JP6319501B2

JP6319501B2 - 共振抑制装置

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Publication number: JP6319501B2
Application number: JP2017089271A
Authority: JP
Inventors: 村上　賢哉; 賢哉村上; 亨神通川; 智広小池; 健太郎小藤
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Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-05-09
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Description

本発明は、共振抑制装置に関する。

近年、再生可能エネルギーの普及が進んでおり、多くの風力発電機を備えた大規模なウィンドファーム（wind farm：集合型風力発電所）も建設されている。

最近主流の風力発電機は、発電した電力を一旦直流に変換する（ＡＣ−ＤＣ）コンバータ、およびその直流を交流に変換する（ＤＣ−ＡＣ）インバータを備えており、さらにインバータによって発生する高調波電流を除去する高調波フィルタも備えている。しかしながら、高調波フィルタを備えた風力発電機が電力系統に接続（連系）されると、高調波フィルタのキャパシタンス（capacitance：静電容量）と電力系統や変圧器のインダクタンス（inductance：誘導係数）とによる共振が発生し、ウィンドファーム内の電圧にひずみが生じる場合がある。

そこで、例えば特許文献１の図２では、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を用いて負荷電流に含まれる高調波成分を抽出し、その高調波成分を打ち消すように電力変換装置を制御する電力用アクティブフィルタが開示されている。また、例えば特許文献２では、交流電源からコンデンサに流れ込む電流や、それにより発生する電圧に含まれる高調波成分に所定の伝達関数を乗算した電流補正値で電流指令値を補正し、高調波電流を抑制する電力変換装置が開示されている。

特開平８−８００５２号公報特開平１１−３２４３５号公報特開２００３−１７４７２５号公報

ここで、風力発電機などの電力機器が電力系統に接続されて共振が発生し、接続点電圧ｖや電力機器の出力電流ｉ１（電力系統への供給電流）に共振周波数成分が重畳された状態の一例を図１４に示す。また、この場合の電圧・電流周波数特性の一例を図１５に示す。なお、図１５などに示す電圧・電流周波数特性においては、基本波（１次）成分の大きさを１としている。この例では、電圧に対して比較的大きな１１次高調波成分（１１次高調波電圧）が重畳され、これにより接続点電圧ｖに大きな高調波歪みが発生している。また、電流に対しては、奇数次ごとに中程度の高調波成分（奇数次高調波電流）が重畳されている。

これに対して、特許文献１の図２の電力用アクティブフィルタを用いると、例えば図１６および図１７に示すように、すべての高調波成分が抑制され、これにより接続点電圧ｖの波形は、ほぼ完全な正弦波となる。なお、図１６において、ｉは電力用アクティブフィルタが有するインバータの出力電流（補償電流）を示し、ｉ２（＝ｉ１＋ｉ）は電力系統への供給電流を示している。しかしながら、このような電力用アクティブフィルタでは、１１次高調波電圧に起因する接続点電圧ｖの高調波歪みを抑制したい場合であっても、図１７に示すようにすべての高調波成分を抑制する。そのため、補償電流ｉが大きくなり、インバータとして、より大容量のものを用いる必要がある。

一方、特許文献２の電力変換装置では、電流補正値の算出に用いられる伝達関数は、交流電源からみた電力変換装置のインピーダンス特性やコンデンサの容量に基づいて予め設定されている。しかしながら、これらの正確な値が得られない場合も多いため、伝達関数を適切に設定して十分な共振抑制効果を得ることは困難である。また、伝達関数が適切に設定された場合でも、電力系統の構成が変わると共振点（共振周波数）が変化し、共振が再発する恐れがある。

さらに、電力系統の構成が変わらない場合であっても、複数台の風力発電機を備えた風力発電所においては、高調波フィルタのキャパシタンスが風力発電機の接続台数に応じて変化し、共振点も変化することとなる。すなわち、各風力発電機が備える高調波フィルタのキャパシタンスが並列に接続されるため、例えば図１８に示すように、風力発電機の接続台数が増加するほど共振周波数が低下する。そのため、電力系統への風力発電機の接続台数が変化する風力発電所では、特許文献２の電力変換装置のような共振抑制方法を用いることは困難である。

また、例えば、接続点電圧ｖにおいて基本波の周波数よりも低い低調波が発生している場合も、接続点電圧ｖにおいて高調波が発生している場合と同様に、比較的小さい補償電流を用いて共振を抑制するのが困難となる虞がある。

前述した課題を解決する主たる本発明は、電力設備が電力系統に接続されることによって発生する共振を、前記電力系統に接続された電力変換装置から該電力系統に補償電流を供給させることによって抑制する共振抑制装置であって、前記電力系統の電圧に基づく値と乗算する伝達関数と、入力された値に含まれる各周波数成分のうち、基本波成分を除いた周波数成分を抽出して出力するフィルタと、前記電力変換装置の出力能力に応じて前記補償電流の値が所定範囲内となるように、前記伝達関数の係数を制御する係数制御部と、を備え、前記電力系統の電圧に前記伝達関数を乗算した値を前記フィルタに入力して得た出力値、または前記電力系統の電圧を前記フィルタに入力して得た出力値に前記伝達関数を乗算した値を、前記電力変換装置に対する電流指令値として生成する電流指令値生成部を有し、前記電流指令値生成部は、前記電力変換装置に対して前記電流指令値を出力し、前記補償電流を前記電力系統に供給させることを特徴とする共振抑制装置である。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、高調波電圧に起因する高調波歪みを抑制する場合の補償電流を小さくし、インバータの容量を小さくすることができる。また、共振点が変化する場合であっても、それに応じた適切な伝達関数を用いて共振を抑制することができる。

本発明の第１、第５及び第８実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態における電流指令値生成部の構成を示すブロック図である。電流指令値生成部の他の構成例を示すブロック図である。本発明の第１実施形態における係数制御部の構成を示すブロック図である。係数制御部の他の構成例を示すブロック図である。本発明の第１実施形態における共振抑制装置によって共振が抑制された電圧ｖおよび電流ｉ，ｉ１，ｉ２の一例を示す模式図である。本発明の第１実施形態における共振抑制装置によって共振が抑制された電圧・電流周波数特性の一例を示す模式図である。本発明の第２実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態における共振抑制装置によって共振が抑制された電圧ｖおよび電流ｉ，ｉ１，ｉ２の一例を示す模式図である。本発明の第２実施形態における共振抑制装置によって共振が抑制された電圧・電流周波数特性の一例を示す模式図である。本発明の第３実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。本発明の第４実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。本発明の第４実施形態における電流指令値生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第４実施形態における係数制御部の構成を示すブロック図である。共振発生時の電圧ｖおよび電流ｉ１の一例を示す模式図である。共振発生時の電圧・電流周波数特性の一例を示す模式図である。アクティブフィルタによって共振が抑制された電圧ｖおよび電流ｉ，ｉ１，ｉ２の一例を示す模式図である。アクティブフィルタによって共振が抑制された電圧・電流周波数特性の一例を示す模式図である。風力発電機の接続台数と共振周波数との関係を示す図である。本発明の第５実施形態における係数制御部の構成を示すブロック図である。本発明の第６実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。本発明の第６実施形態におけるゲイン補正係数算出部の構成を示すブロック図である。電流指令値を示す図である。電圧指令値を示す図である。本発明の第７実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。本発明の第７実施形態における電流リミッタ用ゲイン補正係数算出部の構成を示すブロック図である。本発明の第７実施形態における電圧リミッタ用ゲイン補正係数算出部の構成を示すブロック図である。本発明の第８実施形態における電流指令値生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第８実施形態における係数制御部の構成を示すブロック図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＜第１実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置の構成＝＝＝
以下、図１ないし図３を参照して、本発明の第１の実施形態における共振抑制装置の構成について説明する。

図１に示されている共振抑制装置１ａは、例えば風力発電所内に設置されて、高調波フィルタ３１を備えた風力発電機３（電力設備の一例）が電力系統５に接続されることによって発生する共振を抑制するための装置である。また、共振抑制装置１ａは、電流指令値生成部１０ａ、加算部１５、電流制御部１６、並列インバータ１７、および直流電源１８を含んで構成されている。尚、例えば、共振抑制装置１ａは、これらの構成のうちの、並列インバータ１７、および直流電源１８以外を含んで構成されていることとしてもよい。

