WO2026048044A1 - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

コントローラは、インバータの交流側の出力電流あるいは出力電圧に基づいて、ｄｑ軸の正相電流とｄｑ軸の逆相電流と正相仮想インピーダンスと逆相仮想インピーダンスとを算出する。また、コントローラは、ｄｑ軸の正相電流と正相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１正相電圧を算出し、ｄｑ軸の逆相電流と逆相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１逆相電圧を算出する。更に、コントローラは、正相電流が第１閾値以上の場合には三相の第１正相電圧に、正相電流が第１閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２正相電圧を算出し、逆相電流が第２閾値以上の場合には三相の第１逆相電圧に、逆相電流が第２閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２逆相電圧を算出する。また更に、コントローラは、所定のパラメータに基づいて生成される三相の電圧指令から三相の第２正相電圧と三相の第２逆相電圧とを差分することにより得られる電圧指令値に基づいて、インバータを制御する。

Description

パワーコンディショナ

　本開示は、パワーコンディショナを制御する技術に関する。

　特許文献１は、電力変換装置（パワーコンディショナ）を開示している。具体的には、パワーコンディショナは、インバータの交流側における逆相電圧が所定値以上である場合、インバータが単独運転であると判定して、インバータを停止させるように制御する。

日本特許第７１５１９１１号公報

　ところで、インバータの交流側に不平衡負荷が投入された場合、逆相電圧の上昇に伴い、逆相電流も上昇する。この場合、インバータの出力電流が定格電流以上となり、過電流となるおそれがある。

　本開示の１つの目的は、インバータの交流側に不平衡負荷が投入された場合でも、インバータの交流側が過電流となるのを抑制することができる技術を提供することにある。

　本開示の１つの観点は、パワーコンディショナに関連する。パワーコンディショナは、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に交流電力を供給するインバータと、インバータを制御するコントローラと、を備える。コントローラは、インバータの交流側の出力電流に基づいて、ｄｑ軸の正相電流を算出し、インバータの交流側の出力電流に基づいて、ｄｑ軸の逆相電流を算出する。また、コントローラは、インバータの交流側の出力電圧に基づいて、インバータの交流側の正相電流を抑制するための正相仮想インピーダンスを算出し、インバータの交流側の出力電圧に基づいて、インバータの交流側の逆相電流を抑制するための逆相仮想インピーダンスを算出する。更に、コントローラは、ｄｑ軸の正相電流と正相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１正相電圧を算出し、ｄｑ軸の逆相電流と逆相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１逆相電圧を算出する。また更に、コントローラは、正相電流が第１閾値以上の場合には三相の第１正相電圧に、正相電流が第１閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２正相電圧を算出し、逆相電流が第２閾値以上の場合には三相の第１逆相電圧に、逆相電流が第２閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２逆相電圧を算出する。また更に、コントローラは、所定のパラメータに基づいて生成される三相の電圧指令から三相の第２正相電圧と三相の第２逆相電圧とを差分することにより得られる電圧指令値に基づいて、インバータを制御する。

　本開示によれば、インバータの交流側の出力電流に基づいてｄｑ軸の正相電流が算出され、インバータの交流側の出力電流に基づいてｄｑ軸の逆相電流が算出される。また、インバータの交流側の出力電圧に基づいてインバータの交流側の正相電流を抑制するための正相仮想インピーダンスが算出され、インバータの交流側の出力電圧に基づいてインバータの交流側の逆相電流を抑制するための逆相仮想インピーダンスが算出される。更に、ｄｑ軸の正相電流と正相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１正相電圧が算出され、ｄｑ軸の逆相電流と逆相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１逆相電圧が算出される。また更に、正相電流が第１閾値以上の場合には三相の第１正相電圧に、正相電流が第１閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２正相電圧が算出され、逆相電流が第２閾値以上の場合には三相の第１逆相電圧に、逆相電流が第２閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２逆相電圧が算出される。また更に、所定のパラメータに基づいて生成される三相の電圧指令から三相の第２正相電圧と三相の第２逆相電圧とを差分することにより得られる電圧指令値に基づいてインバータが制御される。これにより、インバータの交流側に不平衡負荷が投入されても、インバータの出力電流が定格電流未満となるように制御される。従って、インバータの交流側が過電流となるのを抑制することが可能となる。

実施の形態に係る電力変換システムの概要を説明するための図である。 実施の形態に係るコントローラの機能例を示すブロック図である。 実施の形態に係る正相仮想インピーダンス制御部の具体例を示すブロック図である。 実施の形態に係る逆相仮想インピーダンス制御部の具体例を示すブロック図である。 実施の形態に係る第１閾値及び第２閾値の具体例を説明するための図である。 実施の形態に係る不平衡負荷投入時の処理結果例を説明するための図である。

　添付図面を参照して、本開示の実施の形態に係るパワーコンディショナについて説明する。また、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

１．電力変換システムの概要
　図１は、実施の形態に係る電力変換システム１の概要を説明するための図である。電力変換システム１は、直流電源１１と、パワーコンディショナ１０と、変圧器２０と、電力系統３０と、遮断器４０と、不平衡負荷５０と、を含んでいる。パワーコンディショナ１０は、インバータ１２と、コントローラ１００と、を含んで構成されている。不平衡負荷５０は、３つの負荷（Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ）を含む。負荷Ｒａ、負荷Ｒｂ、及び負荷Ｒｃは、例えば、負荷の両端に生じる電位差がそれぞれで異なるように構成されている。不平衡負荷５０は、例えば、発電機である。

