(57)【要約】【課題】  通常の運用で生じた急峻な電圧変動に対して高速に変動を抑制し、且つ、ゆっくりした電圧変動に対しても適切に制御を行うことのできる電力変換装置及び無効電力補償の制御方法を提供する。【解決手段】無効電力補償装置が接続された交流系統の電圧検出値の大きさと、所定の電圧指令値の差分が、零に近づくように無効電流指令値を発生する工程と、交流電圧の基本周波数の所定サイクル数以内の短時間における前記電圧検出値の変化量が第１所定値を超えたか否か判断し、前記変化量が第１所定値を超えた場合に動作指令信号を提供する工程と、前記動作指令信号が提供された場合、第２所定値の大きさで第１所定時間継続し、その後徐々に減少してゼロとなる信号を前記無効電流指令値に付加して前記無効電流指令値を補正する工程と、前記無効電力補償装置の無効電流出力が前記補正された無効電流指令値に追従するよう制御を行う工程とを具備する。  【選択図】      図１
2008104258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無効電力を入出力することによって、交流系統に供給される交流電圧の大きさを調整する無効電力補償装置における交流電圧制御方法において、
前記無効電力補償装置が接続された前記交流系統の電圧検出値の大きさと、所定の電圧指令値の差分が、零に近づくように無効電流指令値を発生する工程と、
前記交流電圧の基本周波数の所定サイクル数以内の短時間における前記電圧検出値の変化量が第１所定値を超えたか否か判断し、前記変化量が第１所定値を超えた場合に動作指令信号を提供する工程と、
前記動作指令信号が提供された場合、第２所定値の大きさで第１所定時間継続し、その後徐々に減少してゼロとなる信号を前記無効電流指令値に付加して前記無効電流指令値を補正する工程と、
前記無効電力補償装置の無効電流出力が前記補正された無効電流指令値に追従するよう制御を行う工程と、
を具備することを特徴とする交流電圧制御方法。
【請求項２】
有効電力及び無効電力を入出力することによって、交流系統に供給される交流電圧の大きさを調整する電力変換装置における交流電圧制御方法において、
前記電力変換装置が接続された前記交流系統の電圧検出値の大きさと、所定の電圧指令値の差分が、零に近づくように無効電流指令値及び有効電流補正値を発生する工程と、
前記交流電圧の基本周波数の所定サイクル数以内の時間における前記電圧検出値の変化量が第１所定値を超えたか否か判断し、前記変化量が第１所定値を超えた場合に動作指令信号を提供する工程と、
前記動作指令信号が提供された場合、第２所定値の大きさで第１所定時間継続し、その後徐々に減少してゼロとなる信号を前記無効電流指令値に付加して前記無効電流指令値を補正する工程と、
前記動作指令信号が提供された場合、第３所定値の大きさで第２所定時間継続し、その後徐々に減少してゼロとなる信号を前記有効電流指令値に付加して前記有効電流指令値を補正する工程と、
前記電力変換装置の出力電流が前記補正された無効電流指令値及び前記補正された有効電流補正値に追従するよう制御を行う工程と、
を具備することを特徴とする交流電圧制御方法。
【請求項３】
前記無効電流指令値を補正する工程は、前記第２所定値及び前記第１所定時間の一方あるいは両方を前記差分の大きさに応じた値に設定し、前記無効電流指令値を補正することを特徴とする請求項１または２記載の交流電圧制御方法。
【請求項４】
前記無効電流指令値を補正する工程は、前記第２所定値及び前記第１所定時間の一方あるいは両方を前記差分の大きさに応じた値に設定し、前記無効電流指令値を補正し、
前記有効電流指令値を補正する工程は、前記第３所定値及び前記第２所定時間の一方あるいは両方を前記差分の大きさに応じた値に設定し、前記有効電流指令値を補正することを特徴とする請求項２記載の交流電圧制御方法。
【請求項５】
前記動作指令信号を提供する工程は、前記短時間における前記電圧検出値の変化量が前記第１所定値を超え、かつ前記電圧検出値の大きさが第４所定値を超えた場合、前記動作指令信号を提供することを特徴とする請求項１または２記載の交流電圧制御方法。
【請求項６】
動作指令信号を提供する工程は、前記短時間における前記電圧検出値の変化量が前記第１所定値を超えた場合、または前記電圧検出値の大きさが第４所定値を超えた場合、前記動作指令信号を提供することを特徴とする請求項１または２記載の交流電圧制御方法。
【請求項７】
前記補正を行った後の有効電流指令値と無効電流指令値により得られる電流絶対値（皮相電力値）が一定の値を超える場合には、有効電流指令値に対する補正量、あるいは最終的な有効電流指令値の絶対値を低減する工程を具備することを特徴とする請求項２、４〜６のうち１項記載の交流電圧制御方法。
【請求項８】
前記補正を行った後の有効電流指令値と無効電流指令値により得られる電流絶対値（皮相電力値）が一定の値を超える場合には、無効電流指令値に対する補正量、あるいは最終的な無効電流指令値の絶対値を低減する工程を具備することを特徴とする請求項２、４〜６のうち１項記載の交流電圧制御方法。
【請求項９】
前記交流電圧は単相交流電圧であって、前記電圧検出値は、瞬時交流電圧の絶対値を１サイクル積分または半サイクル積分することにより得られる値、または瞬時交流電圧の二乗を１サイクル積分または半サイクル積分した値の平方根をとることにより得られる値であって、現時点での電圧検出値と一定時間前の電圧検出値の差分を前記検出値の変化量として使用することを特徴とする請求項１乃至８のうち１項記載の交流電圧制御方法。
【請求項１０】
前記交流電圧は単相交流電圧であって、前記電圧検出値は、瞬時交流電圧検出値の二乗と１／４サイクル前の瞬時交流電圧検出値の二乗との和の平方根を演算することで得られ、現時点での前記検出電圧と一定時間前の検出値の差分を、前記検出値の前記変化量として使用することを特徴とする請求項１乃至８のうち１項記載の交流電圧制御方法。
【請求項１１】
前記交流電圧は単相交流電圧であって、瞬時交流電圧検出値の絶対値と、現時点から一定時間前までの特定の期間内における瞬時電圧絶対値の最大値との差分を、前記検出値の変化量として使用することを特徴とする請求項１乃至８のうち１項記載の交流電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電鉄用交流き電系統を含めた電力系統に接続され、有効電力や無効電力を供給あるいは消費することにより、負荷に供給する交流電圧の大きさを制御する電力変換装置、あるいは無効電力補償装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統においては、交流電圧を一定範囲に維持するために、逆並列接続したサイリスタを制御してリアクトル電流の大きさを変える無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Var Compensator）や、自励式交直変換器を用いた電力変換装置が一般的に使用される。図２８はき電系統に無効電力補償装置あるいは電力変換装置が接続されたシステムの構成を示す図である。
【０００３】
線路に沿って数十ｋｍおきに、き電変電所１００が設けられる。各き電変電所１００では電力系統１０１から三相交流電力を受電し、系統インピーダンス１０２、き電変圧器１０３及びき電線路（トロリー線）１０４を介して単相交流電力を列車負荷１０６に供給する。変電所間の中間付近にはセクション（開閉所）１０７が設けられ、運用方法によって両側のき電線路１０４を接続したり切り離したりする。切り離されている場合は、図２８のように変電所１００からセクション１０７までの間が１つのき電区間となる。接続状態であれば、隣接する変電所間が１つのき電区間となる。各き電区間は電気的に独立している。
【０００４】
電力が、電力系統の系統インピーダンス１０２、更にき電変圧器１０３、き電線路１０４を通して列車１０６に供給されるため、列車１０６の台数が多い場合など、電圧が低下して問題になる場合がある。そこで、き電変電所１００やセクション１０７に、１０５に示す無効電力補償装置あるいは電力変換装置が設置され、電圧低下の割合に応じて無効電力や有効電力をき電線路１０４に供給することによってき電回路電圧を適切な値に維持する。
【０００５】
図２９に一般的な交流電圧制御を適用した無効電力補償装置（ＳＶＣ）、図３０に一般的な交流電圧制御を適用した電力変換装置のシステム構成（単線結線図）を示す。
【０００６】
図２９の無効電力補償装置では、交流母線１に変圧器２を介してサイリスタ制御リアクトル３及び電力用コンデンサ４が接続されている。電圧検出器５により交流電圧の大きさＶａｃを検出し、交流電圧Ｖａｃと電圧指令値Ｖｒｅｆとの差分を差分器２４で演算し、交流電圧制御回路６に入力する。交流電圧制御回路６は、比例積分回路や１次遅れ回路等で構成され、検出電圧Ｖａｃが指令値Ｖｒｅｆに追従する(前記差分が０となる）よう動作する。交流電圧制御回路６の出力値を無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして出力電流制御回路７に与える。出力電流制御回路７では指令値Ｉｑｒｅｆどおりの無効電流が得られるようサイリスタの導通期間を演算し、その結果をパルス発生回路８に与える。パルス発生回路８では出力電流制御回路７の出力に従って、サイリスタ制御リアクトル３にスイッチングパルスを与える。これにより、リアクトルに流れる遅れ無効電流の大きさが調整され、系統電圧検出値Ｖａｃが指令値Ｖｒｅｆに追従するよう無効電力補償装置が動作する。
【０００７】
尚、き電系統においては、電圧指令値Ｖｒｅｆはき電系統の定格電圧（目標値）であって、例えば３０ｋＶの電圧である。また、き電系統において母線１は、き電線１０４や、き電変圧器１０３に接続され、サイリスタリアクトル３及び電力用コンデンサ４の図中下方は、鉄道のレールに接続される。
【０００８】
一方、図３０の電力変換装置は、自励式交直変換装置を用いて、母線側の系統に対して有効電力の融通及び無効電力の供給や消費を行うシステムで、交流母線１に変圧器９を介して自励式変換器１０が接続されており、変換器１０の直流側には直流電源１１が接続されている。この直流電源１１は例えば電力系統からの交流電圧を整流して直流電圧を発生する。
【０００９】
電圧検出器５により交流電圧の大きさＶａｃを検出し、電圧指令値Ｖｒｅｆとの差分を差分器２４で演算し、交流電圧制御回路１２に入力する。交流電圧制御回路１２は図２９の交流電圧制御回路６と基本的に同一であって、比例積分回路や１次遅れ回路等で構成され、検出電圧Ｖａｃが指令値Ｖｒｅｆに追従する（前記差分が０になる）よう動作する。交流電圧制御回路１２の出力値を無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして、電流検出器１３により検出された無効電流検出値Ｉｑとの差分を差分器５４で演算する。
【００１０】
一方、有効電力に関してはシステムの目的ごとに制御方法は異なるが、例えば直流電源の発電量や負荷量に応じた値を有効電流指令値Ｉｄｒｅｆとして与え、電流検出器１３により検出された有効電流検出値Ｉｄとの差分を差分器５５で演算する。有効電流指令値Ｉｄｒｅｆは、き電系統においては例えば負荷に応じて可変される最適値である。無効電流、有効電流それぞれの検出値と指令値の差分は、出力電流制御回路１４に入力される。出力電流制御回路１４では、無効電流及び有効電流がそれぞれの指令値に追従するような信号を出力する。出力電流制御回路１４の出力に従って、パルス発生回路１５は変換器１０にスイッチングパルスを与える。これにより、出力電流の無効電力成分が調整され、系統電圧検出値Ｖａｃが指令値Ｖｒｅｆに追従するよう変換装置が動作する。
【００１１】
尚、図２９及び図３０においては遅れ無効電力（誘導性無効電力）を正符号としている。また直流電源１１のかわりに直流系を介してもう一組の自励式変換器を接続し、他の交流系統との間で有効電力を融通しながら無効電力に関しては図３０と同様の制御を行う直流連系システムや、直流電源１１のかわりに直流コンデンサを接続し、その直流コンデンサを充放電することによって直流電圧を一定に保ちながら無効電力に関しては図３０と同様の制御を行う自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ；Static Synchronous Compensator）などのシステムもある。
