(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】電力変換装置およびそれを用いた可変速揚水システム
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20220704BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20220704BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 A
H02M7/48 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019172795
(22)【出願日】2019-09-24
(65)【公開番号】P2021052468
(43)【公開日】2021-04-01
【審査請求日】2021-09-02
(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】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小野里 航平
(72)【発明者】
【氏名】小西 勝久
(72)【発明者】
【氏名】手操 亮裕
【審査官】栗栖 正和
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－０６７３４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１０９８０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３５０９００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１４９６４７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／１２
Ｈ０２Ｍ ７／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方端子が第１の交流電源から供給される第１の交流電圧を受ける遮断器と、前記遮断器の他方端子に接続され、前記遮断器がオンされた場合に、前記第１の交流電源から前記遮断器を介して供給される前記第１の交流電圧を直流電圧に変換して直流ラインに出力するコンバータと、
前記直流ラインの直流電圧を平滑化させるコンデンサと、
前記直流ラインの直流電圧を第２の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、
一方端子が第２の交流電源から供給される第３の交流電圧を受けるスイッチと、
前記スイッチの他方端子に接続され、前記スイッチがオンされた場合に、前記第２の交流電源から前記スイッチを介して供給される前記第３の交流電圧を直流電圧に変換して前記直流ラインに供給する整流器と、
前記スイッチおよび前記遮断器を順次オンさせた後に前記スイッチをオフさせる第１の制御部と、
前記直流ラインの直流電圧を検出し、その検出値を直流電圧帰還値として出力する電圧検出部と、
前記スイッチがオンされ、かつ前記遮断器がオンされたことに応じて前記直流電圧帰還値を保持し、保持した前記直流電圧帰還値を直流電圧指令値として出力し、前記遮断器がオンされ、かつ前記スイッチがオフされたことに応じて直流電圧定格値を前記直流電圧指令値として出力する直流電圧指令部と、
前記遮断器がオンされている場合に、前記電圧検出部から出力される前記直流電圧帰還値が前記直流電圧指令値になるように前記コンバータを制御する第２の制御部とを備える、電力変換装置。
【請求項2】
前記直流電圧指令部は、前記遮断器がオフされている場合には前記直流電圧帰還値をそのまま出力し、前記遮断器がオンされたことに応じて前記直流電圧帰還値を保持および出力するラッチ回路と、
前記スイッチがオンされている場合には、前記ラッチ回路から出力される前記直流電圧帰還値を選択し、前記遮断器がオンされ、かつ前記スイッチがオフされた場合には前記直流電圧定格値を選択する選択回路と、
前記選択回路によって選択された前記直流電圧帰還値または前記直流電圧定格値に基づいて前記直流電圧指令値を生成する指令値生成部とを含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記指令値生成部は、前記直流電圧指令値の変化率を予め定められた値よりも小さな値に制限する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記コンバータは、前記スイッチがオンされ、かつ前記遮断器がオフされている場合には、前記直流ラインの直流電圧を前記第１の交流電圧に同期する第４の交流電圧に変換して前記遮断器の他方端子に出力し、前記第１の制御部は、前記第４の交流電圧の位相および振幅が前記第１の交流電圧の位相および振幅に同期したことに応じて、前記遮断器をオンさせる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置を備え、前記負荷は、ポンプ水車を駆動させる可変速発電電動機である、可変速揚水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は電力変換装置およびそれを用いた可変速揚水システムに関し、特に、交流電源とコンバータの間に設けられた遮断器を備えた電力変換装置と、それを用いた可変速揚水システムとに関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば特許第６３７１０２１号公報（特許文献１）には、一方端子が第１の交流電源から供給される交流電圧を受ける遮断器と、第１の交流電源から遮断器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換して直流ラインに供給するコンバータと、直流ラインの直流電圧を平滑化させるコンデンサと、直流ラインの直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータとを備えた電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６３７１０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような電力変換装置において、コンデンサが充電されていない場合に遮断器をオンさせると、第１の交流電源から遮断器およびコンバータを介してコンデンサに過電流が流れるおそれがある。
【0005】
