特許 6947488 制御装置および電力変換装置

(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】6947488

(24)【登録日】2021年9月21日

(45)【発行日】2021年10月13日

(54)【発明の名称】制御装置および電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20210930BHJP

【ＦＩ】

   H02J1/00 301B

   H02J1/00 306F

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2020-522495(P2020-522495)

(86)(22)【出願日】2018年5月31日

(86)【国際出願番号】JP2018020928

(87)【国際公開番号】WO2019229921

(87)【国際公開日】20191205

【審査請求日】2020年7月15日

(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】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】服部 圭佑

(72)【発明者】

【氏名】狼 智久

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平８−１２６１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５２７３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

設定された電流指令値にしたがって電力を伝送する直流送電システムの端子に接続されることができる電力変換器を制御する制御装置であって、
前記直流送電システムの送電端に設定された場合に、前記直流送電システムの受電端で設定される電流指令値にもとづいて電流制御された電流に応じて、自己の出力端子電圧があらかじめ設定された第１特性を有する第１特性設定部を備え、
前記第１特性は、前記電流制御された電流に対して、前記出力端子電圧が単調減少する制御装置。

【請求項2】

前記第１特性は、線形である請求項１記載の制御装置。

【請求項3】

前記第１特性は、前記受電端で設定され得る電流指令値の最小値のときに、前記出力端子電圧を最大値とする請求項１記載の制御装置。

【請求項4】

前記設定され得る電流指令値に追従するように電流制御する電流制御部をさらに備えた請求項１記載の制御装置。

【請求項5】

前記電流制御部は、前記直流送電システムに指令する上位システムから起動指令を受信した場合に、前記設定され得る電流指令値の最大値で動作する請求項４記載の制御装置。

【請求項6】

前記電流制御部は、前記直流送電システムに指令する上位システムから潮流反転指令を受信した場合に、前記設定され得る電流指令値の最小値に設定する請求項４記載の制御装置。

【請求項7】

交流電圧と直流電圧とを相互に変換する電力変換器と、
請求項１記載の制御装置と、
を備えた電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、直流送電システムの端子に接続される電力変換器を制御する制御装置およびその制御装置を用いた電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

２つの端子を含む直流送電システムでは、両方の端子のうちのいずれか一方の端子に接続された電力変換装置は、たとえば上位システムから供給される電力指令値を入力し、電力指令値にもとづいて電流指令値（Ｉｄｐ）を生成して定電力制御（ＡＰＲ）などを行う。他方の端子に接続された電力変換装置は、通信回線を介して、一方の端子で生成された電流指令値Ｉｄｐのデータを受信する。このように、両端子の電力変換装置が同一の電流指令値Ｉｄｐを適切なタイミングで入力されることによって、直流送電システムは、正常に機能する。

【0003】

伝送データの欠落や遅延等は、直流送電システムの運用において不具合を生じさせ得る。そのため、端子間通信は、高品質、高信頼性を有することが求められる。高品質、高信頼性の通信のために、専用通信回線を敷設し、専用の通信装置を設置する等が必要となり、コスト負担が大きくなる傾向がある。

【0004】

高品質、高信頼性の端子間通信を実現した場合であっても、通信上の不具合を完全になくすことは困難であるため、各端子の電力変換装置は、端子間通信に依存しない運転モードを備えている。しかし、端子間通信に依存しない運転モードでは、直流送電システムは、制御性能の制約や、システム運用上の制約等を生じさせる。そのため、このような運転モードは、あくまでもバックアップとして用いられることが想定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−１５２７３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の実施形態は、端子間通信を用いずに運用できる直流送電システムに接続される電力変換器を制御する制御装置およびその制御装置を備えた電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態によれば、設定された電流指令値にしたがって電力を伝送する直流送電システムの端子に接続されることができる電力変換器を制御する制御装置が提供される。前記制御装置は、第１特性設定部を備える。第１特性設定部は、前記直流送電システムの送電端に設定された場合に、前記直流送電システムの受電端で設定される電流指令値にもとづいて電流制御された電流に応じて、自己の出力端子電圧があらかじめ設定された第１特性を有する。前記第１特性は、前記電流制御された電流に対して、前記出力端子電圧が単調減少する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の実施形態によれば、端子間通信を用いずに運用できる直流送電システムを構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。

【図2】図１の電力変換装置の特性を例示するグラフである。

【図3】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのグラフである。

【図4】実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。

【図5】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのグラフである。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施形態の電力変換装置の制御装置の一部を例示するブロック図である。