図１において、風力発電機３は、電力系統５に接続されている１台または複数台の風力発電機を表している。また、図１においては、電力系統５に接続されている１台または複数台の風力発電機がそれぞれ備える高調波フィルタのキャパシタンスが、合成キャパシタンスＣ１として図示され、風力発電機をそれぞれ電力系統５に接続する変圧器のインダクタンスが、合成インダクタンスＬ１として図示されている。さらに、Ｌ２は、電力系統５のインダクタンスを示している。

電流指令値生成部１０ａには、風力発電機３と電力系統５との接続点の電圧ｖ（電力系統の電圧）、および風力発電機３の出力電流ｉ１が入力されている。尚、接続点の電圧ｖは、風力発電機３と電力系統５との接続点の電圧、及び、風力発電機３と電力系統５との接続点の近傍の電圧を含んでいることとする。電流指令値生成部１０ａからは、並列インバータ１７の出力電流（補償電流）ｉに対する電流指令値ｉ^*が出力されている。また、加算部１５には、補償電流ｉとそれに対する電流指令値ｉ^*とが入力されている。加算部１５から電流制御部１６には、電流指令値ｉ^*と補償電流ｉとの差（ｉ^*−ｉ）が入力されている。そして、電流制御部１６からは、電圧指令値ｖ^*が出力されている。

並列インバータ１７には、直流電源１８が接続されている。また、並列インバータ１７には、電圧指令値ｖ^*が入力され、並列インバータ１７からは、交流電流（補償電流）ｉが出力されている。そして、並列インバータ１７は、変圧器（不図示）を介して電力系統５に並列に接続されており、並列インバータ１７から出力される補償電流ｉは、風力発電機３の出力電流ｉ１と並列に電力系統５に供給されている。このような並列インバータ１７としては、ＵＰＦＣ（Unified Power Flow Controller：統合電力潮流制御装置）が備える並列補償部を用いることもできる（例えば特許文献３を参照）。

図２Ａは、本実施形態における電流指令値生成部１０ａの構成を示している。図２Ａに示されている電流指令値生成部１０ａは、移動平均演算部１０１、１２１、加算部１０２、１２２、伝達関数１１０、および係数制御部１３０ａを含んで構成されている。

移動平均演算部１０１には、接続点電圧ｖが入力されている。移動平均演算部１０１からは、接続点電圧ｖの基本波成分（基本波電圧）ｖ_aveが出力されている。また、加算部１０２には、接続点電圧ｖと基本波電圧ｖ_aveとが入力されている。加算部１０２からは、接続点電圧ｖと基本波電圧ｖ_aveとの差、すなわち、接続点電圧ｖの高調波成分（高調波電圧）ｖ_hが出力されている。尚、高調波(harmonics)とは、所定の周波数成分を有する波動における基本波の周波数よりも高い周波数を有する波を示している。

移動平均演算部１２１には、風力発電機３の出力電流ｉ１が入力されている。移動平均演算部１２１からは、出力電流ｉ１の基本波成分（基本波電流）ｉ_aveが出力されている。また、加算部１２２には、出力電流ｉ１と基本波電流ｉ_aveとが入力されている。加算部１２２からは、出力電流ｉ１と基本波電流ｉ_aveとの差、すなわち、出力電流ｉ１の高調波成分（高調波電流）ｉ_h1が出力されている。

伝達関数１１０には、高調波電圧ｖ_hが入力され、伝達関数１１０の出力が電流指令値ｉ^*として電流指令値生成部１０ａから出力されている。また、係数制御部１３０ａには、高調波電圧ｖ_h、高調波電流ｉ_h1、および電流指令値ｉ^*が入力され、係数制御部１３０ａは、それらに基づいて伝達関数１１０の係数を制御している。

図３は、本実施形態における係数制御部１３０ａの構成を示している。図３に示されている係数制御部１３０ａは、乗算部１３１、１３２、加算部１３３、およびＰＩ（Proportional-Integral：比例・積分）制御部１３４を含んで構成されている。

乗算部１３１には、高調波電流ｉ_h1と高調波電圧ｖ_hとが入力されている。乗算部１３１からは、それらの積ｐ_h1が出力されている。また、乗算部１３２には、電流指令値ｉ^*と高調波電圧ｖ_hとが入力されている。乗算部１３２からは、それらの積ｐ_h2が出力されている。

加算部１３３には、乗算部１３１の出力値ｐ_h1と乗算部１３２の出力値ｐ_h2とが入力されている。加算部１３３からＰＩ制御部１３４には、乗算部１３１の出力値ｐ_h1と乗算部１３２の出力値ｐ_h2との差（ｐ_h1−ｐ_h2）が入力されている。また、ＰＩ制御部１３４は、加算部１３３の出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）に基づいて伝達関数１１０の係数を制御している。一例として、伝達関数１１０はゲインＫのみで構成され、ＰＩ制御部１３４は、加算部１３３の出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）に基づいてゲインＫを制御している。なお、ＰＩ制御部１３４の制御方法は、ＰＩ制御に限定されるものではなく、例えばＩ制御であっても構わない。

＝＝＝共振抑制装置の動作＝＝＝
次に、本実施形態における共振抑制装置の動作について、主に図２Ａを用いて説明する。

移動平均演算部１０１は、接続点電圧ｖの移動平均を演算して、接続点電圧ｖの基本波成分（基本波電圧）ｖ_aveを抽出する。また、加算部１０２は、接続点電圧ｖから基本波電圧ｖ_aveを減算して、接続点電圧ｖの高調波成分（高調波電圧）ｖ_hを抽出する。したがって、移動平均演算部１０１および加算部１０２は、接続点電圧ｖの変動成分を抽出することにより、接続点電圧ｖに含まれる高調波成分を抽出して出力する第１のハイパスフィルタ（第１のフィルタ）１００に相当する。そして、電流指令値生成部１０ａは、ハイパスフィルタ１００の出力値（高調波電圧ｖ_h）にゲインＫを乗算して電流指令値ｉ^*を出力する。

移動平均演算部１２１は、風力発電機３の出力電流ｉ１の移動平均を演算して、出力電流ｉ１の基本波成分（基本波電流）ｉ_aveを抽出する。また、加算部１２２は、出力電流ｉ１から基本波電流ｉ_aveを減算して、出力電流ｉ１の高調波成分（高調波電流）ｉ_h1を抽出する。したがって、移動平均演算部１２１および加算部１２２は、出力電流ｉ１の変動成分を抽出することにより、出力電流ｉ１に含まれる高調波成分を抽出して出力する第２のハイパスフィルタ１２０（第２のフィルタ）に相当する。

係数制御部１３０ａは、ハイパスフィルタ１００、１２０、および伝達関数１１０の出力値（高調波電圧ｖ_h、高調波電流ｉ_h1、および電流指令値ｉ^*）に基づいて伝達関数１１０の係数を制御する。一例として、図３に示したように、係数制御部１３０ａは、乗算部１３２の出力値（電流指令値ｉ^*と高調波電圧ｖ_hとの積ｐ_h2）と乗算部１３１の出力値（高調波電流ｉ_h1と高調波電圧ｖ_hとの積ｐ_h1）とが一致するようにゲインＫを制御する。

図１に示す電流制御部１６は、電流指令値ｉ^*と並列インバータ１７の出力電流（補償電流）ｉとの差（ｉ^*−ｉ）に応じた電圧指令値ｖ^*を出力する。また、並列インバータ１７は、電圧指令値ｖ^*に基づいてＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御やＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation：パルス振幅変調）制御を行い、直流電源１８の電力を交流電力に変換して補償電流ｉを出力する。これにより、電流制御部１６は、補償電流ｉが電流指令値ｉ^*に追従するように並列インバータ１７を制御し、並列インバータ１７は、電流指令値ｉ^*に追従する補償電流ｉを電力系統５に供給する。

このようにして、本実施形態の共振抑制装置１ａは、ハイパスフィルタ１００により接続点電圧ｖの変動成分（高調波電圧ｖ_h）を抽出し、これにゲインＫを乗算した電流指令値ｉ^*に追従する補償電流ｉを電力系統５に供給している。これにより、高調波電圧ｖ_hに起因する接続点電圧ｖの高調波歪みを抑制することができる。

さらに、電流指令値生成部１０ａは、ハイパスフィルタ１２０により風力発電機３の出力電流ｉ１の変動成分（高調波電流ｉ_h1）を抽出し、これに基づいてゲインＫを制御している。これにより、共振点が変化する場合であっても、それに応じた適切なゲインＫを用いて、周波数特性などが不明な高調波電圧ｖ_hを適切に抑制し、共振を抑制することができる。