　直流電源１１は、再生可能エネルギーにより発電された電気を蓄電する蓄電装置（例：太陽電池モジュール）である。再生可能エネルギーとしては、太陽光、風力、水力、等が例示される。

　インバータ１２は、直流電源１１から出力される直流電力を交流電力に変換して、変圧器２０を介して、電力系統３０に交流電力を供給する装置である。インバータ１２は、例えば、電圧制御型のＧＦＭ（Grid Forming）インバータである。

　コントローラ１００は、インバータ１２に接続され、インバータ１２を制御する。コントローラ１００には、インバータ１２から出力される出力電圧Ｖｓと出力電流Ｉｏとが入力される。出力電圧Ｖｓは、正相電圧Ｖｐｓと、逆相電圧Ｖｎｓと、を含む。出力電流Ｉｏは、正相電流Ｉｐｏと、逆相電流Ｉｎｏと、を含む。尚、コントローラ１００に入力される出力電圧Ｖｓは、例えば、出力電圧Ｖｓの検出値（Ｖｓ検出値とも称す）である。Ｖｓ検出値は、正相電圧Ｖｐｓの検出値（Ｖｐｓ検出値とも称す）と、逆相電圧Ｖｎｓの検出値（Ｖｎｓ検出値とも称す）と、を含む。また、コントローラ１００に入力される出力電流Ｉｏは、出力電流Ｉｏの検出値（Ｉｏ検出値とも称す）である。Ｉｏ検出値は、正相電流Ｉｐｏの検出値（Ｉｐｏ検出値とも称す）と、逆相電流Ｉｎｏの検出値（Ｉｎｏ検出値とも称す）と、を含む。これらの検出値は、例えば、インバータ１２と変圧器２０との間に設けられた検出器（不図示）により検出される。

　コントローラ１００は、Ｖｓ検出値及びＩｏ検出値に基づいて、インバータ１２の出力電圧Ｖｓを制御するためのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成して、ＰＷＭ信号に従って動作するように、インバータ１２に対してＰＷＭ信号を出力する。

　不平衡負荷５０が遮断器４０を介してインバータ１２の交流側（系統側）に投入される場合を考える。この場合、系統側における三相線路が不平衡状態となり、逆相電圧Ｖｎｓが上昇する。逆相電圧Ｖｎｓの上昇に伴い逆相電流Ｉｎｏも上昇することで、インバータ１２の出力電流Ｉｏが定格電流以上となることが想定される。従って、インバータ１２の交流側が過電流となる。

　このように、インバータ１２の交流側に不平衡負荷５０が投入された場合、インバータ１２の出力電流が定格電流未満となるように制御し、インバータ１２の交流側が過電流となるのを抑制することが好ましい。

　パワーコンディショナ１０（コントローラ１００）によれば、インバータ１２の交流側の出力電流Ｉｏに基づいてｄｑ軸の正相電流が算出され、インバータ１２の交流側の出力電流Ｉｏに基づいてｄｑ軸の逆相電流が算出される。また、インバータ１２の交流側の出力電圧Ｖｓに基づいてインバータ１２の交流側の正相電流Ｉｐｏを抑制するための正相仮想インピーダンスが算出され、インバータ１２の交流側の出力電圧Ｖｓに基づいてインバータ１２の交流側の逆相電流Ｉｎｏを抑制するための逆相仮想インピーダンスが算出される。更に、ｄｑ軸の正相電流と正相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１正相電圧が算出され、ｄｑ軸の逆相電流と逆相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１逆相電圧が算出される。また更に、正相電流Ｉｐｏが第１閾値以上の場合には三相の第１正相電圧に、正相電流Ｉｐｏが第１閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２正相電圧が算出され、逆相電流Ｉｎｏが第２閾値以上の場合には三相の第１逆相電圧に、逆相電流Ｉｎｏが第２閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２逆相電圧が算出される。また更に、所定のパラメータに基づいて生成される三相の電圧指令から三相の第２正相電圧と三相の第２逆相電圧とを差分することにより得られる電圧指令値に基づいてインバータ１２が制御される。これにより、インバータ１２の交流側に不平衡負荷５０が投入されても、インバータ１２の出力電流Ｉｏが定格電流未満となるように制御される。従って、インバータ１２の交流側が過電流となるのを抑制することが可能となる。コントローラ１００の処理の詳細については後述される。

２．コントローラ
２－１．構成例
　コントローラ１００は、各種機能を実現するハードウェアを有している。ハードウェアは、高速演算が可能な処理回路を含んでいる。処理回路としては、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が例示される。また、ハードウェアは、処理回路以外に、記憶装置と、記憶装置に格納されるプログラムを実行する演算器（例：ＣＰＵ）とを含んでいてもよい。

