JP4664836B2

JP4664836B2 - 三相電圧型交直変換装置

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Publication number: JP4664836B2
Application number: JP2006053487A
Authority: JP
Inventors: 正明大島; 寛一清水; 修一宇敷
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Origin Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Origin Electric Co Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2007236083A

Description

本発明は、電力系統の電源となる系統連系装置や無停電電源装置に適用可能な三相電圧型交直変換装置に関する。

従来、複数のインバータを並列に接続して運転させる場合、１つのインバータと他のインバータとの間の出力の偏差を別途設けた偏差検出回路により検出し、検出した偏差が零となるようにして出力を補正することとしている。

ここで、図１３に従来の電源装置の並列運転を示した概略構成図を示す。図１３は、２つのインバータを並列接続して、共通の負荷に電力供給を行うものを示している。

従来の電源装置３００は、出力電圧の位相を検出する位相検出変圧器３０６と、出力電圧の有効電力を検出する変圧器３０５及び変流器３０７と、変圧器３０５及び変流器３０７からの有効電力検出信号から電源装置３００の電力の偏差を検出する有効電力偏差検出回路３０４と、電源装置３００の規準となる信号を発生させる規準発振器３０１と、位相検出変圧器３０６の検出位相と規準発振器３０１からの規準信号位相との差に応じて出力信号の周波数を制御し、規準発振器３０１からの規準信号位相と有効電力偏差検出回路３０４からの電力偏差検出信号とから電力電差が零となるように出力信号の位相を制御するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路３０２と、ＰＬＬ回路３０２からの出力信号に基づいて交流電力を発生させるインバータ３０３と、を有する。電源装置３１０についても電源装置３００と同様の構成であり、位相検出変圧器３１６と、変圧器３１５及び変流器３１７と、有効電力偏差検出回路３１４と、規準発振器３１１と、ＰＬＬ回路３１２と、インバータ３１３と、を有する。そして、電源装置３００，３１０の有効電力偏差検出回路３０４，３１４は、信号共有線３０８によって接続される。

従来の電力系統では、上記構成により、各装置間の有効電力偏差の情報を信号共有線３０８を介して交換して各電源装置３００，３１０により自動的に有効電力偏差を補正してシステムの信頼性の向上を図っていた。
特開昭５２−１０３６３４号公報

しかし、従来の電源装置３００を並列運転した場合、電源装置３００，３１０ごとに有効電力偏差検出回路３０４，３１４を用いて、それぞれの電源装置３００，３１０の出力を監視すると共に、信号共有線３０８を介して相互に有効電力偏差の情報を交換する必要がある。

そのため、いずれかの有効電力偏差検出回路３０４，３１４が正常に動作しないと、正確な電力偏差を検出することができず、電源装置全体のバランスが取れなくなってしまう。また、個々のインバータの有効電力に対する情報交換に誤りが生じても同様の問題が発生する。図１３では、２つの電源装置３００，３１０を並列運転する形態を示しているが、より複数の並列運転させる場合や遠隔配置を行うには、上記の事項はより大きな問題となる。このことは、電源装置全体の信頼性に関わる重要な課題である。

そこで、本発明では、複数台を並列に接続して並行運転する場合においても、個々の装置が自律して出力偏差を制御する自律平行運転が可能な三相電圧型交直変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は、三相出力電圧を回転座標上に変換した際の各軸成分をそれぞれ独立に制御するようにした。また、三相出力電圧を回転座標上に変換する際の回転角度を電力系統の周波数に追従させるようにした。さらに、電力系統に連系して電圧源として運転可能なように内部等価インピーダンスを持たせることにした。

具体的には、本願第一発明に係る三相電圧型交直変換装置は、交流端子から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して前記交流端子から出力する三相電圧型交直変換回路と、前記交流端子の三相出力電圧を当該三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵＭ変換回路と、前記交流端子の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルが入力され、入力された前記上位指令ベクトル及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する上位電圧制御回路と、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトル並びに前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記ＰＷＭ指令として出力する下位電圧制御回路と、前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に基づいて生成した生成値を前記ＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、を備える。

本願第一発明では、電圧源として動作しても電力系統に接続して運転可能なように内部等価インピーダンスを持つ。また、周波数制御回路によりＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に三相出力電圧の周波数差に関わる成分から生成した生成値を同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。また、上位電圧制御回路において、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。よって、下位電圧制御回路において電力系統の振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置の振幅及び位相を制御して当該偏差分を補償することができる。従って、本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

上記三相電圧型交直変換装置において、前記上位電圧制御回路は、前記上位指令ベクトルから前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第一減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第一減算器からの出力ベクトルを増幅して前記電圧指令ベクトルとして出力する上位制御増幅器と、を備え、前記下位電圧制御回路は、前記規準電圧ベクトルを設定して出力する規準電圧ベクトル設定器と、前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルと前記規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルとを加算して出力する第一加算器と、前記第一加算器からの出力ベクトルから前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第二減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの前記合成値に近づくように前記第二減算器からの出力ベクトルを変換して出力する電圧制御器と、前記電圧制御器からの出力ベクトルを前記ｄｑ回転座標空間上からの逆変換をして前記ＰＷＭ指令として出力する逆Ｕ変換器と、を備え、前記周波数制御回路は、前記規準周波数を設定する規準周波数設定器と、前記規準周波数設定器からの規準周波数を時間積分して出力する第一時間積分器と、前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に低域濾過要素を付加して出力するループフィルタと、前記ループフィルタからの出力値を時間積分して出力する第二時間積分器と、前記第一時間積分器からの出力値と前記第二時間積分器からの出力値とを加算して前記生成値として出力する第二加算器と、を備え、前記生成値を前記ＵＭ変換回路及び前記逆Ｕ変換器での変換行列の回転角度に同期させることが望ましい。

本発明は、本願第一発明に係る三相電圧型交直変換装置の各構成をより具体的にしたものである。本発明では、周波数制御回路のループフィルタにおいて三相出力電圧の周波数差に関わる成分であるｑ軸成分に低域濾過要素を付加し第二時間積分器で時間積分して出力する。また、規準周波数設定器から出力される規準周波数を第一時間積分器において時間積分した積分値に第二時間積分器からの積分値を加算して生成した生成値をＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。また、上位電圧制御回路の減算器においてＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルと上位指令ベクトルとを減算し、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように上位制御増幅器で増幅して電圧指令ベクトルを生成して出力する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出し、下位電圧制御回路において当該偏差分を補償することができる。具体的には、下位電圧制御回路において規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルに上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルを加算して電力系統の振幅及び周波数の偏差の補償分を追加する。また、偏差の補償分を追加したベクトルからＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算し、電力系統の振幅及び位相との差分を電圧制御器で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して出力する。さらに、電圧制御器からの２相の出力ベクトルを逆Ｕ変換器において三相に変換し三相電圧型交直変換回路へのＰＷＭ指令として出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように制御することができる。従って、本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

また、本願第二発明に係る三相電圧型交直変換装置は、交流端子から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して前記交流端子から出力する三相電圧型交直変換回路と、前記交流端子の三相出力電圧を前記三相出力電圧のうち１つを基準として互いに直交するα軸及びβ軸とするαβ静止座標空間上に変換するＭ変換回路と、前記Ｍ変換回路の出力電圧ベクトルを前記三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵ変換回路と、前記交流端子の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルが入力され、入力された前記上位指令ベクトル及び前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を前記ｄｑ回転座標空間上から前記αβ静止座標空間上へ逆Ｕ変換をして電圧指令ベクトルとして出力する上位電圧制御回路と、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記Ｍ変換回路からの出力電圧ベクトル並びに前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記ＰＷＭ指令として出力する下位電圧制御回路と、前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及び前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に基づいて生成した生成値を前記Ｕ変換回路及び前記上位電圧制御回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、を備える。

本願第二発明は、本願第一発明との対比において、下位電圧制御回路内での信号処理をαβ静止座標空間上で行う点が異なっている。本願第二発明でも、電圧源として電力系統に接続して運転可能なように内部等価インピーダンスを持つ。また、周波数制御回路によりＵ変換回路での変換行列の回転角度に三相出力電圧の周波数差に関わる成分から生成した生成値を同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。また、上位電圧制御回路において、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。よって、下位電圧制御回路において電力系統の振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置の振幅及び位相を制御して当該偏差分を補償することができる。従って、本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