【００１２】
図２９と図３０のシステムで無効電力の発生手段は異なるが、交流電圧制御回路６、１２に関する部分の制御システムは一般に同等のものが使用されている。
【００１３】
また、交流き電回路のように電圧変動の主な原因が負荷（き電回路の場合は列車負荷）の消費電力である場合には、図３０に示すような電力変換装置によって、検出した交流電圧の大きさに応じて無効電力だけでなく有効電力も調節することで、系統電圧を維持するシステムも提案されている（特許文献１）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
一般的に図２９や図３０の交流電圧制御回路６、１２の応答特性は、接続される交流系統の特性にあわせて設定される。交流電圧制御回路６、１２を構成する１次遅れ回路や比例積分回路の制御ゲインを大きくしたり時定数を小さくすることにより、応答速度が早くなり電圧変動を高速に抑制できる一方、振動が発生したりオーバーシュートが大きくなるなど動作が不安定になりやすい。
【００１５】
交流き電回路にこれらの装置を設置する場合、主な目的は負荷量が増えた場合、すなわち、列車台数が増えた時の電圧低下を防止することである。一般にき電回路は電力系統の末端であり電圧感度が高いため、交流電圧制御の応答を早くすると不安定になりやすい。また列車の発車時あるいは加速時の列車負荷の起動は比較的ゆっくりしていて数秒オーダーであるため、交流き電回路に設置される無効電力補償装置ＳＶＣや電力変換装置の交流電圧制御も、それに追従すればよい程度のゆっくりした応答特性をもたせる。
【００１６】
一方、列車が、き電区間を抜ける（次のき電区間に移動する）場合は負荷電力が瞬時に減少するためステップ的に過電圧が発生する。しかし、上記のように比較的ゆっくりした応答特性をもつ無効電力補償装置や電力変換装置では、そうした瞬時の電圧変動を抑制することはできず、数百ｍｓ以上にわたって同一き電区間内の他の列車に供給する電圧が上昇した状態となる。この電圧上昇の時間が長すぎたり上昇が大きすぎると、保護装置が動作するといった問題が発生する。
【００１７】
電圧の急峻な変化や大幅な変化に対して、無効電力補償装置や電力変換装置の制御を切り換えることによって変動を抑制する方法として、特許文献２、特許文献３、特許文献４などが提案されている。特許文献２では大幅な電圧変動が発生した場合に、有効電力制御優先から無効電力制御優先へ切り換えている。特許文献３では系統で事故が発生した場合に、無効電力制御の指令値を最小またはそれに近い値に切り換えている。特許文献４では過電圧発生時に電圧制御とは無関係に、強制的に無効電力出力値を切り換えている。特許文献２や特許文献３の場合、無効電力制御の応答速度が遅い場合には急峻な電圧変動には対応できない。また特許文献３や特許文献４の方法の場合、事故ではなく通常の運用で生じた急峻な電圧変動に対して切換を行うと、その後の電圧変動に適切に対応できないといった問題がある。
【００１８】
本発明の目的は、通常の運用で生じた急峻な電圧変動に対して高速に変動を抑制し、且つ、ゆっくりした電圧変動に対しても適切に制御を行うことのできる電力変換装置及び無効電力補償の制御方法を提供することにある。
【特許文献１】出願番号P2004-381798  電力変換装置の制御方法
【特許文献２】特開平3-159571  自励式電力変換装置の制御装置
【特許文献３】特開平6-70471  電力制御装置
【特許文献４】特開平4-265631  無効電力補償装置
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の１実施例に係る交流電圧制御方法は、無効電力を入出力することによって、交流系統に供給される交流電圧の大きさを調整する無効電力補償装置における交流電圧制御方法において、前記無効電力補償装置が接続された前記交流系統の電圧検出値の大きさと、所定の電圧指令値の差分が、零に近づくように無効電流指令値を発生する工程と、前記交流電圧の基本周波数の所定サイクル数以内の短時間における前記電圧検出値の変化量が第１所定値を超えたか否か判断し、前記変化量が第１所定値を超えた場合に動作指令信号を提供する工程と、前記動作指令信号が提供された場合、第２所定値の大きさで第１所定時間継続し、その後徐々に減少してゼロとなる信号を前記無効電流指令値に付加して前記無効電流指令値を補正する工程と、前記無効電力補償装置の無効電流出力が前記補正された無効電流指令値に追従するよう制御を行う工程とを具備する。
【発明の効果】
【００２０】
通常の運用で生じた急峻な電圧変動に対して高速に変動を抑制し、且つ、ゆっくりした電圧変動に対しても適切に制御を行うことのできる電力変換装置及び無効電力補償の制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
［第１実施例]
図１は本発明の第１実施例に係る無効電力補償装置の交流電圧制御ブロックの構成を示す図で、図２９の交流電圧制御回路６に対して遅延回路１６、差分器１７、レベル検出器１８、無効電流指令値補正回路１９、加算器２０、リミッタ回路２１を追加したものである。
【００２３】
図２９の電圧検出器５で検出された交流電圧検出値Ｖａｃが遅延回路１６に入力され、設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延される。遅延時間ΔＴｄとしては交流電圧の基本周波数の所定サイクル数以内、例えば半サイクル程度の値を設定しておく。差分器１７において交流電圧検出値Ｖａｃと遅延回路１６の差分が演算されレベル検出器１８に入力される。レベル検出器１８では入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に、無効電流指令値補正回路１９に対して動作指令（例えばＨレベル信号）を与える。無効電流指令値補正回路１９は動作指令が与えられると、図２に示すような無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを出力し、その値が加算器２０により交流電圧制御回路６の出力である補正前の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算され、リミッタ回路２１で例えば機器定格容量などを越えないような値に制限し、その結果得られた値が最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして図２９の出力電流制御回路７に与えられる。
【００２４】
これ以降の構成は図２９と同様であり、交流電圧制御回路６は無効電流指令値補正回路１９の動作の有無に関係なく、従来システムと同様に交流電圧検出値Ｖａｃが指令値Ｖｒｅｆに追従するよう動作する。
【００２５】
（作用）
図１の制御方法を用いた場合、交流電圧の変動が小さい場合や、き電回路における負荷起動のようにゆっくり交流電圧が変動する場合には、現時点での交流電圧検出値Ｖａｃと遅延時間ΔＴｄ前の交流電圧検出値すなわち遅延回路１６の出力電圧の差は小さいため、レベル検出器１８は動作しない。このため無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆはゼロであり、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとしては交流電圧制御回路６の出力Ｉｑｒｅｆｏがそのまま使用される。すなわち従来の無効電力補償装置の制御と全く同じ動作をする。
【００２６】
一方、き電回路において列車負荷が当該き電区間を抜けた場合などに、交流電圧の大きさが急激に上昇し、その変動の大きさが遅延回路１６の遅延時間ΔＴｄの間にレベル検出器１８の設定レベルを越えると、レベル検出器１８は動作指令を出力し、無効電流指令値補正回路１９の出力が図２に示すように変化する。すなわちステップ的にサイリスタリアクトル３の遅れ無効電流が増加するように動作し、その値ΔＩｑｒｅｆが一定持続時間ΔＴｃｏｎの間継続しその後ゆるやかにゼロに戻る。この補正値ΔＩｑｒｅｆの下がり方は、例えば一時遅れ特性を有している。一方、交流電圧制御回路６は応答がゆっくりしているため、交流電圧が急に大きくなってもすぐには出力が変化せず、その後、徐々に無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏが増加するよう動作する。
【００２７】
図３に、列車負荷がき電区間を抜けた場合の過渡シミュレーション結果を示す。図３Ａが従来の無効電力補償装置を適用した場合、図３Ｂが本実施形態の無効電力補償装置を適用した場合である。従来の無効電力補償装置を適用した場合には、電圧が上昇する前の電圧に対し約１．３倍の過電圧が発生するが、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆが過電圧を充分抑制するまで増加するのに２００ｍｓ程度かかっており、大きな過電圧が１００ｍｓ以上発生している。それに対し、本実施形態の制御を適用すると、過電圧発生直後に無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆが０．３ｐｕまでステップ的に増加し（ＰＵ：定格値）、交流電圧制御回路出力Ｉｑｒｅｆｏと加算されて最終的な指令値Ｉｑｒｅｆは０．４７ｐｕとなる。これにより、過電圧は急速に低減されている。その後、交流電圧制御回路６の出力Ｉｑｒｅｆｏが徐々に増加する一方、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは一定時間保持された後ゼロリセットされるため、それらが加算された最終的な指令値Ｉｑｒｅｆは大きく変動することなく従来制御を適用した場合とほぼ同じ値で落着いている。尚、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆの大きさ及び持続時間ΔＴｃｏｎの長さは、シミュレーション、実験などにより決まる値である。
【００２８】
（効果）
本実施例による無効電力補償装置を使用すると、負荷起動などによるゆっくりした電圧変化に対しては、従来通り交流電圧制御により安定に系統電圧が電圧指令値に近づくよう無効電力出力が制御され、列車がき電区間を抜けて急峻な過電圧が発生した場合には、ステップ的に遅れ無効電力出力を増加させて高速に過電圧を抑制することができ、更に制御の切換などを行うことなくスムーズに通常時の制御に戻ることができる。
【００２９】
［第２実施例］
上記第１実施例では交流電圧制御方式を、無効電力補償装置に適用する場合について説明したが、自励式交直変換器を用いた電力変換装置の無効電力制御に本実施例を適用する場合も、全く同じ作用、効果を得ることができる。この場合、図１に示す構成の交流電圧制御ブロックを図３０に示す電力変換装置の交流電圧制御回路１２周辺部分に適用する。有効電力制御の方法については従来システムと同様である。
【００３０】
［第３実施例］
上記第１実施例では交流電圧制御回路６で使用する交流電圧検出値Ｖａｃと、遅延回路１６及び差分器１７に入力されて交流電圧の変動の大きさを検出するための交流電圧検出値Ｖａｃを、共通の信号としていたが、これを別々の信号を使用しても同様の効果を得ることができる。つまり、交流電圧制御回路６は比較的応答速度がゆっくりしているため、そこで使用する電圧検出値も若干の遅れは許容できるので、例えば高調波成分を除去するなどの処理をした信号を電圧検出値として使用する。一方、電圧変動の大きさを検出するための交流電圧検出値は高速性が求められるため、そうした処理を行わないといった方法を適用することができる。他の部分の構成や作用は第１実施例と同様である。  
［第４実施例]
