JP2024017192A - 電力変換装置、制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統における連系点より電力系統の電源側の位置の電圧変動をより効果的に抑制することができる電力変換装置を得ること。【解決手段】電力変換装置１は、電力系統４と負荷３との間に接続され電力系統４と負荷３との間で電力変換を行う電力変換部１０と、電力変換部１０を制御する制御部２０とを備える。制御部２０は、電力系統４との連系点Ｐａより電力系統４の電源に近い位置である電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値を電力変換部１０の出力有効電力に基づいて決定し、決定した無効電力指令値に基づいて、電力変換部１０を制御する。【選択図】図２

Description

本開示は、電力系統と負荷との間に接続される電力変換装置、制御方法、および制御プログラムに関する。

従来、電力系統に連系される負荷の変動により生じる連系点の電圧変動を抑制するための方法として、電力コンデンサの着脱による無効電力補償方式が知られている。しかしながら、電力コンデンサを用いた無効電力補償方式では、無効電力補償が不連続になり、電力コンデンサの着脱時に電圧変動が生じることから、高速な電圧変動の抑制を行うことが難しい。

そこで、高速な電圧調整を行う方式として、電力変換装置を用いた補償方式が知られている。そして、電力変換装置を用いた補償方式として、連系点の電圧が指令値に追従するように無効電力を出力する交流電圧制御方式、電力変換装置の出力有効電力に対して一定の力率で無効電力を出力する固定力率方式などが知られている。例えば、特許文献１には、固定力率方式の電力変換装置が開示されている。

特開２０１７－１８８９９０号公報

しかしながら、交流電圧制御方式を搭載した電力変換装置では、連系点電圧の変動を抑制する効果は高いが、電力系統における連系点よりも電力系統の電源側の位置である電源側位置の電圧変動の抑制に対しては効果が小さい可能性がある。特に、電力系統の電気特性が変化するような場合には、電源側位置の電圧変動が十分に抑制できない可能性がある。また、固定力率方式を搭載した電力変換装置を用いた場合、無効電力が負荷電力に比例することから、電源側位置の電圧変動の抑制効果が小さくなる可能性がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電力系統における連系点より電力系統の電源側の位置の電圧変動をより効果的に抑制することができる電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の電力変換装置は、電力系統と負荷との間に接続され電力系統と負荷との間で電力変換を行う電力変換部と、電力変換部を制御する制御部とを備える。制御部は、電力系統との連系点より電力系統の電源に近い位置である電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値を電力変換部の出力有効電力に基づいて決定し、決定した無効電力指令値に基づいて、電力変換部を制御する。

本開示によれば、電力系統における連系点よりも電力系統の電源側の位置の電圧変動をより効果的に抑制することができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる電力変換装置を含む電力システムの構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる第１の電力変換器の構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の第１の制御部の構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる無効電力指令値出力部が有するパターンテーブルの一例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の制御部のハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる電力変換装置の構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる電力変換装置の第１の制御部の構成の一例を示す図

以下に、実施の形態にかかる電力変換装置、制御方法、および制御プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置を含む電力システムの構成の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる電力システム１００は、電力変換装置１と、変圧器２と、負荷３と、電力系統４とを含む。

電力変換装置１は、電力系統４と負荷３との間に接続され、電力系統４と負荷３との間で電力変換を行う。負荷３は、例えば、３相交流電導機または３相交流発電機などの交流負荷である。

電力変換装置１、変圧器２、および負荷３は、電力需要家５の設備であり、電力変換装置１は、変圧器２を介して電力系統４に接続される。電力系統４と変圧器２との接続点は、電力需要家５の設備と電力系統４との連系点Ｐａであり、かかる連系点Ｐａの電圧値Ｖｃは、例えば、６６ｋＶまたは３３ｋＶの３相交流電圧である。変圧器２は、例えば、連系点Ｐａの電圧を６．６ｋＶの３相交流電圧に変換し、変換した６．６ｋＶの３相交流電圧を電力変換装置１へ出力する。

