(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を含み、それぞれ直流電源に並列に接続された３つのスイッチング部と、前記直流電源に並列に接続され、かつ、互いに直列接続された第１および第２のコンデンサとを有し、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの接続点が３相の電力系統における第１相〜第３相のうちの第２相に接続されており、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換して前記３相の電力系統へ出力する電力変換部と、
前記第１および第２のコンデンサのうち少なくとも一方のコンデンサの電圧を検出する第１電圧検出部と、
前記スイッチング部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第２相の電圧に基づいて前記第２相に対応する交流電圧指令を生成する指令生成部と、
前記第１相〜第３相のうち前記第１相と前記第２相との間が接地されている場合に、前記第１電圧検出部によって検出される前記コンデンサの電圧と、前記第２相に対応する交流電圧指令とに基づいて、前記直流電源の電位と接地電位との間の変動を抑制するように、前記３つのスイッチング部のうち前記第２相に接続された前記スイッチング部を制御するスイッチング制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第２相の電圧を検出する第２相電圧検出部、を備え、
前記指令生成部は、
前記第１電圧検出部によって検出される前記コンデンサの電圧が、前記第２相電圧検出部によって検出される前記第２相の電圧の変動に応じて変動するように、前記第２相に対応する交流電圧指令を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記指令生成部は、
前記第１相および前記第３相に対応する第１交流電圧指令および第３交流電圧指令を生成する第１指令生成部と、
前記第２相に対応する交流電圧指令として第２交流電圧指令を生成する第２指令生成部と、
前記第１交流電圧指令および前記第３交流電圧指令をそれぞれ前記第２交流電圧指令に基づいて補正する補正部と、を備え、
前記スイッチング制御部は、
前記補正部によって補正された前記第１交流電圧指令に基づいて、前記３つのスイッチング部のうち前記第１相に接続された前記スイッチング部を制御する第１スイッチング制御部と、
前記第２交流電圧指令に基づいて、前記第２相に接続された前記スイッチング部を制御する第２スイッチング制御部と、
前記補正部によって補正された前記第３交流電圧指令に基づいて、前記３つのスイッチング部のうち前記第３相に接続された前記スイッチング部を制御する第３スイッチング制御部と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記電力変換部から前記第１相と前記第３相にそれぞれ交流電圧が出力されるように、前記３つのスイッチング部のうち前記第１相および前記第３相にそれぞれ接続された前記スイッチング部を制御する出力制御部と、
前記直流電源の電位が前記接地電位に対して一定になるように、前記３つのスイッチング部のうち前記第２相に接続された前記スイッチング部を制御する変動抑制部と、を備え、
前記変動抑制部は、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の電圧と直流電圧指令との差に基づき、変動抑制指令を生成する変動抑制指令生成部と、
前記第１相〜第３相のうち前記第２相が接地されている場合に、前記変動抑制指令に基づいて、前記直流電源の電位が前記接地電位に対して一定になるように、前記第２相に接続された前記スイッチング部を制御するスイッチング制御部と、を備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力変換部は、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの接続点と前記第２相とを接続するジャンパー線を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第２相の電圧に基づいて、前記電力系統の前記第２相が接地されているか、前記第１相と前記第２相との間が接地されているかを検出する接地種別検出部と、
前記接地種別検出部による検出結果に基づいて前記電力変換部を制御する駆動制御部と、を備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の電力変換装置と、
前記直流電源として直流発電機と、
を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項８】
複数のスイッチング素子を含み、それぞれ直流電源に並列に接続された３つのスイッチング部と、前記直流電源に並列に接続され、かつ、互いに直列接続された第１および第２のコンデンサとを有し、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの接続点が３相の電力系統における第１相〜第３相のうちの第２相に接続された電力変換部によって、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換して前記３相の電力系統へ出力する電力変換工程と、
前記第１および第２のコンデンサのうち少なくとも一方のコンデンサの電圧を検出する電圧検出工程と、
前記スイッチング部を制御する制御工程と、
を含み、
前記制御工程は、
前記第２相の電圧に基づいて前記第２相に対応する交流電圧指令を生成し、
前記第１相〜第３相のうち前記第１相と前記第２相との間が接地されている場合に、前記電圧検出工程によって検出される前記コンデンサの電圧と、前記第２相に対応する交流電圧指令とに基づいて、前記直流電源の直流電圧の電位と接地電位との間の変動を抑制するように、前記３つのスイッチング部のうち前記第２相に接続された前記スイッチング部を制御する
ことを特徴とする電力変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電力変換装置、発電システムおよび電力変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池や燃料電池などの直流電源から出力される直流電力を交流電力へ変換し、電力系統へ出力する電力変換装置が知られている。電力系統の種別として、例えば、単相３線式の電力系統、平衡３相の電力系統、３相Ｓ相接地の電力系統、および、３相Ｖ結線の電力系統が知られており、電力系統の種別に応じた電力変換装置が用いられる。
【０００３】
例えば、単相３線式の電力系統へ電力を出力する電力変換装置として、中性相の電圧指令をゼロとし、残りの相の電圧指令を互いに１８０°の位相差を有するよう生成し、これらの電圧指令に基づいてインバータブリッジの制御を行う電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３３７０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置では、中性相が接地されるため、中性相に接続されたスイッチング素子のオンにより、直流電源の電位と接地電位との間の電圧であるコモンモード電圧が変動する。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、直流電源の電位と接地電位との間の電圧であるコモンモード電圧の変動を抑え、３相の電力系統に適用することができる電力変換装置、発電システムおよび電力変換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部および制御部を備える。前記電力変換部は、複数のスイッチング素子を含み、それぞれ直流電源に並列に接続された３つのスイッチング部を有し、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換して３相の電力系統へ出力する。前記制御部は、前記直流電源の電位と接地電位との間の変動を抑制するように、前記３つのスイッチング部のうち少なくとも１つのスイッチング部を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、直流電源の電位と接地電位との間の電圧であるコモンモード電圧の変動を抑えることができる電力変換装置、発電システムおよび電力変換方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る発電システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、Ｓ相接地の電力系統の構成例を示す図である。
