JP6045792B2

JP6045792B2 - インバータ制御装置

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Publication number: JP6045792B2
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Inventors: みどり大槻; 徳幸長山; 宏樹宮嶋
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Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2016-12-14
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Description

本発明の実施形態は、インバータを制御する制御装置に関する。

一般に、交流き電系統が接続される三相交流電力系統に設置される自励式インバータとして、無効電力補償装置が知られている。交流き電系統は、スコット巻線変圧器などの変圧器を介して、交流電源から電力を受電する。

スコット巻線変圧器は、三相交流電圧を９０度の電圧位相差のあるＴ座とＭ座の２組の単相交流電圧に変換する。スコット巻線変圧器は、高速鉄道などの交流き電系統で使用される変圧器である。スコット巻線変圧器は、両座に同じ大きさ及び方向の負荷電流が流れる場合は、三相平衡した正相電流が流れるが、両座の負荷電流の大きさが異なる場合、または両座の負荷電流の方向が異なる場合（例えば、片座が回生負荷であり、残る片座が力行負荷の場合）には、三相不平衡電流が流れる。この三相不平衡電流には、逆相成分が含まれる。

交流電源の逆相電流が大きくなると、三相電圧の不平衡または交流電源の軸ストレスなどの問題が発生する。また、無効電流が大きくなると電圧低下の問題が発生する。これに対して、無効電力補償装置は、負荷電流の逆相成分と正相無効電力成分を補償するような電流を出力する。これにより、交流電源側の電流の逆相成分と正相無効電力成分が低減される。

特開平０８−３２２１５３号公報特開２０００−１１６１４８号公報

しかしながら、交流き電系統に適用される変圧器は、スコット巻線変圧器のように、三相交流電圧を２組の単相交流電圧に変換するが、上述のような無効電力補償装置では、変換された２組の単相交流電圧を個別に制御することはできない。

そこで、本発明の実施形態の目的は、変圧器により三相交流電圧から変換された２組の単相交流電圧を個別に制御することのできるインバータ制御装置を提供することある。

本発明の実施形態の観点に従ったインバータ制御装置は、三相交流電圧を第１の相と第２の相の２組の単相電圧に変換する変圧器が接続された三相交流電力系統の電力を制御するためのインバータを制御するインバータ制御装置であって、前記インバータから出力される三相交流電流を検出する出力電流検出手段と、前記出力電流検出手段により検出された三相交流電流に基づいて、前記第１の相の電流に相当する第１の電流と前記第２の相の電流に相当する第２の電流を演算する単相電流演算手段と、前記単相電流演算手段により演算された前記第１の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算する第１の電流演算手段と、前記単相電流演算手段により演算された前記第２の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算する第２の電流演算手段と、前記第１の電流演算手段により演算された前記第１の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する第１の電流制御手段と、
前記第２の電流演算手段により演算された前記第２の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する第２の電流制御手段と、第１の電流制御手段の制御出力及び前記第２の電流制御手段の制御出力に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と、前記変圧器の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷電流検出手段により検出された負荷電流に基づいて、前記第１の相の負荷電流に相当する第１の負荷電流と前記第２の相の負荷電流に相当する第２の負荷電流を演算する負荷電流演算手段と、前記負荷電流演算手段により演算された前記第１の負荷電流から無効電流成分を演算する第１の無効電流成分演算手段と、前記負荷電流演算手段により演算された前記第２の負荷電流から無効電流成分を演算する第２の無効電流成分演算手段と、前記第１の無効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の無効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御するための第１の無効電流指令値を演算する第１の無効電流指令値演算手段と、前記第１の無効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の無効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御するための第２の無効電流指令値を演算する第２の無効電流指令値演算手段とを備え、前記第１の電流制御手段は、前記第１の無効電流指令値演算手段により演算された前記第１の無効電流指令値に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御し、前記第２の電流制御手段は、前記第２の無効電流指令値演算手段により演算された前記第２の無効電流指令値に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御する。

本発明の第１の実施形態に係るインバータ制御装置の適用されたシステムの構成を示す構成図。スコット巻線変圧器の構成を示す構成図。第１の実施形態に係る変換器制御回路の構成を示す構成図。本発明の第２の実施形態に係るインバータ制御装置の適用されたシステムの構成を示す構成図。本発明の第３の実施形態に係るインバータ制御装置の適用されたシステムの構成を示す構成図。本発明の第４の実施形態に係るインバータ制御装置の適用されたシステムの構成を示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインバータ制御装置１０の適用されたシステムの構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

本システムは、次のように構成されている。無効電力補償装置１は、交流母線７に接続されている。交流母線７は、送電線９によりスコット巻線変圧器１１を介して交流き電回路と接続されている。インバータ制御装置１０は、無効電力補償装置１を制御するように設けられている。電圧検出器８は、交流母線７の三相交流電圧Ｖａｃを検出するために設けられている。

無効電力補償装置１は、変圧器２、インバータ３、直流キャパシタ４、出力電流検出器５、及び直流電圧検出器６を備えている。

直流キャパシタ４は、インバータ３の直流側に接続されている。

インバータ３は、変圧器２を介して交流母線７に接続されている。インバータ３は、直流キャパシタ４により印加される直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ３は、変換した交流電力を、変圧器２を介して交流母線７に出力する。なお、インバータ３は、三相ブリッジ回路で構成されていてもよいし、３台の単相ブリッジ回路を備えるインバータで構成されていてもよい。

変圧器２は、インバータ３から出力される三相交流電圧を変圧して、交流母線７に出力する。例えば、変圧器２は、Ｙ結線又は△結線などの三相変圧器である。

出力電流検出器５は、インバータ３から出力される三相交流電流Ｉｉｎｖを検出する。出力電流検出器５は、検出したインバータ出力電流Ｉｉｎｖをインバータ制御装置１０に出力する。

直流電圧検出器６は、直流キャパシタ４に印加される直流電圧Ｖｄｃを検出する。直流電圧検出器６は、検出した直流電圧Ｖｄｃをインバータ制御装置１０に出力する。

電圧検出器８は、交流母線７の三相交流電圧Ｖａｃを検出する。三相交流電圧Ｖａｃは、Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、及びＷ相電圧Ｖｗからなる。電圧検出器８は、検出した三相交流電圧Ｖａｃをインバータ制御装置１０に出力する。

スコット巻線変圧器１１の一次側は、送電線９により交流母線７に接続されている。スコット巻線変圧器１１の二次側は、交流き電回路と接続されている。スコット巻線変圧器１１は、三相交流電圧Ｖａｃ（Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ）を９０度の電圧位相差のあるＴ座とＭ座の２組の単相交流電圧に変換する。

図２を参照して、スコット巻線変圧器１１について説明する。

Ｕ端子、Ｖ端子、及びＷ端子は、それぞれ１２０°の位相差をもつ三相交流の各相端子を示している。Ｎ端子は、Ｕ端子とＷ端子との中間点にある。Ｕ端子とＷ端子間の巻線には、三相のＵＷ相間電圧が印加される。Ｖ端子とＮ端子間の巻線には、Ｕ端子とＷ端子間の巻線に印加される電圧の√３／２倍の電圧が印加される。また、Ｖ端子とＮ端子間の巻数もＵ端子とＷ端子間の巻数の√３／２倍である。各巻線の２次側には９０°の位相差のある２組の単相電圧Ｖｍ（Ｍ座電圧）、Ｖｔ（Ｔ座電圧）が発生する。Ｍ座とＴ座に同じ大きさの負荷があれば、三相平衡した正相電流が流れる。一方、Ｍ座とＴ座の負荷の大きさが異なる場合、三相不平衡電流となる。三相不平衡電流では、逆相成分を含んだ電流が流れる。

