JP7495654B1

JP7495654B1 - 電力変換器制御装置、電力変換器の制御方法及び電力変換器の制御プログラム

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Publication number: JP7495654B1
Application number: JP2024009961A
Authority: JP
Inventors: 蓮馬籠; 吉則河▲崎▼
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2024-01-26
Filing date: 2024-01-26
Publication date: 2024-06-05
Anticipated expiration: 2044-01-26

Abstract

【課題】電力系統の電圧の変動に関わらず、電力変換器に指令値通りの電流を出力させる。【解決手段】電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器制御装置であって、前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出する対向電圧算出部と、前記電力変換器に出力される電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部と、前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧である電圧指令値を前記電力変換器に出力する電圧指令値出力部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換器制御装置、電力変換器の制御方法及び電力変換器の制御プログラムに関するものである。

電力系統の電力線に接続された負荷や分散型電源などの電力変動によって、電力系統の電圧や周波数が変動する。太陽電池又は蓄電池といった直流電源からの直流電力を交流電力に変換する電力変換器を電力系統の電力線に接続し、電力系統の電圧や周波数変動を抑制するように出力電圧を制御する電力変換器制御装置が用いられている。

この種の電力変換器制御装置としては、例えば非特許文献１に示すように、有効電力指令値と有効電力出力値との偏差から、電力変換器が出力する電圧の位相を算出する位相制御部と、無効電力指令値と無効電力出力値との偏差から、電力変換器が出力する電圧の振幅を算出する振幅制御部とを備えるものがある。上記の電力変換器制御装置は、位相制御部と振幅制御部の出力値に基づいて、電力変換器が出力する電圧の制御量を決定している。

「再エネ主力電源化に受けた慣性低下対策の実用化に関する取り組み」電気学会誌１４３巻４号令和５年４月１日

ところで、電力系統で電力線短絡事故などにより電力線の電圧が低下した場合、従来の電力変換器制御装置の有効電力出力値および無効電力出力値が小さくなるため、電力変換器が出力する電圧の制御量が増加し、指令値よりも大きい電流が流れる恐れがある。

更に、昨今の再生可能エネルギー主力電源化に伴い、複数の分散型電源がそれぞれ電力変換器を介して同一の母線に接続される場合が想定されている。ここで、上記の電力変換器制御装置のように、電力変換器が出力する電圧をフィードバック制御する場合、他方の電力変換器の制御量によってフィードバックする制御量が変動してしまい、例えばフリッカといった不安定現象が起きる可能性もある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、電力系統の電圧の変動に関わらず、電力変換器に指令値通りの電流を出力させることを主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る電力変換器制御装置は、電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器制御装置であって、前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出する対向電圧算出部と、出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部と、前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧指令値を前記電力変換器に出力する電圧指令値出力部とを備えることを特徴とする。

このような構成であれば、対向電圧が電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧であり、電圧指令値出力部が対向電圧及び電圧変化量が合成された電圧指令値を電力変換器に出力するので、電力系統の電圧は対向電圧によって打ち消されて、電力変換器の連系トランス及び連系リアクトルに電圧変化量のみが加わる。従って、電力系統の電圧の変動に関わらず、電力変換器に出力電流指令値通りの電流を出力させることができる。
また、電圧変化量算出部がオープン制御によって電圧変化量を算出するので、複数の分散型電源が同一の母線に接続されていても、電圧変化量は他の分散型電源の制御量によって変動しない。従って、複数の分散型電源が同一の母線に接続されている場合でも、例えばフリッカといった不安定現象を防止することができる。

前記出力電流指令値は、基本波正相有効電流、基本波正相無効電流、基本波逆相電流及び非基本波周波数電流のうちの少なくとも一つであることが好ましい。

このような構成であれば、電圧変化量算出部が基本波正相有効電流及び基本波正相無効電流を取得した場合には、電力系統の電圧の変動又は周波数の変動を抑制することができる。また、電圧変化量算出部が基本波逆相電流を取得した場合には、基本波電圧又は基本波電流の不平衡を抑制することができる。さらに、電圧変化量算出部が非基本波周波数電流を取得した場合には、高調波電圧歪を抑制することができる。