電力系統４は、例えば、電力会社の商用電力系統である。電力系統４は、電源４０と、送電線４１と、変圧器４２と、送電線４３，４４，４５とを含む。電源４０は、例えば、１５４ｋＶの３相交流電圧を出力する電源装置である。変圧器４２は、例えば、１５４ｋＶの３相交流電圧を６６ｋＶまたは３３ｋＶの３相交流電圧に変換して、変換した６６ｋＶまたは３３ｋＶの３相交流電圧を送電線４３，４４，４５へ出力する。

電力変換装置１は、送電線４１、変圧器４２、送電線４４、および変圧器２を介して、電力系統４の電源４０に接続される。また、図１に示していないが、他の電力需要家の設備は、例えば、送電線４１、変圧器４２、および送電線４３、または、送電線４１、変圧器４２、および送電線４５を介して、電力系統４の電源４０に接続される。

なお、図１に示す例では、電力変換装置１は、変圧器２を介して電力系統４に接続されるが、変圧器２を介さずに、電力系統４に接続されてもよい。この場合、電力変換装置１と電力系統４との接続点が連系点Ｐａである。

電力変換装置１は、出力有効電力Ｐに応じた無効電力指令値であって電源側位置Ｐｂの電圧Ｖｃｃの変動を抑制する無効電力指令値を決定し、決定した無効電力指令値に対応する無効電力を電力系統４に出力する。電源側位置Ｐｂは、電力系統４における連系点Ｐａよりも遠方の電源４０側の位置であり、図１に示す例では、送電線４４よりも電源４０側の位置であるが、かかる例に限定されない。

出力有効電力Ｐは、負荷３側の有効電力である。電力変換装置１は、電力系統４側の有効電力ではなく、負荷３側の有効電力に基づいて無効電力指令値を決定することから、制御系をより安定させることができる。負荷３側の有効電力は、電力変換装置１から負荷３へ出力される有効電力または負荷３から電力変換装置１へ出力される有効電力である。なお、出力有効電力Ｐは、負荷３側の有効電力に限定されず、電力系統４側の有効電力であってもよい。

図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成の一例を示す図である。図２に示すように、電力変換装置１は、電力変換部１０と、制御部２０とを備える。電力変換部１０は、第１の電力変換器１１と、第２の電力変換器１２と、電圧検出部１３とを備える。

第１の電力変換器１１は、電圧形の電力変換器であり、負荷３の力行動作時には、交流電力を直流電力に変換する順変換動作を行い、負荷３の回生動作時には、直流電力を交流電力に変換する逆変換動作を行う。第１の電力変換器１１は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータであり、２レベルコンバータであるが、３レベルコンバータまたはその他のコンバータであってもよい。

図３は、実施の形態１にかかる第１の電力変換器の構成の一例を示す図である。図３に示すように、第１の電力変換器１１は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、逆流防止用ダイオードＤ１～Ｄ６と、ゲート信号増幅部１４とを備える。

第１の電力変換器１１は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオンオフが制御部２０によって制御されて、電力変換を行う。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などである。

図３には図示していないが、第１の電力変換器１１には、例えば、３相交流電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔを検出する電流検出部、および３相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを検出する電圧検出部などが含まれる。交流電流Ｉｒは、Ｒ相の交流電流の瞬時値であり、交流電流Ｉｓは、Ｓ相の交流電流の瞬時値であり、交流電流Ｉｔは、Ｔ相の交流電流の瞬時値である。交流電圧Ｖｒは、Ｒ相の交流電圧の瞬時値であり、交流電圧Ｖｓは、Ｓ相の交流電圧の瞬時値であり、交流電圧Ｖｔは、Ｔ相の交流電圧の瞬時値である。なお、第１の電力変換器１１には、ＬＣフィルタまたはＬＣＬフィルタなどのフィルタが含まれてもよい。

図２に戻って、電力変換部１０の説明を続ける。電力変換部１０の第２の電力変換器１２は、電圧形の電力変換器であり、負荷３の力行動作時には、直流電力を交流電力に変換する逆変換動作を行い、負荷３の回生動作時には交流電力を直流電力に変換する順変換動作を行う。

第２の電力変換器１２は、複数のスイッチング素子を有しており、これら複数のスイッチング素子のオンオフによって、電力変換を行う。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴである。第２の電力変換器１２は、例えば、ＰＷＭインバータであり、２レベルインバータであるが、３レベルインバータまたはその他のインバータであってもよい。第２の電力変換器１２には、ＬＣフィルタまたはＬＣＬフィルタなどのフィルタなどが含まれてもよい。