上記三相電圧型交直変換装置において、前記上位電圧制御回路は、前記上位指令ベクトルから前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第一減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第一減算器からの出力ベクトルを増幅して出力する上位制御増幅器と、前記上位制御増幅器からの出力ベクトルを前記ｄｑ回転座標空間上から前記αβ静止座標空間上へ逆Ｕ変換をして前記電圧指令ベクトルとして出力する逆Ｕ変換器と、を備え、前記下位電圧制御回路は、前記規準電圧ベクトルを設定して出力する規準電圧ベクトル設定器と、前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルと前記規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルとを加算して出力する第一加算器と、前記第一加算器からの出力ベクトルから前記Ｍ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第二減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの前記合成値に近づくように前記第二減算器からの出力ベクトルを変換して前記ＰＷＭ指令として出力する電圧制御器と、を備え、前記周波数制御回路は、前記規準周波数を設定する規準周波数設定器と、前記規準周波数設定器からの規準周波数を時間積分して出力する第一時間積分器と、前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に低域濾過要素を付加して出力するループフィルタと、前記ループフィルタからの出力値を時間積分して出力する第二時間積分器と、前記第一時間積分器からの出力値と前記第二時間積分器からの出力値とを加算して前記生成値として出力する第二加算器と、を備え、前記生成値を前記Ｕ変換回路及び前記逆Ｕ変換器での変換行列の回転角度に同期させることが望ましい。

本発明は、本願第二発明に係る三相電圧型交直変換装置の各構成をより具体的にしたものである。本発明では、周波数制御回路のループフィルタにおいて三相出力電圧の周波数差に関わる成分であるｑ軸成分に低域濾過要素を付加し第二時間積分器で時間積分して出力する。また、規準周波数設定器から出力される規準周波数を第一時間積分器において時間積分した積分値に第二時間積分器からの積分値を加算して生成した生成値をＵ変換回路での変換行列の回転角度に同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。また、上位電圧制御回路の減算器においてＵ変換回路からの出力電圧ベクトルと上位指令ベクトルとを減算し、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように上位制御増幅器で増幅し逆Ｕ変換器においてαβ静止座標空間上に変換して電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出し、下位電圧制御回路において当該偏差分を補償することができる。具体的には、下位電圧制御回路において規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルに上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルを加算して電力系統の振幅及び周波数の偏差の補償分を追加する。また、偏差の補償分を追加したベクトルからＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算し、電力系統の振幅及び位相との差分を電圧制御器で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して三相電圧型交直変換回路へのＰＷＭ指令として出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように制御することができる。従って、本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

また、本願第三発明に係る三相電圧型交直変換装置は、交流端子から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して前記交流端子から出力する三相電圧型交直変換回路と、前記交流端子の三相出力電圧を当該三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵＭ変換回路と、前記交流端子の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルが入力され、入力された前記上位指令ベクトル及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を前記ｄｑ回転座標空間上から逆ＵＭ変換して電圧指令ベクトルとして出力する上位電圧制御回路と、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記交流端子の三相出力電圧並びに前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記ＰＷＭ指令として出力する下位電圧制御回路と、前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に基づいて生成した生成値を前記ＵＭ変換回路及び前記上位電圧制御回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、を備える。

本願第三発明は、本願第一発明との対比において、下位電圧制御回路内での信号処理を三相のまま行う点が異なっている。本願第三発明でも、電圧源として電力系統に接続して運転可能なように内部等価インピーダンスを持つ。また、周波数制御回路によりＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に三相出力電圧の周波数差に関わる成分から生成した生成値を同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。また、上位電圧制御回路において、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。よって、下位電圧制御回路において電力系統の振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置の振幅及び位相を制御して当該偏差分を補償することができる。従って、本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

上記三相電圧型交直変換装置において、前記上位電圧制御回路は、前記上位指令ベクトルから前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第一減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第一減算器からの出力ベクトルを増幅して前記電圧指令ベクトルとして出力する上位制御増幅器と、前記上位制御増幅器からの出力ベクトルを前記ｄｑ回転座標空間上から逆ＵＭ変換して前記電圧指令ベクトルとして出力する逆ＵＭ変換器と、を備え、前記下位電圧制御回路は、前記規準電圧ベクトルを設定して出力する規準電圧ベクトル設定器と、前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルと前記規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルとを加算して出力する第一加算器と、前記第一加算器からの出力ベクトルから前記交流端子の三相出力電圧を減算する第二減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの前記合成値に近づくように前記第二減算器からの出力ベクトルを変換して前記ＰＷＭ指令として出力する電圧制御器と、を備え、前記周波数制御回路は、前記規準周波数を設定する規準周波数設定器と、前記規準周波数設定器からの規準周波数を時間積分して出力する第一時間積分器と、前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に低域濾過要素を付加して出力するループフィルタと、前記ループフィルタからの出力値を時間積分して出力する第二時間積分器と、前記第一時間積分器からの出力値と前記第二時間積分器からの出力値とを加算して前記生成値として出力する第二加算器と、を備え、前記生成値を前記ＵＭ変換回路及び前記逆ＵＭ変換器での変換行列の回転角度に同期させることが望ましい。

本発明は、本願第三発明に係る三相電圧型交直変換装置の各構成をより具体的にしたものである。本発明では、周波数制御回路のループフィルタにおいて三相出力電圧の周波数差に関わる成分であるｑ軸成分に低域濾過要素を付加し第二時間積分器で時間積分して出力する。また、規準周波数設定器から出力される規準周波数を第一時間積分器において時間積分した積分値に第二時間積分器からの積分値を加算して生成した生成値をＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。また、上位電圧制御回路の減算器においてＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルと上位指令ベクトルとを減算し、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように上位制御増幅器で増幅し逆ＵＭ変換器によりｄｑ回転座標空間上からの逆変換を行って電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出し、下位電圧制御回路において当該偏差分を補償することができる。具体的には、下位電圧制御回路において規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルに上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルを加算して電力系統の振幅及び周波数の偏差の補償分を追加する。また、偏差の補償分を追加したベクトルから三相出力電圧を減算し、電力系統の振幅及び位相との差分を電圧制御器で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して三相電圧型交直変換回路へのＰＷＭ指令として出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように制御することができる。従って、本発明に係る三相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

上記第一から第三発明に係る三相電圧型交直変換装置において、前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電流を検出し前記三相出力電流の大きさに応じて生成した信号を出力する電流検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電流検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備えることが望ましい。

本発明では、三相交流フィルタ回路を備えることから、三相電圧型交直変換部からの出力から三相電圧型交直変換部でのゲート信号に起因する高周波成分を除去することができる。また、電流検出回路において三相電圧型交直変換部からの電流を検出し、ゲート信号発生器においてＰＷＭ指令と電流検出回路からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させることで電流誤差が許容範囲内に収まるように制御することができる。

また、上記第一から第三発明に係る三相電圧型交直変換装置において、前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧を検出し前記三相出力電圧の大きさに応じて生成した信号を出力する電圧検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電圧検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備えることが望ましい。

本発明では、三相交流フィルタ回路を備えることから、三相電圧型交直変換部からの出力から三相電圧型交直変換部でのゲート信号に起因する高周波成分を除去することができる。また、電圧検出回路において三相電圧型交直変換部からの電圧を検出し、ゲート信号発生器においてＰＷＭ指令と電圧検出回路からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させることで出力電圧をＰＷＭ指令に追従させることができる。

また、上記第一から第三発明に係る三相電圧型交直変換装置において、前記交流端子の三相出力電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流信号を当該検出電流信号の有効成分をｄ軸成分とし無効成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力する第二ＵＭ変換回路と、をさらに備え、前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電流を検出し前記三相出力電流の大きさに応じて生成した信号を出力する電流検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電流検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備え、前記下位電圧制御回路は、前記三相交流フィルタ回路における電流損失分を補償するように規定された電流補償ベクトルを出力するフィルタ電流補償器と、前記三相電圧型交直変換回路からの三相出力電流の電流偏差を補償するように規定された電流偏差補償ベクトルを出力するＰＷＭ電流偏差補償器と、前記第二ＵＭ変換回路からの出力電流ベクトルを前記交流端子の負荷に対する電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力するフィードフォワード増幅器と、前記フィルタ電流補償器からの電流偏差補償ベクトル、前記ＰＷＭ電流偏差補償器からの電流偏差補償ベクトル及び前記フィードフォワード増幅器からの出力ベクトルを前記電圧制御器からの出力ベクトルに加算する第三加算器と、を備え、前記周波数制御回路は、前記生成値を前記第二ＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させることが望ましい。