電力線に慣性力を供給する電圧制御型のインバータ（以下、ＧＦＭインバータともいう）は、他の電力変換器と比較して、電力系統の電圧の変動によって特に過電流になりやすい。
そこで、前記電力変換器制御装置が制御対象とする電力変換器は、前記電力線に慣性力を供給する電圧制御型のインバータであることが好ましい。

このような構成であれば、電力系統の電圧の変動に関わらず、電力変換器から出力される電流は出力電流指令値であるので、ＧＦＭインバータの過電流を抑制することができる。

前記電圧変化量算出部は、前記電圧変化量として正相電圧を算出する正相電圧算出部をさらに備え、前記正相電圧算出部は、前記出力電流指令値及び前記電力系統の位相を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力系統の位相に同期するように前記正相電圧を算出するものが挙げられる。

このような構成であれば、電力変換器は、対向電圧及び正相電圧が合成された電圧を出力するので、電力系統の電圧は対向電圧によって打ち消されて、出力電流指令値に相当する正相電圧のみを電力変換器に出力させることができる。

前記正相電圧算出部は、有効電流指令値及び無効電流指令値からオープン制御によって、それぞれ有効電力の瞬時電圧値及び無効電力の瞬時電圧値を算出し、前記有効電力の瞬時電圧値及び前記無効電力の瞬時電圧値を合成することによって、前記正相電圧を算出することが好ましい。

このような構成であれば、正相電圧算出部が有効電力の瞬時電圧値及び無効電力の瞬時電圧値を算出するので、周波数変動の抑制及び電圧変動の抑制を両立することができる。
具体的には、正相電圧算出部が有効電力の瞬時電圧値を算出するので、電力系統の周波数が低下した場合に電力系統に有効電力が供給され、電力系統の周波数が上昇した場合に電力変換器に有効電力が供給される。そのため、周波数変動を抑制することができる。
また、正相電圧算出部が無効電力の瞬時電圧値を算出するので、電力系統と電力変換器電圧とが接続される箇所の電圧である接続点電圧が低下した場合に電力系統に無効電力が供給され、接続点電圧が上昇した場合に電力変換器に無効電力が供給される。そのため、電圧変動を抑制することができる。

例えば電流制御型の太陽光発電機といった慣性力を持たない非回転系発電機が主力電源化に向けて電力系統に多数接続されると、需給調整の為回転機系発電機の慣性が不足して、電力システムが不安定になる可能性がある。
そこで、前記正相電圧算出部が取得する前記出力電流指令値は、慣性力を含む有効電流指令値及び慣性力を含む無効電流指令値であることが好ましい。

このような構成であれば、電力変換器が非回転系発電機からの直流電力を交流電力に変換する場合、十分な慣性を負荷に供給することができ、電力システムを安定化させることができる。なお、「慣性力を含む」とは、負荷に電力を供給する発電機が電力システムの周波数変化を自律的に小さくする能力を有していることを言う。

前記電圧変化量算出部は、電圧変化量として逆相電圧を算出する逆相電圧算出部をさらに備え、前記逆相電圧算出部は、前記逆相電圧の位相指令値及び前記出力電流指令値を取得して、前記逆相電圧の位相指令値及び前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記逆相電圧を算出するものが挙げられる。

また、前記電圧変化量算出部は、前記電力系統の基本周波数とは異なる周波数である非基本波成分を前記電圧変化量として算出する非基本波成分算出部をさらに備え、前記非基本波成分算出部は、前記非基本波成分の位相指令値及び前記出力電流指令値を取得して、前記非基本波成分の位相指令値及び前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記非基本波成分を算出するものが挙げられる。

このような構成であれば、電圧不平衡又は非基本波成分を補償するための電流を電力変換器から出力させることができるので、発電機の等価逆相電流を抑制することができ、巻線の加熱焼損を防止することができたり、発電機の利用率を向上させることができる。加えて、逆相電圧又は非基本波成分を任意に出力することができるので、単相負荷又は整流器負荷などによる高調波電圧歪又は電圧不平衡を抑制することができ、電力品質を改善することができる。
また、逆相電圧又は非基本波成分に加えて、対向電圧が合成された電圧を電力変換器が出力するので、電力系統の電圧は対向電圧によって打ち消されて、逆相電圧又は非基本波成分のみが電力系統に出力される。従って、電力系統の電圧の変動によらず、逆相電圧又は非基本波成分だけを電力変換器に確実に出力させることができる。

