WO2022085101A1 - 無効電力補償装置 - Google Patents

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WO2022085101A1
WO2022085101A1 PCT/JP2020/039502 JP2020039502W WO2022085101A1 WO 2022085101 A1 WO2022085101 A1 WO 2022085101A1 JP 2020039502 W JP2020039502 W JP 2020039502W WO 2022085101 A1 WO2022085101 A1 WO 2022085101A1
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power
voltage
output
reactive
unit
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香帆 椋木
俊行 藤井
明洋 松田
涼太 奥山
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三菱電機株式会社
東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • This application relates to a static VAR compensator.
  • a static VAR compensator has been introduced for the purpose of stabilizing the power system.
  • a self-excited reactive power compensator is required not only for the purpose of stabilizing the system in a steady state, but also for compensating the reactive power during a system accident and when eliminating a system accident. Stabilization is required (see, for example, Patent Document 1 below).
  • the static VAR compensator is often connected to a power system that has a small short-circuit capacity and the system voltage is liable to fluctuate. Even when interconnected to such a power system, it is required to continue operation even in the event of a system accident such as a ground fault, and to stabilize the power system by compensating for reactive power.
  • the static VAR compensator When the static VAR compensator is connected to a power system with a small short-circuit capacity, an unbalanced accident such as a one-phase ground fault in which the voltage amplitude is small in only one phase may occur.
  • the reactive power is output when such an unbalanced accident occurs, the voltage of the phase in which the voltage has not decreased (hereinafter referred to as a healthy phase) further increases. That is, although the positive phase voltage of the system voltage is lowered, the voltage of the healthy phase may be larger than the voltage in the operating range of the static VAR compensator. In such a case, the control margin may not be sufficiently secured for the voltage and current control of the static VAR compensator, the control performance may deteriorate, and the static VAR compensator may be protected and stopped due to the overvoltage or overcurrent.
  • the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object thereof is to secure a control margin of the static VAR compensator and prevent the protection stop of the static VAR compensator due to overvoltage and overcurrent. And.
  • the static VAR compensator disclosed in this application is A power converter connected to a multi-phase AC power system and having a self-extinguishing switching element, and a converter control unit for controlling the switching element of the power converter are provided, and the output invalid power of the power converter is provided. It is an ineffective power compensating device that compensates for the ineffective power of the AC power system.
  • the converter control unit includes an AC voltage detection unit and an output limit unit.
  • the AC voltage detection unit detects voltage information of the AC power system to which the power converter is connected, and detects the voltage information of the AC power system.
  • the output limit unit determines whether or not the output reactive power of the power converter needs to be limited based on the voltage information detected by the AC voltage detection unit, and if the output reactive power limit is required, the power is limited. It limits the output reactive power of the converter.
  • the control margin of the static power compensator is secured, and the protection stop of the static power compensator due to overvoltage and overcurrent is prevented.
  • FIG. 3 is an overall block diagram showing a converter control unit for controlling a power converter according to the first embodiment. It is a block diagram which shows the internal structure of the DC voltage control part by Embodiment 1. FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the circulation current control part by Embodiment 1. FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the AC voltage detection part by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the output limit part by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the output current control part by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the voltage command value calculation part by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the cell individual DC voltage control part by Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the internal structure of the output limit part by Embodiment 2.
  • FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the AC voltage detection part by Embodiment 3.
  • FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the output limit part by Embodiment 3.
  • FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the output limit part by Embodiment 4.
  • FIG. It is a block diagram which shows the configuration example of the hardware of the converter control part by embodiment of this application.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the static VAR compensator device 1 according to the first embodiment.
  • the static power compensator 1 includes a power converter 6 which is a main circuit and a converter control unit 7 which controls the power converter 6.
  • the power converter 6 is connected to a multi-phase (three-phase in the present embodiment) AC power system 2 via an interconnection transformer 3, and has a self-extinguishing type switching element as described later. Is.
  • the power converter 6 is connected to the AC power system 2 via the interconnection transformer 3, but may be connected to the AC power system 2 via the interconnection reactor. ..
  • the converter control unit 7 includes an AC voltage detection unit 21 that detects voltage information based on the system voltage detected by the voltage detector 20 that detects the system voltage at the interconnection point between the power converter 6 and the AC power system 2.
  • the output limit unit 22 for calculating the limit value of the invalid current or the invalid power based on the voltage information detected by the AC voltage detection unit 21 and the gate signal calculation unit 23 are provided.
  • the gate signal calculation unit 23 was calculated by the AC currents iu, iv, iw detected by the current detector 30, the system voltages vu, vv, vw detected by the voltage detector 20, and the output limit unit 22.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the power converter 6 according to the first embodiment. Since the power converter 6 is connected to the AC power system 2, a device having a large capacity and a high withstand voltage is required, and it is necessary to multiplex a plurality of converters in series or in parallel. As a direct connection type power converter, a multi-level converter in which the outputs of a plurality of converters are connected in cascade has been proposed, and one of them is MMC (Modular Multilevel Converter).
  • MMC Modular Multilevel Converter
  • the power converter 6 according to the first embodiment is a kind of MMC.
  • the power converter 6 includes an arm 4 in each phase (U phase, V phase, W phase), and a plurality of unit cells 10 are connected in series to the arm 4 of each phase. Further, the arm reactor 5 is connected in series. The arm 4 of each phase is connected by a delta connection, and the connection end of the arm 4 of each phase is connected to the AC power system 2 via the interconnection transformer 3.
  • the power converter 6 includes an arm current detector 40 that detects the currents iuv, ivw, and iwoo of the arm 4 of each phase. Further, the power converter 6 includes a DC capacitor voltage detector 50 that detects the voltage vdccell of the DC capacitor 15 in the unit cell 10 described later.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an internal configuration of a unit cell 10 composed of a full bridge.
  • two series 101 composed of self-extinguishing switching elements 103 such as IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) are connected in parallel, and a DC capacitor 15 is further connected in parallel.
  • the series body 101 is formed by connecting a plurality (here, two) of semiconductor switches 102 composed of diodes 104 connected in antiparallel to a switching element 103 in series. Then, as shown in FIG.
  • the unit cell 10 has a terminal of a semiconductor switch 102, which is an intermediate connection point of each series 101, as an output end, and by turning on / off the switching element 103, direct current is applied from this output end. Outputs the same polarity voltage, reverse polarity voltage or zero voltage of the capacitor 15.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an internal configuration of a unit cell 10 composed of a half bridge.
  • the unit cell 10 is composed of a series body 101 composed of a switching element 103 and a DC capacitor 15 connected in parallel to the series body 101.
  • the series body 101 is formed by connecting a plurality of (here, two) semiconductor switches 102 composed of diodes 104 connected in antiparallel to the switching element 103 in series.
  • the unit cell 10 has both terminals of one of the semiconductor switches 102 as output ends, and by turning on / off the switching element 103, the same polarity voltage or zero of the DC capacitor 15 is formed from this output end. Output voltage.
  • the unit cell 10 is composed of a series body composed of a semiconductor switch and a DC capacitor connected in parallel to the series body, and the DC capacitor voltage is selectively output to the output end by the semiconductor switch of the series body.
  • the configuration is not limited to FIGS. 3 and 4.
  • the "unit cell” will be appropriately referred to as a "cell”.
  • FIG. 5 is an overall block diagram of the converter control unit 7 for controlling the power converter 6 according to the first embodiment.
  • the converter control unit 7 has, as main components, an AC voltage detection unit 21, an output limit unit 22, a DC voltage control unit 60, a circulating current control unit 70, an output current control unit 90, and a voltage command value. It includes a calculation unit 130 and a gate signal generation unit 120. Further, a functional block that combines a DC voltage control unit 60, a circulating current control unit 70, an output current control unit 90, a voltage command value calculation unit 130, and a gate signal generation unit 120 is referred to as a gate signal calculation unit 23.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of the DC voltage control unit 60 in the gate signal calculation unit 23 of the first embodiment.
  • the DC voltage control unit 60 includes a DC voltage representative value calculation unit 61, a subtractor 62, and a controller 63.
  • the DC voltage representative value calculation unit 61 calculates a voltage representative value vdc such as an average value, a maximum value, or a minimum value of all cell DC capacitor voltages from the all-cell DC capacitor voltage vdccell.
  • the subtractor 62 calculates the deviation ⁇ vdc of the DC total voltage command value vdc * and the voltage representative value vdc calculated by the DC voltage representative value calculation unit.
  • the controller 63 calculates the effective current command value iq * so that the calculated deviation ⁇ vdc becomes zero, that is, the voltage representative value vdc of all cells DC capacitors is made to follow the DC total voltage command value vdc *. ..
  • the DC capacitor voltage of all cells is controlled to be constant.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an internal configuration of the circulating current control unit 70 according to the first embodiment.
  • the circulating current control unit 70 balances the DC capacitor voltage between the phases by controlling the current circulating in the arm 4 of each phase of the power converter 6.
  • the circulating current control unit 70 includes a subtractor 71, an adder 72, a multiplier 73, and a controller 75.
  • the circulation current control unit 70 calculates the circulation current iz by adding the arm current values iuv, ivv, and iwv detected by the arm current detector 40 by the adder 72 and multiplying by 1/3 by the multiplier 73.
