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(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】2022-10-14
(45)【発行日】2022-10-24
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20221017BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 R
H02M7/48 M
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2018245629
(22)【出願日】2018-12-27
(65)【公開番号】P2020108274
(43)【公開日】2020-07-09
【審査請求日】2021-10-11
(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】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】金子 恭大
(72)【発明者】
【氏名】新井 卓郎
(72)【発明者】
【氏名】児山 裕史
(72)【発明者】
【氏名】森島 洋一
【審査官】麻生 哲朗
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１７１２５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１６３７５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１１９７７２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力系統と電気的に接続する交流端子と、直流負荷と電気的に接続する正側直流端子および負側直流端子と、ゲート信号に基づいて動作するスイッチング素子を少なくとも１つ含むアーム変換器と、を備え、前記正側直流端子と前記負側直流端子との間に２つの前記アーム変換器を直列に接続し、２つの前記アーム変換器間と前記交流端子とを電気的に接続した相変換器を少なくとも１つと、を備え、交流電力と直流電力を互いに変換する電力変換部と、前記相変換器の複数の前記スイッチング素子の動作を制御するための操作量を演算する第１演算処理部と、
前記操作量に応じた前記ゲート信号を生成し、前記電力変換部に送信するゲート信号生成部と、前記電力系統にて瞬時電圧低下が生じたことを検知する瞬低検知処理部と、を備えた第２演算処理部と、
前記交流端子もしくは前記アーム変換器に流れる電流値を取得し、第２演算処理部へ送信する電流検出部と、を備え、
前記瞬低検知処理部は、前記電流値が予め設定された範囲を逸脱したときに、前記電流値の時間変化率があらかじめ設定された範囲を逸脱したか否かに基づいて前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したか否か判断し、前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したと判断したときに、前記電力変換部の出力を停止する前記ゲート信号を生成し、前記電力変換部の出力を停止した旨を示す信号を前記第１演算処理部へ送信することを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
前記瞬低検知処理部は初期値が所定値のカウンタを備え、前記交流端子もしくは前記アーム変換器に流れる電流の時間変化率が予め設定された範囲を逸脱したときに前記カウンタの値を加算若しくは減算し、前記カウンタの値が所定の範囲を逸脱したときに前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したと判断することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
電力系統と電気的に接続する交流端子と、直流負荷と電気的に接続する正側直流端子および負側直流端子と、ゲート信号に基づいて動作するスイッチング素子を少なくとも１つ含むアーム変換器と、を備え、前記正側直流端子と前記負側直流端子との間に２つの前記アーム変換器を直列に接続し、２つの前記アーム変換器間と前記交流端子とを電気的に接続した相変換器を少なくとも１つと、を備え、交流電力と直流電力を互いに変換する電力変換部と、前記相変換器の複数の前記スイッチング素子の動作を制御するための操作量を演算する第１演算処理部と、
前記操作量に応じた前記ゲート信号を生成し、前記電力変換部に送信するゲート信号生成部と、前記電力系統にて瞬時電圧低下が生じたことを検知する瞬低検知処理部と、を備えた第２演算処理部と、
