JP2023071319A - 電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統において不平衡事故が発生した場合においても、連系点に所望の電力量の無効電力を供給することができる電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の電力変換装置は、電力変換器と、制御装置と、電圧検出器と、電流検出器と、を持つ。電力変換器は、連系する電力系統との連系点に対して無効電力を供給する、または無効電力を消費する。制御装置は、電力変換器の制御を行う。電圧検出器は、電力変換器の交流側に設置され、連系点における交流電圧を検出する。電流検出器は、電力変換器の交流側に設置され、連系点における交流電流を検出する。制御装置は、交流電圧に基づいて正相交流電圧と逆相交流電圧を検出し、正相交流電圧および逆相交流電圧と、予め定められた交流電流上下限値および無効電力指令値とに基づいて、正相交流電流および逆相交流電流の出力を制御する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムに関する。

近年、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの導入が拡大している。再生可能エネルギーによる電力供給では、電力系統の電圧が不安定になることが懸念される。このため、電力系統の安定的な運用をするために、静止型無効電力補償装置（STATic synchronous COMpensator：ＳＴＡＴＣＯＭ）の需要が拡大している。ＳＴＡＴＣＯＭは、自励式の変換装置を用いて無効電力を補償するものである。ＳＴＡＴＣＯＭは、例えば、変電所に設置される送変電・配電システムなどに導入され、常時運転されている。ＳＴＡＴＣＯＭは、通常の運用において連系点の無効電力を制御することによって、系統電圧の安定化に貢献している。

ＳＴＡＴＣＯＭには、例えば、落雷などによる系統事故が発生した場合でも、電力系統の運転を継続し、連系点の電圧低下を抑制するように無効電流を制御することが求められる。つまり、ＳＴＡＴＣＯＭには、電力系統に悪影響を与える要因に対しての耐性（ロバスト性）を向上させることが求められる。

ＳＴＡＴＣＯＭは、電力系統に発生した系統事故が、電圧の低下量が三相で同等な平衡事故である場合には、三相ともに定格の正相電流に制御することによって、連系点に一定の無効電力量を供給することができる。しかしながら、電力系統に発生した事故が、電圧の低下量が三相で異なる（相ごとに異なる）不平衡事故である場合、例えＳＴＡＴＣＯＭが正相の無効電流を流すように制御したとしても、流した無効電流が不平衡電圧によって脈動してしまい、所望の無効電力量を供給することができないこともある。

特開２０１３－０２１８４８号公報

本発明が解決しようとする課題は、電力系統において不平衡事故が発生した場合においても、連系点に所望の電力量の無効電力を供給することができる電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを提供することである。

実施形態の電力変換装置は、電力変換器と、制御装置と、電圧検出器と、電流検出器と、を持つ。電力変換器は、連系する電力系統との連系点に対して無効電力を供給する、または前記無効電力を消費する。制御装置は、前記電力変換器の制御を行う。電圧検出器は、前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電圧を検出する。電流検出器は、前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電流を検出する。前記制御装置は、前記交流電圧に基づいて正相交流電圧と逆相交流電圧を検出し、前記正相交流電圧および前記逆相交流電圧と、予め定められた交流電流上下限値および無効電力指令値とに基づいて、正相交流電流および逆相交流電流の出力を制御する。

実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図。 電力変換器の構成の一例を示す図。 変換器の構成の一例を示す図。 制御装置における正相逆相電流制御の処理の一例を示すフローチャート。 制御装置において第１の電流制御モードで正相逆相電流制御を実行した場合の連系点の波形の一例を示す概略波形図。 制御装置において第２の電流制御モードで正相逆相電流制御を実行した場合の連系点の波形の一例を示す概略波形図。 制御装置において第３の電流制御モードで正相逆相電流制御を実行した場合の連系点の波形の一例を示す概略波形図。 電力変換器の別の構成の一例を示す図（その１）。 電力変換器の別の構成の一例を示す図（その２）。 電力変換器の別の構成の一例を示す図（その３）。 変換器が備えるセルの構成の一例を示す図。

以下、実施形態の電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。

［電力変換装置の構成］
図１は、実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図１には、電力系統２に対して並列に設置（接続）され、電力系統２に出力（供給）する無効電力を補償（調整）することによって電力系統２の交流電力の安定化を図る電力変換装置１の一例を示している。電力系統２は、例えば、交流電源や交流負荷などの三相の交流系統である。電力変換装置１は、例えば、静止型無効電力補償装置（STATic synchronous COMpensator：ＳＴＡＴＣＯＭ）である。以下の説明においては、電力変換装置１と電力系統２との接続箇所を連系点という。さらに、以下の説明においては、特に明言しない場合には、三相のそれぞれの相を区別しないものとする。電力変換装置１は、例えば、電力変換器１０と、制御装置２０と、電圧検出器３０と、電流検出器４０と、を備える。

電力変換器１０は、制御装置２０からの制御に応じて、連系点に交流電力（無効電力）を供給する、または連系点の無効電力を消費することによって、電力系統２における系統電圧の安定化を図る。電力変換器１０は、例えば、変圧器１１と、変換器１２と、を備える。変圧器１１および変換器１２は、一般的な構成である。変換器１２は、例えば、交流電力と直流電力とを相互に変換するモジュラー・マルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter：ＭＭＣ）であってもよい。変換器１２には、交流電力に変換する対象の直流電力を供給するための直流電源（不図示）が接続されている。

図２は、電力変換器１０の構成の一例を示す図である。図２の（ａ）に示した電力変換器１０ａは、一般的な三相変換器を適用した構成である。電力変換器１０ａは、例えば、変圧器１１ａと、一つの変換器１２と、を備える。変圧器１１ａは、例えば、三相変圧器である。変圧器１１ａは、例えば、三相のそれぞれの相ごとに対応した三つの単相変圧器のそれぞれが接続された構成であってもよい。変換器１２は、例えば、変換器ユニットで構成された三相変換器である。変換器１２の交流側端子は、変圧器１１ａに接続される。電力変換器１０ａは、交流側に配置された変圧器１１ａから、制御装置２０からの制御に応じた変換器１２からの交流電圧を出力することにより、制御装置２０からの制御に応じた交流電流を流す。図２の（ｂ）に示した電力変換器１０ｂは、多重型の変圧器を適用した構成である。電力変換器１０ｂは、例えば、変圧器１１ｂと、複数の変換器１２（変換器１２－１～１２－ｎ（ｎは、自然数））と、を備える。電力変換器１０ｂは、電力変換器１０ａにおける変圧器１１ａを多重型変圧器である変圧器１１ｂに代えた構成である。これに伴って、電力変換器１０ｂでは、電力変換器１０ａが備える変換器１２と同じ三相変換器を複数（少なくとも二つ）備える構成となっている。それぞれの変換器１２の交流側端子は、変圧器１１ｂに接続される。電力変換器１０ｂでは、複数の変換器１２の交流側の出力を多重化することによって、交流側に配置された変圧器１１ｂから交流側に出力する交流電圧の電圧レベルを多レベル化することができる。

