JP7260056B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置に関するものである。

電力変換装置は上位インピーダンスを介して電力系統と接続している。電力系統の側に、システム統合制御のための上位監視装置が設けられることがある。上位監視装置は、電力系統の側の電流電圧計測値を計測するセンサと接続されることが多い。上位監視装置は、これらのセンサ計測値から上位インピーダンスの実測値を計算することができる。

これとは対照的に、電力変換装置それ自体は、上位インピーダンス付近の電流電圧計測値を直接に取得することはできない。従って、電力変換装置は上位インピーダンスを直接に計測することはできない。この点は上位監視装置と相違している。

この点に関し、従来、例えば特開２０１９－１０６８４３に記載されているように、電力変換装置自体にインピーダンス推定機能をもたせる技術が知られている。上記従来の技術では、電力変換装置から電力系統へと外乱信号を意図的に出力している。この外乱信号の応答を調べることで、電力変換装置が接続した先の負荷のインピーダンス（つまり上位インピーダンス）を推定することができる。

日本特開２０１９－１０６８４３号公報

しかしながら、上記従来の技術は、上位インピーダンスを推定するために外乱信号を電力変換装置に出力させるとともに、その外乱信号に対する電力系統側からの応答を検出する必要がある。外乱信号の出力は、通常の電力変換運転とは異なる特殊動作である。そのような特殊動作が必要となることで、効率の良い電力変換運転が阻害されるという問題がある。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電力変換運転が阻害されることを抑制しつつ上位インピーダンスを推定する機能を有する電力変換装置を提供することを目的とする。

本開示にかかる電力変換装置は、直流電源からの直流入力電力を変換することで第一交流出力電流および第一交流出力電圧を出力する電力変換回路と、前記電力変換回路に直列接続しており、前記第一交流出力電流および前記第一交流出力電圧を濾過することで、リアクトルとキャパシタの接続点から出力される第二交流出力電流および前記キャパシタに印加される第二交流出力電圧を生成する交流フィルタ回路と、前記電力変換回路の停止時または出力ゼロ時もしくは任意の出力時の前記第二交流出力電圧の値である第一電圧値と前記電力変換回路が出力電力を出力している運転中の前記第二交流出力電圧の値である第二電圧値との間の差分値に基づいて、上位インピーダンス推定値を算出するように構築された算出部と、を備えた。

電力変換装置からみて上位インピーダンスの向こう側に現れる系統電圧を、便宜上、「上位系統電圧」とも称する。電力変換回路の停止時または出力ゼロ時を、便宜上、「無出力状況」とも称する。無出力状況における上記第二交流出力電圧は、上位系統電圧の推定値として使用されてもよい。この考え方を利用して上記第一電圧値と上記第二電圧値との差分値を求めることによって、上位インピーダンスを算出するための方程式を解くことができる。無出力状況は電力変換装置に対して外乱発生等の非常的な制御動作を要求しないので、電力変換運転の効率低下は抑制される。従って、電力変換装置の運転動作が阻害されないようにしつつ上位インピーダンス推定値を算出することができる。

実施の形態にかかる電力変換装置の構成を示す図である。 実施の形態にかかる電力変換装置における上位インピーダンス推定技術を説明するための回路図である。 実施の形態の変形例にかかる電力変換装置における上位インピーダンス推定技術を説明するための回路図である。

［実施の形態の装置の構成］
図１は、実施の形態にかかる電力変換装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、電力変換装置１０は、直流電源装置８と電力グリッド４０との間に介在するように設けられる。

電力変換装置１０は、直流側リレー１２と、直流キャパシタ１３と、電力変換回路１４と、交流フィルタ回路１５と、交流側リレー１７とを備える。電力変換装置１０は、さらに計器用変流器（ＣＴ）５１と、計器用変圧器（ＶＴ）５２と、計器用変流器（ＣＴ）５３ａと、計器用変圧器（ＣＴ）５３ｂと、計器用変圧器（ＶＴ）５４と、計器用変流器（ＣＴ）５５とを備える。

