JP7049294B2

JP7049294B2 - 自励式電力変換器の電流制御系の設計方法、自励式電力変換器の制御装置、並びに自励式電力変換器

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Description

本発明は、自励式電力変換器の電流制御系の設計方法、自励式電力変換器の制御装置、並びに自励式電力変換器に関する。

自励式電力変換器は、電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換したり、交流電圧を直流電圧に変換したりすることが可能な電力変換器である。自励式電力変換器は、交流電力系統と連系する場合、系統側から見ると、連系インピーダンス背後の交流電圧源とみなすことができる。

交流電力系統と連系する自励式電力変換器の出力電圧に対する応答として系統インピーダンスに流れる電流、すなわち自励式電力変換器の出力電流を制御するために、自励式電力変換器の制御装置は電流制御系を備える。

このような電流制御系に関する従来技術として、特許文献１（図４）に記載の技術が知られている。

本技術では、ｄ軸電流指令と、出力電流から算出されるｄ軸電流との差分に応じた、ｄ軸電流制御器（例えば、比例積分制御器）の出力値（電圧値）に、系統電圧に基づいて算出されるｄ軸電圧がフィードフォワード値として加算される。また、ｑ軸電流指令と、出力電流から算出されるｑ軸電流との差分に応じた、ｑ軸電流制御器（例えば、比例積分制御器）の出力値（電圧値）に、系統電圧に基づいて算出されるｑ軸電圧がフィードフォワード値として加算される。さらに、ｄｑ軸の電流の干渉を抑制するために、ｄ軸電流制御器の出力値、およびｑ軸電流制御器の出力値に、それぞれ、ｑ軸電流指令と連系用変圧器の漏れインピーダンスとの乗算値、およびｄ軸電流指令と連系用変圧器の漏れインピーダンスとの乗算値が加減算される。

特開２０１６－１１５１００号公報

上記のような従来技術による電流制御系は、系統条件の変化を考慮していない固定値の系統インピーダンスに基づいて設計される。そのため、系統条件の変化（例えば、事故や系統切替など）により、系統インピーダンスが初期設計時から大きく変化する場合、制御が不安定になるという問題がある。

そこで、本発明は、系統インピーダンスが変化した場合でも、制御を安定化できる自励式電力変換器の電流制御系の設計方法、自励式電力変換器の制御装置、並びに自励式電力変換器を提供する。

上記課題を解決するために、本発明による電流制御系の設計方法は、連系用変圧器を介して交流電力系統に連系する自励式電力変換器の電流制御系の設計方法であって、連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとする第１の伝達関数を設定し、交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ系統インピーダンスの変動に対する補償要素を有する第２の伝達関数を設定する。

また、上記課題を解決するために、本発明による自励式電力変換器の制御装置は、連系用変圧器を介して交流電力系統に連系する自励式電力変換器の制御装置であって、電流制御系を備え、電流制御系は、連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとし、電流指令と自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第１の電圧指令値を出力する第１の電流制御器と、交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ系統インピーダンスの変動に対する補償手段を有し、電流指令と自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第２の電圧指令値を出力する第２の電流制御器と、を備え、電流制御系は、第１の電圧指令値と、第２の電圧指令値と、に基づいて、自励式電力変換器への電圧指令を作成する。

また、上記課題を解決するために、本発明による自励式電力変換器は、連系用変圧器を介して交流電力系統に連系するものであって、複数の電力用半導体スイッチング素子によって構成される電力変換主回路と、電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御する制御装置と、を備え、制御装置は上記本発明による自励式電力変換器の制御装置である。

本発明によれば、系統インピーダンスの変動に対して、自励式電力変換器を安定に制御できる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

一実施形態である電力変換システムの構成図である。実施形態における電流制御系の構成例を示すブロック図である。電流制御系と制御対象を含む制御モデルを示すブロック図である。制御モデルの伝達関数を示すブロック図である。制御モデルの伝達関数の別の表現を示すブロック図である。式（６）によって表される電流制御系を示すブロック図である。図６の伝達関数を用いて設計される自励式電力変換器の電流制御系の一例を示すブロック図である。送配電系統のインピーダンスの変化を考慮して設計された本実施形態における電流制御系の一例を示すブロック図である。図８における伝達関数８０２の一例を示すブロック図である。一実施例である電流制御系におけるフィルタＦ（ｓ）の前後の信号の波形例を示す図である。一実施例である電流制御系によって制御される自励式電力変換器による交流電力潮流における有効電力の波形例を示す図である。一実施例である電流制御系によって制御される自励式電力変換器による交流電力潮流における無効電力の波形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いながら説明する。

なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

図１は、本発明の一実施形態である電力変換システムの構成図である。

自励式電力変換器２０４の交流側は、連系用変圧器２０３を介して、交流電源２０１および送配電系統２０２を含む第１の交流電力系統に接続される。なお、送配電系統２０２は、交流電源２０１と連系用変圧器２０３間に存在する負荷（例えば、モータなど）および電力ケーブルから構成される。

また、自励式電力変換器２１６の交流側は、連系用変圧器２１７を介して、交流電源２１９および送配電系統２１８を含む第２の交流電力系統に接続される。なお、送配電系統２１８は、交流電源２１９と連系用変圧器２１７間に存在する負荷（例えば、モータなど）および電力ケーブルから構成される。

自励式電力変換器２０４の直流側と自励式電力変換器２１６の直流側とは、直流送電線２１３および直流送電線２１４を介して互いに接続される。なお、直流送電線２１３と自励式電力変換器２０４の直流側との間、直流送電線２１３と自励式電力変換器２１６の直流側との間には、それぞれ、直流リアクトル２１１および直流リアクトル２１２が設けられる。

自励式電力変換器２０４，２１６は、直流電力を交流電力に変換したり、交流電力を直流電力に変換したりする。ここで、交流電力は、自励式電力変換器２０４と第１の交流電力系統との間、並びに自励式電力変換器２１６と第２の交流電力系統との間で伝送される。また、直流電力は、自励式電力変換器２０４と自励式電力変換器２１６との間で伝送される。このように、本実施形態の電力変換システムは、直流送電システムもしくはＢＴＢ（back to back）システムを構成している。

本実施形態において、自励式電力変換器２０４，２１６の各々は、複数の電力用半導体スイッチング素子から構成される電圧形の電力変換主回路を備えている。複数の電力用半導体スイッチング素子が、制御部（２０５，２０６）が作成する制御信号（Ｓ１，Ｓ２）によってオンオフ制御されることにより、電力変換主回路は、直流電圧を交流電圧に変換したり、交流電圧を直流電圧に変換したりする。

電力変換主回路としては、例えば、３相フルブリッジ回路が適用される。また、電力用半導体スイッチング素子として、図１に示す自励式電力変換器２０４，２１６では、自己消弧形スイッチング素子であるＧＴＯ（Gate Turn Off）サイリスタが適用される。なお、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの他の自己消弧形スイッチング素子が適用されてもよい。また、サイリスタが適用されてもよいが、この場合、電力変換主回路は転流回路を備える。

制御部２０５，２０６の各々は、それぞれ、自励式電力変換器２０４，２１６の交流側の電流、すなわち自励式電力変換器２０４，２１６による系統電流を制御量とし、この系統電流をフィードバック量とする電流制御系を有する。さらに、制御部２０５，２０６の各々は、電流制御系に対する指令値を作成するために、電流制御系よりも上位の制御系である、電圧制御系、有効電力制御系、無効電力制御系などを有する。

図２は、本実施形態における電流制御系の構成例を示すブロック図である。

本実施形態においては、いわゆるベクトル制御が適用される。このため、図示していないが、各制御部（２０５，２０６）は、三相交流量（電流、電圧）を直流量に変換するために、静止座標系を用いる三相／二相変換器（αβ変換器）および回転座標系を用いるｄｑ変換器を備えている。

図２に示す電流制御系においては、電流を、基準電圧に対する有効分（ｄｑ変換器が出力するｄ軸電流）および無効分（ｄｑ変換器が出力するｑ軸電流）に分けて制御する。すなわち、ｄ軸電流およびｑ軸電流の各々について、電流フィードバック制御系が構成され、電流検出値を電流指令に制御するための電圧指令が作成される。

