(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力を電力系統に出力する電力変換器を制御する制御装置であって、
前記電力系統における交流電圧および交流電流に基づいて同期発電機の特性を模擬することにより、前記電力変換器に対する電圧指令値を生成する発電機模擬部と、
前記発電機模擬部により生成された前記電圧指令値に基づいて、前記電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部とを備え、
前記発電機模擬部は、
前記交流電圧および前記交流電流に基づいて算出される有効電力と前記有効電力の目標値との第１差分を時間積分して第１角周波数を出力する第１積分器と、
前記第１角周波数を時間積分して前記電力変換器から出力される前記交流電圧の位相を出力する第２積分器と、
前記交流電圧と、前記交流電圧の目標値と、前記第２積分器から出力される前記位相とに基づいて、前記電圧指令値を生成する電圧指令生成部とを含み、
前記交流電圧と前記交流電圧の目標値との電圧差が閾値よりも大きい場合または前記交流電流が基準電流値よりも大きい場合、前記第１積分器は、前記第１差分の時間積分の結果によらず、前記交流電圧の角周波数と基準角周波数との差分を前記第１角周波数として出力する、制御装置。
【請求項２】
前記電圧差が前記閾値以下である場合または前記交流電流が前記基準電流値以下である場合、前記第１積分器は、前記第１差分を時間積分した結果を前記第１角周波数として出力する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記電圧差が前記閾値よりも大きい場合または前記交流電流が前記基準電流値よりも大きい場合、前記第２積分器は、前記第１角周波数の時間積分の結果によらず、前記電圧指令生成部により生成される前記電圧指令値の位相を、前記電力変換器から出力される前記交流電圧の位相として出力する、請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記電圧差が前記閾値以下である場合または前記交流電流が前記基準電流値以下である場合、前記第２積分器は、前記第１角周波数と前記基準角周波数との加算値を時間積分した値を、前記電力変換器から出力される前記交流電圧の位相として出力する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記電圧指令生成部は、
前記交流電圧と前記交流電圧の目標値とをｄ軸及びｑ軸からなる回転座標系に変換し、前記交流電圧を中心とする制御円を規定し、
前記電圧差が前記閾値よりも大きい場合または前記交流電流が前記基準電流値よりも大きい場合、前記交流電圧の目標値のベクトルと、前記交流電圧のベクトルとを結ぶ直線と前記制御円との交点への電圧ベクトルを生成し、前記電圧ベクトルの大きさを前記電圧指令値の大きさとして設定し、前記電圧ベクトルの位相を前記電圧指令値の位相として設定し、
前記閾値は、前記制御円の半径である、請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記電圧差が前記閾値以下である場合または前記交流電流が前記基準電流値以下である場合、前記電圧指令生成部は、前記交流電圧の目標値の大きさを前記電圧指令値の大きさとして設定し、前記第２積分器から出力される前記位相を前記電圧指令値の位相として設定する、請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力を電力系統に出力する電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記電力系統における交流電圧および交流電流に基づいて同期発電機の特性を模擬することにより、前記電力変換器に対する電圧指令値を生成する発電機模擬部と、
前記発電機模擬部により生成された前記電圧指令値に基づいて、前記電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部とを含み、
前記発電機模擬部は、
前記交流電圧および前記交流電流に基づいて算出される有効電力と前記有効電力の目標値との第１差分を時間積分して第１角周波数を出力する第１積分器と、
前記第１角周波数を時間積分して前記電力変換器から出力される前記交流電圧の位相を出力する第２積分器と、
前記交流電圧と、前記交流電圧の目標値と、前記第２積分器から出力される前記位相とに基づいて、前記電圧指令値を生成する電圧指令生成部とを含み、
前記交流電圧と前記交流電圧の目標値との電圧差が閾値よりも大きい場合または前記交流電流が基準電流値よりも大きい場合、前記第１積分器は、前記第１差分の時間積分の結果によらず、前記交流電圧の角周波数と基準角周波数との差分を前記第１角周波数として出力する、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、制御装置、および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統に対して、太陽光発電設備等の再生可能エネルギーを用いた多くの分散型電源が導入されている。分散型電源は、電力変換器を介して電力系統に接続される場合が多い。そのため、電力系統に接続される分散型電源が増加すると電力系統に接続される同期機の割合が減少し、電力系統内の慣性エネルギーが減少する。そこで、電力変換器に同期機と同様な挙動をさせることによって減少した慣性エネルギーを補う仮想同期機制御が提案されている。【０００３】
