(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線と、前記電力線に接続された負荷を有する電力系統における無効電力および高調波電流補償装置であって、
リアクトルとコンデンサが直列に接続された直列共振回路と、１次巻線および２次巻線を有する変圧器と、電力変換装置と、制御装置を備え、
前記直列共振回路と前記変圧器の２次巻線は、直列に接続された状態で、前記負荷と並列に前記電力線に接続されており、
前記変圧器の１次巻線は、前記電力変換装置に接続されており、
前記制御装置は、前記電力線の無効電力の値と無効電力補償用制御ゲインを用いて算出した無効電力補償用目標電流値および前記電力線の高調波電流の値と高調波電流補償用制御ゲインを用いて算出した高調波電流補償用目標電流値に応じて前記電力変換装置を制御し、また、前記電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超える場合には、前記電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、前記電力線の電圧の値に応じて前記無効電力補償用制御ゲインあるいは前記高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正することを特徴とする無効電力および高調波電流補償装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無効電力および高調波電流補償装置であって、
前記制御装置は、前記電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超える場合には、前記電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、前記電力線の高調波電圧の値に応じて前記無効電力補償用制御ゲインあるいは前記高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正することを特徴とする無効電力および高調波電流補償装置。
【請求項３】
請求項２に記載の無効電力および高調波電流補償装置であって、
前記制御装置は、前記電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超える場合には、前記電力線の高調波電圧の値が第２の設定値を超えていれば、前記無効電力補償用制御ゲインを前記電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正し、前記電力線の高調波電圧の値が前記第２の設定値を超えていなければ、前記高調波電流補償用制御ゲインを前記電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正することを特徴とする無効電力および高調波電流補償装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の無効電力および高調波電流補償装置であって、
前記制御装置は、前記電力線の無効電力の値として前記電力線の無効電流の値を用いることを特徴とする無効電力および高調波電流補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統における無効電力および高調波電流を好適に補償することができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要家には、電力線と、電力線に接続された負荷を有する電力系統が設けられている。電力需要家の電力線は、配電側の電力系統（配電系統）の電力線に接続されている。一般的に、電力需要家の負荷は遅れ力率であり、遅れ無効電力を発生する。この電力需要家の負荷の遅れ無効電力は、配電系統に種々の影響を与える。このため、電力需要側に、負荷の無効電力を補償する無効電力補償装置を設けることが望まれる。特許文献１には、図１０に示されているような無効電力補償装置１１０が開示されている。図１０に示されている無効電力補償装置１１０は、電力需要家側において、負荷４に接続されている電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに接続されている。無効電力補償装置１１０は、変圧器１３０、コンデンサ１２２ｕ、１２２ｖ、１２２ｗ、インバータ１６０により構成されている。変圧器１３０は、１次巻線１３１ｕ１、１３１ｖ１、１３１ｗ１と２次巻線１３１ｕ２、１３１ｖ２、１３１ｗ２を有している。変圧器１３０の２次巻線１３１ｕ２、１３１ｖ２、１３１ｗ２とコンデンサ１２２ｕ、１２２ｖ、１２２ｗは、直列に接続された状態で電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに接続されている。変圧器１３０の１次巻線１３１ｕ１、１３１ｖ１、１３１ｗ１は、インバータ１６０に接続されている。制御装置（図示省略）は、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの力率に応じて、インバータ１６０から変圧器１１０の１次巻線１３１ｕ１、１３１ｖ１、１３１ｗ１に供給する無効電力補償用１次電流Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗを制御し、変圧器１３０の２次巻線１３１ｕ２、１３１ｖ２、１３１ｗ２から、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波電圧と同相あるいは逆位相で、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの力率に応じた値を有する無効電力補償用２次電圧ＶＴｕ、ＶＴｖ、ＶＴｗを出力させる。これにより、コンデンサ１２２ｕ、１２２ｖ、１２２ｗに印加される基本波電圧、すなわち、コンデンサ１２２ｕ、１２２ｖ、１２２ｗを流れる基本波電流ＩＣｕ、ＩＣｖ、ＩＣｗが変化し、無効電力補償装置１１０から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給される無効電力補償用補償電流ＩＡＦｕ、ＩＡＦｖ、１ＡＦｗが変化して電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの力率（無効電力）が補償される。
【特許文献１】特開平１０−２４３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、省エネルギーを目的としてインバータを用いた負荷が急増している。このような負荷は、高調波電流を発生する。高調波電流は、配電系統に種々の影響を与える。このため、需要家側に、無効電力だけでなく高調波電流を補償することができる無効電力および高調波電流補償装置を設けることが望まれる。
ここで、需要家側に、特許文献１に開示されている無効電力補償装置に加えて、高調波電流を補償する高調波電流補償装置を設けることが考えられる。しかしながら、個別の無効電力補償装置と高調波電流補償装置を有する無効電力および高調波電流補償装置は、装置全体が大型になり、コストも高い。また、電力線にインバータ等により構成される半導体電力変換装置を接続し、この半導体電力変換装置を電力線の無効電力の値および高調波電流の値に応じて制御することが考えられる。しかしながら、このような無効電力および高調波電流補償装置では、［電力線の電圧（基本波電圧）の値×補償電流の値（無効電力補償用補償電流の値と高調波電流補償用補償電流の値の合計）］に対応する容量の半導体電力変換装置を用いる必要があるため、装置全体のコストが高くなる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、安価に無効電力および高調波電流を補償することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、電力線と、電力線に接続されている負荷を有する電力系統における無効電力および高調波電流を補償する無効電力および高調波電流補償装置に関する。本発明の無効電力および高調波電流補償装置は、好適には、電力需要家側の電力系統に設けられるが、電力事業者側の電力系統に設けることもできる。
本発明は、リアクトルとコンデンサが直列に接続された直列共振回路と、１次巻線および２次巻線を有する変圧器と、電力変換装置と、制御装置を備えている。本発明は、適宜の相数の電力線に対して適用することができる。直列共振回路、変圧器、電力変換装置、制御装置の構成は、配電系統の相数に応じて適宜変更される。
直列共振回路を構成するリアクトルとコンデンサは、電力線から見て直列に接続されている。なお、「直列共振回路」には、リアクトルとコンデンサが等価的に直列に接続される回路も含まれる。直列共振回路の周波数特性（共振周波数等）は、電力線の基本波電流（基本波電圧）の基本波周波数に対するインピーダンスが高く、負荷等から電力線に流入する高調波電流の高調波周波数に対するインピーダンスが低くなるように設定される。好適には、負荷等から電力線に流入する高調波電流の成分等に基づいて決定される。例えば、負荷等から電力線に流入する高調波電流の成分に第５次高調波電流の成分と第７次高調波電流の成分が多く含まれている場合（第５次高調波電流の容量と第７次高調波電流の容量が他の高調波電流の容量に比べて特に大きい場合）には、直列共振回路のインピーダンスが第５次周波数と第７次周波数に対して小さくなるように、第５次周波数と第７次周波数の間の第６次周波数（基本波周波数×６）の近傍の周波数が共振周波数として設定される。
直列共振回路と変圧器の２次巻線は、直列に接続された状態で、負荷と並列になるように電力線に接続される。また、変圧器の１次巻線は、電力変換装置に接続されている。電力変換装置としては、例えば、インバータ等を有する半導体電力変換装置が用いられる。
制御装置は、電力線の無効電力の値および高調波電流の値に応じて電力変換装置を制御することにより、電力線の無効電力を補償する無効電力補償用電気量および電力線の高調波電流を補償する高調波電流補償用電気量を電力線に供給する。本発明では、電力線の無効電力の値と無効電力補償用制御ゲインを用いて算出した無効電力補償用目標電流値（無効電流補償用補償電流値）および電力線の高調波電流の値と高調波電流補償用制御ゲインを用いて算出した高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御する。また、電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超える場合には、電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する。
「電力線の無効電力の値」は、無効電力および高調波電流補償装置が接続されている電力線の箇所より電源側の電力線の無効電力の値（補償後の無効電力の値）を用いることもできるし、負荷側の電力線の無効電力の値（補償前の無効電力の値）を用いることもできる。「電力線の無効電力の値」としては、典型的には、「電力線の基本波無効電力の値が」が用いられる。「電力線の無効電力の値に応じて制御する」態様には、電力線の無効電力の値に対応する他の検出量（例えば、無効電流の値や力率）に応じて制御する態様が含まれる。「電力線の無効電力の値に応じて電力変換装置を制御する」態様としては、例えば、電力線の基本周波数および基本無効電力の値を有し、電力線の基本波無効電力と逆位相の無効電力補償用補償無効電力が電力線に供給されるように電力変換装置を制御する態様が用いられる。典型的には、電力線の基本周波数および電力線の基本波無効電流の値に応じた値を有し、電力線の基本波電圧と同相あるいは逆位相の無効電流補償用２次電圧が変圧器の２次巻線から出力されるように、電力変換装置から変圧器の１次巻線に無効電流補償用１次電流を供給する態様が用いられる。
