JP7008892B1 - 制御装置、および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

制御装置（１０）は、同期発電機の特性を模擬することにより、電力変換器の出力電圧の位相を生成する発電機模擬部（１５３）と、電力系統（２）の交流電圧が目標電圧となるように電力変換器（２）の出力電圧の第１電圧指令値を生成する第１電圧指令生成部（１５５）と、過電流レベルを設定する設定部（１５７）と、過電流レベルに基づいて第１電圧指令値を制限することにより、第２電圧指令値を生成する第２指令生成部（１５９）とを備える。制御装置（１０）は、発電機模擬部（１５３）により生成された位相と、第２電圧指令値とに基づいて、電力変換器（１１０）に対する制御信号を生成する信号生成部（１０３）をさらに備える。

Description

本開示は、制御装置、および電力変換装置に関する。

近年、電力系統に対して、太陽光発電設備等の再生可能エネルギーを用いた多くの分散型電源が導入されている。分散型電源は、電力変換器を介して電力系統に接続される場合が多い。そのため、電力系統に接続される分散型電源が増加すると電力系統に接続される同期機の割合が減少し、電力系統内の慣性エネルギーが減少する。そこで、電力変換器に同期機と同様な挙動をさせることによって減少した慣性エネルギーを補う仮想同期機制御が提案されている。

仮想同期機制御を備える電力変換器（以下、「仮想同期機」とも称する。）は、模擬対象となる同期発電機が電力系統に接続される場合の挙動を模擬するように制御される。模擬対象の同期発電機の挙動は動揺方程式を解くことによって実現される。例えば、特開２０１８－１３７９２５号公報（特許文献１）は、電流制御系と電圧制御系とによるマルチループを有しない単相擬似同期化力インバータを開示している。

特開２０１８－１３７９２５号公報

電圧制御型仮想同期機は、電圧を制御して電圧源として動作するため、電流が制御できない。そのため、系統で短絡事故等が発生した場合に、過電流により電力変換器が停止してしまう可能性がある。特許文献１に係るインバータのコントローラには、インバータを過電流から保護するための過電流保護部が設けられている。過電流保護部は、過電流が検出された場合に、リミッタにより制限された出力電流指令値と交流波形との偏差を定数倍した保護信号を出力するように構成される。しかしながら、リミッタの上限値ならびに下限値、および上記定数が固定されており、過電流の大きさに応じて柔軟な過電流抑制を行なうことができない。

本開示のある局面における目的は、電力変換器に対する同期発電機を模擬した制御を行ないつつ、過電流抑制を柔軟に実行することが可能な制御装置、および電力変換装置を提供することである。

ある実施の形態に従うと、蓄電要素と電力系統との間で電力変換を行なう電力変換器の制御装置が提供される。制御装置は、同期発電機の特性を模擬することにより、電力変換器の出力電圧の位相を生成する発電機模擬部と、電力系統の交流電圧が目標電圧となるように、または電力系統の無効電力が目標無効電力となるように、電力変換器の出力電圧の第１電圧指令値を生成する第１指令生成部と、電力変換器の出力電流および電力系統の交流電圧の少なくとも一方に基づいて、出力電流の過電流レベルを設定する設定部と、過電流レベルに基づいて第１電圧指令値を制限することにより、電力変換器の出力電圧の第２電圧指令値を生成する第２指令生成部とを備える。第２指令生成部は、出力電流の基本周波数成分を抽出するフィルタと、過電流レベルに対応するリミット値を用いて、基本周波数成分の振幅を制限するリミッタと、リミッタの出力値と出力電流との偏差と、過電流レベルに対応するゲインとの乗算値を算出する第１算出部と、第１電圧指令値と乗算値とを加算することにより、第２電圧指令値を算出する第２算出部とを含む。制御装置は、発電機模擬部により生成された位相と、第２電圧指令値とに基づいて、電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部をさらに備える。

他の実施の形態に従う電力変換装置は、蓄電要素と電力系統との間で電力変換を行なう電力変換器と、電力変換器の制御装置とを備える。制御装置は、同期発電機の特性を模擬することにより、電力変換器の出力電圧の位相を生成する発電機模擬部と、電力系統の交流電圧が目標電圧となるように、または電力系統の無効電力が目標無効電力となるように、電力変換器の出力電圧の第１電圧指令値を生成する第１電圧指令生成部と、電力変換器の出力電流および電力系統の交流電圧の少なくとも一方に基づいて、出力電流の過電流レベルを設定する設定部と、過電流レベルに基づいて第１電圧指令値を制限することにより、電力変換器の出力電圧の第２電圧指令値を生成する第２電圧指令生成部とを含む。第２電圧指令生成部は、出力電流の基本周波数成分を抽出するフィルタと、過電流レベルに対応するリミット値を用いて、基本周波数成分の振幅を制限するリミッタと、リミッタの出力値と出力電流との偏差と、過電流レベルに対応するゲインとの乗算値を算出する第１算出部と、第１電圧指令値と乗算値とを加算することにより、第２電圧指令値を算出する第２算出部とを含む。制御装置は、発電機模擬部により生成された位相と、第２電圧指令値とに基づいて、電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部をさらに含む。

本開示によれば、電力変換器に対する同期発電機を模擬した制御を行ないつつ、過電流抑制を柔軟に実行することが可能となる。

電力変換システムの全体構成の一例を説明するための図である。 制御装置のハードウェア構成例を示す図である。 指令生成部の機能構成の一例を示すブロック図である。 過電流抑制部の機能構成の一例を示すブロック図である。 過電流レベルに対応するリミット値およびゲインの一例を示す図である。 過電流レベルの設定方式の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本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。

＜全体構成＞
図１は、電力変換システムの全体構成の一例を説明するための図である。電力変換システム１０００は、電力系統２と、変圧器３と、交流電流検出器６ａ，６ｂと、交流電圧検出器７と、直流電流検出器８と、直流電圧検出器９と、電力変換装置１２０と、蓄電要素１３０とを含む。電力変換装置１２０は、制御装置１００と、電力変換器１１０とを含む。電力変換器１１０は、変圧器３を介して、電力系統２の連系点４に接続される。典型的には、電力系統２は三相の交流電源である。

電力変換器１１０は、蓄電要素１３０に接続されており、蓄電要素１３０と電力系統２との間で電力変換を行なう電力変換器である。具体的には、電力変換器１１０は、蓄電要素１３０から出力される直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力を変圧器３を介して電力系統２に出力する。また、電力変換器１１０は、電力系統２からの交流電力を直流電力に変換して、当該直流電力を蓄電要素１３０に出力する。これにより、電力変換器１１０は、蓄電要素１３０の電力を充放電する。電力変換器１１０は、例えば、２レベル変換器、３レベル変換器、あるいはモジュラーマルチレベル変換器等の自励式変換器である。蓄電要素１３０は、例えば、電気二重層キャパシタ、二次電池等のエネルギー蓄積要素である。