電圧制御型の仮想同期機制御を備える電力変換器（以下、「仮想同期機」とも称する。）は、模擬対象となる同期発電機が電力系統に接続される場合の挙動を模擬するように制御される。模擬対象の同期発電機の挙動は動揺方程式を解くことによって実現される。例えば、特開２０２０−４３６８８号公報（特許文献１）は、仮想同期制御を備える変換器において、仮想同期機制御を維持したまま過電流抑制を行なうことを検討している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０２０−４３６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電圧制御型仮想同期機は、電圧を制御して電圧源として動作するため、電流が制御できない。そのため、系統擾乱時等には過電流が発生し、電力変換器が停止してしまう可能性がある。特許文献１では、過電流を抑制するために出力電圧指令値を補整する補整手段を有している。補整手段は、出力電圧指令値が制御円の外に出たことを条件として、制御円上に存在する補整出力電圧指令値を出力電圧指令値とするように構成される。これにより、過電流は抑制されるものの、この出力電圧指令値は動揺方程式の結果に基づかないものであるため、模擬対象の同期発電機では電力系統との同期がとれない状態となる。したがって、過電流が抑制されている期間が長くなると、同期発電機を模擬する制御を行なう際に脱調が発生してしまう場合がある。この場合、電力系統の擾乱が収まった後であっても、同期発電機を模擬した制御を安定して行なうことはできない。【０００６】
本開示のある局面における目的は、過電流を抑制しつつ、電力変換器に対する同期発電機を模擬した制御を安定して行なうことが可能な制御装置、および電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある実施の形態に従うと、直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力を電力系統に出力する電力変換器を制御する制御装置が提供される。制御装置は、電力系統における交流電圧および交流電流に基づいて同期発電機の特性を模擬することにより、電力変換器に対する電圧指令値を生成する発電機模擬部と、発電機模擬部により生成された電圧指令値に基づいて、電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部とを備える。発電機模擬部は、交流電圧および交流電流に基づいて算出される有効電力と有効電力の目標値との第１差分を時間積分して第１角周波数を出力する第１積分器と、第１角周波数を時間積分して電力変換器から出力される交流電圧の位相を出力する第２積分器と、交流電圧と、交流電圧の目標値と、第２積分器から出力される位相とに基づいて、電圧指令値を生成する電圧指令生成部とを含む。交流電圧と交流電圧の目標値との電圧差が閾値よりも大きい場合または交流電流が基準電流値よりも大きい場合、第１積分器は、第１差分の時間積分の結果によらず、交流電圧の角周波数と基準角周波数との差分を第１角周波数として出力する。【０００８】
他の実施の形態に従う電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力を電力系統に出力する電力変換器と、電力変換器を制御する制御装置とを備える。制御装置は、電力系統における交流電圧および交流電流に基づいて同期発電機の特性を模擬することにより、電力変換器に対する電圧指令値を生成する発電機模擬部と、発電機模擬部により生成された電圧指令値に基づいて、電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部とを含む。発電機模擬部は、交流電圧および交流電流に基づいて算出される有効電力と有効電力の目標値との第１差分を時間積分して第１角周波数を出力する第１積分器と、第１角周波数を時間積分して電力変換器から出力される交流電圧の位相を出力する第２積分器と、交流電圧と、交流電圧の目標値と、第２積分器から出力される位相とに基づいて、電圧指令値を生成する電圧指令生成部とを含む。交流電圧と交流電圧の目標値との電圧差が閾値よりも大きい場合または交流電流が基準電流値よりも大きい場合、第１積分器は、第１差分の時間積分の結果によらず、交流電圧の角周波数と基準角周波数との差分を第１角周波数として出力する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、過電流を抑制しつつ、電力変換器に対する同期発電機を模擬した制御を安定して行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力変換システムの全体構成の一例を説明するための図である。