前記交流端子もしくは前記アーム変換器に流れる電流値を取得し前記第２演算処理部へ送信する電流検出部と、を備え
前記交流端子における対地間電圧、若しくは、複数の前記相変換器の前記交流端子と接続された交流ライン間に印加される電圧の値を取得し前記第２演算処理部に送信する電圧検出部を有し、
前記瞬低検知処理部は、前記電流値が予め設定された範囲を逸脱したときに、前記電圧値の絶対値の総和を計算し、前記絶対値の総和があらかじめ設定した閾値以下となったときに、前記電力系統にて瞬時電圧低下が発生したと判断することを特徴とする電力変換装置。
【請求項4】
前記交流端子における対地間電圧、若しくは、複数の前記相変換器の前記交流端子と接続された交流ライン間に印加される電圧の値を取得し前記第２演算処理部に送信する電圧検出部を有し、前記瞬低検知処理部は、前記電圧値の絶対値の総和を計算し、前記絶対値の総和があらかじめ設定した閾値以下となったときに、前記電力系統にて瞬時電圧低下が発生したと判断することを特徴とする、請求項１または請求項２記載の電力変換装置。
【請求項5】
電力系統と電気的に接続する交流端子と、直流負荷と電気的に接続する正側直流端子および負側直流端子と、ゲート信号に基づいて動作するスイッチング素子を少なくとも１つ含むアーム変換器と、を備え、前記正側直流端子と前記負側直流端子との間に２つの前記アーム変換器を直列に接続し、２つの前記アーム変換器間と前記交流端子とを電気的に接続した相変換器を少なくとも１つと、を備え、交流電力と直流電力を互いに変換する電力変換部と、前記相変換器の複数の前記スイッチング素子の動作を制御するための操作量を演算する第１演算処理部と、
前記操作量に応じた前記ゲート信号を生成し、前記電力変換部に送信するゲート信号生成部と、前記電力系統にて瞬時電圧低下が生じたことを検知する瞬低検知処理部と、を備えた第２演算処理部と、
前記交流端子もしくは前記アーム変換器に流れる電流値を取得し前記第２演算処理部へ送信する電流検出部と、を備え
前記交流端子における対地間電圧、若しくは、複数の前記相変換器の前記交流端子と接続された交流ライン間に印加される電圧の値を取得し前記第２演算処理部に送信する電圧検出部と、を有し、
前記瞬低検知処理部は、前記電流値が予め設定された範囲を逸脱したときに、前記電圧値の時間変化率を演算し、前記電圧値の時間変化率があらかじめ設定した範囲を逸脱したときに、前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したと判断する電力変換装置。
【請求項6】
前記交流端子における対地間電圧、若しくは、複数の前記相変換器の前記交流端子と接続された交流ライン間に印加される電圧値を取得し前記第２演算処理部に送信する電圧検出部を有し、前記瞬低検知処理部は、前記電圧値の時間変化率を演算し、前記電圧値の時間変化率があらかじめ設定した範囲を逸脱したときに、前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したと判断することを特徴とする、請求項１または請求項２記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記交流端子における対地間電圧、若しくは、複数の前記相変換器の前記交流端子と接続された交流ライン間に印加される電圧値を取得し前記第１演算処理部に送信する電圧検出部、を有し、前記第１演算処理部は、前記電力変換部の出力を停止した旨を示す信号を受信してから所定時間経過後の前記電力系統の残電圧が所定の閾値以上であるとき、前記電力変換部の出力を前記電力系統の残電圧に応じた値に復帰させることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記交流端子における対地間電圧、若しくは、複数の前記相変換器の前記交流端子と接続された交流ライン間に印加される電圧値を取得し前記第１演算処理部に送信する電圧検出部、を有し、前記第１演算処理部は、前記電力変換部の出力を停止した旨を示す信号を受信してから所定時間経過後の前記電力系統の残電圧が所定の閾値未満であるとき、前記電力系統の電圧が復帰した後に、前記電力変換部の出力を瞬時電圧低下発生前の出力まで復帰させることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記第２演算処理部の演算周期は、前記第１演算処理部よりも短い周期で演算することが可能であることを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の電力変換装置。
【請求項10】
