JP7456543B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過電流を抑制しながら系統の周波数又は電圧を安定化する。【解決手段】入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記インバータから出力される皮相電流が制限値以下となるように、前記インバータから出力される有効電流と無効電流のうち、一方の電流を他方の電流よりも優先的に制限する、電力変換装置。【選択図】図６

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

電圧制御型の仮想同期発電機制御を適用した電力変換器は、系統擾乱や過負荷時に変換器過電流で停止する恐れがあり、これを抑制し運転継続するための制御手法が求められている。仮想同期発電機制御には大別して電圧制御型と電流制御型があり、電流制御型の場合には電流指令値を制限して任意の電流に制御する方法が存在する。しかし、電圧制御型の場合、電圧指令値を抑制する方法では、電流を任意の値に制御できないため、系統インピーダンス等の条件次第では、過電流となる可能性がある。そこで、通常動作時は電圧制御型の仮想同期発電機制御を行い、出力過電流発生時には電流制御により過電流を抑制する電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－１４１７０４号公報

インバータ制御により系統の周波数及び電圧を安定化させるための機能として、周波数の安定化のためには有効電流を出力し、電圧の安定化のためには無効電流を出力する機能がある。系統の周波数擾乱が大きい場合、できる限り有効電流を出力することが望ましく、系統の電圧擾乱が大きい場合、できる限り無効電流を出力することが望ましい。

しかしながら、有効電流出力と無効電流出力が一律に同じ比率で制限されると、周波数の安定化と電圧の安定化の双方に影響が及ぶ。そのため、例えば、系統の周波数が安定していても、有効電流が制限され、系統の電圧が安定していても、無効電流が制限される。

本開示は、過電流を抑制しながら系統の周波数又は電圧を安定化できる電力変換装置を提供する。

本開示の電力変換装置は、
入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記インバータから出力される皮相電流が制限値以下となるように、前記インバータから出力される有効電流と無効電流のうち、一方の電流のゲインと他方の電流のゲインを異ならせることで一方の電流を他方の電流よりも優先的に制限する。

本開示の電力変換装置は、
前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の振幅が乱れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流を前記無効電流よりも優先的に制限してもよい。

本開示の電力変換装置は、
入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記インバータから出力される皮相電流が制限値以下となるように、前記インバータから出力される有効電流と無効電流のうち、一方の電流を他方の電流よりも大きなゲインで減少させる。

本開示によれば、過電流を抑制しながら系統の周波数又は電圧を安定化できる。

電力変換装置の一構成例を示す図である。 第１実施形態の電力変換装置におけるインバータ及び制御装置の各構成例を示す図である。 電流指令制限部の一例を示す機能ブロック図である。 皮相電流制限モードによる電流指令制限を説明するためのベクトル図である。 皮相電流制限部の一例を示す機能ブロック図である。 有効電流制限モードによる電流指令制限を説明するためのベクトル図である。 有効電流制限部の一例を示す機能ブロック図である。 無効電流制限モードによる電流指令制限を説明するためのベクトル図である。 無効電流制限部の一例を示す機能ブロック図である。 モード選択部の一例を示す機能ブロック図である。 第２実施形態の電力変換装置におけるインバータ及び制御装置の各構成例を示す図である。 制御装置内の周波数制御部の一例を示す機能ブロック図である。 制御装置内の電圧振幅制御部の一例を示す機能ブロック図である。 制御装置内の瞬時電圧指令部の一例を示す機能ブロック図である。 制御装置内の瞬時電流指令部の一例を示す機能ブロック図である。 制御装置内の瞬時電流制御部の一例を示す機能ブロック図である。

以下、実施形態について説明する。

＜電力変換装置の全体概略構成＞
図１は、電力変換装置の一構成例を示す図である。図１に示す電力変換装置２は、電力系統１に連系する。電力系統１は、配電線１０を介して発電所で発電された交流電力を需要家の設備に供給する電力系統である。

電力変換装置２は、電力系統１との間で電力を入出力する装置である。電力変換装置２は、電力系統１との間で電力を入出力するインバータ５と、インバータ５をＧＦＬ（Grid Following）インバータ又はＧＦＭ（Grid Forming）インバータとして動作させる制御装置２０とを備える。

インバータ５は、入力される直流電力を交流電力に変換する機器である。インバータ５は、例えば、太陽光などの再生可能エネルギーから発電された直流電力を交流電力に変換し、電力系統１と連系して運転するインバータ連系電源（ＩＢＲ：Inverter Based Resources）である。インバータ５は、電力変換部６、フィルタ３及びスイッチ４を備える。

電力変換部６は、制御装置２０から供給されるパルス幅変調信号（ＰＷＭパルス信号Ｖ_ＰＷＭ）に従って、入力される直流電力Ｐ_ｉｎ（例えば、再生可能エネルギーから発電された直流電力）を交流電力に変換する。電力変換部６は、ＰＷＭパルス信号Ｖ_ＰＷＭに従って、交流電圧相当の電圧ｖ_ＰＷＭを出力する。電力変換部６は、フィルタ３及びスイッチ４を介して電力系統１に接続される。

フィルタ３は、電力変換部６と電力系統１との間で流れる電流の高調波成分を除去する。フィルタ３には、電力変換部６から出力される交流の電流ｉ_Ｌが入力される。フィルタ３は、電流ｉ_Ｌから高調波成分が除去された出力電流ｉ_ｏｕｔを電力系統１に出力する。

フィルタ３は、例えば、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２及びコンデンサＣを含むＬＣＬフィルタである。リアクトルＬ１及びリアクトルＬ２は、互いに直列に接続されている。リアクトルＬ１は、電力変換部６の出力側に接続され、リアクトルＬ２は、電力系統１側に接続されている。

コンデンサＣの一端は、リアクトルＬ１とリアクトルＬ２との間に接続されている。コンデンサＣの他端は、三相の中性点に接続されている（図示せず）。なお、コンデンサＣの他端は、接地されてもよい。また、このようなＹ結線（スター結線）でなく、Δ結線（デルタ結線）としてもよい。

電力変換部６とコンデンサＣとの間にリアクトルＬ１が存在するので、電力変換部６の出力電圧とコンデンサＣの電圧との差電圧がリアクトルＬ１に生じる。この差電圧とリアクトルＬ１のインピーダンスから、リアクトルＬ１に流れる電流ｉ_Ｌが決まる。その性質を使って、制御装置２０は、電力変換部６から出力される電圧ｖ_ＰＷＭを制御することで、電流ｉ_Ｌを制御できる。

