(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己消弧形の第１スイッチング素子を有する第１インバータ回路を含む第１電力変換器と、
三相交流の第１相、第２相および第３相にそれぞれ直列に接続された一次巻線と前記第１電力変換器の出力に接続された二次巻線とを含む第１変圧器、第２変圧器および第３変圧器と、
直流リンクを介して前記第１電力変換器に接続された第２電力変換器と、
前記第１相〜前記第３相のうちの二相の線間に二次巻線が接続された第４変圧器と、
前記第１相〜前記第３相のうちの他の二相の線間に二次巻線が接続された第５変圧器と、
前記第２電力変換器と前記第４変圧器の前記二次巻線との間に接続された第１インダクタと、
前記第２電力変換器と前記第５変圧器の前記二次巻線との間に接続された第２インダクタと、
前記第１変圧器の上流と前記第２変圧器の上流との間の線間の電圧を表す第１電圧データ、前記第２変圧器の上流と前記第３変圧器の上流との間の線間の電圧を表す第２電圧データ、前記第１変圧器の下流と前記第２変圧器の下流との間の線間の電圧を表す第３電圧データ、前記第２変圧器の下流と前記第３変圧器の下流との間の線間の電圧を表す第４電圧データ、および前記直流リンクの両端の電圧を表す第５電圧データにもとづいて、前記第１スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する第１制御回路と、
前記第１インダクタに流れる電流を表す第１電流データ、第２インダクタに流れる電流を表す第２電流データ、および前記第５電圧データにもとづいて、前記直流リンクを介して前記第１電力変換器に有効電力を供給するように前記第２電力変換器を制御する第２制御回路と、
を備え、
前記第１制御回路は、
前記第１電圧データ〜前記第４電圧データにもとづいて、前記第１相〜前記第３相の各系統電圧を計算し、前記系統電圧と、あらかじめ設定された目標電圧との差分を出力する第１演算部と、
前記第５電圧データおよび前記差分にもとづいて、前記第１電力変換器が出力する電圧の振幅を決定し、前記差分の符号によって、前記系統電圧と同相の電圧を出力するか、逆相の電圧を出力するかを決定する第２演算部と、
を含む電圧補償装置。
【請求項２】
前記第２電力変換器は、自己消弧形の第２スイッチング素子を有する第２インバータ回路を含み、
前記第２制御回路は、
前記第５電圧データにもとづいて、前記第１電力変換器に供給する有効電流指令値を設定する第３演算部と、
前記有効電流指令値、前記第１電流データ、および前記第２電流データにもとづいて、前記第１電力変換器に供給する電流の振幅および位相を設定する第４演算部と、
を含み、
前記第４演算部の出力にもとづいて、前記第２スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する請求項１記載の電圧補償装置。
【請求項３】
前記第２制御回路は、
前記第１相〜前記第３相の電圧を検出して位相を計算する第５演算部と、
前記第１相〜前記第３相のうちの１つの相の電流を表す第３電流データ、前記第１相〜第３相のうちの他の相の電流を表す第４電流データ、および前記第５演算部の出力にもとづいて、無効電流指令値を生成する第６演算部と、
をさらに含み、
前記第４演算部は、前記第３演算部の出力、前記第１電流データ、前記第２電流データ、および前記第６演算部の出力にもとづいて前記第２スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する請求項２記載の電圧補償装置。
【請求項４】
前記第２制御回路は、前記第６演算部の計算結果から、交流成分を抽出する第７演算部をさらに含む請求項３記載の電圧補償装置。
【請求項５】
前記第２制御回路は、前記第５演算部の出力、前記第３電流データおよび前記第４電流データにもとづいて、前記第１相〜前記第３相の無効電流および有効電流の逆相成分を抽出する第８演算部をさらに含む請求項３記載の電圧補償装置。
【請求項６】
前記第６演算部は、
前記第１相〜前記第３相の電圧が目標電圧の上限値よりも大きく、かつ、前記第３演算部から出力された無効電流に進み無効電流が含まれているときには、前記進み無効電流を相殺する指令値を出力し、
前記第１相〜前記第３相の電圧が目標電圧の下限値よりも小さく、かつ、前記第３演算部から出力された無効電流に遅れ無効電流が含まれているときには、前記遅れ無効電流を相殺する指令値を出力する請求項３〜５のいずれか１つに記載の電圧補償装置。
【請求項７】
前記第２制御回路は、
前記系統電圧および前記系統電圧に関連付けられた無効電流指令値の組を有するデータベースと、
前記データベースを検索して前記系統電圧に応じた無効電流指令値を出力する第９演算部と、をさらに含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の電圧補償装置。
【請求項８】
前記第２制御回路は、
前記第２電力変換器が出力する有効電流を制限する第１電流制限部と、
前記第２電力変換器が出力する無効電流を制限する第２電流制限部と、
をさらに含み、
前記第２電流制限部によって設定された電流制限は、前記第１電流制限部によって設定された電流制限よりも優先される請求項２〜４のいずれか１つに記載の電圧補償装置。
【請求項９】
前記第２制御回路は、
前記第２電力変換器が出力する有効電流の逆相成分を制限する第３電流制限部と、
前記第２電力変換器が出力する無効電流の逆相成分を制限する第４電流制限部と、
前記第２電流制限部、前記第３電流制限部および前記第４電流制限部における電流制限の優先順位を設定する第１０演算部と、
をさらに含む請求項８記載の電圧補償装置。
【請求項１０】
前記第１変圧器〜前記第３変圧器のそれぞれの二次側巻線は、スター結線された請求項１〜９のいずれか１つに記載の電圧補償装置。
【請求項１１】
前記第１変圧器〜前記第３変圧器のそれぞれの二次側巻線は、デルタ結線された請求項１〜９のいずれか１つに記載の電圧補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電圧補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統では、変電所からの距離に応じて電力線インピーダンスが増加することから、末端では、その電圧降下により受電電圧が低下する場合がある。電力系統では、変電所からの距離によらず一定の電圧が利用できるようにする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】佐々木  裕治、吉田  隆彦、関  長隆、渡辺  敏之、齊藤  裕治  著、「高速応答を可能にしたＴＶＲとその実証試験」、電気学会論文誌Ｂ,Ｖｏｌ.１２３（２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、高速かつ連続的に電力系統の電圧を適正値に補償する電圧補償装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る電圧補償装置は、自己消弧形の第１スイッチング素子を含む第１インバータ回路を含む第１電力変換器と、三相交流の第１相、第２相および第３相にそれぞれ直列に接続された一次巻線と前記第１電力変換器の出力に接続された二次巻線とを含む第１変圧器、第２変圧器および第３変圧器と、直流リンクを介して前記第１電力変換器に接続された第２電力変換器と、前記第１相〜前記第３相のうちの二相の線間に二次巻線が接続された第４変圧器と、前記第１相〜前記第３相のうちの他の二相の線間に二次巻線が接続された第５変圧器と、前記第２電力変換器と前記第４変圧器の前記二次巻線との間に接続された第１インダクタと、前記第２電力変換器と前記第５変圧器の前記二次巻線との間に接続された第２インダクタと、前記第１変圧器の上流と前記第２変圧器の上流との間の線間の電圧を表す第１電圧データ、前記第２変圧器の上流と前記第３変圧器の上流との間の線間の電圧を表す第２電圧データ、前記第１変圧器の下流と前記第２変圧器の下流との間の線間の電圧を表す第３電圧データ、前記第２変圧器の下流と前記第３変圧器の下流との間の線間の電圧を表す第４電圧データ、および前記直流リンクの両端の電圧を表す第５電圧データにもとづいて、前記第１スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する第１制御回路と、前記第１インダクタに流れる電流を表す第１電流データ、第２インダクタに流れる電流を表す第２電流データ、および前記第５電圧データにもとづいて、前記直流リンクを介して前記第１電力変換器に有効電力を供給するように前記第２電力変換器を制御する第２制御回路と、を備える。前記第１制御回路は、前記第１電圧データ〜前記第４電圧データにもとづいて、前記第１相〜前記第３相の各系統電圧を計算し、前記系統電圧と、あらかじめ設定された目標電圧との差分を出力する第１演算部と、前記第５電圧データおよび前記差分にもとづいて、前記第１電力変換器が出力する電圧の振幅を決定し、前記差分の符号によって、前記系統電圧と同相の電圧を出力するか、逆相の電圧を出力するかを決定する第２演算部と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
【図２】第１の実施形態の電圧補償装置の一部を例示するブロック図である。
【図３】比較例に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
【図４】第１の実施形態の変形例に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
【図５】第２の実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
【図６】第２の実施形態の電圧補償装置の一部を例示するブロック図である。
【図７】第３の実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