図４は本発明の第４実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロックの構成を示す図で、図３０の交流電圧制御回路１２に対して遅延回路１６、差分器１７、レベル検出器１８、有効電流指令値補正回路２２、無効電流指令値補正回路１９、加算器２０、加算器２３、リミッタ回路２１、リミッタ回路５６を追加したものである。
【００３１】
図３０の電圧検出器５で検出された交流電圧検出値Ｖａｃが遅延回路１６に入力され、設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延される。差分器１７において遅延回路１６の出力信号と交流電圧検出値Ｖａｃとの差分が演算されレベル検出器１８に入力される。レベル検出器１８では入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に、有効電流指令値補正回路２２及び無効電流指令値補正回路１９に対して動作指令を与える。
【００３２】
有効電流指令値補正回路２２及び無効電流指令値補正回路１９は動作指令が与えられると、それぞれ有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを出力する。有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは、それぞれ加算器２３、加算器２０により補正前の有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ、補正前の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算され、リミッタ回路５６、リミッタ回路２１で例えば有効電力定格値、無効電力定格値などを越えないような値に制限される。その結果得られた値が最終的な有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ及び無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして、図３０の差分器５４、５５にそれぞれに与えられる。以下の構成は図３０と同じである。
【００３３】
交流電圧制御回路１２は無効電流指令値補正回路１９の動作の有無に関係なく、従来システムと同様に交流電圧検出値Ｖａｃが指令値Ｖｒｅｆに追従するように動作する。また補正前の有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏは上位制御システムから与えられる信号で、有効電流指令値補正回路２２の動作の有無に関係なく通常の値が供給される。
【００３４】
（作用）
図４の制御方法を用いた場合、交流電圧の変動が小さい場合や、き電回路における負荷起動のようにゆっくり電圧が変動する場合には、現時点での交流電圧検出値Ｖａｃと遅延時間ΔＴｄ前の交流電圧検出値すなわち遅延回路１６の出力の差は小さいため、レベル検出器１８は動作しない。このため有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆはゼロであり、最終的な有効電流指令値Ｉｄｒｅｆは上位制御系から与えられるＩｄｒｅｆｏが、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとしては、交流電圧制御回路１２の出力Ｉｑｒｅｆｏがそのまま使用される。すなわち従来の電力変換装置と全く同じ動作をする。
【００３５】
一方、交流電圧の大きさが急激に上昇し、その変動の大きさが遅延回路１６の遅延時間ΔＴｄの間にレベル検出器１８の設定レベルを越えると有効電流指令値補正回路２２及び無効電流指令値補正回路１９の出力信号が図５に示すように変化する。すなわち有効電流及び遅れ無効電流がステップ的に増加し、その値が一定時間ΔＴｃｏｎｄ、ΔＴｃｏｎｑの間継続し、その後ゆるやかにゼロに戻る。ここで有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆは、図３０の変換器１０が消費する電力を増加させる方向の値であり、事前に変換器１０が系統へ有効電力を供給する運転を行っていれば、その供給量を減らす方向の値である。有効電流、無効電流の指令値補正幅ΔＩｄｒｅｆとΔＩｑｒｅｆ、継続時間ΔＴｃｏｎｄとΔＴｃｏｎｑはそれぞれ異なる値を設定することが可能である。一方、交流電圧制御回路１２は応答がゆっくりしているため、交流電圧が急に大きくなってもすぐには出力が変化せず、その後、徐々に無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏが増加するよう動作する。
【００３６】
尚、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆの大きさ、ならびに持続時間ΔＴｃｏｎｄ及びΔＴｃｏｎｑの長さは、前述したようにシミュレーション、実験などにより決まる値である。
【００３７】
本実施形態の制御を適用することにより、急峻な過電圧が発生した場合、変換器による有効電力消費量及び遅れ無効電力出力がステップ的に増加し、過電圧は急速に低減される。
【００３８】
（効果）
本実施例による電力変換装置を使用すると、負荷起動などによるゆっくりした電圧変化に対しては、従来通り交流電圧制御回路１２により安定に系統電圧が電圧指令値に近づくよう無効電力出力が制御され、列車がき電区間を抜けた場合などに急峻な過電圧が発生すると、ステップ的に遅れ無効電力出力を増加させ、かつ変換器１０による有効電力消費量を増やす、あるいは有効電力供給量を減らす。この結果、高速に過電圧を抑制することができ、更に制御の切換などを行うことなくスムーズに通常時の制御に戻ることができる。電圧変動の要因が負荷量、すなわち有効電力量の変化である場合には、変換器の無効電力出力のみを補正するよりも、本実施例のように有効電力と無効電力の両方を補正した方が、より効果的に電圧変動を抑制できる。
【００３９】
［第５実施例]
図６は本発明の第５実施例に係る電力変換装置の交流電圧の制御ブロックの構成を示す図で、図３０の交流電圧制御回路１２に対して遅延回路１６、差分器１７、レベル検出器１８、電流指令値補正回路２５、増幅器２６、増幅器２７、加算器２０、加算器２３、リミッタ回路２１、リミッタ回路５６を追加したものである。
【００４０】
本実施例が図４の第４実施例と異なる点は、図４の有効電流指令値補正回路２２と無効電流指令値補正回路１９の代わりに、電流指令値補正回路２５、増幅器２６、増幅器２７を設けた点であり、その他の構成は第４実施例と同じである。
【００４１】
電流指令値補正回路２５の出力に対して増幅器２６で増幅率Ｋｄ倍した値が、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆとして加算器２３に供給される。有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆは、加算器２３により上位制御系からの指令値Ｉｄｒｅｆｏと加算され、リミッタ回路５６を通り、最終的な有効電流指令値Ｉｄｒｅｆが提供される。また電流指令値補正回路２５の出力に対して増幅器２７で増幅率Ｋｑ倍した値が、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとして加算器２０に供給される。無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは、加算器２０により交流電圧制御回路１２の出力Ｉｑｒｅｆｏと加算され、リミッタ回路２１を通り、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆが提供される。
【００４２】
（作用）
図４の第４実施例は、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆがそれぞれ図５に示すように個別の値、継続時間、戻し速度を設定できる構成である。それに対して図６の第５実施例における電流指令値補正回路２５は図２と同様の信号を出力し、この出力信号に対して異なる増幅率Ｋｄ、Ｋｑ倍した値が有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとなる。このため、両信号の大きさは個別に設定できるが、継続時間や戻し速度は共通である。有効電力の補正と無効電力の補正の継続時間や戻し速度に違いを持たせる必要がない場合には、第４実施例に比べて回路構成が簡便な第５実施例を使用しても同等の作用及び効果を得ることができる。シミュレーション結果、実験結果、変電所の特性、き電系統の特性を考慮して適切な回路構成が決定される。
【００４３】
［第６実施例]
図７は本発明の第６実施例に係る電力変換装置の交流電圧の制御ブロックの構成を示す図で、前述の第４及び第５実施例等では、上位系から与えられる有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏを、交流電圧制御回路１２の出力を使用して生成したものである。上記特許文献１で提案されている制御方法に対し、第４実施例と同様に遅延回路１６、差分器１７、レベル検出器１８、有効電流指令値補正回路２２、無効電流指令値補正回路１９、加算器２０、加算器２３、リミッタ回路２１、リミッタ回路５６を追加したものである。
【００４４】
（作用）
図７の制御方法を用いた場合、交流電圧の変動が小さい場合や、き電回路における負荷起動のようにゆっくり電圧が変動する場合には、現時点での交流電圧検出値Ｖａｃと遅延時間ΔＴｄ前の交流電圧検出値すなわち遅延回路１６の出力の差は小さいためレベル検出器１８は動作しない。このため有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆはゼロであり、最終的な有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ及び、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとしては、交流電圧制御回路１２の出力をそれぞれ増幅器２８、増幅器２９でＫＰ倍、ＫＱ倍した値がそのまま使用される。
【００４５】
一方、交流電圧の大きさが急激に上昇し、その変動の大きさが遅延回路１６の遅延時間ΔＴｄの間にレベル検出器１８の設定レベルを越えると有効電流指令値補正回路２２及び無効電流指令値補正回路１９の出力信号が図５に示すように変化し、一方、交流電圧制御回路１２は応答がゆっくりしているため、交流電圧が急に大きくなってもすぐには出力が変化せず、その後、徐々に有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ及び無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏが増加するよう動作する。
【００４６】
本実施形態の制御を適用することにより、急峻な過電圧が発生した場合、変換器による有効電力消費量及び遅れ無効電力出力がステップ的に増加し、過電圧は急速に低減される。
【００４７】
（効果）
本実施例による電力変換装置を使用すると、負荷起動などによるゆっくりした電圧変化に対しては、従来通り交流電圧制御により安定に系統電圧が電圧指令値に近づくよう有効電力出力及び無効電力出力が制御され、列車がき電区間を抜けた場合などに急峻な過電圧がすると、ステップ的に遅れ無効電力出力を増加させ、かつ変換器による有効電力消費量を増やす、あるいは有効電力供給量を減らす。この結果、高速に過電圧を抑制することができ、更に制御の切換などを行うことなくスムーズに通常時の制御に戻ることができる。電圧変動の要因が、負荷量すなわち有効電力量の変化である場合には、変換器の無効電力出力のみを補正するよりも、有効電力と無効電力の両方を補正した方が、より効果的に電圧変動を抑制できる。
【００４８】
［第７実施例]
図８は本発明の第７実施例に係る電力変換装置の交流電圧の制御ブロックの構成を示す図である。本実施例が図７の第６実施例と異なる点は、図７の有効電流指令値補正回路２２と無効電流指令値補正回路１９の代わりに、電流指令値補正回路２５、増幅器２６、増幅器２７を設けた点であり、その他の構成は第６実施例と同じである。すなわち、第４実施例（図４）に対する第５実施例（図６）と同様である。