電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器の制御方法は、前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出し、前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧である電圧変化量を算出し、前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧を前記電力変換器に出力させることを特徴とする。
また、電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器の制御プログラムは、前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出する対向電圧算出部としての機能と、前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部としての機能と、前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧を前記電力変換器に出力させる電圧指令部としての機能とをコンピュータに発揮させることを特徴とする。

このような構成であれば、上記の電力変換器制御装置と同様の作用効果を得ることができる。

このように構成した本発明によれば、電力系統の電圧の変動に関わらず、電力変換器に指令値通りの電流を出力させることができる。

本実施形態における電力システムの構成を示す模式図である。同実施形態における電力変換器制御装置の機能ブロックを示す図である。同実施形態における電力変換器の出力波形を示すシミュレーション結果である。同実施形態における短絡時における電力変換器の出力波形を示すシミュレーション結果である。同実施形態における短絡時における電力変換器が出力する電圧波形及び電力系統の電圧波形を示すシミュレーション結果である。他の実施形態における電力変換器制御装置の機能ブロックを示す図である。

以下に、本発明に係る電力システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し、又は、誇張して模式的に描かれている場合がある。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

＜システム構成＞
本実施形態における電力システム１００は、電力系統１０から負荷２０に給電するための電力線Ｂに接続されており、負荷２０に交流電力を供給するものである。具体的に電力システム１００は、直流電力を供給する直流電源３０と、直流電力を交流電力に変換して電力線Ｂに交流電力を供給する電力変換器４０と、電力線Ｂに流れる電流又は電力線Ｂの電圧を測定する測定部５０と、電力変換器４０が出力する電圧を制御する電力変換器制御装置６０とを備える。なお、本実施形態において、分散型電源７０が電力システム１００と並列に電力線Ｂに接続されている。各部について説明する。

直流電源３０は、例えば太陽光発電機又は風力発電機などの非回転系発電機、又は、蓄電池又は二次電池などの電力貯蔵装置である。

電力変換器４０は、直流電源３０から供給される直流電力を交流電力に変換して、電力線Ｂに供給するものである。具体的に電力変換器４０は、電力線Ｂに慣性力を供給することができ、電圧制御型のインバータであるＧＦＭインバータ（Ｇｒｉｄｆｏｒｍｉｎｇインバータ）である。また、図１に示すように、電力変換器４０は、電力線Ｂから見て高圧側から遮断器Ｓ、連系トランスＴ及び連系リアクトルＬを介して電力線Ｂに接続されている。

測定部５０は、例えば公知の計器用変圧器によって電力線Ｂの電圧を測定する電圧測定部としての機能と、例えば公知の計器用変流器によって電力線Ｂに流れる電流を測定する電流測定部としての機能とを有するものである。具体的に測定部５０は、図１に示すように、遮断器Ｓと連系トランスＴとの間における電流及び電圧を測定する。ここで、測定部５０が測定する電圧は、電力系統１０の電圧に相当する。

電力変換器制御装置６０は、ＣＰＵ、内部メモリ、入出力インターフェース、Ａ／Ｄコンバータ等を備えた専用又は汎用のコンピュータであり、所定の指令値に基づいて電力変換器４０が出力する電圧を制御するものである。具体的に電力変換器制御装置６０は、電力系統１０の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧Ｖａｂｃを算出する対向電圧算出部６１と、電力変換器４０に出力させる電流である出力電流指令値を電力変換器４０が出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部６２と、電力変換器４０に出力させる電圧の指令値である電圧指令値Ｖｒｅｆを出力する電圧指令値出力部６３とを備える。なお、電力変換器制御装置６０は、電力変換器４０と一体であってもよいし、電力変換器４０とは異なる別の装置であってもよい。

対向電圧算出部６１は、測定部５０により測定された電圧を取得して、測定部５０により測定された電圧と同位相及び同振幅の電圧を算出し、算出した電圧を対向電圧Ｖａｂｃとするものである。なお、対向電圧算出部６１が対向電圧Ｖａｂｃを算出する際に用いる位相は、測定部５０により測定された電圧から取得してもよいし、外部からの入力手段（不図示）を介して入力された位相情報から取得してもよい。