前記第２演算処理部は、プログラマブルロジックデバイスを備えることを特徴とする、請求項９記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電力系統に連系される太陽光発電装置や蓄電装置、風力発電装置などの再生可能エネルギーが増加している。これに伴い、電力系統の総発電量に占める再生可能エネルギーに基づく電力量の割合も増加している。
【0003】
再生可能エネルギーに基づく電力を出力する装置を電力系統に連系するときには、電力変換器が用いられる。例えば、系統送電線の事故などによる一過性の系統擾乱が起きたときに、電力変換器が一斉に解列したり出力低下が継続したりすると、系統全体の電圧や周波数に悪影響を与える恐れがある。そのため、電力系統で発生する瞬時電圧低下（瞬低）や周波数変動などの系統擾乱に対しては、運転を継続あるいは一時的に電力変換器の出力を停止し、電圧復帰後に即座に出力を復帰する機能（ＦＲＴ：Fault Ride Through）が求められる。日本国内では、例えば系統連系規程JEAC9701-2016において、系統連系する電力変換器が遵守すべきＦＲＴ要件について規定されている。
【0004】
系統連系する電力変換器は交流（ＡＣ）ラインに挿入されたＡＣリアクトルを備えると。瞬時電圧低下が発生すると、電圧低下の度合いに応じてＡＣリアクトルに過大な電圧が印加され、ＡＣリアクトルの容量や、印加される電圧の大きさ、電圧が印加される時間に応じて、ＡＣラインやスイッチング素子に電流が流れる。このときスイッチング素子の劣化や破損を招くほどの大電流が流れた場合には、安全性が確保できるまで電力変換器を停止させて電力系統から解列する必要がある。電力変換器が電力系統から解列した場合、電力変換器の出力が復帰するまでの時間が長くなり、系統連系規程のＦＲＴ要件を遵守することができない可能性がある。したがって、ＦＲＴ要件を遵守するためには、電力系統にて瞬時電圧低下が発生したことを高速に検知し、電力変換器の出力を一時的に停止することでＡＣラインに流れる過電流を極力抑制し、電力系統から電力変換器が解列することを回避する必要がある。
【0005】
一方で、近年、ＡＣリアクトルの小型化、低コスト化を目的として、連系インピーダンスを低減可能な回路技術が開発されている。例えば、交流側の電圧波形を多段化するマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular Multi-level Converter）や中性点クランプ方式のマルチレベル変換器、フライングキャパシタ方式のマルチレベル変換器などや、ＳｉＣやＧａＮなどの半導体を用いたスイッチング素子を備え、交流側の電圧を高周波化する高周波コンバータなどは、連系インピーダンスを低減可能な回路である。これら連系インピーダンスが小さい回路を含む装置では、瞬時電圧低下時にＡＣラインに流れる電流が大きくなるため、瞬時電圧低下時の過電流をさらに高速に検出することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１３－７８２０７号公報
【文献】特開２０１７－１６３７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、電力系統の瞬時電圧低下時に電力変換器の出力を一時的に停止し、瞬時電圧低下による過電流を抑制可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態による電力変換装置は、電力系統と電気的に接続する交流端子と、直流負荷と電気的に接続する正側直流端子および負側直流端子と、ゲート信号に基づいて動作するスイッチング素子を少なくとも１つ含むアーム変換器と、を備え、前記正側直流端子と前記負側直流端子との間に２つの前記アーム変換器を直列に接続し、２つの前記アーム変換器間と前記交流端子とを電気的に接続した相変換器を少なくとも１つと、を備え、交流電力と直流電力を互いに変換する電力変換部と、前記相変換器の複数の前記スイッチング素子の動作を制御するための操作量を演算する第１演算処理部と、前記操作量に応じた前記ゲート信号を生成し、前記電力変換部に送信するゲート信号生成部と、前記電力系統にて瞬時電圧低下が生じたことを検知する瞬低検知処理部と、を備えた第２演算処理部と、前記交流端子もしくは前記アーム変換器に流れる電流値を取得し、第２演算処理部へ送信する電流検出部と、を備え、前記瞬低検知処理部は、前記電流値が予め設定された範囲を逸脱したときに、前記電流値の時間変化率があらかじめ設定された範囲を逸脱したか否かに基づいて前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したか否か判断し、前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