  • the subtractor 71 calculates the deviation ⁇ iz between the circulating current command value iz * and the circulating current iz.
  • the circulating current command value iz * is a fixed value or a value for balancing the DC capacitor voltage between the phases.
  • the controller 75 calculates a zero-phase voltage command value vz * so that the deviation ⁇ iz becomes zero, that is, the circulating current iz follows the circulating current command value iz *.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of the AC voltage detection unit 21 according to the first embodiment.
  • the AC voltage detection unit 21 includes a positive phase voltage detection unit 11, each phase voltage amplitude detection unit 12, a voltage control unit 13, and a subtractor 300.
  • the positive phase voltage detection unit 11 calculates the positive phase voltage from the system voltage detected by the voltage detector 20.
  • the AC power system 2 is composed of three phases of u-phase, v-phase, and w-phase, and when the instantaneous voltage is vu, vv, and vw, the positive-phase voltage detection unit 11 has the positive-phase voltage vs. the positive-phase voltage based on the following equation (1). Is calculated.
  • the voltage command value vref (command value of the effective voltage value) of the power converter 6 is input to the AC voltage detection unit 21, and the positive phase voltage vs. calculated by the positive phase voltage detection unit 11 is subtracted from the voltage command value vref. By subtracting by 300, the deviation ⁇ v is calculated, and the deviation ⁇ v is input to the voltage control unit 13.
  • the voltage control unit 13 is composed of, for example, a PI (Proportional Industrial) controller, and calculates a reactive current reference value idref for reducing the input deviation ⁇ v.
  • Each phase voltage amplitude detection unit 12 of the AC voltage detection unit 21 inputs the voltages vu, vv, vw of the AC power system 2, and the voltage amplitude values vur, vvr, vwr of each phase are based on the following equation (2). Is detected.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an internal configuration of the output limit unit 22 according to the first embodiment.
  • the output limit unit 22 includes a maximum value calculation unit 16, a subtraction value calculation unit 17, and subtractors 400 and 410.
  • the maximum value calculation unit 16 obtains the maximum value vrmax of the voltage amplitude value of each phase based on the voltage amplitude values vur, vvr, and vwr of each phase detected by the voltage amplitude detection unit 12 of each phase voltage detection unit 21 of the AC voltage detection unit 21. calculate. Then, the subtractor 410 subtracts the maximum value vrmax of each phase voltage amplitude calculated by the maximum value calculation unit 16 from the predetermined maximum allowable voltage Vth to calculate the deviation ⁇ vr.
  • the maximum allowable voltage value Vth is defined by the specifications of the static power compensator 1, and is the maximum voltage that can be output by the power converter 6.
  • the subtraction value calculation unit 17 calculates the reactive current subtraction amount ⁇ id for reducing the deviation ⁇ vr. When the deviation ⁇ vr is a positive value, the reactive current subtraction amount ⁇ id is set to zero.
  • the reactive current command value id * is calculated by subtracting the reactive current subtraction amount ⁇ id from the reactive current reference value idref calculated by the voltage control unit 13 of the AC voltage detection unit 21.
  • the output limit unit 22 calculates the maximum value vrmax of each phase voltage amplitude value based on each phase voltage amplitude value detected by each phase voltage amplitude detection unit 12, and the maximum value of each phase voltage amplitude value. Based on the value vrmax, it is determined whether or not the output invalid power of the power converter 6 needs to be limited.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an internal configuration of the output current control unit 90 according to the first embodiment.
  • the output current control unit 90 controls the power of the power converter 6 by controlling the active current iq and the reactive current id.
  • the active current command value iq * and the reactive current command value id * are input to the output current control unit 90.
  • the active current command value iq * is calculated by the DC voltage control unit 60 as described above, and the reactive current command value id * is calculated by the output limit unit 22 as described above.
  • the output current control unit 90 includes a reference voltage calculation unit 91, a three-phase / two-phase coordinate conversion unit 92, and adders 93a and 93b.
  • the reference voltage calculation unit 91 includes a three-phase / two-phase coordinate conversion unit 94, subtractors 96a and 96b, and a controller 97.
  • the three-phase / two-phase coordinate conversion unit 94 calculates the invalid current id and the effective current iq by performing three-phase / two-phase conversion of the alternating currents iu, iv, and iwa detected by the current detector 30 in the positive phase coordinate system. do.
  • the subtractor 96a calculates the deviation ⁇ id between the reactive current command value id * and the reactive current id.
  • the subtractor 96b calculates the deviation ⁇ iq between the effective current command value iq * and the effective current iq.
  • the controller 97 is composed of, for example, a PI controller, so that the deviation ⁇ id and the deviation ⁇ iq are zero, that is, the reactive current id is made to follow the reactive current command value id *, and the active current iq is the active current command value iq.
  • the reference voltages vref and vqref are calculated so as to follow *.
  • the three-phase / two-phase coordinate conversion unit 92 calculates the positive-phase voltages vd and vq by performing three-phase / two-phase conversion of the system voltages vu, vv, and vw detected by the voltage detector 20 in the positive-phase coordinate system. .. Then, the output current control unit 90 adds the positive phase voltages vd and vq to the reference voltages vdref and vqref which are the outputs of the controller 97 in a feed-forward manner by the adders 93a and 93b, and the voltage command value vd *, Calculate vq *.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an internal configuration of the voltage command value calculation unit 130 according to the first embodiment.
  • the voltage command value calculation unit 130 includes a two-phase / three-phase coordinate conversion unit 131, an adder 132, and a cell individual DC voltage control unit 140.
  • the internal configuration of the cell individual DC voltage control unit 140 will be described later.
  • the two-phase / three-phase coordinate conversion unit 131 converts the voltage command values vd * and vq * into three phases in the positive phase coordinate system.
  • the adder 132 adds the zero-phase voltage command value vz * to each voltage command value converted into three phases by the two-phase / three-phase coordinate conversion unit 131, and each phase arm voltage command value vuv *, vvw *, Calculate vwv *.
  • the cell individual DC voltage control unit 140 is based on these phase arm voltage command values vuv *, vvw *, vwoo * and arm currents iuv, ivw, iwoo, and each cell DC voltage vdccell, and the output voltage of each of all unit cells 10. Calculate the command value vcell *.
  • FIG. 12 is a block diagram showing an internal configuration of a cell individual DC voltage control unit according to the first embodiment.
  • the cell individual DC voltage control unit 140 includes a cell individual control unit 141 having N cells.
  • the cell individual control unit 141 includes a phase representative value calculation unit 142, a cell voltage extraction unit 143, a filter 144, a subtractor 145, 148, a controller 146, and a multiplier 147.
  • the phase representative value calculation unit 142 calculates each phase voltage representative value vdcubav such as the average value, the maximum value, or the minimum value of the DC capacitor voltage of each phase from each cell DC voltage vdccell.
  • the cell voltage extraction unit 143 calculates an individual cell DC voltage vdcub1 from each cell DC voltage vdccell.
  • the filter 144 calculates vdcubf1 by removing the AC component having a frequency of 2f from the individual cell DC voltage vdcub1.
  • the subtractor 145 subtracts vdcubf1 from each phase voltage representative value vdcubav to calculate the deviation ⁇ vdcub1.
  • the controller 146 calculates the control output vdcub1ref so that the calculated deviation ⁇ vdcub1 becomes zero. Further, the arm current iuv in phase with the control output vdcub1ref is multiplied by the multiplier 147.
  • each cell DC voltage command value vdcub1 * is calculated.
  • the DC voltage command values vdcub1 * to vdcwN * of each cell in FIG. 12 are the output voltage command values vcell * of each cell in FIGS. 5 and 11.
  • the gate signal generation unit 120 switching of each cell so as to perform PWM (Pulse Width Modulation) control based on the output voltage command value vcell * of each cell which is the output of the voltage command value calculation unit 130.
  • the gate signal G that controls the on and off drive of the element 103 is calculated.
  • the AC voltage detection unit 21 includes each phase voltage amplitude detection unit 12 for detecting each phase voltage amplitude value vur, vvr, vwr of the system voltage of the AC power system 2, and the output limit unit 22. Calculates the maximum value vrmax of each phase voltage amplitude value based on each phase voltage amplitude value detected by each phase voltage amplitude detection unit 12, and power converter 6 based on the maximum value vrmax of each phase voltage amplitude value. Changed to judge the necessity of limiting the output invalid power of.
  • the AC voltage detection unit 21 detects the effective value of the voltage of each phase of the system voltage of the AC power system 2
  • the output limit unit 22 detects the effective value of the voltage of each phase detected by the AC voltage detection unit 21.
  • the maximum value of the above may be calculated, and the necessity of limiting the output invalid power of the power converter 6 may be determined based on the maximum value of the effective value of the voltage of each phase.
  • a power converter connected to a multi-phase AC power system and having a self-extinguishing switching element and a converter control unit that controls the switching element of the power converter. It is an ineffective power compensating device that compensates for the ineffective power of the AC power system by the output ineffective power of the power converter.
  • the converter control unit includes an AC voltage detection unit and an output limit unit.
  • the AC voltage detection unit detects voltage information of the AC power system to which the power converter is connected, and detects the voltage information of the AC power system.
  • the output limit unit determines whether or not the output reactive power of the power converter needs to be limited based on the voltage information detected by the AC voltage detection unit, and if the output reactive power limit is required, the power is limited.