【図３】図３は、Ｓ相接地制御モードにおける制御部の構成例を示す図である。
【図４】図４は、変動抑制制御を行わない場合のコンデンサ電圧および系統電流のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図５は、変動抑制制御を行わない場合のコンデンサ電圧および系統電流のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図６は、変動抑制制御を行った場合のコンデンサ電圧および系統電流のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図７は、Ｖ結線の電力系統の構成例を示す図である。
【図８】図８は、Ｖ結線制御モードにおける制御部の構成例を示す図である。
【図９】図９は、スイッチング部および変動制御部による変動抑制制御を行った場合の、Ｓ相の系統電圧と第１および第２のコンデンサの電圧の状態を示す図である。
【図１０】図１０は、Ｒ相電圧指令、変動抑制指令およびＲ相電圧指令の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、制御部の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、制御部の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置、発電システムおよび電力変換方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
［１．発電システム］
図１は、実施形態に係る発電システムの構成例を示す図である。図１に示す発電システム１００は、電力変換装置１および直流電源２を備える。電力変換装置１は、直流電源２から出力される直流電力を交流電力へ変換して３相の電力系統３へ出力する。なお、直流電源２は、例えば、太陽電池、燃料電池などの直流発電機である。
【００１２】
電力変換装置１は、端子Ｔｐ、Ｔｎと、端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔと、電力変換部１０と、系統電圧検出部２１と、系統電流検出部２２と、コンデンサ電圧検出部２３と、制御部３０とを備える。端子Ｔｐ、Ｔｎは、直流電源２に接続され、端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔは、電力系統３に接続される。
【００１３】
電力変換部１０は、制御部３０による制御に基づき、直流電源２から供給される直流電力を交流電力へ変換して電力系統３へ出力する。かかる電力変換部１０は、スイッチング部１１〜１３と、フィルタ１４と、ジャンパー線１５と、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２とを備える。
【００１４】
スイッチング部１１〜１３は、それぞれ複数のスイッチング素子を含み、直流電源２に並列に接続される。例えば、スイッチング部１１は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を有し、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点がフィルタ１４を介して電力系統３のＲ相（第１相の一例）に接続される。
【００１５】
スイッチング部１２は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を有し、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点がフィルタ１４を介して電力系統３のＳ相（第２相の一例）に接続される。スイッチング部１３は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を有し、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点がフィルタ１４を介して電力系統３のＴ相（第３相の一例）に接続される。
【００１６】
なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）などの半導体素子である。
【００１７】
フィルタ１４は、リアクトルＬ１〜Ｌ３およびコンデンサＣ４〜Ｃ６を有するＬＣフィルタである。なお、フィルタ１４は、ＬＣＬフィルタであってもよい。第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２は、互いに直列接続され、直流電源２に並列に接続される。第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２は、例えば、互いに同じ静電容量である。
【００１８】
ジャンパー線１５は、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２との接続点Ｎと電力系統３のＳ相とを接続する。かかるジャンパー線１５は、除去可能であり、ジャンパー線１５が電力変換部１０から除去された場合、接続点Ｎと電力系統３のＳ相とが接続されない状態になる。
【００１９】
したがって、例えば、ジャンパー線１５を取り外すことにより、３アーム（３ブリッジ）構成の電力変換部になる。そのため、スイッチング部１１〜１３による変調方式を３相平衡用の変調方式へ切り替えることにより電力変換部１０の回路基板などを変更することなく、３相平衡の電力系統３に接続できる。
【００２０】
また、例えば、制御部３０は、ジャンパー線１５を接続するか否かにかかわらず、接地電位ＧＮＤに対する直流電源２の電位が交流的に変動をしないように、Ｓ相のアームであるスイッチング部１２を制御し、必要に応じて他の２相に補正の波形を加えることができる。これにより、３相平衡の電力系統３に電力を供給する電力変換部と、Ｓ相接地やＶ結線の電力系統３に電力を供給する電力変換部を共用化することができる。
【００２１】
系統電圧検出部２１は、電力系統３のＲ相−Ｓ相との間の瞬時電圧値Ｖｒｓ（以下、系統相間電圧Ｖｒｓと記載する）と、電力系統３のＴ相−Ｓ相との間の瞬時電圧値Ｖｔｓ（以下、系統相間電圧Ｖｔｓと記載する）を検出する。また、系統電圧検出部２１は、電力系統３のＲ相、Ｓ相およびＴ相の瞬時電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ（以下、系統電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔと記載する）を検出することもできる。
【００２２】
系統電流検出部２２は、電力変換部１０と電力系統３のＲ相、Ｓ相およびＴ相とに流れる電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ（以下、系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔと記載する）を検出する。コンデンサ電圧検出部２３（第１電圧検出部の一例）は、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２をコンデンサ電圧Ｖｃとして検出する。
【００２３】
