JP2016063687A

JP2016063687A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2016063687A
Application number: JP2014191236A
Authority: JP
Inventors: 裕史児山; Yuji Koyama; 卓郎新井; Takuro Arai; 隆太長谷川; Ryuta Hasegawa; 大地鈴木; Daichi Suzuki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】定常時の電流の高調波成分を低減しつつ、系統電圧に追従した電圧を出力して、系統電圧の異常時にも電流の高調波成分と過電流を低減すること。
【解決手段】単位変換器に与える電圧を制御して電力系統への出力電圧を連系させる制御部２は、電力系統の電圧、変換器電流、直流電圧源の電圧に基づいて電圧指令値を演算する演算部21と、単位変換器が出力する電圧をオン／オフする位相を予めテーブル化して記憶し、算出した電圧指令値の位相に基づいてテーブルを参照し、単位変換器への電圧出力をオン／オフする位相テーブル１パルス制御部24と、電圧指令値を単位変換器の電圧出力の変化の閾値と比較した結果に応じて単位変換器への電圧出力をオン／オフする指令値比較１パルス制御部25と、両１パルス制御部24，25の出力の一方を選択的に切替えて単位変換器への電圧出力をオン／オフさせるセレクタ26とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、単位変換器を多段接続したＭＭＣ（ＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路に好適な電力変換装置に関する。

半導体技術の発展と共に、電力変換器（インバータ）に用いるスイッチング素子も進歩してきた。その成果の１つとして、変換器の多レベル化がある。

従来、電力変換器が高圧系統に連系する際には、２，３電圧レベルの変換器出力をトランスで昇圧するのが一般的であったが、その場合、出力電圧に含まれる高調波成分を低減するために、三相交流出力にリアクトルやコンデンサで構成される高調波フィルタを挿入する必要があった。出力電圧のレベル数が少ないと、含まれる高調波成分も大きい。そのため、電力系統に流れ出す高調波成分が他の機器に悪影響を及ぼさないレベルまで低減させためには、前記高調波フィルタを大きくする必要があり、結果としてコストの増大と重量の増加を招いていた。

これらを解決するべく、細かい電圧を出力する単位変換器を複数台直接接続することにより、多レベルの階段状の電圧波形を出力できる電力変換器（ＭＭＣ：ＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）の開発が進められている。このＭＭＣ回路の場合、多レベル化により出力電圧の波形を正弦波に近付けることができるため、重量、体積及びコストの面で不利な前記高調波フィルタを小型化し、あるいは不要にできるメリットがある。

このＭＭＣ回路にＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御を適用する場合、各単位変換器の三角波キャリアの位相を均等にずらすことで高調波を低減する。その場合、三角波キャリアの周波数を電源周波数より大きくする必要があり、スイッチング回数を低減するのには限界がある。それはスイッチング損失の低減に限界があり、効率の限界があることを意味する。

そこで、１周期に各単位変換器を１回スイッチングする１パルス制御を適用すれば、スイッチング損失を低減できることになる。非特許文献１に記載されているように１パルス制御は、レベル数の少ない回路ならば電圧高調波は大きいが、多レベル回路ならば高調波を低減できるため、低損失と低高調波を両立できることになる。

Ｆ．Ｚ．Ｐｅｎｇ，Ｊ．Ｓ．Ｌａｉ，Ｊ．Ｗ．ＭｃＫｅｅｖｅｒ，Ｊ．ＶａｎＣｏｅｖｅｒｉｎｇ， "ＡＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌｕｒｃｅＶｏｌｔａｇｅ−ＳｏｕｒｃｅＩｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＳｅｐａｒａｔｅＤＣＳｏｕｒｃｅｓｆｏｒＳｔａｔｉｃＶａｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ，" ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＩＮＤＵＳＴＲＹＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．３２，ＮＯ．５，ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ／ＯＣＴＢＥＲ１９９６，ｐｐ．１１３０−１１３８