  • the reactive power compensator of the present embodiment is connected to an AC power system having a small short circuit capacity, for example, an unbalanced power system error occurs and the system voltage is output by outputting the disabled power.
  • the output limit unit limits the output reactive power of the power converter so that the output voltage of the power converter is within the output range of the power converter. I did it. Therefore, it is possible to secure a control margin for the static power compensator.
  • the output limit unit limits the output reactive current of the power converter when it is necessary to limit the output reactive power of the power converter, the control of the reactive power compensator becomes easy.
  • the AC voltage detection unit includes a positive phase voltage detection unit that detects the positive phase voltage of the system voltage of the AC power system, and the positive phase voltage detected by the positive phase voltage detection unit and the power converter. Calculates the invalid current reference value based on the voltage command value of The output limit unit calculates the reactive current command value by subtracting the reactive current subtraction amount from the reactive current reference value, and limits the output reactive current of the power converter. Easy to control.
  • the AC voltage detection unit detects the magnitude of the voltage of each phase of the system voltage of the AC power system, for example, the voltage amplitude value and the effective voltage value of each phase
  • the output limit unit detects the AC voltage.
  • the maximum value of the voltage magnitude of each phase detected by the unit is calculated, and the necessity of limiting the output invalid power of the power converter is determined based on the maximum value of the voltage magnitude of each phase. I tried to do it. Therefore, it is possible to easily determine whether or not the output static power of the power converter needs to be limited, and it is possible to secure a control margin of the static power compensator.
  • the output limit unit calculates the maximum value of the voltage magnitudes of each phase detected by the AC voltage detection unit, and calculates the deviation between the maximum value and the predetermined maximum allowable voltage value. Then, the reactive current subtraction amount for reducing the deviation was calculated to limit the output reactive current of the power converter. Therefore, the control of the static VAR compensator can be facilitated, and the control margin of the static VAR compensator can be secured.
  • the power converter comprises three arms connected to the AC power system.
  • Each arm has a configuration in which one or a plurality of cascade-connected unit cells and a reactor are connected in series.
  • the unit cell includes a series of a plurality of the switching elements connected in series to each other and a DC capacitor connected in parallel with the series. Further, the three arms are delta-connected. Further, for example, the unit cell has a full bridge configuration in which a plurality of the series of switching elements are connected in parallel. Therefore, it is possible to configure a power converter having a large capacity and a high withstand voltage connected to an AC power system.
  • Embodiment 2 The static VAR compensator of the second embodiment is a modification of the subtraction value calculation unit in the output limit unit of the static VAR compensator of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an internal configuration of the output limit unit 22B according to the second embodiment.
  • the output limit unit 22B of the second embodiment includes a maximum value calculation unit 16B, a subtraction value calculation unit 17B, a subtractor 400B, and a subtractor 410B. Further, the subtraction value calculation unit 17B includes a compensator 18 and a divider 420.
  • the maximum value calculation unit 16B is the voltage of each phase based on the voltage amplitude values vur, vvr, vwr of each phase calculated by the voltage amplitude detection unit 12 of each phase of the AC voltage detection unit 21. The maximum value vrmax of the amplitude value is calculated. Then, the maximum value vrmax of each phase voltage amplitude calculated by the maximum value calculation unit 16B is subtracted from the predetermined maximum allowable voltage Vth by the subtractor 410B to calculate the deviation ⁇ vr.
  • the compensator 18 of the subtraction value calculation unit 17B inputs a deviation ⁇ vr obtained by subtracting the maximum value vrmax of each phase voltage amplitude from the maximum allowable voltage Vth to reduce the deviation ⁇ vr.
  • the subtraction amount ⁇ Q is calculated.
  • the reactive power subtraction amount ⁇ Q is the reactive power amount for the capacity operation (capacitive reactive power)
  • the reactive power subtraction amount ⁇ Q is a subtraction amount such that the output reactive power is zero.
  • the reactive power has two polarities, a capacitive reactive power (capacitive operation) and an inductive reactive power (inductive operation).
  • the static power compensator 1 works in the direction of increasing the voltage and outputs the capacitive static power. Further, when the AC system voltage is higher than the reference value, the static power compensator 1 works in the direction of reducing the voltage and outputs the inductive static power. Therefore, when an unbalanced accident in the power system occurs and the voltage in the healthy phase of the system voltage rises, the voltage rises too much in the case of capacitive invalid power, so the negative power subtraction amount ⁇ Q is set to zero. Do not output invalid power as a subtraction amount.
  • the reactive current subtraction amount ⁇ id2 is calculated by dividing the reactive power subtraction amount ⁇ Q calculated by the compensator 18 by the positive phase voltage vs. calculated by the AC voltage detection unit 21 by the divider 420. ..
  • the reactive current command value id * is calculated by subtracting the reactive current subtraction amount ⁇ id2 from the reactive current reference value idref by the subtractor 400B.
  • Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
  • the protection stop As described above, according to the first embodiment, as in the first embodiment, for example, when the power system is connected to an AC power system having a small short circuit capacity, an unbalanced accident of the power system occurs and the unbalanced power is generated. When the voltage amplitude of the healthy phase of the system voltage rises due to the output of It is possible to prevent the protection stop.
  • the output limit unit calculates the maximum value of the voltage magnitude of each phase detected by the AC voltage detection unit, and calculates the deviation between the maximum value and the predetermined maximum allowable voltage value.
  • the reactive power subtraction amount for reducing the deviation was calculated to limit the output reactive current of the power converter. Therefore, the control of the static VAR compensator can be facilitated, and the control margin of the static VAR compensator can be secured.
  • FIG. 14 is a block diagram showing the internal configuration of the AC voltage detection unit 21C according to the third embodiment
  • FIG. 15 is a block diagram showing the internal configuration of the output limit unit 22C according to the third embodiment.
  • the AC voltage detection unit 21C of the third embodiment includes a positive phase voltage detection unit 11C, a negative phase voltage detection unit 31, a voltage control unit 13, an unbalance rate detection unit 32, and a subtractor 300C.
  • the positive phase voltage detection unit 11C calculates the positive phase voltage vs. based on the instantaneous voltages vu, vv, and vw detected by the voltage detector 20, as in the first embodiment.
  • the reverse phase voltage detection unit 31 calculates the reverse phase voltage vneg by a method of rotating coordinate conversion or the like based on the instantaneous voltages vu, vv, vw detected by the voltage detector 20.
  • the operation of the AC voltage detection unit 21C other than the above is the same as that of the first embodiment. That is, the voltage command value vref (command value of the effective voltage value) of the power converter 6 is input to the AC voltage detection unit 21C, and the positive phase voltage vs. calculated by the positive phase voltage detection unit 11 from the voltage command value vref.
  • the voltage control unit 13 is composed of, for example, a PI (Proportional Industrial) controller, and calculates a reactive current reference value idref for reducing the input deviation ⁇ v.
  • PI Proportional Industrial
  • the output limit unit 22C of the third embodiment includes a subtraction value calculation unit 17C, a subtractor 400C, and a subtractor 410C.
  • the unbalance rate Rpn calculated by the unbalance rate detection unit 32 of the AC voltage detection unit 21C is input to the output limit unit 22C.
  • the deviation ⁇ Rpn is calculated by subtracting the unbalance rate Rpn input to the output limit unit 22C from the threshold value Rpnth set in advance based on the impedance of the AC power system 2.
  • the threshold value Rpnth will be described.
  • the subtraction value calculation unit 17C calculates the reactive current subtraction amount ⁇ id3 for reducing the deviation ⁇ Rpn.
  • the reactive current subtraction amount ⁇ id3 is set to zero.
  • the reactive current command value id * is calculated by subtracting the reactive current subtraction amount ⁇ id3 from the reactive current reference value idref by the subtractor 400C.
  • the reactive current subtraction amount ⁇ id3 may be calculated by calculating the reactive power subtraction amount ⁇ Q3 for reducing the deviation ⁇ Rpn and dividing by the positive phase voltage vs. as shown in the second embodiment.
  • an unbalanced accident of the power system occurs, for example, when the power system is connected to an AC power system having a small short circuit capacity.
  • the voltage amplitude of the healthy phase of the system voltage rises due to the output of reactive power, by limiting the reactive power to be output, the control margin of the reactive power compensation device is secured, and the reactive power compensation due to overvoltage and overcurrent is secured. It is possible to prevent the protection of the device from stopping.
  • the AC voltage detection unit includes a positive phase voltage detection unit that detects the positive phase voltage of the system voltage of the AC power system, a negative phase voltage detection unit that detects the negative phase voltage of the system voltage of the AC power system, and the above. It is equipped with an unbalance rate detector that calculates the unbalance rate, which is the ratio of the negative phase voltage to the positive phase voltage. Since the output limit unit determines whether or not the output static power of the power converter needs to be limited based on the unbalance rate calculated by the unbalance rate detection unit, it is easy to control the static power compensator. Will be.
  • the output limit unit calculates the deviation between the unbalance rate calculated by the unbalance rate detection unit and a predetermined threshold value, and the reactive current subtraction amount or the reactive power subtraction amount for reducing the deviation. Is calculated to limit the output reactive current of the power converter, so that the reactive power compensator can be easily controlled.