交流電流検出器６ａは、電力系統２と電力変換器１１０との連系点４における三相の交流電流を検出する。具体的には、交流電流検出器６ａは、変圧器３と連系点４との間に流れるａ相の交流電流Ｉｓｙｓａ、ｂ相の交流電流Ｉｓｙｓｂ、およびｃ相の交流電流Ｉｓｙｓｃを検出する。交流電流Ｉｓｙｓａ，Ｉｓｙｓｂ，Ｉｓｙｓｃ（以下、「交流電流Ｉｓｙｓ」とも総称する。）は、制御装置１００へ入力される。

交流電流検出器６ｂは、電力変換器１１０から出力される交流電流（以下、単に「出力電流」とも称する。）を検出する。具体的には、交流電流検出器６ｂは、変圧器３と電力変換器１１０との間に流れるａ相の出力電流Ｉｃｎａ、ｂ相の出力電流Ｉｃｎｂ、およびｃ相の出力電流Ｉｃｎｃを検出する。出力電流Ｉｃｎａ，Ｉｃｎｂ，Ｉｃｎｃ（以下、「出力電流Ｉｃｎ」とも総称する。）は、制御装置１００へ入力される。

交流電圧検出器７は、電力系統２の連系点４における三相の交流電圧を検出する。具体的には、交流電圧検出器７は、連系点４のａ相の交流電圧Ｖｓｙｓａ、ｂ相の交流電圧Ｖｓｙｓｂ、およびｃ相の交流電圧Ｖｓｙｓｃを検出する。交流電圧Ｖｓｙｓａ，Ｖｓｙｓｂ，Ｖｓｙｓｃ（以下、「交流電圧Ｖｓｙｓ」とも総称する。）は、制御装置１００へ入力される。

直流電流検出器８は、蓄電要素１３０から出力される直流電流Ｉｄｃを検出する。直流電流Ｉｄｃは、制御装置１００へ入力される。なお、直流電流Ｉｄｃは、電力変換器１１０から出力される直流電流ともいえる。

直流電圧検出器９は、蓄電要素１３０から出力される直流電圧Ｖｄｃを検出する。直流電圧Ｖｄｃは、制御装置１００へ入力される。なお、直流電圧Ｖｄｃは、電力変換器１１０から出力される直流電圧ともいえる。

制御装置１００は、電力変換器１１０の動作を制御する装置である。具体的には、制御装置１００は、主な機能構成として、指令生成部１０１と、信号生成部１０３とを含む。指令生成部１０１および信号生成部１０３の各機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置１００の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。

指令生成部１０１は、主に、同期発電機の特性を模擬する機能と、過電流を抑制する機能とを有し、電力変換器１１０から出力される電圧の位相θと、当該電圧の電圧指令値（すなわち、電圧振幅指令値）Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆを生成する。具体的には、指令生成部１０１は、同期発電機の特性を模擬することにより電力変換器１１０の出力電圧の位相θを生成し、過電流を抑制するような電圧指令値Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆを生成する。電圧指令値Ｖｄｒｅｆはｄ軸電圧指令値であり、電圧指令値Ｖｑｒｅｆはｑ軸電圧指令値である。

信号生成部１０３は、指令生成部１０１により生成された位相θおよび電圧指令値Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆ（以下、「電圧指令値Ｖｒｅｆ」とも総称する。）に基づいて、電力変換器１１０に対する制御信号を生成し、電力変換器１１０に出力する。具体的には、信号生成部１０３は、３相電圧生成部１０５と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部１０７とを含む。

３相電圧生成部１０５は、位相θおよび電圧指令値Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆに基づいて、２相／３相変換により三相の正弦波電圧Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊を生成する。

ＰＷＭ制御部１０７は、三相の正弦波電圧Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊のそれぞれに対してパルス幅変調を行ない、ＰＷＭ信号としての制御信号を生成する。ＰＷＭ制御部１０７は、当該制御信号を電力変換器１１０に出力する。典型的には、制御信号は、電力変換器１１０に含まれる各スイッチング素子のオンおよびオフを制御するためのゲート制御信号である。

＜ハードウェア構成＞
図２は、制御装置１００のハードウェア構成例を示す図である。図２には、コンピュータによって制御装置１００を構成する例が示される。

図２を参照して、制御装置１００は、１つ以上の入力変換器７０と、１つ以上のサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路７１と、マルチプレクサ７２と、Ａ／Ｄ変換器７３と、１つ以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）７４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）７６と、１つ以上の入出力インターフェイス７７と、補助記憶装置７８とを含む。また、制御装置１００は、構成要素間を相互に接続するバス７９を含む。

入力変換器７０は、入力チャンネルごとに補助変成器を有する。各補助変成器は、図１の各検出器による検出信号を、後続する信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。

Ｓ／Ｈ回路７１は、入力変換器７０ごとに設けられる。Ｓ／Ｈ回路７１は、対応の入力変換器７０から受けた電気量を表す信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。

マルチプレクサ７２は、複数のサンプルホールド回路７１に保持された信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器７３は、マルチプレクサ７２によって選択された信号をデジタル値に変換する。なお、複数のＡ／Ｄ変換器７３を設けることによって、複数の入力チャンネルの検出信号に対して並列的にＡ／Ｄ変換を実行するようにしてもよい。

ＣＰＵ７４は、制御装置１００の全体を制御し、プログラムに従って演算処理を実行する。揮発性メモリとしてのＲＡＭ７５及び不揮発性メモリとしてのＲＯＭ７６は、ＣＰＵ７４の主記憶として用いられる。ＲＯＭ７６は、プログラム及び信号処理用の設定値などを収納する。補助記憶装置７８は、ＲＯＭ７６に比べて大容量の不揮発性メモリであり、プログラム及び電気量検出値のデータなどを格納する。

入出力インターフェイス７７は、ＣＰＵ７４及び外部装置の間で通信する際のインターフェイス回路である。

なお、図２の例とは異なり、制御装置１００の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）および、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の回路を用いて構成することも可能である。

＜指令生成部の構成＞
図３は、指令生成部の機能構成の一例を示すブロック図である。図３を参照して、指令生成部１０１は、発電機模擬部１５３と、電圧指令生成部１５５，１５９と、設定部１５７と、位相同期部２５と、ガバナ制御部１６と、直流電力算出部１５と、直流電圧制御部２０とを含む。指令生成部１０１は、さらに、座標変換部１２，１３，１４と、正相電圧算出部１８と、交流電力算出部１９とを含む。