【図２】制御装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図３】電圧指令生成部による電圧指令値の生成方式を説明するための図である。
【図４】電圧指令生成部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】角周波数生成部の具体的な機能構成を示すブロック図である。
【図６】角周波数生成部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】位相生成部の具体的な機能構成を示すブロック図である。
【図８】位相生成部の処理手順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】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１２】
＜全体構成＞
図１は、電力変換システムの全体構成の一例を説明するための図である。電力変換システムは、電力系統２と、変圧器３と、電力変換装置６と、電流検出器７と、電圧検出器８と、直流系統３０とを含む。電力変換装置６は、制御装置１０と、電力変換器２０とを含む。
【００１３】
電力変換器２０は、直流系統３０と電力系統２との間で電力変換を行なう電力変換器である。具体的には、電力変換器２０は、変圧器３を介して電力系統２に接続されており、直流系統３０からの直流電力を交流電力に変換して、交流電力を電力系統２に出力する。電力変換器２０は、例えば、２レベル変換器、３レベル変換器、あるいはモジュラーマルチレベル変換器等の自励式変換器である。電力系統２は、例えば、三相の交流系統である。直流系統３０は、例えば、直流送電線である。
【００１４】
電流検出器７は、電力系統２の三相の交流電流を検出する。具体的には、電流検出器７は、電力系統２のａ相の交流電流Ｉａ、ｂ相の交流電流Ｉｂ、およびｃ相の交流電流Ｉｃを検出する。交流電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、制御装置１０へ入力される。以下、交流電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを交流電流Ｉｓｙｓとも総称する。
【００１５】
電圧検出器８は、電力系統２の三相の交流電圧を検出する。具体的には、電圧検出器８は、電力系統２のａ相の交流電圧Ｖａ、ｂ相の交流電圧Ｖｂ、およびｃ相の交流電圧Ｖｃを検出する。交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、制御装置１０へ入力される。以下、交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを交流電圧Ｖｓｙｓとも総称する。
【００１６】
制御装置１０は、電力変換器２０の動作を制御する装置である。具体的には、制御装置１０は、主な機能構成として、発電機模擬部１０１と、信号生成部１０３とを含む。発電機模擬部１０１および信号生成部１０３の各機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置１０の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。
【００１７】
発電機模擬部１０１は、電力系統２における交流電圧Ｖｓｙｓおよび交流電流Ｉｓｙｓに基づいて同期発電機の特性を模擬することにより、電力変換器２０に対する電圧指令値を生成する。典型的には、発電機模擬部１０１は、下記の式（１）に示す運動方程式を解くことによって同期発電機の挙動を模擬する。
【００１８】
【数１】
0006949286.tif 000002
【００１９】
“Ｐо”は、電力変換器２０に出力させる有効電力の目標値（以下、「有効電力目標値」とも称する。）であり、“Ｐｅ”は電力変換器２０から出力される有効電力であり、“Ｍ”は模擬発電機の慣性モーメントであり、“Δω”は模擬発電機の回転子の角周波数ωと電力系統２の基準角周波数ω０との差分であり、“Ｄ”は模擬発電機の制動係数である。また、模擬発電機の電圧位相角（以下、単に「位相」とも称する。）を“θ”とすると、位相θに関する以下の式（２）が成立する。
【００２０】
【数２】
0006949286.tif 000003
【００２１】
具体的には、発電機模擬部１０１は、角周波数生成部１１と、位相生成部１３と、電圧指令生成部１５とを含む。
【００２２】
角周波数生成部１１は、交流電流Ｉｓｙｓおよび交流電圧Ｖｓｙｓと、電圧指令生成部１５からのフラグＦとに基づいて、角周波数偏差Δωを生成する。フラグＦは、電圧指令生成部１５において電流抑制用の電圧指令値が生成されたか否かを示すフラグである。例えば、フラグＦが“１”の場合には電流抑制用の電圧指令値が生成されることを示し、フラグＦが“０”の場合には電流抑制用の電圧指令値が生成されない（すなわち、通常の電圧指令値が生成される）ことを示している。角周波数生成部１１は、フラグＦが“０”の場合には、式（１）に従う時間積分により角周波数偏差Δωを生成し、フラグＦが“１”の場合には、現在の電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの角周波数ωｓと基準角周波数ω０との差分を角周波数偏差Δωとして生成する。基準角周波数ω０は、電力系統２における電力の基準周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の角周波数である。角周波数生成部１１の具体的な構成については後述する。
