(57)【要約】【課題】三相の直列補償、並列補償を同時に行う補償制御をより簡素化する。【解決手段】交流電源１と接続する交流入力端子として、Ｒ相入力、Ｓ相入力、Ｔ相入力を有し、これら交流入力端子から入力される電力を直流に変換する電源側コンバータ回路４０と、交流出力端子として、Ｕ相出力、Ｖ相出力、Ｗ相出力を有しており、電源側コンバータ回路４０から出力される直流を、交流に変換して交流出力端子から出力するための負荷側インバータ回路５０とを備えており、電源側コンバータ回路４０と負荷側インバータ回路５０とが、それぞれ逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列に接続してなるレグを、３つ並列に接続して構成されてなると共に、電源側コンバータ回路４０と負荷側インバータ回路５０とが、一のレグを共有する。これにより、電力変換制御装置の構成に必要なレグ数を少なくすることができ、回路の簡素化が図られる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の交流電源(1)と、該交流電源(1)で駆動される三相負荷(2)の間に接続される、該交流電源(1)の交流電力を補償するための電力変換制御装置であって、
該交流電源(1)と接続する交流入力端子として、Ｒ相入力、Ｓ相入力、Ｔ相入力を有し、これら交流入力端子から入力される電力を直流に変換する電源側コンバータ回路(40)と、
交流出力端子として、Ｕ相出力、Ｖ相出力、Ｗ相出力を有しており、前記電源側コンバータ回路(40)から出力される直流を、交流に変換して前記交流出力端子から出力するための負荷側インバータ回路(50)と、
を備えており、
前記電源側コンバータ回路(40)と前記負荷側インバータ回路(50)とが、それぞれ逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列に接続してなるレグを、３つ並列に接続して構成されてなると共に、
前記電源側コンバータ回路(40)と前記負荷側インバータ回路(50)とが、一のレグを共有してなることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換制御装置であって、
前記電源側コンバータ回路(40)が、前記Ｒ相入力、Ｓ相入力、Ｔ相入力から入力される交流電流の高調波成分を並列補償して直流に変換する高調波電流補償制御を行い、
前記負荷側インバータ回路(50)が、前記電源側コンバータ回路(40)から出力される直流電圧を交流電圧に変換して、交流電圧の高調波成分を直列補償する高調波電圧補償制御を行うことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項３】
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相の交流電源(1)と、該交流電源(1)で駆動される三相負荷(2)の間に接続され、入力側に接続された該交流電源(1)の交流電力を補償して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として出力するための電力変換制御装置であって、
逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列にそれぞれ接続してなるＲ相レグ(8)、Ｔ相レグ(9)、共通レグ(10)、Ｕ相レグ(11)、Ｗ相レグ(12)を備えており、
前記Ｒ相レグ(8)、Ｔ相レグ(9)、共通レグ(10)、Ｕ相レグ(11)、Ｗ相レグ(12)は、並列接続点を介して互いに並列に接続されており、
前記Ｒ相レグ(8)の直列接続点を、Ｒ相入力とし、
前記Ｔ相レグ(9)の直列接続点を、Ｔ相入力とし、
前記共通レグ(10)の直列接続点を、Ｓ相入力兼Ｖ相出力とし、
前記Ｕ相レグ(11)の直列接続点を、Ｕ相出力とし、
前記Ｗ相レグ(12)の直列接続点を、Ｗ相出力とし、
前記Ｒ相レグ(8)と前記Ｔ相レグ(9)で、Ｒ相入力、Ｔ相入力をコンバータ制御により高調波電流補償制御を行い、
前記Ｕ相レグ(11)と前記Ｗ相レグ(12)で、Ｕ相出力、Ｗ相出力をインバータ制御により高調波電圧補償制御を行い、
前記共通レグ(10)で、Ｓ相入力及びＶ相出力を共通として、直並列補償動作を行うよう構成してなることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換制御装置であって、
前記Ｒ相レグ(8)と前記Ｔ相レグ(9)で、Ｒ相入力、Ｔ相入力の高調波電流補償制御を行う電源側コンバータ回路(40)を構成し、
前記Ｕ相レグ(11)と前記Ｗ相レグ(12)で、Ｕ相出力、Ｗ相出力の高調波電圧補償制御を行う負荷側インバータ回路(50)を構成し、
前記共通レグ(10)で、Ｓ相入力及びＶ相出力を共通として、直並列補償動作を行う共通レグ回路を構成してなることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換制御装置であって、
前記負荷側インバータ回路(50)による高調波電圧補償制御が、前記Ｕ相レグ(11)の直列接続点を、Ｕ相出力とし、前記Ｗ相レグ(12)の直列接続点を、Ｗ相出力とし、前記共通レグ(10)の直列接続点を、前記Ｓ相入力兼Ｖ相出力として、該三相負荷(2)との接続をＶ結線方式とした、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電力変換制御装置であって、
前記共通レグ(10)は、前記電源側コンバータ回路(40)で直交二軸逆変換したＳ相成分と、前記負荷側インバータ回路(50)で直交二軸逆変換したＶ相成分を加算演算した信号を、ＰＷＭスイッチング信号により変換することで、直並列補償動作の協調制御を行うことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換制御装置であって、
前記共通レグ(10)の協調制御によって、負荷側の出力電圧の実効値を電源側の入力電圧に対して０％〜１００＋α％までの任意の補償が可能な負荷側出力電圧の可変機能を有することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一に記載の電力変換制御装置であって、
Ｒ相入力と交流電源Ｒ相との間にＲ相連系リアクトル(5a)を接続し、
Ｔ相入力と交流電源Ｔ相との間にＴ相連系リアクトル(5b)を接続し、
Ｕ相出力と三相負荷(2)との間にＵ相フィルタリアクトル(6a)を接続し、
Ｗ相出力と三相負荷(2)との間にＷ相フィルタリアクトル(6b)を接続し、
前記共通レグ(10)のＳ相入力兼Ｖ相出力には、連系リアクトル及びフィルタリアクトルの機能を兼用した協調リアクトル(7)を接続してなることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項９】
請求項８記載の電力変換制御装置であって、
前記協調リアクトル(7)により、三相交流電源(1)の中性点と負荷側出力の中性点とを同電位とすることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載の電力変換制御装置であって、さらに、
前記電源側コンバータ回路(40)及び負荷側インバータ回路(50)の制御を行う制御部を備え、
前記制御部が、
前記電源側コンバータ回路(40)の並列補償制御を行うコンバータ制御部と、
前記負荷側インバータ回路(50)の直列補償制御を行うインバータ制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の電力変換制御装置であって、