【図８】第３の実施形態の変形例に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
【図９】図９（ａ）は、第４の実施形態に係る電圧補償装置の制御部を例示するブロック図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の電圧補償装置の一部分の特性を例示する概念図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第５の実施形態に係る電圧補償装置の制御部を例示するブロック図である。図１０（ｂ）は、第５の実施形態の電圧補償装置の一部分の特性を例示する概念図である。
【図１１】第６の実施形態に係る電圧補償装置の制御部を例示するブロック図である。
【図１２】第６の実施形態の電圧補償装置の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
図２は、本実施形態の電圧補償装置の一部である制御部を例示するブロック図である。
本実施形態の電圧補償装置１の構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の電圧補償装置１は、電圧補償部１０と、制御部８０と、を備える。電圧補償部１０は、直列変圧器１１，１３，１５と、第１電力変換器２０と、第２電力変換器３０と、並列変圧器４１，４２と、インダクタ５１，５２と、電流検出器６１，６２と、交流電圧検出器７１〜７４と、直流電圧検出器７５と、を含む。電圧補償装置１は、電圧補償部１０によって電力系統に直列に接続される。電力系統は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる三相交流の配電系統である。以下では、電力系統に直列に接続された電圧補償装置１から見て、変電所側を上流、需要者側を下流と呼ぶこととする。電圧補償装置１は、Ｕ相の上流６ａと入力端子２ａで接続され、Ｕ相の下流７ａと出力端子３ａで接続されている。電圧補償装置１は、Ｖ相の上流６ｂと入力端子２ｂで接続され、Ｖ相の下流７ｂと出力端子３ｂで接続されている。電圧補償装置１は、Ｗ相の上流６ｃと入力端子２ｃで接続され、Ｗ相の下流７ｃと出力端子３ｃで接続されている。電圧補償装置１は、電力系統の上流６ａ〜６ｃおよび下流７ａ〜７ｃの電圧の上昇あるいは低下を検出して、目標値の範囲内となるように電力系統の電圧を補償する。
【０００９】
直列変圧器１１，１３，１５は、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐと、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓと、をそれぞれ含む。直列変圧器１１の一次巻線１１ｐは、入力端子２ａと出力端子３ａとの間に接続されており、電力系統のＵ相に直列に接続されている。直列変圧器１３の一次巻線１３ｐは、入力端子２ｂと出力端子３ｂとの間に接続されており、電力系統のＶ相に直列に接続されている。直列変圧器１５の一次巻線１５ｐは、入力端子２ｃと出力端子３ｃとの間に接続されており、電力系統のＷ相に直列に接続されている。つまり、３つの直列変圧器１１，１３，１５の一次巻線１１ｐ，１３ｐ,１５ｐは、電力系統の各相に直列に接続されている。
【００１０】
直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、それぞれ一方の端子１２ａ，１４ａ，１６ａで互いに接続され、それぞれの他方の端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂは、第１電力変換器２０の各交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続されている。つまり、直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、スター結線されて、第１電力変換器２０の出力に接続されている。
【００１１】
第１電力変換器（電力変換器１）２０は、高圧直流入力端子２１ａと低圧直流入力端子２１ｂとの間に接続されている。高圧直流入力端子２１ａおよび低圧直流入力端子２１ｂには、直流リンク２４用のコンデンサを介して直流電圧が供給される。第１電力変換器２０は、三相交流電圧を出力する交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを含む。交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、フィルタ２６を介して直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓに接続されている。第１電力変換器２０は、高圧直流入力端子２１ａと低圧直流入力端子２１ｂとの間に印加された直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ装置である。第１電力変換器２０は、たとえば、６つのスイッチング素子２３ａ〜２３ｆを含んでいる。スイッチング素子２３ａ〜２３ｆは、自己消弧形のスイッチング素子であり、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等である。スイッチング素子は、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチとして直列に接続される。直列に接続されたアームは、３つ並列に接続されてインバータ回路を構成する。第１電力変換器２０のインバータ回路は、直流電圧を電力系統の周波数よりも高い周波数の交流電圧に変換することができれば、この回路構成に限定されない。インバータ回路は、たとえばマルチレベルインバータ回路やその変形等であってもよい。
【００１２】
第１電力変換器２０と直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓとの間には、フィルタ２６が接続されている。フィルタ２６は、この例では、各相に直列に接続されたインダクタＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと、各線間に接続されたコンデンサＣａ，Ｃｂ，Ｃｃとを含む。フィルタ２６は、第１電力変換器２０が出力する数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度の高周波スイッチング波形を電力系統の周波数に変換するローパスフィルタである。フィルタ２６は、第１電力変換器２０の出力の周波数や、変調方式等にしたがって適切な回路を用いることができる。
【００１３】
直流リンク２４は、第１電力変換器２０に直流電力を供給するコンデンサを含む。この直流リンク２４は、第２電力変換器３０から供給される有効電力を第１電力変換器２０に供給する。なお、後述するように、直流リンク２４は、第２電力変換器３０を介して電力系統側と無効電流のやり取りをすることができる。
【００１４】
第２電力変換器（電力変換器２）３０は、高圧直流端子３１ａと、低圧直流端子３１ｂとを含んでいる。高圧直流端子３１ａおよび低圧直流端子３１ｂは、直流リンク２４に接続されている。第２電力変換器３０は、交流端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃを含む。交流端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃのいずれか１つ、この例では、交流端子３２ａには、インダクタ５１の一端が接続されている。交流端子３２ｂ，３２ｃの他の１つ、この例では、交流端子３２ｃには、インダクタ５２の一端が接続されている。つまり、第２電力変換器３０は、交流端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃに入力される交流電力を直流に変換して、直流リンク２４に供給するコンバータ装置、より具体的にはアクティブ平滑フィルタとして動作し、直流リンク２４に有効電力を供給する。第２電力変換器３０は、第１電力変換器２０と同じ回路構成のインバータ回路であってもよい。第２電力変換器３０は、第１電力変換器２０と同様に、６つの自己消弧形のスイッチング素子３３ａ〜３３ｆを含んでいる。スイッチング素子３３ａ〜３３ｆは、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチとして直列に接続される。直列接続されたアームは、３つ並列に接続されてインバータ回路を構成する。第２電力変換器３０のインバータ回路は、直流電圧と、電力系統の周波数よりも高い周波数の交流電圧とを相互に変換することができれば、この構成に限定されない。なお、この例では、第２電力変換器３０のインバータ回路の構成は、第１電力変換器２０のインバータ回路の構成と同一であるが、異なる構成であってもよい。
【００１５】
並列変圧器４１の一次巻線４１ｐは、Ｕ相およびＶ相の下流７ａ，７ｂ側の線間に接続されている。並列変圧器４２の一次巻線４２ｐは、Ｖ相およびＷ相の下流７ｂ，７ｃ側の線間に接続されている。並列変圧器４１の二次巻線４１ｓの一方は、インダクタ５１の他端に接続され、他方は、第２電力変換器３０の交流端子３２ｂに接続されている。並列変圧器４２の二次巻線４２ｓは、インダクタ５２の他端に接続され、他方は、第２電力変換器３０の交流端子３２ｂに接続されている。つまり、並列変圧器４１，４２の二次巻線４１ｓ，４２ｓは、インダクタ５１，５２を介して第２電力変換器３０の交流端子３２ａ〜３２ｃとＶ結線されている。
【００１６】
電流検出器６１は、第２電力変換器３０の交流端子３２ａと並列変圧器４１の二次巻線４１ｓとの間に直列に接続されている。電流検出器６２は、第２電力変換器３０の交流端子３２ｃと並列変圧器４２の二次巻線４２ｓとの間に直列に接続されている。つまり、電流検出器６１，６２は、インダクタ５１，５２に流れるそれぞれの交流電流を検出して、電流データＩＬ１，ＩＬ２を出力する。
【００１７】