制御部３０は、例えば、系統相間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔおよびコンデンサ電圧Ｖｃに基づいて、スイッチング部１１〜１３を制御する。かかる制御部３０は、電力系統３の種類に応じたＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ６を生成し、かかるＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ６によりスイッチング部１１〜１３を制御する。電力変換装置１が対応可能な電力系統３の種類は、Ｓ相接地の電力系統、Ｖ結線の電力系統および３相平衡の電力系統などである。
【００２４】
［２．制御部３０の制御モード］
制御部３０の制御モードとして、Ｓ相接地制御モード、Ｖ結線制御モードおよび３相平衡制御モードがある。Ｓ相接地制御モードは、Ｓ相接地の電力系統３に対する制御部３０の制御モードであり、Ｖ結線制御モードは、Ｖ結線の電力系統３に対する制御部３０の制御モードであり、３相平衡制御モードは、３相平衡の電力系統３に対する制御部３０の制御モードである。以下、Ｓ相接地制御モードおよびＶ結線制御モードについてそれぞれ説明する。
【００２５】
［２．１．Ｓ相接地制御モード］
図２は、Ｓ相接地の電力系統３の構成例としてスター・デルタトランスを用いた例を示す図である。図２に示すように、Ｓ相接地の電力系統３は、３相交流電源４と、変圧器５とを備える。変圧器５の二次巻線５ａ、５ｂのうちＲ相とＳ相との間の二次巻線５ｂのＳ相側が接地される。
【００２６】
図３は、Ｓ相接地制御モードにおける制御部３０の構成例を示す図である。図３に示すように、制御部３０は、出力制御部５０と、変動抑制部５１とを備える。
【００２７】
出力制御部５０は、電力変換部１０からＲ相とＴ相にそれぞれ交流電圧が出力されるように、スイッチング部１１、１３を制御する。出力制御部５０は、例えば、第２のスイッチング部１２を制御しなくても、第１および第３のスイッチング部１１、１３によって端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔの相間電圧が３相平衡になるように電力変換部１０に対する制御を行う。かかる制御は、２アームＳ相接地トポロジ用の制御とも呼ばれることがある。
【００２８】
出力制御部５０は、電圧指令生成部５２と、第１スイッチング制御部６１と、第３スイッチング制御部６３とを備える。電圧指令生成部５２は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を生成する。Ｓ相接地の場合、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*は、Ｒ相−Ｓ相の相間電圧に対応する指令であり、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*は、Ｔ相−Ｓ相の相間電圧に対応する指令である。電圧指令生成部５２は、例えば、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*を系統相間電圧Ｖｒｓに同期させた指令とし、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*を系統相間電圧Ｖｔｓに同期させた指令とする。
【００２９】
第１スイッチング制御部６１は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*に応じた交流電圧が電力系統３のＲ相へ出力されるように、スイッチング部１１へＰＷＭ信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。また、第３スイッチング制御部６３は、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*に応じた交流電圧が電力系統３のＴ相へ出力されるように、スイッチング部１３へＰＷＭ信号Ｓ５、Ｓ６を出力する。その結、例えば力率１での運転の場合、電力系統３の中性点電位から見た電力系統３の各相の電圧に電力変換部１０の出力電流を同期させることができる。電力系統３の中性点電位は、デルタトランスの場合は仮想中性点電位である。
【００３０】
なお、電圧指令生成部５２は、例えば、後述するように、系統相間電圧Ｖｒｓ、Ｖｔｓに基づき、電力系統３の位相や振幅を検出し、ｄｑ座標系において、電流制御を行うが、空間ベクトル法によりＲ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を生成することもできる。
【００３１】
変動抑制部５１は、変動抑制指令生成部５３および第２スイッチング制御部６２を備える。変動抑制指令生成部５３は、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２を一定の直流電圧に保つように電力変換部１０に対する制御を行う。また、コンデンサ電圧検出部２３が第１のコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１をコンデンサ電圧Ｖｃとして検出した場合でも同様である。
【００３２】
変動抑制部５１による制御がない場合、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の変動は、電力系統３のＳ相と電力変換部１０との間の電流の流入出により、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量が小さくなればなるほど大きくなる。そして、電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２の変動が大きいほど、電力系統３の出力電流を３相平衡の電流に保つことが難しくなる。また、Ｓ相が接地されているため、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎと接地電位ＧＮＤとの間の電位差は、電力系統３の電圧周期またはその高調波周期で大きく変動する。
【００３３】
そこで、変動抑制部５１は、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量が大きい場合と同様の状態になるように変動抑制指令Ｖｃ*を生成し、かかる変動抑制指令Ｖｃ*により第２のスイッチング部１２を適切に制御する。変動抑制指令生成部５３は、例えば、コンデンサ電圧Ｖｃと直流電圧指令Ｖｄｃ*との差に基づき、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎが接地電位ＧＮＤに対して一定になるように変動抑制指令Ｖｃ*を生成する。
【００３４】
変動抑制指令生成部５３は、指令出力部５４と、比較部５５とを備える。指令出力部５４は、直流電圧指令Ｖｄｃ*を出力する。直流電圧指令Ｖｄｃ*は、例えば、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｄｃの１／２倍の値である。比較部５５は、コンデンサ電圧Ｖｃと直流電圧指令Ｖｄｃ*との差に応じた変動抑制指令Ｖｃ*を出力する。
【００３５】
なお、比較部５５は、例えば、コンパレータや差分回路である。また、比較部５５は、例えば、減算部およびＰＩ（比例積分）制御部を備える構成であってもよい。この場合、減算部は、直流電圧指令Ｖｄｃ*からコンデンサ電圧Ｖｃを減算し、ＰＩ制御部は、減算部の減算結果がゼロになるようにＰＩ制御して変動抑制指令Ｖｃ*を生成する。
【００３６】
第２スイッチング制御部６２は、変動抑制指令Ｖｃ*に基づき、スイッチング部１２へＰＷＭ信号Ｓ３、Ｓ４を出力する。これにより、コンデンサ電圧Ｖｃを一定に制御することができるため、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動を抑制することができる。
【００３７】