【００２３】
位相生成部１３は、角周波数生成部１１により生成された角周波数偏差Δωと、基準角周波数ω０と、電圧指令生成部１５からのフラグＦおよび位相θｒｅｆとに基づいて、位相θを生成する。位相生成部１３は、フラグＦが“０”の場合には、式（２）に従う時間積分により位相θを生成し、フラグＦが“１”の場合には電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆの位相θｒｅｆを位相θとして生成する。位相θｒｅｆは、電圧指令生成部１５により生成される電圧指令値Ｖｒｅｆの位相である。位相生成部１３の具体的な構成については後述する。
【００２４】
電圧指令生成部１５は、電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓと、交流電圧Ｖｓｙｓの目標値（以下、目標電圧とも称する。）Ｖоと、位相生成部１３から出力される位相θとに基づいて、電力変換器２０に対する電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する。以下の説明では、電圧指令値Ｖｒｅｆの大きさ（すなわち、絶対値）を｜Ｖｒｅｆ｜と記載する。これは、他の電圧でも同様である。
【００２５】
電圧指令生成部１５は、交流電圧Ｖｓｙｓと目標電圧Ｖоとの電圧差ΔＶに基づいて、電力変換器２０に流れる電流を抑制するか否かを判断する。電圧差ΔＶが閾値Ｔｈ以下である場合には、電圧指令生成部１５は、電流を抑制しないと判断する。この場合、電圧指令生成部１５は、絶対値｜Ｖｒｅｆ｜を目標電圧Ｖоの絶対値｜Ｖо｜に設定し、位相θｒｅｆを位相生成部１３により生成された位相θに設定することにより、通常の電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する。一方、電圧差ΔＶが閾値Ｔｈよりも大きい場合には、電圧指令生成部１５は、電流を抑制すると判断する。この場合、電圧指令生成部１５は、電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する。電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆの生成方式については後述する。
【００２６】
電圧指令生成部１５は、電流を抑制すると判断した場合にはフラグＦの値を“１”に設定し、電流を抑制しないと判断した場合にはフラグＦの値を“０”に設定する。電圧指令生成部１５は、角周波数生成部１１および位相生成部１３にフラグＦを出力する。
【００２７】
信号生成部１０３は、発電機模擬部１０１により生成された電圧指令値Ｖｒｅｆの絶対値｜Ｖｒｅｆ｜および位相θｒｅｆに基づいて、電力変換器２０に対する制御信号を生成し、電力変換器２０に出力する。具体的には、信号生成部１０３は、３相電圧生成部１７と、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御部１９とを含む。
【００２８】
３相電圧生成部１７は、電圧指令生成部１５からの絶対値｜Ｖｒｅｆ｜および位相θｒｅｆに基づいて、三相の正弦波電圧Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊を生成する。具体的には、Ｖａ＊＝｜Ｖｒｅｆ｜×ｓｉｎ（θｒｅｆ）、Ｖｂ＊＝｜Ｖｒｅｆ｜×ｓｉｎ（θｒｅｆ＋２π／３）、Ｖｃ＊＝｜Ｖｒｅｆ｜×ｓｉｎ（θｒｅｆ＋４π／３）が生成される。
【００２９】
ＰＷＭ制御部１９は、三相の正弦波電圧Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊のそれぞれに対してパルス幅変調を行ない、ＰＷＭ信号としての制御信号を生成する。ＰＷＭ制御部１９は、当該制御信号を電力変換器２０に出力する。典型的には、制御信号は、電力変換器２０に含まれる各スイッチング素子のオンおよびオフを制御するためのゲート制御信号である。
【００３０】
＜ハードウェア構成＞
図２は、制御装置１０のハードウェア構成例を示す図である。図２には、コンピュータによって制御装置１０を構成する例が示される。
【００３１】
図２を参照して、制御装置１０は、１つ以上の入力変換器７０と、１つ以上のサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路７１と、マルチプレクサ（ＭＵＸ）７２と、Ａ／Ｄ変換器７３と、１つ以上のＣＰＵ（Central  Processing  Unit）７４と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）７５と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）７６と、１つ以上の入出力インターフェイス７７と、補助記憶装置７８とを含む。また、制御装置１０は、構成要素間を相互に接続するバス７９を含む。