２－２．機能例
　図２は、実施の形態に係るコントローラ１００の機能例を示すブロック図である。コントローラ１００は、ｄｑ軸正相電流算出部１１０、ｄｑ軸逆相電流算出部１２０、正相仮想インピーダンス制御部１１１、逆相仮想インピーダンス制御部１２１、ＶＳＧ制御部１４０、電圧調整部１５０、電圧制御部１６０、ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１７０、電流制御部１８０、及びＰＷＭ制御部１９０を備える。

　ｄｑ軸正相電流算出部１１０は、Ｉｏ検出値に基づいて、ｄｑ軸の正相電流を算出する。ｄｑ軸の正相電流は、ｄ軸正相電流Ｉｐｄとｑ軸正相電流Ｉｐｑとを含む。ｄｑ軸正相電流算出部１１０により算出されるｄ軸正相電流Ｉｐｄとｑ軸正相電流Ｉｐｑは、一例として、以下の式（１）で表される。

　ｄｑ軸逆相電流算出部１２０は、Ｉｏ検出値に基づいて、ｄｑ軸の逆相電流を算出する。ｄｑ軸の逆相電流は、ｄ軸逆相電流Ｉｎｄと、ｑ軸逆相電流Ｉｎｑと、を含む。ｄｑ軸逆相電流算出部１２０により算出されるｄ軸逆相電流Ｉｎｄとｑ軸逆相電流Ｉｎｑは、一例として、以下の式（２）で表される。

　正相仮想インピーダンス制御部１１１は、ｄｑ軸の正相電流（ｄ軸正相電流Ｉｐｄ及びｑ軸正相電流Ｉｐｑ）を抑制するための制御を行う。具体的には、正相仮想インピーダンス制御部１１１は、ｄ軸正相電流Ｉｐｄとｑ軸正相電流ＩｐｑとＶｓ検出値とＩｏ検出値とに基づいて、三相の正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗを算出する。三相の正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗは、三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗとも称される。正相仮想インピーダンス制御部１１１のより詳細な具体例については後述される。

　逆相仮想インピーダンス制御部１２１は、ｄｑ軸の逆相電流（ｄ軸逆相電流Ｉｎｄ及びｑ軸逆相電流Ｉｎｑ）を抑制するための制御を行う。逆相仮想インピーダンス制御部１２１は、ｄ軸逆相電流Ｉｎｄとｑ軸逆相電流ＩｎｑとＶｓ検出値とＩｏ検出値とに基づいて、三相の逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗを算出する。三相の逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗは、三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗとも称される。逆相仮想インピーダンス制御部１２１のより詳細な具体例については後述される。

　尚、正相仮想インピーダンス制御部１１１及び逆相仮想インピーダンス制御部１２１に入力されるＶｓ検出値は、例えば、コントローラ１００に設けられたＰＬＬ（Phase Locked Loop）を介して取得されてもよい。ＰＬＬは、入力電圧信号と出力電圧信号の位相を同期させる回路である。これにより、Ｖｓ検出値とインバータ１２の出力電圧Ｖｓの位相を同期させることができ、インバータ１２と電力系統３０が適切に連系される。

　ＶＳＧ制御部１４０は、ＶＳＧ（Virtual Synchronous Generator）制御を実行する。ＶＳＧとは、電力系統３０を安定化させるための方法の一例であり、同期発電機の動特性を疑似的にインバータ１２に持たせる仮想同期発電機のことである。つまり、ＶＳＧ制御部１４０とは、仮想同期発電機を制御することを意味する。ＶＳＧ制御部１４０は、発電機の動特性を示すパラメータを用いて、インバータ１２の出力電圧Ｖｓの位相指令値θｒｅｆを算出する。当該パラメータとしては、慣性定数Ｍ、制動定数Ｄ、等が例示される。

　電圧調整部１５０は、インバータ１２の出力電圧Ｖｓを安定化させる機能を有する。例えば、不平衡負荷５０や電力系統３０が変動した場合、電圧調整部１５０は、インバータ１２の出力電圧Ｖｓを安定化させるための電圧調整を行う。電圧調整部１５０は、例えば、ＡＶＲ（Automatic Voltage Regulator）である。電圧調整部１５０は、インバータ１２の出力電圧Ｖｓを安定化させるために、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆのそれぞれを計算する。図２に示す例では、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆは、ゼロに設定される。

　電圧制御部１６０は、所定のパラメータに基づいて、ｄ軸正相電流指令値Ｉｐｄ＿ｒｅｆ及びｑ軸正相電流指令値Ｉｐｑ＿ｒｅｆを生成する。所定のパラメータは、位相指令値θｒｅｆと、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆと、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆと、を含む。ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆがゼロの場合、ｑ軸正相電流指令値Ｉｐｑ＿ｒｅｆはゼロとなる。

　ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１７０は、ｄ軸正相電流指令値Ｉｐｄ＿ｒｅｆ及びｑ軸正相電流指令値Ｉｐｑ＿ｒｅｆに基づいて、電流指令Ｉｉｎｓを生成する。具体的には、ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１７０は、ｄ軸正相電流指令値Ｉｐｄ＿ｒｅｆ及びｑ軸正相電流指令値Ｉｐｑ＿ｒｅｆをａｂｃ軸に変換する。電流指令Ｉｉｎｓは、三相成分であり、三相の電流指令Ｉｉｎｓとも称される。