【図7】図７（ａ）は、比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の電力変換装置の動作を説明するためのグラフである。

【図8】比較例の電力変換装置において、通信しゃ断時の動作を説明するためのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0011】

図１は、実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図１には、直流送電システムの構成も合わせて示されている。図１に示すように、直流送電システム１は、２つの電力変換装置１０ａ，１０ｂと、直流送電線３と、を含む。電力変換装置１０ａは、直流送電線３と交流回路２ａとの間に接続されている。電力変換装置１０ｂは、交流回路２ｂと直流送電線３との間に接続されている。交流回路２ａ，２ｂは、たとえば、それぞれ、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源や交流送電線、交流負荷等を含む構成とすることができる。交流回路２ａ，２ｂは、異なる電力系統とすることができる。

【0012】

直流送電システム１は、双方向の直流電力の送電が可能である。電力変換装置１０ａ，１０ｂの接続端子は、直流電力を送電する送電端となることができ、直流電力を受電する受電端となることもできる。一方の電力変換装置１０ａの接続端子が送電端となる場合には、他方の電力変換装置１０ｂの接続端子は受電端となる。他方の電力変換装置１０ｂの接続端子が送電端となる場合には、一方の電力変換装置１０ａの接続端子は受電端となる。電力変換装置１０ａ，１０ｂは、同じ構成をそれぞれ有しており、以下では、電力変換装置１０ａの構成について説明する。電力変換装置１０ｂの構成要素である２０ｂ〜３８ｂは、電力変換装置１０ａの構成要素である２０ａ〜３８ｂとそれぞれ同一であり、適宜説明を省略する。

【0013】

以下では、２端子の直流送電システム１について説明するが、電力変換装置は、３端子以上の多端子の直流送電システムに適用することができる。

【0014】

電力変換装置１０ａは、電力変換器２０ａと、制御装置３０ａと、を備える。電力変換器２０ａは、制御装置３０ａが生成するゲート信号ｖｇにしたがって、交流電圧を直流電圧に変換して出力する。電力変換器２０ａは、他励式の電力変換器であり、たとえばサイリスタバルブである。

【0015】

制御装置３０ａは、直流電圧Ｖｄおよび直流電流Ｉｄにもとづいて、ゲート信号ｖｇを生成し、生成されたゲート信号ｖｇを電力変換器２０ａに供給する。

【0016】

制御装置３０ａは、電流指令値設定部３４ａと、直流電圧制御部３６ａと、直流電流制御部３８ａと、を含む。制御装置３０ａは、電流指令値設定部３４ａまたは直流電流制御部３８ａのうち一方を適宜あるいは自動的に選択し、動作させる。電力変換装置１０ａが送電端の場合には、電流指令値設定部３４ａが選択され、電力変換装置１０が受電端の場合には、直流電流制御部３８ａが選択される。

【0017】

直流電流制御部３８ａは、電力変換装置１０ａが受電端であり、直流電流指令値Ｉｄｐが設定された場合に、その直流電流指令値Ｉｄｐに追従するように動作する。

【0018】

直流電圧制御部３６ａは、潮流反転によって、電力変換装置１０ａが受電端となった場合に、一時的に電圧制御動作を行い、運転点を確定させるために動作する。

【0019】

図２は、図１の電力変換装置の特性を例示するグラフである。
図２のグラフは、電流指令値設定部３４ａが出力する特性の例である。
図２に示すように、電流指令値設定部３４ａは、電流指令値Ｉｄｐのデータに対する自己の直流端子電圧Ｖｄのデータを有する。電流指令値Ｉｄｐの範囲Ｉｄｐ＿ｍｉｎ〜Ｉｄｐ＿ｍａｘは、直流送電システム１で設定され得る電流指令値の範囲である。電流指令値Ｉｄｐの範囲は、好ましくは、直流送電システム１の電流指令値の設定範囲と一致する。

【0020】

直流端子電圧Ｖｄは、電流指令値Ｉｄｐに対して、所定の範囲内で単調に減少するように設定されている。単調減少する範囲は、たとえば定格電圧の９５％〜定格電圧である。送電端の直流端子電圧が運転時の最大電圧である定格電圧の場合に、送電効率が高くなるので、直流端子電圧Ｖｄの範囲の最大値は、好ましくは、定格電圧である。