【００３２】
入力変換器７０は、入力チャンネルごとに補助変成器を有する。各補助変成器は、図１の電流検出器７および電圧検出器８による検出信号を、後続する信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。
【００３３】
サンプルホールド回路７１は、入力変換器７０ごとに設けられる。サンプルホールド回路７１は、対応の入力変換器７０から受けた電気量を表す信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。
【００３４】
マルチプレクサ７２は、複数のサンプルホールド回路７１に保持された信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器７３は、マルチプレクサ７２によって選択された信号をデジタル値に変換する。なお、複数のＡ／Ｄ変換器７３を設けることによって、複数の入力チャンネルの検出信号に対して並列的にＡ／Ｄ変換を実行するようにしてもよい。
【００３５】
ＣＰＵ７４は、制御装置１０の全体を制御し、プログラムに従って演算処理を実行する。揮発性メモリとしてのＲＡＭ７５及び不揮発性メモリとしてのＲＯＭ７６は、ＣＰＵ７４の主記憶として用いられる。ＲＯＭ７６は、プログラム及び信号処理用の設定値などを収納する。補助記憶装置７８は、ＲＯＭ７６に比べて大容量の不揮発性メモリであり、プログラム及び電気量検出値のデータなどを格納する。
【００３６】
入出力インターフェイス７７は、ＣＰＵ７４及び外部装置の間で通信する際のインターフェイス回路である。
【００３７】
なお、図２の例とは異なり、制御装置１０の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）および、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）等の回路を用いて構成することも可能である。
【００３８】
＜発電機模擬部の具体的な構成＞
発電機模擬部１０１の角周波数生成部１１と、位相生成部１３と、電圧指令生成部１５の具体的な構成について説明する。
【００３９】
（電圧指令生成部）
電圧指令生成部１５において、過電流を抑制するために電圧指令値Ｖｒｅｆを変更する方式自体は、特許文献１に開示されている内容と同様である。
【００４０】
図３は、電圧指令生成部による電圧指令値の生成方式を説明するための図である。図３を参照すると、目標電圧Ｖоをｄ軸およびｑ軸からなる回転座標系に変換した電圧ベクトル＜Ｖо＞と、交流電圧Ｖｓｙｓを当該回転座標系に変換した電圧ベクトル＜Ｖｓｙｓ＞とが回転座標軸に示されている。電圧ベクトル＜Ｖｓｙｓ＞は、交流電圧Ｖｓｙｓの絶対値｜Ｖｓｙｓ｜と位相θｓｙｓにより作成され、電圧ベクトル＜Ｖо＞は、目標電圧Ｖоの絶対値｜Ｖо｜と位相生成部１３により生成される位相θとにより作成される。また、図３には、電圧ベクトル＜Ｖｓｙｓ＞の終点を中心とする半径ｒの制御円Ｇが示されている。半径ｒは予め設定された値であり、上述した閾値Ｔｈに相当する。なお、ｄｑ変換は仮想同期機の回転子位相基準で実施され、目標電圧Ｖоの電圧ベクトル＜Ｖо＞はｄ軸上に存在するものとする。
【００４１】
図３（ａ）には、電力系統２が比較的正常で、電圧ベクトル＜Ｖｓｙｓ＞と電圧ベクトル＜Ｖо＞との電圧差ΔＶが半径ｒ以下である場合（すなわち、電圧ベクトル＜Ｖо＞が制御円Ｇ内に存在する場合）を示している。＜ΔＶ＞＝｜＜Ｖо＞―＜Ｖｓｙｓ＞｜で表される。この場合、電圧指令生成部１５は電流を抑制する必要がないと判断し、通常の電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する。具体的には、電圧指令生成部１５は、電圧ベクトル＜Ｖо＞の絶対値｜Ｖо｜を電圧指令値Ｖｒｅｆの絶対値｜Ｖｒｅｆ｜として設定し、電圧ベクトル＜Ｖо＞の位相θ（すなわち、位相生成部１３から出力される位相θ）を電圧指令値Ｖｒｅｆの位相θｒｅｆとして設定する。また、電圧指令生成部１５は、フラグＦの値を“０”に設定する。
【００４２】
図３（ｂ）には、電力系統２が擾乱して、電圧ベクトル＜Ｖｓｙｓ＞と電圧ベクトル＜Ｖо＞との電圧差ΔＶが半径ｒよりも大きい場合（すなわち、電圧ベクトル＜Ｖо＞が制御円Ｇの外に存在する場合）を示している。この場合、電圧指令生成部１５は電流を抑制する必要があると判断し、電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する。
【００４３】
具体的には、電圧指令生成部１５は、原点を始点とし交点Ｋを終点とする電圧ベクトル＜Ｖｘ＞を作成する。交点Ｋは、電圧ベクトル＜Ｖｓｙｓ＞の終点および電圧ベクトル＜Ｖｏ＞の終点を結ぶ直線と制御円Ｇとの交点である。電圧指令生成部１５は、電圧ベクトル＜Ｖｘ＞の絶対値｜Ｖｘ｜を電圧指令値Ｖｒｅｆの絶対値｜Ｖｒｅｆ｜として設定し、電圧ベクトル＜Ｖｘ＞の位相θｘを電圧指令値Ｖｒｅｆの位相θｒｅｆとして設定する。また、電圧指令生成部１５は、フラグＦの値を“１”に設定する。
【００４４】