　電流制御部１８０は、三相の電流指令Ｉｉｎｓに基づいて、インバータ１２の出力電流Ｉｏを制御するための電圧指令Ｖｉｎｓを算出する。電流制御部１８０は、電流マイナーループとも称される。また、電圧指令Ｖｉｎｓは、三相成分であり、三相の電圧指令Ｖｉｎｓとも詳細される。

　ＰＷＭ制御部１９０は、三相の電圧指令Ｖｉｎｓから三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗと三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗとを差分することにより得られる電圧指令値Ｖｒｅｆに基づいて、インバータ１２を制御するためのＰＷＭ信号を生成する。

　例えば、不平衡負荷５０の投入後において、インバータ１２の出力電流Ｉｏが所定電流（例：定格電流）以上であって、正相電流Ｉｐｏと逆相電流Ｉｎｏの少なくとも一方の抑制が必要な場合を考える。この場合、三相の電圧指令Ｖｉｎｓから正相電流Ｉｐｏを抑制するための三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗと逆相電流Ｉｎｏを抑制するための三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗとを差分することで、電圧指令値Ｖｒｅｆは、インバータ１２の出力電流Ｉｏが所定電流未満となるように生成される。これにより、過電流を抑制するようにインバータ１２を制御することが可能となる。

　尚、コントローラ１００は、電流制御部１８０を設けない構成も可能である。例えば、電圧制御部１６０から出力される電気信号は、ｄ軸正相電圧指令値Ｖｐｄ＿ｒｅｆ（不図示）及びｑ軸正相電圧指令値Ｖｐｑ＿ｒｅｆ（不図示）であってもよい。この場合、この場合、ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１７０は、ｄ軸正相電圧指令値Ｖｐｄ＿ｒｅｆ及びｑ軸正相電圧指令値Ｖｐｑ＿ｒｅｆに基づいて、電圧指令Ｖｉｎｓ（三相の電圧指令Ｖｉｎｓ）を生成する。これにより、コントローラ１００において、電流制御部１８０を設けない構成が実現される。

２－３．正相仮想インピーダンス制御部の具体例
　図３は、実施の形態に係る正相仮想インピーダンス制御部１１１の具体例を示すブロック図である。正相仮想インピーダンス制御部１１１は、ｄｑ軸座標変換部１１２、インピーダンス算出部１１３、ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１１４、及び閾値判定部１１５を含む。

　ｄｑ軸座標変換部１１２は、ｄ軸正相電流Ｉｐｄとｑ軸正相電流Ｉｐｑとに基づいて、ｄｑ軸の正相電流Ｉｐ＿ｄｑを算出する。ｄｑ軸の正相電流Ｉｐ＿ｄｑは、ｄ軸正相電流Ｉｐｄを実軸にとりｑ軸正相電流Ｉｐｑを虚軸にとるｄｑ軸座標系で表される。例えば、ｄｑ軸の正相電流Ｉｐ＿ｄｑは、以下の式（３）で表される。

　尚、ｄｑ軸座標変換部１１２は、正相仮想インピーダンス制御部１１１ではなく、ｄｑ軸正相電流算出部１１０に設けられていてもよい。この場合、正相仮想インピーダンス制御部１１１は、ｄｑ軸正相電流算出部１１０で生成されるｄｑ軸の正相電流Ｉｐ＿ｄｑを入力する。

　インピーダンス算出部１１３は、インバータ１２の交流側の出力電圧Ｖｓに基づいて、正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐを算出する。正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐとは、インバータ１２の交流側の正相電流Ｉｐｓを抑制するためのインピーダンスを意味する。

　例えば、不平衡負荷５０の投入後において、インバータ１２の交流側の三相線路の全ての出力電圧Ｖｓが所定電圧未満の場合、三相線路の全てが短絡状態となっていると推定される。この場合、正相電流Ｉｐｓが上昇し、出力電流Ｉｏが所定電流（例：定格電流）以上となることで、インバータ１２の交流側が過電流となるおそれがある。従って、インピーダンス算出部１１３は、正相電流Ｉｐｓを抑制するための正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐを算出する。

　他の例として、不平衡負荷５０の投入後において、インバータ１２の交流側の三相線路の全ての出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）の場合、三相線路の全ては正常な状態であると推定される。この場合、出力電流Ｉｏが所定電流未満となるので、正相電流Ｉｐｓを維持するように制御してもよい。例えば、インピーダンス算出部１１３は、正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐの設定を無効にする。正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐの設定を無効にする場合、インピーダンス算出部１１３は、正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐをゼロに設定してもよい。

　ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１１４は、位相指令値θとｄｑ軸の正相電流Ｉｐ＿ｄｑに正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐを掛けることにより得られるｄｑ軸の正相電圧Ｖｐ＿ｄｑとに基づいて、三相の第１正相電圧Ｖｐ１＿ｕｖｗを算出する。三相の第１正相電圧Ｖｐ１＿ｕｖｗは、ｄｑ軸の正相電圧Ｖｐ＿ｄｑを三相成分に変換した電圧である。位相指令値θは、例えば、ＶＳＧ制御部１４０で生成される。

　閾値判定部１１５は、正相電流Ｉｐｓの絶対値が第１閾値ＴＨｐ以上か否かを判定する処理（第１処理と称す）と、その判定処理の結果に基づいて、三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗを算出する処理（第２処理と称す）と、を含む。

