(57)【要約】【課題】容量の小さなコンデンサを利用可能な無効電力制御装置、無効電力制御方法及びプログラムを提供することである。【解決手段】無効電力制御装置１００は、ブリッジ回路１１０の等価リアクタンスＸを制御することによって、無効電力を制御する。等価リアクタンスＸは、コンデンサＣＭのリアクタンスＸｃより小さい場合を含むため、容量の小さいコンデンサを利用可能である。また、等価リアクタンスＸがリアクタンスＸｃ以下の場合は、大きい場合とは違う制御を行うことにより、高調波の発生を抑える。【選択図】図１
2015057934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され交流電力回路に接続されるブリッジ回路と、
前記交流電力回路の周波数より高い周波数で前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替え、前記切り替えるタイミングを制御することで前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスを制御する制御部と、
を備え、
前記等価リアクタンスは、前記交流電力回路の周波数における前記コンデンサのリアクタンス以下である場合を含み、
前記等価リアクタンスを制御することで、前記交流電力回路に供給する無効電力を制御する、
ことを特徴とする無効電力制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記コンデンサのリアクタンスに基づいて前記切り替えるタイミングを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無効電力制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記コンデンサのリアクタンスに基づいて前記コンデンサの電圧を特定し、前記特定されたコンデンサ電圧に基づいて前記切り替えるタイミングを制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無効電力制御装置。
【請求項４】
前記コンデンサの電圧を検出し、検出したコンデンサ電圧を前記制御部へ送信する電圧検出部を更に備え、
前記制御部は、前記特定されたコンデンサ電圧と、前記検出したコンデンサ電圧と、に基づいて前記切り替えるタイミングを制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無効電力制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記等価リアクタンスが前記コンデンサのリアクタンスより大きい場合と以下の場合とで前記切り替えるタイミングを制御する方法を変更する、
ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の無効電力制御装置。
【請求項６】
前記第１から第４のスイッチは、第１及び第２の端子と制御端子とを備え、前記制御端子にオン信号を入力される第１と第２の端子の間の両方向の電流を導通するオン状態になり、前記制御端子にオフ信号を入力される前記第１の端子から前記第２の端子への電流を遮断し、前記第２の端子から前記第１の端子への電流を導通するオフ状態になり、
前記ブリッジ回路は、
前記第１のスイッチの前記第１の端子と前記第３のスイッチの第１の端子とが接続され、前記第１のスイッチの前記第２の端子と前記第２のスイチの前記第１の端子とが接続され、前記第３のスイッチの前記第２のスイッチと前記第４のスイッチの前記第１の端子とが接続され、前記第２のスイッチの前記第２の端子と前記第４のスイッチの前記第２の端子とが接続され、前記コンデンサを前記第１のスイッチの前記第１の端子と前記第２のスイッチの前記第２の端子との間に接続され、前記第１のスイッチの前記第２の端子と前記第３のスイッチの前記第２の端子とによって前記交流電力回路に接続される、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の無効電力制御装置。
【請求項７】
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され交流電力回路に接続されるブリッジ回路の、前記交流電力回路の周波数における等価リアクタンスを制御することによって、前記交流電力回路に供給する無効電力を制御する無効電力制御方法であって、
前記交流電力回路の周波数より高い周波数で前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替え、前記切り替えるタイミングを制御することで前記等価リアクタンスを制御するステップを含み、
前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスは、前記コンデンサのリアクタンス以下である場合を含む、
ことを特徴とする無効電力制御方法。
【請求項８】
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され交流電力回路に接続されるブリッジ回路の、前記交流電力回路の周波数における等価リアクタンスを制御することによって、前記交流電力回路に供給する無効電力を制御するコンピュータに、
前記交流電力回路の周波数より高い周波数で前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替え、前記切り替えるタイミングを制御することで前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスを制御させ、
前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスは、前記コンデンサのリアクタンスより小さい場合を含む、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無効電力制御装置、無効電力制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流回路における無効電力補償を、半導体を用いた電力変換装置によって行う方式はいくつか知られている。特にコンデンサと半導体スイッチによって構成される電圧型コンバータを用いる方式は広く用いられている。
負荷が消費または発生する無効電力変動を補償することで力率を改善し、または配電・送電系統の電圧変動を補償する技術として、ＳＴＡＴＣＯＭ(STATic synchronous COMpensator)と呼ばれる無効電力補償装置が知られている（例えば、特許文献１）。
また、交流電源と負荷または別の交流電源との間に電圧型コンバータを直列に接続することで、回路に直列に存在するリアクタンスを補償し、電力潮流の制御や電力の増大を図る装置としてＳＳＳＣ（Static Synchronous Series Compensator）が知られている。
また電圧型の単相ブリッジを交流回路に直列に接続し、電源周波数によるスイッチングと電源電圧位相を基準とした位相角制御を行うものとしてＭＥＲＳ（Magnetic Energy Recovery Switch）が知られている（特許文献２）。ＭＥＲＳは、電圧型変換器の直流側電圧を一定にする制御を必須としない。そのため、コンデンサ容量を小さくしても同様に無効電力発生ができることが知られている。
これらは、固定コンデンサまたはリアクトルを段階的に切り替えることによる古典的な無効電力補償に比べ、高速かつ連続的に無効電力を制御可能であるため、系統電圧の急変にも高速に対応できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８０３５８
【特許文献２】特許第３７３５６７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、一般的に、ＳＳＳＣおよびＳＴＡＴＣＯＭは、多くの電圧型変換回路と同様に、直流側電圧をほぼ一定とすることを仮定して制御している。そのため、接続するコンデンサの容量を十分大きくすることが必要である。多くの場合これはコンデンサの寸法が大きくなるという問題がある。電解コンデンサを用いることによって、大容量のコンデンサを小型にすることも可能であるが、電解コンデンサの寿命はフィルムコンデンサなどの寿命に比べ非常に短く，電力機器としての信頼性に足らないものとなる。また、スイッチングロスを減らすという点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、容量の小さなコンデンサを利用可能な無効電力制御装置、無効電力供給方法及びプログラムを提供することを目的とする。また、スイッチングロスの少ない無効電力制御装置、無効電力供給方法及びプログラムを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る無効電力制御装置は、
