JP6541928B1 - 制御装置、およびアクティブフィルタ装置 - Google Patents

Abstract

電力系統に設けられた交流電源（２）に対して設置点（４ａ）において負荷（４ｂ）と並列に接続されたアクティブフィルタ（８０）の制御装置（１００）は、設置点（４ａ）の電圧に含まれるｍ次高調波電圧（ｍは２以上の整数）を検出する高調波電圧検出部（７）と、設置点（４ａ）から交流電源（２）側を見たｍ次高調波のインピーダンスが容量性か誘導性かに応じて検出されたｍ次高調波電圧の位相を補正する位相補正部（９）と、補正後のｍ次高調波電圧に基づいて、設置点（４ａ）の電圧に含まれるｍ次高調波電圧を補償するための第１補償指令値を生成する指令値生成部（１０）と、第１補償指令値に基づいて、アクティブフィルタ（８０）の出力を制御する出力制御部（１８）とを含む。

Description

本開示は、電力用アクティブフィルタに係る技術に関する。

電力系統には高圧需要家の負荷等の多数の電力機器が接続されているため、これらの電力機器から発生する高調波電流により系統電圧に高調波電圧歪が生じる。高調波電圧が大きくなると同系統に接続された進相コンデンサ、回転機等が損傷するため、高調波電圧は許容値以下に抑える必要がある。

従来、高調波電圧を抑制するためのアクティブフィルタ装置が知られている。アクティブフィルタ装置は、インバータ回路と、直流電力を蓄えるコンデンサと、インバータ回路を制御するための制御回路とを備えており、配電線の高調波を打ち消すための高調波を生成して配電線に出力する。

例えば、特開２００２−３２０３２９号公報（特許文献１）は、配電線路の所望のノードに設置された配電系アクティブフィルタ装置を開示している。この装置は、設置点電圧をサンプリング周期で検出し、高調波電圧を検出し、当該高調波電圧に適応するゲインを自動調節して増幅することにより、補償電流指令値をサンプリング周期毎に当該ノードに与える。

特開２００２−３２０３２９号公報

アクティブフィルタ装置は、電力系統に設けられた負荷により生じる高調波を補償対象とするため、系統電圧に含まれる高調波電圧を検出して出力を制御する必要がある。しかし、電力系統のインピーダンスは一定ではなく、系統条件の変更に伴って系統インピーダンスが誘導性から容量性に変化したり、誘導性から容量性に変化したりする。そのため、例えば、インピーダンスが誘導性を示す場合には高調波を抑制できるものの、インピーダンスが容量性を示す場合には高調波が拡大してしまい制御が困難になるといった課題があった。

特許文献１に係る技術では、配電系統の高調波拡大現象を抑制し、高調波を除去することを検討しているが、上記課題を解決するための技術を何ら開示ないし教示していない。

本開示のある局面における目的は、電力系統のインピーダンス特性に関わらず、高調波を適切に低減することが可能なアクティブフィルタの制御装置、およびアクティブフィルタ装置を提供することである。

ある実施の形態に従うと、電力系統に設けられた交流電源に対して設置点において負荷と並列に接続されたアクティブフィルタの制御装置が提供される。制御装置は、設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧（ｍは２以上の整数）を検出する高調波電圧検出部と、設置点から交流電源側を見たｍ次高調波のインピーダンスが容量性か誘導性かに応じて検出されたｍ次高調波電圧の位相を補正する位相補正部と、補正後のｍ次高調波電圧に基づいて、設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧を補償するための第１補償指令値を生成する指令値生成部と、第１補償指令値に基づいて、アクティブフィルタの出力を制御する出力制御部とを含む。

他の実施の形態に従うアクティブフィルタ装置は、電力系統に設けられた交流電源に対して設置点において負荷と並列に接続されたアクティブフィルタと、アクティブフィルタの制御装置とを備える。制御装置は、設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧（ｍは２以上の整数）を検出する高調波電圧検出部と、設置点から交流電源側を見たｍ次高調波のインピーダンスが容量性か誘導性かに応じて検出されたｍ次高調波電圧の位相を補正する位相補正部と、補正後のｍ次高調波電圧に基づいて、設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧を補償するための第１補償指令値を生成する指令値生成部と、第１補償指令値に基づいて、アクティブフィルタの出力を制御する出力制御部とを含む。

本開示によると、電力系統のインピーダンス特性に関わらず、高調波を適切に低減することが可能となる。

関連技術およびその課題を説明するための図である。 系統インピーダンスの特性を説明するための図である。 実施の形態１に従うアクティブフィルタ装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１に従う制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 実施の形態１に従う制御装置の機能構成を示す模式図である。 実施の形態１に従う位相補正方式を説明するために用いられる等価回路である。 実施の形態１に従う位相補正角と高調波低減率との関係を示す図である。 実施の形態２に従う制御装置の機能構成を示す模式図である。 実施の形態２に従う５次指令監視部および５次位相調整部の構成を示す模式図である。 実施の形態３に従う制御装置の機能構成を示す模式図である。 実施の形態３に従う５次インピーダンス演算部および５次位相調整部の構成を示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［関連技術およびその課題］
本実施の形態の理解のため、関連技術およびその課題について説明する。

図１は、関連技術およびその課題を説明するための図である。図１を参照して、電力系統は、３相交流の電圧源ＡＳ１、送電線インピーダンスＺ０、負荷ＲＬ、および進相コンデンサＳＣ１，ＳＣ２から構成される。アクティブフィルタ装置ＡＦは、設置点Ｍで電力系統に接続されている。具体的には、アクティブフィルタ装置ＡＦのインバータ回路は、連系リアクトルおよび変圧器を介して設置点Ｍに接続されている。

進相コンデンサＳＣ１は、電力系統に常時接続された固定の進相コンデンサである。進相コンデンサＳＣ２は、電力系統に投入、または電力系統から切り離し可能な進相コンデンサである。具体的には、進相コンデンサＳＣ２は、系統電圧の状態に応じて、開閉器の開閉動作によって電力系統に投入、または電力系統から遮断される。

アクティブフィルタ装置ＡＦの設置点Ｍから３相交流の電圧源ＡＳ１を見た系統インピーダンスをＺＳとすると、系統インピーダンスＺＳは進相コンデンサＳＣ２の投入または遮断に応じて、図２に示すような特性を有する。

図２は、系統インピーダンスの特性を説明するための図である。具体的には、図２（ａ）は、系統インピーダンスＺＳの絶対値と周波数との関係を示している。図２（ｂ）は、系統インピーダンスＺＳの位相と周波数との関係を示している。

図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、進相コンデンサＳＣ２が遮断されている場合、５次高調波の系統インピーダンスの絶対値および位相は、それぞれＺＡ５およびＰＡ５で表わされる。位相ＰＡ５の極性は正であるため、５次高調波の系統インピーダンスは誘導性となる。また、進相コンデンサＳＣ２が遮断されている場合、７次高調波の系統インピーダンスの絶対値および位相は、それぞれＺＡ７およびＰＡ７で表わされる。位相ＰＡ７の極性は負であるため、７次高調波の系統インピーダンスは容量性となる。

一方、進相コンデンサＳＣ２が投入されている場合、５次高調波の系統インピーダンスの絶対値および位相は、それぞれＺＢ５およびＰＢ５で表わされる。位相ＰＢ５の極性は負であるため、５次高調波の系統インピーダンスは容量性となる。また、進相コンデンサＳＣ２が投入されている場合、７次高調波のインピーダンスの絶対値および位相は、それぞれＺＢ７およびＰＢ７で表わされる。位相ＰＢ７の極性は正であるため、７次高調波の系統インピーダンスは誘導性となる。