したと判断したときに、前記電力変換部の出力を停止する前記ゲート信号を生成し、前記電力変換部の出力を停止した旨を示す信号を前記第１演算処理部へ送信する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態の電力変換装置について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態の電力変換装置の構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の電力変換装置１００は、電力変換部１０と、第１演算処理部１２と、第２演算処理部１３と、電流センサ１４と、電流検出部１５と、電圧センサ１６と、電圧検出部１７と、を備えている。
なお、電流センサ１４と、電圧センサ１６とは、電力変換装置１００の外部に設けられても構わない。
図１は、一実施形態の電力変換装置の構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の電力変換装置１００は、電力変換部１０と、第１演算処理部１２と、第２演算処理部１３と、電流センサ１４と、電流検出部１５と、電圧センサ１６と、電圧検出部１７と、を備えている。
なお、電流センサ１４と、電圧センサ１６とは、電力変換装置１００の外部に設けられても構わない。
【0011】
電力変換部１０は、交流端子ＮＡＣと、正側直流端子ＮＤＣＰと負側直流端子ＮＤＣＮと、少なくとも１つの相変換器１１と、を備えている。本実施形態において、電力変換部１０は、直流電力と交流電力とを相互に変換する回路であって、三相交流系統と接続される場合、Ｕ相、Ｖ相、および、Ｗ相に対応する３つの相変換器１１を備えている。
【0012】
交流端子ＮＡＣは、交流ラインを介して電力系統１と電気的に接続される。
正側直流端子ＮＤＣＰと負側直流端子ＮＤＣＮは、図示しない直流負荷と電気的に接続可能である。なお、正側直流端子ＮＤＣＰと負側直流端子ＮＤＣＮには、直流負荷として太陽光発電装置や、蓄電装置、風力発電装置を接続することができる。
正側直流端子ＮＤＣＰと負側直流端子ＮＤＣＮは、図示しない直流負荷と電気的に接続可能である。なお、正側直流端子ＮＤＣＰと負側直流端子ＮＤＣＮには、直流負荷として太陽光発電装置や、蓄電装置、風力発電装置を接続することができる。
【0013】
相変換器１１は、２レベル電力変換器又はマルチレベル電力変換器であって、アーム変換器Ａ１、Ａ２と、交流ラインに挿入されるＡＣリアクトル、またはアーム変換器Ａ１、Ａ２に直列接続されるバッファリアクトル（図示せず）と、を備えている。アーム変換器Ａ１、Ａ２のぞれぞれは、図示しないスイッチング素子を少なくとも１つ備えている。
ＡＣリアクトル、またはバッファリアクトルは、交流端子ＮＡＣ交流ラインに連系インピーダンスを形成する。
ＡＣリアクトル、またはバッファリアクトルは、交流端子ＮＡＣ交流ラインに連系インピーダンスを形成する。
【0014】
スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（半導体電界効果トランジスタ：Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＩＥＧＴ（電流注入促進型絶縁ゲートトランジスタ：Injection Enhanced Gate Transistor）などを採用することが可能である。複数のスイッチング素子は、後述する第２演算処理部１３から供給されるゲート信号に基づいて動作する。
【0015】
電流センサ１４は、例えば、ホール素子やシャント抵抗を用いるものを採用することができる。電流センサ１４は、電力変換部１０の交流端子ＮＡＣと電力系統１との間に電気的に接続された交流ラインに取り付けられ、電力変換部１０の交流端子ＮＡＣに流れる電流を検出する。
【0016】
電流センサ１４は、相変換器１１のスイッチング素子に流れる電流を検出可能な構成であれば上記構成に限定されるものではない。電流センサ１４は、電力変換部１０内の交流ラインに取り付けられ、交流端子ＮＡＣに流れる電流を検出してもよく、相変換器１１のアーム変換器Ａ１、Ａ２に流れる電流を検出するように構成されてもよい。
【0017】
図２Ａは、図１に示す電力変換装置の電流センサおよび電流検出部の他の構成例を概略的に示す図である。
図２Ａに示す例では、電流センサ１４は、アーム変換器Ａ１と交流端子ＮＡＣとの間と、アーム変換器Ａ２と交流端子ＮＡＣとの間とに取り付けられている。このように電流センサ１４を取り付けることにより、アーム変換器Ａ１に流れる電流ｉａｒｍｐと、アーム変換器Ａ２に流れる電流ｉａｒｍｎとを検出することが可能である。
