JP2006094684A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】系統電圧の変動に起因して電力変換装置の入出力電圧が変動したとしても、出力される交流電力の有効電力、無効電力における不要な変動を抑制する。
【解決手段】出力交流電力の有効電力及び無効電力がそれぞれ有効電力設定値及び無効電力設定値に近くなるように有効電力指令値及び無効電力指令値を演算する電力制御手段１５，１６と、各電力指令値を入力し皮相電力が電力変換装置の電力容量を超えないように各電力指令値を制限するための各リミッタ値を演算するリミッタ値演算手段１９と、各リミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段２４，２５と、変動成分が除去された各リミッタ値を用いて各電力指令値を制限するリミッタ手段１７，１８と、リミッタ手段で値が制限された各電力指令値に基づいて電力変換装置へ印加するゲート信号を生成するゲート信号生成手段２２とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流から直流又は直流から交流へ電力変換する自励式の電力変換装置の制御装置に関する。

例えば、一つの交流電力系から異なる周波数を有する交流電力系へ電力を供給する場合、交流電力系相互間に周波数変換装置が設置される。このような、交流電力系及び周波数変換装置が組込まれた電力システムは図４に示すように構成されている。

一方の交流電力系１から供給される交流電力は、変圧器２を介して電力変換装置としてのＰＷＭ制御が採用された整流器３へ入力され、この整流器３で直流電力に変換され、コンデンサ４、６で平滑され、直流リアクトル５を介して、電力変換装置としてのＰＷＭ制御が採用されたインバータ（逆変換器）７へ入力される。インバータ（逆変換器）７は、入力された直流電力を交流電力系１とは異なる周波数の交流電力に変換し、変圧器８を介して、他方の交流電力系９へ出力する。

ここで、電力変換装置としての整流器３とインバータ（逆変換器）７とは基本的に同一構成であり、例えば、ＩＥＧＴ、ＩＧＢＴ、トランジスタ、ＧＴＯ等の自己消弧型の電力用半導体スイッチング素子をブリッジ接続した構成を有する。そして、各電力用半導体スイッチング素子を各ゲートパルス信号でスイッチング制御（ＰＷＭ制御）することによって、交流から直流又は直流から交流へ電力変換する。

このような構成の電力変換装置としてのインバータ（逆変換器）７の動作を制御する制御装置１０は、インバータ（逆変換器）７の出力電圧を各変成器１１で検出し、インバータ（逆変換器）７の出力電流を各変流器１２で検出し、この出力電圧、出力電流に基づいてゲートパルス信号を作成して、インバータ（逆変換器）７に印加する。

なお、他方の電力変換装置として整流器３に対しても、図示しない、ほぼ同様の制御装置が設けられている。

図５は制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。各変成器１１で検出された出力電圧Ｖ、及び各変流器１２で検出された出力電流Ｉは、制御装置１０内の変換器出力演算部１３へ入力される。変換器出力演算部１３は、検出された出力電圧Ｖ、出力電流Ｉを用いて、このインバータ（逆変換器）７から出力される交流電力の有効電力Ｐ（＝ＶＩcosθ）、無効電力Ｑ（＝ＶＩsinθ）を算出（検出）する。ただし、θは出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの位相差である。変換器出力演算部１３は、検出した有効電力Ｐ、無効電力Ｑをそれぞれ有効電力制御部（ＡＰＲ）１５、無効電力制御部（ＡＱＲ）１６へ送出する。

電力設定部１４は、この電力システムの管理者にて予め設定されたこのインバータ（逆変換器）７から出力される交流電力の目標としての有効電力設定値Ｐ_Sと無効電力設定値Ｑ_Sをそれぞれ有効電力制御部（ＡＰＲ）１５、無効電力制御部（ＡＱＲ）１６へ送出する。有効電力制御部（ＡＰＲ）１５は、検出した有効電力Ｐが有効電力設定値Ｐ_Sに近くなるように、ＰＩ（比例積分）制御演算を行って有効電力指令値Ｃ_Pを得て、この有効電力指令値Ｃ_Pを次のリミッタ部１７及びリミッタ値演算部１９へ送出する。無効電力制御部（ＡＱＲ）１６は、検出した無効電力Ｑが無効電力設定値Ｑ_Sに近くなるように、ＰＩ（比例積分）制御演算を行って無効電力指令値Ｃ_Qを得て、この無効電力指令値Ｃ_Qを次のリミッタ部１８及びリミッタ値演算部１９へ送出する。