図８は、多レベル回路を１パルス制御で駆動した場合の、正弦波状の電圧指令値ｖr^*と、実際に出力されるステップ状の出力電圧ｖrの波形例を示す図である。前記非特許文献１に記載された技術では、この図８における位相θ1 〜θ3 ，π−θ3 〜π−θ1 のように各単位変換器の出力が変化する位相が予め決められてテーブル化されており、それにしたがって単位変換器のパルス電圧出力を変化させることで、変換器として出力電圧ｖrのような多レベルの波形の電圧が出力される。

前記非特許文献１では、図８の位相θ1〜θ3、π−θ3〜π−θ1のように各単位変換器の出力が変化する位相が予め決められテーブル化されており、それに従って単位変換器のパルス電圧出力を変化させていくことで、変換器として多レベルの波形となる電圧ｖrを出力する。与えられる電圧指令値ｖr^*が用意された値と異なる場合は、その差分が演算され、変化の位相に加減算される。

この手法は、前記電圧指令値が理想的な正弦波状の波形である場合には、出力電流の高調波成分を最低限のレベルとして抑制することが可能であるものの、例えば系統連系機器で系統電圧に高調波が重畳されている場合や、系統電圧が事故で低下した場合などの系統異常時には、電圧指令値が理想的な正弦波ではなくなるため、系統電圧の変化に変換器の出力電圧が追従できず、電流の高調波成分が増大したり、過電流が流れてしまうという課題がある。

本発明は前記のような実情に鑑みてなされたもので、定常時の電流の高調波成分を低減しつつ、系統電圧に追従した電圧を出力して、系統電圧の異常時にも電流の高調波成分と過電流を低減することを目的とする。

実施形態に係る電力変換装置は、直流電圧源と半導体スイッチング素子とを用いた単位変換器を複数直列に接続した電力変換回路に対し、制御手段により前記単位変換器の半導体スイッチング素子に与える電圧を制御して電力系統への出力電圧を連系させる電力変換装置であって、前記制御手段は、前記電力系統の電圧、変換器電流、前記直流電圧源の電圧に基づいて電圧指令値を演算する演算手段と、前記単位電力変換器が出力する電圧をオン／オフする位相を予めテーブル化して記憶するテーブル記憶手段と、前記演算手段で算出した電圧指令値の位相に基づいて前記テーブルを参照し、前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフする第１の電圧出力手段と、前記演算手段で算出した前記電圧指令値を、前記単位電力変換器の電圧出力の変化を予めする閾値を比較し、その比較結果に応じて前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフする第２の電圧出力手段と、前記第１の電圧出力手段及び第２の電圧出力手段の一方を選択的に切替えて前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフさせる切替手段とを備え、前記切替手段を介して与えられる電圧により、直列接続された前記複数の単位電力変換器の電圧パルスを重畳した階段状波形の電圧を前記電力変換回路が出力することを特徴とする。

本発明によれば、定常時の電流の高調波成分を低減しつつ、系統電圧に追従した電圧を出力して、系統電圧の異常時にも電流の高調波成分と過電流を低減することが可能となる。

第１の実施形態に係る電力変換器全体の回路構成を示す図。同実施形態に係る制御部が出力する電圧ｖrの生成過程を示す図。同実施形態に係る主として制御部の回路構成を例示するブロック図。第２の実施形態に係る主として制御部の回路構成を例示するブロック図。第３の実施形態に係る主として制御部の回路構成を例示するブロック図。第４の実施形態に係る主として制御部の回路構成を例示するブロック図。第５の実施形態に係る主として制御部の回路構成を例示するブロック図。多レベル回路を１パルス制御で駆動した場合の正弦波状の電圧指令値と実際に出力されるステップ状の出力電圧の波形例を示す図。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る、デルタ結線の無効電力補償装置に適用した電力変換器の全体構成を示す図である。なお、後述する第２の実施形態以下においても、図１に示す電力変換器の構成要素と同一、または相当する構成要素には、図１で使用した符号と同一の符号を付して説明する。

この電力変換器では、４つのスイッチング素子ＳＷとコンデンサＣにより構成された単相フルブリッジ構成の単位変換器１１を、ｒ，ｓ，ｔの各相あたりｎ段直列接続して電力変換部１を構成する。そして、この電力変換部１内の各単位変換器１１を制御する制御部２を備える。