（出力電圧の位相）
電力変換器１１０の出力電圧の位相θの生成に関する機能構成について説明する。

発電機模擬部１５３は、同期発電機の特性を模擬することにより、電力変換器１１０の出力電圧の位相θを生成する。具体的には、発電機模擬部１５３は、減算器４８と、積分器２１と、加算器４９と、積分器２２とを含む。

減算器４８は、交流電力算出部１９により算出された連系点４における有効電力Ｐｅと、有効電力目標値Ｐｓｅｔ＊との差分を出力する。有効電力目標値Ｐｓｅｔ＊は、有効電力目標値Ｐｓｅｔと、ガバナ制御部１６から出力される補正量ΔＰ１と、直流電力算出部１５から出力される補正量ΔＰ２と、直流電圧制御部２０から出力される補正量ΔＰ３との加算値である。具体的には、加算器４７ａは、有効電力目標値Ｐｓｅｔと補正量ΔＰ１とを加算する。加算器４７ｂは、加算器４７ａの出力値と補正量ΔＰ２とを加算する。加算器４７ｃは、加算器４７ｂの出力値と補正量ΔＰ３とを加算する。有効電力目標値Ｐｓｅｔは、系統運用者によって適宜設定される。

積分器２１は、減算器４８の出力値を時間積分して角周波数偏差Δωを出力する。図３において、積分器２１の“Ｍ”は、発電機模擬部１５３が模擬対象とする同期発電機（以下、「仮想同期発電機」とも称する。）の回転子の慣性モーメントである。積分器２１により出力される角周波数偏差Δωは、仮想同期発電機における回転子の角周波数と基準角周波数ω０との差分に相当する。基準角周波数ω０は、電力系統２における電力の基準周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の角周波数である。

なお、積分器２１は、減算器４８の出力値から、角周波数偏差Δωと、仮想同期発電機の制動係数Ｄとの乗算値“Ｄ×Δω”を減算した値を時間積分してもよい。これにより、電力変換器１１０の制御において同期発電機が有する制動力が模擬される。

加算器４９は、積分器２１から出力される角周波数偏差Δωおよび基準角周波数ω０の加算演算を実行して演算角周波数を出力する。具体的には、加算器４９は、角周波数偏差Δωと基準角周波数ω０との加算値に、位相同期部２５から出力される角周波数補正量Δωｐｌｌを加算して角周波数ω（＝Δω＋ω０＋Δωｐｌｌ）を出力する。積分器２２は、角周波数ωを時間積分して電力変換器１１０の出力電圧の位相θを生成する。

ガバナ制御部１６は、目標角周波数ωｓｅｔと角周波数ωとの差分に基づいて、電力系統２の周波数が変動したときに同期発電機のガバナフリー運転に相当する周波数調整量を算出し、当該周波数調整量を補正量ΔＰ１として出力する。補正量ΔＰ１は有効電力目標値Ｐｓｅｔに加算される。ガバナフリー運転は、電力系統の周波数の変動を吸収するような周波数調整量を出力することで、変動周期（例えば、数十秒から数分程度）の周波数変動を解消するための運転である。

直流電力算出部１５は、直流電流検出器８により検出される直流電流Ｉｄｃと、直流電圧検出器９により検出される直流電圧Ｖｄｃとに基づいて、蓄電要素１３０から出力される直流電力値を補正量ΔＰ２として出力する。補正量ΔＰ２は有効電力目標値Ｐｓｅｔに加算される。

直流電圧制御部２０は、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧目標値Ｖｄｃｓｅｔに追従させるための有効電力の補正量ΔＰ３を生成する。例えば、直流電圧制御部２０は、直流電圧目標値Ｖｄｃｓｅｔと直流電圧Ｖｄｃとの偏差を０にするためのフィードバック制御により、補正量ΔＰ３を算出する。補正量ΔＰ３は有効電力目標値Ｐｓｅｔに加算される。

位相同期部２５は、電力変換器１１０の起動時（例えば、電力変換器１１０の制御系をＯＮしたとき）において、電力変換器１１０の出力電圧の位相θを交流電圧Ｖｓｙｓの位相θｓｙｓに同期させるための角周波数調整量ωｐｌｌを算出する。具体的には、位相同期部２５は、起動時に電力変換器１１０をゲートブロック状態からデブロック状態に移行させるまでの間、角周波数調整量ωｐｌｌを算出する。位相同期部２５は、ＰＬＬ回路１１と、Ｓ／Ｈ回路２３とを含む。

ＰＬＬ回路１１は、交流電圧Ｖｓｙｓと位相θとに基づいて、角周波数調整量Δωｐｌｌを算出する。具体的には、ＰＬＬ回路１１は、位相θを用いて交流電圧Ｖｓｙｓａ，Ｖｓｙｓｂ，Ｖｓｙｓｃを３相／２相変換することによりｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを算出する。ＰＬＬ回路１１は、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑに基づいて、交流電圧Ｖｓｙｓの位相θｓｙｓと位相θとの位相差Δθｐｌｌを算出する。典型的には、Δθｐｌｌ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｄ／Ｖｑ）で表される。ＰＬＬ回路１１は、位相差Δθｐｌｌと予め定められた伝達関数Ｇとに基づいて角周波数調整量Δωｐｌｌを算出する。なお、位相θの初期値は、基準角周波数ω０を時間積分した位相θ０である。

Ｓ／Ｈ回路２３は、電力変換器１１０がゲートブロック状態のときにはＰＬＬ回路１１から受信した角周波数調整量Δωｐｌｌを出力する。一方、Ｓ／Ｈ回路２３は、電力変換器１１０がデブロック状態に移行した場合には、その直前にＰＬＬ回路１１から入力した角周波数調整量Δωｐｌｌを出力する。すなわち、デブロック状態への移行後においては、角周波数調整量Δωｐｌｌは固定値となる。

例えば、電力変換装置１２０の上位装置は、予め定められたデブロック条件が成立すると、電力変換器１１０をデブロック状態に移行させる指示情報を制御装置１００に送信する。制御装置１００（例えば、位相同期部２５）は、当該指示情報を受信した場合に、電力変換器１１０がデブロック状態に移行したと判断する。あるいは、位相同期部２５は、系統運用者からの指示入力に基づいて、電力変換器１１０がデブロック状態に移行したと判断してもよい。なお、デブロック条件は、位相θが位相θｓｙｓと同期した（例えば、位相差Δθｐｌｌがゼロ）との条件を含む。