スイッチ４は、電力系統１と電力変換部６との間に接続されている。スイッチ４は、連系開閉器と呼ばれることがある。

電力系統１が通常の状態の場合、スイッチ４は、オンであり、インバータ５は、電力系統１と電力をやり取りできる。電力系統１に故障等の異常が発生した場合、スイッチ４は、オンからオフに切り替わり、インバータ５は、電力系統１と切り離される。スイッチ４のオン又はオフは、例えば、制御装置２０により制御される。

具体的には、インバータ５は、配電線１０に接続されるノードＮにおける出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数ｆ_ｏｕｔ、または有効電力Ｐ_ｏｕｔおよび無効電力Ｑ_ｏｕｔの出力に応じて電圧ｖ_ＰＷＭを制御することによって、電力系統１に対して有効電力Ｐ_ｏｕｔを出力する装置である。なお、有効電力Ｐ_ｏｕｔは、正の場合がインバータ５から電力系統１へ出力される有効電力であり、負の場合が電力系統１からインバータ５に入力される有効電力である。

制御装置２０の機能は、メモリに記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが動作することにより実現される。制御装置２０の機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によって実現されてもよい。また、オペアンプなどを用いたアナログ回路により実現される場合がある。

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態の電力変換装置におけるインバータ及び制御装置の各構成例を示す図である。図２は、インバータ５の回路構成と、制御装置２０Ａの機能ブロックを示している。第１実施形態の電力変換装置２Ａは、上記の電力変換装置２の一例である。電力変換装置２Ａは、インバータ５及び制御装置２０Ａを備える。制御装置２０Ａは、電流制御方式でインバータ５を制御する。

インバータ５は、電力変換部６、フィルタ３及びスイッチ４を備える。電力変換部６は、コンデンサ７及びインバータ回路８を有する。

コンデンサ７は、太陽光などの再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置などの外部装置から入力される直流電圧を平滑化し、入力されるエネルギーを蓄積する。直流電圧ｖ_ｄｃは、コンデンサ７の電圧（コンデンサ電圧）に相当する。

インバータ回路８は、発電装置などの外部装置から入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路である。インバータ回路８は、コンデンサ７により平滑化された直流電圧ｖ_ｄｃを交流の電圧ｖ_ＰＷＭに変換して出力する。

制御装置２０Ａは、インバータ５を電流制御方式で制御する。制御装置２０Ａは、有効電力指令部４１、有効電力制御部４２、無効電力指令部４３、無効電力制御部４４、電流指令制限部４０、逆ｄｑ変換部２７、瞬時電流制御部２８、加算器２９及びＰＷＭパルス生成部３０を備える。

有効電力指令部４１は、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力の指令値である有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆを生成する。有効電力指令部４１は、例えば、有効電力設定値Ｐ_ｓｅｔ、周波数計測値ｆ_ｏｕｔ及び定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}に基づいて、有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆを算出して出力する。

有効電力設定値Ｐ_ｓｅｔは、有効電力Ｐ_ｏｕｔの基準値であり、人により設定される値である。コンデンサ７に電気的に接続される直流側の発電装置が太陽電池の場合、有効電力設定値Ｐ_ｓｅｔは、太陽電池が発電可能な有効電力以下の値に設定される。有効電力設定値Ｐ_ｓｅｔは、太陽電池の発電量を最大化できる最大電力点を自動で求める制御（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking（最大電力点追従））によって自動で設定されてもよい。直流側に蓄電池を備える場合、蓄電池の充電又は放電時の有効電力設定値Ｐ_ｓｅｔは、蓄電池の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）により設定されてもよい。周波数計測値ｆ_ｏｕｔは、インバータ５から電力系統１に実際に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数の計測値である。周波数計測値ｆ_ｏｕｔは、フィルタ３と電力系統１との間のノードＮにおける計測値である。定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}は、電力系統１の定格周波数の設定値である。定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}は、例えば日本国内においては、東日本では５０Ｈｚを、西日本では６０Ｈｚを採用する。

有効電力制御部４２は、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力Ｐ_ｏｕｔを制御する。有効電力制御部４２は、有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆに、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力Ｐ_ｏｕｔを近づける瞬時電力制御を行う。有効電力制御部４２は、例えば、有効電力Ｐ_ｏｕｔを瞬時有効電力としてサンプリングし、そのサンプリング値である有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔが有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆに一致するようにフィードバック制御するＰＩ制御を行う。ＰＩ制御において、Ｐは比例制御、Ｉは積分制御を表す。有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔは、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力Ｐ_ｏｕｔの計測値である。

有効電力制御部４２は、有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆ及び有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔに基づいて、有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔが有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆに近づくようにｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}を生成する。ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}は、インバータ５から電力系統１に出力される有効電流の指令値である。ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}は、第１電流指令値の一例であり、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力に寄与する。

無効電力指令部４３は、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力の指令値である無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆを生成する。無効電力指令部４３は、例えば、無効電力設定値Ｑ_ｓｅｔ及び出力電圧振幅指令値Ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}に基づいて、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆを算出して出力する。

無効電力設定値Ｑ_ｓｅｔは、無効電力Ｑ_ｏｕｔの基準値であり、人により設定される値である。太陽光インバータで力率一定制御を行う場合、無効電力設定値Ｑ_ｓｅｔは、人によって設定される力率の値と現在出力している有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔの値とに基づいて算出された、出力すべき無効電力の値に設定されてもよい。出力電圧振幅指令値Ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}は、インバータ５から電力系統１に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの振幅の指令値である。

無効電力制御部４４は、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力Ｑ_ｏｕｔを制御する。無効電力制御部４４は、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆに、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力Ｑ_ｏｕｔを近づける瞬時電力制御を行う。無効電力制御部４４は、例えば、無効電力Ｑ_ｏｕｔを瞬時有効電力としてサンプリングし、そのサンプリング値である無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔが無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆに一致するようにフィードバック制御するＰＩ制御を行う。無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔは、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力Ｑ_ｏｕｔの計測値である。

無効電力制御部４４は、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆ及び無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔに基づいて、無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔが無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆに近づくようにｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を生成する。ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}は、インバータ５から電力系統１に出力される無効電流の指令値である。ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}は、第２電流指令値の一例であり、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力に寄与する。

電流指令制限部４０は、電力系統１に流れる過電流を抑制するため、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}を制限したｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}を生成し、かつ、ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を制限したｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}を生成する。電流指令制限部４０の詳細は、後述する。

逆ｄｑ変換部２７は、二軸の電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}及びｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}）を三相の出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに逆ｄｑ変換して出力する。出力電流指令値ｉ_ｒｅｆは、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌの三相の指令値である。