その対策として、第２の交流電源からスイッチを介して供給される交流電圧を直流電圧に変換して直流ラインに供給する整流器を設け、スイッチおよび遮断器を順次オンさせた後にスイッチをオフさせ、コンデンサの初期充電を行なう方法が考えられる。しかし、この方法では、スイッチおよび遮断器の両方がオンされている期間に、第１および第２の交流電源間に循環電流が流れるという問題がある。
【0006】
それゆえに、この発明の主たる目的は、第１および第２の交流電源間の循環電流を抑制することが可能な電力変換装置と、それを用いた可変速揚水システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に係る電力変換装置は、一方端子が第１の交流電源から供給される第１の交流電圧を受ける遮断器と、遮断器の他方端子に接続され、遮断器がオンされた場合に、第１の交流電源から遮断器を介して供給される第１の交流電圧を直流電圧に変換して直流ラインに出力するコンバータと、直流ラインの直流電圧を平滑化させるコンデンサと、直流ラインの直流電圧を第２の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、一方端子が第２の交流電源から供給される第３の交流電圧を受けるスイッチと、スイッチの他方端子に接続され、スイッチがオンされた場合に、第２の交流電源からスイッチを介して供給される第３の交流電圧を直流電圧に変換して直流ラインに供給する整流器と、スイッチおよび遮断器を順次オンさせた後にスイッチをオフさせる第１の制御部と、直流ラインの直流電圧を検出し、その検出値を直流電圧帰還値として出力する電圧検出部と、スイッチがオンされ、かつ遮断器がオンされたことに応じて直流電圧帰還値を保持し、保持した直流電圧帰還値を直流電圧指令値として出力し、遮断器がオンされ、かつスイッチがオフされたことに応じて直流電圧定格値を直流電圧指令値として出力する直流電圧指令部と、遮断器がオンされている場合に、電圧検出部から出力される直流電圧帰還値が直流電圧指令値になるようにコンバータを制御する第２の制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【0008】
この発明に係る電力変換装置では、直流ラインの直流電圧を検出し、その検出値を直流電圧帰還値として出力する電圧検出部を設け、スイッチおよび遮断器の両方がオンされたことに応じて直流電圧帰還値を保持し、保持した直流電圧帰還値を直流電圧指令値として出力し、電圧検出部から出力される直流電圧帰還値が直流電圧指令値になるようにコンバータを制御する。したがって、スイッチおよび遮断器の両方がオンされている期間には、整流器によって充電された直流ラインの直流電圧が維持されるようにコンバータを制御するので、第１および第２の交流電源間の循環電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】この発明の一実施の形態による可変速揚水発電システムの要部を示す回路ブロック図である。
【図6】実施の形態の効果を説明するためのタイムチャートである。
【図7】実施の形態の比較例１を示すブロック図である。
【図9】実施の形態の他の比較例２を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図１は、この発明の一実施の形態による可変速揚水発電システムの要部を示す回路ブロック図である。この可変速揚水発電システムでは三相交流電圧が使用されるが、図面および説明の簡単化のため、図１では一相に関連する部分のみが示されている。
【0011】
図１において、この可変速揚水発電システムは、遮断器Ｂ１、高調波フィルタ１、電流検出器２、変圧器３，１１、コンバータ４、直流ラインＬ１～Ｌ３、コンデンサＣ１，Ｃ２、インバータ５、二重給電可変速発電電動機６、ポンプ水車７、回転速度検出器８、初充電電源９、スイッチＳ１，Ｓ２、限流抵抗器１０、整流器１２，１３、操作部１４、および制御装置１５を備え、商用交流電源（電力系統）１６に接続される。
【0012】
遮断器Ｂ１の一方端子は、商用交流電源１６から供給される商用周波数の交流電圧ＶＡ１を受ける。交流電圧ＶＡ１の瞬時値は、制御装置１５によって検出される。遮断器Ｂ１の他方端子に現れる交流電圧ＶＡ２の瞬時値は、制御装置１５によって検出される。遮断器Ｂ１のオンおよびオフは、制御装置１５によって制御される。
【0013】
高調波フィルタ１は、遮断器Ｂ１の他方端子と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に直列接続されたコンデンサ１ａおよびリアクトル１ｂと、リアクトル１ｂに並列接続された抵抗素子１ｃとを含み、コンバータ４で発生した高調波を交流電圧ＶＡ２から除去する。
【0014】
変圧器３は、１次巻線３ａおよび２次巻線３ｂを含む。コンバータ４は、制御装置１５によって制御され、複数のサイリスタ、複数のダイオード、交流端子４ａ、正側直流端子４ｂ、中性点端子４ｃ、および負側直流端子４ｄを含む。
【0015】
変圧器３の１次巻線３ａは遮断器Ｂ１の他方端子に接続され、その２次巻線３ｂはコンバータ４の交流端子４ａに接続される。変圧器３は、遮断器Ｂ１の他方端子とコンバータ４の交流端子４ａとの間で交流電力を授受する。電流検出器２は、コンバータ４の交流端子４ａと変圧器３の２次巻線３ｂとの間に流れる交流電流の瞬時値を検出し、その検出値Ｉｄを示す信号を制御装置１５に出力する。
【0016】
コンバータ４の正側直流端子４ｂ、中性点端子４ｃ、および負側直流端子４ｄはそれぞれ直流ラインＬ１～Ｌ３の一方端に接続される。コンデンサＣ１は、直流ラインＬ１，Ｌ２間に接続され、直流ラインＬ１，Ｌ２間の直流電圧Ｅｐを平滑化させる。コンデンサＣ２は、直流ラインＬ２，Ｌ３間に接続され、直流ラインＬ２，Ｌ３間の直流電圧Ｅｎを平滑化させる。直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの各々は、制御装置１５によって検出される。
【0017】
コンバータ４は、遮断器Ｂ１がオフされている場合には、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを交流電圧ＶＡ３に変換して交流端子４ａに出力する。また、コンバータ４は、遮断器Ｂ１がオンされた場合には、交流端子４ａの交流電圧ＶＡ３を直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに変換する。
【0018】
制御装置１５は、遮断器Ｂ１がオフされている場合には、遮断器Ｂ１の他方端子の交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が、商用交流電源１６から供給される交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期するように、コンバータ４を制御する。そして、制御装置１５は、交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期した場合には、遮断器Ｂ１をオンさせる。