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され交流電力回路に接続されるブリッジ回路と、
前記交流電力回路の周波数より高い周波数で前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替え、前記切り替えるタイミングを制御することで前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスを制御する制御部と、
を備え、
前記等価リアクタンスは、前記交流電力回路の周波数における前記コンデンサのリアクタンス以下である場合を含み、
前記等価リアクタンスを制御することで、前記交流電力回路に供給する無効電力を制御する、
ことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る無効電力制御方法は、
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され交流電力回路に接続されるブリッジ回路の、前記交流電力回路の周波数における等価リアクタンスを制御することによって、前記交流電力回路に供給する無効電力を制御する無効電力制御方法であって、
前記交流電力回路の周波数より高い周波数で前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替え、前記切り替えるタイミングを制御することで前記等価リアクタンスを制御するステップを含み、
前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスは、前記コンデンサのリアクタンス以下である場合を含む、
ことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され交流電力回路に接続されるブリッジ回路の、前記交流電力回路の周波数における等価リアクタンスを制御することによって、前記交流電力回路に供給する無効電力を制御するコンピュータに、
前記交流電力回路の周波数より高い周波数で前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替え、前記切り替えるタイミングを制御することで前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスを制御させ、
前記交流電力回路の周波数における前記ブリッジ回路の等価リアクタンスは、前記コンデンサのリアクタンスより小さい場合を含む、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、容量の小さなコンデンサを利用可能な無効電力制御装置、無効電力制御方法及びプログラムを提供することが可能である。また、スイッチングロスの少ない無効電力制御装置、無効電力制御方法及びプログラムを提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る無効電力制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す無効電力制御装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す無効電力制御装置のＰＷＭ制御を説明するための波形図である。
【図４】図１に示す無効電力制御装置のＰＷＭ制御を説明するための波形図である。
【図５】図１に示す無効電力制御装置の各部の電流・電圧を示した波形図である。
【図６】図１に示す無効電力制御装置の各部の電流・電圧を示した波形図である。
【図７】図１に示す無効電力制御装置の各部の電流・電圧を示した波形図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る無効電力制御装置の構成を示す回路図である。
【図９】図８に示す無効電力制御装置の詳細な構成を示す回路図である。
【図１０】図９に示す無効電力制御装置の制御構成を示すブロック図である。
【図１１】図９に示す無効電力制御装置の各部の電流・電圧を示した波形図である。
【図１２】図９に示す無効電力制御装置の各部の電流・電圧を示した波形図である。
【図１３】図９に示す無効電力制御装置の各部の電流・電圧を示した波形図である。
【図１４】図１の電力変換装置の変形例の回路構成などを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本発明の第１の実施の形態に係る無効電力制御装置１００は、通過する交流電流の位相に対して９０度進み位相の交流電圧を発生する装置である。これにより、直列に接続された誘導性リアクタンス（たとえば、線路リアクタンス）を補償する。
【００１２】
（第１の実施の形態：構成）
無効電力制御装置１００は、図１に示すように、ブリッジ回路１１０と、入出力端子１１１並びに１１２と、電圧計１１５と、電流計１１７と、制御部１５０と、から構成されている。無効電力制御装置１００は、入出力端子１１１に内部に誘導性リアクタンスＬを持つ交流電源ＶＳが接続され、入出力端子１１２に負荷ＬＤを接続されている（交流電源ＶＳと負荷ＬＤとが接続された交流電力回路内に直列に接続されている）。例えば、交流電源ＶＳは遠方の発電所からの出力であり、負荷ＬＤは遠方の電力需要家での電力消費である。
【００１３】
ブリッジ回路１１０は、接続点Ｎ１乃至Ｎ４と、第１乃至第４スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹと、コンデンサＣＭと、を備える。ブリッジ回路１１０は、第１のスイッチＳＷＵと第２のスイッチＳＷＸが同時にオンすることがない。また、同様に、第３のスイッチＳＷＶと第４のスイッチＳＷＹが同時にオンすることがない。
【００１４】
接続点Ｎ１には入出力端子１１１が接続されている。接続点Ｎ２には入出力端子１１２が接続されている。これによりブリッジ回路１１０は、接続点Ｎ１を介して交流電源ＶＳに接続され、接続点Ｎ２を介して負荷ＬＤに接続されている。
【００１５】
第１のスイッチＳＷＵは、並列に接続されたスイッチ部とダイオード部とから構成されている（等価回路的に並列に接続されている場合も含む）。第１スイッチＳＷＵは、例えば、ダイオード素子とスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など）とを並列に接続した複数の素子から構成されている。なお、第１のスイッチＳＷＵは、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の逆導通型半導体スイッチであってもよい。この場合、スイッチ部は、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴの自己消弧型素子の部分から構成されており、ダイオード部は、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの部分から構成される。
【００１６】
スイッチＳＷＵは、ゲート（制御端子）ＧＵを備える。ゲートＧＵには、制御部１５０から制御信号（ゲート信号）、つまり、オン信号又はオフ信号のいずれかが供給される。
【００１７】
スイッチＳＷＵは、ゲートＧＵにオン信号が供給されると、スイッチ部がオン（導通状態）になる。よって、第１スイッチＳＷＵは、オン信号が供給されると、双方向へ導通状態になる。
【００１８】
スイッチＳＷＵは、ゲートＧＵにオフ信号が供給されると、スイッチ部が非導通状態になる。よって、スイッチＳＷＵは、オフ信号が供給されると、ダイオードとして機能する。
【００１９】
第２乃至第４のスイッチＳＷＸ乃至ＳＷＹは、それぞれが、第１のスイッチＳＷＵと同じ構成である。それぞれ、第１のスイッチＳＷＵと同様に、オン信号によってオンしたときに導通状態になり、オフ信号によってオフしたときにダイオードとして機能する。
【００２０】
第１のスイッチＳＷＵは、ダイオード部のカソード側（第１の端子）が接続点Ｎ３に接続されダイオード部のアノード側（第２の端子）が接続点Ｎ１に接続される向きで、接続点Ｎ１と接続点Ｎ３との間に接続されている。
【００２１】
第２のスイッチＳＷＸは、ダイオード部のカソード側（第１の端子）が接続点Ｎ１に接続され、ダイオード部のアノード側（第２の端子）がＮ４に接続される向きで、接続点Ｎ４と接続点Ｎ１との間に接続されている。
【００２２】
第３のスイッチＳＷＶは、ダイオード部のカソード側（第１の端子）がＮ３に接続され、アノード側（第２の端子）が接続点Ｎ２に接続される向きで、接続点Ｎ２と接続点Ｎ３との間に接続されている。
【００２３】
第４のスイッチＳＷＹは、ダイオード部の、カソード側（第１の端子）が接続点Ｎ２に接続され、アノード側（第２の端子）が接続点Ｎ４に接続される向きで、接続点Ｎ４と接続点Ｎ３との間に接続されている。