無効電力補償用目標電流値は、例えば、無効電力補償用制御ゲインと電力線の無効電力の値との乗算［無効電力補償用制御ゲイン×電力線の無効電力の値］によって算出される。この場合、無効電力補償用制御ゲインは、電力線の無効電力の値と、当該電力線の無効電力を補償する無効電力補償用電気量を電力線に供給するために変圧器の１次巻線に供給する無効電力補償用１次電流の値との関係に基づいて設定される。
「電力線の高調波電流の値」は、無効電力および高調波電流補償装置が接続されている電力線の箇所より電源側の電力線の高調波電流の値（補償後の高調波電流の値）を用いることもできるし、負荷側の電力線の高調波電流の値（補償前の高調波電流の値）を用いることもできる。「電力線の高調波電流の値」としては、電力線の第ｈ次高調波電流の値が用いられる。この場合、高調波電流の次数ｈは、負荷等から電力線に流入する高調波電流の次数の中から１あるいは複数の次数を適宜選択することができる。「電力線の高調波電流の値に応じて制御する」態様には、電力線の高調波電流の値に対応する他の検出量に応じて制御する態様が含まれる。「電力線の高調波電流の値に応じて電力変換装置を制御する」態様としては、例えば、電力線の高調波電流の周波数と同じ周波数および電力線の高調波電流の値を有し、電力線の高調波電流と逆位相の高調波電流補償用補償電流が電力線に供給されるように電力変換装置を制御する態様が用いられる。典型的には、電力線の第ｈ次高調波電流の周波数および電力線の第ｈ次高調波電流の値に応じた値を有し、電力線の第ｈ次高調波電流と逆位相の第ｈ次高調波電流補償用２次電圧が変圧器の２次巻線から出力されるように、電力変換装置から変圧器の１次巻線に第ｈ次高調波電流補償用１次電流を供給する態様が用いられる。
高調波電流補償用目標電流値は、例えば、高調波電流補償用制御ゲインと電力線の高調波電流の値との乗算［高調波電流補償用制御ゲイン×電力線の高調波電流の値］によって算出される。この場合、高調波電流補償用制御ゲインは、電力線の高調波電流の値と、当該電力線の高調波電流を補償する高調波電流補償用電気量を電力線に供給するために変圧器の１次巻線に供給する高調波電流補償用１次電流の値との関係に基づいて設定される。
なお、高調波電流補償用目標電流値は、高調波電流の１または複数の次数ｈに対して算出される。また、高調波電流補償用制御ゲインは、高調波電流の各次数ｈに対して共通に設定してもよいし、高調波電流の各次数に対応して設定してもよい。また、高調波電流補償用制御ゲインを補正する態様としては、種々の補正態様を用いることができる。例えば、高調波電流の各次数ｈに対して共通の高調波電流補償用制御ゲインが設定されている場合には、共通の高調波電流補償用制御ゲインを補正する態様を用いることができる。高調波電流の各次数ｈに対応して高調波電流補償用制御ゲインが設定されている場合には、各次数ｈに対応する高調波電流補償用制御ゲインを同じ方法で補正する（例えば、同じ補正量を加算または減算する）態様、各次数ｈに対応する高調波電流補償用制御ゲインを各次数ｈに対応する方法で補正する（例えば、各次数ｈに対応する補正量を加算または減算する）態様、あるいは、所定の次数ｈに対応する高調波電流補償用制御ゲインのみを所定の方法で補正する（例えば、同じ補正量または次数に対応する補正量を加算または減算する）態様を用いることができる。
「第１の設定値」としては、好適には、電力変換装置の定格電圧値が用いられる。
「電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超える場合」は、例えば、電力変換装置から変圧器の１次巻線に、無効電力補償用目標電流値を有する無効電力補償用１次電流および第ｈ次高調波電流補償用目標電流値を有する第ｈ次高調波電流補償用１次電流を供給した時に電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超えるか否かによって判断される。
「電力線の電圧の値」としては、電力線の第ｈ次高調波電圧の値、電力線の第ｈ次高調波電圧の値を合計した値、電力線の基本波電圧の値等を用いることができる。
「電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する」態様としては、電力変換装置の出力電圧の値を減少させることができる種々の補正態様を用いることができる。例えば、電力線の電圧（例えば、基本波電圧や高調波電圧）の値が第２の設定値を超えていない場合には、一方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正し、第２の設定値を超えている場合には、他方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正する補正態様を用いることができる。第２の設定値としては、電力線の電圧の値に対する管理目標値（例えば、基本波電圧の値に対する管理目標値、高調波電圧の値に対する管理目標値）を用いることができる。
無効電力補償用目標電流値および高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御する態様としては、種々の態様を用いることができる。例えば、算出した無効電力補償用目標電流値および高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御した時に電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超えない場合には、当該算出した無効電力補償用目標電流値および高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御し、第１の設定値を超える場合には、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正した後無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を再算出し、再算出した無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を用いて電力変換装置を制御する態様を用いることができる。または、第１の設定値を超える場合には、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を、電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超えなくなるまで補正した後無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を再算出し、再算出した無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を用いて電力変換装置を制御する態様を用いることができる。
本発明では、リアクトルとコンデンサを直列に接続した直列共振回路と変圧器の２次巻線との直列回路を、負荷と並列になるように電力線に接続している。直列共振回路のインピーダンスは電力線の基本波周波数に対して高く設定されているため、変圧器の２次巻線には、電力線の基本波電圧を直列共振回路と変圧器の２次巻線によって分割した電圧が印加される。このため、小容量の電力変換装置を用いて、変圧器の２次巻線から無効電力補償用２次電圧を出力させることができる。また、直列共振回路のインピーダンスは電力線の高調波電流の周波数に対して低く設定されている。電力線の高調波電流の値は小さいため、小容量の電力変換装置を用いて、変圧器の２次巻線に高調波電流補償用２次電圧を発生させることができる。したがって、小容量の電力変換装置を用いて無効電力および高調波電流を補償することができ、小型で安価な無効電力および高調波電流補償装置を提供することができる。また、電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値（好適には、定格電圧値）を超えるのを防止しながら無効電力および高調波電流を補償することができる。
【０００５】
本発明の他の形態では、制御装置は、電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超える場合には、電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の高調波電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する。
「電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の高調波電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する」態様としては、種々の補正態様を用いることができる。例えば、電力線の高調波電圧の値（例えば、いずれかの次数ｈの高調波電圧の値や各次数ｈの高調波電圧の値を合計した値）が第２の設定値を超えていない場合には、一方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正し、第２の設定値を超えている場合には、他方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正する補正態様を用いることができる。第２の設定値としては、電力線の高調波電圧の値に対する管理目標値（例えば、各次数ｈの高調波電圧の値に対する共通の管理目標値、各次数ｈの高調波電圧それぞれに対応する管理目標値、各次数ｈの高調波電圧の値を合計した値に対する管理目標値）を用いることができる。また、「電力線の高調波電圧の値が第２の設定値を超えている」ことを判別する態様としては、種々の判別態様を用いることができる。例えば、各次数ｈの高調波電圧の値に対して共通の第２の設定値が設定されている場合には、いずれかの次数ｈの高調波電圧の値が第２の設定値を超えていることによって、あるいは、複数の次数ｈの高調波電圧の値が第２の設定値を超えていることによって判別する判別態様を用いることができる。または、各次数ｈの高調波電圧の値それぞれに対応して第２の設定値が設定されている場合には、いずれかの次数ｈの高調波電圧の値が当該次数ｈに対応する第２の設定値を超えていることによって、あるいは、複数の次数ｈの高調波電圧の値が各次数ｈに対応する第２の設定値を超えていることによって判別する判別態様を用いることができる。または、各次数の高調波電圧の値を合計した値に対して第２の設定値が設定されている場合には、各次数の高調波電圧の値を合計した値が第２の設定値を超えていることによって判別する判別態様を用いることができる。「各次数の高調波電圧の値を合計した値」としては、種々の値を用いることができる。例えば、各次数の高調波電圧の値を加算した値、各次数の高調波電圧の値を二乗して加算した加算値の平方根を用いることができる。
通常、電力線の高調波電圧の値は、電力線の基本波電圧の値に比べて大きく変化する。このため、電力線の高調波電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正することにより、電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超えるのを防止しながら無効電力および高調波電流をより適切に補償することができる。
【０００６】
