特許 6207730 直流送電電力変換装置および直流送電電力変換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6207730

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】直流送電電力変換装置および直流送電電力変換方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/797 20060101AFI20170925BHJP

   H02M 7/49 20070101ALI20170925BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20170925BHJP

   H02M 7/219 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/797

   H02M7/49

   H02M7/12 B

   H02M7/219

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-521106(P2016-521106)

(86)(22)【出願日】2015年5月19日

(86)【国際出願番号】JP2015064327

(87)【国際公開番号】WO2015178376

(87)【国際公開日】20151126

【審査請求日】2016年6月16日

(31)【優先権主張番号】特願2014-104869(P2014-104869)

(32)【優先日】2014年5月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094916

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 啓吾

(74)【代理人】

【識別番号】100073759

【弁理士】

【氏名又は名称】大岩 増雄

(74)【代理人】

【識別番号】100127672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 憲治

(74)【代理人】

【識別番号】100088199

【弁理士】

【氏名又は名称】竹中 岑生

(72)【発明者】

【氏名】藤井 俊行

(72)【発明者】

【氏名】椋木 香帆

(72)【発明者】

【氏名】森 修

(72)【発明者】

【氏名】玉井 伸三

(72)【発明者】

【氏名】船橋 眞男

(72)【発明者】

【氏名】細川 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】東 耕太郎

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８２５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−４４８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２７２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０００３１０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２５１９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２６３５６６０（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／７９７

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／２１９

Ｈ０２Ｍ ７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各相に対応した正側アームと負側アームとが直列接続され、その接続点が各相の交流線に接続されてなる複数のレグ回路を備え、各々の上記レグ回路は正負の直流母線の間に並列接続されて複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、上記電力変換器を制御する制御装置とを備え、各々の上記レグ回路を構成する上記正側アームと上記負側アームのそれぞれは、変換器セルの少なくとも一つを直列接続してなり、上記変換器セルは、直列接続された複数の半導体スイッチング素子の直列体と、この直列体に並列接続された直流コンデンサとから構成されている直流送電電力変換装置において、
上記制御装置は、上記正側アームと上記負側アームを構成する各々の上記変換器セルを出力制御するものであって、
各々の上記直流コンデンサの電圧（Ｖｃａｐ）に基づいて上記直流コンデンサに対する電圧制御用の電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）を生成するコンデンサ電圧制御部と、
上記コンデンサ電圧制御部からの上記電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）に基づいて、上記正側アームに流れる電流制御用の正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アームに流れる電流制御用の負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の交流電流制御用の電圧指令（Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻）を生成する電流制御部と、
上記直流母線の間の直流電圧（Ｖｄｃ）と上記直流母線に流れる直流電流（ｉｄｃ）、および予め設定された制御目標値となる指令値（Ｖｄｃｒｅｆ、ｉｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の直流電圧制御用の直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）を生成する直流制御部とを有し、
上記直流制御部に与える上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆまたはｉｄｃｒｅｆ）を、上記直流コンデンサの電圧変動の検出量に応じて補正する直流送電電力変換装置。

【請求項2】

上記直流制御部は、上記直流母線の間の電圧（Ｖｄｃ）、上記直流コンデンサの合成電圧（ΣＶｃａｐ）、および上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）の主成分を生成する直流電圧制御部を備えており、
上記直流コンデンサの電圧変動の検出は、上記直流コンデンサの合成電圧（ΣＶｃａｐ）が予め設定された第１の所定値（ΔＶｍａｘ）を超えるか、または、上記第１の所定値（ΔＶｍａｘ）よりも小さく設定された第２の所定値（ΔＶｍｉｎ）よりも小さくなったことにより検出し、
この検出に応じて、上記直流電圧制御部に対して設定された上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆ）を、上記直流電流（ｉｄｃ）または直流電流制御用の上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）の極性に応じて、予め設定した固定値（ΔＶｄｃｒｅｆ）分だけ加算または減算することで補正する請求項１に記載の直流送電電力変換装置。

【請求項3】

上記直流制御部は、上記直流母線に流れる直流電流（ｉｄｃ）、および上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）の一部の成分を生成する直流電流制御部を備えており、
上記直流コンデンサの電圧変動の検出は、上記コンデンサ電圧制御部が生成する上記電流指令値（ｉｐｒｅｆ）が上記コンデンサ電圧制御部に対して予め設定された制限値（ｉｐｒｅｆｍａｘ）を超過したことにより検出し、
この検出に応じて、上記直流電流制御部に設定された上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）を、上記電流指令値の制限値（ｉｐｒｅｆｍａｘ）の超過分（Δｉｐ）と、各相の交流電圧（Ｖｐ）、および上記直流電圧（Ｖｄｃ）とから演算して得られる直流電圧超過成分（Δｉｄｃ）に基づいて補正する請求項１に記載の直流送電電力変換装置。

【請求項4】

上記直流制御部は、上記直流母線の間の電圧（Ｖｄｃ）、上記直流コンデンサの合成電圧（ΣＶｃａｐ）、および上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）の主成分を生成する直流電圧制御部と、上記直流母線に流れる直流電流（ｉｄｃ）、および上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）の一部の成分を生成する直流電流制御部とを備えており、
上記直流コンデンサの電圧変動の検出は、上記直流コンデンサの合成電圧（ΣＶｃａｐ）が予め設定された第１の所定値（ΔＶｍａｘ）を超えるか、または、上記第１の所定値（ΔＶｍａｘ）よりも小さく設定された第２の所定値（ΔＶｍｉｎ）よりも小さくなったことにより検出し、
この検出に応じて、上記直流電圧制御部に対して設定された上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆ）を、上記直流電流（ｉｄｃ）または直流電流制御用の上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）の極性に応じて、予め設定した固定値（ΔＶｄｃｒｅｆ）分だけ加算または減算することで補正するとともに、上記直流電流制御部に設定された上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）を、上記電流指令値の制限値（ｉｐｒｅｆｍａｘ）の超過分（Δｉｐ）と、各相の交流電圧（Ｖｐ）、および上記直流電圧（Ｖｄｃ）とから演算して得られる直流電圧超過成分（Δｉｄｃ）に基づいて補正する請求項１に記載の直流送電電力変換装置。

【請求項5】

上記直流コンデンサの合成電圧（ΣＶｃａｐ）が上記第１の所定値（ΔＶｍａｘ）以下、かつ、上記第２の所定値（ΔＶｍｉｍ）以上を検出した場合には、上記直流電圧制御部における上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆ）の補正を停止する請求項２または請求項４に記載の直流送電電力変換装置。