図４は、電圧指令生成部の処理手順の一例を示すフローチャートである。図４の各ステップは、典型的には、制御装置１０の処理回路により実施される。図４を参照して、電圧指令生成部１５は、電流を抑制するか否かを判断する（ステップＳ１０）。具体的には、電圧指令生成部１５は、交流電圧Ｖｓｙｓと目標電圧Ｖоとの電圧差ΔＶが閾値Ｔｈ（すなわち、制御円Ｇの半径ｒ）以下である場合には電流を抑制しないと判断し、電圧差ΔＶが閾値Ｔｈよりも大きい場合には電流を抑制すると判断する。
【００４５】
電流を抑制する場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、電圧指令生成部１５は、電流を抑制するために、絶対値｜Ｖｘ｜および位相θｘに基づく電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する（ステップＳ１２）。続いて、制御装置１０は、フラグＦを“１”に設定する（ステップＳ１４）。
【００４６】
電流を抑制しない場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、電圧指令生成部１５は、絶対値｜Ｖо｜および位相θに基づく電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する（ステップＳ１６）。続いて、電圧指令生成部１５は、フラグＦを“０”に設定する（ステップＳ１８）。
【００４７】
（角周波数生成部）
図５は、角周波数生成部１１の具体的な機能構成を示すブロック図である。図５を参照して、角周波数生成部１１は、有効電力算出部２０１と、角周波数演算部２０２とを含む。
【００４８】
有効電力算出部２０１は、電流検出器７により検出された交流電流Ｉｓｙｓと、電圧検出器８により検出された交流電圧Ｖｓｙｓとに基づいて、現時点における電力系統２の有効電力Ｐｅを算出する。
【００４９】
角周波数演算部２０２は、減算器２１１と、積分器（図中では“１／ＭＳ”と表記）２１２と、比例器（図中では“Ｄ”と表記）２１３と、リミット設定部２１５とを含む。
【００５０】
リミット設定部２１５は、交流電圧Ｖｓｙｓと、基準角周波数ω０と、電圧指令生成部１５からのフラグＦとに基づいて、積分器２１２のリミット値を設定する。具体的には、フラグＦが“０”の場合（すなわち、電流を抑制しない場合）には、リミット設定部２１５は、積分器２１２の上限リミット値を＋∞に設定し、下限リミット値を−∞に設定する。すなわち、リミット設定部２１５は、積分器２１２の出力値を制限しない。
【００５１】
一方、フラグＦが“１”の場合（すなわち、電流を抑制する場合）には、リミット設定部２１５は、上限リミット値および下限リミット値の両方を、電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの角周波数ωｓと基準角周波数ω０との差分値である“ωｓ−ω０”に設定する。すなわち、リミット設定部２１５は、積分器２１２の出力値を“ωｓ−ω０”に制限する。
【００５２】
減算器２１１は、有効電力目標値Ｐоと有効電力Ｐｅとの差分ΔＰから比例器２１３の出力値を減算する。有効電力目標値Ｐоは、系統運用者によって適宜設定される。比例器２１３の出力値は、角周波数偏差Δωと制動係数Ｄとの乗算値“Ｄ×Δω”である。乗算値“Ｄ×Δω”を減算することによって、角周波数演算部２０２は、電力変換器２０の制御において同期発電機が有する制動力を模擬する。なお、比例器２１３の出力値が減算器２１１に入力されない構成であってもよい。
【００５３】
積分器２１２は、減算器２１１の出力値を時間積分して角周波数偏差Δωを出力する。なお、比例器２１３の出力値が減算器２１１に入力されない場合、積分器２１２は、有効電力目標値Ｐоと有効電力Ｐｅとの差分ΔＰを時間積分して角周波数偏差Δωを出力する。
【００５４】
リミット設定部２１５により上限リミット値および下限リミット値が制限されていない場合（すなわち、電圧差ΔＶが閾値Ｔｈ以下である場合）には、積分器２１２は、減算器２１１の出力値（または差分ΔＰ）を時間積分した値を角周波数偏差Δωとして出力する。一方、リミット設定部２１５により上限リミット値および下限リミット値が“ωｓ−ω０”に制限されている場合（すなわち、電圧差ΔＶが閾値Ｔｈよりも大きい場合）には、積分器２１２は、上記時間積分の結果によらず、“ωｓ−ω０”を角周波数偏差Δωとして出力する。この角周波数偏差Δωは、現時点における電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの角周波数ωｓと基準角周波数ω０との差分に相当する。
【００５５】
上記のように、角周波数生成部１１では、電圧指令生成部１５により電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆが生成された場合（すなわち、フラグＦが“１”の場合）、減算器２１１の出力値の時間積分の結果によらず、“ωｓ−ω０”が角周波数偏差Δωに設定される。以下、この理由について説明する。
【００５６】