本発明のさらに他の形態では、制御装置は、電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超える場合には、電力線の高調波電圧の値が第２の設定値を超えていれば、無効電力補償用制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正し、電力線の高調波電圧の値が前記第２の設定値を超えていなければ、高調波電流補償用制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正する。
本形態では、電力変換装置の出力電圧の値が第１の設定値を超えるのを簡単に補正することができる。
【０００７】
本発明のさらに他の形態では、制御装置は、電力線の無効電力の値として電力線の無効電流の値を用いている。
「電力線の無効電流の値」としては、典型的には、電力線の基本波無効電流の値が用いられる。電力線の無効電力の値として電力線の無効電流の値を用いる場合には、適宜の修正が行われる。例えば、制御装置は、電力線の無効電力の値および高調波電流の値に応じて（あるいは、電力線の無効電力の値と無効電力補償用制御ゲインを用いて算出した無効電力補償用目標電流値および電力線の高調波電流の値と高調波電流補償用制御ゲインを用いて算出した高調波電流補償用目標電流値に応じて）電力変換装置を制御する態様に代えて、電力線の無効電流の値および高調波電流の値に応じて（あるいは、電力線の無効電流の値と無効電流補償用制御ゲインを用いて算出した無効電流補償用目標電流値および電力線の高調波電流の値と高調波電流補償用制御ゲインを用いて算出した高調波電流補償用目標電流値に応じて）電力変換装置を制御する態様を用いる。この場合、無効電流補償用制御ゲインは、電力線の無効電流の値と、当該電力線の無効電流を補償する無効電流補償用電気量を電力線に供給するために変圧器の１次巻線に供給する無効電流補償用１次電流の値との関係に基づいて設定される。
本形態では、簡単な回路で構成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１〜４に記載の無効電力および高調波電流補償装置を用いることにより、安価に無効電力および高調波電流を補償することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の一実施の形態を、図１および図２を参照して説明する。
図１に示す負荷４は、電源１から、配電側の電力系統（「配電系統」と呼ばれる）、需要家側の電力系統を介して電力が供給されている。配電側の電力系統は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電力線２ｕ、２ｖ、２ｗを有している。以下では、本実施の形態の無効電力および高調波電流補償装置１０が、需要家側の電力系統の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに、負荷４と並列になるように接続されている場合について説明する。なお、本実施の形態の無効電力および高調波補償装置１０は、負荷が接続されている種々の構成の電力系統に用いることができる。
以下では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する値やＵ相、Ｖ相、Ｗ相に設けられている素子の記号にはｕ、ｖ、ｗを付している。
一般的に、電力線の無効電力は、大部分が基本波無効電力である。また、電力線の基本波電圧は略一定に制御されているため、電力線の基本波無効電力は電力線の基本波無効電流に対応する。したがって、本実施の形態では、電力線の無効電力として、電力線の基本波無効電流を検出している。
【００１０】
本実施の形態の無効電力および高調波電流補償装置１０（以下、単に「補償装置１０」という）は、ＬＣ回路２０、変圧器３０、制御装置５０、半導体電力変換装置６０を有している。
ＬＣ回路２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相間に接続されるコンデンサ２１ｕ、２１ｖ、２１ｗと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に接続されるリアクトル２３ｕ、２３ｖ、２３ｗを有している。このコンデンサ２１ｕ、２１ｖ、２１ｗとリアクトル２３ｕ、２３ｖ、２３ｗによって、等価的に、リアクトルとコンデンサが直列に接続された直列共振回路がＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。なお、図１に破線で示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に接続されるコンデンサ２２ｖ、２２ｖ、２２ｗを用いることもできる。
変圧器３０は、１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１と２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２を有する三相変圧器により構成されている。変圧器３０は、巻数比ｎ［＝２次巻線の巻数／１次巻線の巻数］を有している。巻数比ｎは、種々の値に設定することができる。変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２とＬＣ回路２０の直列共振回路は、直列に接続された状態で（直列共振回路と２次巻線との直列回路は）、負荷４と並列になるように、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗで接続されている。変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１は、一方側の端子は共通接続され、他方側の端子は半導体電力変換装置６０の出力端子に接続されており、半導体電力変換装置６０から補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）が供給される。
【００１１】
補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）としては、基本波無効電流を補償するための、基本波周波数を有する無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Iｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）と、第ｈ次高調波電流を補償するための、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）が供給される。第ｈ次高調波電流補償用１次電流としては、補償を行う高調波電流の次数ｈに対応して供給される。また、半導体電力変換装置６０から出力される補償用１次電圧（半導体電力変換装置６０の出力電圧）Ｖｔの値は、基本周波数を有する無効電流補償用１次電圧Ｖｔｑ（Ｖｔｑｕ、Ｖｔｑｖ、Ｖｔｑｗ）の値と、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用１次電圧Ｖｔｈ（Ｖｔｈｕ、Ｖｔｈｖ、Ｖｔｈｗ）の値を合計した値となる。例えば、基本波無効電流と、第３次高調波電流、第５次高調波電流および第７次高調波電流を補償する場合には、半導体電力変換装置６０から変圧器３０のＵ相の１次巻線３１ｕ１に供給されるＵ相の補償用１次電流Ｉｔｕには、基本波周波数を有するＵ相の無効電流補償用１次電流Ｉｔｑｕと、第３次周波数を有するＵ相の第３次高調波電流補償用１次電流Ｉｔ３ｕと、第５次周波数を有するＵ相の第５次高調波電流補償用１次電流Ｉｔ５ｕおよび第７次周波数を有するＵ相の第７次高調波電流補償用１次電流Ｉｔ７ｕが含まれる。また、半導体電力変換装置６０から出力されるＵ相の補償用１次電圧（半導体電力変換装置６０のＵ相の出力電圧）Ｖｔｕの値は、基本周波数を有するＵ相の無効電流補償用１次電圧Ｖｔｑｕの値と、第３次周波数を有するＵ相の第３次高調波電流補償用１次電圧Ｖｔ３ｕの値、第５次周波数を有するＵ相の第５次高調波電流補償用１次電圧Ｖｔ５ｕの値および第７次周波数を有するＵ相の第７次高調波電流補償用１次電圧Ｖｔ７ｕの値を合計した値となる。
また、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から、無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Iｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）に対応する、基本波周波数を有する無効電流補償用２次電圧ＶＴｑ（ＶＴｑｕ、ＶＴｑｖ、ＶＴｑｗ）と、第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）に対応する、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈ（ＶＴｈｕ、ＶＴｈｖ、ＶＴｈｗを含む補償用２次電圧ＶＴ（ＶＴｕ、ＶＴｖ、ＶＴｗ）が出力される。
【００１２】
電流検出装置４１ｕ、４１ｖ、４１ｗは、ＬＣ回路２０の直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２との直列回路が接続されている接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより電源１側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電流（補償後の電流）ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ．ＩＬａｗ）を検出する。電流ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ、ＩＬａｗ）は、配電系統側の電力線２ｕ、２ｖ、２ｗの電流ＩＳ（ＩＳｕ、ＩＳｖ、ＩＳｗ）と略等しい。
電流ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ、ＩＬａｗ）には、補償装置１０によって補償できなかった基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）、第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）が含まれる。制御装置５０は、電流ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ、ＩＬａｗ）に含まれている基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）および第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）に応じて半導体電力変換装置６０から変圧器３０の１次巻線３０ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に供給する補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）を制御する。