ここで、スイッチング部１２および変動抑制部５１による変動抑制制御を行わない場合について説明する。図４および図５は、変動抑制制御を行わない場合のコンデンサ電圧Ｖｃおよび系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔのシミュレーション結果を示す図である。図４は、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量が大きい場合（例えば、１００００ｕＦ）の結果を示し、図５は、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量が小さい場合（例えば、１００ｕＦ）の結果を示す。
【００３８】
第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量が大きい場合、図４に示すように、変動抑制制御を行わない場合であっても、コンデンサ電圧Ｖｃは変動が少なく、電力変換装置１から電力系統３へは３相交流電流が流れる。Ｓ相の電位は接地電位ＧＮＤであり、第２のコンデンサＣ２はＳ相に接続されることから、接地電位ＧＮＤに対する直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎの変動も少ない。
【００３９】
一方、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量が小さい場合、図５に示すように、コンデンサ電圧Ｖｃは変動が大きくなり、電力変換装置１から電力系統３へ流れる電流は、バランスを保った３相平衡電流とすることができない。また、Ｓ相が接地されているため、コンデンサ電圧Ｖｃの変動が大きいことは同時に、接地電位ＧＮＤに対する直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎの変動も大きいことを意味し、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動が大きくなる。
【００４０】
第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２は、定格電圧が高いため、静電容量が大きいほど高価で大型になる。また、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量が大きい場合、寿命が相対的に短い電解コンデンサに頼らざるを得ない場合もある。
【００４１】
したがって、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量は小さいことが望ましい。しかし、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の接続点Ｎを電力系統３のＳ相に接続し、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量を小さくすると、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動が大きくなる。そのため、直流電源２から接地電位ＧＮＤへの漏れ電流が大きくなるおそれがある。
【００４２】
このように、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動は、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧変動に依存することから、電力変換装置１は、コンデンサ電圧Ｖｃと直流電圧指令Ｖｄｃ*との差が低減されるようにスイッチング部１２を制御する。これにより、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の小型化、低コスト化を図りつつも、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧変動が抑制され、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動を抑制することができる。なお、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量を小さくできることから、例えば、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２を電解コンデンサに代えて、フィルムコンデンサとすることで、電力変換装置１の小型化、長寿命化および高信頼化を図ることができる。
【００４３】
図６は、変動抑制制御を行った場合のコンデンサ電圧Ｖｃおよび系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔのシミュレーション結果を示す図である。図６に示すように、変動抑制制御により、第２のコンデンサＣ２の電圧変動が抑制され、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動が抑制される。また、電力変換装置１から電力系統３へ流れる電流は、３相を保つことができる。
【００４４】
なお、コンデンサ電圧検出部２３は、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２をコンデンサ電圧Ｖｃとして検出したが、第１のコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１をコンデンサ電圧Ｖｃとして検出することもできる。
【００４５】
また、上述した電力変換装置１では、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２を互いに同じ静電容量としたが、第１のコンデンサＣ１の静電容量と第２のコンデンサＣ２の静電容量Ｃａとを異なる静電容量Ｃｂにすることもできる。この場合も、直流電圧指令Ｖｄｃ*を変えることなく、コンデンサ電圧Ｖｃを一定に制御することで等価な効果が得られる。
【００４６】
また、第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２のうち一方のコンデンサ（以下、検出対象コンデンサと記載する）のみを設けるようにしてもよい。この場合、検出対象コンデンサの電圧をコンデンサ電圧Ｖｃとしてコンデンサ電圧検出部２３により検出する。この場合、変動抑制部５１は、コンデンサ電圧Ｖｃが変動しないように、直流電圧指令Ｖｄｃ*を生成する。直流電圧指令Ｖｄｃ*は、例えば、直流電圧Ｖｄｃの１／２倍の値である。
【００４７】
なお、検出対象コンデンサの容量は、検出対象コンデンサとリアクトルＬ２とによるフィルタ効果によって、第２のスイッチング部１２のスイッチングによって生じるリップルに対してコンデンサ電圧Ｖｃが安定するように設定される。
【００４８】
また、上述した変動抑制部５１は、コンデンサ電圧Ｖｃに基づいて変動抑制指令Ｖｃ*を生成するが、接地電位ＧＮＤに対する直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎが一定になるように、変動抑制指令Ｖｃ*を生成すればよい。例えば、変動抑制部５１は、系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔの振幅が互いに同じになるように、電圧位相θとｑ軸電流指令Ｉｑ*に基づいて、変動抑制指令Ｖｃ*を生成することもできる。ただし、この場合は、スイッチング部１１、１２、１３のスイッチングによって発生するキャリア周波数帯のコモンモード電圧変動を抑制する手段が制御部３０に別途設けられる。
【００４９】
［２．２．Ｖ結線制御モード］
次に、Ｖ結線制御モードについて説明する。Ｖ結線の電力系統３は、例えば、単相トランス２台で３相交流電圧を出力する構成である。かかるＶ結線の電力系統３において、２台の単相トランスのうち一方の単相トランスが家庭用系統電源用の単相３線方式トランスで構成される場合が近年増加している。
【００５０】
図７は、Ｖ結線の電力系統３の構成例を示す図である。図７に示すように、Ｖ結線の電力系統３は、３相交流電源４と、変圧器６とを備える。変圧器６の二次巻線６ａ、６ｂのうちＲ相とＳ相の間の二次巻線６ｂが接地される。