図２Ａに示す例では、電流センサ１４は、アーム変換器Ａ１と交流端子ＮＡＣとの間と、アーム変換器Ａ２と交流端子ＮＡＣとの間とに取り付けられている。このように電流センサ１４を取り付けることにより、アーム変換器Ａ１に流れる電流ｉａｒｍｐと、アーム変換器Ａ２に流れる電流ｉａｒｍｎとを検出することが可能である。
【0018】
電流検出部１５は、電流センサ１４にて検出された電流値（若しくは電流相当値）を受信する。電流検出部１５は、電流センサ１４から受信した信号のノイズを除去するためのフィルタ処理や振幅調整を行い、検出した電流値を出力することができる。
【0019】
電圧センサ１６は、交流端子ＮＡＣの電圧を検出する。電圧センサ１６は、例えばアース電位などの基準電位に基づいて、交流端子ＮＡＣの電圧（対地間電圧）を検出することができる。電力変換部１０が複数の相変換器１１を備える場合には、電圧センサ１６は相電圧を検出してもよく、交流端子ＮＡＣと電力系統１との間に電気的に接続された複数の交流ラインの線間電圧を検出してもよい。
図２Ｂは、図１に示す電力変換装置の電圧センサおよび電圧検出部の他の構成例を概略的に示す図である。
図２Ｂに示す例では、電圧センサ１６は、複数の交流ライン（例えばＵ相およびＶ相）のそれぞれの電圧を取得し、いずれかの電圧を基準とした線間電圧Ｖ１２を電圧検出部１７へ出力する。
図２Ｂは、図１に示す電力変換装置の電圧センサおよび電圧検出部の他の構成例を概略的に示す図である。
図２Ｂに示す例では、電圧センサ１６は、複数の交流ライン（例えばＵ相およびＶ相）のそれぞれの電圧を取得し、いずれかの電圧を基準とした線間電圧Ｖ１２を電圧検出部１７へ出力する。
【0020】
電圧検出部１７は、電圧センサ１６にて検出された電圧値（若しくは電圧相当値）の振幅を調整し、交流電圧の検出値Ｘ５を第１演算処理部１２へ出力する。本実施形態では、検出値Ｘ５は、第１演算処理部１２のＡ／Ｄ変換器（図示せず）に入力される。なお、交流電圧の検出値Ｘ５は、電圧センサ１６で検出された値に準じた値である。
【0021】
第１演算処理部１２は、例えば交流端子ＮＡＣおよび直流側の電圧および電流の値を取得し、電力変換部１０の各相変換器１１に対する出力指令値など、スイッチング素子の動作を制御するための操作量Ｘ１を演算し、第２演算処理部１３へ出力する。第１演算処理部１２は、例えば、電流制御又は電圧制御を行う機能（図示せず）を備え、スイッチング素子の動作を制御するための各種操作量を演算することが可能である。
なお、第１演算処理部１２は、例えば、交流端子ＮＡＣおよび直流側の電圧および電流の値を検出するセンサと検出回路とを備えていてもよく、第２演算処理部１３を介して検出値を取得してもよく、電力変換装置１００の外部から検出値を取得してもよい。
なお、第１演算処理部１２は、例えば、交流端子ＮＡＣおよび直流側の電圧および電流の値を検出するセンサと検出回路とを備えていてもよく、第２演算処理部１３を介して検出値を取得してもよく、電力変換装置１００の外部から検出値を取得してもよい。
【0022】
第１演算処理部１２は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されるメモリ（図示せず）と、を備えている。
【0023】
第２演算処理部１３は、少なくとも１つのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）を含む演算部１３１と、Ａ／Ｄ変換器１３２と、メモリ１３Ｍと、を備えている。
【0024】
演算部１３１は、例えば、数ｎｓ～数十ｎｓのクロック周期で高速に演算処理を行うことが可能な回路として設定された集積回路である。第２演算処理部１３のプログラマブルロジックデバイスとしては、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）を採用することができる。
【0025】
Ａ／Ｄ変換器１３２は、電流検出部１５から出力された値を受信し、デジタル信号に変換して演算部１３１へ出力する。本実施形態において、例えば、Ａ／Ｄ変換器１３２の変換処理時間は１μｓ程度である。
【0026】
演算部１３１は、例えば、ゲート信号生成部１３１Ａと、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂと、を備えている。
ゲート信号生成部１３１Ａは、第１演算処理部１２から出力された操作量Ｘ１に従って、複数の相変換器１１のスイッチング素子を制御するゲート信号Ｘ２を生成する。ゲート信号Ｘ２の算出には、例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）により、操作量Ｘ１を満たすゲート信号Ｘ２を算出することができる。なお、ゲート信号生成部１３１Ａにおいてゲート信号Ｘ２を生成する際には、操作量Ｘ１に応じたゲート信号Ｘ２を算出可能であれば上記方法以外の方法も採用可能であって、例えば、ベクトル制御やルックアップテーブルを用いてゲート信号Ｘ２を算出する方法を用いることが可能である。