【0021】

電流指令値Ｉｄｐに対する直流端子電圧Ｖｄは、好ましくは、線形な特性を有するが、単調に減少する特性を有していれば、線形でなくてもかまわない。

【0022】

電流指令値Ｉｄｐに対する直流端子電圧Ｖｄのデータは、たとえば電流指令値設定部３４ａがテーブル形式で保持する。電流指令値設定部３４ａは、電流指令値Ｉｄｐが直流端子電圧Ｖｄに関する関数として保持するようにしてもよい。

【0023】

直流電圧制御部（ＡＶＲ）３６ａは、後に詳述する潮流反転時に電流指令値設定部３４ａによって設定された特性を解除した後に選択される。電力変換装置１０ａが送電端から受電端に潮流反転する場合に、電流指令値Ｉｄｐを最小値に設定することによって、電力変換装置１０は、反転した直流電圧をＡＶＲ３６ａによって制御する。その後、電力変換装置１０は、電流制御動作に移行する。

【0024】

直流電流制御部（ＡＣＲ）３８ａは、電力変換装置１０ａが受電端の場合に、上位システムから供給される電力指令値にもとづいて生成される電流指令値Ｉｄｐに追従するように動作する。上位システムから供給される電力指令値は、電流指令値生成部３２によって電流指令値Ｉｄｐとされる。

【0025】

電流指令値生成部３２は、制御装置３０ａ内に設けられていてもよいし、上位システム側に設けられ、制御装置３０ａは上位システムから電流指令値Ｉｄｐを設定されるようにしてもよい。

【0026】

ＡＣＲ３８ａは、潮流反転時の電流指令値設定部３４ａによって設定された特性を解除する場合に選択される。潮流反転信号によって、ＡＣＲ３８ａが選択され、ＡＣＲ３８ａはたとえば最小値Ｉｄｐ＿ｍｉｎに電流指令値Ｉｄｐを設定する。

【0027】

図示しないが、制御装置３０ａ，３０ｂは、電力変換器２０ａ，２０ｂがサイリスタバルブの場合には、余裕角制御機能もそれぞれ有している。余裕角制御機能は、直流送電線３を流れる直流電流Ｉｄが大きく、制御角が大きい場合には、直流端子電圧Ｖｄを制限する。

【0028】

実施形態の電力変換装置の動作について説明する。
まず、送電端と受電端の間の運転点の決定動作について説明する。
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのグラフである。
図３（ａ）〜図３（ｃ）の各図には、横軸に直流送電線３に流す直流電流Ｉｄおよび縦軸に電力変換装置１０ａ，１０ｂの直流端子電圧Ｖｄが示されている。直流端子電圧Ｖｄが正の場合には、電力変換装置１０ａ，１０ｂは、正の直流端子電圧Ｖｄを出力している。直流端子電圧Ｖｄが負の場合には、電力変換装置１０ａ，１０ｂは、負の直流端子電圧−Ｖｄを出力している。直流送電システム１の送電端および受電端においては、直流端子電圧Ｖｄは反対符号を有する。以下、Ｖｄ対Ｉｄの特性を電力変換装置または送電端、受電端の出力特性という。

【0029】

図３（ａ）〜図３（ｃ）では、電力変換装置１０ａが送電端であり、電力変換装置１０ｂが受電端である。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、送電端の電力変換装置１０ａが正の直流端子電圧Ｖｄを出力している場合に、受電端の電力変換装置１０ｂは、負の直流端子電圧−Ｖｄを出力している。送電端の出力特性は、（ＲＥＣ）で示される太実線であり、受電端の出力特性は（ＩＮＶ）で示される細実線である。

【0030】

図３（ａ）に示すように、直流送電システム１の運転点ＯＰは、送電端の出力特性と受電端の出力特性が交差する点である。受電端では、電力変換装置１０ｂは、電流指令値Ｉｄｐで設定された電流制御モード（ＡＣＲモード）で動作している。ＡＣＲモードの動作は、図中のＡＣＲ（ＩＮＶ）と表されている。このときの電流指令値Ｉｄｐは、電流指令値の設定範囲Ｉｄｐ＿ｍｉｎ〜Ｉｄｐ＿ｍａｘ内である。

【0031】

送電端では、電力変換装置１０ａは、電流指令値Ｉｄｐが電流指令値設定部３４ａによって設定された範囲内のため、電流指令値設定部３４ａが選択され、電流指令値Ｉｄｐに電流制御されている直流電流Ｉｄに対して直流端子電圧Ｖｄは一義的に決定される。

【0032】

電流指令値Ｉｄｐを図３（ａ）の場合のＩｄｐよりも小さいＩｄｐ１に設定した場合には、図３（ｂ）の場合のように、運転点ＯＰが運転点ＯＰ１に移動する。この状況を詳細に説明すると以下のようになる。