本実施形態では、前述した如くデルタ結線の無効電力補償装置に適用した場合の例であるため、各相にバッファリアクトル３を直列に備え、各相の変換器はデルタ結線で接続され、トランス４を介して、３相交流電源５を含む電力系統に連系されている。また本実施形態の各単位変換器１１は１パルス制御で動作させるものとする。

制御部２は、系統電圧ｖsr，ｖss，ｖst、変換器電流ｉrs，ｉst，ｉtr、コンデンサ電圧ｖcr1〜ｖcrn，ｖcs1〜ｖcsn，ｖct1〜ｖctnを基に、各相の電圧指令値ｖr^*，ｖs^*，ｖr^*を演算し、それを基に実際に各スイッチング素子を駆動するゲート信号を出力する。以降は説明を簡略化するためにｒ相の制御のみを説明する。制御方法は全相とも同じであり、それぞれについて同様に行なう。

制御部２は、電圧指令値ｖr^*を基に、各単位変換器を１パルス制御するゲート信号を生成し、各単位変換器を駆動して、同相における前記図８で示したような階段状の波形を有する電圧ｖrを出力させる。

以下、制御部２が実行する、１パルスが変化するタイミングを判定する２つの手法について説明する。以下、これら２つの判定手法を１パルス制御方法と呼称するものとする。

第１の１パルス制御方法は、前記図８の位相θ１〜θ3、π−θ3〜π−θ１でのように、各単位変換器１１の出力パルスが変化する位相を、変調率に応じて予め決められたテーブル化して記憶しておき、そのテーブルに従って単位変換器１１のパルス電圧出力を変化させる。テーブル化されていない変調率の位相は、直線補間等により補間して値を求める。電圧指令値ｖr^*が用意された値と異なる場合は、その差分を演算し、変化位相に加減算する。以降、この１パルス制御方法を位相テーブル１パルス制御と呼称するものとする。

前記位相テーブル１パルス制御は、変換器電圧指令値が理想的な正弦波である場合には出力電流高調波が最低限に抑制可能である点が特長である。

第２の１パルス制御方法は、図２に示すように電圧指令値ｖr^*と閾値ｖrthを比較することで判定する。同図（Ａ）は電圧指令値ｖr^*と閾値ｖrthとの関係を、同図（Ｂ）は電圧指令値ｖr^*と出力電圧ｖrとの関係を示す。前記閾値ｖrthは、コンデンサ電圧定格値ｖc^*と、パルス電圧を出力している単位変換器の数、及びパルス電圧出力のオン段階／オフ段階情報により定められる。

パルス電圧出力のオン段階／オフ段階情報は、位相、または電圧指令値の傾きにより判別する。電圧指令値ｖr^*が正の数かつオン段階で、ｒ相にてパルス電圧を出力している単位変換器の数をｎとすると、ｖrthは下記（１）式で与えられ、電圧指令値ｖr^*がｖrthと一致または交差したタイミングが、すなわちパルス電圧出力の変化タイミングとなる。

ｖrth＝ｖc^*(２ｎ＋１)／２ …(1)
また、電圧指令値ｖr^*が正の数かつオフ段階では、閾値ｖrthは下記（２）式で与えられる。
ｖrth＝ｖc^*(２ｎ−１)／２ …(2)
（但し、ｎ＝０のとき、ｖrth＝０。）
また、電圧指令値ｖr^*が負の数かつオン段階では、閾値ｖrthは下記（３）式で与えられる。
ｖrth＝−ｖc^*(２ｎ＋１)／２ …(3)
また、電圧指令値ｖr^*が負の数かつオフ段階では、閾値ｖrthは下記（４）式で与えられる。
ｖrth＝−ｖc^*(２ｎ−１)／２ …(4)
（但し、ｎ＝０のとき、ｖrth＝０。）
以降、この１パルス制御方法を指令値比較１パルス制御と呼称するものとする。

前記指令値比較１パルス制御は、系統電圧が急変する場合や、出力電流に高調波が重畳されている場合でも、単位変換器１１の出力が追従して、過電流や出力電流の高調波成分が抑制される点が特長である。

