(57)【要約】【課題】ＳＴＡＴＣＯＭを用いた不平衡補償装置を三相交流系統と接続する場合，ＳＴＡＴＣＯＭを構成する電圧形インバータに加えて，各相にリアクトルが必要となり，その設置面積が大きいという課題があった。【解決手段】本発明は，スイッチング素子とエネルギー貯蔵素子とを備えた単位変換器を１つまたは複数直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路を２つ備えた不平衡補償装置において，前記２つの直列回路に含まれる前記リアクトル２つが磁気的に結合していることを特徴とする不平衡補償装置を提供する。【選択図】  図１
2016067124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給を受けた電力を電力変換して複数相で形成される電力路に供給することで前記電力路の電力を補償する電力補償装置において，前記電力路に，第１の電力変換部と第１のリアクトルを直列に接続した第１の直列回路を接続すると共に，第２の電力変換部と第２のリアクトルを直列に接続した第２の直列回路を接続し，前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルを磁気的に結合していることを特徴とする電力補償装置。
【請求項２】
請求項１において，前記第１の電力変換部或いは第２の電力変換部は，スイッチング素子とエネルギー貯蔵素子とを備えた単位変換器を１つまたは複数直列接続して構成したアームを有するように構成されることを特徴とする電力補償装置。
【請求項３】
請求項１において，前記第１の直列回路と前記第２の直列回路の一方が三相交流系統のある相間に接続しており，他方が三相交流系統の他の相間に接続していることを特徴とする電力補償装置。
【請求項４】
請求項２において，前記単位変換器の一部またはすべてがフルブリッジ回路，ハーフブリッジ回路，またはダブルハーフブリッジ回路であることを特徴とする電力補償装置。
【請求項５】
請求項２において，前記アームに，フルブリッジ回路，ハーフブリッジ回路，またはダブルハーフブリッジ回路で構成される単位変換器が混在していることを特徴とする電力補償装置。
【請求項６】
請求項２において，前記アームの一方がキャパシティブな無効電力を，他方がインダクティブな無効電力を供給する機能を有することを特徴とする電力補償装置。
【請求項７】
請求項１において，前記電力路に，第３の電力変換部と第３のリアクトルを直列に接続した第３の直列回路を接続し，前記第１のリアクトル，前記第２のリアクトル及び前記第３のリアクトルのいずれか２つが磁気的に結合していることを特徴とする電力補償装置。
【請求項８】
請求項７において，前記３つの直列回路の１つが三相交流系統のある相間に接続しており，もう１つが三相交流系統の他の相間に，残り１つが三相交流系統の残りの相間に接続していることを特徴とする電力補償装置。
【請求項９】
請求項７おいて，前記３つの直列回路の１つが三相交流系統のある相間に接続しており，もう１つが三相交流系統の他の相間に接続しており，残り１つが三相交流系統に対して変圧器を介して残りの相間に接続していることを特徴とする電力補償装置。
【請求項１０】
第１のリアクトルと第１の電力変換部を直列に接続した第１の直列回路を電力路に接続し，前記第１のリアクトルと磁気的に結合している第２のリアクトルと第２の電力変換部を直列に接続した第２の直列回路を前記電力路に接続し，第１の電力変換部と第２の電力変換部により，供給を受けた電力を電力変換して前記電力路に供給することで前記電力路の電力を補償する電力補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電力補償装置及び電力補償方法に係り，特に，単相負荷に起因する三相系統の不平衡を補償するのに好適な電力補償装置及び電力補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば三相で形成される複数相の電力系統では，複数相の各々の電圧及び位相が互いに整って供給されている。この電力系統に，例えば，消費電力が大きな負荷，あるいは，特殊な負荷が接続されると，該複数相の間に不平衡を生じることがある。
【０００３】
この現象を交流き電方式の電気鉄道を例として説明する。交流き電方式の電気鉄道には，三相交流系統の１つの線間電圧から受電している場合，すなわち，三相交流系統において，電気鉄道が単相負荷として接続している場合がある（電気鉄道に限らず，三相交流系統に単相負荷が接続される場合がある）。三相交流系統に単相負荷が接続されると，該単相負荷が接続された２つの相にのみ電流が流れ，残りの１相には電流が流れない。言い換えると，単相負荷が接続されると，三相交流系統に不平衡電流が流れる。
【０００４】
このように，不平衡電流が流れると，負荷の受電点までの送電系統のインピーダンス（系統インピーダンスと称する）の電圧降下が不平衡となることによって，負荷の受電点近傍の電圧も不平衡となる。電圧の不平衡は，並列に接続されている他の三相負荷に悪影響を及ぼす恐れがあるため，ある許容範囲内に抑制する必要がある。
【０００５】
そのため，電圧の不平衡を許容範囲内に抑制する目的で，不平衡電流に含まれる逆相成分（場合によっては正相成分）をキャンセルする電流を流す装置を接続する場合がある。電流を平衡とすることによって，系統インピーダンスの電圧降下も平衡になり，結果として該単相負荷および該不平衡補償装置の受電点近傍の電圧を平衡にできる。
【０００６】
例えば，〔非特許文献１〕は，サイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲ：thyristor-controlled reactor）を用いた他励静止形無効電力補償装置（ＳＶＣ：static var compensator）による不平衡補償装置の構成を開示している。なお，非特許文献１では，不平衡補償装置を「load balancer」と称している。
一方，〔特許文献１〕には，無効電力補償装置（ＳＶＣ）を複数用いて，その無効電力補償装置（ＳＶＣ）をリアクトルを介して接続することで，不平衡補償する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２５７２３８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】R. Gr?nbaum, “FACTS for power quality improvement in grids feeding high speed rail traction,” in Proc. IEEE International Electric Machines ＆ Drives Conference 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数の電力変換器を各々リアクトルを介して設けることにより，電力補償が可能となるものの，しかしながら，電力変換器を設けるのと同じ数のリアクトルが必要となり，そのリアクトルの設置面積が大きくならざるを得なく，近年要求される小型・低コスト化の要求に耐えられない。すなわち，交流系統と接続する場合，構成する電力変換器に加えて，各相に応じたリアクトルが必要となり，その設置面積が大きいという問題が生じる。