本発明では、ＰＷＭ指令をゼロ指令としたときの三相電圧型交直変換回路における電流偏差分を予めＰＷＭ電流偏差補償器において設定し、電圧制御器からの出力ベクトルに加算することで当該電流偏差を補償することができる。また、三相電圧型交直変換回路における三相交流フィルタ回路における電流損失分を予めフィルタ電流補償器において設定し、電圧制御器からの出力ベクトルに加算することで当該損失を補償することができる。さらに、交流端子の三相出力電流を検出しｄｑ変換して得た出力電流ベクトルを予めフィードフォワード増幅器から出力し、電圧制御器からの出力ベクトルに加算することで、出力電流が変化しても安定した出力電圧を発生させることができる。

また、上記第一から第三発明に係る三相電圧型交直変換装置において、前記交流端子の三相出力電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流信号を当該検出電流信号の有効成分をｄ軸成分とし無効成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力する第二ＵＭ変換回路と、をさらに備え、前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧を検出し前記三相出力電圧の大きさに応じて生成した信号を出力する電圧検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電圧検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備え、前記下位電圧制御回路は、前記三相交流フィルタ回路における電流損失分を補償するように規定された電流補償ベクトルを出力するフィルタ電流補償器と、前記三相電圧型交直変換回路からの三相出力電流の電流偏差を補償するように規定された電流偏差補償ベクトルを出力するＰＷＭ電流偏差補償器と、前記第二ＵＭ変換回路からの出力電流ベクトルを前記交流端子の負荷に対する電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力するフィードフォワード増幅器と、前記フィルタ電流補償器からの電流偏差補償ベクトル、前記ＰＷＭ電流偏差補償器からの電流偏差補償ベクトル及び前記フィードフォワード増幅器からの出力ベクトルを前記電圧制御器からの出力ベクトルに加算する第三加算器と、を備え、前記周波数制御回路は、前記生成値を前記第二ＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させることが望ましい。

本発明では、複数台を並列に接続して並行運転する場合においても、個々の装置が自律して出力偏差を制御する自律平行運転が可能な三相電圧型交直変換装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１実施形態）
図１及び図２に、本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。

図１に示す三相電圧型交直変換装置１１は、交流端子２２から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて直流電圧源（不図示）からの電力を直流端子２１で受けて三相交流電力に変換して交流端子２２から出力する三相電圧型交直変換回路４０と、交流端子２２の三相出力電圧をｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵＭ変換回路３１と、上位指令ベクトル１２０及びＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルに基づいて生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する第一上位電圧制御回路７０と、規準電圧ベクトル、ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトル及び第一上位電圧制御回路７０からの電圧指令ベクトルに基づいて生成した信号をＰＷＭ指令として出力する第一下位電圧制御回路６０と、規準周波数、及びＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルのｑ軸成分に基づいて生成した生成値をＵＭ変換回路３１での回転座標変換行列５２の回転角度に同期させる周波数制御回路５０と、を備える。

三相電圧型交直変換回路４０は、ＰＷＭ指令に基づいてゲート信号発生器４１により発生させたゲート信号のパルス幅に応じて不図示の直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換する。直流電圧源は、バッテリ等の単独で直流電圧を出力する電圧源、風力発電等の発電方法で発電し整流して直流電圧を出力する電圧源、又は直流コンデンサの電圧を制御して直流電圧を出力する電圧源を例示することができる。この場合、ＵＭ変換回路３１の接続点と交流端子２２との間にさらにブロッキングインダクタを備え、三相出力電圧のそれぞれをブロッキングインダクタを介して交流端子２２から出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換回路４０でのＰＷＭ成分の交流端子２２への流出を防止することができる。

図８及び図９に三相電圧型交直変換回路の概略構成図を示す。

図８に示す三相電圧型交直変換回路４０−１は、交流端子２２から見て内部等価インピーダンスを持ちゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を直流端子２１で受けて三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部４２と、三相電圧型交直変換部４２の三相出力電流を検出し三相出力電流の大きさに応じて生成した信号を出力する電流検出回路４３と、ＰＷＭ指令と電流検出回路４３からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器４１と、三相電圧型交直変換部４２の三相出力電圧から三相電圧型交直変換部４２でのゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路４５と、を備える。

また、図９に示す三相電圧型交直変換回路４０−２は、図８の電流検出回路４３に代えて、三相電圧型交直変換部４２の三相出力電圧を検出し三相出力電圧の大きさに応じて生成した信号を出力する電圧検出回路４４を備える。この場合、ゲート信号発生器４１は、ＰＷＭ指令と電圧検出回路４４からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させて出力する。

図８及び図９に示す三相電圧型交直変換部４２の持つ内部等価インピーダンスは、後述するように図１の三相電圧型交直変換装置１１内の制御変数により持たせることもできるし、図８及び図９の三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２の出力に抵抗、リアクトル若しくは三相変圧器又はこれらの組み合わせを接続して持たせることもできる。例えば、三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２の三相出力にそれぞれ抵抗又はリアクトルを直列に接続してもよいし、さらに抵抗を接続した場合には抵抗の後段にリアクトルをそれぞれ直列に接続してもよい。また、三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２の三相出力に三相変圧器を接続してもよい。また、三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２の三相出力にそれぞれリアクトルを接続した場合には、リアクトルの後段に三相変圧器を接続してもよい。さらに、三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２の三相出力にそれぞれ抵抗を接続し、抵抗の後段にリアクトルをそれぞれ直列に接続した場合には、当該リアクトルの後段に三相変圧器を接続してもよい。このように、三相電圧型交直変換部４２が内部等価インピーダンスを持つことにより、図１の三相電圧型交直変換装置１１は、電圧源として電力系統に接続して運転することが可能となる。

図１の三相電圧型交直変換回路４０を図８又は図９に示す構成とすることにより、三相電圧型交直変換装置１１は、三相交流フィルタ回路４５（図８及び図９）を備えることから、三相電圧型交直変換部４２からの出力から三相電圧型交直変換部４２でのゲート信号に起因する高周波成分を除去することができる。また、電流検出回路４３又は電圧検出回路４４において三相電圧型交直変換部４２からの電流又は電圧を検出し、ゲート信号発生器４１においてＰＷＭ指令と電流検出回路４３又は電圧検出回路４４からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させることで電流誤差が許容範囲内に収まるように制御すること、或いは出力電圧をＰＷＭ指令に追従させることができる。

ここで、図１０に、図８及び図９における三相電圧型交直変換部の概略構成図を示す。また、図１１に、図８及び図９における三相交流フィルタ回路の概略構成図を示す。

図１０に示す三相電圧型交直変換部４２は、６個の自己消弧型スイッチ４６ｇ−４６ｌと、６個のダイオード４６ａ−４６ｆと、を備え、三相ブリッジを構成する。自己消弧型スイッチ４６ｇ−４６ｌは、入力信号のオン／オフに応じてスイッチのオン／オフを切替る素子で、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を例示できる。三相電圧型交直変換部４２は、図８又は図９に示すゲート信号発生器４１からの指令に応じて６つのスイッチのオン／オフを６つの自己消弧型スイッ４６ｇ−４６ｌごとにパルス信号により切替えることで、直流電圧源２３からの電力を三相交流電力に変換して３つの交流端子２４，２５，２６から出力することができる。出力電圧は、パルス信号のパルス幅を変えることで変化させることができる。なお、図１０において直流端子２１−１，２１−２は、概略図である図１の直流端子２１に対応する。