【００４９】
電流指令値補正回路２５の出力に対して、増幅器２６で増幅率Ｋｄ倍した値が有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆとして加算器２３に供給される。交流電圧制御回路１２の出力に対して増幅器２８で増幅率Ｋｐ倍した値が有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏとして加算器２３に供給される。加算器２３は有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆと有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏとを加算し、その加算結果はリミッタ５６を通り、最終的な電流指令値Ｉｄｒｅｆとして提供される。
【００５０】
また電流指令値補正回路２５の出力に対して増幅器２７で増幅率Ｋｑ倍した値が無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとして加算器２０に供給される。交流電圧制御回路１２の出力に対し増幅器２９で増幅率ＫＱ倍した値が無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算器２０に供給される。加算器２０は無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆと無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏとを加算し、その加算結果はリミッタ２１を通り、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして提供される。
【００５１】
（作用）
前述の第６実施例は、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆがそれぞれ図５に示すように個別の値、継続時間、戻し速度を設定できる構成である。それに対して図８の第７実施例における電流指令値補正回路２５は図２と同様の信号を出力し、この出力信号に対して異なる増幅率Ｋｄ、Ｋｑ倍した値が有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとなる。このため、両信号の補正の大きさは個別に設定できるが、継続時間や戻し速度は共通である。有効電力の補正と無効電力の補正の継続時間や戻し速度に違いを持たせる必要がない場合には、前述の第６実施例に比べて回路構成が簡便な第７実施例を使用しても同等の作用及び効果を得ることができる。前述したように、シミュレーション結果、実験結果、変電所の特性、き電系統の特性を考慮して適切な回路構成が決定される。
【００５２】
[その他の実施例]
以上で説明した各実施例（第４実施例〜第７実施例）では、検出した交流電圧の大きさが短時間で大きく変化した際に、有効電流指令値及び無効電流指令値に対して補正を行う構成としたが、無効電流指令値のみ、あるいは有効電流指令値のみに対して補正を行う構成でも同等の効果を得ることができる。
【００５３】
例えば融通する有効電力量は一定に保ちたいようなシステムでは無効電力のみに補正を行う。方法としては例えば図４や図７の構成の制御回路であれば、有効電流指令値補正回路２２内の補正値ΔＩｄｒｅｆの大きさをゼロに設定するか、あるいは有効電流指令値補正回路２２自体を省略すればよい。また図６や図８の構成の制御回路であれば、増幅器２６の増幅率Ｋｄをゼロに設定するか、あるいは増幅器２６自体を省略すればよい。逆に有効電力のみに補正を行う場合も同様の方法で実現できる。
【００５４】
有効電力のみ、あるいは無効電力のみの制御でも交流電圧の大きさを制御することはできるので、適用するシステムの設置目的や設置系統の特性などに応じて有効電力の補正と無効電力の補正の比率を選択すればよい。
【００５５】
［第８実施例]
図９は本発明の第８実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。この制御ブロックは、図１に示す第１実施例のレベル検出器１８と無効電流指令値補正回路１９の代わりに、複数のレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎ及び複数の無効電流指令値補正回路１９−１、１９−２〜１９−ｎ、及び最大値選択回路３０を設けたものである。
【００５６】
第１実施例と同様に、交流電圧検出値Ｖａｃが遅延回路１６に入力され、設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延され、差分器１７において交流電圧検出値Ｖａｃと遅延回路１６の差分が演算される。この差分が複数のレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎに入力される。各レベル検出器は入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に、無効電流指令値補正回路１９−１、１９−２〜１９−ｎに対して動作指令を与える。この動作レベル値は各レベル検出器ごとに異なる値が設定されている。
【００５７】
各無効電流指令値補正回路は動作指令が与えられると、それぞれ異なる値の無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ−１、ΔＩｑｒｅｆ−２〜ΔＩｑｒｅｆ−ｎを出力し、その値が最大値選択回路３０に入力される。最大値選択回路３０は、入力される無効電流指令補正値の中で、最も大きい値を常に選択し、選択した値を無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとして出力する。これ以降の構成は図１の第１実施例と同様であり、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは加算器２０により補正前の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算され、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして図２９の出力電流制御回路７に与えられる。
【００５８】
（作用）
本実施例において、無効電流指令値補正回路１９−１、１９−２〜１９−ｎに設定されている無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ−１、ΔＩｑｒｅｆ−２〜ΔＩｑｒｅｆ−ｎは、それぞれの動作指令を与えるレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎに設定された動作レベル値に応じた値を使用する。動作レベル値が大きいほど、すなわち電圧の変化量が大きいほど無効電流指令補正値の大きさも大きい値とする。例えば、レベル検出器１８−１のレベル値がΔＶ＝２ｋＶ、レベル検出器１８−２のレベル値がΔＶ＝３ｋＶ、レベル検出器１８−３のレベル値がΔＶ＝４ｋＶの場合、値ΔＩｑｒｅｆ−１＝０．１ｐｕ、ΔＩｑｒｅｆ−２＝０．２ｐｕ、ΔＩｑｒｅｆ−３＝０．３ｐｕといった値を設定する。
【００５９】
このシステムで、電圧変化量が例えば４ｋＶを越えた場合、各無効電流指令値補正回路１９−１、１９−２〜１９−ｎ及び最大値選択回路３０の出力信号である最終的な無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは図１０のように変化する。電圧変化量が２ｋＶを越えた時点で無効電流指令値補正回路１９−１が動作し、３ｋＶを越えた時点で無効電流指令値補正回路１９−２が動作し、４ｋＶを越えた時点で無効電流指令値補正回路１９−３が動作するが、動作時間差はわずかであり最終的な出力値は０．３ｐｕでほぼ無効電流指令値補正回路１９−３の出力と等しい。
【００６０】
一方、電圧最大変化量が３〜４ｋＶの間であれば無効電流指令値補正回路１９−１と１９−２のみが動作し、最終的な出力値は０．２ｐｕでほぼ無効電流指令値補正回路１９−２の出力と等しい。更に、電圧最大変化量が２〜３ｋＶの間であれば無効電流指令値補正回路１９−１のみが動作し、最終的な出力値は０．１ｐｕである。
【００６１】
（効果）
以上のように、電圧変化量が大きいほど無効電流指令補正値も大きくなるため、より効果的に電圧変動を抑制することができる。また必要以上に補正を行うことによる電圧のアンダーシュートを防止できる。
【００６２】
［第９実施例]
図１１は本発明の第９実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。この制御ブロックは、図４に示す第４実施例あるいは図７に示す第６実施例のレベル検出器１８、有効電流指令値補正回路２２、無効電流指令値補正回路１９の代わりに、複数のレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎ、複数の有効電流指令値補正回路２２−１、２２−２〜２２−ｎ、複数の無効電流指令値補正回路１９−１、１９−２〜１９−ｎ、及び最大値選択回路３１、最大値選択回路３０を設けたものである。
【００６３】
前述の第４実施例、第６実施例と同様に、交流電圧検出値Ｖａｃが遅延回路１６に入力され、設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延され、差分器１７において交流電圧検出値Ｖａｃと遅延回路１６の差分が演算される。この差分が複数のレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎに入力される。各レベル検出器は入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に、有効電流指令値補正回路２２−１、２２−２〜２２−ｎ及び無効電流指令値補正回路１９−１、１９−２〜１９−ｎに対して動作指令を与える。この動作レベル値は各レベル検出器ごとに異なる値が設定されている。
【００６４】
各有効電流指令値補正回路及び無効電流指令値補正回路は動作指令が与えられると、それぞれ異なる値の有効電流指令補正値、無効電流指令補正値を出力する。有効電流指令補正値は最大値選択回路３１に、無効電流指令補正値は最大値選択回路３０に入力されて、それぞれ最も大きい値が最終的な有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、最終的な無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとして出力される。これ以降の構成は図４の第４実施例や図７の第６実施例と同様であり、有効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは加算器２３により補正前の有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏに加算され、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは加算器２０により補正前の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算され、それぞれ最終的な電流指令値として、図３０の差分器５４、５５にそれぞれに与えられる。
【００６５】
（作用）
本実施例では第８実施例と同様に、有効電流指令値補正回路２２−１、２２−２〜２２−ｎに設定されている各有効電流指令補正値と、無効電流指令値補正回路１９−１、１９−２〜１９−ｎに設定されている各無効電流指令補正値は、それぞれの動作指令を与えるレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎに設定された動作レベル値に応じた値を使用する。動作レベル値が大きいほど、すなわち電圧の変化量が大きいほど有効電流指令補正値及び無効電流指令補正値の大きさも大きい値とする。