本発明の目的は，上記の問題点に鑑みたものであり，リアクトルを小形化することが可能となり，装置全体の設置面積を低減できる電力補償装置及び電力補償方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために，本発明では，供給を受けた電力を電力変換して複数相で形成される電力路に供給することで前記電力路の電力を補償する電力補償装置において，前記電力路に，第１の電力変換部と第１のリアクトルを直列に接続した第１の直列回路を接続すると共に，第２の電力変換部と第２のリアクトルを直列に接続した第２の直列回路を接続し，前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルを磁気的に結合しているように構成した。
また，第１のリアクトルと第１の電力変換部を直列に接続した第１の直列回路を電力路に接続し，前記第１のリアクトルと磁気的に結合している第２のリアクトルと第２の電力変換部を直列に接続した第２の直列回路を前記電力路に接続し，第１の電力変換部と第２の電力変換部により，供給を受けた電力を電力変換して前記電力路に供給することで前記電力路の電力を補償するように構成した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，リアクトルを小形化することが可能となるため，装置全体の設置面積を低減できるという効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による第１の形態
【図２】フルブリッジ形単位変換器
【図３】ハーフブリッジ形単位変換器
【図４】ダブルハーフブリッジ形単位変換器
【図５】不平衡補償装置が停止している場合における概略波形
【図６】不平衡補償装置が動作している場合における概略波形
【図７】鉄心入りリアクトル
【図８】空心リアクトル
【図９】本発明による第２の形態
【図１０】交流き電鉄道システムと並列に単相ＳＴＡＴＣＯＭを設置した場合
【図１１】リアクトルが磁気結合していない場合のフェーザ図の例
【図１２】リアクトルが磁気結合している場合のフェーザ図の例その１
【図１３】リアクトルが磁気結合している場合のフェーザ図の例その２
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
本発明の第１の実施例について説明する。
【００１４】
実施例１は，単位変換器を１つまたは複数直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路２つを三相交流系統に接続して構成した不平衡補償装置である。
【００１５】
本実施例の特徴は，前記２つの直列回路に含まれるリアクトルを，鉄心等の磁性体，または空気等の非磁性体を介して磁気結合した点にある。より詳しくは，前記の２つのリアクトルにそれぞれ流れる正方向の電流に起因する起磁力が強め合うように磁気結合した点に特徴がある。
【００１６】
本実施例によれば，あるインダクタンスを得るためのリアクトルの巻数を少なくできる，すなわちリアクトルを小形化できるという効果を得られる。
【００１７】
以下，図１を参照して実施例１の全体構成を説明する。
【００１８】
図１は，三相交流系統１０１の系統インピーダンス１０２を介した受電点１０３に，交流き電鉄道システム１０４と，本発明による不平衡補償装置１０５が連系している構成である。
【００１９】
交流き電鉄道システム１０４は，受電点１０３のｃ相とａ相の２相から単相受電しており，単相負荷である。したがって，三相交流系統１０１から見ると不平衡負荷である。
【００２０】
不平衡補償装置１０５は，交流き電鉄道システム１０４と並列に受電点１０３に接続している。
【００２１】
なお，交流き電鉄道システム１０４は，受電点１０３に接続している単相負荷の一例であり，単相負荷であればその他の種類の負荷であっても，本実施例の効果を得ることができる。
【００２２】
本明細書では，三相交流系統１０１の線間電圧をそれぞれＶＳａｂ，ＶＳｂｃ，ＶＳｃａと表記し，概ね平衡な電圧源であると仮定して説明する。
【００２３】
受電点１０３の線間電圧をそれぞれＶＲａｂ，ＶＲｂｃ，ＶＲｃａと表記する。
【００２４】
また，三相交流系統１０１に流れる電流をそれぞれＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃと表記し，交流き電鉄道システム１０４に流れる電流をＩＬｃａと表記する。
【００２５】
さらに，受電点から不平衡補償装置１０５に流れる電流をそれぞれＩＣａ，ＩＣｂ，ＩＣｃと表記する。
【００２６】
以下，交流き電鉄道システム１０４の内部構成を説明する。なお，図１における交流き電鉄道システム１０４はＡＴ（auto-transformer）き電方式の交流電気鉄道を概略的に描いた図である。
【００２７】
交流き電鉄道システム１０４は，例えば，変圧器１０６と，電車１０７，単巻変圧器１０８とから構成されている。
【００２８】
変圧器１０６の１次巻線は受電点１０３のｃ−ａ相間に接続している。変圧器１０６の２次巻線は，図１に示す通り，中点であるｒ点を引き出した構成となっている。２次巻線の３つの端子をそれぞれｔ点，ｒ点，ｆ点と称する。
【００２９】
電車１０７は，ｔ点とｒ点の間に接続している。また，ｔ点，ｒ点，ｆ点には，単巻変圧器１０８を接続している。
【００３０】
電車１０７の力行あるいは回生に伴う電流は，受電点１０３のｃ相，ａ相のみに流れ，ｂ相には流れない。
【００３１】
したがって，不平衡補償装置１０５が停止している場合，すなわち，ＩＣａ，ＩＣｂ，ＩＣｃがいずれも零である場合，三相交流系統１０１に流れる電流ＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃは，式（１）〜（３）のように書ける。
〔数１〕
ＩＳａ＝−ＩＬｃａ                                          （１）
〔数２〕
ＩＳｂ＝０                                                  （２）
〔数３〕
ＩＳｃ＝ＩＬｃａ                                            （３）
【００３２】
ｂ相に流れる電流ＩＳｂが零であることから，式（１）〜（３）に示した電流は不平衡である。
【００３３】
以下，本発明による不平衡補償装置１０５の内部構成について説明する。
【００３４】