【００５１】
図８は、Ｖ結線制御モードにおける制御部３０の構成例を示す図である。図８に示すように、制御部３０は、出力制御部５０および変動抑制部５１を備える。出力制御部５０は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を生成する。
【００５２】
出力制御部５０は、電力変換部１０からＲ相とＴ相にそれぞれ交流電圧が出力されるように、スイッチング部１１、１３を制御する。出力制御部５０は、電圧指令生成部５２と、第１スイッチング制御部６１と、第３スイッチング制御部６３と、補正部６４とを備える。
【００５３】
電圧指令生成部５２（第１指令生成部の一例）は、例えば、系統相間電圧Ｖｒｓに同期し、Ｒ相の系統電流ＩｒがＲ相の電流指令Ｉｒ*と一致するように、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*（第１交流電圧指令の一例）を生成する。また、電圧指令生成部５２は、例えば、系統相間電圧Ｖｔｓに同期し、Ｔ相の系統電流ＩｔがＴ相の電流指令Ｉｔ*と一致するように、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*（第３交流電圧指令の一例）を生成する。
【００５４】
電圧指令生成部５２は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*によって３相平衡の出力電流が電力変換部１０から電力系統３へ出力されるように電流制御を行う構成である。かかる電流制御は、Ｓ相接地方式の電流制御と呼ばれることもある。なお、電圧指令生成部５２は、例えば、後述するように、系統相間電圧Ｖｒｓ、Ｖｔｓに基づき、電力系統３の位相や振幅を検出し、ｄｑ座標系において、電流制御を行うが、空間ベクトル法によりＲ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を生成することもできる。
【００５５】
補正部６４は、変動抑制部５１によって生成される変動抑制指令Ｖｃ*（第２交流電圧指令の一例）に基づき、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を補正し、Ｒ相電圧指令Ｖｒ１*およびＴ相電圧指令Ｖｔ１*を生成する。かかる補正部６４は、減算部６５、６６と、ゲイン補正部６７、６８とを備える。
【００５６】
ゲイン補正部６７は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*と補正量Ｇ１とを乗算し、ゲイン補正部６８は、Ｔ相電圧指令Ｖｓ*と補正量Ｇ２とを乗算する。減算部６５は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*と補正量Ｇ１との乗算結果から交流電圧指令Ｖａｃ*を減算してＲ相電圧指令Ｖｒ１*を生成する。減算部６６は、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*と補正量Ｇ２との乗算結果から交流電圧指令Ｖａｃ*を減算してＴ相電圧指令Ｖｔ１*を生成する。
【００５７】
第１スイッチング制御部６１は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ１*に応じた交流電圧が電力系統３のＲ相へ出力されるように、スイッチング部１１へＰＷＭ信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。また、第３スイッチング制御部６３は、Ｔ相電圧指令Ｖｔ１*に応じた交流電圧が電力系統３のＴ相へ出力されるように、スイッチング部１３へＰＷＭ信号Ｓ５、Ｓ６を出力する。
【００５８】
変動抑制部５１（第２指令生成部の一例）は、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動を抑制するための変動抑制指令Ｖｃ*を生成する。変動抑制部５１は、コンデンサ電圧Ｖｃと交流電圧指令Ｖａｃ*との差に基づき、変動抑制指令Ｖｃ*を生成する。
【００５９】
かかる変動抑制部５１は、変動抑制指令生成部５３と、第２スイッチング制御部６２とを備える。変動抑制指令生成部５３は、指令出力部５４、比較部５５および加算部５８を備える。指令出力部５４は、例えば、系統電圧検出部２１（第２相電圧検出部の一例）によって検出されたＳ相の系統電圧Ｖｓに基づき、かかる系統電圧Ｖに応じた交流電圧指令Ｖａｃ*出力する。交流電圧指令Ｖａｃ*は、電力系統３の周波数で変動する値である。また、指令出力部５４は、直流電圧指令Ｖｄｃ*を出力する。かかる直流電圧指令Ｖｄｃ*は、例えば、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｄｃの１／２倍の値である。
【００６０】
加算部５８は、交流電圧指令Ｖａｃ*と直流電圧指令Ｖｄｃ*とを加算して比較部５５へ出力する。比較部５５は、加算部５８の加算結果とコンデンサ電圧Ｖｃとの差に応じた変動抑制指令Ｖｃ*を出力する。
【００６１】
なお、比較部５５は、例えば、コンパレータや差分回路である。また、比較部５５は、例えば、減算部およびＰＩ（比例積分）制御部を備える構成であってもよい。この場合、減算部は、交流電圧指令Ｖａｃ*と直流電圧指令Ｖｄｃ*とを加算した値からコンデンサ電圧Ｖｃを減算する。また、ＰＩ制御部は、減算部の減算結果がゼロになるようにＰＩ制御して変動抑制指令Ｖｃ*を生成する。
【００６２】
Ｓ相接地の場合は、比較部５５に入力される電圧指令は直流電圧指令Ｖｄｃ*であったが、Ｓ相ではない部分が接地されているＶ結線のような場合は、電圧指令は、交流電圧指令Ｖａｃ*と直流電圧指令Ｖｄｃ*との加算値であり、直流成分と交流成分を含む。これにより、コンデンサ電圧Ｖｃは直流電圧指令Ｖｄｃ*に応じた直流電圧を中心として交流電圧指令Ｖａｃ*に応じて交流的な変動をする。そのため、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎが接地電位ＧＮＤに対して交流的に変動することを抑制することができる。
【００６３】
例えば、Ｓ相の電位が接地電位ＧＮＤに対して＋１００Ｖになっている場合、交流電圧指令Ｖａｃ*が＋１００Ｖの値であれば、第２のコンデンサＣ２の両端電圧が１００Ｖ大きくなり、直流電源２の電位Ｖｎの接地電位ＧＮＤに対する変動がゼロになる。また、Ｓ相の電位が接地電位ＧＮＤに対して−１００Ｖになっている場合、交流電圧指令Ｖａｃ*が−１００Ｖの値であれば、第２のコンデンサＣ２の両端電圧が１００Ｖ小さくなり、直流電源２の電位Ｖｎの接地電位ＧＮＤに対する変動がゼロになる。このように接地電位ＧＮＤに対する直流電源２の電位Ｖｎの変動がゼロであれば、接地電位ＧＮＤに対する直流電源２の電位Ｖｐの変動もゼロである。
【００６４】
このようにして、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎが接地電位ＧＮＤに対して変動することを抑制することが可能となる。また、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧制御は第２のスイッチング部１２とリアクトルＬ２を経由した半導体制御回路で行われるため、第１のコンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量は小さくすることができ、小型、低コスト、高信頼性を実現できる。
【００６５】
なお、指令出力部５４は、交流電圧指令Ｖａｃ*は、例えば、系統電圧Ｖｓに基づいて求めることができ、また、例えば、系統相間電圧Ｖｒｓまたは系統相間電圧Ｖｔｓと接地種別パラメータとに基づいて求めることもできる。接地種別パラメータは、例えば、電力系統３のどの部分が接地されているかを示すパラメータであり、手動で設定される。
【００６６】
第２スイッチング制御部６２は、変動抑制指令Ｖｃ*に基づき、スイッチング部１２へＰＷＭ信号Ｓ３、Ｓ４を出力する。これにより、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動を抑制することができる。