【００２４】
コンデンサＣＭは、一端（正極側）が接続点Ｎ３に接続され、他端（負極側）が接続点Ｎ４に接続されている。コンデンサＣＭは、一般的な平滑コンデンサの１／４〜１／１０の大きさの容量を持つ。
【００２５】
電圧計１１５は、コンデンサＣＭの他端に対する一端の電圧を測定し、その電圧値ｖｃを制御部１５０へ送信する。
【００２６】
電流計１１７は、ブリッジ回路１１０の入出力端子１１１から入出力端子１１２の方向へ流れる電流を測定し、その電流値ｉを制御部１５０へ送信する。
【００２７】
制御部１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１５２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１５３と、入出力部１５４と、を備える。本実施形態では、ＲＡＭ１５２及びＲＯＭ１５３によって、制御部１５０の記憶部が構成されているが、この記憶部は、他の記憶装置を含んで構成されてもよい。また、記憶部は、制御部１５０の外部にあってもよい。さらに、制御部１５０の少なくとも一部は、ＣＰＵ１５１が行う下記処理の少なくとも一部を実行する専用回路（ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）など）によって構成されてもよい。
【００２８】
ＣＰＵ１５１は、ＲＯＭ１５３が記憶するプログラムに従って、制御部１５０が行う下記処理を実行する。ＲＡＭ１５２は、ＣＰＵ１５１のメインメモリとして機能する。ＲＯＭ１５３は、プログラムや、下記処理中にＣＰＵ１５１に使用される各種データを記憶する。ＣＰＵ１５１は、下記処理を、ＲＯＭ１５３が記憶するデータを適宜用いて行うものとする。入出力部１５４は、各種ポートから構成される。制御部１５０に入出力される制御信号、各種データ等は、入出力部１５４を介して、ＣＰＵ１５１に入出力される。
【００２９】
制御部１５０は、ヒューマンインターフェイスまたは上位の制御系１５５より与えられるリアクタンスＸ＊によって制御を行う。リアクタンスＸ＊は、ブリッジ回路１１０の基本波成分の等価リアクタンス（等価リアクタンス）を意味する指令値である。
【００３０】
制御部１５０の行う処理は、図２に示すように、入力部１５９と，ＰＬＬ部１６０と、比較部１６２と，算出部１６３，１６４と，ＰＷＭ部１６５と，１−パルス制御部１６８と，出力部１７０と，から構成されている。
【００３１】
なお、以下の説明では、各記号は下記データを代表する。また、各処理において制御部１５０は、各データをＲＡＭ１５２及びＲＯＭ１５３を活用し、適宜読み書きするものとする。なお、小文字の記号は、値が連続的に変化する瞬時電圧・瞬時電流等のデータ列を表す（例えば電流の瞬時値ｉ）。大文字の記号は、電源の１サイクルごとに更新されるデータを表す（例えば電流の実効値Ｉ）。また、ユーザーなどによって指令される指令値には＊を付している。
ｉ：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１１から１１２の方向に流れる電流（実測）
Ｉ：電流値ｉの実効電流値（ｉから計算される）
ｖ：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１２に対する１１１の電圧値（本実施形態の動作においては制御に用いられない）
Ｖ＊：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１２に対する１１１の実効電圧値（計算値）
θ：電流ｉの位相（計算値，電流が最大になる時点を０度とする）
ｖｃ：コンデンサＣＭの電圧の値（実測）
ｖｃ＊：コンデンサＣＭの電圧の値（計算値）
Ｖｃ．ｐｅａｋ：コンデンサＣＭのピーク電圧の値（ユーザーによって設定，電圧値ｖのピーク値より大きな値）
ｖｒｅｆ＋：リファレンス電圧（ブリッジ回路１１０に発生する電圧の基本波成分波形であって、ユーザーが所望のもの）
Ｘ＊：ブリッジ回路１１０の基本波成分の等価リアクタンスの指令値
Ｘｃ：ブリッジ回路１１０のコンデンサＣＭのリアクタンスＸｃ（コンデンサＣＭの容量から計算値）
ｖｔ０：大きさが±１で振幅する三角波
ｖｔ：電圧値ｖｃ＊を包絡線とする三角波
【００３２】
また、以下の説明では、理解を容易にするため、ブリッジ回路１１０の入出力端子１１１から１１２の方向に流れる実効電流は一定（電流値Ｉは一定）であるとする。
【００３３】
入力部１５９には、電圧計１１５及び電流計１１７から電圧値ｖｃ及び電流値ｉが入力される。制御部１５０は、入力されたデータに基づいてＲＡＭ１５２のデータを適宜更新する。
また、入力部１５９は、外部の制御系１５５から各種データを受信する。また、入力部１５９はユーザーインターフェース（図示せず）を備える。ユーザーは、外部の制御系１５５またはこのユーザーインターフェースを介して等価リアクタンスＸ＊を制御部１５０に指示する。制御部１５０は、指示された等価リアクタンスＸ＊に基づいてＲＡＭ１５２のリアクタンスＸ＊を更新する。また、入力部１５９は、Ｖ＊＝Ｘ＊×Ｉを計算しＶ＊を更新する。
また、入力部１５９は、ユーザーインターフェースを介して、ユーザーが他のデータを入力することもできる。制御部１５０は、ＲＡＭ１５２の各データを入力された各データに更新する。
また、制御部１５０は、故障やデータの不備などがあると、入力部１５９のユーザーインターフェースを介して、ユーザーに適切な処置を求める。
【００３４】
ＰＬＬ部１６０は、電流値ｉの位相θ，周波数ｆ及び実効電流値Ｉを検出する。なお、位相θは、電流値ｉが最大になる時点を０度とする。検出された周波数ｆ及び位相θはＲＡＭ１５２に保存される。
【００３５】
比較部１６２は、記憶されている等価リアクタンスＸ＊とリアクタンスＸｃとを比較し、その大小によって、算出部１６３，１６４若しくは１６８を実行する。
【００３６】
Ｘ＊＜Ｘｃの場合、算出部１６３が実行される。具体的には、下記の数式１に定められた計算を実行する。数式１によって、コンデンサＣＭのリアクタンスＸｃを用いて、Ｘ＊＜Ｘｃの場合の次の周期におけるコンデンサＣＭの電圧値ｖｃ＊（θ）が求まる。
【００３７】
【数１】
2015057934.tif 000003
【００３８】
Ｘ＊＞Ｘｃの場合、算出部１６４が実行される。具体的には、下記の数式２に定められた計算を実行する。数式２によって、コンデンサＣＭのリアクタンスＸｃを用いて、Ｘ＊＞Ｘｃの場合の次の周期におけるコンデンサＣＭの電圧値ｖｃ＊（θ）が求まる。
【００３９】
【数２】
2015057934.tif 000004
【００４０】
算出部１６３または１６４によって電流値ｖｃ＊（θ）が求まると、ＰＷＭ制御部１６５が実行される。
【００４１】
ＰＷＭ制御部１６５は、数式１または２で求まったコンデンサＣＭの電圧値ｖｃ＊（θ）を用いてブリッジ回路１１０をＰＷＭ制御する。
ＰＷＭ制御部１６５は、図３及び図４に示す特殊なＰＷＭを行う。ＰＷＭ制御部１６５は、まず、算出部１６３または１６４で算出された±ｖｃ＊（θ）を包絡線とする振幅の変化する三角波ｖｔを作る。具体的には、所望のスイッチング周波数をもった大きさが±１の三角波ｖｔ０にｖｃ＊（θ）を乗ずる。
【００４２】
次に、ＰＷＭ制御部１６５は、リファレンス電圧ｖｒｅｆ＋を三角波ｖｔと比較しゲート信号ＳＧＵ，ＳＧＸを作成する。本実施形態では、ＰＷＭ制御部１６５は、リファレンス電圧ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより大きい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオフ信号にする。ＰＷＭ制御部１６５は、リファレンス電圧が三角波ｖｔより小さい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオフ信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオン信号にする。
同様に、ＰＷＭ制御部１６５は、リファレンス電圧ｖｒｅｆ＋のマイナス値ｖｒｅｆ−を上記三角波ｖｔと比較しゲート信号ＳＧＶ，ＳＧＹを作成する。ＰＷＭ制御部１６５は、三角波ｖｔのほうが大きい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオフ信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオン信号にする。ＰＷＭ制御部１６５は、三角波ｖｔのほうが小さい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号にする。
【００４３】