上記の位相同期部２５の構成によると、電力変換器１１０がゲートブロック状態からデブロック状態に移行するまでの間、電力変換器１１０の出力電圧の位相θを交流電圧Ｖｓｙｓの位相θｓｙｓに同期させるための角周波数偏差Δωｐｌｌが算出される。角周波数調整量Δωｐｌｌを角周波数偏差Δωおよび基準角周波数ω０に加算することで、角周波数ωが補正されるため、位相θを位相θｓｙｓに速やかに同期させることができる。

そして、位相θが位相θｓｙｓと同期してデブロック状態に移行すると、角周波数調整量Δωｐｌｌは固定値となるため、位相θは角周波数偏差Δωの変動によって制御される。一般的に、ＰＬＬ回路は制御に時間遅れを有することから、系統事故等で系統電圧が急変動した場合は、その影響を受け易い。この場合、電流を適切に抑制できなくなり、同期機の脱調と同様の現象を誘発する可能性がある。本実施の形態では、ゲートブロック状態において位相θを位相θｓｙｓに同期させるためにＰＬＬ回路の機能を利用するが、デブロック状態に移行した後はＰＬＬ回路の機能を利用しないため、上記現象の発生を防止することができる。

（出力電圧の電圧指令値）
電力変換器１１０の出力電圧の電圧指令値（すなわち、電圧振幅指令値）の生成に関する機能構成について説明する。

座標変換部１２は、位相θを用いて交流電圧Ｖｓｙｓａ，Ｖｓｙｓｂ，Ｖｓｙｓｃを３相／２相変換して、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを算出する。座標変換部１３は、位相θを用いて交流電流Ｉｓｙｓａ，Ｉｓｙｓｂ，Ｉｓｙｓｃを３相／２相変換して、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。座標変換部１４は、位相θを用いて出力電流Ｉｃｎａ，Ｉｃｎｂ，Ｉｃｎｃを３相／２相変換して、ｄ軸電流Ｉｃｎｄおよびｑ軸電流Ｉｃｎｑを算出する。

正相電圧算出部１８は、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑに基づいて、正相電圧Ｖｐｏｓを算出する。交流電力算出部１９は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ、ｄ軸電流Ｉｄ、およびｑ軸電流Ｉｑに基づいて、連系点４における有効電力Ｐｅおよび無効電力Ｑｅを算出する。有効電力Ｐｅは減算器４８に入力され、無効電力Ｑｅは減算器４１に入力される。

減算器４１は、無効電力目標値Ｑｓｅｔと無効電力Ｑｅとの偏差ΔＱ（＝Ｑｓｅｔ－Ｑｅ）を算出する。減算器４２は、系統電圧指令値Ｖａｃｓｅｔと正相電圧Ｖｐｏｓとの偏差ΔＶｐｏｓ（＝Ｖａｃｓｅｔ－Ｖｐｏｓ）を算出する。

電圧指令生成部１５５は、電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓが目標電圧となるように、または電力系統２の無効電力が目標無効電力となるように、電力変換器１１０の出力電圧の電圧指令値Ｖｒｅｆｃを生成する。電圧指令値Ｖｒｅｆｃは、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆｃと、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆｃとを含む。電圧指令生成部１５５は、電圧調整部１７と、Ｓ／Ｈ回路３１，３２と、座標変換部３３，３４と、加算器４３とを含む。

電圧調整部１７は、自動無効電力調整モードまたは自動電圧調整モードのいずれかを選択し、選択したモードに基づいて、電圧振幅調整量ΔＶａｃｒｅｆを生成する。具体的には、電圧調整部１７は、自動無効電力調整モードを選択した場合、偏差ΔＱを０にするためのフィードバック制御により電圧振幅調整量ΔＶａｃｒｅｆを生成する。電圧調整部１７は、自動電圧調整モードを選択した場合、偏差ΔＶｐｏｓを０にするためのフィードバック制御により電圧振幅調整量ΔＶａｃｒｅｆを生成する。電圧調整部１７は、ＰＩ制御器、一次遅れ要素等で構成される。

Ｓ／Ｈ回路３１は、電力変換器１１０がゲートブロック状態のときには座標変換部１２から受信したｄ軸電圧Ｖｄを出力する。一方、Ｓ／Ｈ回路３１は、電力変換器１１０がデブロック状態に移行した場合には、その直前に座標変換部１２から受信したｄ軸電圧Ｖｄを出力する。すなわち、デブロック状態への移行後においては、ｄ軸電圧Ｖｄは固定値となる。Ｓ／Ｈ回路３２は、電力変換器１１０がゲートブロック状態のときには座標変換部１２から受信したｑ軸電圧Ｖｑを出力する。一方、Ｓ／Ｈ回路３２は、電力変換器１１０がデブロック状態に移行した場合には、その直前に座標変換部１２から受信したｑ軸電圧Ｖｑを出力する。すなわち、デブロック状態への移行後においては、ｑ軸電圧Ｖｑは固定値となる。

座標変換部３３は、連系点４のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを、振幅｜Ｖ｜および位相φｖに変換する。ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑは、デブロック状態直前に固定値となるため、振幅｜Ｖ｜および位相φｖも固定される。加算器４３は、振幅｜Ｖ｜と電圧振幅調整量ΔＶａｃｒｅｆとを加算する。座標変換部３４は、振幅｜Ｖ｜および位相φｖを、ｄｑ軸変換して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆｃおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆｃを生成する。

（過電流抑制）
電力変換器１１０の過電流の抑制に関する機能構成について説明する。

設定部１５７は、電力変換器１１０の出力電流および電力系統２の交流電圧Ｖｓｙｓの少なくとも一方に基づいて、当該出力電流の過電流レベルを設定する。設定部１５７の設定方式については後述する。

電圧指令生成部１５９は、設定部１５７により設定された過電流レベルに基づいて、電圧指令生成部１５５により生成された電圧指令値Ｖｒｅｆｃを制限することにより、電力変換器１１０の出力電圧の電圧指令値Ｖｒｅｆを生成する。電圧指令生成部１５９は、過電流抑制部５０と、加算器４４，４５とを含む。

図４は、過電流抑制部５０の機能構成の一例を示すブロック図である。過電流抑制部５０は、ローパスフィルタ８１，８２と、座標変換部８３，８５と、リミッタ８４と、減算器８６，８８と、比例器８７，８９とを含む。

