(57)【要約】【課題】小型化、軽量化及び低コスト化することのできる電圧調整装置を提供する。【解決手段】系統１の電圧変動を補償する電圧調整装置であって、半導体スイッチ３１とコンデンサ３２を含み構成され、交流と直流を変換する変換器３と、変換器３を系統１と接続するための変圧器４と、を備え、変圧器４として、系統１に接続されたＶ結線変圧器を用いる。これにより、鉄心及び巻線を１相分削減できるため、電圧調整装置を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。【選択図】図１
2016226212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統の電圧変動を補償する電圧調整装置であって、
半導体スイッチとコンデンサを含み構成され、交流と直流を変換する変換器と、
前記変換器を前記系統と接続するための変圧器と、
を備え、
前記変圧器は、前記系統に接続されたＶ結線変圧器であること、
を特徴とする電圧調整装置。
【請求項２】
前記系統に直列に接続された直列変圧器を備え、
前記変圧器は、前記系統に並列に接続されたＶ結線変圧器であり、
前記変換器は、半導体スイッチとコンデンサを含み構成され、交流と直流を変換する交直変換器を少なくとも２台以上ＢＴＢ接続して構成され、一方の交流端子が前記直列変圧器に接続され、他方の交流端子が前記変圧器に接続されていること、
を特徴とする請求項１に記載の電圧調整装置。
【請求項３】
前記直列変圧器とは別の第２の直列変圧器を備え、
前記第２の直列変圧器は、１次側が、前記直列変圧器の２次側及び前記変圧器と直列に接続され、２次側が前記変換器に接続されていること、
を特徴とする請求項２に記載の電圧調整装置。
【請求項４】
前記半導体スイッチに対してオン・オフ信号を出力し、前記変換器の出力電圧を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記変換器の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記電圧指令値演算部で算出された電圧指令値に前記変換器の出力電圧が一致するように前記半導体スイッチに与えるオン・オフ信号を生成するオン・オフ信号発生部と、
を備え、
前記電圧指令値演算部は、
前記変圧器の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うために前記変換器が出力するｄｑ軸上の電圧指令値を算出する電圧指令値算出部を備えること、
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電圧調整装置。
【請求項５】
前記電圧指令値算出部は、
前記変換器の出力電流を前記変換器の電流指令値に追従させる追従部と、
前記追従部における追従において、前記変換器が出力するｄｑ軸上の電流を非干渉化するために補正する非干渉化補正部と、
を備えること、
を特徴とする請求項４に記載の電圧調整装置。
【請求項６】
前記非干渉化補正部は、Ｖ結線変圧器の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うために、３相の系統電圧を座標変換する不平衡座標変換部を備えること、
を特徴とする請求項５に記載の電圧調整装置。
【請求項７】
前記電圧指令値算出部は、前記変換器が出力するｄｑ軸上の電圧指令値を下記の数１に基づいて算出すること、
を特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の電圧調整装置。
【数１】
2016226212.tif 000016
［Ｖｃ］ｄｑ’：変換器が出力するｄｑ軸上の電圧指令値
［Ｃ］：ｄ軸ｑ軸座標変換
［Ａ］：不平衡座標変換
ω：系統の周波数
Ｌ：変圧器の漏れインピーダンス
Ｃ（ｓ）：フィードバックコントローラ
［Ｉ］ｄｑ０：ｄｑ軸上の電流
［Ｉ＊］ｄｑ０：ｄｑ軸上の電流指令値
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、系統に設けられる電圧調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統では、需要家の受電点電圧を一定に保つ必要があるが、近年、太陽光発電や風力発電、燃料電池といった分散電源が系統に連系される事例が増えてきている。この分散電源の系統への連系に伴い、系統電圧の変動が懸念されている。
【０００３】
例えば、太陽光発電の場合は、雲の動きや天候の変化に伴って出力が変動するため、比較的早い周期の電圧変動を引き起こす場合がある。また、夜間などの電力需要が低い場合は、負荷の消費無効電力も小さく、系統に接続された進相コンデンサによって、系統電圧が上昇する事象も報告されている。さらに、住宅用太陽光発電は、発電量が多く負荷が小さい場合には大きな逆潮流が起こり配電網の電圧が上昇し、系統電圧の規定値を超えてしまう場合がある。