インバータ制御装置１０は、変換器制御回路２１、パルス発生回路２２、直流電圧制御回路２３、電圧ＭＴ変換回路２４、Ｍ座電圧実効値演算回路２５Ｍ、Ｔ座電圧実効値演算回路２５Ｔ、Ｍ座電圧制御回路２６Ｍ、Ｔ座電圧制御回路２６Ｔ、及び２つの減算器２７Ｍ，２７Ｔを備えている。

電圧ＭＴ変換回路２４には、電圧検出器８により検出された三相交流電圧Ｖａｃが入力される。電圧ＭＴ変換回路２４は、三相交流電圧ＶａｃをＭ座電圧ＶｍとＴ座電圧Ｖｔに変換する。電圧ＭＴ変換回路２４は、演算したＭ座電圧Ｖｍ及びＴ座電圧ＶｔをそれぞれＭ座電圧実効値演算回路２５Ｍ及びＴ座電圧実効値演算回路２５Ｔに出力する。

電圧ＭＴ変換回路２４は、次式により、Ｍ座電圧Ｖｍ及びＴ座電圧Ｖｔを求める。ここで、電流及び電圧の各相の対応関係については、図２に示すスコット巻線変圧器１１の巻線構成の通りである。

Ｖｍ＝Ｖｕ−Ｖｗ、Ｖｔ＝（２×Ｖｖ−Ｖｕ−Ｖｗ）／√３ …（１）
Ｍ座電圧実効値演算回路２５Ｍは、電圧ＭＴ変換回路２４から入力されたＭ座電圧Ｖｍに基づいて、Ｍ座電圧実効値Ｖｍｒ（電圧ベクトルＶｍの大きさ）を演算する。Ｍ座電圧実効値演算回路２５Ｍは、演算したＭ座電圧実効値Ｖｍｒを減算器２７Ｍに出力する。

Ｔ座電圧実効値演算回路２５Ｔは、電圧ＭＴ変換回路２４から入力されたＴ座電圧Ｖｔに基づいて、Ｔ座電圧実効値Ｖｔｒ（電圧ベクトルＶｔの大きさ）を演算する。Ｔ座電圧実効値演算回路２５Ｔは、演算したＴ座電圧実効値Ｖｔｒを減算器２７Ｔに出力する。

減算器２７Ｍには、Ｍ座電圧実効値演算回路２５Ｍにより演算されたＭ座電圧実効値Ｖｍｒ及び予め設定されたＭ座電圧指令値Ｖｍｒｅｆが入力される。減算器２７Ｍは、Ｍ座電圧指令値ＶｍｒｅｆからＭ座電圧実効値Ｖｍｒを減算して、Ｍ座電圧差分ΔＶｍを求める。減算器２７Ｍは、演算したＭ座電圧差分ΔＶｍをＭ座電圧制御回路２６Ｍに出力する。

減算器２７Ｔには、Ｔ座電圧実効値演算回路２５Ｔにより演算されたＴ座電圧実効値Ｖｔｒ及び予め設定されたＴ座電圧指令値Ｖｔｒｅｆが入力される。減算器２７Ｔは、Ｔ座電圧指令値ＶｔｒｅｆからＴ座電圧実効値Ｖｔｒを減算して、Ｔ座電圧差分ΔＶｔを求める。減算器２７Ｔは、演算したＴ座電圧差分ΔＶｔをＴ座電圧制御回路２６Ｔに出力する。

Ｍ座電圧制御回路２６Ｍは、減算器２７Ｍにより演算されたＭ座電圧差分ΔＶｍがゼロに近づくような値を演算する。例えば、Ｍ座電圧制御回路２６Ｍは、１次遅れ回路又は比例積分回路などである。Ｍ座電圧制御回路２６Ｍは、演算した値をＭ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆとして変換器制御回路２１に出力する。Ｍ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆは、Ｍ座の無効電流を制御するための指令値である。

Ｔ座電圧制御回路２６Ｔは、減算器２７Ｔにより演算されたＴ座電圧差分ΔＶｔがゼロに近づくような値を演算する。例えば、Ｔ座電圧制御回路２６Ｔは、１次遅れ回路又は比例積分回路などである。Ｔ座電圧制御回路２６Ｔは、演算した値をＴ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆとして変換器制御回路２１に出力する。Ｍ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆは、Ｔ座の無効電流を制御するための指令値である。

直流電圧制御回路２３には、直流電圧検出器６により検出された直流電圧Ｖｄｃが入力される。直流電圧制御回路２３は、入力された直流電圧Ｖｄｃに基づいて、インバータ３の直流電圧Ｖｄｃが所望の値で一定になるようなＭ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ及びＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆを演算する。Ｍ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆは、Ｍ座の有効電流を制御するための指令値である。Ｔ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆは、Ｔ座の有効電流を制御するための指令値である。直流電圧制御回路２３は、演算した２つの有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ，Ｉｔｄｒｅｆを変換器制御回路２１に出力する。なお、Ｍ座有効電流指令値ＩｍｄｒｅｆとＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆは同じ値でもよい。

ここで、無効電力補償装置１の直流回路には直流キャパシタ４が設置されているだけであり、電源は設けられていない。このため、無効電力補償装置１は、有効電力を交流系統に供給する動作をすることはできない。そこで、直流電圧制御回路２３は、直流電圧Ｖｄｃを一定に維持するために、インバータ３及び変圧器２の損失を補償するだけの小さな有効電力をインバータ３の交流側から直流側へ吸収するように制御する。

変換器制御回路２１には、出力電流検出器５により検出されたインバータ出力電流Ｉｉｎｖ、電圧検出器８により検出された三相交流電圧Ｖａｃ、直流電圧制御回路２３により演算されたＭ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ及びＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆ、Ｍ座電圧制御回路２６Ｍにより演算されたＭ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆ、及びＴ座電圧制御回路２６Ｔにより演算されたＴ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆが入力される。

変換器制御回路２１は、インバータ出力電流Ｉｉｎｖ、三相交流電圧Ｖａｃ、Ｍ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ、Ｔ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆ、Ｍ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆ、Ｔ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆに基づいて、インバータ出力三相電圧信号Ｖｉｎｖを演算する。インバータ出力三相電圧信号Ｖｉｎｖは、インバータ３から出力させる三相交流電圧を制御するための指令値である。インバータ出力三相電圧信号Ｖｉｎｖには、インバータ３から出力させる電圧の各相電圧に対する指令値が含まれている。変換器制御回路２１は、演算したインバータ出力三相電圧信号Ｖｉｎｖをパルス発生回路２２に出力する。

パルス発生回路２２は、インバータ出力電圧が変換器制御回路２１により演算されたインバータ出力三相電圧信号Ｖｉｎｖになるようなスイッチングパルス信号Ｐｓを出力する。パルス発生回路２２から出力されるスイッチングパルス信号Ｐｓにより、インバータ３のスイッチング素子が駆動する。これにより、インバータ３の出力電圧が制御される。

図３は、本実施形態に係る変換器制御回路２１の構成を示す構成図である。

変換器制御回路２１は、電流ＭＴ変換回路３１、Ｍ座電流ｄｑ変換回路３２Ｍ、Ｔ座電流ｄｑ変換回路３２Ｔ、減算器３３Ｍｄ，３３Ｍｑ，３３Ｔｄ，３３Ｔｑ、Ｍ座電流制御回路３４Ｍ、Ｔ座電流制御回路３４Ｔ、加算器３５Ｍｄ，３５Ｍｑ，３５Ｔｄ，３５Ｔｑ、電圧ＭＴ変換回路３６、Ｍ座位相検出回路３７Ｍ、Ｔ座位相検出回路３７Ｔ、Ｍ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｍ、Ｔ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｔ、Ｍ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍ、Ｔ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔ、及び逆ＭＴ変換回路４０を備えている。

