电力变换装置及发电系统的制作方法

1.本发明涉及电力变换装置以及发电系统。


背景技术：

2.作为可再生能源，风力以及太阳光等引人注目。在利用风力或太阳能发电的发电装置中，使用被称为电力调节器的电力变换装置将发电产生的直流电变换为交流电并向电力系统输出。例如，在太阳能发电用的电力变换装置中具备换流器，将发电产生的直流电提供给电力变换装置的直流部，通过换流器将该直流电压整形为规定的交流波形。此时，通过阻抗与系统连接的换流器通过以在系统电压与电力变换装置的输出电压之间产生规定的差电压的方式控制该输出电压，能够向电力系统供给由发电装置发出的有效电力。
3.在这样的电力变换装置中，如果因系统事故等使电力系统的相位发生变化，则系统电压与电力变换装置的输出电压的差电压变大，在电力变换装置中流过过电流，存在发生故障的可能性。因此，为了使电力变换装置不发生故障地长时间运转，在系统事故发生时需要迅速将电力变换装置从电力系统分开等某些措施。
4.例如，在专利文献1中公开了一种电力变换装置，其检测电力系统的电压，基于检测到的电力系统的电压，判断是否是应进行保护停止的系统事故，当判断为应进行保护停止时，使运转停止。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2001
‑
268798号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.通常的电力变换装置输出脉冲电压或输出将脉冲电压合成后的电压。因此，在电力变换装置的输出中叠加有振动成分(也称为纹波(ripple))。其结果，在电力系统中也叠加有纹波。在检测电力系统与电力变换器的连接点电压等并将其有效用于电力变换器控制的情况下，优选为从检测值除去纹波成分。例如，在电力变换装置中设置一阶滞后低通滤波器，使检测连接点电压的电压检测器的输出通过滤波器，由此能除去电压检测器的输出的纹波。在该情况下，如果较小地设定低通滤波器的时间常数，则低通滤波器的输出即检测电压产生的检测延迟小，但是在检测电压中残留纹波。另一方面，如果较大地设定低通滤波器的时间常数，则检测电压的纹波变小，但是检测延迟变大。
10.因此，在使用一阶滞后低通滤波器的情况下，如果减小时间常数，则能够减小检测延迟，但是无法除去纹波，如果增大时间常数，则能够除去纹波，但是检测延迟变大。对于除去检测电压的纹波，在专利文献1中没有提及。因此，存在即使较大地设定时间常数、使电力变换装置的电压指令为零也从电力变换装置流出电流的可能性以及系统电压的相位较大地改变了的情况下无法追随急剧的电压而流过过电流的可能性。另外，较小地设定时间常
数，无法除去纹波，由于纹波，存在错误检测是否停止电力变换装置的可能性。这样，在使用一阶滞后低通滤波器的方法中，根据时间常数的设定，存在过电流、错误动作的可能性，需要能够抑制检测到的电压的检测延迟以及纹波的电力变换装置。
11.因此，本发明是鉴于上述这样的问题而做出的发明，本发明的目的在于提供能够抑制检测到的电压的纹波以及检测延迟的电力变换装置以及发电系统。
12.用于解决问题的手段
13.本发明的电力变换装置，其通过连接阻抗与电力系统连接，所述电力变换装置具备：变换器，变换器开关以规定的开关周期进行开关，变换器通过所述连接阻抗向所述电力系统输出电力；电压检测器，检测所述电力变换装置与所述电力系统的连接点的电压；以及控制装置，基于与所述开关周期对应地进行了规定期间的移动平均的所述电压检测器的输出电压，控制所述变换器。
14.本发明的电力变换装置，其特征在于，所述电力变换装置通过连接阻抗与作为交流电压源发挥作用的系统连接，所述电力变换装置具备：变换器，具有以按大致恒定周期输出不同宽度的脉冲的方式开关的开关，并且输出规定交流电压；电压检测器，检测所述系统的系统电压；以及控制装置，控制所述变换器，所述电压检测器具有：检测单元，检测连接有所述变换器的所述系统的规定部位的电压值；以及滤波单元，对所述检测单元的输出电压进行恒定周期的一周期部分或数周期部分的期间的移动平均或计算移动平均的近似值。
15.本发明的电力变换装置，其通过连接阻抗与电力系统连接，所述电力变换装置具备：变换器，输出规定交流电压；系统电压检测装置，检测所述电力系统的系统电压；以及控制装置，通过脉冲宽度调制控制来控制所述变换器，所述系统电压检测装置通过针对检测到的电压计算用于所述脉冲宽度调制控制的载波的一周期部分或数周期部分的期间的移动平均来检测所述系统电压，所述控制装置具有基于通过移动平均计算出的所述系统电压计算所述变换器的电压指令值的功能。
16.本发明的发电系统具备上述的电力变换装置。
17.发明效果
18.根据本发明，能够抑制检测到的电压的纹波以及检测延迟。尤其是，通过计算用于脉冲宽度调制控制的载波的一周期部分的期间的移动平均来检测电压，由此能够抑制纹波以及检测延迟。
19.另外，通过计算用于脉冲宽度调制控制的载波的数周期部分的期间的移动平均来检测电压，由此能够进一步抑制纹波以及检测延迟。
附图说明
20.图1是示出具备本发明的第一实施方式的电力变换装置的发电系统的一个示例的概略图。
21.图2：图2a是示出利用模拟计算的连接点电压检测装置的构成的概略图，图2b是示出利用数字计算的连接点电压检测装置的构成的概略图。
22.图3是示出本发明的第一实施方式的电力变换装置的控制装置的概略图。
23.图4是示出本发明的第二实施方式的控制装置的概略图。
24.图5是放大示出本发明的第二实施方式的变形例的控制装置的一部分的概略图。
25.图6是示出本发明的第二实施方式的变形例的控制装置具备的电压补偿值运算模块的概略图。
26.图7是示出具备本发明的第四实施方式的电力变换装置的发电系统的一个示例的概略图。
27.图8是示出本发明的第四实施方式的电力变换装置的控制装置的概略图。
28.图9是示出具备本发明的第五实施方式的电力变换装置的发电系统的一个示例的概略图。
29.图10是示出本发明的第五实施方式的电力变换装置的电压补偿部的概略图。
30.图11：图11a是示出第一实施方式的电力变换装置的通过模拟计算出的、通过连接点电压检测装置检测到的连接点电压的图，图11b是示出第一实施方式的电力变换装置的通过模拟计算出的、仅连接点电压的前馈的情况下的电力变换装置的输出电流的图。
31.图12是示出第二实施方式的变形例的电力变换装置的针对系统电压的相位跃变的动作的模拟结果的图。
具体实施方式
32.(1)第一实施方式
33.(1
‑
1)具备本发明的第一实施方式的电力变换装置的发电系统的整体构成
34.在第一实施方式中，以用于发电系统的情况为例对第一实施方式的电力变换装置进行说明。首先，对发电系统的构成进行说明。如图1所示，发电系统100通过电力系统50与交流电压源55(设为三相交流的无限大母线)连接。电力系统50是作为交流电压源发挥作用的系统。发电系统100具备有效电源15以及电力变换装置10，有效电源15通过直流布线与电力变换装置10连接。有效电源15是风力发电装置、太阳能发电装置等发电装置。电力变换装置10通过作为连接阻抗的电抗器17r、17s、17t在端子lpr、lps、lpt(以下也称为连接点)与电力系统50的各相连接。电力变换装置10的构成在后面叙述。另外，在本实施方式中，设交流电压的频率为50hz的交流电压源55以及电力系统50。
35.对发电系统100的动作进行说明。在发电系统100中，有效电源15发出直流电，向电力变换装置10输出直流电压。发电系统100也可以是如风力发电这样地以交流发电并将其电力变换为直流的系统、授受电力的电池系统。在前者的情况下，风力发电装置作为有效电源15通过ac
‑
dc与电力变换装置10连接，在后者的情况下，例如二次电池等可充放电的电池作为有效电源15与电力变换装置10连接。这样，有效电源15向电力变换装置10供给有效电力。
36.电力变换装置10将从有效电源15供给的直流电压变换为交流电压，向电力系统50输出变换后的交流电压。由此，电力变换装置10通过电力系统50与交流电压源55之间授受有效电力、无效电力。另外，电力系统50由于由电线等构成，所以实际上具有阻抗成分。因此，在图1中，将电力系统50的各相的阻抗成分53r、53s、53t表示为电阻成分51r、51s、51t与电抗成分52r、52s、52t。
37.(1
‑
2)本发明的第一实施方式的电力变换装置的构成
38.接着，对电力变换装置10的构成进行说明。如图1所示，电力变换装置10具备变换器11；电抗器17r、17s、17t；连接点电压检测装置20；控制装置30以及电容电压检测器43。控
制装置30的构成在后面叙述。
39.首先，对变换器11的构成进行说明。变换器11是三相全桥电路构成的变换器。变换器11具备r相变换部11r、s相变换部11s、t相变换部11t、电容器(直流电容器)14、正侧输入端子p以及负侧输入端子n。变换器11为r相变换部11r、s相变换部11s、t相变换部11t以及电容器14在正侧输入端子p与负侧输入端子n之间并联连接的构成。有效电源15在正侧输入端子p以及负侧输入端子n与变换器11连接。电容器14是直流电容器，基于想要输出的有效电力、无效电力的大小，适当选定电容器14的额定电压。