以下、ｄ軸電流の制御について説明する。

図２に示すように、上位制御系で作成されるｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆとｄ軸電流検出値Ｉ_ｄとの差分が、制御関数１０４（Ｈ（ｓ））（すなわち伝達関数）に入力される。制御関数１０４は、いわゆる電流制御器（例えば、前述の特許文献１（図４）に記載の「ＡＣＲ」）に相当する。制御関数１０４の出力値であるｄ軸電圧値Ｖ_ｄ ^＊に、ｄ軸系統電圧Ｖ_ｄを、フィルタ１０７（Ｆ_ＦＦ）で補正してから、フィードフォワード値として加算する。また、ｄｑ軸電流間の干渉を抑制するために、連系用変圧器（図１の「２０３，２１７」）のリアクタンス１０９（ｘ）による電圧降下を補正する。このため、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆとリアクタンス１０９（ｘ）との乗算値が、ｄ軸電圧値Ｖ_ｄ ^＊から減算される。このようにして、電流制御系によって、自励式電力変換器のｄ軸電圧指令Ｖ_ｄｒｅｆが作成される。

次に、ｑ軸電流の制御について説明する。

上述のｄ軸電流の制御と同様に、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆとｑ軸電流検出値Ｉ_ｑとの差分が、制御関数１０４（Ｈ（ｓ））（すなわち伝達関数）に入力される。制御関数１０４の出力値であるｑ軸電圧値Ｖ_ｑ ^＊に、ｑ軸系統電圧Ｖ_ｑを、フィルタ１０７（Ｆ_ＦＦ）で補正してから、フィードフォワード値として加算する。また、ｄｑ軸電流間の干渉を抑制するために、連系用変圧器（図１の「２０３，２１７」）のリアクタンス１０９（ｘ）による電圧降下を補正する。このため、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆとリアクタンス１０９（ｘ）との乗算値が、ｑ軸電圧値Ｖ_ｑ ^＊から減算される。このようにして、電流制御系によって、自励式電力変換器のｑ軸電圧指令Ｖ_ｑｒｅｆが作成される。

なお、制御部（２０５，２０６）は、ｄ軸電圧指令Ｖ_ｄｒｅｆおよびｑ軸電圧指令Ｖ_ｑｒｅｆを、図示しない逆ｄｑ変換器および二相／三相変換器（逆αβ変換器）によって三相交流電圧指令に変換する。さらに、制御部は、三相交流電圧指令に応じて、例えばいわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって、自励式電力変換器（２０４，２１６）における電力変換主回路を構成する電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御するための制御信号（Ｓ１，Ｓ２）を作成する。

以下、本実施形態における電流制御系の設計方法について、図３～９を用いて説明する。

図３は、電流制御系と制御対象を含む制御モデルを示すブロック図である。

制御モデル３００は、電流制御系３０１および制御対象３０２からなる。ここで、制御対象３０２は、自励式電力変換器（２０４，２１６）の交流側が接続される連系用変圧器（２０３，２１７）および送配電系統（２０２，２１８）に相当し、伝達関数Ｙ（ｓ）としてモデル化されている。なお、電流制御系３０１の制御関数Ｇ（ｓ）は、図２に示す制御関数１０４（Ｈ（ｓ））に対応する。

図３に示すように、制御対象３０２の電流応答Ｉがフィードバックされ、電流指令Ｉ_ｒｅｆと電流フィードバック値との差分が電流制御系３０１に入力される。この差分に応じて、電流制御系３０１は、電圧指令Ｖ^＊を出力する。この電圧指令Ｖ^＊に対する制御対象３０２の応答が電流応答Ｉである。

図４は、制御モデルの伝達関数を示すブロック図である。

まず、制御対象３０２のモデルである伝達関数Ｙ（ｓ）は、アドミタンスに相当するので、抵抗成分をＲ、インダクタンス成分をＬとすると、式（１）で表される。なお、式（１）中で「ｓ」は、ラプラス演算子である（他の式も同様）。

また、図３におけるＧ（ｓ）およびＹ（ｓ）をそれぞれＧおよびＹと略記すると、電流指令Ｉ_ｒｅｆおよび電流応答Ｉの関係が式（２）で表される。

式（２）を伝達関数の形に変形すると、式（３）が得られる。

式（３）の右辺が、図３における制御モデル３００の伝達関数、すなわち図４に図示される制御モデル４００の伝達関数を表している。

図５は、制御モデルの伝達関数の別の表現を示すブロック図である。

図５に示すように、電流制御系の閉ループの伝達関数、すなわち電流指令Ｉ_ｒｅｆに対する制御応答ωとなる伝達関数は、一次遅れ要素「１／（１＋（ｓ／ω））」で表わせることが知られている。