図１１に示す三相交流フィルタ回路４５は、図８又は図９の三相電圧型交直変換部４２からの三相出力を入力側の交流端子２４，２５，２６で受けて出力側の交流端子２２−１，２２−２，２２−３から出力する間で、各相における電流を制御する電流制御用インダクタ４７ｄ，４７ｅ，４７ｆと、各相間に接続された抵抗４７ａ，４７ｂ，４７ｃと、コンデンサ４７ｇ，４７ｈ，４７ｉと、を有する。電流制御用インダクタ４７ｄ，４７ｅ，４７ｆ、抵抗４７ａ，４７ｂ，４７ｃ及びコンデンサ４７ｇ，４７ｈ，４７ｉの各容量は、出力側の交流端子２２−１，２２−２，２２−３からの出力信号の周波数特性に応じて適宜定めることができる。なお、抵抗４７ａ，４７ｂ，４７ｃはなくてもよい。図８及び図９の三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２では、三相交流フィルタ回路４５として図１１の三相交流フィルタ回路４５を適用して三相電圧型交直変換部４２でのゲート信号に起因する高周波成分を除去することができる。なお、図１１において交流端子２２−１，２２−２，２２−３は、概略図である図１の交流端子２２に対応する。

図１のＵＭ変換回路３１は、以下の数式（１）から（３）により、交流端子２２の三相出力電圧を当該三相出力電圧の三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力する。数式（３）では、ＵＭ変換回路３１に入力される三相出力電圧を（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）とし、ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトル（ｄ軸成分，ｑ軸成分）を（Ｖｄ，Ｖｑ）とした。図１では、ＵＭ変換回路３１は、周波数制御回路５０、第一下位電圧制御回路６０及び第一上位電圧制御回路７０にそれぞれ出力する。ここで、数式（１）〜（３）によりＵＭ変換の演算を行うにあたり交流端子２２の三相出力電圧を検出することになる。この場合、三相出力電圧のうち三相とも検出することとしてもよいが、三相出力電圧はいずれか２つの電圧が定まれば残りの１つの電圧が定まるため、ＵＭ変換回路３１は、三相出力電圧のうちいずれか２つを検出することとしてもよい。また、ＵＭ変換回路３１の前段にローパスフィルタを備え、ＵＭ変換回路３１への三相出力電圧をローパスフィルタを介して検出することとしてもよい。三相出力電圧からＰＷＭ成分を除去して三相電圧型交直変換装置１１の制御を安定化させることができる。また、ＵＭ変換回路３１の後段にローパスフィルタを備え、ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルをローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルからＰＷＭ成分を除去して三相電圧型交直変換装置１１の制御を安定化させることができる。

周波数制御回路５０は、交流端子２２の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及びＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルのｑ軸成分に基づいて生成した生成値をＵＭ変換回路３１での回転座標変換行列５２の回転角度に同期させる。具体的には、図２に示すように、ループフィルタ５３において三相出力電圧の周波数差に関わる成分であるｑ軸成分に低域濾過要素を付加し第二時間積分器５５で時間積分して出力する。ループフィルタ５３において付加する低域濾過要素は、一次遅れ要素等の遅れ要素を例示できる。これにより、フィードバックループを安定化させることができる。

また、規準周波数設定器５１から出力される規準周波数を第一時間積分器５４において時間積分した積分値に第二時間積分器５５からの積分値を加算器５６において加算して生成した生成値５７をＵＭ変換回路３１での回転座標変換行列５２の回転角度に同期させる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。同期させるには、第一時間積分器５４からの積分値と第二時間積分器５５からの積分値とを加算した生成値５７を数式（３）のθｄｑとする。

ここで、ＵＭ変換回路３１では、前述したように三相出力電圧の周波数差に関わる成分（ｑ軸成分）を出力する。そのため、ＵＭ変換回路３１での信号処理は、三相出力電圧と第一時間積分器５４からの積分値と第二時間積分器５５からの積分値とを加算した生成値５７との位相を比較する位相比較処理に相当すると考えられる。また、第一時間積分器５４からの積分値と第二時間積分器５５からの積分値とを加算することによる信号処理は、ループフィルタ５３からの出力電圧に応じて生成値の値を可変するＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の信号処理に相当すると考えられる。そのため、ＵＭ変換回路３１及び周波数制御回路５０は、全体として、第一時間積分器５４からの積分値と第二時間積分器５５からの積分値とを加算した生成値５７が交流端子２２の三相出力電圧の周波数に同期するＰＬＬとしての動作を行っていると考えられる。そのため、同期を維持する周波数範囲（同期保持範囲（ロックレンジ））と周波数引込み範囲（キャプチャレンジ）は、ＰＬＬの場合と同様にして求めることができる。

図１の第一上位電圧制御回路７０には、交流端子２２の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル１２０が入力される。そして、入力された上位指令ベクトル１２０及びＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルに基づいて、交流端子２２の三相出力電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトル１２０による指令値に近づくように生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する。具体的には、図２に示すように、減算器７１においてＵＭ変換回路３１からの出力ベクトルと上位指令ベクトル１２０とを減算し、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトル１２０による指令値に近づくように第一上位制御増幅器７２で増幅して電圧指令ベクトルを生成して出力する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置１１の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。ここで、第一上位制御増幅器７２では、減算器７１からの出力ベクトルに低域濾過要素を付加することとしてもよい。これにより、フィードバックループを安定化させることができる。また、第一上位制御増幅器７２の後段にさらにリミッタを備え、第一上位制御増幅器７２からの出力ベクトルをリミッタを介して出力することとしてもよい。過出力を防止して制御を安定化させることができる。

図１の第一下位電圧制御回路６０は、交流端子２２の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトル並びに第一上位電圧制御回路７０からの電圧指令ベクトルに基づいて、三相出力電圧の振幅及び位相が規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号をＰＷＭ指令として出力する。また、規準電圧ベクトルは、第一規準電圧ベクトル設定器６１により予め設定する。この規準電圧ベクトルは二相で交流端子２２の三相出力電圧の振幅と位相の規準となる。

具体的には、図２に示すように、第一規準電圧ベクトル設定器６１において予め設定された規準電圧ベクトルに第一上位電圧制御回路７０からの電圧指令ベクトルを加算器６２において加算して電力系統の振幅及び位相の偏差の補償分を追加する。また、ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルを減算器６３において減算し、電力系統の振幅及び位相との差分を第一電圧制御器６４で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して出力する。さらに、第一電圧制御器６４からのｄｑ空間上の出力ベクトルを第一逆Ｕ変換器６５においてαβ空間上に変換し三相電圧型交直変換回路４０へのＰＷＭ指令として出力する。これにより、第一上位電圧制御回路７０で検出した偏差分を補償すると共に、三相電圧型交直変換装置１１の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置１１の振幅及び位相を制御することができる。第一電圧制御器６４は、例えば増幅器を適用することができる。ここで、減算器６３と第一電圧制御器６４との間にさらにローパスフィルタを備え、減算器６３からの出力ベクトルをローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。ＰＷＭ成分を除去して第一電圧制御器６４での制御を安定化させることができる。また、減算器６３と第一電圧制御器６４との間（この位置にローパスフィルタを備えた場合は、ローパスフィルタと第一電圧制御器６４との間）にさらに電圧リミッタを備え、減算器６３からの出力ベクトルを電圧リミッタを介して出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換装置１１の起動時の出力電圧の過渡変動を抑制することができる。また、第一電圧制御器６４と第一逆Ｕ変換器６５との間（後述のフィルタ電流補償器、ＰＷＭ電流偏差補償器及びフィードフォワード増幅器を設けた場合には、これらの出力を加算する加算器と第一逆Ｕ変換器６５との間）にさらに電流リミッタを備え、第一電圧制御器６４からの出力ベクトルを電流リミッタを介して出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換装置１１のスイッチングデバイスに流れる過電流を定常時、過渡時共に防止することができる。