不平衡補償装置１０５は，ａｂ相アーム１０９ａｂ，ｂｃ相アーム１０９ｂｃと結合リアクトル１１０を備えている。
【００３５】
ａｂ相アーム１０９ａｂとｂｃ相アーム１０９ｂｃは，それぞれ単位変換器１１１を１つ，または複数直列接続した回路である。単位変換器１１１の内部構成については後述する。
【００３６】
また，結合リアクトル１１０は，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを備えている。
【００３７】
受電点１０３のａ−ｂ相に，ａｂ相アーム１０９ａｂとａｂ相巻線１１２ａｂの直列回路を接続している。
【００３８】
また，受電点１０３のｂ−ｃ相に，ｂｃ相アーム１０９ｂｃとｂｃ相巻線１１２ｂｃの直列回路を接続している。
【００３９】
なお，図１では，受電点１０３のａ相に近い方にａｂ相アーム１０９ａｂを接続し，ｃ相に近い方にａｂ相巻線１１２ａｂを接続しているが，ａｂ相アーム１０９ａｂとａｂ相巻線１１２ａｂの接続位置が逆であってもよい。
【００４０】
同様に，図１では，受電点１０３のｂ相に近い方にｂｃ相巻線１１２ａｂを接続し，ｃ相に近い方にｂｃ相アーム１０９ｂｃを接続しているが，ｂｃ相巻線１１２ａｂとｂｃ相アーム１０９ｂｃの接続位置が逆であってもよい。
【００４１】
以下では，特に区別する必要がない場合，ａｂ相アーム１０９ａｂとｂｃ相アーム１０９ｂｃを総称して単に「アーム１０９」と表記する。
【００４２】
本明細書では，ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧をＶＣａｂと表記し，ｂｃ相アーム１０９ｂｃの両端電圧をＶＣｂｃと表記する。また，ａｂ相アーム１０９ａｂに流れる電流をＩＣａｂと表記し，ｂｃ相アーム１０９ｂｃに流れる電流をＩＣｂｃと表記する。
【００４３】
さらに，図１に示すように，ａｂ相巻線１１２ａｂの両端電圧をＶＬａｂと表記し，ｂｃ相巻線１１２ｂｃの両端電圧をＶＬｂｃと表記する。
【００４４】
結合リアクトル１１０において，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃの自己インダクタンスをＬと表記し，相互インダクタンスをＭと表記する。
【００４５】
不平衡補償装置１０５の各アーム１０９に流れる電流ＩＣａｂ，ＩＣｂｃと，受電点から不平衡補償装置１０５に流れる電流ＩＣａ，ＩＣｂ，ＩＣｃの関係は，式（４）〜（６）のように書くことができる。
〔数４〕
ＩＣａ＝ＩＣａｂ                                            （４）
〔数５〕
ＩＣｂ＝−ＩＣａｂ＋ＩＣｂｃ                                （５）
〔数６〕
ＩＣｃ＝−ＩＣｂｃ                                          （６）
【００４６】
不平衡電流補償装置１０５による不平衡補償の原理については，図５，６を参照して後述するが，その前に，図２〜４を参照して，単位変換器１１１の内部構成を説明する。さらに，不平衡補償装置が電流ＩＣａｂ，ＩＣｂｃを制御する原理について説明する。
【００４７】
以下，単位変換器１１１の内部構成と出力電圧の制御方法を説明する。
【００４８】
単位変換器１１１の内部構成として，図２〜４を参照して，３つの例を説明する。
【００４９】
以下，図２を参照して，フルブリッジ形単位変換器１１１ａの内部構成と出力電圧の制御方法を説明する。
【００５０】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐとｘ相上側環流ダイオード２０２ｘｐの逆並列回路と，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎとｘ相下側環流ダイオード２０２ｘｎの逆並列回路が，ｘ点で直列接続されている。これを，第１の直列回路と称することとする。
【００５１】
ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐとｙ相上側環流ダイオード２０２ｙｐの逆並列回路と，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎとｙ相下側環流ダイオード２０２ｙｎの逆並列回路は，ｙ点で直列接続されている。これを，第２の直列回路と称することとする。また，フルブリッジ形単位変換器１１１ａは，エネルギー貯蔵素子として，コンデンサ２０３を備えている。
【００５２】
フルブリッジ形単位変換器１１１ａは，前記第１，第２の直列回路とコンデンサ２０３がｐ点とｎ点で並列接続した構成である。
【００５３】
以下では，特に区別する必要がない場合，ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐ，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎ，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐ，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎ，および後述する図３，４の各スイッチング素子を総称して，単に「スイッチング素子２０１」と表記する。
【００５４】
同様に，特に区別する必要がない場合，ｘ相上側環流ダイオード２０２ｘｐ，ｘ相下側環流ダイオード２０２ｘｎ，ｙ相上側環流ダイオード２０２ｙｐ，ｙ相下側環流ダイオード２０２ｙｎ，および後述する図３，４の各環流ダイオードを総称して，単に「環流ダイオード２０２」と表記する。
【００５５】
以下，フルブリッジ形単位変換器１１１ａにおける電圧・電流を定義する。
【００５６】
ｙ点を基準としたｘ点の電圧をフルブリッジ形単位変換器１１１ａの出力電圧と称し，ＶＣｊｋと表記する。
【００５７】
また，コンデンサ２０３の電圧をＶＤｊｋと表記する。
【００５８】
ここで，ｊ＝ａｂ，ｂｃであり，当該フルブリッジ形単位変換器１１１ａが属するアーム１０９を意味する。ｋ＝１，２，…，Ｎであり，アーム１０９における当該フルブリッジ形単位変換器１１１ａの番号を意味する。Ｎは当該アーム１０９における単位変換器１１１の数である。
【００５９】
以下，スイッチング素子２０１のオン・オフ状態を制御することによって，出力電圧ＶＣｊｋを制御する方法を説明する。
【００６０】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオン，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオフ，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオン，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオフである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，概ね零となる。すなわち，ＶＣｊｋ＝０である。