電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆ（以下、電圧指令値Ｖｒｅｆ＊とも称する。）は、絶対値｜Ｖｘ｜および位相θｘに基づく電圧指令値である。そのため、電圧指令値Ｖｒｅｆ＊は、式（１）および式（２）に従う角周波数偏差Δωと位相θとに基づかない電圧指令値である。電圧指令値Ｖｒｅｆ＊が出力される時間が長くなると、積分器２１２が時間積分により出力する角周波数偏差Δωと、電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの角周波数ωｓおよび基準角周波数ω０の角周波数偏差との差分Ｊが増大する。その結果、同期発電機を模擬した制御において脱調が発生してしまう可能性がある。
【００５７】
本実施の形態では、電流が抑制される場合には、積分器２１２は、現時点での電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの角周波数ωｓと基準角周波数ω０との差分値“ωｓ−ω０”を角周波数偏差Δωとして出力するため、上記の差分Ｊの増大を防止できる。したがって、過電流を抑制しつつ脱調の発生を防止できるとともに、電力系統２の擾乱が収まった場合に同期発電機を模擬した制御への復帰が容易となる。
【００５８】
図６は、角周波数生成部１１の処理手順の一例を示すフローチャートである。図６の各ステップは、典型的には、制御装置１０の処理回路により実施される。図６を参照して、角周波数生成部１１は、フラグＦが“１”であるか否かを判断する（ステップＳ３０）。
【００５９】
フラグＦが“１”である場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、角周波数生成部１１は、現時点での電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの角周波数ωｓと基準角周波数ω０との差分値“ωｓ−ω０”を角周波数偏差Δωとして生成する（ステップＳ３２）。フラグＦが“０”である場合（ステップＳ３０においてＮＯ）、角周波数生成部１１は、減算器２１１の出力値を時間積分することにより角周波数偏差Δωを生成する（ステップＳ３４）。
【００６０】
（位相生成部）
図７は、位相生成部の具体的な機能構成を示すブロック図である。図７を参照して、位相生成部１３は、リミット設定部３０１と、加算器３０２と、積分器３０４とを含む。
【００６１】
リミット設定部３０１は、電圧指令値Ｖｒｅｆの位相θｒｅｆとフラグＦとに基づいて、積分器３０４のリミット値を設定する。具体的には、フラグＦが“０”の場合（すなわち、電流を抑制しない場合）には、リミット設定部３０１は、積分器３０４の上限リミット値を＋∞に設定し、下限リミット値を−∞に設定する。すなわち、リミット設定部３０１は、積分器３０４の出力値を制限しない。
【００６２】
一方、フラグＦが“１”の場合（すなわち、電流を抑制する場合）には、リミット設定部３０１は、上限リミット値および下限リミット値の両方を位相θｒｅｆに設定する。フラグＦが“１”の場合には、位相θｒｅｆは位相θｘであるため、上限リミット値および下限リミット値は位相θｘに設定される。すなわち、リミット設定部３０１は、積分器３０４の出力値を“θｘ”に制限する。
【００６３】
加算器３０２は、角周波数生成部１１により生成された角周波数偏差Δωと基準角周波数ω０とを加算した角周波数ω（＝Δω＋ω０）を出力する。積分器３０４は、角周波数ωを時間積分して電力変換器２０から出力される交流電圧Ｖｓｙｓの位相θを出力する。
【００６４】
リミット設定部３０１により上限リミット値および下限リミット値が制限されていない場合（すなわち、電圧差ΔＶが閾値Ｔｈ以下である場合）には、積分器３０４は、角周波数偏差Δωと基準角周波数ω０とを加算した加算値（すなわち、角周波数ω）を時間積分した値を位相θとして出力する。リミット設定部３０１により上限リミット値および下限リミット値が“θｘ”に制限されている場合（すなわち、電圧差ΔＶが閾値Ｔｈよりも大きい場合）には、積分器３０４は、電圧指令生成部１５により生成される電流制御用の電圧指令値Ｖｒｅｆ＊の位相θｘを位相θとして出力する。
【００６５】
上記のように、位相生成部１３では、電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆ＊が生成された場合、加算器３０２の出力値の時間積分の結果によらず“θｘ”が位相θに設定される。これは、電流抑制用の電圧指令値Ｖｒｅｆ＊が生成された場合に、角周波数偏差Δωを“ωｓ−ω０”に設定する理由と同様の理由である。
【００６６】
具体的には、電圧指令値Ｖｒｅｆ＊に基づいて、信号生成部１０３により生成された制御信号が電力変換器２０に出力されると、電力変換器２０は位相θｘの交流電圧Ｖｓｙｓを出力する。すなわち、電力系統２の位相は“θｘ”となる。電圧指令値Ｖｒｅｆ＊が出力される時間が長い場合、積分器３０４が時間積分の結果としての位相θと、電力系統２の位相θｘとの差分が増大する。本実施の形態では、電流が抑制される場合には、積分器３０４は、電力系統２の位相θｘを位相θとして出力するため、上記差分の増大を防止できる。したがって、過電流を抑制しつつ脱調の発生を防止できるとともに、電力系統２の擾乱が収まった場合に同期発電機を模擬した制御への復帰がさらに容易となる。