図３に、他の形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。

図３の三相電圧型交直変換装置１１は、図２に示す三相電圧型交直変換装置１１に交流端子２２の三相出力電流を検出する電流検出回路３４と、電流検出回路３４の検出電流信号をｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵＭ変換回路３５と、をさらに備え、第一電圧制御器６４からの出力ベクトルにさらにフィルタ電流補償器６６、ＰＷＭ電流偏差補償器６７及びフィードフォワード増幅器６８からの出力ベクトルを加算器６９において加算した形態である。この場合、三相電圧型交直変換回路４０は、図８又は図９で説明したいずれかの三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２を適用することができる。そのため、図３では、図８又は図９のいずれかの三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２が適用されているものとする。また、ＵＭ変換回路３５でのｄｑ変換は、数式（１）から（３）で説明した座標変換と同様である。つまり、ＵＭ変換回路３５は、電流検出回路３４の検出電流信号を当該検出電流信号の有効電力に関わる成分をｄ軸成分とし無効電力に関わる成分をｑ軸成分として出力する。

フィルタ電流補償器６６は、三相電圧型交直変換回路４０内の三相交流フィルタ回路４５（図８又は図９）における電流損失分を補償するように規定された電流補償ベクトルを出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置１１では、図８又は図９の三相交流フィルタ回路４５における電流損失分を予めフィルタ電流補償器６６において設定し、第一電圧制御器６４からの出力ベクトルに加算することで当該損失を補償することができる。また、ＰＷＭ電流偏差補償器６７は、三相電圧型交直変換回路４０からの三相出力電流の電流偏差を補償するように規定された電流偏差補償ベクトルを出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置１１では、ＰＷＭ指令をゼロ指令としたときの三相電圧型交直変換回路４０における電流偏差分を予めＰＷＭ電流偏差補償器６７において設定し、第一電圧制御器６４からの出力ベクトルに加算することで当該損失を補償することができる。また、フィードフォワード増幅器６８は、ＵＭ変換回路３５からの出力電流ベクトルを交流端子２２を流れる電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力する。これにより、三相電圧型交直変換装置１１では、電流検出回路３４において交流端子２２の三相出力電流を検出しｄｑ変換することで三相出力電流の有効・無効成分を検出し、それらの値をフィードフォワード増幅器６８をとおして、第一電圧制御器６４からの出力ベクトルに加算することで負荷電流が変化しても安定した出力電圧を発生することができる。

ここで、図３に示す三相電圧型交直変換装置に図８の三相電圧型交直変換回路を適用した場合の電圧制御特性について説明する。

図８の三相電圧型交直変換部４２での電流アンプとしてのゲインをＧ_ＰＷＭとし、ゼロ指令ベクトルに対する三相電圧型交直変換部４２からの三相出力電流の電流偏差を−Ｇ_ＰＷＭＭ_１［Ｄ］（但し、［］は明細書本文中においてベクトルを意味するものとする。以下同様である。）とする。ここで、Ｍ_１はαβ空間から三相成分への変換行列で以下の数式（４）で表される。

−Ｇ_ＰＷＭＭ_１［Ｄ］は、電流検出回路４３で検出した電流の大きさに応じて出力した信号をゲート信号発生器４１に帰還させたことにより生じる固有な値である。また、三相交流フィルタ回路４５を流れる三相電流を［ｉ_ｐ］とする。この場合、図３のＰＷＭ電流偏差補償器６７での電流補償分はＵ［Ｄ］である。また、図３において第一電圧制御器６４を増幅器とし、当該増幅器のフィードバックゲインをα、フィードフォワード増幅器６８でのフィードフォワードゲインをβとする。また、上位指令ベクトル１２０を［Ｖ_ｍｕ］とし、第一上位制御増幅器７２のゲインをκとする。交流端子２２の三相出力電流を［ｉ_ｓ］、三相出力電圧を［Ｖ］とする。また、第一規準電圧ベクトル設定器６１での規準電圧ベクトルを［Ｖ_ｃ］とする。なお、図８の三相交流フィルタ回路４５での電流損失分をゼロとし、三相交流フィルタ回路４５のインピーダンスをＺ_Ｆとする。上記前提の下で図３の第一下位電圧制御回路６０からのＰＷＭ指令［ｊ］は、以下のように導出できる。

上記数式（５）から三相出力電圧Ｖに関して次の式が導出できる。

上記数式（６）から、図８に示す三相電圧型交直変換回路４０−１の内部等価インピーダンスを以下の数式（７）で表すことができる。つまり、図３の三相電圧型交直変換装置１１内の制御パラメータα、β及びκにより、三相電圧型交直変換回路４０−１の三相電圧型交直変換部４２に内部等価インピーダンスを持たせることができる。

以上説明したように、図１から図３の三相電圧型交直変換装置１１は、内部等価インピーダンスを持つことから、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、周波数設定回路、第一上位電圧制御回路及び第一下位電圧制御回路を備えるため、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

ここで、図３に示す三相電圧型交直変換装置１１（規準電圧：２００Ｖ，規準周波数：５０Ｈｚ）を電圧振幅：２００Ｖ，周波数：５２Ｈｚの電圧源と系統連系させた場合の動作例について説明する。

図３の回路条件として上記数式（５）から（７）に関連する各回路定数を以下の表１と規定した。表１において、第一上位制御増幅器７２に一次遅れ要素を付加することとし、その時定数をｄ軸成分についてＴ_ｖｄ，ｑ軸成分についてＴ_ｖｑで表記する。第一上位制御増幅器７２の増幅率をｄ軸成分についてＫ_ｖｄ，ｑ軸成分についてＫ_ｖｑで表記する。また、周波数制御回路５０のループフィルタ５３では低域濾過要素として一次遅れ要素を付加することとし、その時定数をＴ_ａで表記する。

上記表１の回路条件の下、まず、図３の第一上位電圧制御回路７０から第一下位電圧制御回路６０への電圧指令ベクトルの（電圧振幅指令値，周波数指令値）を（２００Ｖ，０Ｖ）として三相電圧型交直変換装置１１を無負荷で駆動させる。その０．０６秒後、電圧振幅：２００Ｖ，周波数：５２Ｈｚの電圧源と系統連系させた。この時、インバータ電圧は３０度系統よりも遅れるものとした。

図１２は、図３に示す三相電圧型交直変換装置１１を電圧振幅：２００Ｖ，周波数：５２Ｈｚの電圧源と系統連系させた場合の出力電圧を含む時間波形を示した図である。図１２（ａ）は、図３の交流端子２２の端子間電圧、及び系統電圧のそれぞれの波形を示した図で、図１２（ｂ）は図３の交流端子２２の三相出力電圧のｄ軸成分及びｑ軸成分の波形を示した図である。図１２（ｃ）は、三相電圧型交直変換装置１１の交流端子２２を流れる電流を表した図である。なお、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）において時間軸は一致している。

図１２（ａ）の波形から、０．０６秒まで５０Ｈｚでｄｑ変換していたものが、０．０６秒において系統連系した後、５２Ｈｚの角速度でｄｑ座標が回転し、２００Ｖの直流に信号変換が行われていることがわかる。また、図１２（ｂ）の波形から０．０６秒において系統連系した時点で生じた電力偏差を約１５ミリ秒で自動的に補正して系統連系運転を開始していることがわかる。

（第２実施形態）
図４及び図５に、本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。

図４に示す三相電圧型交直変換装置１２は、交流端子２２から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて直流電圧源（不図示）からの電力を三相交流電力に変換して交流端子２２から出力する三相電圧型交直変換回路４０と、交流端子２２の三相出力電圧をαβ静止座標空間上に変換するＭ変換回路３２と、Ｍ変換回路３２の出力電圧ベクトルをｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵ変換回路３３と、上位指令ベクトル１２０及びＵ変換回路３３からの出力電圧ベクトルに基づいて生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する第二上位電圧制御回路９０と、規準電圧ベクトル、Ｍ変換回路３２からの出力電圧ベクトル並びに第二上位電圧制御回路９０からの電圧指令ベクトルに基づいて生成した信号をＰＷＭ指令として出力する第二下位電圧制御回路８０と、規準周波数、及びＵ変換回路３３からの出力電圧ベクトルのｑ軸成分に基づいて生成した生成値をＵ変換回路３３での回転座標変換行列５２の回転角度に同期させる周波数制御回路５０と、を備える。本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置１２は、第１実施形態で説明した三相電圧型交直変換装置１１と比較して、第二下位電圧制御回路８０内での信号処理をαβ静止座標空間上で行う点が異なっている。また、図４及び図５において、図１及び図２と符号が同一の構成要素は、相互に同一のものを示すため、説明は省略する。