【請求項6】

上記直流電流（ｉｄｃ）の大きさが予め設定した所定値以下になったことを検出した場合には、上記直流電流制御部における上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）の補正を停止する請求項３または請求項４に記載の直流送電電力変換装置。

【請求項7】

上記直流電圧制御部における上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆ）の補正を停止する場合、補正された指令値から補正前の指令値への変化を緩やかにした請求項５に記載の直流送電電力変換装置。

【請求項8】

上記直流電流制御部における上記指令値（ｉｄｃｒｅｆ）の補正を停止する場合、上記正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の直流電圧成分（Ｖｄｃ^＊）が緩やかに変化するようにした請求項６に記載の直流送電電力変換装置。

【請求項9】

各相に対応した正側アームと負側アームとが直列接続され、その接続点が各相の交流線に接続されてなる複数のレグ回路を備え、各々の上記レグ回路は正負の直流母線の間に並列接続されて複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とを備え、各々の上記レグ回路を構成する上記正側アームと上記負側アームのそれぞれは、変換器セルの少なくとも一つを直列接続してなり、上記変換器セルは、直列接続された複数の半導体スイッチング素子の直列体と、この直列体に並列接続された直流コンデンサとから構成されている場合において、
上記制御装置が、上記正側アームと上記負側アームを構成する各々の上記変換器セルを出力制御する際に、
各々の上記直流コンデンサの電圧（Ｖｃａｐ）に基づいて当該直流コンデンサに対する電圧制御用の電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）を生成し、
上記電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）に基づいて、上記正側アームに流れる電流制御用の正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アームに流れる電流制御用の負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の交流電流制御用の電圧指令（Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻）を生成し、
上記直流母線の間の直流電圧（Ｖｄｃ）と上記直流母線に流れる直流電流（ｉｄｃ）、および予め設定された制御目標値となる指令値（Ｖｄｃｒｅｆ、ｉｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の直流電圧制御用の直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）を生成し、
上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆまたはｉｄｃｒｅｆ）を、上記直流コンデンサの電圧変動の検出量に応じて補正する直流送電電力変換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、複数相の交流と直流との間で電力変換を行う大容量電力変換器を用いた直流送電電力変換装置、および直流送電電力変換方法に係り、特に交流電圧低下が発生した時の運転継続制御に関するものである。

【背景技術】

【0002】

大容量電力変換器は、その変換器出力が高電圧または大電流となるため、複数の変換器を直列または並列に多重化して構成されることが多い。変換器を多重化することは、変換器容量を大きくするのみでなく、出力を合成することにより、出力電圧波形に含まれる高調波を低減し、その結果系統に流出する高調波電流を低減することができる。

【0003】

変換器を多重化する方法の１つとして、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あり、その中の一つにモジュラーマルチレベル変換器がある。このモジュラーマルチレベル変換器の各アームは、複数の変換器セルがカスケード接続されて構成されている。

【0004】

従来のモジュラーマルチレベル変換器の各相の第１アーム、第２アームは、それぞれチョッパセル（変換器セル）とリアクトルとを備える。チョッパセルは２つの半導体スイッチが互いに直列接続され、これに直流コンデンサが並列接続されて構成されている。第１アーム、第２アームは、それぞれ同数のチョッパセルがそれぞれの出力端を介してカスケード接続される。

【0005】

また、従来のモジュラーマルチレベル変換器の各相を制御する場合、各直流コンデンサのコンデンサ電圧を一定に保つことができないと、コンデンサ電圧に過電圧や低電圧を生じて装置の停止に至るという不具合が生じる。このため、コンデンサ電圧指令値に各相の全ての直流コンデンサの電圧値の平均値を追従させる平均値制御や、コンデンサ電圧指令値に各直流コンデンサの電圧値をそれぞれ追従させる個別バランス制御や、さらに第１アーム内の全ての直流コンデンサの電圧値の平均値と第２アーム内の全ての直流コンデンサの電圧値の平均値とを一致させるアームバランス制御などが実施されている。

【0006】

そして、モジュラーマルチレベル変換器外には流出しないでモジュラーマルチレベル変換器内の各相間に流れて循環する循環電流を制御し、また、各相の交流電流を制御するように電圧指令値が演算され、直流出力端子電圧を制御するように直流電圧指令値が演算される（例えば、下記の特許文献１、非特許文献１参照）。

【0007】

また、従来の直流送電電力変換装置では、異なる交流系統間で有効電力を送受電するように、複数の電力変換器を直流連系するとともに、各々の電力変換器（以下、交直変換端子ともいう）には、有効電力制御と直流電圧制御を行うように構成し、交流有効電力を調節する。このとき、有効電力制御と直流電圧制御の最小値を選択し、一つの直流電圧指令を残りの交直変換端子よりも等しいか小さく設定する。

【0008】

交直変換端子の特性は、直流電圧が小さくなると、直流電圧制御の出力が増加して有効電力制御の出力が選択される。これにより、電圧指令の小さい交直変換端子による直流電圧レベルに制御されて他の交直変換端子は有効電力制御動作となる。電圧制御を行っている交直変換端子で交流系統事故が発生し、電力バランスが崩れると、直流電圧が上昇して、残りの交直変換端子の直流電圧制御出力が減少するので、直流電圧制御に切り替わり運転を継続する（例えば、下記の特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１１−１８２５１７号公報

【特許文献2】特許第２６３５６６０号

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）Ｖｏｌ．１３１，Ｎｏ．１，２０１１（８４〜９２頁）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

このような直流送電電力変換装置にあっては、モジュラーマルチレベル変換器を交直変換端子として構成する場合に、交流系統事故が発生して各々の交直変換端子が直流電圧、有効電力を制御すると、交流系統事故が発生している交直変換端子においては、交流有効電力を自由に制御することができない。その結果、主に交流系統事故が発生している交直変換端子側において、直流コンデンサのコンデンサ電圧を一定に保つことができず、コンデンサ電圧に過電圧や低電圧を生じて装置の停止に至る問題点があった。