ここで、図３に示した係数制御部１３０ａは、電流指令値ｉ^*および高調波電流ｉ_h1のそれぞれについて高調波電圧ｖ_hとの積を求め、これらを一致させるような状態推定器（オブザーバ）として構成されている。これに対して、例えば図４に示す係数制御部１３０ｂのように、電流指令値ｉ^*と高調波電流ｉ_h1とを一致させるような状態推定器として構成することもできる。尚、係数制御部１３０ｂが用いられた場合、電流指令値生成部は、例えば図２Ｂに示した電流指令値生成部１０ｃとなる。

本実施形態の共振抑制装置１ａを用いると、例えば図５および図６に示すように、図１５において接続点電圧ｖに含まれている高調波成分（９次，１１次，１３次高調波電圧および高調波電流）のみが抑制され、これにより小さな補償電流ｉで接続点電圧ｖの波形が改善される。

＜第２実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置の構成および動作＝＝＝
以下、図７を参照して、本発明の第２の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。

図７に示されている共振抑制装置１ｂは、第１実施形態の共振抑制装置１ａに対して、電流指令値生成部１０ａの代わりに、電流指令値生成部１０ｂにて構成されている。また、電流指令値生成部１０ｂは、ハイパスフィルタ１００および伝達関数１１０を含んで構成されている。ここで、電流指令値生成部１０ｂは、係数制御部を備えていないため、ゲインＫは、予め設定された固定値となる。尚、この固定値は、例えば風力発電機３の運転台数に応じて定められることとしてもよい。

本実施形態の共振抑制装置１ｂを用いると、図１５において接続点電圧ｖに含まれている高調波成分のみが抑制され、これにより小さな補償電流ｉで接続点電圧ｖの波形が改善される。しかしながら、本実施形態では、ゲインＫが予め設定された固定値となるため、例えば図８および図９に示すように、１１次高調波電圧が完全には抑制されず、接続点電圧ｖに高調波歪みが残存する場合もある。

＜第３実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置の構成および動作＝＝＝
以下、図１０を参照して、本発明の第３の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。

上記第１および第２実施形態では、電流指令値生成部から出力される電流指令値ｉ^*に追従する補償電流ｉを並列インバータ１７から出力して、電力系統５に風力発電機３と並列に供給している。これに対して、本実施形態では、補償電流ｉを出力可能な電力変換装置が電力系統に接続されている場合に、この電力変換装置に対して電流指令値ｉ^*を出力することによって、共振を抑制する。

図１０に示されている共振抑制装置１ｃは、第１実施形態の電流指令値生成部１０ａを含んで構成されている。なお、共振抑制装置１ｃは、電流指令値生成部１０ａに代えて、第２実施形態の電流指令値生成部１０ｂを含む構成としてもよい。

電流指令値生成部１０ａには、電力系統５の電圧（風力発電機３と電力系統５との接続点電圧）ｖが入力されている。そして、電流指令値生成部１０は、電流指令値ｉ^*を生成し、電力系統５に接続された電力変換装置７に対して出力する。これにより、電力変換装置７から電力系統５に補償電流ｉが供給され、第１および第２実施形態と同様に、図１５において接続点電圧ｖに含まれている高調波成分のみが抑制され、これにより小さな補償電流ｉで接続点電圧ｖの波形が改善される。なお、このような補償電流ｉを出力可能な電力変換装置としては、インバータやＵＰＦＣのほか、例えば無効電力補償装置などを用いることができる。

＜第４実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置の構成＝＝＝
以下、図１１ないし図１３を参照して、本発明の第４の実施形態における共振抑制装置の構成について説明する。

図１１に示されている共振抑制装置２は、３相電力系統において発生する共振を抑制するための装置である。また、共振抑制装置２は、電流指令値生成部２０、加算部２５ａないし２５ｃ、電流制御部２６ａないし２６ｃ、並列インバータ２７、および直流電源２８を含んで構成されている。尚、例えば、共振抑制装置２は、これらの構成のうちの、並列インバータ２７、および直流電源２８以外を含んで構成されていることとしてもよい。

電流指令値生成部２０には、各相の接続点電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃ、および風力発電機３の各相の出力電流ｉ１ａ，ｉ１ｂ，ｉ１ｃが入力されている。また、電流指令値生成部２０からは、３相の並列インバータ２７の各相の出力電流（補償電流）ｉａ，ｉｂ，ｉｃに対する電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*が出力されている。

加算部２５ａ，２５ｂ，２５ｃには、それぞれ、補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃとそれらに対する電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*とが入力されている。また、加算部２５ａ，２５ｂ，２５ｃから電流制御部２６ａ，２６ｂ，２６ｃには、それぞれ、電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*と補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃとの差（ｉａ^*−ｉａ，ｉｂ^*−ｉｂ，ｉｃ^*−ｉｃ）が入力されている。そして、電流制御部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからは、それぞれ電圧指令値ｖａ^*，ｖｂ^*，ｖｃ^*が出力されている。

並列インバータ２７には、直流電源２８が接続されている。また、並列インバータ２７には、各相の電圧指令値ｖａ^*，ｖｂ^*，ｖｃ^*が入力される。並列インバータ２７からは、交流電流（補償電流）ｉａ，ｉｂ，ｉｃが出力されている。そして、並列インバータ２７から出力される補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃは、それぞれ風力発電機３の出力電流ｉ１ａ，ｉ１ｂ，ｉ１ｃと並列に電力系統に供給されている。

図１２は、本実施形態における電流指令値生成部２０の構成を示している。図１２に示されている電流指令値生成部２０は、ｄｑ変換部２０１、２２１、ハイパスフィルタ２０２、２０３、２２２、２２３、伝達関数２１１、２１２、ｄｑ逆変換部２１３、および係数制御部２３０、２４０を含んで構成されている。

ｄｑ変換部２０１には、各相の接続点電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃが入力され、ｄｑ変換部２０１からは、それらをｄｑ変換して得られるｄ軸成分（ｄ軸電圧）ｖｄおよびｑ軸成分（ｑ軸電圧）ｖｑが出力されている。また、ハイパスフィルタ２０２には、ｄ軸電圧ｖｄが入力され、ハイパスフィルタ２０２からは、ｄ軸電圧ｖｄの高調波成分（高調波電圧）ｖｄ_hが出力されている。一方、ハイパスフィルタ２０３には、ｑ軸電圧ｖｑが入力される。ハイパスフィルタ２０３からは、ｑ軸電圧ｖｑの高調波成分（高調波電圧）ｖｑ_hが出力されている。なお、高調波電圧ｖｄ_hおよびｖｑ_hは、それぞれ伝達関数２１１および２１２に入力されるとともに、それぞれ係数制御部２３０および２４０にも入力される。

ｄｑ変換部２２１には、風力発電機３の各相の出力電流ｉ１ａ，ｉ１ｂ，ｉ１ｃが入力される。ｄｑ変換部２２１からは、それらをｄｑ変換して得られるｄ軸成分（ｄ軸電流）ｉｄおよびｑ軸成分（ｑ軸電流）ｉｑが出力されている。また、ハイパスフィルタ２２２には、ｄ軸電流ｉｄが入力される。ハイパスフィルタ２２２からは、ｄ軸電流ｉｄの高調波成分（高調波電流）ｉｄ_h1が出力されている。一方、ハイパスフィルタ２２３には、ｑ軸電流ｉｑが入力される。ハイパスフィルタ２２３からは、ｑ軸電流ｉｑの高調波成分（高調波電流）ｉｑ_h1が出力されている。なお、高調波電流ｉｄ_h1およびｉｑ_h1は、それぞれ係数制御部２３０および２４０に入力される。

伝達関数２１１および２１２には、それぞれ高調波電圧ｖｄ_hおよびｖｑ_hが入力される。伝達関数２１１の出力値ｉｄ_h2および伝達関数２１２の出力値ｉｑ_h2がｄｑ逆変換部２１３に入力されている。なお、伝達関数２１１の出力値ｉｄ_h2および伝達関数２１２の出力値ｉｑ_h2は、それぞれ係数制御部２３０および２４０にも入力される。また、ｄｑ逆変換部２１３からは、各相の電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*が出力されている。