なお、電流検出装置４１ｕ、４１ｖ、４１ｗは、ＬＣ回路２０の直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２との直列回路が接続されている接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより負荷４側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電流（補償前の電流）ＩＬ（ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗ）を検出するように配置することもできる。この場合、電流（補償前の電流）ＩＬ（ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗ）には、負荷４の基本波無効電流ＩＬｑ（ＩＬｑｕ、ＩＬｑｖ、ＩＬｑｗ）、負荷４等から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに流入した第ｈ次高調波電流ＩＬｈ（ＩＬｈｕ、ＩＬｈｖ、ＩＬｈｗ）が含まれる。電流検出装置４１ｕ、４１ｖ、４１ｗによって電流（補償前の電流）ＩＬ（ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗ）を検出する場合の動作は、以下で説明する電流（補償後の電流）ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ、ＩＬａｗ）、基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）、第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）を、電流（補償前の電流）ＩＬ（ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗ）、基本波無効電流ＩＬｑ（ＩＬｑｕ、ＩＬｑｖ、ＩＬｑｗ）、第ｈ次高調波電流ＩＬｈ（ＩＬｈｕ、ＩＬｈｖ、ＩＬｈｗ）に置き換えた動作と同様である。
【００１３】
制御装置５０は、電流検出装置４１ｕ、４１ｖ、４１ｗで検出された電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電流（補償後の電流）ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ、ＩＬａｗ）に基づいて、補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）に対する補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ，Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）を算出し、半導体電力変換装置６０に出力する。
なお、前述したように、補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）としては、基本波周波数を有する無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）と、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）が供給される。このため、制御装置５０は、補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ、Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）としては、無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）に対する無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）と、第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）に対する第ｈ次高調波電流用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を算出する。そして、無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）と第ｈ次高調波電流用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を含む（例えば、合成した）補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ，Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）を出力する。
【００１４】
半導体電力変換装置６０は、図２に示されているように、ダイオードＤ１〜Ｄ６により構成されるコンバータ（整流回路）６１と、平滑用コンデンサ６２と、インバータ（周波数変換装置）６３を有している。インバータ６３は、Ｕ相用のスイッチング素子Ｔｕ１とＴｕ２、Ｖ相用のスイッチング素子Ｔｖ１とＴｖ２、Ｗ相用のスイッチング素子Ｔｗ１とＴｗ２を有しており、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）を供給する。インバータ６３のスイッチング素子Ｔｕ１とＴｕ２、Ｔｖ１とＴｖ２、Ｔｗ１とＴｗ２は、それぞれＵ相制御回路６５ｕ、Ｖ相制御回路６５ｖ、Ｗ相制御回路６５Ｗによって制御される。
Ｕ相制御回路６５ｕ、Ｖ相制御回路６５ｖ、Ｗ相制御回路６５ｗは、半導体電力変換装置６０から変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に供給する補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）の値が制御装置５０から出力された補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ、Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）になるようにスイッチング素子Ｔｕ１とＴｕ２、Ｔｖ１とＴｖ２、Ｔｗ１とＴｗ２を制御する。
Ｕ相制御回路６５ｕ、Ｖ相制御回路６５ｖ、Ｗ相制御回路６５ｗは同じ構成であるため、Ｕ相制御回路６５ｕについて説明する。Ｕ相制御回路６５ｕは、比較器６６ｕ、積分器６７ｕ、ヒシテリシスコンパレータ６８ｕを有している。比較器６６ｕは、制御装置５０から出力されたＵ相の補償用目標１次電流値Ｉｔｕｒ（Ｕ相の無効電流補償用目標１次電流値ＩｔｑｕｒとＵ相の第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｕｒを合成した値）と、電流検出装置６４ｕにより検出されたＵ相の補償用１次電流Ｉｔｕの値（Ｕ相の無効電流補償用１次電流Ｉｔｑｕの値とＵ相の第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈｕの値を合成した値）を比較し、電流偏差信号ｅＩｔｕを出力する。積分器６７ｕは、電流偏差信号ｅＩｔｕを積分し、積分信号ｅｕを出力する。ヒシテリシスコンパレータ６８ｕは、積分信号ｅｕがオンレベルに達すると、スイッチング素子Ｔｕ１にオン信号を出力するとともにスイッチング素子Ｔｕ２にオフ信号を出力し、積分信号ｅｕがオフレベルに達すると、スイッチング素子Ｔｕ１にオフ信号を出力するとともにスイッチング素子Ｔｕ２にオン信号を出力する。一般的には、スイッチング素子Ｔｕ１とＴｕ２の短絡を防止するために、オン信号は、オフ信号を出力してから一定期間経過した時点で出力される。
本実施の形態の半導体電力変換装置６０が本発明の「電力変換装置」に対応する。なお、本発明の「電力変換装置」は、インバータのみによって構成することもできる。
【００１５】
なお、図１において、接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより電源１側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電圧（補償後の電圧）は、ＶＬａ（ＶＬａｕ、ＶＬａｖ、ＶＬａｗ）で表わされ、接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより負荷４側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電圧（補償前の電圧）は、ＶＬ（ＶＬｕ、ＶＬｖ、ＶＬｗ）で表されている。また、配電系統側の電力線２ｕ、２ｖ、２ｗの電圧は、ＶＳ（ＶＳｕ、ＶＳｖ、ＶＳｗ）で表わされ、電流は、ＩＳ（ＩＳｕ、ＩＳｖ、ＩＳｗ）で表されている。
また、補償装置１０から需要家側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給する補償電流ＩＡＦ（ＩＡＦｕ、ＩＡＦｖ、ＩＡＦｗ）としては、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）を補償するための、基本波周波数を有する無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）と、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）を補償するための、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）が供給される。無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）は、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）の値を有し、当該基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）と逆位相を有している。また、第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）は、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）の値を有し、当該第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）と逆位相を有している。無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦａｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）および第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）の値としては、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）および第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）の瞬時値、平均値、実効値等を設定することができる。無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）および第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）の位相は、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）および第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）に応じて設定される。
【００１６】