図３は、変換器１２の構成の一例を示す図である。図３の（ａ）に示した変換器１２ａは、三つのレグ１２１（レグ１２１－１～１２１－３）と、一つの直流コンデンサ１２２と、を備える。レグ１２１は、少なくとも二つの以上の自己消弧型の半導体スイッチング素子を備える。半導体スイッチング素子は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体スイッチング素子は、制御装置２０からの制御（スイッチング制御）に応じて動作（スイッチング動作）する。変換器１２ａでは、それぞれのレグ１２１の直流側端子が互いに並列に接続され、それぞれのレグ１２１の交流側端子から各相の相電圧が出力される。変換器１２ａでは、直流コンデンサ１２２の両端は、それぞれのレグ１２１の対応する直流側端子に接続されている。この構成により、変換器１２ａでは、それぞれのレグ１２１が出力する相電圧の電圧レベルが、２レベルとなる。図３の（ｂ）に示した変換器１２ｂは、三つのレグ１２３（レグ１２３－１～１２３－３）と、二つの直流コンデンサ１２２（直流コンデンサ１２２－１および直流コンデンサ１２２－２）と、を備える。レグ１２３は、中性点端子を有する構成である。レグ１２３は、少なくとも二つ以上の自己消弧型の半導体スイッチング素子と、半導体スイッチング素子の中点に接続され、中性点を構成するための半導体スイッチング素子もしくはダイオードとを備える。レグ１２３が備える半導体スイッチング素子も、レグ１２１が備える半導体スイッチング素子と同様に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。レグ１２３が備える半導体スイッチング素子も、制御装置２０からのスイッチング制御に応じてスイッチング動作する。変換器１２ｂでも、変換器１２ａと同様に、それぞれのレグ１２３の直流側端子が互いに並列に接続され、それぞれのレグ１２３の交流側端子から各相の相電圧が出力される。変換器１２ａでは、直流コンデンサ１２２－１の一端が、それぞれのレグ１２３の対応する一方の直流側端子に接続され、直流コンデンサ１２２－２の一端が、それぞれのレグ１２３の対応する他方の直流側端子に接続されている。直流コンデンサ１２２－１と直流コンデンサ１２２－２とのそれぞれ他端は、互いに接続され、さらにそれぞれのレグ１２３の中性点端子に接続されている。この構成により、変換器１２ｂでは、それぞれのレグ１２３が出力する相電圧の電圧レベルは、３レベルとなる。

図１に戻り、電圧検出器３０は、連系点の交流電圧Ｖａｃを検出する。電圧検出器３０は、電力変換器１０の連系点側（交流側）に配置され、配置された位置で交流電圧Ｖａｃを検出する。電圧検出器３０は、各相の交流電圧Ｖａｃを検出する。電圧検出器３０は、検出した各相の交流電圧Ｖａｃの検出値を制御装置２０に出力する。

電流検出器４０は、電力変換器１０から連系点に流れる交流電流Ｉａｃを検出する。電流検出器４０は、電力変換器１０の連系点側（交流側）に配置され、配置された位置で交流電流Ｉａｃを検出する。電流検出器４０は、検出した交流電流Ｉａｃの検出値を制御装置２０に出力する。

制御装置２０は、電力変換器１０の定格値や、入力された設定値、電圧検出器３０が検出した交流電圧Ｖａｃ、電流検出器４０が検出した交流電流Ｉａｃに基づいて、電力変換器１０の動作を制御する。つまり、制御装置２０は、電力変換器１０が備える変換器１２内のスイッチング素子のスイッチング制御を行う。制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで電力変換器１０の動作を制御する。制御装置２０は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。制御装置２０は、専用のＬＳＩによって実現されてもよい。プログラムは、予め制御装置２０あるいは電力変換装置１が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が制御装置２０あるいは電力変換装置１が備えるドライブ装置に装着されることで制御装置２０あるいは電力変換装置１が備えるＨＤＤやフラッシュメモリにインストールされてもよい。

制御装置２０は、電力変換器１０の動作を制御することによって、電力変換器１０に、電力系統２との連系点に無効電力を出力（供給）させる。より具体的には、制御装置２０は、電力変換器１０の定格値や、入力された設定値に基づいて、電力変換器１０の動作を制御する制御信号を生成する。電力変換器１０の定格値は、例えば、電力変換器１０が連系点に出力（供給）する交流電圧の電圧値や、交流電流の上限値あるいは下限値（以下、「交流電流上下限値Ｉｌｉｍ」という）である。交流電流上下限値Ｉｌｉｍは、電力系統２を運用する電力会社などの上位の制御装置から入力（設定）されてもよい。制御装置２０には、設定値として、例えば、電力変換器１０に出力させる無効電力の指令値（以下、「無効電力指令値Ｑ＊」という）などが、電力系統２を運用する電力会社などの上位の制御装置から入力（設定）される。制御装置２０に設定される設定値は、無効電圧の指令値や無効電流の指令値であってもよい。さらに、制御装置２０に設定される設定値は、連系点の交流電圧の指令値（交流電圧指令値）であってもよい。制御装置２０は、設定された無効電力指令値Ｑ＊に応じた無効電力を連系点に供給するための制御信号を生成する。制御装置２０は、生成した制御信号を電力変換器１０に出力することにより、電力変換器１０に無効電力を出力（供給）させる。制御装置２０が生成して電力変換器１０に出力する制御信号は、例えば、電力変換器１０が備える変換器１２に所望の正相の変換器交流電流Ｉｃｃを流させるために、変換器１２が備えるスイッチング素子の動作をスイッチング制御するためのスイッチングパルス信号である。正相とは、例えば、電力系統２が、第１相（Ａ相）、第２相（Ｂ相）、および第３相（Ｃ相）の三相である場合、変換器交流電流Ｉｃｃに応じて連系点に供給される交流電力における交流電圧の相順が、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順番に位相が１２０°ずつずらされて供給されることである。制御装置２０は、三相ともに同様の変換器交流電流Ｉｃｃを流させる制御信号を生成して電力変換器１０に出力する。より具体的には、制御装置２０は、変換器交流電流Ｉｃｃが設定された無効電力指令値Ｑ＊に追従するような制御信号を生成して、電力変換器１０に出力する。これにより、電力変換装置１では、通常の運用において、無効電力を連系点に出力（供給）することができる。

制御装置２０は、例えば、落雷などによって電力系統２に系統事故が発生した場合にも、電力変換器１０の動作を制御して連系点に無効電力を出力（供給）させ、連系点における交流電圧の低下を抑制する。これにより、電力変換装置１では、通常の運用時のみならず、電力系統２に系統事故が発生した場合においても、無効電力を調整することができ、電力系統２の運用を継続させることができる。このため、電力変換装置１は、電力系統２において発生した系統事故を検出する機能（以下、「事故検出機能」という）を備えている。事故検出機能は、制御装置２０が備える機能であってもよい。

ところで、電力系統２において発生する系統事故には、交流電圧の低下量が三相で同等な平衡事故である場合と、交流電圧の低下量が三相で異なる（相ごとに異なる）不平衡事故である場合とがある。系統事故が平衡事故である場合、制御装置２０は、電力変換装置１における通常の運用時とは異なる電流値ではあるものの、三相ともに同じ電流値の正相の変換器交流電流Ｉｃｃを電力変換器１０が備える変換器１２に流させるための制御信号を電力変換器１０に出力することにより、平衡事故に対応する無効電力を電力変換器１０から連系点に出力（供給）させることができる。つまり、制御装置２０は、電力変換装置１における通常の運用時と同様に、三相ともに同様の変換器交流電流Ｉｃｃを流させるように電力変換器１０の動作を制御することにより、発生した平衡事故に対応する無効電力を調整し、電力系統２の運用を継続させることができる。

一方、系統事故が不平衡事故である場合、制御装置２０は、正相に加えて逆相も考慮した変換器交流電流Ｉｃｃを電力変換器１０が備える変換器１２に流させるための制御信号を電力変換器１０に出力する。逆相とは、例えば、Ａ相、Ｃ相、Ｂ相などのように、交流電圧の相順が、正相とは異なる順番で供給されることである。