【００６７】
図８は、位相生成部１３の処理手順を示すフローチャートである。図８を参照して、フラグＦが“１”である場合（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、位相生成部１３は、電圧指令値Ｖｒｅｆ＊の位相θｘを位相θとして生成する（ステップＳ５２）。一方、フラグＦが“０”である場合（ステップＳ５０においてＮＯ）、位相生成部１３は、角周波数偏差Δωと基準角周波数ω０との加算値を時間積分することにより位相θを生成する（ステップＳ５４）。
【００６８】
その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態では、電流抑制時において、角周波数生成部１１の積分器２１２および位相生成部１３の積分器３０４の出力を制限する構成について説明したが、当該構成に限られず、例えば、角周波数生成部１１の積分器２１２の出力のみを制限する構成であってもよい。この場合、積分器２１２は、現時点での電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの角周波数ωｓと基準角周波数ω０との差分値“ωｓ−ω０”を角周波数偏差Δωとして出力する。位相生成部１３は、調整された角周波数偏差Δωに基づく時間積分を実行して位相θを算出するため、当該算出された位相θと電力系統２の位相との差は大きくないと考えられる。したがって、当該構成であっても、電力変換器２０に対する、同期発電機を模擬した制御を安定して行なうことができる。また、当該構成によると、積分器３０４の出力値を制限する機能を省略できるため、制御装置１０の処理負担を小さくできる。
【００６９】
（２）上述した実施の形態では、電圧指令生成部１５が、交流電圧Ｖｓｙｓと目標電圧Ｖоとの電圧差ΔＶに基づいて、電力変換器２０に流れる電流を抑制するか否かを判断する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、電圧指令生成部１５は、交流電流Ｉｓｙｓと基準電流値Ｉｔｈとに基づいて、電力変換器２０に流れる電流を抑制するか否かを判断してもよい。具体的には、交流電流Ｉｓｙｓが基準電流値Ｉｔｈ以下である場合には、電圧指令生成部１５は、電流を抑制しないと判断する。交流電流Ｉｓｙｓが基準電流値Ｉｔｈよりも大きい場合には、電圧指令生成部１５は、電流を抑制すると判断する。
【００７０】
電流を抑制するか否かの判断処理以降の処理については、図４のステップＳ１２〜Ｓ１８の処理と同様である。具体的には、電流を抑制しない場合、電圧指令生成部１５は、絶対値｜Ｖо｜および位相θに基づく電圧指令値Ｖｒｅｆを生成するとともに、フラグＦを“０”に設定する。電流を抑制する場合、電圧指令生成部１５は、絶対値｜Ｖｘ｜および位相θｘに基づく電圧指令値Ｖｒｅｆを生成するとともに、フラグＦを“１”に設定する。
【００７１】
（３）上述の実施の形態として例示した構成は、本開示の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【００７２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７３】
２  電力系統、３  変圧器、６  電力変換装置、７  電流検出器、８  電圧検出器、１０  制御装置、１１  角周波数生成部、１３  位相生成部、１５  電圧指令生成部、１７  ３相電圧生成部、１９  ＰＷＭ制御部、２０  電力変換器、３０  直流系統、７０  入力変換器、７１  サンプルホールド回路、７２  マルチプレクサ、７３  Ａ／Ｄ変換器、７４  ＣＰＵ、７５  ＲＡＭ、７６  ＲＯＭ、７７  入出力インターフェイス、７８  補助記憶装置、７９  バス、１０１  発電機模擬部、１０３  信号生成部、２０１  有効電力算出部、２０２  角周波数演算部、２１１  減算器、２１２，３０４  積分器、２１３  比例器、２１５，３０１  リミット設定部、３０２  加算器。
【要約】
制御装置（１０）は、電力変換器（２０）に対する電圧指令値を生成する発電機模擬部（１０１）と、電圧指令値に基づいて、電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部（１０３）とを備える。発電機模擬部（１０１）は、交流電圧および交流電流に基づいて算出される有効電力と有効電力の目標値との第１差分を時間積分して第１角周波数を出力する第１積分器（２１２）と、第１角周波数を時間積分して交流電圧の位相を出力する第２積分器（３０４）と、交流電圧と、交流電圧の目標値と、第２積分器（３０４）から出力される位相とに基づいて、電圧指令値を生成する電圧指令生成部（１５）とを含む。交流電圧と交流電圧の目標値との電圧差が閾値よりも大きい場合または交流電流が基準電流値よりも大きい場合、第１積分器（２１２）は、交流電圧の角周波数と基準角周波数との差分を第１角周波数として出力する。【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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