リミッタ値演算部１９は、電力変換装置としてインバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡ（皮相電力）と、有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qとを用いて、この有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値をそれぞれ制御するためのリミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qを演算する。リミッタ値演算部１９は、算出したリミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qをそれぞれ対応するリミッタ部１７、１８へ設定する。

リミッタ部１７は、入力した有効電力指令値Ｃ_Pの上限値及び下限値をリミッタ値Ｌ_Pで制限して、新たな有効電力指令値Ｄ_Pとして演算部２０へ送出する。同様に、リミッタ部１８は、入力した無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値をリミッタ値Ｌ_Qで制限して、新たな有効電力指令値Ｄ_Qとして演算部２０へ送出する。

ＰＬＬ回路２１にてその動作が変換器出力演算部１３の動作と同期制御されている演算部２０は、入力された有効電力指令値Ｄ_Pと有効電力指令値Ｄ_Qとを、例えば三相の瞬時値ベースの制御量Ｅｃに変換して、次のパルス発生回路２２へ送出する。

パルス発生回路２２は、三相の瞬時値ベースの制御量Ｅｃに変換された各電力指令値Ｄ_P、Ｄ_Qに基づいて電力変換装置としてのインバータ７へ印加するゲートパルス信号を生成する。この場合、パルス発生回路２２では、出力基準信号を反映したＰＷＭ制御を行うためのゲートパルス信号の生成を行っており、そのための搬送波として搬送波発生回路２３より信号を受け取る。

パルス発生回路２２から出力されたゲートパルス信号は、インバータ（逆変換器）７に印加され、このインバータ７の半導体スイッチング素子のスイッチングに用いられる。これによりインバータ（逆変換器）７から交流電力系９側へ出力される交流電力の有効電力及び無効電力が電力設定部１４で設定した各設定値Ｐ_S、Ｑ_Sとなる。

次に、有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値をそれぞれ制御する必要性を説明する。

一般に、整流器３やインバータ７の自励式の電力変換装置においては、入出力される交流電力の有効電力Ｐ、無効電力Ｑを電力変換装置の電力容量ＭＶＡ（皮相電力）の範囲以内で自由に設定できる。しかし、主に人間系によって電力設定部１４にて設定される設定値Ｐ_S、Ｑ_Sの皮相電力は、常に電力変換装置（インバータ７）の電力容量ＭＶＡ（皮相電力）以内であるとは限らない。そのために、電力指令値Ｃ_P、Ｃ_Qが電力変換装置（インバータ７）の電力容量ＭＶＡを超えた場合は、制御装置１０内にて電力指令値Ｃ_P、Ｃ_Qの上限値及び下限値をそれぞれ制限する必要がある。

なお、電力設定部１４で設定した各電力設定値Ｐ_S、Ｑ_Sそのものに制限を設ける方法もあるが、その方法では有効電力制御部１５や無効電力制御部１６の演算結果によっては電力変換装置（インバータ７）の電力容量ＭＶＡを超えてしまうことも考えられるため、図５に示すように、最終段にリミッタ部１７、１８を設け、リミッタ値演算部１９で各リミッタ部１７、１８に設定する各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qを算出している。

例としては、円リミッタが用いられ、有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qを調整する。

また実際の電力変換装置（インバータ７）の運用では、（ａ）有効電力の融通を優先させる、（ｂ）系統の電圧維持を優先するために無効電力を優先させるなど、電力変換装置（インバータ７）の設置場所によっては設定値のどちらかに優先度を持たせることが必要になることから、優先度を持ったリミッタ値を設定することも多い。

（ａ）有効電力を優先させる場合
Ｌ_P＝ＭＶＡ Ｌ_Q＝［ＭＶＡ²―Ｃ_P ²］^1/2 …(1)
（ｂ）無効電力を優先させる場合
Ｌ_P＝［ＭＶＡ²―Ｃ_Q ²］^1/2 Ｌ_Q＝ＭＶＡ …(2)
なお、自励式の電力変換装置の制御において、リミッタを用いて有効電力指令値、無効電力指令値を制限する技術は特許文献１に記載されている。
特開平５―１６８１４８号公報