本実施の形態では、基本波無効電流の値が本発明の「無効電力の値」に対応し、第ｈ次高調波電流の値が本発明の「高調波電流の値」に対応する。また、補償用１次電流が本発明の「補償用１次電流」に対応し、無効電流補償用１次電流が本発明の「無効電力補償用１次電流」に対応し、第ｈ次高調波電流補償用１次電流が本発明の「高調波電流補償用１次電流」に対応する。また、補償用目標１次電流値が本発明の「補償用目標電流値」に対応し、無効電流補償用目標１次電流が本発明の「無効電力補償用目標電流値」に対応し、第ｈ次高調波電流補償用１次電流が本発明の「高調波電流補償用目標電流値」に対応する。また、補償用１次電圧が本発明の「補償用１次電圧」あるいは「電力変換装置の出力電圧」に対応し、無効電流補償用１次電圧が本発明の「無効電力補償用１次電圧」に対応し、第ｈ次高調波電流補償用１次電圧が本発明の「高調波電流補償用１次電圧」に対応する。また、補償用２次電圧が本発明の「補償用２次電圧」に対応し、無効電流補償用２次電圧が本発明の「無効電力補償用２次電圧」に対応し、第ｈ次高調波電流補償用２次電圧が本発明の「高調波電流補償用２次電圧」に対応する。また、補償電流が本発明の「補償用補償電流」に対応し、無効電流補償用補償電流が本発明の「無効電力補償用補償電流」に対応し、第ｈ次高調波電流補償用補償電流が本発明の「高調波電流補償用補償電流」に対応する。
【００１７】
まず、本実施の形態の概要を説明する。
本実施の形態では、ＬＣ直列共振回路の周波数特性を、ＬＣ回路２０のＬＣ直列共振回路のインピーダンスが、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波周波数に対して高く、負荷４等から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに流入する高調波電流の周波数に対して小さくなるように設定する。
一般的に、負荷４等から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに流入する高調波電流の成分は、第５次高調波電流の成分と第７次高調波電流の成分を多く含み（第５次高調波電流の容量と第７次高調波電流の容量が他の高調波成分の容量に比べて非常に大きい）、また、第１３次周波数以上の高調波電流の成分は極めて少ない。このような場合には、直列共振回路として、第５次周波数（基本波周波数×５）と第７次周波数（基本波周波数×７）に対するインピーダンスが低い周波数特性を有する直列共振回路が用いられる。
ここで、第５次周波数と第７次周波数に共振周波数が設定された直列共振回路（以下、「第５次・第７次直列共振回路」という）の周波数特性と、第５次周波数と第７次周波数の間の第６次周波数（基本波周波数×６）の近傍の周波数に共振周波数が設定された直列共振回路（以下、「第６次直列共振回路」という）の周波数特性を図３に示す。図３には、第５次・第７次直列共振回路の周波数特性が破線で示され、第６次直列共振回路の周波数特性が実線で示されている。図３に示されているように、第５次・第７次直列共振回路は、第５次周波数および第７次周波数に対するインピーダンスは第６次直列共振回路のインピーダンスより小さいが、第６次周波数の近傍の周波数に対するインピーダンスは第６次直列共振回路のインピーダンスよりはるかに大きい。定常状態において負荷４等から流入する高調波電流に第５次周波数の成分と第７次周波数の成分が多く含まれている場合には、負荷変動時等の過渡状態における高調波電流に、第５次周波数の成分や第７次周波数の成分だけでなく、第６次周波数の近傍の周波数の成分も多く含まれる。このため、第５次・第７次直列共振回路を用いる場合には、第６次周波数および第６次高調波電流の値を有する第６次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦ６（ＩＡＦ６ｕ、ＩＡＦ６ｖ、ＩＡＦ６ｗ）を電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給するための第６次高調波電流補償用２次電圧ＶＴ６（ＶＴ６ｕ、ＶＴ６ｖ、ＶＴ６ｗ）を出力させる際、半導体電力変換装置６０は、高電圧の第６次高調波電流補償用１次電圧Ｖｔ６（Ｖｔ６ｕ、Ｖｔ６ｖ、Ｖｔ６ｗ）を供給する必要がある。一方、第６次直列共振回路は、第５次周波数および第７次周波数に対するインピーダンスは第５次・第７次直列共振回路のインピーダンスの２倍程度であるが、第５次周波数〜第７次周波数の周波数範囲の周波数に対するインピーダンスは第５次・第７次直列共振回路に比べて十分小さい。このため、負荷４等から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに流入する高調波電流の成分が、第５次周波数〜第７次周波数の周波数範囲の高調波電流の成分を多く含み、第１３次周波数以上の高調波電流の成分が極めて少ない場合には、ＬＣ回路２０の直列共振回路として、第６次周波数の近傍に共振周波数が設定された直列共振回路を用いるのが好ましい。
【００１８】
このような直列共振回路が用いられている場合における無効電流補償動作を、図４を参照して説明する。
図４には、直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２との直列回路が電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに接続されている電気回路図のＵ相分が示されている。コンデンサ２２ｕとリアクトル２３ｕによってＵ相の直列共振回路２０ｕが構成されている。なお、２４ｕは、リアクトル２３ｕの抵抗である。電力線３ｕの接続箇所ｘｕとアースの間には、電力線３ｕの電圧ＶＬｕが印加されている。ここで、基本波無効電流を補償する際には、基本波周波数を有する無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑｕを電力線３ｕに供給する。電力線３ｕの基本波周波数に対しては、電力線３ｕの接続箇所ｘｕとアースの間には、電力線３ｕの電圧（負荷電圧）ＶＬｕの基本波電圧ＶＬｆｕが印加されている。
この状態で、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２から、電力線３ｕの基本波周波数を有し、電力線３ｕの基本波電圧ＶＬｆｕと同相あるいは逆位相の無効電流補償用２次電圧ＶＴｑｕを出力させると、直列共振回路には、電力線３ｕの基本波周波数を有し、基本波電圧ＶＬｆｕの値と無効電流補償用２次電圧ＶＴｑｕの値との和あるいは差の値を有する電圧ＶＣｑｕが印加される。なお、直列共振回路の共振周波数を第６次周波数の近傍の周波数に設定した場合、リアクトル２３ｕの容量はコンデンサ２２ｕの容量の約３％である。このため、基本波周波数に対しては、直列共振回路に印加される電圧ＶＣｕは、ほとんどコンデンサ２２ｃに印加される電圧であると見なすことができる。これにより、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２から、電力線３ｕの基本波周波数を有し、電力線３ｕの基本波電圧ＶＬｆｕと同相あるいは逆位相の無効電流補償用２次電圧ＶＴｑｕを出力させることによって、コンデンサ２２ｕに印加される電圧ＶＣｑｕ、したがって、補償回路１０から電力線３ｕに供給する無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑｕを制御することができ、基本波無効電流を補償することができる。例えば、電力線３ｕの遅れ基本波無効電流ＩＬｑｕの値を有する進み無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑｕを供給することができる。なお、無効電流補償用２次電圧ＶＴｑｕの値は、無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑｕの値が電力線３ｕの基本波無効電流ＩＬａｑｕの値となるように設定される。
このように、電力線３ｕの無効電流を補償する場合には、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波電圧を直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２によって分割した電圧が変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２に印加される。これにより、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から出力する、無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）を供給するための無効電流補償用２次電圧ＶＴｑ（ＶＴｑｕ、ＶＴｑｖ、ＶＴｑｗ）の値を小さくすることができる。すなわち、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ２、３１ｗ２に小容量の半導体電力変換装置６０を接続することによって、基本波無効電流を補償することができる。
【００１９】
また、このような直列共振回路が用いられている場合における高調波電流補償動作を、図５を参照して説明する。
図５には、直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２との直列回路が電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに接続されている電気回路図のＵ相分が示されている。コンデンサ２２ｕとリアクトル２３ｕによってＵ相の直列共振回路２０ｕが構成されている。なお、２４ｕは、リアクトル２３ｕの抵抗である。電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの高調波電流による高調波電圧は非常に小さいため、図５では図示していない。
この状態で、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２から、電力線３ｕの第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈｕを出力させると、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈｕが、直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２を介して電力線３ｕに供給される。この第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈｕが、電力線３ｕの第ｈ次高調波電流の値と同じ値を有し、第ｈ次高調波電流と逆位相を有していれば、この第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈｕによって電力線３ｕの第ｈ次高調波電流を補償する（打ち消す）ことができる。ここで、直列共振回路のインピーダンスは、電力線３ｕの第ｈ次周波数に対して小さい。また、電力線３ｕの第ｈ次高調波電流の値も小さい。したがって、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ２、３１ｗ２に小容量の半導体電力変換装置６０を接続することによって、無効電流を補償することができる。なお、第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈｕの値は、第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈｕの値が電力線３ｕの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈｕの値となるように、すなわち、第ｈ次高調波電流ＩＬａｈｕの値とＬＣ直列回路および変圧器３０の２次巻線３１ｕ２のインピーダンスの値によって設定される。また、第ｈ次高調波電流補償用２次電圧の位相は、第ｈ次高調波電流補償用電流ＩＡＦｈｕの位相が電力線３ｕの第ｈ次高調波電流と逆位相となるように、すなわち、直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２のインピーダンスの位相によって設定される。
