(57)【要約】【課題】、電力変換部から５次高調波電圧の出力し、電力系統の５次高調波電圧の抑制を実現する交直変換装置の制御方法及び制御装置を提供する。【解決手段】ＰＷＭ制御方式を適用した交直変換装置の制御方法において、スイッチング角度の初期値を演算して出力する演算回路５に、基本波振幅指令値と直流電圧を入力してスイッチング角度の初期値を演算し、スイッチング角度の変化を演算して出力する演算回路７に、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値、直流電圧、及び基本波振幅指令値／直流電圧を入力してスイッチング角度の変化を演算し、出力されたスイッチング角度の初期値及び出力されたスイッチング角度の変化を加算器２４で合計し、５次以外の低次高調波は出力せずに基本波と５次高調波だけを指令値どおりに出力する。【選択図】図１
2011166852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御方式を適用した交直変換装置の制御方法において、
スイッチング角度の初期値を演算して出力する演算回路に、基本波振幅指令値と直流電圧を入力してスイッチング角度の初期値を演算し、
スイッチング角度の変化を演算して出力する演算回路に、5次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、5次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値、直流電圧、及び基本波振幅指令値／直流電圧を入力してスイッチング角度の変化を演算し、
出力されたスイッチング角度の初期値及び出力されたスイッチング角度の変化を合計し、５次以外の低次高調波は出力せずに基本波と５次高調波を出力することを特徴とする交直変換装置の制御方法。
【請求項２】
基本波振幅指令値と直流電圧を第１の除算器に入力して基本波振幅指令値／直流電圧を計算して出力し、第１の記憶装置に入力して第１の記憶装置から基本波振幅指令値／直流電圧に対応するスイッチング角度の初期値を演算することを特徴とする請求項１に記載の交直変換装置の制御方法。
【請求項３】
５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値と直流電圧を第２の除算器に入力して５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算し、
５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値と直流電圧を第３の除算器に入力して５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算し、
第１の除算器の出力を、他の次数の低次高調波は出力せずに5次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算するために必要な係数のデータが保存された第２の記憶装置に入力し、
第２の記憶装置から出力された係数、第２の除算器の出力、および第３の除算器の出力を第１の演算回路に入力して予め決められた演算式を用いて、他の次数の低次高調波を出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算することを特徴とする請求項２に記載の交直変換装置の制御方法。
【請求項４】
交直変換装置と電力系統の接続点の５次高調波電圧を計算する第２の演算回路と、接続点の５次高調波電流指令値を計算する第３の演算回路と、電力変換部の５次高調波電圧指令値を計算する第４の演算回路とを備え、
第４の演算回路の出力を、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の交直変換装置の制御方法。
【請求項５】
第３の演算器において接続点の５次高調波電流指令値を接続点の５次高調波電圧に比例させることを特徴とする請求項４に記載の交直変換装置の制御方法。
【請求項６】
ＰＷＭ制御方式を適用した交直変換装置の制御装置において、
低次高調波が含まれないＰＷＭ波形のスイッチング角度が保存された第１の記憶装置と第１の除算器を備え、入力された基本波振幅指令値と直流電圧が入力されてスイッチング角度の初期値を演算して出力する演算回路と、
第２の除算器、第３の除算器、及び他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算するために必要な係数のデータが保存された第２の記憶装置を備え、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値、直流電圧、及び第１の除算器で計算された基本波振幅指令値／直流電圧が入力されてスイッチング角度の変化を演算して出力する演算回路と、
出力されたスイッチング角度の初期値及び出力されたスイッチング角度の変化を合計する加算器を備え、５次以外の低次高調波は出力せずに基本波と５次高調波だけを指令値どおりに出力することを特徴とする交直変換装置の制御装置。