電圧変化量算出部６２は、電力変換器４０に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、出力電流指令値からオープン制御によって、電力変換器４０が出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出するものである。ここで言うオープン制御とは、電力変換器４０が出力する電圧をフィードバックすることなく、出力電流指令値から公知の算出方式により電圧変化量を算出することを言う。

本実施形態において、出力電流指令値とは、電力系統１０の電圧の変動を抑制するための電流の指令値である有効電流指令値ｉ_ｐｒｅｆ及び無効電流指令値ｉ_ｑｒｅｆ、基本波電圧及び基本波電流の不平衡を抑制するための電流の指令値である逆相電流指令値Ｉ_２ｒｅｆ、及び、高調波電圧歪を抑制するための電流の指令値である非基本波電流指令値Ｉ_ｎｒｅｆの少なくとも一つを含むものである。

本実施形態において、電圧変化量とは、電力変換器４０が有効電流指令値ｉ_ｐｒｅｆ及び無効電流指令値ｉ_ｑｒｅｆを出力する際の電圧変化量である正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃ、電力変換器４０が逆相電流指令値Ｉ_２ｒｅｆを出力する際の電圧変化量である逆相電圧変化量ΔＶ_２ａｂｃ、及び、電力変換器４０が非基本波電流指令値Ｉ_ｎｒｅｆを出力する際の電圧変化量である非基本波成分変化量ΔＶ_ｎａｂｃの少なくとも一つを含むものである。

具体的に電圧変化量算出部６２は、正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃを算出する正相電圧算出部６２１と、逆相電圧変化量ΔＶ_２ａｂｃを算出する逆相電圧算出部６２２と、非基本波成分変化量ΔＶ_ｎａｂｃを算出する非基本波成分算出部６２３とを備える。

正相電圧算出部６２１は、出力電流指令値及び電力系統１０の位相を取得して、出力電流指令値からオープン制御によって、電力系統１０の位相に同期するように正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃを算出するものである。具体的に、正相電圧算出部６２１は、有効電流指令値ｉ_ｐｒｅｆ及び無効電流指令値ｉ_ｑｒｅｆからオープン制御によって、それぞれ有効電力の瞬時電圧値ΔＶ_ｐａｂｃ及び無効電力の瞬時電圧値ΔＶ_ｑａｂｃを算出し、有効電力の瞬時電圧値ΔＶ_ｐａｂｃ及び無効電力の瞬時電圧値ΔＶ_ｑａｂｃを合成することによって、正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃを算出する。以下に、正相電圧算出部６２１が正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃを算出する方法について説明する。

正相電圧算出部６２１は、外部からの入力手段（不図示）を介して、有効電流指令値ｉ_ｐｒｅｆ及び無効電流指令値ｉ_ｑｒｅｆを取得する。ここで、有効電流指令値ｉ_ｐｒｅｆ及び無効電流指令値ｉ_ｑｒｅｆは慣性力を含むものである。なお、「慣性力を含む」とは、電力変換器４０が電力システム１００の周波数変化を自律的に小さくする能力を有することを言う。

そして、正相電圧算出部６２１は、有効電流に対応する有効電流ゲインＫｐ及び無効電流に対応する無効電流ゲインＫｑをそれぞれ有効電流指令値ｉ_ｐｒｅｆ及び無効電流指令値ｉ_ｑｒｅｆに乗じることにより、有効電力の電圧振幅指令値ΔＥｐ及び無効電力の電圧振幅指令値ΔＥｑを算出する。本実施形態において、有効電力の電圧振幅指令値ΔＥｐ及び無効電力の電圧振幅指令値ΔＥｑは実効値である。ここで、有効電流ゲインＫｐ及び無効電流ゲインＫｑは、電力変換器４０を電力線Ｂに連系する機器のインピーダンスである連系インピーダンスにより定められる。なお、連系インピーダンスは、連系する機器の装置容量に対して１０％～１５％程度となるように決定される。ここで言う連系する機器の装置容量とは、例えば連系トランスＴの装置容量及び電力変換器４０内部の高調波フィルタ用リアクトルの装置容量である。