系統事故が不平衡事故である場合、制御装置２０は、電圧検出器３０により出力された交流電圧Ｖａｃの検出値、および電流検出器４０により出力された交流電流Ｉａｃの検出値に基づいて、連系点における正相の交流電圧の成分（以下、「正相交流電圧Ｖｐ」という）と、逆相の交流電圧の成分（以下、「逆相交流電圧Ｖｎ」という）を検出する。以下の説明においては、制御装置２０が正相交流電圧Ｖｐや逆相交流電圧Ｖｎを検出する機能を、「正相逆相電圧検出機能」という。この正相逆相電圧検出機能では、例えば、交流電圧Ｖａｃを正相ｄ－ｑ変換することによって、連系点の交流電圧における２倍の周波数の脈動を除去した結果を正相交流電圧Ｖｐとして検出する。同様に、正相逆相電圧検出機能では、例えば、交流電圧Ｖａｃを逆相ｄ－ｑ変換することによって、連系点の交流電圧における２倍の周波数の脈動を除去した結果を逆相交流電圧Ｖｎとして検出する。

そして、制御装置２０は、設定された無効電力指令値Ｑ＊と、検出した正相交流電圧Ｖｐおよび逆相交流電圧Ｖｎとに基づいて、電力変換器１０から連系点に正相の交流電流を流させるための電流指令値（以下、「正相電流指令値Ｉｐ＊」という）と、逆相の交流電流を流させるための電流指令値（以下、「逆相電流指令値Ｉｎ＊」という）とを算出する。制御装置２０は、電力変換器１０から連系点に流される交流電流Ｉａｃの正相成分（以下、「正相交流電流Ｉｐ」という）が、算出した正相電流指令値Ｉｐ＊に追従し、交流電流Ｉａｃの逆相成分（以下、「逆相交流電流Ｉｎ」という）が、算出した逆相電流指令値Ｉｎ＊に追従するような制御信号を生成して、電力変換器１０に出力する。言い換えれば、制御装置２０は、正相交流電流Ｉｐだけではなく、逆相交流電流Ｉｎを重畳した交流電流を無効電流として流させるような制御信号を生成して、電力変換器１０に出力する。以下の説明においては、制御装置２０において行う、正相交流電流Ｉｐと逆相交流電流Ｉｎとのそれぞれを、算出した正相電流指令値Ｉｐ＊と逆相電流指令値Ｉｎ＊とのそれぞれに追従させる制御を「正相逆相電流制御」という。

制御装置２０は、正相逆相電流制御による電力変換器１０の制御方法を切り替えることによって、電力系統２において発生した不平衡事故に応じた無効電力を、電力変換器１０から連系点に出力（供給）させることができる。つまり、制御装置２０は、不平衡事故の発生時における無効電力の供給方法を切り替える複数のモード（電流制御モード）を備える。制御装置２０における電流制御モードの切り替えは、例えば、モード切り替え信号（以下、「切り替え信号Ｍｏｄｅ」という）によって行われる。切り替え信号Ｍｏｄｅは、電力系統２を運用する電力会社や上位の制御装置によって決定された無効電力の供給方法に基づいて、例えば、上位の制御装置から制御装置２０に入力（設定）される。例えば、それぞれの電流制御モードに対応する番号を切り替え信号Ｍｏｄｅに割り当てておき、上位の制御装置が、割り当てた番号を切り替え信号Ｍｏｄｅとして制御装置２０に入力することにより、制御装置２０は、入力された番号に応じた電流制御モードでの正相逆相電流制御を実行する。制御装置２０が電流制御モードに応じて切り替える無効電力の供給方法については後述する。

［正相逆相電流制御の処理］
図４は、制御装置２０における正相逆相電流制御の処理の一例を示すフローチャートである。図４には、制御装置２０が、正相逆相電流制御において正相電流指令値Ｉｐ＊と逆相電流指令値Ｉｎ＊を算出する際に実行する処理の流れの一例を示している。本フローチャートの処理は、電力変換装置１が動作している間、繰り返し実行されるものであってもよい。以下の説明においては、電力変換器１０における交流電流上下限値Ｉｌｉｍが予め定められており、無効電力指令値Ｑ＊と切り替え信号Ｍｏｄｅとが制御装置２０に入力（設定）されているものとする。さらに、以下の説明においては、制御装置２０が、電圧検出器３０が検出した交流電圧Ｖａｃおよび電流検出器４０が検出した交流電流Ｉａｃのそれぞれを取得し、取得した交流電圧Ｖａｃおよび交流電流Ｉａｃに基づく正相逆相電圧検出機能が終了している、つまり、正相交流電圧Ｖｐと逆相交流電圧Ｖｎとのそれぞれの検出が完了しているものとする。

制御装置２０は、正相逆相電流制御を開始すると、まず、切り替え信号Ｍｏｄｅが表す電流制御モードと、正相交流電圧Ｖｐおよび逆相交流電圧Ｖｎとのそれぞれに基づいて、入力されている切り替え信号Ｍｏｄｅに応じた無効電力制限値Ｑｌｉｍを算出する（ステップＳ１）。このとき、制御装置２０は、交流電流Ｉａｃが交流電流上下限値Ｉｌｉｍを超過することがないような、無効電力制限値Ｑｌｉｍを算出する。

制御装置２０は、算出した無効電力制限値Ｑｌｉｍと、入力された無効電力指令値Ｑ＊の絶対値｜Ｑ＊｜とを比較し、無効電力制限値Ｑｌｉｍが無効電力指令値Ｑ＊の絶対値｜Ｑ＊｜以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、無効電力制限値Ｑｌｉｍが無効電力指令値Ｑ＊の絶対値｜Ｑ＊｜以上である場合、制御装置２０は、交流電流上下限値Ｉｌｉｍを考慮した無効電力を電力変換器１０に出力させるための指令値（以下、「無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊」という）を、無効電力指令値Ｑ＊に決定する（ステップＳ３－１）。そして、制御装置２０は、無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊の値として、無効電力指令値Ｑ＊の値を代入する。

一方、ステップＳ２において、無効電力制限値Ｑｌｉｍが無効電力指令値Ｑ＊の絶対値｜Ｑ＊｜以上ではない場合（つまり、無効電力制限値Ｑｌｉｍが無効電力指令値Ｑ＊の絶対値｜Ｑ＊｜よりも小さい場合）、制御装置２０は、無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊を、無効電力制限値Ｑｌｉｍに決定する（ステップＳ３－２）。そして、制御装置２０は、無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊の値として、無効電力制限値Ｑｌｉｍの値を代入する。

制御装置２０は、切り替え信号Ｍｏｄｅが表す電流制御モードと、無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊と、正相交流電圧Ｖｐおよび逆相交流電圧Ｖｎとのそれぞれに基づいて、正相電流指令値Ｉｐ＊および逆相電流指令値Ｉｎ＊を算出する（ステップＳ４－１）。ところで、正相電流指令値Ｉｐ＊は、電力変換器１０から連系点に流させる正相の交流電流の振幅を表す指令値であり、逆相電流指令値Ｉｎ＊は、電力変換器１０から連系点に流させる逆相の交流電流の振幅を表す指令値である。

さらに、制御装置２０は、切り替え信号Ｍｏｄｅが表す電流制御モードと、無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊と、正相交流電圧Ｖｐおよび逆相交流電圧Ｖｎとのそれぞれに基づいて、電力変換器１０から連系点に流させる正相の交流電流の位相の指令値（以下、「正相電流位相指令値Φｐ＊」という）、および電力変換器１０から連系点に流させる逆相の交流電流の位相の指令値（以下、「逆相電流位相指令値Φｎ＊」という）を算出する（ステップＳ４－２）。