瞬時電流制御部２８は、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌを制御する。瞬時電流制御部２８は、出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌを近づける瞬時電流制御を行う。瞬時電流制御部２８は、例えば、電流ｉ_Ｌを瞬時電流としてサンプリングし、そのサンプリング値である電流計測値ｉ_Ｌが出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに一致するようにフィードバック制御を行うＡＣＲ（Automatic Current Regulator）として構成することができる。電流計測値ｉ_Ｌは、インバータ回路８からフィルタ３のリアクトルＬ１に流れる三相の瞬時電流の計測値である。

瞬時電流制御部２８は、出力電流指令値ｉ_ｒｅｆ及び電流計測値ｉ_Ｌに基づいて、電流計測値ｉ_Ｌが出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに近づくように出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ}を生成する。出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ}は、インバータ５から電力系統１に出力される三相の出力電圧の計測値である出力電圧計測値ｖ_ｏｕｔを補正するために出力電圧計測値ｖ_ｏｕｔに加算器２９により加算される。

加算器２９は、出力電圧計測値ｖ_ｏｕｔに出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ}を加算した値を、ＰＷＭ指令値ｖ_{ＰＷＭ，ｒｅｆ}として出力する。

ＰＷＭパルス生成部３０は、ＰＷＭ指令値ｖ_{ＰＷＭ，ｒｅｆ}を三角波等のキャリア信号と比較して、ＰＷＭパルスを含むＰＷＭパルス信号V_ＰＷＭを生成する。なお、パルス幅変調方式は、三角波比較変調方式に限定されるものではなく、一般的に用いられるパルス幅変調方式が利用可能である。また、インバータ回路８の構成により、必要な数のＰＷＭパルスを生成する必要があることはいうまでもない。

図３は、電流指令制限部の一例を示す機能ブロック図である。電流指令制限部４０は、電力系統１に流れる過電流を抑制するため、インバータ５の運転中に切り替え可能な複数の電流制限モード（皮相電流制限モード、有効電流制限モード及び無効電流制限モード）を備える。電流指令制限部４０は、手動又は自動で電流制限モードを切り替える。例えば、電流指令制限部４０は、基本的には皮相電流制限モードで運転し、出力電圧ｖ_ｏｕｔの振幅変動が基準を超えたことを検出した場合、有効電流制限モードで運転し、出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数変動が基準を超えたことを検出した場合、無効電流制限モードで運転する。

電流指令制限部４０は、皮相電流制限部５１、有効電流制限部５２、無効電流制限部５３及びモード選択部５４を有する。

皮相電流制限部５１は、皮相電流制限モードでの運転中に設定されるｄｑ軸電流指令制限値（ｄ軸電流指令制限値ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，１}及びｑ軸電流指令制限値ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，１}）を生成する。ｄ軸電流指令制限値ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，１}は、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}を皮相電流制限モードにおいて制限する値である。ｑ軸電流指令制限値ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，１}は、ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を皮相電流制限モードにおいて制限する値である。

図４は、皮相電流制限モードによる電流指令制限を説明するためのベクトル図である。皮相電流制限部５１は、皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}が制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}以下となるように、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}とｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を同じ比率で制限する。制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}は、インバータ５の運用定格以上でインバータ５のハードウェア定格以下に設定される。

皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}は、
ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}＝√（（ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}）^２＋（ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}）^２）
という関係式が成立する。

皮相電流制限部５１は、制限前のｄｑ軸電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}及びｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}）を用いて、制限前の皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}を算出する。皮相電流制限部５１は、制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}を制限前の皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}で除算することで、電流指令抑制ゲインＫを算出する。皮相電流制限部５１は、制限前のｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}に電流指令抑制ゲインＫを乗ずることにより、ｄ軸電流指令制限値ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，１}を算出する。皮相電流制限部５１は、制限前のｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}に電流指令抑制ゲインＫを乗ずることにより、ｑ軸電流指令制限値ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，１}を算出する。これにより、制限前の皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}は、電流指令値のベクトルの大きさが半径（制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}）の円内に抑制された皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}に制限されるので、過電流が抑制される。

このように、制御装置２０Ａは、皮相電流が制限値以下となるように、有効電流と無効電流を同じゲインで減少させる。

図５は、皮相電流制限部の一例を示す機能ブロック図である。皮相電流制限部５１は、乗算部５１ａ，５１ｂ、加算部５１ｃ、演算部５１ｄ、除算部５１ｅ、制限部５１ｆ及び乗算部５１ｇ，５１ｈを含む。

乗算部５１ａ，５１ｂ、加算部５１ｃ及び演算部５１ｄは、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}とｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}）とをベクトル合成した皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}を算出する。除算部５１ｅは、所定の制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}を制限前の皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}で除算することで、電流指令抑制ゲインＫを算出する。制限部５１ｆは、０以上１以下となるように制限した電流指令抑制ゲインＫを乗算部５１ｇ及び乗算部５１ｈに出力する。乗算部５１ｇは、制限前のｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}に電流指令抑制ゲインＫを乗じた値を、ｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，１}として出力する。乗算部５１ｈは、制限前のｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}に電流指令抑制ゲインＫを乗じた値を、ｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，１}として出力する。

図６は、有効電流制限モードによる電流指令制限を説明するためのベクトル図である。有効電流制限部５２は、皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}が制限値ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}以下となるように、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}をｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}よりも優先的に制限する。ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}は制限値ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}よりも小さいので、有効電流制限部５２は、ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を制限しない。有効電流制限部５２は、制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}をｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，２}として出力する。有効電流制限部５２は、皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}が制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}以下となるｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，２}（ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}）を算出する。これにより、制限前の皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}は、電流指令値のベクトルの大きさが半径（制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}）の円内に抑制された皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}に制限されるので、過電流が抑制される。

このように、制御装置２０Ａは、皮相電流が制限値以下となるように、有効電流を無効電流よりも大きなゲインで減少させる。これにより、有効電流に寄与するｄ軸電流指令値が優先的に制限されるので、電圧の安定化のための無効電流に寄与するｑ軸電流指令値は、ｄ軸電流指令値よりも大きく設定される。

図７は、有効電流制限部の一例を示す機能ブロック図である。有効電流制限部５２は、乗算部５２ａ，５２ｂ、加算部５２ｃ、演算部５２ｄ及び制限部５２ｆを含む。

制限部５２ｆは、下限値（－Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}）以上で上限値（＋Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}）以下となるように制限したｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を出力する。乗算部５２ａ，５２ｂ、加算部５２ｃ及び演算部５２ｄは、皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}が制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}となるｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，２}（ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}）を算出する。有効電流制限部５２は、制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}をｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，２}として出力する。