【００６７】
ここで、スイッチング部１２および変動抑制部５１による変動抑制制御を行わない場合について説明する。Ｖ結線の場合、二次巻線６ｂは、例えば、単相３線方式トランスで構成され、単独で単相３線式電源としても使用されることがある。例えば、単相３線式の電力系統用の電力変換装置が単相３線方式トランスに接続される場合がある。二次巻線６ｂが単相３線方式トランスで構成される場合、単相３線方式トランスの中点が接地されているため、端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔのいずれの電圧も、接地電位ＧＮＤに対して安定してはいない。
【００６８】
Ｓ相接地の場合、Ｓ相が接地されていることから、接地電位ＧＮＤに対して変動していないが、Ｖ結線の場合、端子Ｔｒの電位も接地電位ＧＮＤに対して変動する。そのため、直流電源２の正極と負極の電位Ｖｐ、Ｖｎは、接地電位ＧＮＤに対して変動し、直流電源２の電位と接地電位ＧＮＤとの間の静電容量により漏れ電流が発生する。
【００６９】
そこで、電力変換装置１とＶ結線の電力系統３との間に３相絶縁変圧器を設けて電力変換装置１からみてＳ相接地の電力系統になるようにしたり、電力変換装置１内に変圧器を設けたりすることが考えられる。しかしながら、このように変圧器を設けると、効率が低下し、また、コストもアップする。
【００７０】
一方、電力変換装置１は、上述のように変動抑制制御を行うことにより、変圧器を設けることなく、Ｖ結線の電力系統３に直接接続することができる。これにより、効率の低下やコストアップを抑制することができる。
【００７１】
なお、変動抑制制御を行わない場合でも、相間電圧Ｖｒｓ、Ｖｔｓは３相平衡状態が保たれることから、他の２個の端子Ｔｒ、Ｔｔの電位も、接地電位ＧＮＤからみた電圧変動に端子Ｔｒの電位が接地電位ＧＮＤに対して変動している値と同じ値が相対的に加わって見える。これはどの部分を１点接地しても、各相間電圧Ｖｒｓ、Ｖｔｓには何も影響を与えないので当然の現象であると言える。
【００７２】
しかしながら、３相平衡電源用の電力変換装置は、３相電源の中点が接地電位ＧＮＤに対して変動していない電力系統を想定し、Ｓ相接地用の電力変換装置は、Ｓ相が接地電位ＧＮＤに対して変動していない電力系統を想定したものである。そのため、接地方式の異なる電力変換装置を接続すると、電力変換動作そのものには影響ないが、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎは接地電位ＧＮＤに対して変動し、直流電源２の電位と接地電位ＧＮＤとの間の静電容量により漏れ電流が発生する。そこで、電力変換装置１は、上述のように変動抑制制御を行う。
【００７３】
図９は、スイッチング部１２および変動抑制部５１による変動抑制制御を行った場合の、Ｓ相の系統電圧Ｖｓ、第１のコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１、および、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２の状態を示す図である。
【００７４】
図９に示すように、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２は、系統電圧Ｖｓと同様に変化し、第１のコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１は、系統電圧Ｖｓとは逆に変化する。このため、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎの接地電位ＧＮＤに対する変動が抑制される。
【００７５】
第１および第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の両端電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２が変動することから、Ｓ相に対する直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎが変動する。そのため、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*に応じた電圧とＴ相電圧指令Ｖｔ*に応じた電圧をそのまま出力すると、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎの変動分がＲ相およびＴ相へ出力する電圧に含まれ、電流制御を精度よく行うことが難しい場合がある。
【００７６】
そこで、出力制御部５０は、変動抑制指令Ｖｃ*に基づき、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を補正する。これにより、直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎの変動分をＲ相およびＴ相へ出力する電圧から除去するようにしている。
【００７７】
図１０は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*、変動抑制指令Ｖｃ*およびＲ相電圧指令Ｖｒ１*の関係を示す図である。図１０に示すように、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*から変動抑制指令Ｖｃ*を減算して得られるＲ相電圧指令Ｖｒ１*は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*に対して振幅が小さくなる。Ｒ相電圧指令Ｖｒ１*の振幅は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*の振幅の０．７５倍程度である。また、Ｔ相電圧指令Ｖｔ１*の振幅も、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*の振幅の０．７５倍程度になる。
【００７８】
このように、Ｒ相電圧指令の振幅および、Ｔ相電圧指令の振幅を抑えることができるため、直流電源２の直流電圧Ｖｐｎが低い場合であっても、３相交流電圧を出力することができ、電力変換の効率を改善することができる。これは、直流電源２と電力変換装置１の交流側との間に昇圧コンバータなどの非絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータが具備されている場合も同様である。
【００７９】
なお、変動抑制部５１は、コンデンサ電圧Ｖｃに基づいて変動抑制指令Ｖｃ*を生成するが、変動抑制指令Ｖｃ*を予め記憶することもできる。例えば、変動抑制部５１は、ｑ軸電流指令Ｉｑ*に応じた変動抑制指令Ｖｃ*を予め記憶しておき、ｑ軸電流指令Ｉｑ*に応じた変動抑制指令Ｖｃ*を電圧位相θに応じて出力することもできる。
【００８０】
また、電圧指令生成部５２は、ｑ軸電流指令Ｉｑ*に応じたＲ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*からｑ軸電流指令Ｉｑ*に応じた変動抑制指令Ｖｃ*を減算した値をＲ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*として記憶してもよい。この場合、電圧指令生成部５２は、記憶しているＲ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*をｑ軸電流指令Ｉｑ*に応じて出力する。
【００８１】
また、変動抑制部５１は、Ｓ相の電圧に対する直流電源２の電位Ｖｐ、Ｖｎが一定になるように、変動抑制指令Ｖｃ*を生成すればよい。例えば、変動抑制部５１は、系統電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔの振幅が互いに同じになるように、電圧位相θとｑ軸電流指令Ｉｑ*に基づいて、変動抑制指令Ｖｃ*を生成することもできる。
【００８２】