【００６１】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオン，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオフ，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオフ，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオンである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，コンデンサ２０３の電圧ＶＤｊｋと概ね等しくなる。すなわち，ＶＣｊｋ＝ＶＤｊｋである。
【００６２】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオフ，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオン，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオン，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオフである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，コンデンサ２０３の電圧ＶＤｊｋと大きさが概ね等しく，逆極性の電圧となる。すなわち，ＶＣｊｋ＝−ＶＤｊｋである。
【００６３】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオフ，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオン，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオフ，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオンである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，概ね零となる。すなわち，ＶＣｊｋ＝０である。
【００６４】
以上より，スイッチング素子のオン・オフを制御することにより，フルブリッジ形単位変換器１１１ａの出力電圧ＶＣｊｋを制御できることが分かる。
【００６５】
ここで，図２，および，後述の図３，４では，スイッチング素子としてＩＧＢＴ（insulated-gate bipolar transistor）の記号を描いているが，本発明はこれに限るものではなく，オン・オフ制御形スイッチング素子であれば，ＢＪＴ（bipolar junction transistor），ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor），ＧＴＯ（gate turn-off）サイリスタ，ＩＧＣＴ（integrated gate-commutated thyristor）等，他の方式のスイッチング素子を用いた場合にも，本発明の効果を得ることができる。
【００６６】
以下，図３を参照して，ハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂの内部構成と出力電圧の制御方法を説明する。
【００６７】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐとｘ相上側環流ダイオード２０２ｘｐの逆並列回路と，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎとｘ相下側環流ダイオード２０２ｘｎの逆並列回路は，ｘ点で直列接続されている。これを，第１の直列回路と称することとする。
【００６８】
また，ハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂは，エネルギー貯蔵素子として，上側コンデンサ２０３ｐと下側コンデンサ２０３ｎの２つのコンデンサを備えている。
【００６９】
上側コンデンサ２０３ｐと下側コンデンサ２０３ｎはｍ点で直列接続されている。これを，第２の直列回路と称することとする。
【００７０】
ハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂは，前記の第１，第２の直列回路をｐ点とｎ点で並列接続した構成である。
【００７１】
以下，ハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂにおける電圧・電流を定義する。
【００７２】
ｍ点を基準としたｘ点の電圧をハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂの出力電圧と称し，ＶＣｊｋと表記する。
【００７３】
上側コンデンサ２０３ｐの電圧をＶＤＰｊｋ，下側コンデンサ２０３ｎの電圧をＶＤＮｊｋと表記する。
【００７４】
以下，スイッチング素子２０１のオン・オフ状態を制御することによって，出力電圧ＶＣｊｋを制御する方法を説明する。
【００７５】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオン，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオフである場合，ｍ点を基準としたｘ点の電圧は，上側コンデンサ２０３ｐの電圧ＶＤＰｊｋと概ね等しくなる。すなわち，ＶＣｊｋ＝ＶＤＰｊｋである。この場合，該単位変換器１１１ｂに流れる電流Ｉｊは，上側コンデンサ２０３ｐを通って流れる。
【００７６】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオフ，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオンである場合，ｍ点を基準としたｘ点の電圧は，下側コンデンサ２０３ｎの電圧ＶＤＮｊｋと大きさが概ね等しく，かつ，逆極性の電圧となる。すなわち，ＶＣｊｋ＝−ＶＤＮｊｋである。この場合，該単位変換器に流れる電流Ｉｊは，下側コンデンサ２０３ｎを通って流れる。
【００７７】
以上より，スイッチング素子のオン・オフを制御することにより，ハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂの出力電圧ＶＣｊｋを制御できることが分かる。
【００７８】
以下，図４を参照して，ダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃの内部構成を説明する。
【００７９】
ダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃは，ｘ相ハーフブリッジ４０１ｘとｙ相ハーフブリッジ４０１ｙをｍ点で逆直列に接続した構成である