上記のように、電力系統のインピーダンスは、進相コンデンサの投入または遮断等の系統条件に応じて、誘導性から容量性の方向へ、またはその逆方向へ変化する。また、ある次数（例えば、５次）の高調波のインピーダンスが容量性を示す場合であっても、他の次数（例えば、７次）の高調波のインピーダンスが誘導性を示す場合もある。したがって、関連技術に係るアクティブフィルタ装置では、インピーダンスの特性によっては適切に高調波を抑制できない場合がある。

このような関連技術における課題を鑑みて、以下に、本実施の形態に従うアクティブフィルタ装置の具体的な構成および動作について説明する。

実施の形態１．
＜全体構成＞
図３は、実施の形態１に従うアクティブフィルタ装置の概略構成を示す図である。図３に示す電力系統において、母線４は、高調波を発生させる負荷４ｂに、系統インピーダンス３を介した交流電源２からの電力を供給している。

電力系統とアクティブフィルタ装置１０００との接続点は、アクティブフィルタ装置１０００を設置する設置点４ａとして把握される。すなわち、母線４には、アクティブフィルタ装置１０００が設置点４ａにおいて接続されている。典型的には、交流電源２は、ａ相，ｂ相，ｃ相からなる３相の交流電源である。

アクティブフィルタ装置１０００は、電圧変成器５と、電流変成器６と、アクティブフィルタ８０と、制御装置１００とを含む。電圧変成器５は、設置点４ａの電圧Ｖｓを検出して当該電圧Ｖｓを制御装置１００に入力する。電圧Ｖｓは、３相の交流電圧（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）である。電流変成器６は、アクティブフィルタ８０から設置点４ａに対して出力される電流Ｉｓを検出して当該電流Ｉｓを制御装置１００に入力する。電流Ｉｓは、３相の交流電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）である。

アクティブフィルタ８０は、設置点電圧における高調波の抑制、およびその電圧の安定化を図るものである。アクティブフィルタ８０は、電力系統に設けられた交流電源２に対して設置点４ａにおいて負荷４ｂと並列に接続されている。具体的には、アクティブフィルタ８０は、自励式変換器８１と、連系リアクトル８２と、変圧器８３と、電流変成器８４とを含む。典型的には、電流変成器８４は、電流値を直流成分も合わせて検出することが可能な直流変流器である。

母線４側に接続された昇圧用の変圧器８３および連系リアクトル８２を介して自励式変換器８１が接続される。連系リアクトル８２の一端は変圧器８３の一次側に接続され、他端は自励式変換器８１に接続される。

自励式変換器８１は、自励式の電力変換器で構成されている。例えば、自励式変換器８１は、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）によって構成されている。ただし、自励式変換器８１の回路方式は、交流電力を２レベルの直流電力に変換する２レベル変換器で構成されていてもよいし、交流電力を３レベルの直流電力に変換する３レベル変換器で構成されていてもよい。

自励式変換器８１は、直列接続されたスイッチング素子と、直流コンデンサとを有している。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）等である。コンデンサの両端の直流電圧Ｖｄｃ、および電流変成器８４によって検出される自励式変換器８１の出力電流Ｉｏは、制御装置１００に供給される。また、制御装置１００から供給される各相（例えば、ａ相、ｂ相、ｃ相）のゲートパルス信号Ｇが、対応するスイッチング素子に供給される。ゲートパルス信号ＧはＰＷＭ変調されている。

自励式変換器８１により、電力系統の高調波成分の極性と逆方向の極性を有する高調波補償電圧が生成され、この高調波補償電圧が設置点４ａに出力されて電力系統の高調波成分を打ち消すことにより高調波が抑制される。また、自励式変換器８１により設置点４ａの電圧変動を抑制するように作用する基本波無効電力が生成されて、電力系統の電圧の安定化が図られる機能も有する。

＜制御装置の構成＞
（ハードウェア構成）
図４は、実施の形態１に従う制御装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。図４を参照して、制御装置１００は、補助変成器５１と、信号変換部５２と、演算処理部７０とを含む。制御装置１００は、ディジタル型の保護制御装置として構成されている。

補助変成器５１は、電圧変成器５からの入力電圧、および電流変成器６，８４からの入力電流を取り込み、内部回路での信号処理に適した電圧信号に変換して出力する。信号変換部５２は、補助変成器５１から出力されるアナログ信号（すなわち、電圧信号）を取り込んでディジタル信号に変換する。具体的には、信号変換部５２は、アナログフィルタと、サンプルホールド回路と、マルチプレクサと、ＡＤ変換器とを含む。

アナログフィルタは、補助変成器５１から出力される電圧信号から高周波のノイズ成分を除去する。サンプルホールド回路は、アナログフィルタから出力される信号を予め定められたサンプリング周期でサンプリングする。マルチプレクサは、演算処理部７０から入力されるタイミング信号に基づいて、サンプルホールド回路から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡＤ変換器に入力する。ＡＤ変換器は、マルチプレクサから入力される波形信号をアナログデータからディジタルデータに変換する。ＡＤ変換器は、ディジタル変換した信号（すなわち、ディジタルデータ）を演算処理部７０へ出力する。

演算処理部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７２と、ＲＯＭ７３と、ＲＡＭ７４と、ＤＩ（digital input）回路７５と、ＤＯ（digital output）回路７６と、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７７とを含む。これらは、バス７１で結合されている。

ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７３に予め格納されたプログラムを読み出して実行することによって、制御装置１００の動作を制御する。なお、ＲＯＭ７３には、ＣＰＵ７２によって用いられる各種情報が格納されている。ＣＰＵ７２は、たとえば、マイクロプロセッサである。なお、当該ハードウェアは、ＣＰＵ以外のＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびその他の演算機能を有する回路などであってもよい。

ＣＰＵ７２は、バス７１を介して、信号変換部５２からディジタルデータを取り込む。ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７３に格納されているプログラムに従って、取り込んだディジタルデータを用いて制御演算を実行する。

ＣＰＵ７２は、制御演算結果に基づいて、ＤＯ回路７６を介して、外部に制御指令を出力する。また、ＣＰＵ７２は、ＤＩ回路７５を介して、その制御指令に対する応答を受け取る。入力インターフェイス７７は、典型的には、各種ボタン等であり、系統運用者からの各種設定操作を受け付ける。

（機能構成）
図５は、実施の形態１に従う制御装置１００の機能構成を示す模式図である。図５を参照して、制御装置１００は、高調波補償部１７と、出力制御部１８とを含む。典型的には、これらの各機能は、演算処理部７０のＣＰＵ７２がＲＯＭ７３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部は専用の回路を用いることによって実現されるように構成されていてもよい。

高調波補償部１７は、補償対象次数の高調波を補償するための補償指令値を生成する。本実施の形態では、補償対象次数の高調波は、５次高調波および７次高調波であるとして説明する。高調波補償部１７は、高調波電圧検出部７と、高調波制御部８と、位相補正部９と、指令生成部１０と、３相合成部１１とを含む。

高調波電圧検出部７は、電圧変成器５により検出された電圧Ｖｓから補償対象次数の高調波電圧成分のみを選択的に検出する。具体的には、高調波電圧検出部７は、電圧Ｖｓに含まれる５次高調波電圧を検出する５次高調波電圧検出部７ａと、電圧Ｖｓに含まれる７次高調波電圧を検出する７次高調波電圧検出部７ｂとを含む。

５次高調波電圧検出部７ａは、５次高調波周波数に同期した回転軸座標上において、３相の５次高調波電圧成分をｄ軸電圧値、およびｑ軸電圧値として検出する。具体的には、５次高調波電圧検出部７ａは、以下の式（１）および（２）を用いて、３相交流電圧（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）から５次高調波電圧（Ｖ５ｄ１，Ｖ５ｑ１）を検出する。以下の説明では、５次高調波電圧（Ｖ５ｄ１，Ｖ５ｑ１）を「５次高調波電圧検出値」とも称する。