40.r相变换部11r、s相变换部11s以及t相变换部11t的高压侧开关12h以及低压侧开关12l串联连接，高压侧开关12h侧与正侧输入端子p连接，低压侧开关12l侧与负侧输入端子n连接。r相变换部11r在高压侧开关12h与低压侧开关12l之间的连接点设置有输出端子13r，s相变换部11s在高压侧开关12h与低压侧开关12l之间的连接点设置有输出端子13s，t相变换部11t在高压侧开关12h与低压侧开关12l之间的连接点设置有输出端子13t。
41.r相变换部11r的输出端子13r通过电抗器17r、端子lpr与电力系统50的u相连接，s相变换部11s的输出端子13s通过电抗器17s、端子lps与电力系统50的v相连接，t相变换部11t的输出端子13t通过电抗器17t、端子lpt与电力系统50的w相连接，由此电力变换装置10与电力系统50连接。
42.高压侧开关12h和低压侧开关12l例如由开关元件以及续流二极管构成，开关元件由igbt等构成。在第一实施方式中，高压侧开关12h以及低压侧开关12l为如下的构成：开关元件的正侧(igbt的集电极)与续流二极管的负侧连接，开关元件的负侧(igbt的发射极)与续流二极管的正侧连接，开关元件以及续流二极管逆并联连接。
43.这样，高压侧开关12h、低压侧开关12l通过逆并联连接开关元件以及续流二极管，当从高压侧开关12h以及低压侧开关12l的负侧对正侧施加了电压时，使电流流过续流二极管，能够防止电流从作为开关元件的igbt的发射极向集电极流动，能够保护igbt。另外，高压侧开关12h以及低压侧开关12l例如可以由sic(碳化硅)的mos
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fet(金属氧化物半导体场效应晶体管：mos型的场效应晶体管)、由gan(氮化镓)构成的fet(场效应型晶体管)、由形成在si(硅)上的gan构成的fet等开关元件构成。这些开关以按大致恒定周期输出不同宽度的脉冲的方式开关。
44.接着，参照图2a对作为系统电压检测装置的连接点电压检测装置20的构成进行说明。如图2a所示，连接点电压检测装置20具备电压检测器(检测单元)41以及滤波单元21。连接点电压检测装置20通过电压检测器41检测电力系统50的各相的电压，通过滤波单元21按每个相对检测到的各相的电压进行规定期间的移动平均，将进行移动平均得到的电压作为各相的系统电压向控制装置30输出。在下文中，对连接点电压检测装置20的各部的构成进行说明。
45.电压检测器41设置在电力系统50的规定部位，检测规定部位的电压。在本实施方式中，电压检测器41具有r相检测部、s相检测部以及t相检测部(在图2a中未图示)，r相检测部、s相检测部以及t相检测部通过测量端子41a分别与电力变换装置10的r相、s相以及t相与电力系统50的u相、v相以及w相的连接点连接。测量端子41a由两个端子构成，一方的端子与连接点连接，另一方的端子与基准电位连接。测量端子41a在各相分别各设置有一个，但是在图2a中为了方便，仅示出了一个测量端子41a。电压检测器41的r相检测部、s相检测部
以及t相检测部分别检测端子lpr、lps、lpt(以下也称为连接点)的以基准电位为基准的电位。这样，电压检测器41检测连接点的电压。电压检测器41检测到的电压是以交流中性点为基准电位的电压，是相当于电力系统50的各相的相电压的电压。电压检测不限于所述方式，也可以检测线间电压。
46.滤波单元21用于除去伴随变换器11的开关而产生的纹波成分，进行电压检测器41的输出的移动平均。移动平均可以仅通过滤波单元21实施，也可以通过与后段的控制装置30组合来执行。另外，滤波单元21也可以计算该移动平均的近似值。近似值的意思是指包含例如由于移动平均的窗口(期间)不是控制装置的计算周期的整数倍而包含少许误差(例如
±
3％)的情况下等的误差的值。即使在这样的情况下，运转性能虽然少许降低，但是也能够运用电力变换装置。
47.在通过三角波比较方式的pwm(脉冲宽度调制)控制来驱动变换器11的各开关的情况下，作为滤波单元21的最简单的具体化的单元，优选为通过模拟电路对电压检测器41的输出进行积分。例如，如图2a所示，通过利用使用运算放大器的积分电路等进行积分，能够计算移动平均。图2a所示的滤波单元21由2个端子的输入端子21a、电阻21b、电容器21c、2个端子的输出端子21d以及运算放大器21e构成。输入端子21a的一方通过电阻21b与运算放大器21e的负端子连接，输入端子21a的另一方与运算放大器21e的正端子以及输出端子21d的一方连接。运算放大器21e的输出与输出端子21d的另一方连接，并且通过电容器21c反馈给运算放大器的负端子。这样，滤波单元21由积分电路构成，通过对检测电压进行积分，计算移动平均。滤波单元21针对每个相，分别各具有一个这样的积分电路，在图2a中为了方便仅示出了一个。另外，可以考虑纹波的频率等而适当设定电阻21b的电阻值、电容器21c的电容值、运算放大器21e的增益等。
48.接着，对电容电压检测器43进行说明。电容电压检测器43与电容器14的两端连接，检测电容器14的电容电压。电容电压检测器43向控制装置30输出检测结果。
49.(1
‑
3)本发明的第一实施方式的电力变换装置的动作
50.接着，对电力变换装置10的动作进行说明。电力变换装置10输出通过连接点电压v的前馈输出的电压成分、基于有效电力成分电压指令值输出的电压成分以及基于无效电力成分电压指令值输出的电压成分的和电压。由于在r相、s相、t相中是相同的，所以以r相为代表对电力变换装置10的动作进行说明。首先，对变换器11的动作进行说明。图1所示的变换器11从门脉冲生成部37(参照图3)向r相变换部11r的高压侧开关12h以及低压侧开关12l输入门脉冲信号。具体而言，例如，向构成高压侧开关12h以及低压侧开关12l的igbt的栅极输入规定的电压。
51.如果向高压侧开关12h输入使开关成为打开状态的门脉冲信号，向低压侧开关12l输入使开关成为关闭状态的门脉冲信号，则r相变换部11r向r相变换部11r的输出端子13r输出正的电容电压。另一方面，如果向高压侧开关12h输入使开关成为关闭状态的门脉冲信号，向低压侧开关12l输入使开关成为打开状态的门脉冲信号，则r相变换部11r向r相变换部11r的输出端子13r输出负的电容电压。这样，变换器11通过对r相变换部11r的高压侧开关12h以及低压侧开关12l的打开和关闭进行切换，将电容器14的直流电压变换为交流电压，向电力系统50的u相输出交流电压。变换器11以使各相利用相同的方法向电力系统50输出相位彼此错开120度的交流电压的方式进行控制并输出三相交流电压。
52.另外，变换器11的构成只要能够将输入的直流电压变换为三相的交流电压并向电力系统输出，则没有特别的限定，可以是mmc(modular multilevel.converter：模块化多电平变换器)等多电平变换器、能够输出规定的3个电平的电压的3电平变换器尤其是所谓的npc3电平变换器。
53.接着，对连接点电压检测装置20的动作进行说明。连接点电压检测装置(电压检测装置)20检测作为交流电压源发挥作用的系统的系统电压。具体而言，连接点电压检测装置20检测连接点的电压即连接点电压v作为电力系统50的系统电压。电压检测器41检测各相的连接点lpr、lps、lpt的电压，从检测端子41b向滤波单元21输出检测到的各相的电压。滤波单元21通过积分电路针对每个相对从输入端子21a输入的各相的检测电压进行积分。滤波单元21通过对检测电压进行时间积分，计算移动平均。滤波单元21将移动平均结果作为各相的连接点电压v从输出端子21d向控制装置30输出。这样，通过检测各相的连接点的电压并通过时间积分对检测电压进行移动平均，来测各相的连接点电压v。滤波单元21通过对电压检测器41的输出电压进行规定期间的移动平均，来对连接点电压v进行滤波。
54.在第一实施方式中，其后，通过控制装置30，取得检测到的连接点电压v(移动平均的结果)的当前值与在pmw的三角波(载波)的一周期部分的期间前检测到的连接点电压v的过去值的差分，适当调整差分值的大小(增益调整)。通过取得连接点电压v的当前值与过去值的差分，检测到过去值的时间点与当前之间的期间相当于移动平均的期间，差分值成为在该期间检测到的连接点电压v的平均值。这样，在第一实施方式中，计算用于脉冲宽度控制的以恒定周期变动的波亦即载波的一周期部分(恒定周期的一周期部分)期间的移动平均。另外，可以由连接点电压检测装置20进行该作业，输出差分值作为连接点电压v。