また、正相電圧算出部６２１は、測定部５０により測定された電圧から電力系統１０の位相を取得する。そして、正相電圧算出部６２１は、電力系統１０の位相と同位相である第１位相θｐと電力系統１０の位相から９０度遅れた位相である第２位相θｑを算出する。なお、正相電圧算出部６２１は、外部からの入力手段（不図示）を介して入力された位相情報から電力系統１０の位相を取得してもよい。

そして、正相電圧算出部６２１は、有効電力の電圧振幅指令値ΔＥｐ及び第１位相θｐから、電圧の実効値を電圧の瞬時値に変換する制御である正相瞬時電圧制御により、有効電力における瞬時電圧値ΔＶ_ｐａｂｃを算出する。また、正相電圧算出部６２１は、無効電力の電圧振幅指令値ΔＥｑ及び第２位相θｑから、正相瞬時電圧制御により、無効電力の瞬時電圧値ΔＶ_ｑａｂｃを算出する。そして、正相電圧算出部６２１は、有効電力の瞬時電圧値ΔＶ_ｐａｂｃ及び無効電力の瞬時電圧値ΔＶ_ｑａｂｃを合成することにより、正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃを算出する。

逆相電圧算出部６２２は、逆相電圧の位相指令値θ_２ｒｅｆ及び逆相電流指令値Ｉ_２ｒｅｆを取得して、逆相電圧の位相指令値θ_２ｒｅｆ及び逆相電流指令値Ｉ_２ｒｅｆからオープン制御によって、逆相電圧変化量ΔＶ_２ａｂｃを算出するものである。以下に、逆相電圧算出部６２２が逆相電圧変化量ΔＶ_２ａｂｃを算出する方法について説明する。

逆相電圧算出部６２２は、外部からの入力手段（不図示）を介して、逆相電圧の位相指令値θ_２ｒｅｆ及び逆相電流指令値Ｉ_２ｒｅｆを取得する。

次に、逆相電圧算出部６２２は、逆相電流指令値Ｉ_２ｒｅｆに所定のゲインＫ２を乗ずることにより、逆相電圧の電圧振幅指令値ΔＥ２を算出する。なお、ゲインＫ２は、有効電流ゲインＫｐ及び無効電流ゲインＫｑと同様に、連系インピーダンスにより定められる。

そして、逆相電圧算出部６２２は、逆相電圧の電圧振幅指令値ΔＥ２及び逆相電圧の位相指令値θ_２ｒｅｆから逆相瞬時電圧制御により、逆相電圧変化量ΔＶ_２ａｂｃを算出する。

非基本波成分算出部６２３は、非基本波成分の位相指令値θｎ及び非基本波電流指令値Ｉ_ｎｒｅｆを取得して、非基本波成分の位相指令値θｎ及び非基本波電流指令値Ｉ_ｎｒｅｆからオープン制御によって、非基本波成分変化量ΔＶ_ｎａｂｃを算出するものである。本実施形態における非基本波成分とは、例えば高調波成分又は次数間調波である。以下に、非基本波成分算出部６２３が非基本波成分変化量ΔＶ_ｎａｂｃを算出する方法について説明する。

非基本波成分算出部６２３は、外部からの入力手段（不図示）を介して、非基本波成分の位相指令値θｎ及び非基本波電流指令値Ｉ_ｎｒｅｆを取得する。ここで、非基本波成分の位相指令値θｎ及び非基本波電流指令値Ｉ_ｎｒｅｆは、非基本波成分の次数により定められる値である。

次に、非基本波成分算出部６２３は、非基本波電流指令値Ｉ_ｎｒｅｆに所定のゲインＫｎを乗ずることにより、非基本波成分の電圧振幅指令値ΔＥｎを算出する。なお、ゲインＫｎは、連系インピーダンスのインダクタンス成分が支配的である場合（すなわち、抵抗成分がインダクタンス成分に対して十分に無視できる場合）、その連系インピーダンスに非基本波成分の次数を乗ずることによって定められる。

そして、非基本波成分算出部６２３は、非基本波成分の電圧振幅指令値ΔＥｎ及び非基本波成分の位相指令値θ_ｎｒｅｆから瞬時電圧制御により、非基本波成分変化量ΔＶ_ｎａｂｃを算出する。