【００２０】
次に、制御装置５０の処理を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。図６に示されている処理は、適宜の時期に開始される。
ステップＳ１では、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）の値を検出する。本実施の形態では、無効電流の値として電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波周波数を有する基本波無効電流の値を検出している。電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）の値は、例えば、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電流（補償後の電流）ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ、ＩＬａｗ）から算出することができる。
ステップＳ２では、ステップＳ１で検出した電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）の値と無効電流補償用制御ゲインＫｑを用いて、半導体電力変換装置６０から変圧器３０の１次巻線（３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１）に供給する無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）に対する無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）を算出する。無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）は、例えば、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑの値と無効電流補償用制御ゲインＫｑとの乗算［Ｉｔｑｒ＝Ｋｑ×ＩＬａｑ］によって算出される。この場合、無効電流補償用制御ゲインＫｑは、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）の値と、当該電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）を補償する無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）を電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給するために変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に供給する無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）の値との関係に基づいて設定される。
【００２１】
ステップＳ３では、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）の値を検出する。高調波電流の次数ｈとしては、１あるいは複数の次数が適宜選択される。例えば、負荷４等から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに流入する高調波電流のうち、補償を行う高調波電流の次数が選択される。電力線３ｕ、３ｖ３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）の値は、例えば、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電流（補償後の負荷電流）ＩＬａ（ＩＬａｕ、ＩＬａｖ、ＩＬａｗ）から算出することができる。
ステップＳ４では、ステップＳ３で検出した電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）の値と高調波電流補償用制御ゲインＫｈを用いて、半導体電力変換装置６０から変圧器３０の１次巻線（３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１）に供給する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）に対する第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を算出する。第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）は、例えば、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈの値と高調波電流補償用制御ゲインＫｈとの乗算［Ｉｔｈｒ＝Ｋｈ×ＩＬａｈ］によって算出される。この場合、高調波電流補償用制御ゲインＫｈは、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）の値と、補償装置１０から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）を供給するために変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に供給する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）の値との関係に基づいて設定される。
【００２２】
ステップＳ５では、半導体電力変換装置６０から変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に、ステップＳ２で算出した無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）を有する無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）およびステップＳ４で算出した第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗ）を有する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）を含む補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）を供給した時の、半導体電力変換装置６０の出力電圧（補償用１次電圧）Ｖｔ（Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗ）の値を算出する。半導体電力変換装置６０の出力電圧（補償用１次電圧）Ｖｔ（Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗ）の値は、無効電流補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）による無効電流補償用１次電圧Ｖｔｑ（Ｖｔｑｕ、Ｖｔｑｖ、Ｖｔｑｗ）の値と第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）による第ｈ次高調波電流補償用１次電圧Ｖｔｈ（Ｖｔｈｕ、Ｖｔｈｖ、Ｖｔｈｗ）の値を合計した値である。
ステップＳ６では、ステップＳ５で算出した半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔ（Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗ）の値が第１の設定値Ｖｔｒを超えるか否かを判断する。第１の設定値としては、好適には、半導体電力変換装置６０の定格電圧値が用いられる。半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値Ｖｔｒを超えない場合にはステップＳ１３に進み、超える場合にはステップＳ７に進む。
【００２３】
制御装置５０は、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの遅れ無効電流ＩＬａｑの値が大きい場合（［Ｉｔｑｒ＝Ｋｑ・ＩＬａｑ］が大きい場合）には、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から出力する、基本波周波数を有する無効電流補償用２次電圧ＶＴｑを減少させて、直列共振回路に印加される、基本波周波数を有する電圧ＶＣｑを増大させる。これにより、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給される無効電流補償用補償電流（進み補償電流）ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）の値が増大する。一方、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈの値が大きい場合（［Ｉｔｈｒ＝Ｋｈ・ＩＬａｈ］が大きい場合）には、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から出力する、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈを増大させる。これにより、直列共振回路を介して電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給される第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）の値が増大する。
ここで、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの遅れ電流ＩＬａｑの値および電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈの値が大きい場合には、変圧器の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から出力する基本波周波数を有する無効電流補償用２次電圧ＶＴｑを減少させ、第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈを増大させる。このため、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値Ｖｔｒ（例えば、定格電圧値）を超える虞はない。