電流ＭＴ変換回路３１は、インバータ出力電流Ｉｉｎｖを、Ｍ座電流Ｉｍα，Ｉｍβ及びＴ座電流Ｉｔα，Ｉｔβに変換する。Ｍ座電流Ｉｍαは、スコット巻線変圧器１１の二次側に流れるＭ座相当の電流である。Ｍ座電流Ｉｍβは、Ｍ座電流Ｉｍαに対して９０°遅延した電流である。Ｔ座電流Ｉｔαは、スコット巻線変圧器１１の二次側に流れるＴ座相当の電流である。Ｔ座電流Ｉｔβは、Ｔ座電流Ｉｔαに対して９０°遅延した電流である。電流ＭＴ変換回路３１は、演算したＭ座電流Ｉｍα，Ｉｍβ及びＴ座電流Ｉｔα，ＩｔβをそれぞれＭ座電流ｄｑ変換回路３２Ｍ及びＴ座電流ｄｑ変換回路３２Ｔに出力する。

電流ＭＴ変換回路３１は、次式により、Ｍ座電流Ｉｍα，Ｉｍβ及びＴ座電流Ｉｔα，Ｉｔβを求める。ここで、インバータ出力電流Ｉｉｎｖは、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗの各相電流からなるものとする。

Ｉｍα＝（Ｉｕ−Ｉｗ）／２、Ｉｍβ＝Ｉｍαの９０°遅延 …（２）
Ｉｔα＝Ｉｖ×√３／２、Ｉｔβ＝Ｉｔαの９０°遅延 …（３）
電圧ＭＴ変換回路３６は、三相交流電圧ＶａｃをＭ座電圧Ｖｍα，Ｖｍβ及びＴ座電圧Ｖｔα，Ｖｔβに変換する。Ｍ座電圧Ｖｍαは、電圧ＭＴ変換回路２４により求めたＭ座電圧Ｖｍと同じである。Ｍ座電圧Ｖｍβは、Ｍ座電圧Ｖｍαに対して９０°遅延した電圧である。Ｔ座電圧Ｖｔαは、電圧ＭＴ変換回路２４により求めたＴ座電圧Ｖｔと同じである。Ｔ座電圧Ｖｔβは、Ｔ座電圧Ｖｔαに対して９０°遅延した電圧である。

電圧ＭＴ変換回路３６は、演算したＭ座電圧Ｖｍα，ＶｍβをＭ座位相検出回路３７Ｍ及びＭ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｍに出力する。電圧ＭＴ変換回路３６は、演算したＴ座電圧Ｖｔα，ＶｔβをＴ座位相検出回路３７Ｔ及びＴ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｔに出力する。

電圧ＭＴ変換回路３６は、次式により、Ｍ座電圧Ｖｍα，Ｖｍβ及びＴ座電圧Ｖｔα，Ｖｔβを求める。

Ｖｍα＝Ｖｕ−Ｖｗ、Ｖｍβ＝Ｖｍαの９０°遅延 …（４）
Ｖｔα＝（２×Ｖｖ−Ｖｕ−Ｖｗ）／√３、Ｖｔβ＝Ｖｔαの９０°遅延 …（５）
Ｍ座位相検出回路３７Ｍは、電圧ＭＴ変換回路３６により演算されたＭ座電圧Ｖｍα，Ｖｍβに基づいて、Ｍ座電圧の位相θｍを検出する。Ｍ座位相検出回路３７Ｍは、検出したＭ座電圧の位相θｍをＭ座電流ｄｑ変換回路３２Ｍ及びＭ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍに出力する。

Ｔ座位相検出回路３７Ｔは、電圧ＭＴ変換回路３６により演算されたＴ座電圧Ｖｔα，Ｖｔβに基づいて、Ｔ座電圧の位相θｔを検出する。Ｔ座位相検出回路３７Ｔは、検出したＴ座電圧の位相θｔをＴ座電流ｄｑ変換回路３２Ｔ及びＴ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔに出力する。

Ｍ座電流ｄｑ変換回路３２Ｍは、電流ＭＴ変換回路３１により演算されたＭ座電流Ｉｍα，Ｉｍβを、Ｍ座位相検出回路３７Ｍにより検出されたＭ座電圧の位相θｍを用いて、Ｍ座電流のｄｑ軸成分Ｉｍｄ，Ｉｍｑに変換する。Ｍ座電流ｄｑ変換回路３２Ｍは、演算したＭ座電流のｄｑ軸成分Ｉｍｄ，Ｉｍｑをそれぞれ減算器３３Ｍｄ，３３Ｍｑに出力する。

ここで、Ｍ座電流のｄ軸成分Ｉｍｄは、Ｍ座の有効電力相当の電流である。Ｍ座電流のｑ軸成分Ｉｍｑは、Ｍ座の無効電力相当の電流である。また、Ｍ座電流のｄｑ軸成分Ｉｍｄ，Ｉｍｑは、定常状態では直流信号である。

Ｔ座電流ｄｑ変換回路３２Ｔは、電流ＭＴ変換回路３１により演算されたＴ座電流Ｉｔα，Ｉｔβを、Ｔ座位相検出回路３７Ｔにより検出されたＴ座電圧の位相θｔを用いて、Ｔ座電流のｄｑ軸成分Ｉｔｄ，Ｉｔｑに変換する。Ｔ座電流ｄｑ変換回路３２Ｔは、演算したＴ座電流のｄｑ軸成分Ｉｔｄ，Ｉｔｑをそれぞれ減算器３３Ｔｄ，３３Ｔｑに出力する。

ここで、Ｔ座電流のｄ軸成分Ｉｔｄは、Ｔ座の有効電力相当の電流である。Ｔ座電流のｑ軸成分Ｉｔｑは、Ｔ座の無効電力相当の電流である。また、Ｔ座電流のｄｑ軸成分Ｉｔｄ，Ｉｔｑは、定常状態では直流信号である。

減算器３３Ｍｄには、直流電圧制御回路２３により演算されたＭ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ及びＭ座電流ｄｑ変換回路３２Ｍにより演算されたＭ座電流のｄ軸成分Ｉｍｄが入力される。減算器３３Ｍｄは、Ｍ座有効電流指令値ＩｍｄｒｅｆからＭ座電流のｄ軸成分Ｉｍｄを減算して、Ｍ座電流ｄ軸差分ΔＩｍｄを求める。減算器３３Ｍｄは、演算したＭ座電流ｄ軸差分ΔＩｍｄをＭ座電流制御回路３４Ｍに出力する。

減算器３３Ｍｑには、Ｍ座電圧制御回路２６Ｍにより演算されたＭ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆ及びＭ座電流ｄｑ変換回路３２Ｍにより演算されたＭ座電流のｑ軸成分Ｉｍｑが入力される。減算器３３Ｍｑは、Ｍ座無効電流指令値ＩｍｑｒｅｆからＭ座電流のｑ軸成分Ｉｍｑを減算して、Ｍ座電流ｑ軸差分ΔＩｍｑを求める。減算器３３Ｍｑは、演算したＭ座電流ｑ軸差分ΔＩｍｑをＭ座電流制御回路３４Ｍに出力する。

減算器３３Ｔｄには、直流電圧制御回路２３により演算されたＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆ及びＴ座電流ｄｑ変換回路３２Ｔにより演算されたＴ座電流のｄ軸成分Ｉｔｄが入力される。減算器３３Ｔｄは、Ｔ座有効電流指令値ＩｔｄｒｅｆからＴ座電流のｄ軸成分Ｉｔｄを減算して、Ｔ座電流ｄ軸差分ΔＩｔｄを求める。減算器３３Ｔｄは、演算したＴ座電流ｄ軸差分ΔＩｔｄをＴ座電流制御回路３４Ｔに出力する。

減算器３３Ｔｑには、Ｔ座電圧制御回路２６Ｔにより演算されたＴ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆ及びＴ座電流ｄｑ変換回路３２Ｔにより演算されたＴ座電流のｑ軸成分Ｉｔｑが入力される。減算器３３Ｔｑは、Ｔ座無効電流指令値ＩｔｑｒｅｆからＴ座電流のｑ軸成分Ｉｔｑを減算して、Ｔ座電流ｑ軸差分ΔＩｔｑを求める。減算器３３Ｔｑは、演算したＴ座電流ｑ軸差分ΔＩｔｑをＴ座電流制御回路３４Ｔに出力する。