前記のような制御を実現するための制御部２の構成を図３に示す。
図３は、本実施形態における主として制御部２の回路構成を例示するブロック図である。

本実施形態では、制御部２が系統電圧ｖs、変換器電流ｉr，ｉs，ｉt、コンデンサ電圧ｖcrx，ｖcsx，ｖctx（ｘ＝１〜ｎ）を検出し、それを基に電圧指令値演算部２１が電圧指令値ｖr^*，ｖs^*，ｖt^*を算出する。図３はこのうちｒ相の電圧指令値ｖr^*の処理についてのみ図示するが、他のｓ相、ｔ相の電圧指令値ｖs^*，ｖt^*についても処理法は同様である。

系統電圧値ｖsがカップリングＣＰを介して制御部２内の電圧指令値演算部２１及び系統異常判定部２２に与えられる。電圧指令値演算部２１は、系統電圧値ｖsと変換器電流ｉrs，ｉst，ｉtr、コンデンサ電圧ｖcrx，ｖcsx，ｖctx（ｘ＝１〜ｎ）に基づいて電圧指令値ｖr^*を算出し、算出した電圧指令値ｖr^*を位相演算部２３及び指令値比較１パルス制御部２５に出力する。

系統異常判定部２２は、前記系統電圧値ｖsから系統の定常状態または異常状態を判定し、その判定結果「０（定常時）」／「１（異常時）」をセレクタ２６へ出力する。

位相演算部２３は、前記電圧指令値ｖr^*から位相θvr^*を演算して位相テーブル１パルス制御部２４へ出力する。
位相テーブル１パルス制御部２４は、位相演算部２３から与えられる位相θvr^*に基づいて、予め記憶しているテーブルを参照して前述したテーブル位相テーブル１パルス制御を実行し、補正した位相に基づくタイミング情報をセレクタ２６へ出力する。

一方、前記指令値比較１パルス制御部２５は、前記（１）〜（４）式を用いて前述した指令値比較１パルス制御を実行して、得たタイミング情報をセレクタ２６へ出力する。

セレクタ２６では、系統以上判定部２２からの判定結果が「０（定常時）」であれば位相テーブル１パルス制御部２４の出力を、「１（異常時）」であれば指令値比較１パルス制御部２５の出力を選択してゲート信号生成部２７へ送出する。ゲート信号生成部２７では、セレクタ２６を介して送られてきた、位相テーブル１パルス制御部２４または指令値比較１パルス制御部２５からのタイミング情報に応じてゲート信号を生成し、前記電力変換部１を構成する個々の単位変換器１１の半導体スイッチング素子ＳＷのゲート端子に供給する。
前記のような回路構成とすることで、制御部２では系統異常判定部２２によって系統電圧値ｖsに異常があるか否かを判定し、定常時は位相テーブル１パルス制御部２４を、系統に異常がある場合には指令値比較１パルス制御部２５を選択し、選択した１パルス制御方法に基づいて、実際にパルス電圧を変化させるゲート信号を電力変換部１の各単位変換器１１に供給する。

こうして定常時と系統の異常時とで１パルス制御方法を切替えることにより、定常時は位相に基づいた１パルス生成により高調波成分の少ない電流制御を実現しつつ、系統の異常時には系統に追従した電圧を出力することができるので、異常時の出力電流の高調波成分や過電流を抑制できる。

なお、前記第１の実施形態、及び以下に説明する第２以降のすべての実施形態の共通事項として、前記図１に示した構成では各相において直列接続された単位変換器１１をデルタ結線しているが、単位変換器１１をＹ結線する構成であってもよい。

また前記図１では単位変換器１１の直流電圧源にコンデンサＣを用いているが、直流電源でも構わない。また前記図１では、バッファリアクトル３を各相毎に挿入しているが、これを用いずにトランス４の漏れインダクタンスで代用しても構わない。また図１ではトランス４を介して電力系統に連系しているが、トランスなしで連系してもよい。また図１では制御部２は変換器電流ｉrs，ｉst，ｉtrに基づいて制御しているが、系統電流ｉr，ｉs，ｉtに基づいて制御してもよい。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る電力変換器について説明する。なお、電力変換器全体の構成は前記図１に示した内容と同様であるため、同一部分には同一符号を用いるものとして、それらの説明については省略する。