  • the static power compensator 1 according to the fourth embodiment is the same as the first embodiment except for the subtraction value calculation unit 17D provided in the output limit unit 22D.
  • the same parts as those in the first to third embodiments will be omitted as appropriate.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of the output limit unit 22D according to the fourth embodiment.
  • the output limit unit 22D includes a maximum value calculation unit 16D, a subtraction value calculation unit 17D, a subtractor 400D, and a subtractor 410D.
  • the maximum value calculation unit 16D in FIG. 16 operates in the same manner as in the first embodiment. That is, the maximum value calculation unit 16D is the maximum value of the voltage amplitude value of each phase based on the voltage amplitude values vur, vvr, vwr of each phase calculated by each phase voltage amplitude detection unit 12 of the AC voltage detection unit 21. Calculate vrmax. Then, the maximum value vrmax of each phase voltage amplitude calculated by the maximum value calculation unit 16D is subtracted from the predetermined maximum allowable voltage Vth by the subtractor 410D, and the deviation ⁇ vr is calculated.
  • the subtraction value calculation unit 17D calculates the reactive current subtraction amount ⁇ id4 for reducing the deviation ⁇ vr.
  • the reactive current subtraction amount ⁇ id4 is set to zero, and when the deviation ⁇ vr is a negative value, a predetermined reactive current subtraction amount ⁇ id4 is output from the impedance of the AC power system 2.
  • the reactive current subtraction amount ⁇ id4 can be set as follows. That is, the voltage increase with respect to the reactive current output can be calculated according to the impedance of the AC power system 2.
  • the reactive current subtraction amount ⁇ id4 is determined so that the voltage increase satisfies the output possible voltage range of the static power compensator 1.
  • the reactive current subtraction amount ⁇ id4 may be calculated by calculating the reactive power subtraction amount ⁇ Q3 for reducing the deviation ⁇ vr and dividing by the positive phase voltage vs. as shown in the second embodiment. good. Further, as in the third embodiment, the deviation ⁇ Rpn is calculated by subtracting the preset threshold value Rpnth and the unbalanced rate Rpn input to the output limit unit 22C from the impedance of the AC power system 2, and the deviation ⁇ Rpn is calculated. The reactive current subtraction amount ⁇ id4 may be calculated from.
  • the reactive current command value id * is calculated by subtracting the reactive current subtraction amount ⁇ id4 from the reactive current reference value idref.
  • the output limit unit calculates a reactive current command value by subtracting a reactive current subtraction amount predetermined by the impedance of the AC power system from the reactive current reference value, and the output reactive current of the power converter. Since the restriction is made, the control of the reactive power compensator becomes easy.
  • the converter control unit 7 is composed of a processor 200 and a storage device 210 as shown in FIG. 17 as a hardware configuration example.
  • the storage device 210 includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device of a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • the processor 200 executes the program input from the storage device 210. In this case, the program is input to the processor 200 from the auxiliary storage measure via the volatile storage device. Further, the processor 200 may output data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 210, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • 1 Invalid power compensation device 2 AC power system, 3 interconnection transformer, 4 arm, 5 arm reactor, 6 power converter, 7 converter control unit, 10 unit cell, 11 positive phase voltage detector, 12 each phase voltage Oscillation detection unit, 13 voltage control unit, 15 DC capacitor, 16 maximum value calculation unit, 17 subtraction value calculation unit, 20 voltage detector, 21 AC voltage detection unit, 22 output limit unit, 23 gate signal calculation unit, 30 current detection unit.

Abstract

電力変換器（６）と、変換器制御部（７）を備え、電力変換器（６）の出力無効電力により交流電力系統（２）の無効電力を補償する無効電力補償装置（１）であって、変換器制御部（７）は、交流電圧検出部（２１）と、出力リミット部（２２）を備え、交流電圧検出部（２１）は、電力変換器（６）が接続されている交流電力系統（２）の電圧情報を検出し、出力リミット部（２２）は、交流電圧検出部（２１）が検出する電圧情報に基づいて、電力変換器（６）の出力無効電力の制限の要否を判断し、出力無効電力の制限が必要な場合、電力変換器（６）の出力無効電力を制限する。

Description

無効電力補償装置
　本願は、無効電力補償装置に関するものである。
　近年、太陽光発電、風力発電等の新エネルギー源の導入が増加しており、電力系統の安定化および信頼性の確保は重要な課題である。そして、電力系統の安定化を目的に、無効電力補償装置が導入されている。特に自励式無効電力補償装置は、定常時の系統安定化を目的とするのみではなく、系統事故中および系統事故除去時に無効電力を補償することが要求され、過渡的な場合においても電力系統を安定化することが要求されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