【0012】

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、安定にコンデンサ電圧を制御できるようにして、運転継続可能な直流送電電力変換装置および直流送電電力変換方法を得ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この発明に係る直流送電電力変換装置は、各相に対応した正側アームと負側アームとが直列接続され、その接続点が各相の交流線に接続されてなる複数のレグ回路を備え、各々の上記レグ回路は正負の直流母線の間に並列接続されて複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とを備え、各々の上記レグ回路を構成する上記正側アームと上記負側アームのそれぞれは、変換器セルの少なくとも一つを直列接続してなり、上記変換器セルは、直列接続された複数の半導体スイッチング素子の直列体と、この直列体に並列接続された直流コンデンサとから構成されている。
そして、上記制御装置は、上記正側アームと上記負側アームを構成する各々の上記変換器セルを出力制御するものであって、
各々の上記直流コンデンサの電圧（Ｖｃａｐ）に基づいて当該直流コンデンサに対する電圧制御用の電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）を生成するコンデンサ電圧制御部と、
上記コンデンサ電圧制御部からの上記電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）に基づいて、上記正側アームに流れる電流制御用の正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アームに流れる電流制御用の負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の交流電流制御用の電圧指令（Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻）を生成する電流制御部と、
上記直流母線の間の直流電圧（Ｖｄｃ）と上記直流母線に流れる直流電流（ｉｄｃ）、および予め設定された制御目標値となる指令値（Ｖｄｃｒｅｆ、ｉｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の直流電圧制御用の直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）を生成する直流制御部とを有し、
上記直流制御部に与える上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆまたはｉｄｃｒｅｆ）を、上記直流コンデンサの電圧変動の検出量に応じて補正する。

【0014】

また、この発明に係る直流送電電力変換方法は、各相に対応した正側アームと負側アームとが直列接続され、その接続点が各相の交流線に接続されてなる複数のレグ回路を備え、各々の上記レグ回路は正負の直流母線の間に並列接続されて複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とを備え、各々の上記レグ回路を構成する上記正側アームと上記負側アームのそれぞれは、変換器セルの少なくとも一つを直列接続してなり、上記変換器セルは、直列接続された複数の半導体スイッチング素子の直列体と、この直列体に並列接続された直流コンデンサとから構成されている場合において、以下の方法を採用している。
すなわち、上記制御装置が、上記正側アームと上記負側アームを構成する各々の上記変換器セルを出力制御する際に、
各々の上記直流コンデンサの電圧（Ｖｃａｐ）に基づいて当該直流コンデンサに対する電圧制御用の電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）を生成し、
上記電流指令値（ｉｐｒｅｆ、ｉｐ^＋ｒｅｆ、ｉｐ⁻ｒｅｆ）に基づいて、上記正側アームに流れる電流制御用の正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アームに流れる電流制御用の負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の交流電流制御用の電圧指令（Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻）を生成し、
上記直流母線の間の直流電圧（Ｖｄｃ）と上記直流母線に流れる直流電流（ｉｄｃ）、および予め設定された制御目標値となる指令値（Ｖｄｃｒｅｆ、ｉｄｃｒｅｆ）に基づいて、上記正側アーム電圧指令（Ｖｐ^＋）と上記負側アーム電圧指令（Ｖｐ⁻）の内の直流電圧制御用の直流電圧指令（Ｖｄｃ^＊）を生成し、
上記指令値（Ｖｄｃｒｅｆまたはｉｄｃｒｅｆ）を、上記直流コンデンサの電圧変動の検出量に応じて補正する。

【発明の効果】

【0015】

この発明によれば、直流コンデンサの電圧変動を検出し、その変動が所定値を超えた場合には直流電圧指令値を増減するようにしているので、交流系統事故が発生した場合でも、直流コンデンサからのエネルギの過剰な流入出を防止することができ、これにより、直流コンデンサの急激な電圧変動を抑制して運転継続できる。その結果、運転継続性能が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】この発明の実施の形態１による直流送電電力変換装置の構成図である。

【図2】この発明の実施の形態１による直流送電電力変換装置の変換器セルの構成を示す回路図である。

【図3】この発明の実施の形態１による直流送電電力変換装置の変換器セルの別例による構成を示す回路図である。

【図4】この発明の実施の形態１による直流送電電力変換装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図5】この発明の実施の形態２による直流送電電力変換装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図6】この発明の実施の形態３による直流送電電力変換装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による直流送電電力変換装置の概略構成図である。

【0018】

この実施の形態１の直流送電電力変換装置は、主回路である電力変換器１と、この電力変換器１を制御する後述の制御装置２０とを備える。

【0019】

電力変換器１は、複数相交流（ここでは特に三相交流）と直流との間で電力変換を行うもので、交流側は連系変圧器１３を介して交流系統である交流電源１４に接続され、直流側はインピーダンス１５を介して直流電源１６に接続される。なお、この場合の直流電源１６としては、直流出力を行う他の電力変換装置が適用される。また、図１の連系変圧器１３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流電源１４に接続した構成としても良い。

【0020】

電力変換器１の各相は、正側アーム５と負側アーム６とが直列接続されている。正側アーム５と負側アーム６との接続点である交流端７が各相の交流線に接続されてレグ回路４が構成されている。３相分の各レグ回路４は、正負の直流母線２、３間に並列接続されている。

【0021】

各レグ回路４を構成する正側アーム５と負側アーム６は、複数の変換器セル１０を直列接続したセル群５ａ、６ａを有している。各セル群５ａ、６ａと交流端７との間には正側リアクトル９ｐと負側リアクトル９ｎとがそれぞれ直列に挿入されている。この場合、正側リアクトル９ｐと負側リアクトル９ｎと交流端７とで、３端子のリアクトル８を構成している。

【0022】

なお、正側リアクトル９ｐと負側リアクトル９ｎが挿入される位置は、各アーム５、６内のいずれの位置であっても良く、それぞれ複数個であっても良い。それぞれのリアクト値は異なっていても良く、極端には正側または負側だけに挿入することもできる。
また、各セル群５ａ、６ａと交流端７との間に正側リアクトル９ｐと負側リアクトル９ｎをそれぞれ挿入する代わりに、各セル群５ａ、６ａに対して個別にトランスを設け、各セル群５ａ、６ａを各トランスの一次巻線を介して互いに直列に接続する一方、各トランスの二次巻線を互いに接続してその一端部を交流端７に接続した構成とすることも可能である（特開平２０１３−１１５８３７号公報参照）。

【0023】

各変換器セル１０の構成例を図２に示す。

【0024】

図２に示す変換器セル１０は、ハーフブリッジ構成を採用した変換器セル１０であり、それぞれダイオード３１が逆並列に接続された複数（この場合２個）の半導体スイッチング素子３０（以下、単にスイッチング素子と称す）の直列体３２と、この直列体３２に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサ３４とを備える。