５次高調波電圧検出部７ａは、まず、式（１）に示す変換式を用いて、３相交流電圧をαβ成分（Ｖα，Ｖβ）に変換する。

次に、５次高調波電圧検出部７ａは、式（２）に示す変換式を用いて、αβ成分（Ｖα，Ｖβ）を５次高調波のｄｑ成分（Ｖ５ｄ１，Ｖ５ｑ１）に変換する。

ここで、ωは電源電圧の基本角周波数である。なお、５次高調波電圧は３相の位相順序が逆相になるため−Ｖβとする。

７次高調波電圧検出部７ｂは、７次高調波周波数に同期した回転軸座標上において、３相の７次高調波電圧成分をｄ−ｑ軸成分として検出する。具体的には、７次高調波電圧検出部７ｂは、上述した式（１）と、以下の式（３）とを用いて、３相交流電圧（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）から７次高調波電圧（Ｖ７ｄ１，Ｖ７ｑ１）を検出する。以下の説明では、７次高調波電圧（Ｖ７ｄ１，Ｖ７ｑ１）を「７次高調波電圧検出値」とも称する。

ここで、ωは電源電圧の基本角周波数である。なお、７次高調波電圧は３相の位相順序が正相になるためＶβとする。

高調波制御部８は、高調波電圧検出部７により検出された高調波電圧成分を予め定められたゲインで増幅する。具体的には、高調波制御部８は、検出された５次高調波電圧をゲイン定数Ｋ５で増幅する５次高調波制御部８ａと、検出された７次高調波電圧をゲイン定数Ｋ７で増幅する７次高調波制御部８ｂとを含む。

具体的には、５次高調波制御部８ａは、以下の式（４）を用いて、５次高調波電圧検出値（Ｖ５ｄ１，Ｖ５ｑ１）をゲイン定数（すなわち、Ｋ５）倍した５次高調波電圧（Ｖ５ｄ２，Ｖ５ｑ２）を５次ｄ−ｑ軸成分のベクトル成分として出力する。以下の説明では、５次高調波電圧（Ｖ５ｄ２，Ｖ５ｑ２）を「５次高調波電圧信号」とも称する。７次高調波制御部８ｂは、以下の式（５）を用いて、７次高調波電圧検出値（Ｖ７ｄ１，Ｖ７ｑ１）をゲイン定数（すなわち、Ｋ７）倍した７次高調波電圧（Ｖ７ｄ２，Ｖ７ｑ２）を７次ｄ−ｑ軸成分のベクトル成分として出力する。以下の説明では、７次高調波電圧（Ｖ７ｄ２，Ｖ７ｑ２）を「７次高調波電圧信号」とも称する。なお、ゲイン定数Ｋ５，Ｋ７は、系統運用者によって任意に定められる。

位相補正部９は、設置点４ａから交流電源２側を見た系統インピーダンスの特性に応じて（すなわち、系統インピーダンスが容量性か誘導性かに応じて）、高調波電圧信号のｄ-ｑ軸ベクトル成分の位相を補正する。簡単のため、以下の説明では、単に「高調波電圧信号の位相を補正する」と表現する。具体的には、位相補正部９は、５次位相補正部９ａと、７次位相補正部９ｂとを含む。

５次位相補正部９ａは、以下の式（６）を用いて、５次高調波の系統インピーダンスが容量性か誘導性かに応じて、５次高調波電圧信号（Ｖ５ｄ２，Ｖ５ｑ２）の位相を角度θ５だけ補正した５次高調波電圧（Ｖ５ｄ３，Ｖ５ｑ３）を出力する。以下の説明では、５次高調波電圧（Ｖ５ｄ３，Ｖ５ｑ３）を「５次高調波補正後信号」とも称し、角度θ５を「位相補正角θ５」とも称する。７次位相補正部９ｂは、以下の式（７）を用いて、７次高調波の系統インピーダンスが容量性か誘導性かに応じて、７次高調波電圧信号（Ｖ７ｄ２，Ｖ７ｑ２）の位相を角度θ７だけ補正した７次高調波電圧（Ｖ７ｄ３，Ｖ７ｑ３）を出力する。以下の説明では、以下の説明では、７次高調波電圧（Ｖ７ｄ３，Ｖ７ｑ３）を「７次高調波補正後信号」とも称し、角度θ７を「位相補正角θ７」とも称する。なお、位相補正部９の位相補正方式の詳細については後述する。

指令生成部１０は、位相補正された高調波補正後信号に基づいて、電圧Ｖｓに含まれる高調波電圧を補償するための補償指令値を生成する。具体的には、指令生成部１０は、５次指令生成部１０ａと、７次指令生成部１０ｂとを含む。

５次指令生成部１０ａは、以下の式（８）を用いて、位相補正された５次高調波補正後信号（Ｖ５ｄ３，Ｖ５ｑ３）に基づいて、電圧Ｖｓに含まれる５次高調波電圧を補償するための補償指令値Ｖ５ｒｅｆを生成する。ここで、式（８）では５次高調波電圧の３相の相順が逆相であることを考慮した式となっている。ａ相，ｂ相，ｃ相の５次高調波電圧の補償指令値を、それぞれＶ５Ａｒｅｆ，Ｖ５Ｂｒｅｆ，Ｖ５Ｃｒｅｆとすると、Ｖ５ｒｅｆ＝（Ｖ５Ａｒｅｆ，Ｖ５Ｂｒｅｆ，Ｖ５Ｃｒｅｆ）である。

このように、ｄ−ｑ軸成分で表された５次高調波補正後信号（Ｖ５ｄ３，Ｖ５ｑ３）は、２相／３相変換により３相の制御指令信号に変換される。

７次指令生成部１０ｂは、以下の式（９）を用いて、位相補正された７次高調波補正後信号（Ｖ７ｄ３，Ｖ７ｑ３）に基づいて、電圧Ｖｓに含まれる７次高調波電圧を補償するための補償指令値Ｖ７ｒｅｆを生成する。ａ相，ｂ相，ｃ相の７次高調波電圧の補償指令値を、それぞれＶ７Ａｒｅｆ，Ｖ７Ｂｒｅｆ，Ｖ７Ｃｒｅｆとすると、Ｖ７ｒｅｆ＝（Ｖ７Ａｒｅｆ，Ｖ７Ｂｒｅｆ，Ｖ７Ｃｒｅｆ）である。

このように、ｄ−ｑ軸成分で表された７次高調波補正後信号（Ｖ７ｄ３，Ｖ７ｑ３）は、３相の制御指令信号に逆変換される。ここで、式（９）は７次高調波電圧の３相の相順が正相であることを考慮した式となっている。

３相合成部１１は、３相制御指令信号である補償指令値Ｖ５ｒｅｆおよび補償指令値Ｖ７ｒｅｆを合成する。具体的には、３相合成部１１は、補償指令値Ｖ５ｒｅｆおよび補償指令値Ｖ７ｒｅｆを加算した高調波補償指令値ＶＨｒｅｆを出力制御部１８に出力する。

出力制御部１８は、３相合成部１１から供給される高調波抑制のための高調波補償指令値ＶＨｒｅｆに基づいて、アクティブフィルタ８０の出力を制御する。なお、出力制御部１８は、電圧変動を抑制するための無効電流補償指令値を生成して、電力系統の電圧の安定化を図る機能も有している。具体的には、出力制御部１８は、直流電圧制御部１８ａと、交流電圧制御部１８ｂと、出力電流制御部１８ｃと、ＰＷＭ制御部１８ｄとを含む。

直流電圧制御部１８ａは、自励式変換器８１のコンデンサの直流電圧Ｖｄｃの入力を受け付けて、直流電圧Ｖｄｃが一定値を維持するように自励式変換器８１の基本波出力電圧の位相を調整する。具体的には、直流電圧制御部１８ａは、直流電圧Ｖｄｃが一定値を維持するように、自励式変換器８１から出力される有効電流を制御するための有効電流基準値Ｖｑｒｅｆを算出する。直流電圧制御部１８ａは、自励式変換器８１から出力される基本波電圧のうち有効電流に関わる成分を制御する。