55.另外，移动平均也可以不是以这种模拟计算的方式求出，而是以下述这种数字计算的方式求出。在该情况下，使用图2b所示的连接点电压检测装置25。连接点电压检测装置25具备电压检测器41以及滤波单元26。电压检测器41的构成由于是相同的，所以省略说明。滤波单元26由存储器27和运算部28构成，通过对电压检测器41的输出电压进行定期的移动平均来进行滤波。存储器27定期存储电压检测器41检测到的各相的检测电压。存储器27例如是dram、sram、闪速存储器以及硬盘驱动器等众所周知的存储装置。运算部28计算存储器27按每个相存储的检测电压的平均值，将计算结果作为各相的连接点电压v向控制装置30输出。运算部28可以是计算检测电压的平均值的专用硬件，也可以通过通用的处理器和嵌入式软件来实现，还可以使用pc通过程序来实现。
56.对连接点电压检测装置25的动作进行说明。电压检测器41检测各相的连接点lpr、lps、lpt的电压，向滤波单元26输出检测电压。在滤波单元26中，存储器27依次存储输入的检测电压，在用于后述的控制装置30的三角波比较方式的pwm控制的以恒定周期变动的波亦即三角波(载波)的一周期部分的期间内保持存储。存储器27在检测电压经过了一周期部分的期间后，依次删除所保持存储的检测电压。即，在存储器27中，存储的检测电压与时间的经过一起更新，存储器27存储在从当前到载波的一周期部分的期间前为止的期间内检测到的检测电压。
57.运算部28读出存储器27存储的全部检测电压，计算读出的检测电压的平均值，将计算出的平均电压作为连接点电压v向控制装置30输出。存储器27由于存储在从当前到载波的一周期部分的期间前为止的期间内检测到的检测电压，与时间的经过一起更新该检测
电压，所以运算部28读出存储器27存储的全部的检测电压并计算该检测电压的平均值，由此在载波的一周期部分的期间计算检测电压的移动平均。
58.另外，只要能够计算检测电压的移动平均或实施其一部分的计算，则连接点电压检测装置20、25的构成没有特别的限定。
59.控制装置30基于通过这样做而检测出的连接点电压v等来控制变换器11的各开关的打开和关闭状态，控制变换器11的输出电压。在第一实施方式中，将进行移动平均而检测到的连接点电压v前馈给电压指令值，控制变换器11的输出电压。也可以原样地前馈通过移动平均检测到的连接点电压v，即，如果使用连接点电压v实施三角波比较方式的pwm，则理想地是变换器11输出与连接点电压v相同的电压，因此能够某种程度地确保针对电压变动的鲁棒性。尤其是，针对电流零时的电压变动的鲁棒性极高。但是，由于通过移动平均会产生信号的延迟，因此为了减小信号延迟，优选为变换器11的各开关频率高的一方。因此，在变换器11的各开关优选使用开关频率高的开关元件。
60.(1
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4)第一实施方式的电力变换装置的控制装置的构成以及动作
61.接着，参照图3对控制装置30的构成以及动作进行说明。首先对控制装置30的构成进行说明。如图3所示，控制装置30具备无效电力成分电压指令值生成部31、电流计算部32、有效电力成分电流指令值生成部33、有效电力成分电压指令值生成部34、增益控制部35、电压指令值生成部(电压指令值生成单元)36以及门脉冲生成部37。无效电力成分电压指令值生成部31由增益为q(实数)的乘法器构成。
62.电流计算部32由除以连接阻抗值的除法器构成。有效电力成分电流指令值生成部33由增益为d(实数)的乘法器构成。有效电力成分电压指令值生成部34构成为作为微分运算单元，针对有效电力成分电流指令值进行
63.l
·
(di/dt) ri
···
(1)
64.这样的式(1)的计算。有效电力成分电压指令值生成部34组合能够计算上述式子的计算电路例如微分器、加法器等而构成。
65.电压指令值生成部36由加法器构成。门脉冲生成部37构成为通过众所周知的pwm控制来生成控制变换器11的各开关的打开和关闭的门脉冲信号。增益控制部35构成为控制有效电力成分电流指令值生成部33的增益d的值以及无效电力成分电压指令值生成部31的增益q的值。
66.接着，对控制装置30的动作进行说明。控制装置30将用于输出有效电压的相对于连接点电压相位前进了90度的电压与、用于输出无效电压的和连接点电压相同相位的电压相加，进而将连接点电压v前馈，计算电压指令值vpp，基于该电压指令值vpp控制变换器11的输出电压。在以下对其动作具体地进行说明。
67.在控制装置30中，将由连接点电压检测装置20检测到的连接点电压v输入无效电力成分电压指令值生成部31、电流计算部32、增益控制部35以及电压指令值生成部36。无效电力成分电压指令值生成部31将输入的连接点电压v的检测值乘以q，生成无效电力成分电压指令值vqp，并向电压指令值生成部36进行输出。电流计算部32用连接点电压v的检测值除以连接阻抗值即电抗器17r的值(ωl，ω是连接点电压v的频率，l是电抗器17的电感值)，将连接点电压v的检测值变换成电流值，向有效电力成分电流指令值生成部33输出变换后的电流值。另外，电抗器17r理想的是电阻成分为0，因此在本实施方式中，无视电抗器17r的
电阻成分。有效电力成分电流指令值生成部33将输入的电流值乘以d，生成有效电力成分电流指令值。有效电力成分电流指令值生成部33向有效电力成分电压指令值生成部34输出有效电力成分电流指令值。
68.有效电力成分电压指令值生成部34针对有效电力成分电流指令值进行上述式(1)的计算，从根据连接点电压计算出的电流指令值变换成电压指令值，计算有效电力成分电压指令值vdp，向电压指令值生成部36输出。另外，电抗器17的电阻成分理想的是0，因此在本实施方式中，将电抗器17的电阻成分设为零。在此，式(1)是根据流过电抗器的电流计算电抗器中的电压下降的式子，将电抗器的电阻成分和电流的积与、对电流进行时间微分并乘以电抗器的电感值得到的值相加(l表示电抗器的电感值，r表示电抗器的电阻成分，i表示流过电抗器的电流)。另外，对于电抗器中的电压与电流的关系，电流的相位相对于电压的相位延迟90度。
69.因此，用式(1)计算出的电压值(有效电力成分电压指令值vdp)相对于用于计算的电流值(有效电力成分电流指令值)相位前进90度。其结果，有效电力成分电压指令值vdp相对于与有效电力成分电流指令值相同相位的连接点电压v前进90度。这样，控制装置30具有通过对连接点电压v进行微分而计算相位比连接点电压v前进了90度的电压(用于输出有效电力的有效电力成分电压指令值vdp)的功能。另外，例如也可以针对每个控制周期，计算与上次的控制周期的时间的差分以及有效电力成分电流指令值的差分，用有效电力成分电流指令值的差分除以时间的差分，由此计算有效电力成分电流指令值的微分值。
70.指令值生成部36将输入的连接点电压v的检测值、无效电力成分电压指令值vqp以及有效电力成分电压指令值vdp相加，生成电压指令值vpp。这样，控制装置30具有基于通过移动平均计算出的系统电压计算变换器11的电压指令值vpp的功能。电压指令值生成部36向门脉冲生成部37输出生成的电压指令值vpp。门脉冲生成部37生成用于pwm控制的载波(例如三角波)，用该载波对输入的电压指令值vpp进行调制。具体而言，门脉冲生成部37将电压指令值vpp标准化，对标准化后的电压指令值vpp与载波进行比较，由此生成门脉冲信号。门脉冲生成部37通过利用载波进行的电压指令值vpp的调制，生成控制变换器11的r相变换部11r的高压侧开关12h以及低压侧开关12l的打开和关闭的门脉冲信号。门脉冲生成部37向该开关输出生成的门脉冲信号。控制装置30通过这样做，控制r相变换部11r的高压侧开关12h以及低压侧开关12l的打开和关闭。
71.增益控制部35控制有效电力成分电流指令值生成部33的增益d的值以及无效电力成分电压指令值生成部31的增益q的值。增益控制部35基于由连接点电压检测装置20检测到的连接点电压v、根据连接点电压v计算出的电力系统50(交流电压源55)的频率、由电容电压检测器43检测到的变换器11的电容器14的电容电压，确定增益q以及增益d的值，控制电力变换装置10输出的无效电力以及有效电力。
72.例如，在由电容电压检测器43检测到的电容电压比规定范围高的情况下，通过使从电力变换装置10向电力系统50流出的有效电力比从有效电源15向电力变换装置10流入的有效电力多，由此能够降低电容电压。这样，增益控制部35通过增大增益d的值，增大电力变换装置10输出的有效电力，使从有效电源15向电力变换装置10流入的有效电力与从电力变换装置10向电力系统50流出的有效电力平衡。另一方面，在电容电压比规定范围低的情况下，通过使从电力变换装置10向电力系统50流出的有效电力比从有效电源15向电力变换
装置10流入的有效电力小，能够使电容电压上升。这样，增益控制部35通过减小增益d的值，减小电力变换装置10输出的有效电力，能够使从有效电源15向电力变换装置10流入的有效电力与从电力变换装置10向电力系统50流出的有效电力平衡。