また、ＰＷＭ制御部１６５は、電源電圧周期の過去１サイクル分のコンデンサＣＭの実際の電圧値ｖｃと算出部１６３で求めた電圧値ｖｃ＊を比較し、この差が０になるように、ゲート信号の位相をフィードバック制御する（具体的には、ｖｒｅｆ＋の位相を制御する）。例えば、電圧値ｖｃ＊の方が大きいときは位相を遅らせ、小さい時は位相を進める。
【００４４】
Ｘ＊＝Ｘｃの場合、１−パルス制御部１７０が実行される。ＰＬＬ部１６０で求めた周波数（すなわち交流電源ＶＳの周波数）で制御部１５０は、ブリッジ回路１１０をスイッチング制御する。具体的には、０度≦θ＜１８０度で、ゲート信号ＳＧＵ及びＳＧＹをオンにし、ゲート信号ＳＧＶ及びＳＧＸをオフにする。また、１８０≦θ＜３６０でゲート信号ＳＧＵ及びＳＧＹをオフにしゲート信号ＳＧＶ及びＳＧＸをオンにする。なお、先述したように、ＳＧＵとＳＧＸが同時にオンすることはなく、ＳＧＶとＳＧＹは同時にオンすることはない。
【００４５】
また、１−パルス制御部１７０は、上述の数式１を計算して電圧値ｖｃ＊を算出する。１−パルス制御部１７０は、算出された電圧値ｖｃ＊と過去１サイクル分のコンデンサＣＭの実際の電圧値ｖｃとを比較し、この差が０になるように、ゲート信号をオンからオフへ切り替えるタイミングを制御する。
【００４６】
出力部１７０は、算出部１６３並びに１６４及び１−パルス制御部１６８で定まった各ゲート信号を出力し、各ゲートＧＵ乃至ＧＹに供給する。
【００４７】
制御部１５０は、以上の処理を、適宜繰り返す。
【００４８】
（第１の実施の形態：具体的な制御及び動作）  
以上説明した構成によって、無効電力制御装置１００は、以下に説明するのように無効電力を制御する。
なお、以下の説明では、初期に指令される等価リアクタンスＸ＊がコンデンサＣＭのリアクタンスＸｃより小さく、ユーザーの指令によって等価リアクタンスＸ＊がしだいに大きくなっていくものとして説明する。
【００４９】
無効電力制御装置１００が動作を開始すると、制御部１５０は、ＲＡＭ１５２及びＲＯＭ１５３に記憶されている各種データ・プログラムに従いブリッジ回路１１０の制御を開始する。
【００５０】
制御部１５０は、入力部１５９に、電圧計１１５からコンデンサＣＭの電圧値ｖｃを，電流計１１７からブリッジ回路１１０を流れる電流値ｉを、外部の制御系から等価リアクタンスＸ＊を入力される。また、制御部１５０は、入力部１５９において、入力された等価リアクタンスＸ＊からブリッジ回路１１０に発生すべき電圧の実効電圧値Ｖ＊を特定する。
【００５１】
制御部１５０は、算出部１６０において、入力部１５９で入力された電流値ｉに基づいて、電流値ｉの位相θ，周波数ｆ及び実効電流値Ｉを検出する。
【００５２】
制御部１５０は、比較部１６２において、入力部１５９で入力された等価リアクタンスＸ＊とコンデンサＣＭの実際のリアクタンスＸｃを比較する。
【００５３】
（Ｘ＊＜Ｘｃの時の動作）
初期状態では等価リアクタンスＸ＊がリアクタンスＸｃより小さいため、制御部１５０は、算出部１６３の計算を実行する。すなわち、制御部１５０は、数式１を計算することにより、入力部１５９で算出した電圧値Ｖ＊からコンデンサＣＭの電圧値ｖｃ＊（θ）を求める。
【００５４】
制御部１５０は、ＰＷＭ制御部１６５において、電圧値ｖｃ＊（θ）に基づいてゲート信号を作成する。
【００５５】
具体的には、制御部１５０は、三角波ｖｔ０に電圧値ｖｃ＊（θ）を乗じて、三角波ｖｔを生成する。三角波ｖｔは、包絡線が±ｖｃ＊（θ）である三角波となる。
制御部１５０は、ＰＷＭ制御部１６５において、リファレンス電圧ｖｒｅｆ＋及びｖｒｅｆ−と三角波Ｖｔとを比較することによりゲート信号を作成する。
【００５６】
制御部１５０は、出力部１７０から、ゲート信号をゲートＧＵ，ＧＶ，ＧＸ及びＧＹへ送信する。スイッチＳＷＵ，ＳＷＶ，ＳＷＸ及びＳＷＹは、受信したゲート信号に従い、スイッチのオン・オフを切り替える。
【００５７】
これによって、図５に示すように、ブリッジ回路１１０を流れる電流（電流値ｉ）の位相から基本波成分が９０度ずれた電圧がブリッジ回路に発生する（電圧値ｖ）。すなわち、ここでは無効電力が発生している。また、ブリッジ回路１１０の実際の等価リアクタンスＸがコンデンサＣＭの実際のリアクタンスより小さくなるため、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｃ）が０電圧まで落ちている。なお、図５においては、波形を見やすくするために、リファレンス電圧ｖｒｅｆ＋等の周波数を小さくして表示している。
また、コンデンサ電圧値ｖｃ＊の包絡線を持った三角波ｖｔを用いることによって、
高調波（スイッチング周波数より低い周波数成分の高調波）の少ない電圧（電圧値ｖ）を発生させることができる。
【００５８】
（Ｘ＊＝Ｘｃの時の動作）
ユーザーが入力部１５９を介して、等価リアクタンスＸの値を変更すると、ＲＡＭ１５２の等価リアクタンスＸ＊の値が更新される。リアクタンスＸ＊の変化に伴い、制御部１５０は、電圧値ｖｃ＊等各種データの値を更新する。更新が完了すると、制御部１５０は、出力部１７０から、更新されたデータに基づいたゲート信号をゲートＧＵ，ＧＶ，ＧＸ及びＧＹへ送信する。スイッチＳＷＵ，ＳＷＶ，ＳＷＸ及びＳＷＹは、ゲート信号を受信し、スイッチのオン・オフを切り替える。
更に、ユーザーが等価リアクタンスＸ＊の値を変更し、等価リアクタンスＸ＊がコンデンサＣＭのリアクタンスＸｃと同じ値になると、制御部１５０は、比較部１６２においてＸ＊＝Ｘｃを判断し、１−パルス制御部１６８を実行する。
【００５９】
制御部１５０は、１−パルス制御部１６８により、入出力端子１１１から１１２への方向で流れる電流のピークで、ゲート信号ＳＧＵ及びＳＧＹをオンにし、ゲート信号ＳＧＶ及びＳＧＸをオフにする。そして制御部１５０は、１−パルス制御部１６８により、入出力端子１１２から１１１への方向で流れる電流のピークで、ゲート信号ＳＧＵ及びＳＧＹをオフにし、ゲート信号ＳＧＶ及びＳＧＸをオンにする。
作成されたゲート信号は、出力部１７０から各ゲートへ供給される。スイッチＳＷＵ，ＳＷＶ，ＳＷＸ及びＳＷＹは、ゲート信号を受信し、スイッチのオン・オフを切り替える。
【００６０】
これによって、図６に示すように、ブリッジ回路１１０を流れる電流（電流値ｉ）の位相から基本波成分が９０度ずれた電圧がブリッジ回路に発生する（電圧値ｖ）。また、ブリッジ回路１１０の実際の等価リアクタンスＸがコンデンサＣＭの実際のリアクタンスと同じになるため、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｃ）がブリッジ回路１１０の電圧の絶対値と等しくなる。この場合、コンデンサＣＭを直接接続した場合と同じことを意味するので、高調波が少ない。また、電源周波数の１周期に１度しかスイッチングしないので、損失がすくない。
【００６１】
（Ｘ＊＞Ｘｃの時の動作）
さらにユーザーが等価リアクタンスＸ＊の値をより大きくしリアクタンスＸｃより大きくなると、制御部１５０は比較部１６２においてＸ＊＞Ｘｃを判定し、算出部１５４の計算を実行する。すなわち、制御部１５０は、数式２を計算することにより、コンデンサＣＭの電圧値ｖｃ＊（θ）を更新する。
【００６２】
電圧値ｖｃ＊（θ）が更新されると、制御部１５０は、ＰＷＭ制御部１６５において、電圧値ｖｃ＊（θ）に基づいてゲート信号を作成する。
制御部１５０は、三角波ｖｔ０に電圧値ｖｃ＊（θ）を乗じて、三角波ｖｔを生成する。本実施形態において制御部１５０は、包絡線が±ｖｃ（θ）の三角波ｖｔになる。
【００６３】
次に制御部１５０は、ＰＷＭ制御部１６５において、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋と三角波ｖｔとを比較することによりゲート信号を作成する。
【００６４】
ゲート信号が作成されると、制御部１５０は、出力部１７０から、ゲート信号をゲートＧＵ，ＧＶ，ＧＸ及びＧＹへ送信する。スイッチＳＷＵ，ＳＷＶ，ＳＷＸ及びＳＷＹは、制御部１５０からゲート信号を受信し、スイッチのオン・オフを切り替える。
【００６５】
これによって、図７に示すように、ブリッジ回路１１０を流れる電流（電流値ｉ）の位相から基本波成分が９０度ずれた電圧がブリッジ回路に発生する（電圧値ｖ）。すなわち、ここでは無効電力が発生している。また、ブリッジ回路１１０の実際の等価リアクタンスＸがコンデンサＣＭの実際のリアクタンスより大きくなるため、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｃ）が０電圧まで落ちることがない。なお、図７においては、波形を見やすくするために、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋等の周波数を小さくして表示している。
また、コンデンサ電圧値ｖｃ＊の包絡線を持った三角波ｖｔを用いることによって、
高調波（三角波ｖｔのスイッチング周波数より低い周波数成分）の少ない電圧（電圧値ｖ）を発生させることができる。
【００６６】