図４は、本実施形態における主として制御部２の回路構成を例示するブロック図である。１パルス制御を行なう実行系の回路構成については前記図３とほぼ同様であるため、同一または相当する構成要素には、図３で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略する。

同図では、系統電圧値ｖsがカップリングＣＰを介して制御部２内の電圧指令値演算部２１及び系統異常判定部３１に与えられる。

系統異常判定部３１は、前記系統電圧値ｖsと、予め設定された系統電圧の定常状態範囲ｖs_LVlim，ｖs_0Vlim（ｖs_LVlim＜ｖs_0Vlim）を比較し、その比較結果から系統の定常状態または異常状態を判定し、その判定結果「０」／「１」をセレクタ２６へ出力する。

前記のような回路構成にあって、系統異常判定部３１では、系統電圧値ｖsを、予め設定された系統電圧の定常状態範囲ｖs_LVlim〜ｖs_Ovlimと比較する。

その比較の結果、「ｖs_LVlim≦ｖs≦ｖs_OVlim」であれば定常状態と判定する一方で、「ｖs＜ｖs_LVlim」であるか、または「OVlim＜ｖs」であれば系統電圧が定常状態を逸脱した異常状態であると判定する。

ここで、前記電圧ｖs，ｖs_LVlim，ｖs_OVlimはそれぞれ実効値である。瞬時値で判定する場合は、電圧ｖsとｖs_OVlimを瞬時値で設定するが、瞬時値そのままで電圧ｖsとｖs_LVlimの比較はできないので、電圧ｖsは１周期のピーク値を用いるか、電圧ｖs_LVlimのみ実効値で比較するなどにより対処する。

前記系統異常判定部３１での判定によりセレクタ２６で切替え選択を行なうことにより、定常状態であると判定した場合は位相テーブル１パルス制御部２４による１パルス制御を実行する一方で、系統異常であると判定した場合は指令値比較１パルス制御部２５による1パルス制御を実行するものとして、ゲート信号生成部２７により各単位変換器１１にパルス電圧を変化させるゲート信号を供給させる。

本実施形態によれば、定常時は高調波成分の少ない電流制御を実現しつつ、系統異常時には系統に追従した電圧を出力することができるので、異常時の出力電流の高調波成分や過電流を抑制することができる。

なお本実施形態では示さなかったが、系統電圧としては、系統電圧ｖsをｄｑ変換した有効電圧成分ｖsdを用いてもよい。

また、系統電圧ｖsに含まれる高調波成分を演算し、算出した高調波成分の値が予め設定された閾値を超えた時に系統異常と判定して１パルス制御方法を切替えてもよい。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る電力変換器について説明する。なお、電力変換器全体の構成は前記図１に示した内容と同様であるため、同一部分には同一符号を用いるものとして、それらの説明については省略する。

図５は、本実施形態における主として制御部２の回路構成を例示するブロック図である。１パルス制御を行なう実行系の回路構成については前記図３、図４とほぼ同様であるため、同一または相当する構成要素には、図３、図４で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略する。

同図では、電圧指令値演算部２１が算出した電圧指令値ｖr^*が系統異常判定部３１に与えられる。

系統異常判定部３１は、前記電圧指令値ｖr^*と、予め設定された電圧指令値の定常状態範囲ｖ^*_LVlim，ｖ^*_0Vlim（ｖ^*_LVlim＜ｖ^*_0Vlim）を比較し、その比較結果から系統の定常状態または異常状態を判定し、その判定結果「０」／「１」をセレクタ２６へ出力する。

前記のような回路構成にあって、系統異常判定部３１では、電圧指令値ｖr^*を、予め設定された電圧指令値の定常状態範囲ｖ^*_LVlim〜ｖ^*_Ovlimと比較する。

その比較の結果、「ｖ^*_LVlim≦ｖr^*≦ｖ^*_OVlim」であれば定常状態と判定する一方で、「ｖr^*＜ｖ^*_LVlim」であるか、または「ｖ^*_OVlim＜ｖr^*」であれば電圧指令値が定常状態を逸脱した異常状態であると判定する。