【0033】

受電端に与えられる電流指令値ＩｄｐがＩｄｐよりも小さいＩｄｐ１に設定された場合、一時的に電流指令値Ｉｄｐ１＜Ｉｄとなる。このため、受電端の直流電流制御により、ＩｄはＩｄｐ１へと制御され、Ｉｄは減少していく。送電端では、Ｉｄが減少することでＩｄｐ１＞Ｉｄとなり、ＡＣＲ３８ａにより送電端の制御角の位相が進められ、Ｖｄが上昇していく。Ｉｄの減少およびＶｄの上昇は、送電端のＡＣＲ特性と送電端のＩｄｐ−Ｖｄ特性で決まる次の運転点ＯＰ１に到達するまでつづく。Ｉｄの減少およびＶｄの上昇は、次の運転点ＯＰ１に到達すると、ＩｄおよびＶｄが再び安定した動作となる。これらの挙動は、たとえば擾乱等によって、Ｉｄが一時的に増加した場合や、Ｖｄが一時的に低下した場合でも同様である。

【0034】

電流指令値Ｉｄｐを図３（ａ）の場合よりも大きいＩｄｐ２に設定した場合には、図３（ｃ）の場合のように、運転点ＯＰが運転点Ｏｐ２に移動する。この状況を詳細に説明すると以下のようになる。

【0035】

受電端の電力変換装置１０ｂの直流電流制御部３８ｂによって、直流電流Ｉｄは電流指令値Ｉｄｐ２へと制御され、直流電流Ｉｄが増加していく。送電端の電力変換装置１０ａでは、直流電流Ｉｄが増加することで、Ｉｄｐ２＜Ｉｄとなり、直流電流制御によって、送電端の制御角αが遅れ、直流端子電圧Ｖｄが低下する。Ｉｄの増加およびＶｄの低下は、受電端の電力変換装置１０ｂのＡＣＲ３８ｂの特性と送電端の電力変換装置１０ａの電流指令値設定部３４ａの特性で決まる次の運転点ＯＰ２に到達するまでつづく。Ｉｄの増加およびＶｄの低下は、次の運転点ＯＰ２に到達すると、再び安定する。これらの挙動は、擾乱等によって、Ｉｄが一時的に減少した場合や、Ｖｄが一時的に上昇した場合でも同様である。

【0036】

このように、実施形態では、受電端の電力変換装置１０ｂに電流指令値Ｉｄｐが設定されれば、送電端の電力変換装置１０ａは、通信回線等を介して電流指令値Ｉｄｐの設定を受けることなく、運転点は自動的に決定される。

【0037】

次に、図４および図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照して、潮流反転によって、送電端と受電端とが入れ替わる場合の動作について説明する。ここからの説明については、送電端と受電端とが入れ替わるので、電力変換装置１０ａが接続されている端子をＡ端子と呼び、電力変換装置１０ｂが接続されている端子をＢ端子と呼ぶ。出力特性の図では、Ａ端子の出力特性を太実線、Ｂ端子の出力特性を細実線で表記する。
図４は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのグラフである。
図４に示すように、ステップＳ１において、Ｂ端子の電力変換装置１０ｂは、上位システムから電流指令値Ｉｄｐの供給を受けて、電流指令値Ｉｄｐに追従するようにＡＣＲ動作を行う。Ａ端子の電力変換装置１０ａは、電流指令値設定部３４ａのＩｄｐ−Ｖｄ特性によって決定される運転点ＯＰで運転される。

【0038】

ステップＳ１の状態は、図５（ａ）のように示される。図５（ａ）の状態は、図３（ａ）においてすでに詳述した動作と同じである。

【0039】

ステップＳ２において、Ａ端子の電力変換装置１０ａは、上位システムから潮流反転指令を受信し、Ｉｄｐ−Ｖｄ特性を解除する。

【0040】

具体的には、図５（ｂ）に示すように、電力変換装置１０ａは、潮流反転指令に応じて、ＡＣＲ動作に遷移し、ＡＣＲ動作の電流指令値Ｉｄｐを最小値Ｉｄｐ＿ｍｉｎに設定する。このとき、電力変換装置１０ｂは、ＡＣＲ動作を継続している。電力変換装置１０ａの直流端子電圧Ｖｄは、反転し（ステップＳ３）、運転点は、ＡＶＲ（Ａ）と表記したＡ端子のＡＶＲ特性およびＢ端子のＡＣＲ特性によって決定されるＯＰ３に遷移する。

