特許 7098503 制御装置、電力システム、制御方法、およびプログラム

(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】

(24)【登録日】2022-07-01

(45)【発行日】2022-07-11

(54)【発明の名称】制御装置、電力システム、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20220704BHJP

   H02J 3/16 20060101ALI20220704BHJP

   H02J 3/34 20060101ALI20220704BHJP

   H02J 3/36 20060101ALI20220704BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 180

H02J3/16

H02J3/34

H02J3/36

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018195273

(22)【出願日】2018-10-16

(65)【公開番号】P2020065348

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2021-03-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久米 里奈

(72)【発明者】

【氏名】秋山 雪菜

(72)【発明者】

【氏名】直井 伸也

(72)【発明者】

【氏名】石黒 崇裕

(72)【発明者】

【氏名】飯尾 尚隆

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２４８３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５０２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／００ － ５／００

Ｈ０２Ｍ ７／４２ － ７／９８

Ｈ０２Ｊ ９／００ － １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御装置であって、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力する制御部を備え、
前記第１設定時間は、予め設定された前記第１遮断器が動作を開始して、前記第１遮断器の第１側の系統と、前記第１遮断器の第２側の系統とを電気的に分離させるまでに要すると推定される時間に基づいて設定された時間である、
制御装置。

【請求項2】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御装置であって、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１信号が入力された後に前記第１信号とは異なる前記第１遮断器を開放状態にする第２信号が入力された場合、前記第１設定時間が経過した後の第２設定時間の間、前記第２電圧指令値に基づく前記ゲート信号の出力を停止する、
制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第２信号が入力された場合に、前記第１設定時間が経過したときから前記第２設定時間の計測を開始、または前記第２信号が入力された場合に、前記第１信号が入力されたときから前記第１設定時間と前記第２設定時間とを含む第３時間の計測を開始する、
請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値を導出する第１導出部と、
前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値を導出する第２導出部と、
前記第２電圧指令値に基づく前記自励式電力変換器に出力するゲート信号を生成する生成部と、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、前記ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させず、前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させる調整部と、を備える、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の制御装置。

【請求項5】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御装置であって、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力する制御部を備える制御装置と、
交流母線と負荷とが並列に接続された第１遮断器に第１側が接続され、直流系統に第２側が接続された自励式電力変換器と、
前記第１遮断器と、
前記第１遮断器に交流系統を介して接続された第２遮断器と、を備え、
前記第２遮断器は、前記交流系統に設定値以上の電圧が印加された場合に、前記第１遮断器と前記自励式電力変換器との電気的接続を分離し、
前記制御装置は、前記第１信号が入力された場合に、前記第１設定時間が経過した後に前記交流系統の電圧が前記設定値以上にならないように前記ゲート信号の出力を行う、
電力システム。

【請求項6】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御方法であって、
制御装置が、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１設定時間は、予め設定された前記第１遮断器が動作を開始して、前記第１遮断器の第１側の系統と、前記第１遮断器の第２側の系統とを電気的に分離させるまでに要すると推定される時間に基づいて設定された時間である、
自励式電力変換器の制御方法。

【請求項7】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御装置のコンピュータに、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させ、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させ、
前記第１設定時間は、予め設定された前記第１遮断器が動作を開始して、前記第１遮断器の第１側の系統と、前記第１遮断器の第２側の系統とを電気的に分離させるまでに要すると推定される時間に基づいて設定された時間である、
プログラム。

【請求項8】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御方法であって、
制御装置が、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１信号が入力された後に前記第１信号とは異なる前記第１遮断器を開放状態にする第２信号が入力された場合、前記第１設定時間が経過した後の第２設定時間の間、前記第２電圧指令値に基づく前記ゲート信号の出力を停止する、
自励式電力変換器の制御方法。

【請求項9】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御装置のコンピュータに、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させ、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力させ、
前記第１信号が入力された後に前記第１信号とは異なる前記第１遮断器を開放状態にする第２信号が入力された場合、前記第１設定時間が経過した後の第２設定時間の間、前記第２電圧指令値に基づく前記ゲート信号の出力を停止させる、
プログラム。