図８は、無効電流制限モードによる電流指令制限を説明するためのベクトル図である。無効電流制限部５３は、皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}が制限値ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}以下となるように、ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}をｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}よりも優先的に制限する。ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}は制限値ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}よりも小さいので、無効電流制限部５３は、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}を制限しない。無効電流制限部５３は、制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}をｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，３}として出力する。無効電流制限部５３は、皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}が制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}以下となるｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，３}（ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}）を算出する。これにより、制限前の皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}は、電流指令値のベクトルの大きさが半径（制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}）の円内に抑制された皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}に制限されるので、過電流が抑制される。

このように、制御装置２０Ａは、皮相電流が制限値以下となるように、無効電流を有効電流よりも大きなゲインで減少させる。これにより、無効電流に寄与するｑ軸電流指令値が優先的に制限されるので、周波数の安定化のための有効電流に寄与するｄ軸電流指令値は、ｑ軸電流指令値よりも大きく設定される。

図９は、無効電流制限部の一例を示す機能ブロック図である。無効電流制限部５３は、乗算部５３ａ，５３ｂ、加算部５３ｃ、演算部５３ｄ及び制限部５３ｆを含む。

制限部５３ｆは、下限値（－Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}）以上で上限値（＋Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}）以下となるように制限したｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}を出力する。乗算部５３ａ，５３ｂ、加算部５３ｃ及び演算部５３ｄは、皮相電流指令値ｉ_{ｓ，ｒｅｆ}が制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}となるｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，３}（ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}）を算出する。無効電流制限部５３は、制限値Ｉ_{ＬＩＭ，ｓｅｔ}をｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，３}として出力する。

図１０は、モード選択部の一例を示す機能ブロック図である。図１０に示すモード選択部５４は、図３に示すモード選択部５４の一構成例である。モード選択部５４は、手動又は自動で電流制限モード（皮相電流制限モード、有効電流制限モード及び無効電流制限モード）を切り替える。

モード選択部５４は、インバータ５からの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れていないと検出され、かつ、インバータ５からの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れていないと検出されている場合、皮相電流制限モードを選択する。この場合、モード選択部５４は、ｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，１}をｄ軸電流制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ}として出力し、かつ、ｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，１}をｑ軸電流制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ}として出力する。これにより、皮相電流が制限値以下となるように、有効電流と無効電流は同じゲインで減少するので、過電流を抑制できる。

モード選択部５４は、インバータ５からの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れていないと検出され、かつ、インバータ５からの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れていると検出されている場合、無効電流制限モードを選択する。この場合、モード選択部５４は、ｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，３}をｄ軸電流制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ}として出力し、かつ、ｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，３}をｑ軸電流制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ}として出力する。これにより、皮相電流が制限値以下となるように、無効電流は有効電流よりも大きなゲインで減少するので、過電流を抑制しながら電力系統１の周波数を有効電流の出力により安定化できる。

モード選択部５４は、インバータ５からの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れていると検出され、かつ、インバータ５からの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れていないと検出されている場合、有効電流制限モードを選択する。この場合、モード選択部５４は、ｄ軸電流指令制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ，２}をｄ軸電流制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ}として出力し、かつ、ｑ軸電流指令制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ，２}をｑ軸電流制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ}として出力する。これにより、皮相電流が制限値以下となるように、有効電流は無効電流よりも大きなゲインで減少するので、過電流を抑制しながら電力系統１の電圧を無効電流の出力により安定化できる。

モード選択部５４は、インバータ５からの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れていると検出され、かつ、インバータ５からの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れていると検出されている場合、有効電流制限モード又は無効電流制限モードを選択する。

モード選択部５４は、制御装置２０の外部からの信号に従って、有効電流と無効電流のうちどちらを優先的に制限するのか選択する。モード選択部５４は、当該信号が電力系統１の電圧安定化を優先させる信号の場合、有効電流を無効電流よりも優先的に制限するため、図１０に示す上表に基づいて、電流制限モードを選択する。この場合、モード選択部５４は、インバータ５からの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れていると検出され、かつ、インバータ５からの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れていると検出されている場合、有効電流制限モードを選択する。一方、モード選択部５４は、当該信号が電力系統１の周波数安定化を優先させる信号の場合、無効電流を有効電流よりも優先的に制限するため、図１０に示す下表に基づいて、電流制限モードを選択する。この場合、モード選択部５４は、インバータ５からの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れていると検出され、かつ、インバータ５からの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れていると検出されている場合、無効電流制限モードを選択する。

モード選択部５４は、例えば、インバータ５からの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れた場合、インバータ５からの出力電圧の振幅が乱れたと判定してもよく、この場合、電力系統１の電圧擾乱が発生したと判定してもよい。電圧擾乱の発生の判定方法は、これに限られない。

モード選択部５４は、例えば、インバータ５からの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れた場合、インバータ５からの出力電圧の周波数が乱れたと判定してもよく、この場合、電力系統１の周波数擾乱が発生したと判定してもよい。周波数擾乱の発生の判定方法は、これに限られない。

図３において、電流指令制限部４０は、モード選択部５４により選定されたｄ軸電流制限値Ｉ_{ｄ，ＬＩＭ}の絶対値を算出し、当該絶対値に正の符号を付した値をｄ軸上限値とし、当該絶対値に負の符号を付した値をｄ軸下限値とする。電流指令制限部４０は、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}をｄ軸下限値以上ｄ軸上限値以下に制限し、制限後の値をｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}として出力する。同様に、電流指令制限部４０は、モード選択部５４により選定されたｑ軸電流制限値Ｉ_{ｑ，ＬＩＭ}の絶対値を算出し、当該絶対値に正の符号を付した値をｑ軸上限値とし、当該絶対値に負の符号を付した値をｑ軸下限値とする。電流指令制限部４０は、ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}をｑ軸下限値以上ｑ軸上限値以下に制限し、制限後の値をｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}として出力する。

したがって、第１実施形態によれば、制御装置２０Ａは、インバータ５から出力される皮相電流が制限値以下となるように、インバータ５から出力される有効電流と無効電流のうち、一方の電流を他方の電流よりも優先的に制限する電流指令制限部４０を有する。これにより、過電流を抑制しながら電力系統１の周波数又は電圧を安定化できる。

＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態の電力変換装置におけるインバータ及び制御装置の各構成例を示す図である。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図１１は、インバータ５の回路構成と、制御装置２０Ｂの機能ブロックを示している。第２実施形態の電力変換装置２Ｂは、上記の電力変換装置２の一例である。電力変換装置２Ｂは、インバータ５及び制御装置２０Ｂを備える。