前記負荷側インバータ回路(50)が、前記制御部から誤差量を成分毎に演算して得られた有効電流指令、無効電流指令に上限値を設定する電流制限機能を有することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の電力変換制御装置であって、さらに、
前記電源側コンバータ回路(40)及び負荷側インバータ回路(50)の制御で使用される有効成分電流と無効成分電流に変換する直交二軸変換部を備えることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電力変換制御装置であって、さらに、
三相負荷(2)に並列接続されたフィルタコンデンサ(13)と、
前記フィルタコンデンサ(13)の交流電圧を検出するための交流電圧検出器(17)と、
前記電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサ(13)の交流電圧値を用いて有効成分電流と無効成分電流の指令値を演算する二軸電流設定部と、
を備えることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力変換制御装置であって、さらに、
前記コンバータ制御部にて、前記直交二軸変換部が出力する２つの成分電流である有効成分電流と無効成分電流と、前記二軸電流設定部が決定する２つの設定値とを入力し、それらの誤差量を成分毎に演算して前記電源側コンバータ回路(40)の振幅指令値を成分毎に出力する二軸電流調節部と、
振幅指令値に基づいて前記電源側コンバータ回路(40)をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、
交流電源(1)の周波数を、無効成分電流に対する振幅指令値、又は前記電源側コンバータ回路(40)の出力電圧から得られる前記振幅指令値に対応する値を零に導く値に推定する周波数演算部(27)と、
前記周波数演算部(27)の出力を積分して位相角を決定する積分演算部(28)と、
を備え、
位相角に基づいて前記直交二軸変換部で直交二軸電流変換を行い、
前記ＰＷＭ信号発生部で前記振幅指令値のＰＷＭスイッチング信号変換を行うことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の電力変換制御装置であって、
前記周波数演算部(27)は、振幅指令値を入力として、有効成分電流に対する振幅指令値を用いて交流電源(1)の周波数を推定することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の電力変換制御装置であって、
前記周波数演算部(27)は、前記電源側コンバータ回路(40)の入力電流を直交座標変換して、有効成分電流に対する振幅指令値を用いて交流電源(1)の周波数を推定することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか一に記載の電力変換制御装置であって、
前記二軸電流設定部は、設定値の決定に前記周波数演算部(27)が出力する交流電源(1)の周波数を用いる手段を含むことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１８】
請求項１２〜１６のいずれか一に記載の電力変換制御装置であって、
前記二軸有効電流設定部は、設定値の決定に前記負荷側インバータ回路(50)の直流側電圧値を用いる手段を含むことを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一に記載の電力変換制御装置であって、
交流電源(1)は、商用電源であることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一に記載の電力変換制御装置であって、
交流電源(1)は、交流発電機であることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一に記載の電力変換制御装置であって、
前記スイッチング素子が、ＦＥＴ又はＩＧＢＴで構成されてなることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２２】
請求項１２〜２１のいずれか一に記載の電力変換制御装置の並列補償を行うコンバータ制御回路であって、
前記二軸電流設定部の力率を任意に設定するために、無効電流の設定値を調整可能としてなることを特徴とするコンバータ制御回路。
【請求項２３】
請求項２２に記載のコンバータ制御回路であって、
前記二軸電流設定部の無効電流の設定値を、前記負荷側インバータ回路(50)の出力の力率が１となる値に設定することを特徴とするコンバータ制御回路。
【請求項２４】
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相の交流電源(1)と、該交流電源(1)で駆動される三相負荷(2)の間に接続され、入力側に接続された該交流電源(1)の交流電力を補償して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として出力する電力変換制御方法であって、
逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列にそれぞれ接続してなるＲ相レグ(8)、Ｔ相レグ(9)、共通レグ(10)、Ｕ相レグ(11)、Ｗ相レグ(12)の内、
前記Ｒ相レグ(8)の直列接続点に、該交流電源(1)のＲ相を入力し、前記Ｔ相レグ(9)の直列接続点に、Ｔ相を入力し、前記共通レグ(10)の直列接続点に、Ｓ相を入力した状態で、前記Ｒ相レグ(8)と前記Ｔ相レグ(9)で構成される電源側コンバータ回路(40)により、交流電源(1)のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電源系統との並列接続により高調波電流補償制御を行う工程と、
前記Ｕ相レグ(11)の直列接続点を、Ｕ相出力とし、前記Ｗ相レグ(12)の直列接続点を、Ｗ相出力とし、前記共通レグ(10)の直列接続点を、前記Ｓ相入力兼Ｖ相出力として、前記Ｕ相レグ(11)と前記Ｗ相レグ(12)で構成される負荷側インバータ回路(50)により、該三相負荷(2)との接続をＶ結線方式とした、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより高調波電圧補償制御を行う工程と、
を含むことを特徴とする電力変換制御方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の電力変換制御方法であって、
前記共通レグ(10)が、前記電源側コンバータ回路(40)で直交二軸逆変換されるＳ相成分と、前記負荷側インバータ回路(50)で直交二軸逆変換されるＶ相成分を加算演算した信号を、ＰＷＭスイッチング信号により変換して制御を行うことにより、直並列補償動作の協調制御を行うよう機能させてなることを特徴とする電力変換制御方法。
【請求項２６】
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相の交流電源(1)と、該交流電源(1)で駆動される三相負荷(2)の間に接続され、入力側に接続された該交流電源(1)の交流電力を補償して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として出力する電力変換制御プログラムであって、
逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列にそれぞれ接続してなるＲ相レグ(8)、Ｔ相レグ(9)、共通レグ(10)、Ｕ相レグ(11)、Ｗ相レグ(12)の内、
前記Ｒ相レグ(8)の直列接続点に、該交流電源(1)のＲ相を入力し、前記Ｔ相レグ(9)の直列接続点に、Ｔ相を入力し、前記共通レグ(10)の直列接続点に、Ｓ相を入力した状態で、前記Ｒ相レグ(8)と前記Ｔ相レグ(9)で構成される電源側コンバータ回路(40)により、該Ｒ相入力及びＴ相入力の高調波電流補償制御を行う機能と、
前記Ｕ相レグ(11)の直列接続点を、Ｕ相出力とし、前記Ｗ相レグ(12)の直列接続点を、Ｗ相出力とし、前記共通レグ(10)の直列接続点を、前記Ｓ相入力兼Ｖ相出力として、前記Ｕ相レグ(11)と前記Ｗ相レグ(12)で構成される負荷側インバータ回路(50)により、該三相負荷(2)との接続をＶ結線方式とした、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより高調波電圧補償制御を行う機能と、
をコンピュータにより実現させることを特徴とする電力変換制御プログラム。
【請求項２７】
請求項２６に記載の電力変換制御プログラムであって、
前記共通レグ(10)が、前記電源側コンバータ回路(40)で直交二軸逆変換されるＳ相成分と、前記負荷側インバータ回路(50)で直交二軸逆変換されるＶ相成分を加算演算した信号を、ＰＷＭスイッチング信号により変換して制御を行うことにより、直並列補償動作の協調制御を行うよう機能させてなることを特徴とする電力変換制御プログラム。
【請求項２８】
請求項２６又は２７に記載のプログラムを格納した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相の交流電源と、この交流電源で駆動される負荷の間に接続されて、交流電源の電圧降下や歪みを補償するための電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体に関し、特に高調波電流補償と負荷端子電圧補償とを行う電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を用いた電源機器の用途が拡大している近年において、非線形負荷が発生する高調波電流と、それによる電源電圧波形歪みの電源品質の低下が起きている。また電源を使用する需要家たるユーザ自身でも、高調波電流を発生するパワーエレクトロニクス機器の総容量が増加して、電源電圧波形歪みの原因となり、ユーザが利用する他の周辺機器に悪影響を与えることが懸念されている。
【０００３】
これらの対策として、高調波電流補償には、並列インバータを用いたアクティブフィルタが使用され、一方電圧補償には、各相のトランスを有する直列インバータが一般的に用いられている。電流補償と電圧補償を同時に行うには、それぞれのインバータが必要であり、装置は大掛かりなものとなって複雑化する。
【０００４】
また、高調波電流補償と負荷端子電圧の補償を同時に行い、かつ端子電圧の電圧／周波数可変が可能なものとして交直交流変換を行うコンバータ−インバータ変換方式が用いられている。しかしながら、この方式ではインバータとコンバータそれぞれに３相電力変換器が必要とされ、またコンバータ−インバータの交流部には各相にフィルタ回路が付加されるため、やはり装置は大掛かりなものとなる。
【０００５】
一方で高調波電流及び負荷端子電圧波形歪み補償を行うためには、交流入力起電力源に同期して制御をする必要がある。この同期信号は、電源電圧の検出信号に基づいて、接続される電力源の位相情報を得て、各制御に使用される。しかしながら、この方式は電源電圧に含まれる高調波や歪みが大きい場合、同期の誤検出を起こしやすいという欠点がある。このため、この方式の電源品質補償装置では、その適応条件には同期検出が可能な範囲内という一定品質以上の電源であることが要求され、このような制限が課されることから利用範囲が狭められ、また信頼性の低下を招くという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０２２６３０号公報
【特許文献２】特開２００８−７２７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、三相の直列補償、並列補償を同時に行う際のシステム構成とその制御手法の簡略化を図り、かつその適応範囲に制限を有せず、幅広い電力系統に適応可能な電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の電力変換制御装置によれば、三相の交流電源１と、該交流電源１で駆動される三相負荷２の間に接続される、該交流電源１の交流電力を補償するための電力変換制御装置であって、該交流電源１と接続する交流入力端子として、Ｒ相入力、Ｓ相入力、Ｔ相入力を有し、これら交流入力端子から入力される電力を直流に変換する電源側コンバータ回路４０と、交流出力端子として、Ｕ相出力、Ｖ相出力、Ｗ相出力を有しており、前記電源側コンバータ回路４０から出力される直流を、交流に変換して前記交流出力端子から出力するための負荷側インバータ回路５０とを備えており、前記電源側コンバータ回路４０と前記負荷側インバータ回路５０とが、それぞれ逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列に接続してなるレグを、３つ並列に接続して構成されてなると共に、前記電源側コンバータ回路４０と前記負荷側インバータ回路５０とが、一のレグを共有することができる。これにより、電力変換制御装置の構成に必要なレグ数を少なくすることができ、回路の簡素化が実現できる。
【０００９】
また、第２の電力変換制御装置によれば、前記電源側コンバータ回路４０が、前記Ｒ相入力、Ｓ相入力、Ｔ相入力から入力される交流電流の高調波成分を並列補償して直流に変換する高調波電流補償制御を行い、前記負荷側インバータ回路５０が、前記電源側コンバータ回路４０から出力される直流電圧を交流電圧に変換して、交流電圧の高調波成分を直列補償する高調波電圧補償制御を行うことができる。これにより、並列補償を行う電源側コンバータ回路及び直列補償を行う負荷側インバータ回路で、高調波電流補償制御と高調波電圧補償制御とを同時に行うことができる。
【００１０】
さらに、第３の電力変換制御装置によれば、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相の交流電源１と、該交流電源１で駆動される三相負荷２の間に接続され、入力側に接続された該交流電源１の交流電力を補償して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として出力するための電力変換制御装置であって、逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列にそれぞれ接続してなるＲ相レグ８、Ｔ相レグ９、共通レグ１０、Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２を備えており、前記Ｒ相レグ８、Ｔ相レグ９、共通レグ１０、Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２は、並列接続点を介して互いに並列に接続されており、前記Ｒ相レグ８の直列接続点を、Ｒ相入力とし、前記Ｔ相レグ９の直列接続点を、Ｔ相入力とし、前記共通レグ１０の直列接続点を、Ｓ相入力兼Ｖ相出力とし、前記Ｕ相レグ１１の直列接続点を、Ｕ相出力とし、前記Ｗ相レグ１２の直列接続点を、Ｗ相出力とし、前記Ｒ相レグ８と前記Ｔ相レグ９で、Ｒ相入力、Ｔ相入力をコンバータ制御により高調波電流補償制御を行い、前記Ｕ相レグ１１と前記Ｗ相レグ１２で、Ｕ相出力、Ｗ相出力をインバータ制御により高調波電圧補償制御を行い、前記共通レグ１０で、Ｓ相入力及びＶ相出力を共通として、直並列補償動作を行うよう構成できる。