ここで、図４に示す伝達関数と図５に示す伝達関数とを比較すると、（１／ω）＝Ｔ（時定数に相当）として、式（４）が得られる。

式（４）から、電流制御系の制御関数Ｇ（ｓ）は式（５）で表される。

さらに、式（５）および前述の式（１）から、式（６）が得られる。

図６は、式（６）によって表される電流制御系を示すブロック図である。

電流制御系の制御関数６０１、すなわちＧ（ｓ）は、式（６）の右辺第一項に対応する伝達関数６０１ａ（Ｒ／（Ｔ・ｓ））および右辺第二項に対応する伝達関数６０１ｂ（Ｌ／Ｔ）からなる。電流指令Ｉ_ｒｅｆと、フィードバック値である電流応答Ｉとの差分が、伝達関数６０１ａ，６０１ｂの各々に入力され、各出力が加算されることにより、電流指令Ｉ_ｒｅｆに対する電圧指令Ｖ^＊が作成される。

以下、図６に示す電流制御系の制御関数６０１を用いて、図１の電力変換システムにおける制御部２０５，２０６が備える電流制御系を設計する方法について説明する。なお、制御部２０５，２０６が備える電流制御系は、同じ構成を有するので、以下では、制御部２０５が備える電流制御系について説明し、制御部２０６が備える電流制御系については、説明を省略する。

図１の電力変換システムにおいて、第１の交流電力系統の系統インピーダンス、すなわち送配電系統２０２のインピーダンスの抵抗成分およびインダクタンス成分をそれぞれＲ_ＬおよびＬ_Ｌとし、連系用変圧器２０３のインピーダンスの抵抗成分およびインダクタンス成分をそれぞれＲ_ＴおよびＬ_Ｔとする。なお、送配電系統２１８および連系用変圧器２１７についても同様である。

図６におけるＲおよびＬが、それぞれ、自励式電力変換器２０４（図１）の交流側に接続されるインピーダンスの抵抗成分およびインダクタンス成分とすると、Ｒ＝Ｒ_Ｌ＋Ｒ_Ｔ，Ｌ＝Ｌ_Ｌ＋Ｌ_Ｔとなる。これらの関係から、図６の伝達関数を用いて、送配電系統２０２および連系用変圧器２０３に接続される自励式電力変換器２０４の電流制御系を設計できる。

図７は、図６の伝達関数を用いて設計される自励式電力変換器２０４の電流制御系の一例を示すブロック図である。

電流制御系の制御関数６０１（Ｇ（ｓ））は、連系用変圧器２０３のインピーダンス（Ｒ_Ｔ，Ｌ_Ｔ）をパラメータとする伝達関数７０１と、送配電系統２０２のインピーダンス（Ｒ_Ｌ，Ｌ_Ｌ）をパラメータとする伝達関数８０１とからなる。

伝達関数７０１は、Ｒ_Ｔをパラメータとする伝達関数７０１ａ（Ｒ_Ｔ／（Ｔ・ｓ））とＬ_Ｔをパラメータとする伝達関数７０１ｂ（Ｌ_Ｔ／Ｔ）とからなる。電流指令Ｉ_ｒｅｆと、フィードバック値である電流応答Ｉとの差分（＝Ｉ_ｒｅｆ－Ｉ）が、伝達関数７０１ａ，７０１ｂの各々に入力され、各出力が加算されて、伝達関数７０１の出力となる。

伝達関数８０１は、Ｒ_Ｌをパラメータとする伝達関数８０１ａ（Ｒ_Ｌ／（Ｔ・ｓ））とＬ_Ｌをパラメータとする伝達関数８０１ｂ（Ｌ_Ｌ／Ｔ）とからなる。電流指令Ｉ_ｒｅｆと、フィードバック値である電流応答Ｉとの差分が、伝達関数８０１ａ，８０１ｂの各々に入力され、各出力が加算されて、伝達関数８０１の出力となる。

さらに、伝達関数７０１の出力である電圧指令値と伝達関数８０１の出力である電圧指令値とが加算されることにより、電流指令Ｉ_ｒｅｆに応じた、自励式電力変換器２０４に対する電圧指令Ｖ^＊が作成される。