一方、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの遅れ電流ＩＬａｑの値が小さく（［Ｉｔｑｒ＝Ｋｑ・ＩＬａｑ］が小さい場合）、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈの値が大きい場合（［Ｉｔｈｒ＝Ｋｈ・ＩＬａｈ］が大きい場合）には、変圧器の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から出力する基本波周波数を有する無効電力補償用２次電圧ＶＴｑおよび第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈを増大させる。この場合には、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値Ｖｔｒ（例えば、定格電圧値）を超える虞がある。このため、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流の値および第ｈ次高調波電流の値と位相角を想定し、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値Ｖｔｒ（例えば、定格電圧値）を超えないように変圧器３０の巻数比ｎ（２次巻線の巻数／１次巻線の巻数）が決定される。しかしながら、このように変圧器３０の巻数比ｎを決定した場合でも、負荷４の無効電流の値および負荷４から発生する第ｈ次高調波電流の値は不規則に変化するため、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値（例えば、定格電圧値）を超える虞がある。半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値を超える場合には、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値を減少させる制御を行う必要がある。ステップＳ６は、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値を減少させる制御を行う必要があるか否かを判断する。
【００２４】
ステップＳ７では、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電圧ＶＬａｈ（ＶＬａｈｕ、ＶＬａｈｖ、ＶＬａｈｗ）の値を検出する。高調波電圧の次数ｈとしては、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの高調波電流のうち、補償を行う１あるいは複数の高調波電流の次数が適宜選択される。電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電圧ＶＬａｈ（ＶＬａｈｕ、ＶＬａｈｖ、ＶＬａｈｗ）の値は、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電圧（補償後の負荷電圧）ＶＬａ（ＶＬａｕ、ＶＬａｖ、ＶＬａｗ）から算出することができる。
ステップＳ８では、ステップＳ７で検出した電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電圧ＶＬａｈ（ＶＬａｈｕ、ＶＬａｈｖ、ＶＬａｈｗ）が第２の設定値ＶＬａｈｒを超えているか否かを判断する。電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電圧ＶＬａｈ（ＶＬａｈｕ、ＶＬａｈｖ、ＶＬａｈｗ）が第２の設定値ＶＬａｈｒを超えているか否かを判断する方法としては種々の方法を用いることができる。例えば、第２の設定値ＶＬａｈｒを各次数ｈそれぞれに対応して設定し、第ｈ次高調波電流の値が当該次数ｈに対応する第２の設定値ＶＬａｈｒを超えているか否かを判断し、いずれかの次数ｈの高調波電流の値が各次数に対応する第２の設定値を超えているか否かを判断する。あるいは、第２の設定値ＶＬａｈｒを各次数に対して共通に設定し、いずれかの次数ｈの第ｈ次高調波電圧の値が第２の設定値を超えているか否かを判断する。あるいは、第２の設定値ＶＬａｈｒとして複数の次数の高調波電圧の値の合計値を設定し、複数の次数の高調波電圧の値の合計値が第２の設定値ＶＬａｈｒを超えているか否かを判断する。「複数の次数の高調波電圧の値の合計値」としては、種々の値を用いることができる。例えば、各次数の高調波電圧の値を加算した値、各次数の高調波電圧の値を二乗して加算した加算値の平方根を用いることができる。第２の設定値としては、好適には、高調波電圧の値に対する管理目標値が設定される。第ｈ次高調波電圧ＶＬａｈの値が第２の設定値ＶＬａｈｒを超えていない場合にはステップＳ９に進み、超えている場合にはステップＳ１１に進む。
【００２５】
ステップＳ９では、高調波電流補償用制御ゲインＫｈを補正する。例えば、高調波電流補償用制御ゲインＫｈから補正値△ａを減算し、減算値を補正後の高調波電流補償用制御ゲインＫｈとする。ステップＳ９では、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電圧の値が第２の設定値ＶＬａｈｒを超えていないため、無効電力の補償を優先する。すなわち、高調波電流補償用制御ゲインＫｈを減少させ（［Ｉｔｈｒ＝Ｋｈ・ＩＬａｈ］を小さくし）て、半導体電力変換装置６０から供給する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈの値を減少させる。これにより、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が減少する。
ステップＳ１０では、ステップＳ３で検出した電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）の値とステップＳ９で補正した高調波電流補償用制御ゲインＫｈを用いて第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を再算出した後、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１１では、無効電流補償用制御ゲインＫｑを補正する。例えば、無効電流補償用制御ゲインＫｑに補正値△ｂを加算し、加算値を補正後の無効電流補償用制御ゲインＫｑとする。ステップＳ１１では、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電流の値が第２の設定値ＶＬａｈｒを超えているため、高調波電流の補償を優先する。すなわち、無効電流補償用制御ゲインＫｑを増加させることによって（［Ｉｔｑｒ＝Ｋｑ・ＩＬａｑ］を大きくし）、半導体電力変換装置６０から出力する無効電流補償用１次電流Ｉｔｑの値を減少させる。これにより、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が減少する。
ステップＳ１２では、ステップＳ２で検出した電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）の値とステップＳ１１で補正した無効電流補償用制御ゲインＫｑを用いて無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）を再算出した後、ステップＳ１３に進む。
【００２６】
ステップＳ１３では、算出した無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）と第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を含む（例えば、加算した）補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ、Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）を半導体電力変換装置６０に出力する。なお、ステップＳ６からステップＳ１３に進んだ場合には、ステップＳ２で算出した無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）とステップＳ４で算出した第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を含む補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ、Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）を半導体電力変換装置６０に出力する。また、ステップＳ１０からステップＳ１３に進んだ場合には、ステップＳ２で算出した無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）とステップＳ１０で再算出した第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を含む補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ、Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）を半導体電力変換装置６０に出力する。また、ステップＳ１２からステップＳ１３に進んだ場合には、ステップＳ１２で再算出した無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）とステップＳ４で算出した第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｕｒ、Ｉｔｈｖｒ、Ｉｔｈｗｒ）を含む補償用目標１次電流値Ｉｔｒ（Ｉｔｕｒ、Ｉｔｖｒ、Ｉｔｗｒ）を半導体電力変換装置６０に出力する。
この場合、半導体電力変換装置６０は、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に、基本波周波数を有し、無効電流補償用目標１次電流値Ｉｔｑｒ（Ｉｔｑｕｒ、Ｉｔｑｖｒ、Ｉｔｑｗｒ）を有する無効電力補償用１次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）を所定の位相で供給する。これにより、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から基本波周波数を有する無効電流補償用２次電圧ＶＴｑが出力され、補償装置１０から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに、基本波周波数を有する無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）が供給される。なお、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に供給する無効電流補償用一次電流Ｉｔｑ（Ｉｔｑｕ、Ｉｔｑｖ、Ｉｔｑｗ）の位相は、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給される無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑ（ＩＡＦｑｕ、ＩＡＦｑｖ、ＩＡＦｑｗ）によって電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流ＩＬａｑ（ＩＬａｑｕ、ＩＬａｑｖ、ＩＬａｑｗ）が補償されるように（無効電流ＩＬａｑと逆位相となるように）設定される。また、半導体電力変換装置６０は、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に、第ｈ次周波数を有し、第ｈ次高調波電流補償用目標１次電流値Ｉｔｈｒ（Ｉｔｈｒｕ、Ｉｔｈｒｖ、Ｉｔｈｒｗ）を有する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈ（Ｉｔｈｕ、Ｉｔｈｖ、Ｉｔｈｗ）を所定の位相で供給する。これにより、変圧器３０の２次巻線２１ｕ２、２１ｖ２、２１ｗ２から第ｈ次周波数を有する第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈが出力され、補償装置１０から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）が供給される。なお、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に供給する第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈの位相は、変圧器３０の２次巻電３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から出力される第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈによって補償装置１から電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給される第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈ（ＩＡＦｈｕ、ＩＡＦｈｖ、ＩＡＦｈｗ）によって電力線３ｕ、３、３ｗの第ｈ次高調波電流ＩＬａｈ（ＩＬａｈｕ、ＩＬａｈｖ、ＩＬａｈｗ）が補償されるように（第ｈ次高調波電流ＩＬａｈと逆位相となるように）設定される。以上により、半導体電力変換装置６０から変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に、補償用１次電流Ｉｔ（無効電流補償用１次電流Ｉｔｑと第ｈ次高調波電流補償用１次電流Ｉｔｈの合計）が供給され、変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２から無効電流補償用２次電圧ＶＴｑと第ｈ次高調波電流補償用２次電圧ＶＴｈを含む補償用２次電圧ＶＴが出力される。