しかしながら、図５に示した電力変換装置の制御装置においても、まだ改良すべき次のような課題があった。

すなわち、(1)式、(2)式から理解できるように、優先度の低い電力のリミッタ値は、優先度の高い電力の変動の影響を受ける。電力設定部１４で設定した各設定値Ｐ_S、Ｑ_Sが電力変換装置の電力容量ＭＶＡの近傍に設定されていた場合には、各電力指令値Ｃ_P、Ｃ_Qは各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Q近傍で、電力変換装置が運転される。

その結果、例えば、電力系統の負荷変動に起因して、電力変換装置の出力電圧が変動して、この変動により、検出された各電力Ｐ、Ｑが変動し、電力指令値Ｃ_P、Ｃ_Qが変動し、各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qが変動した場合において、優先度の低い電力は、リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qが変動することにより、同様に変動することになる。これは円リミッタの場合でも同じである。

また、電力設定部１４の各電力設定値Ｐ_S、Ｑ_Sが変動した場合においても同様の現象が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、たとえ、電力系統の負荷変動に起因して、電力変換装置の出力電圧が変動したり、電力変換装置に対する各電力設定値が変動したとしても、この電力変換装置に入出力される交流電力の有効電力、無効電力は、この電力変換装置の電力容量以内という制約を守りつつ、不要な変動が抑制できる電力変換装置の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明は、交流から直流又は直流から交流へ電力変換する自励式の電力変換装置の制御装置において、電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力と無効電力とを検出する電力検出手段と、電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力設定値と無効電力設定値を設定する電力設定手段と、検出された有効電力及び無効電力がそれぞれ有効電力設定値及び無効電力設定値に近くなるように有効電力指令値及び無効電力指令値を演算する電力制御手段と、各電力指令値を入力し皮相電力が電力変換装置の電力容量を超えないように各電力指令値を制限するための各リミッタ値を演算するリミッタ値演算手段と、リミッタ値演算手段から出力された各リミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段と、除去手段で変動成分が除去された各リミッタ値を用いて各電力指令値を制限するリミッタ手段と、このリミッタ手段で値が制限された各電力指令値に基づいて電力変換装置へ印加するゲート信号を生成するゲート信号生成手段とを備えている。

このように構成された電力変換装置の制御装置においては、リミッタ値演算手段から出力された各リミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段を設けている。この除去手段は、例えばオフディレー型のタイマーで構成されており、リミッタ値演算手段から出力された各リミッタ値の絶対値が大きくなる方向に対しては、一定の遅れ時間を有して追従し、リミッタ値演算手段から出力された各リミッタ値の絶対値が小さくなる方向に対しては瞬時に追従する機能を有する。よって、リミッタ手段に実際に設定されるリミッタ値は少なくとも大きくなる方向に変動しない。

したがって、たとえ、電力系統の負荷変動に起因して電力変換装置の出力電圧が変動したり、電力変換装置に対する各電力設定値が変動して、リミッタ値演算手段から出力された各リミッタ値が短時間に変動したとしても、この各リミッタ値の変動は遅延手段で吸収され、リミッタ手段に実際に設定されるリミッタ値は変動しない。その結果、有効電力及び無効電力の各出力電力値が不要に変動して電力変換装置の運転に悪影響を及ぼすことを防止できる。

また、別の発明は、交流から直流又は直流から交流へ電力変換する自励式の電力変換装置の制御装置において、電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力と無効電力とを検出する電力検出手段と、電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力設定値と無効電力設定値を設定する電力設定手段と、有効電力が有効電力設定値に近くなるように有効電力指令値を演算する有効電力制御手段と、無効電力が無効電力設定値に近くなるように無効電力指令値を演算する無効電力制御手段と、設定されたリミッタ値を用いて有効電力指令値を制限する有効電力指令値リミッタ手段と、設定されたリミッタ値を用いて無効電力指令値を制限する無効電力指令値リミッタ手段と、有効電力指令値リミッタ手段で値が制限された有効電力指令値を入力し、有効電力指令値を優先して、皮相電力が電力変換装置の電力容量を超えないように各電力指令値を制限するための各リミッタ手段へ設定する各リミッタ値を演算するリミッタ値演算手段と、このリミッタ値演算手段から無効電力指令値リミッタ手段へ設定するリミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段と、各リミッタ手段で値が制限された各電力指令値に基づいて電力変換装置へ印加するゲート信号を生成するゲート信号生成手段とを備えている。