【００１１】
さらにまた、第４の電力変換制御装置によれば、前記Ｒ相レグ８と前記Ｔ相レグ９で、Ｒ相入力、Ｔ相入力の高調波電流補償制御を行う電源側コンバータ回路４０を構成し、前記Ｕ相レグ１１と前記Ｗ相レグ１２で、Ｕ相出力、Ｗ相出力の高調波電圧補償制御を行う負荷側インバータ回路５０を構成し、前記共通レグ１０で、Ｓ相入力及びＶ相出力を共通として、直並列補償動作を行う共通レグ回路を構成することができる。
【００１２】
さらにまた、第５の電力変換制御装置によれば、前記負荷側インバータ回路５０による高調波電圧補償制御が、前記Ｕ相レグ１１の直列接続点を、Ｕ相出力とし、前記Ｗ相レグ１２の直列接続点を、Ｗ相出力とし、前記共通レグ１０の直列接続点を、前記Ｓ相入力兼Ｖ相出力として、該三相負荷２との接続をＶ結線方式とした、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことができる。これにより、高調波電流補償は、交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電源系統との並列接続により補償動作を行う一方、負荷側の高調波電圧補償においては、交流負荷の出力端子をＶ結線方式と捉えることで、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより負荷端子電圧の正弦波補償が可能となる。
【００１３】
さらにまた、第６の電力変換制御装置によれば、前記共通レグ１０が、前記電源側コンバータ回路４０で直交二軸逆変換したＳ相成分と、前記負荷側インバータ回路５０で直交二軸逆変換したＶ相成分を加算演算した信号を、ＰＷＭスイッチング信号により変換することで、直並列補償動作の協調制御を行うことができる。
【００１４】
さらにまた、第７の電力変換制御装置によれば、前記共通レグ１０の協調制御によって、負荷側の出力電圧の実効値を電源側の入力電圧に対して０％〜１００＋α％までの任意の補償が可能な負荷側出力電圧の可変機能を有することができる。
【００１５】
さらにまた、第８の電力変換制御装置によれば、Ｒ相入力と交流電源Ｒ相との間にＲ相連系リアクトル５ａを接続し、Ｔ相入力と交流電源Ｔ相との間にＴ相連系リアクトル５ｂを接続し、Ｕ相出力と三相負荷２との間にＵ相フィルタリアクトル６ａを接続し、Ｗ相出力と三相負荷２との間にＷ相フィルタリアクトル６ｂを接続し、前記共通レグ１０のＳ相入力兼Ｖ相出力には、連系リアクトル及びフィルタリアクトルの機能を兼用した協調リアクトル７を接続することができる。
【００１６】
さらにまた、第９の電力変換制御装置によれば、前記協調リアクトル７により、三相交流電源１の中性点と負荷側出力の中性点とを同電位とすることができる。
【００１７】
さらにまた、第１０の電力変換制御装置によれば、さらに前記電源側コンバータ回路４０及び負荷側インバータ回路５０の制御を行う制御部を備え、前記制御部が、前記電源側コンバータ回路４０の並列補償制御を行うコンバータ制御部と、前記負荷側インバータ回路５０の直列補償制御を行うインバータ制御部とを備えることができる。
【００１８】
さらにまた、第１１の電力変換制御装置によれば、前記負荷側インバータ回路５０が、前記制御部から誤差量を成分毎に演算して得られた有効電流指令、無効電流指令に上限値を設定する電流制限機能を有することができる。
【００１９】
さらにまた、第１２の電力変換制御装置によれば、さらに前記電源側コンバータ回路４０及び負荷側インバータ回路５０の制御で使用される有効成分電流と無効成分電流に変換する直交二軸変換部を備えることができる。
【００２０】
さらにまた、第１３の電力変換制御装置によれば、さらに三相負荷２に並列接続されたフィルタコンデンサ１３と、前記フィルタコンデンサ１３の交流電圧を検出するための交流電圧検出器１７と、前記電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサ１３の交流電圧値を用いて有効成分電流と無効成分電流の指令値を演算する二軸電流設定部とを備えることができる。
【００２１】
さらにまた、第１４の電力変換制御装置によれば、さらに前記コンバータ制御部にて、前記直交二軸変換部が出力する２つの成分電流である有効成分電流と無効成分電流と、前記二軸電流設定部が決定する２つの設定値とを入力し、それらの誤差量を成分毎に演算して前記電源側コンバータ回路４０の振幅指令値を成分毎に出力する二軸電流調節部と、振幅指令値に基づいて前記電源側コンバータ回路４０をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、交流電源１の周波数を、無効成分電流に対する振幅指令値、又は前記電源側コンバータ回路４０の出力電圧から得られる前記振幅指令値に対応する値を零に導く値に推定する周波数演算部２７と、前記周波数演算部２７の出力を積分して位相角を決定する積分演算部２８とを備え、位相角に基づいて前記直交二軸変換部で直交二軸電流変換を行い、前記ＰＷＭ信号発生部で前記振幅指令値のＰＷＭスイッチング信号変換を行うことができる。
【００２２】
さらにまた、第１５の電力変換制御装置によれば、前記周波数演算部２７は、振幅指令値を入力として、有効成分電流に対する振幅指令値を用いて交流電源の周波数を推定することができる。
【００２３】
さらにまた、第１６の電力変換制御装置によれば、前記周波数演算部２７が、前記電源側コンバータ回路４０の入力電流を直交座標変換して、有効成分電流に対する振幅指令値を用いて交流電源の周波数を推定することができる。
【００２４】
さらにまた、第１７の電力変換制御装置によれば、前記二軸電流設定部は、設定値の決定に前記周波数演算部２７が出力する交流電源の周波数を用いる手段を含むことができる。
【００２５】
さらにまた、第１８の電力変換制御装置によれば、前記二軸有効電流設定部は、設定値の決定に前記負荷側インバータ回路５０の直流側電圧値を用いる手段を含むことができる。
【００２６】
さらにまた、第１９の電力変換制御装置によれば、交流電源１として商用電源を利用できる。
【００２７】
さらにまた、第２０の電力変換制御装置によれば、交流電源１として交流発電機を利用できる。
【００２８】
さらにまた、第２１の電力変換制御装置によれば、前記スイッチング素子としてＦＥＴ又はＩＧＢＴを利用できる。
【００２９】
さらにまた、第２２のコンバータ制御回路によれば、上記電力変換制御装置の並列補償を行うコンバータ制御回路であって、前記二軸電流設定部の力率を任意に設定するために、無効電流の設定値を調整可能とできる。
【００３０】
さらにまた、第２３のコンバータ制御回路によれば、前記二軸電流設定部の無効電流の設定値を、前記負荷側インバータ回路５０の出力の力率が１となる値に設定することができる。
【００３１】