【0025】

各スイッチング素子３０は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＧＣＴ（Ｇａｔｅ Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）等の自己消弧型のスイッチング素子から成り、それぞれダイオード３１が逆並列に接続されたスイッチ３３Ｐ、３３Ｎが用いられる。

【0026】

そして、図２に示すように、各変換器セル１０は、スイッチ３３Ｎのスイッチング素子３０の両端子を出力端とし、各スイッチ３３Ｎ、３３Ｐのスイッチング素子３０をオン・オフさせることにより、出力端から直流コンデンサ３４の両端電圧およびゼロ電圧を出力する。

【0027】

各変換器セル１０の別例による構成例を図３に示す。

【0028】

図３に示す変換器セル１０は、フルブリッジ構成を採用した変換器セル１０であり、２つの直列体３２を並列接続し、さらに直列体３２に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサ３４を備えている。各直列体３２は、それぞれダイオード３１が逆並列に接続された複数（この場合２個）のスイッチング素子３０を直列接続して構成される。スイッチング素子３０は、ＩＧＢＴやＧＣＴ等の自己消弧型のスイッチング素子から成り、それぞれダイオード３１が逆並列に接続されて構成されるスイッチ３３Ｐ１、３３Ｐ２、３３Ｎ１、３３Ｎ２が用いられる。

【0029】

そして、図３に示すように、変換器セル１０は、それぞれの直列体３２の中間接続点となるスイッチング素子３０の端子を出力端とし、スイッチング素子３０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３４の両端の正電圧、負電圧およびゼロ電圧を出力する。

【0030】

なお、変換器セル１０は、複数のスイッチング素子３０の直列体３２と、この直列体３２に並列に接続された直流コンデンサ３４とから成り、スイッチング動作により直流コンデンサ３４の電圧を選択的に出力する構成であれば、図２や図３で示した構成に限定されるものではない。

【0031】

図４はこの発明の実施の形態１による直流送電電力変換装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。
各相の正側アーム５と負側アーム６に流れる正側アーム電流ｉｐ^＋と負側アーム電流ｉｐ⁻、各相の交流線に流れる交流電流ｉｐ、直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃ、直流母線２、３に流れる直流電流ｉｄｃ、および各変換器セル１０の直流コンデンサ３４に加わるコンデンサ電圧Ｖｃａｐは、それぞれ図示しない検出器によって検出されて制御装置２０に入力される。

【0032】

なお、直流電流ｉｄｃは、各相の正側アーム５と負側アーム６に流れる電流ｉｐ^＋、ｉｐ⁻から演算して使用してもよい。同様に、各相の交流電流ｉｐも各相の正側アーム５と負側アーム６に流れる電流ｉｐ^＋、ｉｐ⁻から演算して使用してもよい。

【0033】

概略的には、制御装置２０は、直流電圧制御部２１、直流電流制御部２２、電流制御部２５の各出力を加算器２３、２６で加算することで、正側アーム５に流れる電流制御用の正側アーム電圧指令Ｖｐ^＋と、負側アーム６に流れる電流制御用の負側アーム電圧指令Ｖｐ⁻とをそれぞれ生成する。そして、制御装置２０は、次段のＰＷＭ制御部２７においてこれらの正側アーム電圧指令Ｖｐ^＋と負側アーム電圧指令Ｖｐ⁻とに基づいてゲート信号２７ａを生成し、このゲート信号２７ａによって各相の正側アーム５と負側アーム６の各変換器セル１０の動作を制御する。

【0034】

具体的には、コンデンサ電圧制御部２４は、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを制御するために、検出された各相全ての各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐに基づいて、当該直流コンデンサ３４に対する電圧制御用の有効電流指令値ｉｐｒｅｆ、正側アーム電流指令値ｉｐ^＋ｒｅｆ、負側アーム電流指令値ｉｐ⁻ｒｅｆをそれぞれ各相ごとに生成する。

【0035】

電流制御部２５は、コンデンサ電圧制御部２４から与えられる電流指令値（有効電流指令値ｉｐｒｅｆ、正側アーム電流指令値ｉｐ^＋ｒｅｆ、負側アーム電流指令値ｉｐ⁻ｒｅｆ）と、各相で検出された正側アーム電流ｉｐ^＋、負側アーム電流ｉｐ⁻、および検出された各相の交流電流ｉｐの情報に基づき、各相の正側アーム５と負側アーム６に流れる交流電流制御用の電圧指令Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻を各相ごとに生成する。つまり、ＰＷＭ制御部２７に与えられる各アーム電圧指令Ｖｐ^＋、Ｖｐ⁻の内、各相の正側アーム５と負側アーム６に流れる交流電流を制御する電圧指令Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻を各相ごとに生成する。

【0036】

直流電圧制御部２１は、検出される直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃと、各相全ての各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐと、図示しない上位の制御装置から与えられる直流電圧の制御目標値となる直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとに基づいて、直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の内の主成分を生成して出力する。

【0037】

直流電流制御部２２は、検出される直流電流ｉｄｃと、図示しない上位の制御装置から与えられる直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆとに基づいて、直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の内の一部の成分（直流線路のインピーダンス成分）を生成して出力する。

【0038】

直流電圧制御部２１及び直流電流制御部２２の出力は、加算器２３で加算されて直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊が生成される。次に、電流制御部２５が出力する各相の正側アーム５と負側アーム６の交流電流制御用の電圧指令Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻と、加算器２３で得られた直流電圧指令Ｖｄｃ^＊とが、加算器２６で加算されて、正側アーム電圧指令Ｖｐ^＋と負側アーム電圧指令Ｖｐ⁻が得られる。ＰＷＭ制御部２７は、これらの各電圧指令Ｖｐ^＋、Ｖｐ⁻に基づいてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によるゲート信号２７ａを生成することで、各変換器セル１０の動作を制御する。

【0039】

なお、上述の直流電圧制御部２１、直流電流制御部２２、および加算器２３が、特許請求の範囲における直流制御部に対応している。

【0040】

次に、この実施の形態１に係る制御装置２０における制御動作の詳細について、以下に説明する。

【0041】

正側アーム５のセル群５ａが出力する電圧と負側アーム６のセル群６ａが出力する電圧には、連系変圧器１３の交流端７に印加される交流電圧成分と、直流母線２、３間に出力される直流電圧成分と、正側リアクトル９ｐと負側リアクトル９ｎに印加される電圧成分とが含まれている。