Ｍ座電流制御回路３４Ｍは、減算器３３Ｍｄにより演算されたＭ座電流ｄ軸差分ΔＩｍｄ及び減算器３３Ｍｑにより演算されたＭ座電流ｑ軸差分ΔＩｍｑが入力される。Ｍ座電流制御回路３４Ｍは、Ｍ座電流ｄ軸差分ΔＩｍｄ及びＭ座電流ｑ軸差分ΔＩｍｑがそれぞれゼロに近づくような値を演算する。例えば、Ｍ座電流制御回路３４Ｍは、１次遅れ回路又は比例積分回路などである。Ｍ座電流制御回路３４Ｍは、演算した値のｄｑ軸成分をそれぞれ加算器３５Ｍｄ，３５Ｍｑに出力する。

Ｔ座電流制御回路３４Ｔは、減算器３３Ｔｄにより演算されたＴ座電流ｄ軸差分ΔＩｔｄ及び減算器３３Ｔｑにより演算されたＴ座電流ｑ軸差分ΔＩｔｑが入力される。Ｔ座電流制御回路３４Ｔは、Ｔ座電流ｄ軸差分ΔＩｔｄ及びＴ座電流ｑ軸差分ΔＩｔｑがそれぞれゼロに近づくような値を演算する。例えば、Ｔ座電流制御回路３４Ｔは、１次遅れ回路又は比例積分回路などである。Ｔ座電流制御回路３４Ｔは、演算した値のｄｑ軸成分をそれぞれ加算器３５Ｔｄ，３５Ｔｑに出力する。

Ｍ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｍは、電圧ＭＴ変換回路３６により演算されたＭ座電圧Ｖｍα，Ｖｍβを、Ｍ座位相検出回路３７Ｍにより検出されたＭ座電圧の位相θｍを用いて、Ｍ座電圧のｄｑ軸成分Ｖｍｄ，Ｖｍｑに変換する。Ｍ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｍは、演算したＭ座電圧のｄｑ軸成分Ｖｍｄ，Ｖｍｑをそれぞれ加算器３５Ｍｄ，３５Ｍｑに出力する。

ここで、Ｍ座電圧のｄ軸成分Ｖｍｄは、Ｍ座の有効電力相当の電圧である。Ｍ座電圧のｑ軸成分Ｖｍｑは、Ｍ座の無効電力相当の電圧である。また、Ｍ座電圧のｄｑ軸成分Ｖｍｄ，Ｖｍｑは、定常状態では直流信号である。

Ｔ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｔは、電圧ＭＴ変換回路３６により演算されたＴ座電圧Ｖｔα，Ｖｔβを、Ｔ座位相検出回路３７Ｔにより検出されたＴ座電圧の位相θｔを用いて、Ｔ座電圧のｄｑ軸成分Ｖｔｄ，Ｖｔｑに変換する。Ｔ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｔは、演算したＴ座電圧のｄｑ軸成分Ｖｔｄ，Ｖｔｑをそれぞれ加算器３５Ｔｄ，３５Ｔｑに出力する。

ここで、Ｔ座電圧のｄ軸成分Ｖｔｄは、Ｔ座の有効電力相当の電圧である。Ｔ座電圧のｑ軸成分Ｖｔｑは、Ｔ座の無効電力相当の電圧である。また、Ｔ座電圧のｄｑ軸成分Ｖｔｄ，Ｖｔｑは、定常状態では直流信号である。

加算器３５Ｍｄは、Ｍ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｍにより演算されたＭ座電圧のｄ軸成分Ｖｍｄに、Ｍ座電流制御回路３４Ｍにより演算された値のｄ軸成分を加算して、Ｍ座有効電圧信号ＶＩｍｄを求める。加算器３５Ｍｄは、演算したＭ座有効電圧信号ＶＩｍｄをＭ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍに出力する。

加算器３５Ｍｑは、Ｍ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｍにより演算されたＭ座電圧のｑ軸成分Ｖｍｑに、Ｍ座電流制御回路３４Ｍにより演算された値のｑ軸成分を加算して、Ｍ座無効電圧信号ＶＩｍｑを求める。加算器３５Ｍｑは、演算したＭ座無効電圧信号ＶＩｍｑをＭ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍに出力する。

加算器３５Ｔｄは、Ｔ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｔにより演算されたＴ座電圧のｄ軸成分Ｖｔｄに、Ｔ座電流制御回路３４Ｔにより演算された値のｄ軸成分を加算して、Ｔ座有効電圧信号ＶＩｔｄを求める。加算器３５Ｔｄは、演算したＴ座有効電圧信号ＶＩｔｄをＴ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔに出力する。

加算器３５Ｔｑは、Ｔ座電圧ｄｑ変換回路３８Ｔにより演算されたＴ座電圧のｑ軸成分Ｖｔｑに、Ｔ座電流制御回路３４Ｔにより演算された値のｑ軸成分を加算して、Ｔ座無効電圧信号ＶＩｔｑを求める。加算器３５Ｔｑは、演算したＴ座無効電圧信号ＶＩｔｑをＴ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔに出力する。

Ｍ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍには、加算器３５Ｍｄにより演算されたＭ座有効電圧信号ＶＩｍｄ、加算器３５Ｍｑにより演算されたＭ座無効電圧信号ＶＩｍｑ、及びＭ座位相検出回路３７Ｍにより検出されたＭ座電圧の位相θｍが入力される。Ｍ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍは、Ｍ座有効電圧信号ＶＩｍｄ及びＭ座無効電圧信号ＶＩｍｑをＭ座位相検出回路３７Ｍにより検出されたＭ座電圧の位相θｍを用いて逆ｄｑ軸変換することにより、Ｍ座単相交流電圧信号ＶＩｍを求める。Ｍ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍは、演算したＭ座単相交流電圧信号ＶＩｍを逆ＭＴ変換回路４０に出力する。

Ｔ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔには、加算器３５Ｔｑにより演算されたＴ座有効電圧信号ＶＩｔｄ、加算器３５Ｔｑにより演算されたＴ座無効電圧信号ＶＩｔｑ、及びＴ座位相検出回路３７Ｔにより検出されたＴ座電圧の位相θｔが入力される。Ｔ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔは、Ｔ座電圧の位相θｔを用いて、Ｔ座有効電圧信号ＶＩｔｄ及びＭ座無効電圧信号ＶＩｔｑを逆ｄｑ軸変換することにより、Ｔ座単相交流電圧信号ＶＩｔを求める。Ｔ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔは、演算したＴ座単相交流電圧信号ＶＩｔを逆ＭＴ変換回路４０に出力する。

Ｍ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍ及びＴ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔは、次式により、逆ｄｑ変換を行う。

ＶＩｍ＝ＶＩｍｄ×ｃｏｓθｍ＋ＶＩｍｑ×ｓｉｎθｍ …（６）
ＶＩｔ＝ＶＩｔｄ×ｃｏｓθｔ＋ＶＩｔｑ×ｓｉｎθｍ …（７）
逆ＭＴ変換回路４０には、Ｍ座逆ｄｑ変換回路３９Ｍにより演算されたＭ座単相交流電圧信号ＶＩｍ及びＴ座逆ｄｑ変換回路３９Ｔにより演算されたＴ座単相交流電圧信号ＶＩｔが入力される。逆ＭＴ変換回路４０は、Ｍ座単相交流電圧信号ＶＩｍ及びＴ座単相交流電圧信号ＶＩｔを三相交流電圧信号Ｖｉｎｖに変換する。逆ＭＴ変換回路４０は、演算した三相交流電圧信号Ｖｉｎｖをインバータ出力三相電圧信号Ｖｉｎｖとしてパルス発生回路２２に出力する。