交流電圧検出器７１，７２は、電力系統の上流６ａ〜６ｃ側に接続されている。交流電圧検出器７１は、Ｕ相とＶ相との線間に接続され、ＵＶ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器７２は、Ｖ相とＷ相との線間に接続され、ＶＷ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器７３，７４は、電力系統の下流７ａ〜７ｃ側に接続されている。交流電圧検出器７３は、ｕ相とｖ相との線間に接続され、ｕｖ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器７４は、ｖ相とｗ相との線間に接続され、ｖｗ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器７１〜７４は、たとえば計器用変圧器と計器用変圧器の出力を適切な電圧レベルに変換するトランスデューサとを含んでいる。交流電圧検出器７１〜７４は、直列変圧器１１，１３，１５の一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐの両端の電圧を検出して、計器用変圧器で降圧し、トランスデューサによって制御部８０に入力可能な信号である交流電圧データＶＡＣ１〜ＶＡＣ４に変換して出力する。
【００１８】
直流電圧検出器７５は、直流リンク２４の両端の直流電圧を検出して、直流電圧データＶＤＣを出力する。
【００１９】
図２に示すように、制御部８０は、第１制御回路８１と、第２制御回路８２と、を含む。第１制御回路８１は、第１電力変換器２０の動作を制御するためのゲート駆動信号を第１電力変換器２０に供給する。第２制御回路８２は、第２電力変換器３０の動作を制御するためのゲート駆動信号を第２電力変換器３０に供給する。
【００２０】
第１制御回路８１は、直交座標変換部９１と、電圧補償量演算部（第１演算部）９２と、電圧指令値演算部（第２演算部）９３と、ゲート駆動信号生成部９４と、を含む。直交座標変換部９１は、交流電圧検出器７１〜７４の出力に接続されている。直交座標変換部９１は、三相交流の瞬時電圧を直交座標に変換する。直交座標変換部９１は、交流電圧検出器７１〜７４からの出力を入力して、電力系統の上流および下流それぞれについて直交座標変換する。直交座標変換された系統電圧の上流および下流の電圧値のデータは、電圧補償量演算部９２に入力される。
【００２１】
電圧補償量演算部９２は、交流電圧データＶＡＣ１〜ＶＡＣ４にもとづいて、系統電圧の上流の電圧値と下流の電圧値との差分を計算して、この電圧値の差分を電圧指令値演算部９３に供給する。
【００２２】
電圧指令値演算部９３は、第１電力変換器２０が出力する出力電圧の指令値を計算する。出力電圧の指令値は、直流リンク２４の両端の電圧値、電圧補償量演算部９２によって計算された電力系統の上流および下流の電圧値の差分の大きさおよび符号によって設定される。電力系統の上流および下流の電圧値の差分の大きさが、電力系統の電圧の目標値の下限よりも小さいとき、および電力系統の電圧の上限よりも大きいときには、この電圧値の差分が基準値となり、第１電力変換器２０の出力電圧値が設定される。この電圧値の差分の大きさが、目標値の下限から上限の範囲内にあるときには、基準値はゼロに設定され、第１電力変換器２０は、出力電圧を出力しない。また、電圧指令値演算部９３は、この電圧値の差分が正の値の場合、つまり、電力系統の上流の電圧に対して下流の電圧が小さいときには、第１電力変換器２０が電力系統と同相の電圧を出力するように、指令値が設定される。電圧指令値演算部９３は、この電圧値の差分が負の値の場合、つまり、電力系統の上流の電圧に対して下流の電圧が大きいときには、第１電力変換器２０が電力系統と逆相の電圧を出力するように指令値が設定される。
【００２３】
ゲート駆動信号生成部９４は、電圧指令値演算部９３から供給される電圧指令値にもとづいて、座標の逆変換や空間ベクトル変換等を行い、第１電力変換器２０のスイッチング素子に対するゲート駆動信号のパターンを生成する。ゲート駆動信号生成部９４によって生成されたゲート駆動信号は、たとえば光信号に変換され、光ファイバを介して第１電力変換器２０に供給される。
【００２４】
第２制御回路８２は、直流電圧制御部（第３演算部）９５と、直交座標変換部９６と、交流電流制御部（第４演算部）９７と、ゲート駆動信号生成部９８と、を含む。直流電圧制御部９５は、直流電圧検出器７５によって検出された直流リンク２４の両端の電圧である直流電圧データＶＤＣを入力して、第１電力変換器２０へ供給する有効電流を計算し、有効電流指令値として出力する。
【００２５】
直交座標変換部９６は、電流検出器６１，６２によってインダクタ５１，５２に流れる電流に対応する電流データＩＬ１，ＩＬ２を直交座標変換して、交流電流制御部９７に供給する。
【００２６】
交流電流制御部９７は、直流電圧制御部９５で生成された有効電流指令値、およびインダクタ５１，５２に流れる電流にもとづいて、直流リンク２４を介して第１電力変換器２０に流れる有効電流指令値を設定する。そして、交流電流制御部９７は、直流リンク２４両端の電圧を一定に制御する交流電流の指令値を生成する。第２電力変換器３０から第１電力変換器２０へ供給する出力電流の参照波形のために、交流電流制御部９７には、交流電圧検出器７３，７４の検出波形を入力してもよい。
【００２７】
ゲート駆動信号生成部９８は、交流電流制御部９７が生成した交流電流の指令値にもとづいて、座標の逆変換や空間ベクトル変換等を行い、第２電力変換器３０のインバータ回路を駆動するゲート駆動信号のパターンを生成する。ゲート駆動信号生成部９８によって生成されたゲート駆動信号は、たとえば光信号に変換され、光ファイバを介して第２電力変換器３０に供給される。
【００２８】
電流データＩＬ１，ＩＬ２、交流電圧データＶＡＣ１〜ＶＡＣ４、および直流電圧データＶＤＣは、アナログ値として検出された後、アナログディジタル変換器等によってディジタルデータに変換されている。制御部８０では、論理回路によって、これらのディジタルデータを処理する。制御部８０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、あるいは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のＰＬＤ（Programmable Logic Device）等であってもよい。第１制御回路８１および第２制御回路８２の各部が、ＣＰＵ等によって実現される場合には、直交座標変換や回転座標変換等、周知のアルゴリズムが用いられる。
【００２９】
本実施形態の電圧補償装置１の動作について説明する。
本実施形態の電圧補償装置１では、目標電圧の範囲があらかじめ設定されている。目標電圧の範囲は、たとえば６．６ｋＶ±５％である。つまり、電力系統の電圧が、６．２７ｋＶ（＝６．６ｋＶ−５％）よりも低下した場合、および電力系統の電圧が６．９３Ｖ（＝６．６ｋＶ＋５％）よりも上昇した場合に、電圧が、６．２７ｋＶ〜６．９３ｋＶの範囲内となるように補償する。具体的には、直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓに、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐで不足または超過している電圧を発生させて、電力系統の電圧を補償する。電力系統の電圧が目標電圧の下限よりも小さいときには、電力系統の電圧と同相の電圧を二次巻線に発生させて、変圧器の磁気結合を用いて一次巻線に加算する。電力系統の電圧が目標電圧の上限よりも大きいときには、電力系統の電圧と逆相の電圧を二次巻線に発生させて、変圧器の磁気結合を用いて一次巻線に加算する。
【００３０】
第１電力変換器２０は、第２電力変換器３０から直流リンク２４を介して電力の供給を受けて動作する。第１電力変換器２０は、交流電圧データＶＡＣ１〜ＶＡＣ４および直流電圧データＶＤＣを入力する第１制御回路８１が生成するゲート駆動信号のパターンにしたがって動作する。
【００３１】
第１制御回路８１の電圧補償量演算部９２は、交流電圧検出器７１〜７４によって検出された直列変圧器１１，１３，１５の一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐの両端の電圧から、電力系統の上流の電圧値と下流の電圧値との差分を計算する。電圧補償量演算部９２によって計算されたこの電圧値との差分と目標電圧の下限および上限とをそれぞれ比較する。一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐの両端の電圧から、電力系統の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電圧の瞬時値が検出され、直交変換されて、電圧補償量演算部９２によって電圧の補償量が計算される。そのため電力系統の電圧と、目標電圧との比較は、実質的に相ごとに行われる。比較の結果、電力系統の電圧が目標電圧の下限値よりも小さいとき、または、電力系統の電圧の差分が目標電圧の上限よりも大きいときには、電力系統電圧の差分が、第１電力変換器２０の出力電圧の基準値となる。直交座標変換部９１に入力される電圧値は、図示しないがアナログディジタル変換器（以下、単にＡＤ変換器ともいう。）によってアナログ値からディジタル値に変換されている。したがって、第１電力変換器２０のために設定される基準値は、ＡＤ変換器で変換されたディジタル値として処理される。つまり、電圧指令値演算部９３によって設定される基準値は、ＡＤ変換器の分解能を最小ステップとする離散値であるが、ＡＤ変換器の分解能は、ダイナミックレンジ５Ｖに対して数ｍＶ程度とすることができるので、設定される基準値は、ほぼ連続的に設定される。したがって、電圧指令値演算部９３では、第１電力変換器２０の出力電圧に対する基準値は、実質的に連続値として設定される。
【００３２】