係数制御部２３０には、高調波電圧ｖｄ_h、高調波電流ｉｄ_h1、および伝達関数２１１の出力値ｉｄ_h2が入力される。係数制御部２３０は、それらに基づいて伝達関数２１１の係数を制御している。一方、係数制御部２４０には、高調波電圧ｖｑ_h、高調波電流ｉｑ_h1、および伝達関数２１２の出力値ｉｑ_h2が入力される。係数制御部２４０は、それらに基づいて伝達関数２１２の係数を制御している。

図１３は、本実施形態における係数制御部２３０および２４０の構成を示している。図１３に示されている係数制御部２３０は、乗算部２３１、２３２、加算部２３３、およびＰＩ制御部２３４を含んで構成されている。一方、係数制御部２４０は、乗算部２４１、２４２、加算部２４３、およびＰＩ制御部２４４を含んで構成されている。

乗算部２３１には、高調波電流ｉｄ_h1と高調波電圧ｖｄ_hとが入力されている。乗算部２３１からは、それらの積ｐｄ_h1が出力されている。また、乗算部２３２には、伝達関数２１１の出力値ｉｄ_h2と高調波電圧ｖｄ_hとが入力されている。乗算部２３２からは、それらの積ｐｄ_h2が出力されている。

加算部２３３には、乗算部２３１の出力値ｐｄ_h1と乗算部２３２の出力値ｐｄ_h2とが入力されている。加算部２３３からＰＩ制御部２３４には、乗算部２３１の出力値ｐｄ_h1と乗算部２３２の出力値ｐｄ_h2との差（ｐｄ_h1−ｐｄ_h2）が入力されている。また、ＰＩ制御部２３４は、加算部２３３の出力値（ｐｄ_h1−ｐｄ_h2）に基づいて伝達関数２１１の係数を制御している。一例として、伝達関数２１１はゲインＫｄのみで構成される。ＰＩ制御部２３４は、加算部２３３の出力値（ｐｄ_h1−ｐｄ_h2）に基づいてゲインＫｄを制御している。

乗算部２４１には、高調波電流ｉｑ_h1と高調波電圧ｖｑ_hとが入力されている。乗算部２４１からは、それらの積ｐｑ_h1が出力されている。また、乗算部２４２には、伝達関数２１２の出力値ｉｑ_h2と高調波電圧ｖｑ_hとが入力されている。乗算部２４２からは、それらの積ｐｑ_h2が出力されている。

加算部２４３には、乗算部２４１の出力値ｐｑ_h1と乗算部２４２の出力値ｐｑ_h2とが入力されている。加算部２４３からＰＩ制御部２４４には、乗算部２４１の出力値ｐｑ_h1と乗算部２４２の出力値ｐｑ_h2との差（ｐｑ_h1−ｐｑ_h2）が入力されている。また、ＰＩ制御部２４４は、加算部２４３の出力値（ｐｑ_h1−ｐｑ_h2）に基づいて伝達関数２１２の係数を制御している。一例として、伝達関数２１２はゲインＫｑのみで構成される。ＰＩ制御部２４４は、加算部２４３の出力値（ｐｑ_h1−ｐｑ_h2）に基づいてゲインＫｑを制御している。なお、ＰＩ制御部２３４、２４４の制御方法は、ＰＩ制御に限定されるものではなく、例えばＩ制御であっても構わない。

＝＝＝共振抑制装置の動作＝＝＝
次に、本実施形態における共振抑制装置の動作について説明する。

ｄｑ変換部２０１は、各相の接続点電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃをｄｑ変換して、ｄ軸成分（ｄ軸電圧）ｖｄおよびｑ軸成分（ｑ軸電圧）ｖｑを出力する。また、ハイパスフィルタ２０２は、ｄ軸電圧ｖｄの変動成分を抽出することにより、ｄ軸電圧ｖｄに含まれる高調波成分（高調波電圧）ｖｄ_hを抽出して出力する。一方、ハイパスフィルタ２０３は、ｑ軸電圧ｖｑの変動成分を抽出することにより、ｑ軸電圧ｖｑに含まれる高調波成分（高調波電圧）ｖｑ_hを抽出して出力する。したがって、本実施形態では、ハイパスフィルタ２０２および２０３が第１のハイパスフィルタに相当する。

さらに、ハイパスフィルタ２０２の出力値（高調波電圧ｖｄ_h）にゲインＫｄを乗算してｄ軸成分ｉｄ_h2が得られる。一方、ハイパスフィルタ２０３の出力値（高調波電圧ｖｑ_h）にゲインＫｑを乗算してｑ軸成分ｉｑ_h2が得られる。そして、ｄｑ逆変換部２１３は、得られたｄ軸成分ｉｄ_h2およびｑ軸成分ｉｑ_h2をｄｑ逆変換して、各相の電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*を出力する。

ｄｑ変換部２２１は、風力発電機３の各相の出力電流ｉ１ａ，ｉ１ｂ，ｉ１ｃをｄｑ変換して、ｄ軸成分（ｄ軸電流）ｉｄおよびｑ軸成分（ｑ軸電流）ｉｑを出力する。また、ハイパスフィルタ２２２は、ｄ軸電流ｉｄの変動成分を抽出することにより、ｄ軸電流ｉｄに含まれる高調波成分（高調波電流）ｉｄ_h1を抽出して出力する。一方、ハイパスフィルタ２２３は、ｑ軸電流ｉｑの変動成分を抽出することにより、ｑ軸電流ｉｑに含まれる高調波成分（高調波電流）ｉｑ_h1を抽出して出力する。したがって、本実施形態では、ハイパスフィルタ２２２および２２３が第２のハイパスフィルタに相当する。

係数制御部２３０は、ハイパスフィルタ２０２、２２２、および伝達関数２１１の出力値（高調波電圧ｖｄ_h、および高調波電流ｉｄ_h1、ｉｄ_h2）に基づいて伝達関数２１１の係数を制御する。一例として、図１３に示したように、係数制御部２３０は、乗算部２３２の出力値（伝達関数２１１の出力値ｉｄ_h2と高調波電圧ｖｄ_hとの積ｐｄ_h2）と乗算部２３１の出力値（高調波電流ｉｄ_h1と高調波電圧ｖｄ_hとの積ｐｄ_h1）とが一致するようにゲインＫｄを制御する。

一方、係数制御部２４０は、ハイパスフィルタ２０３、２２３、および伝達関数２１２の出力値（高調波電圧ｖｑ_h、および高調波電流ｉｑ_h1、ｉｑ_h2）に基づいて伝達関数２１２の係数を制御する。一例として、図１３に示したように、係数制御部２４０は、乗算部２４２の出力値（伝達関数２１２の出力値ｉｑ_h2と高調波電圧ｖｑ_hとの積ｐｑ_h2）と乗算部２４１の出力値（高調波電流ｉｑ_h1と高調波電圧ｖｑ_hとの積ｐｑ_h1）とが一致するようにゲインＫｑを制御する。

図１１に示される電流制御部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、各相の電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*と並列インバータ２７の各相の出力電流（補償電流）ｉａ，ｉｂ，ｉｃとの差（ｉａ^*−ｉａ，ｉｂ^*−ｉｂ，ｉｃ^*−ｉｃ）に応じた電圧指令値ｖａ^*，ｖｂ^*，ｖｃ^*を出力する。また、並列インバータ２７は、電圧指令値ｖａ^*，ｖｂ^*，ｖｃ^*に基づいてＰＷＭ制御などを行い、直流電源２８の電力を交流電力に変換して補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃを出力する。これにより、電流制御部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、それぞれ、補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃが電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*に追従するように並列インバータ２７を制御し、並列インバータ２７は、電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*に追従する補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃを電力系統に供給する。

このようにして、本実施形態の共振抑制装置２は、電流指令値生成部２０において、各相の接続点電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃをｄｑ変換したうえで変動成分（高調波電圧ｖｄ_h，ｖｑ_h）を抽出し、これらにゲインＫｄ，Ｋｑを乗算してｄｑ逆変換した電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*を生成している。そして、電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*にそれぞれ追従する補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃを電力系統に供給することにより、高調波電圧に起因する接続点電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃの高調波歪みを抑制することができる。

さらに、電流指令値生成部２０は、風力発電機３の各相の出力電流ｉ１ａ，ｉ１ｂ，ｉ１ｃをｄｑ変換したうえで変動成分（高調波電流ｉｄ_h1，ｉｑ_h1）を抽出し、これらに基づいてゲインＫｄ，Ｋｑを制御している。これにより、共振点が変化する場合であっても、それに応じた適切なゲインＫｄ，Ｋｑを用いて、周波数特性などが不明な高調波電圧を適切に抑制し、共振を抑制することができる。