交流電圧制御部１８ｂは、電圧Ｖｓの入力を受け付けて、電圧Ｖｓに含まれる基本波電圧を一定値に維持するように自励式変換器８１の基本波出力電圧の大きさを調整する。具体的には、交流電圧制御部１８ｂは、電圧Ｖｓに含まれる基本波電圧を一定値に維持するように無効電流基準値Ｖｄｒｅｆを算出する。交流電圧制御部１８ｂは、自励式変換器８１から出力される基本波電圧のうち無効電流に関わる成分を制御する。

出力電流制御部１８ｃは、有効電流基準値Ｖｑｒｅｆに対応する有効電流指令値Ｉｑｒｅｆと、無効電流基準値Ｖｄｒｅｆに対応する無効電流指令値Ｉｄｒｅｆとを算出する。出力電流制御部１８ｃは、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆおよび無効電流指令値Ｉｄｒｅｆと、自励式変換器８１から出力される出力電流Ｉｏとの偏差に応じた基本波補償指令値ＶＢｒｅｆを生成する。この基本波補償指令値ＶＢｒｅｆは、設置点４ａの電圧変動を抑制するための基本波無効電流補償指令値、および、自励式変換器８１のコンデンサ電圧を一定に維持するための基本波有効電流補償指令値の両方を合成した基本波補償指令値として作用する。

出力電流制御部１８ｃは、高調波補償指令値ＶＨｒｅｆと、基本波補償指令値ＶＢｒｅｆとを加算した補償指令値Ｖｒｅｆを生成して、ＰＷＭ制御部１８ｄに出力する。

ＰＷＭ制御部１８ｄは、ＰＷＭ制御に従って、自励式変換器８１が補償指令値Ｖｒｅｆに相当する３相交流電圧を出力するためのゲートパルス信号Ｇを生成する。ＰＷＭ制御部１８ｄは、生成したゲートパルス信号Ｇを自励式変換器８１へ出力する。

＜位相の補正方式＞
ここでは、本実施の形態に従う位相補正部９による位相補正方式について説明する。

図６は、実施の形態１に従う位相補正方式を説明するために用いられる等価回路である。ここでは、例えば、５次高調波の抑制のための位相補正方式を説明する。図６を参照して、５次高調波のインピーダンスＺＳ５（＝ＲＳ５＋ｊＸＳ５）を有した電力系統に、アクティブフィルタ８０が接続され、制御装置１００がこのアクティブフィルタ８０を制御している。また、５次高調波の電圧源ＡＳ５が基本波の電圧源ＡＳ１に直列接続されている。なお、ＲＳ５およびＸＳ５は、それぞれ５次高調波の抵抗およびリアクタンスを示す。

図６に示すような等価回路において、ゲイン定数Ｋ５を一定とした状態で、位相補正角θ５を変化させたときの高調波低減率ＤＨ５について図７を用いて説明する。

図７は、実施の形態１に従う位相補正角と高調波低減率との関係を示す図である。図７を参照して、横軸は５次高調波のリアクタンスＸＳ５を示しており、縦軸は高調波低減率ＤＨ５を示している。高調波低減率ＤＨ５は、電圧源ＡＳ５の５次高調波電圧に対する、電力系統の５次高調波電圧の比率により定義される。

図７には、５次高調波のリアクタンスＸＳ５に対する高調波低減率ＤＨ５の変化を、位相補正角θ５をパラメータとして示されている。リアクタンスＸＳ５が正の場合には、系統側の５次高調波インピーダンスが誘導性であることを示している。リアクタンスＸＳ５が負の場合には、系統側の５次高調波インピーダンスが容量性であることを示している。また、高調波低減率ＤＨ５＞１の場合には、高調波が増大していることを示し、高調波低減率ＤＨ５＜１の場合には、高調波が低減していることを示している。

図７に示すように、リアクタンスＸＳ５が正の場合には、位相補正角θ５が０°のときに高調波低減率ＤＨ５が最も小さくなり、高調波低減効果が大きいことがわかる。位相補正角θ５を０°から大きくするにつれて高調波低減率ＤＨ５が大きくなり、高調波低減効果が小さくなる。しかし、リアクタンスＸＳ５が正の場合には、位相補正角θ５を９０°まで大きくしても高調波低減率ＤＨ５＜１が満たされているため、一定の高調波低減効果が確保されていることがわかる。

一方、リアクタンスＸＳ５が負の場合には、位相補正角θ５が０°〜３０°のときに高調波低減率ＤＨ５が１よりも非常に大きくなり、高調波の増大を招くことがわかる。しかし、位相補正角θ５を６０°〜９０°に設定すると、高調波低減率ＤＨ５が１付近あるいは１よりも小さくなるため、一定の高調波低減効果が得られる。

このことから、５次位相補正部９ａは、５次高調波のインピーダンスＺＳ５が容量性である場合には、５次高調波電圧信号の位相を位相補正角θ５だけ進める。すなわち、５次位相補正部９ａは、５次高調波電圧信号の位相を、進み方向へ位相補正角θ５シフトさせる。典型的には、位相補正角θ５は６０°〜９０°に設定される。一方、５次位相補正部９ａは、５次高調波のインピーダンスＺＳ５が誘導性である場合には、５次高調波電圧信号の位相を補正しない。すなわち、位相補正角θ５は０°に設定される。

上記のように５次高調波電圧信号の位相が補正されることにより、インピーダンスＺＳ５が容量性であっても誘導性であっても、高調波低減効果を高めることができる。

７次高調波電圧信号の位相補正方式は、上述した５次高調波電圧信号の位相補正方式と同様である。具体的には、７次高調波のインピーダンスＺＳ７が容量性である場合には、７次位相補正部９ｂは、７次高調波電圧信号の位相を位相補正角θ７だけ進める。典型的には、位相補正角θ７は６０°〜９０°に設定される。また、７次高調波のインピーダンスＺＳ７が誘導性である場合には、７次位相補正部９ｂは、７次高調波電圧信号の位相を補正しない。すなわち、位相補正角θ７は０°に設定される。

なお、インピーダンスＺＳ５，ＺＳ７の各々が容量性か誘導性かについては、シミュレーション等を用いて系統運用者が予め確認しておき、確認結果に基づいて位相補正角θ５，θ７が設定されればよい。また、系統条件に応じてインピーダンス特性が変化する場合には、どの系統条件であればインピーダンスＺＳ５，ＺＳ７の各々が容量性または誘導性になるのかを系統運用者が予め確認しておき、確認結果に基づいて位相補正角θ５，θ７が設定されればよい。

＜利点＞
実施の形態１によると、高調波インピーダンス特性に応じた適切な位相補正により、高調波インピーダンスが誘導性および容量性のいずれを示す場合であっても、高調波を低減することができる。

また、５次高調波電圧信号および７次高調波電圧信号の各々の位相を独立して補正することができるため、５次高調波のインピーダンス特性と７次高調波のインピーダンス特性とが異なる場合であっても、５次高調波および７次高調波を低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、予め確認したインピーダンス特性に応じて、５次高調波電圧信号および７次高調波電圧信号の位相を補正する構成について説明した。実施の形態２では、補償指令値Ｖ５ｒｅｆ，Ｖ７ｒｅｆを監視することで５次高調波および７次高調波のインピーダンス特性を判定し、当該判定結果に基づいて５次高調波電圧信号および７次高調波電圧信号の位相を補正する構成について説明する。なお、実施の形態２における全体構成と、制御装置のハードウェア構成とは実施の形態１の当該構成と同様である。