逆ＭＴ変換回路４０は、次式により、逆ＭＴ変換を行う。ここで、インバータ３の各相ブリッジは、相間に接続されるため、三相交流電圧信号Ｖｉｎｖは、ＵＶ相間電圧信号ＶＩｕｖ、ＶＷ相間電圧信号ＶＩｖｗ、及びＷＵ相間電圧信号ＶＩｗｕからなる。

ＶＩｕｖ＝ＶＩｕ−ＶＩｖ＝（ＶＩｍ−√３×ＶＩｔ）／２、ＶＩｖｗ＝ＶＩｖ−ＶＩｗ＝（ＶＩｍ＋√３×ＶＩｔ）／２、ＶＩｗｕ＝ＶＩｗ−ＶＩｕ＝−ＶＩｍ …（８）
本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

スコット巻線変圧器１１のＭ座き電回路の負荷が増えて、Ｍ座電圧が低下すると、三相交流母線７のＭ座相当の電圧は低下する。このとき、無効電力補償装置１の電圧ＭＴ変換回路２４により検出されたＭ座電圧Ｖｍ及びＭ座電圧実効値演算回路２５Ｍにより演算されたＭ座電圧実効値Ｖｍｒは、小さくなる。このため、Ｍ座電圧制御回路２６Ｍは、Ｍ座電圧Ｖｍを大きくするように、Ｍ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆを進相方向に大きくする。このＭ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆを受けた変換器制御回路２１のＭ座電流制御回路３４Ｍは、インバータ出力電流ＩｉｎｖのＭ座無効電流成分ＩｍｑがＭ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆと等しくなるよう制御する。このため、インバータ３のＭ座無効電流出力が進相方向に大きくなる。従って、交流母線７のＭ座相当の電圧及び負荷系統のＭ座き電電圧が大きくなる。これにより、Ｍ座電圧の変動を抑制することができる。Ｔ座についても、同様である。

また、Ｍ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ及びＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆにより、インバータ３の直流電圧Ｖｄｃを一定に維持するように、無効電力補償装置１を制御することができる。

さらに、無効電力補償装置１が接続される交流き電システムの系統構成が変化して負荷電流を検出できない状態になった場合にも、Ｍ座及びＴ座の電圧変動を検出して、その電圧変動を抑制するように、各座をそれぞれ独立して無効電力を供給することができる。これにより、各座のき電電圧を適切な値に維持することができる。

また、各座の電圧制御に対して個別の電圧指令値及び制御定数を使用することで系統の特性に合わせた最適な制御を行うことができる。

さらに、インバータ制御装置１０は、各電圧制御及び電流制御をｄｑ変換された直流量で行う。ｄｑ変換された直流量は、交流電圧信号及び交流電流信号をそのまま使用して制御する場合に比べて、過渡変動の検出が行い易い。このため、インバータ制御装置１０は、高速な制御ができ、かつ１次遅れ回路又はデジタル制御におけるサンプリング遅れなどの影響を受け難い。即ち、インバータ制御装置１０は、高速で誤差の小さい制御を行うことができる。また、ｄｑ変換された直流量で制御することで、有効電力成分と無効電力成分を独立して制御することができる。

また、上述した制御特性は、三相変圧器に接続される一般的な機器構成のインバータで実現することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るインバータ制御装置１０Ａの適用されたシステムの構成を示す構成図である。

本システムは、図１に示す第１の実施形態に係るシステムにおいて、スコット巻線変圧器１１の一次側の送電線９に電流検出器１２を設け、インバータ制御装置１０をインバータ制御装置１０Ａに代えた構成である。

電流検出器１２は、スコット巻線変圧器１１に流れる三相負荷電流ＩＬを検出する。三相負荷電流ＩＬは、Ｕ相負過電流ＩＬｕ、Ｖ相負荷電流ＩＬｖ、及びＷ相負荷電流ＩＬｗからなる。電流検出器１２は、検出した三相負荷電流ＩＬをインバータ制御装置１０Ａに出力する。

インバータ制御装置１０Ａは、変換器制御回路２１、パルス発生回路２２、直流電圧制御回路２３、負荷電流ＭＴ変換回路４１、Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍ、Ｔ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔ、２つの減算器４３ｄ，４３ｑ、２つのゲイン回路４４ｄ，４４ｑ、２つのリミッタ回路４５ｄ，４５ｑ、２つの符号反転回路４６ｄ，４６ｑ、及び２つの加算器４７Ｍｄ，４７Ｔｄを備えている。なお、変換器制御回路２１、パルス発生回路２２、及び直流電圧制御回路２３は、第１の実施形態と同様の構成である。

負荷電流ＭＴ変換回路４１には、電流検出器１２により検出された三相負荷電流ＩＬが入力される。負荷電流ＭＴ変換回路４１は、電流検出器１２により検出された三相負荷電流ＩＬを、Ｍ座負荷電流ＩＬｍα，ＩＬｍβ及びＴ座負荷電流ＩＬｔα，ＩＬｔβに変換する。Ｍ座負荷電流ＩＬｍαは、スコット巻線変圧器１１の二次側に流れるＭ座相当の負荷電流である。Ｍ座負荷電流ＩＬｍβは、Ｍ座負荷電流ＩＬｍαに対して９０°遅延した電流である。Ｔ座負荷電流ＩＬｔαは、スコット巻線変圧器１１の二次側に流れるＴ座相当の負荷電流である。Ｔ座負荷電流ＩＬｔβは、Ｔ座負荷電流ＩＬｔαに対して９０°遅延した電流である。負荷電流ＭＴ変換回路４１は、演算したＭ座負荷電流ＩＬｍα，ＩＬｍβ及びＴ座負荷電流ＩＬｔα，ＩＬｔβをそれぞれＭ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍ及びＴ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔに出力する。

負荷電流ＭＴ変換回路４１は、次式により、Ｍ座負荷電流ＩＬｍα，ＩＬｍβ及びＴ座負荷電流ＩＬｔα，ＩＬｔβを求める。

ＩＬｍα＝（ＩＬｕ−ＩＬｗ）／２、ＩＬｍβ＝ＩＬｍαの９０°遅延 …（９）
ＩＬｔα＝ＩＬｖ×√３／２、ＩＬｔβ＝ＩＬｔαの９０°遅延 …（１０）
Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍには、変換器制御回路２１のＭ座位相検出回路３７Ｍにより検出されたＭ座電圧の位相θｍ及び負荷電流ＭＴ変換回路４１により演算されたＭ座負荷電流ＩＬｍα，ＩＬｍβが入力される。Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍは、Ｍ座負荷電流ＩＬｍα，ＩＬｍβを、Ｍ座電圧の位相θｍを用いて、Ｍ座負荷電流のｄｑ軸成分ＩＬｍｄ，ＩＬｍｑに変換する。Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍは、演算したＭ座負荷電流のｄｑ軸成分ＩＬｍｄ，ＩＬｍｑをそれぞれ減算器４３ｄ，４３ｑに出力する。

ここで、Ｍ座負荷電流のｄ軸成分ＩＬｍｄは、Ｍ座の有効電力相当の負荷電流である。Ｍ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｍｑは、Ｍ座の無効電力相当の負荷電流である。また、Ｍ座負荷電流のｄｑ軸成分ＩＬｍｄ，ＩＬｍｑは、定常状態では直流信号である。

Ｔ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔには、変換器制御回路２１のＴ座位相検出回路３７Ｔにより検出されたＴ座電圧の位相θｔ及び負荷電流ＭＴ変換回路４１により演算されたＴ座負荷電流ＩＬｔα，ＩＬｔβが入力される。Ｔ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔは、Ｔ座負荷電流ＩＬｔα，ＩＬｔβを、Ｔ座電圧の位相θｔを用いて、Ｔ座負荷電流のｄｑ軸成分ＩＬｔｄ，ＩＬｔｑに変換する。Ｔ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔは、演算したＴ座負荷電流のｄｑ軸成分ＩＬｔｄ，ＩＬｔｑをそれぞれ減算器４３ｄ，４３ｑに出力する。