交流フィルタ回路１５は、交流リアクトル１５ａと交流キャパシタ１５ｂとを含んでいる。以下の説明では、交流リアクトル１５ａのインピーダンスを「Ｚ_１」と表記し、交流キャパシタ１５ｂのインピーダンスを「Ｚ_３」と表記する。また、電力変換装置１０と電力グリッド４０との間の上位インピーダンスを「Ｚ_２」で表記する。上位インピーダンスＺ_２は「系統インピーダンスＺ_２」と称されてもよい。

電力変換装置１０は、さらにＭＰＰＴコントローラ１８と、第一減算器１９と、直流電圧コントローラ２０と、第一加算器２１と、第一座標変換部２２と、第二減算器２３と、電流コントローラ２４と、ＰＷＭ駆動回路２５とを備える。

電力変換装置１０は、さらに位相同期回路（ＰＬＬ回路）３０と、電力制御指令値演算部３１と、を備える。

電力変換装置１０は、上位インピーダンスＺ_２の推定値を算出する算出部３０１を備える。実施の形態では、一例として、算出部３０１がＰＬＬ回路３０に内蔵されている。

直流側リレー１２は、直流電源装置８と接続している。直流電源装置８からの直流入力電力は、直流側リレー１２の第一端に受け入れられる。

直流電源装置８は、例えば太陽電池パネルと蓄電池とのいずれか一方の電源であってもよく、これらの両方の電源を備えてもよい。蓄電池は、各種公知の二次電池または燃料電池を含んでもよい。風力発電機と交流直流コンバータ装置とが、この直流電源装置８とされてもよい。直流電源装置８は、各種の再生可能エネルギー発電装置であってもよい。

電力変換回路１４は、直流電源装置８と電力グリッド４０との間に介在しこれらとともに直列回路を形成している。この電力グリッドは、一般に電力系統とも呼ばれる。電力系統は、電力を需要家の受電設備に供給するためのシステムである。電力系統は、発電・変電・送電・配電を統合したシステムである。

計器用変流器（ＣＴ）５１は、直流電流ｉ_ＤＣを計器用の値に変換する。直流電流ｉ_ＤＣは、直流電源装置８と電力変換回路１４との間を流れる電流である。計器用変圧器（ＶＴ）５２は、直流電圧Ｖ_ＤＣを計器用の値に変換する。直流電圧Ｖ_ＤＣは、直流電源装置８と電力変換回路１４との間の電圧であって、直流キャパシタ１３の電圧である。

電力変換回路１４は、直流電力と交流電力との間の変換を行う。電力変換回路１４の直流端は、直流側リレー１２の第二端と接続している。電力変換回路１４は、例えば複数の半導体スイッチング素子を含む三相電圧型インバータ回路であってもよい。ただし、変形例として、電力変換回路１４は単相または二相の電圧型インバータ回路であってもよい。

電力変換回路１４は、直流電源装置８からの直流入力電力を変換することで、第一交流出力電流および第一交流出力電圧を出力する。説明の便宜上、この第一交流出力電流を「インバータ出力電流ｉ_ｉｎｖ」とも称し、この第一交流出力電圧を「インバータ出力電圧Ｖ_ｉｎｖ」とも称する。

計器用変流器（ＣＴ）５３ａは、インバータ出力電流ｉ_ｉｎｖを計器用の値に変換する。インバータ出力電流ｉ_ｉｎｖは、電力変換回路１４と交流リアクトル１５ａとの間を流れる三相交流出力電流である。計器用変圧器（ＣＴ）５３ｂは、インバータ出力電圧Ｖ_ｉｎｖを計器用の値に変換する。インバータ出力電圧Ｖ_ｉｎｖは、電力変換回路１４の三相交流出力電圧である。

直流キャパシタ１３の第一端は、直流側リレー１２と電力変換回路１４との間の配線（例えばブスバー）に接続されている。直流キャパシタ１３の第二端は、接地などの基準電位に接続される。直流キャパシタ１３は、電力変換回路１４の直流側に現れる直流電圧Ｖ_ＤＣで充電される。