電圧検出部１３は、第１の電力変換器１１と第２の電力変換器１２との間の直流母線Ｌｐ，Ｌｎ間の電圧である母線電圧の瞬時値である母線電圧Ｖｐｎを検出し、検出した母線電圧Ｖｐｎを示す検出信号を制御部２０へ出力する。

制御部２０は、第１の制御部２１と、第２の制御部２２とを備える。第１の制御部２１は、電圧検出部１３によって検出された母線電圧Ｖｐｎが基準値Ｖｐｎ^＊と一致するように第１の電力変換器１１を制御する。

第２の制御部２２は、負荷３の力行動作時には、逆変換動作を第２の電力変換器１２に行わせ、負荷３の回生動作時には順変換動作を第２の電力変換器１２に行わせる。第２の電力変換器１２が逆変換動作を行う場合、母線電圧Ｖｐｎが低下するため、第１の電力変換器１１は順変換動作を行うように第１の制御部２１によって制御される。また、第２の電力変換器１２が順変換動作を行う場合、母線電圧Ｖｐｎが上昇するため、第１の電力変換器１１は逆変換動作を行うように第１の制御部２１によって制御される。

第１の制御部２１は、さらに、電力変換部１０の出力有効電力Ｐに基づいて電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値を決定し、決定した無効電力指令値に基づいて、第１の電力変換器１１を制御する。これにより、電力変換装置１は、図１に示す電源側位置Ｐｂの電圧変動をより効果的に抑制することができる。以下、第１の制御部２１の構成について具体的に説明する。

図４は、実施の形態１にかかる電力変換装置の第１の制御部の構成の一例を示す図である。図４に示すように、第１の制御部２１は、無効電力指令値出力部３０と、有効電力指令値出力部３１と、３相２相変換部３２と、電圧指令値算出部３３と、ゲート信号生成部３４とを備える。

無効電力指令値出力部３０は、電力変換部１０の出力有効電力Ｐに基づいて電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊を決定し、決定した無効電力指令値Ｑ^＊を出力する。電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊は、例えば、電力変換装置１の出力有効電力Ｐが一定である場合に、電源側位置Ｐｂの電圧が、無負荷時と同じ電圧となる出力無効電力の指令値である。

例えば、無効電力指令値出力部３０は、値が異なる出力有効電力Ｐ毎に無効電力指令値Ｑ^＊が関連付けられたパターンテーブルを有しており、かかるパターンテーブルに基づいて、電力変換部１０の出力有効電力Ｐに基づく無効電力指令値Ｑ^＊を決定する。

図５は、実施の形態１にかかる無効電力指令値出力部が有するパターンテーブルの一例を示す図である。図５に示すパターンテーブルは、出力有効電力Ｐと無効電力指令値Ｑ^＊とを値が異なる出力有効電力Ｐ毎に関連付けたテーブルである。

図５に示す例では、値Ｐ_１の出力有効電力Ｐが値Ｑ_１の無効電力指令値Ｑ^＊に関連付けられ、値Ｐ_２の出力有効電力Ｐが値Ｑ_２の無効電力指令値Ｑ^＊に関連付けられ、値Ｐ_３の出力有効電力Ｐが値Ｑ_３の無効電力指令値Ｑ^＊に関連付けられている。

パターンテーブルが図５に示す状態である場合、無効電力指令値出力部３０は、電力変換部１０の出力有効電力Ｐが値Ｐ_１の出力有効電力Ｐである場合、値Ｑ_１の無効電力指令値Ｑ^＊を出力し、電力変換部１０の出力有効電力Ｐが値Ｐ_２の出力有効電力Ｐである場合、値Ｑ_２の無効電力指令値Ｑ^＊を出力する。また、無効電力指令値出力部３０は、電力変換部１０の出力有効電力Ｐが値Ｐ_３の出力有効電力Ｐである場合、値Ｑ_３の無効電力指令値Ｑ^＊を出力する。