さらにまた、第２４の電力変換制御方法によれば、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相の交流電源１と、該交流電源１で駆動される三相負荷２の間に接続され、入力側に接続された該交流電源１の交流電力を補償して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として出力する電力変換制御方法であって、逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列にそれぞれ接続してなるＲ相レグ８、Ｔ相レグ９、共通レグ１０、Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２の内、前記Ｒ相レグ８の直列接続点に、該交流電源１のＲ相を入力し、前記Ｔ相レグ９の直列接続点に、Ｔ相を入力し、前記共通レグ１０の直列接続点に、Ｓ相を入力した状態で、前記Ｒ相レグ８と前記Ｔ相レグ９で構成される電源側コンバータ回路４０により、交流電源１のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電源系統との並列接続により高調波電流補償制御を行う工程と、前記Ｕ相レグ１１の直列接続点を、Ｕ相出力とし、前記Ｗ相レグ１２の直列接続点を、Ｗ相出力とし、前記共通レグ１０の直列接続点を、前記Ｓ相入力兼Ｖ相出力として、前記Ｕ相レグ１１と前記Ｗ相レグ１２で構成される負荷側インバータ回路５０により、該三相負荷２との接続をＶ結線方式とした、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより高調波電圧補償制御を行う工程とを含むことができる。これにより、高調波電流補償は、交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電源系統との並列接続により補償動作を行う一方、負荷側の高調波電圧補償においては、交流負荷の出力端子をＶ結線方式と捉えることで、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより負荷端子電圧の正弦波補償が可能となる。
【００３２】
さらにまた、第２５の電力変換制御方法によれば、前記共通レグ１０が、前記電源側コンバータ回路４０で直交二軸逆変換されるＳ相成分と、前記負荷側インバータ回路５０で直交二軸逆変換されるＶ相成分を加算演算した信号を、ＰＷＭスイッチング信号により変換して制御を行うことにより、直並列補償動作の協調制御を行うよう機能させることができる。
【００３３】
さらにまた、第２６の電力変換制御プログラムによれば、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相の交流電源１と、該交流電源１で駆動される三相負荷２の間に接続され、入力側に接続された該交流電源１の交流電力を補償して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として出力する電力変換制御プログラムであって、逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列にそれぞれ接続してなるＲ相レグ８、Ｔ相レグ９、共通レグ１０、Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２の内、前記Ｒ相レグ８の直列接続点に、該交流電源１のＲ相を入力し、前記Ｔ相レグ９の直列接続点に、Ｔ相を入力し、前記共通レグ１０の直列接続点に、Ｓ相を入力した状態で、前記Ｒ相レグ８と前記Ｔ相レグ９で構成される電源側コンバータ回路４０により、該Ｒ相入力及びＴ相入力の高調波電流補償制御を行う機能と、前記Ｕ相レグ１１の直列接続点を、Ｕ相出力とし、前記Ｗ相レグ１２の直列接続点を、Ｗ相出力とし、前記共通レグ１０の直列接続点を、前記Ｓ相入力兼Ｖ相出力として、前記Ｕ相レグ１１と前記Ｗ相レグ１２で構成される負荷側インバータ回路５０により、該三相負荷２との接続をＶ結線方式とした、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより高調波電圧補償制御を行う機能とをコンピュータにより実現させることができる。これにより、高調波電流補償は、交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電源系統との並列接続により補償動作を行う一方、負荷側の高調波電圧補償においては、交流負荷の出力端子をＶ結線方式と捉えることで、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより負荷端子電圧の正弦波補償が可能となる。
【００３４】
さらにまた、第２７の電力変換制御プログラムによれば、前記共通レグ１０が、前記電源側コンバータ回路４０で直交二軸逆変換されるＳ相成分と、前記負荷側インバータ回路５０で直交二軸逆変換されるＶ相成分を加算演算した信号を、ＰＷＭスイッチング信号により変換して制御を行うことにより、直並列補償動作の協調制御を行うよう機能させることができる。
【００３５】
さらにまた、第２８の記録媒体によれば、上記プログラムを格納できる。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＨＤ  ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記憶した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１に係る電力変換制御装置を用いた電源システムを示すブロック図である。
【図２】図１の電力変換制御装置の主回路構成図である。
【図３】図２の電力変換制御装置の基本原理図である。
【図４】実施の形態２に係る電力変換制御装置の制御ブロック図である。
【図５】実施の形態３に係る電力変換制御装置のブロック図である。
【図６】図５の電力変換制御装置の制御ブロック図である。
【図７】実施例に係る電力変換制御装置の回路図である。
【図８】実施例１に係る電力変換制御装置の動作結果を示すグラフである。
【図９】実施例２に係る電力変換制御装置の動作結果を示すグラフである。
【図１０】実施例３に係る電力変換制御装置の動作結果を示すグラフである。
【図１１】実施例４に係る電力変換制御装置の動作結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体を例示するものであって、本発明は電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施の形態、実施例において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）
【００３８】
図１に、実施の形態１に係る電力変換制御装置を用いた電源システムのブロック図を示す。この図に示す電力変換制御装置１００は、三相の交流電源（三相電源系統）１と、この交流電源１で駆動される三相負荷２の間に接続されて、交流電源１の交流電力を補償する三相直並列補償装置である。具体的には、高調波電流補償と負荷端子電圧補償を同時に行う。
【００３９】
電力変換制御装置１００は、電源側コンバータ回路４０と負荷側インバータ回路５０で構成されるレグ回路と、このレグ回路を駆動する制御部とを備える。レグ回路は、逆導通機能を有する２つのスイッチング素子を、直列接続点を介して直列にそれぞれ接続してなるレグ（Ｒ相レグ８、Ｔ相レグ９、共通レグ１０、Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２）を５つ、並列に接続している。ここで「レグ（leg：「レッグ」ともいう。）」とは、スイッチング素子が二個直列に接続されたものである。またスイッチング素子には、ＦＥＴやＩＧＢＴ等が好適に利用できる。さらにスイッチング素子は逆導通機能を備える。このため、例えばトランジスタの導通方向と逆並列に接続されたダイオードなどを付加する。この電力変換制御装置は、５レグのスイッチング素子のみならず、各相リアクトル及びフィルタコンデンサを用いて高調波補償機能を実現しており、いわゆる５レグインバータとは構成及び制御方法を異にするものである。