電圧指令値演算部９３は、電力系統の電圧値の差分の符号によって、第１電力変換器２０から出力される電圧の位相を設定する。たとえば、電力系統の電圧値の差分が正のとき、つまり、電力系統の下流の電圧が上流の電圧よりも小さいときには、正の値を有する電圧指令値を出力する。電圧指令値が正の値のときには、第１電力変換器２０は、電力系統の電圧と同相の出力電圧を出力する。電力系統の電圧値の差分が負のとき、つまり、電力系統の下流の電圧が上流の電圧よりも大きいときには、負の値を有する電圧指令値を出力する。電圧指令値が負の値のときには、第１電力変換器２０は、電力系統の電圧と逆相、つまり、電力系統の位相とは１８０°位相の異なる電圧を出力する。
【００３３】
直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐとそれぞれ巻き方向を同一とするように巻回されている。したがって、第１電力変換器が、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐに印加されている電圧と同相の電圧を、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓに出力すると、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐには、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓの電圧がそれぞれ加算される。一方、第１電力変換器２０が、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐに印加されている電圧と逆相の電圧を、二次巻線１１ｓ，１３，１５ｓに出力すると、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐには、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓの電圧がそれぞれ差し引かれる。
【００３４】
本実施形態の電圧補償装置１では、電力系統の各相の上流の電圧値および下流の電圧値をそれぞれ検出しているので、上述の動作は、相ごとに行われる。
【００３５】
上述した第１電力変換器２０の動作にわたって、第２電力変換器３０は、直流リンク２４を介して第１電力変換器２０に電力を供給する。第２電力変換器３０は、並列変圧器４１，４２によって電力系統側から電力が供給されている。第２電力変換器３０は、電力系統側からの電力が電流検出器６１，６２によって検出され、電力系統の電圧と同相、すなわち力率１００％となるように電流制御される。そのため、電力系統側から第２電力変換器３０へ流入し、直流リンク２４を介して第１電力変換器２０へ有効電流が供給される。
【００３６】
本実施形態の電圧補償装置１の作用および効果について、比較例の電圧補償装置２００と比較しつつ説明する。
図３は、比較例の電圧補償装置を例示するブロック図である。
図３に示すように、比較例の電圧補償装置２００は、直列変圧器２１１，２１３，２１５と、タップ切替回路２２０ａ，２２０ｂと、並列変圧器２４１，２４２と、交流電圧検出器２７１〜２７４と、制御部２８０とを有する。比較例の電圧補償装置２００では、直列変圧器２１１，２１３，２１５の一次巻線は、電力系統の各相に直列に接続されている。直列変圧器２１１，２１３，２１５の各二次巻線の一端は、互いに接続されている。直列変圧器２１１の二次巻線の他端は、タップ切替回路（タップ切替回路１）２２０ａの一方の端子に接続されている。直列変圧器２１３の二次巻線の他端は、タップ切替回路２２０ａの他方の端子に接続されている。直列変圧器２１３の二次巻線の他端は、また、タップ切替回路（タップ切替回路２）２２０ｂの一方の端子にも接続されている。直列変圧器２１５の二次巻線の他端は、タップ切替回路２２０ｂの他方の端子に接続されている。
【００３７】
タップ切替回路２２０ａは、並列変圧器２４１の二次側のタップの数に応じたスイッチ回路２２２ａ〜２２２ｆを含んでいる。スイッチ回路２２２ａ〜２２２ｆは、サイリスタが逆並列に接続された双方向スイッチ回路が直列に接続され、直列に接続された双方向スイッチ回路の数は、並列変圧器２４１の二次側のタップの数に等しい。タップ切替回路２２０ｂは、タップ切替回路２２０ａと同じ回路構成を有している。スイッチ回路２２２ｇ〜２２２ｍは、サイリスタが逆並列に接続された双方向スイッチ回路が直列に接続され、直列に接続された双方向スイッチ回路の数は、並列変圧器２４２の二次側のタップの数に等しい。
【００３８】
並列変圧器２４１の一次巻線は、Ｕ相の下流（ｕ相）とＶ相の下流（ｖ相）との間に接続されている。並列変圧器２４２の一次巻線は、Ｖ相の下流（ｖ相）とＷ相の下流（ｗ相）との間に接続されている。並列変圧器２４１，２４２のそれぞれの二次巻線の各タップは、双方向スイッチの直列接続ノードに接続されている。
【００３９】
交流電圧検出器２７１〜２７４は、本実施形態の電圧補償装置１の交流電圧検出器７１〜７４と同様に接続されている。
【００４０】
制御部２８０は、電力系統の電圧の目標電圧の上限値および下限値を有している。交流電圧検出器２７１〜２７４の検出結果と目標電圧の上限値および下限値とを比較して、サイリスタのゲートを点弧する信号を生成する。
【００４１】
接触器２９１，２９２は、タップ切替回路２２０ａ，２２０ｂの両端に接続されている。接触器２９１，２９２は、タップ切替回路２２０ａ，２２０ｂのサイリスタを強制的にターンオフさせる場合に動作する。
【００４２】
比較例の電圧補償装置２００では、直列変圧器２１１，２１３，２１５の二次巻線と、並列変圧器２４１，２４２の二次巻線とが、サイリスタによる双方向スイッチ２２２ａ〜２２２ｍによって接続されている。制御部２８０は、交流電圧検出器２７１〜２７４の検出結果と、あらかじめ設定されている目標電圧の上限値および下限値とを比較する。そして、制御部２８０は、各相の電圧が目標値の下限値よりも低いときには、直列変圧器の一次巻線の電圧が高くなるように、より高い電圧を出力するタップに接続するように双方向スイッチを制御する。たとえば、Ｕ相の下流の電圧が低いときには、制御部２８０は、双方向スイッチ２２２ｃ，２２２ｄをオンさせるようにゲート駆動信号を生成する。双方向スイッチ２２２ｃ，２２０ｄは、並列変圧器２４１のタップのうちもっとも高い電圧を発生するタップに接続されている。Ｕ相の下流の電圧が高いときには、制御部２８０は、双方向スイッチ２２２ａ，２２２ｆをオンさせるようにゲート駆動信号を生成する。双方向スイッチ２２２ａ，２２２ｆは、並列変圧器２４１のタップのうちもっとも高い電圧を生成するタップに接続し、接続されたタップの電圧は、Ｕ相の電圧とは逆位相で印加される。
【００４３】
このように、比較例の電圧補償装置２００では、並列変圧器２４１，２４２に設けられたタップを切り替えることによって直列変圧器２１１，２１３，２１５の電圧を補償するので、補償電圧の設定値は、タップの数に依存した離散値となる。比較例の電圧補償装置２００では、補償電圧が離散的であるために、電力系統の下流にさらに無効電力補償装置等の追加的設備が必要となり、システムが複雑になり、費用も増大する。
【００４４】
また、比較例の電圧補償装置２００では、補償電圧を離散的にしか設定することができないので、相ごとに電圧設定して、不平衡電圧を補償することが困難である。したがって、電力系統の下流に不平衡負荷が接続された場合等には、電力系統の上流にも不平衡負荷の影響がおよぶおそれがある。
【００４５】
さらに、比較例の電圧補償装置２００では、サイリスタによる双方向スイッチでは、並列変圧器２４１，２４２のタップを切り替える際に、電力系統の各相の電圧の１／２周期分の時間を要する。そのため、電圧補償装置２００の応答時間は、電力系統の周期によって制約される。
【００４６】
このような比較例の電圧補償装置２００に対して、本実施形態の電圧補償装置１では、第１電力変換器２０は、電圧指令値演算部９３において連続的に可変することができる基準値を設定することができるので、連続的に補償電圧を設定することができる。したがって、これをさらに補償するための装置やシステムを要することがないので、系統のシステム全体を簡素にすることができ、費用を抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態の電圧補償装置１では、相ごとに独立して補償電圧を設定することができるので、不平衡電圧の補償も行うことができる。不平衡電圧の補償により、下流の不平衡状態の影響を上流におよぼすことを防止することができる。
【００４８】
本実施形態の電圧補償装置１では、自己消弧形のスイッチング素子を用いた電力変換器によって電圧補償を行うので、電力系統の周期にかかわらず、高速に電圧補償動作を行うことができる。
【００４９】
従来より、変電所からの距離に応じて電力系統の電圧の低下等が予想される箇所には、電圧を補償する工夫がなされていた。たとえば柱上変圧器の電圧低下が予想される系統末端では、あらかじめタップ位置を高い電圧に設定する等である。また系統インピーダンスに対し、進み無効電力を注入することで電圧をサポートする進相コンデンサも用いられる。しかし、これらの対策は各需要家が電力を消費することを前提とした対策であり、夜間のように電力需要低下した際には、不必要に系統電圧を上昇させてしまう問題がある。
【００５０】
これらの問題に対処するため、比較例の電圧補償装置２００のようなＴＶＲ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）が、提案されている。上述したように、ＴＶＲは、系統電圧に応じて補償電圧を可変する機能を持つため、電力需要の大きい昼間の電力低下に対応することができ、夜間の電圧上昇にも対応できるとされている。
【００５１】
しかしながらＴＶＲは、サイリスタで並列変圧器タップを切り替えて直列変圧器への印加電圧を操作し電圧補償動作するため、応答時間が遅く、また補償電圧が変圧器タップに依存するため不連続な電圧補償動作であり、家庭用太陽光発電の普及に伴い、逆潮流が増加した昨今の電力系統において電圧異常を補償しきれない状況が生じている。