＜第５実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置の構成および動作＝＝＝
以下、図１及び図１９を参照して、本発明の第５の実施形態における共振抑制装置の構成および動作について説明する。図１９は、本実施形態における係数制御部の構成を示すブロック図である。尚、図３の構成と同様な構成には、同様な符号を付しその説明については省略する。

本実施形態の共振抑制装置４ａ（図１）は、第１実施形態における共振抑制装置１ａの係数制御部１３０ａを係数制御部１３０ｃに変更したものである。

係数制御部１３０ｃ（図１９）は、不感帯１３５を含んで構成されている。不感帯１３５は、加算部１３３の出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）が０とならないことに起因して、ＰＩ制御部１３４の積分器が飽和するのを防止するために、加算部１３３とＰＩ制御部１３４との間に設けられている。

不感帯１３５の不感帯幅は、例えば、不感帯幅と電流指令値ｉ^*との関係に基づいて実験的に定められる。尚、不感帯幅は、加算部１３３の出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）における、ＰＩ制御部１３４に入力される最小値に対応している。つまり、例えば、出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）の値が不感帯幅以上の場合、出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）がＰＩ制御部１３４に入力され、出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）の値が不感帯幅より小さい場合、出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）がＰＩ制御部１３４に入力されないことになる。

本実施形態の共振抑制装置４ａを用いると、加算部１３３の出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）が０とならないことに起因して、ＰＩ制御部１３４の積分器が飽和するのを防止することができる。つまり、加算部１３３の出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）が０とならないことに起因して、伝達関数１１０としてのゲインＫの値が増大し、補償電流ｉの値が過大となるのを防止することができる。

＜第６実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置の構成＝＝＝
以下、図２０を参照して、本発明の第６の実施形態における共振抑制装置の構成について説明する。図２０は、本実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。

共振抑制装置４ｂは、電流指令値生成部４０ａ、電流リミッタ４１、電圧リミッタ４２、加算部４５、電流制御部４６、並列インバータ４７、および直流電源４８を含んで構成されている。尚、例えば、共振抑制装置４ｂは、これらの構成のうちの、並列インバータ４７、および直流電源４８以外を含んで構成されていることとしてもよい。加算部４５、電流制御部４６、並列インバータ４７、および直流電源４８の構成は夫々、第１実施形態における加算部１５（図１）、電流制御部１６、並列インバータ１７、および直流電源１８の構成と同様である。

電流指令値生成部４０ａには、接続点電圧ｖ、電流指令値ｉ₁₁ ^*、および電圧指令値ｖ₁₁ ^*が入力されている。電流指令値生成部４０ａからは、電流指令値ｉ₁₁ ^*が出力されている。尚、電流指令値生成部４０ａの詳細については、後述する。

電流リミッタ４１は、電流指令値ｉ₁₁ ^*が入力されて、下限値−Ｉlimitから上限値＋Ｉlimitまでの所定範囲内の電流指令値ｉ₁₂ ^*を出力する。尚、下限値−Ｉlimitおよび上限値＋Ｉlimitは、並列インバータ４７の出力能力に応じて定められている。例えば、電流指令値ｉ₁₁ ^*が所定範囲内となっている場合、電流リミッタ４１は、電流指令値ｉ₁₁ ^*と同様な値の電流指令値ｉ₁₂ ^*を出力する。また、例えば、電流指令値ｉ₁₁ ^*が所定範囲を上回っている場合、電流リミッタ４１は、上限値＋Ｉlimitと同様な値の電流指令値ｉ₁₂ ^*を出力する。また、例えば、電流指令値ｉ₁₁ ^*が所定範囲を下回っている場合、電流リミッタ４１は、下限値−Ｉlimitと同様な値の電流指令値ｉ₁₂ ^*を出力する。

加算部４５には、補償電流ｉとそれに対する電流指令値ｉ₁₂ ^*が入力されている。加算部４５から電流制御部４６には、電流指令値ｉ₁₂ ^*と補償電流ｉとの差（ｉ₁₂ ^*−ｉ）が入力されている。そして、電流制御部４６からは、電圧指令値ｖ₁₁ ^*が出力されている。

電圧リミッタ４２は、電圧指令値ｖ₁₁ ^*が入力されて、下限値−Ｖlimitから上限値＋Ｖlimitまでの所定範囲内の電圧指令値ｖ₁₂ ^*を出力する。尚、下限値−Ｖlimitおよび上限値＋Ｖlimitは、並列インバータ４７の出力能力に応じて定められている。例えば、電圧指令値ｖ₁₁ ^*が所定範囲内となっている場合、電圧リミッタ４２は、電圧指令値ｖ₁₁ ^*と同様な値の電圧指令値ｖ₁₂ ^*を出力する。また、例えば、電圧指令値ｖ₁₁ ^*が所定範囲を上回っている場合、電圧リミッタ４２は、上限値＋Ｖlimitと同様な値の電圧指令値ｖ₁₂ ^*を出力する。また、例えば、電圧指令値ｖ₁₁ ^*が所定範囲を下回っている場合、電圧リミッタ４２は、下限値−Ｖlimitと同様な値の電圧指令値ｖ₁₂ ^*を出力する。

並列インバータ４７には、電圧リミッタ４２が接続されている。また、並列インバータ４７には、電圧指令値ｖ₁₂ ^*が入力され、並列インバータ４７からは、補償電流ｉが出力されている。

＝＝＝電流指令値生成部＝＝＝
以下、図２０及び図２１を参照して、本発明の第６の実施形態における電流指令値生成部について説明する。図２１は、本実施形態におけるゲイン補正係数算出部の構成を示すブロック図である。

電流指令値生成部４０ａは、前述したように、接続点電圧ｖ、電流指令値ｉ₁₁ ^*、および電圧指令値ｖ₁₁ ^*が入力されて、電流指令値ｉ₁₁ ^*を出力する。電流指令値生成部４０ａは、ハイパスフィルタ４００、伝達関数４１０ａ、係数制御部５ａを含んで構成されている。尚、ハイパスフィルタ４００、伝達関数４１０ａの構成は夫々、第１実施形態におけるハイパスフィルタ１００（図２Ａ）、伝達関数１１０の構成と同様である。

係数制御部５ａは、電流指令値ｉ₁₁ ^*、および電圧指令値ｖ₁₁ ^*が入力されて、伝達関数４１０ａの係数を制御している。一例として、伝達関数４１０ａは、ゲインＫのみで構成される。係数制御部１３０ａは、電流指令値ｉ₁₁ ^*、および電圧指令値ｖ₁₁ ^*に基づいてゲインＫを制御している。係数制御部５ａは、ゲイン補正係数算出部５１、伝達関数５２としてのゲインＫ₀を含んで構成されている。

ゲインＫ₀としては、例えば０以外の比較的大きな固定値が設定されている。このために、伝達関数４１０ａのゲインＫとしてゲインＫ₀が係数制御部５ａによって設定された場合、高調波電圧ｖ_hの変動に対する補償電流ｉの応答速度を向上させることができる。

ここで、例えば風力発電機３の台数の変動に基づいて高周波フィルタ３１のインピーダンスが変動した場合、電流指令値ｉ₁₁ ^*が電流リミッタ４１の所定範囲を逸脱したり、電圧指令値ｖ₁₁ ^*が電圧リミッタ４２の所定範囲を逸脱したりする虞がある。この場合、電流指令値ｉ₁₂ ^*又は電圧指令値ｖ₁₂ ^*が電流リミッタ４１又は電圧リミッタ４２によって制限された値（例えば図２２の実線Ｚ１、図２３の実線Ｚ３）となり、補償電流ｉ自身が高調波を発生させる原因となる虞がある。このために、ゲインＫに設定される値を補正（調整）するのが望ましい。

ゲイン補正係数算出部５１は、電流指令値ｉ₁₁ ^*および電圧指令値ｖ₁₁ ^*が入力されて、ゲイン補正係数Ｋ_aを出力する。ゲイン補正係数Ｋ_aとゲインＫ₀との乗算結果が伝達関数４１０ａのゲインＫとして設定される。つまり、ゲイン補正係数Ｋ_aは、ゲインＫの値を補正する機能を発揮する。ゲイン補正係数算出部５１は、絶対値生成部５１０ａ、５１０ｂ、加算部５１１、５１４、５１７、感度調整部５１２、５１５、超過量リミッタ５１３、５１６、５１８、遅れ要素５１９を含んで構成されている。