さらに、リミッタ値演算手段は、有効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を前記電力変換装置の電力容量に設定し、無効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を、前記電力変換装置の電力容量の２乗値から前記値が制限された有効電力指令値の２乗値を減算した値の平方根に設定している。

このように構成された電力変換装置の制御装置においては、有効電力指令値を優先させながら、有効電力の変動が無効電力指令値、つまり無効電力出力に不要な変動を及ぼし、電力変換装置の運転に悪影響を及ぼすことを防止できる。

また、別の発明は、交流から直流又は直流から交流へ電力変換する自励式の電力変換装置の制御装置において、電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力と無効電力とを検出する電力検出手段と、電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力設定値と無効電力設定値を設定する電力設定手段と、有効電力が有効電力設定値に近くなるように有効電力指令値を演算する有効電力制御手段と、無効電力が無効電力設定値に近くなるように無効電力指令値を演算する無効電力制御手段と、設定されたリミッタ値を用いて有効電力指令値を制限する有効電力指令値リミッタ手段と、設定されたリミッタ値を用いて無効電力指令値を制限する無効電力指令値リミッタ手段と、無効電力指令値リミッタ手段で値が制限された無効電力指令値を入力し、無効電力指令値を優先して、皮相電力が電力変換装置の電力容量を超えないように各電力指令値を制限するための各リミッタ手段へ設定する各リミッタ値を演算するリミッタ値演算手段と、このリミッタ値演算手段から有効電力指令値リミッタ手段へ設定するリミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段と、各リミッタ手段で値が制限された各電力指令値に基づいて電力変換装置へ印加するゲート信号を生成するゲート信号生成手段とを備えている。

さらに、リミッタ値演算手段は、無効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を電力変換装置の電力容量に設定し、有効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を、電力変換装置の電力容量の２乗値から前記値が制限された無効電力指令値の２乗値を減算した値の平方根に設定している。

このように構成された電力変換装置の制御装置においては、無効電力指令値を優先させながら、無効電力の変動が有効電力指令値、つまり有効電力出力に不要な変動を及ぼし、電力変換装置の運転に悪影響を及ぼすことを防止できる。

本発明においては、リミッタ値演算手段からリミッタ手段へ向けて出力された各リミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段を設けている。

したがって、たとえ、電力系統の負荷変動に起因して電力変換装置の出力電圧が変動したり、電力変換装置に対する各電力設定値が変動して、リミッタ値演算手段から出力された各リミッタ値が短時間に変動したとしても、この電力変換装置に入出力される交流電力の有効電力、無効電力は、この電力変換装置の電力容量以内という制約を守りつつ、不要な変動が抑制でき、電力変換装置の運転に悪影響を及ぼすことを防止できる。

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係わる電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図５に示す従来の電力変換装置の制御装置１０と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。また、この第１実施形態の制御装置１０ａの制御対象の電力変換装置としてのインバータ（逆変換器）７、及びこのインバータ（逆変換器）７を含む電力システムの構成は、図４に示す従来の電力システムの構成と同一であるので、説明を省略する。

この第１実施形態の制御装置１０ａにおいて、変換器出力演算部１３は、検出された出力電圧Ｖ、出力電流Ｉを用いて、インバータ（逆変換器）７から出力される交流電力の有効電力Ｐ、無効電力Ｑを算出して、有効電力制御部（ＡＰＲ）１５、無効電力制御部（ＡＱＲ）１６へ送出する。電力設定部１４は、有効電力設定値Ｐ_Sと無効電力設定値Ｑ_Sとをそれぞれ有効電力制御部（ＡＰＲ）１５、無効電力制御部（ＡＱＲ）１６へ送出する。

有効電力制御部（ＡＰＲ）１５は、検出した有効電力Ｐが有効電力設定値Ｐ_Sに近くなるように有効電力指令値Ｃ_Pを算出して、次のリミッタ部１７及びリミッタ値演算部１９へ送出する。無効電力制御部（ＡＱＲ）１６は、検出した無効電力Ｑが無効電力設定値Ｑ_Sに近くなるように無効電力指令値Ｃ_Qを算出して、次のリミッタ部１８及びリミッタ値演算部１９へ送出する。