【００６６】
（効果）
これにより、電圧変化量が大きいほど有効電流指令補正値及び無効電流指令補正値も大きくなるため、より効果的に電圧変動を抑制することができる。また必要以上に補正を行うことによる電圧のアンダーシュートを防止できる。
【００６７】
［第１０実施例]
図１２は本発明の第１０実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。この制御ブロックは、図６に示す第５実施例あるいは図８に示す第７実施例のレベル検出器１８、電流指令値補正回路２５の代わりに、複数のレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎ、複数の電流指令値補正回路２５−１、２５−２〜２５−ｎ、及び最大値選択回路３０を設けたものである。
【００６８】
前述の第５実施例、第７実施例と同様に、交流電圧検出値Ｖａｃが遅延回路１６に入力され、設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延され、差分器１７において交流電圧検出値Ｖａｃと遅延回路１６の差分が演算される。この差分が複数のレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎに入力される。各レベル検出器は入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に、電流指令値補正回路２５−１、２５−２〜２５−ｎに対して動作指令を与える。この動作レベル値は各レベル検出器ごとに異なる値が設定されている。各電流指令値補正回路は動作指令が与えられると、それぞれ異なる値の電流指令補正値を出力し、それらの電流指令補正値は最大値選択回路３０に入力されて、最も大きい値が選択され、増幅器２６、増幅器２７に与えられる。各増幅器の出力が最終的な有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、最終的な無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとして出力される。これ以降の構成は図６の第５実施例や図８の第７実施例と同様である。すなわち、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆは例えば図６の加算器２３により補正前の有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏに加算され、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは加算器２０により補正前の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算され、それぞれ最終的な電流指令値として図３０の差分器５４、５５にそれぞれに与えられる。
【００６９】
（作用）
本実施例では第８実施例と同様に、電流指令値補正回路２５−１、２５−２〜２５−ｎに設定されている各電流指令補正値は、それぞれの動作指令を与えるレベル検出器１８−１、１８−２〜１８−ｎに設定された動作レベル値に応じた値を使用する。動作レベル値が大きいほど、すなわち電圧の変化量が大きいほど電流指令補正値の大きさも大きい値とする。
【００７０】
（効果）
これにより、電圧変化量が大きいほど有効電流指令補正値及び無効電流指令補正値も大きくなるため、より効果的に電圧変動を抑制することができる。また必要以上に補正を行うことによる電圧のアンダーシュートを防止できる。
【００７１】
[その他の実施例]
以上で説明した第９実施例及び第１０実施例では、電圧変動のレベル(大きさ）に応じて、有効電流指令補正値と無効電流指令補正値の両方の大きさを変える構成とした。しかし、有効電流指令補正値は各レベル共通とし、無効電流指令補正値のみ電圧変動のレベルに応じて大きさを変える方法を使用しても同等の効果を得ることができる。逆に無効電流指令補正値は各レベル共通とし、有効電流指令補正値のみ電圧変動の大きさのレベルに応じて大きさを変える方法を使用しても同等の効果を得ることができる。
【００７２】
［第１１実施例]
図１３は本発明の第１１実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図で、図１に示す第１実施例に対し、レベル検出器３２と論理積（ＡＮＤ）回路３３を追加したものである。
【００７３】
第１実施例と同様に、交流電圧検出値Ｖａｃが遅延回路１６に入力され、設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延され、差分器１７において交流電圧検出値Ｖａｃと遅延回路１６の差分が演算される。この差分がレベル検出器１８に入力され、レベル検出器１８は入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ（Ｈレベル）」信号を論理積回路３３へ与える。一方、レベル検出器３２には現時点での交流電圧検出値Ｖａｃが入力され、その大きさが予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ」信号を論理積回路３３へ与える。
【００７４】
論理積回路３３ではレベル検出器１８及びレベル検出器３２の出力の両方が「ＯＮ」となった場合に、無効電流指令値補正回路１９に対して動作指令を与える。これ以降の構成は図１の第１実施例と同様である。すなわち、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは図１の加算器２０により補正前の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算され、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして図２９の出力電流制御回路７に与えられる。
【００７５】
（作用）
本実施例を使用した場合、交流電圧検出値Ｖａｃが急激に大きく変動し、かつその過電圧値が一定値以上になった場合に、無効電流指令値補正回路１９が動作して遅れ無効電流がステップ的に増加することによって過電圧が抑制される。Ｖａｃが急激に大きく変動しても、例えば変動する前の電圧が低下していて急峻に上昇した電圧の絶対値がレベル検出器３２に設定された動作レベルを超えなければ、従来の制御と同様に交流電圧制御回路６のみで電圧の制御が行なわれる。また過電圧の絶対値が大きくても、変動がゆっくりしている場合にはレベル検出器１８が動作しないので従来の制御と同様に交流電圧制御回路６のみで電圧の制御が行なわれる。
【００７６】
（効果）
電圧が急激に大きくなっても、その絶対値が大きくなければ問題のないような系統に接続されている場合には、本実施例の制御を適用することにより、急激な過電圧を抑制し、かつ低め電圧で運転している場合の不要な過電圧抑制動作を防止することができる。
【００７７】
［第１２実施例]
図１４は本発明の第１２実施例に係る電力変換装置の制御回路中の、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図で、図８に示す第７実施例に対し、レベル検出器３２と論理積（ＡＮＤ）回路３３を追加したものである。第１１実施例と同様に、レベル検出器１８は入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ」信号を論理積回路３３へ与える一方、レベル検出器３２には現時点での交流電圧検出値Ｖａｃが入力され、その大きさが予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ」信号を論理積回路３３へ与える。論理積回路３３ではレベル検出器１８及びレベル検出器３２の出力の両方が「ＯＮ」となった場合に、電流指令値補正回路２５に対して動作指令を与える。これ以外の構成は図８の第７実施例と同様である。
【００７８】
（作用）
本実施例を使用した場合、交流電圧検出値Ｖａｃが急激に大きく変動し、かつその過電圧値が一定値以上になった場合に、電流指令値補正回路２５が動作して遅れ無効電流及び有効電力がステップ的に増加することによって過電圧が抑制される。検出値Ｖａｃが急激に大きく変動しても、たとえば変動する前の電圧が低下していて過電圧の絶対値がレベル検出器３２に設定された動作レベルを超えなければ、従来の制御と同様に交流電圧制御回路１２のみで電圧の制御が行なわれる。また過電圧の絶対値が大きくても、変動がゆっくりしている場合にはレベル検出器１８が動作しないので従来の制御と同様に交流電圧制御回路１２のみで電圧の制御が行なわれる。
【００７９】
（効果）
電圧が急激に大きくなっても、その絶対値が大きくなければ問題のないような系統に接続されている場合には、本実施例の制御を適用することにより、急激な過電圧を抑制し、且つ低め電圧で運転している場合の不要な過電圧抑制動作を防止することができる。
【００８０】
[その他の実施例]
図１の第１実施例に対して交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理積回路３３を追加することにより図１３の第１１実施例を構成し、図８の第７実施例に対して交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理積回路３３を追加することにより図１４の第１２実施例を構成したように、図４に示す第４実施例、図６に示す第５実施例、あるいは図７に示す第６実施例に対しても、交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理積回路３３を追加することによって、第１１実施例、第１２実施例と同様の効果を得ることができる。１例として、図７に示す第６実施例に対して、交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理積回路３３を追加した構成を図１５に示す。
【００８１】
また、図９の第８実施例や図１１の第９実施例、図１２の第１０実施例のように、電圧変化分に対する複数のレベル検出器１８を設け、レベル値に応じて電流指令値に対する補正の大きさを変えたのと同様、図１３の第１１実施例及び図１４の第１２実施例においても、レベル検出器３２とレベル検出器１８の両方、あるいはいずれかについて、検出レベル値の異なる複数台のレベル検出器を設け、電圧変化の大きさ及び電圧の絶対値の大きさの組合せに応じて電流指令値の補正の大きさを変えてもよい。これにより、電圧変化量が大きいほどあるいは過電圧の絶対値が大きいほど有効電流指令補正値及び無効電流指令補正値も大きくなるため、より効果的に電圧変動を抑制することができる。また必要以上に補正を行うことによる電圧のアンダーシュートを防止できる。
【００８２】
［第１３実施例]
図１６は本発明の第１３実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。この制御ブロックは図１に示す第１実施例に対し、レベル検出器３２と論理和（ＯＲ）回路３４を追加したものである。
【００８３】
第１実施例と同様に、交流電圧検出値Ｖａｃが遅延回路１６に入力され、設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延され、差分器１７において交流電圧検出値Ｖａｃと遅延回路１６の差分が演算される。この差分がレベル検出器１８に入力され、レベル検出器１８は入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ」信号を論理和回路３４へ与える。一方、レベル検出器３２には現時点での交流電圧検出値Ｖａｃが入力され、その大きさが予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ」信号を論理和回路３４へ与える。
【００８４】