【0042】

電力変換器１を構成する全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを合成（加算値または平均値）した合成電圧ΣＶｃａｐは、交流電源１４から流入する有効電力と直流電源１６に流出する直流電力との差電力が、各変換器セル１０のスイッチングに伴い直流コンデンサ３４へ流れる直流電流に変換されて、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４を充放電することで制御される。したがって、交流電源１４に流れる有効電流を制御することで合成電圧ΣＶｃａｐを制御できる。

【0043】

上記の合成電圧ΣＶｃａｐは、各相のレグ回路４の間の電力融通により制御することができる。すなわち、例えば、各相のレグ回路４の間にいわゆる循環電流を流すことにより電力を融通することで、各相間のアンバランスを解消することができる。

【0044】

この原理に基づき、コンデンサ電圧制御部２４は、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを制御するために、各正側アーム５および各負側アーム６の各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを検出した情報に基づき、交流電源１４に流れる有効電流制御用の有効電流指令値ｉｐｒｅｆ、正側アーム５と負側アーム６の電圧制御用の正側アーム電流指令値ｉｐ^＋ｒｅｆと負側アーム電流指令値ｉｐ⁻ｒｅｆをそれぞれ生成して出力する。

【0045】

電流制御部２５は、セル群５ａ、６ａが出力する電圧の交流電圧成分と、正側と負側の各アーム５、６が備える各リアクトル９ｐ、９ｎに印加される電圧とを制御する。すなわち、電流制御部２５は、コンデンサ電圧制御部２４から与えられる電流指令値（有効電流指令値ｉｐｒｅｆ、正側アーム電流指令値ｉｐ^＋ｒｅｆ、負側アーム電流指令値ｉｐ⁻ｒｅｆ）に対して、各相の交流電流ｉｐおよび各相で検出された正側アーム電流ｉｐ^＋、負側アーム電流ｉｐ⁻が一致するようにフィードバック制御し、各相の正側アーム５と負側アーム６に流れる交流電流を制御する電圧指令Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻を各相ごとに生成する。

【0046】

直流電圧制御部２１は、直流電圧の制御目標値となる直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに対して、検出される直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃが一致するようにフィードバック制御し、直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の内の主成分を生成して出力する。

【0047】

直流電流ｉｄｃは、直流母線２、３間の電圧と直流電源１６の電圧の差電圧がインピーダンス１５に印加されることで流れる。この原理に基づき、直流電流制御部２２は、直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆに対して、検出される直流電流ｉｄｃが一致するようにフィードバック制御し、直流母線２、３間の直流電圧を制御するための直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の一部の成分（直流線路のインピーダンス成分）を生成する。直流電圧制御部２１と直流電流制御部２２の出力は、加算器２３で加算されることで直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊を演算する。

【0048】

次に、次段の加算器２６は、電流制御部２５が出力する各相の正側アーム５と負側アーム６の交流電流制御用の電圧指令Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃと、加算器２３が出力する直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊とを加算して、正側アーム電圧指令Ｖｐ^＋と負側アーム電圧指令Ｖｐ⁻を演算する。そして、ＰＷＭ制御部２７は、各電圧指令Ｖｐ^＋、Ｖｐ⁻に基づいてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によるゲート信号２７ａを生成する。

【0049】

ところで、異なる交流系統間で有効電力を送受電するように、複数の電力変換器１を直流連系した構成とすると、直流電源１６が他の交直変換端子（以下、第２の交直変換端子と呼ぶ）となる。このとき、例えば、第２の交直変換端子である直流電源１６が電力変換器１と制御装置２０とを備えた構成であるとした場合、第２の交直変換端子である制御装置２０において、直流電流制御部２２の出力を制限して零とし、直流電圧制御部２１の出力に応じて直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃを制御する場合には、第２の交直変換端子である直流電源１６は直流電圧源と等価となる。

【0050】

このとき、図４に示す電力変換器１の制御装置２０は、直流電流制御部２２の出力を制限して零となるようにし、直流電圧制御部２１の出力に応じて直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃを制御するので、図１に示す電力変換器１は直流電圧源と等価な動作となる。

【0051】

これとは逆に、第２の交直変換端子である直流電源１６の制御装置２０の直流電流制御部２２が電流源と等価な動作を行っている場合には、図４に示す電力変換器１の制御装置２０は、直流電圧制御部２１の出力を制限して零となるようにし、直流電流制御部２２の出力に応じて直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃを制御することで、インピーダンス１５と直流電源１６からなる直流回路に対して電流源と等価な動作を行うようになる。

【0052】

このように、複数の電力変換器１を直流連系した構成とする場合、直流電圧Ｖｄｃを制御する交直変換端子が少なくとも一つ存在し、それ以外は直流電流ｉｄｃを制御する交直変換端子となる。

【0053】

電力変換器１の制御装置２０が直流電流制御部２２の出力を制限して零とし、直流電圧制御部２１の出力に応じて制御している場合、すなわち、図１に示す電力変換器１が直流電圧源と等価な動作を行っている場合において、交流電源１４で交流電圧Ｖｐの大きさが低下する系統事故（瞬低）が発生する場合を考える。この場合、交流電力が低下することで、直流電力とのバランスが崩れ、差電力が発生する。この差電力の発生に応じて、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４を充放電することとなる。

【0054】

その際、直流電圧制御部２１は、検出される各直流コンデンサ３４のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの情報に基づき、各相全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを合成（加算値または平均値）した合成電圧ΣＶｃａｐの大きさが、予め設定された第１の所定値ΔＶｍａｘを超過するか、あるいは第２の所定値ΔＶｍｉｎ（＜ΔＶｍａｘ）を下回った場合に、直流電流ｉｄｃまたはその直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆの向きに応じて、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを予め設定した固定値ΔＶｄｃｒｅｆ分だけ増加または減少させる。

【0055】

この場合、上記の第１の所定値ΔＶｍａｘは、変換器セル１０が故障検出となるコンデンサ電圧Ｖｃａｐの過電圧レベル以下に設定する。また、第２の所定値ΔＶｍｉｎは、変換器セル１０が故障検出となるコンデンサ電圧Ｖｃａｐの低電圧レベル以上に設定するのが好ましい。また、固定値ΔＶｄｃｒｅｆは、インピーダンス１５の抵抗成分の大きさに応じて設定するのが望ましい。