上述したように無効電力制御装置１００によって任意のＸ＊に対して制御が可能である。よって、電源ＶＳと負荷ＬＤとの間にある任意の大きさの誘導性リアクタンスを任意に補償することが可能である。すなわち、無効電力制御装置１００は任意の無効電力を制御可能である。
【００６７】
（第１の実施の形態：まとめ）
以上説明したように、本実施形態に係る無効電力制御装置１００によって、任意の無効電力を交流電力回路に供給可能である。無効電力制御装置１００は、ブリッジ回路１１０の等価リアクタンスＸを制御することによって、無効電力を制御することができる。
【００６８】
特に、交流電源ＶＳの出力周波数におけるブリッジ回路１１０の等価リアクタンスＸがコンデンサＣＭのリアクタンスより小さい場合を含むため、一般的なＳＳＳＣなどで用いられるコンデンサに比べて、極めて容量の小さいコンデンサを用いることができる。
また、コンデンサＣＭのリアクタンスＸｃに基づいて求まるコンデンサＣＭの電圧値ｖｃ＊から三角波ｖｔを作成することにより、コンデンサ電圧の大きな脈動に対しても、適切な無効電力の制御が可能である。
また、コンデンサＣＭの電圧が０電圧まで下がる場合と下がらない場合と（Ｘ＜Ｘｃ及びＸ＝ＸｃあるいはＸ＞Ｘｃの場合）で制御を切り替えることにより高調波の少ない制御が可能である。特に、数式１，２によって将来のコンデンサＣＭの電圧を求めることが可能であるため、実際に測定するよりも安定した制御が可能である。
また、ブリッジ回路１１０の等価リアクタンスＸ＊とブリッジ回路１１０のコンデンサＣＭのリアクタンスＸｃの値が同じ時は、電源周波数と同じ周波数でスイッチングが可能であるため、スイッチング損失を低く抑えられる。
また、ＰＷＭ制御の場合は、コンデンサＣＭの電圧の位相と、ブリッジ回路１１０を流れる電流の位相が９０度ずれるためスイッチング損失がより低くなる。コンデンサ電圧が一定である一般的な電圧形コンバータと比較するとスイッチング損失は最大半分である。
【００６９】
（第１の実施の形態：応用及び変形例）
以上、本発明の第１の形態を説明したが、本発明の実施の形態は上述のものに限られない。
例えば、上記説明では１−パルス制御について、Ｘ＊＝Ｘｃの時と説明したが、もちろんこの１点に限定しなくてもよく、無効電力制御装置１００の運用方法に合わせて１−パルス制御の範囲を適切に設定するのが好ましい。例えば、範囲をＸ＊＝Ｘｃ±５％などとしてもよい。許容される高調波の量などによって適切に設定することが好ましい。この場合、オン時間を調整したり、各ゲート信号の位相を制御するのが好ましい。加えて、コンデンサＣＭを介さずに電流が流れる期間を設けてもよい。例えば、θ＝０度とθ＝１８０度の周辺に、第１のスイッチＳＷＵ及び第３のスイッチＳＷＶをオンにし、第２のスイッチＳＷＸ及びＳＷＹをオフにする、あるいは、第１のスイッチＳＷＵ及び第３のスイッチＳＷＶをオフにし、第２のスイッチＳＷＸ及びＳＷＹをオンにする期間を設ける。また、Ｘ＊＜Ｘｃの時、あるいは、Ｘ＊＞Ｘｃの時に上述の１−パルス制御を行い、それ以外では上述のＰＷＭ制御を行うように制御されてもよい。
【００７０】
また、ＰＷＭにおけるゲート信号の作成も上記例に限定されない。コンデンサＣＭの実際のリアクタンスＸｃに基づいて求まる電圧値ｖｃ＊（θ）からスイッチングパターンを作成することが重要であり、一般的に知られている他の制御が応用可能である。
【００７１】
また、上記実施形態では三角波比較法によるＰＷＭ制御を行ったが、制御はこれに限定されない。例えば、固定パルスパターンでもよい。
また、Ｘ＊＜Ｘｃの場合であれば、電源周波数の一周期においてのゲート信号のデューティーはほぼ一定になる。そのため、Ｘ＊＜Ｘｃの場合は、等価リアクタンスＸ＊にするデューティーを予め設定しておき、等価リアクタンスＸ＊に対応して、その周期のデューティーを設定してもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、無効電力制御装置１００で消費される有効電力は無いとして説明したが、消費される有効電力を補充してもよい。例えば、外部の電源から電力を供給してもよい。
【００７３】
また、上述の説明は、電流が一定であるとして説明したが、電圧が一定の場合でもよい。
【００７４】
また、上記無効電力制御装置１００は、ブリッジ回路１１０を交流電力回路に直列に接続することによって無効電力を制御供給した。他方、ブリッジ回路１１０を交流電力回路に並列に接続することによって無効電力を供給することも可能である。すなわち、ＳＴＡＴＣＯＭに応用可能である。
【００７５】
（第２の実施の形態）
以下、無効電力制御装置１００をＳＴＡＴＣＯＭに応用した、本発明の第２の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００７６】
（第２の実施の形態：構成）
本発明の実施の形態に係る無効電力制御装置２００は、図８に示すように、三相交流電力回路２８０に、デルタ接続された３つのユニット２０１から構成されている。
【００７７】
三相交流電力回路２８０は、Ｒ相，Ｓ相及びＴ相から構成されている。本実施形態では、三相交流電力回路２８０は、２００Ｖ，５０Ｈｚの三相交流電源から交流電圧を供給された送電線である。
【００７８】
３つのユニット２０１はそれぞれ同様の構成をしている。これらは、無効電力制御装置２００とリアクトル２０５の直列回路から構成されている。無効電力制御装置２００に発生する電圧をＶｃｏｎｖとすると、線間電圧とＶｃｏｎｖとの差がリアクトル２０５に印加される。これによりリアクトル２０５に電流が流れ無効電力が発生する。それぞれの無効電力制御装置２００は、電圧Ｖｃｏｎｖを制御することでリアクトル２０５に印加される電圧を制御するため、無効電力を制御することができる。
【００７９】
なお、以下では、理解を容易にするため、Ｒ相とＳ相との間に接続されている単相のユニット２０１を代表して説明する。
【００８０】
ユニット２０１は、図９に示すように、リアクトル２０５と無効電力制御装置２００との直列回路から構成されている。
【００８１】
リアクトル２０５の一端はＲ相に接続されている。
無効電力制御装置２００は、ブリッジ回路１１０と電圧計２４６並びに２４７と制御部２５０とを備える。
【００８２】
ブリッジ回路１１０は、上述の第１の実施形態のブリッジ回路１１０と同様である。
【００８３】
ブリッジ回路１１０は、入出力端子１１１をリアクトル２０５の他端に接続され、入出力端子１１２をＳ相に接続されている。
【００８４】
電圧計２４６は、ブリッジ回路１１０のコンデンサＣＭの電圧値ｖｃを計測し、その値を制御部２５０へ送信する。
電圧計２４７は、Ｒ相とＳ相との線間電圧値ｖｓを計測し、制御部２５０へ送信する。
【００８５】
制御部２５０は、ＣＰＵやメモリ、ＲＡＭから構成されている。制御部２５０は、ブリッジ回路１１０の等価リアクタンスＸの大きさによって、制御を切り替える。
具体的には、図１０に示す各機能部を実現することによって後述の制御を行う。
なお、以下の説明では、各記号は下記データを代表する。また、各処理において制御部２５０は、各データを内部のＲＡＭ及びＲＯＭを活用し、適宜読み書きする。
なお、小文字の記号は、値が連続的に変化するデータ列である（例えば電流の瞬時値ｉ）。大文字の記号は、電源の１サイクルごとに更新されるデータである（例えば電流の実効値Ｉ）。また、指令値には＊を付している。
ｉ：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１１から１１２の方向に流れる電流値（本実施形態の動作においては制御に用いられない）
I＊：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１１から１１２の方向に流れる電流実効値（指令値）
Iｍａｘ：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１１から１１２の方向に流れる電流の期待される最大値（ユーザーによって設定する値）
ｖｃｏｎｖ：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１２に対すると１１１の電圧（本実施形態の動作においては制御に用いられない）
Ｖ＊ｃｏｎｖ：ブリッジ回路１１０の入出力端子１１２に対すると１１１の実効電圧（計算）
ｖｃ：コンデンサ電圧（実測値）
ｖｃ＊：コンデンサ電圧（Ｉ＊やＶｃｏｎｖから求まる計算値であり指令値）
Ｖｃ.*ｐｅａｋ：コンデンサＣＭのピーク電圧（指令値）
ｖｓ：線間電圧（実測値）
Ｖｓ：線間電圧の実効値（ｖｓから求まる計算値）
θ：電圧値ｖｓの位相（ｖｓから求める計算値。負から正に切り替わる零点を０度とする。）
ｖｒｅｆ＋：リファレンス電圧（入出力端子１１１，１１２間の所望の波形をもった電圧）
Ｘ＊：ブリッジ回路１１０の等価リアクタンス（この値の大小によって制御部１５０は、単相電圧型ブリッジ回路１１０の制御を切り替える。）