【0019】
また、制御装置１５は、遮断器Ｂ１がオンされた場合には、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの和の電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎが直流電圧指令値ＶＤｃとなり、かつ直流電圧Ｅｐと直流電圧Ｅｎの差の電圧ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎが０Ｖになるように、コンバータ４を制御する。
【0020】
インバータ５は、複数のサイリスタ、複数のダイオード、交流端子５ａ、正側直流端子５ｂ、中性点端子５ｃ、および負側直流端子５ｄを含む。インバータ５の正側直流端子５ｂ、中性点端子５ｃ、および負側直流端子５ｄは、それぞれ直流ラインＬ１～Ｌ３の他方端に接続される。インバータ５は、制御装置１５によって制御され、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを所望の励磁周波数Ｆｅの交流電圧ＶＡ４に変換して交流端子５ａに出力する。
【0021】
可変速発電電動機６は、回転子に設けられた励磁巻線６ａと、固定子に設けられた固定子巻線６ｂとを含む。励磁巻線６ａは、インバータ５の交流端子５ａに接続され、励磁周波数Ｆｅの交流電圧ＶＡ４を受ける。固定子巻線６ｂは、商用交流電源１６から供給される商用周波数の交流電圧ＶＡ１を受ける。回転子には回転軸が設けられており、回転軸はポンプ水車７に結合される。回転軸およびポンプ水車７は、商用周波数および励磁周波数Ｆｅに応じた回転速度で回転駆動される。
【0022】
回転速度検出器８は、可変速発電電動機６の回転軸の回転速度を検出し、その検出値Ｒｄを示す信号を制御装置１５に出力する。制御装置１５は、商用周波数と回転速度の検出値Ｒｄとの差分に応じた回転速度指令値になるように、励磁周波数Ｆｅを制御する。
【0023】
可変速揚水発電システムでは、電力系統における消費電力が小さな夜間には、余剰電力によって可変速発電電動機６を駆動させて下側池の水を上側池に汲み上げる。
【0024】
また、消費電力が大きな昼間には、上側池から下側池に放水し、水力によって可変速発電電動機６を発電機として動作させて交流電力を発生する。可変速発電電動機６で発生した商用周波数の交流電力は電力系統に供給される。
【0025】
初充電電源９は、交流電圧ＶＡ５を出力端子９ａに出力する。交流電圧ＶＡ５は、たとえば商用周波数を有する。変圧器１１は、１次巻線１１ａおよび２次巻線１１ｂ，１１ｃを含む。スイッチＳ１，Ｓ２は、初充電電源９の出力端子９ａと変圧器１１の１次巻線１１ａとの間に直列接続される。限流抵抗器１０は、スイッチＳ１に並列接続される。
【0026】
スイッチＳ１，Ｓ２の各々のオンおよびオフは、制御装置１５によって制御される。初期充電の開始時には、まずスイッチＳ２がオンされ、次にスイッチＳ１がオンされる。初期充電の終了時には、まずスイッチＳ１がオフされ、次にスイッチＳ２がオフされる。限流抵抗器１０は、初充電電源９から変圧器１１に流れる電流の急激な増大および減少を抑制し、初充電電源９、変圧器１１などを保護する。
【0027】
整流器１２は、交流端子１２ａ、正側直流端子１２ｂ、および負側直流端子１２ｃを含む。整流器１３は、交流端子１３ａ、正側直流端子１３ｂ、および負側直流端子１３ｃを含む。変圧器１１の２次巻線１１ｂ，１１ｃは、整流器１２，１３の交流端子１２ａ，１３ａにそれぞれ接続される。変圧器１１は、初充電電源９から供給される交流電力を整流器１２，１３に伝達する。
【0028】
整流器１２の正側直流端子１２ｂおよび負側直流端子１２ｃは、それぞれ直流ラインＬ１，Ｌ２に接続される。整流器１２は、複数のダイオードを含み、変圧器１１の２次巻線１１ｂに現れる交流電圧を整流して直流電圧ＶＤ１に変換し、その直流電圧ＶＤ１を直流端子１２ｂ，１２ｃ間に出力する。
【0029】
整流器１３の正側直流端子１３ｂおよび負側直流端子１３ｃは、それぞれ直流ラインＬ２，Ｌ３に接続される。整流器１３は、複数のダイオードを含み、変圧器１１の２次巻線１１ｃに現れる交流電圧を整流して直流電圧ＶＤ２に変換し、その直流電圧ＶＤ２を直流端子１３ｂ，１３ｃ間に出力する。ＶＤ１＝ＶＤ２である。
【0030】
操作部１４は、複数のボタン、複数のスイッチ、画像表示部などを含む。システムの使用者は、操作部１４を操作することにより、システムの始動および停止などを行なうことができる。
【0031】
制御装置１５は、操作部１４からの信号、電流検出器２の出力信号、交流電圧ＶＡ１，ＶＡ２、直流電圧Ｅｐ，Ｅｐなどに基づいて、遮断器Ｂ１、コンバータ４、インバータ５、スイッチＳ１，Ｓ２などを制御する。
【0032】
次に、この可変速揚水発電システムの基本的な動作について説明する。システムの使用者が操作部１４を用いてシステムの始動を指令すると、制御装置１５によってスイッチＳ２，Ｓ１が順にオンされる。スイッチＳ２がオンされると、初充電電源９からスイッチＳ２、限流抵抗器１０、変圧器１１を介して整流器１２，１３に交流電力が供給され、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電が開始される。このとき、初充電電源９の出力電流は限流抵抗器１０によって一定値以下に制限され、過電流によって初充電電源９などが破損することが防止される。
【0033】
次いでスイッチＳ１がオンされると、限流抵抗器１０がスイッチＳ１によって短絡され、初充電電源９からスイッチＳ２，Ｓ１および変圧器１１を介して整流器１２，１３に交流電力が供給され、コンデンサＣ１，Ｃ２はそれぞれ直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２に充電される。このとき、初充電電源９の出力電流は限流抵抗器１０によって制限されないので、コンデンサＣ１，Ｃ２を迅速に充電することができる。
【0034】
コンデンサＣ１，Ｃ２がそれぞれ直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２に充電されると、コンバータ４は、直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２を交流電圧ＶＡ３に変換して交流端子４ａに出力する。このとき、制御装置１５は、交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期するように、コンバータ４を制御する。