【0041】

ステップＳ４において、電力変換装置１０ｂは、潮流反転後の電流指令値を受信する。

【0042】

電力変換装置１０ａは、図５（ｃ）のＡＶＲ（Ａ）で示されるＡＶＲ特性で動作し、電力変換装置１０ｂは、ＡＣＲ（Ｂ）で示されるＡＣＲ特性で動作する。運転点ＯＰ４は、ＡＶＲ（Ａ）と表記されたＡＶＲ特性およびＡＣＲ（Ｂ）と表記されたＡＣＲ特性によって決定される。

【0043】

ステップＳ５において、電力変換装置１０ｂは、電流指令値設定部３４ｂによって、Ｉｄｐ−Ｖｄ特性を設定する。電力変換装置１０ｂのＩｄｐ−Ｖｄ特性は、電力変換装置１０ａのＩｄｐ−Ｖｄ特性と同一でもよいし、異なっていてもよい。

【0044】

図５（ｄ）に示すように、Ａ端子の電力変換装置１０ａは、電力変換装置１０ａは、ＡＣＲ（Ａ）で示されるＡＣＲ特性で動作し、Ｂ端子の電力変換装置１０ｂは、Ｉｄｐ−Ｖｄ特性で動作する。運転点ＯＰ５は、これらの特性によって決定される（ステップＳ６）。

【0045】

このようにして、実施形態の電力変換装置１０ａ，１０ｂは、潮流反転動作を実行することができる。

【0046】

図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施形態の電力変換装置の制御装置の一部を例示するブロック図である。
実施形態の電力変換装置１０ａ，１０ｂは、適切に論理回路を設定することによって、高品質、高信頼性の通信回線を設置することなく、自動的に起動し、潮流反転動作を実行することができる。このような論理回路は、制御装置３０ａ，３０ｂにそれぞれ設けることができる。

【0047】

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、制御装置３０ａは、フリップフロップ４０，４２，４３と、比較器４４，４６と、切替器４５，４７と、出力部４８と、Ｉｄｐ設定部４９と、を含む。制御装置３０ａは、電流指令値生成部３２を含む。電流指令値生成部３２は、切替器４５の一方の入力に電流指令値Ｉｄｐのデータを供給する。

【0048】

フリップフロップ４０，４２，４３は、この例では、ＲＳフリップフロップである。フリップフロップ４０は、たとえば２つのフリップフロップ４１ａ，４１ｂを含んでおり、電力変換装置１０ａが送電端であるか、受電端であるかに応じていずれかが選択される。この例では、電力変換装置１０ａが送電端の場合には、フリップフロップ４１ｂが選択され、電力変換装置１０ｂが受電端の場合には、フリップフロップ４１ａが選択される。フリップフロップ４０の出力は、フリップフロップ４２，４３のリセット入力Ｒに接続されている。

【0049】

フリップフロップ４２のセット入力Ｓには、起動指令ＣＭＤ１が入力される。起動指令ＣＭＤ１は、電力変換装置１０ａが受電端の場合に入力される。フリップフロップ４３のセット入力Ｓには、潮流反転指令ＣＭＤ２が入力される。

【0050】

フリップフロップ４２，４０の出力は、それぞれ比較器４４の入力に接続されている。比較器４４は、フリップフロップ４２，４０のうち“１”を出力する方を選択して出力する。比較器４４の出力は、切替器４５に切替信号を供給する。

【0051】

比較器４４の出力およびフリップフロップ４３の出力は、他の比較器４６の入力に接続されている。比較器４６は、比較器４４の出力およびフリップフロップ４３の出力のうち“１”を出力する方を選択して出力する。比較器４６の出力は、切替器４７に切替信号を供給する。

【0052】

切替器４５は、２つの入力を切り替えて、出力部４８に入力された信号を供給する。切替器４５の一方の入力には、電流指令値生成部３２から電流指令値Ｉｄｐのデータが供給される。切替器４５の他の入力には、電流指令値の固定値が設定されている。この例では、電流指令値の固定値として、電流指令値の最小値Ｉｄｐ＿ｍｉｎ＝０．１ｐｕが設定されている。

【0053】

切替器４５は、比較器４４から供給される切替信号に応じて、いずれかの入力のデータを出力部４８に供給する。切替信号が“１”の場合には、切替器４５は、電流指令値生成部３２から出力された電流指令値Ｉｄｐのデータを出力部４８に供給する。切替信号が“０”の場合には、切替器４５は、固定値である０．１ｐｕを出力部４８に供給する。