論理和回路３４ではレベル検出器１８あるいはレベル検出器３２の出力のいずれか一方が「ＯＮ」となった場合に、無効電流指令値補正回路１９に対して動作指令を与える。これ以降の構成は図１の第１実施例と同様である。すなわち、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは加算器２０により補正前の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏに加算され、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして図２９の出力電流制御回路７に与えられる。
【００８５】
（作用）
本実施例を使用した場合、交流電圧検出値Ｖａｃが急激に大きく変動した場合、あるいは過電圧値が一定値以上になった場合に、無効電流指令値補正回路１９が動作し、遅れ無効電流がステップ的に増加することによって過電圧が抑制される。検出値Ｖａｃの電圧上昇が交流電圧制御回路６の応答速度より速く、遅延回路１６と差分器１７とレベル検出器１８で構成されるレベル検出回路の応答速度より遅い場合で、過電圧の絶対値がレベル検出器３２に設定された動作レベルを超えた場合には、無効電流指令値補正回路１９が動作して過電圧を急速に抑制するよう動作する。
【００８６】
（効果）
電圧の変動がそれほど急峻でなくても、過電圧絶対値が大きいと問題が生じるような系統に接続されている場合には、本実施例の制御を適用することにより、確実に過電圧を抑制することができる。
【００８７】
［第１４実施例]
図１７は本発明の第１４実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。この制御ブロックは、図８に示す第７実施例に対し、レベル検出器３２と論理和（ＯＲ）回路３４を追加したものである。図１６の第１３実施例と同様に、レベル検出器１８は入力信号が予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ」信号を論理和回路３４へ与える。一方、レベル検出器３２には現時点での交流電圧検出値Ｖａｃが入力され、その大きさが予め設定された動作レベル値を越えた場合に「ＯＮ」信号を論理和回路３４へ与える。論理和回路３４ではレベル検出器１８あるいはレベル検出器３２の出力のいずれか一方が「ＯＮ」となった場合に、電流指令値補正回路２５に対して動作指令を与える。これ以降の構成は図８の第７実施例と同様である。
【００８８】
（作用）
本実施例を使用した場合、交流電圧検出値Ｖａｃが急激に大きく変動した場合、あるいは過電圧値が一定値以上になった場合に、電流指令値補正回路２５が動作して有効電力及び遅れ無効電流がステップ的に増加することによって過電圧が抑制される。Ｖａｃの変動が比較的ゆっくりしていてレベル検出器１８では動作しない場合でも、過電圧の絶対値が大きくなりレベル検出器３２に設定された動作レベルを超えた場合には、電流指令値補正回路２５が動作して過電圧を急速に抑制するよう動作する。
【００８９】
（効果）
電圧の変動がそれほど急峻でなくても、過電圧絶対値が大きいと問題が生じるような系統に接続されている場合には、本実施例の制御を適用することにより、確実に過電圧を抑制することができる。
【００９０】
[その他の実施例]
図１の第１実施例に対して交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理和回路３４を追加することにより図１６の第１３実施例を構成し、図８の第７実施例に対して交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理和回路３４を追加することにより図１７の第１４実施例を構成したように、図４に示す第４実施例、図６に示す第５実施例、あるいは図７に示す第６実施例に対しても、交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理和回路３４を追加することによって、第１３実施例、第１４実施例と同様の効果を得ることができる。１例として、図７に示す第６実施例に対して、交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理和回路３４を追加した構成を図１８に示す。
【００９１】
また、図９の第８実施例や図１１の第９実施例、図１２の第１０実施例のように、電圧変化分に対する複数のレベル検出器１８を設け、レベル値に応じて電流指令値に対する補正の大きさを変えたのと同様、図１６の第１３実施例及び図１７の第１４実施例においても、レベル検出器３２とレベル検出器１８の両方、あるいはいずれかについて、レベル値の異なる複数台のレベル検出器を設ける構成とすれば、電圧変化の大きさ及び電圧の絶対値の大きさの組合せに応じて電流指令値の補正の大きさを変えることができる。これにより、電圧変化量が大きいほどあるいは過電圧の絶対値が大きいほど有効電流指令補正値及び無効電流指令補正値も大きくなるため、より効果的に電圧変動を抑制することができる。また必要以上に補正を行うことによる電圧のアンダーシュートを防止できる。
【００９２】
［第１５実施例]
図１９は本発明の第１５実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令値及び無効電流指令値を出力する制御ブロックを示し、特に各電流指令値に対する出力リミッタの構成を示すブロック図である。図中の有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’は図４、図７における有効電流指令値補正回路２２の出力信号、あるいは図６、図８、図１２、図１４、図１７における増幅器２６の出力信号、あるいは図１１における最大値選択回路３１の出力信号である。また、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’は図４、図７における無効電流指令値補正回路１９の出力信号、あるいは図６、図８、図１２、図１４、図１７における増幅器２７の出力信号、あるいは図１１における最大値選択回路３０の出力信号である。更に、図中の有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ’は図４〜図１７の各実施形態で上位制御系あるいは交流電圧制御回路１２から与えられる有効電流指令値信号である。また、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏ’は図４〜図１７の各実施形態で交流電圧制御回路１２あるいは増幅回路２９から与えられる無効電流指令値信号である。
【００９３】
上位制御系または交流電圧制御回路１２から与えられる有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ’は、例えば有効電力定格値±０．８ｐｕなど、予め設定された上下限値をもつリミッタ回路３５で値が制限された後、加算器２３で有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’と加算されリミッタ回路５６に与えられる。尚、この有効電力定格値とは厳密にいうと、図３０に示すような変換器１０の有効電力定格値に対応する有効電流定格値である。例えば系統の定格電圧が３０ｋＶの場合、有効電流定格値（ｐｕ）は有効電力定格値を３０ｋＶで割った値である。この例では、リミッタ回路３５の制限値は、この有効電流定格値±０．８ｐｕに設定される。以下の説明においても同様に、リミッタ回路の制限値を示す場合に用いられる電力定格値は、電力定格値に対応する電流定格値を示す。
【００９４】
また、交流電圧制御回路１２あるいは増幅回路２９から与えられる無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏ’は、例えば無効電力定格値±０．６ｐｕなど、予め設定された上下限値をもつリミッタ回路３６で値が制限された後（ここで−０．６ｐｕは変換器が系統から吸収する電力定格に相当する）、加算器２０で無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’と加算されリミッタ回路２１に与えられる。
【００９５】
無効電流指令値に対するリミッタ回路２１は上限値として例えば変換器１０の容量定格（皮相電力定格値）ＭＶＡｍａｘ＝＋１．０ｐｕ、下限値としてＭＶＡｍｉｎ＝−１．０ｐｕなど予め設定された上下限値をもっており、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆはその値を逸脱しないよう制限される。更にこの最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆはリミット値演算回路３７に与えられ、リミット値演算回路３７ではこの値を基に、リミッタ回路５６で使用する上下限リミット値を演算する。演算方法としては、たとえば変換器の容量定格がＭＶＡの場合、上限リミット値＝＋√（ＭＶＡ２−Ｉｑｒｅｆ２）、下限リミット値＝−√（ＭＶＡ２−Ｉｑｒｅｆ２）とする。最終的な有効電流指令値Ｉｄｒｅｆはその上下限値を逸脱しないようリミッタ回路５６で制限される。
【００９６】
（作用）
図１９に示す第１５実施例を使用した場合、過電圧が発生しておらず有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’がゼロの時は上位制御系や交流電圧制御回路から与えられる電流指令値Ｉｄｒｅｆ’、Ｉｑｒｅｆ’がそれぞれ有効電力定格値±０．８ｐｕ、無効電力定格値±０．６ｐｕで制限され、従来の制御回路と同等に動作する。過電圧が発生し有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’が発生した場合、リミッタ回路２１により無効電流指令値Ｉｑｒｅｆは変換器容量定格値±１．０ｐｕを越えない範囲内で補正が行われる。その結果得られる値は、場合によっては無効電力定格値±０．６ｐｕを越える大きさ（例えば＋０．９ｐｕ）になる可能性がある。その場合、リミット値演算回路３７で演算されるリミッタ回路５６の上下限リミット値は、±√（ＭＶＡ２−Ｉｑｒｅｆ２）＝±√（１２−０．９２）＝±０．４３６ｐｕとなる。有効電流指令値Ｉｄｒｅｆはこの範囲を逸脱しないようリミッタ回路５６により制限されて出力される。
【００９７】
（効果）
この第１５実施例によれば、通常時は従来の制御装置と同様、有効電流指令値と無効電流指令値はそれぞれ有効電力定格、無効電力定格を逸脱しない範囲の値で、更に皮相電流が変換器定格容量を越えない範囲で運転される。過電圧が発生した場合には、無効電流指令値に対して変換器定格容量を越えない範囲で補正が行われ、その結果得られた値に基づいて制限値が演算され、有効電流指令値が制限(低減）される。この結果、無効電力出力を優先する運転となり、より効果的に過電圧を抑制することができる。これはき電系統の負荷が殆どリアクトル成分だからである。
【００９８】
［第１６実施例]
図２０は本発明の第１６実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令値及び無効電流指令値を出力する制御ブロックを示し、特に各電流指令値に対する出力リミッタの他の構成を示すブロック図である。図中の有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’は上記第１５実施例と同様に図４、図７における有効電流指令値補正回路２２の出力信号、あるいは図６、図８、図１２、図１４、図１７における増幅器２６の出力信号、あるいは図１１における最大値選択回路３１の出力信号である。無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’は、また第１５実施例と同様に、図４、図７における無効電流指令値補正回路１９の出力信号、あるいは図６、図８、図１２、図１４、図１７における増幅器２７の出力信号、あるいは図１１における最大値選択回路３０の出力信号である。更に、図中の有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ’は図４〜図８、図１４、図１７等の実施例で上位制御系あるいは交流電圧制御回路１２あるいは増幅器２８から与えられる有効電流指令値信号である。また、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏ’は図４〜図８、図１４、図１７等の実施例で交流電圧制御回路１２あるいは増幅回路２９から与えられる無効電流指令値信号である。