【請求項10】

交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御方法であって、
制御装置が、
前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、
前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、
交流母線と負荷とが並列に接続された第１遮断器に交流系統を介して接続された第２遮断器が、
前記交流系統に設定値以上の電圧が印加された場合に、前記第１遮断器と、前記第１遮断器に第１側が接続され直流系統に第２側が接続された自励式電力変換器との電気的接続を分離し、
前記制御装置が、前記第１信号が入力された場合に、前記第１設定時間が経過した後に前記交流系統の電圧が前記設定値以上にならないように前記ゲート信号の出力を行う、
自励式電力変換器の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、制御装置、電力システム、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自励式の電力変換器は、平常時には指定した有効電力や無効電力を出力するように運転を行い、系統事故により交流電源が喪失した場合には、自励式の電力変換器が交流電力の供給源となり、交流電圧の振幅や位相を維持し、電気機器が必要とする有効電力および無効電力を電気機器に供給するように制御される。しかしながら、系統において事故などの所定の事象が生じた場合、事故除去完了までの時間によっては単独運転への移行が円滑に行われない場合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－１３４６６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、単独運転への移行を円滑に行うことができる制御装置、電力システム、制御方法、およびプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の制御装置は、交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御装置である。制御装置は、制御部を持つ。制御部は、前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力する。制御部は、前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力する。前記第１設定時間は、予め設定された前記第１遮断器が動作を開始して、前記第１遮断器の第１側の系統と、前記第１遮断器の第２側の系統とを電気的に分離させるまでに要すると推定される時間に基づいて設定された時間である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１の実施形態に係る電力システム１に含まれる制御装置３０の使用環境の一例を示す図。

【図2】制御装置３０の機能構成の一例を示す図。

【図3】電力システム１において行われる処理等のタイミングを示すタイミングチャート。

【図4】パルス生成部がゲート信号の出力を待機しない場合の処理等のタイミングを示すタイミングチャートの一例を示す図。

【図5】第２の実施形態の電力システム１Ａの機能構成の一例を示す図。

【図6】電力システム１Ａにおいて行われる処理等のタイミングを示すタイミングチャート。

【図7】第１の実施形態および第２の実施形態の変形例１の電力システム１Ｂの機能構成の一例を示す図。

【図8】第１の実施形態および第２の実施形態の変形例２の電力システム１Ｃの機能構成の一例を示す図。

【図9】第１の実施形態および第２の実施形態の変形例２の電力システム１Ｄの機能構成の一例を示す図。

【図10】変形例４の制御装置３０Ａの機能構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の制御装置、電力システム、制御方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。

【0008】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力システム１に含まれる制御装置３０の使用環境の一例を示す図である。電力システム１は、例えば、交流電圧源１０と、交流送電線１２と、第１遮断部１４と、第２遮断部１６と、交流母線１８と、負荷２０と、電力変換器２２と、電流検出器２４と、電圧検出器２６と、制御装置３０とを含む。また、電力システム１は、例えば、交流電圧源１００と、交流母線１０２と、電力変換器１０６と、電流検出器１０８と、電圧検出器１１０と、制御装置１１２とを含む。

【0009】

第２遮断部１６および電力変換器２２は交流母線（交流系統）ＰＬ１を介して接続され、電力変換器２２および電力変換器１０６は直流母線（直流系統）ＰＬ２を介して接続されている。第２遮断部１６は、第１遮断部１４に交流系統を介して電気的に接続されている。電力変換器２２と電力変換器１０６とのそれぞれは、例えば、交流と直流とを相互に変換する自励式電力変換器である。

【0010】

まず、単独運転について説明する。第１遮断部１４よりも交流電圧源１０（背後系統）側で系統事故が発生し、第１遮断部１４が開放されると、第１遮断部１４より電力変換器２２側の系統は、背後系統側から分離され単独系統となる。単独系統内には発電機などの電力供給源が存在しなくなるが、制御装置３０が、電力変換器２２を交流電力供給源として運転させることで、単独系統に接続される負荷２０に電力の供給が継続される。この電力変換器２２の運転を単独運転と称する。

【0011】

自励式電力変換器が、通常時の系統に対して指定された有効電力と無効電力を出力する通常運転を行う場合と、単独系統に対して交流電力供給源として単独運転を行う場合とでは、電力変換器２２は、制御モードが異なる。単独運転時の電力変換器２２の制御モードは、自励式電力変換器が交流母線ＰＬ１の電圧を一定に維持する制御を行うことで、単独系統内の負荷２０が必要な有効電力および無効電力を負荷２０に供給するモード（ＣＶＣＦ制御モード）である。