【００５２】
本実施形態の電圧補償装置１では、連続的な電圧補償を可能とするのみならず、各相独立した電圧補償を可能とすることによって、近年の複雑化された電力系統の電圧補償を高速かつ効果的に行うことができる。
【００５３】
（第１の実施形態の変形例）
上述した実施形態の電圧補償装置１では、直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、スター結線されている。二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、スター結線に限らず、デルタ結線とすることもできる。
図４は、本変形例の電圧補償装置１ａを例示するブロック図である。
本変形例の電圧補償装置１ａでは、直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓの結線以外は、第１の実施形態の電圧補償装置１と同一であり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５４】
図４に示すように、本変形例の電圧補償装置１ａでは、電圧補償部１０ａの直列変圧器１１の二次巻線１１ｓは、端子１２ａ，１２ｂを含む。直列変圧器１３の二次巻線１３ｓは、端子１４ａ，１４ｂを含む。直列変圧器１５の二次巻線１５ｓは、端子１６ａ，１６ｂを含む。それぞれの二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓの一方の端子１２ａ，１４ａ，１６ａは、巻き始めであり、他方の端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂは、巻き終わりである。一方の端子１２ａは、他方の端子１４ｂと接続され、一方の端子１４ａは、他方の端子１６ｂと接続され、一方の端子１６ａは、他方の端子１２ｂと接続されている。端子１２ａ，１４ｂの接続ノードは、第１電力変換器２０の交流出力端子２２ｂに接続されている。端子１４ａ，１６ｂの接続ノードは、第１電力変換器２０の交流出力端子２２ｃに接続されている。端子１６ａ，１２ｂの接続ノードは、第１電力変換器２０の交流出力端子２２ａに接続されている。つまり、直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、デルタ結線されて、第１電力変換器２０の各交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続されている。
【００５５】
本変形例の電圧補償装置１ａは、第１の実施形態の電圧補償装置１と同様に動作する。すなわち、直列変圧器の両端の電圧が目標電圧の下限よりも小さいときには、一次巻線と同相の不足電圧分に相当する電圧を二次巻線に発生させて磁気結合を介して一次巻線の電圧に加算する。直列変圧器の両端の電圧が目標電圧の上限よりも大きいときには、一次巻線と逆相の不足電圧分に相当する電圧を二次巻線に発生させて磁気結合を介して一次巻線に加算（すなわち減算）する。
【００５６】
本実施形態の電圧補償装置１ａの作用および効果について説明する。
第１電力変換器２０の出力にスター結線の直列変圧器を接続した場合には、二次巻線の一方の端子を第１電力変換器２０の出力に接続するので、結線作業が容易になるとの利点がある。その一方で、スター結線では、二次巻線の他方の端子を互いに接続して中性点とするが、中性点が他に接続されず、変圧器の非線形性等により電圧歪が発生したときに、電流を他に流すことができないため、電圧歪現象が解消されにくいとの問題を生ずることがある。
【００５７】
第１電力変換器２０の出力にデルタ結線の直列変圧器を接続した場合には、各相の二次巻線を互いに接続する等して結線作業が煩雑になる反面、二次巻線内に還流電流を流すことができる。そのため、電圧補償装置１ａは、電圧歪みを発生しにくく、高品質の電力を電力系統に対して連系することができる。
【００５８】
本実施形態の電圧補償装置１ａでは、第１電力変換器２０の出力に接続された直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓがデルタ結線されているので、電圧歪の少ない高品質の電力の連系が可能になる。
【００５９】
直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、以下説明する他の実施形態においても、スター結線またはデルタ結線のいずれかを適用することができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
上述の実施形態では、第２電力変換器３０は、電力系統から第１電力変換器２０に有効電力を供給するように動作したが、電力系統に対して無効電流を注入することができる。以下説明する実施形態では、第２電力変換器３０によって無効電流の注入を行って、電力系統の電圧補償を行う。
図５は、本実施形態の電圧補償装置を例示するブロック図である。
図６は、本実施形態の電圧補償装置の制御部を例示するブロック図である。
本実施形態の電圧補償装置１ｂでは、電圧補償部１０ｂが電流検出器６３，６４を有する点で第１の実施形態およびその変形例の電圧補償装置１，１ａと相違する。また、第２制御回路８２ｂの構成要素が第１の実施形態およびその変形例の電圧補償装置１，１ａの第２制御回路８２の構成要素と相違する。他の構成要素は、第１の実施形態およびその変形例の電圧補償装置１，１ａと同一である。同一の構成要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００６１】
図５に示すように、本実施形態の電圧補償装置１ｂは、電圧補償部１０ｂと、制御部８０ｂと、を備える。電圧補償部１０ｂは、上述の他の実施形態の電圧補償装置１と同様に、電力系統の上流６ａ〜６ｃと下流７ａ〜７ｃとの間に接続されている。電圧補償部１０ｂは、電流検出器６３，６４をさらに含む。電流検出器６３は、電力系統の上流６ａと下流７ａとの間に接続され、電流検出器６４は、電力系統の上流６ｃと下流７ｃとの間に接続されている。電流検出器６３，６４は、電力系統の下流に流れる三相の電流のうち二相の電流を検出する。検出され生成された電流データＩＬ３，ＩＬ４は、制御部８０ｂに入力される。なお、電流データＩＬ３，ＩＬ４は、電流データＩＬ１，ＩＬ２と同様にディジタルデータである。
【００６２】
図６に示すように、制御部８０ｂは、第１制御回路８１と、第２制御回路８２ｂとを含む。第２制御回路８２ｂの構成要素は、上述の他の実施形態の第２制御回路８２の構成要素と相違する。本実施形態の第２制御回路８２ｂは、電源角度検出部（第５演算部）１０１と、直交座標変換部１０２と、無効電流指令値設定部（第６演算部）１０３と、をさらに含む。
【００６３】
電源角度検出部１０１は、交流電圧データＶＡＣ１〜ＶＡＣ４を入力し、電力系統の電圧の位相θを検出する。検出された電力系統の電圧の位相θは、無効電流指令値設定部１０３に供給される。
【００６４】
直交座標変換部１０２は、電力系統の線電流である電流データＩＬ３，ＩＬ４を、直交座標変換して直交する２軸の電流ベクトルに変換する。２軸の電流ベクトルは、無効電流指令値設定部１０３に供給される。
【００６５】
無効電流指令値設定部１０３は、抽出部１０４と係数器１０５とを含む。抽出部１０４は、直交座標変換された電流ベクトルを電力系統の位相θを用いて回転座標変換することによって、有効電流成分および無効電流成分を抽出する。無効電流成分は、有効電流成分に直交する成分として表されるので、無効電流指令値設定部１０３は、この直交成分を抽出することによって、電力系統に流れている無効電流成分を抽出することができる。係数器１０５は、抽出された無効電流成分のデータに−１を乗じて、抽出された無効電流成分を相殺する無効電流指令値を計算する。計算された無効電流指令値は、交流電流制御部９７ｂに供給される。
【００６６】
交流電流制御部９７ｂは、有効電流指令値およびインダクタ５１，５２に流れる電流データＩＬ１，ＩＬ２にもとづいて、第１電力変換器２０に供給する有効電流を制御する。そして、交流電流制御部９７ｂは、無効電流指令値設定部１０３によって生成された無効電流指令値にもとづいて、電力系統に注入する無効電流値を制御する。無効電流は、並列変圧器４１，４２を介して電力系統に注入される。
【００６７】
本実施形態の電圧補償装置１ｂの動作について説明する。
上述したとおり、電力系統の各相に流れる電流は、直交座標変換の後、無効電流指令値設定部１０３において、電力系統の位相θを用いて、回転座標変換される。したがって、無効電流指令値設定部１０３では、有効電流成分に直交する成分である無効電流成分を抽出することによって、電力系統に流れる無効電流成分を検出することができる。交流電流制御部９７ｂでは、抽出された有効電流指令値および無効電流指令値にもとづいて、第２電力変換器３０の出力電流の振幅および位相を制御する。ゲート駆動信号生成部９８では、交流電流制御部９７ｂの出力にもとづいて、座標の逆変換、空間ベクトル変換等行い、第２電力変換器３０のゲート駆動信号のパターンを生成する。第２電力変換器３０は、生成されたゲート駆動信号のパターンによって、第１電力変換器２０に有効電流を供給し、電力系統には並列変圧器４１，４２を介して無効電流を注入する。
【００６８】
本実施形態の電圧補償装置１ｂの作用および効果について説明する。
本実施形態の電圧補償装置１ｂでは、電源角度検出部１０１と、直交座標変換部１０２と、無効電流指令値設定部１０３と、を含むので、電力系統の線電流から無効電流成分を抽出することができる。電圧補償装置１ｂは、交流電流制御部９７ｂによって、抽出した無効電流成分を用いて、これを相殺する無効電流指令値を設定し、出力電流を制御することができる。したがって、電圧補償装置１ｂは、第１電力変換器２０に有効電流を供給し、直列変圧器１１，１３，１５を介する電力系統の電圧の補償を行いつつ、電力系統の無効電流を相殺するように無効電流を電力系統に注入して、電力系統の電圧を補償することができる。
【００６９】