Ｘｃ：ブリッジ回路１１０のコンデンサＣＭのリアクタンス（初期値として制御部２５０に記憶されている。）
ＸＬ：リアクトル２０５のリアクタンス（初期値として制御部２５０に記憶されている。）
【００８６】
制御部２５０は、図１０に示すように、入力部２５１，ＰＬＬ部２５２，算出部２５３，２５５，２５６，２５７，２５８，２５９並びに２６０，及び，出力部２７０を備える。
【００８７】
入力部２５１は、ユーザーインターフェース（図示せず）を備える。ユーザーは、このユーザーインターフェースを介して、電流値Ｉｍａｘを入力する。電流値Ｉｍａｘは、所望の無効電力を供給するためにブリッジ回路１１０を流れるべき電流の最大値である。
また、入力部２５１には、電圧計２４６からコンデンサＣＭの電圧値Ｖｃが、電圧計２４７から線間電圧値ｖｓが入力される。入力されたデータは、前述のＲＡＭに記憶され、後述の各種動作に使用される。
また、入力部２５１を介してユーザーは、各種データの閲覧及び更新が可能である。
【００８８】
ＰＬＬ部２５２は、線間電圧値ｖｓの周波数ｆ及び位相を検出する。検出された周波数ｆ及び位相θはＲＡＭに保存される。また、ＰＬＬ部２５２は、線間電圧値ｖｓの実効電圧値Ｖｓを算出する。算出された実効電圧値ＶｓはＲＡＭに保存される。
【００８９】
算出部２５３は、線間電圧値ｖｓに対応する電流値Ｉ＊を算出する。具体的には、電流値Ｉ＊は、電圧値ｖｓが小さいほど大きく、電圧値ｖｓが大きいほど小さくなる。電流値Ｉ＊が算出されると、ＲＡＭに保存されているＩ＊が更新される。電流値Ｉ＊に相当する電流が実際に流れることによって、無効電力補償装置２００は、所望の無効電力を三相交流電力回路２８０に供給することになる。
また、算出部２５３は電流値Ｉ＊を一定にすることも可能である。対象箇所の力率を一定にすることを目的にする場合になどには、それに適した電流値Ｉ＊に設定することが望ましい。
なお、以下では、算出部２５３は線間電圧値ｖｓに対応する電流値Ｉ＊を算出するものとして説明する。
【００９０】
算出部２５５は、所望の無効電力を補償するのに適したブリッジ回路１１０の実効電圧値Ｖ＊ｃｏｎｖを算出する。具体的には、下記の数式３に定められた計算を実行する。数式３によって、電圧値Ｖｃｏｎｖ＊が求まる。
【００９１】
【数３】
2015057934.tif 000005
【００９２】
算出部２５６は、算出された最適な電圧値Ｖ＊ｃｏｎｖと算出された流れるべき電流値Ｉ＊からコンデンサＣＭの持つべき電圧値ｖｃ＊を算出する。具体的には、Ｘ＊＝Ｖ＊ｃｏｎｖ／Ｉ＊を計算し、Ｘ＊≦Ｘｃの場合は下記の数式４，Ｘ＊＞Ｘｃの場合は数式５，６に定められた計算を実行する。数式４乃至６によって、コンデンサＣＭの持つべき電圧値ｖｃ＊が算出される。
【００９３】
【数４】
2015057934.tif 000006
【００９４】
すなわち、Ｘ＊≦Ｘｃである場合、数式４によって、電流値Ｉ＊が流れる場合のコンデンサＣＭの持つべき電圧値ｖｃ＊が求まる。
【００９５】
【数５】
2015057934.tif 000007
【数６】
2015057934.tif 000008
【００９６】
すなわち、Ｘ＊＞Ｘｃの場合、数式５によって、電流値が最大でＩｍａｘとなるために必要なコンデンサＣＭのピーク電圧値が算出され、数式６によって、電流値Ｉ＊が流れる場合のコンデンサＣＭの持つべき電圧値ｖｃ＊が算出される。
【００９７】
算出部２５７は、コンデンサＣＭに補充すべき有効電力を算出する。
具体的には、算出部２５７は、算出したコンデンサ電圧の電圧（電圧値ｖｃ＊）と実測したコンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｃ）とを比較し、その差が０になるように実効電圧値Ｖａｃｔをフィードバック制御する。例えば三相交流電力回路２８０の１周期間における移動平均を比較してフィードバック制御する。
【００９８】
算出部２５８は、入出力端子１１２に対する入出力端子１１１の電圧の理想的な波形を求める。具体的には、下記の数式７に定められた計算を実行する。数式７によって、リファレンス電圧ｖｒｅｆ＋が求まる。
【００９９】
【数７】
2015057934.tif 000009
【０１００】
数式７によって、発生すべき無効電力（右辺第１項に相当）と、補充すべき有効電力（右辺第２項に相当）と、の両方を考慮したリファレンス電圧が求まる。
【０１０１】
算出部２５９は、電流値Ｉ＊が流れる場合のコンデンサＣＭの電圧値ｖｃ＊を包絡線に持つ三角波ｖｔを算出する。具体的には、三角波ｖｔ０に電圧値ｖｃ＊を乗ずる。
【０１０２】
算出部２６０は、算出されたリファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋と、算出された三角波ｖｔを比較する。
算出部２６０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより大きい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオフ信号にする。算出部２６０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより小さい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオフ信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオン信号にする。
同様に、算出部２６０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋のマイナス値−Ｖｒｅｆ−を上記三角波ｖｔと比較しゲート信号ＳＧＶ，ＳＧＹを作成する。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが大きい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオフ信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオン信号にする。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが小さい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号にする。
【０１０３】
出力部２７０は、算出部２６０で求められたゲート信号を、ゲートＧＵ，ＧＶ，ＧＸ及びＧＹに送信する。
【０１０４】
（第２の実施の形態：具体的な制御及び動作）  
以上説明した構成によって、無効電力制御装置２０１は、以下のように無効電力を制御する。
なお、初期状態は、発生すべき無効電力が少ないため電流値Ｉ＊が小さく、Ｘ＊（＝Ｖ＊ｃｏｎｖ／Ｉ＊）がＸｃより大きいとして説明する。
【０１０５】
無効電力制御装置２０１が動作を開始すると、制御部２５０は、ＲＡＭ及びＲＯＭに記憶されている各種データ・プログラムに従い上記各部を実行し、ブリッジ回路１１０の制御を開始する。
【０１０６】
制御部２５０は、入力部２５１に電圧計２４６からコンデンサＣＭの電圧値ｖｃが、電圧計２４７から線間電圧値ｖｓが入力される。
【０１０７】
制御部２５０は、入力されたデータに基づき、ＰＬＬ部２５２において、線間電圧値ｖｓの位相θ，周波数ｆ及び実効電圧値Ｖｓを検出する。
【０１０８】
制御部２５０は、算出部２５３において、線間電圧値ｖｓに対応する電流値Ｉ＊を算出する。
【０１０９】
制御部２５０は、算出部２５５において、数式３によって電圧値Ｖ＊ｃｏｎｖを算出する。
【０１１０】
（Ｘ＊＞Ｘｃの時の動作）
制御部２５０は、算出部２５６において、初期状態ではＸ＊＞Ｘｃなので、数式５及び６によって、コンデンサＣＭの持つべき電圧値ｖｃ＊を算出する。
【０１１１】
制御部２５０は、算出部２５７において、算出されたコンデンサ電圧値ｖｃ＊と実測したコンデンサ電圧値ｖｃとを比較することで、コンデンサに補充すべき有効電力Ｖａｃｔを算出する。
【０１１２】
制御部２５０は、算出部２５８において、数式７によって、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が求まる。
【０１１３】
制御部２５０は、算出部２５９において、三角波ｖｔ０にｖｃ＊を乗じて、電圧値ｖｃ＊を包絡線に持つ三角波ｖｔを算出する。
【０１１４】
制御部２５０は、算出部２６０において、算出されたｖｒｅｆ＋と、算出されたコンデンサ電圧値ｖｃを包絡線に持つ三角波ｖｔを比較する。
制御部２５０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより大きい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオフ信号にする。算出部２６０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより小さい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオフ信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオン信号にする。