【請求項７】
基本波振幅指令値と直流電圧が入力されて基本波振幅指令値／直流電圧を計算して出力する第１の除算器と、第１の除算器から出力された基本波振幅指令値／直流電圧が入力された第１の記憶装置から基本波振幅指令値／直流電圧に対応するスイッチング角度の初期値を演算する演算回路を備えたことを特徴とする請求項６に記載の交直変換装置の制御装置。
【請求項８】
５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値と直流電圧を入力して５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算して出力する第２の除算器と、
５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値と直流電圧を入力して５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算して出力する第３の除算器と、
第１の除算器の出力が入力されて第２の記憶装置から出力された係数、第２の除算器の出力、および第３の除算器の出力が入力されて予め決められた演算式を用いて他の次数の低次高調波を出力せずに5次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算する第１の演算回路を備えたことを特徴とする請求項７に記載の交直変換装置の制御装置。
【請求項９】
交直変換装置と電力系統の接続点の５次高調波電圧を計算する第２の演算回路と、接続点の５次高調波電流指令値を計算する第３の演算回路と、電力変換部の５次高調波電圧指令値を計算し、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、及び５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値を出力する第４の演算回路とを備えたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の交直変換装置の制御装置。
【請求項１０】
第３の演算器が接続点の５次高調波電流指令値を接続点の５次高調波電圧に比例させる比例器を備えたことを特徴とする請求項９に記載の交直変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を適用した交直変換装置の制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換部のＰＷＭ制御の方式として、低次高調波消去ＰＷＭ制御方式、正弦波・三角波比較ＰＷＭ制御方式が知られている。（特許文献１〜３、非特許文献１）
【０００３】
前記低次高調波消去ＰＷＭ制御方式は、フィルタで取り除くことが難しい低次高調波を消去可能なスイッチング角度を予めオフラインで算出し、その結果を記憶装置に記憶しておき、外部からの基本波振幅指令値に応じて角度を記憶装置から呼び出して、波形を制御する方式である。この方式は、予め決められた理想的な角度でスイッチングが可能なため、高調波の低減、スイッチング回数の低減によるロスの低減、フィルタの小型化が可能という長所がある。
【０００４】
また、正弦波・三角波比較ＰＷＭ制御方式は、三角搬送波と変調波を比較し、その交点のタイミングをスイッチング角度としてＰＷＭ波形を作成する方式である。
【０００５】
また、本出願人は、特許文献３で正弦波との比較により低次高調波を消去したＰＷＭ波形が作成可能なひずみ三角波と、基本波のみからなる変調波との比較で、ＰＷＭ波形を作成し、このＰＷＭ波形で交直変換装置を制御する方式を提案した。
【０００６】
図１４は従来の低次高調波消去ＰＷＭ制御方式を用いた交直変換装置であり、１は直流部、２は直流を交流に変換する電力変換部、３は連系リアクトル、４はフィルタコンデンサ、５はＰＷＭ波形の演算回路、６はスイッチング角度の初期値の演算回路、１１は低次高調波が含まれないＰＷＭ波形のスイッチング角度が保存された第１の記憶装置、２１は除算器である。従来の低次高調波消去ＰＷＭ制御では、図１４の第１の記憶装置１１に図１３を記憶しておき、基本波振幅の指令値Ｖ１＊に対して除算器でξ１＊＝Ｖ１＊／Ｅｄｃを計算し、ξ１＊に応じたスイッチング角度θｋを第１の記憶装置１１から読み出してＰＷＭ波形を作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０６４８７８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３９９５９号公報
【特許文献３】特開２００９−２１３２５５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】電気学会半導体電力変換方式調査専門委員会編：「半導体電力変換回路」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