【0035】
交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期すると、制御装置１５によって遮断器Ｂ１がオンされる。遮断器Ｂ１がオンされると、商用交流電源１６から遮断器Ｂ１および変圧器３を介してコンバータ４に交流電力が供給される。このとき、コンデンサＣ１，Ｃ２が既に充電されているので、コンバータ４に過電流が流れることが防止される。
【0036】
遮断器Ｂ１がオンされると、コンバータ４は、交流電圧ＶＡ３を直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに変換する。制御装置１５は、遮断器Ｂ１がオンされたときの直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎ＝ＶＤ１＋ＶＤ２を保持し、保持した直流電圧ＶＤを直流電圧指令値ＶＤｃとする。そして制御装置１５は、直流電圧ＶＤが直流電圧指令値ＶＤｃ＝ＶＤ１＋ＶＤ２になり、かつ直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの差の電圧ΔＶＤ＝Ｅｐ－Ｅｎが０Ｖになるように、コンバータ４を制御する。
【0037】
このとき、整流器１２，１３は直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２を出力し、コンバータ４も直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２を出力するので、初充電電源９と商用交流電源１６の間に流れる循環電流は小さく抑制される。
【0038】
次に、制御装置１５によってスイッチＳ１，Ｓ２が順次オフされる。スイッチＳ１がオフされると、初充電電源９からコンデンサＣ１，Ｃ２に流れる電流が限流抵抗器１０によって一定値以下に制限される。次いでスイッチＳ２がオフされると、初充電電源９からコンデンサＣ１，Ｃ２に流れる電流が遮断される。これにより、整流器１２，１３によるコンデンサＣ１，Ｃ２の充電は停止され、これ以降は、コンバータ４のみによってコンデンサＣ１，Ｃ２が充電される。
【0039】
制御装置１５は、スイッチＳ２がオフされたときに、直流電圧定格値ＶＤｒを直流電圧指令値ＶＤｃとする。そして制御装置１５は、直流電圧ＶＤが直流電圧指令値ＶＤｃ＝ＶＤｒになり、かつ直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの差の電圧ΔＶＤ＝Ｅｐ－Ｅｎが０Ｖになるように、コンバータ４を制御する。
【0040】
インバータ５は、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを励磁周波数Ｆｅの交流電圧ＶＡ４に変換して可変速発電電動機６の励磁巻線６ａに供給する。制御装置１５は、回転速度検出器８の出力信号によって示される回転速度の検出値Ｒｄと商用周波数との差分に応じて、励磁周波数Ｆｅを制御する。可変速発電電動機６の回転軸は商用周波数および励磁周波数Ｆｅに応じた回転速度で回転駆動され、ポンプ水車７によって下側池の水が上側池に汲み上げられ、電力系統の消費電力が調整される。
【0041】
以下、制御装置１５の構成および動作について詳細に説明する。図２は、制御装置１５のうちのスイッチＳ１，Ｓ２および遮断器Ｂ１の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図２において、制御装置１５は、電圧検出器２１，２２および制御部２３を含む。
【0042】
電圧検出器２１は、商用交流電源１６から供給される交流電圧ＶＡ１の瞬時値を検出し、その検出値ＶＡ１ｄを示す信号を制御部２３に与える。電圧検出器２２は、遮断器Ｂ１の他方端子に現れる交流電圧ＶＡ２の瞬時値を検出し、その検出値ＶＡ２ｄを示す信号を制御部２３に与える。
【0043】
制御部２３は、可変速揚水発電システムの始動を指令する信号ＳＴと、電圧検出器２１，２２の出力信号とに基づいて、スイッチＳ１を制御する信号φＳ１と、スイッチＳ２を制御する信号φＳ２と、遮断器Ｂ１を制御する信号φＢ１とを生成する。
【0044】
信号ＳＴは、操作部１４から与えられる。可変速揚水発電システムの停止時には、信号ＳＴは非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされている。信号ＳＴが「Ｌ」レベルにされている場合には、信号φＳ１，φＳ２，φＢ１はともに非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされている。信号φＳ１，φＳ２，φＢ１がともに「Ｌ」レベルである場合には、スイッチＳ１，Ｓ２および遮断器Ｂ１はともにオフされている。
【0045】
可変速揚水システムの使用者によって操作部１４が操作されて信号ＳＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされると、制御部２３は、信号φＳ２，φＳ１を「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに順次立ち上げる。信号φＳ２が「Ｈ」レベルにされるとスイッチＳ２がオンされ、信号φＳ１が「Ｈ」レベルにされるとスイッチＳ１がオンされ、整流器１２，１３によってコンデンサＣ１，Ｃ２が充電されて、Ｅｐ＝ＶＤ１，Ｅｎ＝ＶＤ２となる。
【0046】
信号φＳ１を「Ｈ」レベルに立ち上げた後に、制御部２３は、電圧検出器２２の出力信号によって示される交流電圧の検出値ＶＡ２ｄの位相および振幅が、電圧検出器２１の出力信号によって示される交流電圧の検出値ＶＡ１ｄの位相および振幅に同期した場合には、信号φＢ１を「Ｈ」レベルにする。信号φＢ１が「Ｈ」レベルにされると遮断器Ｂ１がオンされ、商用交流電源１６から遮断器Ｂ１および変圧器３を介してコンバータ４に交流電力が供給される。
【0047】
信号φＢ１を「Ｈ」レベルにした後、制御部２３は、信号φＳ１，φＳ２を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに順次立ち下げる。信号φＳ１が「Ｌ」レベルにされるとスイッチＳ１がオフされ、信号φＳ２が「Ｌ」レベルにされるとスイッチＳ２がオフされ、整流器１２，１３によるコンデンサＣ１，Ｃ２の充電が停止される。
【0048】
【0049】
電圧検出器３１は、直流ラインＬ１，Ｌ２間の直流電圧Ｅｐを検出し、その検出値を示す信号を出力する。電圧検出器３２は、直流ラインＬ２，Ｌ３間の直流電圧Ｅｎを検出し、その検出値を示す信号を出力する。
【0050】