ローパスフィルタ８１は、ｄ軸電流Ｉｃｎｄの基本周波数成分Ｉｃｎｆｄを抽出する。ローパスフィルタ８２は、ｑ軸電流Ｉｃｎｑの基本周波数成分Ｉｃｎｆｑを抽出する。座標変換部８３は、基本周波数成分Ｉｃｎｆｄおよび基本周波数成分Ｉｃｎｆｑを、基本周波数成分の振幅｜Ｉ｜および位相φｉに変換する。

リミッタ８４は、設定部１５７により設定された過電流レベルに対応するリミット値｜Ｉｍａｘ｜を用いて、基本周波数成分の振幅｜Ｉ｜を制限する。具体的には、リミッタ８４は、振幅｜Ｉ｜をリミット値｜Ｉｍａｘ｜に従う範囲内（下限値：－Ｉｍａｘ、上限値：＋Ｉｍａｘ）に制限する。

座標変換部８５は、リミッタ８４から出力された振幅｜Ｉ｜と位相φｉを、ｄｑ変換して、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。減算器８６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとｄ軸電流Ｉｃｎｄとの偏差ΔＩｄ（＝Ｉｄｒｅｆ－Ｉｃｎｄ）を出力する。減算器８８は、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとｑ軸電流Ｉｃｎｑとの偏差ΔＩｑ（＝Ｉｑｒｅｆ－Ｉｃｎｑ）を出力する。

なお、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆは、リミッタ８４により振幅が制限されている。そのため、Ｉｃｎｄ＞Ｉｄｒｅｆ、Ｉｃｎｑ＞Ｉｑｒｅｆとなるため、偏差ΔＩｄおよび偏差ΔＩｑの符号は負である。

比例器８７は、偏差ΔＩｄと、設定部１５７により設定された過電流レベルに対応するゲインＫｄ（ただし、Ｋｄ≧０）との乗算値としてｄ軸電圧抑制量ΔＶｄを算出する。比例器８９は、偏差ΔＩｑと、過電流レベルに対応するゲインＫｄとの乗算値としてｑ軸電圧抑制量ΔＶｑを算出する。なお、ΔＶｄ≦０、ΔＶｑ≦０である。

再び、図３を参照して、加算器４４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆｃとｄ軸電圧抑制量ΔＶｄとを加算することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆを生成する。加算器４５は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆｃとｑ軸電圧抑制量ΔＶｑとを加算することにより、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを生成する。

上記のように、過電流抑制部５０が生成するｄ軸電圧抑制量ΔＶｄおよびｑ軸電圧抑制量ΔＶｑにより、電力変換器１１０の出力電流の過電流を抑制するような電圧指令値Ｖｒｅｆが生成される。

図４の過電流抑制部５０の構成によると、リミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄの値に応じて、過電流の抑制量を調整できることが理解される。設定部１５７は、過電流レベルを設定し、当該設定した過電流レベルに対応するリミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄを過電流抑制部５０に出力する。

図５は、過電流レベルに対応するリミット値およびゲインの一例を示す図である。図５を参照して、過電流レベルは、電力変換器１１０の出力電流における過電流状態を示しており、Ｎの数字が大きいほど過電流の度合いが大きい。そのため、過電流レベルが大きい（すなわち、Ｎの数字が大きい）ほど、より大きな過電流抑制が必要となる。

具体的には、過電流レベルが小さいものから順に、レベル１ａ，１ｂ（以下「レベル１」とも総称する。）、レベル２、レベル３、・・・、レベルＮとなる。レベル１は、電力変換器１１０に過電流が発生していない（すなわち、電力変換器１１０の出力電流が過電流ではない）ことを示すレベルである。レベル２は、レベル１よりも大きく、電力変換器１１０に過電流が発生していることを示すレベルである。レベル３は、レベル２よりも大きく、電力変換器１１０にレベル２における過電流よりも大きな過電流が発生していることを示す。レベルＮは、レベル（Ｎ－１）よりも大きく、電力変換器１１０にレベル（Ｎ－１）における過電流よりも大きな過電流が発生していることを示す。

レベル１ａおよびレベル１ｂは、両方とも電力変換器１１０に過電流が発生していないことを示すレベルであるが、高調波成分の抑制の有無という観点から区別される。具体的には、レベル１ａは高調波成分の抑制を行なわないレベルであり、レベル１ｂは高調波成分の抑制を行なうレベルである。典型的には、設定部１５７は、系統運用者の指示に基づいて、レベル１ａおよびレベル１ｂのいずれかを選択する。

あるいは、設定部１５７は、電力系統２の高調波成分が検出された場合にはレベル１ｂを選択し、当該高調波成分が検出されない場合にはレベル１ａを選択してもよい。この場合、指令生成部１０１は、交流電圧Ｖｓｙｓまたは交流電流Ｉｓｙｓに含まれる高調波成分を検出する機能（例えば、高調波検出部）を有する。高調波検出部は、交流電圧Ｖｓｙｓの周波数に対する基本波成分と、予め定められた次数（例えば、３次）の高調波成分とを算出する。交流電圧Ｖｓｙｓの基本波成分および高調波電圧の算出方式については、高速フーリエ変換、離散フーリエ変換などが知られている。なお、高調波検出部は、交流電流Ｉｓｙｓの高調波成分を算出してもよい。高調波検出部は、算出した高調波成分の大きさ（例えば、振幅）が基準値以上である場合、高調波が検出されたと判定し、高調波成分の大きさが基準値未満である場合、高調波が検出されないと判定する。

過電流レベルが“レベル１ａ”である場合、リミット値は“｜Ｉｍａｘ１ａ｜”であり、ゲインＫｄは“Ｋｄ１ａ”である。同様に、レベル１ｂに対応するリミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄは、それぞれ｜Ｉｍａｘ１ｂ｜およびＫｄ１ｂであり、レベル２に対応するリミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄは、それぞれ｜Ｉｍａｘ２｜およびＫｄ２であり、レベル３に対応するリミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄは、それぞれ｜Ｉｍａｘ３｜およびＫｄ３であり、レベルＮに対応するリミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄは、それぞれ｜ＩｍａｘＮ｜およびＫｄＮである。

過電流レベルが大きいほどリミット値｜Ｉｍａｘ｜は小さく、過電流レベルが大きいほどゲインＫｄは大きい。具体的には、｜Ｉｍａｘ１ａ｜＝｜Ｉｍａｘ１ｂ｜であり、｜Ｉｍａｘ１ａ｜＞｜Ｉｍａｘ２｜＞｜Ｉｍａｘ３｜＞・・・＞｜ＩｍａｘＮ｜である。また、Ｋｄ１ａ＞Ｋｄ１ｂ＞Ｋｄ２＞Ｋｄ３＞・・・＞ＫｄＮである。