低次高調波消去ＰＷＭ制御方式は、予め計算で求めた低次高調波が消去されたスイッチング角度でしかスイッチングできないため、電力変換部から低次高調波電圧を出力することはできない。しかし、電力系統の系統電圧には低次高調波が含まれており、電力系統に接続される交直変換装置を用いてこの低次高調波を抑制することが期待されている。具体的には、系統に接続される交直変換装置において、接続点の低次高調波電圧を検出し、電力系統から交直変換装置に向かって接続点の低次高調波電圧に比例した低次高調波電流を流すことで、電力系統の低次高調波電圧を抑制できることが知られている。そのためには、交直変換装置の電力変換部において、前記の低次高調波電流を流すために必要な低次高調波電圧を出力する必要がある。しかし、低次高調波消去ＰＷＭ制御方式は、低次高調波電圧を出力できないため、電力系統の高調波電圧を抑制することはできない。
【００１０】
また、正弦波・三角波比較ＰＷＭ制御方式は、電力変換部から低次高調波の出力が可能なため系統電圧の低次高調波電圧の抑制が可能である。しかし、低次高調波消去ＰＷＭ制御方式と比べると、フィルタで取り除かなくてはならない不要な高調波成分の次数が低いため、低次高調波消去ＰＷＭ制御方式に比べて大きなフィルタが必要となり、設置スペース及びコストの増大という課題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、低次高調波が含まれないＰＷＭ波形のスイッチング角度が保存された第１の記憶装置と、他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算するために必要な係数のデータが保存された第２の記憶装置と、他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算する第１の演算回路を用いて、電力変換部から５次高調波電圧の出力し、電力系統の５次高調波電圧の抑制を実現する交直変換装置の制御方法及び制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、ＰＷＭ制御方式を適用した交直変換装置の制御方法において、スイッチング角度の初期値を演算して出力する演算回路に、基本波振幅指令値と直流電圧を入力してスイッチング角度の初期値を演算し、スイッチング角度の変化を演算して出力する演算回路に、5次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、5次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値、直流電圧、及び基本波振幅指令値／直流電圧を入力してスイッチング角度の変化を演算し、出力されたスイッチング角度の初期値及び出力されたスイッチング角度の変化を合計し、５次以外の低次高調波は出力せずに基本波と５次高調波を出力することを特徴とする交直変換装置の制御方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、基本波振幅指令値と直流電圧を第１の除算器に入力して基本波振幅指令値／直流電圧を計算して出力し、第１の記憶装置に入力して第１の記憶装置から基本波振幅指令値／直流電圧に対応するスイッチング角度の初期値を演算することを特徴とする請求項１に記載の交直変換装置の制御方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、5次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値と直流電圧を第２の除算器に入力して5次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算し、5次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値と直流電圧を第３の除算器に入力して5次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算し、第１の除算器の出力を、他の次数の低次高調波は出力せずに5次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算するために必要な係数のデータが保存された第２の記憶装置に入力し、第２の記憶装置から出力された係数、第２の除算器の出力、および第３の除算器の出力を前記第１の演算回路に入力して予め決められた演算式を用いて、他の次数の低次高調波を出力せずに5次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算することを特徴とする請求項２に記載の交直変換装置の制御方法である。
【００１５】
請求項４の発明は、交直変換装置と電力系統の接続点の5次高調波電圧を計算する第２の演算回路と、接続点の5次高調波電流指令値を計算する第３の演算回路と、電力変換部の5次高調波電圧指令値を計算する第４の演算回路とを備え、第４の演算回路の出力を、5次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、5次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の交直変換装置の制御方法である。