ここで、Ｔ座負荷電流のｄ軸成分ＩＬｔｄは、Ｔ座の有効電力相当の負荷電流である。Ｔ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｔｑは、Ｔ座の無効電力相当の負荷電流である。また、Ｔ座負荷電流のｄｑ軸成分ＩＬｔｄ，ＩＬｔｑは、定常状態では直流信号である。

Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍ及びＴ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔは、次式により、ｄｑ変換を行う。

ＩＬｍｄ＝ＩＬｍα×ｃｏｓθｍ＋ＩＬｍβ×ｓｉｎθｍ …（１１−１）
ＩＬｍｑ＝ＩＬｍα×ｓｉｎθｍ−ＩＬｍβ×ｃｏｓθｍ …（１１−２）
ＩＬｔｄ＝ＩＬｔα×ｃｏｓθｔ＋ＩＬｔβ×ｓｉｎθｔ …（１２−１）
ＩＬｔｑ＝ＩＬｔα×ｓｉｎθｔ−ＩＬｔβ×ｃｏｓθｔ …（１２−２）
減算器４３ｄは、Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍにより演算されたＭ座負荷電流のｄ軸成分ＩＬｍｄからＴ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔにより演算されたＴ座負荷電流のｄ軸成分ＩＬｔｄを減算する。減算器４３ｄは、演算したｄ軸成分の差分の値をゲイン回路４４ｄに出力する。

減算器４３ｑは、Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍにより演算されたＭ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｍｑからＴ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔにより演算されたＴ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｔｑを減算する。減算器４３ｄは、演算したｑ軸成分の差分をゲイン回路４４ｑに出力する。

ゲイン回路４４ｄは、減算器４３ｄにより演算されたｄ軸成分の差分を２で割る。ゲイン回路４４ｄは、演算した値をリミッタ回路４５ｄに出力する。

ゲイン回路４４ｑは、減算器４３ｑにより演算されたｑ軸成分の差分を２で割る。ゲイン回路４４ｑは、演算した値をリミッタ回路４５ｑに出力する。

リミッタ回路４５ｄは、ゲイン回路４４ｄにより演算された値をリミット値に制限して、符号反転回路４６ｄ及び加算器４７Ｍｄに出力する。リミット値は、インバータ３の出力電流が定格電流を超えないような値に設定されている。

加算器４７Ｍｄは、直流電圧制御回路２３により演算されたＭ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆにリミッタ回路４５ｄから入力された値を加算する。加算器４７Ｍｄは、演算した値をＭ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１として変換器制御回路２１に出力する。

符号反転回路４６ｄは、リミッタ回路４５ｄから入力された値の正負の符号を反転する。符号反転回路４６ｄは、反転させた値を加算器４７Ｔｄに出力する。

加算器４７Ｔｄは、直流電圧制御回路２３により演算されたＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆに符号反転回路４６ｄから入力された値を加算する。加算器４７Ｔｄは、演算した値をＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆ１として変換器制御回路２１に出力する。

リミッタ回路４５ｑは、ゲイン回路４４ｑにより演算された値をリミット値に制限して、符号反転回路４６ｑ及び変換器制御回路２１に出力する。リミッタ回路４５ｑが変換器制御回路２１に出力する値は、Ｍ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆ１となる。リミット値は、インバータ３の出力電流が定格電流を超えないような値に設定されている。

符号反転回路４６ｑは、リミッタ回路４５ｑから入力された値の正負の符号を反転する。符号反転回路４６ｑは、反転させた値をＴ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆ１として変換器制御回路２１に出力する。

変換器制御回路２１は、第１の実施形態で求めた４つの電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ，Ｉｔｄｒｅｆ，Ｉｍｑｒｅｆ，Ｉｔｑｒｅｆの代わりに、上述のように求めた４つの電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１，Ｉｔｄｒｅｆ１，Ｉｍｑｒｅｆ１，Ｉｔｑｒｅｆ１を用いて、第１の実施形態と同様にインバータ３を制御する。

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

検出した負荷電流ＩＬの大きさがインバータ３の定格電流よりも小さい場合、変換器制御回路２１へ与えられるＭ座及びＴ座の各電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１，Ｉｔｄｒｅｆ１，Ｉｍｑｒｅｆ１，Ｉｔｑｒｅｆ１は、以下のようになる。

Ｉｍｄｒｅｆ１＝（ＩＬｍｄ−ＩＬｔｄ）／２＋Ｉｍｄｒｅｆ …（１３−１）
Ｉｔｄｒｅｆ１＝（ＩＬｔｄ−ＩＬｍｄ）／２＋Ｉｔｄｒｅｆ …（１３−２）
Ｉｍｑｒｅｆ１＝（ＩＬｍｑ−ＩＬｔｑ）／２・・・・・・（１３−３）
Ｉｔｑｒｅｆ１＝（ＩＬｔｑ−ＩＬｍｑ）／２・・・・・・（１３−４）
無効電力補償装置１は、これらの電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１〜Ｉｔｑｒｅｆ１に従って電流を出力する。このため、交流母線７に交流電力を供給する交流電源が出力するＭ座電流及びＴ座電流は、負荷電流ＩＬから電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１〜Ｉｔｑｒｅｆ１相当の電流を引いたものになる。ここで、直流電圧制御回路２３から出力される有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ，Ｉｔｄｒｅｆは、インバータ３の内部で消費される損失分である。従って、これらの損失分を無視すると、交流電源の出力電流は、次の通りになる。ここで、ＩｇＭｄは交流電源のＭ座有効電流、ＩｇＴｄは、交流電源のＴ座有効電流、ＩｇＭｑは交流電源のＭ座無効電流、ＩｇＴｑは、交流電源のＴ座無効電流、とする。

ＩｇＭｄ＝ＩＬｍｄ−（ＩＬｍｄ−ＩＬｔｄ）／２＝（ＩＬｍｄ＋ＩＬｔｄ）／２ …（１４−１）
ＩｇＴｄ＝ＩＬｔｄ−（ＩＬｔｄ−ＩＬｍｄ）／２＝（ＩＬｍｄ＋ＩＬｔｄ）／２ …（１４−２）
ＩｇＭｑ＝ＩＬｍｑ−（ＩＬｍｑ−ＩＬｔｑ）／２＝（ＩＬｍｑ＋ＩＬｔｑ）／２ …（１４−３）
ＩｇＴｑ＝ＩＬｔｑ−（ＩＬｔｑ−ＩＬｍｑ）／２＝（ＩＬｍｑ＋ＩＬｔｑ）／２ …（１４−４）
式(１４−１)と式(１４−２)は等しく、式(１４−３)と式(１４−４)は等しい。即ち、交流電源のＭ座電流とＴ座電流は、向き及び大きさが等しくなる。これは、三相の各相電流が等しく流れている状態である。従って、この状態では、正相電流が流れていることになる。

従って、インバータ制御装置１０Ａによる制御では、負荷の逆相成分が補償されるような電流が無効電力補償装置１から出力される。負荷電流ＩＬがインバータ３の定格電流に比べて大きい場合は、リミッタ回路４５ｄ，４５ｑにより電流指令値が制限されるため、逆相成分が完全には補償されないが、交流電源の電流の逆相成分は低減される。

また、インバータ制御装置１０Ａは、各電圧制御及び電流制御を直流量で行うことにより、高速で誤差の小さい制御を行うことができる。

さらに、上述した制御特性は、三相変圧器に接続される一般的な機器構成のインバータで実現することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るインバータ制御装置１０Ｂの適用されたシステムの構成を示す構成図である。