加算器３３は、電圧検出器３１，３２によって検出された直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを加算して直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎを求める。電圧検出器３１，３２および加算器３３は、直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤ（直流電圧帰還値）を検出する電圧検出部を構成する。
【0051】
減算器３４は、電圧検出器３１によって検出された直流電圧Ｅｐから電圧検出器３２によって検出された直流電圧Ｅｎを減算して、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの差である直流電圧ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎを求める。直流電圧ＶＤ，ΔＥは、制御部３５に与えられる。
【0052】
制御部３５は、制御部２３からの信号φＳ２，φＢ１と、電圧検出器２１からの交流電圧の検出値ＶＡ１ｄを示す信号と、電流検出器２からの交流電流の検出値Ｉｄを示す信号と、加算器３３からの直流電圧ＶＤを示す信号と、減算器３４からの直流電圧ΔＥを示す信号とに基づいて、コンバータ４を制御するためのゲート信号Ｇを生成する。
【0053】
具体的には、制御部３５は、信号φＳ２が「Ｈ」レベルにされ、かつ信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされている場合には、交流電圧ＶＡ２の検出値ＶＡ２ｄの振幅および位相が交流電圧ＶＡ１の検出値ＶＡ１ｄの振幅および位相に同期するように、コンバータ４を制御する。
【0054】
また、制御部３５は、信号φＢ１が「Ｈ」レベルにされた場合には、直流電圧ＶＤが直流電圧指令値ＶＤｃに一致し、かつ直流電圧ΔＥが０Ｖになるように、コンバータ４を制御する。
【0055】
図４は、図３に示した制御部３５の構成を示すブロック図である。図４において、制御部３５は、直流電圧指令部４１、減算器４２，４６、直流電圧制御部４３、正弦波発生器４４、乗算器４５、電流制御部４７、加算器４８，５０、バランス制御部４９、ＰＷＭ制御部５１を備える。
【0056】
直流電圧指令部４１は、直流電圧ＶＤ（直流電圧帰還値）、直流電圧定格値ＶＤｒ、および信号φＳ２，φＢ１に基づいて、直流電圧指令値ＶＤｃを生成する。信号φＢ１が「Ｌ」レベルである場合（遮断器Ｂ１がオフしている場合）には、直流電圧指令部４１は、直流電圧ＶＤをそのまま直流電圧指令値ＶＤｃとして出力する（ＶＤｃ＝ＶＤ）。
【0057】
信号φＢ１が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられたとき（遮断器Ｂ１がオンされたとき）には、そのときの直流電圧ＶＤを保持し、保持した直流電圧ＶＤを直流電圧指令値ＶＤｃとして出力する（ＶＤｃ＝ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２）。
【0058】
信号φＢ１が「Ｈ」レベルであり、信号φＳ２が「Ｌ」レベルである場合（遮断器Ｂ１がオンされ、スイッチＳ２がオフされた場合）には、直流電圧指令部４１は、直流電圧定格値ＶＤｒを直流電圧指令値ＶＤｃとして出力する（ＶＤｃ＝ＶＤｒ）。
【0059】
【0060】
ラッチ回路６１は、信号φＢ１（図２）が「Ｌ」レベルにされている場合（すなわち、遮断器Ｂ１がオフされている場合）には、直流電圧ＶＤをそのまま出力する。また、ラッチ回路６１は、信号φＢ１が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられたとき（すなわち、遮断器Ｂ１がオンされたとき）には、そのときの直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２を保持および出力する。
【0061】
ゲート回路６２は、信号φＳ２（図２）および信号φＢ１に基づいて信号φ６２を生成する。信号φＳ２が「Ｈ」レベルにされている場合（すなわちスイッチＳ２がオンされている場合）、または信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされている場合（すなわち、遮断器Ｂ１がオフされている場合）には、信号φ６２は「Ｌ」レベルにされる。信号φＢ１が「Ｈ」レベルにされ（すなわち、遮断器Ｂ１がオンされ）、かつ信号φＳ２（図２）が「Ｌ」レベルにされた場合（すなわち、スイッチＳ２がオフされた場合）には、信号φ６２は「Ｈ」レベルにされる。
【0062】
スイッチ６３は、切換端子６３ａ，６３ｂおよび共通端子６３ｃを含む。切換端子６３ａは、ラッチ回路６１の出力電圧を受ける。切換端子６３ｂは、直流電圧定格値ＶＤｒを受ける。共通端子６３ｃは、変化率制限部６４に接続される。ゲート回路６２の出力信号φ６２が「Ｌ」レベルにされている場合には、端子６３ａ，６３ｃ間が導通する。ゲート回路６２の出力信号φ６２が「Ｈ」レベルにされている場合には、端子６３ｂ，６３ｃ間が導通する。ゲート回路６２およびスイッチ６３は、ラッチ回路６１の出力電圧ＶＤまたは直流電圧定格値ＶＤｒを選択する選択回路を構成する。
【0063】
変化率制限部６４は、直流電圧指令値ＶＤｃの変化率を一定値以下に制限しながら、スイッチ６３の共通端子６３ｃから受けた直流電圧ＶＤまたは直流電圧定格値ＶＤｒを直流電圧指令値ＶＤｃとして出力する。変化率制限部６４は、選択回路によって選択されたラッチ回路６１の出力電圧ＶＤまたは直流電圧定格値ＶＤｒに基づいて直流電圧指令値ＶＤｃを生成する指令値生成部を構成する。
【0064】
【0065】
直流電圧制御部４３は、信号φＢ１が「Ｈ」レベルにされている場合には、電圧ΔＶＤが０Ｖとなるように、変圧器３の１次巻線３ａと遮断器Ｂ１の他方端子との間に流れる電流を制御するための電流指令値Ｉ＊を算出する。直流電圧制御部４３は、たとえば、直流電圧ΔＶＤを比例演算または比例積分演算することにより電流指令値Ｉ＊を算出する。
【0066】
減算器４６は、電流指令値Ｉ＊と電流検出器２の出力信号によって示される交流電流の検出値Ｉｄとの差を算出する。
【0067】
電流制御部４７は、電流指令値Ｉ＊と電流検出値ＩＡｄとの差が０となるように、正弦波状に変化する電圧指令値ＶＡ１ａ＊を生成する。電流制御部４７は、たとえば電流指令値Ｉ＊と電流検出値Ｉｄとの差を比例制御または比例積分制御に従って増幅することにより電圧指令値ＶＡ１ａ＊を生成する。加算器４８は、電圧指令値ＶＡ１ａ＊と電圧検出器２１の出力信号によって示される交流電圧ＶＡ１の検出値ＶＡ１ｄとを加算して電圧指令値ＶＡ１＊を生成する。
【0068】