＜機能構成＞
図８は、実施の形態２に従う制御装置１００Ａの機能構成を示す模式図である。図８を参照して、制御装置１００Ａは、高調波補償部１７Ａと、出力制御部１８とを含む。制御装置１００Ａは図３に示す制御装置１００に対応するが、他の実施の形態との区別のため、便宜上「Ａ」といった追加の符号を付している。これは、実施の形態３でも同様である。

高調波補償部１７Ａは、高調波補償部１７に監視部１２と、位相調整部１３とを追加した構成である。高調波補償部１７Ａのうち高調波補償部１７と同一の構成、および出力制御部１８についてはその詳細な説明は繰り返さない。

監視部１２は、５次指令生成部１０ａから出力される補償指令値Ｖ５ｒｅｆを監視する５次指令監視部１２ａと、７次指令生成部１０ｂから出力される補償指令値Ｖ７ｒｅｆを監視する７次指令監視部１２ｂとを含む。位相調整部１３は、５次指令監視部１２ａからの信号に従って位相補正角θ５を調整する５次位相調整部１３ａと、７次指令監視部１２ｂからの信号に従って位相補正角θ７を調整する７次位相調整部１３ｂとを含む。

ここで、図７に示すように、通常の系統条件で５次高調波インピーダンスが誘導性である場合、高調波低減効果を最大化するために、位相補正角θ５を０°に設定しておくことが望ましい。しかし、系統事故等で系統条件が一時的に変化して５次高調波インピーダンスが誘導性から容量性に変化したときに位相補正を行わない場合（すなわち、位相補正角θ５が０°のままである場合）、５次高調波制御が不安定となりアクティブフィルタ８０の出力が異常に増加する。

そのため、５次高調波のインピーダンスが誘導性から容量性に変化すると、補償指令値Ｖ５ｒｅｆが急激に増大する。したがって、５次指令監視部１２ａは、補償指令値Ｖ５ｒｅｆが急激に大きくなった場合に、５次高調波のインピーダンスが誘導性から容量性に変化したと判定する。

５次指令監視部１２ａは、補償指令値Ｖ５ｒｅｆに基づいて、５次高調波のインピーダンスが誘導性から容量性に変化したか否かを判定する。具体的には、５次指令監視部１２ａは、補償指令値Ｖ５ｒｅｆの実効値が閾値Ｖ５ｍよりも大きい場合に、５次高調波のインピーダンスが容量性であると判定する。この場合、５次指令監視部１２ａは、５次高調波電圧信号の位相を進めるための位相進み指令を５次位相調整部１３ａに出力する。５次位相調整部１３ａは、位相進み指令に従って位相補正角θ５を設定し、当該設定された位相補正角θ５を５次位相補正部９ａに出力する。

ここで、５次高調波制御の場合を代表例として、５次指令監視部１２ａおよび５次位相調整部１３ａのより詳細な構成および動作について説明する。

図９は、実施の形態２に従う５次指令監視部１２ａおよび５次位相調整部１３ａの構成を示す模式図である。図９を参照して、５次指令監視部１２ａは、実効値演算部２０ａ〜２０ｃと、最大値選択部２０ｄと、比較部２０ｅと、補正角指令部２０ｆとを含む。５次位相調整部１３ａは、スイッチ制御部２１ａと、選択スイッチ２１ｂとを含む。

実効値演算部２０ａは、補償指令値Ｖ５ｒｅｆのａ相成分である補償指令値Ｖ５Ａｒｅｆの実効値Ｖ５Ａｒｍｓを演算する。実効値演算部２０ｂは、ｂ相成分である補償指令値Ｖ５Ｂｒｅｆの実効値Ｖ５Ｂｒｍｓを演算する。実効値演算部２０ｃは、ｃ相成分である補償指令値Ｖ５Ｃｒｅｆの実効値Ｖ５Ｃｒｍｓを演算する。

最大値選択部２０ｄは、演算された３相の実効値Ｖ５Ａｒｍｓ，Ｖ５Ｂｒｍｓ，Ｖ５Ｃｒｍｓの中から、最大の実効値を最大値Ｖ５ｍａｘとして選択する。比較部２０ｅは、最大値Ｖ５ｍａｘと閾値Ｖ５ｍとを比較して、比較結果を示す信号ＣＭＰ５を出力する。例えば、Ｖ５ｍａｘ＞Ｖ５ｍである場合には信号ＣＭＰ５は値“１”を示し、Ｖ５ｍａｘ≦Ｖ５ｍである場合には信号ＣＭＰ５は値“０”を示す。

補正角指令部２０ｆは、信号ＣＭＰ５が“１”である期間においては、一定期間毎に位相補正角θ５を増加させる指令信号ＳＨ５をスイッチ制御部２１ａに出力する。なぜなら、信号ＣＭＰ５が“１”である場合には、５次高調波制御が不安定となっており５次高調波のインピーダンスは少なくとも容量性であると判断できるためである。

スイッチ制御部２１ａは、指令信号ＳＨ５の入力を受け付けると、選択スイッチ２１ｂを位相角が進む方向へ１段シフトすることにより、位相補正角θ５を基準角度（例えば、３０°）だけ進ませる。例えば、スイッチ制御部２１ａは、位相補正角θ５が０°の状態のときに指令信号ＳＨ５の入力を受け付けると、位相補正角θ５を３０°に設定するように選択スイッチ２１ｂを１段シフトさせる。

なお、位相補正角θ５を大きくすることにより５次高調波制御が安定して、比較部２０ｅから出力されるＣＭＰ５が値“０”になった場合、補正角指令部２０ｆは、指令信号ＳＨ５を出力しない。これにより、位相補正角θ５は現在の値を維持することになり、当該維持された位相補正角θ５に基づく５次高調波制御が行なわれる。

その後、系統運用者は５次高調波インピーダンスが誘導性に変化したことを確認後、手動でスイッチ制御部２１ａにリセット信号を与えてもよい。この場合、スイッチ制御部２１ａは、位相角を遅れ方向へ１段シフトすることにより、位相補正角θ５を基準角度だけ遅らせる。例えば、スイッチ制御部２１ａは、位相補正角θ５が９０°の状態のときにリセット信号の入力を受け付けると、位相補正角θ５を６０°に設定するように選択スイッチ２１ｂを１段シフトさせる。

なお、位相補正角θ５の初期状態は０°であるため、補正角指令部２０ｆは、スイッチ制御部２１ａに出力した指令信号ＳＨ５の回数をカウントすることにより、位相補正角θ５が０°〜９０°のいずれに設定されているのかを把握できる。例えば、当該回数が“０回”であれば位相補正角θ５は０°に設定されており、当該回数が“１回”であれば位相補正角θ５は３０°に設定されている。

そのため、補正角指令部２０ｆは、位相補正角θ５が０°の状態において、入力された信号ＣＭＰ５の値が“０”から“１”に変化したことを検出した場合には、５次高調波のインピーダンスが誘導性から容量性に変化したと判定できる。

他の局面において、比較部２０ｅは、閾値Ｖ５ｍよりも小さい閾値Ｖ５ｍｔと、最大値Ｖ５ｍａｘとをさらに比較して、その比較結果として信号ＣＭＰ５ｔを出力可能な構成であってもよい。この場合、比較部２０ｅは、Ｖ５ｍａｘ＞Ｖ５ｍｔである場合には信号ＣＭＰ５ｔは値“１”を示し、Ｖ５ｍａｘ≦Ｖ５ｍである場合（すなわち、最大値Ｖ５ｍａｘが非常に小さい）には信号ＣＭＰ５ｔは値“０”を示す。

信号ＣＭＰ５ｔが“１”である期間においては、補正角指令部２０ｆは、当該信号ＣＭＰ５ｔに基づく動作を行わない。一方、信号ＣＭＰ５ｔが“０”である期間においては、補正角指令部２０ｆは、一定期間毎に位相補正角θ５を小さくするようにリセット信号をスイッチ制御部２１ａへ出力する。なぜなら、信号ＣＭＰ５ｔが“０”である場合には、５次高調波制御が非常に安定しており、５次高調波インピーダンスが容量性から誘導性の方向へ変化していると判断できるためである。