制御装置２０Ｂは、電圧制御方式でインバータ５を制御する。制御装置２０Ｂは、周波数制御部２２、電圧振幅制御部２３、瞬時電圧指令部３１，ｄｑ変換部２１、瞬時電流指令部２５、逆ｄｑ変換部２７、瞬時電流制御部２８、加算器２９及びＰＷＭパルス生成部３０を備える。

［周波数制御部］
周波数制御部２２は、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの周波数を制御する。周波数制御部２２は、インバータ５から電力系統１に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数に、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの周波数を近づける周波数制御、すなわち周波数同期制御を行う。周波数制御部２２は、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの周波数の指令値である周波数指令値ｆ_ｒｅｆと、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの位相の指令値である位相指令値θ_ｒｅｆとを導出する。

周波数制御部２２は、例えば、有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆ、有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔ、周波数計測値ｆ_ｏｕｔ及び定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}に基づいて、周波数指令値ｆ_ｒｅｆ及び位相指令値θ_ｒｅｆを算出して出力する。

有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆは、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力の指令値である。有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔは、インバータ５から電力系統１に実際に出力される有効電力の計測値である。有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔは、フィルタ３と電力系統１との間のノードＮにおける計測値である。

周波数計測値ｆ_ｏｕｔは、インバータ５から電力系統１に実際に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数の計測値である。周波数計測値ｆ_ｏｕｔは、フィルタ３と電力系統１との間のノードＮにおける計測値である。

定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}は、電力系統１の定格周波数の設定値である。定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}は、例えば日本国内においては、東日本では５０Ｈｚを、西日本では６０Ｈｚを採用する。

図１２は、制御装置内の周波数制御部の一例を示す機能ブロック図である。図１２に示す周波数制御部２２は、ＧＦＭ制御のうち周波数制御を行う部分である。周波数制御部２２は、加算器２２ａ，２２ｂ，２２ｆ，２２ｉ，２２ｋ、乗算器２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｊ，２２ｌ及び積分器２２ｄ，２２ｎを有する。

以下の説明では、インバータ５が仮想同期発電機として動作するときの単位慣性定数をＨとし、単位制動定数をＤとする。

加算器２２ａは、有効電力指令値Ｐ_ｒｅｆから有効電力計測値Ｐ_ｏｕｔを減じた値（Ｐ_ｒｅｆ－Ｐ_ｏｕｔ）を、加算器２２ｂに出力する。

加算器２２ｂは、加算器２２ａからの入力値（Ｐ_ｒｅｆ－Ｐ_ｏｕｔ）から加算器２２ｋからの入力を減じた値を、乗算器２２ｃに出力する。

乗算器２２ｃは、加算器２２ｂからの入力値に１／（２Ｈ）を乗じた値を、積分器２２ｄに出力する（Ｈは単位慣性定数）。

積分器２２ｄは、乗算器２２ｃからの入力値を積分した結果を、乗算器２２ｌに出力する。

乗算器２２ｅは、出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数計測値ｆ_ｏｕｔをインバータ５の定格周波数設定値ｆ_ｎで除した値を、加算器２２ｆに出力する。乗算器２２ｅの出力値は、出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数計測値ｆ_ｏｕｔを定格周波数設定値ｆ_ｎで単位化した値である。

加算器２２ｆは、積分器２２ｄからの入力値から乗算器２２ｅからの入力値を減じた値を、乗算器２２ｇに出力する。

乗算器２２ｇは、加算器２２ｆからの入力値に単位制動定数Ｄを乗じた値を、加算器２２ｋに出力する。

乗算器２２ｈは、電力系統１の定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}をインバータ５の定格周波数設定値ｆ_ｎで除した値を、加算器２２ｉに出力する。乗算器２２ｈの出力値は、電力系統１の定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}を定格周波数設定値ｆ_ｎで単位化した値である。

加算器２２ｉは、積分器２２ｄからの入力値から乗算器２２ｈからの入力値を減じた値を、乗算器２２ｊに出力する。

乗算器２２ｊは、加算器２２ｉからの入力値に利得Ｋ_ＧＯＶを乗じた値を、加算器２２ｋに出力する。利得Ｋ_ＧＯＶは、回転体の回転速度を電力系統１の定格周波数設定値ｆ_{ｎ，ｒｅｆ}に保つよう調整するためのパラメータの一つである高速ガバナゲインである。

加算器２２ｋは、乗算器２２ｇからの入力値と乗算器２２ｊからの入力値とを加算した値を、加算器２２ｂに出力する。

乗算器２２ｌは、積分器２２ｄからの入力値にインバータ５の定格周波数設定値ｆ_ｎを乗じた値を出力する。乗算器２２ｌの出力値は、インバータ５から電力系統１に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの周波数が制御されるように、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの周波数を制御するための周波数指令値ｆ_ｒｅｆに相当する。

積分器２２ｎは、乗算器２２ｌからの入力値に２πを乗じた値を積分する演算を実行する。この演算によって、積分器２２ｎは、位相指令値θ_ｒｅｆを出力する。

［電圧振幅制御部］
図１１において、電圧振幅制御部２３は、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの振幅を制御する。ここで、ｖ_ＰＷＭの振幅とは、ｖ_ＰＷＭに含まれる基本波近傍の成分（パルス幅変調に用いた変調波に由来する成分を除く成分）により構成される波形の振幅を指す。電圧振幅制御部２３は、インバータ５から電力系統１に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの振幅に、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの振幅を近づける電圧振幅制御を行う。電圧振幅制御部２３は、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの振幅の指令値である振幅指令値Ｖ_ｒｅｆを導出する。

電圧振幅制御部２３は、例えば、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆ、無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔ及び出力電圧振幅指令値Ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}に基づいて、振幅指令値Ｖ_ｒｅｆを算出して出力する。

無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆは、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力の指令値である。無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔは、インバータ５から電力系統１に実際に出力される無効電力の計測値である。無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔは、フィルタ３と電力系統１との間のノードＮにおける計測値である。

出力電圧振幅指令値Ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}は、インバータ５から電力系統１に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの振幅の指令値である。

図１３は、制御装置内の電圧振幅制御部の一例を示す機能ブロック図である。図１３に示す電圧振幅制御部２３は、ＧＦＭ制御のうち電圧振幅制御を行う部分である。電圧振幅制御部２３は、加算器２３ａ，２３ｅ，２３ｆ、乗算器２３ｂ，２３ｃ、積分器２３ｄ及び制限部２３ｇを有する。

加算器２３ａは、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆから無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔを減じた値を、乗算器２３ｂ及び乗算器２３ｃに出力する。