【００４０】
図２に、電力変換制御装置１００の回路例を示す。この図に示すように、電源側コンバータ回路４０と負荷側インバータ回路５０は、それぞれレグを３つ並列に接続して構成される。すなわち、一のレグを共通レグ１０（Common Leg）として、電源側コンバータ回路４０と負荷側インバータ回路５０とで共有している。また三相負荷２は、三相交流で駆動する負荷を接続したり、必要に応じてブリッジ回路で整流、あるいは平滑化コンデンサで平滑化して直流駆動の負荷に接続する。
【００４１】
図３に、電力変換制御装置１００の基本原理図を示す。この図において、電流源とする系統電源ｅｓである交流電源１の高調波電流補償を行う電源側コンバータ回路４０が、交流電源１と並列に接続されている。具体的には、図３において、電流源ｉＣＵが並列形Ｒ相電流補償３ａを担い、電流源ｉＣＶが並列形Ｓ相電流補償３ｂを担い、電流源ｉＣＷが並列形Ｔ相電流補償３ｃを担う。また負荷端子側は、負荷側インバータ回路５０の出力がＶ結線接続されている。具体的には、交流電圧源ｅｃｕが直列形Ｒ（Ｕ）相電圧補償４ａを担い、交流電圧源ｅｃｗが直列形Ｔ（Ｗ）相電圧補償４ｂを担う。これにより、電圧歪みの補償にはＲ相とＵ相間、及びＴ相とＷ相間の電圧を調整することで、負荷端子電圧の正弦波供給を可能としている。但し、図２に示すように系統側Ｓ相と負荷側Ｖ相は共通ラインであり、共通レグ１０はこの共通ラインに並列接続される。
【００４２】
ここで、高調波電流補償は並列接続された負荷側コンバータ回路により補償動作を行うものの、Ｒ相、Ｔ相、Ｓ相では、負荷側コンバータ回路が行う補償量は異なるものとなる。系統電源ｅｓを流れる電源側の各相の電流ｉＳＲ、ｉＳＴ、ｉＳＳは、負荷側の各相の電流ｉＬＵ、ｉＬＶ、ｉＬＷに対して、次式で表現できる。
【００４３】
【数１】
2011172387.tif 000003
【００４４】
また出力電圧補償は、Ｒ−Ｕ相間及びＴ−Ｗ相間に直列接続された負荷側インバータ回路５０により補償動作が行われ、その動作はＶ結線方式での補償動作となる。ここで負荷側の各相の電圧ｅＯＵ、ｅＯＷ、ｅＯＶは、電源側の各相の電圧ｅＳＲ、ｅＳＳ、ｅＳＴに対して、次式で表現できる。
【００４５】
【数２】
2011172387.tif 000004
【００４６】
図２に示すように、電源システムに使用するリアクトルは各レグと、対象とされるラインに直列接続される。交流電源側Ｒ相及びＴ相のリアクトルは、連系リアクトルとして機能し、負荷側Ｕ相及びＷ相のレグに直列接続されるリアクトルはフィルタリアクトルとして機能する。このため共通レグ１０に直列接続されるリアクトルは、連系及びフィルタの両機能を共有して機能する。
【００４７】
負荷側は、端子電圧制御となるため交流負荷端子に並列にコンデンサを接続しており、フィルタリアクトルと組み合わせてのスイッチングフィルタとして機能する。
【００４８】
実施の形態１に係る電力変換制御装置１００では、レグ数に合わせたリアクトル数での対応で機能するため、通常の高調波電流補償と端子電圧波形歪み補償を同時に行う際に使用する場合と比較し、トランスを不要でき、レグ数を低減でき、さらにレグ数に対応してのリアクトルを低減できる。
（実施の形態２）
【００４９】
実施の形態２に適応した制御ブロック図を図４に示す。実施の形態２では、図２で示した主回路構成に図４に示す制御ブロック図を適応することによりその機能を発揮する。制御には高調波電流補償を行うコンバータ制御ループと、負荷端子電圧補償を行うインバータ制御ループが存在する。
（コンバータ制御部）
【００５０】
コンバータ制御部は、Ｒ相レグ８、Ｔ相レグ９を流れる電流をそれぞれ検出するＲ相電流検出器１４、Ｔ相電流検出器３１と、直流母線ＤＬの直流電圧を検出する直流電圧検出器１５を有している。またこのコンバータ制御部内には、コンバータ直交二軸変換部１８、コンバータ二軸電流設定部１９、コンバータ二軸電流調整部２０、コンバータＰＷＭ信号発生部２１を備える。
【００５１】
図４のコンバータ制御部において、コンバータ直交二軸変換部１８は電流検出器の検出信号を、位相角信号θによって直交二軸変換より、有効成分及び無効成分の二軸電流を演算して出力する。コンバータ二軸電流設定部１９は、直流電圧検出器１５で検出された電力変換制御装置１００の直流電圧母線電圧値を用いて、有効成分電流の指令値を演算する。検出した直流電圧と直流電圧指令値とを比較して、電圧調節器を介してその出力を有効成分電流の指令値として用いる。尚、無効成分指令は任意の値でもよい。
【００５２】
コンバータ二軸電流調節部２０は、コンバータ直交二軸電流変換部１８の出力とコンバータ二軸電流設定部１９の出力との差から誤差量を演算して、二軸成分ごとに誤差量に応じた振幅指令値を出力する。コンバータＰＷＭ信号発生部２１は、コンバータ二軸電流調整部２０の出力を位相角信号θによって直交二軸逆変換し、三角比較法等によりＲ相レグ８、Ｔ相レグ９の制御信号であるＰＷＭ信号を生成して対象となるレグに供給する。この信号はＲ相レグ８、Ｔ相レグ９にのみ直接供給する。
（インバータ制御部）
【００５３】
一方でインバータ制御部は、Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２を流れる電流を検出するＵ相電流検出器１６、Ｗ相電流検出器３２と、負荷端子電圧と並列に接続されたフィルタコンデンサ１３の電圧を検出する交流電圧検出器１７を有している。またこのインバータ制御部内には、インバータ直交二軸変換部２２、インバータ二軸電流設定部２３、インバータ二軸電流調節部２４、インバータＰＷＭ信号発生部２５を備える。
【００５４】
図４のインバータ制御部において、インバータ直交二軸変換部２２は、Ｕ相電流検出器１６、Ｗ相電流検出器３２の検出信号を、位相角信号θによって直交二軸変換より、有効成分及び無効成分の二軸電流を演算して出力する。インバータ二軸電流設定部２３は、交流電圧検出器１７で検出された、三相負荷２に並列接続されたフィルタコンデンサ１３の交流電圧値を用いて、有効成分電流と無効成分電流の指令値を演算する。検出した交流電圧を位相角信号θによって直交二軸変換し、有効成分及び無効成分に相当する出力とそれぞれの指令値とを比較して、電圧調節器を介してその出力を有効成分電流の指令値及び無効電流の指令値として用いる。
【００５５】
インバータ二軸電流調節部２４は、インバータ直交二軸電流変換部２２の出力とインバータ二軸電流設定部２３の出力との差から誤差量を演算して二軸成分ごとに誤差量に応じた振幅指令値を出力する。インバータＰＷＭ信号発生部２５は、インバータ二軸電流調節部２４の出力を位相角信号θによって直交二軸逆変換し、三角比較法等によりＵ相レグ１１、Ｗ相レグ１２の制御信号であるＰＷＭ信号を生成して、対象となるレグに供給する。この信号はＵ相レグ１１、Ｗ相レグ１２にのみ直接供給する。
【００５６】
共通レグ１０へのＰＷＭ信号は、コンバータ制御部におけるコンバータＰＷＭ信号発生部２１内の直交二軸逆変換により得られたＳ相信号と、インバータ制御部におけるインバータＰＷＭ信号発生部２５内の直交二軸逆変換により得られたＶ相信号を、共通レグＰＷＭ信号発生部２６でそのまま加算し、三角比較法等によりＰＷＭ信号を生成して、共通レグ１０へ供給する協調制御を行う。
【００５７】