【０００４】
このように系統における電圧変動を補償するために電圧調整装置が用いられている。電圧調整装置は、直流コンデンサや半導体スイッチを含み構成され、交流と直流を変換する変換器と、当該変換器を系統へ接続するための変圧器とを備える。すなわち、変圧器を介して変換器から系統に電圧を出力し、系統の電圧変動を補償する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】渡辺泰広、藤田英明、赤木泰文「ＵＰＦＣの過渡特性と直流コンデンサ容量の設計」、電学論Ｄ、Ｖｏｌ．１１９、Ｎｏ．１０、ｐｐ．１２４５−１２５１、（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電圧調整装置は、主に配電線の電圧を補償することから、その設置場所が街中や電柱などの体積や重量に制約がある場所が想定される。そのため、電圧調整装置の小型化への要求が高い。
【０００７】
この点、従来の電圧調整装置では、変換器に含まれる半導体スイッチ部分の効率向上などで小型化が進められているが、装置全体の体積および重量において、変圧器が占める割合が大きく、電圧調整装置の小型化および軽量化には至っていない。
【０００８】
本発明の実施形態に係る電圧調整装置は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型化、軽量化及び低コスト化することのできる電圧調整装置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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本実施形態の電圧調整装置は、系統の電圧変動を補償する電圧調整装置であって、半導体スイッチとコンデンサを含み構成され、交流と直流を変換する変換器と、前記変換器を前記系統と接続するための変圧器と、を備え、前記変圧器は、前記系統に接続されたＶ結線変圧器であること、を特徴とする。
【００１０】
また、前記半導体スイッチに対してオン・オフ信号を出力し、前記変換器の出力電圧を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記変換器の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、前記電圧指令値演算部で算出された電圧指令値に前記変換器の出力電圧が一致するように前記半導体スイッチに与えるオン・オフ信号を生成するオン・オフ信号発生部と、を備え、前記電圧指令値演算部は、前記変圧器の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うために前記変換器が出力するｄｑ軸上の電圧指令値を算出する電圧指令値算出部を備えていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る電圧調整装置の構成を示す図である。
【図２】変換器の回路構成例を示す図である。
【図３】変圧器の結線構成を示す図である。
【図４】制御装置のブロック図である。
【図５】第２の実施形態に係る電圧指令値演算部の構成を示す図である。
【図６】変換器とＶ結線変圧器と系統１の等価回路図である。
【図７】第２の実施形態に係る電圧指令値演算部の機能ブロック図である。
【図８】第３の実施形態の電圧調整装置の構成を示す図である。
【図９】第４の実施形態の電圧調整装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
以下では、図１〜図４を参照しつつ、本実施形態の電圧調整装置について説明する。図１は、本実施形態に係る電圧調整装置の構成を示す図である。
【００１３】
電圧調整装置は、系統１と負荷２の間に接続され、系統１の電圧変動を補償する装置である。系統１は、３相交流の系統電源である。系統１としては、例えば、３相又は単相の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電源が挙げられる。負荷２は、需要家に設置され、系統１からの電力を消費する装置や機器である。
【００１４】
電圧調整装置は、交流と直流を変換する変換器３と、変換器３を系統１と接続するための変圧器４と、変換器３を制御する制御装置５とを備える。図２は、変換器３の回路構成例を示す。図２に示すように、変換器３は、半導体スイッチ３１とコンデンサ３２と直流端子３４と交流端子３３を含み構成された交直変換器である。変換器３は、交流端子３３を介して系統１と接続されており、コンデンサ３２を電圧源として、半導体スイッチ３１をオン又はオフとすることで交流と直流を変換し、所望の電圧を出力する。