このようにして制御装置２０は、設定された無効電力指令値Ｑ＊と、電圧検出器３０が検出した交流電圧Ｖａｃおよび電流検出器４０が検出した交流電流Ｉａｃのそれぞれから検出した正相交流電圧Ｖｐと逆相交流電圧Ｖｎとに基づいて、電力変換器１０から連系点に流させる交流電流の指令値（正相電流指令値Ｉｐ＊、正相電流位相指令値Φｐ＊、逆相電流指令値Ｉｎ＊、および逆相電流位相指令値Φｎ＊）を算出する。そして、制御装置２０は、算出したそれぞれの交流電流の指令値を用いて、電力変換器１０に出力する制御信号を生成し、電力変換器１０の動作を制御する。

例えば、制御装置２０は、変換器１２に正相の変換器交流電流Ｉｃｃ（以下、「正相電流Ｉｃｐ」という）を流させるための正相電流指令値Ｉｃｐ＊を下式（１）によって算出し、変換器１２に逆相の変換器交流電流Ｉｃｃ（以下、「逆相電流Ｉｃｎ」という）を流させるための逆相電流指令値Ｉｃｎ＊を下式（２）によって算出する。そして、制御装置２０は、正相電流Ｉｃｐが、算出した正相電流指令値Ｉｃｐ＊に追従し、逆相電流Ｉｃｎが、算出した逆相電流指令値Ｉｃｎ＊に追従するような制御信号（スイッチングパルス信号）を生成して、変換器１２に出力する。

Ｉｃｐ＊＝Ｉｐ＊×ｓｉｎ（ωｔ＋Φｐ＊） ・・・（１）

Ｉｃｎ＊＝Ｉｎ＊×ｓｉｎ（ωｔ＋Φｎ＊） ・・・（２）

例えば、制御装置２０は、変換器１２に変換器交流電流Ｉｃｃを流させるための電流指令値Ｉｃ＊を下式（３）によって算出し、変換器交流電流Ｉｃｃが、算出した電流指令値Ｉｃ＊に追従するような制御信号（スイッチングパルス信号）を生成して、変換器１２に出力してもよい。

Ｉｃ＊＝Ｉｐ＊×ｓｉｎ（ωｔ＋Φｐ＊）＋Ｉｎ＊×ｓｉｎ（ωｔ＋Φｎ＊）
・・・（３）

制御装置２０における変換器１２の制御方法としては、例えば、Ｐ（比例：Proportional）制御、Ｉ（積分：Integral）制御、およびＤ（微分：Differential）制御を組み合わせたＰＩＤ制御や、フィードバック制御、Ｐ（比例）制御とＲ（共振：Resonance）制御とを組み合わせたＰＲ制御、繰返し制御などの制御方法を適用することができる。

このようにして制御装置２０は、入力（設定）された切り替え信号Ｍｏｄｅに対応する正相および逆相の変換器交流電流Ｉｃｃを変換器１２に流させるための正相電流指令値Ｉｃｐ＊および逆相電流指令値Ｉｃｎ＊を算出して変換器１２を制御することにより、電力変換器１０に、電流制御モードに応じた無効電力を連系点に出力（供給）させる。

［第１の電流制御モード］
ここで、電流制御モードに応じて連系点に出力（供給）させる無効電力の供給方法の一例について説明する。図５は、制御装置２０において第１の電流制御モードで正相逆相電流制御を実行した場合の連系点の波形の一例を示す概略波形図である。第１の電流制御モードは、無効電力の脈動を抑制する制御モードである。図５に示した連系点の波形の一例は、三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）のうち、Ｂ相とＣ相とに系統事故が発生した不平衡事故を仮定した場合の一例である。図５には、上段に連系点における各相の交流電圧の波形の一例を示し、中段に連系点における各相の交流電流の波形の一例を示している。図５の中段に示した連系点における各相の交流電流の波形は、制御装置２０が動作を制御することによって電力変換器１０から連系点に流させた正相交流電流Ｉｐと逆相交流電流Ｉｎとが重畳された交流電流の波形である。図５には、下段に、制御装置２０が算出する無効電力制限値Ｑｌｉｍと、制御装置２０により制御された連系点の無効電力Ｑと、連系点の有効電力Ｐとの変化の一例を、図５の上段に示した交流電圧の波形、および図５の中段に示した交流電流の波形に対応付けて示している。図５において横軸は、時間ｔである。

Ｂ相とＣ相とに系統事故が発生した不平衡事故の場合、図５の上段に示すように、連系点における交流電圧は、Ａ相の交流電圧の成分（Ａ相交流電圧Ｖａ）に対して、Ｂ相の交流電圧の成分（Ｂ相交流電圧Ｖｂ）とＣ相の交流電圧の成分（Ｃ相交流電圧Ｖｃ）とのそれぞれが低くなっている。このため、制御装置２０は、ステップＳ１において交流電流Ｉａｃが交流電流上下限値Ｉｌｉｍを超過することがないような無効電力制限値Ｑｌｉｍを算出すると、ステップＳ２において無効電力制限値Ｑｌｉｍが無効電力指令値Ｑ＊の絶対値｜Ｑ＊｜以上であると判定し、ステップＳ３－１において、無効電力指令値Ｑ＊の値を無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊の値として代入（Ｑｌｉｍ＊＝Ｑ＊）する。

そして、制御装置２０は、ステップＳ４－１およびステップＳ４－２において、電力変換器１０から連系点に流させる交流電流の正相電流指令値Ｉｐ＊、正相電流位相指令値Φｐ＊、逆相電流指令値Ｉｎ＊、および逆相電流位相指令値Φｎ＊を算出し、制御信号を生成して電力変換器１０の動作を制御する。このとき、第１の電流制御モードでは、無効電力が一定となるように制御する。これにより、連系点における交流電流は、図５の中段に示すように、不平衡の状態となる。より具体的には、連系点における交流電流は、Ａ相の交流電流の成分（Ａ相交流電流Ｉａ）の振幅が、交流電流上下限値Ｉｌｉｍにおける上限値（＋Ｉｌｉｍ）および下限値（－Ｉｌｉｍ）の間の全体の幅となり、Ｂ相の交流電流の成分（Ｂ相交流電流Ｉｂ）とＣ相の交流電流の成分（Ｃ相交流電流Ｉｃ）とのそれぞれの振幅は、上限値（＋Ｉｌｉｍ）および下限値（－Ｉｌｉｍ）の間の全体の幅よりも狭くなる。

これにより、制御装置２０における第１の電流制御モードの正相逆相電流制御では、図５の下段に示すように、連系点における無効電力Ｑが無効電力制限値Ｑｌｉｍと一致するように制御される。つまり、無効電力Ｑは、無効電力制限値Ｑｌｉｍと同様に、脈動が抑えられて、ほぼ一定の電力量に制御される。一方、制御装置２０における第１の電流制御モードの正相逆相電流制御において有効電力Ｐは、電力量の平均値（時間平均値）をゼロとしつつ、連系点における交流電圧の２倍の周波数で脈動する。

［第２の電流制御モード］
図６は、制御装置２０において第２の電流制御モードで正相逆相電流制御を実行した場合の連系点の波形の一例を示す概略波形図である。第２の電流制御モードは、有効電力の脈動を抑制する制御モードである。図６に示した連系点の波形の一例も、図５に示した連系点の波形の一例と同様に、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の三相のうち、Ｂ相とＣ相とに系統事故が発生した不平衡事故を仮定した場合の一例である。図６にも、図５と同様に、上段に連系点における各相の交流電圧の波形の一例を示し、中段に連系点における各相の交流電流の波形の一例を示している。図６にも、図５と同様に、下段に、無効電力制限値Ｑｌｉｍと、連系点の無効電力Ｑと、連系点の有効電力Ｐとの変化の一例を、図６の上段および図６の中段に示した交流電圧および交流電流の波形に対応付けて示している。図６においても、横軸は時間ｔである。