電圧指令値出力部６３は、対向電圧Ｖａｂｃ及び電圧変化量を合成することにより電圧指令値Ｖｒｅｆを算出して、電圧指令値Ｖｒｅｆを電力変換器４０に出力するものである。具体的に電圧指令値出力部６３は、正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃ、逆相電圧変化量ΔＶ_２ａｂｃ及び非基本波成分変化量ΔＶ_ｎａｂｃを合成することによって、電圧変化量を算出する。そして、電圧指令値出力部６３は、対向電圧Ｖａｂｃ及び電圧変化量を合成して、電圧指令値Ｖｒｅｆを算出する。電圧指令値出力部６３から電圧指令値Ｖｒｅｆが出力されると、電力変換器４０は電圧指令値Ｖｒｅｆに応じて例えばＰＷＭ制御により負荷２０に電圧を出力する。

＜シミュレーション結果＞
以下に、本実施形態の電力変換器制御装置６０を用いて電力変換器４０の電圧を制御した場合の電力変換器４０の出力波形をシミュレーションにより示す。

図３は、例えば短絡事故といった電力系統１０の異常がない状態で、電力変換器制御装置６０の制御により電力変換器４０が出力した電圧波形、電流波形、有効電力波形及び無効電力波形である。図３では、シミュレーションを開始してから１．５秒後に電力変換器４０が電圧変化量を印加している。図３から分かるように、電力変換器４０が電圧変化量を印加する前では、電力変換器４０から出力される電流が０であることが確認できた。そして、電力変換器４０が電圧変化量を印加すると、その印加した電圧変化量の振幅の大きさに対応して有効電力及び無効電力が増加していることが確認できた。

図４は、電力変換器制御装置６０の制御により電力変換器４０が電圧変化量を印加して、例えば短絡事故といった電力系統１０の異常が発生した場合の電力変換器４０が出力した電圧波形及び電流波形である。図４では、シミュレーションを開始してから１．５秒後に電力変換器４０が電圧変化量を印加し、シミュレーションを開始してから２．０秒～２．２秒の間に２相短絡事故が発生している。図４から分かるように、２相短絡事故が発生する前後において、電力変換器４０から出力される電流の位相及び振幅が変動していないことが分かる。従って、電力系統１０の電圧の変動に関わらず、電力変換器４０から過電流が流れることを防ぐことが確認できた。また、図５に示すように、短絡事故が発生する前後のどちらの場合においても、電力変換器４０が出力する電圧の位相及び振幅が電力系統１０の電圧の位相及び振幅と一致していることが確認できた。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態における電力変換器制御装置６０によれば、対向電圧Ｖａｂｃが電力系統１０の電圧と同位相及び同振幅の電圧であり、対向電圧Ｖａｂｃ及び電圧変化量が合成された電圧指令値Ｖｒｅｆを電力変換器４０が出力する。その結果、電力系統１０の電圧は対向電圧Ｖａｂｃによって打ち消されて、電力変換器４０の連系トランスＴ及び連系リアクトルＬに電圧変化量のみが加わる。従って、電力系統１０の電圧の変動に関わらず、電力変換器４０に出力電流指令値通りの電流を出力させることができる。
また、電圧変化量算出部６２はオープン制御によって電圧変化量を算出するので、分散型電源７０が同一の電力線Ｂに接続されていても、電圧変化量は分散型電源７０の制御量によって変動しない。従って、直流電源３０及び分散型電源７０が同一の電力線Ｂに接続されている場合でも、例えばフリッカといった不安定現象を防止することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば図６に示すように、非基本波成分算出部６２３は、異なる次数の非基本波成分をそれぞれ算出するものであってもよい。具体的には、非基本波成分算出部６２３は、第１の次数ｎ１に対応する第１非基本波成分変化量ΔＶ_ｎ１ａｂｃを算出する第１非基本波成分算出部６２３ａと、第２の次数ｎ２に対応する第２非基本波成分変化量ΔＶ_ｎ２ａｂｃを算出する第２非基本波成分算出部６２３ｂとを有するものであってもよい。ここで、第１の非基本波成分の次数ｎ１及び第２の非基本波成分の次数ｎ２は互いに異なる次数である。なお、第１非基本波成分変化量ΔＶ_ｎ１ａｂｃ及び第２非基本波成分変化量ΔＶ_ｎ２ａｂｃの算出方法は、前記実施形態における非基本波成分変化量ΔＶ_ｎａｂｃの算出方法と同様である。