73.另外，例如，在由连接点电压检测装置20检测到的连接点电压v比基准范围低的情况下，增益控制部35增大增益q的值，使连接点电压v即系统电压上升。另一方面，在连接点电压v比基准范围高的情况下，增益控制部35减小增益q的值，使系统电压降低。
74.此外，在根据连接点电压v计算出的电力系统50的频率比基准范围低的情况下，该电力系统50为需要过多。在该情况下，增益控制部35增大增益d的值，增加向电力系统50供给的有效电力的供给量。另一方面，在电力系统50的频率比基准范围高的情况下，该电力系统50为需要不足。增益控制部35减小增益d的值，减少有效电力向电力系统50的供给量，使频率降低。或者，增益控制部35将增益d的值设定成负的实数，使有效电力从电力系统50流入电力变换装置10。
75.(1
‑
5)作用以及效果
76.在以上的构成中，第一实施方式的电力变换装置10构成为具备：变换器11，通过连接阻抗(电抗器17r、17s、17t)与电力系统50连接，输出规定交流电压；系统电压检测装置(连接点电压检测装置20)，检测电力系统50的系统电压(连接点电压v)；以及控制装置30，通过脉冲宽度调制控制来控制变换器11，连接点电压检测装置20针对检测到的电压(由电压检测器41检测到的检测电压)计算用于脉冲宽度控制的载波的一周期部分的期间的移动平均，由此检测连接点电压v，控制装置30基于通过移动平均计算出的连接点电压v，计算变换器11的电压指令值。
77.因此，由于连接点电压检测装置20通过对由电压检测器41检测到的检测电压计算用于脉冲宽度控制的载波的一周期部分的期间的移动平均来检测连接点电压v，所以第一实施方式的电力变换装置10能够抑制检测到的电压的纹波以及检测延迟。因此，在电力系统50中产生了相位跃变的情况下，电力变换装置10的输出电压也能够追随电力系统50的电压的变动，能够抑制在电力变换装置10中流过过电流。
78.此外，第一实施方式的电力变换装置10通过构成为通过对检测到的连接点电压v进行时间微分来计算有效电力成分电压指令值，能够快速地计算有效电力成分电压指令值，能够进一步抑制在电力变换装置10中流过过电流。
79.(2)第二实施方式
80.在第二实施方式的电力变换装置中，将由作为系统电压检测装置的连接点电压检测装置将检测到的作为电力系统的系统电压的连接点电压当做电流指令值。如果更正确地进行说明，则由于有效电流与连接点电压的相位相同，所以作为连接点电压的实数倍计算有效电流指令值，根据该有效电流指令值计算有效电压指令值(有效电力成分电压指令值)。在第二实施方式中，将连接点电压作为电流指令值1pu，确定有效电流指令值。
81.对于这一点，如果更详细地进行说明，则在第二实施方式中，为了使说明容易，将连接点电压作为电流指令值1pu，确定有效电流指令值。只要有效电流指令值是与连接点电压成比例的值，则也可以无需一定是1pu。
82.例如，在有效电流指令值(pu值)为0.2pu的情况下，取连接点电压与0.2的积得到的值作为有效电流指令值。另一方面，关于无效电流指令值，将相对于连接点电压的相位错
开90度的值设为电流指令值1pu。与有效电流指令值同样地，通过将相位从连接点电压错开90度的值乘以实数倍(无效电流指令值(pu值)倍)，确定无效电流指令值。这样，将连接点电压v的实数倍的值作为电流指令值。第二实施方式的电力变换装置的控制装置的构成与第一实施方式的电力变换装置10的控制装置30的构成不同。其它的构成由于与第一实施方式的电力变换装置10相同，所以省略说明。
83.(2
‑
1)本发明的第二实施方式的控制装置的构成以及动作
84.图4是示出第二实施方式的电力变换装置的控制装置4000的图。控制装置4000由相位补偿模块4100、90度相位前进运算模块4200、无效成分运算模块(无效成分运算单元)4300、有效成分运算模块(有效成分运算单元)4400、电压指令值生成模块4001(电压指令值生成单元)以及pwm模块4500构成。在以下对这样的控制装置4000的动作进行说明。
85.检测到的连接点电压v在通过连接点电压检测装置20被平滑化后被取入控制装置4000。取入控制装置4000的连接点电压v的信号输入相位补偿模块4100。相位补偿模块4100的输出输入有效成分运算模块4400、90度相位前进运算模块4200以及电压指令值生成模块4001。在有效成分运算模块4400中，通过乘法器4401将从相位补偿模块4100输入的连接点电压v与有效电流指令值(pu值)相乘后，通过电流变换部4402将乘法器4401的求积结果变换成有效电流指令实效值iref_dr。而且，在有效成分运算模块4400中，有效电流指令实效值iref_dr输入电压推定部4403，根据有效电流指令实效值iref_dr推定为了流通该电流而需要对连接阻抗(电抗器)施加的电压值(有效成分电压推定值vi_d)，推定结果作为有效电压指令值向电压指令值生成模块4001输出。具体而言，作为微分运算单元的电压推定部4403对根据连接点电压v计算出的有效电流指令实效值iref_dr进行时间微分，将微分后的有效电流指令实效值iref_dr和连接阻抗的电感值的积与、有效电流指令实效值iref_dr和连接阻抗的电阻值的积相加，由此推定有效成分电压推定值vi_d。
86.在90度相位前进运算模块4200中，使用旋转矩阵使从相位补偿模块4100输入的连接点电压v的相位旋转90度相位来前进90度，并将其输入至无效成分运算模块4300。在无效成分运算模块4300中，通过乘法器4301将90度前进运算模块的输出与无效电力指令值(pu值)相乘后，通过电流变换部4302将乘法器4301的输出变换为无效电流指令实效值iref_qr。而且，在无效成分运算模块4300中，无效电流指令实效值iref_qr输入至电压推定部4303，从无效电流指令实效值iref_qr推定为了流通该电流而需要对连接阻抗(电抗器)施加的电压值(无效成分电压推定值vi_q)，将推定结果作为无效电压指令值(无效电力成分电压指令值)输出至电压指令值生成模块4001。具体地，作为微分运算单元的电压推定部4303对根据相位前进了90度的连接点电压v计算出的无效电流指令实效值iref_qr进行微分，将微分后的无效电流指令实效值iref_qr和连接阻抗的电感值的积与、无效电流指令实效值iref_qr和连接阻抗的电阻值的积相加来进行推定。这样，电压推定部4303、4403对根据连接点电压计算出的无效电流指令实效值iref_qr以及有效电流指令实效值iref_dr进行微分，这相当于对连接点电压v进行微分。这样，控制装置具有通过对连接点电压v进行时间微分来计算无效电力成分电压指令值以及有效电力成分电压指令值的功能。
87.在电压指令值生成模块(电压指令值生成部)4001中，将从相位补偿模块4100输入的对相位进行了补偿的连接点电压v、从有效成分运算模块4400输入的有效电压指令值以及从无效成分运算模块4300输入的无效电压指令值相加，生成电力变换装置的电压指令
值。这样，控制装置4000具有基于通过移动平均计算出的系统电压来计算变换器的电压指令值的功能。该电压指令值输入至pwm模块4500，并且在pwm模块4500中进行标准化。在pwm模块4500中，通过三角波比较方式的pwm控制对标准化后的电压指令值进行调制，生成变换器的各开关的门脉冲，向各开关输出门脉冲来驱动各开关。
88.接着，对构成控制装置4000的各模块的动作进行说明。首先，对相位补偿模块4100的动作进行说明。相位补偿模块4100对由于在连接点电压检测装置20中进行平滑化而延迟了的连接点电压v的相位进行补偿。具体而言，使输入的连接点电压v的相位前进在连接点电压检测装置20中延迟了的相位部分。更具体地，优选为，前进相当于进行移动平均计算的期间的一半期间的时间的相位部分。作为使相位前进的方法，如后述的90度相位前进运算模块4200所示的，只要在进行三相两相变换后利用旋转矩阵所述相位部分的相位前进并进行两相三相变换即可。另外，优选为具备相位补偿模块4100，但是也可以不具备相位补偿模块4100。
89.接着，对90度相位前进运算模块4200的动作进行说明。90度相位前进运算模块4200通过三相两相变换部4201对从相位补偿模块4100输入的各相的连接点电压v进行三相两相变换，通过相位旋转部4202利用旋转矩阵使三相两相变换后的连接点电压v的相位前进90度。90度相位前进运算模块4200通过两相三相变换部4203对相位前进了90度的连接点电压v进行两相三相变换，向无效成分运算模块4300输出相位前进了90度的各相的连接点电压v。另外，90度相位前进运算模块4200也可以使相位延迟90度。但是，在该情况下，无效电流指令值的符号变成相反。
90.接着，对无效成分运算模块4300以及有效成分运算模块4400进行说明。这两个模块由于动作基本相同，所以一起进行说明。电流变换部4302以及电流变换部4402用电压值(乘法器4301或乘法器4401的输出)除以相电压额定电压，换算为电流额定值安培值，计算有效电流指令实效值iref_dr、无效电流指令实效值iref_qr。