リミッタ値演算部１９は、電力変換装置としてインバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡ（皮相電力）と、有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qとを用いて、この有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値をそれぞれ制御するための下式で示す前述した（ａ）、（ｂ）２種類の各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qを演算する。

（ａ）有効電力を優先させる場合
Ｌ_P＝ＭＶＡ Ｌ_Q＝［ＭＶＡ²―Ｃ_P ²］^1/2 …(1)
（ｂ）無効電力を優先させる場合
Ｌ_P＝［ＭＶＡ²―Ｃ_Q ²］^1/2 Ｌ_Q＝ＭＶＡ …(2)
リミッタ値演算部１９は、算出したリミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qをそれぞれ遅延手段としての遅れ素子２４、２５へ送出する。各遅れ素子２４、２５は、例えばオフディレー型のタイマーで構成されており、リミッタ値演算部１９から出力された各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qの絶対値が大きくなる方向に対しては、一定の遅れ時間を有して追従し、リミッタ値演算部１９から出力された各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qの絶対値が小さくなる方向に対しては瞬時に追従する機能を有する。したがって、リミッタ値演算部１９から出力された各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qにおける短時間の変動成分は、この各遅れ素子２４、２５で除去される。各遅れ素子２４、２５を経由した各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qは少なくとも大きくなる方向には変動しない。

各遅れ素子２４、２５を経由した各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qは、それぞれ対応するリミッタ部１７、１８へ設定する。

リミッタ部１７は、入力した有効電力指令値Ｃ_Pの上限値及び下限値を遅れ素子２４を経由したリミッタ値Ｌ_Pで制限して、新たな有効電力指令値Ｄ_Pとして演算部２０へ送出する。同様に、リミッタ部１８は、入力した無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値を遅れ素子２５を経由したリミッタ値Ｌ_Qで制限して、新たな無効電力指令値Ｄ_Qとして演算部２０へ送出する。

演算部２０は、入力された有効電力指令値Ｄ_Pと無効電力指令値Ｄ_Qとを、例えば三相の瞬時値ベースの制御量Ｅｃに変換して、次のパルス発生回路２２へ送出する。パルス発生回路２２は、三相の瞬時値ベースの制御量Ｅｃに変換された各電力指令値Ｄ_P、Ｄ_Qに基づいて電力変換装置としてのインバータ７へ印加するゲートパルス信号を生成する。

パルス発生回路２２から出力されたゲートパルス信号は、インバータ（逆変換器）７に印加され、このインバータ７の半導体スイッチング素子のスイッチングに用いられる。これによりインバータ（逆変換器）７から交流電力系９側へ出力される交流電力の有効電力及び無効電力が電力設定部１４で設定した各設定値Ｐ_S、Ｑ_Sとなる。

このように構成された第１実施形態の電力変換装置の制御装置１０ａにおいては、電力系統の負荷変動に起因して電力変換装置（インバータ７）の出力電圧が変動したり、電力変換装置（インバータ７）に対する各電力設定値Ｐ_S、Ｑ_Sが変動して、有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qが変動し、最終的に、リミッタ値演算部１９から出力された各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qが短時間に変動したとしても、この短時間の変動は各遅れ素子２４、２５で吸収され、リミッタ部１７、１８に実際に設定されるリミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qは変動しない。

その結果、演算部２０へ入力される有効電力指令値Ｄ_Pと無効電力指令値Ｄ_Qには変動成分含まれない。したがって、有効電力と無効電力の各出力電力値が不要に変動して電力変換装置（インバータ７）の運転に悪影響を及ぼすことを防止できる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係わる電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の電力変換装置の制御装置１０ａと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。また、この第２実施形態の制御装置１０ｂの制御対象の電力変換装置としてのインバータ（逆変換器）７、及びこのインバータ（逆変換器）７を含む電力システムの構成は、図４に示す従来の電力システムの構成と同一であるので、説明を省略する。

この第２実施形態の電力変換装置の制御装置１０ｂにおいては、有効電力制御部（ＡＰＲ）１５は算出した有効電力指令値Ｃ_Pをリミッタ部１７へ送出する。無効電力制御部（ＡＱＲ）１６は算出した無効電力指令値Ｃ_Qをリミッタ部１８へ送出する。