【００１５】
コンデンサ３２は、直流端子３４間に並列に接続された蓄電要素であり、変換器３が系統１に電圧を出力するための電圧源である。コンデンサ３２は、変換器３の出力を得るために、一定の電荷、つまり電気エネルギーを維持する必要がある。このためのエネルギーは、系統１から得る方法や外部から得る方法があるが、コンデンサ３２の電気エネルギーを供給できる方法であれば、特定の方法に限定されない。
【００１６】
半導体スイッチ３１は、スイッチング素子３１ａと、当該スイッチング素子３１ａに逆並列に接続された帰還ダイオード３１ｂとからなる。スイッチング素子３１ａとしては、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＩＥＧＴなどの自己消弧型素子を用いることができる。帰還ダイオード３１ｂとしては、種々のダイオードを用いることができる。
【００１７】
本実施形態では、この半導体スイッチ３１が２つ直列に接続されてレグを構成する。当該レグは各相に設けられ、コンデンサ３２と並列に接続される。各相の半導体スイッチ３１の間には交流端子３３が接続されており、半導体スイッチ３１のオン又はオフにより生成された所望の出力電圧が交流端子３３から系統１に出力される。
【００１８】
変圧器４は、変換器３を系統１に並列に接続するＶ結線変圧器である。図３は、変圧器４の結線構成を示す。図３に示すように、１次側及び２次側において、変圧器４は、２相分の鉄心（不図示）及び巻線４１を備える。１次側及び２次側において、各巻線４１は、それぞれの一端がＶ字状に結線されている。１次側においては、当該結線部分と、当該結線とは反対側の巻線４１の２つの他端が、系統１と負荷２との間の各相と接続され、２次側においては、変換器３の各相の交流端子３３と接続されている。なお、以下では、変圧器４をＶ結線変圧器４ともいう。
【００１９】
制御装置５は、変換器３と接続されており、変換器３の半導体スイッチ３１のオン・オフ信号を生成し、出力する。図４は、制御装置のブロック図である。図４に示すように、制御装置５は、電圧指令値演算部５１と、オン・オフ信号発生部５２とを備える。電圧指令値演算部５１は、外部からの電流指令値、系統１の電圧、コンデンサ３２の電圧を入力として、変換器３に出力させる電圧指令値を演算し、オン・オフ信号発生部５２に出力する。なお、系統１の電圧は、例えば、系統１に設けられた不図示の電圧検出器から取得する。コンデンサ３２の電圧は、例えば、当該コンデンサ３２に設けられた不図示の電圧検出器から取得する。
【００２０】
オン・オフ信号発生部５２は、電圧指令値演算部５１で演算された電圧指令値に基づき、変換器３の半導体スイッチ３１のオン・オフ信号を生成する。例えば、キャリアと呼ばれる三角波状の搬送波と電圧指令値とを比較してオン・オフ信号を生成するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いることができる。オン・オフ信号とは、半導体スイッチ３１をオン又はオフにする信号である。
【００２１】
［１−２．作用・効果］
本実施形態の電圧調整装置は、系統１の電圧変動を補償する電圧調整装置であって、半導体スイッチ３１とコンデンサ３２を含み構成され、交流と直流を変換する変換器３と、変換器３を系統１と接続するための変圧器４と、を備え、変圧器４として、系統１に接続されたＶ結線変圧器を用いるようにした。Ｖ結線変圧器は、その原理上、利用率が約８７％となるが、鉄心及び巻線を１相分削減できるため、電圧調整装置を小型化、軽量化及び低コスト化することができる。
【００２２】
［２．第２の実施形態］
［２−１．構成］
第２の実施形態について、図５〜図７を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。よって、第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２３】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に変圧器４をＶ結線変圧器としており、このＶ字結線変圧器は、２相の巻線のみを有し１相分の鉄心及び巻線がない。そのため、ある二つの相にのみＶ結線変圧器が持つ漏れインピーダンスＬがあり、漏れインピーダンスが不平衡になる場合がある。従って、電圧指令値演算に通常のｄ軸ｑ軸座標変換のみを用いた制御を適用すると、ｄ軸とｑ軸が干渉し制御応答が悪化する場合がある。
【００２４】
本実施形態の電圧指令値演算部５１は、制御応答性を良好にするものである。すなわち、通常のｄ軸ｑ軸への変換の他、ｄ軸とｑ軸が干渉するのを非干渉化させる補正を行う。以下、電圧指令値演算部５１について、詳細に説明する。
【００２５】