【0012】

交流電圧源１０と、第１遮断部１４とは、交流送電線１２を介して、電気的に接続されている。第１遮断部１４がオン状態（閉止状態）の場合、交流電圧源１０と交流母線１８とは電気的に接続される。第１遮断部１４がオフ状態（開放状態）の場合、交流電圧源１０と交流母線１８とは電気的に分離される。

【0013】

第２遮断部１６と、負荷２０とは、交流母線１８を介して、電気的に接続されている。第２遮断部１６がオン状態（閉止状態）の場合、負荷２０と電力変換器２２とは電気的に接続される。第２遮断部１６がオフ状態（開放状態）の場合、負荷２０と電力変換器２２とは電気的に分離される。

【0014】

電力変換器２２の直流端子側には交流母線１８が交流母線ＰＬ１を介して電気的に接続され、電力変換器２２の直流端子側には直流母線ＰＬ２を介して電力変換器１０６が電気的に接続される。

【0015】

電流検出部２４は、例えば、交流母線１８と電力変換器２２との間であって、交流母線ＰＬ１に電気的に接続されている。電流検出部２４は、電力変換器２２を構成する部材（例えばアーム）に設けられてもよい。

【0016】

電圧検出部２６は、例えば、交流母線１８に電気的に接続される。電圧検出部２６は、交流母線１８の電圧を検出する。

【0017】

負荷２０は、例えば、需要家など使用する装置や負荷等である。負荷２０は、交流系統（交流電圧源１０や交流母線１８）と電力変換器２２との一方または双方から電力の供給を受ける。

【0018】

制御装置３０は、電流検出器２４の検出結果、および電圧検出部２６の検出結果を取得し、取得した情報等に基づいて、種々の制御を行う。制御装置３０の機能構成および制御内容については後述する。

【0019】

電力変換器１０６の直流端子側には、電力変換器２２が電気的に接続されて、電力変換器１０６の交流端子側には交流母線１０２が電気的に接続されている。電力変換器１０６は、交流母線ＰＬ３（交流系統）を介して、交流電圧源１００に電気的に接続されている。

【0020】

電流検出部１０８は、例えば、交流母線１０２と電力変換器１０６との間であって、交流母線ＰＬ３に電気的に接続されている。電圧検出部１１０は、例えば、交流母線１０２に電気的に接続される。電圧検出部１１０は、交流母線１０２の電圧を検出する。

【0021】

制御装置１１２は、電流検出器１０８の検出結果、および電圧検出部１１０の検出結果を取得し、取得した情報等に基づいて、交流電力を直流電力に変換したり、直流電力を交流電力に変換したりする。

【0022】

図２は、制御装置３０の機能構成の一例を示す図である。制御装置３０は、例えば、位相導出部３２と、ｄｑ変換部３４と、ｄｑ変換部３６と、交流電流制御部３８と、交流電圧制御部４０と、ｄｑ逆変換部４２と、パルス生成部４４と、調整部４６とを備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。なお、これらの構成要素のうち一部あるいは全部、又はこれらの構成要素に含まれる構成要素のうち一部あるいは全部は、回路（circuit）でもよい。交流電流制御部３８、交流電圧制御部４０、ｄｑ逆変換部４２、パルス生成部４４、および調整部４６は、「制御部」の一例である。交流電流制御部３８は、「第１導出部」の一例である。交流電圧制御部４０は、「第２導出部」の一例である。

【0023】

位相導出部３２は、通常運転時に用いられる交流系統の位相θ１を導出する。位相導出部３２は、例えば、電圧検出器２６により検出された電圧検出値Ｖに基づいて、交流母線６０の３相ごとの電圧の位相を導出し、導出した位相θ１をｄｑ逆変換部４２に出力する。

【0024】

位相導出部３２は、後述する開放信号が入力された場合に、単独運転時に用いられる出力電力に応じた位相θ２を導出する。位相導出部３２は、例えば、電力変換器２２が単独運転を行って電圧源として動作する場合の出力周波数ｆ（例えば、東日本であれば５０[Ｈｚ]、西日本であれば６０[Ｈｚ]）を設定する。位相導出部３２は、設定した周波数に基づいて電力変換器２２が出力すべき電圧の位相を導出し、導出した位相θ２をｄｑ逆変換部４２に出力する。