乗算器２３ｂは、加算器２３ａからの入力値に利得Ｋ_ｐ，ＱＶを乗じた値を、加算器２３ｅに出力する。利得Ｋ_ｐ，ＱＶは、無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔと無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆとの差を抑制するように比例制御するためのパラメータである。利得Ｋ_ｐ，ＱＶは、例えば、Ｑ－Ｖドループ制御用のＰＩ調節器（比例積分調節器）の比例ゲインである。

乗算器２３ｃは、加算器２３ａからの入力値に利得Ｋ_ｉ，ＱＶを乗じた値を、積分器２３ｄに出力する。利得Ｋ_ｉ，ＱＶは、無効電力計測値Ｑ_ｏｕｔと無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆとの差を抑制するように積分制御するためのパラメータである。利得Ｋ_ｉ，ＱＶは、例えば、Ｑ－Ｖドループ制御用のＰＩ調節器（比例積分調節器）の積分ゲインである。

積分器２３ｄは、乗算器２３ｃからの入力値を時間積分した結果を、加算器２３ｅに出力する。

加算器２３ｅは、乗算器２３ｂからの入力値と積分器２３ｄからの入力値とを加算した値を、加算器２３ｆに出力する。

加算器２３ｆは、加算器２３ｅからの入力値と出力電圧ｖ_ｏｕｔの振幅指令値Ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}とを加算した値を、制限部２３ｇに出力する。

制限部２３ｇは、加算器２３ｆからの入力値を、設定された上限値及び下限値に基づいて制限した値を振幅指令値Ｖ_ｒｅｆとして出力する。

制限部２３ｇは、加算器２３ｆからの入力値が下限値Ｖ_{ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}以上であって上限値Ｖ_{ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}以下であれば、加算器２３ｆからの入力値をそのまま出力する。

制限部２３ｇは、加算器２３ｆからの入力値が上限値Ｖ_{ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}よりも大きければ、上限値Ｖ_{ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}を出力する。制限部２３ｇは、加算器２３ｆからの入力値が下限値Ｖ_{ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}よりも小さければ、下限値Ｖ_{ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}を出力する。

制限部２３ｇの出力値は、インバータ５から電力系統１に出力される出力電圧ｖ_ｏｕｔの振幅が制御されるように、インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの振幅を制御するための振幅指令値Ｖ_ｒｅｆに相当する。

［瞬時電圧指令部］
図１１において、瞬時電圧指令部３１は、振幅指令値Ｖ_ｒｅｆ及び位相指令値θ_ｒｅｆに基づいて、インバータ５から電力系統１に出力される三相の出力電圧の指令値である出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}を導出する。出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}は、インバータ５から電力系統１に出力される三相の瞬時電圧の指令値である。

図１４は、制御装置内の瞬時電圧指令部の一例を示す機能ブロック図である。図１４に示す瞬時電圧指令部３１は、ＧＦＭ制御のうち瞬時電圧指令算出処理を行う部分である。瞬時電圧指令部３１は、加算器３１ａ，３１ｂ、余弦関数３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ、乗算器３１ｆ，３１ｇ，３１ｈ及びマルチプレクサ３１ｉを有する。

加算器３１ａは、位相指令値θ_ｒｅｆから（２π／３）を減じた値（θ_ｒｅｆ－（２π／３））を、余弦関数３１ｄに出力する。

加算器３１ｂは、位相指令値θ_ｒｅｆと（２π／３）とを加算した値（θ_ｒｅｆ＋（２π／３））を、余弦関数３１ｅに出力する。

乗算器３１ｆは、余弦関数３１ｃからの入力値cos（θ_ｒｅｆ）に振幅指令値Ｖ_ｒｅｆを乗じた値をＡ相の出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ，ａ}として出力する。

乗算器３１ｇは、余弦関数３１ｄからの入力値cos（θ_ｒｅｆ－（２π／３））に振幅指令値Ｖ_ｒｅｆを乗じた値をＢ相の出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ，ｂ}として出力する。

乗算器３１ｈは、余弦関数３１ｅからの入力値cos（θ_ｒｅｆ＋（２π／３））に振幅指令値Ｖ_ｒｅｆを乗じた値をＣ相の出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ，ｃ}として出力する。

マルチプレクサ３１ｉは、各相の出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ，ａ}，ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ，ｂ}，ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ，ｃ}を一の信号にまとめて、インバータ５から電力系統１に出力される三相の出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}を出力する。なお、この例では３つの信号を扱いやすくするためにマルチプレクサ３１ｉにより３つの信号を１つの信号に束ねたが、マルチプレクサ３１ｉを用いずに、別々の３つの信号として次のブロックに信号を送ってもよい。

［ｄｑ変換部］
図１１において、ｄｑ変換部２１は、位相指令値θ_ｒｅｆを用いて、インバータ５から電力系統１に出力される三相の出力電流の計測値である出力電流計測値ｉ_ｏｕｔを２軸の電流（ｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}及びｑ軸電流ｉ_{ｑ，ｏｕｔ}）にｄｑ変換して出力する。出力電流計測値ｉ_ｏｕｔは、インバータ５から電力系統１に実際に出力される出力電流の計測値である。

ｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}は、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力に寄与する有効電流成分である。ｑ軸電流ｉ_{ｑ，ｏｕｔ}は、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力に寄与する無効電流成分である。ｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}及びｑ軸電流ｉ_{ｑ，ｏｕｔ}は、それぞれ、周波数制御部２２により導出される周波数指令値ｆ_ｒｅｆ（インバータ回路８から出力される電圧ｖ_ＰＷＭの周波数の指令値）に対応する角周波数で回転する回転座標系におけるｄ軸成分及びｑ軸成分である。

［瞬時電流指令部］
図１１において、瞬時電流指令部２５は、ｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}、ｑ軸電流ｉ_{ｑ，ｏｕｔ}、周波数指令値ｆ_ｒｅｆ及び振幅指令値Ｖ_ｒｅｆに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}及びｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を導出する。ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}及びｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}は、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌの２軸の指令値である。ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}は、第１電流指令値の一例であり、電流ｉ_Ｌはインバータ５から電力系統１への出力電流ｉ_ｏｕｔと大きな乖離がないので、インバータ５から電力系統１に出力される有効電力に寄与する。ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}は、第２電流指令値の一例であり、電流ｉ_Ｌはインバータ５から電力系統１への出力電流ｉ_ｏｕｔと大きな乖離がないので、インバータ５から電力系統１に出力される無効電力に寄与する。

図１５は、制御装置内の瞬時電流指令部の一例を示す機能ブロック図である。図１５に示す瞬時電流指令部２５は、ＧＦＭ制御のうち瞬時電流指令値算出処理を行う部分である。瞬時電流指令部２５は、乗算器２５ｆ、乗算器２５ｇ、加算器２５ｈ、制限部２５ｕ及び制限部２５ｖを有する。