この場合、スイッチ制御部２１ａは、位相補正角θ５を遅れ方向へ１段シフトすることにより、位相補正角θ５を基準角度だけ遅らせる。当該構成によると、系統運用者により５次高調波インピーダンスが誘導性に変化したことを確認しなくても、自動でスイッチ制御部２１ａにリセット信号を与えることができる。

再び、図８を参照して、５次位相補正部９ａは、位相補正角θ５に従って５次高調波電圧信号の位相を補正する。上記のように、５次指令監視部１２ａおよび５次位相調整部１３ａが動作することから、５次位相補正部９ａは次のように動作する。

具体的には、５次位相補正部９ａは、５次高調波のインピーダンスが容量性であると判定された場合には、５次高調波電圧信号の位相を基準角度だけ進める。５次位相補正部９ａは、５次高調波電圧信号の位相を基準角度進めた後、５次高調波のインピーダンスが容量性と判定された場合には、当該基準角度進められた５次高調波電圧信号の位相をさらに基準角度進める。

なお、５次位相補正部９ａは、５次高調波電圧信号の位相を基準角度進めた後、５次高調波のインピーダンスが誘導性になった場合には、基準角度進められた５次高調波電圧信号の位相を基準角度遅らせる。

７次指令監視部１２ｂおよび７次位相調整部１３ｂの機能は、それぞれ、上述した５次指令監視部１２ａおよび５次位相調整部１３ａの機能と同様である。

７次指令監視部１２ｂは、補償指令値Ｖ７ｒｅｆに基づいて、７次高調波のインピーダンスが誘導性から容量性に変化したか否かを判定する。具体的には、７次指令監視部１２ｂは、補償指令値Ｖ７ｒｅｆの実効値が閾値Ｖ７ｍよりも大きい場合に、７次高調波のインピーダンスが容量性であると判定する。この場合、７次指令監視部１２ｂは、７次高調波電圧信号の位相を進めるための位相進み指令を７次位相調整部１３ｂに出力する。

７次位相調整部１３ｂは、位相進み指令に従って位相補正角θ７を設定して、当該設定された位相補正角θ７を７次位相補正部９ｂに出力する。７次位相補正部９ｂは、位相補正角θ７に従って７次高調波電圧信号の位相を補正する。

＜利点＞
実施の形態２によると、高調波インピーダンス特性が誘導性から容量性に変化したことを検出し、当該変化に応じて位相を進み方向へ自動的に補正するため、高調波制御を安定化することができる。

また、リセット信号を与えることにより、位相を遅れ方向へ補正することもできるため、高調波制御が安定している範囲内で位相補正角を小さくすることができる。そのため、高い高調波抑制効果を維持しながら安定してアクティブフィルタを制御することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、予め確認したインピーダンス特性に応じて、５次高調波電圧信号および７次高調波電圧信号の位相を補正する構成について説明した。実施の形態３では、インピーダンスを実際に算出して、当該算出されたインピーダンスに基づいて、５次高調波電圧信号および７次高調波電圧信号の位相を補正する構成について説明する。なお、実施の形態３における全体構成と、制御装置のハードウェア構成とは実施の形態１の当該構成と同様である。

＜機能構成＞
図１０は、実施の形態３に従う制御装置１００Ｂの機能構成を示す模式図である。図１０を参照して、制御装置１００Ｂは、高調波補償部１７Ｂと、出力制御部１８とを含む。高調波補償部１７Ｂは、高調波補償部１７に、位相調整部１３と、高調波注入部１４と、高調波電流検出部１５と、インピーダンス演算部１６とを追加した構成である。高調波補償部１７Ｂのうち高調波補償部１７と同一の構成、および出力制御部１８についてはその詳細な説明は繰り返さない。

高調波注入部１４は、電力系統に高調波基準電流を発生させるための電圧指令値を指令生成部１０に注入する。具体的には、高調波注入部１４は、５次高調波注入部１４ａと、７次高調波注入部１４ｂとを含む。

５次高調波注入部１４ａは、５次高調波基準電流ΔＩＨ５を発生させるための基準指令値ΔＶＨ５を５次指令生成部１０ａに注入する。制御装置１００Ｂの５次指令生成部１０ａは、補償指令値Ｖ５ｒｅｆに電圧指令値ΔＶＨ５を加算した指令値を３相合成部１１に出力する。７次高調波注入部１４ｂは、７次高調波基準電流ΔＩＨ７を発生させるための基準指令値ΔＶＨ７を７次指令生成部１０ｂに注入する。制御装置１００Ｂの７次指令生成部１０ｂは、補償指令値Ｖ７ｒｅｆに基準指令値ΔＶＨ７を加算した指令値を３相合成部１１に出力する。

３相合成部１１は、基準指令値ΔＶＨ５および基準指令値ΔＶＨ７を合成した基準指令値ΔＶＨを生成し、高調波補償指令値ＶＨｒｅｆに基準指令値ΔＶＨを加算した電圧指令値を出力電流制御部１８ｃに出力する。

出力電流制御部１８ｃは、高調波補償指令値ＶＨｒｅｆと基本波補償指令値ＶＢｒｅｆとを加算した補償指令値Ｖｒｅｆに、基準指令値ΔＶＨをさらに加算した電圧指令値（Ｖｒｅｆ＋ΔＶＨ）を生成して、ＰＷＭ制御部１８ｄに出力する。ＰＷＭ制御部１８ｄは、ＰＷＭ制御に従って、電圧指令値（Ｖｒｅｆ＋ΔＶＨ）に相当する３相交流電圧を出力するためのゲートパルス信号Ｇを生成し、生成したゲートパルス信号Ｇを自励式変換器８１へ出力する。

これにより、アクティブフィルタ８０は、高調波抑制用の補償電流および電圧変動抑制用の補償電流に、高調波注入部１４から注入された５次高調波基準電流ΔＩＨ５および７次高調波基準電流ΔＩＨ７を追加した電流を設置点４ａに出力する。

高調波電流検出部１５は、電流変成器６により検出された電流Ｉｓ＝（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）から補償対象とする各次数の高調波電流成分を個別に検出する。具体的には、高調波電流検出部１５は、アクティブフィルタ８０が設置点４ａに対して出力する電流Ｉｓに含まれる５次高調波電流を検出する５次高調波電流検出部１５ａと、電流Ｉｓに含まれる７次高調波電流を検出する７次高調波電流検出部１５ｂとを含む。

５次高調波電流検出部１５ａは、５次高調波周波数に同期した回転軸座標上において、３相の５次高調波電流成分をｄ軸電流値、およびｑ軸電流値として検出する。すなわち、５次高調波電流検出部１５ａは、以下の式（１０）および（１１）を用いて、３相交流電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）から５次高調波電流（Ｉ５ｄ１，Ｉ５ｑ１）を検出する。以下の説明では、５次高調波電流（Ｉ５ｄ１，Ｉ５ｑ１）を「５次高調波電流検出値」とも称する。

５次高調波電流検出部１５ａは、まず、式（１０）に示す変換式を用いて、３相交流電流をαβ成分（Ｉα，Ｉβ）に変換する。

次に、５次高調波電流検出部１５ａは、式（１１）に示す変換式を用いて、αβ成分（Ｉα，Ｉβ）を５次高調波電流のｄｑ成分（Ｉ５ｄ１，Ｉ５ｑ１）に変換する。

７次高調波電流検出部１５ｂは、７次高調波周波数に同期した回転軸座標上において、３相の７次高調波電流成分をｄ−ｑ軸成分として検出する。具体的には、７次高調波電流検出部１５ｂは、上述した式（１０）と、以下の式（１２）とを用いて、３相交流電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）から７次高調波電流（Ｉ７ｄ１，Ｉ７ｑ１）を検出する。以下の説明では、７次高調波電流（Ｉ７ｄ１，Ｉ７ｑ１）を「７次高調波電流検出値」とも称する。