【００８０】
以下では，特に区別する必要がない場合，ｘ相ハーフブリッジ４０１ｘとｙ相ハーフブリッジ４０１ｙを総称して単に「ハーフブリッジ４０１」と表記する。
【００８１】
以下，ハーフブリッジ４０１ｘの内部構成を説明する。
【００８２】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐとｘ相上側環流ダイオード２０２ｘｐの逆並列回路と，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎとｘ相下側環流ダイオード２０２ｘｎの逆並列回路は，ｘ点で直列接続されている。これを，第１の直列回路と称することとする。
【００８３】
また，ハーフブリッジ４０１ｘは，エネルギー貯蔵素子として，ｘ相上側コンデンサ２０３ｘｐとｘ相下側コンデンサ２０３ｘｎの２つのコンデンサを備えている。
【００８４】
ｘ相上側コンデンサ２０３ｘｐとｘ相下側コンデンサ２０３ｘｎはｍ点で直列接続されている。これを，第２の直列回路と称することとする。
【００８５】
ハーフブリッジ４０１ｘは，前記の第１，第２の直列回路をｐｘ点とｎｘ点で並列接続した構成である。
【００８６】
次に，ハーフブリッジ４０１ｙの内部構成を説明する。
【００８７】
ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐとｙ相上側環流ダイオード２０２ｙｐの逆並列回路と，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎとｙ相下側環流ダイオード２０２ｙｎの逆並列回路は，ｙ点で直列接続されている。これを，第１の直列回路と称することとする。
【００８８】
また，ハーフブリッジ４０１ｙは，エネルギー貯蔵素子として，ｙ相上側コンデンサ２０３ｙｐとＹ相下側コンデンサ２０３ｙｎの２つのコンデンサを備えている。
【００８９】
ｙ相上側コンデンサ２０３ｙｐとＸ相下側コンデンサ２０３ｙｎはｍ点で直列接続されている。これを，第２の直列回路と称することとする。このｍ点は，ｘ相ハーフブリッジ４０１のｍ点と共通である。
【００９０】
ハーフブリッジ４０１ｙは，前記の第１，第２の直列回路をｐｙ点とｎｙ点で並列接続した構成である。
【００９１】
前述のように，ｘ相ハーフブリッジ４０１ｘとＹ相ハーフブリッジ４０１ｙのｍ点は接続されている。
【００９２】
以下，ダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃにおける電圧・電流を定義する。
【００９３】
ｙ点を基準としたｘ点の電圧をダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃの出力電圧と称し，ＶＣｊｋと表記する。
【００９４】
ｘ相上側コンデンサ２０３ｘｐの電圧をＶＤｘｐｊｋ，ｘ相下側コンデンサ２０３ｘｎの電圧をＶＤｘｎｊｋと表記する。
【００９５】
同様に，ｙ相上側コンデンサ２０３ｙｐの電圧をＶＤｙｐｊｋ，ｙ相下側コンデンサ２０３ＹＮの電圧をＶＤｙｎｊｋと表記する。
【００９６】
以下，スイッチング素子２０１のオン・オフ状態を制御することによって，出力電圧ＶＣｊｋを制御する方法を説明する。
【００９７】
ただし，以下の説明では，４つのコンデンサ２０３の電圧が概ね等しい場合を仮定し，ＶＤｘｐｊｋ＝ＶＤｘｎｊｋ＝ＶＤｙｐｊｋ＝ＶＤｙｎｊｋ＝ＶＤｊｋと近似して説明する。
【００９８】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオン，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオフ，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオン，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオフである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，ｘ相上側コンデンサ２０３ｘｐの電圧とｙ相上側コンデンサ２０３ｙｐの電圧の差，すなわち概ねＶＣｊｋ＝０となる。この場合，該単位変換器１１１ｃに流れる電流Ｉｊは，ｘ相上側コンデンサ２０３ｘｐとｙ相上側コンデンサ２０３ｙｐを通る。
【００９９】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオン，Ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオフ，Ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオフ，Ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオンである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，ｘ相上側コンデンサ２０３ｘｐの電圧とＹ相下側コンデンサ２０３ｙｎの電圧の和，すなわち概ねＶＣｊｋ＝２ＶＤｊｋとなる。この場合，該単位変換器１１１ｃに流れる電流Ｉｊは，ｘ相上側コンデンサ２０３ｘｐとＹ相下側コンデンサ２０３ｙｎを通る。
【０１００】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオフ，ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオン，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオン，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオフである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，ｘ相下側コンデンサ２０３ｘｎの電圧とｙ相上側コンデンサ２０３ｙｐの電圧の和の逆極性の電圧，すなわち概ねＶＣｊｋ＝−２ＶＤｊｋである。この場合，該単位変換器に流れる電流Ｉｊは，ｘ相下側コンデンサ２０３ｘｎとＹ相上側コンデンサ２０３ｙｐを通る。
【０１０１】
ｘ相上側スイッチング素子２０１ｘｐがオフ，Ｘ相下側スイッチング素子２０１ｘｎがオン，ｙ相上側スイッチング素子２０１ｙｐがオフ，ｙ相下側スイッチング素子２０１ｙｎがオンである場合，ｙ点を基準としたｘ点の電圧は，ｘ相下側コンデンサ２０３ｘｐの電圧とｙ相下側コンデンサ２０３ｙｎの電圧の差，すなわち概ねＶＣｊｋ＝０となる。この場合，該単位変換器に流れる電流Ｉｊは，ｘ相下側コンデンサ２０３ｘｎとｙ相下側コンデンサ２０３ｙｎを通る。
【０１０２】
以上より，スイッチング素子のオン・オフを制御することにより，ダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃの出力電圧ＶＣｊｋを制御できることが分かる。