制限部２５ｕは、ｄｑ変換部２１からのｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}を、設定された上限値及び下限値に基づいて制限した値をｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}として出力する。

制限部２５ｕは、ｄｑ変換部２１からのｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}が下限値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}以上であって上限値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}以下であれば、ｄｑ変換部２１からのｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}をそのまま出力する。

制限部２５ｕは、ｄｑ変換部２１からのｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}が上限値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}よりも大きければ、上限値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}を出力する。制限部２５ｕは、ｄｑ変換部２１からのｄ軸電流ｉ_{ｄ，ｏｕｔ}が下限値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}よりも小さければ、下限値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}を出力する。

乗算器２５ｆは、周波数制御部２２からの周波数指令値ｆ_ｒｅｆに利得Ｋ_Ｃｉを乗じた値を、乗算器２５ｇに出力する。利得Ｋ_Ｃｉは、フィルタ３のコンデンサＣに流れる電流を算出するための係数である。

乗算器２５ｇは、乗算器２５ｆからの入力値と電圧振幅制御部２３からの振幅指令値Ｖ_ｒｅｆとを乗じた値を、加算器２５ｈに出力する。

加算器２５ｈは、ｄｑ変換部２１からのｑ軸電流ｉ_{ｑ，ｏｕｔ}と乗算器２５ｇからの入力値とを加算した値を、制限部２５ｖに出力する。

制限部２５ｖは、加算器２５ｈからの入力値を、設定された上限値及び下限値に基づいて制限した値をｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}として出力する。

制限部２５ｖは、加算器２５ｈからの入力値が下限値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}以上であって上限値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}以下であれば、加算器２５ｈからの入力値をそのまま出力する。

制限部２５ｖは、加算器２５ｈからの入力値が上限値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}よりも大きければ、上限値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＵＬＩＭ}を出力する。制限部２５ｖは、加算器２５ｈからの入力値が下限値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}よりも小さければ、下限値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＬＩＭ}を出力する。

［電流指令制限部］
図１１において、電流指令制限部４０は、電力系統１に流れる過電流を抑制するため、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ}を制限したｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}を生成し、かつ、ｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ}を制限したｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}を生成する。第２実施形態の電流指令制限部４０は、第１実施形態の電流指令制限部４０と同じ構成でよい。

［逆ｄｑ変換部］
図１１において、逆ｄｑ変換部２７は、２軸の電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}及びｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ，ｒｅｆ，ＬＩＭ}）を三相の出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに逆ｄｑ変換して出力する。出力電流指令値ｉ_ｒｅｆは、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌの三相の指令値である。

［瞬時電流制御部］
図１１において、瞬時電流制御部２８は、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌを制御する。瞬時電流制御部２８は、出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌを近づける瞬時電流制御を行う。瞬時電流制御部２８は、例えば、電流ｉ_Ｌを瞬時電流としてサンプリングし、そのサンプリング値である電流計測値ｉ_Ｌが出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに一致するようにフィードバック制御を行うＡＣＲ（Automatic Current Regulator）として構成することができる。電流計測値ｉ_Ｌは、インバータ回路８からフィルタ３のリアクトルＬ１に流れる三相の瞬時電流の計測値である。

瞬時電流制御部２８は、出力電流指令値ｉ_ｒｅｆ及び電流計測値ｉ_Ｌに基づいて、電流計測値ｉ_Ｌが出力電流指令値ｉ_ｒｅｆに近づくように出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ}を生成する。出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ}は、インバータ５から電力系統１に出力される三相の出力電圧の指令値である出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}を補正するために出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}に加算器２９により加算される。

図１６は、制御装置内の瞬時電流制御部の一例を示す機能ブロック図である。図１６に示す瞬時電流制御部２８は、ＧＦＭ制御のうち瞬時電流制御を行う部分である。瞬時電流制御部２８は、デマルチプレクサ２８ａ，２８ｈ、加算器２８ｂ，２８ｃ，２８ｅ，２８ｆ，２８ｇ，２８ｉ，２８ｊ，２８ｋ、乗算器２８ｄ，２８ｌ，２８ｍ，２８ｎ及びマルチプレクサ２８ｏを有する。

デマルチプレクサ２８ａは、電力変換部６からフィルタ３に流れるフィルタ電流の計測値である電流計測値ｉ_Ｌを、Ａ相の電流計測値ｉ_Ｌ，ａ、Ｂ相の電流計測値ｉ_Ｌ，ｂ及びＣ相の電流計測値ｉ_Ｌ，ｃに展開する。なお、この例はｉ_Ｌの信号を扱いやすくするために各相の信号を束ねてある場合のものであり、デマルチプレクサ２８ａで信号を展開しているが、ｉ_Ｌの信号を束ねずに別々の３つの信号として扱ってもよく、その場合には、デマルチプレクサ２８ａは必要ではない。

加算器２８ｂ及び加算器２８ｃは、三相の電流計測値ｉ_Ｌ，ａ，ｉ_Ｌ，ｂ，ｉ_Ｌ，ｃを合算した値を、乗算器２８ｄに出力する。

乗算器２８ｄは、三相の電流計測値ｉ_Ｌ，ａ，ｉ_Ｌ，ｂ，ｉ_Ｌ，ｃを合算した値を３で除した値を、加算器２８ｅ，２８ｆ，２８ｇに出力する。

加算器２８ｅは、Ａ相の電流計測値ｉ_Ｌ，ａから、乗算器２８ｄからの入力値を減算した値を加算器２８ｉに出力する。加算器２８ｆは、Ｂ相の電流計測値ｉ_Ｌ，ｂから、乗算器２８ｄからの入力値を減算した値を加算器２８ｊに出力する。加算器２８ｇは、Ｃ相の電流計測値ｉ_Ｌ，ｃから、乗算器２８ｄからの入力値を減算した値を加算器２８ｋに出力する。

デマルチプレクサ２８ｈは、インバータ回路８からフィルタ３に出力される電流ｉ_Ｌの三相の指令値である出力電流指令値ｉ_ｒｅｆを、Ａ相の出力電流指令値ｉ_{ｒｅｆ，ａ}，Ｂ相の出力電流指令値ｉ_{ｒｅｆ，ｂ}及びＣ相の出力電流指令値ｉ_{ｒｅｆ，ｃ}に展開する。

加算器２８ｉは、Ａ相の出力電流指令値ｉ_{ｒｅｆ，ａ}から、加算器２８ｅからの入力値を減算した値を、乗算器２８ｌに出力する。加算器２８ｊは、Ｂ相の出力電流指令値ｉ_{ｒｅｆ，ｂ}から、加算器２８ｆからの入力値を減算した値を、乗算器２８ｍに出力する。加算器２８ｋは、Ｃ相の出力電流指令値ｉ_{ｒｅｆ，ｃ}から、加算器２８ｇからの入力値を減算した値を、乗算器２８ｎに出力する。