ステップＳ１４では、無効電流補償用制御ゲインＫｑと高調波電流補償用制御ゲインＫｈを初期値に戻して処理を終了する。
【００２７】
本実施の形態の各部の波形が図７および図８に示されている。図７には、配電系統側のＵ相の電圧ＶＳｕが破線で示され、配電系統側のＵ相の電流ＩＳｕが細い実線で示され、需要家側のＵ相の電流（補償前の電流）ＩＬｕが太い実線で示されている。図８には、配電系統側のＵ相の電圧ＶＳｕが破線で示され、補償装置１０のＵ相の直列共振回路の印加電圧ＶＣｕが細い実線で示され、補償装置１０から需要家側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに供給されるＵ相の補償用補償電流ＩＡＦｕ（無効電流補償用補償電流ＩＡＦｑと第ｈ次高調波電流補償用補償電流ＩＡＦｈの合計）が太い実線で示されている。図７および図８に示されているように、本実施の形態では、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流および高調波電流が補償されていることが分かる。
また、図９には、負荷の力率が０．９、第５次高調波の含有率が１６％、第７次高調波の含有率が１２％である場合に、負荷４の容量に対して必要な半導体電力変換装置６０の容量を本実施の形態と従来例について示した図である。なお、従来例は、半導体電力変換装置が電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに並列に接続された補償装置である。また、図９では、本実施の形態が黒丸で示され、従来例が黒四角で示されている。図９から、本実施の形態は、従来例に比べて、半導体電力変換装置６０の容量を大幅に低減することができることが分かる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態では、リアクトルとコンデンサを直列に接続した直列共振回路と変圧器３０の２次巻線３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２との直列回路を、負荷４と並列になるように電力線３ｕ、３ｖ、３ｗに接続し、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に供給する補償用１次電流Ｉｔ（Ｉｔｕ、Ｉｔｖ、Ｉｔｗ）を制御することによって、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流Ｌａｑ（Ｌａｑｕ、Ｌａｑｖ、Ｌａｑｗ）と第ｈ次高調波電流Ｌａｈ（Ｌａｈｕ、Ｌａｈｖ、Ｌａｈｗ）を補償している。これにより、装置の大型化を防止しながら、安価な半導体電力変換装置を用いて無効電力および高調波電流を補償することができる。
また、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値Ｖｔｒ（好適には、定格電圧値）を超える場合には、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値Ｖｔｒを超えないように制御するため、より安価な半導体電力変換装置６０を用いることができる。特に、この場合、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電圧ＶＬａｈの値が第２の設定値ＶＬａｈｒを超えているか否かによって無効電流ＩＬａｑの補償を優先するか第ｈ次高調波電流ＩＬａｈの補償を優先するかを決定するため、半導体電力変換装置６０の容量を減少させながら無効電力および高調波電流の補償を適切に行うことができる。
【００２９】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
実施の形態では、半導体電力変換装置６０の出力電圧Ｖｔの値が第１の設定値Ｖｔｒを越える場合には、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの第ｈ次高調波電圧の値が第２の設定値を超えているか否かによって無効電流補償用ゲインＫｑあるいは高調波電流補償用制御ゲインＫｈを補正したが、補正態様としては、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの基本波電圧に応じて無効電流補償用制御ゲインＫｇあるいは高調波電流補償用制御ゲインＫｈを補正する補正態様を用いることもできる。この場合には、基本波電圧が第２の設定値を超えていれば高調波電流補償用制御ゲインＫｈを減少させて高調波電流補償用１次電流（高調波補償用１次電圧）を減少させ、基本波電圧が第２の設定を超えていなければ無効電流補償用制御ゲインＫｑを増加させて無効電流補償用１次電流（無効電流補償用１次電圧）を減少させる。また、無効電流補償用ゲインＫｑと高調波電流補償用制御ゲインＫｈを補正する補正態様を用いることもできる。さらに、これらの補正態様に限定されず、電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの電圧に応じて無効電流補償用ゲインＫｑあるいは高調波電流補償用制御ゲインＫｈの少なくとも一方を補正する補正態様を用いることができる。
補償装置１０の接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより電源１側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流の値（補償後の無効電流の値）ＩＬａに応じて半導体周波数変換装置６０を制御したが、補償装置１０の接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより負荷４側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電流の値（補償前の無効電流の値）ＩＬに応じて制御することもできる。また、無効電流の値に代えて無効電力の値に応じて半導体電力変換装置を制御することもできる。無効電力の値としては、典型的には、基本波無効電力の値が用いられる。無効電力の値は、補償装置１０の接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより電源１側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電力の値（補償後の無効電力の値）あるいは補償装置１０の接続箇所ｘｕ、ｘｖ、ｘｗより負荷４側の電力線３ｕ、３ｖ、３ｗの無効電力の値（補償前の無効電力の値）を用いることができる。無効電力の値を用いる場合には、無効電流の値を無効電力の値に対応させるための修正が行われる。また、前述した「無効電流」という記載が「無効電力」に置き換えられる。
電力変換装置は、変圧器３０の１次巻線３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１に無効電力補償用１次電流（無効電流補償用１次電流を含む）および第ｈ次高調波電流補償用１次電流を供給することができればよく、コンバータとインバータを有する半導体電力変換装置６０に限定されない。
本発明は、図６のフローチャートに示されている処理手順や処理内容に限定されず、種々の処理方法を用いて無効電力（無効電流を含む）および高調波電流を補償することができる。
本発明は、図１に示した構成に限定されない。
本発明は、需要家内の電力系統に限定されず負荷と電力線を有する種々の構成の電力系統、例えば、電力事業者側の電力系統に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】一実施の形態で用いられている制御装置と半導体電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図３】一実施の形態で用いられている直列共振回路の周波数特性の１例を示す図である。
【図４】一実施の形態の無効電流補償動作を説明する図である。
【図５】一実施の形態の高調波電流補償動作を説明する図である。
【図６】一実施の形態の制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】一実施の形態の各部の波形を示す図である。
【図８】一実施の形態の各部の波形を示す図である。
【図９】一実施の形態と従来例における半導体電力変換装置の容量を示す図である。
【図１０】従来の無効電力補償装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  電源
２ｕ、２ｖ、２ｗ、３ｕ、３ｖ、３ｗ  電力線
４  負荷
１０  無効電力および高調波電流補償装置
２０  ＬＣ回路
２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ、２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ、１２２ｕ、１２２ｖ、１２２ｗ  コンデンサ
２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ  リアクトル
３０、１３０  変圧器
３１ｕ１、３１ｖ１、３１ｗ１、１３１ｕ１、１３１ｖ１、１３１ｗ１  １次巻線
３１ｕ２、３１ｖ２、３１ｗ２、１３１ｕ２、１３１ｖ２、１３１ｗ２  ２次巻線
４１ｕ、４１ｖ、４１ｗ、６４ｕ、６４ｖ、６４ｗ  電流検出装置
５０  制御装置
５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ  制御部
６０、１６０  電力変換装置
６１  コンバータ（整流回路）
６２  平滑用コンデンサ
６３  インバータ（周波数変換回路）
６５ｕ  Ｕ相制御回路
６５ｖ  Ｖ相制御回路
６５ｗ  Ｗ相制御回路
Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード
Ｔｕ１、Ｔｖ１、Ｔｗ１、Ｔｕ２、Ｔｖ２、Ｔｗ２  半導体素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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