この場合、図６に示すように、電圧指令値出力部６３は、正相電圧変化量ΔＶ_１ａｂｃ、逆相電圧変化量ΔＶ_２ａｂｃ、第１非基本波成分変化量ΔＶ_ｎ１ａｂｃ及び第２非基本波成分変化量ΔＶ_ｎ２ａｂｃを合成して、電圧変化量を算出する。そして、電圧指令値出力部６３は、対向電圧Ｖａｂｃ及び電圧変化量を合成して、電圧指令値Ｖｒｅｆを算出する。なお、非基本波成分算出部６２３は、３つ以上の異なる次数の非基本波成分をそれぞれ算出するものであってもよい。

前記実施形態において、正相電圧算出部６２１、逆相電圧算出部６２２及び非基本波成分算出部６２３は、外部からの入力手段（不図示）を介して、電圧変化量の位相の指令値及び出力電流指令値を取得するものであったが、これに限られない。例えば電圧変化量の位相の指令値及び出力電流指令値が電力変換器制御装置６０の内部メモリに格納されており、正相電圧算出部６２１、逆相電圧算出部６２２及び非基本波成分算出部６２３がその内部メモリから各指令値を取得するものであってもよい。

前記実施形態において、電圧変化量算出部６２は、正相電圧算出部６２１、逆相電圧算出部６２２及び非基本波成分算出部６２３を備えるものであったが、電圧変化量算出部６２は、これら３つの算出部のうち少なくとも１つを備えるものであればよい。

前記実施形態において、有効電流指令値及び無効電流指令値は慣性力を含むものであったが、負荷２０に十分な慣性力が供給されている場合には、有効電流指令値及び無効電流指令値は慣性力を含んでいなくてもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。例えば、上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（態様１）電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器制御装置であって、前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出する対向電圧算出部と、前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部と、前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧である電圧指令値を前記電力変換器に出力する電圧指令値出力部とを備える、電力変換器制御装置。

（態様２）前記出力電流指令値は、基本波正相有効電流、基本波正相無効電流、基本波逆相電流及び非基本波周波数電流のうちの少なくとも一つである、態様１に記載の電力変換器制御装置。

（態様３）前記電力変換器は、前記電力線に慣性力を供給する電圧制御型のインバータである、態様１又は２に記載の電力変換器制御装置。

（態様４）前記電圧変化量算出部は、前記負荷の有効電力を補償する電圧変化量である正相電圧を算出する正相電圧算出部をさらに備え、前記正相電圧算出部は、前記出力電流指令値及び前記電力系統の位相を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力系統の位相に同期するように前記正相電圧を算出する、態様１乃至３の何れかに記載の電力変換器制御装置。

（態様５）前記正相電圧算出部が取得する前記出力電流指令値は、慣性力を含む有効電流指令値及び慣性力を含む無効電流指令値である、態様４に記載の電力変換器制御装置。

（態様６）前記正相電圧算出部は、有効電流指令値及び無効電流指令値からオープン制御によって、それぞれ有効電力の瞬時電圧値及び無効電力の瞬時電圧値を算出し、前記有効電力の瞬時電圧値及び前記無効電力の瞬時電圧値を合成することによって、前記正相電圧を算出する、態様４又は５に記載の電力変換器制御装置。

（態様７）前記電圧変化量算出部は、前記負荷の電圧不平衡を補償する電圧変化量である逆相電圧を算出する逆相電圧算出部をさらに備え、前記逆相電圧算出部は、前記逆相電圧の位相指令値及び前記出力電流指令値を取得して、前記逆相電圧の位相指令値及び前記出力電流指令値からオープン制御によって前記逆相電圧を算出する、態様１乃至態様６の何れかに記載の電力変換器制御装置。