本システムは、図４に示す第２の実施形態に係るシステムにおいて、インバータ制御装置１０Ａをインバータ制御装置１０Ｂに代えた構成である。

インバータ制御装置１０Ｂは、第２の実施形態に係るインバータ制御装置１０Ａにおいて、３つの加算器４７Ｍｑ，４７Ｔｑ，４８、ゲイン回路４９、及びリミッタ回路５０を加えた構成である。

加算器４８には、Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍにより演算されたＭ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｍｑ及びＴ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔにより演算されたＴ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｔｑが入力される。加算器４８は、Ｍ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｍｑとＴ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｔｑを加算する。加算器４８は、演算した値をゲイン回路４９に出力する。

ゲイン回路４９は、加算器４８により演算された値を２で割る。ゲイン回路４９は、演算した値をリミッタ回路５０に出力する。

リミッタ回路５０は、ゲイン回路４９により演算された値をリミット値に制限して、加算器４７Ｍｑ，４７Ｔｑにそれぞれ出力する。リミット値は、インバータ３の出力電流が定格電流を超えないような値に設定されている。

加算器４７Ｍｑは、リミッタ回路４５ｑから入力されたＭ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆ１に、リミッタ回路５０から入力された値を加算する。加算器４７Ｍｑは、演算した値をＭ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆ２として変換器制御回路２１に出力する。

加算器４７Ｔｑは、符号反転回路４６ｑから入力されたＴ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆ１に、リミッタ回路５０から入力された値を加算する。加算器４７Ｔｑは、演算した値をＴ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆ２として変換器制御回路２１に出力する。

変換器制御回路２１は、第１の実施形態で求めた４つの電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ，Ｉｔｄｒｅｆ，Ｉｍｑｒｅｆ，Ｉｔｑｒｅｆの代わりに、上述のように求めた４つの電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１，Ｉｔｄｒｅｆ１，Ｉｍｑｒｅｆ２，Ｉｔｑｒｅｆ２を用いて、第１の実施形態と同様にインバータ３を制御する。

検出した負荷電流ＩＬの大きさがインバータ３の定格電流よりも小さい場合、変換器制御回路２１へ与えられるＭ座及びＴ座の各電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１，Ｉｔｄｒｅｆ１，Ｉｍｑｒｅｆ２，Ｉｔｑｒｅｆ２は、以下のようになる。

Ｉｍｄｒｅｆ１＝（ＩＬｍｄ−ＩＬｔｄ）／２＋Ｉｍｄｒｅｆ …（１３−１）
Ｉｔｄｒｅｆ１＝（ＩＬｔｄ−ＩＬｍｄ）／２＋Ｉｔｄｒｅｆ …（１３−２）
Ｉｍｑｒｅｆ２＝ＩＬｍｑ …（１４−１）
Ｉｔｑｒｅｆ２＝ＩＬｔｑ …（１４−２）
有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ１，Ｉｔｄｒｅｆ１は、第２の実施形態と同じである。従って、無効電力補償装置１は、有効電流については逆相分が補償されるよう運転が行われる。一方、無効電流は負荷電流と等しい。即ち、無効電力補償装置１は、逆相分と正相分の両方が補償されるよう運転が行われる。

従って、インバータ制御装置１０Ｂによる制御では、負荷電流ＩＬの逆相成分と正相無効電力成分が補償されるような電流が無効電力補償装置１から出力される。

また、インバータ制御装置１０Ｂは、各電圧制御及び電流制御を直流量で行うことにより、高速で誤差の小さい制御を行うことができる。

さらに、ゲイン回路４４ｄ，４４ｑ，４９のゲイン設定値及びリミッタ回路４５ｄ，４５ｑ，５０のリミット値を変更することで、補償する逆相成分や正相無効電力成分の比率を容易に変えることができる。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るインバータ制御装置１０Ｃの適用されたシステムの構成を示す構成図である。

本システムは、図４に示す第２の実施形態に係るシステムにおいて、インバータ制御装置１０Ａをインバータ制御装置１０Ｃに代えた構成である。

インバータ制御装置１０Ｃは、第２の実施形態に係るインバータ制御装置１０Ａにおいて、２つの減算器４３ｄ，４３ｑ、２つのゲイン回路４４ｄ，４４ｑ、２つのリミッタ回路４５ｄ，４５ｑ、２つの符号反転回路４６ｄ，４６ｑ、及び２つの加算器４７Ｍｄ，４７Ｔｄを取り除き、２つのリミッタ回路５１Ｍ，５１Ｔを加えた構成である。

Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍは、演算したＭ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｍｑをリミッタ回路５１Ｍに出力する。

Ｔ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔは、演算したＴ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｔｑをリミッタ回路５１Ｔに出力する。

リミッタ回路５１Ｍは、Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍより演算されたＭ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｍｑをリミット値に制限して、Ｍ座無効電流指令値Ｉｍｑｒｅｆ３として変換器制御回路２１に出力する。リミット値は、インバータ３の出力電流が定格電流を超えないような値に設定されている。

リミッタ回路５１Ｔは、Ｔ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔより演算されたＴ座負荷電流のｑ軸成分ＩＬｔｑをリミット値に制限して、Ｔ座無効電流指令値Ｉｔｑｒｅｆ３として変換器制御回路２１に出力する。リミット値は、インバータ３の出力電流が定格電流を超えないような値に設定されている。

変換器制御回路２１は、第１の実施形態で求めた４つの電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ，Ｉｔｄｒｅｆ，Ｉｍｑｒｅｆ，Ｉｔｑｒｅｆの代わりに、上述のように求めた４つの電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ，Ｉｔｄｒｅｆ，Ｉｍｑｒｅｆ３，Ｉｔｑｒｅｆ３を用いて、第１の実施形態と同様にインバータ３を制御する。

インバータ制御装置１０Ｃによる制御では、無効電力補償装置１は、Ｍ座及びＴ座それぞれに対して無効電力の正相分と逆相分を補償するよう運転が行われる。これにより、系統の電圧変動が抑制される。

また、インバータ制御装置１０Ｃであれば、第１から第３の実施形態のインバータ制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂよりも制御回路の要素を大幅に低減できる。従って、電圧変動の抑制を目的として設置される無効電力補償システムであれば、インバータ制御装置１０Ｃを適用することで、安価に構成することができる。

なお、各実施形態では、スコット巻線変圧器１１を用いて説明したが、三相交流電圧を２組の単相交流電圧に変換する変圧器であれば、他の変圧器でもよい。例えば、ウッドブリッジ結線又は変形ウッドブリッジ結線でもよい。適用する変圧器の結線に応じて、各種演算式等を変更することで、同様に構成することができる。

また、各実施形態では、直流電圧制御回路２３により演算するＭ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ及びＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆは、同じ値として共通に使用してもよいし、別々な値としてもよい。また、別々の値にする場合は、Ｍ座有効電流指令値Ｉｍｄｒｅｆ又はＴ座有効電流指令値Ｉｔｄｒｅｆのいずれか一方の有効電流指令値をゼロとし、もう一方の有効電流指令値で直流電圧を制御する構成としてもよい。

さらに、各実施形態で説明した電流指令値を演算する構成は、どのように組み合わせてもよい。例えば、系統構成の変更に応じて電流指令値を切り換える構成としてもよい。具体的には、負荷電流ＩＬを検出できない系統構成であれば、第１の実施形態の電流指令値により、変換器制御回路２１による制御を行い、負荷電流ＩＬを検出できる系統構成であれば、第２から第４の実施形態の電流指令値により、変換器制御回路２１による制御を行ってもよい。また、第４の実施形態において、Ｍ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｍ及びＴ座負荷電流ｄｑ変換回路４２Ｔにより演算したＭ座負荷電流のｄ軸成分ＩＬｍｄ及びＴ座負荷電流のｄ軸成分ＩＬｔｄを用いて、第２又は第３の実施形態と同様に、Ｍ座及びＴ座の有効電流指令値を求めて、変換器制御回路２１による制御をしてもよい。