【0056】

このように、合成電圧ΣＶｃａｐの大きさが、予め設定された第１の所定値ΔＶｍａｘを超過して直流電流ｉｄｃが電力変換器１から直流電源１６へ流れ出る方向の場合には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを減少して直流電流ｉｄｃが電力変換器１から流れ出る量を抑制する。これとは逆に、合成電圧ΣＶｃａｐの大きさが、予め設定された第２の所定値ΔＶｍｉｎを下回って直流電流ｉｄｃが直流電源１６から電力変換器１に流れ込む方向の場合には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを増加して直流電流ｉｄｃが電力変換器１に流れ込む量を抑制する。

【0057】

この制御により、直流電流ｉｄｃの大きさを減少させることで直流電力の大きさを減少させる。これにより、系統事故（瞬低）の発生などにより、交流電源１４の電圧低下に起因した交流電力低下に伴う、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４の充放電によるコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動を抑制することができる。

【0058】

すなわち、交流電源１４の電圧低下によって電力変換器１の電流容量の制約から送受電可能な交流電力が減少しても、直流電流ｉｄｃの大きさを減少することで、直流電力の大きさを減少させて、コンデンサ電圧制御部２４が出力する有効電流指令値ｉｐｒｅｆがその制限内に留まり、交流と直流の電力をバランスすることができる。

【0059】

そして、全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを合成（加算値または平均値）した合成電圧ΣＶｃａｐの大きさが、第１の所定値ΔＶｍａｘと第２の所定値ΔＶｍｉｎとの間にある場合には、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４の充放電によるコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動が抑制された状態となっているので、交流系統事故の解消とは直接に関係なく、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを固定値ΔＶｄｃｒｅｆ分だけ増加または減少させる処理を停止し、元の直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに復帰させる。

【0060】

なお、この停止操作にあたり、Ｖｄｃｒｅｆ±ΔＶｄｃｒｅｆの値から、Ｖｄｃｒｅｆへの復帰は、時間の経過に応じて緩やかに変化させるのが望ましい。このようにすれば、交流系統事故時にコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動を抑制しつつ、コンデンサ電圧Ｖｃａｐの過電圧や低電圧の検出を防止して運転継続することができる。

【0061】

また、制御装置２０の直流電流制御部２２は、その出力を制限しているが、その場合、インピーダンス１５の抵抗成分の大きさにより生じる直流電圧よりも大きいが、直流電圧指令値ΔＶｄｃｒｅｆにより制御される直流電圧変化よりも小さい値に制限するのが望ましい。

【0062】

以上のように、この実施の形態１では、交流電源１４で交流電圧Ｖｐの大きさが低下する系統事故（瞬低）が発生するなどして各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐが変動した場合には、そのコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動に応じて、直流電圧制御部２１の直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを制御することで、直流電力の大きさを調整し、交流電源１４の電圧低下による交流電力低下時においても、交流電力と直流電力をバランスすることができる。これにより、故障検出をすることなく、コンデンサ電圧制御部２４の動作により各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動を抑制して運転継続することが可能となる。

【0063】

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による直流送電電力変換装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。

【0064】

この実施の形態２において、電力変換器１の構成は図１で示した上記実施の形態１と同様であるが、制御装置２０の構成が上記実施の形態１と異なる。

【0065】

この実施の形態２では、コンデンサ電圧制御部２４は、実施の形態１の場合と同様に、各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを制御するために、検出された各相の全ての各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの情報に基づき、電流指令値（有効電流指令値ｉｐｒｅｆ、正側アーム電流指令値ｉｐ^＋ｒｅｆ、負側アーム電流指令値ｉｐ⁻ｒｅｆ）を生成して電流制御部２５に与える。

【0066】

特に、コンデンサ電圧制御部２４が出力する有効電流指令値ｉｐｒｅｆは、各相全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの合成電圧ΣＶｃａｐをフィードバック制御するために、交流電源１４に流れる有効電流を調整するものであるが、この有効電流指令値ｉｐｒｅｆは、電力変換器１が流し得る電流値、すなわち電流容量の制限を受ける。

【0067】

このため、有効電流指令値ｉｐｒｅｆに対しては、その値が所定の範囲に入るような制限値ｉｐｒｅｆｍａｘを設けている（リミッタ機能）。そして、この実施の形態２では、コンデンサ電圧制御部２４は、制限前後の偏差を有効電流超過成分Δｉｐ（＝ｉｐｒｅｆｍａｘ−ｉｐｒｅｆ）として求め、これを後述の直流電流演算部２８に出力する。

【0068】

電流制御部２５は、実施の形態１と同様に、コンデンサ電圧制御部２４から与えられる電流指令値（有効電流指令値ｉｐｒｅｆ、正側アーム電流指令値ｉｐ^＋ｒｅｆ、負側アーム電流指令値ｉｐ⁻ｒｅｆ）と、検出された各電流ｉｐ、ｉｐ^＋、ｉｐ⁻の情報に基づき、各アーム電圧指令Ｖｐ^＋、Ｖｐ⁻の内、正側アーム５と負側アーム６に流れる交流電流制御用の電圧指令Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻を各相ごとに生成する。

【0069】

直流電流演算部２８は、コンデンサ電圧制御部２４から与えられる前述の有効電流超過成分Δｉｐ、検出された直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃ、および連系変圧器１３の交流電源１４側もしくは電力変換器１側で検出された各相の交流電圧Ｖｐの情報に基づいて、有効電流超過成分Δｉｐの直流換算値としての直流電流超過成分Δｉｄｃを求め、この直流電流超過成分Δｉｄｃを直流電流制御部２２に出力する。

【0070】

直流電圧制御部２１は、実施の形態１の場合と異なり、各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの検出出力は入力されておらず、直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃの情報のみが入力されている。そして、直流電圧制御部２１は、この直流電圧Ｖｄｃが、図示しない上位の制御装置から与えられる直流電圧の制御目標値となる直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに一致するようにフィードバック制御し、直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の主成分を生成して出力する。

【0071】

直流電流制御部２２は、検出される直流電流ｉｄｃと、図示しない上位の制御装置から与えられる直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆ、および上述の直流電流演算部２８から与えられる直流電流超過成分Δｉｄｃの情報に基づいて、直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の内の一部の成分（直流線路のインピーダンス成分）を生成して出力する。