　第１処理において、閾値判定部１１５は、正相電流Ｉｐｓの絶対値が第１閾値ＴＨｐ以上と判定された場合、判定値（第１判定値Ｒ１と称す）として１を出力する。正相電流Ｉｐｓの絶対値が第１閾値ＴＨｐ未満と判定された場合、閾値判定部１１５は、第１判定値Ｒ１として０（ゼロ）を出力する。

　第２処理において、閾値判定部１１５は、三相の第１正相電圧Ｖｐ１＿ｕｖｗに第１判定値Ｒ１を掛けて三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗを算出する。例えば、第１判定値Ｒ１が１の場合、閾値判定部１１５は、三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗに三相の第１正相電圧Ｖｐ１＿ｕｖｗを設定する。第１判定値Ｒ１が０の場合、閾値判定部１１５は、三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗに０（ゼロ）を設定する。

　このように、第１判定値Ｒ１が１の場合、正相仮想インピーダンス制御部１１１（正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐ）の機能は実質的に有効となり、第１判定値Ｒ１が０の場合、正相仮想インピーダンス制御部１１１（正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐ）の機能は実質的に無効となる。

　尚、第１判定値Ｒ１が１の場合であっても、正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐの設定が無効（ゼロ）の場合、三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗは０（ゼロ）となる。正相仮想インピーダンス制御部１１１によれば、出力電圧Ｖｓと出力電流Ｉｏ（正相電流Ｉｐｓ）の双方の状態を考慮して、三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗを設定することも可能である。第１処理及び第２処理に用いられる第１閾値ＴＨｐの詳細については後述される。

２－４．逆相仮想インピーダンス制御部の具体例
　図４は、実施の形態に係る逆相仮想インピーダンス制御部１２１の具体例を示すブロック図である。逆相仮想インピーダンス制御部１２１は、ｄｑ軸座標変換部１２２、インピーダンス算出部１２３、ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１２４、及び閾値判定部１２５を含む。

　ｄｑ軸座標変換部１２２は、ｄ軸逆相電流Ｉｎｄとｑ軸逆相電流Ｉｎｑとに基づいて、ｄｑ軸の逆相電流Ｉｎ＿ｄｑを算出する。ｄｑ軸の逆相電流Ｉｎ＿ｄｑは、ｄ軸逆相電流Ｉｎｄを実軸にとりｑ軸逆相電流Ｉｎｑを虚軸にとるｄｑ軸座標系で表される。例えば、ｄｑ軸の逆相電流Ｉｎ＿ｄｑは、以下の式（４）で表される。

　尚、ｄｑ軸座標変換部１２２は、逆相仮想インピーダンス制御部１２１ではなく、ｄｑ軸逆相電流算出部１２０に設けられていてもよい。この場合、逆相仮想インピーダンス制御部１２１は、ｄｑ軸逆相電流算出部１２０で生成されるｄｑ軸の逆相電流Ｉｎ＿ｄｑを入力する。

　インピーダンス算出部１２３は、インバータ１２の交流側の出力電圧Ｖｓに基づいて、逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎを算出する。逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎとは、インバータ１２の交流側の逆相電流Ｉｎｓを抑制するためのインピーダンスを意味する。

　例えば、不平衡負荷５０の投入後において、インバータ１２の交流側の三相線路のうちの１相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、かつ、他の２相の出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）の場合、不平衡状態となっていると推定される。この場合、逆相電流Ｉｎｓが上昇し、出力電流Ｉｏが所定電流（例：定格電流）以上となることで、インバータ１２の交流側が過電流となるおそれがある。従って、インピーダンス算出部１２３は、逆相電流Ｉｎｓを抑制するための逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎを算出する。

　他の例として、不平衡負荷５０の投入後において、インバータ１２の交流側の三相線路の全ての出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）の場合、三相線路の全ては正常な状態であると推定される。この場合、出力電流Ｉｏが所定電流未満となるので、逆相電流Ｉｎｓを維持するように制御してもよい。例えば、インピーダンス算出部１２３は、逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎの設定を無効にする。逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎの設定を無効にする場合、インピーダンス算出部１２３は、逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎをゼロに設定する。

　ｄｑ／ａｂｃ軸変換部１２４は、位相指令値θとｄｑ軸の逆相電流Ｉｎ＿ｄｑに逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎを掛けることにより得られるｄｑ軸の逆相電圧Ｖｎ＿ｄｑとに基づいて、三相の第１逆相電圧Ｖｎ１＿ｕｖｗを算出する。三相の第１逆相電圧Ｖｎ１＿ｕｖｗは、ｄｑ軸の逆相電圧Ｖｎ＿ｄｑを三相成分に変換した電圧である。位相指令値θは、例えば、ＶＳＧ制御部１４０で生成される。

　閾値判定部１２５は、逆相電流Ｉｎｓの絶対値が第２閾値ＴＨｎ以上か否かを判定する処理（第３処理と称す）と、その判定処理の結果に基づいて、三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗを算出する処理（第４処理と称す）と、を含む。