【0025】

ｄｑ変換部３４は、位相導出部３２により導出された位相情報を用いて、電流検出器２４の検出結果である３相の電流検出値を２相の電流検出値に変換し、変換結果である有効分電流Ｉｄと無効分電流Ｉｑとを交流電流制御部３８に出力する。

【0026】

ｄｑ変換部３６は、位相導出部３２により導出された位相情報を用いて、電圧検出器２６の検出結果である３相の電圧検出値を２相の電圧検出値に変換し、変換結果である有効分電圧指令値Ｖｓｄと無効分電圧指令値Ｖｓｑとを交流電流制御部３８に出力する。

【0027】

交流電流制御部３８は、通常運転時に用いられる有効分電圧指令値Ｖｃｄ１および無効分電圧指令値Ｖｃｑ１を導出する。交流電流制御部３８は、ｄｑ変換部３４により出力された有効分電流Ｉｄと、ｄｑ変換部３６により出力された有効分電圧Ｖｓｄと、有効電力指令値Ｐｒｅｆとに基づいて、有効分電圧指令値Ｖｃｄ１を導出する。例えば、交流電流制御部３８は、電力変換器２２が有効電力指令値Ｐｒｅｆに合致する有効電力を出力するように、有効分電圧指令値Ｖｃｄ１を導出する。

【0028】

交流電流制御部３８には、ｄｑ変換部３４により出力された無効分電流Ｉｑと、ｄｑ変換部３６により出力された無効分電圧Ｖｓｑと、無効電力指令値Ｑｒｅｆとに基づいて、無効分電圧指令値Ｖｃｑ１を導出する。例えば、交流電流制御部３８は、電力変換器２２が無効電力指令値Ｑｒｅｆに合致する無効電力を出力するように、無効分電圧指令値Ｖｃｑ１を導出する。交流電流制御部３８は、導出した有効分電圧指令値Ｖｃｄ１および無効分電圧指令値Ｖｃｑ１をｄｑ逆変換部４２に出力する。

【0029】

交流電圧制御部４０は、単独運転時に用いられる有効分電圧指令値Ｖｃｄ２および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２を導出する。交流電圧制御部４０は、ｄｑ変換部３４により出力された有効分電流Ｉｄと、ｄｑ変換部３６により出力された有効分電圧Ｖｓｄと、交流電圧指令値Ｖｓｄｒｅｆとに基づいて、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２を導出する。例えば、交流電圧制御部４０は、電力変換器２２が交流電圧指令値Ｖｃｄｒｅｆに合致する電圧を出力するように、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２を導出する。

【0030】

交流電圧制御部４０は、ｄｑ変換部３４により出力された無効分電流Ｉｑと、ｄｑ変換部３６により出力された無効分電圧Ｖｓｑと、交流電圧指令値Ｖｓｑｒｅｆとに基づいて、無効分電圧指令値Ｖｃｑ２を導出する。例えば、交流電圧制御部４０は、電力変換器２２が交流電圧指令値Ｖｃｑｒｅｆに合致する交流電圧を出力するように、無効分電圧指令値Ｖｃｑ２を導出する。交流電圧制御部４０は、例えば、開放信号が入力された場合に、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２を導出し、導出結果をｄｑ逆変換部４２に出力する。なお、開放信号が入力されていない場合は、有効分電圧指令値Ｖｃｄ１および無効分電圧指令値Ｖｃｑ１がｄｑ逆変換部４２に出力される。

【0031】

開放信号Ｓ（第１信号）は、例えば、系統の異常などが発生した場合に第１遮断部１４が開放状態に制御され、電力変換器２２が単独系統となる場合に出力される信号である。開放信号Ｓは、交流系統への他装置からの電力供給が低減した場合に出力される信号である。

【0032】

ｄｑ逆変換部４２は、電圧指令値と位相に基づいてｄｑ逆変換を行って、２相の電圧指令値を三相の電圧指令値に変換し、変換した三相の電圧指令値をパルス生成部４４に出力する。ｄｑ逆変換部４２は、開放信号Ｓが入力されていない場合、位相θ１、有効分電圧指令値Ｖｃｄ１、および無効分電圧指令値Ｖｃｑ１に基づいてｄｑ逆変換を行う。ｄｑ逆変換部４２は、開放信号Ｓが入力された場合、位相θ２、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２、および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２に基づいてｄｑ逆変換を行う。

