する。例えば、交流電圧基準生成部２３０は、基準位相ＴＨＥＴＡと、回転座標系の電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦ＿ＣＬとＥＱ＿ＲＥＦ＿ＣＬとを取得する。電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦ＿ＣＬとＥＱ＿ＲＥＦ＿ＣＬは、予め定められた大きさの定数であってよい。

【0036】

交流電圧基準生成部２３０は、基準位相ＴＨＥＴＡを用いて、電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦ＿ＣＬとＥＱ＿ＲＥＦ＿ＣＬを、第２交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１２，Ｖ＿Ｓ１２，Ｖ＿Ｔ１２に変換して出力する。この変換は、前述のｄｑ変換の逆変換と同様である。

【0037】

短絡電流検出部２２０は、静止座標系の電流帰還値Ｉ＿Ｒ，Ｉ＿Ｓ，Ｉ＿Ｔを取得して、これらの値（瞬時値）に基づいて、電流の大きさを識別する。例えば、短絡電流検出部２２０は、電流帰還値Ｉ＿Ｒ，Ｉ＿Ｓ，Ｉ＿Ｔの何れかが、予め定められた閾値ＩＴＨを超えた場合に、過電流が生じたと識別するとよい。短絡電流検出部２２０は、過電流が生じない状況（平時の状況）にあると識別した場合に、識別結果として０を出力し、電流が生じた状況（異常な状況）にあると識別した場合に、識別結果として１を出力する。

【0038】

切替部２４０は、主制御部２１０によって生成された第１交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１１，Ｖ＿Ｓ１１，Ｖ＿Ｔ１１と、交流電圧基準生成部２３０によって生成された第２交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１２，Ｖ＿Ｓ１２，Ｖ＿Ｔ１２とを、短絡電流検出部２２０の識別結果に基づいて切り替える。切替部２４０は、短絡電流検出部２２０の識別結果が０である場合に、第１交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１１，Ｖ＿Ｓ１１，Ｖ＿Ｔ１１を選択して、短絡電流検出部２２０の識別結果が１である場合に、第１交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１２，Ｖ＿Ｓ１２，Ｖ＿Ｔ１２を選択して、選択の結果を交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１０，Ｖ＿Ｓ１０，Ｖ＿Ｔ１０として夫々出力する。

【0039】

ＰＷＭ制御部２５０は、切替部２４０から交流電圧基準Ｖ＿Ｒ１０，Ｖ＿Ｓ１０，Ｖ＿Ｔ１０を取得して、これをＰＷＭ制御によって変調したパルス列を生成する。例えば、このＰＷＭ制御に、三角波のキャリア信号を用いた三角波比較方式を用いてよい。生成されたパルス列は、電力変換装置本体１０１を構成する半導体スイッチング素子（ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸ，ＱＹ，ＱＺ）を制御するためのゲートパルスとして電力変換装置本体１０１に供給される。

【0040】

上記のように構成された静止形電力変換器１には、正弦波交流を負荷へ供給するためのＬＣフィルタ回路を有している。このＬＣフィルタは、例えばＰＷＭ制御の制御周期に依存する周波数帯の成分を低減するように形成されている。このため、ＬＣフィルタのカットオフ周波数は、ＰＷＭ制御の制御周期に依存する周波数帯の成分を低減できればよく比較的高めに選定されることがあった。

【0041】

ところで、ＰＷＭ制御部２５０に三角波比較方式を用いると、半導体スイッチング素子（ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸ，ＱＹ，ＱＺ）の導通期間の干渉を避けるためのデッドタイムや、半導体スイッチング素子（ＱＵ，ＱＶ，ＱＷ，ＱＸ，ＱＹ，ＱＺ）を駆動させるゲートパルスの最小パルス幅などの制約の影響で、電力変換装置本体１０１の出力電圧に低次高調波の歪が発生してしまう。これらの低次高調波の歪は、回路定数や負荷の状態により発生状況は異なる。