ここで、前記電圧ｖr^*, ｖ^*_LVlim, ｖ^*_OVlimはそれぞれ実効値である。瞬時値で判定する場合は、電圧ｖr^*とｖ^*_OVlimを瞬時値で設定するが、瞬時値そのままで電圧ｖr^*とｖ^*_LVlimは比較できないので、電圧指令値ｖr^*は１周期のピーク値を用いるか、電圧ｖ^*_LVlimのみ実効値で比較するなどにより対処する。

本実施例によれば、定常時は高調波成分の少ない電流制御を実現しつつ、系統異常時には系統に追従した電圧を出力することができるので、異常時の電流の高調波成分や過電流も抑制できる。

なお本実施形態では示さなかったが、電圧指令値には、ｄｑ軸上の有効分指令値ｖd^*を用いてもよい。
また、電圧指令値ｖr^*に含まれる高調波成分を演算し、算出した高周波成分の値が予め設定された閾値を超えたときに系統異常と判定して１パルス制御方法を切替えてもよい
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る電力変換器について説明する。なお、電力変換器全体の構成は前記図１に示した内容と同様であるため、同一部分には同一符号を用いるものとして、それらの説明については省略する。

図６は、本実施形態における主として制御部２の回路構成を例示するブロック図である。１パルス制御を行なう実行系の回路構成については前記図３乃至図５とほぼ同様であるため、同一または相当する構成要素には、図３乃至図５で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略する。

同図では、系統電圧値ｖsがカップリングＣＰを介して制御部２内の電圧指令値演算部２１及び傾き検出部４１に与えられる。傾き検出部４１は、系統電圧値ｖsの時間変化率ｄvs／ｄtを傾きとして検出し、得た傾きｄvs／ｄtの絶対値｜ｄvs／ｄt｜を系統異常判定部３１へ出力する。

系統異常判定部３１は、前記傾きｄvs／ｄtの絶対値｜ｄvs／ｄt｜と、予め設定された系統電圧変化率の閾値ｖdiflimとを比較し、その比較結果から系統の定常状態または異常状態を判定し、その判定結果「０」／「１」をセレクタ２６へ出力する。

前記のような回路回路構成にあって、系統異常判定部３１では、系統電圧ｖsの時間変化率である傾きｄvs／ｄtの絶対値｜ｄvs／ｄt｜と、予め設定された系統電圧変化率の閾値ｖdiflimを比較し、「ｖdiflim≧｜ｄvs／ｄt｜」であれば定常状態と判定する一方で、「ｖdiflim＜｜ｄvs／ｄt｜」であれば系統電圧が定常状態を逸脱している系統異常時であると判定する。

本実施形態によれば、定常時は高調波成分の少ない電流制御を実現しつつ、系統異常時には系統に追従した電圧を出力することができるので、異常時の電流の高調波成分や過電流も抑制することができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る電力変換器について説明する。なお、電力変換器全体の構成は前記図１に示した内容と同様であるため、同一部分には同一符号を用いるものとして、それらの説明については省略する。

図７は、本実施形態における主として制御部２の回路構成を例示するブロック図である。１パルス制御を行なう実行系の回路構成については前記図３乃至図６とほぼ同様であるため、同一または相当する構成要素には、図３乃至図６で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略する。

同図では、電圧指令値演算部２１が出力する電圧指令値ｖr^*が、傾き検出部５１、位相演算部２３、及び指令値比較１パルス制御部２５に与えられる。傾き検出部５１は、電圧指令値ｖr^*の時間変化率ｄvr^*／ｄtを傾きとして検出し、得た傾きｄvr^*／ｄtの絶対値｜ｄvr^*／ｄt｜を系統異常判定部３１へ出力する。

系統異常判定部３１は、前記傾きｄvr^*／ｄtの絶対値｜ｄvr^*／ｄt｜と、予め設定された電圧指令値の閾値ｖdiflimとを比較し、その比較結果から系統の定常状態または異常状態を判定し、その判定結果「０」／「１」をセレクタ２６へ出力する。