交流フィルタ回路１５は、電力変換回路１４に接続されている。実施の形態では、交流フィルタ回路１５が、交流リアクトル１５ａと交流キャパシタ１５ｂとがＬ型に接続されたＬＣフィルタ回路である。図１では簡略化しているが、実際には、電力変換回路１４の出力側には三相分の出力配線が伸びている。実際には、この三相分の出力配線それぞれに、交流リアクトル１５ａと交流キャパシタ１５ｂの組が設けられる。

交流リアクトル１５ａは、電力変換回路１４の交流端に直列接続されている。交流側リレー１７の第一端が、交流リアクトル１５ａに接続されている。交流側リレー１７の第二端が、電力グリッド４０に接続されている。交流キャパシタ１５ｂの第一端は、交流リアクトル１５ａと交流側リレー１７とを結ぶ配線（例えばブスバー）に接続されている。交流キャパシタ１５ｂの第二端は、接地などの基準電位に接続される。

交流フィルタ回路１５は、第一交流出力電流（つまりインバータ出力電流ｉ_ｉｎｖ）と第一交流出力電圧（つまりインバータ出力電圧Ｖ_ｉｎｖ）とを濾過する。この濾過により、交流フィルタ回路１５は、第二交流出力電流および第二交流出力電圧を生成する。説明の便宜上、この第二交流出力電流を「交流出力電流ｉ_ｏｕｔ」とも称し、この第二交流出力電圧を「交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔ」とも称する。交流出力電流ｉ_ｏｕｔは、交流リアクトル１５ａと交流キャパシタ１５ｂとの接続点を流れる電流である。交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、交流キャパシタ１５ｂに印加される電圧である。

計器用変圧器（ＶＴ）５４は、交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔを計器用の値に変換する。交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、交流フィルタ回路１５と上位インピーダンスＺ_２との間の三相交流電圧である。計器用変流器（ＣＴ）５５は、交流出力電流ｉ_ｏｕｔを計器用の値に変換する。交流出力電流ｉ_ｏｕｔは、交流フィルタ回路１５と上位インピーダンスＺ_２との間の三相交流電流である。

ＭＰＰＴコントローラ１８は直流電源装置８がＰＶ以外の場合は、省略され、例えば上位監視装置から指令値Ｖ ^＊ _ＤＣ が与えられる。ＭＰＰＴコントローラ１８が有効の場合、直流電流ｉ_ＤＣと直流電圧Ｖ_ＤＣとが入力される。第一減算器１９は、ＭＰＰＴコントローラ１８が出力する指令値Ｖ^＊ _ＤＣと直流電圧Ｖ_ＤＣとの差を演算する。ＭＰＰＴコントローラ１８は、ＭＰＰＴ制御によって直流電源装置８からの直流電力を最大限に取り出す。

直流電圧コントローラ２０は、第一減算器１９の減算結果に基づいて直流電圧制御を実施する。第一加算器２１は、直流電圧コントローラ２０の出力値とｄ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄとを加算する。ｄ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄは、後述する電力コントローラ３４の出力する指令値である。

第一座標変換部２２は、ｄｑ軸／ａｂｃ軸の変換つまり二相から三相への座標変換を行う。第一座標変換部２２は、第一加算器２１の加算結果とｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑとに基づいて、インバータ電流指令値ｉ^* _ｉｎｖを算出する。ｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑは、後述する電力コントローラ３４の出力する指令値である。

第二減算器２３は、インバータ電流指令値ｉ^* _ｉｎｖとインバータ出力電流ｉ_ｉｎｖとの差を演算する。

電流コントローラ２４は、第二減算器２３の出力に基づいて電流指令値を計算する。ＰＷＭ駆動回路２５は、電流コントローラ２４の電流指令値に従ってパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成する。ＰＷＭ駆動回路２５は、このＰＷＭ信号を半導体スイッチング素子の駆動信号として電力変換回路１４に伝達する。

ＰＬＬ回路３０は、交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔの位相に基づいて位相指令値θ^＊を出力する。具体的には、ＰＬＬ回路３０は、交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔとｄ軸出力電圧Ｖ_ｄとｑ軸出力電圧Ｖ_ｑとに基づいて、位相指令値θ^＊を出力する。ｄ軸出力電圧Ｖ_ｄとｑ軸出力電圧Ｖ_ｑは、後述する第二座標変換部３２から出力される。