【００１６】
請求項５の発明は、第３の演算器において接続点の5次高調波電流指令値を接続点の５次高調波電圧に比例させることを特徴とする請求項４に記載の交直変換装置の制御方法である。
【００１７】
請求項６の発明は、ＰＷＭ制御方式を適用した交直変換装置の制御装置において、低次高調波が含まれないＰＷＭ波形のスイッチング角度が保存された第１の記憶装置と第１の除算器を備え、入力された基本波振幅指令値と直流電圧が入力されてスイッチング角度の初期値を演算して出力する演算回路と、第２の除算器、第３の除算器、及び他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算するために必要な係数のデータが保存された第２の記憶装置を備え、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値、直流電圧、及び第１の除算器で計算された基本波振幅指令値／直流電圧が入力されてスイッチング角度の変化を演算して出力する演算回路と、出力されたスイッチング角度の初期値及び出力されたスイッチング角度の変化を合計する加算器を備え、５次以外の低次高調波は出力せずに基本波と５次高調波だけを指令値どおりに出力することを特徴とする交直変換装置の制御装置である。
【００１８】
請求項７の発明は、基本波振幅指令値と直流電圧が入力されて基本波振幅指令値／直流電圧を計算して出力する第１の除算器と、第１の除算器から出力された基本波振幅指令値／直流電圧が入力された第１の記憶装置から前記基本波振幅指令値／直流電圧に対応するスイッチング角度の初期値を演算する演算回路を備えたことを特徴とする請求項６に記載の交直変換装置の制御装置である。
【００１９】
請求項８の発明は、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値と直流電圧を入力して5次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算して出力する第２の除算器と、5次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値と直流電圧を入力して5次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値／直流電圧を計算して出力する第３の除算器と、第１の除算器の出力が入力されて第２の記憶装置から出力された係数、第２の除算器の出力、および第３の除算器の出力が入力されて予め決められた演算式を用いて他の次数の低次高調波を出力せずに5次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算する第１の演算回路を備えたことを特徴とする請求項７に記載の交直変換装置の制御装置である。
【００２０】
請求項９の発明は、交直変換装置と電力系統の接続点の５次高調波電圧を計算する第２の演算回路と、接続点の５次高調波電流指令値を計算する第３の演算回路と、電力変換部の５次高調波電圧指令値を計算し、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値、及び５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値を出力する第４の演算回路とを備えたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の交直変換装置の制御装置である。
【００２１】
請求項１０の発明は、第３の演算器が接続点の５次高調波電流指令値を接続点の５次高調波電圧に比例させる比例器を備えたことを特徴とする請求項９に記載の交直変換装置の制御装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば下記の効果を奏する。
（１）本発明のＰＷＭ制御方式を適用した交直変換装置において、従来の低次高調波消去ＰＷＭ制御方式とは異なり、低次高調波を消去しながら特定の次数の高調波を目標値に従って出力することができる。このため本制御方式は、アクティブフィルタなど高調波の制御が必要な様々な機器にも適用が可能であり、これらの装置の、出力フィルタの小型化による装置の小型化、スイッチング回数の低減によるスイッチングロスの低減を図ることができる。
【００２３】
（２）本発明は、従来の低次高調波消去ＰＷＭ制御方式とは異なり、交直変換装置から発生する高調波を抑制するだけでなく、接続点の特定の次数の高調波電圧も抑制することができる。このため本制御方式は、既存の低次高調波消去ＰＷＭ制御方式が適用された交直変換装置の制御装置を変更するだけで、電力系統の高調波抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のスイッチング角度と係数のテーブル及び演算回路を使用し、基本波および高調波を制御可能な交直変換装置の回路図である。