【００９９】
上位制御系または交流電圧制御回路１２から与えられる有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ’と無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏ’は、例えば有効電力定格値±０．８ｐｕと無効電力定格値±０．６ｐｕなど予め設定された上下限値をそれぞれもつリミッタ回路３５、３６で制限された後、リミット値演算回路３８に与えられる。リミット値演算回路３８では、変換器の定格容量値ＭＶＡ（例えば１．０ｐｕ）と有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏより、リミッタ回路３９で使用される上下限リミット値、すなわち無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’に対するリミット値を演算する。演算は有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏと、補正後の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏ＋ΔＩｑｒｅｆから得られる皮相電流が定格容量を越えないようにΔＩｑｒｅｆに対するリミット値を求めるものである。すなわち定格容量をＭＶＡとすると、上限リミット値ΔＩｑｒｅｆｍａｘ＝√（ＭＶＡ２−Ｉｄｒｅｆｏ２）−Ｉｑｒｅｆｏ、下限リミット値ΔＩｑｒｅｆｍｉｎ＝−√（ＭＶＡ２−Ｉｄｒｅｆｏ２）−Ｉｑｒｅｆｏ、という演算によりリミッタ回路３９の上下限リミット値を求める。無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’はこのリミット値で値が制限された後、加算器２０で無効電流指令値Ｉｑｒｅｆｏと加算されて最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆが得られる。一方、この最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとリミッタ回路３５の出力信号である有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏがリミット値演算回路４０に与えられる。
【０１００】
リミット値演算回路４０では、変換器の定格容量値ＭＶＡ（例えば１．０ｐｕ）と有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ、最終的な無効電流指令値Ｉｑｒｅｆより、リミッタ回路４１で使用される上下限リミット値、すなわち有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’に対する上下限リミット値を演算する。演算は最終的な無効電流指令値Ｉｄｒｅｆと、補正後の有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏ＋ΔＩｄｒｅｆから得られる皮相電流が定格容量を越えないようにΔＩｄｒｅｆに対するリミット値を求めるものである。すなわち定格容量をＭＶＡとすると、上限リミット値ΔＩｄｒｅｆｍａｘ＝√（ＭＶＡ２−Ｉｑｒｅｆ２）−Ｉｄｒｅｆｏ、下限リミット値ΔＩｄｒｅｆｍｉｎ＝−√（ＭＶＡ２−Ｉｑｒｅｆ２）−Ｉｄｒｅｆｏ、という演算によりリミッタ回路４１の上下限リミット値を求める。有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’はこのリミット値で値が制限された後、加算器２３で有効電流指令値Ｉｄｒｅｆｏと加算されて最終的な有効電流指令値Ｉｄｒｅｆが得られる。
【０１０１】
（作用）
図２０に示す第１６実施例を使用した場合、過電圧が発生しておらず有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’がゼロの時は上位制御系や交流電圧制御回路から与えられる電流指令値Ｉｄｒｅｆ’、Ｉｑｒｅｆ’がそれぞれ有効電力定格値±０．８ｐｕ、無効電力定格値±０．６ｐｕで制限され、従来の制御回路と同等に動作する。過電圧が発生し有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ’、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆ’が発生した場合、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは上位制御系から与えられる有効電流指令値に影響を与えず、かつ結果として得られる皮相電流が変換器容量定格値±１．０ｐｕを越えない範囲内に制限される。たとえばＩｄｒｅｆｏ＝＋０．８ｐｕ、Ｉｑｒｅｆｏ＝０．５ｐｕで運転している状態で、値ΔＩｑｒｅｆ’＝＋０．２ｐｕが与えられた場合に、Ｉｑｒｅｆ＝Ｉｑｒｅｆｏ＋ΔＩｑｒｅｆ’＝０．７ｐｕとすると皮相電流が１．０ｐｕを越えるため、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆは＋０．１ｐｕに制限される。更に有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆは無効電流指令値の補正を行った上で電流容量に余裕のある範囲内に制限される。たとえば上記のようにＩｄｒｅｆｏ＝＋０．８ｐｕで補正後の無効電流指令値Ｉｑｒｅｆ＝０．６ｐｕとなった場合に、ΔＩｄｒｅｆとして正の値が与えられても上限リミット値がゼロになっているため有効電流に対しては補正が行われない。ΔＩｄｒｅｆが負の値であれば皮相電流が低減される方向なので補正が行われる。
【０１０２】
（効果）
この第１６実施例によれば、通常時は従来の制御装置と同様、有効電流指令値と無効電流指令値はそれぞれ有効電力定格、無効電力定格を逸脱しない範囲の値で、更に皮相電流が変換器定格容量を越えない範囲で運転される。過電圧が発生した場合には、無効電流指令値に対して変換器定格容量を越えず、かつ上位制御系から与えられる有効電流指令値に対しては影響を与えない範囲で補正が行われ、その結果得られた値で有効電流指令値が制限されることで、無効電力出力を優先する運転となり、より効果的に過電圧を抑制することができる。
【０１０３】
［第１７実施例]
上記第１５実施例、第１６実施例では、過電圧の発生により有効電流指令値及び無効電流指令値に対する補正を行う場合に、無効電流指令値に対する補正を優先させて変換器定格容量内で運転を行う方法について説明した。
【０１０４】
電力変換装置の設置目的や接続される系統（き電系統以外の系統）の特性によっては、有効電流指令値に対する補正を優先させるニーズがある可能性がある。そのようなシステムにおいては、図１９及び図２０の実施例において、有効電流指令値と無効電流指令値に対するリミッタの構成及びリミット値の演算方法を入れ替えることにより、有効電力出力の補正を優先した運転とすることが可能である。そのような場合は、有効電流指令値に対して変換器定格容量を越えない範囲で補正が行われ、その結果得られた値に基づいて制限値が演算され、無効電流指令値が制限される。
【０１０５】
［第１８実施例]
図２１は本発明の第１８実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための回路構成を示すブロック図である。
【０１０６】
無効電力補償装置あるいは電力変換装置が接続された単相交流系統の、瞬時電圧検出値Ｖ（ｔ）が絶対値検出器４２に入力され、その出力を積分器４３で基本周波数の１サイクルの間積分する。その結果得られた値を規格化回路４４で規格化した値を現時点での交流電圧の大きさ、すなわち交流電圧検出値Ｖａｃとする。絶対値検出器４２、積分器４３、規格化回路４４で構成されるブロックは、図２９あるいは図３０に示される電圧検出器５に対応する。交流電圧検出値Ｖａｃは前述したように遅延回路１６で設定された遅延時間ΔＴｄだけ遅延される。差分器１７は遅延回路１６により遅延された値と交流電圧検出値Ｖａｃとの差分を検出し、検出された差分は電圧の短時間変化分として例えば図１のレベル検出器１８に供給される。
【０１０７】
（作用と効果）
単相交流電圧Ｖ（ｔ）を実効値Ｖａｃ、角周波数ωの正弦波とすると、単相交流電圧Ｖ（ｔ）は、
Ｖ（ｔ）＝√２・Ｖａｃ・ｃｏｓωｔ      ・・・・・・・・・・  （１）
と現すことができる。この絶対値を１サイクル間積分すると、積分値Ｖｉｎｔは、
Ｖｉｎｔ＝２√２・Ｖａｃ／ω      ・・・・・・・・・・  （２）
であり、係数ω／２√２をかけてやれば実効値電圧Ｖａｃが求められる。
【０１０８】
従って、１サイクル積分器４３により現時点から１サイクル（交流電圧が例えば５０Ｈｚの場合は０．０２秒固定値）前までの瞬時電圧の絶対値を積分し、得られた積分値に対して、規格化回路４４で上記係数ω／２√２を乗算することで、連続的に実効値電圧すなわち単相交流電圧の大きさＶａｃを提供することができる。更にその値を一定時間前の値と比較することで、単相の交流電圧の大きさの短時間の変化分を検出することができる。
【０１０９】
［第１９実施例]
図２２は本発明の第１９実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための他の回路構成を示すブロック図である。
【０１１０】
図２２の回路が図２１と異なる点は、位相検出器４５が設けられており、単相交流電圧の瞬時検出値Ｖ（ｔ）がこの位相検出器４５に入力され、得られた位相信号が積分器４３に与えられている点である。積分器４３は基本周波数の１サイクル間の積分を連続的に行う。図２１の構成の場合、たとえば５０Ｈｚ系統であれば現時点から０．０２秒前までの入力信号が積分されるが、系統の周波数が変動した場合には固定の時間だけ積分すると、検出した電圧の大きさに誤差が生じる。図２２の実施例では位相検出器４５により実際の電圧の１サイクルを正確に検出してその期間の積分を行うことで、より精度よく電圧の大きさ及びその変化分を検出することができる。
【０１１１】
［第２０実施例]
図２３は本発明の第２０実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための回路構成を示すブロック図である。
【０１１２】
図２３の回路が図２１と異なる点は、絶対値検出器４２のかわりに二乗演算回路４６が設けられており、単相交流電圧瞬時検出値Ｖ（ｔ）がこの二乗演算回路に入力されてＶ（ｔ）２の演算が行われ、得られた値が積分器４３に与えられている点である。更に積分器４３の出力に対して平方根演算回路４７で平方根が演算され規格化回路４４に与えられる。
【０１１３】
（作用と効果）
（１）式で得られる単相交流電圧Ｖ（ｔ）を二乗して１サイクル間積分すると、
Ｖｉｎｔ２＝２π・Ｖａｃ２／ω      ・・・・・・・・・・  （３）
であり、この平方根をとって係数√（ω／２π）をかけてやれば実効値電圧Ｖａｃが求められる。従って図２３の回路を用いることで図２１の実施例と同様に、連続的に実効値電圧すなわち単相交流電圧の大きさを提供できる。更にその値を一定時間前の値と比較することで、単相の交流電圧の大きさの短時間の変化分を検出することができる。
【０１１４】
また図２１の第１８実施例に対する図２２の第１９実施例と同様、図２３の第２０実施例に対しても位相検出器を設けて実際の電圧の１サイクルを検出してその期間の積分を行うことで、より精度よく電圧の大きさ及びその変化分を検出することができる。
【０１１５】
[その他の実施例]