バランス制御部４９は、信号φＢ１および直流電圧ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎに基づいて、電圧指令値Ｖ＊を生成する。たとえばバランス制御部４９は、直流電圧ΔＥを比例演算または比例積分演算することにより電圧指令値Ｖ＊を生成する。
【0069】
信号φＢ１が「Ｈ」レベルであり、かつΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎ＞０である場合には、コンデンサＣ１の充電時間がコンデンサＣ２の充電時間よりも短くなるように、電圧指令値Ｖ＊が生成される。信号φＢ１が「Ｈ」レベルであり、かつΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎ＜０である場合には、コンデンサＣ１の充電時間がコンデンサＣ２の充電時間よりも長くなるように、電圧指令値Ｖ＊が生成される。信号φＢ１が「Ｌ」レベルである場合には、電圧指令値Ｖ＊は０にされ、バランス制御は実行されない。加算器５０は、電圧指令値ＶＡ１＊，Ｖ＊を加算して電圧指令値ＶＡ１ｃを生成する。
【0070】
ＰＷＭ制御部５１は、電圧指令値ＶＡ１ｃに基づいて、電圧検出器２１の出力信号によって示される交流電圧の検出値ＶＡ１ｄを電圧指令値ＶＡ１ｃに等しくするための複数のゲート信号Ｇを出力する。このゲート信号Ｇは、コンバータ４に含まれる複数のサイリスタを駆動するための信号である。
【0071】
図６は、本実施の形態の効果を説明するためのタイムチャートである。図６において、（Ａ）は遮断器Ｂ１を制御する信号φＢ１の波形を示し、（Ｂ）はスイッチＳ２を制御する信号φＳ２の波形を示し、（Ｃ）は直流電圧制御の停止期間および実行期間を示し、（Ｄ）は電圧指令値ＶＤｃの変化を示し、（Ｅ）は初充電電源９の出力電流Ｉ９の実効値の変化を示している。
【0072】
初期状態（時刻ｔ０）では、信号φＳ２が「Ｈ」レベルにされてスイッチＳ２がオンされ、コンデンサＣ１，Ｃ２は整流器１２，１３によって直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２に充電されている。直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２の各々は、初充電電源９の出力電圧ＶＡ５、変圧器１１の構成、整流器１２，１３の構成などによって定められる一定値である。図６では、直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２が直流電圧定格値ＶＤｒよりも若干高くなっている場合が示されている。なお、スイッチＳ１もオンされている。
【0073】
また、初期状態（時刻ｔ０）では、信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされて遮断器Ｂ１がオフされ、コンバータ４の直流電圧制御は停止されている。このため、直流電圧ＶＤは整流器１２，１３によって一定値（ＶＤ１＋ＶＤ２）に維持されている。
【0074】
このとき、コンバータ４は、直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２を交流電圧ＶＡ３に変換して交流端子４ａに出力する。コンバータ４は、制御部３５（図３）により、遮断器Ｂ１の他方端子の交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が商用交流電源１６から供給される交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期するように制御される。
【0075】
このとき、初充電電源９からスイッチＳ１，Ｓ２、変圧器１１、整流器１２，１３、コンバータ４、および変圧器３を介して高調波フィルタ１に交流電流Ｉ９が流れる。交流電流Ｉ９は、小さな値に設定されている。
【0076】
また、信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされているので、直流電圧ＶＤがそのままラッチ回路６１（図５）を通過し、さらにスイッチ６３および変化率制限部６４（図５）を通過して直流電圧指令値ＶＤｃとなっている（ＶＤｃ＝ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２）。
【0077】
交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期したことに応じて、制御部２３によって、信号φＢ１が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられ、遮断器Ｂ１がオンされる（時刻ｔ１）。
【0078】
また、信号φＢ１の立ち上りエッジに応答して、ラッチ回路６１によって直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２が保持および出力される。この時点では、信号φＳ２が「Ｈ」レベルであるので、ラッチ回路６１の出力電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２がスイッチ６３および変化率制限部６４を通過して直流電圧指令値ＶＤｃとなる（ＶＤｃ＝ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２）。したがって、時刻ｔ１では直流電圧指令値ＶＤｃは変化しない。
【0079】
また、信号φＢ１が「Ｈ」レベルにされると、制御部３５（図３、図４）によってコンバータ４の直流電圧制御が実行される。コンバータ４は、交流電圧ＶＡ３を直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに変換して直流ラインＬ１～Ｌ３に出力する。制御部３５は、直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎが直流電圧指令値ＶＤｃ＝ＶＤ１＋ＶＤ２になるように、コンバータ４を制御する。このため、整流器１２，１３とコンバータ４の間にはほとんど電流は流れず、初充電電源９の出力電流Ｉ９は小さな値に維持され、初充電電源９と商用交流電源１６の間に流れる循環電流は小さな値に抑制される。
【0080】
スイッチＳ１がオフされた後の時刻ｔ２において、信号φＳ２が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると、スイッチＳ２がオフされて初期充電が停止され、初充電電源９の出力電流Ｉ９は０Ａになる。
【0081】