　第３処理において、閾値判定部１２５は、逆相電流Ｉｎｓの絶対値が第２閾値ＴＨｎ以上と判定された場合、判定値（第２判定値Ｒ２と称す）として１を出力する。逆相電流Ｉｎｓの絶対値が第２閾値ＴＨｎ未満と判定された場合、閾値判定部１２５は、第２判定値Ｒ２として０（ゼロ）を出力する。

　第４処理において、閾値判定部１２５は、三相の第１逆相電圧Ｖｎ１＿ｕｖｗに第２判定値Ｒ２を掛けて三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗを算出する。例えば、第２判定値Ｒ２が１の場合、閾値判定部１２５は、三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗに三相の第１逆相電圧Ｖｎ１＿ｕｖｗを設定する。第２判定値Ｒ２が０の場合、閾値判定部１２５は、三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗに０を設定する。

　このように、第２判定値Ｒ２が１の場合、逆相仮想インピーダンス制御部１２１（逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎ）の機能は実質的に有効となり、第２判定値Ｒ２が０の場合、逆相仮想インピーダンス制御部１２１（逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎ）の機能は実質的に無効となる。

　尚、第２判定値Ｒ２が１の場合であっても、逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎの設定が無効（ゼロ）の場合、三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗは０（ゼロ）となる。逆相仮想インピーダンス制御部１２１によれば、出力電圧Ｖｓと出力電流Ｉｏ（逆相電流Ｉｎｓ）の双方の状態を考慮して、三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗを設定することも可能である。第３処理及び第４処理に用いられる第２閾値ＴＨｎの詳細については後述される。

２－５．第１閾値及び第２閾値の具体例
　図５は、実施の形態に係る第１閾値ＴＨｐ及び第２閾値ＴＨｎの具体例を説明するための図である。不平衡負荷５０の投入における第１閾値ＴＨｐ及び第２閾値ＴＨｎは、インバータ１２の交流側の出力電圧Ｖｓの状態によって決まる。出力電圧Ｖｓの状態としては、例えば、図５に示すように、４つのケースがある。

　ケース１は、インバータ１２の交流側の三相線路（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の全ての出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）の場合である。この場合、上述したように、三相線路の全ては正常な状態であると推定される。従って、正相仮想インピーダンス制御部１１１の機能及び逆相仮想インピーダンス制御部１２１の機能をともに無効する、すなわち、第１判定値Ｒ１及び第２判定値Ｒ２をともに０（ゼロ）にすることが好ましい。

　ケース１によれば、第１閾値ＴＨｐは、インバータ１２の交流側の三相線路の全ての出力電圧Ｖｓが所定電圧未満である場合に推定される正相電流Ｉｐｓに基づいて設定された値である。第２閾値ＴＨｎは、インバータ１２の交流側の三相線路の全ての出力電圧Ｖｓが所定電圧未満である場合に推定される逆相電流Ｉｎｓに基づいて設定された値である。第１閾値ＴＨｐの一例は１３０％であり、第２閾値ＴＨｎの一例は１０％である。

　ケース２は、インバータ１２の交流側の三相線路（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のうちの１相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、かつ、他の２相の出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）の場合である。図５に示す例では、ｕ相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、ｖ相及びｗ相の出力電圧Ｖｓが正常値の１００％である。この場合、上述したように、インバータ１２の交流側の三相線路が不平衡状態であると推定される。これにより、逆相電流Ｉｎｓが上昇し、出力電流Ｉｏが所定電流（例：定格電流）以上となることで、インバータ１２の交流側が過電流となることが想定される。従って、正相電流Ｉｐｓを維持しつつ逆相電流Ｉｎｓを抑制するため、正相仮想インピーダンス制御部１１１の機能を無効にする、すなわち、第１判定値Ｒ１を０（ゼロ）にし、逆相仮想インピーダンス制御部１２１の機能を有効にする、すなわち、第２判定値Ｒ２を１にすることが好ましい。

　ケース２によれば、第１閾値ＴＨｐは、インバータ１２の交流側の三相線路のうちの１相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、且つ、他の２相の出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）である場合に推定される正相電流Ｉｐｓに基づいて設定された値である。第２閾値ＴＨｎは、インバータ１２の交流側の三相線路のうちの１相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、且つ、他の２相の出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）である場合に推定される逆相電流Ｉｎｓに基づいて設定された値である。第１閾値ＴＨｐの一例は１３０％であり、第２閾値ＴＨｎの一例は１０％である。

　ケース３は、インバータ１２の交流側の三相線路（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のうちの２相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、かつ、他の１相の出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）の場合である。図５に示す例では、ｕ相及びｖ相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、ｗ相の出力電圧Ｖｓが正常値の１００％である。この場合、インバータ１２の交流側の三相線路が２相短絡であると推定される。これにより、正相電流Ｉｐｓと逆相電流Ｉｎｓがともに上昇し、出力電流Ｉｏが所定電流（例：定格電流）以上となることで、インバータ１２の交流側が過電流となることが想定される。従って、正相電流及び逆相電流Ｉｎｓをともに抑制するため、正相仮想インピーダンス制御部１１１の機能を有効にする、すなわち、第１判定値Ｒ１を１にし、逆相仮想インピーダンス制御部１２１の機能を有効にする、すなわち、第２判定値Ｒ２を１にすることが好ましい。