【図２】系統電圧の５次高調波電圧の抑制制御を行う交直変換装置の回路図である。
【図３】５次高調波振幅と角度の変化の理論値の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の近似式の導出過程を示すグラフのうち、５次高調波振幅と角度の変化の理論値の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の近似式の導出過程を示すグラフのうち、５次高調波振幅の偶対象な成分の割合と角度の変化の関係を示す図である。
【図６】本発明の近似式の導出過程を示すグラフのうち、５次高調波振幅と角度の変化の関係について、理論値と近似値の比較を示す図である。
【図７】本発明の５次高調波制御用の係数のデータを示すグラフである。
【図８】本発明により、電力変換部から、低次高調波を消去し、基本波電圧、５次高調波電圧だけを出力した場合の、電力変換部の出力電圧の高調波解析結果を示すグラフである。
【図９】高調波発生源を含む模擬電力系統の回路図である。
【図１０】模擬系統に交直変換装置を接続した場合の系統電圧、交直変換部電圧及び交直変換装置への流入電流の波形について、従来方式と発明方式の比較を示すグラフである。
【図１１】模擬系統に交直変換装置を接続した場合の系統電圧、交直変換部電圧及び交直変換装置への流入電流の高調波解析結果について、従来方式と発明方式の比較を示すグラフである。
【図１２】半周期のパルス数が１１個の３レベルインバータの出力電圧波形である。
【図１３】従来の低次高調波消去ＰＷＭ制御方式で使用される、３１次まで３の倍数の次数を除く低次高調波を消去した場合のＰＷＭ波形のスイッチング角度を示すグラフである。
【図１４】従来の低次高調波消去ＰＷＭ制御方式で使用した交直変換装置の回路図である。
【図１５】電力系統の５次高調波電圧の検出回路の一例である。
【図１６】電力変換部の５次高調波電圧の指令値の演算回路の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、系統連系用の交直変換装置を例にとり図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１において、１は直流部、２は直流を交流に変換する電力変換部、３は連系リアクトル、４はフィルタコンデンサ、５はＰＷＭ波形の演算回路、６はスイッチング角度の初期値の演算回路、７はスイッチング角度の変化の演算回路、１１は低次高調波が含まれないＰＷＭ波形のスイッチング角度が保存された第１の記憶装置、１２は他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算するために必要な係数のデータが保存された第２の記憶装置、１３は他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算する演算回路、２１，２２，２３は除算器、２４は加算器である。
【００２７】
本発明は、図１の電力変換部２の制御において、ＰＷＭ波形の演算回路５の入力を直流電圧Ｅｄｃ、基本波振幅指令値Ｖ１＊、５次高調波の奇対象な成分の振幅の指令値ΔＶ５ｄ、５次高調波の偶対象の成分の振幅の指令値ΔＶ５ｑのみとし、第１の記憶装置１１、第２の記憶装置１２、演算回路１３を使って、低次の高調波を消去して、５次高調波だけを出力するＰＷＭ波形を作成するものである。
【００２８】
本発明を理解しやすくするため、まず、従来の低次高調波ＰＷＭ制御の原理と制御方法について説明する。
【００２９】
電力変換部の相電圧が、図１２に示すように半周期のパルス数が１１パルス、レベル数が３レベルの波形とする。この場合、１／４周期までのスイッチング角度をθ１、θ２、・・・θ１１、図１２の波形をフーリエ変換したときのｎ次高調波の振幅をＶｎとすると、Ｖｎ／Ｅｄｃは以下の式となる。
【００３０】
【数１】
2011166852.tif 000003
【００３１】
この式は設定できるθｊの数が１１個あるので、基本波振幅の制御と１１個の高調波の消去ができる。そのときのスイッチング角度θ１、θ２、・・・θ１１は、式（１）においてＶ１／Ｅｄｃ＝ξ１（ξ１は任意の値）、Ｖｎ＝０（ｎ＝５、７、１１、１３、・・・、２９、３１）とした１１元連立方程式を解くことで得られる。その解を図１３に示す。
【００３２】
次に、５次高調波を出力するＰＷＭ波形の作成方法について理論的に述べる。
【００３３】
電力変換部の相電圧ｖｉｎｖが、図１２に示すように半周期のパルス数が１１パルス、レベル数が３レベルの波形であるとする。ここで、ｖｉｎｖは、式（２）に示すように、基本波ξ１ｓｉｎ（ωｔ）・Ｅｄｃ、５次高調波電圧（Δξ５ｄｓｉｎ（５ωｔ）＋Δξ５ｑｃｏｓ（５ωｔ））Ｅｄｃ及び不要高調波成分ｖｅｒｒ（３の倍数の次数の成分、３１次より高い次数の成分）だけで構成されており、７次から３１までの３の倍数の次数を除く低次高調波が含まれていないとする。Δξ５ｄＥｄｃは５次高調波電圧のうち奇対称な成分の振幅、Δξ５ｑＥｄｃは５次高調波電圧のうち偶対称な成分の振幅である。