特許５１３４６９１号
　無効電力補償装置はその用途から、短絡容量が小さく、系統電圧が変動しやすい電力系統に連系される場合も多い。そのような電力系統に連系された場合においても、地絡事故などの系統事故時にも運転を継続し、無効電力を補償することで電力系統を安定化することが要求される。
　無効電力補償装置が短絡容量の小さい電力系統に連系されている場合、一相のみ電圧振幅が小さくなる一相地絡に代表されるような不平衡事故が発生する場合がある。このような不平衡事故発生時に無効電力を出力すると、電圧が低下していない相（以下、健全相と呼ぶ）の電圧が、さらに上昇する。つまり系統電圧の正相電圧は低下しているものの、健全相の電圧は、無効電力補償装置の運転範囲の電圧よりも大きくなる場合がある。このような場合、無効電力補償装置の電圧、電流制御に対し、制御余裕が十分に確保されず制御性能が劣化し、過電圧、過電流により無効電力補償装置が保護停止する可能性がある。
　特に、系統事故発生中に制御余裕が十分に確保されていない状況で、系統事故が除去されると、系統事故除去時の大きな電圧変動に対して制御しようとしても、制御余裕がなく、無効電力補償装置の本来の動作ができない状態となる。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、無効電力補償装置の制御余裕を確保し、過電圧、過電流による無効電力補償装置の保護停止を防止することを目的とする。
　本願に開示される無効電力補償装置は、
複数相の交流電力系統に接続され、自己消弧型のスイッチング素子を有する電力変換器と、前記電力変換器の前記スイッチング素子を制御する変換器制御部を備え、前記電力変換器の出力無効電力により前記交流電力系統の無効電力を補償する無効電力補償装置であって、
前記変換器制御部は、交流電圧検出部と、出力リミット部を備え、
前記交流電圧検出部は、前記電力変換器が接続されている前記交流電力系統の電圧情報を検出し、
前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部が検出する前記電圧情報に基づいて、前記電力変換器の出力無効電力の制限の要否を判断し、出力無効電力の制限が必要な場合、前記電力変換器の出力無効電力を制限するものである。
　本願に開示される無効電力補償装置によれば、無効電力補償装置の制御余裕を確保し、過電圧、過電流による無効電力補償装置の保護停止を防止する。
実施の形態１による無効電力補償装置を示す概略構成図である。 実施の形態１による電力変換器の構成例を示す回路図である。 実施の形態１による単位セルの内部構成を示す回路図である。 実施の形態１による他の単位セルの内部構成を示す回路図である。 実施の形態１による電力変換器を制御するための変換器制御部を示す全体ブロック図である。 実施の形態１による直流電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１による循環電流制御部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１による交流電圧検出部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１による出力リミット部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１による出力電流制御部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１による電圧指令値演算部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１によるセル個別直流電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態２による出力リミット部の内部構成を示す図である。 実施の形態３による交流電圧検出部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態３による出力リミット部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態４による出力リミット部の内部構成を示すブロック図である。 本願の実施の形態による変換器制御部のハードウエアの構成例を示すブロック図である。
実施の形態１．
　以下、本願の実施の形態１による無効電力補償装置１について図を用いて説明する。
　図１は、実施の形態１による無効電力補償装置１を示す概略構成図である。
　図１に示すように、無効電力補償装置１は、主回路である電力変換器６と、電力変換器６を制御する変換器制御部７とを備える。電力変換器６は、複数相（本実施の形態では三相）の交流電力系統２に連系変圧器３を介して接続されており、後述するように自己消弧型のスイッチング素子を有するものである。なお、図１では、電力変換器６は連系変圧器３を介して交流電力系統２に接続されているが、連系リアクトルを介して交流電力系統２に接続される構成であってもよい。
　図１に示す変換器制御部７の構成は、交流電力系統２および電力変換器６との信号の授受を中心に記載しているため、一部構成を省略している。
　変換器制御部７は、電力変換器６と交流電力系統２の連系点の系統電圧を検出する電圧検出器２０で検出された系統電圧に基づいて電圧情報を検出する交流電圧検出部２１と、交流電圧検出部２１で検出された電圧情報に基づいて、無効電流または無効電力の制限値を算出する出力リミット部２２と、ゲート信号演算部２３とを備える。ゲート信号演算部２３は、電流検出器３０で検出された交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、電圧検出器２０で検出された系統電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと、出力リミット部２２にて演算された制限値等に基づき、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行い、電力変換器６のスイッチング素子を制御するゲート信号Ｇを演算する。
　なお、変換器制御部７の詳細な構成および機能については、図５に基づいて後述する。
　図２は、実施の形態１による電力変換器６の構成例を示す回路図である。
　電力変換器６は、交流電力系統２に連系されるため、大容量かつ高耐圧である装置が必要であり、複数の変換器を直列または並列に多重化する必要がある。直接接続型の電力変換装置として、複数の変換器の出力をカスケード接続したマルチレベル変換器が提案されており、その中の一つにＭＭＣ（Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）がある。実施の形態１による電力変換器６は、ＭＭＣの一種である。
　図２に示すように、電力変換器６は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にアーム４を備え、各相のアーム４には、複数個の単位セル１０が直列に接続され、さらにアームリアクトル５が直列に接続されている。各相のアーム４はデルタ結線で接続され、各相のアーム４の接続端は連系変圧器３を介して交流電力系統２に接続されている。
　電力変換器６は、各相のアーム４の電流ｉｕｖ、ｉｖｗ、ｉｗｕを検出するアーム電流検出器４０を備える。さらに、電力変換器６は、後で説明する単位セル１０内の直流コンデンサ１５の電圧ｖｄｃｃｅｌｌを検出する直流コンデンサ電圧検出器５０を備える。
　次に、単位セル１０の内部構成を図３および図４に基づいて説明する。
　図３は、フルブリッジで構成される単位セル１０の内部構成を示す回路図である。図３に示すように、単位セル１０は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）等の自己消弧型のスイッチング素子１０３から構成される直列体１０１を２本並列接続し、さらに直流コンデンサ１５を上記直列体１０１に並列接続した構成である。直列体１０１は、スイッチング素子１０３に逆並列に接続されたダイオード１０４からなる半導体スイッチ１０２を複数（ここでは、２つ）直列接続したものである。そして、単位セル１０は図３に示すように、それぞれの直列体１０１の中間接続点となる半導体スイッチ１０２の端子を出力端とし、スイッチング素子１０３をオン・オフさせることにより、この出力端から直流コンデンサ１５の同極性電圧、逆極性電圧またはゼロ電圧を出力する。
　単位セル１０の他の構成例を図４に基づいて説明する。図４はハーフブリッジで構成される単位セル１０の内部構成を示す回路図である。図４において、単位セル１０は、スイッチング素子１０３から構成される直列体１０１および直列体１０１に並列に接続された直流コンデンサ１５から構成される。直列体１０１はこのスイッチング素子１０３に逆並列に接続されたダイオード１０４からなる半導体スイッチ１０２を複数（ここでは、２つ）直列接続したものである。そして、単位セル１０は図４に示すように、一方の半導体スイッチ１０２の両端子を出力端とし、スイッチング素子１０３をオン・オフさせることにより、この出力端から直流コンデンサ１５の同極性電圧またはゼロ電圧を出力する。
　単位セル１０の構成は、半導体スイッチにより構成される直列体と、この直列体に並列に接続された直流コンデンサから構成され、直列体の半導体スイッチにより出力端に直流コンデンサ電圧を選択的に出力する構成であれば、図３および図４に限定されるものではない。
　なお、以降「単位セル」を適宜、「セル」と記載する。
　次に、本実施の形態の無効電力補償装置１の制御について説明する。
　図５は、実施の形態１による電力変換器６を制御するための変換器制御部７の全体ブロック図である。
　変換器制御部７は、主な構成部として、交流電圧検出部２１と、出力リミット部２２と、直流電圧制御部６０と、循環電流制御部７０と、出力電流制御部９０と、電圧指令値演算部１３０と、ゲート信号生成部１２０とを備える。また、直流電圧制御部６０、循環電流制御部７０、出力電流制御部９０、電圧指令値演算部１３０、およびゲート信号生成部１２０をまとめた機能ブロックをゲート信号演算部２３としている。
　図６は、実施の形態１のゲート信号演算部２３内の直流電圧制御部６０の内部構成を示すブロック図である。
　図６に示すように、直流電圧制御部６０は、直流電圧代表値演算部６１、減算器６２、および制御器６３を備える。
　直流電圧制御部６０には、全て（ここではＮ個）の単位セル１０の直流コンデンサ電圧検出器５０にて検出された全セル直流コンデンサ電圧ｖｄｃｃｅｌｌが入力されている。
　直流電圧制御部６０では、直流電圧代表値演算部６１で全セル直流コンデンサ電圧ｖｄｃｃｅｌｌから全セル直流コンデンサ電圧の平均値、最大値または最小値などの電圧代表値ｖｄｃを演算する。減算器６２は、直流全電圧指令値ｖｄｃ＊と直流電圧代表値演算部により演算された電圧代表値ｖｄｃの偏差Δｖｄｃを演算する。