図５は、第２の実施形態に係る電圧指令値演算部の構成を示す図である。図５に示すように、電圧指令値演算部５１は、系統電圧［Ｖｓ］ｒｓｔ、系統電流［Ｉ］ｒｓｔ、及び電流指令値［Ｉ＊］ｄｑを入力として、変換器３の出力電圧指令値［Ｖｃ］ｒｓｔを出力する。この出力電圧指令値［Ｖｃ］ｒｓｔは３相（ＲＳＴ）座標上の電圧指令値であり、電圧指令値演算部５１は、上記の各入力値を全てｄｑ軸上に変換すると共に、ｄｑ軸上の電流［Ｉ］ｄｑ０を非干渉化するために補正を行う。具体的には、電圧指令値演算部５１は、電圧指令値算出部５１１と逆変換部５１２とを備える。
【００２６】
電圧指令値算出部５１１は、Ｖ結線変圧器４の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うために変換器３が出力するｄｑ軸上の電圧指令値を算出する。そのために電圧指令値算出部５１１は、ｄ軸及びｑ軸を非干渉にするための非干渉化補正部５１１ａと、系統電流値を電流指令値に追従させる追従部５１１ｂとを有する。
【００２７】
非干渉化補正部５１１ａは、演算器を含み構成され、後述するように、Ｖ結線変圧器４の不平衡インピーダンスに由来する干渉項を相殺するための項を生成し、追従部５１１ｂにおける追従において、変換器３が出力するｄｑ軸上の電流を非干渉化するために補正する。この生成には、不平衡座標変換、ｄ軸ｑ軸座標変換を含んで行う。ｄ軸ｑ軸逆座標変換及び不平衡逆座標変換についても、詳しくは後述する。
【００２８】
追従部５１１ｂは、演算器及びフィードバックコントローラを含み構成され、電流指令値及び非干渉化補正部５１１ａからの値（すなわち出力電流をｄｑ軸上に変換した値）を入力として、電流指令値に出力電流を追従させる。フィードバックコントローラは、所謂ゲインであり、このゲインとしては、例えば比例制御ならＫｐ、比例積分制御ならＫｐ（１＋１／（ｓＴ））とすることができる。
【００２９】
逆変換部５１２は、電圧指令値算出部５１１で算出されたｄｑ軸上の電圧指令値を３相座標上の電圧指令値に逆変換する。具体的には、まず、ｄ軸ｑ軸逆座標変換を行い、次に、不平衡逆座標変換を行う。ｄ軸ｑ軸逆座標変換及び不平衡逆座標変換については、後述するが、これらの変換は例えば行列を用いて成される。これらの行列を予め演算して一つの行列を作っておき、その行列を用いてこれらの変換を一括して行っても良い。
【００３０】
［２−２．作用］
電圧指令値演算部５１について、詳細に説明する。変圧器４は、Ｖ結線変圧器であり、２相の巻線のみを有し１相分の鉄心及び巻線がない。そのため、ある二つの相にのみＶ結線変圧器が持つ漏れインピーダンスＬがあり、漏れインピーダンスＬが不平衡になる場合がある。従って、電圧指令値演算に通常のｄ軸ｑ軸座標変換のみを用いた制御を適用すると、ｄ軸とｑ軸が干渉し制御応答が悪化する場合がある。
【００３１】
本実施形態では、通常のｄ軸ｑ軸座標変換だけでなく、ｄ軸とｑ軸を非干渉とする補正を行い、演算を行っている。以下、詳細に説明する。
【００３２】
図６は、変換器３とＶ結線変圧器４、系統１の等価回路図である。この等価回路の電圧・電流方程式は、下記の式（１）の通りとなる。
【数１】
2016226212.tif 000003
但し、各変数は下記の通りである。
Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ：系統電流
Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒ：系統電圧
Ｖｃｒｓ、Ｖｃｓｔ：変換器３の出力電圧
Ｌ：Ｖ結線変圧器４の漏れインピーダンス
ｓ：ｄ／ｄｔ（時間微分）
【００３３】
［Ａ］は不平衡座標変換であり、式（２）の通りである。すなわち、不平衡座標変換［Ａ］は、対角成分以外に０でない値を有しており、干渉が起きることを示している。
【数２】
2016226212.tif 000004
【００３４】
式（２）の不平衡座標変換［Ａ］から分かるとおり、系統電圧Ｖｔｒは系統電流Ｉｒｓｔには影響を与えず、ＩｔはＩｓとＩｒから算出できるため、下記式（３）のようにＴ相を省くこともできる。
【数３】
2016226212.tif 000005
【００３５】
ここで、式（１）において、系統電流を［Ｉ］ｒｓｔ＝［Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔ］、系統電圧を［Ｖｓ］ｒｓｔ＝［Ｖｒｓ，Ｖｓｔ，Ｖｔｒ］、変換器３の出力電圧を［Ｖｃ］ｒｓｔ＝［Ｖｃｒｓ，Ｖｃｓｔ，０］とおくと、式（４）のようになる。
【数４】
2016226212.tif 000006
【００３６】
ここで、式（４）の両辺に左からｓを乗じて、ｄ軸ｑ軸座標変換［Ｃ］を左から乗ずると、式（５）のようになる。
【数５】
2016226212.tif 000007