【0042】

例えば、このような低次高調波は、上記のＬＣフィルタ回路の周波数特性における信号低減範囲外になり、つまり通過周波数帯に含まれることがある。このような低次高調波の歪が含まれる場合には、ＬＣフィルタ回路を設けただけでは低減できないことがある。
また、フィードフォワード的に高調波を生成して補償しても、補償量が固定値であると、発生状況を特定できない低次高調波の歪を低減できないことがあった。

【0043】

そこで、本実施形態では、このような低次高調波の歪を、演算ブロック２１０ＣＭＰを用いたフィードバック制御によって補償するようにした。以下、これについて説明する。

【0044】

図３を参照して、実施形態の補正された電流指令値を生成する演算ブロック２１０ＣＭＰについて説明する。図３は、実施形態の演算ブロック２１０ＣＭＰのブロック図である。

【0045】

演算ブロック２１０ＣＭＰは、演算ブロック２１１５、２１１７、２１２５、２１２７、２１３０、２１３１、２１３５、２１３７、２１７０、２１７１、２１８１から２１８４を備える。

【0046】

演算ブロック２１８１は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０の周波数を５倍にした信号を生成して出力する。演算ブロック２１８３は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０の周波数を７倍にした信号を生成して出力する。

【0047】

演算ブロック２１８２は、基準位相ＴＨＥＴＡの周波数を５倍にした信号（基準位相ＴＨＥＴＡ５）を生成して出力する。演算ブロック２１８４は、基準位相ＴＨＥＴＡの周波数を７倍にした信号（基準位相ＴＨＥＴＡ７）を生成して出力する。

【0048】

演算ブロック２１７０は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０と、静止座標系の電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦとＥＱ＿ＲＥＦとを取得する。演算ブロック２１７１は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０を用いて、静止座標系の電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦとＥＱ＿ＲＥＦを、逆ｄｑ変換によって静止座標系の電圧基準ＶＵ＿ＲＥＦ，ＶＶ＿ＲＥＦ，ＶＷ＿ＲＥＦに変換して出力する。

【0049】

演算ブロック２１７１は、静止座標系の電圧基準ＶＵ＿ＲＥＦ，ＶＶ＿ＲＥＦ，ＶＷ＿ＲＥＦと、静止座標系の線間電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲとを取得する。演算ブロック２１７１は、３個の減算器を含み、静止座標系の電圧基準ＶＵ＿ＲＥＦ，ＶＶ＿ＲＥＦ，ＶＷ＿ＲＥＦから、静止座標系の線間電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲを夫々減算して得た差を、夫々出力する。

【0050】

演算ブロック２１１５は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０と、演算ブロック２１７１が出力する上記の差とを取得する。演算ブロック２１１５は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０の周波数を５倍にした信号を用いて、静止座標系の電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲを、直交するｄ軸ｑ軸を有する回転座標系の電圧帰還値ＶＤ５，ＶＱ５にｄｑ変換して出力する。

【0051】

演算ブロック２１１５の出力には、演算ブロック２１１５Ｄ、２１１５Ｑが設けられている。演算ブロック２１１５Ｄ、２１１５Ｑは、所定の周波数帯域を減衰させる減衰特性を有するフィルタである。演算ブロック２１１５Ｄ、２１１５Ｑは、回転座標系の電圧帰還値ＶＤ５，ＶＱ５の所定の周波数帯域を減衰させた電圧帰還値Ｖｄ５，Ｖｑ５を生成する。この所定の周波数帯域を、５次の高調波と検出される成分の帯域を透過して、それ以上の周波数成分を遮断するよう決定してよい。
なお、図の中で演算ブロック２１１５Ｄ、２１１５Ｑを、演算ブロック２１１５の外に示しているが、演算ブロック２１１５の内部に配置されていてもよい。

【0052】

演算ブロック２１１７は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０と、演算ブロック２１７１が出力する上記の差とを取得する。演算ブロック２１１７は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０の周波数を７倍にした信号を用いて、静止座標系の電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲを、直交するｄ軸ｑ軸を有する回転座標系の電圧帰還値ＶＤ７，ＶＱ７にｄｑ変換して出力する。