【0033】

パルス生成部４４は、ｄｑ逆変換部４２により出力された電圧指令値に基づいて、電力変換器２２のスイッチング素子に与えるゲート信号を生成し、生成したゲート信号を電力変換器２２に出力する。電力変換器２２は、パルス生成部４４により出力されたゲート信号に基づいて、通常運転時または単独運転時に適した制御を実行する。

【0034】

調整部４６は、開放信号Ｓが入力された場合に、第１設定時間の間、ゲート信号の出力（または生成）を停止させる指示をパルス生成部４４に出力する。第１設定時間は、予め設定された第１遮断器１４が動作を開始して、第１遮断器１４の交流送電線１２側の系統と、第１遮断器１４の交流母線１８側の系統とを電気的に分離させるまでに要すると推定される時間に基づいて設定された時間である。第１設定時間は、予め実験や、シミュレーション等に基づいて設定された時間である。これにより、パルス生成部４４は、設定時間の間、ゲート信号の出力（または生成）を停止する。

【0035】

図３は、電力システム１において行われる処理等のタイミングを示すタイミングチャートである。時刻ｔにおいて、第１遮断器１４に対して交流送電線１２側の系統において、所定の事象（例えば地絡や漏電などの系統事故）が発生したものとする。この場合、時刻ｔ+１において、第１遮断部１４が、開放信号Ｓを出力すると共に、自装置を開放状態にする開放動作を行う。時刻ｔ+２において、制御装置３０の調整部４６に開放信号Ｓが入力された場合、調整部４６は、第１設定時間Ｔの間、パルス生成部４４にゲート信号を出力させる動作を停止（または待機）させる。時刻ｔ+３は、第１遮断部１４の開放動作が完了し、所定の事象が解消された時刻である。所定の事象が解消されたとは、第１遮断器１４が動作して、所定の事象が発生している箇所と、交流母線１８とが分離されたことである。

【0036】

時刻ｔ+４は、調整部４６に開放信号が入力された時刻から第１設定時間Ｔ経過した時刻である。時刻ｔ+４において、パルス生成部４４は、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２、および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２に基づいて生成されたゲート信号を電力変換器２２に出力する。

【0037】

これにより、電力変換器２２は、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２、および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２に基づいて生成されたゲート信号に応じた制御を実行する。この結果、単独運転への移行を円滑に行うことができる。

【0038】

例えば、パルス生成部が、第１設定時間の間、ゲート信号の出力を待機しない場合、電力変換器は、第１遮断部の開放動作が完了する前に、出力したゲート信号に基づく制御を実行することがある。図４は、パルス生成部がゲート信号の出力を待機しない場合の処理等のタイミングを示すタイミングチャートの一例を示す図である。この場合、系統事故などが除去される前に単独運転が開始されることがあり、電力変換器が、系統に電力を供給すると、過電流や過電圧が生じることがある。

【0039】

これに対して、本実施形態の制御装置３０は、上記の図３で説明したように、過電流や過電圧を抑制するために、第１設定時間Ｔの間、ゲート信号を出力することを停止する。この結果、単独運転への移行を円滑に行うことができる。

【0040】

ここで、連系強化や再生可能エネルギー導入促進などを目的として、直流送電システムや周波数変換システムの導入が進んでいる。これらのシステムに適用される、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自己消弧型の半導体素子を利用した自励式の電力変換器は、自身が交流電圧源となって電力を電気機器へ供給することができる。この特徴を生かし、自励式の電力変換器は平常時には指定した有効電力や無効電力を出力するよう運転を行い、系統事故により交流電源が喪失した場合には、自励式の電力変換器が交流電力供給源となり、交流電圧の振幅や位相を維持し、電気機器が必要とする必要な有効電力、無効電力を供給するような運転を行う。例えば、比較対象のシステムは、自励式の電力変換器が交流系統内の遮断器の開放信号を受信することで平常時の運転から交流電力供給源となる運転へ切り替える。