ＰＬＬ回路３０は、後述する電力コントローラ３４から交流出力電流を受け取る。また、ＰＬＬ回路３０は、算出部３０１で算出した上位インピーダンスＺ_２の推定値も取得する。ＰＬＬ回路３０は、上位インピーダンスＺ_２の推定値と交流出力電流とに基づいて、位相補正量Δθを算出する。ＰＬＬ回路３０は、この位相補正量Δθで位相指令値θ^＊を補正するように構築されている。

電力制御指令値演算部３１は、ＰＬＬ回路３０からの位相指令値θ^＊に基づいて電力制御指令値を算出する。電力制御指令値は、電力変換回路１４の制御に用いられる。実施の形態においては、電力制御指令値は、具体的には、ｄ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄとｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑとを含む。電力制御指令値演算部３１は、ＰＬＬ回路３０からの位相指令値θ^＊と交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔと交流出力電流ｉ_ｏｕｔとインバータ出力電流ｉ_ｉｎｖとに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄとｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑとを算出する。

電力制御指令値演算部３１は、直交変換（ＤＣ／ＡＣ変換）モードと、交直変換（ＡＣ／ＤＣ変換）モードと、を備えてもよい。直交変換モードにおいては、電力変換回路１４が直流電力を交流電力に変換するように、電力制御指令値演算部３１が電力制御指令値を算出する。交直変換モードにおいては、電力変換回路１４が交流電力を直流電力に変換するように、電力制御指令値演算部３１が電力制御指令値を算出する。

電力制御指令値演算部３１は、第二座標変換部３２と、第三座標変換部３３と、電力コントローラ３４と、を含んでいる。

第二座標変換部３２は、ａｂｃ軸／ｄｑ軸変換つまり三相から二相への変換を行う。これにより、第二座標変換部３２は、交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔからｄ軸出力電圧Ｖ_ｄおよびｑ軸出力電圧Ｖ_ｑを算出する。

第三座標変換部３３は、ａｂｃ軸／ｄｑ軸変換つまり三相から二相への変換を行う。これにより、第三座標変換部３３は、交流出力電流ｉ_ｏｕｔ とインバータ出力電流ｉ _ｉｎｖ それぞれからｄ軸出力電流ｉ_ｄおよびｑ軸出力電流ｉ_ｑを算出する。

電力コントローラ３４は、第二座標変換部３２の上記算出値Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑと第三座標変換部３３の上記算出値ｉ_ｄ、ｉ_ｑとに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉ^＊ _ｄとｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑとを算出する。

［実施の形態の上位インピーダンス推定技術］
（第一推定方法）
図２は、実施の形態にかかる電力変換装置１０における上位インピーダンス推定技術を説明するための回路図である。図２を用いて、実施の形態にかかる第一推定方法を説明する。

図２は、電力変換装置１０の交流側回路構成を模式的に表した回路図である。交流フィルタ回路１５の回路素子は既知なので、図２におけるＺ_１とＺ_３の各値は既知である。電力変換装置１０からみて上位インピーダンスＺ_２の向こう側に現れる系統電圧を、便宜上、「上位系統電圧Ｖ_ａｃ」とも称する。

図２においてインピーダンスＺ_１に流れ込む電流Ｉ_１は、インバータ出力電流ｉ_ｉｎｖに基づいて検出してもよい。図２においてインピーダンスＺ_３に印加される電圧Ｖ_ｚ３は、交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔに基づいて検出してもよい。よって、これらの値は、計器用変流器５３ａと計器用変圧器５４とを介して取得した電流電圧の測定値を用いてもよい。