インピーダンス演算部１６は、検出された高調波電圧および高調波電流に基づいて高調波インピーダンスを演算する。具体的には、インピーダンス演算部１６は、５次インピーダンス演算部１６ａと、７次インピーダンス演算部１６ｂとを含む。

５次インピーダンス演算部１６ａは、５次高調波電圧検出値（Ｖ５ｄ１，Ｖ５ｑ１）と、５次高調波電流検出値（Ｉ５ｄ１，Ｉ５ｑ１）とに基づいて、５次高調波のインピーダンスＺＳ５を演算する。５次インピーダンス演算部１６ａは、インピーダンスＺＳ５の位相の極性に基づいてインピーダンスＺＳ５が容量性か誘導性かを判定する。

７次インピーダンス演算部１６ｂは、７次高調波電圧検出値（Ｖ７ｄ１，Ｖ７ｑ１）と、７次高調波電流検出値（Ｉ７ｄ１，Ｉ７ｑ１）とに基づいて、７次高調波のインピーダンスＺＳ７を演算する。７次インピーダンス演算部１６ｂは、インピーダンスＺＳ７の位相の極性に基づいてインピーダンスＺＳ７が容量性か誘導性かを判定する。

ここで、５次高調波制御の場合を代表例として、５次インピーダンス演算部１６ａおよび５次位相調整部１３ａのより具体的な構成および動作について説明する。

図１１は、実施の形態３に従う５次インピーダンス演算部１６ａおよび５次位相調整部１３ａの構成を示す模式図である。図１１を参照して、５次インピーダンス演算部１６ａは、電圧変化検出部３１ａ，３１ｂと、電流変化検出部３１ｃ，３１ｄと、位相変化検出部３２ａ，３２ｂと、減算器３３と、補正角指令部３４とを含む。５次位相調整部１３ａは、スイッチ制御部２１ａと、選択スイッチ２１ｂとを含む。

電圧変化検出部３１ａは、入力された５次高調波電圧のｄ軸電圧Ｖ５ｄ１の変化量ΔＶ５ｄを検出する。電圧変化検出部３１ｂは、入力された５次高調波電圧のｑ軸電圧Ｖ５ｑ１の変化量ΔＶ５ｑを検出する。電圧変化検出部３１ａ，３１ｂは、ハイパスフィルタ等により構成されている。この電圧変化量ΔＶ５ｄ，ΔＶ５ｑは、５次高調波注入部１４ａにより基準指令値ΔＶＨ５が注入されることにより生じた電圧変化量である。

電流変化検出部３１ｃは、入力された５次高調波電流のｄ軸電流Ｉ５ｄ１の変化量ΔＩ５ｄを検出する。電流変化検出部３１ｄは、入力された５次高調波電流のｑ軸電流Ｉ５ｑ１の変化量ΔＩ５ｑを検出する。電流変化検出部３１ｃ，３１ｄは、ハイパスフィルタ等により構成されている。この電流変化量ΔＩ５ｄ，ΔＩ５ｑは、５次高調波注入部１４ａにより基準指令値ΔＶＨ５が注入されることにより生じた電流変化量である。すなわち、電流変化量ΔＩ５ｄおよびΔＩ５ｑは、それぞれ５次高調波基準電流ΔＩＨ５のｄ軸成分およびｑ軸成分に対応する。

位相変化検出部３２ａは、電圧変化量ΔＶ５ｄ，ΔＶ５ｑおよび以下の式（１３）を用いて、５次高調波の電圧変化量ベクトルの位相角ΔφＶＨ５を算出する。

位相変化検出部３２ｂは、電流変化量ΔＩ５ｄ，ΔＩ５ｑおよび以下の式（１４）を用いて、５次高調波の電流変化量ベクトルの位相角ΔφＩＨ５を算出する。

減算器３３は、以下の式（１５）を用いて、５次高調波の電圧変化量ベクトルの位相角ΔφＶＨ５から電流変化量ベクトルの位相角ΔφＩＨ５を減算することにより、電圧変化量ベクトルおよび電流変化量ベクトル間の位相角ΔφＨ５を算出する。

ここで、ΔφＶＨ５は、５次高調波のインピーダンスＺＳ５の位相に相当する。そのため、補正角指令部３４は、ΔφＶＨ５の極性に基づいて、インピーダンスＺＳ５が誘導性か容量性かを判定できる。具体的には、補正角指令部３４は、ΔφＶＨ５の極性が正の場合にはインピーダンスＺＳ５が誘導性であると判定し、ΔφＶＨ５の極性が負の場合にはインピーダンスＺＳ５が容量性であると判定する。

また、位相角ΔφＶＨ５の大きさが演算されるため、誘導性および容量性の程度が精度よく把握される。そのため、補正角指令部３４は、ΔφＶＨＺ５の極性および大きさに従って、安定した５次高調波制御に必要な位相補正角を精度よく演算できる。例えば、補正角指令部３４は、位相角ΔφＶＨＺ５の大きさおよび極性に従って、以下のような指令信号ＳＨ５をスイッチ制御部２１ａに出力する。

補正角指令部３４は、ΔφＶＨ５≧０の場合には、位相補正角θ５を０°に設定するための指令信号ＳＨ５として値“１”をスイッチ制御部２１ａに出力する。補正角指令部３４は、−３０≦ΔφＶＨ５＜０の場合には、位相補正角θ５を３０°に設定するための指令信号ＳＨ５として値“２”をスイッチ制御部２１ａに出力する。補正角指令部３４は、−６０≦ΔφＶＨ５＜−３０の場合には、位相補正角θ５を６０°に設定するための指令信号ＳＨ５として値“３”をスイッチ制御部２１ａに出力する。補正角指令部３４は、−９０≦ΔφＶＨ５＜−６０の場合には、位相補正角θ５を９０°に設定するための指令信号ＳＨ５として値“４”をスイッチ制御部２１ａに出力する。

スイッチ制御部２１ａは、入力された指令信号ＳＨ５の値に応じて選択スイッチ２１ｂを切り替えることにより、位相補正角θ５を設定する。例えば、スイッチ制御部２１ａは、値が“２”の指令信号ＳＨ５の入力を受け付けると、位相補正角θ５を３０°に設定するように選択スイッチ２１ｂをシフトさせる。設定された位相補正角θ５を示す信号は、５次位相補正部９ａに供給される。

再び、図１０を参照して、５次位相補正部９ａは、設定された位相補正角θ５に従って５次高調波電圧信号の位相を補正する。上記のように、５次インピーダンス演算部１６ａおよび５次位相調整部１３ａが動作することから、５次位相補正部９ａは次のように動作する。

具体的には、５次位相補正部９ａは、５次高調波のインピーダンスが容量性と判定された場合には、５次高調波電圧信号の位相を、５次高調波のインピーダンスＺＳ５の位相の大きさに応じた角度だけ進める。すなわち、５次高調波電圧信号の位相は、進み方向へインピーダンスＺＳ５の位相の大きさに応じた角度だけシフトする。例えば、−６０≦ΔφＶＨ５＜−３０の場合には位相補正角θ５が６０°に設定されるため、５次位相補正部９ａは、５次高調波電圧信号の位相を６０°進める。

一方、５次高調波のインピーダンスＺＳ５が誘導性と判定された場合（すなわち、ΔφＶＨ５≧０の場合）には位相補正角θ５が０°に設定される。そのため、５次位相補正部９ａは、５次高調波電圧信号の位相を補正しない。

なお、７次インピーダンス演算部１６ｂ、７次位相調整部１３ｂおよび７次位相補正部９ｂの機能は、それぞれ、上述した５次インピーダンス演算部１６ａ、５次位相調整部１３ａおよび５次位相補正部９ａの機能と同様である。