絶対値生成部５１０ａは、電圧指令値ｖ₁₁ ^*が入力されて、電圧指令値ｖ₁₁ ^*の絶対値を出力する。加算部５１１は、絶対値生成部５１０ａの出力値および電圧制限値Ｖlimitが入力されて、絶対値生成部５１０ａの出力と電圧制限値Ｖlimitとの差（｜ｖ₁₁ ^*｜−Ｖlimit）を出力する。尚、電圧制限値Ｖlimitは、例えば、電圧リミッタ４２の上限値及び下限値の絶対値に対応していることとしてもよい。感度調整部５１２は、入力された差（｜ｖ₁₁ ^*｜−Ｖlimit）をゲインＫ₂に基づいて増幅して出力する。尚、ゲインＫ₂は、例えば、感度調整部５１２から出力される値が０から１までの範囲内となるか否か等の実験又はシミュレーション等に基づいて定められることとしてもよい。

超過量リミッタ５１３は、感度調整部５１２の出力値が入力されて、０から１までの範囲内の値を出力する。例えば、感度調整部５１２の出力値が０から１までとなっている場合、超過量リミッタ５１３は、感度調整部５１２の出力値と同様な値を出力する。また、例えば、感度調整部５１２の出力値が１を上回っている場合、超過量リミッタ５１３は、１を出力する。また、例えば、感度調整部５１２の出力値が０を下回っている場合、超過量リミッタ５１３は、０を出力する。

絶対値生成部５１０ｂは、電流指令値ｉ₁₁ ^*が入力されて、電流指令値ｉ₁₁ ^*の絶対値を出力する。加算部５１４は、絶対値生成部５１０ｂの出力値および電流制限値Ｉlimitが入力されて、絶対値生成部５１０ｂの出力と電流制限値Ｉlimitとの差（｜ｉ₁₁ ^*｜−Ｉlimit）を出力する。尚、電流制限値Ｉlimitは、例えば、電流リミッタ４１の上限値及び下限値の絶対値に対応していることとしてもよい。感度調整部５１５は、入力された差（｜ｉ₁₁ ^*｜−Ｉlimit）をゲインＫ₁に基づいて増幅して出力する。尚、ゲインＫ₁は、例えば、感度調整部５１５から出力される値が０から１までの範囲内となるか否か等の実験又はシミュレーション等に基づいて定められることとしてもよい。

超過量リミッタ５１６は、感度調整部５１５の出力値が入力されて、０から１までの範囲内の値を出力する。尚、超過量リミッタ５１６の構成は、超過量リミッタ５１３の構成と同様である。

加算部５１７は、初期値としての１、超過量リミッタ５１３、５１６夫々の出力値が入力されて、１から超過量リミッタ５１３、５１６夫々の出力値の合計を差し引いた値を出力する。超過量リミッタ５１８は、加算部５１７の出力値が入力されて、０から１までの範囲内の値を出力する。尚、超過量リミッタ５１８の構成は、超過量リミッタ５１３の構成と同様である。

遅れ要素５１９は、超過量リミッタ５１８の出力値が入力されて、入力された超過量リミッタ５１８の出力値に対して例えば一次遅れを付与し、ゲイン補正係数Ｋ_aを出力する。遅れ要素５１９は、補償電流ｉの周期よりも十分に大きい時定数を有している。このために、例えば電流指令値ｉ₁₁ ^*および電圧指令値ｖ₁₁ ^*が交流に対応していることに起因してゲインＫが振動するのを防止することができる。従って、補償電流ｉ自身が高調波を発生させる原因となるのを防止して、接続点電圧ｖの高調波成分を確実に除去することができる。

＝＝＝共振抑制装置の動作＝＝＝
以下、図２０、図２２及び図２３を参照して、本発明の第６の実施形態における共振抑制装置の動作について説明する。図２２は、電流指令値を示す図である。尚、一点鎖線Ｚ２は、共振抑制装置４ｂの電流指令値ｉ₁₂ ^*を示しており、実線Ｚ１は、他の共振抑制装置の電流指令値を示している。図２３は、電圧指令値を示す図である。尚、一点鎖線Ｚ４は、共振抑制装置４ｂの電圧指令値ｖ₁₂ ^*を示しており、実線Ｚ３は、他の共振抑制装置の電圧指令値を示している。図２２および図２３の他の共振抑制装置は、共振抑制装置４ｂにおけるゲイン補正係数算出部５１が設けられていないものに対応している。

ハイパスフィルタ４００は、接続点電圧ｖの高調波電圧ｖ_hを抽出する。係数制御部５ａは、ゲイン補正係数Ｋ_aとゲインＫ₀との乗算結果を伝達関数４１０ａのゲインＫとして設定する。電流指令値生成部４０ａは、電流指令値ｉ₁₁ ^*を出力する。ゲイン補正係数算出部５１によってゲインＫが調整されているので、電流リミッタ４１は、電流指令値ｉ₁₁ ^*と同様な値の電流指令値ｉ₁₂ ^*を出力する。加算部４５は、補償電流ｉの値と電流指令値ｉ₁₂ ^*との差を出力する。電流制御部４６は、加算部４５の出力値に基づいて電圧指令値ｖ₁₁ ^*を出力する。ゲイン補正係数算出部５１によってゲインＫが調整されているので、電圧リミッタ４２は、電圧指令値ｖ₁₁ ^*と同様な値の電圧指令値ｖ₁₂ ^*を出力する。そして、並列インバータ４７は、補償電流ｉを出力する。

＝他の共振抑制装置と共振抑制装置４ｂ＝
他の共振抑制装置では、ゲインＫが固定値となっているので、電流リミッタ４１及び電圧リミッタ４２において各指令値が制限されることがある。よって、他の共振抑制装置における電流指令値および電圧指令値の波形は夫々、例えば、図２２の実線Ｚ１および図２３の一点鎖線Ｚ３のようになることがある。このために、他の共振抑制装置においては、補償電流ｉ自身が高調波を発生させる原因となり、接続点電圧ｖの高調波成分を除去できなくなる虞がある。

一方、本実施形態における共振抑制装置４ｂでは、ゲイン補正係数算出部５１によってゲインＫが調整されているので、前述したように、電流リミッタ４１及び電圧リミッタ４２において各指令値が制限されていない。よって、電流指令値ｉ₁₂ ^*および電圧指令値ｖ₁₂ ^*の波形は夫々、例えば、図２２の一点鎖線Ｚ２および図２３の一点鎖線Ｚ４のようになる。このために、共振抑制装置４ｂにおいては、補償電流ｉ自身が高調波を発生させる原因となるのを防止して、接続点電圧ｖの高調波成分を確実に除去することができる。

＜第７実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置の構成＝＝＝
以下、図２４乃至図２６を参照して、本発明の第７の実施形態における共振抑制装置の構成について説明する。図２４は、本実施形態における共振抑制装置の構成を示すブロック図である。尚、図２４における図２０の構成と同様な構成には同様な符号を付し、その説明については省略する。図２５は、本実施形態における電流リミッタ用ゲイン補正係数算出部の構成を示すブロック図である。図２６は、本実施形態における電圧リミッタ用ゲイン補正係数算出部の構成を示すブロック図である。尚、図２５および図２６における図２１の構成と同様な構成には同様な符号を付し、その説明については省略する。

共振抑制装置４ｃは、伝達関数４１０ｂとしての固定値のゲインＫ₀、第１補正部５２ａ、第２補正部５２ｂ、電流リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ａ、電圧リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ｂを含んで構成されている。

第１補正部５２ａは、電流リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ａの算出結果が第１補正係数ｋ_a1として設定されている。第１補正部５２ａは、伝達関数４１０ｂの出力値としての電流指令値ｉ₂₁ ^*と第１補正係数ｋ_a1との乗算を行い、乗算結果を電流指令値ｉ₂₂ ^*として出力する。

第２補正部５２ｂは、電圧リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ｂの算出結果が第２補正係数ｋ_a2として設定されている。第２補正部５２ｂは、第１補正部５２ａの出力値としての電流指令値ｉ₂₂ ^*と第２補正係数ｋ_a2との乗算を行い、乗算結果を電流指令値ｉ₂₃ ^*として出力する。