91.电压推定部4303以及电压推定部4403根据有效电流指令实效值iref_dr计算有效成分电压推定值vi_d，根据无效电流指令实效值iref_qr计算无效成分电压推定值vi_q。利用以下的式(2)和式(3)这样的瞬时公式进行该计算。
92.vi_d＝(ls r)
·
iref_dr
····
(2)
93.vi_q＝(ls r)
·
iref_qr
····
(3)
94.在此，l是各相的电感值，r是各相的电抗器的电阻值，s是拉普拉斯算符。将有效电流指令实效值iref_dr(无效电流指令实效值iref_qr)微分后乘以电感值l，加上将有效电流指令实效值iref_dr(无效电流指令实效值iref_qr)与电阻值的积的乘法结果，计算有效成分电压推定值vi_d(无效成分电压推定值vi_q)。无效成分运算模块4300将计算出的无效成分电压推定值vi_q作为无效电压指令值向电压指令值生成模块4001输出，有效成分运算模块4400将计算出的有效成分电压推定值vi_d作为有效电压指令值向电压指令值生成模块4001输出。
95.(2
‑
2)作用以及效果
96.第二实施方式的电力变换装置具有与第一实施方式的电力变换装置相同的构成，控制装置4000构成为基于通过移动平均计算出的连接点电压v来计算变换器11的电压指令值。
97.因此，第二实施方式的电力变换装置由于与第一实施方式同样地具备通过计算用于脉冲宽度控制的载波的一周期部分的期间的移动平均来检测连接点电压v的连接点电压检测装置20，所以能够抑制检测到的电压的纹波以及检测延迟。因此，即使在电力系统中产生了相位跃变的情况下，电力变换装置的输出电压也能够追随电力系统的电压的变动，能够抑制在电力变换装置中流过过电流。
98.第二实施方式的电力变换装置构成为控制装置4000设定电流指令，根据瞬时公式计算需要的电压，由此针对相位跃变的鲁棒性高。(2
‑
3)第二实施方式的变形例
99.(第二实施方式的变形例1)
100.在噪声进入了检测到的连接点电压v时，通过电压推定部4303和电压推定部4403计算的vi_d以及vi_q大幅变动。在这样的情况下，电压推定部4303以及电压推定部4403可以利用如下的式(4)和式(5)这样的使式(2)和式(3)的微分计算为不完全微分得到的式子，计算有效成分电压推定值vi_d以及无效成分电压推定值vi_q。式(4)和式(5)的t是时间常数，可以任意地设定。
101.vi_d＝(ls/(ts
‑
1) r)
·
iref_dr
····
(4)
102.vi_q＝(ls/(ts
‑
1) r)
·
iref_qr
····
(5)
103.(第二实施方式的变形例2)
104.此外，考虑到即使是不完全微分也无法避免噪声的影响的情况，优选为对无效成分运算模块4300以及有效成分运算模块4400的输出附加限制器。例如，在无效成分运算模块4300以及有效成分运算模块4400的后段设置限制模块，当无效成分运算模块4300以及有效成分运算模块4400的输出处于规定范围外时，输出在该限制模块中预先设定的限制值。该限制值优选为与在对连接阻抗流通额定电流时施加给该连接阻抗的电压(正负双方)相同，或使其为例如所述电压的1.5倍左右等具有若干的余裕的程度。
105.(第二实施方式的变形例3)
106.另外，如果对电力系统叠加谐波电压，则也对连接点电压v叠加谐波。如第二实施方式所示，在把连接点电压v的检测值当做电流指令值的情况下，如果系统电压(连接点电压v)由于谐波的叠加而发生变动，则电流指令值也变动。因此，优选为实施针对这些的对策。另外，在此提及的系统电压(连接点电压v)的变动是指在系统电压的额定值与连接点电压的值之间产生差异。
107.首先，叙述针对谐波的对策。优选为，对于低次谐波，例如，通过使检测到的连接点电压v通过陷波滤波器或使规定的频率的整数倍的频率衰减的滤波器等，对于高次谐波，例如，优选地，使检测到的连接点电压v通过低通滤波器等，使叠加在连接点电压v上的谐波衰减，使叠加在电流指令值上的谐波衰减。也可以对有效电流指令实效值、无效电流指令实效值等进行滤波，使谐波衰减。
108.另外，如果作为利用上述的式(4)和式(5)进行的不完全微分计算、对谐波的对策而使用上述低通滤波器，则有效电压指令值、无效电压指令值发生相位延迟。为了对该相位延迟进行补偿，优选为在从电力变换装置流动无效电流时，通过使有效电流指令值稍微增加，将有效电流与无效电流相加，来对该相位延迟进行补偿。同样地，优选为在从电力变换装置流通有效电流时，通过使无效电流指令值稍微增加，将无效电流与有效电流相加，来对该相位延迟进行补偿。有效电流的意思是指用于电力变换装置输出有效电力的电流，无效
电流的意思是指用于电力变换装置输出无效电流的电流，两者都是电力变换装置输出的电流的成分。
109.(第二实施方式的变形例4)
110.接着，在变形例4中，叙述针对连接点电压v的各种误差的对策。首先，当从有效电流指令实效值iref_dr以及无效电流指令实效值iref_qr分别换算为对连接阻抗施加的电压时，如果不是使用微分而是使用不完全微分计算，则相位延迟。对针对该相位延迟的补偿方法进行说明。变形例4的控制装置与图4所示的第二实施方式的控制装置4000的无效成分运算模块4300以及有效成分运算模块4400的构成不同。图5是放大示出变形例4的控制装置的一部分的图，相当于图4所示的控制装置4000中用单点划线包围的区域。图5所示的区域以外的控制装置的构成由于与第二实施方式相同，所以省略说明。
111.如图5所示的无效成分运算模块4300a以及有效成分运算模块4400a所示，实施相位延迟补偿时无法将两模块完全分离，两模块彼此干涉。
112.首先，对无效成分运算模块4300a的动作进行说明。与第二实施方式同样地，通过电流变换部4302从无效电流指令值变换而来的各相的无效电流指令实效值iref_qr通过乘法器4309与由后述的电压补偿值运算模块计算出的各相的电压补偿值在相同的相之间分别相乘，对电压变动进行补偿。将电压变动进行补偿后的无效电流指令实效值iref_qr输出至滤波器模块4305，使谐波衰减。滤波器模块4305例如由低通滤波器构成。
113.使谐波衰减后的无效电流指令实效值iref_qr通过乘法部4307加上通过乘法器4406将有效电流指令实效值iref_dr乘以实数β计算出的在滤波器模块4305中用于相位延迟补偿的电流并且输入电压推定部4303。而且，在电压推定部4303中，通过上述的式(5)计算为了流过相当于加上相位延迟补偿用的电流后的无效电流指令实效值iref_qr的电流而需要的连接阻抗的电压亦即无效成分电压推定值vi_q，作为无效电压指令值输出。另外，也可以代替式(5)使用式(3)。
114.另外，优选为对电流无效电压指令值以及有效电压指令值设置限制器，以不流过过度的电流。因此，在变形例4中，在无效成分运算模块4300a的电压推定部4303与电压指令值生成模块4001之间设置有限制模块4308，在有效成分运算模块4400a的电压推定部4403与电压指令值生成模块4001之间设置有限制模块4408。这些限制模块4308、4408优选为使限制值成为使在流通额定电流时施加于连接阻抗的电压的最小值以及最大值具有必要的余裕的值。
115.在限制模块4038中，在从电压推定部4303输入的无效电压指令值处于规定范围内的情况下，无效电压指令值以原样输出至电压指令值生成模块4001，在无效电压指令值偏离了规定范围的情况下，将预先设定的限制值作为无效成分运算模块4300a的输出即无效电压指令值输出至电压指令值生成模块4001。另外，在无效成分运算模块4300a中，通过滤波器模块4305使谐波衰减后的无效电流指令实效值iref_qr通过乘法器4306乘以实数β，作为在滤波器模块4405中用于相位延迟补偿的电流输出至有效成分运算模块4400a。
116.接着，对有效成分运算模块4400a的动作进行说明。与第二实施方式同样地，通过电流变换部4402从有效电流指令值变换而来的各相的有效电流指令实效值iref_dr通过乘法器4409与由后述的电压补偿值运算模块计算出的各相的电压补偿值在相同的相之间分别相乘，对电压变动进行补偿。对电压变动进行补偿后的有效电流指令实效值iref_dr输出
至滤波器模块4405，使谐波衰减。滤波器模块4405例如由低通滤波器构成。
117.使谐波衰减后的有效电流指令实效值iref_dr通过乘法部4407加上通过乘法器4306将无效电流指令实效值iref_qr乘以实数β计算出的在滤波器模块4305中用于相位延迟补偿的电流，并输入至电压推定部4403。而且，在电压推定部4403中，通过上述的式(4)计算为了流过相当于加上用于相位延迟补偿的电流后的有效电流指令实效值iref_dr的电流而需要的连接阻抗的电压亦即有效成分电压推定值vi_d，作为有效电压指令值输出至限制模块4408。另外，也可以代替式(4)使用式(2)。