なお、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１…無効電力補償装置、２…変圧器、３…インバータ、４…直流キャパシタ、５…出力電流検出器、６…直流電圧検出器、７…交流母線、８…電圧検出器、９…送電線、１０…インバータ制御装置、１１…スコット巻線変圧器、２１…変換器制御回路、２２…パルス発生回路、２３…直流電圧制御回路、２４…電圧ＭＴ変換回路、２５Ｍ…Ｍ座電圧実効値演算回路、２５Ｔ…Ｔ座電圧実効値演算回路、２６Ｍ…Ｍ座電圧制御回路、２６Ｔ…Ｔ座電圧制御回路、２７Ｍ，２７Ｔ…減算器。

Claims

三相交流電圧を第１の相と第２の相の２組の単相電圧に変換する変圧器が接続された三相交流電力系統の電力を制御するためのインバータを制御するインバータ制御装置であって、
前記インバータから出力される三相交流電流を検出する出力電流検出手段と、
前記出力電流検出手段により検出された三相交流電流に基づいて、前記第１の相の電流に相当する第１の電流と前記第２の相の電流に相当する第２の電流を演算する単相電流演算手段と、
前記単相電流演算手段により演算された前記第１の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算する第１の電流演算手段と、
前記単相電流演算手段により演算された前記第２の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算する第２の電流演算手段と、
前記第１の電流演算手段により演算された前記第１の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する第１の電流制御手段と、
前記第２の電流演算手段により演算された前記第２の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する第２の電流制御手段と、
第１の電流制御手段の制御出力及び前記第２の電流制御手段の制御出力に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と、
前記変圧器の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流検出手段により検出された負荷電流に基づいて、前記第１の相の負荷電流に相当する第１の負荷電流と前記第２の相の負荷電流に相当する第２の負荷電流を演算する負荷電流演算手段と、
前記負荷電流演算手段により演算された前記第１の負荷電流から無効電流成分を演算する第１の無効電流成分演算手段と、
前記負荷電流演算手段により演算された前記第２の負荷電流から無効電流成分を演算する第２の無効電流成分演算手段と、
前記第１の無効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の無効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御するための第１の無効電流指令値を演算する第１の無効電流指令値演算手段と、
前記第１の無効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の無効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御するための第２の無効電流指令値を演算する第２の無効電流指令値演算手段とを備え、
前記第１の電流制御手段は、前記第１の無効電流指令値演算手段により演算された前記第１の無効電流指令値に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御し、
前記第２の電流制御手段は、前記第２の無効電流指令値演算手段により演算された前記第２の無効電流指令値に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御することを特徴とするインバータ制御装置。
前記第１の無効電流指令値演算手段及び前記第２の無効電流指令値演算手段は、前記三相交流電力系統に電力を供給する交流電源の電流の逆相成分を補償するように、それぞれ前記第１の無効電流指令値及び前記第２の無効電流指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
前記インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧に基づいて、前記第１の電流の有効電流成分を制御するための第１の有効電流指令値を演算する第１の有効電流指令値演算手段と、
前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧に基づいて、前記第２の電流の有効電流成分を制御するための第２の有効電流指令値を演算する第２の有効電流指令値演算手段とを備え、
前記第１の電流制御手段は、前記第１の有効電流指令値演算手段により演算された前記第１の有効電流指令値に基づいて、前記第１の電流の有効電流成分を制御し、
前記第２の電流制御手段は、前記第２の有効電流指令値演算手段により演算された前記第２の有効電流指令値に基づいて、前記第２の電流の有効電流成分を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ制御装置。
前記負荷電流演算手段により演算された前記第１の負荷電流から有効電流成分を演算する第１の有効電流成分演算手段と、
前記負荷電流演算手段により演算された前記第２の負荷電流から有効電流成分を演算する第２の有効電流成分演算手段とを備え、
前記第１の有効電流指令値演算手段は、前記第１の有効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の有効電流成分及び前記第２の有効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の有効電流成分に基づいて、前記第１の有効電流指令値を演算し、
前記第２の有効電流指令値演算手段は、前記第１の有効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の有効電流成分及び前記第２の有効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の有効電流成分に基づいて、前記第２の有効電流指令値を演算することを特徴とする請求項３に記載のインバータ制御装置。
三相交流電圧を第１の相と第２の相の２組の単相電圧に変換する変圧器が接続された三相交流電力系統の電力を制御するためのインバータを制御するインバータの制御方法であって、
前記インバータから出力される三相交流電流を検出し、
検出した三相交流電流に基づいて、前記第１の相の電流に相当する第１の電流と前記第２の相の電流に相当する第２の電流を演算し、
演算した前記第１の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算し、
演算した前記第２の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算し、
演算した前記第１の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する制御出力をし、
演算した前記第２の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する制御出力をし、
前記第１の電流の有効電流成分と無効電流成分及び前記第２の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する制御出力に基づいて、前記インバータを制御し、
前記変圧器の負荷電流を検出し、
前記負荷電流に基づいて、前記第１の相の負荷電流に相当する第１の負荷電流と前記第２の相の負荷電流に相当する第２の負荷電流を演算し、
前記第１の負荷電流から無効電流成分を演算し、
前記第２の負荷電流から無効電流成分を演算し、
前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御するための第１の無効電流指令値を演算し、
前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御するための第２の無効電流指令値を演算し、
前記第１の無効電流指令値に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御し、
前記第２の無効電流指令値に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御することを含むことを特徴とするインバータの制御方法。
三相交流電圧を第１の相と第２の相の２組の単相電圧に変換する変圧器が接続された三相交流電力系統の電力を制御するための電力制御装置であって、
前記三相交流電力系統に設けられたインバータと、
前記インバータの交流側に設けられた三相変圧器と、
前記インバータを制御するインバータ制御装置とを備え、
前記インバータ制御装置は、
前記インバータから出力される三相交流電流を検出する出力電流検出手段と、
前記出力電流検出手段により検出された三相交流電流に基づいて、前記第１の相の電流に相当する第１の電流と前記第２の相の電流に相当する第２の電流を演算する単相電流演算手段と、
前記単相電流演算手段により演算された前記第１の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算する第１の電流演算手段と、
前記単相電流演算手段により演算された前記第２の電流から有効電流成分と無効電流成分を演算する第２の電流演算手段と、
前記第１の電流演算手段により演算された前記第１の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する第１の電流制御手段と、
前記第２の電流演算手段により演算された前記第２の電流の有効電流成分と無効電流成分をそれぞれ制御する第２の電流制御手段と、
第１の電流制御手段の制御出力及び前記第２の電流制御手段の制御出力に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と、
前記変圧器の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流検出手段により検出された負荷電流に基づいて、前記第１の相の負荷電流に相当する第１の負荷電流と前記第２の相の負荷電流に相当する第２の負荷電流を演算する負荷電流演算手段と、
前記負荷電流演算手段により演算された前記第１の負荷電流から無効電流成分を演算する第１の無効電流成分演算手段と、
前記負荷電流演算手段により演算された前記第２の負荷電流から無効電流成分を演算する第２の無効電流成分演算手段と、
前記第１の無効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の無効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御するための第１の無効電流指令値を演算する第１の無効電流指令値演算手段と、
前記第１の無効電流成分演算手段により演算された前記第１の負荷電流の無効電流成分及び前記第２の無効電流成分演算手段により演算された前記第２の負荷電流の無効電流成分に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御するための第２の無効電流指令値を演算する第２の無効電流指令値演算手段とを備え、
前記第１の電流制御手段は、前記第１の無効電流指令値演算手段により演算された前記第１の無効電流指令値に基づいて、前記第１の電流の無効電流成分を制御し、
前記第２の電流制御手段は、前記第２の無効電流指令値演算手段により演算された前記第２の無効電流指令値に基づいて、前記第２の電流の無効電流成分を制御すること
を特徴とする電力制御装置。