　ケース３によれば、第１閾値ＴＨｐは、インバータ１２の交流側の三相線路のうちの２相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、且つ、他の１相の出力電圧Ｖｓが正常値（例；１００％）である場合に推定される正相電流Ｉｐｓに基づいて設定された値である。第２閾値ＴＨｎは、インバータ１２の交流側の三相線路のうちの２相の出力電圧Ｖｓが所定電圧未満であり、且つ、他の１相の出力電圧Ｖｓが正常値（例：１００％）である場合に推定される逆相電流Ｉｎｓに基づいて設定された値である。第１閾値ＴＨｐの一例は１３０％であり、第２閾値ＴＨｎの一例は１０％である。

　ケース４は、インバータ１２の交流側の三相線路（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の全ての出力電圧Ｖｓが所定電圧未満である場合である。この場合、インバータ１２の交流側の三相線路が３相短絡であると推定される。これにより、正相電流Ｉｐｓが上昇し、出力電流Ｉｏが所定電流（例：定格電流）以上となることで、インバータ１２の交流側が過電流となることが想定される。従って、正相電流Ｉｐｓを抑制しつつ逆相電流Ｉｎｓを維持するため、正相仮想インピーダンス制御部１１１の機能を有効にする、すなわち、第１判定値Ｒ１を１にし、逆相仮想インピーダンス制御部１２１の機能を無効にする、すなわち、第２判定値Ｒ２を０（ゼロ）にすることが好ましい。

　ケース４によれば、第１閾値ＴＨｐは、インバータ１２の交流側の三相線路の全ての出力電圧Ｖｓが所定電圧未満である場合に推定される正相電流Ｉｐｓに基づいて設定された値である。第２閾値ＴＨｎは、インバータ１２の交流側の三相線路の全ての出力電圧Ｖｓが所定電圧未満である場合に推定される逆相電流Ｉｎｓに基づいて設定された値である。第１閾値ＴＨｐの一例は１３０％であり、第２閾値ＴＨｎの一例は１０％である。

　このように、第１閾値ＴＨｐと第２閾値ＴＨｎは、インバータ１２の交流側の三相線路の出力電圧Ｖｓの状態に応じて独立に設定される。これにより、不平衡負荷５０の投入後におけるインバータ１２の交流側の三相線路が不平衡状態であっても、それ以外の状態（２相短絡あるいは３相短絡）であっても、インバータ１２の交流側の過電流を抑制するための第１閾値ＴＨｐ及び第２閾値ＴＨｎを設定することができる。尚、ケース毎に第１閾値ＴＨｐと第２閾値ＴＨｎが異なる場合、コントローラ１００は、ケース１－４のいずれかを判定し、判定したケースに応じて、第１閾値ＴＨｐと第２閾値ＴＨｎのそれぞれの設定を切り替えるように構成されていてもよい。

３．処理結果例
　図６は、実施の形態に係る不平衡負荷５０投入時の処理結果例を説明するための図である。例えば、インバータ１２の交流側に投入される不平衡負荷５０が負荷Ｒｂ及び負荷Ｒｃ（負荷Ｒｂ≠負荷Ｒｃ）で構成され、Ｒａが無負荷である場合を考える。この場合、インバータ１２の交流側が不平衡状態となる場合、すなわち、図５に示すケース２に該当する場合、逆相電圧Ｖｎｓが上昇することで逆相電流Ｉｎｏも上昇し、インバータ１２の出力電流Ｉｏのピーク値が所定電流（例：定格電流）以上となる。図６に示す例では、インバータ１２の出力電流Ｉｏのピーク値は、１．９［ｐｕ（Per Unit）］すなわち１９０［％］となる。インバータ１２の定格電流は、例えば、１３０％である。インバータ１２の定格電流はインバータ１２の仕様によって異なる。

　これに対し、本実施の形態では、正相仮想インピーダンス制御部１１１及び逆相仮想インピーダンス制御部１２１が適用される。これにより、逆相電流Ｉｎｏを抑制するための逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎが働き、逆相電流Ｉｎｏが抑制される。従って、インバータ１２の出力電流Ｉｏのピーク値は不平衡負荷５０を投入する前と同じ状態に低下する。図６に示す例では、インバータ１２の出力電流Ｉｏのピーク値は１．２７［ｐｕ］すなわち１２７［％］となる。このように、インバータ１２の交流側に不平衡負荷５０が投入されても、正相仮想インピーダンス制御部１１１及び逆相仮想インピーダンス制御部１２１を適用することで、インバータ１２の出力電流Ｉｏが定格電流未満となり、インバータ１２の交流側が過電流となるのを抑制することが可能となる。