パターンテーブルにおいて、負荷変動範囲内で値が一定間隔の複数の出力有効電力Ｐが含まれる。例えば、値Ｐ_１と値Ｐ_２との差は、値Ｐ_２と値Ｐ_３との差と等しい。なお、パターンテーブルに設定される複数の出力有効電力Ｐは、値の間隔が一定間隔でなくてもよく、例えば、頻度が高い値の出力有効電力Ｐの間隔は、頻度が低い値の出力有効電力Ｐの間隔よりも小さくてもよい。

電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊は、例えば、電力系統４を等価回路で表し、値が異なる出力有効電力Ｐ毎にシミュレーションを行うことによって算出される。このように算出された結果に基づいて、上述したパターンテーブルが無効電力指令値出力部３０に設定される。

電力系統４の電気的特性は、季節、曜日、および時間帯などによって変わる場合がある。例えば、電力系統４において、送電線４３，４４，４５の電気的特性が、季節、曜日、および時間帯などによって変わる場合がある。この場合、電気的特性が異なる状態のうち電源側位置Ｐｂの電圧が最も変動しやすい電気的特性の状態の電力系統４の等価回路を用いたシミュレーションの実行によって、値が異なる出力有効電力Ｐ毎に、電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊が算出される。

また、パターンテーブルは、電力系統４の電気的特性が異なる状態毎に無効電力指令値出力部３０に設けられてもよい。例えば、無効電力指令値出力部３０は、季節、曜日、および時間帯の各々の組み合わせ毎のパターンテーブルを有し、これらのパターンテーブルのうち現在の季節、曜日、および時間帯に応じたパターンテーブルを用いて、電力変換部１０の出力有効電力Ｐに対応する無効電力指令値Ｑ^＊を決定することができる。

なお、電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊は、例えば、電力系統４の電気的特性が異なる複数の状態での電源側位置Ｐｂの電圧変動の平均値が最も小さくなる無効電力指令値を、値が異なる出力有効電力Ｐ毎に算出したものであってもよい。

また、無効電力指令値出力部３０は、上述したパターンテーブルに代えて、演算式を用いて、出力有効電力Ｐに対応する無効電力指令値Ｑ^＊を決定することもできる。演算式は、シミュレーションなどによって出力有効電力Ｐから無効電力指令値Ｑ^＊を算出するための演算式である。無効電力指令値出力部３０は、演算式を用いて、電力変換部１０の出力有効電力Ｐから、電気的特性が異なる状態のうち電源側位置Ｐｂの電圧が最も変動しやすい電気的特性の状態の電力系統４の電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊を算出する。

なお、無効電力指令値出力部３０は、電力変換部１０の出力有効電力Ｐに基づいて無効電力指令値Ｑ^＊を算出する演算式を電力系統４の電気的特性が異なる状態毎に有する構成であってもよい。この場合、無効電力指令値出力部３０は、現在の季節、曜日、および時間帯に応じた演算式を用いて、電力変換部１０の出力有効電力Ｐから無効電力指令値Ｑ^＊を算出する。

電力変換部１０の出力有効電力Ｐは、例えば、第２の制御部２２によって検出され、第２の制御部２２から第１の制御部２１に通知される。第２の制御部２２は、例えば、第２の電力変換器１２に設けられた不図示の電流検出部および電圧検出部によって検出される３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗおよび３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、出力有効電力Ｐを算出し、算出した出力有効電力Ｐを第１の制御部２１に通知する。交流電流Ｉｕは、Ｕ相の交流電流の瞬時値であり、交流電流Ｉｖは、Ｖ相の交流電流の瞬時値であり、交流電流Ｉｗは、Ｗ相の交流電流の瞬時値である。また、交流電圧Ｖｕは、Ｕ相の交流電圧の瞬時値であり、交流電圧Ｖｖは、Ｖ相の交流電圧の瞬時値であり、交流電圧Ｖｗは、Ｗ相の交流電圧の瞬時値である。

無効電力指令値出力部３０は、第２の制御部２２から通知される出力有効電力Ｐに基づいて、電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊を決定する。なお、無効電力指令値出力部３０は、第２の制御部２２で算出される出力有効電力Ｐに代えて、第２の制御部２２が生成する有効電力指令値を出力有効電力Ｐとして用いて、電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊を決定することもできる。