【０１０３】
以上で，単位変換器１１１の内部構成の３つの例を説明した。
【０１０４】
アーム１０９に含まれる単位変換器１１１として，図２〜４に示したいずれの単位変換器１１１ａ，ｂ，ｃを用いても，本発明の効果を得ることができる。
【０１０５】
また，１つのアーム１０９に，図２〜４に示した単位変換器１１１ａ，ｂ，ｃが混在していても，本発明の効果を得ることができる。
【０１０６】
また，図３のハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂと図４のダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃでは，スイッチング素子２０１のオン・オフ状態がいずれの場合にも，電流Ｉｊが必ずいずれかのコンデンサを通る。
【０１０７】
コンデンサは直流に対して理論上は無限大のインピーダンスを持つため，図３のハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂか，図４のダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃのいずれかがアーム１０９に含まれている場合，当該アーム１０９を流れる電流Ｉｊは直流成分を含まず，交流成分のみを含む。
【０１０８】
言い換えると，図３のハーフブリッジ形単位変換器１１１ｂか，図４のダブルハーフブリッジ形単位変換器１１１ｃのいずれかがアーム１０９に含まれている場合，当該アームから三相交流系統１０１に直流電流が流出することを防止できるという効果を得られる。
【０１０９】
以下，ａｂ相アーム１０９ａｂに流れる電流ＩＣａｂと，ｂｃ相アーム１０９ｂｃに流れる電流ＩＣｂｃを制御する方法を説明する。
【０１１０】
なお，詳しくは図１１〜１３を参照して後述するため，以下では概要のみを説明する。
【０１１１】
まず，ａｂ相アーム１０９ａｂの電流ＩＣａｂを制御する方法を説明する。また，ＩＣａｂの制御を通じて，ａｂ相アーム１０９ａｂと巻線１１２ａｂが受電点１０３に無効電力を供給できることを説明する。
【０１１２】
ただし，説明を簡単にするため，以下ではａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃの相互インダクタンスＭを零として説明し，後に，図１１〜１３を参照して，Ｍが有限の値の場合に，結合リアクトル１１０を小形化できる原理を説明する。
【０１１３】
図１において，ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧ＶＣａｂは，ａｂ相アーム１０９ａｂに含まれる１つまたは単位変換器１１１の出力電圧の和である。したがって，単位変換器１１１の出力電圧を制御することにより，ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧ＶＣａｂを制御できる。
【０１１４】
ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧ＶＣａｂの周波数と位相を，受電点１０３のａ−ｂ相の線間電圧ＶＲａｂの周波数と位相に一致するように制御し，かつ，ＶＣａｂの振幅をＶＲａｂの振幅と一致するように制御した場合，巻線１１２ａｂの両端電圧ＶＬａｂは概ね零となる。
【０１１５】
巻線１１２ａｂに流れる電流ＩＣａｂは，電圧ＶＬａｂの時間積分に比例する。上記のようにＶＬａｂが零の場合，電流ＩＣａｂは概ね零となる。
【０１１６】
この場合，ａｂ相アーム１０９ａｂとａｂ相巻線１１２ａｂが受電点１０３と授受する電力は零である。
【０１１７】
ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧ＶＣａｂの周波数と位相を，受電点１０３のａ−ｂ相の線間電圧ＶＲａｂの周波数と位相に一致するように制御し，かつ，ＶＣａｂの振幅をＶＲａｂの振幅よりも高くなるように制御した場合，巻線１１２ａｂの両端電圧ＶＬａｂは，ＶＲａｂと逆位相の電圧となる。
【０１１８】
巻線１１２ａｂに流れる電流ＩＣａｂは，正弦波定常状態においては，ＶＬａｂよりも位相が９０°遅れた電流となる。上記のようにＶＬａｂがＶＲａｂと逆位相の電圧である場合，電流ＩＣａｂは，ＶＲａｂよりも位相が９０°進んだ電流となる。
【０１１９】
すなわち，ａｂ相アーム１０９ａｂは，受電点１０３に対してキャパシティブな無効電力を供給する。
【０１２０】
ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧ＶＣａｂの周波数と位相を，受電点１０３のａ−ｂ相の線間電圧ＶＲａｂの周波数と位相に一致するように制御し，かつ，ＶＣａｂの振幅をＶＲａｂの振幅よりも低くなるように制御した場合，巻線１１２ａｂの両端電圧ＶＬａｂは，ＶＲａｂと同位相の電圧となる。
【０１２１】
巻線１１２ａｂに流れる電流ＩＣａｂは，正弦波定常状態においては，ＶＬａｂよりも位相が９０°遅れた電流となる。上記のようにＶＬａｂがＶＲａｂと同位相の電圧である場合，電流ＩＣａｂは，ＶＲａｂよりも位相が９０°遅れた電流となる。
【０１２２】
すなわち，ａｂ相アーム１０９ａｂは，受電点１０３に対してインダクティブな無効電力を供給する。
【０１２３】
以上で，ａｂ相アーム１０９ａｂに流れる電流ＩＣａｂを制御する方法を説明した。
【０１２４】
ｂｃ相アーム１０９ｂｃに流れる電流ＩＣｂｃを制御する方法は，上記の説明の「ａｂ」を「ｂｃ」に置き換えて読めば良いため，説明を省略する。
【０１２５】
以下，図５，６を参照して，不平衡補償装置１０５による不平衡補償原理を説明する。
【０１２６】
本実施例では，電車１０７がＰＷＭ（pulse-width modulation）整流器を備えている等の理由で，受電点１０３から見た交流き電鉄道システム１０４の力率が概ね１である場合を想定している。
【０１２７】
図５は，不平衡補償装置１０５が停止している場合，すなわち，ＩＣａｂ，ＩＣｂｃが零である場合の概略波形である。
【０１２８】
図５は，上から三相交流系統１０１の線間電圧ＶＳａｂ，ＶＳｂｃ，ＶＳｃａ，交流き電鉄道システムの電流ＩＬｃａ，不平衡補償装置１０５の各アーム１０９を流れる電流ＩＣａｂ，ＩＣｂｃ，三相交流系統１０１の相電圧ＶＳａ，ＶＳｂ，ＶＳｃ，受電点１０３から不平衡補償装置１０５に流れる電流ＩＣａ，ＩＣｂ，ＩＣｃ，三相交流系統に流れる電流ＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃの概略波形である。
【０１２９】
交流き電鉄道システム１０４は，受電点１０３のｃ−ａ相間に，概ね力率１の負荷として接続している。したがって，ＶＳｃａとＩＬｃａの位相が概ね一致している。
【０１３０】