　制御器６３は、演算された偏差Δｖｄｃがゼロとなるように、すなわち、全セル直流コンデンサの電圧代表値ｖｄｃを直流全電圧指令値ｖｄｃ＊に追従させるように有効電流指令値ｉｑ＊を演算する。
　電圧代表値ｖｄｃとして全セル直流コンデンサ電圧の平均値、最大値または最小値などを用いることで、全セルの直流コンデンサ電圧が一定に制御される。
　図７は、実施の形態１の循環電流制御部７０の内部構成を示すブロック図である。
　循環電流制御部７０は、電力変換器６の各相のアーム４を循環する電流を制御することで、相間の直流コンデンサ電圧をバランスさせる。
　図７に示すように、循環電流制御部７０は、減算器７１、加算器７２、乗算器７３、および制御器７５を備える。
　循環電流制御部７０では、アーム電流検出器４０で検出した各アーム電流値ｉｕｖ、ｉｖｖ、ｉｗｖを加算器７２で加算し、乗算器７３により１／３を乗算して循環電流ｉｚを演算する。
　減算器７１は循環電流指令値ｉｚ＊と循環電流ｉｚの偏差Δｉｚを演算する。循環電流指令値ｉｚ＊は、固定値の場合、または相間の直流コンデンサ電圧をバランスさせるための値となる。
　制御器７５は、偏差Δｉｚがゼロとなるよう、すなわち、循環電流ｉｚを循環電流指令値ｉｚ＊に追従させるような零相電圧指令値ｖｚ＊を演算する。
　次に、変換器制御部７のうち、本実施の形態１の要部となる交流電圧検出部２１および出力リミット部２２について説明する。
　図８は、実施の形態１による交流電圧検出部２１の内部構成を示すブロック図である。
　図８に示すように、交流電圧検出部２１は、正相電圧検出部１１、各相電圧振幅検出部１２、電圧制御部１３、および減算器３００を備える。
　正相電圧検出部１１は、電圧検出器２０によって検出された系統電圧より正相電圧を算出する。交流電力系統２はｕ相、ｖ相、ｗ相の三相からなり、瞬時電圧をｖｕ、ｖｖ、ｖｗとすると、正相電圧検出部１１は以下の式（１）に基づいて正相電圧ｖｓを算出する。
　ｖｓ＝（ｖｕ２＋ｖｖ２＋ｖｗ２）１／２・・・式（１）
　交流電圧検出部２１には電力変換器６の電圧指令値ｖｒｅｆ（電圧実効値の指令値）が入力され、電圧指令値ｖｒｅｆから正相電圧検出部１１で算出された正相電圧ｖｓを減算器３００により減算することにより、偏差Δｖを算出し、その偏差Δｖを電圧制御部１３に入力する。
　電圧制御部１３は、例えばＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御器で構成され、入力された偏差Δｖを小さくするための無効電流基準値ｉｄｒｅｆを演算する。
　交流電圧検出部２１の各相電圧振幅検出部１２は、交流電力系統２の電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを入力し、以下の式（２）に基づいて各相の電圧振幅値ｖｕｒ、ｖｖｒ、ｖｗｒを検出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図９は、実施の形態１による出力リミット部２２の内部構成を示すブロック図である。
　出力リミット部２２は、最大値算出部１６、減算値算出部１７、減算器４００および４１０を備える。
　最大値算出部１６は、交流電圧検出部２１の各相電圧振幅検出部１２で検出された各相の電圧振幅値ｖｕｒ、ｖｖｒ、ｖｗｒに基づいて、各相の電圧振幅値の最大値ｖｒｍａｘを算出する。そして、減算器４１０により、あらかじめ定められた電圧最大許容値Ｖｔｈから最大値算出部１６にて算出された各相電圧振幅の最大値ｖｒｍａｘを減算して、偏差Δｖｒを算出する。ここで、電圧最大許容値Ｖｔｈは、無効電力補償装置１の仕様により定められ、電力変換器６の出力可能な最大電圧である。
　次に、減算値算出部１７において、偏差Δｖｒを小さくするための無効電流減算量Δｉｄを算出する。なお、偏差Δｖｒが正の値の場合は、無効電流減算量Δｉｄは零とする。
　次に、減算器４００において、交流電圧検出部２１の電圧制御部１３で算出された無効電流基準値ｉｄｒｅｆから無効電流減算量Δｉｄを減算することで無効電流指令値ｉｄ＊を算出する。
　以上のように、出力リミット部２２は、各相電圧振幅検出部１２で検出された各相電圧振幅値に基づいて各相電圧振幅値の最大値ｖｒｍａｘを算出し、各相電圧振幅値の最大値ｖｒｍａｘに基づいて電力変換器６の出力無効電力の制限の要否を判断する。
　次に、変換器制御部７の出力電流制御部９０の構成および動作を図１０に基づいて説明する。
　図１０は、実施の形態１による出力電流制御部９０の内部構成を示すブロック図である。
　出力電流制御部９０では、有効電流ｉｑおよび無効電流ｉｄを制御することで、電力変換器６の電力制御を行っている。出力電流制御部９０には、有効電流指令値ｉｑ＊および無効電流指令値ｉｄ＊が入力される。有効電流指令値ｉｑ＊は前述のように直流電圧制御部６０で演算され、無効電流指令値ｉｄ＊は前述のように出力リミット部２２で演算される。
　図１０に示すように、出力電流制御部９０は、基準電圧演算部９１、三相／二相座標変換部９２、および加算器９３ａ、９３ｂを備えている。基準電圧演算部９１は、三相／二相座標変換部９４、減算器９６ａ、９６ｂ、および制御器９７を備えている。
　三相／二相座標変換部９４は、電流検出器３０で検出された交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを正相座標系で三相／二相変換することにより無効電流ｉｄ、有効電流ｉｑを演算する。
　減算器９６ａは、無効電流指令値ｉｄ＊と無効電流ｉｄとの偏差Δｉｄを演算する。
　減算器９６ｂは、有効電流指令値ｉｑ＊と有効電流ｉｑとの偏差Δｉｑを演算する。
　制御器９７は、例えばＰＩ制御器で構成され、それぞれ偏差Δｉｄおよび偏差Δｉｑがゼロとなるよう、すなわち、無効電流ｉｄを無効電流指令値ｉｄ＊に追従させ、有効電流ｉｑを有効電流指令値ｉｑ＊に追従させるように、基準電圧ｖｄｒｅｆおよびｖｑｒｅｆを算出する。
　三相／二相座標変換部９２は、電圧検出器２０で検出された系統電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを正相座標系で三相／二相変換することにより正相電圧ｖｄ、ｖｑを演算する。
　そして、出力電流制御部９０は、加算器９３ａ、９３ｂにより前記正相電圧ｖｄ、ｖｑをフィードフォワード的に制御器９７の出力である基準電圧ｖｄｒｅｆ、ｖｑｒｅｆに加算して、電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を演算する。
　次に、変換器制御部７の電圧指令値演算部１３０の構成および動作を図１１および図１２に基づいて説明する。
　図１１は、実施の形態１による電圧指令値演算部１３０の内部構成を示すブロック図である。
　電圧指令値演算部１３０は、二相／三相座標変換部１３１、加算器１３２、およびセル個別直流電圧制御部１４０を備える。セル個別直流電圧制御部１４０の内部構成については後述する。
　まず、二相／三相座標変換部１３１により、電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を正相座標系で三相に変換する。加算器１３２は、二相／三相座標変換部１３１で三相に変換された各電圧指令値に零相電圧指令値ｖｚ＊をそれぞれ加算し、各相アーム電圧指令値ｖｕｖ＊、ｖｖｗ＊、ｖｗｖ＊を演算する。
　セル個別直流電圧制御部１４０は、これら各相アーム電圧指令値ｖｕｖ＊、ｖｖｗ＊、ｖｗｕ＊とアーム電流ｉｕｖ、ｉｖｗ、ｉｗｕ、および各セル直流電圧ｖｄｃｃｅｌｌに基づき、全単位セル１０それぞれの出力電圧指令値ｖｃｅｌｌ＊を演算する。
　図１２は、実施の形態１によるセル個別直流電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。
　セル個別直流電圧制御部１４０は、セル数Ｎ個のセル個別制御部１４１を備える。セル個別制御部１４１は、相代表値演算部１４２、セル電圧抽出部１４３、フィルタ１４４、減算器１４５、１４８、制御器１４６、および乗算器１４７を備える。
　セル個別制御部１４１では、相代表値演算部１４２が各セル直流電圧ｖｄｃｃｅｌｌから各相の直流コンデンサ電圧の平均値、最大値、または最小値などの各相電圧代表値ｖｄｃｕｖａｖを演算する。また、セル電圧抽出部１４３が各セル直流電圧ｖｄｃｃｅｌｌから個別のセル直流電圧ｖｄｃｕｖ１を演算する。フィルタ１４４は個別のセル直流電圧ｖｄｃｕｖ１から周波数２ｆの交流分を除去してｖｄｃｕｖｆ１を演算する。減算器１４５は、各相電圧代表値ｖｄｃｕｖａｖからｖｄｃｕｖｆ１を減算して偏差Δｖｄｃｕｖ１を演算する。制御器１４６は、演算された偏差Δｖｄｃｕｖ１がゼロとなるように制御出力ｖｄｃｕｖ１ｒｅｆを演算する。
　さらに、制御出力ｖｄｃｕｖ１ｒｅｆと同相のアーム電流ｉｕｖを乗算器１４７で乗算する。各相アーム電圧指令値ｖｕｖ＊から乗算器１４７の出力を減算器１４８で減算することで、各セル直流電圧指令値ｖｄｃｕｖ１＊を演算する。なお、図１２における各セル直流電圧指令値ｖｄｃｕｖ１＊～ｖｄｃｗｕＮ＊が、図５、図１１における各セルの出力電圧指令値ｖｃｅｌｌ＊となる。
　図５に戻って、ゲート信号生成部１２０では、電圧指令値演算部１３０の出力である各セルの出力電圧指令値ｖｃｅｌｌ＊に基づきＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行うように、各セルのスイッチング素子１０３のオンおよびオフ駆動を制御するゲート信号Ｇを演算する。
　上記実施の形態の説明では、交流電圧検出部２１は、交流電力系統２の系統電圧の各相電圧振幅値ｖｕｒ、ｖｖｒ、ｖｗｒを検出する各相電圧振幅検出部１２を備え、出力リミット部２２は、各相電圧振幅検出部１２で検出された各相電圧振幅値に基づいて各相電圧振幅値の最大値ｖｒｍａｘを算出し、各相電圧振幅値の最大値ｖｒｍａｘに基づいて電力変換器６の出力無効電力の制限の要否を判断するようにした。
　しかしながら、交流電圧検出部２１は、交流電力系統２の系統電圧の各相の電圧の実効値を検出し、出力リミット部２２は、交流電圧検出部２１で検出された各相の電圧の実効値のうちの最大値を算出し、前記各相の電圧の実効値の最大値に基づいて電力変換器６の出力無効電力の制限の要否を判断しても良い。
　以上のように、本実施の形態は、複数相の交流電力系統に接続され、自己消弧型のスイッチング素子を有する電力変換器と、前記電力変換器の前記スイッチング素子を制御する変換器制御部を備え、前記電力変換器の出力無効電力により前記交流電力系統の無効電力を補償する無効電力補償装置であって、
前記変換器制御部は、交流電圧検出部と、出力リミット部を備え、
前記交流電圧検出部は、前記電力変換器が接続されている前記交流電力系統の電圧情報を検出し、