また、無効電力指令値出力部３０は、例えば、第２の制御部２２で算出される出力有効電力Ｐに代えて、有効電力指令値出力部３１で算出される後述する有効電力指令値を出力有効電力Ｐとして用いて、電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊を決定することもできる。

有効電力指令値出力部３１は、母線電圧Ｖｐｎが基準値Ｖｒｅｆと一致するように有効電力指令値Ｐ^＊を生成し、生成した有効電力指令値Ｐ^＊を出力する。例えば、有効電力指令値出力部３１は、母線電圧Ｖｐｎと基準値Ｖｒｅｆとの差がゼロまたは小さくなるようにＰＩ（Proportional Integral）制御またはＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御を行って、有効電力指令値Ｐ^＊を生成する。

３相２相変換部３２は、第１の電力変換器１１に設けられた不図示の電流検出部によって検出される３相交流電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔを３相２相変換によってｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換し、変換したｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを電圧指令値算出部３３へ出力する。３相２相変換部３２は、例えば、３相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔから得られる電圧位相を用いて、３相２相変換を行う。

電圧指令値算出部３３は、無効電力指令値Ｑ^＊、有効電力指令値Ｐ^＊、３相２相変換部３２から出力されるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑなどに基づいて、３相電圧指令値Ｖｒ^＊，Ｖｓ^＊，Ｖｔ^＊を算出する。電圧指令値算出部３３は、算出した３相電圧指令値Ｖｒ^＊，Ｖｓ^＊，Ｖｔ^＊をゲート信号生成部３４へ出力する。

電圧指令値算出部３３は、例えば、無効電力指令値Ｑ^＊を基準値Ｖｒｅｆで除算することでｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊を生成し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊とｄ軸電流Ｉｄとの差がゼロまたは小さくなるように、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御を行って、ｄ軸電圧値Ｖｄ^＊を生成する。

また、電圧指令値算出部３３は、例えば、有効電力指令値Ｐ^＊を基準値Ｖｒｅｆで除算することでｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を生成し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊とｑ軸電流Ｉｑとの差がゼロまたは小さくなるように、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御を行って、ｑ軸電圧値Ｖｑ^＊を生成する。

そして、電圧指令値算出部３３は、ｄ軸電圧値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧値Ｖｑ^＊を２相３相変換することによって、３相電圧指令値Ｖｒ^＊，Ｖｓ^＊，Ｖｔ^＊を生成する。電圧指令値算出部３３は、生成した３相電圧指令値Ｖｒ^＊，Ｖｓ^＊，Ｖｔ^＊をゲート信号生成部３４へ出力する。

ゲート信号生成部３４は、３相電圧指令値Ｖｒ^＊，Ｖｓ^＊，Ｖｔ^＊に基づいて、第１の電力変換器１１の複数のスイッチング素子を制御するゲート信号Ｇａを生成する。例えば、ゲート信号生成部３４は、３相電圧指令値Ｖｒ^＊，Ｖｓ^＊，Ｖｔ^＊とキャリア波とを比較した結果に基づいて、図３に示すスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を駆動するゲート信号Ｇａを生成する。かかるゲート信号Ｇａは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。

ゲート信号生成部３４は、生成したゲート信号Ｇａを第１の電力変換器１１のゲート信号増幅部１４へ出力する。ゲート信号Ｇａはゲート信号増幅部１４によって増幅されてスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６へ出力される。これにより、電力変換装置１は、電力系統４における連系点Ｐａよりも遠方の電源側位置Ｐｂの電圧変動をより効果的に抑制することができる。

図６は、実施の形態１にかかる電力変換装置の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。図６に示すように、電力変換装置１の制御部２０は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２とバス１０３とを備えるコンピュータを含む。

プロセッサ１０１およびメモリ１０２は、バス１０３によって互いに情報の送受信が可能である。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、第１の制御部２１および第２の制御部２２の機能を実行する。プロセッサ１０１は、例えば、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、およびシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）のうち一つ以上を含む。

メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）のうち一つ以上を含む。また、メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）のうち一つ以上を含む。なお、電力変換装置１の制御部２０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を含んでいてもよい。