図６は、過電流レベルの設定方式の一例を説明するための図である。図６を参照して、設定部１５７は、電力変換器１１０の出力電流Ｉｃｎの大きさ（例えば、振幅）と電流閾値との比較結果、および交流電圧Ｖｓｙｓの大きさ（例えば、振幅）と電圧閾値との比較結果の少なくとも一方に基づいて、過電流レベルを設定する。以下の説明では、出力電流Ｉｃｎの大きさを｜Ｉｃｎ｜と記載し、交流電圧Ｖｓｙｓの大きさを｜Ｖｓｙｓ｜とも記載する。なお、｜Ｖｓｙｓ｜は、交流電圧Ｖｓｙｓの正相電圧Ｖｐｏｓの振幅に相当する。

設定部１５７は、予め定められた制御周期ごとに過電流レベルを設定する。設定部１５７は、過電流レベルを大きくする場合には、図６の「レベル上昇時」の電流閾値Ｉｕｐおよび電圧閾値Ｖｕｐの少なくとも一方を用いて過電流レベルを設定する。電流閾値Ｉｕｐは、電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，・・・，ＩＮを含む。電圧閾値Ｖｕｐは、電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・，ＶＮを含む。一方、設定部１５７は、過電流レベルを小さくする場合には、図６の「レベル下降時」の電流閾値Ｉｄｏｗｎおよび電圧閾値Ｖｄｏｗｎの少なくとも一方を用いて過電流レベルを設定する。電流閾値Ｉｄｏｗｎは、電流値（Ｉ１－Ｉｇ），（Ｉ２－Ｉｇ），（Ｉ３－Ｉｇ），・・・，（ＩＮ－Ｉｇ）を含む。電圧閾値Ｖｄｏｗｎは、電圧値（Ｖ１＋Ｖｇ），（Ｖ２＋Ｖｇ），（Ｖ３＋Ｖｇ），・・・，（ＶＮ＋Ｖｇ）を含む。

レベル上昇時の電流閾値Ｉｕｐおよび電圧閾値Ｖｕｐに関して、Ｉ１＜Ｉ２＜・・・＜ＩＮであり、Ｖ１＞Ｖ２＞・・・＞ＶＮである。レベル下降時の電流閾値Ｉｄｏｗｎおよび電圧閾値Ｖｄｏｗｎに関して、Ｉ１－Ｉｇ＜Ｉ２－Ｉｇ＜・・・＜ＩＮ－Ｉｇであり、Ｖ１＋Ｖｇ＞Ｖ２＋Ｖｇ＞・・・＞ＶＮ＋Ｖｇである。ＩｇおよびＶｇは不感帯幅を示している。

設定部１５７の設定方式は、出力電流Ｉｃｎに基づいて過電流レベルを設定する設定方式Ｘ１と、交流電圧Ｖｓｙｓに基づいて過電流レベルを設定する設定方式Ｘ２と、出力電流Ｉｃｎおよび交流電圧Ｖｓｙｓに基づいて過電流レベルを設定する設定方式Ｘ３とを含む。

設定方式Ｘ１について説明する。現在の過電流レベルはレベル１に設定されているとする。｜Ｉｃｎ｜がＩ１未満である場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル１に設定する（すなわち、レベル１を維持する）。｜Ｉｃｎ｜がＩ１以上かつＩ２未満になった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル２に設定する（すなわち、過電流レベルをレベル１からレベル２に切り替える）。｜Ｉｃｎ｜がＩ２以上かつＩ３未満になった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル３に設定する。｜Ｉｃｎ｜がＩ（Ｎ－１）以上になった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベルＮに設定する。

一方、現在の過電流レベルがレベルＮ（ただし、Ｎ＝４以上）に設定されているとする。｜Ｉｃｎ｜が（Ｉ１－Ｉｇ）未満になった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル１に設定する（すなわち、過電流レベルをレベルＮからレベル１に切り替える）。｜Ｉｃｎ｜が（Ｉ１－Ｉｇ）以上かつ（Ｉ２－Ｉｇ）未満になった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル２に設定する。｜Ｉｃｎ｜が（Ｉ２－Ｉｇ）以上かつ（Ｉ３－Ｉｇ）未満になった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル３に設定する。｜Ｉｃｎ｜が｛Ｉ（Ｎ－１）－Ｉｇ｝以上である場合、設定部１５７は過電流レベルをレベルＮに設定する（すなわち、レベルＮを維持する）。他の具体例として、設定部１５７は、過電流レベルがレベル２またはレベル３に設定されている場合、｜Ｉｃｎ｜が（Ｉ１－Ｉｇ）未満になったときに、過電流レベルをレベル１に設定する。

このように、｜Ｉｃｎ｜が電流閾値Ｉｕｐよりも不感帯幅Ｉｇだけ小さい値未満になった場合に、設定部１５７は過電流レベルを小さくして過電流抑制を緩和または解除する。これにより、電流閾値Ｉｕｐ付近で過電流レベルが不安定（例えば、ハンチング現象を引き起こす）になる事態を避けることができる。

次に、設定方式Ｘ２について説明する。現在の過電流レベルはレベル１に設定されているとする。このとき、｜Ｖｓｙｓ｜がＶ１よりも大きい場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル１に設定する。｜Ｖｓｙｓ｜がＶ１以下かつＶ２よりも大きくなった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル２に設定する。｜Ｖｓｙｓ｜がＶ２以下かつＶ３よりも大きくなった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル３に設定する。｜Ｖｓｙｓ｜がＶ（Ｎ－１）以下になった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベルＮに設定する。

一方、現在の過電流レベルがレベルＮ（ただし、Ｎ＝４以上）に設定されているとする。｜Ｖｓｙｓ｜が（Ｖ１＋Ｖｇ）よりも大きくなった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル１に設定する。｜Ｖｓｙｓ｜が（Ｖ１＋Ｖｇ）以下かつ（Ｖ２＋Ｖｇ）よりも大きくなった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル２に設定する。｜Ｖｓｙｓ｜が（Ｖ２＋Ｖｇ）以下かつ（Ｖ３＋Ｖｇ）よりも大きくなった場合、設定部１５７は過電流レベルをレベル３に設定する。｜Ｖｓｙｓ｜が｛Ｖ（Ｎ－１）＋Ｖｇ｜以下である場合、設定部１５７は過電流レベルをレベルＮに設定する。設定方式Ｘ１と同様に、不感帯幅Ｖｇを用いることにより、電圧閾値Ｖｕｐ境界付近で過電流レベルが不安定となる事態を避けることができる。