前記のような回路回路構成にあって、系統異常判定部３１では、電圧指令値ｖr^*の時間変化率である傾きｄvr^*／ｄtの絶対値｜ｄvr^*／ｄt｜と、予め設定された電圧指令値ｖr^*変化率の閾値ｖdiflimを比較し、「ｖdiflim≧｜ｄvr^*／ｄt｜」であれば定常状態と判定する一方で、「ｖdiflim＜｜ｄvr^*／ｄt｜」であれば系統電圧が定常状態を逸脱している系統異常時であると判定する。

なお本実施形態では示さなかったが、電圧指令値には、ｄｑ軸上の有効分指令値ｖd^*を用いてもよい。

以上、本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら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。

１…電力変換器、
２…制御部、
３…バッファリアクトル、
４…トランス、
５…電力系統、
１１…単位変換器、
２１…電圧指令値演算部、
２２…系統異常判定部、
２３…位相演算部、
２４…位相テーブル１パルス制御部、
２５…指令値比較１パルス制御部、
２６…セレクタ、
２７…ゲート信号生成部、
３１…系統異常判定部、
４１…傾き検出部、
５１…傾き検出部、
Ｃ…コンデンサ、
ＣＰ…カップリング、
ＳＷ…半導体スイッチング素子。

Claims

直流電圧源と半導体スイッチング素子とを用いた単位変換器を複数直列に接続した電力変換回路に対し、制御手段により前記単位変換器の半導体スイッチング素子に与える電圧を制御して電力系統への出力電圧を連系させる電力変換装置であって、
前記制御手段は、
前記電力系統の電圧、変換器電流、前記直流電圧源の電圧に基づいて電圧指令値を演算する演算手段と、
前記単位電力変換器が出力する電圧をオン／オフする位相を予めテーブル化して記憶するテーブル記憶手段と、
前記演算手段で算出した電圧指令値の位相に基づいて前記テーブルを参照し、前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフする第１の電圧出力手段と、
前記演算手段で算出した前記電圧指令値を、前記単位電力変換器の電圧出力の変化の閾値と比較し、その比較結果に応じて前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフする第２の電圧出力手段と、
前記第１の電圧出力手段及び第２の電圧出力手段の一方を選択的に切替えて前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフさせる切替手段と
を備え、前記切替手段を介して与えられる電圧により、直列接続された前記複数の単位電力変換器の電圧パルスを重畳した階段状波形の電圧を前記電力変換回路が出力することを特徴とする電力変換装置。
前記制御手段は、
連系した前記電力系統の電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段での検出結果により系統電圧が定常状態であるか否かを判定する系統判定手段とをさらに備え、
前記切替手段は、
前記系統判定手段により定常状態であると判定した場合は前記第１の電圧出力手段に、定常状態ではないと判定した場合は前記第２の電圧出力手段に選択的に切替えて前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフさせる
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換器。
前記系統判定手段は、
前記検出手段での検出結果と予め規定された定常状態の電力系統の電圧範囲を示す閾値との比較、及び系統電圧に重畳される高調波の大きさと予め設定された基準値との比較、に応じて系統電圧が定常状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
前記系統判定手段は、
前記検出手段での検出結果、前記演算手段で算出した前記電圧指令値と予め規定された定常状態の電圧指令値の範囲を示す閾値との比較、及び系統電圧に重畳される高調波の大きさと予め設定された基準値との比較、に応じて系統電圧が定常状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
前記制御手段は、
連系した前記電力系統の電圧の変化の度合いを検出する検出手段と、
前記検出手段での検出結果と予め設定された値とを比較する比較手段とをさらに備え、
前記切替手段は、
前記比較手段での比較結果により、前記第１の電圧出力手段及び第２の電圧出力手段の一方を選択的に切替えて前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフさせる
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換器。
前記制御手段は、
前記演算手段で算出した電圧指令値の変化の度合いを検出する検出手段と、
前記検出手段での検出結果と予め設定された値とを比較する比較手段とをさらに備え、
前記切替手段は、
前記比較手段での比較結果により、前記第１の電圧出力手段及び第２の電圧出力手段の一方を選択的に切替えて前記単位電力変換器への電圧出力をオン／オフさせる
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換器。