【0054】

切替器４７は、２つの入力を切り替えて、出力部４８の信号のリミット値を設定する。出力部４８は、切替器４７の出力に応じたリミット値で出力を制限する。

【0055】

切替信号が“１”の場合には、切替器４７は、固定値である０．１ｐｕをリミット値として、出力部４８に供給する。切替信号が“０”の場合には、切替器４５は、Ｉｄｐ設定部４９から出力されたＩｄｐのデータをリミット値として、出力部４８に供給する。

【0056】

Ｉｄｐ設定部４９は、Ｖｄに対してＩｄｐが設定されている。この例では、直流端子電圧Ｖｄの最小値Ｖｄ＿ｍｉｎが定格値Ｖｄｐの９５％のときに、Ｉｄｐの最大値Ｉｄｐ＿ｍａｘとなり、そのときの値が１．１ｐｕである。直流端子電圧Ｖｄが定格値Ｖｄｐのときに、Ｉｄｐの最小値Ｉｄｐ＿ｍｉｎとする。

【0057】

この論理回路の動作について説明する。
まず、起動の手順について説明する。
起動シーケンスは、受電端に起動指令ＣＭＤ１を入力することで開始される。このとき、Ｖｄは０．０ｐｕから上昇（または減少）を始めるため、送電端の電流指令値Ｉｄｐは、Ｉｄｐ設定部４９のＩｄｐ−Ｖｄ特性により、Ｉｄｐ＿ｍａｘに設定される。このＩｄｐ＿ｍａｘは、Ｉｄｐ設定部４９によって、受電端に入力される可能性があるＩｄｐの上限よりも大きな値に設定されている。たとえば、受電端にＩｄｐとして最大１．０ｐｕが与えられる場合、Ｉｄｐ＿ｍａｘは１．１ｐｕに設定される。

【0058】

この結果、起動時には、送電端のＩｄｐの大きさ＞受電端のＩｄｐ大きさとなる関係性が保たれる。そのため、電力変換装置１０ａ，１０ｂの直流電圧極性が確定し、Ｖｄが上昇（減少）する。Ｖｄが０．９ｐｕ（または−０．９ｐｕ）に到達すると、ＩＮＶ端のＶｄ条件を設定するフリップフロップ４０がセットされるため、起動指令ＣＭＤ１がリセットされる。Ｖｄが送電端の電力変換装置１０ａのＩｄｐ−Ｖｄ特性にて決まる値まで到達すると、受電端のＡＣＲ特性と、送電端のＩｄｐ−Ｖｄ特性によりＩｄとＶｄが制御される平常の運転状態となる。

【0059】

次に、潮流反転時の手順について説明する。
潮流反転シーケンスは、送電端の電力変換装置１０ａに潮流反転指令ＣＭＤ２を入力することで開始される。潮流反転指令ＣＭＤ２は、送電端で手動で操作して入力してもよいし、電流指令値生成部３２ｂを有する受電端の電力変換装置１０ｂから伝送することとしてもよい。受電端の電力変換装置１０ｂから潮流反転指令ＣＭＤ２を伝送する場合、送電端と受電端で潮流反転指令ＣＭＤ２を同期させる必要はない。そのため、両端子間の指令やデータの伝送には、必ずしも高品質な通信を用いる必要はない。

【0060】

直流電流Ｉｄの条件にてＩＮＶ端からＲＥＣ端に潮流反転動作に移行することで伝達してもよい。たとえば、Ｉｄが０．１５ｐｕを下回ったことによって、送電端において、潮流反転指令ＣＭＤ２を検知する等してもよい。この場合には、端子間通信をまったく使用しない。

【0061】

これらいずれかの方法により、送電端（Ａ端子）において潮流反転指令ＣＭＤ２を受信し、検出した場合、Ａ端子のＩｄｐ−Ｖｄ特性は解除され、Ａ端子のＩｄｐは事前に設定されたＩｄｐ＿ｍｉｎ（＝０．１ｐｕ）に設定される。図４、図５（ａ）〜図５（ｄ）によって説明した通り、潮流反転動作が開始され、Ｖｄの極性が反転する。

【0062】

Ｖｄの極性反転後、Ｖｄはさらに減少（または上昇）し、Ｖｄが−０．９ｐｕ（または０．９ｐｕ）に到達すると、Ａ端子のＶｄ条件を設定するフリップフロップ４０がセットされる。そして、潮流反転指令ＣＭＤ２がリセットされるとともに、Ａ端子の電力変換装置１０ａには、電流指令値生成部３２ａによってＩｄｐが設定される。