Ｍ変換回路３２は、交流端子２２の三相出力電圧のうち１つを基準として互いに直交するα軸及びβ軸とするαβ静止座標空間上に変換する。変換行列は、上記数式（２）により表記できる。また、Ｕ変換回路３３は、Ｍ変換回路３２の出力電圧ベクトルを三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力する。変換行列は、上記数式（１）により表記できる。そのため、Ｕ変換回路３３からの出力は、Ｍ変換回路３２を介しているため、図１のＵＭ変換回路３１からの出力と同質のベクトルが出力される。また、Ｍ変換回路３２の前段にローパスフィルタを備え、三相出力電圧をＭ変換回路３２へローパスフィルタを介して入力することとしてもよい。三相出力電圧からＰＷＭ成分を除去して三相電圧型交直変換装置１２の制御を安定化させることができる。Ｕ変換回路３３の後段にローパスフィルタを備え、Ｕ変換回路３３からの出力電圧ベクトルをローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。Ｕ変換回路３３からの出力電圧ベクトルからＰＷＭ成分を除去して三相電圧型交直変換装置１２の制御を安定化させることができる。また、Ｍ変換回路３２の接続点と交流端子２２との間にさらにブロッキングインダクタを備え、三相出力電圧をブロッキングインダクタを介して交流端子２２から出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換回路４０が発生するＰＷＭ成分が交流端子２２に流出するのを防止することができる。

図４の第二上位電圧制御回路９０は、交流端子２２の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル１２０が入力される。そして、入力された上位指令ベクトル１２０及びＵ変換回路３３からの出力電圧ベクトルに基づいて、交流端子２２の三相出力電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトル１２０による指令値に近づくように生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する。具体的には、図５に示すように、減算器９２においてＵ変換回路３３からの出力ベクトルと上位指令ベクトル１２０とを減算し、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトル１２０による指令値に近づくように第二上位制御増幅器９３で増幅し第一逆Ｕ変換器９１においてαβ静止座標空間上に変換して電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。ここで、第二上位制御増幅器９３では、減算器９２からの出力ベクトルに低域濾過要素を付加することとしてもよい。フィードバックループを安定化させることができる。また、第二上位制御増幅器９３と第一逆Ｕ変換器９１の後段にさらにリミッタを備え、第二上位制御増幅器９３からの出力ベクトルをリミッタを介して出力することとしてもよい。過出力を防止して制御を安定化させることができる。

図４の第二下位電圧制御回路８０は、交流端子２２の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、Ｍ変換回路３２からの出力電圧ベクトル並びに第二上位電圧制御回路９０からの電圧指令ベクトルに基づいて、三相出力電圧の振幅及び位相が規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号をＰＷＭ指令として出力する。具体的には、図５に示すように、第一規準電圧ベクトル設定器８１において予め設定された規準電圧ベクトルに第二上位電圧制御回路９０からの電圧指令ベクトルを加算器８２において加算して電力系統の振幅及び周波数の偏差の補償分を追加する。また、Ｍ変換回路３２からの出力電圧ベクトルを減算器８３において減算し、電力系統の振幅及び位相との差分を第二電圧制御器８４で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して三相電圧型交直変換回路４０へのＰＷＭ指令として出力する。これにより、第二上位電圧制御回路９０で検出した偏差分を補償すると共に、三相電圧型交直変換装置１２の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置１２の振幅及び位相を制御することができる。第二電圧制御器８４は、例えば増幅器を適用することができる。ここで、減算器８３と第二電圧制御器８４との間にさらにローパスフィルタを備え、減算器８３からの出力ベクトルをローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。ＰＷＭ成分を除去して第二電圧制御器８４での制御を安定化させることができる。また、減算器８３と第二電圧制御器８４との間（この位置にローパスフィルタを備えた場合は、ローパスフィルタと第二電圧制御器８４との間）にさらに電圧リミッタを備え、減算器８３からの出力ベクトルを電圧リミッタを介して出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換装置１２の起動時の出力電圧の過渡変動を抑制することができる。また、第二電圧制御器８４の後段（後述するように前述の図３のフィルタ電流補償器６６、ＰＷＭ電流偏差補償器６７及びフィードフォワード増幅器６８を設けた場合には、これらからの出力を加算する加算器の後段）にさらに電流リミッタを備え、第二電圧制御器８４からの出力ベクトルを電流リミッタを介して出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換装置１２のスイッチングデバイスに流れる過電流を定常時、過渡時共に防止することができる。

図５に示す三相電圧型交直変換装置１２は、図３で説明したフィードフォワード増幅器６８並びにこれに必要な電流検出回路３４及びＭ変換回路３２、フィルタ電流補償器６６、並びにＰＷＭ電流偏差補償器６７をさらに有して、これらの回路からの出力を第二下位電圧制御回路８０内で第二電圧制御器８４からの出力ベクトルに加算することもできる。この場合、図３と同様に図５の三相電圧型交直変換回路４０は、図８又は図９で説明したいずれかの三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２を適用するものとする。

以上説明したように、図４及び図５の三相電圧型交直変換装置１２は、内部等価インピーダンスを持つことから電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、周波数制御回路５０、第二上位電圧制御回路９０及び第二下位電圧制御回路８０を備えるため、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

（第３実施形態）
図６及び図７に、本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。

図６に示す三相電圧型交直変換装置１３は、交流端子２２から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて直流電圧源（不図示）からの電力を三相交流電力に変換して交流端子２２から出力する三相電圧型交直変換回路４０と、交流端子２２の三相出力電圧をｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵＭ変換回路３１と、上位指令ベクトル１２０及びＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルに基づいて生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する第三上位電圧制御回路１１０と、規準電圧ベクトル、交流端子２２の三相出力電圧並びに第三上位電圧制御回路１１０からの電圧指令ベクトルに基づいて生成した信号をＰＷＭ指令として出力する第三下位電圧制御回路１００と、規準周波数、及びＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルのｑ軸成分に基づいて生成した生成値をＵＭ変換回路３１での回転座標変換行列５２の回転角度に同期させる周波数制御回路５０と、を備える。本実施形態に係る三相電圧型交直変換装置１３は、第１実施形態で説明した三相電圧型交直変換装置１１と比較して、第三下位電圧制御回路１００内での信号処理を三相のまま行う点が異なっている。また、図６及び図７において、図１及び図２と符号が同一の構成要素は、相互に同一のものを示すため、説明は省略する。

第三上位電圧制御回路１１０には、交流端子２２の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル１２０が入力される。そして、入力された上位指令ベクトル１２０及びＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルに基づいて、交流端子２２の三相出力電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する。ここで、ＵＭ変換回路３１及び第三下位電圧制御回路１００の前段にローパスフィルタを備え、三相出力電圧をローパスフィルタを介して検出することとしてもよい。三相出力電圧からＰＷＭ成分を除去して三相電圧型交直変換装置１３の制御を安定化させることができる。また、ＵＭ変換回路３１の後段にローパスフィルタを備え、ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルをローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。ＵＭ変換回路３１からの出力電圧ベクトルからＰＷＭ成分を除去して三相電圧型交直変換装置１３の制御を安定化させることができる。また、ＵＭ変換回路３１の接続点と交流端子２２との間にさらにブロッキングインダクタを備え、三相出力電圧のそれぞれをブロッキングインダクタを介して交流端子２２から出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換回路４０でのＰＷＭ成分が交流端子２２に流出するのを防止することができる。

具体的な構成は、図７に示すように、減算器１１２においてＵＭ変換回路３１からの出力ベクトルと上位指令ベクトル１２０とを減算し、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトル１２０による指令値に近づくように第三上位制御増幅器１１３で増幅し、逆ＵＭ変換器１１１においてｄｑ回転座標空間上からの逆変換を行って電圧指令ベクトルを生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する三相電圧型交直変換装置１３の三相出力電力の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。ここで、第三上位制御増幅器１１３では、減算器１１２からの出力ベクトルに低域濾過要素を付加することとしてもよい。フィードバックループを安定化させることができる。また、第三上位制御増幅器１１３と逆ＵＭ変換器１１１との間にさらにリミッタを備え、第三上位制御増幅器１１３からの出力ベクトルをリミッタを介して出力することとしてもよい。過出力を防止して制御を安定化させることができる。