ゲート信号生成部１３１Ａは、第１演算処理部１２から出力された操作量Ｘ１に従って、複数の相変換器１１のスイッチング素子を制御するゲート信号Ｘ２を生成する。ゲート信号Ｘ２の算出には、例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）により、操作量Ｘ１を満たすゲート信号Ｘ２を算出することができる。なお、ゲート信号生成部１３１Ａにおいてゲート信号Ｘ２を生成する際には、操作量Ｘ１に応じたゲート信号Ｘ２を算出可能であれば上記方法以外の方法も採用可能であって、例えば、ベクトル制御やルックアップテーブルを用いてゲート信号Ｘ２を算出する方法を用いることが可能である。
【0027】
過電流・瞬低検知処理部１３１は、ゲート信号生成部１３１Ａにてゲート信号Ｘ２を算出する処理と同時に、複数の相変換器１１のスイッチング素子に流れる電流（若しくは交流端子ＮＡＣに流れる電流）の検出値Ｘ３を利用して、電力系統１における瞬時電圧低下の有無を検知するための演算を行う。なお、本実施形態において、同時に行われる処理とは、Ａ／Ｄ変換器１３２における変換処理の一周期内に行われる処理であり、変換処理一周期とは例えば１μｓ周期である。
【0028】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂ は、電力系統１における瞬時電圧低下を検知したときに、電力変換部１０の出力を停止させるゲート信号Ｘ２を生成して電力変換部１０へ送信する。また、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、電力系統１における瞬時電圧低下を検知したときに、第１演算処理部１２に出力停止動作開始信号Ｘ４を送信する。
【0029】
演算部１３１は、電力系統１における瞬時電圧低下が検知されたときに、電力変換部１０へ出力するゲート信号Ｘ２の値を、ゲート信号生成部１３１Ａの出力値から過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂの出力値へ切り替えることが可能である。また、電力系統１が瞬時電圧低下から復帰したときに、電力変換部１０へ出力するゲート信号Ｘ２の値を、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂの出力値からゲート信号生成部１３１Ａの出力値へ切り替えることが可能である。
【0030】
図３は、第１実施形態の電力変換装置における瞬低検知処理部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
最初に、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１３２から、複数のアーム変換器Ａ１、Ａ２に流れる電流（若しくは交流端子ＮＡＣに流れる電流）の検出値Ｘ３を取得する。検出値Ｘ３を取得する周期は、Ａ／Ｄ変換器１３２の変換周期に合わせることが望ましい。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、このとき取得した検出値Ｘ３をメモリ１３Ｍに記録する。(ステップＳ１)
最初に、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１３２から、複数のアーム変換器Ａ１、Ａ２に流れる電流（若しくは交流端子ＮＡＣに流れる電流）の検出値Ｘ３を取得する。検出値Ｘ３を取得する周期は、Ａ／Ｄ変換器１３２の変換周期に合わせることが望ましい。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、このとき取得した検出値Ｘ３をメモリ１３Ｍに記録する。(ステップＳ１)
【0031】
続いて、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、瞬時電圧低下の判定と出力停止に係る演算とを開始する。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、後述するステップＳ３－Ｓ５とステップＳ６とを並列に行う。（ステップＳ２）
まず、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにて、検出値Ｘ３の時間変化率を算出する処理（演算１）（ステップＳ６）について説明する。