図２の回路図から式（１）および式（２）が導出される。

さらに式（３）と式（４）とを式（２）に代入すると、式（５）が導出される。

式（５）によれば、値Ｉ_１、Ｖ_ｚ３、Ｚ _１、およびＺ_３を用いて、上位インピーダンスＺ_２を推定することができる。式（５）の分子は、差分値ΔＶとインピーダンスＺ_３とを乗算した値を含む。式（５）の分母は、値Ｉ_１とインピーダンスＺ_３との乗算値から、電力変換回路１４の運転中のＶ_Ｚ３とを減算した差分を含む。これらの分子と分母とを有するように予め定めた分数が、式（５）である。

式（４）に示す差分値ΔＶは、電力変換回路１４の運転中における交流キャパシタ１５ｂの電圧Ｖ_ｚ３と、この上位系統電圧Ｖ_ａｃの推定値との差分である。電圧Ｖ_Ｚ３の計測をするためには、計器用変圧器５４を介して交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔを計測すればよい。一方、上位系統電圧Ｖ_ａｃは上位インピーダンスＺ_２の向こう側に現れる電圧であり、電力変換装置１０の外側にある。よって電力変換装置１０それ自体は上位系統電圧Ｖ_ａｃの大きさを直接に計測することはできない。

電力変換回路１４の停止時または出力ゼロ時を、便宜上、「無出力状況」とも称する。「停止時」は、例えば夜間停止モード、異常時保護停止モード、メンテナンス中などにおいて、電力変換回路１４の駆動が完全停止している状態である。「出力ゼロ時」は、意図的に有効電力指令値がゼロとされたことに起因して、或いは意図しない瞬時電圧低下等が発生したことに起因して、電力変換回路１４の出力電力が一時的にゼロとなった動作を含む。

無出力状況における、交流フィルタ回路１５の交流キャパシタ１５ｂの電圧Ｖ_ｚ３に注目する。無出力状況では、上位インピーダンスＺ_２の両端に電位差がなく式（４）でΔＶ＝０となり、交流出力電流ｉ_ｏｕｔが流れない。図２の回路図における電圧Ｖ_ｚ３は、無出力状況下においては、上位系統電圧Ｖ_ａｃに対して位相差がなく且つ等しい電圧値を示す。無出力状況下において、交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔと交流キャパシタ１５ｂの電圧Ｖ_ｚ３とが実質的に等しい。つまり、無出力状況で計測した交流キャパシタ１５ｂの電圧Ｖ_ｚ３は、上位系統電圧Ｖ_ａｃの推定値として使用してもよい。これらの考え方に従って、電力変換装置１０は間接的に上位系統電圧Ｖ_ａｃの大きさを検知することができる。

実施の形態にかかる算出部３０１は、式（４）における差分値ΔＶを次のように求める。差分値ΔＶは、下記に述べる「第一電圧値」と「第二電圧値」に基づいて算出される。

まず、ＰＬＬ回路３０は、無出力状況における交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔを「第一電圧値」として取得する。この第一電圧値に基づいて、ＰＬＬ回路３０は、第一位相θ_１と第一振幅Ａ_１とを含む第一演算結果を算出する。この第一演算結果は、ＰＬＬ回路３０の内部における不揮発性メモリなどに記録されてもよい。この第一電圧値は電力変換回路１４が出力電力を出力している運転中に取得してもよい。その場合、取得時の出力電力量も併せて記録する。

さらに、ＰＬＬ回路３０は、電力変換回路１４が出力電力を出力している運転中に、交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔを「第二電圧値」として取得する。第二電圧値を取得するために、ゼロではない複数の異なる出力電力値が予め設定され、この複数の出力電力値どおりの出力電力を出力するように電力変換回路１４が制御されてもよい。複数の出力電力値それぞれに対応させて複数の第二電圧値が取得されてもよい。この一つまたは複数の第二電圧値に基づいて、ＰＬＬ回路３０は、第二位相θ_２と第二振幅Ａ_２とを含む第二演算結果を算出する。この第二演算結果も、ＰＬＬ回路３０の内部における不揮発性メモリなどに記録されてもよい。