ここで、連系用変圧器２０３のインピーダンスは一定値であるが、送配電系統２０２のインピーダンスは変化し得る。このため、図７の制御関数６０１におけるパラメータＲ_ＬおよびＬ_Ｌが設計時の値（一定値）のままであると、送配電系統２０２のインピーダンスが大きく変化した場合に電流制御系の安定性が低下する可能性がある。そこで、本実施形態では、送配電系統２０２のインピーダンスの変化を考慮した伝達関数を設けることにより、送配電系統のインピーダンスが制御系設計時から大きく変化した場合でも、安定な制御を維持する。

図８は、送配電系統２０２のインピーダンスの変化を考慮して設計された本実施形態における電流制御系の一例を示すブロック図である。

図８に示すように、電流制御系の制御関数９０１（Ｇ（ｓ））は、連系用変圧器２０３のインピーダンス（Ｒ_Ｔ，Ｌ_Ｔ）をパラメータとする伝達関数７０１と、送配電系統２０２のインピーダンス（Ｒ_Ｌ，Ｌ_Ｌ）をパラメータとし、送配電系統２０２のインピーダンスの変動に対する補償要素を有する伝達関数８０２（Ｍ（ｓ））とからなる。なお、伝達関数７０１の構成は、図７に示す制御関数と同様である。

電流指令Ｉ_ｒｅｆと、フィードバック値である電流応答Ｉとの差分（＝Ｉ_ｒｅｆ－Ｉ）が、伝達関数７０１，８０２の各々に入力され、各出力が加算されて、電流指令Ｉ_ｒｅｆに応じた、自励式電力変換器２０４に対する電圧指令Ｖ^＊が作成される。

図８に示す制御関数９０１の設計においては、連系用変圧器のインピーダンス（Ｒ_Ｔ，Ｌ_Ｔ）をパラメータとする伝達関数７０１が設定されるとともに、系統インピーダンス（Ｒ_Ｌ，Ｌ_Ｌ）をパラメータとし、かつ系統インピーダンス（Ｒ_Ｌ，Ｌ_Ｌ）の変動に対して制御を安定化するための補償要素を有する伝達関数８０２が設定される。なお、これらのパラメータは、電流制御系の設計時に設定される定数パラメータである。

制御関数９０１（Ｇ（ｓ））において、送配電系統２０２のインピーダンスの変化に対する補償要素を有する伝達関数８０２（Ｍ（ｓ））が設けられることにより、系統のインピーダンス変化に対する制御の安定性が向上する。

図９は、図８における伝達関数８０２（Ｍ（ｓ））の一例を示すブロック図である。

図９に示すように、送配電系統２０２のインピーダンスの変化に対する補償要素を有する伝達関数８０２（Ｍ（ｓ））は、送配電系統２０２のインピーダンス（Ｒ_Ｌ，Ｌ_Ｌ）をパラメータとする伝達関数８０２ａと、送配電系統２０２のインピーダンス（Ｒ_Ｌ，Ｌ_Ｌ）をパラメータとしかつフィルタ８０２ｂｃを有する補償要素８０２ｂとからなる。

伝達関数８０２ａは、Ｒ_Ｌをパラメータとする伝達関数８０２ａａ（Ｒ_Ｌ／（Ｔ・ｓ））とＬ_Ｌをパラメータとする伝達関数８０２ａｂ（Ｌ_Ｌ／Ｔ）とからなる。電流指令Ｉ_ｒｅｆと、フィードバック値である電流応答Ｉとの差分が、伝達関数８０２ａａ，８０２ａｂの各々に入力され、各出力が加算されて、伝達関数８０２ａの出力となる。なお、伝達関数８０２ａａ，８０２ａｂは、それぞれ、図７における伝達関数８０１ａ，８０１ｂと同様である。

補償要素８０２ｂは、Ｒ_Ｌをパラメータとする伝達関数８０２ｂａ（Ｒ_Ｌ／（Ｔ・ｓ））と、Ｌ_Ｌをパラメータとする伝達関数８０２ｂｂ（Ｌ_Ｌ／Ｔ）と、フィルタ８０２ｂｃとからなり、伝達関数８０２ａに付加される。なお、伝達関数８０２ｂａ，８０２ｂｂは、それぞれ、伝達関数８０２ａａ，８０２ａｂと同様である。電流指令Ｉ_ｒｅｆと、フィードバック値である電流応答Ｉとの差分が、伝達関数８０２ｂａ，８０２ｂｂの各々に入力され、各出力の加算値がフィルタ８０２ｂｃに入力される。そして、この加算値に応じたフィルタ８０２ｂｃの出力が、補償要素８０２ｂの出力となる。