また、信号φＳ２が「Ｌ」レベルにされると、ゲート回路６２（図５）の出力信号φ６２が「Ｈ」レベルにされ、スイッチ６３（図５）の端子６３ｂ，６３ｃ間が導通し、直流電圧ＶＤの代わりに直流電圧定格値ＶＤｒが変化率制限部６４に与えられる。直流電圧指令値ＶＤｃは、変化率制限部６４により、直流電圧ＶＤから直流電圧定格値ＶＤｒに徐々に変更される（ＶＤｃ＝ＶＤｒ）。制御部３５は、直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎが直流電圧指令値ＶＤｃ＝ＶＤｒになるように、コンバータ４を制御する。
【0082】
以上のように、本実施の形態では、直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤを検出し、その検出値を直流電圧帰還値ＶＤとして出力する電圧検出部（電圧検出器３１，３２および加算器３３）を設け、スイッチＳ２および遮断器Ｂ１の両方がオンされたことに応じて直流電圧帰還値ＶＤを保持し、保持した直流電圧帰還値ＶＤを直流電圧指令値ＶＤｃとして出力し、電圧検出部から出力される直流電圧帰還値ＶＤが直流電圧指令値ＶＤｃになるようにコンバータ４を制御する。
【0083】
したがって、スイッチＳ２および遮断器Ｂ１の両方がオンされている期間には、整流器１２，１３によってコンデンサＣ１，Ｃ２を直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２に充電するとともに、コンバータ４によってコンデンサＣ１，Ｃ２を直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２に充電するので、整流器１２，１３とコンバータ４の間に流れる電流を小さく抑制し、初充電電源９と商用交流電源１６の間に流れる循環電流を小さく抑制することができる。
【0084】
[比較例１]
図７は、本実施の形態の比較例１となる可変速揚水発電システムの要部を示すブロック図であって、図５と対比される図である。この比較例１が上記実施の形態と異なる点は、直流電圧指令部４１が直流電圧指令部４１Ａで置換されている点である。直流電圧指令部４１Ａは、直流電圧指令部４１からラッチ回路６１およびゲート回路６２を除去したものである。
図７は、本実施の形態の比較例１となる可変速揚水発電システムの要部を示すブロック図であって、図５と対比される図である。この比較例１が上記実施の形態と異なる点は、直流電圧指令部４１が直流電圧指令部４１Ａで置換されている点である。直流電圧指令部４１Ａは、直流電圧指令部４１からラッチ回路６１およびゲート回路６２を除去したものである。
【0085】
スイッチ６３の切換端子６３ａは、直流電圧ＶＤを受ける。スイッチ６３は、信号φＢ１によって制御される。信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされている場合には、直流電圧ＶＤが変化率制限部６４に与えられる。信号φＢ１が「Ｈ」レベルにされた場合には、直流電圧定格値ＶＤｒが変化率制限部６４に与えられる。
【0086】
図８は、比較例１の問題点を説明するためのタイムチャートであって、図６と対比される図である。図８において、（Ａ）は遮断器Ｂ１を制御する信号φＢ１の波形を示し、（Ｂ）はスイッチＳ２を制御する信号φＳ２の波形を示し、（Ｃ）は直流電圧制御の停止期間および実行期間を示し、（Ｄ）は電圧指令値ＶＤｃの変化を示し、（Ｅ）は初充電電源９の出力電流Ｉ９の実効値の変化を示している。
【0087】
初期状態（時刻ｔ０）では、上記実施の形態と同様に、信号φＳ２が「Ｈ」レベルにされてスイッチＳ２がオンされ、コンデンサＣ１，Ｃ２は直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２に充電されている。また、信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされて遮断器Ｂ１がオフされ、コンバータ４の直流電圧制御は停止されている。このため、直流電圧ＶＤは整流器１２，１３によって一定値（ＶＤ１＋ＶＤ２）に維持されている。なお、スイッチＳ１もオンされている。
【0088】
また、信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされているので、直流電圧ＶＤがスイッチ６３および変化率制限部６４（図７）を通過して直流電圧指令値ＶＤｃとなっている（ＶＤｃ＝ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２）。
【0089】
交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期したことに応じて、制御部２３によって、信号φＢ１が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられ、遮断器Ｂ１がオンされる（時刻ｔ１）。
【0090】
また、信号φＢ１が「Ｈ」レベルに立ち上げられると、スイッチ６３の端子６３ｂ，６３ｃ間が導通し、直流電圧定格値ＶＤｒがスイッチ６３を介して変化率制限部６４に与えられ、直流電圧指令値ＶＤｃは直流電圧ＶＤＣ＝ＶＤ１＋ＶＤ２から直流電圧定格値ＶＤｒに徐々に変更される（ＶＤｃ＝ＶＤｒ）。
【0091】
また、信号φＢ１が「Ｈ」レベルにされると、制御部３５（図３、図４）によってコンバータ４の直流電圧制御が実行される。コンバータ４は、交流電圧ＶＡ３を直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに変換して直流ラインＬ１～Ｌ３に出力する。制御部３５は、直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎが直流電圧指令値ＶＤｃ＝ＶＤｒになるように、コンバータ４を制御する。
【0092】
このとき、整流器１２，１３がコンデンサＣ１，Ｃ２を直流電圧ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２に充電するとともに、制御部３５がコンデンサＣ１，Ｃ２の直流電圧ＶＤが直流電圧定格値ＶＤｒになるようにコンバータ４を制御する。ここではＶＤ１＋ＶＤ２＞ＶＤｒであるので、整流器１２，１３からコンバータ４に電流Ｉ９が流れ、初充電電源９と商用交流電源１６の間に循環電流Ｉ９が流れてしまう。
【0093】
スイッチＳ１がオフされた後の時刻ｔ２において、信号φＳ２が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると、スイッチＳ２がオフされて初期充電が停止され、初充電電源９の出力電流は０Ａになる。
【0094】
したがって、この比較例１では、初充電電源９と商用交流電源１６の間に流れる循環電流が実施の形態よりも大きくなる。
【0095】
[比較例２]