【0063】

このとき、Ｂ端子の電力変換装置１０ｂでもＶｄの極性が反転するため、Ｖｄが−０．９ｐｕ（または０．９ｐｕ）に到達することで、Ｂ端子のＶｄ条件を設定するフリップフロップ４０がリセットされ、Ｂ端子の電力変換装置１０ｂのＩｄｐはＩｄｐ−Ｖｄ特性により設定されることとなる。

【0064】

ＶｄがＢ端子の電力変換装置１０ｂのＩｄｐ−Ｖｄ特性にて決まる値まで到達すると、Ａ端子の電力変換装置１０ａのＡＣＲ特性と、Ｂ端子の電力変換装置１０ｂのＩｄｐ−Ｖｄ特性によりＩｄとＶｄが制御される平常運転状態となる。

【0065】

このようにして、実施形態の電力変換装置１０ａ，１０ｂでは、高品質、高信頼性を有する通信回線を用いることなく、起動指令ＣＭＤ１によって自律的に一方が起動し、潮流反転指令ＣＭＤ２によって、自動的に潮流反転動作を実行することができる。

【0066】

上述した制御装置を含む電力変換装置の各部構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等を含む演算装置によって実現されてもよい。上述した各部構成の一部または全部は、演算装置に接続された記憶装置に格納されたプログラムが逐次実行されることによって実現されてもよい。

【0067】

本実施形態の電力変換装置１０ａ，１０ｂの効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図７（ａ）は、比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の電力変換装置の動作を説明するためのグラフである。
図７（ａ）に示すように、直流送電システム１０１は、電力変換器１２０ａ、１２０ｂと、制御装置１３０ａ，１３０ｂと、を含む。
電力変換器１２０ａは、交流回路２ａと直流送電線３との間に接続されている。電力変換器１２０ｂは、直流送電線３と交流回路２ｂとの間に接続されている。

【0068】

制御装置１３０ａは、定電圧制御部（ＡＶＲ）１３６ａと、定電流制御部（ＡＣＲ）１３８ａと、を含む。制御装置１３０ａは、余裕角制御部１３９ａを有している。制御装置１３０ａ，１３０ｂにおいて、ＡＶＲ１３６ａ，１３６ｂ、ＡＣＲ１３８ａ，１３８ｂ、および余裕角制御部１３９ａ，１３９ｂは、それぞれ同一の構成要素であり、以下では、制御装置１３０ａについて説明する。

【0069】

制御装置１３０ａは、実施形態の電力変換装置１０ａの制御装置３０ａと同様に、直流端子電圧Ｖｄおよび直流電流Ｉｄを入力して、これらが電圧指令値および電流指令値にそれぞれ追従するように、ゲート信号ｖｇを生成する。

【0070】

図７（ｂ）に示すように、送電端の制御装置１３０ａは、電流指令値Ｉｄｐが供給されたことによって、直流電流Ｉｄを電流指令値Ｉｄｐに追従させるＡＣＲ動作をしている。図では、ＡＣＲ（ＲＥＣ）で示されている。

【0071】

受電端の制御装置１３０ｂは、通信回線１５０を介して電流指令値Ｉｄｐのデータを受信する。制御装置１３０ｂのＡＣＲ部１３８ｂは、ＡＣＲ特性を、電流指令値Ｉｄｐから電流マージンΔＩｄｐ分を減算した電流（Ｉｄｐ−ΔＩｄｐ）に設定する。

【0072】

送電端のＡＶＲ特性（ＡＶＲ（ＩＮＶ））と受電端のＡＣＲ特性（ＡＣＲ（ＲＥＣ））とによって、運転点ＯＰｃが決定される。

【0073】

このように、電流指令値生成部１３２によって生成された電流指令値Ｉｄｐは、端子間通信のための通信回線１５０を用いて、受電端に伝送され、両端で同一のＩｄｐを共有する。また、電流指令値Ｉｄｐのほか、両端子間で潮流方向信号や起動停止指令を授受することによって、潮流反転や起動停止タイミングを同期させる。

【0074】

比較例の直流送電システム１０１では、電流指令値Ｉｄｐのデータが両端子間で大きな遅れをもって伝送されたり、一方のデータが欠落したりした場合には、電力伝送や潮流反転が適切に行われない。