【0072】

以降は実施の形態１の場合と同様、直流電圧制御部２１と直流電流制御部２２の出力は、加算器２３で加算されて直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊が生成される。次いで、加算器２６で電流制御部２５が出力する各相の正側アーム５と負側アーム６の交流電流制用の電圧成分Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻と、加算器２３で得られた直流電圧指令Ｖｄｃ^＊とが加算されて、正側アーム電圧指令Ｖｐ^＋と負側アーム電圧指令Ｖｐ⁻が得られる。ＰＷＭ制御部２７は、これらの各電圧指令Ｖｐ^＋、Ｖｐ⁻に基づいてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によるゲート信号２７ａを生成することで、各変換器セル１０の動作が制御される。

【0073】

次に、この実施の形態２に係る制御装置２０における制御動作の詳細について、以下に説明する。

【0074】

前述のように、コンデンサ電圧制御部２４が出力する有効電流指令値ｉｐｒｅｆに対しては、それが所定の範囲に入るような制限値ｉｐｒｅｆｍａｘを設けている（リミッタ機能）。すなわち、合成電圧ΣＶｃａｐのフィードバック制御では、この合成電圧ΣＶｃａｐと予め設定された指令値との偏差を増幅して有効電流指令値ｉｐｒｅｆを得ており、偏差が大きい場合には、有効電流指令値ｉｐｒｅｆが制限値ｉｐｒｅｆｍａｘによる制限を受けるため、制限前後に偏差が生じる。

【0075】

この偏差が生じている場合には、各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの合成電圧ΣＶｃａｐが制御できないことを意味しており、交流電源１４からコンデンサ電圧Ｖｃａｐを維持するために必要な十分な電力を得られないこととなる。これを防止するためには、直流電力を低減するように、つまり直流電流ｉｄｃの大きさを減少するように動作する。

【0076】

まず、コンデンサ電圧制御部２４が生成する有効電流指令値ｉｐｒｅｆが制限値ｉｐｒｅｆｍａｘを越えるような場合、制限前後の偏差を有効電流超過成分Δｉｐ（＝ｉｐｒｅｆｍａｘ−ｉｐｒｅｆ）として直流電流演算部２８に出力する。

【0077】

なお、この場合の有効電力超過分Δｉｐの演算は、三相交流の瞬時値電圧と電流の積和から演算しても良く、あるいは三相交流を直交座標系に変換して同様に電圧と電流の積和から演算しても良い。その際、不平衡時や過渡時に生じる電力Ｐに含まれる交流電源１４の周波数の２倍周波、１倍周波を除去するフィルタを構成するのが望ましい。

【0078】

直流電流演算部２８は、コンデンサ電圧制御部２４から出力される有効電流超過成分Δｉｐと、検出した交流電圧Ｖｐの大きさとに基づいて有効電力超過分ΔＰを演算する。次いで、直流電流演算部２８は、有効電力超過分ΔＰを直流電圧Ｖｄｃで除算することで、有効電流超過成分Δｉｐの直流換算値としての直流電流超過成分Δｉｄｃを求める。この演算は、交流電力と直流電力が釣り合う条件から導かれる。そして、この直流電流演算部２８で演算された直流電流超過成分Δｉｄｃは、直流電流制御部２２に与えられる。

【0079】

なお、有効電力超過分ΔＰを直流電圧Ｖｄｃで除算する場合には、直流電圧Ｖｄｃの動作範囲を考慮して除算前の直流電圧Ｖｄｃの値を所定値以上に制限し、直流電源１６の電圧低下時や直流母線２、３間の短絡故障時には除算により過大なΔｉｄｃが演算されないようにするのが望ましい。

【0080】

直流電流制御部２２は、直流電流演算部２８から与えられる直流電流超過成分Δｉｄｃ、検出される直流電流ｉｄｃ、および直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆの各情報に基づいて、以下の処理を行う。

【0081】

ここで、有効電流超過成分Δｉｐが、交流電源１４から電力変換器１へ流入する電力を表す極性である場合、すなわち、直流電流ｉｄｃが電力変換器１から直流電源１６へ流出する電力を表す極性の場合には、直流電流制御部２２は、直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆから直流電流超過成分Δｉｄｃを減算する補正を行う。

【0082】

この場合、交流電源１４から電力変換器１へ流入させたい電力は、有効電流指令値ｉｐｒｅｆの制限により不足するが、直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆを直流電流超過成分Δｉｄｃだけ減少するようにするので、電力の均衡を保つことができる。

【0083】

一方、有効電流超過成分Δｉｐが、電力変換器１から交流電源１４へ流出する電力を表す極性である場合、すなわち、直流電流ｉｄｃが直流電源１６から電力変換器１へ流入する電力を表す極性の場合には、直流電流制御部２２は、直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆに直流電流超過成分Δｉｄｃを加算する補正を行う。

【0084】

この場合、電力変換器１から交流電源１４へ流出させたい電力は、有効電流指令値ｉｐｒｅｆの制限により不足するが、直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆを直流電流超過成分Δｉｄｃだけ増加するようにするので、電力の均衡を保つことができる。

【0085】

なお、上記のように直流電流超過成分Δｉｄｃによって直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆを補正する場合には、直流電流超過成分Δｉｄｃに関する不感帯を設け、直流電流超過成分Δｉｄｃの大きさが所定値以上となったときに動作するようにするのが好ましい。

【0086】

そして、直流電流制御部２２は、補正後の直流電流指令値（ｉｄｃｒｅｆ−Δｉｄｃ）、または（ｉｄｃｒｅｆ＋Δｉｄｃ）に対して、検出した直流電流ｉｄｃが一致するようにフィードバック制御を行い、直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃを制御するように直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の一部の成分を生成して出力する。

【0087】

直流電圧制御部２１は、直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに一致するようにフィードバック制御され、直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃを制御するための直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の一部の成分（直流線路のインピーダンス成分）を生成して出力する。

【0088】

以降は実施の形態１の場合と同様、加算器２３は、直流電圧制御部２１の出力と直流電流制御部２２の出力を加算して、直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊を演算する。次いで、次段の加算器２６は、電流制御部２５が出力する各相の正側アーム５と負側アーム６の交流電流制用の電圧成分Ｖｐｃ^＋、Ｖｐｃ⁻と、加算器２３で得られた直流電圧制御用の直流電圧指令Ｖｄｃ^＊とを加算して、正側アーム電圧指令Ｖｐ^＋と負側アーム電圧指令Ｖｐ⁻を演算する。そして、ＰＷＭ制御部２７は、各電圧指令Ｖｐ^＋、Ｖｐ⁻に基づいてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によるゲート信号２７ａを生成する。