【0053】

演算ブロック２１１７の出力には、演算ブロック２１１７Ｄ、２１１７Ｑが設けられている。演算ブロック２１１７Ｄ、２１１７Ｑは、所定の周波数帯域を減衰させる減衰特性を有するフィルタである。演算ブロック２１１７Ｄ、２１１７Ｑは、回転座標系の電圧帰還値ＶＤ７，ＶＱ７の所定の周波数帯域を減衰させた電圧帰還値Ｖｄ７，Ｖｑ７を生成する。この所定の周波数帯域を、７次の高調波と検出される成分の帯域を透過して、それ以上の周波数成分を遮断するよう決定してよい。この所定の周波数帯域を、基準位相ＴＨＥＴＡ３０の周波数の７倍を基準に決定してよい。
なお、図の中で演算ブロック２１１７Ｄ、２１１７Ｑを、演算ブロック２１１７の外に示しているが、演算ブロック２１１７の内部に配置されていてもよい。

【0054】

演算ブロック２１２５は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０の周波数を５倍の周波数成分に対して、前述の演算ブロック２１２と同様に、電圧制御のための演算処理を実施する。例えば、演算ブロック２１２５は、電圧帰還値Ｖｄ５，Ｖｑ５を取得する。演算ブロック２１２は、電圧帰還値Ｖｄ５が０になるようなｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦ５と、電圧帰還値Ｖｄ５が０になるようなｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦ５とを生成して出力する。

【0055】

演算ブロック２１２７は、基準位相ＴＨＥＴＡ３０の周波数を７倍の周波数成分に対して、前述の演算ブロック２１２と同様に、電圧制御のための演算処理を実施する。例えば、演算ブロック２１２７は、電圧帰還値Ｖｄ７，Ｖｑ７を取得する。演算ブロック２１２７は、電圧帰還値Ｖｄ７が０になるようなｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦ７と、電圧帰還値Ｖｄ７が０になるようなｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦ７とを生成して出力する。

【0056】

演算ブロック２１３０は、基準位相ＴＨＥＴＡと、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦと、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦとを取得する。演算ブロック２１３０は、基準位相ＴＨＥＴＡを用いて、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦと、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦを、静止座標系の電流基準ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊にｄｑ変換して出力する。

【0057】

演算ブロック２１３５は、基準位相ＴＨＥＴＡ５と、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦ５と、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦ５とを取得する。演算ブロック２１３５は、基準位相ＴＨＥＴＡ５を用いて、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦ５と、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦ５を、静止座標系の電流基準ＩＵ５＊，ＩＶ５＊，ＩＷ５＊にｄｑ変換によって変換して出力する。

【0058】

演算ブロック２１３７は、基準位相ＴＨＥＴＡ７と、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦ７と、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦ７とを取得する。演算ブロック２１３７は、基準位相ＴＨＥＴＡ７を用いて、ｄ軸電流基準ＩＤ＿ＲＥＦ７と、ｑ軸電流基準ＩＱ＿ＲＥＦ７を、静止座標系の電流基準ＩＵ７＊，ＩＶ７＊，ＩＷ７＊にｄｑ変換によって変換して出力する。

【0059】

演算ブロック２１３１は、静止座標系の電流基準ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊と、静止座標系の電流基準ＩＵ５＊，ＩＶ５＊，ＩＷ５＊と、静止座標系の電流基準ＩＵ７＊，ＩＶ７＊，ＩＷ７＊とを夫々取得する。演算ブロック２１３１は、６個の加算器を含む。演算ブロック２１３１は、電流基準ＩＵ＊と、電流基準ＩＵ５＊と、電流基準ＩＵ７＊とを夫々加算して、静止座標系の電流基準ＩＵ＿ＲＥＦを取得する。演算ブロック２１３１は、電流基準ＩＶ＊と、電流基準ＩＶ５＊と、電流基準ＩＶ７＊とを夫々加算して、静止座標系の電流基準ＩＶ＿ＲＥＦを取得する。演算ブロック２１３１は、電流基準ＩＷ＊と、電流基準ＩＷ５＊と、電流基準ＩＷ７＊とを夫々加算して、静止座標系の電流基準ＩＷ＿ＲＥＦを取得する。