【0041】

しかし、幹線遮断（事故除去）完了までの時間と自励式の電力変換器が開放信号を受信するまでの時間のうち、どちらが早いかは事故発生のタイミング等によって異なる。比較対象のシステムは、事故除去完了までの時間によっては交流系統に過電圧が生じたり自励式の電力変換器に過電流が流れたりして自励式の電力変換器が停止してしまう場合がある。例えば、自励式の電力変換器の信号受信の方が、事故除去よりも早いと交流系統の事故点へと事故電流が流れることで自励式の電力変換器が過電流で停止する。自励式の電力変換器が事故除去と同時に定電圧運転へ移行し、なおかつ、定電圧運転移行前に自励式の電力変換器がインバータ動作で運転していた場合、過渡過電圧の増大により自励式の電力変換器の保護停止に至る。

【0042】

これに対して、本実施形態の制御装置３０は、系統事故に起因して交流電源が喪失した場合において、自励式の電力変換器至近の交流系統に自励式の電力変換器自身が交流電力供給源となるよう運転を切り替える場合、自励式の電力変換器を構成する半導体素子の点弧を一時的に所定の時間停止することで、事故除去完了までの時間に関わらず自励式の電力変換器が運転継続できる。

【0043】

具体的には、本実施形態の制御装置３０は、第１遮断器１４の開放信号の受信後には電力変換器２２は一時的に所定の時間ゲートブロック（ゲート信号の出力が停止）するため電力変換器２２に過電流が流れることを防止する。単独運転移行前に電力変換器２２がインバータ動作で運転し、なおかつ、事故除去と同時に電力変換器２２が単独運転に移行する場合、過渡過電圧の増大から変換器自身を保護するために第２遮断器１６がトリップ（自動遮断）するが、本実施形態によれば、制御装置３０が、ゲートブロックする制御を行うことにより交流母線１８へのエネルギー注入を停止させる。すなわち、制御装置３０は、開放信号が入力された場合に、第１設定時間が経過した後に交流母線１８の電圧が設定値以上にならないようにゲート信号の出力を行うことにより、過電圧を回避させ第２遮断器１６のトリップを回避でき、電力変換器２２の運転継続性を向上させることができる。

【0044】

以上説明した第１の実施形態によれば、制御装置３０の調整部４６が、交流系統側に設けられた第１遮断器１４を開放状態に制御する開放信号Ｓが入力された場合、開放信号Ｓに基づく第１設定時間Ｔの間、第２電圧指令値に基づくゲート信号の出力を停止することにより、単独運転への移行を円滑に行うことができる。

【0045】

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、制御装置３０は、開放信号が複数回出力された場合、１回開放信号が出力された場合よりも、待機時間を長くする。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

【0046】

図５は、第２の実施形態の電力システム１Ａの機能構成の一例を示す図である。電力システム１Ａは、電力システム１の機能構成に加え、検出部１３と、監視装置１３０とを備える。検出部１３は、交流系統における所定の事象を検出する。監視装置１３０は、検出部１３の検出結果に基づいて、所定の事象の発生を監視する。監視装置１３０は、所定の事象が生じた場合に、第１遮断部１４および制御装置３０に開放信号Ｓ１を出力する。

【0047】

また、監視装置１３０は、開放信号Ｓ１を出力後、第１遮断部１４の動作が完了していない場合、開放信号Ｓ２を第１遮断部１４および制御装置３０に出力する。開放信号Ｓ２は、例えば、開放信号Ｓ１に応じた動作では、所定時間以内に、交流母線１８と、交流送電線１２とが分離されない場合に出力される信号である。例えば、監視装置１３０は、第１遮断部１４の動作状態または第１遮断部１４に含まれる遮断検出部の検出結果を、第１遮断部１４から取得し、取得結果に基づいて、第１遮断部１４の動作が完了しているか否かを判定する。遮断検出部は、例えば、交流母線１８側の電流の検出結果と、交流送電線１２側の電流の検出結果とに基づいて、第１遮断部１４の動作が完了して、交流母線１８と、交流送電線１２とが分離されたか否かを検出する。

【0048】

図６は、電力システム１Ａにおいて行われる処理等のタイミングを示すタイミングチャートである。時刻ｔ１において、所定の事象が発生したものとする。この場合、時刻ｔ１+１において、監視装置１３０が、例えば、検出部１３の検出結果に基づいて、第１遮断部１４および制御装置３０に開放信号Ｓ１を出力する。第１遮断部１４が、開放信号Ｓ１が入力されると、自装置を開放状態にする開放動作を行う。時刻ｔ１+２において、制御装置３０の調整部４６が、開放信号Ｓ１が入力された場合、調整部４６は、第１設定時間
Ｔの間、パルス生成部４４にゲート信号を出力させる動作を停止させる。