なお、ｔは時間、ωは系統１の周波数である。
【００３７】
更に式（５）の式変形を進める。［Ｃ］とｓはともに演算子であり、非可換であるので、［Ｉ］ｒｓｔ＝［Ｃ］−１［Ｉ］ｄｑ０を利用する。なお、この式は、ｄｑ座標軸に［Ｃ］の逆行列をかけると元のＲＳＴ座標に戻ることを意味する。この［Ｃ］は、一般に３相のＲＳＴ座標からｄ軸ｑ軸に変換する際に用いられるｄ軸ｑ軸座標変換である。
【００３８】
関数の微分の公式（ｆｇ）’＝ｆ’ｇ＋ｆｇ’を用いて式変形を進めると、式（６）のようになる。
【数６】
2016226212.tif 000008
【００３９】
この式（６）を式（５）に代入すると、式（７）のようになる。
【数７】
2016226212.tif 000009
【００４０】
さらに、ｄｑ座標の零相成分は、図６の等価回路では中性点が接続されていないため、流れないので無視すると、式（８）が導かれる。
【数８】
2016226212.tif 000010
【００４１】
ｄ軸ｑ軸座標変換は、ＰＬＬなどで検出した位相情報を用いて行う。ここで、［Ｌ］はｄｑ軸非干渉項であり、式（９）の通りである。
【数９】
2016226212.tif 000011
【００４２】
ここまで、電圧・電流方程式から、式（８）に示すように、変換器３の出力電圧［Ｖｃ］ｒｓｔを出力した場合のｄｑ軸上の電流［Ｉ］ｄｑ０を導いた。式（８）の右辺の第１項及び第２項は、非対角成分に零でない値を有するため、干渉項であることを示している。
【００４３】
ここで、変換器３が出力すべきｄｑ軸上の電圧指令値について考えると、式（８）が干渉項を含んでなることから、制御応答性を向上させる観点からはこれらを非干渉化させることが望ましい。そこで、これらを解消させるためには、変換器３が出力すべきｄｑ軸上の電圧指令値は、式（１０）とすれば良い。
【数１０】
2016226212.tif 000012
【００４４】
但し、［Ｉ＊］ｄｑ０はｄ軸ｑ軸の電流指令値、［Ｉ］ｄｑ０は３相の系統電流をｄｑ軸上に変換したｄｑ変換出力電流である。電流指令値［Ｉ＊］ｄｑ０は、変換器３のコンデンサ電圧や系統１の電圧補償・安定化に必要な有効電力及び無効電力から決めることができる。電流指令値［Ｉ＊］ｄｑ０としては、予め設定した値を用いても良いし、適宜変更しても良いし、逐次計算しても良い。
【００４５】
Ｃ（ｓ）はフィードバックコントローラであり、所謂ゲインである。このゲインとしては、例えば比例制御ならＫｐ、比例積分制御ならＫｐ（１＋１／（ｓＴ））とすることができる。
【００４６】
非干渉化できることは、下記の式（１１）に式（１０）を代入したものを、式（８）に代入することで確かめることができる。すなわち、式（１０）の右辺の第１項及び第２項は、非干渉化させるための補正項であり、式（８）の右辺の第１項及び第２項を相殺する。
【００４７】
３相の線間電圧指令値は、ｄｑ軸の電圧指令値から下記の式（１１）で求められる。
【数１１】
2016226212.tif 000013
【００４８】
また、３相の相電圧指令値が必要であれば、下記の式（１２）で求められる。
【数１２】
2016226212.tif 000014
【００４９】
以上より、線間電圧指令値［Ｖｃ］ｒｓｔは、下記の式（１３）となる。
【数１３】
2016226212.tif 000015
【００５０】
上式（１３）をブロック図で表すと、図７のようになる。図７は、電圧指令値演算部５１の機能ブロック図である。非干渉化補正部５１１ａは、図７のαブロック、βブロック、及び演算器５１ｂ、５１ｃに対応する。追従部５１１ｂは、演算器５１ａを含むγブロックに対応する。また、逆変換部５１２は、δブロックが対応する。
【００５１】
演算器５１ａ〜５１ｃは、２つの入力値の差分を算出し１つの出力値を算出する。図７に示すように、α部分には、不平衡座標変換［Ａ］及びｄ軸ｑ軸座標変換［Ｃ］が含まれており、上記の式（１３）の右辺第１項を生成する。β部分には、ｄ軸ｑ軸座標変換［Ｃ］及びｄ軸ｑ軸干渉項［Ｌ］が含まれており、上記の式（１３）の右辺第２項を生成する。γ部分には、演算器５１ａ、ｄ軸ｑ軸座標変換［Ｃ］及びフィードバックコントローラＣ（ｓ）が含まれており、上記の式（１３）の右辺第３項を生成する。
【００５２】
そして、これらα〜γ部分で生成された各項から、演算器５１ｂ、５１ｃにより式（１３）の中括弧内の部分が生成される。さらに、ｄ軸ｑ軸逆座標変換［Ｃ］−１及び不平衡逆座標変換［Ａ］−１を含むδブロック（逆変換部５１２）において、まず逆行列［Ｃ］−１が左からかかることでｄｑ軸座標から３相座標に戻され、さらに逆行列［Ａ］−１が左からかかることで、干渉項を含む状態から干渉しない独立した状態に変換することができる。すなわち、不平衡座標変換［Ａ］を備えることで、Ｖ結線変圧器４の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うことができる。