伝達関数８０２ａの出力と補償要素８０２ｂの出力との差分（伝達関数８０２ａの出力－補償要素８０２ｂの出力）が、伝達関数８０２の出力となる。そして、伝達関数７０１の出力である電圧指令値と伝達関数８０２の出力である電圧指令値とが加算されて、電流指令Ｉ_ｒｅｆに対する電圧指令Ｖ^＊が作成される。

フィルタ８０２ｂｃとしては、ローパスフィルタやチェビシェフフィルタなど、各種のフィルタが適用できる。なお、電力系統（本実施形態では送配電系統）で発生し得るインピーダンスの変化の状態に応じて、フィルタの種類やタイプが、適宜、設定される。

なお、図９における伝達関数７０１，８０２ａは、制御部２０５が備える電流制御系における電流制御器（ＡＣＲ）の機能を表す。また、伝達関数８０２ｂは、電流制御器に付加される補償手段の機能を表す。なお、伝達関数８０２ｂａ，８０２ｂｂも、いわば電流制御器としての機能を表す。

なお、伝達関数７０１，８０２ａの各々は、比例積分制御（ＰＩ制御）を表している。また、伝達関数８０２ｂａ，８０２ｂｂからなる伝達関数も、比例積分制御（ＰＩ制御）を表している。

図１０は、本実施形態の設計方法が適用される本発明の一実施例である電流制御系（図９参照）におけるフィルタＦ（ｓ）の前後の信号（入出力信号）の波形例を示す図である。

図１０に示すように、フィルタＦ（ｓ）により、入力信号の変動成分が除去されている。

図１１は、本実施形態の設計方法が適用される本発明の一実施例である電流制御系（図９参照）によって制御される自励式電力変換器による交流電力潮流における有効電力の波形例を示す図である。なお、比較例として、電流制御系が系統インピーダンスの変化に対する補償要素を備えない場合（図７参照）の有効電力の波形を併記する。

また、図１２は、本実施形態の設計方法が適用される本発明の一実施例である電流制御系（図９参照）によって制御される自励式電力変換器による交流電力潮流における無効電力の波形例を示す図である。なお、比較例として、電流制御系が系統インピーダンスの変化に対する補償要素を備えない場合（図７参照）の無効電力の波形を併記する。

図１１および図１２は、シミュレーションを用いた本発明者による検討結果である。本シミュレーションにおいては、系統インピーダンスが、設計時の約４倍に増加したとしている。

図１１および図１２に示すように、比較例では、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑが共に発散しており、系統インピーダンスが設計時から大きく変化したことにより、制御が不安定になっている。これに対し、本発明の一実施例では、系統インピーダンスが設計時から大きく変化した状態であっても、安定な制御がなされている。

上述のように、本実施形態による設計方法によれば、連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとする伝達関数が設定されるとともに、系統インピーダンスをパラメータとし、かつ系統インピーダンスの変動に対して制御を安定化するための補償要素を有する伝達関数が設定されることにより、系統インピーダンスの変化に対して制御を安定化できる電流制御系を設計できる。なお、補償要素がフィルタを含むことにより、比較的簡単な補償要素の構成で、制御を安定化できる電流制御系を設計できる。

また、本実施形態による制御部すなわち制御装置によれば、系統インピーダンスの変化に対する補償要素を有する電流制御系を備えることにより、自励式電力変換器による交流電力潮流を安定に制御できる。

また、本実施形態による自励式電力変換器によれば、系統インピーダンスの変化に対する補償要素を有する電流制御系を備える制御部を備えることにより、系統インピーダンスの変化に対して、交流電力潮流を安定に制御できる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、自励式電力変換器は、電力系統に連系すれば、直流送電用やＢＴＢ用に限らず、例えば、ＳＴＡＴＣＯＭ（static synchronous compensator）などでもよい。