比較例１では、スイッチＳ２および遮断器Ｂ１の両方がオンしているときにコンバータ４の直流電圧制御を実行したために、初充電電源９と商用交流電源１６との間に循環電流が流れた。そこで、比較例２では、スイッチＳ２がオフされた後に、コンバータ４の直流電圧制御を実行する。
比較例１では、スイッチＳ２および遮断器Ｂ１の両方がオンしているときにコンバータ４の直流電圧制御を実行したために、初充電電源９と商用交流電源１６との間に循環電流が流れた。そこで、比較例２では、スイッチＳ２がオフされた後に、コンバータ４の直流電圧制御を実行する。
【0096】
図９は、本実施の形態の比較例２となる可変速揚水発電システムの要部を示すブロック図であって、図７と対比される図である。この比較例２が上記比較例１と異なる点は、直流電圧指令部４１Ａが直流電圧指令部４１Ｂで置換されている点である。直流電圧指令部４１Ｂは、直流電圧指令部４１Ａに遅延回路６５を追加したものである。
【0097】
遅延回路６５は、信号φＢ１の立ち上りエッジを遅延させて信号φＢ１ａを生成する。信号φＢ１ａは、スイッチ６３を制御するとともに、コンバータ４の直流電圧制御の開始を指示するために使用される。信号Ｂ１ａは、信号φＢ１の代わりに直流電圧制御部４３およびバランス制御部４９に与えられる。
【0098】
信号φＢ１ａが「Ｌ」レベルにされている場合には、直流電圧ＶＤがスイッチ６３を介して変化率制限部６４に与えられるとともに、コンバータ４の直流電圧制御は停止される。信号φＢ１ａが「Ｈ」レベルにされた場合には、直流電圧定格値ＶＤｒが変化率制限部６４に与えられるとともに、コンバータ４の直流電圧制御が開始される。
【0099】
図１０は、比較例２の問題点を説明するためのタイムチャートであって、図６と対比される図である。図１０において、（Ａ）は遮断器Ｂ１を制御する信号φＢ１の波形を示し、（Ｂ）はスイッチＳ２を制御する信号φＳ２の波形を示し、（Ｃ）は信号φＢ１ａの波形を示し、（Ｄ）は直流電圧制御の停止期間および実行期間を示し、（Ｅ）は電圧指令値ＶＤｃの変化を示し、（Ｆ）は初充電電源９の出力電流Ｉ９の実効値の変化を示している。
【0100】
初期状態（時刻ｔ０）では、上記実施の形態と同様に、信号φＳ２が「Ｈ」レベルにされてスイッチＳ２がオンされ、コンデンサＣ１，Ｃ２は直流電圧ＶＤ１，ＶＤ２に充電されている。また、信号φＢ１が「Ｌ」レベルにされて遮断器Ｂ１がオフされ、コンバータ４の直流電圧制御は停止されている。このため、直流電圧ＶＤは整流器１２，１３によって一定値（ＶＤ１＋ＶＤ２）に維持されている。なお、スイッチＳ１もオンされている。
【0101】
また、信号φＢ１ａが「Ｌ」レベルにされているので、直流電圧ＶＤがスイッチ６３および変化率制限部６４（図７）を通過して直流電圧指令値ＶＤｃとなっている（ＶＤｃ＝ＶＤ＝ＶＤ１＋ＶＤ２）。
【0102】
交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期したことに応じて、制御部２３によって、信号φＢ１が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられ、遮断器Ｂ１がオンされる（時刻ｔ１）。
【0103】
このとき、交流電圧ＶＡ２の位相および振幅が交流電圧ＶＡ１の位相および振幅に同期しているが、完全には一致していない。ここでは、交流電圧ＶＡ２の位相が交流電圧ＶＡ１の位相よりも若干進んでいるものとする。この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２からコンバータ４、変圧器３、および遮断器Ｂ１を介して商用交流電源１６に回生電流が流れ、直流電圧ＶＤが徐々に低下する（時刻ｔ１～ｔ３）。
【0104】
直流電圧ＶＤが低下すると、初充電電源９からスイッチＳ１，Ｓ２、変圧器１１、および整流器１２，１３を介してコンデンサＣ１，Ｃ２に電流Ｉ９が流れる。直流電圧ＶＤが徐々に低下すると、電流Ｉ９は徐々に増大する（時刻ｔ１～ｔ２）。スイッチＳ１がオフされた後の時刻ｔ２において、信号φＳ２が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると、スイッチＳ２がオフされて初期充電が停止され、初充電電源９の出力電流Ｉ９は０Ａになる。したがって、時刻ｔ１～ｔ２において大きな循環電流が流れてしまう。
【0105】
スイッチＳ２がオフされた後も、コンデンサＣ１，Ｃ２からコンバータ４、変圧器３、および遮断器Ｂ１を介して商用交流電源１６に回生電流が流れ、直流電圧ＶＤが徐々に低下する（時刻ｔ２～ｔ３）。
【0106】
スイッチＳ２がオフされた後の時刻ｔ３において、信号φＢ１ａが「Ｈ」レベルに立ち上げられると、スイッチ６３の端子６３ｂ，６３ｃ間が導通し、直流電圧定格値ＶＤｒがスイッチ６３を介して変化率制限部６４に与えられ、直流電圧指令値ＶＤｃは直流電圧ＶＤから直流電圧定格値ＶＤｒに徐々に変更される（ＶＤｃ＝ＶＤｒ）。
【0107】
また、信号φＢ１ａが「Ｈ」レベルにされると、制御部３５（図３、図４）によってコンバータ４の直流電圧制御が実行される。コンバータ４は、交流電圧ＶＡ３を直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに変換して直流ラインＬ１～Ｌ３に出力する。制御部３５は、直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎが直流電圧指令値ＶＤｃ＝ＶＤｒになるように、コンバータ４を制御する。
【0108】
したがって、この比較例２では、実施の形態と比べ、初充電電源９と商用交流電源１６の間に大きな循環電流が流れ、また、直流電圧ＶＤが大きく変動する。
【0109】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0110】
Ｂ１ 遮断器、１ 高調波フィルタ、２ 電流検出器、３，１１ 変圧器、４ コンバータ、Ｌ１～Ｌ３ 直流ライン、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、５ インバータ、６ 二重給電可変速発電電動機、７ ポンプ水車、８ 回転速度検出器、９ 初充電電源、Ｓ１，Ｓ２，６３ スイッチ、１０ 限流抵抗器、１２，１３ 整流器、１４ 操作部、１５ 制御装置、１６ 商用交流電源、２１，２２，３１，３２ 電圧検出器、２３，３５ 制御部、３３，４８，５０ 加算器、３４，４２，４６ 減算器、４１，４１Ａ，４１Ｂ 直流電圧指令部、４３ 直流電圧制御部、４４ 正弦波発生器、４５ 乗算器、４７ 電流制御部、４９ バランス制御部、５１ ＰＷＭ制御部、６１ ラッチ回路、６２ ゲート回路、６４ 変化率制限部、６５ 遅延回路。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】