４．効果
　パワーコンディショナ１０（コントローラ１００）によれば、インバータ１２の交流側の出力電流Ｉｏに基づいて、ｄｑ軸の正相電流Ｉｐ＿ｐｄとｄｑ軸の逆相電流Ｉｎ＿ｐｄが算出される。また、インバータ１２の交流側の出力電圧Ｖｓに基づいてインバータ１２の交流側の正相電流Ｉｐｏを抑制するための正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐとインバータ１２の交流側の逆相電流Ｉｎｏを抑制するための逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎとが算出される。そして、ｄｑ軸の正相電流Ｉｐ＿ｐｄと正相仮想インピーダンスＲｖ＿ｐとに基づいて三相の第１正相電圧Ｖｐ１＿ｕｖｗが算出され、ｄｑ軸の逆相電流Ｉｎ＿ｐｄと逆相仮想インピーダンスＲｖ＿ｎとに基づいて三相の第１逆相電圧Ｖｎ１＿ｕｖｗが算出され、正相電流Ｉｐｏが第１閾値ＴＨｐ以上か否かの第１判定値Ｒ１に基づいて三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗが算出され、逆相電流Ｉｎｏが第２閾値ＴＨｎ以上か否かの第２判定値Ｒ２に基づいて三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗが算出される。その後、所定のパラメータに基づいて生成される三相の電圧指令Ｖｉｎｓから三相の第２正相電圧Ｖｐ２＿ｕｖｗと三相の第２逆相電圧Ｖｎ２＿ｕｖｗとを差分することにより得られる電圧指令値Ｖｒｅｆに基づいて、インバータ１２が制御される。これにより、インバータ１２の交流側に不平衡負荷５０が投入されても、インバータ１２の出力電流Ｉｏが定格電流未満となるように制御される。従って、インバータ１２の交流側が過電流となるのを抑制することが可能となる。

１…電力変換システム、１０…パワーコンディショナ、１１…直流電源、１２…インバータ、２０…変圧器、３０…電力系統、４０…遮断器、５０…不平衡負荷、１００…コントローラ

Claims (6)

1. 　直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に前記交流電力を供給するインバータと、
   　前記インバータを制御するコントローラと、を備え、
   　前記コントローラは、
   　　前記インバータの交流側の出力電流に基づいて、ｄｑ軸の正相電流を算出し、
   　　前記インバータの交流側の出力電流に基づいて、ｄｑ軸の逆相電流を算出し、
   　　前記インバータの交流側の出力電圧に基づいて、前記インバータの交流側の正相電流を抑制するための正相仮想インピーダンスを算出し、
   　　前記インバータの交流側の出力電圧に基づいて、前記インバータの交流側の逆相電流を抑制するための逆相仮想インピーダンスを算出し、
   　　前記ｄｑ軸の正相電流と前記正相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１正相電圧を算出し、
   　　前記ｄｑ軸の逆相電流と前記逆相仮想インピーダンスとに基づいて三相の第１逆相電圧を算出し、
   　　前記正相電流が第１閾値以上の場合には前記三相の第１正相電圧に、前記正相電流が前記第１閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２正相電圧を算出し、
   　　前記逆相電流が第２閾値以上の場合には前記三相の第１逆相電圧に、前記逆相電流が前記第２閾値未満の場合にはゼロに、三相の第２逆相電圧を算出し、
   　　所定のパラメータに基づいて生成される三相の電圧指令から前記三相の第２正相電圧と前記三相の第２逆相電圧とを差分することにより得られる電圧指令値に基づいて、前記インバータを制御する、ように構成された
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 　請求項１に記載のパワーコンディショナであって、
   　前記三相の第１正相電圧は、前記ｄｑ軸の正相電流に前記正相仮想インピーダンスを掛けることにより得られるｄｑ軸の正相電圧を三相成分に変換した電圧であり、
   　前記三相の第１逆相電圧は、前記ｄｑ軸の逆相電流に前記逆相仮想インピーダンスを掛けることにより得られるｄｑ軸の逆相電圧を三相成分に変換した電圧である
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
3. 　請求項１に記載のパワーコンディショナであって、
   　前記第１閾値は、前記インバータの交流側の三相線路の全ての出力電圧が所定電圧未満である場合に推定される正相電流に基づいて設定された値であり、
   　前記第２閾値は、前記インバータの交流側の三相線路のうちの２つの出力電圧が前記所定電圧未満である場合に推定される逆相電流に基づいて設定された値である
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
4. 　請求項１に記載のパワーコンディショナであって、
   　前記第１閾値は、前記インバータの三相線路のうちの２つの出力電圧が所定電圧未満である場合に推定される正相電流に基づいて設定された値であり、
   　前記第２閾値は、前記インバータの三相線路のうちの１つの出力電圧が前記所定電圧未満である場合に推定される逆相電流に基づいて設定された値である
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
5. 　請求項１に記載のパワーコンディショナであって、
   　前記所定のパラメータは、同期発電機の動特性を示すパラメータに基づいて算出される前記インバータの出力電圧の位相指令値と、ｄ軸電圧指令値と、ｑ軸電圧指令値と、を含み、
   　前記三相の電圧指令は、前記位相指令値と前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値とに基づいて生成されるｄ軸正相電流指令値及びｑ軸正相電流指令値を三相成分に変換した三相の電流指令を電圧制御することにより得られる電圧である
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
6. 　請求項１に記載のパワーコンディショナであって、
   　前記所定のパラメータは、同期発電機の動特性を示すパラメータに基づいて算出される前記インバータの出力電圧の位相指令値と、ｄ軸電圧指令値と、ｑ軸電圧指令値と、を含み、
   　前記三相の電圧指令は、前記位相指令値と前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値とに基づいて生成されるｄ軸正相電圧指令値及びｑ軸正相電圧指令値を三相成分に変換することにより得られる電圧である
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。