従来より、配電系統に接続される負荷の力率等によって、送電線の距離とは無関係に電力系統の電圧が上昇あるいは低下することがあり、これを補償するために、無効電力補償装置（Static Var Compensator、ＳＶＣ）を系統に連系することが行われている。また、近年では、電源の分散化の傾向が強まっており、電力系統には太陽光発電設備や小型水力発電設備等、多くの分散型電源が連系されるようになってきた。これらの稼働状況によって電力系統の電圧の上昇が顕著になっており、早急な対策が望まれている。
【００７０】
本実施形態の電圧補償装置１ｂでは、電力系統の相ごとに直列電圧補償を可能にするとともに、無効電流の注入による電力系統の電圧の上昇および低下の並列電圧補償を行うことができる。したがって、下流に追加的に連系されているＳＶＣの連系台数を削減することができ、システムの構築コストを低減することができる。
【００７１】
（第３の実施形態）
図７は、本実施形態の電圧補償装置を例示するブロック図である。
本実施形態の電圧補償装置１ｃでは、さらに電力系統の下流に接続された不平衡負荷による電力系統の電圧不平衡を補償することもできる。本実施形態の電圧補償装置１ｃでは、制御部８０ｃの第２制御回路８２ｃが有効電流および無効電流の逆相成分を抽出する構成要素を有する点で、第２の実施形態の電圧補償装置１ｂの第２制御回路８２ｂと相違する。他の点では、第２の実施形態の電圧補償装置１ｂと同一である。他の実施形態の電圧補償装置１〜１ｂと同一の構成要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００７２】
図７に示すように、本実施形態の電圧補償装置１ｃは、電圧補償部１０ｂと、制御部８０ｃとを備える。制御部８０ｃは、第１制御回路８１と、第２制御回路８２ｃとを含む。
【００７３】
第２制御回路８２ｃは、交流成分抽出部（第７演算部）１１１と、加算器１１２，１１３と、をさらに含む。交流成分抽出部１１１は、この例では、無効電流指令値設定部１０３の出力に接続されている。加算器１１２は、直流電圧制御部９５の出力および交流成分抽出部１１１の出力の１つを入力し、交流電流制御部９７ｂに出力を供給している。加算器１１３は、無効電流指令値設定部１０３の出力および交流成分抽出部１１１の他方の出力を入力し、交流電流制御部９７ｂに出力を供給している。
【００７４】
無効電流指令値設定部１０３は、第２の実施形態の電圧補償装置１ｂにおいて説明したように、電力系統の線電流から無効電流成分を抽出し、これを相殺する無効電流指令値を出力する。無効電流指令値設定部１０３が入力する電力系統の線電流には、有効電流および無効電流の逆相成分も含んでいる。有効電流および無効電流の逆相成分は、電力系統の２倍の周波数成分として線電流に含まれている。そこで、無効電流指令値設定部１０３の出力に接続された交流成分抽出部１１１は、電力系統の２倍の周波数成分を抽出する。
【００７５】
本実施形態の電圧補償装置１ｃの動作について説明する。
電力系統の各相の線電流には、有効電流および無効電流の正相分および逆相分がそれぞれ含まれており、逆相成分が存在することによって、電力系統が不平衡状態となる。そこで、本実施形態の電圧補償装置１ｃでは、電力系統の線電流から、無効電流指令値設定部１０３を用いて、有効電流および無効電流の正相分および逆相分を抽出する。正相分は、それぞれ直流値として出力されるので、その値をそのまま用いて、これを相殺する信号を無効電流指令値として出力する。有効電流および無効電流の逆相成分は、電力系統の２倍の周波数成分として検出されるので、直流成分をカットする交流成分抽出部１１１を介して抽出される。交流成分抽出部１１１では、抽出された有効電流および無効電流の逆相成分を相殺するような逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値を生成する。
【００７６】
抽出された逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値は、それぞれ加算器１１２，１１３によって有効電流指令値および無効電流指令値に加算されて交流電流制御部９７ｂに入力される。
【００７７】
交流電流制御部９７ｂでは、加算器１１２，１１３によって補正された有効電流指令値および無効電流指令値にもとづいて電力系統に注入する電流を設定する。ゲート駆動信号生成部９８では、設定された電流値にもとづいてゲート駆動信号のパターンを生成する。
【００７８】
第２電力変換器３０では、並列変圧器４１，４２を介して電力系統に電流を注入して、電力系統の不平衡状態を補償する。
【００７９】
本実施形態の電圧補償装置１ｃの作用および効果について説明する。
本実施形態の電圧補償装置１ｃでは、無効電流指令値設定部１０３によって無効電流だけでなく、有効電流を取得し、有効電流および無効電流に含まれる電力系統の周波数の２倍の成分を交流成分抽出部１１１によって抽出することができる。そのため、電力系統の線電流の有効電流および無効電流それぞれの逆相成分も抽出することができるので、これらを相殺するように第２電力変換器３０の電流値設定を行うことができる。したがって、第２電力変換器３０は、有効電流および無効電流の正相分および逆相分をそれぞれ補償することができるので、電力系統の不平衡状態を補償することができる。
【００８０】
近年では、需要者側で用いられていた不平衡負荷に加えて、家庭用太陽光発電設備等が普及し、ＳＶＣ等の追加投入等では電力系統の不平衡状態の解消が困難となり、変電所側への波及が懸念される状況も散見されるようになってきた。本実施形態の電圧補償装置１ｃでは、電力系統の線電流を検出して、線電流に含まれる有効電流および無効電流の正相分および逆相分を抽出することができるので、電流注入のための電流指令値を計算して、第２電力変換器３０を動作させることができる。したがって、本実施形態の電圧補償装置１ｃでは、ＳＶＣ等の追加投入では、解消することが困難であった電力系統の不平衡要因を減衰させることができ、電力補償装置１ｃの設置点よりも上流の不平衡状態をも抑制することが可能である。
【００８１】
（第３の実施形態の変形例）
図８は、本変形例の電圧補償装置を例示するブロック図である。
第３の実施形態の電圧補償装置１ｃでは、電源の位相θを用いて回転座標変換を行って有効電流成分および無効電流成分を抽出し、さらにこれらから周波数成分を抽出することによって、有効電流および無効電流それぞれの逆相成分を抽出した。有効電流および無効電流の逆相成分を生成させるには、他の手段を用いてもよい。
図８に示すように、電圧補償装置１ｄは、電圧補償部１０ｂと、制御部８０ｄと、を備える。本変形例の電圧補償装置１ｄでは、第３の実施形態の電圧補償装置１ｃの交流成分抽出部１１１に代えて、不平衡電流成分抽出部１１５を有している点で、第３の実施形態の電圧補償装置１ｃと相違する。同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
電圧補償装置１ｄの第２制御回路８２ｄは、−１倍の係数器１１４と、不平衡電流成分抽出部（第８演算部）１１５と、をさらに含む。係数器１１４は、電源角度検出部１０１の出力に接続されている。不平衡電流成分抽出部１１５の入力は、係数器１１４の出力および直交座標変換部１０２の出力に接続され、出力は加算器１１２，１１３に接続されている。
【００８２】
係数器１１４は、電源角度検出部１０１によって検出された電力系統の電圧の位相θに−１を乗じて不平衡電流成分抽出部１１５に−θを供給する。
【００８３】
不平衡電流成分抽出部１１５は、直交座標変換された電力系統の線電流を、電力系統の位相θとは逆方向に回転する回転座標に変換する。このように回転座標変換された有効電流および無効電流の抽出値は、それぞれの逆相成分を表すので、これを用いて逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値を生成することができる。
【００８４】
本変形例の電圧補償装置１ｄの作用および効果について説明する。
第３の実施形態の電圧補償装置１ｃの作用および効果に加えて、本変形例の電圧補償装置１ｄでは、次の作用および効果を有する。すなわち、本変形例の電圧補償装置１ｄでは、逆相成分の抽出を行う不平衡電流成分抽出部１１５には、正相成分の抽出を行う無効電流指令値設定部１０３と同様の回転座標変換を行う回路を用いることができるので、第２制御回路８２ｄの回路構成を簡素化することができる。
【００８５】
（第４の実施形態）
上述した他の実施形態およびその変形例の電圧補償装置１ｂ〜１ｄでは、電圧補償装置１ｂ〜１ｄの設置点における電力系統の線電流から無効電流や不平衡成分を抽出し、これを相殺するように並列変圧器４１，４２を介して電力系統に電流注入している。一方、この電圧補償装置１ｂ〜１ｄよりも下流には、他のＳＶＣ等が設置され、ＳＶＣ等によって電力系統に無効電流が注入されている場合がある。ＳＶＣ等は、自ら電力系統の線電流の無効電流を抽出し、抽出した無効電流にもとづいてこれを相殺するように無効電流を電力系統に抽出していると考えられる。
【００８６】
このような場合に、電圧補償装置１ｂ〜１ｄでは、自らが抽出した無効電流成分等が他のＳＶＣ等によって注入された無効電流を含むか否かを判別することができない。たとえば、電力系統の線電流から抽出された無効電流が遅れ電流である場合には、電圧補償装置１ｂ〜１ｄは、この遅れ無効電流を相殺するように進み無効電流を電力系統に注入する。ここで、電圧補償装置１ｂ〜１ｄによって抽出された遅れ無効電流が他のＳＶＣ等によって電力系統に注入されている場合には、これを相殺するような進み無効電流を注入すると、互いの装置が干渉し、電圧補償機能が正常に動作しなくなるおそれがある。
【００８７】
そこで、本実施形態の電圧補償装置では、電力系統の電圧値および線電流の無効電流値の両方を監視して、所定の条件を満たした場合に、無効電流注入動作をする。
【００８８】
図９（ａ）は、本実施形態の電圧補償装置の制御部８０ｅを例示するブロック図である。図９（ｂ）は、電圧補償装置の一部の特性を例示する概念図である。