インバータ制御部のインバータ二軸電流設定部２３においては、高調波成分の補償制御のみでなく、端子電圧の実効値を直流分としてそのまま制御を行っており、また共通レグ１０にはコンバータとインバータの両機能の情報が共有された協調信号を用いている。これによりインバータの可変電圧範囲は、０Ｖからの任意可変が可能となる。特に負荷端子電圧の可変範囲を電力系統の入力電圧に対し０％から１００＋α％（αは直流電圧に依存）の範囲で、任意に設定が可能となる。
（実施の形態３）
【００５８】
このような電力変換制御装置に、同期位相制御として位相追従制御機能を付加することで、その適応範囲を拡大できる。この例を実施の形態３として、制御部に位相追従制御機能を付加した電力変換制御装置２００のブロック図を図５に示す。この図に示す電力変換制御装置２００は、三相の交流電源１と、この交流電源１で駆動される負荷の間に接続されており、負荷に流れる電流を電流検出器２９で検出した検出信号に基づいて、制御部がレグ回路を制御する。制御部は、レグ回路の運転周波数を決定して運転周波数信号を出力する周波数演算部２７と、周波数演算部２７の出力から積分により位相角信号を求めて出力する積分演算部２８と、電流検出器２９の検出信号及び積分演算部２８の位相角信号に基づいて、直交二軸変換により有効成分及び無効成分の二軸電流を演算して出力する直交二軸変換部３４と、二軸電流の指令値を決定して出力する二軸電流設定部３５と、直交二軸変換部３４の出力と二軸電流設定部３５の出力との差から誤差量を演算して二軸成分ごとに誤差量に応じた振幅指令値を出力する二軸電流調節部３６と、二軸電流調節部３６の出力及び積分演算部２８の位相角信号に基づいて、レグ回路を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号発生部３７とを備える。周波数演算部２７は、二軸電流調節部３６の出力である振幅指令値の内、無効成分電流に対応する振幅指令値を零に導くようにレグ回路の運転周波数を決定する。これによってレグ回路の電力変換制御を高精度に行える。
【００５９】
このような制御部の一例として、電源側コンバータ回路４０の位相追従制御を行うコンバータ制御部のブロック図を図６に示す。このコンバータ制御部は、電流検出器２９からの検出信号を直交二軸変換し、変換された二軸量Ｉγ、Ｉδを二軸電流調整部に出力する。二軸電流調整部は変換された二軸量Ｉγ、Ｉδが二軸電流設定部３５の出力である二軸電流の指令値Ｉγ＊、Ｉδ＊と一致するように二軸電流調節器に含まれる２組の電流調節器１、２を介して二軸制御電圧すなわちコンバータの振幅指令値Ｖγ、Ｖδを生成する。
【００６０】
周波数演算部２７は振幅指令値Ｖγ、Ｖδのその一軸電圧量Ｖγが零となるような運転周波数ωを決定し、積分演算部２８はその運転周波数ωを積分することにより運転位相角信号θｅを得てコンバータ制御及びインバータ制御部内での二軸直交変換及び二軸直交逆変換での位相角信号θとして用いる。これにより電力系統側の位相情報を通常の同期検出の手法である電源電圧検出器を用いることなく、レグに流れる電流の検出制御のみにより得ることが可能となるため、システムの適応範囲が拡大し信頼性の向上に貢献することができる。
（位相追従制御機能）
【００６１】
このように、電源電圧からの同期信号を必要としない位相追従制御回路を付加することで、電圧波形に依らず同期をとることが可能となるため、電圧変動の大きい低品質の電力系統であってもセンサレスで位相追従制御が可能となり、多様な電源条件に対応できる。例えば、一般の電源装置では電源電圧が低下すると同期が外れて、回転機等の駆動においては脱調により電源装置が停止する。このような場合において、バックアップ用の無停電電源装置（ＵＰＳ）を備えることで、動作を継続できるものの、この場合はＵＰＳの容量によって連続使用可能時間が決定されるため、長時間の稼働を補償するためには、大容量のＵＰＳが必要となる。一方、本装置では電源が変動しても同期を維持できるため、電圧が低下しても電源装置を使用継続でき、不足分の電力のみをＵＰＳから供給を受ければ足りる。この結果、ＵＰＳの容量が小さくても長期間の連続稼働が可能となって、ＵＰＳの容量が小さくても済むので、システム構築のコストを削減できる利点も得られる。
【００６２】
また、以上の制御はハードウェア回路で実行する他、コンピュータで実行するプログラムとしてソフトウェア的に実現することも可能であることはいうまでもない。このようなコンピュータとしては、汎用のパーソナルコンピュータの他、ワークステーションや専用コンピュータなどとしてもよい。
【００６３】
以上説明した本発明に係る電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体の第１の観点では、逆導通機能を持つスイッチング素子を２つ直列に接続するスイッチ回路をレグとすると、５つのレグが並列接続され、レグの並列接続点が直流側端子となりスイッチング素子の直列接続点が交流側端子であり、交流入力Ｒ相、Ｔ相と交流出力Ｕ相、Ｗ相を各レグに接続し、交流入力Ｓ相と交流出力Ｖ相を共通ラインとして共通レグ１０に接続する主回路構成から成り、交流入力Ｒ相レグ８、Ｔ相レグ９を両相に流れる電流検出によるコンバータ制御を用いた高調波電流補償制御を行い、交流出力Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２は負荷端子電圧検出と両相電流検出によるインバータ制御にて負荷端子電圧補償制御を行うこととなり、共通レグ１０はこれらより得られた協調信号により制御を行う、三相交流電源用補償装置を提供する。
【００６４】
上記第１の観点による電力変換制御装置は、交流回路と交流負荷との間に、Ｒ相、Ｔ相、Ｕ相レグ１１、Ｗ相レグ１２をリアクトルと直列に接続し、共通レグ１０はリアクトルとの直列接続を介して、電源系統もしくは負荷の共通ラインに並列接続され、コンデンサは交流負荷端子に並列に接続し、スイッチングフィルタとする。高調波電流補償はＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電源系統との並列接続により補償動作を行うが、負荷端子電圧補償においては交流負荷出力端子をＶ結線方式ととらえ、Ｒ相とＵ相間及びＴ相とＷ相間の２相の制御を行うことにより負荷端子電圧の正弦波補償が可能となる。
【００６５】
第２の観点では、負荷端子電圧の補償動作において高調波及び波形歪みの補償だけでなく、実効値の大きさも任意に可変することが可能となる。上記第２の観点による電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体では、共通レグ１０へのＰＷＭ信号はコンバータ制御におけるＳ相信号とインバータ制御におけるＶ相信号の加算信号にて制御行うことにより負荷端子電圧の可変範囲は電力系統の入力電圧に対し０％から１００＋α％（αは直流電圧に依存）までの範囲で任意に設定が可能となり、また出力側にＳ相制御成分を加えることで負荷端子における中性点と電力系統側中性点との電位は同電位となり、共通接続して使用することが可能となる。
【００６６】
第３の観点では、コンバータ制御において同期位相制御手法として電源電圧センサレスによる位相追従制御を適応し、システムの適応範囲を拡大する。
【００６７】
上記第３の観点による電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体では、２相の電流Ｉｕ、Ｉｗを検出して直交二軸変換として回転座標変換を行い、変換された２軸量がそれらの基準値Ｉγ＊、Ｉδ＊と一致するように２組の電流調節器を介して、コンバータの二軸制御電圧を発生させ、その一軸電圧量Ｖγが零となるような運転周波数ωを決定し、それを積分することにより交流回路の起電力電源に同期した位相情報を得て交流電流の回転座標変換を行うと共に二軸電圧量からＰＷＭスイッチング信号を発生させてコンバータを働かせることにより、電力系統の位相情報を電源電圧検出により得ることなく電流の検出制御により、同期位相制御を可能にしている。