【0060】

これにより、静止座標系の電流基準ＩＵ＿ＲＥＦ，ＩＶ＿ＲＥＦ，ＩＷ＿ＲＥＦには、電圧の検出値に基づいた５次と７次の歪成分を打ち消すための補正量が含まれている。この電流基準ＩＵ＿ＲＥＦ，ＩＶ＿ＲＥＦ，ＩＷ＿ＲＥＦを用いて、後段の電流制御を行うことで、歪成分を打ち消すことができる。

【0061】

上記を整理する。
基本波電圧のｄｑ軸指令値を逆ｄｑ変換し，正弦波指令値を算出する。
演算ブロック２１７０と演算ブロック２１７１は、電圧フィードバックである静止座標系の電圧基準ＥＤ＿ＲＥＦとＥＱ＿ＲＥＦから変換した静止座標系の電圧基準ＶＵ＿ＲＥＦ，ＶＶ＿ＲＥＦ，ＶＷ＿ＲＥＦと、生成した正弦波指令値である静止座標系の線間電圧帰還値Ｖ＿ＲＳ，Ｖ＿ＳＴ，Ｖ＿ＴＲとの差を算出する。上記の通り、この差が、各相の高調波成分になる。

【0062】

低減させたい高調波の次数に対応する回転角（ＴＨＥＴＡ３０）を用いて、上記の差を、ｄｑ変換することで、低減させたい高調波の成分を、ｄｑ軸上の直流量に変換する。このような演算手法を利用することで、高調波抽出用のフィルタを用いる演算手法に比べて制御の応答性を高めることができる。

【0063】

上記の高調波の直流量を０にするために、値を０にした指令値（＃０）を用いて、この指令値と、上記の差に基づく電圧フィードバック値との偏差（電圧偏差）を得る。この電圧偏差に対するＰＩ演算を実施するＰＩ制御を行う。

【0064】

なお、上記の通り、有意な情報は、ｄｑ軸上の直流量にあることから、所望の周波数特性を有するフィルタを用いて直流量以外の成分を除去してもよい。このフィルタの繰り返し演算は、ＰＷＭ制御の制御周期に比べて、その演算周期が低速でなくともよい。換言すれば、このフィルタの繰り返し演算を、ＰＷＭ制御の制御周期の中で複数回実施できるような速度に設定してよい。

【0065】

ＰＩ制御の結果は、高調波を打ち消して低減させる補償量を規定する電流指令値になる。このＰＩ制御の結果による電流指令値を、通常の電流制御の指令値（出力電流指令値）に加算することで、新たな電流指令値を生成する。

【0066】

新たに生成した電流指令値を用いた電流制御を実施して、電力変換装置本体１０１を稼働させることで、低次高調波を抑制可能な電流・電圧制御が可能になる。なお、電流制御以降の処理の手法に制限はなく、一般的な手法を適用することができる。

【0067】

図４を参照して、検出された電圧の電圧波形と、その電圧波形に含まれる高調波の歪成分との関係について説明する。
図４は、実施形態の電圧波形と、各次数の高調波の歪成分との関係を説明するための図である。図４に示すグラフの横軸が時間、縦軸が電圧の振幅を示す。横軸に示す期間は、基本波の１周期分である。このグラフには、基本波の波形ほか、高調波として、５次、７次、９次、１１次の奇数次の波形が夫々描かれている。振幅が適宜決定されたこれらの高調波が基本波に重畳している電圧波形があり、これを各次数の成分に分けて抽出する。

【0068】

なお、本実施形態の場合、Δ結線があり、これによって３次高調波の歪成分が抑圧されている。Δ結線がない場合には、３次高調波の歪成分も補償するとよい。

【0069】

なお、電力変換装置１００の交流出力には、フィルタ回路が設けられていて、電力変換によって生成した交流電力を負荷側に供給可能である。電力変換装置１００には、制御により負荷側に生じた負荷短絡事故を切り離すための遮断器９が配置されている。遮断器９が過電流に応答して回路を遮断することで、負荷短絡事故が生じた個所を交流電力系統７０から切り離すことができる。