図６の上段に示した、連系点における交流電圧（Ａ相交流電圧Ｖａ、Ｂ相交流電圧Ｖｂ、およびＣ相交流電圧Ｖｃ）は、図５の上段に示した交流電圧と同様である。つまり、Ａ相交流電圧Ｖａに対して、Ｂ相交流電圧ＶｂとＣ相交流電圧Ｖｃとのそれぞれが低くなっている。このため、制御装置２０は、第２の電流制御モードでも、第１の電流制御モードと同様に、ステップＳ３－１において、無効電力指令値Ｑ＊の値を無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊の値として代入（Ｑｌｉｍ＊＝Ｑ＊）する。

そして、制御装置２０は、第１の電流制御モードと同様に、ステップＳ４－１およびステップＳ４－２において、正相電流指令値Ｉｐ＊、正相電流位相指令値Φｐ＊、逆相電流指令値Ｉｎ＊、および逆相電流位相指令値Φｎ＊を算出し、制御信号を生成して電力変換器１０の動作を制御する。このとき、第２の電流制御モードでは、有効電力が一定となるように制御する。これにより、第２の電流制御モードでも、第１の電流制御モードと同様に、連系点における交流電流は不平衡の状態となる。ただし、第２の電流制御モードでは、図６の中段に示すように、連系点におけるＡ相交流電流Ｉａの振幅が、交流電流上下限値Ｉｌｉｍにおける上限値（＋Ｉｌｉｍ）および下限値（－Ｉｌｉｍ）の間の全体の幅よりも狭くなり、Ｂ相交流電流ＩｂとＣ相交流電流Ｉｃとのそれぞれの振幅は、上限値（＋Ｉｌｉｍ）および下限値（－Ｉｌｉｍ）の間の全体の幅となる。

これにより、制御装置２０における第２の電流制御モードの正相逆相電流制御では、図６の下段に示すように、連系点における有効電力Ｐが略ゼロに制御される。つまり、有効電力Ｐは、脈動が抑えられて、ほぼゼロで一定の電力量に制御される。一方、制御装置２０における第２の電流制御モードの正相逆相電流制御において無効電力Ｑは、電力量の平均値（時間平均値）を無効電力制限値Ｑｌｉｍと同様としつつ、連系点における交流電圧の２倍の周波数で脈動する。

［第３の電流制御モード］
図７は、制御装置２０において第３の電流制御モードで正相逆相電流制御を実行した場合の連系点の波形の一例を示す概略波形図である。第３の電流制御モードは、三相ともに交流電流が平衡となるように制御する制御モードである。図７に示した連系点の波形の一例も、図５や図６に示した連系点の波形の一例と同様に、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の三相のうち、Ｂ相とＣ相とに系統事故が発生した不平衡事故を仮定した場合の一例である。図７にも、図５や図６と同様に、上段に連系点における各相の交流電圧の波形の一例を示し、中段に連系点における各相の交流電流の波形の一例を示している。図７にも、図５や図６と同様に、下段に、無効電力制限値Ｑｌｉｍと、連系点の無効電力Ｑと、連系点の有効電力Ｐとの変化の一例を、図７の上段および図７の中段に示した交流電圧および交流電流の波形に対応付けて示している。図７においても、横軸は時間ｔである。

図７の上段に示した、連系点における交流電圧（Ａ相交流電圧Ｖａ、Ｂ相交流電圧Ｖｂ、およびＣ相交流電圧Ｖｃ）は、図５や図６の上段に示した交流電圧と同様である。つまり、Ａ相交流電圧Ｖａに対して、Ｂ相交流電圧ＶｂとＣ相交流電圧Ｖｃとのそれぞれが低くなっている。このため、制御装置２０は、第３の電流制御モードでも、第１の電流制御モードや第２の電流制御モードと同様に、ステップＳ３－１において、無効電力指令値Ｑ＊の値を無効電力制限指令値Ｑｌｉｍ＊の値として代入（Ｑｌｉｍ＊＝Ｑ＊）する。

そして、制御装置２０は、第１の電流制御モードや第２の電流制御モードと同様に、ステップＳ４－１およびステップＳ４－２において、正相電流指令値Ｉｐ＊、正相電流位相指令値Φｐ＊、逆相電流指令値Ｉｎ＊、および逆相電流位相指令値Φｎ＊を算出し、制御信号を生成して電力変換器１０の動作を制御する。このとき、第３の電流制御モードでは、三相の電流値が平衡するように制御する。これにより、第３の電流制御モードでは、第１の電流制御モードや第２の電流制御モードと異なり、連系点における交流電流は、図７の中段に示すように、三相の全てが平衡の状態（三相平衡状態）となる。より具体的には、第３の電流制御モードでは、連系点におけるＡ相交流電流Ｉａ、Ｂ相交流電流Ｉｂ、およびＣ相交流電流Ｉｃの全ての振幅が、交流電流上下限値Ｉｌｉｍにおける上限値（＋Ｉｌｉｍ）および下限値（－Ｉｌｉｍ）の間の全体の幅となる。

これにより、制御装置２０における第３の電流制御モードの正相逆相電流制御では、図７の下段に示すように、連系点における有効電力Ｐは、電力量の平均値（時間平均値）をゼロとしつつ、連系点における交流電圧の２倍の周波数で脈動する。さらに、制御装置２０における第３の電流制御モードの正相逆相電流制御において無効電力Ｑは、電力量の平均値（時間平均値）を無効電力制限値Ｑｌｉｍと同様としつつ、連系点における交流電圧の２倍の周波数で脈動する。

ところで、第３の電流制御モードは、系統事故が平衡事故である場合における正相逆相電流制御と等価な制御を行う制御モードでもある。このため、電力変換装置１では、系統事故が平衡事故である場合において無効電力を連系点に出力（供給）するように電力変換器１０を制御する処理を、第３の電流制御モードによる正相逆相電流制御と共通にしてもよいし、第３の電流制御モードの代わりとして、系統事故が平衡事故である場合の制御を行うようにしてもよい。

このような構成および処理によって、電力変換装置１では、制御装置２０が、電力変換器１０の定格値（無効電力制限値Ｑｌｉｍ）や、入力された設定値（無効電力指令値Ｑ＊）に基づいて、電力変換器１０の動作を制御することにより、無効電力を連系点に出力（供給）することができる。しかも、電力変換装置１では、電力系統２において系統事故が発生した場合でも、制御装置２０が、電圧検出器３０が検出した交流電圧Ｖａｃと、電流検出器４０が検出した交流電流Ｉａｃとに基づいて、正相逆相電流制御を行うことができる。言い換えれば、電力変換装置１では、制御装置２０が、正相の無効電流だけではなく、逆相の無効電流を重畳した無効電流を流させるように制御する。これにより、電力変換装置１では、通常の運用時のみならず、電力系統２に系統事故（平衡事故および不平衡事故）が発生した場合においても、無効電力を調整することができ、電力系統２の運用を継続させることができる。さらに、電力変換装置１では、不平衡事故が発生した場合における正相逆相電流制御を、切り替え信号Ｍｏｄｅに応じて切り替えることができる。これにより、電力変換装置１では、発生した不平衡事故に好適な制御方法で電力変換器１０の動作を制御し、連系点に出力（供給）する無効電力の電力量（無効電力量）を、無効電力指令値Ｑ＊により指令された通りの所望の電力量に制御することがきる。