【００３４】
【数２】
2011166852.tif 000004
【００３５】
この場合に、５次高調波電圧が零の時のスイッチング角度に対して、式（２）に示すように５次高調波電圧を出力した際のスイッチング角度の変化を導出する。
【００３６】
図１２の波形で半波対称（すなわちｆ（θ）＝−ｆ（π＋θ））だけが成り立っているとすると、相電圧のｎ次調波の振幅は次式となる。
【００３７】
【数３】
2011166852.tif 000005
【００３８】
（３）式のＶｉｎｖ−ｎｄ  は奇対称な成分、Ｖｉｎｖ−ｎｑは偶対称な成分である。（３）式からｄθｋに対するｄＶｉｎｖ−ｎの関係式を求めると、
【００３９】
【数４】
2011166852.tif 000006
【００４０】
（４）式，（５）式を次数１とｎ（ｎ＝６ｍ±１（ｍ＝１、２、・・・５）について連立すると以下のようになる。
【００４１】
【数５】
2011166852.tif 000007
【００４２】
【数６】
2011166852.tif 000008
【００４３】
【数７】
2011166852.tif 000009
【００４４】
よって、（２）式の電圧を出力するスイッチング角度は、図１３からＶ１／Ｅｄｃ＝ξ１におけるスイッチング角度θｋ（ξ１）を読み出し、これを初期値として（７）式の微分方程式を解いて振幅Δξ５ｄＥｄｃ、Δξ５ｑＥｄｃの５次高調波を出力した際のθｋの変化Δθｋを計算することで得られる。Ｒａｔｉｏ＝Δξ５ｑ／Δξ５ｄとし、ξ１＝１．０，−０．１＜Δξ５ｄ＜０．１，−１＜Ｒａｔｉｏ＜１のときのΔθｋ（ｋ＝１）を計算すると、図３となる。しかし、図３を用いて５次高調波電圧を制御するには、全てのξ１とθｋについて図３と同様のグラフを用意する必要があり、非常に容量の大きなデータベースが必要となる。
【００４５】
そこで、本発明では近似式を用いる。まずＣｋ＝Δθｋ／Δξ５ｄとし、図４のグラフを作成する。次にΔξ５ｄ＝Δξ５ｄ_１，Δξ５ｄ_２においてＲａｔｉｏとＣｋの関係を図５に示すように一次関数で近似する。
【００４６】
【数８】
2011166852.tif 000010
【００４７】
最後に、Δξ５ｄ−１＜Δξ５ｄ＜Δξ５ｄ２の範囲内で、Δξ５ｄとＣｋを１次関数で近似する。
【００４８】
【数９】
2011166852.tif 000011
【００４９】
（１０）式に、（８）式，（９）式を代入すると、
【００５０】
【数１０】
2011166852.tif 000012
となる。図４に示したＣｋの理論値と、近似式によって求めたＣｋの比較を図６に示す。図６から近似の範囲内では理論値と近似値はほぼ一致している。
【００５１】
最後に、０．８８＜ξ１＜１．１２における係数ａｋ、ｂｋ、ｃｋ、ｄｋを図７に示す。
【００５２】
なお、本発明は５次高調波だけでなく、予め同様の計算を行って係数ａｋ、ｂｋ、ｃｋ、ｄｋを求めておくことで、他の低次高調波にも適用可能である。
【００５３】
次に発明の実施方法のうち、ＰＷＭ波形の演算方法について述べる。
【００５４】
図１において、まずスイッチング角度の初期値の演算回路６に基本波振幅指令値Ｖ１＊と直流部１の直流電圧Ｅｄｃとを入力し、除算器２１でξ１＊＝Ｖ１＊／Ｅｄｃを計算する。次に、ξ１＊を第１の記憶装置１１に入力し、第１の記憶装置１１から低次高調波が含まれないＰＷＭ波形のスイッチング角度θｋ０を読み出す。これをスイッチング角度の初期値とする。
【００５５】
次に、スイッチング角度の変化の演算回路７に、５次高調波の奇対称な成分の振幅の指令値ΔＶ５ｄ、５次高調波の偶対象な成分の振幅の指令値ΔＶ５ｑおよび直流電圧Ｅｄｃを入力し、除算器２２と除算器２３において、Δξ５ｄ＊とΔξ５ｑ＊を計算する。また、演算回路６の除算器２１で計算されたξ１＊を第２の記憶装置１２に入力し、第２の記憶装置１２から他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化を計算するために必要な係数のａｋ、ｂｋ、ｃｋ、ｄｋを読み出す。そして、Δξ５ｄ＊、Δξ５ｑ＊、ａｋ、ｂｋ、ｃｋ、ｄｋを演算回路１３に入力し、演算回路１３において、前述の近似式（１１）に従って、他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度の変化Δθｋを計算する。
【００５６】
最後に、加算器２４で、スイッチング角度の初期値θｋ０とスイッチング角度の変化Δθｋを合計し、これをＰＷＭ波形のスイッチング角度θｋとする。
【００５７】
次に本発明の電力系統の高調波電圧の抑制方法について述べる。
【００５８】
図２において、まず、電力系統の相電圧ＶＲｕ、ＶＲｖ、ＶＲｗを検出し、電力系統の５次高調波電圧の検出回路１４で、５次高調波電圧ＶＲｄ、ＶＲｑを計算する。ＶＲｄは奇対称な成分、ＶＲｑは偶対象な成分である。なお、５次高調波電圧の検出回路１４の一例を図１５に示す。
【００５９】