電流リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ａ（図２５）は、電流指令値ｉ₂₂ ^*が入力されて、第１補正係数ｋ_a1を出力する。電流リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ａは、加算部５２７、遅れ要素５２９を含んで構成されている。

加算部５２７は、初期値としての１、および超過量リミッタ５１３の出力値が入力されて、１から超過量リミッタ５１３の出力値を差し引いた値を出力する。

遅れ要素５２９は、加算部５１７の出力値が入力されて、入力された加算部５１７の出力値に対して例えば一次遅れを付与し、第１補正係数Ｋ_a1を出力する。つまり、遅れ要素５２９は、遅れ要素５１９（図２１）と同様な機能を発揮する。

電圧リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ｂ（図２６）は、電圧指令値ｖ₂₁ ^*が入力されて、第２補正係数ｋ_a2を出力する。電圧リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ｂは、加算部５３７、遅れ要素５３９を含んで構成されている。

加算部５３７は、初期値としての１、および超過量リミッタ５１６の出力値が入力されて、１から超過量リミッタ５１６の出力値を差し引いた値を出力する。

遅れ要素５３９は、加算部５３７の出力値が入力されて、入力された加算部５３７の出力値に対して例えば一次遅れを付与し、第２補正係数Ｋ_a2を出力する。つまり、遅れ要素５３９は、遅れ要素５１９（図２１）と同様な機能を発揮する。

＝＝＝共振抑制装置の動作＝＝＝
以下、図２４を参照して、本発明の第７の実施形態における共振抑制装置の動作について説明する。

ハイパスフィルタ４００は、接続点電圧ｖの高調波電圧ｖ_hを抽出する。伝達関数４１０ｂは、高調波電圧ｖ_hが入力されて、電流指令値ｉ₂₂ ^*を出力する。第１補正部５２ａは、電流指令値ｉ₂₁ ^*が入力されて、電流指令値ｉ₂₁ ^*を出力する。第２補正部５２ｂは、電流指令値ｉ₂₂ ^*が入力されて、電流指令値ｉ₂₃ ^*を出力する。第１補正部５２ａにおいて補正が行われているので、電流リミッタ４１は、電流指令値ｉ₂₃ ^*と同様な値の電流指令値ｉ₂₄ ^*を出力する。加算部４５は、補償電流ｉの値と電流指令値ｉ₂₄ ^*との差を出力する。電流制御部４６は、加算部４５の出力値に基づいて電圧指令値ｖ₂₁ ^*を出力する。第２補正部５２ｂにおいて補正が行われているので、電圧リミッタ４２は、電圧指令値ｖ₂₁ ^*と同様な値の電圧指令値ｖ₂₂ ^*を出力する。そして、並列インバータ４７は、補償電流ｉを出力する。

＜第８実施形態＞
＝＝＝共振抑制装置＝＝＝
以下、図１、図２７及び図２８を参照して、本発明の第８の実施形態における共振抑制装置について説明する。図２７は、本実施形態における電流指令値生成部１０ｄの構成を示している。尚、図２Ａの構成と同様な構成には、同様な符号を付しその説明については省略する。図２８は、本実施形態における係数制御部１３０ｄの構成を示している。

本実施形態の共振抑制装置１ｄ（図１）は、第１実施形態における共振抑制装置１ａの電流指令値生成部１０ａを電流指令値生成部１０ｄに変更したものである。電流指令値生成部１０ｄは、電流指令値生成部１０ａにおける伝達関数１１０ｄとハイパスフィルタ１００とを入れ替えたものである。

電流指令値生成部１０ｄは、移動平均演算部１０１ｄ、１２１、加算部１０２ｄ、１２２、伝達関数１１０ｄ、および係数制御部１３０ｄを含んで構成されている。

伝達関数１１０ｄは、接続点電圧ｖが入力され、伝達関数１１０と接続点電圧ｖとの乗算結果を出力値ｖ´として出力する。

移動平均演算部１０１ｄは、出力値ｖ´が入力され、出力値ｖ´の基本波成分に対応する出力値ｖ_ave´を出力する。また、加算部１０２ｄには、出力値ｖ´と出力値ｖ_ave´とが入力されている。加算部１０２ｄからは、出力値ｖ´と出力値ｖ_ave´との差が電流指令値ｉ^*として出力される。

係数制御部１３０ｄ（図２８）は、乗算部１３１ｄ、１３２ｄ、加算部１３３ｄ、およびＰＩ制御部１３４ｄを含んで構成されている。尚、加算部１３３ｄ、ＰＩ制御部１３４ｄの構成は夫々、第１実施形態の加算部１３３ｄ（図３）、ＰＩ制御部１３４ｄの構成と同様である。

乗算部１３１ｄには、接続点電圧ｖと高調波電流ｉ_h1とが入力されている。乗算部１３１ｄからは、それらの積ｐ_h1が出力されている。また、乗算部１３２ｄには、接続点電圧ｖと電流指令値ｉ^*とが入力されている。乗算部１３２ｄからは、それらの積ｐ_h2が出力されている。ＰＩ制御部１３４ｄは、これらの出力に応じた加算部１３３ｄからの入力に基づいて伝達関数１１０ｄの係数を制御する。

前述したように、共振抑制装置１ｃにおいて、電流指令値生成部１０ａ（または１０ｂ）に電力系統５の電圧ｖを入力し、その高調波成分（高調波電圧ｖ_h）に伝達関数を乗算して生成した電流指令値ｉ^*を電力系統５に接続された電力変換装置７に対して出力することによって、電力変換装置７から電力系統５に補償電流ｉが供給され、高調波電圧ｖ_hに起因する高調波歪みを抑制することができる。このとき、電圧ｖに含まれる高調波成分のみを抑制するため、補償電流ｉを小さくすることができる。

また、前述したように、共振抑制装置１ｂにおいて、電流指令値生成部１０ｂに風力発電機３と電力系統５との接続点電圧ｖを入力し、その高調波成分（高調波電圧ｖ_h）に伝達関数を乗算して生成した電流指令値ｉ^*に追従する補償電流ｉを並列インバータ１７から出力して、電力系統５に風力発電機３と並列に供給する。このことによって、高調波電圧ｖ_hに起因する高調波歪みを抑制する場合の補償電流ｉを小さくし、並列インバータ１７の容量を小さくすることができる。

また、共振抑制装置１ａにおいて、電流指令値生成部１０ａに風力発電機３の出力電流ｉ１をさらに入力し、その高調波成分（高調波電流ｉ_h1）に基づいてゲインＫを制御することによって、共振点が変化する場合であっても、それに応じた適切なゲインＫを用いて共振を抑制することができる。

また、共振抑制装置２において、３相の接続点電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃをｄｑ変換したうえでｄ軸成分およびｑ軸成分の高調波成分（高調波電圧ｖｄ_h，ｖｑ_h）を抽出し、これらに伝達関数を乗算してｄｑ逆変換した電流指令値ｉａ^*，ｉｂ^*，ｉｃ^*にそれぞれ追従する補償電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃを３相の並列インバータ２７から出力することによって、３相電力系統において、接続点電圧ｖに含まれている高調波成分のみを抑制して、小さな補償電流ｉで接続点電圧ｖの波形を改善することができる。また、接続点電圧ｖに高調波成分が含まれない場合には、補償電流ｉの出力を停止させることができる。

また、電流指令値ｉ^*と高調波電流ｉ_h1とを一致させるような状態推定器として係数制御部１３０ｂを構成することによって、接続点電圧ｖに含まれている高調波成分のみが抑制され、これにより小さな補償電流ｉで接続点電圧ｖの波形が改善される。

また、電流指令値ｉ^*および高調波電流ｉ_h1のそれぞれについて高調波電圧ｖ_hとの積を求め、これらを一致させるような状態推定器として係数制御部１３０ａを構成することによって、接続点電圧ｖに含まれている高調波成分、およびそれに対応した高調波電流のみを抑制することができる。

また、係数制御部１３０ｃ（図１９）は、不感帯１３５を含んで構成されている。よって、加算部１３３の出力値（ｐ_h1−ｐ_h2）が０とならないことに起因して、伝達関数１１０としてのゲインＫの値が増大し、補償電流ｉの値が過大となるのを防止することができる。従って、電圧ｖに含まれる高調波歪みを確実に抑制することができる。