【0049】

時刻ｔ１+３において、所定の事象が解消されていない場合、監視装置１３０は、第１遮断部１４および制御装置３０に開放信号Ｓ２を出力する。第１遮断部１４は、開放信号Ｓ２が入力されると、自装置を開放状態にする開放動作を再度行う。なお、開放信号Ｓ２は、第１設定時間Ｔが経過する前に出力されてもよい。

【0050】

時刻ｔ１+４において、制御装置３０は、開放信号Ｓ２が入力されると、開放信号Ｓ２が入力されてから第２設定時間Ｔ１（＜第１設定時間Ｔまたは≦第１設定時間Ｔ）、待機を延長する。そして、制御装置３０は、延長した第２設定時間Ｔ１が経過した後に、電力変換器２２に単独運転を開始させる。なお、制御装置３０は、第２設定時間Ｔ１、待機を延長することに代えて、時刻ｔ１+２から第２設定時間Ｔ１（＞第１設定時間Ｔ）の間、ゲート信号を出力することを停止してもよい。例えば、制御装置３０は、第１設定時間Ｔが経過したときから第２設定時間Ｔ１の計測を開始してもよいし、開放信号Ｓ１が入力されたときから第１設定時間Ｔよりも長い第２設定時間Ｔ１の計測を開始してもよい。

【0051】

時刻ｔ１+５において、第１遮断器１４の動作が完了して、所定の事象が解消されると、制御装置３０は、ゲート信号の出力を開始して、電力変換器２２に単独運転を開始させる。

【0052】

このように、１回の開放信号で第１遮断器１４が正常に動作して交流送電線１２と交流母線１８とが分離されない場合であっても、制御装置３０は、２回目の開放信号が入力された場合、ゲート信号の出力を停止する待機時間を延長することにより、単独運転への移行を円滑に行うことができる。

【0053】

なお、上記の例では、開放信号Ｓ１、Ｓ２が入力された場合について説明したが、開放信号Ｓ２が入力された後に開放信号Ｓ３が入力された場合についても上記の処理と同様にゲート信号を出力するのを待機する時間が延長されてもよい。

【0054】

以上説明した第２の実施形態によれば、制御装置３０が、第１信号が入力された後に、第１遮断器１４を開放状態に制御する第１信号とは異なる第２信号が入力された場合、第１設定時間が経過した後に、第２電圧指令値に基づくゲート信号の出力を停止してから所定時間後に単独運転に移行させることにより、交流系統における過電流や過電圧を抑制しつつ、単独運転への移行を円滑に行うことができる。

【0055】

（変形例１）
以下、第１の実施形態および第２の実施形態の変形例１について説明する。第１の実施形態および第２の実施形態の変形例１は、第１の実施形態および第２の実施形態の電力変換器１０６および制御装置１１２に代えて、二次電池や燃料電池などの直流電圧源を備える。図７は、第１の実施形態および第２の実施形態の変形例１の電力システム１Ｂの機能構成の一例を示す図である。

【0056】

（変形例２）
以下、第１の実施形態および第２の実施形態の変形例２について説明する。第１の実施形態および第２の実施形態の変形例２は、第１の実施形態および第２の実施形態の機能構成に加え、更に無効電力を調整する調相設備１２２を備える。図８は、第１の実施形態および第２の実施形態の変形例２の電力システム１Ｃの機能構成の一例を示す図である。なお、変形例２の電力システム１Ｃにおいて、電力変換器２２の他に、他励式の電力変換器が設けられてもよい。

【0057】

第１遮断部１４の開放動作が完了する前に、電力変換器２２が単独運転を開始すると、系統事故中に生じる調相設備１２２の残留電流が事故除去と同時に電力変換器２２に流れ込み、電力変換器２２が停止する場合がある。これに対して、本実施形態の電力システム１Ｂによれば電力変換器２２が一時的にゲートブロックされることで、調相設備１２２の残留電流が減衰した後に単独運転が行われるため、残留電流の流入を防止され、電力変換器２２の運転継続性が向上する。