118.在限制模块4408中，在有效电压指令值处于规定范围内的情况下，将有效电压指令值以原样输出至电压指令值生成模块4001，在有效电压指令值偏离了规定范围的情况下，将预先设定的限制值作为有效成分运算模块4400a的输出即有效电压指令值输出至电压指令值生成模块4001。另外，在有效成分运算模块4400a中，通过滤波器模块4405使谐波衰减后的有效电流指令实效值iref_dr通过乘法器4306乘以实数β，作为滤波器模块4305中用于相位延迟补偿的电流输出至无效成分运算模块4300a。
119.在电压指令值生成模块(电压指令值生成部)4001中，将从相位补偿模块4100输入的相位补偿后的连接点电压v、从有效成分运算模块4400输入的有效电压指令值以及从无效成分运算模块4300输入的无效电压指令值相加，生成电力变换装置的电压指令值。
120.最后，对计算用于补偿电压变动的电压补偿值的电压补偿值运算模块进行说明。电压补偿值运算模块设置于控制装置，根据输入的各相的连接点电压v针对每个相计算电压补偿值。图6中示出当在稳定时发生了电压变动时计算用于补偿电流指令值(无效电流指令实效值、有效电流指令实效值)的电压补偿值的电压补偿值运算模块(电压补偿值运算单元)4700。在电压补偿值运算模块4700中，计算各相(u相、v相以及w相)的电压补偿值。电压补偿值的计算动作由于各相都是相同的，所以在以下以u相为代表进行说明。
121.在电压补偿值运算模块4700中，输入通过连接点电压检测装置20平滑化的u相的连接点电压v的检测值，通过乘法器4701计算该连接点电压的平方值。连接点电压的平方值输出至1/4周期延迟部4702以及加法器4703。1/4周期延迟部4702例如由存储器等构成。1/4周期延迟部4702将连接点电压v的平方值在存储器中保持1/4周期的期间，在经过1/4周期后，将作为连接点电压v的平方值的在1/4周期前的过去值输出至加法器4703。加法器4703将从乘法器4701输入的连接点电压v的平方值(当前值)与从1/4周期延迟部4702输入的连接点电压v的平方值的过去值相加，并输出至平方根运算部4704。
122.平方根运算部4704计算加法器4703的输出的平方根，并输出至除法器4705。除法器4705用平方根运算部4704的输出除以√2。该除法结果是相当于u相的连接点电压v的实效值的值。除法器4705将除法结果作为连接点电压v的实效值输出至u相电压补偿值计算部4706。u相的额定相电压的值也输入u相电压补偿值计算部4706。u相电压补偿值计算部4706通过用u相的额定电压除以u相的连接点电压v的实效值，计算u相电压补偿值。
123.另外，在通常的电力系统中，由于稳定时的电压变动小，所以在pcs(power conditioning subsystem：电力调节器)用途中大多能够容许电压变动。例如，日本国内稳定时的配电系统的电压变动只有
±
10％。
124.另外，如果在系统事故时进行电压变动的电压补偿，则导致流入不需要的电流。因此，在连接点电压值超过了稳定范围的情况下，优选为不进行电压变动补偿一方。对于电压
补偿实施
·
不实施，优选为将稳定时电压容许值或使其具有某种程度的余裕部分的电压值作为基准，对各相电压补偿值设置限制器。例如，通过将与上述的限制模块4308相同构成(限制值不同)的限制模块插入电压补偿值运算模块4700与乘法器4309之间或电压补偿值运算模块4700与乘法器4409之间，由此能够实施限制器。
125.另外，如变形例4所示，如果将电压补偿计算(利用乘法器4309、4409的计算)放入微分计算(利用电压推定部4303、4403的计算)的前段，则存在有在紧接着电压变动补偿有无的切换之后的微分计算中输出大的电压指令值可能性。因此优选为，将电压补偿计算放入微分计算的后段。另外，在插入前段的情况下，需要如下这样的措施：将乘法器等能够乘以实数倍的乘法单元插入电压补偿值运算模块4700与乘法器4309、4409之间，以不使电压补偿突然停止的方式一点一点地减小该乘法单元的增益。
126.(3)第三实施方式
127.第三实施方式的电力变换装置相对于第二实施方式的电力变换装置，为对电力变换装置输出的电流进行反馈来控制电力变换器的输出的装置。在以下对该电流反馈控制进行说明。
128.在电力变换器输出的电流的反馈控制中，存在有在反馈有效电流来控制电力变换装置输出的有效电力的情况、以及反馈无效电流来控制电力变换装置输出的无效电力的情况。如果电力系统接近三相平衡，则只要在控制有效电力的情况下反馈瞬时有效电力，在控制无效电力的情况下反馈瞬时无效电力即可。这是因为对于三相平衡，瞬时有效电力是有效电流与连接点电压v的积的三相和，瞬时无效电力是无效电流与连接点电压v的积的三相和，所以有效电流与瞬时有效电力成比例，无效电流与瞬时无效电力也成比例。
129.具体而言，例如，在控制装置4000中设置有：瞬时电力运算模块，计算电力变换装置输出的瞬时有效电力以及瞬时无效电力；乘法器，能够调整增益；以及减法器，计算与电流指令值的差分。而且，通过乘法器将从瞬时电力运算模块输出的瞬时有效电力以及瞬时无效电力乘以规定增益，调整大小，通过减法器计算有效电流指令值与瞬时有效电力的差分、以及无效电流指令值与瞬时无效电力的差分，将瞬时有效电力反馈至有效电流指令值，将瞬时无效电力反馈至无效电流指令值。该动作相当于电流反馈控制。
130.第三实施方式的电力变换装置由于具有与第二实施方式相同的构成，所以能够实现相同的效果，此外，通过如上所述地反馈电流(有效电力、无效电力)来控制电力变换器的输出，能够更正确地控制电力变换器输出的电流(即，有效电力、无效电力)。
131.(4)第四实施方式
132.(4
‑
1)第四实施方式的电力变换装置的整体构成
133.参照对与图1相同的构成附加相同的附图标记的图7，对第四实施方式的电力变换装置进行说明。如图7所示，与第一实施方式同样地，第四实施方式的电力变换装置10a用于发电系统100a。电力变换装置10a与第一实施方式的电力变换装置10不同点在于具备进行矢量控制的控制装置60，具体而言，控制装置60与第一实施方式的控制装置30(参照图3)不同，是基于系统电压通过矢量控制计算变换器11的电压指令值的矢量控制机构。控制装置60以外的构成由于与第一实施方式的电力变换装置10相同，所以省略说明。
134.(4
‑
2)第四实施方式的电力变换装置的控制装置的构成以及动作
135.控制装置60使用公知的矢量控制方法，基于作为电力系统50的系统电压的连接点
电压生成变换器11的电压指令值。在本说明书中，作为一个示例，作为应用了第4373040号公报公开日本发明专利中的矢量控制方法的控制装置，对控制装置60进行说明。
136.首先，对控制装置60的构成进行说明。由于自激式变换器的控制装置要求高速控制，所以通常通过dq变换将三相交流变换成有效成分以及无效成分的两相直流分量，由解耦矢量控制系统构成。如图8所示，控制装置60由有效电流指令生成部61d、无效电流指令生成部61q、相位检测部68、qd变换部69(在图8中仅示出了图中用圆形记号表示的输出端子)、逆qd变换部66、门脉冲生成部67、运算放大电路63d、63q、加法器62d、62q、65d、65q以及乘法器64d构成。
137.有效电流指令生成部61d基于连接点电压v、根据连接点电压v计算出的电力系统50的频率以及变换器11的电容器14的电容电压等，生成有效电流指令值idp。无效电流指令生成部61q基于连接点电压v、电力系统50的频率以及变换器11的电容器14的电容电压等，生成无效电流指令值iqp。相位检测部68使用pll(phase locked loop：锁相环路)、dft(discrete fourier transform：离散傅里叶变换)等公知的计算方法从连接点电压v检测连接点电压v的相位。qd变换部69将由相位检测部68检测到的相位作为基准相位，通过dq变换将三相交流变换成有效成分和无效成分的两相直流分量。逆qd变换部66对有效成分电压指令值以及无效成分电压指令值进行逆dq变换，进而进行两相/三相变换，生成三相输出电压指令值(vrp、vsp、vtp)。门脉冲生成部67基于电压指令值，通过公知的pwm控制，生成控制变换器11的各开关的打开和关闭的门脉冲信号。
138.接着，对控制装置60的动作进行说明。控制装置60将有效电力以及无效电力作为指令值来控制变换器11。在控制装置60中，由连接点电压检测装置20检测到的连接点电压v输入至有效电流指令生成部61d、无效电流指令生成部61q以及相位检测部68。相位检测部68从连接点电压v通过pll检测连接点电压v的相位，将检测到的相位作为基准相位输出至qd变换部69以及逆qd变换部66。
139.qd变换部69对各相的连接点电压v以及由未图示的电流检测器检测到的各相的电流进行两相变换，计算有效电压检测值edf、有效电流检测值idf、无效电压检测值eqf以及无效电流检测值iqf。