なお、Ｖ結線の電力系統３は、Ｒ相とＳ相の中点が接地されるが、Ｒ相とＳ相の間であれば、Ｒ相とＳ相の中点が接地されていない電力系統３であってもよい。この場合でも、電力変換装置１は、Ｖ結線の電力系統３の場合と同様に、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動を抑制することができる。
【００８３】
なお、コンデンサ電圧検出部２３は、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２をコンデンサ電圧Ｖｃとして検出したが、第１のコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１をコンデンサ電圧Ｖｃとして検出することもできる。この場合、指令出力部５４は、例えば、系統電圧Ｖｓに対して正負が反転した電圧を交流電圧指令Ｖａｃ*として出力する。
【００８４】
［３．制御部３０の構成例］
以下、制御部３０の構成についてさらに説明する。図１１は、制御部３０の構成例を示す図である。図１１に示すように、制御部３０は、設定モード記憶部４５と、接地種別検出部４６と、電圧指令生成部５２と、変動抑制指令生成部５３と、切替部５６、５７と、第１〜第３スイッチング制御部６１〜６３と、補正部６４とを備える。
【００８５】
なお、電圧指令生成部５２、第１および第３スイッチング制御部６１、６３および補正部６４などにより上述した出力制御部５０が構成される。また、変動抑制指令生成部５３および第２スイッチング制御部６２などにより上述した変動抑制部５１が構成される。なお、図１１に示す制御部３０では、例えば、設定モード記憶部４５および接地種別検出部４６を除く制御部３０の構成が駆動制御部の一例である。
【００８６】
設定モード記憶部４５は、電力変換装置１の制御モードのうち選択された制御モード（以下、設定モードＰａと記載する）情報が記憶される。制御モードには、上述したように、Ｓ相接地制御モード、Ｖ結線制御モードおよび３相平衡制御モードがある。設定モードＰａは、例えば、電力変換装置１の設定モード入力部２５や接地種別検出部４６から入力される情報に基づいて選択され、設定モード記憶部４５に記憶される。
【００８７】
接地種別検出部４６は、Ｓ相の系統電圧Ｖｓに基づいて、電力系統３のＳ相が接地されているか、Ｒ相とＳ相との間が接地されているか、および、中性点が接地されているかを検出する。例えば、接地種別検出部４６は、Ｓ相の系統電圧Ｖｓが接地電位ＧＮＤと同等であれば、電力系統３がＳ相接地の電力系統であると判定する。
【００８８】
また、接地種別検出部４６は、例えば、系統電圧Ｖｓの振幅が第１範囲（例えば、８０Ｖ〜１２０Ｖｒｍｓ）で、かつ、系統電圧Ｖｓが系統相間電圧Ｖｒｓと同期していれば、電力系統３がＶ結線接地の電力系統であると判定する。また、接地種別検出部４６は、例えば、系統電圧Ｖｓの振幅が第２範囲（例えば、１００Ｖ〜１３０Ｖｒｍｓ）で、かつ、系統電圧Ｖｓが系統相間電圧Ｖｒｓと約３０度ずれた位相であれば、３相平衡の電力系統３であると判定する。
【００８９】
接地種別検出部４６は、判定した電力系統３の種類に応じた制御モードを設定モードＰａとして設定モード記憶部４５に記憶することができる。これにより、電力変換装置１は、電力系統３の種類（Ｓ相接地、Ｖ結線および３相平衡）を動的に検出し、検出結果に応じた電力動作を行うことができる。そのため、電力変換装置１の汎用性を高めることができ、また、電力変換装置１の設置者や電力系統３を調査する手間を省くことができる。なお、単にどの部分が接地されているかを識別できる接地種別パラメータを手動で設定する手動モードでもよい。
【００９０】
電圧指令生成部５２は、３相２相変換部３１、３３と、位相検出部３２と、回転座標変換部３４と、電流指令出力部３５と、減算部３６、３７と、ｄ軸電流制御部３８と、ｑ軸電流制御部３９と、電圧振幅指令生成部４０と、電圧位相指令生成部４１と、加算部４２と、３相指令生成部４３とを備える。
【００９１】
３相２相変換部３１は、系統相間電圧Ｖｒｓ、Ｖｔｓを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβとを求める。位相検出部３２は、α軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβに基づいて、電力系統３の電圧位相θを検出する。
【００９２】
３相２相変換部３３は、３相の系統電流Iｒ、Iｓ、Iｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸電流Iαとβ軸電流Iβとを求める。回転座標変換部３４は、電圧位相θに基づき、α軸電流Iαとβ軸電流Iβとをｄ軸電流Iｄおよびｑ軸電流Iｑに変換する。ｄ軸電流Iｄおよびｑ軸電流Iｑは、電圧位相θと同期して回転するｄｑ軸回転座標系の成分である。
【００９３】
電流指令出力部３５は、ｄ軸電流指令Iｄ*およびｑ軸電流指令Iｑ*を出力する。減算部３６は、ｄ軸電流指令Iｄ*からｄ軸電流Iｄを減算し、減算部３７は、ｑ軸電流指令Iｑ*からｑ軸電流Iｑを減算する。
【００９４】
ｄ軸電流制御部３８は、例えば、ＰＩ（比例積分）制御により、ｄ軸電流指令Iｄ*とｄ軸電流Iｄとの差がゼロになるようにｄ軸電圧指令Ｖｄ*を生成する。ｑ軸電流制御部３９は、例えば、ＰＩ（比例積分）制御により、ｑ軸電流指令Iｑ*とｑ軸電流Iｑとの差がゼロになるようにｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。
【００９５】
電圧振幅指令生成部４０は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*とに基づき、電圧指令Ｖ*を求める。例えば、電圧振幅指令生成部４０は、例えば、以下の式（１）の演算により電圧指令Ｖ*を求める。
Ｖ*＝（Ｖｄ*2＋Ｖｑ*2）1/2  ・・・（１）
【００９６】
電圧位相指令生成部４１は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*とに基づき、位相指令θ*を求める。例えば、電圧位相指令生成部４１は、例えば、以下の式（２）の演算により位相指令θ*を求める。加算部４２は、位相指令θ*に電圧位相θを加算して、位相θｖを演算する。
θ*＝ｔａｎ-1（Ｖｑ*／Ｖｄ*）  ・・・（２）
【００９７】
３相指令生成部４３は、電圧指令Ｖ*と位相θｖとに基づいて、電力系統３の各相に対応する電圧指令Ｖｒ*、Ｖｓ*、Ｖｔ*を求める。例えば、設定モードＰａが３相平衡制御モードである場合、３相指令生成部４３は、例えば、以下の式（３）〜（５）の演算により、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*、Ｓ相電圧指令Ｖｓ*、および、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*を求める。なお、電圧指令Ｖｒ*、Ｖｓ*、Ｖｔ*の生成は、式（３）〜（５）の演算に限定されない。
Ｖｒ*＝Ｖ*×ｓｉｎ（θｖ）              ・・・（３）
Ｖｓ*＝Ｖ*×ｓｉｎ（θｖ−（２π／３））・・・（４）
Ｖｔ*＝Ｖ*×ｓｉｎ（θｖ＋（２π／３））・・・（５）
【００９８】
また、３相指令生成部４３は、Ｓ相接地制御モードの場合、以下の式（６）、（７）の演算により、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を求める。なお、電圧指令Ｖｒ*、Ｖｔ*の生成は、式（６）、（７）の演算に限定されない。
Ｖｒ*＝√３×Ｖ*×ｓｉｎ（θｖ＋π／６）・・・（６）
Ｖｔ*＝−√３×Ｖ*×ｃｏｓ（θｖ）             ・・・（７）
【００９９】
また、３相指令生成部４３は、Ｖ結線制御モードの場合、以下の式（８）〜（１０）の演算により、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を求める。なお、電圧指令Ｖｒ*、Ｖｔ*の生成は、式（８）〜（１０）の演算に限定されない。