同様に、制御部２５０は算出部２６０において、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋のマイナス値ｖｒｅｆ−を上記三角波ｖｔと比較しゲート信号ＳＧＶ，ＳＧＹを作成する。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが大きい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号にする。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが小さい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオフ信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオン信号にする。
【０１１５】
制御部２５０は、算出部２６０において求まったゲート信号を、出力部２７０からゲートＧＵ，ＧＶ，ＧＸ及びＧＹに送信する。
【０１１６】
スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹは、ゲートに受信したゲート信号によってオン・オフを切り替える。これによって図１１に示すように、各電圧・電流が発生する。
スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹのオン・オフに伴い、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｓ）が、ブリッジ回路１１０の電圧として（電圧値ｖｃｏｎｖ）発生する。なお、ブリッジ回路１１０の等価リアクタンスＸがコンデンサＣＭのリアクタンスより大きくなるため、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｃ）は、０電圧には落ちない。また、図中の電圧値ｖｃｏｎｖ１で表される電圧が基本波成分としてブリッジ回路１１０の電圧として発生しており、ブリッジ回路１１０の電圧（電圧値ｖｃｏｎｖ）は高調波（三角波ｖｔのスイッチング周波数以下の高調波）が少ない。
線間電圧（電圧値ｖｓ）とブリッジ回路１１０の電圧（電圧ｖｃｏｎｖ）がリアクトル２０５に印加される。これにより、リアクトル２０５及びブリッジ回路１１０には、電流（電流値ｉ）が流れる。ブリッジ回路１１０の電圧は高調波が少ないため、電流（電流値ｉ）は正弦波に近い波形を持つ。
すなわち、リアクトル２０５に正弦波に近い波形を持った電流を流すことによって、無効電力制御装置２００は無効電力を発生させることが可能である。
【０１１７】
（Ｘ＊＝Ｘｃの時の動作）
例えば、線間電圧値ｖｓが低下したとする（一般的な交流電力回路においては、無効電力が低下するなどし、電圧が下がることが知られている）。すると、制御部２５０は、算出部２５３において電流値Ｉ＊を大きくする。Ｘ＊＞Ｘｃになるまでは、各データを更新しつつ上述の動作を繰り返す。
更にＩ＊が大きくなりＸ＊＝Ｘｃになると、制御部２５０は、算出部２５６において、数式４によって、コンデンサＣＭの持つべき電圧値ｖｃ＊を算出する。なお、Ｘ＊＝Ｘｃの時、計算上は、Ｘ＊＝Ｘｃ＝Ｖｃｏｎｖ／Ｉ＊になる。すると、制御部２５０が算出部２５６において用いる数式４は、下記数式と等価になる。
【０１１８】
【数８】
2015057934.tif 000010
【０１１９】
数式８は、Ｘ＊＝Ｘｃの場合にはコンデンサ電圧（電圧値ｖｃ＊）が、入出力端子１１１−１１２間の電圧の絶対値に等しくなることを意味する。
【０１２０】
制御部２５０は、算出部２５７において、算出したコンデンサ電圧値ｖｃ＊と実測したコンデンサ電圧値ｖｃとを比較することで、コンデンサに補充すべき有効電力Ｖａｃｔを算出する。
【０１２１】
制御部２５０は、算出部２５８において、数式７によってリファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋を求める。
【０１２２】
制御部２５０は、算出部２５９において、大きさが１で周波数２５００Ｈｚの三角波ｖｔ０にｖｃ＊を乗じて、ｖｃ＊を包絡線に持つ三角波ｖｔを算出する。
【０１２３】
制御部２５０は、算出部２６０において、算出されたｖｒｅｆ＋と、算出されたコンデンサ電圧値ｖｃを包絡線に持つ三角波ｖｔを比較する。
制御部２５０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより小さい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオフ信号にする。算出部２６０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより大きい場合に、ゲート信号Ｕをオン信号にし、ゲート信号Ｘをオフ信号にする。
同様に、制御部２５０は算出部２６０において、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋のマイナス値Ｖｒｅｆ−を上記三角波ｖｔと比較しゲート信号ＳＧＶ，ＳＧＹを作成する。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが小さい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号にする。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが大きい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号にする。
【０１２４】
ところで、数式８が示すように、Ｘ＝Ｘｃの場合にはコンデンサ電圧（電圧値ｖｃ＊）が、入出力端子１１１−１１２間の電圧の絶対値に等しくなる。そのため三角波ｖｔは±ｖｃ＊を包絡線に持ち、ｖｒｅｆ＋の絶対値はｖｃ＊に大きさが等しい。すなわち、三角波ｖｔの包絡線とリファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋は実質的に同じ波形を持つ。よって、算出部２６０が、三角波ｖｔとリファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋を比較して作成されるゲート信号は、一度オン信号になると、電源周期の半周期の間オンを継続し、一度オフになると電源周期の半周期の間オフを継続することになる。
【０１２５】
算出部２６０がゲート信号を作成すると、制御部２５０は、出力部２７０からゲートＧＵ，ＧＶ，ＧＸ及びＧＹに送信する。
【０１２６】
スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹは、ゲートに受信したゲート信号によってオン・オフを切り替える。これによって図１２に示すように、各電圧・電流が発生する。
Ｘ＝Ｘｃであるため、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｃ）は毎周期０電圧に落ちる。スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹのオン・オフに伴い、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｓ）が、０電圧に落ちる度に極性が切り替わってブリッジ回路１１０に発生する（電圧値ｖｃｏｎｖ）。このブリッジ回路１１０の電圧（電圧値ｖｃｏｎｖ）は正弦波を波形に持ち高調波（三角波ｖｔのスイッチング周波数以下の高調波）が少ない。
線間電圧（電圧値ｖｓ）とブリッジ回路１１０の電圧（電圧ｖｃｏｎｖ）がリアクトル２０５に印加される。これにより、リアクトル２０５及びブリッジ回路１１０には、電流（電流値ｉ）が流れる。ブリッジ回路１１０の電圧（電圧ｖｃｏｎｖ）は高調波が少ないため、電流（電流値ｉ）は正弦波に近い波形を持つ。
すなわち、リアクトル２０５に正弦波に近い波形を持った電流を流すことによって、無効電力制御装置２００は、無効電力を発生させることが可能である。
【０１２７】
（Ｘ＜Ｘｃの時の動作）
線間電圧値ｖｓがさらに低下してＩ＊が大きくなり、Ｘ＞Ｘｃになると、制御部２５０は、算出部２５６において、引き続き数式４によって、コンデンサＣＭの持つべき電圧値ｖｃ＊を算出する。
【０１２８】
制御部２５０は、算出部２５７において、算出したコンデンサ電圧値ｖｃ＊と実測したコンデンサ電圧値ｖｃとを比較することで、コンデンサに補充すべき有効電力Ｖａｃｔを算出する。