乗算器２８ｌは、加算器２８ｉからの入力値に利得Ｋ_ＡＣＲを乗じた値を、Ａ相の出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ，ａ}としてマルチプレクサ２８ｏに出力する。乗算器２８ｍは、加算器２８ｊからの入力値に利得Ｋ_ＡＣＲを乗じた値を、Ｂ相の出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ，ｂ}としてマルチプレクサ２８ｏに出力する。乗算器２８ｎは、加算器２８ｋからの入力値に利得Ｋ_ＡＣＲを乗じた値を、Ｃ相の出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ，ｃ}としてマルチプレクサ２８ｏに出力する。利得Ｋ_ＡＣＲは、電流計測値ｉ_Ｌと出力電流指令値ｉ_ｒｅｆとの差を抑制するよう制御するためのパラメータである。利得Ｋ_ＡＣＲは、例えば、ＡＣＲ制御をＰ調節器で構成した場合のＰゲイン（比例ゲイン）である。

マルチプレクサ２８ｏは、乗算器２８ｌ，２８ｍ及び２８ｎのそれぞれからの入力である各相の出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ，ａ}、ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ，ｂ}，ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ，ｃ}を一の信号にまとめて、三相の出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ}を出力する。なお、ここでも、先述の場合と同様、マルチプレクサを用いない構成も可能である。

［加算器］
図１１において、加算器２９は、出力電圧指令値ｖ_{ｏｕｔ，ｒｅｆ}に出力電圧補正値ｖ_{Ｌ，ｒｅｆ}を加算した値を、ＰＷＭ指令値ｖ_{ＰＷＭ，ｒｅｆ}として出力する。

［ＰＷＭパルス生成部］
図１１において、ＰＷＭパルス生成部３０は、ＰＷＭ指令値ｖ_{ＰＷＭ，ｒｅｆ}を三角波等のキャリア信号と比較して、ＰＷＭパルスを含むＰＷＭパルス信号V_ＰＷＭを生成する。なお、パルス幅変調方式は、三角波比較変調方式に限定されるものではなく、一般的に用いられるパルス幅変調方式が利用可能である。また、インバータ回路８の構成により、必要な数のＰＷＭパルスを生成する必要があることはいうまでもない。

したがって、第２実施形態によれば、制御装置２０Ｂは、インバータ５から出力される皮相電流が制限値以下となるように、インバータ５から出力される有効電流と無効電流のうち、一方の電流を他方の電流よりも優先的に制限する電流指令制限部４０を有する。これにより、過電流を抑制しながら電力系統１の周波数又は電圧を安定化できる。

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 電力系統
２ 電力変換装置
３ フィルタ
４ スイッチ
５ インバータ
６ 電力変換部
７ コンデンサ
８ インバータ回路
１０ 配電線
２０制御装置
２１ ｄｑ変換部
２２ 周波数制御部
２３ 電圧振幅制御部
２５ 瞬時電流指令部
２７ 逆ｄｑ変換部
２８ 瞬時電流制御部
２９ 加算器
３０ ＰＷＭパルス生成部
３１ 瞬時電圧指令部
３２ 直流電圧制御部
３３ 電力補正部
３４ 減算器
３５ 加算器
４０ 電流指令制限部
４１ 有効電力指令部
４２ 有効電力制御部
４３ 無効電力指令部
４４ 無効電力制御部
５１ 皮相電流制限部
５２ 有効電流制限部
５３ 無効電流制限部
５４ モード選択部

Claims (14)

1. 入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記インバータから出力される皮相電流が制限値以下となるように、前記インバータから出力される有効電流と無効電流のうち、一方の電流のゲインと他方の電流のゲインを異ならせることで一方の電流を他方の電流よりも優先的に制限する、電力変換装置。
2. 前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の振幅が乱れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることで前記有効電流を前記無効電流よりも優先的に制限する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の振幅が所定の振幅範囲を外れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることで前記有効電流を前記無効電流よりも優先的に制限する、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の振幅が乱れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流を前記無効電流よりも大きなゲインで減少させる、請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の周波数が乱れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることで前記無効電流を前記有効電流よりも優先的に制限する、請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の周波数が所定の周波数範囲を外れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることで前記無効電流を前記有効電流よりも優先的に制限する、請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の周波数が乱れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記無効電流を前記有効電流よりも大きなゲインで減少させる、請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記制御装置は、
   前記インバータからの出力電圧の振幅が乱れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることで前記有効電流を前記無効電流よりも優先的に制限し、
   前記インバータからの出力電圧の周波数が乱れた場合、前記皮相電流が前記制限値以下となるように前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることで前記無効電流を前記有効電流よりも優先的に制限する、請求項１に記載の電力変換装置。
9. 前記制御装置は、前記制御装置の外部からの信号に従って、前記有効電流と前記無効電流のうち前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることでどちらを優先的に制限するのか選択する、請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記制御装置は、前記インバータからの出力電圧の振幅が乱れ、かつ、前記インバータからの出力電圧の周波数が乱れた場合、前記外部からの信号に従って、前記有効電流と前記無効電流のうち前記有効電流のゲインと前記無効電流のゲインを異ならせることでどちらを優先的に制限するのか選択する、請求項９に記載の電力変換装置。
11. 入力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    前記インバータを制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記インバータから出力される皮相電流が制限値以下となるように、前記インバータから出力される有効電流と無効電流のうち、一方の電流を他方の電流よりも大きなゲインで減少させる、電力変換装置。
12. 前記制御装置は、前記皮相電流が前記制限値以下となるように、前記一方の電流を前記他方の電流よりも大きなゲインで減少させるのか、前記一方の電流と前記他方の電流を同じゲインで減少させるのか選択する、請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記制御装置は、前記皮相電流が前記制限値以下となるように、前記有効電流を前記無効電流よりも大きなゲインで減少させるのか、前記無効電流を前記有効電流よりも大きなゲインで減少させるのか選択する、請求項１１又は１２に記載の電力変換装置。
14. 前記制御装置は、前記皮相電流が前記制限値以下となるように、前記有効電流と前記無効電流を同じゲインで減少させるのか、前記有効電流を前記無効電流よりも大きなゲインで減少させるのか、前記無効電流を前記有効電流よりも大きなゲインで減少させるのか選択する、請求項１１又は１２に記載の電力変換装置。

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