電力変換装置１では、電圧検出器３０が連系点に近い位置に配置され、連系点に供給される交流電圧Ｖａｃを検出する構成を示した。しかし、電圧検出器３０は、電力変換器１０が備える変圧器１１の二次側の位置に配置されてもよい。つまり、制御装置２０は、交流電圧Ｖａｃの代わりに、変圧器１１の二次側の交流電圧を用いて、正相逆相電流制御を行うようにしてもよい。

上述した電流制御モード（第１の電流制御モード、第２の電流制御モード、第３の電流制御モード）における無効電力の供給方法では、三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）のうち、Ｂ相とＣ相とに不平衡事故が発生した場合について説明したが、電力系統２に発生する系統事故は、Ｂ相とＣ相とに発生するとは限らない。例えば、Ａ相とＢ相や、Ａ相とＣ相、Ａ相のみ、Ｂ相のみ、Ｃ相のみに系統事故が発生したことにより不平衡事故となることも考えられる。この場合の正相逆相電流制御は、上述した正相逆相電流制御と等価なものになるようにすればよい。

［電力変換器の別の構成］
電力変換装置１では、電力変換器１０の構成として、図２や図３（変換器１２）のような構成を示した。しかし、上述したように、電力変換器１０が備える変圧器１１および変換器１２は、一般的な構成である。つまり、電力変換器１０の構成としては、種々の構成が考えられる。以下に、電力変換器１０の別の構成の一例について説明する。図８～図１０は、電力変換器１０の別の構成の一例を示す図である。

図８の（ａ）に示した電力変換器１０ｃは、変換器１２としてモジュラー・マルチレベル変換器（ＭＭＣ）を適用した構成である。電力変換器１０ｃは、例えば、変圧器１１ａと、変換器１２ｃと、を備える。変換器１２ｃは、スター結線形のＭＭＣである。電力変換器１０ｃは、電力変換器１０ａ（図２参照）において変換器ユニットで構成された変換器１２を変換器１２ｃに代えた構成である。従って、電力変換器１０ｃが備える変圧器１１ａは、電力変換器１０ａと同様に、三つの単相変圧器のそれぞれが接続された構成であってもよい。変換器１２ｃは、例えば、三つのアーム１２４（アーム１２４－１～１２４－３）と、それぞれのアーム１２４に直列に接続された三つのバッファリアクトル（図ではＢＲ）１２６（バッファリアクトル１２６－１～１２６－３）と、を備える。バッファリアクトル１２６は、アーム１２４に流れる電流の変化を抑制するためのインピーダンス素子である。それぞれのアーム１２４は、三相のそれぞれの相に対応する。アーム１２４は、例えば、複数のセル１２５（セル１２５－１～セル１２５－ｎ（ｎは、自然数））が直列に接続されている構成である。つまり、アーム１２４は、複数段（ｎ段）のセル１２５で構成されている。セル１２５のそれぞれは、小容量の変換器である。セル１２５は、少なくとも二つの以上の半導体スイッチング素子と、コンデンサ（直流コンデンサ）と、を備える。セル１２５が備える半導体スイッチング素子も、電力変換器１０ａや電力変換器１０ｂ（図２参照）において変換器１２が備えるレグ、つまり、図３に示した変換器１２ａ内のレグ１２１や変換器１２ｂ内のレグ１２３が備える半導体スイッチング素子と同様に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。変換器１２ｃでは、それぞれのアーム１２４が、スター結線されている。変換器１２ｃにおける各相の交流側端子は、変圧器１１ａに接続される。電力変換器１０ｃは、交流側に配置された変圧器１１ａから、制御装置２０からの制御に応じた変換器１２ｃからの交流電圧を出力することにより、制御装置２０からの制御に応じた交流電流を流す。

図８の（ｂ）に示した電力変換器１０ｄも、変換器１２としてＭＭＣを適用した構成である。電力変換器１０ｄは、例えば、変圧器１１ａと、変換器１２ｄと、を備える。変換器１２ｄは、デルタ結線形のＭＭＣである。電力変換器１０ｄは、電力変換器１０ａ（図２参照）において変換器ユニットで構成された変換器１２を変換器１２ｄに代えた構成である。従って、電力変換器１０ｄが備える変圧器１１ａも、電力変換器１０ａや電力変換器１０ｃと同様に、三つの単相変圧器のそれぞれが接続された構成であってもよい。変換器１２ｄは、例えば、三相のそれぞれの相に対応する三つのアーム１２４（アーム１２４－１～１２４－３）と、それぞれのアーム１２４に直列に接続された三つのバッファリアクトル１２６（バッファリアクトル１２６－１～１２６－３）と、を備える。変換器１２ｄでは、アーム１２４とバッファリアクトル１２６との直列回路が、デルタ結線されている。変換器１２ｄにおける各相の交流側端子も、変圧器１１ａに接続される。電力変換器１０ｄは、交流側に配置された変圧器１１ａから、制御装置２０からの制御に応じた変換器１２ｄからの交流電圧を出力することにより、制御装置２０からの制御に応じた交流電流を流す。

図９に示した電力変換器１０ｅは、単相変圧器を適用した構成である。電力変換器１０ｅは、例えば、変圧器１１ｃと、変換器１２ｅと、を備える。変圧器１１ｃは、例えば、三つの単相変圧器のそれぞれが接続された構成、もしくは三巻線変圧器の構成である。変換器１２ｅは、例えば、三つのアーム１２４（アーム１２４－１～１２４－３）を備える。それぞれのアーム１２４は、各相に対応する。それぞれのアーム１２４の両端は、変圧器１１ｃにおける対応する相の変換器側端子に接続される。電力変換器１０ｅは、交流側に配置された変圧器１１ｃから、制御装置２０からの制御に応じた変換器１２ｅからの交流電圧を出力することにより、制御装置２０からの制御に応じた交流電流を流す。

図１０の（ａ）に示した電力変換器１０ｆも、変換器１２としてＭＭＣを適用した構成である。電力変換器１０ｆは、例えば、変圧器１１ａと、変換器１２ｆと、を備える。変換器１２ｆは、ダブルスター形のＭＭＣである。電力変換器１０ｆは、電力変換器１０ａ（図２参照）において変換器ユニットで構成された変換器１２を変換器１２ｆに代えた構成である。従って、電力変換器１０ｆが備える変圧器１１ａも、電力変換器１０ａと同様に、三つの単相変圧器のそれぞれが接続された構成であってもよい。変換器１２ｆは、例えば、六つのアーム１２４（アーム１２４－Ｕ－１～１２４－Ｕ－３、およびアーム１２４－Ｄ－１～１２４－Ｄ－３）と、六つのバッファリアクトル１２６（バッファリアクトル１２６－Ｕ－１～１２６－Ｕ－３、およびバッファリアクトル１２６－Ｄ－１～１２６－Ｄ－３）と、直流回路１２７とを備える。バッファリアクトル１２６のそれぞれは、対応するアーム１２４に直列に接続されている。変換器１２ｆは、直流回路１２７を備えることによって、交直変換を必要する直流送電などの用途で用いられる構成となっている。変換器１２ｆでは、例えば、アーム１２４－Ｕとバッファリアクトル１２６－Ｕとの直列回路が上側用（正極用）の構成であり、アーム１２４－Ｄとバッファリアクトル１２６－Ｄとの直列回路が下側用（負極用）の構成である。変換器１２ｆでは、上側用の直列回路においてバッファリアクトル１２６－Ｕが接続されていない側のアーム１２４－Ｕの一端（直流側端子）がスター結線され、下側用の直列回路においてバッファリアクトル１２６－Ｄが接続されていない側のアーム１２４－Ｄの一端（直流側端子）がスター結線されることによって、ダブルスター形を構成している。変換器１２ｆでは、上側用の直列回路のスター結線の接続点と、下側用の直列回路のスター結線の接続点とのそれぞれが、直流回路１２７に接続されている。変換器１２ｆでは、上側用の直列回路と下側用の直列回路との接続点、つまり、バッファリアクトル１２６－Ｕとバッファリアクトル１２６－Ｄとの接続点が、各相の交流側端子である。変換器１２ｆでは、上側用の直列回路と下側用の直列回路との一組が、一つのレグであり、それぞれのレグが、三相のそれぞれの相に対応する。変換器１２ｆにおける各相の交流側端子は、変圧器１１ａに接続される。電力変換器１０ｆは、交流側に配置された変圧器１１ａから、制御装置２０からの制御に応じた変換器１２ｆからの交流電圧を出力することにより、制御装置２０からの制御に応じた交流電流を流す。