図９（ａ）に示すように、本実施形態の電圧補償装置では、他の実施形態の電圧補償装置１ｂ〜１ｄの第２制御回路８２ｂ〜８２ｄに代えて、第２制御回路８２ｅを含む。第２制御回路８２ｅは、無効電流指令値設定部１０３ｅと、系統電圧値演算部１２１とを含む。無効電流指令値設定部１０３ｅは、電源角度検出部１０１の出力および直交座標変換部９６の出力に接続されている。また、無効電流指令値設定部１０３ｅは、系統電圧値演算部１２１の出力にも接続されている。系統電圧値演算部１２１は、直交座標変換部９１の出力に接続されている。無効電流指令値設定部１０３ｅは、電源角度検出部１０１の出力、直交座標変換部９６の出力および直交座標変換部９１の出力にもとづいて、無効電流指令値を計算して出力する。
【００８９】
系統電圧値演算部１２１には、交流電圧検出器７１〜７４によって検出された電力系統の上流および下流それぞれの線間電圧から各相の瞬時電圧を直交座標変換した電圧ベクトルデータが入力される。系統電圧値演算部１２１では、直交座標変換された電力系統の電圧ベクトルの大きさから、系統電圧値を計算する。
【００９０】
無効電流指令値設定部１０３ｅは、抽出部１０４と、係数器１０５と、判定部１０６と、を含む。判定部１０６は、抽出部１０４から出力される無効電流の抽出値および系統電圧値演算部１２１から出力される系統電圧値を入力して、所定の条件を満たす場合に、抽出された無効電流抽出値を出力する。判定部１０６から出力された無効電流抽出値は、係数器１０５によって−１倍されて無効電流指令値として出力される。
【００９１】
判定部１０６に入力された無効電流抽出値は、図９（ｂ）に示す判定条件によってその抽出値が出力されるか、出力されないかが決定される。判定部１０６において、抽出された無効電流の抽出値が出力されるのは、次の条件の場合である（図９（ｂ）の斜線の領域）。すなわち、入力された系統電圧値が、系統電圧の上限値よりも大きい場合で、抽出された無効電流が進み無効電流のときに、抽出された無効電流抽出値が出力される。また、入力された系統電圧値が、系統電圧の下限値よりも小さい場合で、抽出された無効電流が遅れ無効電流のときに、抽出された無効電流抽出値が出力される。一方、判定部１０６において、抽出された無効電流抽出値が出力されないのは、次の条件の場合である。すなわち、入力された系統電圧が上限値および下限値の範囲内にあるときには、いかなる無効電流が抽出されても判定部１０６からは無効電流抽出値は出力されない。また、系統電圧が上限値よりも大きく、無効電流抽出値が遅れ無効電流のとき、および、系統電圧が下限値よりも小さく、無効電流抽出値が進み無効電流のときには、判定部１０６からは無効電流抽出値は出力されない。
【００９２】
本実施形態の電圧補償装置の作用および効果について説明する。
本実施形態の電圧補償装置では、第２制御回路８２ｅの無効電流指令値設定部１０３ｅにおいて、電力系統の系統電圧値および電力系統から抽出された無効電流によって、無効電流補償動作を行うか否かを判定する。この条件判定のため無効電流指令値設定部１０３ｅは、判定部１０６を含む。判定部１０６では、上述した条件を満たした場合に、抽出した無効電流抽出値を出力し、条件を満たさない場合には、出力する無効電流抽出値をたとえば０に設定する。
【００９３】
たとえば、検出された系統電圧値が上限値よりも大きい場合で、電力系統から抽出された無効電流が遅れ無効電流のときには、電力系統の下流にＳＶＣ等の並列電圧補償装置が連系されている可能性が高い。このような状況において、抽出した遅れ無効電流成分を相殺するような無効電流を電力系統に注入すると、さらに系統電圧の上昇を招くおそれがある。また、下流に連系されたＳＶＣ等が相殺された無効電流を検出し、さらに遅れ無効電流を注入する動作をおこすおそれもある。これら装置間相互の動作の干渉により、系統電圧はより不安定な状況となるおそれがある。
【００９４】
本実施形態の電圧補償装置では、電力系統の系統電圧および抽出する無効電流の双方を監視し、適切な条件の場合に、補償すべき無効電流指令値を設定する。そのため、他のＳＶＣ等の補償装置との干渉を生じにくくすることができ、安定した配電系統システムを実現することができる。
【００９５】
（第５の実施形態）
近年では、電力自由化等を背景に送配電システムは高度に複雑化し、電力系統から無効電流を抽出して電圧補償を行うことが困難な場合が増大することが懸念される。そこで、本実施形態の電圧補償装置では、電力系統から無効電流を抽出しなくても、電力系統に注入すべき無効電流を設定する。
図１０（ａ）は、本実施形態の電圧補償装置の制御部８０ｆを例示するブロック図である。図１０（ｂ）は、無効電流指令値設定部１２２の特性を例示する概念図である。
図１０（ａ）に示すように、本実施形態の電圧補償装置の第２制御回路８２ｆは、無効電流指令値設定部（第９演算部）１２２を含む。無効電流指令値設定部１２２は、系統電圧値演算部１２１の出力に接続されており、無効電流指令値設定部１２２の出力は、交流電流制御部９７に接続されている。
【００９６】
無効電流指令値設定部１２２は、上述した他の実施形態の電圧補償装置の無効電流指令値設定部１０３，１０３ｂ，１０３ｅとともに設けられていてもよく、どちらか一方が設けられていてもよい。無効電流指令値設定部１２２が無効電流指令値設定部１０３とともに設けられるときには、無効電流指令値設定部１２２の出力および無効電流指令値設定部１０３の出力が入力されるスイッチ回路１２４が設けられる。スイッチ回路１２４の出力は、交流電流制御部９７に接続される。スイッチ回路１２４は、図示しない外部からの信号によって、交流電流制御部９７の入力を、無効電流指令値設定部１２２の出力または無効電流指令値設定部１０３いずれかの出力との接続に切り替える。
【００９７】
無効電流指令値設定部１２２は、指令値データ部１２３を含む。系統電圧値演算部１２１は、交流電圧検出器７１〜７４の検出値ＶＡＣ１〜ＶＡＣ４にもとづいて、電力系統の各相の電圧を直交座標変換し、電圧ベクトルデータを入力して、系統電圧値を計算する。
【００９８】
指令値データ部１２３には、系統電圧値の目標値の上限値および下限値が入力される。また、指令値データ部１２３には、系統電圧値に対する無効電流指令値があらかじめ入力されている。たとえば、系統電圧値およびこれに対応する無効電流指令値は、テーブルとして指令値データ部１２３にデータベースとして格納されている。あるいは、図示しない、電圧補償装置の内部または外部の記憶部または記憶装置に格納され、必要に応じて呼び出されて用いられる。指令値データ部１２３は、系統電圧値演算部１２１から系統電圧値を入力して、その系統電圧値に対する無効電流指令値を検索して出力する。図１０（ｂ）に示すように、系統電圧値およびこれに対する無効電流値の関係は、系統電圧値が目標電圧の上限値よりも大きいときには、系統電圧値に応じた大きさの遅れ無効電流に対応する無効電流指令値が設定される。系統電圧値が目標電圧の下限値よりも小さいときには、系統電圧の大きさに応じた進み無効電流に対応する無効電流指令値が設定される。系統電圧値が目標電圧の上限値から下限値の範囲内にあるときには、無効電流指令値は、ゼロに設定される。
【００９９】
本実施形態の電圧補償装置の作用および効果について説明する。
本実施形態の電圧補償装置では、系統電圧値に対してあらかじめ設定された無効電流指令値を出力する無効電流指令値設定部１２２を有しているので、電力系統の無効電流を直接抽出することなく、無効電流注入による電圧補償を行うことができる。
【０１００】
上述した他の実施形態の電圧補償装置において説明したように、電力系統の無効電流成分を抽出して電圧補償を行う場合には、下流のＳＶＣ等の他の電圧補償装置との干渉を抑制しつつ無効電流注入を行う必要がある。ローカル電源等の大量導入により、送配電システムが多様化、複雑化している現状では、電力系統の無効電流抽出による電圧補償では十分でない場合が顕在化する可能性がある。本実施形態の電圧補償装置では、自ら系統電圧値およびそれに対する無効電流指令値の組を有しており、電力系統を流れる無効電流にかかわらず、補償すべき電圧値に応じて無効電流の注入量を決定することができる。この系統電圧値および無効電流指令値の組は、電力系統の運用状況によって変更することができ、たとえば、ネットワークに接続してその時点の運用状況を取得し、データ収集して、系統電圧値および無効電流指令値の組をより適切な組に修正、変更することもできる。また、ネットワークで収集した電力系統の運用状況により、無効電流を抽出して無効電流指令値を生成する方式と相互に切り替えることもできる。したがって、本実施形態の電圧補償装置では、より適切に電力系統の電圧補償を行うことができる。
【０１０１】
（第６の実施形態）
第２電力変換器３０は、電圧制御する直流リンク２４を介して第１電力変換器２０への電力供給を行うとともに、並列変圧器４１，４２を介して電力系統へ不平衡電流および無効電流を供給する。第２電力変換器３０には、第１電力変換器２０へ供給する電力分の有効電流と、電力系統へ注入する無効電流および不平衡電流が流れる。これらの電流ベクトルの総和の大きさが、第２電力変換器３０の電流容量を超過してしまうと、許容発熱量を超過し、第２電力変換器３０は、破壊に至るおそれがある。そのため、第２電力変換器３０が出力する電流ベクトルの総和の大きさは、第２電力変換器３０の電流容量を超過しないよう制限する必要がある。
【０１０２】
電圧補償装置は、電力系統に対する直列補償装置であるため、その特性を最大限生かすには、直列補償動作を優先することが好ましい。第２電力変換器３０の出力電流を制限する場合には、直列補償を行う第１電力変換器２０への電力供給分である直流リンク２４の電圧制御のための第２電力変換器２０の有効電流指令に対して第２電力変換器３０の電流容量を優先的に割り当てる。
【０１０３】
図１１は、本実施形態の電圧補償装置の一部である第２制御回路８２ｇを例示するブロック図である。