ＰＬＬ回路３０は、記録した第一演算結果と第二演算結果とから差分値ΔＶを計算する。差分値ΔＶは、位相および振幅それぞれの差分を表している。差分値ΔＶと、前述した既知の回路パラメータおよび測定値とから、式（１）～式（５）を解くことができる。尚、第一電圧値を運転中に測定したときは、測定した際の出力電力値を式（１）～式（５）の計算結果から測定時の電力値で補正することで、上位インピーダンスＺ_２は、第一電圧値が停止時もしくは出力電力がゼロのときと同等になる。

（第二推定方法）
図３は、実施の形態の変形例にかかる電力変換装置１０における上位インピーダンス推定技術を説明するための回路図である。図３を用いて、実施の形態にかかる第二推定方法を説明する。この第二推定方法が、第一推定方法の代わりに用いられてもよい。

第一推定方法では電流Ｉ_２を用いるのに対し、第二推定方法は電流Ｉ_３を用いる。図３の電流Ｉ_３と電圧Ｖ_ｚ３は、計器用変流器５３ａと計器用変圧器５３ｂとを介して取得した電流と電圧により計測することができる。

第一推定方法と第二推定方法とで差分値ΔＶの計算の概念は同じである。よってΔＶは前述した式（４）で求められる。しかし第二推定方法は測定する電流が第一推定方法と違うので、計算式は下記の式（６）となる。

以上説明したように、実施の形態にかかる算出部３０１は、差分値ΔＶに基づいて、電力変換回路１４と電力系統との間の上位インピーダンスＺ_２の推定値を算出する。算出部３０１は、式（５）または式（６）に従って上位インピーダンスＺ_２の推定値を算出する。式（５）または式（６）は、交流フィルタ回路１５に含まれる各素子のインピーダンスおよびそれらの付近に現れる電流値および電圧値の関係を予め定めた所定方程式である。

式（４）の差分値ΔＶがわかれば、交流リアクトル１５ａおよび交流キャパシタ１５ｂそれぞれのインピーダンス値とこれらの回路素子の付近に現れる電流または電圧の計測値とを用いることで、式（５）または式（６）を解くことができる。式（５）または式（６）を解くことで、電力変換装置１０単体で上位インピーダンスＺ_２の推定値を精度良く算出できる。このため、上位監視装置等の外部センサ機能に頼らなくともよい。

無出力状況では、電力変換装置１０が停止または出力ゼロとなるだけである。無出力状況では、電力変換装置１０に対して外乱発生等の非常的な制御動作が行われない。外乱発生による運転阻害を引き起こすことがないので、電力変換装置１０の電力変換運転が阻害されないようにしつつ上位インピーダンスＺ_２の推定値を精度良く算出することができる。

図２で説明した上記第一推定方法を用いる場合、算出部３０１は、差分値ΔＶと、交流キャパシタ１５ｂのインピーダンスＺ_３と、インバータ出力電流ｉ_ｉｎｖ＝Ｉ_１と、電力変換回路１４の運転中にＰＬＬ回路３０で検出した交流出力電圧Ｖ_ｏｕｔ＝Ｖ_ｚ３と、に基づいて上位インピーダンスＺ_２の推定値を算出する。第一推定方法は計器用変流器５５を介して取得する電流値を計算に使用しない。従って、計器用変流器５５を省略してもよい利点がある。

図３で説明した上記第二推定方法を用いる場合、算出部３０１は、差分値ΔＶと電流計器で計測した交流出力電流ｉ_ｏｕｔの値Ｉ３との比に基づいて上位インピーダンスＺ_２の推定値を算出する。第二推定方法は計器用変流器５３ａを介して取得する電流値を計算に使用しない。従って、計器用変流器５３ａを省略してもよい利点がある。また、第二推定方法は、交流フィルタ回路１５の定数によらず上位インピーダンスＺ_２を推定できる利点を有する。また、式（６）に従って上位インピーダンスＺ_２の推定値を簡単に計算できる等の利点がある。

実施の形態では次の利点もある。系統事故は例えば数ミリ秒オーダーで発生する。上位監視装置と電力変換装置１０との間のデータ通信には時間がかかる。データ通信に時間がかかると系統事故の制御が高速に行えない問題がある。この点、実施の形態では、電力変換装置１０の内部において高速な信号伝達および演算処理が行われることで、上位インピーダンスＺ_２の推定値を演算することができる。さらにその推定値を位相指令値補正などに利用してもよい。このように実施の形態では上位監視装置とのデータ通信が不要なので、系統事故への応答を高速に行うことができる利点がある。よって系統擾乱時の制御応答性などが飛躍的に改善される。