次に、設定方式Ｘ３について説明する。設定方式Ｘ３は、設定方式Ｘ１と設定方式Ｘ２とを組み合わせた設定方式である。具体的には、設定部１５７は、設定方式Ｘ１を用いて出力電流Iｃｎに基づいて設定した過電流レベルＬ１、および、設定方式Ｘ２を用いて交流電圧Ｖｓｙｓに基づいて設定した過電流レベルＬ２のうちの大きい方のレベルを、最終的な過電流レベルとして設定する。例えば、設定部１５７が設定方式Ｘ１を用いて過電流レベルＬ１を“レベル１”に設定し、設定方式Ｘ２を用いて過電流レベルＬ２を“レベル２”に設定したとする。この場合、設定部１５７は、最終的な過電流レベルを“レベル２”に設定する。これにより、出力電流および交流電圧の両面から、適切な過電流抑制を実行することができる。

ここで、Ｎ＝４の場合のリミット値｜Ｉｍａｘ｜、ゲインＫｄ、電流閾値および電圧閾値の具体例について説明する。以下の説明では、出力電流Ｉｃｎの定格電流値を１［ｐｕ］とし、交流電圧Ｖｓｙｓの定格電圧値を１［ｐｕ］とする。

この場合、例えば、｜Ｉｍａｘ１ａ｜＝１、｜Ｉｍａｘ１ｂ｜＝１、｜Ｉｍａｘ２｜＝０．５、｜Ｉｍａｘ２｜＝０．２５、｜Ｉｍａｘ３｜＝０である。Ｋｄ１ａ＝０、Ｋｄ１ｂ＝０．５、Ｋｄ２＝０．７５、Ｋｄ３＝０．９、Ｋｄ４＝１である。

また、電流閾値Ｉｕｐに関して、Ｉ１＝１．２、Ｉ２＝１．３、Ｉ３＝１．４である。電流閾値Ｉｄｏｗｎに関して、Ｉｇ＝０．０５であり、Ｉ１－Ｉｇ＝１．１５、Ｉ２－Ｉｇ＝１．２５、Ｉ３－Ｉｇ＝１．３５である。電圧閾値Ｖｕｐに関して、Ｖ１＝０．７、Ｖ２＝０．５、Ｖ３＝０．３である。電圧閾値Ｖｄｏｗｎに関して、Ｖｇ＝０．１であり、Ｖ１＋Ｖｇ＝０．８、Ｖ２＋Ｖｇ＝０．６、Ｖ３＋Ｖｇ＝０．４である。

過電流レベルがレベル１に設定されており設定方式Ｘ１を用いるとする。設定部１５７は、｜Iｃｎ｜が１．２ｐｕ未満である場合に過電流レベルをレベル１で維持する。設定部１５７は、｜Iｃｎ｜が１．２ｐｕ以上かつ１．３ｐｕ未満になった場合に過電流レベルをレベル２に設定し、｜Iｃｎ｜が１．３ｐｕ以上かつ１．４ｐｕ未満になった場合に過電流レベルをレベル３に設定し、｜Iｃｎ｜が１．４ｐｕ以上になった場合に過電流レベルをレベル４に設定する。

過電流レベルがレベル４に設定されており設定方式Ｘ１を用いるとする。設定部１５７は、｜Iｃｎ｜が１．１５未満になった場合に過電流レベルをレベル１に設定し、｜Iｃｎ｜が１．１５ｐｕ以上かつ１．２５ｐｕ未満になった場合に過電流レベルをレベル２に設定し、｜Iｃｎ｜が１．２５ｐｕ以上かつ１．３５ｐｕ未満になった場合に過電流レベルをレベル３に設定する。設定部１５７は、｜Iｃｎ｜が１．３５ｐｕ以上である場合、過電流レベルをレベル４で維持する。

設定部１５７は、各レベルに対応するリミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄを過電流抑制部５０に出力する。過電流抑制部５０は、リミット値｜Ｉｍａｘ｜およびゲインＫｄに従って、上記の処理を実行する。

＜利点＞
本実施の形態によると、電力変換器１１０の過電流状態に応じてリミット値およびゲインが適切に設定されるため、当該過電流状態に応じた適切な過電流抑制を行なうことができる。したがって、電力変換器に対する同期発電機を模擬した制御を行ないつつ、過電流抑制を柔軟に実行することが可能となる。

その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態では、不感帯幅Ｉｇ，Ｖｇを設ける構成について説明したが、当該構成に限られず、不感帯幅Ｉｇ，Ｖｇを設けない構成であってもよい。

（２）上述の実施の形態として例示した構成は、本開示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、本開示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、他の実施の形態で説明した処理および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。本開示の範囲は、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 電力系統、３ 変圧器、４ 連系点、６ａ，６ｂ 交流電流検出器、７ 交流電圧検出器、８ 直流電流検出器、９ 直流電圧検出器、１１ ＰＬＬ回路、１５ 直流電力算出部、１６ ガバナ制御部、１７ 電圧調整部、１８ 正相電圧算出部、１９ 交流電力算出部、２０ 直流電圧制御部、２５ 位相同期部、５０ 過電流抑制部、７０ 入力変換器、７１ サンプルホールド回路、７２ マルチプレクサ、７３ Ａ／Ｄ変換器、７４ ＣＰＵ、７５ ＲＡＭ、７６ ＲＯＭ、７７ 入出力インターフェイス、７８ 補助記憶装置、７９ バス、８１，８２ ローパスフィルタ、８４ リミッタ、８７，８９ 比例器、１００ 制御装置、１０１ 指令生成部、１０３ 信号生成部、１０５ ３相電圧生成部、１０７ ＰＷＭ制御部、１１０ 電力変換器、１２０ 電力変換装置、１３０ 蓄電要素、１５３ 発電機模擬部、１５５，１５９ 電圧指令生成部、１５７ 設定部、１０００ 電力変換システム。

Claims (13)