次に、交直変換装置の５次高調波電流の指令値の演算回路１５の比例器２５，２６を用いて、電力系統から交直変換装置へ流れ込む５次高調波電流の指令値ＩＲ５ｄ＊、ＩＲ５ｑ＊を計算する。ＩＲ５ｄ＊は奇対称な成分、ＩＲ５ｑ＊は偶対象な成分である。電力系統から交直変換装置に向かって、系統電圧の５次高調波電圧と同位相の高調波電流を流すことで、系統電圧の５次高調波電圧を抑制することができる。
【００６０】
最後に、電力変換部の５次高調波電圧の指令値の演算回路１６を用いて、電力変換部の５次高調波電圧の指令値ΔＶ５ｄ＊、ΔＶ５ｑ＊を計算し、これをＰＷＭ波形の演算回路５への入力とする。なお、電力変換部の５次高調波電圧の指令値の演算回路の一例を図１６に示す。
【００６１】
以上の手順により、電力系統の５次高調波電圧を抑制するように電力変換装置を動作させることができる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６３】
まず、ＰＷＭ波形の演算回路５を用いて５次高調波電圧を出力するように制御した結果を示す。
【００６４】
図１において、ＰＷＭ波形の演算回路５への入力を基本波振幅指令値Ｖ１＊、高調波振幅指令値ΔＶ５ｄ＊、ΔＶ５ｑ＊とする。ＰＷＭ波形の演算回路５において、他の次数の低次高調波は出力せずに５次高調波だけを出力するスイッチング角度θｋを演算する。最後に、スイッチング角度θｋを電力変換部２へ入力する。以上の動作により、電力変換部２からは、７次から３１次までの３の倍数の次数を除く低次高調波が消去され、基本波、５次高調波及び３３次以上の高調波成分だけで構成される相電圧が出力される。
【００６５】
図８に基本波振幅指令値ξ１＊＝０．８８、５次高調波指令値をΔＶ５ｄ＊＝−０．０５、ΔＶ５ｑ＊＝０．０５としたときの電力変換部の相電圧の高調波解析結果を示す。
【００６６】
図８から、７次から３１次までの低次高調波を消去したまま、５次高調波だけを出力できていることが分かる。
【００６７】
次に、電力系統の５次高調波電圧の抑制を行った結果を示す。
【００６８】
図２において、電力系統の５次高調波電圧の検出回路１４により、系統の５次高調波電圧ＶＲ５ｄ、ＶＲ５ｑを得る。次に交直変換装置の５次高調波電流の指令値の演算回路１５により、電力変換装置に流入させる５次高調波電流の指令値ＩＲ５ｄ＊、ＩＲ５ｑ＊を計算する。次に、５次高調波電流ＩＲ５ｄ＊、ＩＲ５ｑ＊を交直変換装置に流入させるために必要な電力変換部の５次高調波電圧の指令値Ｖ５ｄ＊、Ｖ５ｑ＊を電力変換部の５次高調波電圧の指令値の演算回路１６で計算する。最後に、直流電圧Ｅｄｃ、基本波振幅指令値Ｖ１＊、５次高調波電圧の指令値ΔＶ５ｄ＊、ΔＶ５ｑ＊をＰＷＭ波形の演算回路５に入力し、スイッチング角度θｋすなわちＰＷＭ波形を得る。
【００６９】
高調波電圧を抑制した場合の例として、図９に示す模擬電力系統においてノード３に交直変換装置を接続した場合の結果を図１０、図１１に示す。
【００７０】
図１０、図１１に示すように、従来の低次高調波消去ＰＷＭ制御方式を適用した場合は、系統電圧の高調波電圧は、５次調波比が５．４％、全高調波ひずみ率
（ＴＨＤ）が６．６％となる。
【００７１】
しかし、図２に示す回路で、本発明による高調波抑制手法を適用した場合は、５次高調波が抑制でき、５次調波比が２．３％、ＴＨＤが４．５％となり、従来方式と比較し高調波が低減できることが分かる。
【００７２】
なお、本発明は、つぎのように応用することができる。本発明の出力電圧制御方法により、電力系統に接続される交直変換装置において、交直変換装置から発生する低次の高調波を効果的に取り除くことでき、フィルタの小型化、スイッチング回数の低減によるロスの低減などが実現できる。また、電力系統の低次高調波の抑制も実現できる。このことから、太陽光連系インバータ、蓄電池の充放電用のインバータなどの用途に適用することができる。
【００７３】
また、電力系統における直流送電やＢＴＢ（Ｂａｃｋ  ｔｏ  Ｂａｃｋ）の交直変換装置には、系統電圧が正弦波であることを前提として、従来の高調波の制御ができない低次高調波消去ＰＷＭ制御が適用されている箇所もある。よって、電力系統の高調波に対する抑制効果がないが、本発明を使用すれば電力系統の高調波を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  直流部
２  直流を交流に変換する電力変換部
３  連系リアクトル
４  フィルタコンデンサ
５  ＰＷＭ波形の演算回路
６  スイッチング角度の初期値の演算回路
７  スイッチング角度の変化の演算回路
１１  第１の記憶装置
１２  第２の記憶装置
１３  スイッチング角度の変化を計算する演算回路
１４  電力系統の５次高調波電圧の検出回路
１５  交直変換装置の５次高調波電流の指令値の演算回路
１６  電力変換部の５次高調波電圧の指令値の演算回路
２１  除算器
２２  除算器
２３  除算器
２４  加算器
２５  比例器
２６  比例器
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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