＜利点＞
実施の形態３によると、補償対象次数の高調波インピーダンス特性に適した位相補正角を精度よく調整することができる。そのため、系統インピーダンス特性に関わらず高調波抑制制御を実行することができるとともに、高調波低減効果に優れたアクティブフィルタ装置を提供することができる。

その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態では、補償対象とする高調波が５次高調波および７次高調波である構成について説明したが、当該構成に限られず、任意の次数の高調波であればよい。例えば、ｍ次高調波（ｍは２以上の整数）およびｎ次高調波（ｎはｍとは異なる２以上の整数）の２つの高調波を補償対象としてもよい。また、補償対象とする高調波の数は、１つだけ（例えば、ｍ次高調波のみ）であってもよいし、３つ以上であってもよい。

例えば、補償対象とする高調波が５次高調波のみである場合には、図５，図８および図１０中の７次高調波に対応する機能を削除すればよい。一方、補償対象とする高調波の数が３つ以上である場合には、図５，図８および図１０に示す高調波抑制部に、各次数に対応する機能を設ければよい。例えば、５次高調波、７次高調波および９次高調波を補償対象とする場合には、図５，図８および図１０に示す高調波抑制部に、９次高調波に対応する機能を追加すればよい。

（２）上述した実施の形態では、制御装置１００が高調波抑制用の補償指令値とともに電力系統の電圧変動抑制用の無効電流補償指令値も生成する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、制御装置１００は高調波抑制用の補償指令値のみを生成し、無効電流補償指令値を生成しない構成であってもよい。この場合、出力制御部１８は、高調波抑制のための高調波補償指令値ＶＨｒｅｆに基づいて、アクティブフィルタ８０の出力を制御する。具体的には、ＰＷＭ制御部１８ｄは、ＰＷＭ制御に従って、高調波補償指令値ＶＨｒｅｆに相当する３相交流電圧を出力するためのゲートパルス信号Ｇを生成し、生成したゲートパルス信号Ｇを自励式変換器８１へ出力する。

（３）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ 交流電源、３，ＺＳ 系統インピーダンス、４ 母線、４ａ，Ｍ 設置点、４ｂ，ＲＬ 負荷、５ 電圧変成器、６，８４ 電流変成器、７ 高調波電圧検出部、８ 高調波制御部、９ 位相補正部、１０ 指令生成部、１１ ３相合成部、１２ 監視部、１３ 位相調整部、１４ 高調波注入部、１５ 高調波電流検出部、１６ インピーダンス演算部、１７，１７Ａ，１７Ｂ 高調波補償部、１８ 出力制御部、１８ａ 直流電圧制御部、１８ｂ 交流電圧制御部、１８ｃ 出力電流制御部、１８ｄ ＰＷＭ制御部、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 実効値演算部、２０ｄ 最大値選択部、２０ｅ 比較部、２０ｆ，３４ 補正角指令部、２１ａ スイッチ制御部、２１ｂ 選択スイッチ、３１ａ，３１ｂ 電圧変化検出部、３１ｃ，３１ｄ 電流変化検出部、３２ａ，３２ｂ 位相変化検出部、３３ 減算器、５１ 補助変成器、５２ 信号変換部、７０ 演算処理部、７１ バス、７２ ＣＰＵ、７３ ＲＯＭ、７４ ＲＡＭ、７５ ＤＩ回路、７６ ＤＯ回路、７７ 入力インターフェイス、８０ アクティブフィルタ、８１ 自励式変換器、８２ 連系リアクトル、８３ 変圧器、１００，１００Ａ，１００Ｂ 制御装置、１０００，ＡＦ アクティブフィルタ装置、ＳＣ１，ＳＣ２ 進相コンデンサ、ＸＳ５ リアクタンス、Ｚ０ 送電線インピーダンス、ＺＳ５，ＺＳ７ インピーダンス。

Claims (12)

1. 電力系統に設けられた交流電源に対して設置点において負荷と並列に接続されたアクティブフィルタの制御装置であって、
   前記設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧（ｍは２以上の整数）を検出する高調波電圧検出部と、
   前記設置点から前記交流電源側を見たｍ次高調波のインピーダンスが容量性か誘導性かに応じて前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を補正する位相補正部と、
   補正後の前記ｍ次高調波電圧に基づいて、前記設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧を補償するための第１補償指令値を生成する指令値生成部と、
   前記第１補償指令値に基づいて、前記アクティブフィルタの出力を制御する出力制御部とを備える、制御装置。
2. 前記位相補正部は、前記ｍ次高調波のインピーダンスが容量性である場合には、前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を第１角度進める、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第１角度は、６０°〜９０°である、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記位相補正部は、前記ｍ次高調波のインピーダンスが誘導性である場合には、前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を補正しない、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記第１補償指令値を監視する監視部をさらに備え、
   前記監視部は、前記第１補償指令値に基づいて、前記ｍ次高調波のインピーダンスが誘導性から容量性に変化したか否かを判定する、請求項１に記載の制御装置。
6. 前記監視部は、前記第１補償指令値の実効値が第１閾値よりも大きい場合に前記ｍ次高調波のインピーダンスが容量性であると判定する、請求項５に記載の制御装置。
7. 前記位相補正部は、前記ｍ次高調波のインピーダンスが容量性であると判定された場合には前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を基準角度進める、請求項５または請求項６に記載の制御装置。
8. 前記位相補正部は、前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を前記基準角度進めた後、前記ｍ次高調波のインピーダンスが容量性であると判定された場合には、前記基準角度進められたｍ次高調波電圧の位相をさらに前記基準角度進める、請求項７に記載の制御装置。
9. 前記アクティブフィルタが前記設置点に対して出力する電流に含まれるｍ次高調波電流を検出する高調波電流検出部と、
   前記検出されたｍ次高調波電圧およびｍ次高調波電流に基づいて前記ｍ次高調波のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とをさらに備え、
   前記インピーダンス演算部は、演算された前記ｍ次高調波のインピーダンスの位相の極性に基づいて前記ｍ次高調波のインピーダンスが容量性か誘導性かを判定する、請求項１に記載の制御装置。
10. 前記位相補正部は、
    前記ｍ次高調波のインピーダンスが容量性と判定された場合には、前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を、前記ｍ次高調波のインピーダンスの位相の大きさに応じた角度だけ進め、
    前記ｍ次高調波のインピーダンスが誘導性と判定された場合には、前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を補正しない、請求項９に記載の制御装置。
11. 前記高調波電圧検出部は、前記電圧に含まれるｎ次高調波電圧（ｎはｍと異なる２以上の整数）をさらに検出し、
    前記位相補正部は、前記設置点から前記交流電源側を見たｎ次高調波のインピーダンスが容量性か誘導性かに応じて前記検出されたｎ次高調波電圧の位相を補正し、
    前記指令値生成部は、補正後の前記ｎ次高調波電圧に基づいて、前記設置点の電圧に含まれるｎ次高調波電圧を補償するための第２補償指令値を生成し、
    前記出力制御部は、前記第１補償指令値および前記第２補償指令値に基づいて、前記アクティブフィルタの出力を制御する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置。
12. 電力系統に設けられた交流電源に対して設置点において負荷と並列に接続されたアクティブフィルタと、
    前記アクティブフィルタの制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    前記設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧（ｍは２以上の整数）を検出する高調波電圧検出部と、
    前記設置点から前記交流電源側を見たｍ次高調波のインピーダンスが容量性か誘導性かに応じて前記検出されたｍ次高調波電圧の位相を補正する位相補正部と、
    補正後の前記ｍ次高調波電圧に基づいて、前記設置点の電圧に含まれるｍ次高調波電圧を補償するための第１補償指令値を生成する指令値生成部と、
    前記第１補償指令値に基づいて、前記アクティブフィルタの出力を制御する出力制御部とを含む、アクティブフィルタ装置。

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