図６の第三下位電圧制御回路１００は、交流端子２２の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、交流端子２２の三相出力電圧並びに第三上位電圧制御回路１１０からの電圧指令ベクトルに基づいて、三相出力電圧の振幅及び位相が規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号をＰＷＭ指令として出力する。また、規準電圧ベクトルは、第二規準電圧ベクトル設定器１０１により予め設定する。この規準電圧ベクトルは、交流端子の三相出力電圧の振幅と位相の規準となる。

具体的には、図７に示すように、第二規準電圧ベクトル設定器１０１において予め設定された規準電圧ベクトルに第三上位電圧制御回路１１０からの電圧指令ベクトルを加算器１０２において加算して電力系統の振幅及び周波数の偏差の補償分を追加する。また、交流端子２２の三相出力電圧ベクトルを減算器１０３において減算し、電力系統の振幅及び位相との差分を第三電圧制御器１０４で規準電圧ベクトルと電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換して三相電圧型交直変換回路４０へのＰＷＭ指令として出力する。これにより、第三上位電圧制御回路１１０で検出した偏差分を補償すると共に、三相電圧型交直変換装置１３の三相出力電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように三相電圧型交直変換装置１３の振幅及び位相を制御することができる。第三電圧制御器１０４は、例えば増幅器を適用することができる。ここで、減算器１０３と第三電圧制御器１０４との間にさらにローパスフィルタを備え、減算器１０３からの出力ベクトルをローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。ＰＷＭ成分を除去して第三電圧制御器１０４での制御を安定化させることができる。また、減算器１０３と第三電圧制御器１０４との間（この位置にローパスフィルタを備えた場合は、ローパスフィルタと第三電圧制御器１０４との間）にさらに電圧リミッタを備え、減算器１０３からの出力ベクトルを電圧リミッタを介して出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換装置１３の起動時の出力電圧の過渡変動を抑制することができる。また、第三電圧制御器１０４の後段（後述するように前述の図３のフィルタ電流補償器６６、ＰＷＭ電流偏差補償器６７及びフィードフォワード増幅器６８を設けた場合には、これらからの出力を加算する加算器の後段）にさらに電流リミッタを備え、第三電圧制御器１０４からの出力ベクトルを電流リミッタを介して出力することとしてもよい。三相電圧型交直変換装置１３のスイッチングデバイスに流れる過電流を定常時、過渡時共に防止することができる。

図７に示す三相電圧型交直変換装置１３は、図３で説明したフィードフォワード増幅器６８及びこれに必要な電流検出回路３４、フィルタ電流補償器６６、並びにＰＷＭ電流偏差補償器６７をさらに有して、これらの回路からの出力を第三下位電圧制御回路１００内で第三電圧制御器１０４からの出力ベクトルに加算することもできる。この場合、図３と同様に図７の三相電圧型交直変換回路４０は、図８又は図９で説明した三相電圧型交直変換回路４０−１，４０−２を適用するものとする。

以上説明したように、図６及び図７の三相電圧型交直変換装置１３は、内部等価インピーダンスを持つことから電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、周波数制御回路５０、第三上位電圧制御回路１１０及び第三下位電圧制御回路１００を備えるため、電力系統に対する電力偏差を自律して補償する自律平行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。

本発明の三相電圧型交直変換装置は、並列冗長運転が必要なＵＰＳ（無停電電源）の他、太陽光発電用インバータ、燃料電池用インバータ、蓄電システム用インバータ、ＤＣリンク付風力発電用インバータ等の分散電源用インバータ、整流器、並びにＳＶＣ（無効電力補償装置）などに適用することができる。

一実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換装置の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換回路の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換回路の概略構成図である。一実施形態に係る三相電圧型交直変換部の概略構成図である。一実施形態に係る三相交流フィルタ回路の概略構成図である。図３の三相電圧型交直変換装置を電圧振幅：２００Ｖ，周波数：５２Ｈｚの電圧源と系統連系させた場合の出力電圧を含む時間波形を示した図である。従来の電源装置の並列運転を示した概略構成図である。

符号の説明

１１，１２，１３：三相電圧型交直変換装置
２１，２１−１，２１−２：直流端子
２２，２２−１，２２−２，２２−３：交流端子
２３：直流電圧源
２４，２５，２６：交流端子
３１：ＵＭ変換回路
３２：Ｍ変換回路
３３：Ｕ変換回路
３４：電流検出回路
３５：ＵＭ変換回路
４０：三相電圧型交直変換回路
４０−１，４０−２：三相電圧型交直変換回路
４１：ゲート信号発生器
４２：三相電圧型交直変換部
４３：電流検出回路
４４：電圧検出回路
４５：三相交流フィルタ回路
４６ａ−４６ｆ：ダイオード
４６ｇ−４６ｌ：自己消弧型スイッチ
４７ａ−４７ｃ：抵抗
４７ｄ−４７ｆ：電流制御用インダクタ
４７ｇ−４７ｉ：コンデンサ
５０：周波数制御回路
５１：規準周波数設定器
５２：回転座標変換行列
５３：ループフィルタ
５４：第一時間積分器
５５：第二時間積分器
５６：加算器
５７：加算値
６０：第一下位電圧制御回路
６１：第一規準電圧ベクトル設定器
６２：加算器
６３：減算器
６４：第一電圧制御器
６５：第一逆Ｕ変換器
６６：フィルタ電流補償器
６７：ＰＷＭ電流偏差補償器
６８：フィードフォワード増幅器
６９：加算器
７０：第一上位電圧制御回路
７１：減算器
７２：第一上位制御増幅器
８０：第二下位電圧制御回路
８１：第一規準電圧ベクトル設定器
８２：加算器
８３：減算器
８４：第二電圧制御器
９０：第二上位電圧制御回路
９１：第一逆Ｕ変換器
９２：減算器
９３：第二上位制御増幅器
１００：第三下位電圧制御回路
１０１：第二規準電圧ベクトル設定器
１０２：加算器
１０３：減算器
１０４：第三電圧制御器
１１０：第三上位電圧制御回路
１１１：逆ＵＭ変換器
１１２：減算器
１１３：第三上位制御増幅器
１２０：上位指令ベクトル
３００，３１０：電源装置
３０１，３１１：規準発振器
３０２，３１２：ＰＬＬ回路
３０３，３１３：インバータ
３０４，３１４：有効電力偏差検出回路
３０５，３１５：変圧器
３０６，３１６：位相検出変圧器
３０７，３１７：変流器
３０８：信号共有線