140.在控制装置60中，由于进行有效电力成分电压指令值的计算以及无效电力成分电压指令值的计算的解耦控制，所以依次对这些计算的动作进行说明。首先，对有效电力成分电压指令值的计算动作进行说明。有效电流指令生成部61d除了被输入连接点电压v，还从电容电压检测器43被输入电容器14的电容电压，此外，根据连接点电压v计算电力系统50的频率，基于这些，生成用于输出规定的有效电力的有效电流指令值idp，并输出至加法器62d。
141.加法器62d计算有效电流指令值idp与通过qd变换部69中的两相变换得到的有效电流检测值idf的偏差，并将所计算的偏差输出至运算放大电路63d。运算放大电路63d对该偏差进行运算放大。通过加法器62d以及运算放大电路63d中的计算，对有效电流进行反馈控制。运算放大电路63d向加法器65d输出放大后的差分。此时，有效电流检测值idf输入至增益为连接阻抗(在该实施方式中为电抗器)的阻抗xt的乘法器64d，乘以增益xt，并输出至加法器65q。
142.加法器65d将输入的由运算放大电路63d放大后的差分、通过qd变换部69的两相变
换得到的有效电压检测值edf、以及乘以xt后的无效电流检测值iqf相加，生成有效电力成分电压指令值。控制装置60通过加上无效电流检测值iqf乘以阻抗xt而得到信号，进行与无效电力成分电压指令值的计算的解耦控制。将生成的有效电力成分电压指令值输出至逆qd变换部66。
143.接着，对无效电力成分电压指令值的计算动作进行说明。无效电流指令生成部61q除了被输入连接点电压v，还被输入电容器14的电容电压，此外，根据连接点电压v计算电力系统50的频率，基于这些，生成用于输出规定的无效电力的无效电流指令值iqp，并输出至加法器62q。
144.加法器62q计算无效电流指令值iqp与通过qd变换部69的两相变换得到的无效电流检测值iqf的偏差，并将所计算的偏差输出至运算放大电路63q。运算放大电路63q将该偏差运算放大。通过加法器62q以及运算放大电路63q中的计算，对无效电流进行反馈控制。运算放大电路63q向加法器65q输出放大后的差分。此时，无效电流检测值iqf输入至增益为连接阻抗(在该实施方式中为电抗器)的阻抗xt的乘法器64d，乘以增益xt，并输出至加法器65d。
145.加法器65q将输入的由运算放大电路63q放大后的差分、通过qd变换部69的两相变换得到的无效电压检测值eqf、以及乘以xt后的有效电流检测值idf相加，生成无效电力成分电压指令值。控制装置60通过加上有效电流检测值idf乘以阻抗xt而得到的信号，进行与有效电力成分电压指令值的计算的解耦控制。加法器65d将生成的无效电力成分电压指令值输出至逆qd变换部66。
146.逆qd变换部66对输入的有效电力成分电压指令值以及无效电力成分电压指令值进行逆dq变换，进而通过进行两相/三相变换生成变换器11的各相的电压指令值vrp、vsp、vtp并输出至门脉冲生成部67。门脉冲生成部67生成用于pwm控制的载波(例如三角波)，用该载波调制输入的各相的电压指令值vrp、vsp、vtp。门脉冲生成部67通过电压指令值的利用载波的调制，生成控制变换器11的r相变换部11r、s相变换部11s以及t相变换部11t各自的高压侧开关12h以及低压侧开关12l的打开和关闭的门脉冲信号。门脉冲生成部67将生成的门脉冲信号输出至各开关。控制装置60通过这样做来控制变换器11的r相变换部11r、s相变换部11s以及t相变换部11t各自的高压侧开关12h以及低压侧开关12l的打开和关闭。
147.(4
‑
3)作用以及效果
148.第四实施方式的电力变换装置10a由于具有与第一实施方式的电力变换装置10相同的构成，所以能够实现与第一实施方式的电力变换装置相同的效果。此外，第四实施方式的电力变换装置10a构成为是基于系统电压(连接点电压v)通过矢量控制计算电压指令值的矢量控制机构。因此，电力变换装置10a在使用了矢量控制的情况下，也通过设置具有利用移动平均的滤波单元的连接点电压检测装置，能够使纹波衰减，并且，能够减小检测延迟，检测连接点电压，能够进行前馈，能够实现与第一实施方式的电力变换装置相同的效果。具有仅仅用至今为止普及了的矢量控制装置按原样替换连接点检测部即可的优点。即，对已有产品的改造是容易的。
149.(5)第五实施方式
150.(5
‑
1)第五实施方式的电力变换装置的整体构成
151.参照对与图1相同的构成附加相同的附图标记的图9，对第五实施方式的电力变换
装置进行说明。如图9所示，与第一实施方式同样地，第五实施方式的电力变换装置10b用于发电系统100b。电力变换装置10b与第一实施方式的电力变换装置10的不同点在于具备对检测到的连接点电压v进行补偿的电压补偿部70。电压补偿部70对电力系统50的额定电压与由作为系统电压检测装置的连接点电压检测装置20检测到的作为系统电压的连接点电压v的差分进行补偿。更具体地，计算检测到的连接点电压v的峰值vpeak，并且加上额定电压与峰值vpeak的差分，其它的构成由于与第一实施方式的电力变换装置10相同，所以省略说明。
152.(5
‑
2)第五实施方式的电压补偿部的构成以及动作
153.首先，对电压补偿部70的构成进行说明。如图10所示，电压补偿部70具备峰值运算部71、减法器72以及加法器73。峰值运算部71利用通过下述式(6)能够计算连接点电压的峰值vpeak。因此，峰值运算部71具备平方运算部75、临时数据保持部76、加法器77、以及平方根运算部78。
154.vpeak＝((vp2 (vp2)b))
0.5
···
(6)
155.在此，vp是连接点电压v的检测值，(vp2)b是连接点电压v的在1/4周期的期间前的检测值的平方值vp2的过去值。
156.平方运算部75为将来自连接点电压检测装置20(参照图10)的信号线分路为两个并将两个信号线与乘法器75a连接的构成，并通过乘法器75a来计算连接点电压v的平方值。另外，平方运算部75的构成只要能够计算连接点电压v的平方值则没有特别的限定。临时数据保持部76例如具备dram、sram、闪速存储器以及硬盘驱动器等公知的存储器，将检测值的平方值vp2存储在存储器内，保持连接点电压v的1/4周期的期间后，输出存储在存储器内的平方值。
157.接着，对电压补偿部70的动作进行说明。在电压补偿部70中，连接点电压v的检测值vp输入峰值运算部71以及加法器73。峰值运算部71一但被输入检测值vp，则平方运算部75计算检测值vp的平方值vp2，并将平方值输出至临时数据保持部76以及加法器77。临时数据保持部76一旦接收到检测值vp的平方值vp2，则将检测值的平方值vp2存储到存储器内，保持连接点电压v的1/4周期的期间后，将存储在存储器内的平方值vp2作为过去值(vp2)b输出。即，临时数据保持部76不是将检测值vp的平方值vp2而是将在1/4周期前计算出的平方值vp2作为过去值(vp2)b输出。临时数据保持部76将检测值的平方值vp2依次存储到存储器内，保持连接点电压v的1/4周期的期间后，向加法器77依次输出过去值(vp2)b。
158.加法器77将检测值的平方值vp2与平方值vp2的1/4周期前的过去值(vp2)b相加，将加算结果(vp2 (vp2)b)输出至平方根运算部78。平方根运算部78一旦接收到加算结果(vp2 (vp2)b)，则计算该加算结果的平方根，计算连接点电压v的峰值vpeak＝(vp2 (vp2)b)
0.5
。平方根运算部78将计算出的峰值vpeak输出至减法器72。通过这样做，峰值运算部71进行式(6)的计算，计算连接点电压v的峰值vpeak。另外，连接点电压v的峰值vpeak是直流量。
159.减法器72被输入电力系统50的额定电压以及峰值vpeak，计算额定电压与峰值vpeak的差分作为补偿电压。减法器72将补偿电压输出至加法器73。加法器73输入补偿电压以及连接点电压v，将连接点电压v与补偿电压相加，向控制装置30输出补偿后的连接点电压v。这样，电压补偿部70计算额定电压与连接点电压v的峰值vpeak的差分作为补偿电压，将计算出的补偿电压与连接点电压v相加，由此补偿连接点电压v与额定电压的偏差。
160.(5
‑
3)作用以及效果
161.第五实施方式的电力变换装置10b由于具有与第一实施方式的电力变换装置10相同的构成，所以能够实现与第一实施方式的电力变换装置相同的效果。此外，第五实施方式的电力变换装置10b具备补偿系统电压(连接点电压v)与电力系统50的额定电压的差分的电压补偿部70，电压补偿部70计算连接点电压v的峰值vpeak，将额定电压和峰值vpeak的差分与连接点电压v相加，由此补偿连接点电压v。因此，第五实施方式的电力变换装置10b能够减小连接点电压v与通过连接点电压v的前馈输出的电压成分的差电压，能够进一步追随连接点电压v的变动。此外，在有效电力成分电压指令值以及无效电力成分电压指令值为零时，能够抑制从电力变换装置10b输出电流。
162.(6)变形例
163.(变形例1)