Ｖｒ*−Ｖｓ＝３（√３／２）×Ｖ*×ｓｉｎ（θｖ＋π／６）     ・・・（８）
Ｖｔ*−Ｖｓ＝−√（２１／４）×Ｖ*×ｓｉｎ（θｖ＋α）・・・（９）
α＝ａｒｃｓｉｎ（５／（２√７））      ・・・（１０）
【０１００】
変動抑制指令生成部５３は、指令出力部５４と、比較部５５と、加算部５８とを備える。指令出力部５４は、設定モードＰａがＳ相接地制御モードの場合、直流電圧指令Ｖｄｃ*を出力し、設定モードＰａがＶ結線制御モードの場合、交流電圧指令Ｖａｃ*と直流電圧指令Ｖｄｃ*とを出力する。加算部５８は、交流電圧指令Ｖａｃ*と直流電圧指令Ｖｄｃ*とを加算し、加算結果を電圧指令Ｖｒｅｆとして出力する。比較部５５は、電圧指令Ｖｒｅｆとコンデンサ電圧Ｖｃとの差に応じた変動抑制指令Ｖｃ*を出力する。なお、直流電圧指令Ｖｄｃ*は、例えば、直流電圧Ｖｄｃの１／２倍の値であるが、かかる値に限定されるものではない。
【０１０１】
切替部５６は、設定モードＰａが３相平衡制御モードである場合、電圧指令生成部５２によって生成されるＳ相電圧指令Ｖｓ*を第２スイッチング制御部６２へ出力する。一方、切替部５６は、設定モードＰａがＳ相接地制御モードまたはＶ結線制御モードである場合、変動抑制指令生成部５３によって生成される変動抑制指令Ｖｃ*を第２スイッチング制御部６２へ出力する。
【０１０２】
切替部５７は、設定モードＰａが３相平衡制御モードおよびＳ相接地制御モードである場合、「０」を補正部６４に出力する。一方、切替部５７は、設定モードＰａがＶ結線制御モードである場合、電圧指令Ｖｒｅｆを補正部６４に出力する。
【０１０３】
補正部６４は、減算部６５、６６と、ゲイン補正部６７、６８とを備える。ゲイン補正部６７は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*と補正量Ｇ１とを乗算し、ゲイン補正部６８は、Ｔ相電圧指令Ｖｓ*と補正量Ｇ２とを乗算する。減算部６５は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*と補正量Ｇ１との乗算結果から電圧指令Ｖｒｅｆを減算してＲ相電圧指令Ｖｒ１*を生成する。減算部６６は、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*と補正量Ｇ２との乗算結果から電圧指令Ｖｒｅｆを減算してＴ相電圧指令Ｖｔ１*を生成する。
【０１０４】
第１スイッチング制御部６１は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ１*に応じたＰＷＭ信号Ｓ１、Ｓ２をスイッチング部１１へ出力し、第２スイッチング制御部６２は、Ｓ相電圧指令Ｖｓ*または変動抑制指令Ｖｃ*に応じたＰＷＭ信号Ｓ３、Ｓ４をスイッチング部１２へ出力する。また、第３スイッチング制御部６３は、Ｔ相電圧指令Ｖｔ１*に応じたＰＷＭ信号Ｓ５、Ｓ６をスイッチング部１３へ出力する。
【０１０５】
なお、制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータやＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の集積回路により実現される。
【０１０６】
マイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、設定モード記憶部４５、接地種別検出部４６、出力制御部５０、変動抑制部５１、切替部５６、５７などの一部または全部の機能を実行することができる。また、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路によって、設定モード記憶部４５、接地種別検出部４６、出力制御部５０、変動抑制部５１、切替部５６、５７などの一部または全部の機能を実行することもできる。
【０１０７】
［４．制御部３０の制御フロー］
図１２は、制御部３０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１２に示す処理は、制御部３０により繰り返し実行される。
【０１０８】
図１２に示すように、制御部３０は、設定モードＰａが３相平衡制御モードであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。設定モードＰａが３相平衡制御モードである場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、制御部３０は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*、Ｓ相電圧指令Ｖｓ*、および、Ｔ相電圧指令Ｖｔ*を生成する（ステップＳ１１）。制御部３０は、例えば、上記式（３）〜（５）の演算により、電圧指令Ｖｒ*、Ｖｓ*、Ｖｔ*を演算する。
【０１０９】
設定モードＰａが３相平衡制御モードではない場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、制御部３０は、設定モードＰａがＳ相接地制御モードであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。設定モードＰａがＳ相接地制御モードである場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、制御部３０は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を生成する（ステップＳ１３）。制御部３０は、例えば、上記式（６）、（７）の演算により、電圧指令Ｖｒ*、Ｖｔ*を演算する。また、制御部３０は、コンデンサ電圧Ｖｃを一定にする変動抑制指令Ｖｃ*を生成する（ステップＳ１４）。
【０１１０】
設定モードがＳ相接地制御モードでなく、Ｖ結線制御モードである場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、制御部３０は、Ｒ相電圧指令Ｖｒ*およびＴ相電圧指令Ｖｔ*を生成する（ステップＳ１５）。制御部３０は、例えば、上記式（８）〜（１０）の演算により、電圧指令Ｖｒ*、Ｖｔ*を演算する。また、制御部３０は、コンデンサ電圧ＶｃがＳ相の系統電圧Ｖｓに応じて変動する変動抑制指令Ｖｃ*を生成する（ステップＳ１６）。
【０１１１】
ステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１６の処理が終了すると、制御部３０は、生成した指令に基づいてスイッチング部１１〜１３を制御する（ステップＳ１７）。
【０１１２】
なお、実施形態に係る電力変換装置１は、上述した構成に限定されない。例えば、電力変換装置１は、Ｓ相接地制御モードのみを実行する構成であってもよく、また、Ｖ結線制御モードのみを実行する構成であってもよい。また、電力変換装置１は、直流電源の電位と接地電位との間の変動を抑制するように、３つのスイッチング部１１〜１３のうち少なくとも１つのスイッチング部を制御するものであればよく、上記構成に限定されるものではない。
【０１１３】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  電力変換装置
２  直流電源
１０  電力変換部
１１〜１３  スイッチング部
１４  フィルタ
１５  ジャンパー線
２１  系統電圧検出部
２２  系統電流検出部
２３  コンデンサ電圧検出部
３０  制御部
４５  設定モード記憶部
４６  接地種別検出部
５０  出力制御部
５１  変動抑制部
５２  電圧指令生成部
５３  変動抑制指令生成部
５４  指令出力部
５５  比較部
６１  第１スイッチング制御部
６２  第２スイッチング制御部
６３  第３スイッチング制御部
６４  補正部
６５  減算部
６６  減算部
１００  発電システム
【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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