実施の形態によれば、算出部３０１がＰＬＬ回路３０に内蔵されている。ＰＬＬ回路３０の持つ機能を算出部３０１が使用できるので、少ない追加構成で上位インピーダンス推定機能を実装することができる利点もある。

直流電源装置８が太陽電池パネルを含む場合には、太陽光発電が行われない夜間における電力変換回路１４の運転停止時に、算出部３０１が上記第一電圧値を取得してもよい。これにより、電力変換回路１４の電力変換運転を阻害することなく、上位インピーダンス推定に必要な情報を得ることができる。

［実施の形態の位相補正制御］
以下、上位インピーダンスを用いた制御改善技術の一例を説明する。例えば、ＬＶＲＴ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｉｄｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）が発生することが考えられる。ＬＶＲＴは、図２の上位系統電圧Ｖ_ａｃが系統事故で瞬間的に低下することである。ＬＶＲＴにより、最大で上位系統電圧Ｖ_ａｃが０％まで低下することがある。

ＬＶＲＴ発生中には、ＰＬＬ回路３０が演算を正しく実行できない。対策法の一例として、事故前におけるＰＬＬ回路３０の演算結果を用いて、事故中の電流制御を実施することも考えられる。しかしこの対策法では、定常偏差が発生する可能性がある。事故前と事故中とでは、電力変換回路１４の出力状態が大きく異なる場合があるからである。

そこで、実施の形態では、事故前のＰＬＬ回路３０の演算結果に、上位インピーダンスＺ_２の推定値とインバータ出力電流ｉ_ｉｎｖから演算した位相状態とを反映させることで、定常偏差を低減もしくは解消させる。

具体的には、ＰＬＬ回路３０は、上位インピーダンスＺ_２の推定値と電流指令値とに基づいて、位相補正量Δθを算出する。ＰＬＬ回路３０は、位相補正量Δθで位相指令値θ^＊を補正するように構築されている。

便宜上、制御ステップの時系列を示すための添字ｋを位相指令値θ^＊に付する。今回の制御ステップｋでＰＬＬ回路３０が計算した位相指令値を、今回位相指令値θ^＊ _ｋとする。この場合、一つ前の前回ステップｋ－１で計算された位相指令値を、前回位相指令値θ^＊ _ｋ－１で表す。

一例として、ＰＬＬ回路３０は、上位インピーダンスＺ_２の推定値とｑ軸電流指令値ｉ^＊ _ｑとを乗じた値に基づいて、位相補正量Δθを算出してもよい。ＰＬＬ回路３０は、位相補正量Δθを前回位相指令値θ^＊ _ｋ－１に加算することで、今回位相指令値θ^＊ _ｋを算出してもよい。これにより、定常偏差を低減もしくは解消することができる。

算出部３０１は、ＰＬＬ回路３０以外に設けられてもよい。電力変換装置１０の内部の任意の部位に算出部３０１が設けられてもよい。例えば、算出部３０１が追加される対象は、電力制御指令値演算部３１と電力コントローラ３４とのいずれかに追加されてもよい。算出部３０１は、電力変換装置１０の内部に設けられたいずれかの制御ブロックにインピーダンス推定制御ロジックと位相補正ロジックとを追加することによってソフトウェア的に実現されてもよい。算出部３０１は、電力変換装置１０の内部に設けられたいずれかの制御回路をハードウェア的に改造することによって実現されてもよい。あるいは、算出部３０１は、電力変換装置１０の内部にハードウェア専用回路としてインピーダンス推定回路部および位相補正部が独立に追加されてもよい。