【0058】

（変形例３）
以下、変形例３について説明する。変形例３は、変形例１と変形例２とを組み合わせた機能構成を有する。変形例３の電力システム１Ｄは、例えば、第１の実施形態および第２の実施形態の電力変換器１０６および制御装置１１２に代えて、直流電圧源１２０を備え、更に調相設備１２２を備える。図９は、第１の実施形態および第２の実施形態の変形例２の電力システム１Ｄの機能構成の一例を示す図である。

【0059】

（変形例４）
以下、変形例４について説明する。変形例４は、制御装置の構成が、第１の実施形態および第２の実施形態の制御装置の構成と異なる。第１の実施形態および第２の実施形態では、交流電圧制御部４０に開放信号が入力された場合に、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２がｄｑ逆変換部４２に出力され、開放信号が入力されていない場合は、有効分電圧指令値Ｖｃｄ１および無効分電圧指令値Ｖｃｑ１がｄｑ逆変換部４２に出力されるものとして説明した。変形例４では、後述する選択調整部４７が、ｄｑ逆変換部４２に出力する電圧指令値を制御する。

【0060】

図１０は、変形例４の制御装置３０Ａの機能構成の一例を示す図である。選択調整部４７は、位相導出部３２により出力されたθ１またはθ２、交流電流制御部３８により出力された有効分電圧指令値Ｖｃｄ１および無効分電圧指令値Ｖｃｑ１、交流電圧制御部４０により出力された有効分電圧指令値Ｖｃｄ２および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２、および開放信号を取得する。

【0061】

選択調整部４７は、開放信号が入力された場合、第１所定時間Ｔ経過後に、単独運転のために、位相θ２、有効分電圧指令値Ｖｃｄ２、および無効分電圧指令値Ｖｃｑ２をｄｑ逆変換部４２に出力する。これにより、第１所定時間Ｔ経過後に単独運転のためのゲート信号が電力変換器２２に出力される。なお、選択調整部４７は、開放信号が入力されていない場合、通常運転のために、位相θ１、有効分電圧指令値Ｖｃｄ１、および無効分電圧指令値Ｖｃｑ１をｄｑ逆変換部４２に出力する。

【0062】

また、上記の例に代えて、例えば、交流電流制御部３８または交流電圧制御部４０は、選択調整部４７の指示に基づいて、電圧指令値を導出する処理を実行してもよい。この場合、例えば、選択調整部４７は、開放信号が入力されていない場合、交流電流制御部３８に電圧指令値を導出させ、開放信号が入力された場合、交流電圧制御部４０に電圧指令値を導出させてもよい。

【0063】

また、本実施形態では、第１遮断器１４を開放状態にする信号が入力された場合に、電力変換器２２が単独運転を行うタイミングが、第１遮断器１４が開放された後であればよく、これを実現するために、上記の制御装置に含まれる機能部のうち、どの機能部がどのように機能するかは問わない。例えば、開放信号の入力に応じて、第１所定時間の間、ゲート信号の生成または出力が待機されるように構成されてもよいし、ｄｑ逆変換部４２の処理が待機するように構成されてもよい。

【0064】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器を制御する制御装置であって、前記交流系統と、前記交流系統および前記自励式電力変換器の双方から電力供給可能な負荷とを接続する第１遮断器を開放状態にする第１信号が入力されていない場合、前記交流系統の電圧検出値と、前記交流系統の電流検出値とに基づく第１電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力し、前記第１信号が入力されてから第１設定時間の間、ゲート信号を前記自励式電力変換器に出力せず、前記第１信号が入力されてから第１設定時間が経過した後、前記交流系統の電圧検出値を前記交流系統の電圧指令値に近づけるように導出される第２電圧指令値に基づくゲート信号を前記自励式電力変換器に出力する制御部を持つことにより、単独運転への移行を円滑に行うことができる。

【0065】

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同様に、特許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ものである。

【符号の説明】

【0066】

１０‥交流電圧源、１２‥交流送電線、１４‥第１遮断部、１６‥第２遮断部、１８‥交流母線、２２‥電力変換器、２４‥電流検出器、２６‥電圧検出器、３０‥制御装置、３２‥位相導出部、３４‥ｄｑ変換部、３６‥ｄｑ変換部、３８‥交流電流制御部、４０‥交流電圧制御部、４２‥ｄｑ逆変換部、４４‥パルス生成部、４６‥調整部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】