（態様８）前記電圧変化量算出部は、前記電力系統の基本周波数とは異なる周波数である非基本波成分を前記電圧変化量として算出する非基本波成分算出部をさらに備え、前記非基本波成分算出部は、前記非基本波成分の位相指令値及び前記出力電流指令値を取得して、前記非基本波成分の位相指令値及び前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記非基本波成分を算出する、態様１乃至態様７の何れかに記載の電力変換器制御装置。

（態様９）電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器の制御方法であって、前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出し、前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出し、前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧を前記電力変換器に出力させる、電力変換器の制御方法。

（態様１０）電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器の制御プログラムであって、前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出する対向電圧算出部としての機能と、前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部としての機能と、前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧を前記電力変換器に出力させる電圧指令部としての機能とをコンピュータに発揮させる、電力変換器の制御プログラム。

１００・・・電力システム
１０・・・電力系統
２０・・・負荷
３０・・・直流電源
４０・・・電力変換器
５０・・・測定部
６０・・・電力変換器制御装置
６１・・・対向電圧算出部
６２・・・電圧変化量算出部
６２１・・・正相電圧算出部
６２２・・・逆相電圧算出部
６２３・・・非基本波成分算出部
７０・・・分散型電源
Ｂ・・・電力線
Ｓ・・・遮断器
Ｔ・・・注入トランス
Ｌ・・・連系リアクトル

Claims

電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器制御装置であって、
前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出する対向電圧算出部と、
前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部と、
前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧である電圧指令値を前記電力変換器に出力する電圧指令値出力部とを備える、電力変換器制御装置。
前記出力電流指令値は、基本波正相有効電流、基本波正相無効電流、基本波逆相電流及び非基本波周波数電流のうちの少なくとも一つである、請求項１に記載の電力変換器制御装置。
前記電力変換器は、前記電力線に慣性力を供給する電圧制御型のインバータである、請求項１に記載の電力変換器制御装置。
前記電圧変化量算出部は、前記電圧変化量として正相電圧を算出する正相電圧算出部をさらに備え、
前記正相電圧算出部は、前記出力電流指令値及び前記電力系統の位相を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力系統の位相に同期するように前記正相電圧を算出する、請求項１に記載の電力変換器制御装置。
前記正相電圧算出部が取得する前記出力電流指令値は、慣性力を含む有効電流指令値及び慣性力を含む無効電流指令値である、請求項４に記載の電力変換器制御装置。
前記正相電圧算出部は、有効電流指令値及び無効電流指令値からオープン制御によって、それぞれ有効電力の瞬時電圧値及び無効電力の瞬時電圧値を算出し、前記有効電力の瞬時電圧値及び前記無効電力の瞬時電圧値を合成することによって、前記正相電圧を算出する、請求項４に記載の電力変換器制御装置。
前記電圧変化量算出部は、前記電圧変化量として逆相電圧を算出する逆相電圧算出部をさらに備え、
前記逆相電圧算出部は、前記逆相電圧の位相指令値及び前記出力電流指令値を取得して、前記逆相電圧の位相指令値及び前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記逆相電圧を算出する、請求項１に記載の電力変換器制御装置。
前記電圧変化量算出部は、前記電力系統の基本周波数とは異なる周波数である非基本波成分を前記電圧変化量として電圧変化量算出する非基本波成分算出部をさらに備え、
前記非基本波成分算出部は、前記非基本波成分の位相指令値及び前記出力電流指令値を取得して、前記非基本波成分の位相指令値及び前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記非基本波成分を算出する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の電力変換器制御装置。
電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器の制御方法であって、
前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出し、
前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出し、
前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧を前記電力変換器に出力させる、電力変換器の制御方法。
電力系統から負荷に給電するための電力線に接続されている電力変換器が出力する電圧を制御する電力変換器の制御プログラムであって、
前記電力系統の電圧と同位相及び同振幅の電圧である対向電圧を算出する対向電圧算出部としての機能と、
前記電力変換器に出力させる電流である出力電流指令値を取得して、前記出力電流指令値からオープン制御によって、前記電力変換器が前記出力電流指令値を出力する際の電圧変化量を算出する電圧変化量算出部としての機能と、
前記対向電圧及び前記電圧変化量を合成した電圧を前記電力変換器に出力させる電圧指令部としての機能とをコンピュータに発揮させる、電力変換器の制御プログラム。