また、リミッタ値演算部１９ａには、リミッタ部１７から演算部２０へ送出される有効電力指令値Ｄ_Pが入力される。このリミッタ値演算部１９ａは、電力変換装置としてインバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡ（皮相電力）と、リミッタ部１７から出力された有効電力指令値Ｄ_Pとを用いて、この有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値をそれぞれ制限するための(3)式で示す、有効電力指令値を優先して、皮相電力が前記電力変換装置の電力容量を超えないような、各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qを演算する。

Ｌ_P＝ＭＶＡ Ｌ_Q＝［ＭＶＡ²―Ｄ_P ²］^1/2 …(3)
リミッタ値演算部１９ａは、算出した一方のリミッタ値Ｌ_Pを直接リミッタ部１７へ設定するとともに、算出した他方のリミッタ値Ｌ_Qを遅延手段としての遅れ素子２５を経由してリミッタ部１８へ設定する。

このように、有効電力側のリミッタ部１７へ設定されるリミッタ値Ｌ_Pは、インバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡそのものであり変化しない。一方、無効電力側のリミッタ部１８へ設定されるリミッタ値Ｌ_Qは、インバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡから有効電力指令値Ｄ_P分を減算した残りの容量になる。すなわち、有効電力優先のリミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qとなる。なお、リミッタ値Ｌ_Qは変動する可能性があるので、遅れ素子２５で変動成分を除去している。

リミッタ部１７は、入力した有効電力指令値Ｃ_Pの上限値及び下限値をリミッタ値Ｌ_Pで制限して、新たな有効電力指令値Ｄ_Pとして演算部２０へ送出する。リミッタ部１８は、入力した無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値を遅れ素子２５を経由したリミッタ値Ｌ_Qで制限して、新たな無効電力指令値Ｄ_Qとして演算部２０へ送出する。

このように構成された第２実施形態の電力変換装置の制御装置１０ｂにおいては、電力系統の負荷変動に起因して電力変換装置（インバータ７）の出力電圧が変動したり、電力変換装置（インバータ７）に対する各電力設定値Ｐ_S、Ｑ_Sが変動して、有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qが変動し、リミッタ値演算部１９ａから出力されたリミッタ値Ｌ_Qも変動する。遅れ要素２５がない場合は、そのまま無効電力の出力を変動させることになってしまう。しかしながら、遅れ要素２５の作用により、有効電力指令値Ｄ_Pが大きくなる、つまりリミッタ値Ｌ_Qが小さくなる方向に対しては、瞬時に応動して、インバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡをオーバーしないように、無効電力のリミッタを絞る。

また、逆に有効電力指令値Ｄ_Pが小さくなる、つまりリミッタ値Ｌ_Qが大きくなる方向に対しては、遅れ要素２５の作用により、遅れを持って応動ずるため、無効電力出力が急に増加することはない。

特に有効電力制御部１５の有効電力指令値Ｃ_P（Ｄ_P）が振動しているときには、遅れ要素２５がない場合には、振動がそのまま無効電力の出力に影響を与える。しかし、遅れ要素２５によりリミッタ値Ｌ_Qが絞られた状態を継続するため、無効電力の出力に不要な振動を与えない。

このように、この第２実施形態の電力変換装置の制御装置１０ｂにおいては、系統電圧変動および設定値などの変動により電力変換装置（インバータ７）の出力する有効電力値が変動したとしても、その影響によって不要に無効電力出力を変動させることを抑制し、連系する電力系統に対して悪影響を及ぼすことを防止できる。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係わる電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の電力変換装置の制御装置１０ａと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。また、この第３実施形態の制御装置１０ｃの制御対象の電力変換装置としてのインバータ（逆変換器）７、及びこのインバータ（逆変換器）７を含む電力システムの構成は、図４に示す従来の電力システムの構成と同一であるので、説明を省略する。

この第３実施形態の電力変換装置の制御装置１０ｃにおいては、有効電力制御部（ＡＰＲ）１５は算出した有効電力指令値Ｃ_Pをリミッタ部１７へ送出する。無効電力制御部（ＡＱＲ）１６は算出した無効電力指令値Ｃ_Qをリミッタ部１８へ送出する。