図１０の（ｂ）に示した電力変換器１０ｇも、変換器１２としてＭＭＣを適用した構成である。電力変換器１０ｇは、例えば、変圧器１１ｃと、変換器１２ｇと、を備える。変換器１２ｇも、ダブルスター形のＭＭＣである。電力変換器１０ｇは、電力変換器１０ｅ（図９参照）が備える変換器１２ｅを変換器１２ｇに代えた構成である。変換器１２ｇは、例えば、上側用の三つのアーム１２４（アーム１２４－Ｕ－１～１２４－Ｕ－３）と、下側用の三つのアーム１２４（アーム１２４－Ｄ－１～１２４－Ｄ－３）と、直流回路１２７と、を備える。変換器１２ｇも、電力変換器１０ｆが備える変換器１２ｆと同様に、直流回路１２７を備えることによって、交直変換を必要する直流送電などの用途で用いられる構成である。変換器１２ｇでは、上側用のアーム１２４－Ｕの一端（直流側端子）がスター結線され、下側用のアーム１２４－Ｄの一端（直流側端子）がスター結線されることによって、ダブルスター形を構成している。変換器１２ｇでも、上側用の直列回路のスター結線の接続点と、下側用の直列回路のスター結線の接続点とのそれぞれが、直流回路１２７に接続されている。変換器１２ｇでは、上側用のアーム１２４－Ｕの他端（交流側端子）と、下側用のアーム１２４－Ｄの他端（交流側端子）とのそれぞれが、変圧器１１ｃにおける対応する相の変換器側端子に接続されている。変換器１２ｇでは、上側用のアーム１２４－Ｕと下側用のアーム１２４－Ｄとの組が、三相のそれぞれの相に対応する。電力変換器１０ｇは、交流側に配置された変圧器１１ａから、制御装置２０からの制御に応じた変換器１２ｇからの交流電圧を出力することにより、制御装置２０からの制御に応じた交流電流を流す。

図１１は、変換器１２が備えるセル１２５の構成の一例を示す図である。図１１の（ａ）に示したセル１２５ａは、ハーフブリッジを適用した構成である。セル１２５ａは、例えば、二つの半導体スイッチ部１２８（半導体スイッチ部１２８－１および半導体スイッチ部１２８－２）と、一つの直流コンデンサ１２２と、を備える。半導体スイッチ部１２８は、例えば、半導体スイッチング素子であってもよいし、半導体スイッチング素子とダイオードとが互いに並列に接続された構成であってもよい。セル１２５ａでは、半導体スイッチ部１２８－１と半導体スイッチ部１２８－２とが直列に接続され、その両端に直流コンデンサ１２２が接続されている。セル１２５ａでは、半導体スイッチ部１２８－１と半導体スイッチ部１２８－２の接続点と、半導体スイッチ部１２８－２の一端とのそれぞれが、出力端子である。つまり、セル１２５ａでは、二つの半導体スイッチ部１２８が接続された直列回路の中点と一端とのそれぞれが、出力端子である。この構成により、セル１２５ａでは、正極あるいは負極の片極性で、電圧レベルが２レベルの出力電圧が、出力端子から出力される。

図１１の（ｂ）に示したセル１２５ｂは、フルブリッジを適用した構成である。セル１２５ｂは、例えば、四つの半導体スイッチ部１２８（半導体スイッチ部１２８－１～１２８－４）と、一つの直流コンデンサ１２２と、を備える。セル１２５ｂでは、半導体スイッチ部１２８－１と半導体スイッチ部１２８－２とが直列に接続された直列回路と、半導体スイッチ部１２８－３と半導体スイッチ部１２８－４とが直列に接続された直列回路とが並列に接続され、それぞれの直列回路の両端に直流コンデンサ１２２が接続されている。セル１２５ｂでは、半導体スイッチ部１２８－１と半導体スイッチ部１２８－２とが接続された直列回路の中点と、半導体スイッチ部１２８－３と半導体スイッチ部１２８－４とが接続された直列回路の中点とのそれぞれが、出力端子である。この構成により、セル１２５ｂでは、正極と負極との両極性で、電圧レベルが３レベルの出力電圧が、出力端子から出力される。

電力変換装置１では、これらの構成の電力変換器１０であっても、制御装置２０は、電力変換器１０の動作を制御することによって、正相逆相電流制御を行うことができる。この場合における制御装置２０の正相逆相電流制御は、上述した正相逆相電流制御と等価なものになるようにすればよい。これにより、電力変換装置１では、構成が異なる電力変換器１０を備える場合であっても同様に、通常の運用時のみならず、電力系統２に系統事故（平衡事故および不平衡事故）が発生した場合でも、発生した不平衡事故に好適な制御方法で無効電力を調整することができ、電力系統２の運用を継続させることができる。

上記に述べたとおり、実施形態の電力変換装置では、制御装置が、電力変換器の定格値（無効電力制限値）や、入力された設定値（無効電力指令値）に基づいて、電力変換器の動作を制御する。このとき、実施形態の電力変換装置では、制御装置が、電圧検出器が検出した連系点の交流電圧と、電流検出器が検出した連系点の交流電流とに基づいて、無効電力を連系点に出力（供給）するための正相逆相電流制御を行う。これにより、実施形態の電力変換装置では、通常の運用時のみならず、連系点に接続されている電力系統に系統事故（平衡事故および不平衡事故）が発生した場合においても、連系点に出力（供給）する無効電力の電力量（無効電力量）を、無効電力指令値により指令された通りの所望の電力量に調整（補償）することができる。さらに、実施形態の電力変換装置では、制御装置が、正相逆相電流制御による電力変換器の制御方法を切り替える。これにより、実施形態の電力変換装置では、電力変換装置が接続された電力系統において発生した系統事故に好適な制御方法で電力変換器の動作を制御し、所望の電力量の無効電力を連系点に出力（供給）することができる。このことにより、実施形態の電力変換装置では、系統事故が発生した際の電力系統の運用の継続性能を向上させることができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、連系する電力系統（２）との連系点に対して無効電力（Ｑ）を供給する、または無効電力を消費する電力変換器（１０）と、電力変換器の制御を行う制御装置（２０）と、電力変換器の交流側に設置され、連系点における交流電圧（Ｖａｃ）を検出する電圧検出器（３０）と、電力変換器の交流側に設置され、連系点における交流電流（Ｉａｃ）を検出する電流検出器（４０）と、を備え、制御装置は、交流電圧に基づいて正相交流電圧（Ｖｐ）と逆相交流電圧（Ｖｎ）を検出し、正相交流電圧および逆相交流電圧と、予め定められた交流電流上下限値（Ｉｌｉｍ）および無効電力指令値（Ｑ＊）とに基づいて、正相交流電流（Ｉｐ）および逆相交流電流（Ｉｎ）の出力を制御することにより、電力系統において不平衡事故が発生した場合においても、連系点に所望の電力量の無効電力を供給することができる電力変換装置を実現することができる。