【0075】

比較例の場合には、端子間通信は、電流指令値Ｉｄｐや潮流方向指令、起動停止指令などの両端間の信号授受に用いられるので、端子間通信の遅れは、制御の安定性や、潮流反転シーケンス、起動停止シーケンスの非正常動作につながる可能性がある。そのため、端子間通信には高品質、高信頼性が求められる。高品質、高信頼性な通信とは、高速度かつ通信量による通信速度への影響が小さいことをいう。高品質、高信頼性の通信を実現するため、両端間で専用線を敷設する場合には、敷設コストが増加し、専用線の運用コストや維持コストも増加する場合が多い。

【0076】

比較例の制御装置１３０ａでは、端子間通信がしゃ断された場合に、端子間通信によらず、電力伝送を継続する手法が用いられることがある。
図８は、比較例の電力変換装置において、通信しゃ断時の動作を説明するためのブロック図である。
図８に示すように、通信しゃ断時には、受電端において、電流指令値Ｉｄｐの最小値Ｉｄｐ＿ｍｉｎに強制的に設定することが行われる場合がある。この第１の手法では、受電端の制御装置１３０ｂにおいて、電流指令値Ｉｄｐの受信が停止した場合に、ＡＣＲ特性の電流をＩｄｐ＿ｍｉｎに設定することによって、運転点を一義的に決定することができる。しかしながら、この手法では、送電できる直流電流がＩｄｐ＿ｍｉｎに制限されてしまい、所望の電力を送電することができない。

【0077】

第２の手法として、電流指令値Ｉｄｐの受信が停止した場合に、受電端において検出された直流電流Ｉｄを電流指令値に設定する場合がある。しかしながら、受電端においてＡＣＲ選択モードとなった場合、受電端のＡＣＲの制御対象である直流電流Ｉｄに対して指令値が（Ｉｄ−ΔＩｄｐ）となり、上述の場合と同様に直流電流が（Ｉｄｐ＿ｍｉｎ−ΔＩｄｐ）に制御される。

【0078】

第３の手法では、送電端側で制御装置１３０ａを操作するオペレータと、受電端側で制御装置１３０ｂを操作するオペレータとを配して、オペレータが電話等の他の通信手段を用いて、手動で電流指令値Ｉｄｐを設定する場合がある。しかしながら、この手法では、端子間通信の異常に備えて、常時、すべての端子にオペレータを配置する必要があり、現実的な運用は困難である。

【0079】

上述の第１の手法や第２の手法の場合には、受電端のＩｄｐに所望の値を設定することができないため、潮流反転を行うことは困難である。したがって、第１の手法や第２の手法についても、端子間通信が異常となった場合のバックアップとして利用することが前提とならざるを得ない。

【0080】

本実施形態の電力変換装置１０ａ，１０ｂは、電流指令値設定部３４ａ，３４ｂを含む制御装置３０ａ，３０ｂを備えている。電流指令値設定部３４ａ，３４ｂには、電流指令値Ｉｄｐに対する自己の直流端子電圧Ｖｄの値が設定されている。Ｉｄｐ−Ｖｄ特性は、Ｉｄｐに対して、Ｖｄが単調に減少するように設定されている。そのため、電流指令値設定部３４ａ，３４ｂのＩｄｐ−Ｖｄ特性は、Ｉｄｐを設定すると、一義的にＶｄが定まる。したがって、送電端および受電端の双方に電流指令値Ｉｄｐを設定しなくても、受電端の電力変換装置１０ｂのＡＣＲ特性で設定されたＩｄｐに応じて送電端の電力変換装置１０ａのＶｄが決定されるので、運転点が安定して設定される。運転点は、所望の電流指令値Ｉｄｐによって設定されるので、端子間通信がしゃ断されても、所望の電力伝送を行うができる。

【0081】

本実施形態の電力変換装置１０ａ，１０ｂでは、送電端の電力変換装置１０ａのＩｄｐ−Ｖｄ特性を解除することによって、容易に潮流反転することができる。つづいて、受電端の電力変換装置１０ｂにＩｄｐ−Ｖｄ特性を設定することによって、潮流反転した状態で、安定した運転点を設定することができる。

【0082】

このように、本実施形態の電力変換装置１０ａ，１０ｂでは、高品質、高信頼性を有する単身間通信によることなく、所望の電力伝送を継続し、潮流反転を行うことができる。

【0083】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。たとえば、電力変換器および制御装置などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0084】

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0085】

その他、本発明の実施の形態として上述した電力変換装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得るすべての電力変換装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0086】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

【0087】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】