図１１に示すように、電圧補償装置の第２制御回路８２ｇは、電流指令ベクトル演算部（第１０演算部）１３１と、無効電流制限値演算部１３２と、不平衡電流制限値演算部１３３と、電流制限回路(リミッタ）１３４〜１３７と、をさらに含む。電流指令ベクトル演算部１３１は、直流電圧制御部９５、無効電流指令値設定部１０３、および不平衡電流成分抽出部１１５の出力に接続されている。電流指令ベクトル演算部１３１の出力は、また、無効電流制限値演算部１３２および不平衡電流制限値演算部１３３に接続されている。無効電流制限値演算部１３２の出力は、電流制限回路１３５に接続されている。不平衡電流制限値演算部１３３の出力は、電流制限回路１３６，１３７にそれぞれ接続されている。電流制限回路１３４は、直流電圧制御部９５と、加算器１１２との間に直列に接続されている。電流制限回路１３５は、無効電流指令値設定部１０３と、加算器１１３との間に直列に接続されている。電流制限回路１３６は、不平衡電流成分抽出部１１５の一方の出力と、加算器１１２との間に直列に接続されている。電流制限回路１３７は、不平衡電流成分抽出部１１５の他方の出力と、加算器１１３との間に直列に接続されている。
【０１０４】
電流指令ベクトル演算部１３１は、有効電流指令値、無効電流指令値、逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値を入力して、これらのベクトル和を計算する。電流指令ベクトル演算部１３１は、このベクトル和の大きさが、第２電力変換器３０の出力電流の最大値を超過しないように、無効電流制限値演算部１３２および不平衡電流制限値演算部１３３の電流制限値を設定する。たとえば、有効電流指令値と無効電流指令値とのベクトル和の大きさが、第２電力変換器３０の出力電流容量を上回っている場合には、無効電流制限値演算部１３２は、無効電流指令値を制限して、ベクトル和の大きさが第２電力変換器３０の出力電流容量以下となるような値を計算する。さらに、逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値を加えたベクトル和の大きさが、第２電力変換器３０の出力電流を上回っている場合には、次のように動作する。不平衡電流制限値演算部１３３は、逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値を、有効電流指令値および無効電流指令値のベクトル和に加えた全体のベクトル和の大きさが、第２電力変換器３０の出力電流容量以下となるような値を設定する。
【０１０５】
直流電圧制御部９５と加算器１１２との間に接続されている電流制限回路１３４の制限値は、第２電力変換器３０の出力電流容量以下の値にあらかじめ設定されている。
【０１０６】
無効電流指令値設定部１０３と、加算器１１３との間に接続されている電流制限回路１３５の制限値は、有効電流指令値および無効電流指令値のベクトル和の大きさにもとづいて設定される。
【０１０７】
不平衡電流成分抽出部１１５と、加算器１１２との間に接続された電流制限回路１３６の制限値、および、不平衡電流成分抽出部１１５と、加算器１１３との間に接続された電流制限回路１３７の制限値は、有効電流指令値および無効電流指令値のベクトルに逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値を加えたベクトル和の大きさにもとづいて設定される。
【０１０８】
本実施形態の電圧補償装置の動作について説明する。
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、本実施形態の電圧補償装置の動作を説明するために、有効電流指令値、無効電流指令値、逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値をベクトルで示した図の例である。
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）の一点鎖線の円は、第２電力変換器３０の出力電流容量Ｉａの大きさを示している。図１２（ａ）では、有効電流指令値Ｉｐの大きさは、第２電力変換器３０の出力電流容量Ｉａ以下の値に設定されている。この場合の無効電流指令値Ｉｑのベクトルは、有効電流指令値Ｉｐのベクトルと加算したときに、これらのベクトル和の大きさＩＯＵＴは、出力電流容量Ｉａを超えている。このような場合には、不平衡電流指令値は、有効電流分Ｉｐ１および無効電流分Ｉｑ１とも０に設定され、有効電流指令値Ｉｐおよび無効電流指令値Ｉｑのベクトル和以下になるように、無効電流指令値Ｉｑの大きさが制限される。つまり、Ｉｑ’≦（Ｉａ２−Ｉｐ２）１／２となるように無効電流指令値Ｉｑ’の電流制限値が設定される（図１２（ｂ））。
【０１０９】
有効電流指令値Ｉｐおよび無効電流指令値Ｉｑのベクトル和の大きさが第２電力変換器３０の出力電流容量Ｉａよりも小さい場合には、逆相有効電流指令値Ｉｐ１および逆相無効電流指令値Ｉｑ１の大きさが制限される。図１２（ｃ）に示すように、有効電流指令値Ｉｐおよび無効電流指令値Ｉｑのベクトル和の大きさが第２電力変換器３０の出力電流容量Ｉａ以下の場合でも、逆相有効電流指令値Ｉｐ１および逆相無効電流指令値Ｉｑ１のベクトル和の大きさによって、第２電力変換器３０の出力電流容量Ｉａを超過する場合がある。このような場合には、不平衡電流制限値演算部１３３によって、ベクトル和が出力電流容量Ｉａ以下になるように、逆相有効電流Ｉｐ１および逆相無効電流指令値Ｉｑ１を制限する。図１２（ｃ）の例では、逆相無効電流指令値Ｉｑ１の大きさを、全体のベクトル和の大きさＩＯＵＴが、第２電力変換器３０の出力電流容量Ｉａ以下になるように、Ｉｑ１’の大きさが制限される（図１３ｄ）。
【０１１０】
電流指令値の制限の手順は、上述に限られない。たとえば、有効電流を優先して出力するために、無効電流分を先に制限するようにすることもできる。図１２（ｃ）の場合において、不平衡電流の有効電流指令値Ｉｐ１および無効電流指令値Ｉｑ１を制限する前に、ベクトル和の大きさＩＯＵＴが出力電流容量Ｉａ以下となるように、無効電流指令値Ｉｑを制限するようにしてもよい。そして、この場合には、無効電流指令値ＩｑをゼロにしてもＩＯＵＴが出力電流容量Ｉａよりも大きい場合に、不平衡電流の無効電流指令値Ｉｑ１を制限し、その後有効電流指令値Ｉｐ１を制限する。
【０１１１】
本実施形態の電圧補償装置の作用および効果について説明する。
本実施形態の電圧補償装置では、有効電流指令値を制限する電流制限回路１３４に加えて、無効電流指令値を制限する電流制限回路１３５と、逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値をそれぞれ制限する電流制限回路１３６，１３７とを有するので、第２電力変換器３０におけるそれぞれの電流の出力を個別に制限することができる。さらに、電圧補償装置では、有効電流指令値、無効電流指令値、逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値のベクトル和の大きさを計算する電流指令ベクトル演算部１３１を有しているので、優先的に制限すべき電流指令値を設定することができる。そして、電圧補償装置では、電流指令ベクトル演算部１３１の出力にもとづいて、無効電流指令値の制限値を設定する無効電流制限値演算部１３２を有しているので、有効電流指令値および無効電流指令値のベクトル和の大きさが第２電力変換器３０の出力電流容量を超えないように、無効電流指令値の制限値を設定することができる。さらに、電圧補償装置では、逆相有効電流指令値および逆相無効電流指令値のベクトル和の大きさを制限値を計算する不平衡電流制限値演算部１３３とを有するので、第２電力変換器３０は、不平衡電流成分の出力を制限することができる。
【０１１２】
このようにして、本実施形態の電圧補償装置では、直流リンク２４の直流電圧制御を優先して、各相の直列変圧器１１，１３，１５を介した直列電圧補償を優先的に行うようにすることができる。
【０１１３】
以上説明した実施形態によれば、高速かつ連続的に電力系統の電圧を適正値に補償する電圧補償装置を実現することができる。
【０１１４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１〜１ｄ  電圧補償装置、２ａ〜２ｃ  入力端子、３ａ〜３ｃ  出力端子、６ａ〜６ｃ  上流、７ａ〜７ｃ  下流、１０〜１０ｂ  電源補償部、１１，１３，１５  直列変圧器、１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ  二次巻線の端子、２０  第１電力変換器、２１ａ  高圧入力端子、２１ｂ  低圧入力端子、２２ａ〜２２ｃ  交流出力端子、２３ａ〜２３ｆ  スイッチング素子、２４  直流リンク、２６  フィルタ、３０  第２電力変換器、３１ａ  高圧直流端子、３１ｂ  低圧直流端子、３２ａ〜３２ｃ  交流端子、３３ａ〜３３ｆ  スイッチング素子、４１，４２  並列変圧器、５１，５２  インダクタ、６１〜６４  電流検出器、７１〜７４  交流電圧検出器、７５  直流電圧検出器、８０〜８０ｇ  制御部、８１  第１制御回路、８２〜８２ｇ  第２制御回路、９１  直交座標変換部、９２  電圧補償量演算部、９３  電圧指令演算部、９４  ゲート駆動信号生成部、９５  直流電圧制御部、９６  直交座標変換部、９７  交流電流制御部、９８  ゲート駆動信号生成部、１０１  電源角度検出部、１０２  直交座標変換部、１０３  無効電流指令値設定部、１０４  抽出部、１０５  係数器、１０６  判定部、１１１  交流成分抽出部、１１２，１１３  加算器、１１４  係数器、１１５  不平衡電流成分抽出部、１２１  系統電圧値演算部、１２２  無効電流指令値設定部、１２３  指令値データ部、１３１  電流指令ベクトル演算部、１３２  無効電流制限値演算部、１３３  不平衡電流制限値演算部、１３４〜１３７  電流制限回路
【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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