前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部が検出する前記電圧情報に基づいて、前記電力変換器の出力無効電力の制限の要否を判断し、出力無効電力の制限が必要な場合、前記電力変換器の出力無効電力を制限するようにした。
　そのため、本実施の形態の無効電力補償装置は、例えば、短絡容量が小さい交流電力系統に連系されている場合などに、電力系統の不平衡事故が発生し無効電力を出力することにより系統電圧の健全相の電圧振幅が上昇した場合に、出力する無効電力を制限することで、無効電力補償装置の制御余裕を確保し、過電圧、過電流による無効電力補償装置の保護停止を防止することが可能となる。
　また、前記出力リミット部は、出力無効電力の制限が必要な場合、前記電力変換器の出力電圧が前記電力変換器の出力可能範囲となるように、前記電力変換器の出力無効電力を制限するようにした。
　そのため、無効電力補償装置の制御余裕を確保することができる。
　また、前記出力リミット部は、前記電力変換器の出力無効電力の制限が必要な場合、前記電力変換器の出力無効電流を制限するようにしたので、無効電力補償装置の制御が容易となる。
　また、前記交流電圧検出部は、前記交流電力系統の系統電圧の正相電圧を検出する正相電圧検出部を備え、前記正相電圧検出部で検出された前記正相電圧と前記電力変換器の電圧指令値に基づいて無効電流基準値を演算し、
前記出力リミット部は、前記無効電流基準値から無効電流減算量を減算することで無効電流指令値を算出し、前記電力変換器の出力無効電流を制限するようにしたので、無効電力補償装置の制御が容易となる。
　また、前記交流電圧検出部は、前記交流電力系統の系統電圧の各相の電圧の大きさ、例えば各相の電圧振幅値、電圧実効値を検出し、前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部で検出された各相の電圧の大きさのうちの最大値を算出し、前記各相の電圧の大きさの最大値に基づいて前記電力変換器の出力無効電力の制限の要否を判断するようにした。
　そのため、電力変換器の出力無効電力の制限の要否を容易に判断することができ、無効電力補償装置の制御余裕を確保することができる。
　また、前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部で検出された各相の電圧の大きさのうちの最大値を算出し、前記最大値と予め定められた電圧最大許容値との偏差を算出し、前記偏差を小さくするための無効電流減算量を算出して、前記電力変換器の出力無効電流を制限するようにした。
　そのため、無効電力補償装置の制御が容易となり、無効電力補償装置の制御余裕を確保することができる。
　さらに、前記電力変換器は、前記交流電力系統に接続された３つのアームを備え、
各前記アームは、１つまたは複数カスケード接続した単位セルとリアクトルとを直列に接続した構成であり、
前記単位セルは、互いに直列接続された複数の前記スイッチング素子の直列体とこの直列体と並列に接続された直流コンデンサとを備えたものである。
　また、３つの前記アームはデルタ結線されている。
　また、例えば、前記単位セルは、前記スイッチング素子の前記直列体が複数並列に接続されているフルブリッジ構成である。
　そのため、交流電力系統に連系される大容量かつ高耐圧である電力変換器を構成することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２の無効電力補償装置は、実施の形態１の無効電力補償装置の出力リミット部における減算値算出部を変更したものである。
　以下、実施の形態２の無効電力補償装置の構成および動作について、実施の形態１との相違を中心に説明し、実施の形態１と同様の部分の説明については適宜省略する。
　図１３は、実施の形態２による出力リミット部２２Ｂの内部構成を示すブロック図である。
　実施の形態２の出力リミット部２２Ｂは、最大値算出部１６Ｂ、減算値算出部１７Ｂ、減算器４００Ｂ、および減算器４１０Ｂを備える。さらに、減算値算出部１７Ｂは、補償器１８と除算器４２０を備える。
　実施の形態１と同様、最大値算出部１６Ｂは、交流電圧検出部２１の各相電圧振幅検出部１２で算出された各相の電圧振幅値ｖｕｒ、ｖｖｒ、ｖｗｒに基づいて、各相の電圧振幅値の最大値ｖｒｍａｘを算出する。そして、あらかじめ定められた電圧最大許容値Ｖｔｈから最大値算出部１６Ｂにて算出された各相電圧振幅の最大値ｖｒｍａｘを減算器４１０Ｂにより減算し、偏差Δｖｒを算出する。
　実施の形態２において、減算値算出部１７Ｂの補償器１８は、電圧最大許容値Ｖｔｈから各相電圧振幅の最大値ｖｒｍａｘを減算した偏差Δｖｒを入力して、偏差Δｖｒを小さくするための無効電力減算量ΔＱを算出する。なお、無効電力減算量ΔＱがキャパシティブ動作（容量性無効電力）となる無効電力量の場合は、無効電力減算量ΔＱは出力無効電力を零とするような減算量とする。ここで、無効電力には容量性無効電力（キャパシティブ動作）と誘導性無効電力（インダクティブ動作）の２つの極性がある。無効電力補償装置１は、交流系統電圧が基準値より低い場合は電圧を大きくする方向に働いて容量性無効電力を出力する。また、無効電力補償装置１は、交流系統電圧が基準値より高い場合は電圧を小さくする方向に働き誘導性無効電力を出力する。したがって、電力系統の不平衡事故が発生して系統電圧の健全相の電圧が上昇した場合、容量性無効電力の場合は電圧が上昇しすぎるため、無効電力減算量ΔＱを出力無効電力を零とするような減算量として無効電力を出力しないようにする。
　次に、除算器４２０により、補償器１８で算出された無効電力減算量ΔＱを、交流電圧検出部２１にて演算された正相電圧ｖｓで除算することで、無効電流減算量Δｉｄ２を算出する。
　最後に、減算器４００Ｂにより、無効電流基準値ｉｄｒｅｆから無効電流減算量Δｉｄ２を減算することで無効電流指令値ｉｄ＊を算出する。
　その他の構成および動作は、実施の形態１と同様である。
　以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様、例えば、短絡容量が小さい交流電力系統に連系されている場合などに、電力系統の不平衡事故が発生し無効電力を出力することにより系統電圧の健全相の電圧振幅が上昇した場合に、出力する無効電力を制限することで、無効電力補償装置の制御余裕を確保し、過電圧、過電流による無効電力補償装置の保護停止を防止することが可能となる。
　また、出力リミット部は、交流電圧検出部で検出された各相の電圧の大きさのうちの最大値を算出し、前記最大値と予め定められた電圧最大許容値との偏差を算出し、前記偏差を小さくするための無効電力減算量を算出して、前記電力変換器の出力無効電流を制限するようにした。
　そのため、無効電力補償装置の制御が容易となり、無効電力補償装置の制御余裕を確保することができる。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３における無効電力補償装置１について説明する。
　実施の形態３における無効電力補償装置１は、交流電圧検出部２１Ｃと出力リミット部２２Ｃ以外の構成および動作については実施の形態１と同様である。なお、実施の形態１および実施の形態２と同様の部分については説明を適宜省略する。
　ここでは実施の形態３における交流電圧検出部２１Ｃと出力リミット部２２Ｃについて説明する。図１４は実施の形態３による交流電圧検出部２１Ｃの内部構成を示すブロック図、図１５は実施の形態３による出力リミット部２２Ｃの内部構成を示すブロック図である。
　まず、実施の形態３による交流電圧検出部２１Ｃを図１４に基づいて説明する。
　実施の形態３の交流電圧検出部２１Ｃは、正相電圧検出部１１Ｃ、逆相電圧検出部３１、電圧制御部１３、不平衡率検出部３２、および減算器３００Ｃを備える。
　正相電圧検出部１１Ｃは、実施の形態１と同様、電圧検出器２０によって検出された瞬時電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに基づき、正相電圧ｖｓを算出する。
　逆相電圧検出部３１は、電圧検出器２０によって検出された瞬時電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに基づき、逆相電圧ｖｎｅｇを回転座標変換の方式等により算出する。
　正相電圧検出部１１Ｃにより算出された正相電圧ｖｓ、および逆相電圧検出部３１により算出された逆相電圧ｖｎｅｇは、不平衡率検出部３２に入力される。
　不平衡率検出部３２は、正相電圧ｖｓに対する逆相電圧ｖｎｅｇの割合である不平衡率Ｒｐｎ（＝ｖｎｅｇ／ｖｓ）を算出する。
　なお、前述以外の交流電圧検出部２１Ｃの動作は、実施の形態１と同様である。すなわち、交流電圧検出部２１Ｃには電力変換器６の電圧指令値ｖｒｅｆ（電圧実効値の指令値）が入力され、電圧指令値ｖｒｅｆから正相電圧検出部１１で算出された正相電圧ｖｓを減算器３００Ｃにより減算することにより、偏差Δｖを算出し、その偏差Δｖを電圧制御部１３に与える。
　電圧制御部１３は、例えばＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御器で構成され、入力された偏差Δｖを小さくするための無効電流基準値ｉｄｒｅｆを演算する。
　次に、実施の形態３による出力リミット部２２Ｃを図１５に基づいて説明する。
　実施の形態３の出力リミット部２２Ｃは、減算値算出部１７Ｃ、減算器４００Ｃ、および減算器４１０Ｃを備える。
　まず、交流電圧検出部２１Ｃの不平衡率検出部３２で算出された不平衡率Ｒｐｎは、出力リミット部２２Ｃに入力される。減算器４１０Ｃでは、交流電力系統２のインピーダンスに基づきあらかじめ設定された閾値Ｒｐｎｔｈから、出力リミット部２２Ｃに入力された不平衡率Ｒｐｎを減算して、偏差ΔＲｐｎを算出する。ここで、閾値Ｒｐｎｔｈについて説明する。正相電圧に対して逆相電圧の割合が大きくなると、不平衡がより大きい状況となる。例えば、無限大母線（交流電力系統が強い場合）の至近端一相地絡事象の場合、正相電圧が２／３、逆相電圧が１／３の割合となり、不平衡率Ｒｐｎは１／２となる。したがって、一例としてこの不平衡率（１／２）を閾値Ｒｐｎｔｈとすることができる。
　次に、減算値算出部１７Ｃにおいて、偏差ΔＲｐｎを小さくするための無効電流減算量Δｉｄ３を算出する。なお、偏差ΔＲｐｎが正の値の場合は、無効電流減算量Δｉｄ３は零とする。
　そして、減算器４００Ｃにより、無効電流基準値ｉｄｒｅｆから無効電流減算量Δｉｄ３を減算することで無効電流指令値ｉｄ＊を算出する。なお、無効電流減算量Δｉｄ３は、実施の形態２に示すように、偏差ΔＲｐｎを小さくするための無効電力減算量ΔＱ３を算出し、正相電圧ｖｓで除算することで算出してもよい。