164.在第一实施方式的电力变换装置10中，对通过对检测到的连接点电压v进行时间微分，计算相位从连接点电压v前进了1/4周期后的有效电压成分电压指令值的情况进行了说明，但是本发明不限于此。在该情况下，例如，将检测到的连接点电压v在存储器等中保持1/4周期的期间，生成比连接点电压v延迟了1/4周期的电压，将－1与该延迟了1/4周期的电压相乘，由此生成比连接点电压v前进了1/4周期的电压。然后，基于比该连接点电压v前进了1/4周期的电压，计算相位从连接点电压v前进了1/4周期的有效电压成分电压指令值。
165.(7)验证试验
166.(验证试验1)
167.作为验证试验1，模拟图1所示的电力变换装置10，计算连接点电压检测装置20的输出，确认检测到的连接点电压v的纹波状态。另外，在将无效电力成分电压指令值生成部31的增益q以及有效电力成分电流指令值生成部33的增益d设定为零、电力变换装置10输出与连接点电压v大致相等的电压即仅在连接点电压v的前馈的情况下，计算从电力变换装置10输出的电流，确认了连接点电压v的检测延迟的状态。
168.在此，对通过仅对电力变换装置10进行连接点电压v的前馈，计算电力变换装置10的输出电流，能够调查连接点电压v的检测延迟的状态的理由进行说明。在连接点电压v没有检测延迟的情况下，从电力变换装置10输出与连接点电压v大致相等的电压，电力变换装置10的输出电压与电力系统50的系统电压之间的差电压大致变成零，电力变换装置10的输出电流也大致变成零。另一方面，在连接点电压v存在检测延迟的情况下，电力变换装置10的输出电压与电力系统50的系统电压之间产生仅与连接点电压v的检测延迟部分对应的差电压，从电力变换装置10输出电流。因此，通过使电力变换装置10输出与连接点电压v大致相等的电压，计算电力变换装置10的输出电流，由此能够调查连接点电压v的检测延迟的状态。
169.在以下对验证试验1的结果进行说明。在图11a中示出了横轴是时间(s)、纵轴是电压值(p.u.)、由连接点电压检测装置20检测到的连接点电压v的检测值的计算结果。图11a中的实线711示出r相的连接点电压v的检测值，断续线712示出s相的连接点电压v的检测值，虚线713示出t相的连接点电压v的检测值。当观察图11a时能够确认，各相的连接点电压v的检测值没有纹波，通过计算在载波的一周期部分的期间检测到的检测电压的移动平均并设为连接点电压v的检测值，而能够抑制纹波。
170.图11b示出了横轴为时间(s)、纵轴为电流值(p.u.)、仅有连接点电压v的前馈的情况下的电力变换装置10的输出电流的计算结果。图11b中的实线711示出r相的电流的计算值，断续线712示出s相的电流的计算值，虚线713示出t相的电流的计算值。当观察图11b时能够确认，各相的输出电流小，连接点电压v的检测值追随了连接点电压v，能够抑制连接点电压v的检测延迟。因此能够确认到，本发明的电力变换装置能够抑制检测到的电压的纹波以及检测延迟。
171.(验证试验2)
172.在验证试验2中，作为实施例，模拟具有图5所示的控制装置4000的第二实施方式的变形例4的电力变换装置，在模拟中使连接点电压v产生相位跃变，调查电力变换装置的输出电压、输出电流、有效电力以及无效电流的变化，并且调查电力变换装置的鲁棒性。同时，作为比较例，模拟仅通过以往的矢量控制对输出进行控制的电力变换装置，与实施例同样地，调查针对连接点电压的相位跃变的电力变换装置的输出电压、输出电流、有效电力以及无效电力的变化，评价鲁棒性。其结果在图12中示出。
173.图12中的(a)示出系统电压的时间变化，实线1201是u相的电压，断续线1202是v相的电压，虚线1203是w相的电压。图12中的(b)示出相位角的时间变化。图12中的(c)示出实施例的控制结果即实施例的电力变换装置的输出电流的时间变化，实线1211示出到u相的输出电流，断续线1212示出到v相的输出电流，虚线1213示出到w相的输出电流。图12中的(d)示出比较例的电力变换装置的输出电流的时间变化，实线1204示出到u相的输出电流，断续线1205示出到v相的输出电流，虚线1206示出到w相的输出电流。图12中的(e)示出实施例的电力变换装置以及比较例的电力变换装置的有效电力的输出的时间变化，虚线示出实施例，实线示出比较例。图12中的(f)示出了实施例的电力变换装置以及比较例的电力变换装置的无效电力的输出的时间变化，虚线示出了实施例，实线示出了比较例。
174.当观察(a)时判明了，在0.075秒附近系统电压发生了相位的跃变。伴随于此，相位角也发生了变化(参照(b))。当观察(c)时判明了，在实施例的电力变换装置中，输出电流追随系统电压的相位跃变而变小，其后，在没有流过过电流的情况下复原。另一方面，当观察(d)时判明了，在比较例的电力变换装置中，即使发生了相位跃变，输出电流也没有随相位跃变发生变化，在经过0.01秒左右后，在各相中流过了比控制目标大的电流，在电力变换装置中流过过电流。
175.当观察(e)和(f)时判明了，与比较例相比较，实施例一方由于相位跃变而变化的有效电力以及无效电力的输出的变化量小，输出能够更快地返回控制目标量。这样判明了，第二实施方式的变形例4的电力变换装置与以往的矢量控制相比，鲁棒性高。
176.另外，在上述的实施方式中，对在成为电压检测装置的电压检测器中设置有对检测单元的输出电压进行恒定周期的一周期部分的期间的移动平均或计算移动平均的近似值的滤波单元21的情况进行了叙述，但是本发明不限于此。例如，也可以在成为电压检测装置的电压检测器中设置对检测单元的输出电压进行恒定周期的数周期部分(即超过恒定周期的一周期部分)的期间的移动平均或计算移动平均的近似值的滤波单元。
177.另外，在上述的实施方式中，对连接点电压检测装置20(系统电压检测装置)针对检测到的电压计算用于脉冲宽度调制控制的载波的一周期部分的期间的移动平均并检测其作为系统电压的情况进行了叙述，但是本发明不限于此。例如，连接点电压检测装置20
(系统电压检测装置)也可以针对检测到的电压计算用于脉冲宽度调制控制的载波的数周期部分(即超过载波的一周期部分)的期间的移动平均并检测其作为系统电压。
178.另外，在上述的实施方式中，作为开关以规定的开关周期开关并通过所述连接阻抗向所述电力系统输出电力的变换器，说明了这样的变换器11，该变换器11的开关以按大致恒定周期输出不同宽度的脉冲的方式进行开关，并且该变换器11输出规定交流电压，但是作为变换器的开关周期(用于脉冲宽度调制控制的载波的周期)可以应用各种各样的周期。
179.但是，变换器的开关周期更优选为超过可听区的频率13khz以上。
180.以上，如说明过的那样，在本实施方式中，电力变换装置10、10a具备：变换器11，变换器11的开关以规定的开关周期开关，变换器11通过连接阻抗(电抗器17r、17s、17t)向电力系统50输出电力；电压检测器(连接点电压检测装置20)，检测该电力变换装置10与电力系统50的连接点(端子lpr、lps、lpt)的电压；以及控制装置30、4000、60，基于与开关周期对应地进行了规定期间的移动平均的所述电压检测器的输出电压，控制变换器11。通过采用这样的构成，可实现能够抑制检测到的电压的纹波以及检测延迟的电力变换装置以及发电系统。
181.另外，在这样的电力变换装置的控制装置4000中，可以将与开关周期对应地进行了规定期间的移动平均的所述电压检测器的输出电压的实数倍的值作为有效电流指令值，通过基于该有效电流指令值计算出的电压指令值来控制变换器11。
182.另外，在这样的电力变换装置的控制装置4000中，也可以基于与开关周期对应地进行了规定期间的移动平均的所述电压检测器的输出电压，根据上述的式(2)和式(3)的瞬时公式、上述的式(4)和式(5)的瞬时公式，计算瞬时电压(有效成分电压推定值vi_d、无效成分电压推定值vi_q)，根据所述瞬时电压，生成变换器11的电压指令值。
183.另外，在这样的电力变换装置的控制装置4000中，也可以组合上述构成，例如，将与开关周期对应地进行了规定期间的移动平均的所述电压检测器的输出电压的实数倍的值作为电流指令值，基于所述电流指令值，根据上述的式(2)和式(3)的瞬时公式、上述的式(4)和式(5)的瞬时公式计算瞬时电压(有效成分电压推定值vi_d、无效成分电压推定值vi_q)，根据所述瞬时电压生成变换器11的电压指令值。
184.另外，叙述了通过连接点电压进行测量，但是只要能够推定来自变换器的阻抗，则也可以不是在连接点而是在电力系统的其它部位进行测量。
185.另外，也可以不直接测量连接点电压，而是测量其它部位例如连接阻抗的电压并进行计算等来求出。
186.附图标记说明
187.10、10a、10b 电力变换装置
188.11 变换器
189.15 有效电源
190.17r、17s、17t 电抗器
191.20、25 连接点电压检测装置
192.30、60、4000 控制装置
193.50 电力系统
194.55 交流电压源
195.70 电压补偿部
196.100、100a、100b 发电系统