【０１２９】
制御部２５０は、算出部２５８において、数式７によってリファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋を求める。
【０１３０】
制御部２５０は、算出部２５９において、大きさが１で周波数２５００Ｈｚの三角波ｖｔ０にｖｃ＊を乗じて、ｖｃ＊を包絡線に持つ三角波ｖｔを算出する。
【０１３１】
制御部２５０は、算出部２６０において、算出されたｖｒｅｆ＋と、算出されたコンデンサ電圧値ｖｃを包絡線に持つ三角波ｖｔを比較する。
制御部２５０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより小さい場合に、ゲート信号ＳＧＵをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＸをオフ信号にする。算出部２６０は、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋が三角波ｖｔより大きい場合に、ゲート信号Ｕをオン信号にし、ゲート信号Ｘをオフ信号にする。
同様に、制御部２５０は算出部２６０において、リファレンス電圧値ｖｒｅｆ＋のマイナス値Ｖｒｅｆ−を上記三角波ｖｔと比較しゲート信号ＳＧＶ，ＳＧＹを作成する。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが小さい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号にする。算出部２６０は、三角波ｖｔのほうが大きい場合に、ゲート信号ＳＧＶをオン信号にし、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号にする。
【０１３２】
制御部２５０は、算出部２６０において求まったゲート信号を、出力部２７０からゲートＧＵ，ＧＶ，ＧＸ及びＧＹに送信する。
【０１３３】
スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹは、ゲートに受信したゲート信号によってオン・オフを切り替える。これによって図１３に示すように、各電圧・電流が発生する。
Ｘ＜Ｘｃであるため、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｃ）は毎周期０電圧に落ちる。スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹのオン・オフに伴い、コンデンサＣＭの電圧（電圧値ｖｓ）がブリッジ回路１１０に発生する（電圧値ｖｃｏｎｖ）。このブリッジ回路１１０の電圧（ｖｃｏｎｖ）は電圧値ｖｃｏｎｖ１で表される基本波成分を持つ。ブリッジ回路１１０の電圧（ｖｃｏｎｖ）は、高調波（三角波ｖｔのスイッチング周波数以下の高調波）が少ない。
線間電圧（電圧値ｖｓ）とブリッジ回路１１０の電圧（電圧ｖｃｏｎｖ）との差がリアクトル２０５に印加される。これにより、リアクトル２０５及びブリッジ回路１１０には、電流（電流値ｉ）が流れる。ブリッジ回路１１０の電圧は高調波が少ないため、電流（電流値ｉ）は正弦波に近い波形を持つ。
すなわち、リアクトル２０５に正弦波に近い波形を持った電流を流すことによって、無効電力制御装置２００は、無効電力を発生させることが可能である。
【０１３４】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る無効電力制御装置２００によって、任意の無効電力を発生可能である。これによって、交流電力回路の電圧変動等を抑制することができる。言い換えると、前述の無効電力制御装置１００をＳＴＡＴＣＯＭとして応用することができる。
【０１３５】
（第２の実施の形態：まとめ）
上記のように、本実施形態では、容量の小さなコンデンサを用いて、交流電力回路に供給する無効電力を制御可能である。また、ブリッジ回路の等価リアクタンスが、コンデンサのリアクタンスより小さい場合であっても、大きい場合とは違う制御を用いることで、高調波を少ないまま、適切な無効電力を供給可能である。
【０１３６】
（変形例等の説明）
なお、本発明は、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態や変形例は、本発明の実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。下記に上記実施形態の変形例を例示するが、各変形例は適宜組み合わせることが可能である。
【０１３７】
（変形例１）
無効電力制御装置１００は、ブリッジ回路１１０を流れる電流値を用いて制御する例として説明した。しかし、無効電力制御装置１００が接続される付近の線間電圧を用いて制御してもよい。その場合、図１４に示無効電力制御装置３００ように、電流計１１７で電流を検知する代わりに電圧計１１６によって線間電圧を検知すればよい。この場合、検出した線間電圧から位相や周波数などを検出し、ブリッジ回路１１０を流れる電流を指令値にすればよい。
【０１３８】
（変形例２）
無効電力制御装置１００及び２００は、無効電力を供給する装置として説明したが、一般的なＳＴＡＴＣＯＭと同じように、無効電力供給するだけではなく、さらに無効電力を消費するようにしてもよい。  
【０１３９】
（変形例３）
上記処理を実行させるプログラムは、上記実施形態では所定のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（上記では、記憶部を構成するＲＡＭ１５２、ＲＯＭ１５３）にはじめから記憶されているものとしている。しかし、上記処理を実行させるプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−Ｒ (Compact Disc Recordable) 、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの持ち運び可能なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納して配布してもよい。また、上記処理を実行させるプログラムは、インターネットなどを介して、コンピュータに供給することによって、コンピュータを上記無効電力制御装置１００としてもよい。また、上記処理を実行させるプログラムは、ＯＳ（Operating System）などと協働して上記処理を実行させるプログラムであってもよい。
【０１４０】
（変形例４）
上記説明で用いた算出処理等は一例であって、本発明の目的を達するのであれば様々な応用が可能である。例えば、指令値に対するゲート信号を予め外部で計算しておいてもよい。無効電力制御装置２００であれば、線間電圧ｖｓを測定し、測定した線間電圧ｖｓの大きさに対してのゲート信号を予め設定する。また、予め設定されたゲート信号のパターンのうち、適切なパターンを選択するように、ブリッジ回路１１０の実効電圧をフィードバック制御することもできる。
【０１４１】
また、上記説明では、コンデンサＣＭのリアクタンスＸｃに直接基づいて、スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹのオン・オフを切り替えるタイミングを制御した。しかし、実質的にリアクタンスＸｃに基づいて制御すればよく、リアクタンスＸｃに相関関係のある別の値、例えば、アドミッタンスやキャパシタンスを用いても良い。
その他の値も、上記説明に限定されるわけではなく、相関性のある別の値を用いることで本発明を実施することで、本発明を実施することが可能である。
【０１４２】
また上記説明では、無効電力制御装置１００でＸ＝Ｘｃで１−パルス制御部１６８を用いたが、これは必須ではない。Ｘ＝Ｘｃの場合においても算出部１６３を用いてよい。また、無効電力制御装置２００において、Ｘ＝Ｘｃの時に算出部２５６を用いねばならないわけではない。代わりに１−パルス制御部１６８と同様の制御を用いるだけでよい。
いずれの実施の形態のおいても、互いの制御を流用可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１００，２００，３００  無効電力制御装置
ＶＳ  交流電源
ＬＤ  負荷
Ｌ  リアクタンス
１１０  ブリッジ回路
ＳＷＵ，ＳＷＶ，ＳＷＸ，ＳＷＹ  スイッチ
ＣＭ  コンデンサ
１１１，１１２  入出力端子
１１５  １１６  電圧計
１１７  電流計
１５０，２５０  制御部
２０１  ユニット
２０５  リアクトル
２４６，２４７  電圧計
２８０  三相交流電力回路
ＬＤ  負荷
１５０  制御部
【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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