　以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１および２と同様、例えば、短絡容量が小さい交流電力系統に連系されている場合などに、電力系統の不平衡事故が発生し無効電力を出力することにより系統電圧の健全相の電圧振幅が上昇した場合に、出力する無効電力を制限することで、無効電力補償装置の制御余裕を確保し、過電圧、過電流による無効電力補償装置の保護停止を防止することが可能となる。
　また、交流電圧検出部は、交流電力系統の系統電圧の正相電圧を検出する正相電圧検出部と、前記交流電力系統の系統電圧の逆相電圧を検出する逆相電圧検出部と、前記正相電圧に対する前記逆相電圧の割合である不平衡率を演算する不平衡率検出部を備え、
出力リミット部は、前記不平衡率検出部が演算した前記不平衡率に基づいて前記電力変換器の出力無効電力の制限の要否を判断するようにしたので、無効電力補償装置の制御が容易となる。
　また、前記出力リミット部は、前記不平衡率検出部が演算した前記不平衡率と予め定められた閾値との偏差を算出し、前記偏差を小さくするための無効電流減算量または無効電力減算量を算出して、前記電力変換器の出力無効電流を制限するようにしたので、無効電力補償装置の制御が容易となる。
実施の形態４．
　次に、実施の形態４における無効電力補償装置１について説明する。
　実施の形態４における無効電力補償装置１は、出力リミット部２２Ｄに備えられる減算値算出部１７Ｄ以外の構成については実施の形態１と同様である。なお、実施の形態１から実施の形態３と同様の部分についてはその説明を適宜省略する。
　図１６は、実施の形態４による出力リミット部２２Ｄの構成を示すブロック図である。
　出力リミット部２２Ｄは、最大値算出部１６Ｄ、減算値算出部１７Ｄ、減算器４００Ｄ、および減算器４１０Ｄを備える。
　図１６の最大値算出部１６Ｄは、実施の形態１と同様の働きを行う。すなわち、最大値算出部１６Ｄは、交流電圧検出部２１の各相電圧振幅検出部１２で算出された各相の電圧振幅値ｖｕｒ、ｖｖｒ、ｖｗｒに基づいて、各相の電圧振幅値の最大値ｖｒｍａｘを算出する。そして、あらかじめ定められた電圧最大許容値Ｖｔｈから最大値算出部１６Ｄにて算出された各相電圧振幅の最大値ｖｒｍａｘを減算器４１０Ｄにより減算し、偏差Δｖｒを算出する。
　そして、減算値算出部１７Ｄは、偏差Δｖｒを小さくするための無効電流減算量Δｉｄ４を演算する。偏差Δｖｒが正の値の場合は、無効電流減算量Δｉｄ４を零とし、偏差Δｖｒが負の値の場合は、交流電力系統２のインピーダンスよりあらかじめ定められた無効電流減算量Δｉｄ４を出力する。ここで、無効電流減算量Δｉｄ４は下記のように設定することができる。すなわち、交流電力系統２のインピーダンスに応じて無効電流出量に対する電圧上昇分が演算できる。その電圧上昇分が無効電力補償装置１の出力可能電圧範囲を満足するように無効電流減算量Δｉｄ４を決定する。
　なお、無効電流減算量Δｉｄ４については、実施の形態２に示すように、偏差Δｖｒを小さくするための無効電力減算量ΔＱ３を算出し、正相電圧ｖｓで除算することにより算出するようにしても良い。
　さらに、実施の形態３のように、交流電力系統２のインピーダンスからあらかじめ設定された閾値Ｒｐｎｔｈと、出力リミット部２２Ｃに入力された不平衡率Ｒｐｎを減算して、偏差ΔＲｐｎを算出し、偏差ΔＲｐｎから無効電流減算量Δｉｄ４を算出してもよい。
　そして、減算器４００Ｄにおいて、無効電流基準値ｉｄｒｅｆから無効電流減算量Δｉｄ４を減算することで無効電流指令値ｉｄ＊を算出する。
　以上のように、本実施の形態によれば、前記実施の形態と同様、例えば、短絡容量が小さい交流電力系統に連系されている場合などに、電力系統の不平衡事故が発生し無効電力を出力することにより系統電圧の健全相の電圧振幅が上昇した場合に、出力する無効電力を制限することで、無効電力補償装置の制御余裕を確保し、過電圧、過電流による無効電力補償装置の保護停止を防止することが可能となる。
　また、前記出力リミット部は、前記無効電流基準値から前記交流電力系統のインピーダンスにより予め定められた無効電流減算量を減算することで無効電流指令値を算出し、前記電力変換器の出力無効電流を制限するようにしたので、無効電力補償装置の制御が容易となる。
　なお、前記実施の形態において、変換器制御部７は、ハードウエアの構成例を図１７に示すように、プロセッサ２００と記憶装置２１０から構成される。記憶装置２１０は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。
　また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ２００は、記憶装置２１０から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶措置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ２００にプログラムが入力される。また、プロセッサ２００は、演算結果等のデータを記憶装置２１０の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１　無効電力補償装置、２　交流電力系統、３　連系変圧器、４　アーム、５　アームリアクトル、６　電力変換器、７　変換器制御部、１０　単位セル、１１　正相電圧検出部、１２　各相電圧振幅検出部、１３　電圧制御部、１５　直流コンデンサ、１６　最大値算出部、１７　減算値算出部、２０　電圧検出器、２１　交流電圧検出部、２２　出力リミット部、２３　ゲート信号演算部、３０　電流検出器、４０　アーム電流検出器、５０　直流コンデンサ電圧検出器、６０　直流電圧制御部、７０　循環電流制御部、９０　出力電流制御部、１０１　直列体、１０２　半導体スイッチ、１０３　スイッチング素子、１０４　ダイオード、１２０　ゲート信号生成部、１３０　電圧指令値演算部、１４０　セル個別直流電圧制御部、２００　プロセッサ、２１０　記憶装置。

Claims (13)

  1. 複数相の交流電力系統に接続され、自己消弧型のスイッチング素子を有する電力変換器と、前記電力変換器の前記スイッチング素子を制御する変換器制御部を備え、前記電力変換器の出力無効電力により前記交流電力系統の無効電力を補償する無効電力補償装置であって、
    前記変換器制御部は、交流電圧検出部と、出力リミット部を備え、
    前記交流電圧検出部は、前記電力変換器が接続されている前記交流電力系統の電圧情報を検出し、
    前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部が検出する前記電圧情報に基づいて、前記電力変換器の出力無効電力の制限の要否を判断し、出力無効電力の制限が必要な場合、前記電力変換器の出力無効電力を制限する、無効電力補償装置。
  2. 前記出力リミット部は、出力無効電力の制限が必要な場合、前記電力変換器の出力電圧が前記電力変換器の出力可能範囲となるように、前記電力変換器の出力無効電力を制限する、請求項１に記載の無効電力補償装置。
  3. 前記出力リミット部は、前記電力変換器の出力無効電力の制限が必要な場合、前記電力変換器の出力無効電流を制限する、請求項１または請求項２に記載の無効電力補償装置。
  4. 前記交流電圧検出部は、前記交流電力系統の系統電圧の正相電圧を検出する正相電圧検出部を備え、前記正相電圧検出部で検出された前記正相電圧と前記電力変換器の電圧指令値に基づいて無効電流基準値を演算し、
    前記出力リミット部は、前記無効電流基準値から無効電流減算量を減算することで無効電流指令値を算出し、前記電力変換器の出力無効電流を制限する、請求項３に記載の無効電力補償装置。
  5. 前記出力リミット部は、前記無効電流基準値から前記交流電力系統のインピーダンスにより予め定められた無効電流減算量を減算することで無効電流指令値を算出し、前記電力変換器の出力無効電流を制限する、請求項４に記載の無効電力補償装置。
  6. 前記交流電圧検出部は、前記交流電力系統の系統電圧の各相の電圧の大きさを検出し、
    前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部で検出された各相の電圧の大きさのうちの最大値を算出し、前記各相の電圧の大きさの最大値に基づいて前記電力変換器の出力無効電力の制限の要否を判断する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無効電力補償装置。
  7. 前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部で検出された各相の電圧の大きさのうちの最大値を算出し、前記最大値と予め定められた電圧最大許容値との偏差を算出し、前記偏差を小さくするための無効電流減算量を算出して、前記電力変換器の出力無効電流を制限する、請求項６に記載の無効電力補償装置。
  8. 前記出力リミット部は、前記交流電圧検出部で検出された各相の電圧の大きさのうちの最大値を算出し、前記最大値と予め定められた電圧最大許容値との偏差を算出し、前記偏差を小さくするための無効電力減算量を算出して、前記電力変換器の出力無効電流を制限する、請求項６に記載の無効電力補償装置。
  9. 前記交流電圧検出部は、前記交流電力系統の系統電圧の正相電圧を検出する正相電圧検出部と、前記交流電力系統の系統電圧の逆相電圧を検出する逆相電圧検出部と、前記正相電圧に対する前記逆相電圧の割合である不平衡率を演算する不平衡率検出部を備え、
    前記出力リミット部は、前記不平衡率検出部が演算した前記不平衡率に基づいて前記電力変換器の出力無効電力の制限の要否を判断する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無効電力補償装置。
  10. 前記出力リミット部は、前記不平衡率検出部が演算した前記不平衡率と予め定められた閾値との偏差を算出し、前記偏差を小さくするための無効電流減算量または無効電力減算量を算出して、前記電力変換器の出力無効電流を制限する、請求項９に記載の無効電力補償装置。
  11. 前記電力変換器は、前記交流電力系統に接続された３つのアームを備え、
    各前記アームは、１つまたは複数カスケード接続した単位セルとリアクトルとを直列に接続した構成であり、
    前記単位セルは、互いに直列接続された複数の前記スイッチング素子の直列体とこの直列体と並列に接続された直流コンデンサとを備えた、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の無効電力補償装置。
  12. ３つの前記アームはデルタ結線されている、請求項１１に記載の無効電力補償装置。
  13. 前記単位セルは、前記スイッチング素子の前記直列体が複数並列に接続されているフルブリッジ構成である、請求項１１または請求項１２に記載の無効電力補償装置。
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