【0089】

ところで、異なる交流系統間で有効電力を送受電するように、複数の電力変換器１を直流連系した構成とすると、直流電源１６が他の交直変換端子となる。そして、直流で連系された電力変換器１は、直流電圧Ｖｄｃを制御する交直変換端子が少なくとも一つ存在し、それ以外は直流電流ｉｄｃを制御する交直変換端子となる。その場合の詳細は実施の形態１で既に説明しているので、ここでは詳しい説明は省略する。

【0090】

以上のように、この実施の形態２では、コンデンサ電圧制御部２４において、全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧を合成（加算値または平均値）した合成電圧ΣＶｃａｐをフィードバック制御するときに、有効電流指令値ｉｐｒｅｆがリミッタ機能によって制限を受ける場合でも、直流電流制御部２２において、直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆを直流電流超過成分Δｉｄｃでもって補正するように動作するので、交流電力と直流出力の均衡を保つことができ、合成電圧ΣＶｃａｐのフィードバック制御が機能するようになる。

【0091】

このため、交流電源１４で交流電圧の大きさが低下する系統事故（瞬低）が発生するなどして各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐが変動した場合には、そのコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動に応じて、合成電圧ΣＶｃａｐのフィードバック制御が機能するので、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４のコンデンサ電圧Ｖｃａｐを安定して維持することができ、直流電流を主として制御する交直変換端子においても、各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動を抑制して故障検出せずに運転継続することができる。

【0092】

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による直流送電電力変換装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。

【0093】

この実施の形態３において、電力変換器１の構成は図１で示した上記実施の形態１と同様であるが、制御装置２０の構成が上記実施の形態１、２の場合と若干異なっている。

【0094】

この実施の形態３において、直流電圧制御部２１と電流制御部２５の構成は実施の形態１の場合と同様であり、また、コンデンサ電圧制御部２４、直流電流演算部２８、加算器２３、２６、およびＰＷＭ制御部２７の構成は実施の形態２の場合と同様である。

【0095】

直流電流制御部２２は、実施の形態２の場合と異なり、検出される直流電流ｉｄｃと、直流電流演算部２８が演算した直流電流超過成分Δｉｄｃとが入力されるのに加えて、検出される各相全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐが入力されている。そして、直流電流制御部２２は、これらの情報に基づいて直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の一部の成分（直流線路のインピーダンス成分）を出力する。

【0096】

次に、この実施の形態３に係る制御装置２０における制御動作の詳細について、以下に説明する。

【0097】

図６の構成において、電力変換器１の制御装置２０が直流電流制御部２２の出力を制限して零とし、直流電圧制御部２１の出力に応じて制御している場合、すなわち、図１に示す構成の電力変換器１が直流電圧源と等価な動作を行っている場合において、交流電源１４で交流電圧の大きさが低下する系統事故（瞬低）が発生すると、交流電力が低下することで、直流電力とのバランスが崩れ、差電力が発生する。この差電力の発生に応じて、各変換器セル１０の直流コンデンサ３４を充放電することとなる。

【0098】

その際、直流電流制御部２２は、検出される各直流コンデンサ３４のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの情報に基づき、各相全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧を合成（加算値または平均値）した合成電圧ΣＶｃａｐの大きさが、予め設定された第１の所定値ΔＶｍａｘを超過するか、あるいは第２の所定値ΔＶｍｉｎ（＜ΔＶｍａｘ）を下回った場合には、直流電流制御部２２を制限してその出力を零としている機能を解除し、直流電流制御部２２のフィードバック制御が動作するようにしている。

【0099】

すなわち、このフィードバック制御において、直流電流制御部２２は、実施の形態２の場合と同様に、直流電流ｉｄｃが電力変換器１から直流電源１６へ流出する電力を表す極性の場合と、直流電流ｉｄｃが直流電源１６から電力変換器１へ流入する電力を表す極性の場合と応じて、それぞれ直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆに対して直流電流超過成分Δｉｄｃを減算あるいは加算した補正を行う。

【0100】

そして、直流電流制御部２２は、補正後の直流電流指令値（ｉｄｃｒｅｆ−Δｉｄｃ）または（ｉｄｃｒｅｆ＋Δｉｄｃ）に対して、検出した直流電流ｉｄｃが一致するようにフィードバック制御を行い、直流母線２、３間の直流電圧Ｖｄｃを制御するように直流電圧指令Ｖｄｃ^＊の一部の成分を生成して出力する。

【0101】

その後、補正後の直流電流指令値（ｉｄｃｒｅｆ−Δｉｄｃ）または（ｉｄｃｒｅｆ＋Δｉｄｃ）と、検出した直流電流ｉｄｃとの偏差の大きさが所定値以下になると、この補正を停止し、直流電流制御部２２は、再度、直流電流制御部２２の出力を制限して零とするように動作する。

【0102】

なお、上記のように、再度、直流電流制御部２２の出力を制限して零にする過程においては、直流電流制御部２２の出力を時間の経過とともに緩やかに変化させるようにする、すなわち、上記第１電圧指令Ｖｐ^＋と上記第２電圧指令Ｖｐ⁻の直流電圧成分Ｖｄｃ^＋が緩やかに変化するようにするのが望ましい。

【0103】

なお、この実施の形態３において、直流電圧制御部２１、電流制御部２５、およびＰＷＭ制御部２７の各動作は実施の形態１と同様であり、また、コンデンサ電圧制御部２４および直流電流演算部２８の動作は、実施の形態２と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

【0104】

以上のように、この実施の形態３では、全ての変換器セル１０のコンデンサ電圧を合成（加算値または平均値）したΣＶｃａｐの変動に応じて、実施の形態１と同じく、直流電圧制御部２１の直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを制御することで直流電力の大きさを減少させることに加えて、直流電流制御部２２において、直流電流の制御目標値となる直流電流指令値ｉｄｃｒｅｆを直流電流超過成分Δｉｄｃによって補正するようにしたので、直流電圧を主として制御する交直変換端子においても、交流電力と直流電力の均衡を保ち各変換器セル１０のコンデンサ電圧Ｖｃａｐの変動を抑制して、故障検出をすることなく、運転継続することが可能となる。

【0105】

なお、この発明は上記の各実施の形態１〜３の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各実施の形態１〜３の構成の一部に変形を加えたり、構成を一部省略することができ、また、各実施の形態１〜３の構成を適宜組み合わせることが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】