Claims

交流端子から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して前記交流端子から出力する三相電圧型交直変換回路と、
前記交流端子の三相出力電圧を当該三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵＭ変換回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルが入力され、入力された前記上位指令ベクトル及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を電圧指令ベクトルとして出力する上位電圧制御回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトル並びに前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記ＰＷＭ指令として出力する下位電圧制御回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に基づいて生成した生成値を前記ＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、
を備える三相電圧型交直変換装置。
前記上位電圧制御回路は、前記上位指令ベクトルから前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第一減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第一減算器からの出力ベクトルを増幅して前記電圧指令ベクトルとして出力する上位制御増幅器と、を備え、
前記下位電圧制御回路は、前記規準電圧ベクトルを設定して出力する規準電圧ベクトル設定器と、前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルと前記規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルとを加算して出力する第一加算器と、前記第一加算器からの出力ベクトルから前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第二減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの前記合成値に近づくように前記第二減算器からの出力ベクトルを変換して出力する電圧制御器と、前記電圧制御器からの出力ベクトルを前記ｄｑ回転座標空間上からの逆変換をして前記ＰＷＭ指令として出力する逆Ｕ変換器と、を備え、
前記周波数制御回路は、前記規準周波数を設定する規準周波数設定器と、前記規準周波数設定器からの規準周波数を時間積分して出力する第一時間積分器と、前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に低域濾過要素を付加して出力するループフィルタと、前記ループフィルタからの出力値を時間積分して出力する第二時間積分器と、前記第一時間積分器からの出力値と前記第二時間積分器からの出力値とを加算して前記生成値として出力する第二加算器と、を備え、前記生成値を前記ＵＭ変換回路及び前記逆Ｕ変換器での変換行列の回転角度に同期させることを特徴とする請求項１に記載の三相電圧型交直変換装置。
交流端子から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して前記交流端子から出力する三相電圧型交直変換回路と、
前記交流端子の三相出力電圧を前記三相出力電圧のうち１つを基準として互いに直交するα軸及びβ軸とするαβ静止座標空間上に変換するＭ変換回路と、
前記Ｍ変換回路の出力電圧ベクトルを前記三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵ変換回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルが入力され、入力された前記上位指令ベクトル及び前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を前記ｄｑ回転座標空間上から前記αβ静止座標空間上へ逆Ｕ変換をして電圧指令ベクトルとして出力する上位電圧制御回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記Ｍ変換回路からの出力電圧ベクトル並びに前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記ＰＷＭ指令として出力する下位電圧制御回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及び前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に基づいて生成した生成値を前記Ｕ変換回路及び前記上位電圧制御回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、
を備える三相電圧型交直変換装置。
前記上位電圧制御回路は、前記上位指令ベクトルから前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第一減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第一減算器からの出力ベクトルを増幅して出力する上位制御増幅器と、前記上位制御増幅器からの出力ベクトルを前記ｄｑ回転座標空間上から前記αβ静止座標空間上へ逆Ｕ変換をして前記電圧指令ベクトルとして出力する逆Ｕ変換器と、を備え、
前記下位電圧制御回路は、前記規準電圧ベクトルを設定して出力する規準電圧ベクトル設定器と、前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルと前記規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルとを加算して出力する第一加算器と、前記第一加算器からの出力ベクトルから前記Ｍ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第二減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの前記合成値に近づくように前記第二減算器からの出力ベクトルを変換して前記ＰＷＭ指令として出力する電圧制御器と、を備え、
前記周波数制御回路は、前記規準周波数を設定する規準周波数設定器と、前記規準周波数設定器からの規準周波数を時間積分して出力する第一時間積分器と、前記Ｕ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に低域濾過要素を付加して出力するループフィルタと、前記ループフィルタからの出力値を時間積分して出力する第二時間積分器と、前記第一時間積分器からの出力値と前記第二時間積分器からの出力値とを加算して前記生成値として出力する第二加算器と、を備え、前記生成値を前記Ｕ変換回路及び前記逆Ｕ変換器での変換行列の回転角度に同期させることを特徴とする請求項３に記載の三相電圧型交直変換装置。
交流端子から見て内部等価インピーダンスを持ち、ＰＷＭ指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して前記交流端子から出力する三相電圧型交直変換回路と、
前記交流端子の三相出力電圧を当該三相出力電圧の振幅に関わる成分をｄ軸成分とし周波数差に関わる成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力するＵＭ変換回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルが入力され、入力された前記上位指令ベクトル及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルに基づいて、前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した信号を前記ｄｑ回転座標空間上から逆ＵＭ変換して電圧指令ベクトルとして出力する上位電圧制御回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の振幅及び位相を規定する規準電圧ベクトル、前記交流端子の三相出力電圧並びに前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルに基づいて、前記三相出力電圧の振幅及び位相が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように生成した信号を前記ＰＷＭ指令として出力する下位電圧制御回路と、
前記交流端子の三相出力電圧の周波数を規定する規準周波数、及び前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に基づいて生成した生成値を前記ＵＭ変換回路及び前記上位電圧制御回路での変換行列の回転角度に同期させる周波数制御回路と、
を備える三相電圧型交直変換装置。
前記上位電圧制御回路は、前記上位指令ベクトルから前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルを減算する第一減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第一減算器からの出力ベクトルを増幅して前記電圧指令ベクトルとして出力する上位制御増幅器と、前記上位制御増幅器からの出力ベクトルを前記ｄｑ回転座標空間上から逆ＵＭ変換して前記電圧指令ベクトルとして出力する逆ＵＭ変換器と、を備え、
前記下位電圧制御回路は、前記規準電圧ベクトルを設定して出力する規準電圧ベクトル設定器と、前記上位電圧制御回路からの電圧指令ベクトルと前記規準電圧ベクトル設定器からの規準電圧ベクトルとを加算して出力する第一加算器と、前記第一加算器からの出力ベクトルから前記交流端子の三相出力電圧を減算する第二減算器と、前記交流端子の三相出力電圧が前記規準電圧ベクトルと前記電圧指令ベクトルとの前記合成値に近づくように前記第二減算器からの出力ベクトルを変換して前記ＰＷＭ指令として出力する電圧制御器と、を備え、
前記周波数制御回路は、前記規準周波数を設定する規準周波数設定器と、前記規準周波数設定器からの規準周波数を時間積分して出力する第一時間積分器と、前記ＵＭ変換回路からの出力電圧ベクトルの前記ｑ軸成分に低域濾過要素を付加して出力するループフィルタと、前記ループフィルタからの出力値を時間積分して出力する第二時間積分器と、前記第一時間積分器からの出力値と前記第二時間積分器からの出力値とを加算して前記生成値として出力する第二加算器と、を備え、前記生成値を前記ＵＭ変換回路及び前記逆ＵＭ変換器での変換行列の回転角度に同期させることを特徴とする請求項５に記載の三相電圧型交直変換装置。
前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電流を検出し前記三相出力電流の大きさに応じて生成した信号を出力する電流検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電流検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の三相電圧型交直変換装置。
前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧を検出し前記三相出力電圧の大きさに応じて生成した信号を出力する電圧検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電圧検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の三相電圧型交直変換装置。
前記交流端子の三相出力電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流信号を当該検出電流信号の有効成分をｄ軸成分とし無効成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力する第二ＵＭ変換回路と、をさらに備え、
前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電流を検出し前記三相出力電流の大きさに応じて生成した信号を出力する電流検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電流検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備え、
前記下位電圧制御回路は、前記三相交流フィルタ回路における電流損失分を補償するように規定された電流補償ベクトルを出力するフィルタ電流補償器と、前記三相電圧型交直変換回路からの三相出力電流の電流偏差を補償するように規定された電流偏差補償ベクトルを出力するＰＷＭ電流偏差補償器と、前記第二ＵＭ変換回路からの出力電流ベクトルを前記交流端子の負荷に対する電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力するフィードフォワード増幅器と、前記フィルタ電流補償器からの電流偏差補償ベクトル、前記ＰＷＭ電流偏差補償器からの電流偏差補償ベクトル及び前記フィードフォワード増幅器からの出力ベクトルを前記電圧制御器からの出力ベクトルに加算する第三加算器と、を備え、
前記周波数制御回路は、前記生成値を前記第二ＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させることを特徴とする請求項２、４又は６に記載の三相電圧型交直変換装置。
前記交流端子の三相出力電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流信号を当該検出電流信号の有効成分をｄ軸成分とし無効成分をｑ軸成分とするｄｑ回転座標空間上に変換して出力する第二ＵＭ変換回路と、をさらに備え、
前記三相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部等価インピーダンスを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電力を三相交流電力に変換して出力する三相電圧型交直変換部と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧を検出し前記三相出力電圧の大きさに応じて生成した信号を出力する電圧検出回路と、前記ＰＷＭ指令と前記電圧検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記三相電圧型交直変換部の三相出力電圧から前記三相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する三相交流フィルタ回路と、を備え、
前記下位電圧制御回路は、前記三相交流フィルタ回路における電流損失分を補償するように規定された電流補償ベクトルを出力するフィルタ電流補償器と、前記三相電圧型交直変換回路からの三相出力電流の電流偏差を補償するように規定された電流偏差補償ベクトルを出力するＰＷＭ電流偏差補償器と、前記第二ＵＭ変換回路からの出力電流ベクトルを前記交流端子の負荷に対する電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力するフィードフォワード増幅器と、前記フィルタ電流補償器からの電流偏差補償ベクトル、前記ＰＷＭ電流偏差補償器からの電流偏差補償ベクトル及び前記フィードフォワード増幅器からの出力ベクトルを前記電圧制御器からの出力ベクトルに加算する第三加算器と、を備え、
前記周波数制御回路は、前記生成値を前記第二ＵＭ変換回路での変換行列の回転角度に同期させることを特徴とする請求項２、４又は６に記載の三相電圧型交直変換装置。