1. 蓄電要素と電力系統との間で電力変換を行なう電力変換器の制御装置であって、
   同期発電機の特性を模擬することにより、前記電力変換器の出力電圧の位相を生成する発電機模擬部と、
   前記電力系統の交流電圧が目標電圧となるように、または前記電力系統の無効電力が目標無効電力となるように、前記電力変換器の出力電圧の第１電圧指令値を生成する第１電圧指令生成部と、
   前記電力変換器の出力電流および前記電力系統の交流電圧の少なくとも一方に基づいて、前記出力電流の過電流レベルを設定する設定部と、
   前記過電流レベルに基づいて前記第１電圧指令値を制限することにより、前記電力変換器の出力電圧の第２電圧指令値を生成する第２電圧指令生成部とを備え、
   前記第２電圧指令生成部は、
   前記出力電流の基本周波数成分を抽出するフィルタと、
   前記過電流レベルに対応するリミット値を用いて、前記基本周波数成分の振幅を制限するリミッタと、
   前記リミッタの出力値と前記出力電流との偏差と、前記過電流レベルに対応するゲインとの乗算値を算出する第１算出部と、
   前記第１電圧指令値と前記乗算値とを加算することにより、前記第２電圧指令値を算出する第２算出部とを含み、
   前記発電機模擬部により生成された前記位相と、前記第２電圧指令値とに基づいて、前記電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部をさらに備える、制御装置。
2. 前記過電流レベルは、前記電力変換器に過電流が発生していないことを示す第１レベルと、前記第１レベルよりも大きく、前記電力変換器に過電流が発生していることを示す第２レベルと、前記第２レベルよりも大きく、前記電力変換器に前記第２レベルにおける過電流よりも大きな過電流が発生していることを示す第３レベルとを含み、
   前記過電流レベルが大きいほど前記リミット値は小さく、
   前記過電流レベルが大きいほど前記ゲインは大きい、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記設定部は、
   前記出力電流が第１電流値未満である場合、前記過電流レベルを前記第１レベルに設定し、
   前記出力電流が前記第１電流値以上かつ第２電流値未満である場合、前記過電流レベルを前記第２レベルに設定し、
   前記出力電流が前記第２電流値以上かつ第３電流値未満である場合、前記過電流レベルを前記第３レベルに設定する、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記設定部は、前記過電流レベルが前記第２レベルまたは前記第３レベルに設定されている場合、前記出力電流が前記第１電流値よりも規定値だけ小さい値未満になったときに、前記過電流レベルを前記第１レベルに設定する、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記設定部は、
   前記交流電圧が第１電圧値よりも大きい場合、前記過電流レベルを前記第１レベルに設定し、
   前記交流電圧が前記第１電圧値以下かつ第２電圧値よりも大きい場合、前記過電流レベルを前記第２レベルに設定し、
   前記交流電圧が前記第２電圧値以下かつ第３電圧値よりも大きい場合、前記過電流レベルを前記第３レベルに設定する、請求項２に記載の制御装置。
6. 前記設定部は、
   前記出力電流に基づいて、前記第１～第３レベルを含む第１過電流レベルを設定し、
   前記交流電圧に基づいて、前記第１～第３レベルを含む第２過電流レベルを設定し、
   前記第１過電流レベルおよび前記第２過電流レベルのうちの大きい方のレベルを前記過電流レベルとして設定する、請求項２に記載の制御装置。
7. 前記設定部は、
   前記出力電流が第１電流値未満である場合、前記第１過電流レベルを前記第１レベルに設定し、
   前記出力電流が前記第１電流値以上かつ第２電流値未満である場合、前記第１過電流レベルを前記第２レベルに設定し、
   前記出力電流が前記第２電流値以上かつ第３電流値未満である場合、前記第１過電流レベルを前記第３レベルに設定し、
   前記交流電圧が第１電圧値よりも大きい場合、前記第２過電流レベルを前記第１レベルに設定し、
   前記交流電圧が前記第１電圧値以下かつ第２電圧値よりも大きい場合、前記第２過電流レベルを前記第２レベルに設定し、
   前記交流電圧が前記第２電圧値以下かつ第３電圧値よりも大きい場合、前記第２過電流レベルを前記第３レベルに設定する、請求項６に記載の制御装置。
8. 前記発電機模擬部は、
   前記電力系統の交流電流および前記交流電圧に基づいて算出される有効電力と有効電力目標値との差分を時間積分して第１角周波数を出力する第１積分器と、
   前記第１角周波数および基準角周波数の加算演算を実行する加算器と、
   前記加算器から出力される演算角周波数を時間積分して前記電力変換器の出力電圧の位相を出力する第２積分器とを含む、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 目標角周波数と前記演算角周波数との差分に基づいて、前記同期発電機のガバナフリー運転に相当する周波数調整量を算出するガバナ制御部をさらに備え、
   前記周波数調整量は、前記有効電力目標値に加算される、請求項８に記載の制御装置。
10. 前記蓄電要素から出力される直流電力値を算出する直流電力算出部をさらに備え、
    前記直流電力値は、前記有効電力目標値に加算される、請求項８または請求項９に記載の制御装置。
11. 前記蓄電要素の直流電圧を直流電圧目標値に追従させるための有効電力補正値を算出する直流電圧制御部をさらに備え、
    前記有効電力補正値は、前記有効電力目標値に加算される、請求項８～請求項１０のいずれか１項に記載の制御装置。
12. 前記電力変換器の起動時において、前記電力変換器の出力電圧の位相を前記交流電圧の位相に同期させるための角周波数調整量を算出する位相同期部をさらに備え、
    前記加算器は、前記第１角周波数と基準角周波数との加算値に前記角周波数調整量を加算して前記演算角周波数を出力する、請求項８～請求項１１のいずれか１項に記載の制御装置。
13. 蓄電要素と電力系統との間で電力変換を行なう電力変換器と、
    前記電力変換器の制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    同期発電機の特性を模擬することにより、前記電力変換器の出力電圧の位相を生成する発電機模擬部と、
    前記電力系統の交流電圧が目標電圧となるように、または前記電力系統の無効電力が目標無効電力となるように、前記電力変換器の出力電圧の第１電圧指令値を生成する第１電圧指令生成部と、
    前記電力変換器の出力電流および前記電力系統の交流電圧の少なくとも一方に基づいて、前記出力電流の過電流レベルを設定する設定部と、
    前記過電流レベルに基づいて前記第１電圧指令値を制限することにより、前記電力変換器の出力電圧の第２電圧指令値を生成する第２電圧指令生成部とを含み、
    前記第２電圧指令生成部は、
    前記出力電流の基本周波数成分を抽出するフィルタと、
    前記過電流レベルに対応するリミット値を用いて、前記基本周波数成分の振幅を制限するリミッタと、
    前記リミッタの出力値と前記出力電流との偏差と、前記過電流レベルに対応するゲインとの乗算値を算出する第１算出部と、
    前記第１電圧指令値と前記乗算値とを加算することにより、前記第２電圧指令値を算出する第２算出部とを含み、
    前記制御装置は、前記発電機模擬部により生成された前記位相と、前記第２電圧指令値とに基づいて、前記電力変換器に対する制御信号を生成する信号生成部をさらに含む、電力変換装置。

Images