まず、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにて、検出値Ｘ３の時間変化率を算出する処理（演算１）（ステップＳ６）について説明する。
【0032】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、メモリ１３Ｍに記録された一周期前の検出値Ｘ３と、検出値Ｘ３の現在値とを比較して、検出値Ｘ３の時間変化率（例えば単位時間当たりの検出値Ｘ３の変化量[Ａ／ｓ]）を算出することができる。なお、検出値Ｘ３の時間変化率を算出する方法は、微分演算であればよく、上記方法に限定されるものではない。また、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、検出値Ｘ３の高周波ノイズを除去するために、時間変化率の算出前に、検出値Ｘ３をフィルタ処理しても良い。
【0033】
次に、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、算出した検出値Ｘ３の時間変化率があらかじめ設定した上限値を超過したか、あるいは、あらかじめ設定した下限値より低下したかを判定する。ここで用いられる上限値と下限値は、定常運転時に検出値Ｘ３が変動する範囲よりも外側にあることが望ましい。
【0034】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、例えば、初期値ゼロのカウンタｎを備え、検出値Ｘ３の時間変化率が上限値を超過するか下限値よりも低下した（判定結果が正である）ときにカウンタｎの値を繰り上げ、検出値Ｘ３の時間変化率が下限値以上であり、かつ上限値以下である（判定結果が負である）ときにカウンタｎの値を０にリセットする。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、カウンタｎの値をメモリ１３Ｍに記録する。なお、カウンタｎの初期値はゼロに限定されるものではない。また、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、検出値Ｘ３の時間変化率が上限値を超過するか下限値よりも低下した（判定結果が正である）ときにカウンタｎの値を繰り下げてもよい。（ステップＳ６）
【0035】
次に、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにおける、過電流の判定および出力停止の処理（ステップＳ３－Ｓ５）について説明する。
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、検出値Ｘ３があらかじめ設定した上限値以上であるか、あらかじめ設定した下限値以下であるかを判定し（予め設定された範囲を超えたか否か判定し）、過電流であるか否か判断する。（ステップＳ３）
なお、上記ステップＳ３にて用いる上限値と下限値は、電力変換装置１００が電力系統１から解列されないように複数のアーム変換器に流れる電流（若しくは交流端子ＮＡＣに流れる電流）が過大になる前に電力変換部１０の出力を停止できるように設定される。連系インピーダンスが低い電力変換器では、瞬時電圧低下発生から電力変換部１０の出力を停止するまでの時間が、第１演算処理部１２の演算周期以下となる場合がある。
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、検出値Ｘ３があらかじめ設定した上限値以上であるか、あらかじめ設定した下限値以下であるかを判定し（予め設定された範囲を超えたか否か判定し）、過電流であるか否か判断する。（ステップＳ３）
なお、上記ステップＳ３にて用いる上限値と下限値は、電力変換装置１００が電力系統１から解列されないように複数のアーム変換器に流れる電流（若しくは交流端子ＮＡＣに流れる電流）が過大になる前に電力変換部１０の出力を停止できるように設定される。連系インピーダンスが低い電力変換器では、瞬時電圧低下発生から電力変換部１０の出力を停止するまでの時間が、第１演算処理部１２の演算周期以下となる場合がある。
【0036】
ステップＳ３にて、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、検出値Ｘ３が上限値よりも大きい又は下限値よりも小さいときに過電流であると判断し（ステップＳ３の判定結果を正とし）、ステップＳ４を実行する。ステップＳ４では、メモリ１３Ｍに記録されたカウンタｎの値、すなわち、直前の演算周期において上述のステップＳ６にて算出されたカウンタｎの値と、あらかじめ設定した任意の数Ｎと比較する。
【0037】