【００５３】
［２−３．効果］
（１）本実施形態の電圧調整装置は、半導体スイッチ３１に対してオン・オフ信号を出力し、変換器３の出力電圧を制御する制御装置５を備え、制御装置５は、変換器３の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部５１と、電圧指令値演算部５１で算出された電圧指令値に変換器３の出力電圧が一致するように半導体スイッチ３１に与えるオン・オフ信号を生成するオン・オフ信号発生部５２と、を備える。電圧指令値演算部５１は、Ｖ結線変圧器４の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うために変換器３が出力するｄｑ軸上の電圧指令値を算出する電圧指令値算出部５１１を備えるようにした。
【００５４】
これにより、変圧器の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うことができるので、ｄ軸とｑ軸を非干渉化することができ、制御応答性を向上させることができる。
【００５５】
（２）電圧指令値算出部５１１は、変換器３の出力電流を変換器３の電流指令値に追従させる追従部５１１ｂと、追従部５１１ｂにおける追従において、変換器３が出力するｄｑ軸上の電流を非干渉化するために補正する非干渉化補正部５１１ａと、を備える。特に、電圧指令値算出部５１１は、変圧器４の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うために変換器３が出力するｄｑ軸上の電圧指令値を上記式（１０）に基づいて算出するようにした。
【００５６】
これにより、変圧器４の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うことができるので、ｄ軸とｑ軸を非干渉化することができ、制御応答性を向上させることができる。
【００５７】
（３）非干渉化補正部５１１ａは、Ｖ結線変圧器４の不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うために、３相の系統電圧を座標変換する不平衡座標変換部［Ａ］を備えるようにした。
【００５８】
これにより、従来のｄ軸ｑ軸座標変換を用いても、不平衡インピーダンスを平衡インピーダンスとして扱うことができるとともに、ｄ軸とｑ軸を非干渉化することができるので、制御応答性を向上させることができる。また、不平衡座標変換のみを付加するだけで、既存のｄ軸ｑ軸座標変換を用いることができるので、電圧調整装置の設計の変更を少なくすることができる。
【００５９】
［３．第３の実施形態］
第３の実施形態について、図８を用いて説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態と基本構成は同じである。よって、第２の実施形態と異なる点のみを説明し、第２の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６０】
図８は、第３の実施形態の電圧調整装置の構成を示す図である。第３の実施形態の電圧調整装置は、いわゆるＵＰＦＣ（Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であり、系統１の電圧変動の抑制だけでなく、電力潮流の制御をも行う。第３の実施形態では、系統１と負荷２との間に直列変圧器６が挿入されている点、及び、変換器７の構成が異なる。
【００６１】
直列変圧器６は、１次巻線と２次巻線を備える変圧器である。直列変圧器６は、その１次巻線が系統１と負荷２との間に直列に接続されている。直列変圧器６の２次巻線は、後述のように変換器７の交流端子３３と接続される。
【００６２】
変換器７は、少なくとも２台の変換器３を、いわゆるＢＴＢ（Ｂａｃｈ  ｔｏ  Ｂａｃｋ）接続されて構成されている。ここでは、変換器７は、２つの変換器３からなり、この２つの変換器３の直流端子３４同士が直接接続されて構成されており、その両端は交流端子３３である。変換器７は、その一方の交流端子３３が直列変圧器６の２次巻線と接続され、他方の交流端子３３が並列変圧器４と接続されている。
【００６３】
ここで、直列変圧器６に接続された変換器３を直列変換器７ａと称し、並列変圧器４に接続された変換器３を並列変換器７ｂと称すると、直列変換器７ａは、直列変圧器６を介して、系統１と負荷２の間を潮流する有効及び無効電力の制御を行う。並列変換器７ｂは、並列変圧器４を介して無効電力を制御して電圧安定化を行う。なお、変換器３のコンデンサ３２として一つのコンデンサを共有しても良いし、それぞれ別々に直列又は並列に設けても良い。
【００６４】