また、リミッタ値演算部１９ｂには、リミッタ部１８から演算部２０へ送出される無効電力指令値Ｄ_Qが入力される。このリミッタ値演算部１９ｂは、電力変換装置としてインバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡ（皮相電力）と、リミッタ部１８から出力された無効電力指令値Ｄ_Qとを用いて、この有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値をそれぞれ制限するための(4)式で示す、無効電力指令値を優先して、皮相電力が電力変換装置の電力容量ＭＶＡを超えないような、各リミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qを演算する。

Ｌ_P＝［ＭＶＡ²―Ｄ_Q ²］^1/2 Ｌ_Q＝ＭＶＡ …(4)
リミッタ値演算部１９ｂは、算出した一方のリミッタ値Ｌ_Pを遅延手段としての遅れ素子２４を経由してリミッタ部１７へ設定するとともに、算出した他方のリミッタ値Ｌ_Qを直接リミッタ部１８へ設定する。

このように、無効電力側のリミッタ部１８へ設定されるリミッタ値Ｌ_Qは、インバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡそのものであり変化しない。一方、有効電力側のリミッタ部１７へ設定されるリミッタ値Ｌ_Pは、インバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡから無効電力指令値Ｄ_Q分を減算した残りの容量になる。すなわち、無効電力優先のリミッタ値Ｌ_P、Ｌ_Qとなる。なお、リミッタ値Ｌ_Pは変動する可能性があるので、遅れ素子２４で変動成分を除去している。

リミッタ部１７は、入力した有効電力指令値Ｃ_Pの上限値及び下限値を遅れ素子２４を経由したリミッタ値Ｌ_Pで制限して、新たな有効電力指令値Ｄ_Pとして演算部２０へ送出する。リミッタ部１８は、入力した無効電力指令値Ｃ_Qの上限値及び下限値をリミッタ値Ｌ_Qで制限して、新たな無効電力指令値Ｄ_Qとして演算部２０へ送出する。

このように構成された第３実施形態の電力変換装置の制御装置１０ｃにおいては、電力系統の負荷変動に起因して電力変換装置（インバータ７）の出力電圧が変動したり、電力変換装置（インバータ７）に対する各電力設定値Ｐ_S、Ｑ_Sが変動して、有効電力指令値Ｃ_P、無効電力指令値Ｃ_Qが変動し、リミッタ値演算部１９ｂから出力されたリミッタ値Ｌ_Pも変動する。遅れ要素２４がない場合は、そのまま有効電力の出力を変動させることになってしまう。しかしながら、遅れ要素２４の作用により、無効電力指令値Ｄ_Qが大きくなる、つまりリミッタ値Ｌ_Pが小さくなる方向に対しては、瞬時に応動して、インバータ（逆変換器）７の電力容量ＭＶＡをオーバーしないように、有効電力のリミッタを絞る。

また、逆に無効電力指令値Ｄ_Qが小さくなる、つまりリミッタ値Ｌ_Pが大きくなる方向に対しては、遅れ要素２４の作用により、遅れを持って応動ずるため、有効電力出力が急に増加することはない。

特に無効電力制御部１６の無効電力指令値Ｃ_Q（Ｄ_Q）が振動しているときには、遅れ要素２４がない場合には、振動がそのまま有効電力の出力に影響を与える。しかし、遅れ要素２４によりリミッタ値Ｌ_Pが絞られた状態を継続するため有効電力の出力に不要な振動を与えない。

このように、この第３実施形態の電力変換装置の制御装置１０ｃにおいては、系統電圧変動および設定値などの変動により電力変換装置（インバータ７）の出力する有効電力値が変動したとしても、その影響によって不要に無効電力出力を変動させることを抑制し、連系する電力系統に対して悪影響を及ぼすことを防止できる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、制御対象の電力変換装置としてインバータ７を採用したが、制御対象の電力変換装置として整流器３を採用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係わる電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図 本発明の第２実施形態に係わる電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図 本発明の第３実施形態に係わる電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図 交流電力系及び周波数変換装置が組込まれた電力システムを示す模式図 従来の電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図

符号の説明

１，９…交流電力系、２，８…変圧器、３…整流器、７…インバータ、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…制御装置、１１…変成器、１２…変流器、１３…変換器出力演算部、１４…電力設定部、１５…有効電力制御部（ＡＰＲ）、１６…無効電力制御部（ＡＱＲ）、１７，１８…リミッタ部、１９，１９ａ，１９ｂ…リミッタ値演算部、２０…演算部、２１…ＰＬＬ回路、２２…パルス発生回路、２３…搬送波発生回路、２４，２５…遅れ要素