１０４制御関数、１０７フィルタ、１０９リアクタンス、
２０１交流電源、２０２送配電系統、２０３連系用変圧器、
２０４自励式電力変換器、２０５，２０６制御部、
２１１，２１２直流リアクトル、２１３，２１４直流送電線、
２１６自励式電力変換器、２１７連系用変圧器、２１８送配電系統、
２１９交流電源、
３００制御モデル、３０１電流制御系、３０２制御対象、
４００，５００制御モデル、
６０１制御関数、６０１ａ，６０１ｂ伝達関数、
７０１，７０１ａ，７０１ｂ伝達関数、
８０１，８０１ａ，８０１ｂ伝達関数、
８０２，８０２ａ，８０２ａａ，８０２ａｂ伝達関数、
８０２ｂ補償要素、８０２ｂａ，８０２ｂｂ伝達関数、８０２ｂｃフィルタ、
９０１制御関数

Claims

連系用変圧器を介して交流電力系統に連系する自励式電力変換器の電流制御系の設計方法において、
前記連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとする第１の伝達関数を設定し、
前記交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ前記系統インピーダンスの変動に対する補償要素を有する第２の伝達関数を設定することを特徴とする自励式電力変換器の電流制御系の設計方法。
請求項１に記載の自励式電力変換器の電流制御系の設計方法において、
前記第２の伝達関数は、前記系統インピーダンスをパラメータとする第３の伝達関数を有し、
前記補償要素は、前記第３の伝達関数に付加されることを特徴とする自励式電力変換器の電流制御系の設計方法。
請求項２に記載の自励式電力変換器の電流制御系の設計方法において、
前記補償要素は、
前記系統インピーダンスをパラメータとする第４の伝達関数と、
前記第４の伝達関数の出力を入力するフィルタと、
を有し、
前記フィルタの出力を前記補償要素の出力とすることを特徴とする自励式電力変換器の電流制御系の設計方法。
連系用変圧器を介して交流電力系統に連系する自励式電力変換器の制御装置において、
電流制御系を備え、
前記電流制御系は、
前記連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとし、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第１の電圧指令値を出力する第１の電流制御器と、
前記交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ前記系統インピーダンスの変動に対する補償手段を有し、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第２の電圧指令値を出力する第２の電流制御器と、
を備え、
前記電流制御系は、前記第１の電圧指令値と、前記第２の電圧指令値と、に基づいて、前記自励式電力変換器への電圧指令を作成することを特徴とする自励式電力変換器の制御装置。
請求項４に記載の自励式電力変換器の制御装置において、
前記第２の電流制御器は、前記系統インピーダンスをパラメータとする第３の電流制御器を有し、
前記補償手段は、前記第３の電流制御器に付加されることを特徴とする自励式電力変換器の制御装置。
請求項５に記載の自励式電力変換器の制御装置において、
前記補償手段は、
前記系統インピーダンスをパラメータとする第４の電流制御器と、
前記第４の電流制御器の出力を入力するフィルタと、
を有し、
前記フィルタの出力を前記補償手段の出力とすることを特徴とする自励式電力変換器の制御装置。
連系用変圧器を介して交流電力系統に連系する自励式電力変換器において、
複数の電力用半導体スイッチング素子によって構成される電力変換主回路と、
前記電力用半導体スイッチング素子をオンオフ制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は電流制御系を備え、
前記電流制御系は、
前記連系用変圧器のインピーダンスをパラメータとし、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第１の電圧指令値を出力する第１の電流制御器と、
前記交流電力系統の系統インピーダンスをパラメータとし、かつ前記系統インピーダンスの変動に対する補償手段を有し、電流指令と前記自励式電力変換器の交流側の電流との差分に応じて、第２の電圧指令値を出力する第２の電流制御器と、
を備え、
前記電流制御系は、前記第１の電圧指令値と、前記第２の電圧指令値と、に基づいて、前記自励式電力変換器への電圧指令を作成することを特徴とする自励式電力変換器。
請求項７に記載の自励式電力変換器において、
前記第２の電流制御器は、前記系統インピーダンスをパラメータとする第３の電流制御器を有し、
前記補償手段は、前記第３の電流制御器に付加されることを特徴とする自励式電力変換器。
請求項８に記載の自励式電力変換器において、
前記補償手段は、
前記系統インピーダンスをパラメータとする第４の電流制御器と、
前記第４の電流制御器の出力を入力するフィルタと、
を有し、
前記フィルタの出力を前記補償手段の出力とすることを特徴とする自励式電力変換器。