実施の形態にかかる電力変換装置１０が備える各機能は、上位インピーダンス推定方法あるいは位相補正方法として提供されてもよい。

８ 直流電源装置、１０ 電力変換装置、１２ 直流側リレー、１３ 直流キャパシタ、１４ 電力変換回路、１５ 交流フィルタ回路、１５ａ 交流リアクトル、１５ｂ 交流キャパシタ、１７ 交流側リレー、１８ ＭＰＰＴコントローラ、１９ 第一減算器、２０ 直流電圧コントローラ、２１ 第一加算器、２２ 第一座標変換部、２３ 第二減算器、２４ 電流コントローラ、２５ ＰＷＭ駆動回路、３０ 位相同期回路（ＰＬＬ回路）、３１ 電力制御指令値演算部、３２ 第二座標変換部、３３ 第三座標変換部、３４ 電力コントローラ、４０ 電力グリッド、５１、５３ａ、５５ 計器用変流器、５２、５３ｂ、５４ 計器用変圧器、３０１ 算出部、ｉ_ｄ ｄ軸出力電流、ｉ_ｉｎｖ インバータ出力電流（第一交流出力電流）、ｉ_ｏｕｔ 交流出力電流（第二交流出力電流）、ｉ_ｑ ｑ軸出力電流、Ｖ_ａｃ 上位系統電圧、Ｖ_ｉｎｖ インバータ出力電圧（第一交流出力電圧）、Ｖ_ｏｕｔ 交流出力電圧（第二交流出力電圧）、Ｚ_２ 上位インピーダンス（系統インピーダンス）、ΔＶ 差分値、Δθ 位相補正量、θ^＊ 位相指令値

Claims (6)

1. 直流電源からの直流入力電力を変換することで第一交流出力電流および第一交流出力電圧を出力する電力変換回路と、
   前記電力変換回路に直列接続しており、前記第一交流出力電流および前記第一交流出力電圧を濾過することで、リアクトルとキャパシタの接続点から出力される第二交流出力電流および前記キャパシタに印加される第二交流出力電圧を生成する交流フィルタ回路と、
   前記電力変換回路の停止時または出力ゼロ時もしくは任意の出力時の前記第二交流出力電圧の値である第一電圧値と前記電力変換回路が出力電力を出力している運転中の前記第二交流出力電圧の値である第二電圧値との間の差分値に基づいて、上位インピーダンス推定値を算出するように構築された算出部と、
   を備える電力変換装置。
2. 前記算出部は、予め定めた分子と予め定めた分母とを有するように予め定めた分数に基づいて前記上位インピーダンス推定値を算出するように構築され、
   前記予め定めた分子は、前記差分値と前記キャパシタのインピーダンスとを乗算した値を含み、
   前記予め定めた分母は、前記第一交流出力電流の値に前記キャパシタのインピーダンスを乗算した値から前記電力変換回路の前記運転中の前記第二交流出力電圧の値を減算した値を含む請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第二交流出力電流を計測するための電流計器を備え、
   前記算出部は、前記差分値と前記電流計器で計測した前記第二交流出力電流の値との比に基づいて前記上位インピーダンス推定値を算出するように構築された請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記直流電源が太陽電池パネルを含み、
   前記算出部は、夜間における前記電力変換回路の運転停止時に前記第一電圧値を取得するように構築された請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記第二交流出力電圧の値を受け取り、前記第二交流出力電圧の位相に基づいて位相指令値を出力する位相同期回路を、更に備え、
   前記位相同期回路は、前記算出部を含み、
   前記算出部は、前記電力変換回路の前記停止時または前記出力ゼロ時もしくは任意の出力時に前記位相同期回路に入力された前記第二交流出力電圧の値を前記第一電圧値とし、前記電力変換回路の前記運転中に前記位相同期回路に入力された前記第二交流出力電圧の値を前記第二電圧値とし、前記第一電圧値と前記第二電圧値とから前記差分値を算出するように構築された請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記第二交流出力電圧の値を受け取り、前記第二交流出力電圧の位相に基づいて位相指令値を出力する位相同期回路を、更に備え、
   前記位相同期回路は、前記上位インピーダンス推定値と電流指令値とに基づいて算出した補正量で前記位相指令値を補正するように構築された請求項１に記載の電力変換装置。

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