式（１）〜（３）を用いて説明したように，不平衡補償装置１０５が停止している場合，ＩＬｃａはｂ相には流れないためＩＳｂが零になる等，三相交流系統１０１に流れる電流ＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃは不平衡になる。
【０１３１】
ＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃが不平衡である場合，系統インピーダンス１０２の電圧降下が不平衡となり，受電点１０３の線間電圧ＶＲａｂ，ＶＲｂｃ，ＶＲｃａが不平衡となる。不平衡な電圧は，受電点１０３に接続している図示されていない他の負荷に悪影響を及ぼす恐れがあるため，許容範囲内に抑制する必要がある。
【０１３２】
図６は，不平衡補償装置１０５が運転している場合の概略波形である。
【０１３３】
交流き電鉄道システム１０４による不平衡電流を補償するために，ａｂ相アーム１０９ａｂはキャパシティブな無効電力を発生し，ｂｃ相アーム１０９ｂｃはインダクティブな無効電力を発生する。
【０１３４】
すなわち，図６のＢ点とＤ点を比較すると分かる通り，ＶＳａｂに対してＩＣａｂが概ね９０°進んでいる。
【０１３５】
また，図６のＡ点とＣ点を比較すると分かる通り，ＶＳｂｃに対してＩＣｂｃが概ね９０°遅れている。
【０１３６】
結果として，Ｅ点とＦ点を比較すると分かる通り，ＩＣａｂとＩＣｂｃの位相差は概ね６０°となる。
【０１３７】
なお，ＩＬｃａの振幅に比較して，ＩＣａｂ，ＩＣｂｃの振幅を概ね１／√３倍とする。
【０１３８】
後述するように，本発明は，Ｅ点とＦ点を比較すると分かるように，ＩＣａｂとＩＣｂｃの位相差が概ね６０°となることを利用して，リアクトルを小形化する点に特徴がある。
【０１３９】
受電点１０３から不平衡補償装置１０５に流れる電流ＩＣａ，ＩＣｂ，ＩＣｃは，式（４）〜（６）に従って描くことができる。
【０１４０】
不平衡補償装置１０５が動作している場合，三相交流系統１０１に流れる電流ＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃは，図５のＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃと，図６のＩＣａ，ＩＣｂ，ＩＣｃの和となる。
【０１４１】
図６に示すように，ＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃは概ね平衡となり，かつ，Ｇ点とＨ点を比較すると分かるように，概ね力率１となる。
【０１４２】
以上で，不平衡補償装置１０５による不平衡補償の原理を説明した。
【０１４３】
以下，図１１〜１３を参照して，本発明の特徴である，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを磁気的に結合することにより，リアクトルを小形化できる原理を説明する。
【０１４４】
なお，図１１〜１３はフェーザ図である。
【０１４５】
まず，図１１を参照して，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃが磁気結合していない場合の各部電圧・電流の関係を説明する。
【０１４６】
以下では，ａｂ相アーム１０９ａｂがキャパシティブな無効電力，ｂｃ相アーム１０９ｂｃがインダクティブな無効電力を供給している場合を例に説明する。
【０１４７】
ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧Ｖａｂは，その位相が受電点１０３の線間電圧ＶＲａｂの位相と等しく，振幅がＶＲａｂの振幅より大きい。
【０１４８】
この場合，図１１に示すように，ａｂ相巻線１１２ａｂの両端電圧ＶＬａｂはＶＲａｂと逆位相の電圧となる。
【０１４９】
したがって，ａｂ相巻線１１２ａｂに流れる電流ＩＣａｂはＶＬａｂよりも９０°位相の遅れた電流となる。
【０１５０】
以上より，ＩＣａｂは，ＶＲａｂより９０°位相の進んだ電流となる。したがって，前述の通り，ａｂ相アーム１０９ａｂがキャパシティブな無効電力を受電点１０３に供給している。
【０１５１】
一方，ｂｃ相アーム１０９ｂｃの両端電圧Ｖｂｃは，その位相が受電点１０３の線間電圧ＶＲｂｃの位相と等しく，振幅がＶＲｂｃの振幅より小さい。
【０１５２】
この場合，図１１に示すように，ｂｃ相巻線１１２ｂｃの両端電圧ＶＬｂｃはＶＲｂｃと同位相の電圧となる。
【０１５３】
したがって，ａｂ相巻線１１２ａｂに流れる電流ＩＣａｂはＶＬａｂよりも９０°位相の遅れた電流となる。
【０１５４】
以上より，ＩＣａｂは，ＶＲａｂより９０°位相の進んだ電流となる。したがって，前述の通り，ａｂ相アーム１０９ａｂがインダクティブな無効電力を受電点１０３に供給している。
【０１５５】
さて，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを磁気結合すると，図１１は図１２のように変化する。
【０１５６】
なお，図１２，１３中のｋは結合率である。
【０１５７】
ａｂ相巻線１１２ａｂの両端電圧は，ＶＬａｂとｋ×ＶＬｂｃのベクトル和，すなわちＶＬａｂｔｏｔａｌとなる。
【０１５８】
同様に，ｂｃ相巻線１１２ｂｃの両端電圧は，ＶＬｂｃとｋ×ＶＬａｂのベクトル和，すなわちＶＬｂｃｔｏｔａｌとなる。
【０１５９】
ここで，図１２のＶＬａｂｔｏｔａｌの振幅は，図１１のＶＬａｂの振幅より大きい。
【０１６０】
同様に，図１２のＶＬｂｃｔｏｔａｌの振幅は，図１１のＶＬｂｃの振幅より大きい。
【０１６１】
言い換えると，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを磁気結合することによって，等価的に大きなインダクタンスを得られる。
【０１６２】
また，同じ大きさのインダクタンスが必要である場合，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを磁気結合することによって，巻数を低減できるため，リアクトルを小形化できるという効果を得られる。
【０１６３】
ただし，図１２では，ａｂ相アーム１０９ａｂの両端電圧ＶＣａｂと，該アームを流れる電流ＩＣａｂが直交していない。
【０１６４】
同様に，ｂｃ相アーム１０９ｂｃの両端電圧ＶＣｂｃと，該アームを流れる電流ＩＣｂｃが直交していない。
【０１６５】
この場合，各アーム１０９に流入出する有効電力が零ではなくなるため，各アーム１０９に含まれる単位変換器１１１のコンデンサ電圧ＶＤｊｋが継続的に上昇あるいは下降してしまい，不平衡補償装置１０５の正常な運転を妨げてしまう恐れがある。
【０１６６】
そこで，図１３に示すように，図１１，図１２から電流ＩＣａｂ，ＩＣｂｃの位相を変化させることにより，ＶＣａｂとＩＣａｂ，ＶＣｂｃとＩＣｂｃをそれぞれ直交させることができる。
【０１６７】
これによって，不平衡補償装置１０５を継続的に運転可能となる。
【０１６８】
なお，図１３においても，ＶＬａｂｔｏｔａｌの振幅は，図１１のＶＬａｂの振幅より大きい。
【０１６９】