Claims (5)

1. 交流から直流又は直流から交流へ電力変換する自励式の電力変換装置の制御装置において、
   前記電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力と無効電力とを検出する電力検出手段と、
   前記電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力設定値と無効電力設定値を設定する電力設定手段と、
   前記検出された有効電力及び無効電力がそれぞれ前記有効電力設定値及び無効電力設定値に近くなるように有効電力指令値及び無効電力指令値を演算する電力制御手段と、
   前記各電力指令値を入力し皮相電力が前記電力変換装置の電力容量を超えないように前記各電力指令値を制限するための各リミッタ値を演算するリミッタ値演算手段と、
   前記リミッタ値演算手段から出力された各リミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段と、
   前記除去手段で変動成分が除去された各リミッタ値を用いて前記各電力指令値を制限するリミッタ手段と、
   このリミッタ手段で値が制限された各電力指令値に基づいて前記電力変換装置へ印加するゲート信号を生成するゲート信号生成手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
2. 交流から直流又は直流から交流へ電力変換する自励式の電力変換装置の制御装置において、
   前記電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力と無効電力とを検出する電力検出手段と、
   前記電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力設定値と無効電力設定値を設定する電力設定手段と、
   前記有効電力が有効電力設定値に近くなるように有効電力指令値を演算する有効電力制御手段と、
   前記無効電力が無効電力設定値に近くなるように無効電力指令値を演算する無効電力制御手段と、
   設定されたリミッタ値を用いて前記有効電力指令値を制限する有効電力指令値リミッタ手段と、
   設定されたリミッタ値を用いて前記無効電力指令値を制限する無効電力指令値リミッタ手段と、
   前記有効電力指令値リミッタ手段で値が制限された有効電力指令値を入力し、有効電力指令値を優先して、皮相電力が前記電力変換装置の電力容量を超えないように前記各電力指令値を制限するための前記各リミッタ手段へ設定する各リミッタ値を演算するリミッタ値演算手段と、
   このリミッタ値演算手段から前記無効電力指令値リミッタ手段へ設定するリミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段と、
   前記各リミッタ手段で値が制限された各電力指令値に基づいて前記電力変換装置へ印加するゲート信号を生成するゲート信号生成手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
3. 前記リミッタ値演算手段は、前記有効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を前記電力変換装置の電力容量に設定し、前記無効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を、前記電力変換装置の電力容量の２乗値から前記値が制限された有効電力指令値の２乗値を減算した値の平方根に設定したことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の制御装置。
4. 交流から直流又は直流から交流へ電力変換する自励式の電力変換装置の制御装置において、
   前記電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力と無効電力とを検出する電力検出手段と、
   前記電力変換装置に入力又は出力される交流電力の有効電力設定値と無効電力設定値を設定する電力設定手段と、
   前記有効電力が有効電力設定値に近くなるように有効電力指令値を演算する有効電力制御手段と、
   前記無効電力が無効電力設定値に近くなるように無効電力指令値を演算する無効電力制御手段と、
   設定されたリミッタ値を用いて前記有効電力指令値を制限する有効電力指令値リミッタ手段と、
   設定されたリミッタ値を用いて前記無効電力指令値を制限する無効電力指令値リミッタ手段と、
   前記無効電力指令値リミッタ手段で値が制限された無効電力指令値を入力し、無効電力指令値を優先して、皮相電力が前記電力変換装置の電力容量を超えないように前記各電力指令値を制限するための前記各リミッタ手段へ設定する各リミッタ値を演算するリミッタ値演算手段と、
   このリミッタ値演算手段から前記有効電力指令値リミッタ手段へ設定するリミッタ値に重畳した変動成分を除去する除去手段と、
   前記各リミッタ手段で値が制限された各電力指令値に基づいて前記電力変換装置へ印加するゲート信号を生成するゲート信号生成手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
5. 前記リミッタ値演算手段は、前記無効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を前記電力変換装置の電力容量に設定し、前記有効電力指令値リミッタ手段に対するリミッタ値を、前記電力変換装置の電力容量の２乗値から前記値が制限された無効電力指令値の２乗値を減算した値の平方根に設定したことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置の制御装置。

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