以上のように、電力変換装置１は、電力系統４と負荷３との間に接続され電力系統４と負荷３との間で電力変換を行う電力変換部１０と、電力変換部１０を制御する制御部２０とを備える。制御部２０は、電力系統４との連系点Ｐａより電力系統４の電源４０に近い位置である電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊を電力変換部１０の出力有効電力Ｐに基づいて決定し、決定した無効電力指令値Ｑ^＊に基づいて、電力変換部１０を制御する。これにより、電力変換装置１は、電力系統４における連系点Ｐａよりも遠方の電源側の位置である電源側位置Ｐｂの電圧変動をより効果的に抑制することができる。

また、制御部２０は、負荷３側の有効電力を出力有効電力Ｐとして用いて、無効電力指令値Ｑ^＊を決定する。これにより、電力変換装置１では、制御系をより安定させることができる。

また、制御部２０は、値が異なる出力有効電力Ｐ毎に電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊が関連付けられたパターンテーブルを有し、パターンテーブルを用いて電力変換部１０を制御する無効電力指令値Ｑ^＊を決定する。これにより、電力変換装置１は、電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ^＊を高速に決定することができる。

また、制御部２０は、電力変換部１０の出力有効電力Ｐから無効電力指令値Ｑ^＊を算出する演算式による算出結果に基づいて電力変換部１０を制御する無効電力指令値Ｑ^＊を決定する。これにより、電力変換装置１は、パターンテーブルを用いることなく、電源側位置Ｐｂの電圧変動をより効果的に抑制することができる。

また、電力変換部１０は、第１の電力変換器１１と、第２の電力変換器１２とを備える。第１の電力変換器１１は、電力系統４から供給される交流電力を直流電力へ変換し且つ直流電力を交流電力へ変換して電力系統４へ供給する。第２の電力変換器１２は、第１の電力変換器１１から供給される直流電力を交流電力へ変換し且つ負荷３から供給される交流電力を直流電力へ変換して第１の電力変換器１１へ供給する。制御部２０は、決定した無効電力指令値Ｑ^＊に基づいて、第１の電力変換器１１を制御する。これにより、交流負荷である負荷３と電力系統４との間で電力変換を行う電力変換装置１において、電源側位置Ｐｂの電圧変動をより効果的に抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる電力変換装置は、電源側位置Ｐｂの電圧変動に加えて連系点Ｐａの電圧変動も抑制する点で、実施の形態１にかかる電力変換装置１と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の電力変換装置１と異なる点を中心に説明する。

図７は、実施の形態２にかかる電力変換装置の構成の一例を示す図である。図７に示すように、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａは、制御部２０に代えて、制御部２０Ａを備える点で、実施の形態１にかかる電力変換装置１と異なる。

制御部２０Ａは、第１の制御部２１に代えて、電源側位置Ｐｂの電圧変動に加え連系点Ｐａの電圧変動も抑制するように第１の電力変換器１１を制御する第１の制御部２１Ａを備える点で、制御部２０と異なる。

第１の制御部２１Ａは、電源側位置Ｐｂの電圧変動の抑制に加えて、電圧センサ６によって検出された連系点Ｐａの電圧値Ｖｃに比例する帰還値Ｖｃｆの偏差が小さくなるように第１の電力変換器１１を制御する。これにより、電力変換装置１Ａは、電源側位置Ｐｂの電圧変動に加え連系点Ｐａの電圧変動も抑制することができる。

図８は、実施の形態２にかかる電力変換装置の第１の制御部の構成の一例を示す図である。図８に示すように、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの第１の制御部２１Ａは、無効電力指令値出力部３０に代えて、無効電力指令値出力部３０Ａを備える点で、電力変換装置１の第１の制御部２１と異なる。

無効電力指令値出力部３０Ａは、電源側位置電圧制御部５０と、連系点電圧制御部５１と、乗算部５２，５３と、加算部５４とを備える。電源側位置電圧制御部５０は、無効電力指令値出力部３０と同じ機能を有しており、電力変換部１０の出力有効電力Ｐに基づいて電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑｐｔｎを決定し、決定した無効電力指令値Ｑｐｔｎを出力する。無効電力指令値Ｑｐｔｎは、実施の形態１にかかる無効電力指令値出力部３０が出力する無効電力指令値Ｑ^＊と同じである。