【0070】

上記の実施形態によれば、静止形電力変換器１は、電力変換装置１００と、制御部２００とを備える。電力変換装置１００は、電力変換によって生成した交流電力を負荷側に供給するように構成されている。制御部２００は、補正された電流指令値を用いて前記電力変換装置を制御する。制御部２００において、演算ブロック２１２は、電力変換装置１００の出力電圧の基準値に基づいて、電力変換装置１００の出力電圧が基準値になるように調整した出力電流指令値を生成する（第１指令値生成部）。演算ブロック２１７１は、電力変換装置１００の出力電圧とその基準値との偏差を求める（電圧偏差算出部）。演算ブロック２１１５、２１１７は、その偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出する（高調波成分検出部）。演算ブロック２１２５、２１２７は、当該検出された高調波成分の大きさが零になるような、出力電流指令値の補正値を生成する（第２指令値生成部）。演算ブロック２１３１は、前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する（電流指令値補正部）。このような静止形電力変換器１によれば、その出力に含まれる低次高調波歪成分を効率よく低減させることができる。

【0071】

より具体的には、第１指令値生成部として機能する演算ブロック２１２は、２次元静止座標系の成分を用いて出力電流指令値を生成する。電圧偏差算出部として機能する演算ブロック２１７１は、３次元静止座標系の成分を用いて電力変換装置１００の出力電圧とその基準値との偏差を求める。高調波成分検出部として機能する演算ブロック２１１５、２１１７は、３次元静止座標系の成分を用いて、その偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出するとよい。第２指令値生成部として機能する演算ブロック２１３１は、２次元静止座標系の成分を用いて、出力電流指令値を補正する。

【0072】

電力変換装置１００の出力電圧の帰還値を取得するための変換処理であって、第１の２次元静止座標系の成分から３次元静止座標系の成分を生成する変換処理に、基準位相ＴＨＥＴＡ３０（第１基準位相）が適用されている。電力変換装置１００の出力電圧の指令値を取得するための変換処理であって、３次元静止座標系の成分から第２の２次元静止座標系の成分を生成する変換処理に、基準位相ＴＨＥＴＡ（第２基準位相）が適用されている。これによって、電力変換装置１００の出力電圧の帰還値の取得に係る座標変換と、指令値の取得に係る座標変換に、互いに異なる基準位相を適用できる。

【0073】

基準位相ＴＨＥＴＡ３０（第１基準位相の位相信号）と基準位相ＴＨＥＴＡ（第２基準位相の位相信号）との間に、３相交流のΔ結線に関連付けて決定された所定の位相差（３０度）が設けられている。これによって、回路中で電圧を検出する位置と回路構成とに依存する位相差の影響を低減させることができる。

【0074】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、静止形電力変換器は、電力変換装置と、制御部とを備える。前記電力変換装置は、電力変換によって生成した交流電力を負荷側に供給可能である。前記制御部は、補正された電流指令値を用いて前記電力変換装置を制御する。前記制御部は、第１指令値生成部と、電圧偏差算出部と、高調波成分検出部と、第２指令値生成部とを備える。前記第１指令値生成部は、前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する。前記第１指令値生成部は、前記電力変換装置の出力電圧の基準値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧が前記基準値になるように調整した出力電流指令値を生成する。前記電圧偏差算出部は、前記電力変換装置の出力電圧とその基準値との偏差を求める。前記高調波成分検出部は、前記偏差に含まれる高調波成分の大きさを高調波の次数に対応付けて検出する。前記高第２指令値生成部は、当該検出された高調波成分の大きさが零になるような前記出力電流指令値の補正値を生成する。前記電流指令値補正部は、前記出力電流指令値の補正値を用いて前記出力電流指令値を補正する。これにより、静止形電力変換器は、出力に含まれる低次高調波歪成分を効率よく低減させることができる。

【0075】

以上、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、その他のさまざま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及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0076】

１ 静止形電力変換器、１００ 電力変換装置、２００ 制御部、２１０ 主制御部２１０、２５０ＰＷＭ制御部、２１２ 演算ブロック（第１指令値生成部）、２１７１演算ブロック（電圧偏差算出部）、２１１５、２１１７ 演算ブロック（高調波成分検出部）、２１２５、２１２７ 演算ブロック（第２指令値生成部）、２１３１ 演算ブロック（電流指令値補正部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】