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、発明の要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・・・電力変換装置、２・・・電力系統、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ・・・電力変換器、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・変圧器、１２，１２－１，１２－ｎ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ・・・変換器、１２１，１２１－１，１２１－２，１２１－３，１２３－１，１２３－２，１２３－３・・・レグ、１２２，１２２－１，１２２－２・・・直流コンデンサ、１２４，１２４－１，１２４－２，１２４－３，１２４－Ｕ，１２４－Ｕ－１，１２４－Ｕ－２，１２４－Ｕ－３，１２４－Ｄ，１２４－Ｄ－１，１２４－Ｄ－２，１２４－Ｄ－３・・・アーム、１２５，１２５－１，１２５－ｎ，１２５ａ，１２５ｂ・・・セル、１２６，１２６－１，１２６－２，１２６－３，１２６－Ｕ，１２６－Ｕ－１，１２６－Ｕ－２，１２６－Ｕ－３，１２６－Ｄ，１２６－Ｄ－１，１２６－Ｄ－２，１２６－Ｄ－３・・・バッファリアクトル、１２７・・・直流回路、１２８，１２８－１，１２８－２，１２８－３，１２８－４・・・半導体スイッチ部、２０・・・制御装置、３０・・・電圧検出器、４０・・・電流検出器

Claims (15)

1. 連系する電力系統との連系点に対して無効電力を供給する、または前記無効電力を消費する電力変換器と、
   前記電力変換器の制御を行う制御装置と、
   前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電圧を検出する電圧検出器と、
   前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電流を検出する電流検出器と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記交流電圧に基づいて正相交流電圧と逆相交流電圧を検出し、
   前記正相交流電圧および前記逆相交流電圧と、予め定められた交流電流上下限値および無効電力指令値とに基づいて、正相交流電流および逆相交流電流の出力を制御する、
   電力変換装置。
2. 前記制御装置は、前記連系点における前記無効電力が前記無効電力指令値と一致するように、前記正相交流電流および前記逆相交流電流の出力を制御する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、前記連系点における有効電力を略ゼロにするように、前記正相交流電流および前記逆相交流電流の出力を制御する、
   請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御装置は、前記逆相交流電流をゼロとし、かつ前記正相交流電流のみを出力するように、前記正相交流電流および前記逆相交流電流の出力を制御する、
   請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御装置は、入力された切り替え信号に応じて、前記正相交流電流および前記逆相交流電流を出力する制御方法を切り替える、
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御装置は、
   前記電力系統において発生した系統事故を検出した場合に、前記正相交流電流および前記逆相交流電流の出力を制御し、
   前記系統事故を検出していない場合には、前記交流電圧が交流電圧指令値に追従するように前記連系点における交流電流を制御する、
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換器は、
   前記交流側に配置される変圧器と、
   交流側端子が前記変圧器に接続される一つの変換器ユニットと、
   を備える請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記電力変換器は、
   前記交流側に配置される多重型の変圧器と、
   交流側端子が前記変圧器に接続される少なくとも二つ以上の変換器ユニットと、
   を備える請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記変換器ユニットは、
   少なくとも二つ以上の自己消弧型の半導体スイッチング素子を備える三つのレグと、
   直流コンデンサと、
   を備え、
   前記レグのそれぞれの直流側端子が互いに並列に接続され、
   前記直流コンデンサの両端はそれぞれの前記レグの対応する前記直流側端子に接続され、
   前記電力変換器は、
   それぞれの前記レグの交流側端子が前記変圧器に接続される、
   請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記変換器ユニットは、
    少なくとも二つ以上の自己消弧型の半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子の中点に接続され、中性点を構成するための半導体スイッチング素子もしくはダイオードとを備える三つのレグと、
    二つの直流コンデンサと、
    を備え、
    前記レグのそれぞれの直流側端子が互いに並列に接続され、
    前記レグの中性点端子が互いに並列に接続され、
    それぞれの前記直流コンデンサの一端は異なる前記レグの対応する一方の前記直流側端子に接続され、
    前記直流コンデンサの他端はそれぞれの前記レグの前記中性点端子に接続され、
    前記電力変換器は、
    それぞれの前記レグの交流側端子が前記変圧器に接続される、
    請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。
11. 前記電力変換器は、
    前記交流側に配置される変圧器と、
    少なくとも一端が前記変圧器に接続される三つのアームと、
    を備え、
    それぞれの前記アームは、少なくとも二つ以上の半導体スイッチング素子とコンデンサとを備えるセルが、直列に複数接続される、
    請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
12. 前記電力変換器は、
    前記交流側に配置される変圧器と、
    交流側端子が前記変圧器に接続され、直流側端子が互いに並列に接続された三つのレグと、
    両端がそれぞれの前記レグの対応する前記直流側端子に接続される直流回路と、
    を備え、
    それぞれの前記レグは、
    少なくとも二つ以上の半導体スイッチング素子とコンデンサとを備えるセルが直列に複数接続されたアームと、インピーダンス素子とが直列に接続された二つの直列回路を備え、
    前記直列回路において、前記アームが備える複数の前記セルのうち、前記インピーダンス素子が接続されていない側の前記セルの一端が前記直流側端子であり、それぞれの前記直列回路が備える前記インピーダンス素子が互いに接続された接続点が前記交流側端子であり、
    それぞれの前記交流側端子が前記変圧器に接続される、
    請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
13. 前記電力変換器は、
    前記交流側に配置される変圧器と、
    少なくとも一端が前記変圧器に接続される六つのアームと、
    両端がそれぞれの前記アームの対応する他端に接続される直流回路と、
    を備え、
    それぞれの前記アームは、
    少なくとも二つ以上の半導体スイッチング素子とコンデンサとを備えるセルが、直列に複数接続され、
    それぞれの前記一端が前記変圧器に接続される、
    請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
14. 連系する電力系統との連系点に対して無効電力を供給する、または前記無効電力を消費する電力変換器と、
    前記電力変換器の制御を行う制御装置と、
    前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電圧を検出する電圧検出器と、
    前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電流を検出する電流検出器と、を備える電力変換装置の制御方法であって、
    前記制御装置のコンピュータが、
    前記交流電圧に基づいて正相交流電圧と逆相交流電圧を検出し、
    前記正相交流電圧および前記逆相交流電圧と、予め定められた交流電流上下限値および無効電力指令値とに基づいて、正相交流電流および逆相交流電流の出力を制御する、
    電力変換装置の制御方法。
15. 連系する電力系統との連系点に対して無効電力を供給する、または前記無効電力を消費する電力変換器と、
    前記電力変換器の制御を行う制御装置と、
    前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電圧を検出する電圧検出器と、
    前記電力変換器の交流側に設置され、前記連系点における交流電流を検出する電流検出器と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、
    前記制御装置のコンピュータに、
    前記交流電圧に基づいて正相交流電圧と逆相交流電圧を検出させ、
    前記正相交流電圧および前記逆相交流電圧と、予め定められた交流電流上下限値および無効電力指令値とに基づいて、正相交流電流および逆相交流電流の出力を制御させる、
    プログラム。

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