変換器７を構成する変換器３としては、第１の実施形態で図２に示した２レベル変換器の他にも、３レベル変換器、マルチレベル変換器などを適用することができる。また、変換器７及び変圧器６、４を多重に接続しても良い。
【００６５】
本実施形態の電圧調整装置は、系統１に直列に接続された直列変圧器６を備え、変圧器４は、系統１に並列に接続されたＶ結線変圧器であり、変換器７は、半導体スイッチとコンデンサを含み構成され、交流と直流を変換する交直変換器を少なくとも２台以上ＢＴＢ接続して構成され、一方の交流端子３３を直列変圧器６に接続し、他方の交流端子３３を並列変圧器４に接続するようにした。
【００６６】
これにより、電圧調整装置を小型化、軽量化、及び低コスト化することができる。さらに、変換器７を２台以上の交直変換器をＢＴＢ接続して構成したので、Ｖ結線変圧器４を介しての電圧変動の抑制だけでなく、直列変圧器６を介しての電力潮流の制御をすることができる。
【００６７】
［４．第４の実施形態］
第４の実施形態について、図９を用いて説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態と基本構成は同じであり、第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせたものである。第３の実施形態と異なる点のみを説明し、第２、第３の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６８】
図９は、第４の実施形態の電圧調整装置の構成を示す図である。本実施形態の電圧調整装置は、直列変圧器６とともに、直列変圧器６とは別の直列変圧器８を備える。直列変圧器８は、その１次巻線が、直列変圧器６の２次側とＶ結線変圧器４の２次側との間に直列に接続されている。直列変圧器８の２次側には、変換器３が接続されている。なお、直列変圧器６、８は同じものをそれぞれ用いても良いし、異なるものを用いても良い。
【００６９】
本実施形態によれば、第２の直列変圧器８を追加したので、系統１から負荷２へ供給される電力の一部が第２の直列変圧器８に流れ、変換器３からの電力と合わせて直列変圧器６を介して系統１及び負荷２間に電力が循環されることになる。すなわち、変換器３が出力すべき電力は小さくて済むので、第３の実施形態と比較して変換器３の容量を半減することができる。また、高電圧の系統１と第２の直列変圧器８は絶縁されているため、比較的耐電圧の低い変圧器を用いることができる。従って、電圧調整装置の低損失化、小型化、簡略化、及び低コスト化を図ることができる。
【００７０】
［５．その他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数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って、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００７１】
例えば、第４の実施形態において、直列変圧器８とＶ結線変圧器４との間に極性反転スイッチを設けても良い。極性反転スイッチは、半導体スイッチを含み構成され、端子間の電圧の極性を反転させるスイッチである。この極性反転スイッチにより、補償電圧を拡げることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１                系統
２                負荷
３                変換器
３１              半導体スイッチ
３１ａ            スイッチング素子
３１ｂ            帰還ダイオード
３２              コンデンサ
３３              交流端子
３４              直流端子
４                Ｖ結線変圧器
４１              巻線
５                制御装置
５１              電圧指令値演算部
５１１            電圧指令値算出部
５１１ａ          非干渉化補正部
５１１ｂ          追従部
５１２            逆変換部
５１ａ〜５１ｃ    演算器
５２              オン・オフ信号発生部
６                直列変圧器
７                変換器
７ａ              直列変換器
７ｂ              並列変換器
８                直列変圧器
【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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