連系点電圧制御部５１は、電圧センサ６から出力される帰還値Ｖｃｆと連系点Ｐａの電圧指令値Ｖｃ^＊との差がゼロまたは小さくなるように、Ｐ制御またはＰＩ制御を行って、無効電力指令値Ｑ_ＡＶＲを生成する。連系点電圧制御部５１は、生成した無効電力指令値Ｑ_ＡＶＲを乗算部５３へ出力する。

乗算部５２は、ゲインＫｐｔｎを有しており、無効電力指令値ＱｐｔｎをＫｐｔｎ倍して加算部５４へ出力する。乗算部５３は、ゲインＫ_ＡＶＲを有しており、無効電力指令値Ｑ_ＡＶＲをＫ_ＡＶＲ倍して加算部５４へ出力する。

加算部５４は、Ｋｐｔｎ倍された無効電力指令値ＱｐｔｎとＫ_ＡＶＲ倍された無効電力指令値Ｑ_ＡＶＲとを加算し、加算した結果を無効電力指令値Ｑ^＊として電圧指令値算出部３３へ出力する。これにより、電圧指令値算出部３３は、電源側位置Ｐｂの電圧変動と連系点Ｐａの電圧変動とを抑制する３相電圧指令値Ｖｒ^＊，Ｖｓ^＊，Ｖｔ^＊を生成することができる。

無効電力指令値出力部３０Ａにおいて、ゲインＫｐｔｎとゲインＫ_ＡＶＲとを同じ値にすることで、電源側位置Ｐｂの電圧変動の抑制効果と連系点Ｐａの電圧変動の抑制効果を同等に得ることができる。また、ゲインＫｐｔｎをゲインＫ_ＡＶＲよりも大きい値にすることで、電源側位置Ｐｂの電圧変動の抑制効果を連系点Ｐａの電圧変動の抑制効果よりも大きくすることもできる。また、ゲインＫｐｔｎをゲインＫ_ＡＶＲよりも小さい値にすることで、電源側位置Ｐｂの電圧変動の抑制効果を連系点Ｐａの電圧変動の抑制効果よりも小さくすることもできる。

実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの制御部２０Ａのハードウェア構成例は、図６に示す電力変換装置１の制御部２０のハードウェア構成と同じである。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、第１の制御部２１Ａおよび第２の制御部２２の機能を実行することができる。

以上のように、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの制御部２０Ａは、電源側位置Ｐｂの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑｐｔｎと連系点Ｐａの電圧変動を抑制する無効電力指令値Ｑ_ＡＶＲとに基づいて電力変換部１０を制御する無効電力指令値Ｑ^＊を決定する。これにより、電力変換装置１Ａは、電源側位置Ｐｂの電圧変動の抑制に加えて、連系点Ｐａの電圧変動も抑制することができる。

なお、上述した例では、負荷３が交流負荷であるものとして説明したが、負荷３は直流負荷であってもよい。この場合、電力変換部１０は、第２の電力変換器１２を有しない構成であってもよく、制御部２０，２０Ａは、例えば、第１の電力変換器１１の出力有効電力Ｐまたは有効電力指令値Ｐ^＊などに基づいて無効電力指令値Ｑ^＊を決定する。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
電力系統と負荷との間に接続され前記電力系統と前記負荷との間で電力変換を行う電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電力系統との連系点より前記電力系統の電源に近い位置である電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値を前記電力変換部の出力有効電力に基づいて決定し、決定した無効電力指令値に基づいて、前記電力変換部を制御する
ことを特徴とする電力変換装置。
（付記２）
前記制御部は、
前記負荷側の有効電力を前記出力有効電力として用いて、前記無効電力指令値を決定する
ことを特徴とする付記１に記載の電力変換装置。
（付記３）
前記制御部は、
値が異なる出力有効電力毎に前記電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値が関連付けられたテーブルを有し、前記テーブルを用いて前記電力変換部を制御する前記無効電力指令値を決定する
ことを特徴とする付記１または２に記載の電力変換装置。
（付記４）
前記制御部は、
前記電力変換部の出力有効電力から無効電力指令値を算出する演算式による算出結果に基づいて前記電力変換部を制御する前記無効電力指令値を決定する
ことを特徴とする付記１または２に記載の電力変換装置。
（付記５）
前記制御部は、
前記電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値と前記連系点の電圧変動を抑制する無効電力指令値とに基づいて前記電力変換部を制御する前記無効電力指令値を決定する
ことを特徴とする付記３または４に記載の電力変換装置。
（付記６）
前記電力変換部は、
前記電力系統から供給される交流電力を直流電力へ変換し且つ直流電力を交流電力へ変換して前記電力系統へ供給する第１の電力変換器と、
前記第１の電力変換器から供給される直流電力を交流電力へ変換し且つ前記負荷から供給される交流電力を直流電力へ変換して前記第１の電力変換器へ供給する第２の電力変換器と、を備え、
前記制御部は、
決定した前記無効電力指令値に基づいて、前記第１の電力変換器を制御する
ことを特徴とする付記１から５のいずれか１つに記載の電力変換装置。