図２１〜図２３で説明した第１８実施例〜第２０実施例では、瞬時電圧信号の絶対値あるいは二乗値に対して基本周波数の１サイクル間の積分を行う構成としたが、これを半サイクル間の積分とし、規格化回路４４の係数を２倍しても同様に単相電圧の大きさを検出できる。半サイクル積分とした場合、検出対象の正弦波電圧信号の正側と負側の大きさが非対称であると、検出した電圧の大きさに脈動が重畳する可能性があるが、１サイクル積分に比べて電圧変動をより高速に検出できるというメリットもある。適用する系統の特性や装置を、設置する目的に応じて１サイクル積分または半サイクル積分を選択すればよい。
【０１１６】
［第２１実施例]
図２４は本発明の第２１実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための他の回路構成を示すブロック図である。
【０１１７】
無効電力補償装置あるいは電力変換装置が接続された単相交流系統の、瞬時電圧検出値Ｖ（ｔ）が遅延回路４８及び演算回路４９に入力される。遅延回路４８では入力信号を基本周波数の１／４サイクルすなわち９０°遅延させＶ（ｔ−９０°）の信号を得る。演算回路４９では瞬時電圧検出値Ｖ（ｔ）と９０°遅延されたＶ（ｔ−９０°）を使用し、
Ｖ＝√（Ｖ２（ｔ）＋Ｖ２（ｔ−９０°））    ・・・・・・  （４）
の演算を行う。単相交流電圧Ｖ（ｔ）が（１）式で得られる信号の場合、その９０°遅れの信号は、
Ｖ（ｔ−９０°）＝√２・Ｖａｃ・ｃｏｓ（ωｔ−９０°）＝√２・Ｖａｃ・ｓｉｎωｔ  ・・・・・  （５）
であり、（１）式と（５）式を（４）式に代入すると、
Ｖ＝√２・Ｖａｃ・√（ｃｏｓ２ωｔ＋ｓｉｎ２ωｔ）＝√２・Ｖａｃ  ・・・・・  （６）
であり、１／√２倍すれば実効値電圧すなわち単相交流電圧の大きさを検出することができる。更にその値を一定時間前の値と比較することで、単相の交流電圧の大きさの短時間の変化分を検出することができる。
【０１１８】
［第２２実施例]
図２５は本発明の第２２実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための他の回路構成を示すブロック図である。
【０１１９】
図２５の回路が図２４と異なる点は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）５０が設けられており、単相交流電圧瞬時検出値Ｖ（ｔ）がこの帯域通過フィルタ５０に入力され、得られた信号が遅延回路４８及び演算回路４９に与えられている点である。帯域通過フィルタ５０は入力信号の基本周波数成分を出力する特性を持っている。図２１〜図２３で説明した各実施形態は、電圧の瞬時検出値を積分して大きさを求めているため、電圧信号に高調波歪みが重畳しても影響を受けにくい。しかし、図２４に示す第２１実施例では瞬時電圧検出値及びその遅延信号をそのまま使用して電圧の大きさＶａｃを求めているため、電圧変動に対する応答が速い反面、高調波歪みの影響を受けやすいという短所がある。図２５に示す第２２実施例では、瞬時検出信号に対して基本周波数を通過させる帯域通過フィルタ５０による処理を行うことで、高調波歪みの影響を受けにくい安定した検出信号を得ることができる。  
[第２３実施例]
図２６は本発明の第２３実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための回路構成を示すブロック図であって、その出力信号は例えば図１のレベル検出器８に供給される。
【０１２０】
無効電力補償装置あるいは電力変換装置が接続された単相交流系統の、瞬時電圧検出値Ｖ（ｔ）が絶対値検出回路４２に入力されて絶対値が出力される。その値がメモリ回路５１に入力され、メモリ回路５１では現時点から３／４サイクル前から１／４サイクル前までの値を記憶し、最大値選択回路５２ではメモリ回路５１に蓄えられた値の中で最大の値を選択して出力する。絶対値検出器４２の出力と最大値選択回路５２の出力が差分器５３で突き合わされ、その差分が電圧の短時間上昇分として出力されてレベル検出器１８に与えられる。
【０１２１】
（作用と効果）
図２６の（第２３実施例）を使用した場合の、各信号の動作例を図２７に示す。単相交流電圧の波高値が、１．０、１．０、１．１、０．９、１．４・・・と変化した場合、絶対値検出器４２の出力信号は図２７（ａ）のように変化する。これに対して３／４サイクル前〜１／４サイクル前の間の最大値を選択すると、図２７（ｂ）のような波形が得られる。これが最大値選択回路５２の出力信号となる。図２７（ａ）の信号すなわち絶対値検出器４２の出力と図２７（ｂ）の信号すなわち最大値選択回路５２の差分を求めると図２７（ｃ）の信号が得られる。これが加算器５３の出力となる。この値がレベル検出器１８の動作レベル値より大きくなるとレベル検出器が動作する。すなわち瞬時電圧がその１サイクル程度前の電圧波高値に比べて一定値以上大きくなった場合に、短時間過電圧が発生したと判断される。これにより、単相交流電圧の急激な電圧上昇を検出することができる。
【０１２２】
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１実施例に係る無効電力補償装置の交流電圧制御ブロックの構成を示す図である。
【図２】図１の無効電流指令値補正回路の出力信号波形の一例を示す図である。
【図３Ａ】従来の無効電力補償装置を適用した場合の動作シミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｂ】図１の交流電圧制御ブロックを無効電力補償装置に適用した場合の動作シミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロックの構成を示す図である。
【図５】図４の有効電流指令値補正回路及び無効電流指令値補正回路の出力信号波形の例を示す図である。
【図６】本発明の第５実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロックの構成を示す図である。
【図７】本発明の第６実施例に係る電力変換装置の交流電圧の制御ブロックの構成を示す図である。
【図８】本発明の第７実施例に係る電力変換装置の交流電圧の制御ブロックの構成を示す図である。
【図９】本発明の第８実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。
【図１０】図９の無効電流指令値補正回路、及び最大値選択回路の出力信号波形の例を示す図である。
【図１１】本発明の第９実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第１０実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第１１実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第１２実施例に係る電力変換装置の制御回路中の、有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。
【図１５】図７に示す第６実施例に対して、交流電圧検出値に対するレベル検出器と論理積回路を追加した構成を示す図である。
【図１６】本発明の第１３実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１４実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の有効電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆ、及び無効電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆを生成する制御ブロックの構成を示す図である。
【図１８】図７に示す第６実施例に対して、交流電圧検出値Ｖａｃに対するレベル検出器３２と論理和回路３４を追加した構成を示す図である。
【図１９】本発明の第１５実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の、有効電流指令値及び無効電流指令値に対する出力リミッタの構成を示す制御ブロック図である。
【図２０】本発明の第１６実施例に係る電力変換装置の交流電圧制御ブロック中の有効電流指令値と無効電流指令値に対する出力リミッタの構成を示す制御ブロック図である。
【図２１】本発明の第１８実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための回路構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第１９実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための他の回路構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第２０実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための回路構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第２１実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための他の回路構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第２２実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための他の回路構成を示すブロック図である。
【図２６】本発明の第２３実施例に係る無効電力補償装置あるいは電力変換装置が単相交流系統に接続されている場合において、その単相交流電圧の短時間の変化の大きさを検出するための回路構成を示すブロック図である。
【図２７】図２６の絶対値検出器、最大値選択回路、及び加算器の出力信号波形の例を示す図である。
【図２８】き電系統に無効電力補償装置あるいは電力変換装置が接続されたシステムの構成を示す図である。
【図２９】一般的な交流電圧制御を適用した無効電力補償装置（ＳＶＣ）の構成を示す図である。
【図３０】一般的な交流電圧制御を適用した電力変換装置のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１…交流母線、２…変圧器、３…サイリスタ制御リアクトル、４…電力用コンデンサ、５…電圧検出器、６…交流電圧制御回路、７…出力電流制御回路、８…パルス発生回路、９…変圧器、１０…自励式変換器、１１…直流電源、１２…交流電圧制御回路、１３…電流検出器１４…出力電流制御回路、１５…パルス発生回路、１６…遅延回路、１７…加算器、１８…レベル検出器、１９…無効電流指令値補正回路、２０…加算器、２１…リミッタ回路、２２…有効電流指令値補正回路、２３…加算器、２４…差分器、２５…電流指令値補正回路、２６…増幅器、２７…増幅器、２８…増幅器、２９…増幅器、３０…最大値選択回路、３１…最大値選択回路、３２…レベル検出器、３３…論理積（ＡＮＤ）回路、３４…論理和（ＯＲ）回路、３５…リミッタ回路、３６…リミッタ回路、３７…リミット値演算回路、３８…リミット値演算回路、３９…リミッタ回路、４０…リミット値演算回路、４１…リミッタ回路、４２…絶対値検出器、４３…積分器、４４…規格化回路、４５…位相検出回路、４６…二乗演算回路、４７…平方根演算回路、４８…遅延回路、４９…演算回路、５０…帯域通過フィルタ、５１…メモリ回路、５２…最大値選択回路、５３…加算器、５４…差分器、５５…差分器、５６…リミッタ回路、１００…き電変電所、１０１…電力系統、１０２…系統インピーダンス、１０３…き電変圧器、１０４…き電線路、１０５…無効電力補償装置あるいは電力変換装置、１０６…列車負荷。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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