また、共振抑制装置１ｂ（図７）のゲインＫは、固定値となっている。そして、この固定値は、例えば風力発電機３の運転台数に応じて定められる。よって、ゲインＫの値が風力発電機３の運転台数に応じて適切に定められるために、共振を確実に抑制することが可能となる。

また、係数制御部５ａ（図２０）は、電流指令値ｉ₁₁ ^*及び電圧指令値ｖ₁₁ ^*が電流リミッタ４１及び電圧リミッタ４２の所定範囲内となるように、ゲインＫの値を補正（制御）している。このために、例えば電流リミッタ４１及び電圧リミッタ４２によって各指令値が制限されることに起因して補償電流ｉが歪むのを防止することができる。従って、補償電流ｉ自身が高調波を発生させる原因となるのを防止して、共振を確実に抑制することが可能となる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

上記実施形態では、風力発電機３の高調波フィルタ３１が電力系統５に接続されることによって発生する共振を抑制しているが、これに限定されるものではない。上記実施形態の共振抑制装置は、高調波フィルタやリアクトルなど共振の発生原因となりうるキャパシタンスおよびインダクタンスを含む他の電力設備にも適用することができる。例えば、他の電力設備とは、部品でいうとコンデンサやフィルタやケーブル等であり、システムでいうと太陽光発電、地熱発電、波力発電などの他の発電施設のことである。

また、第２実施形態において、例えば伝達関数１１０（図７）がハイパスフィルタ１００の前段に設けられていることとしてもよい。

また、第４実施形態において、例えば伝達関数２１１、２１２（図１２）が夫々ｄｑ変換部２０１とハイパスフィルタ２０２、２０３の間に設けられることとしてもよい。この場合、ｄｑ変換部２０１の出力としてのｄ軸電圧ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑ夫々と伝達関数２１１、２１２との乗算が行われる。また、例えば伝達関数２１１、２１２と同様な構成であると共に各相に対応するが伝達関数がｄｑ変換部２０１の前段に設けられることとしてもよい。この場合、各相の接続点電圧ｖａ，ｖｂ，ｖｃ夫々と各相の伝達関数との乗算が行われる。また、例えば伝達関数２１１、２１２と同様な構成であると共に各相に対応するが伝達関数がｄｑ逆変換部２０３の後段に設けられることとしてもよい。この場合、ｄｑ逆変換部２１３からの各相の夫々に対応する出力値夫々と各相の伝達関数との乗算が行われる。

また、第６実施形態において、例えば伝達関数４１０ａ（図２０）がハイパスフィルタ４００の前段に設けられることとしてもよい。この場合、伝達関数４１０ａが乗算された接続点電圧ｖがハイパスフィルタ４００に入力され、ハイパスフィルタ４００の出力値が電流指令値ｉ₁₁ ^*となる。

また、ハイパスフィルタ１００、１２０、２０２、２０３、２２２、２２３、４００（「各ハイパスフィルタ」とも称する）の代わりに、例えばバンドエリミネーションフィルタが用いられることとしてもよい。この場合、例えば、入力される信号に含まれる信号のうち、基本波成分を除き、高調波成分及び低調波成分を抽出して出力することができる。そして、バンドエリミネーションフィルタの出力に基づいて、接続点電圧ｖにおける高調波成分又は低調波成分を除去するための補償電流を出力し、共振を抑制することが可能となる。また、各ハイパスフィルタの代わりに、例えばバンドパスフィルタが用いられることとしてもよい。この場合、通過帯域を調整することより、入力される信号に含まれる信号のうち、基本波成分を除き、高調波成分または低調波成分を抽出して出力することができる。そして、バンドパスフィルタの出力に基づいて、接続点電圧ｖにおける高調波成分又は低調波成分を除去するための補償電流を出力し、共振を抑制することが可能となる。尚、低調波（sub-harmonics）とは、所定の周波数成分を有する波動における基本波の周波数よりも低い周波数を有する波を示している。

また、例えば、不感帯１３５（図１９）が係数制御部１３０ｂ（図４）の加算部１３３とＰＩ制御部１３４との間に設けられることとしてもよい。

また、第７実施形態において、第１補正部５２ａ（図２４）、第２補正部５２ｂの一方のみが設けられていることとしてもよい。

また、第４及び第６実施形態を組み合わせて、共振抑制装置２（図１１）に対して電流指令値生成部４０ａが適用されることとしてもよい。また、第４及び第７実施形態を組み合わせて、共振抑制装置２に対して電流リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ａ、電圧リミッタ用ゲイン補正係数算出部５１ｂ、第１補正部５２ａ、第２補正部５２ｂが適用されることとしてもよい。

１ａ〜１ｄ、２、４ａ、４ｂ、４ｃ共振抑制装置
３風力発電機
５電力系統
７電力変換装置
１０ａ〜１０ｄ、２０、４０ａ電流指令値生成部
１５、２５ａ〜２５ｃ、４５加算部
１６、２６ａ〜２６ｃ、４６電流制御部
１７、２７、４７並列インバータ
１８、２８、４８直流電源
３１高調波フィルタ
１００、１２０、４００ハイパスフィルタ
１０１、１０１ｄ、１２１移動平均演算部
１０２、１２２、１０２ｄ加算部
１１０、１１０ｄ伝達関数
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｄ係数制御部
１３１、１３２、１３１ｄ、１３２ｄ乗算部
１３３、１３３ｄ加算部
１３４、１３４ｄＰＩ制御部
２０１、２２１ｄｑ変換部
２０２、２０３、２２２、２２３ハイパスフィルタ
２１１、２１２伝達関数
２１３ｄｑ逆変換部
２３０、２４０係数制御部
２３１、２３２、２４１、２４２乗算部
２３３、２４３加算部
２３４、２４４ＰＩ制御部

Claims

電力設備が電力系統に接続されることによって発生する共振を、前記電力系統に接続された電力変換装置から該電力系統に補償電流を供給させることによって抑制する共振抑制装置であって、
前記電力系統の電圧に基づく値と乗算する伝達関数と、
入力された値に含まれる各周波数成分のうち、基本波成分を除いた周波数成分を抽出して出力するフィルタと、
前記電力変換装置の出力能力に応じて前記補償電流の値が所定範囲内となるように、前記伝達関数の係数を制御する係数制御部と、を備え、
前記電力系統の電圧に前記伝達関数を乗算した値を前記フィルタに入力して得た出力値、または前記電力系統の電圧を前記フィルタに入力して得た出力値に前記伝達関数を乗算した値を、前記電力変換装置に対する電流指令値として生成する電流指令値生成部を有し、
前記電流指令値生成部は、前記電力変換装置に対して前記電流指令値を出力し、前記補償電流を前記電力系統に供給させることを特徴とする共振抑制装置。
請求項１に記載の共振抑制装置であって、
前記電力変換装置への電圧指令値を前記電流指令値から生成する電流制御部を更に含み、
前記係数制御部は、前記電圧指令値に基づく前記補償電流の値が前記所定範囲内となるように前記係数を制御することを特徴とする共振抑制装置。
請求項１または請求項２の何れか一項に記載の共振抑制装置において、
前記係数制御部は、前記補償電流の値が前記所定範囲となる電流指令値範囲に対する前記電流指令値の逸脱量である電流指令値逸脱量と、前記補償電流の値が前記所定範囲となる電圧指令値範囲に対する前記電圧指令値の逸脱量である電圧指令値逸脱量を算出し、前記電流指令値逸脱量と前記電圧指令値逸脱量に基づいて、前記伝達関数の係数を制御することを特徴とする共振抑制装置。
請求項３に記載の共振抑制装置において、
前記係数制御部は、前記電流指令値逸脱量と前記電圧指令値逸脱量の和から前記伝達関数を制御することを特徴とする共振抑制装置。
請求項３に記載の共振抑制装置において、
前記係数制御部は、前記電流指令値逸脱量により電流リミッタ用ゲイン補正係数を算出し、前記電圧指令値逸脱量から電圧リミッタ用ゲイン補正係数を算出し、前記電流リミッタ用ゲイン補正係数および前記電圧リミッタ用ゲイン補正係数を乗算した値を用いて前記伝達関数の係数を制御することを特徴とする共振抑制装置。
請求項１に記載の共振抑制装置であって、
前記電力系統に前記電力設備と並列に接続され、前記電力変換装置として機能するインバータを備えることを特徴とする共振抑制装置。