同様に，図１３のＶＬｂｃｔｏｔａｌの振幅は，図１１のＶＬｂｃの振幅より大きい。
【０１７０】
言い換えると，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを磁気結合することによって，等価的に大きなインダクタンスを得られる。
【０１７１】
また，同じ大きさのインダクタンスが必要である場合，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを磁気結合することによって，巻数を低減できるため，リアクトルを小形化できるという効果を得られる。
【０１７２】
以下，磁気結合リアクトル１１０の内部構成について，図７，８を参照して説明する。
【０１７３】
図７は，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃを，鉄心７０１に巻回した構成である。
【０１７４】
すなわち，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃは鉄心７０１を介して磁気結合している。
【０１７５】
磁気結合の極性は，電流ＩＣａｂによる起磁力と，電流ＩＣｂｃによる起磁力は強め合う方向である。
【０１７６】
図８は，ａｂ相巻線１１２ａｂとｂｃ相巻線１１２ｂｃが空気を介して磁気結合している構成である。
【０１７７】
図７と同様に，図８においても磁気結合の極性は，電流ＩＣａｂによる起磁力と，電流ＩＣｂｃによる起磁力は強め合う方向である。
【０１７８】
図７に示すように鉄心を用いる場合にも，図８のように鉄心を用いず，空気を介して磁気結合を行う場合にも，本実施例の効果を得ることができる。
【０１７９】
なお，以上の説明では，電車１０７が力行している等，有効電力を消費している場合を例として説明した。
【０１８０】
一方，電車１０７が回生している等，有効電力を発生している場合，以上の説明とは異なり，ａｂ相アーム１０９ａｂがインダクティブ，ｂｃ相アーム１０９ｂｃがキャパシティブな無効電力を発生することで，不平衡を補償できる。
【０１８１】
このような場合にも，リアクトルを小形化するという本発明の効果を得ることができる。
【０１８２】
また，以上の説明では，例として交流き電鉄道システム１０４が受電点１０３のｃ−ａ相間に接続している場合を説明した。
【０１８３】
交流き電鉄道システム１０４が受電点１０３のａ−ｂ相間に接続している場合，本実施例の説明中の「ａｂ」を「ｂｃ」に，「ｂｃ」を「ｃａ」に置き換えることで，同様の効果を得られる。
【０１８４】
また，交流き電鉄道システム１０４が受電点１０３のｂ−ｃ相間に接続している場合，本実施例の説明中の「ａｂ」を「ｃａ」に，「ｂｃ」を「ａｂ」に置き換えることで，同様の効果を得られる。
本実施例は，交流き電方式の電気鉄道を例として説明したが，他の技術にも応用できるものであり，例えば，いわゆる，ＳＴＡＴＣＯＭ或いは自励式ＳＶＣと呼ばれる機器に応用することが可能である。
【実施例２】
【０１８５】
本発明の第２の実施例について説明する。
【０１８６】
本実施例は，実施例１で説明した不平衡補償装置に，もう１組のアームとリアクトルとを追加した構成である。実施例１と異なる部分を説明し，他の部分は実施例１と同様であるので説明は省略する。
【０１８７】
実施例１では，電車１０７がＰＷＭ整流器を備えている等の理由で，受電点１０３から見た交流き電鉄道システム１０４の力率が概ね１である場合を想定していた。
【０１８８】
受電点１０３から見た交流き電鉄道システム１０４の力率が概ね１ではない場合，実施例１の不平衡補償装置１０５のみでは，力率改善を行うことができない。
【０１８９】
そこで本実施例では，もう１組のアームとリアクトルを追加し，力率改善を可能とした。
【０１９０】
以下，図９を参照して実施例２の全体構成を説明する。
【０１９１】
ただし，実施例１との相違点のみに着目して説明する。
【０１９２】
実施例１（図１）の不平衡補償装置１０５は，２つのアーム，すなわちａｂ相アーム１０９ａｂ，ｂｃ相アーム１０９ａｂと結合リアクトル１１０を備えていた。
【０１９３】
本実施例（図９）の不平衡補償装置９０１は，それに加えて，受電点１０３のｃ−ａ相間にリアクトル９０３とｃａ相アーム９０２の直列回路が接続している構成である。
【０１９４】
交流き電鉄道システム１０４が遅れ力率である場合，ｃａ相アーム９０２よりキャパシティブな無効電力を供給することによって，交流き電鉄道システム１０４の力率を改善できる。
【０１９５】
同様に，交流き電鉄道システム１０４が進み力率である場合，ｃａ相アーム９０２よりインダクティブな無効電力を供給することによって，交流き電鉄道システム１０４の力率を改善できる。
【０１９６】
なお，ａｂ相アーム１０９ａｂとｂｃ相アーム１０９ａｂの動作については実施例１と概ね同様である。
【０１９７】
これによって，例えば電車１０７がダイオード整流器を用いている等の理由で力率を制御できない場合にも，交流系統１０１に流れる電流ＩＳａ，ＩＳｂ，ＩＳｃを平衡にできるという効果を得られる。
【０１９８】
なお，ｃａ相アーム９０２に含まれる単位変換器９０４の回路構成は，単位変換器１１１の回路構成，すなわち図２〜４と同様である。
【０１９９】
なお，図９に代えて，図１０のように，電車１０７と並列にアーム１００２とリアクトル１００３の直列回路を備える場合にも同様の効果を得ることができる。
【０２００】
なお，アーム１１０２に含まれる単位変換器１００４の回路構成は，単位変換器１１１の回路構成，すなわち図２〜４と同様である。
【符号の説明】
【０２０１】
１０１・・・三相交流系統
１０２・・・系統インピーダンス
１０３・・・受電点
１０４・・・交流き電鉄道システム
１０５，９０１，１００１・・・不平衡補償装置
１０６・・・変圧器
１０７・・・電車
１０８・・・単巻変圧器
１０９，９０２，１００２・・・アーム
１１０・・・結合リアクトル
１１１，９０４，１００４・・・単位変換器
１１２・・・巻線
２０１・・・スイッチング素子
２０２・・・環流ダイオード
２０３・・・コンデンサ
４０１・・・ハーフブリッジ
７０１・・・鉄心
【図１】
2016067124.tif 000003
【図２】
2016067124.tif 000004
【図３】
2016067124.tif 000005
【図４】
2016067124.tif 000006
【図５】
2016067124.tif 000007
【図６】
2016067124.tif 000008
【図７】
2016067124.tif 000009
【図８】
2016067124.tif 000010
【図９】
2016067124.tif 000011
【図１０】
2016067124.tif 000012
【図１１】
2016067124.tif 000013
【図１２】
2016067124.tif 000014
【図１３】
2016067124.tif 000015