１，１Ａ 電力変換装置、２，４２ 変圧器、３ 負荷、４ 電力系統、５ 電力需要家、６ 電圧センサ、１０ 電力変換部、１１ 第１の電力変換器、１２ 第２の電力変換器、１３ 電圧検出部、１４ ゲート信号増幅部、２０，２０Ａ 制御部、２１，２１Ａ 第１の制御部、２２ 第２の制御部、３０，３０Ａ 無効電力指令値出力部、３１ 有効電力指令値出力部、３２ ３相２相変換部、３３ 電圧指令値算出部、３４ ゲート信号生成部、４０ 電源、４１，４３，４４，４５ 送電線、５０ 電源側位置電圧制御部、５１ 連系点電圧制御部、５２，５３ 乗算部、５４ 加算部、１００ 電力システム、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ、１０３ バス。

Claims (8)

1. 電力系統と負荷との間に接続され前記電力系統と前記負荷との間で電力変換を行う電力変換部と、
   前記電力変換部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電力系統との連系点より前記電力系統の電源に近い位置である電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値を前記電力変換部の出力有効電力に基づいて決定し、決定した無効電力指令値に基づいて、前記電力変換部を制御する
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御部は、
   前記負荷側の有効電力を前記出力有効電力として用いて、前記無効電力指令値を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、
   値が異なる出力有効電力毎に前記電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値が関連付けられたテーブルを有し、前記テーブルを用いて前記電力変換部を制御する前記無効電力指令値を決定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、
   前記電力変換部の出力有効電力から無効電力指令値を算出する演算式による算出結果に基づいて前記電力変換部を制御する前記無効電力指令値を決定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、
   前記電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値と前記連系点の電圧変動を抑制する無効電力指令値とに基づいて前記電力変換部を制御する前記無効電力指令値を決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
6. 前記電力変換部は、
   前記電力系統から供給される交流電力を直流電力へ変換し且つ直流電力を交流電力へ変換して前記電力系統へ供給する第１の電力変換器と、
   前記第１の電力変換器から供給される直流電力を交流電力へ変換し且つ前記負荷から供給される交流電力を直流電力へ変換して前記第１の電力変換器へ供給する第２の電力変換器と、を備え、
   前記制御部は、
   決定した前記無効電力指令値に基づいて、前記第１の電力変換器を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
7. 電力系統と負荷との間に接続され前記電力系統と前記負荷との間で電力変換を行う電力変換部の出力有効電力に基づいて前記電力系統との連系点より前記電力系統の電源に近い位置である電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップで決定された前記無効電力指令値に基づいて、前記電力変換部を制御する制御ステップと、を含む
   ことを特徴とする制御方法。
8. 電力系統と負荷との間に接続され前記電力系統と前記負荷との間で電力変換を行う電力変換部の出力有効電力に基づいて前記電力系統との連系点より前記電力系統の電源に近い位置である電源側位置の電圧変動を抑制する無効電力指令値を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップで決定された前記無効電力指令値に基づいて、前記電力変換部を制御する制御ステップと、をコンピュータに実行させる
   ことを特徴とする制御プログラム。

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