【００６８】
以上のように、高調波電流補償及び負荷端子電圧補償を同時に行う場合、従来であれば通常６レグとトランスを用いて行うのに対し、本発明に係る電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体によれば、トランスを使用することなく、５レグでの構成にて補償を行うため、必要な部品点数も少なくなり、また主回路レグ数の低減と共通レグ１０での電流は補償電流のみとなるため、レグ数以上のスイッチング損失の低減が期待でき、その分システム効率の向上に繋がるという利点が得られる。また、同期位相制御に電源電圧センサレスの位相追従制御を用いることにより、極めて弱い、又は不安定な電力系統への接続も可能となり、電圧歪みの多い三相電力系統と三相負荷２との間に介在させて安定した正弦波電圧を負荷へ供給することが可能となる。さらには、負荷端子電圧の任意可変が可能であることから、国内のみでなく異電圧規格である海外でも利用可能となって、国内仕様の電気機器も使用可能となるという優れた効果を奏する。
【実施例１】
【００６９】
以下、本発明の実施例を説明する。ここでは図７に示す回路を用いて、まず実施例１に係る三相直並列補償動作を確認するためのシミュレーションを行った。電源系統は三相２００Ｖを基本とし、負荷には非線形負荷が接続されコンデンサインプット型の電流が流れるものとしている。負荷の定数設定は負荷インダクタンスは１ｍＨ、負荷コンデンサ容量６８００μＦ、負荷抵抗２５Ωとしている。また、電力変換制御装置の回路定数は、直流母線電圧に接続されているコンデンサ容量は６８００μＦ、各リアクタンスは１ｍＨとしフィルタコンデンサ１３は２０μＦとする。制御部内の設定値は直流電圧設定が４００Ｖｄｃ、負荷端子電圧設定は２００Ｖａｃとなっている。
【００７０】
図８は、電源系統ラインにコンデンサインプット型の負荷が接続されているため、すでに入力される電圧波形に歪みが生じている場合のシミュレーション結果を示す。この図より、系統側の高調波電流補償と負荷側の端子電圧補償の動作が確認できる。
【実施例２】
【００７１】
次に実施例２として、図８と同ライン条件において、負荷端子電圧設定を０から２００Ｖａｃまで徐々に上昇させた場合のシミュレーション結果を、図９のグラフに示す。この図から明らかなとおり、負荷端子電圧が交流電圧指令値に追従して可変制御できていることが確認できた。
【実施例３】
【００７２】
また実施例３として、電源系統ラインに−１０％、５０ｍｓｅｃの瞬時電圧低下が発生した場合のシミュレーション結果を、図１０のグラフに示す。この図より、系統側電源に瞬時低下が発生しても、負荷端子電圧は歪みの補償と実効値の制御が行われており、負荷への影響はないことが確認できた。
【実施例４】
【００７３】
さらに実施例４として、電源系統の基本電圧を１５０Ｖａｃとして、Ｒ相に３０Ｖａｃ４００Ｈｚを重畳し、Ｓ相に２０Ｖａｃ１２０Ｈｚを重畳し、Ｔ相に１０Ｖａｃ５００Ｈｚを重畳することにより、電源系統に大きな歪みを発生させた場合のシミュレーション結果を、図１１のグラフに示す。この図より、電源系統に大きな電圧波形歪みがある場合においても、位相追従制御により同期位相制御が実現されており、また高調波電流補償及び端子電圧補償動作が正常に機能して、安定した電力供給が行われていることが確認できた。
【００７４】
以上のように、各実施例によれば高調波電流補償と負荷端子電圧補償とを実現するために必要なレグ数を、通常の６レグから５レグに低減し、また高調波電流の並列補償を行うコンバータ制御と負荷端子電圧の直列補償を行うインバータ制御とを組み合わせて、従来利用可能な範囲が制限されていた利用可能範囲の制限を大幅に緩和した三相電源品質補償装置を実現できた。
【００７５】
さらに、この三相電源品質補償装置によれば、電源電圧センサレスの位相追従制御方式の同期位相制御と共通レグ１０への協調制御を行うことにより、安定した位相追従制御も可能となる。すなわち、電源電圧からの同期信号を必要としない位相追従制御回路を付加することで、電圧波形に依らず同期をとることが可能となるため、電圧変動の大きい低品質の電源装置であってもセンサレスで位相追従制御が可能となり、多様な電源条件に対応できる。例えば、一般の電源装置では電源電圧が低下すると同期が外れて、回転機等の駆動においては脱調により電源装置が停止する。このような場合において、バックアップ用の無停電電源装置（ＵＰＳ）を備えることで、動作を継続できるものの、この場合はＵＰＳの容量によって連続使用可能時間が決定されるため、長時間の稼働を補償するためには、大容量のＵＰＳが必要となる。一方、本装置では電源が変動しても同期を維持できるため、電圧が低下しても電源装置を使用継続でき、不足分の電力のみをＵＰＳから供給を受ければ足りる。この結果、ＵＰＳの容量が小さくても長期間の連続稼働が可能となって、ＵＰＳの容量が小さくても済むので、システム構築のコストを削減できる利点も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る電力変換制御装置、コンバータ制御回路、電力変換制御方法、電力変換制御用プログラム及び記録媒体は、非線形負荷を接続する溶接工場や半導体製造工場等において、電源波形を補償する三相直並列電源品質補償装置として好適に利用できる。例えば、ディーゼル発電機などの自家発電、太陽光発電、風力発電など、不安定な電力源や劣悪な電力事情の下でも、三相の交流電源と、この交流電源で駆動される負荷の間に接続されて、交流電源の電圧降下や歪みを補償し、特に高調波電流補償と負荷端子電圧補償とを行うことができる。このような良質な電力供給を安定して行うことのできる補償装置を、簡素な回路構成によって実現
【符号の説明】
【００７７】
１００、２００…電力変換制御装置
１…交流電源（系統電源）
２…三相負荷
３ａ…並列形Ｒ相電流補償
３ｂ…並列形Ｓ相電流補償
３ｃ…並列形Ｔ相電流補償
４ａ…直列形Ｒ（Ｕ）相電圧補償
４ｂ…直列形Ｔ（Ｗ）相電圧補償
５ａ…Ｒ相連系リアクトル
５ｂ…Ｔ相連系リアクトル
６ａ…Ｕ相フィルタリアクトル
６ｂ…Ｗ相フィルタリアクトル
７…協調リアクトル
８…Ｒ相レグ
９…Ｔ相レグ
１０…共通レグ（Ｓ相−Ｖ相レグ）
１１…Ｕ相レグ
１２…Ｗ相レグ
１３…フィルタコンデンサ
１４…Ｒ相電流検出器
１５…直流電圧検出器
１６…Ｕ相電流検出器
１７…交流電圧検出器
１８…コンバータ直交二軸変換部
１９…コンバータ二軸電流設定部
２０…コンバータ二軸電流調節部
２１…コンバータＰＷＭ信号発生部
２２…インバータ直交二軸変換部
２３…インバータ二軸電流設定部
２４…インバータ二軸電流調節部
２５…インバータＰＷＭ信号発生部
２６…共通レグＰＷＭ信号発生部
２７…周波数演算部
２８…積分演算部
２９…電流検出器
３１…Ｔ相電流検出器
３２…Ｗ相電流検出器
３４…直交二軸変換部
３５…二軸電流設定部
３６…二軸電流調節部
３７…ＰＷＭ信号発生部
４０…電源側コンバータ回路
５０…負荷側インバータ回路
ＤＬ…直流母線
【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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