例えば、メモリ１３Ｍに記録されたカウンタｎの値が任意の数Ｎ以上のとき、瞬低検知処理部１３１Ｂは、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生している判断し（ステップＳ４の判定結果を正とし）、メモリ１３Ｍに記録されたカウンタｎの値が任意の数Ｎ未満であるとき、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生していないと判断する。
なお、上記ステップＳ６にて、瞬低検知処理部１３１Ｂが、検出値Ｘ３の時間変化率が上限値を超過するか下限値よりも低下したときにカウンタｎの値を繰り下げるときには、例えば、メモリ１３Ｍに記録されたカウンタｎの値が任意の数Ｎ以下のとき、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生している判断し、メモリ１３Ｍに記録されたカウンタｎの値が任意の数Ｎより大きいとき、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生していないと判断する。
なお、上記ステップＳ６にて、瞬低検知処理部１３１Ｂが、検出値Ｘ３の時間変化率が上限値を超過するか下限値よりも低下したときにカウンタｎの値を繰り下げるときには、例えば、メモリ１３Ｍに記録されたカウンタｎの値が任意の数Ｎ以下のとき、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生している判断し、メモリ１３Ｍに記録されたカウンタｎの値が任意の数Ｎより大きいとき、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生していないと判断する。
【0038】
なお、本実施形態では、ここで用いる任意の数Ｎとしては、例えば「３」を選択したものとして説明する。任意の数Ｎとして「３」を選択したときには、過電流・瞬低検知処理部１３１ＢのステップＳ６にて、３周期連続で検出値Ｘ３の時間変化率が上限値を超えるもしくは下限値より低下したときに、ステップＳ４にて、電力系統１で瞬時電圧低下が発生していると判断することとなる。
【0039】
例えば、任意の数Ｎを「１」や「２」とした場合は、任意の数Ｎを「３」としたときよりも高速に瞬時電圧低下の判定結果を得られる。一方で、任意の数Ｎを小さくするときには、検出値Ｘ３に含まれるノイズ等による誤判定の可能性を考慮すべきである。上記のように、任意の数Ｎは、瞬時電圧低下検出に要する時間と、誤判定の可能性とを考慮して決定されることが望ましい。
すなわち、上述のステップＳ４とステップＳ６とは、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにおける瞬時電圧低下の誤判定を防止するための処理である。
すなわち、上述のステップＳ４とステップＳ６とは、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにおける瞬時電圧低下の誤判定を防止するための処理である。
【0040】
ステップＳ４にて、電力系統１で瞬時電圧低下が発生していると判断したときに、ステップＳ５を実行する。ステップＳ５では過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂ電力変換部１０の出力を停止させる。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、複数の相変換器１１のスイッチング素子を強制的にオフするゲート信号Ｘ２を生成して電力変換部１０へ出力してもよく、スイッチング素子に流れる電流がゼロとなるゲート信号Ｘ２を生成して電力変換部１０へ出力してもよい。
【0041】
なお、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにて、電力系統１で瞬時電圧低下が発生していると判断されたときに、演算部１３１は、電力変換部１０へ出力する値を、ゲート信号生成部１３１Ａから出力されるゲート信号Ｘ２から過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂから出力されるゲート信号Ｘ２へ切り替えることができる。
【0042】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂまた、ステップ５では、電力変換部１０の出力を停止したことを示す出力停止動作開始信号Ｘ４を第１演算処理部１２へ送信する。出力停止動作開始信号Ｘ４は、例えば、一定時間ハイ状態を継続するパルス信号であってもよく、ワンショットの信号であってもよい。
【0043】
第１演算処理部１２は、第２演算処理部１３から出力停止動作開始信号Ｘ４を受信したときに、例えば、電力変換部１０から出力される交流電流の指令値がゼロとする操作量Ｘ１を出力する。また、第１演算処理部１２は、各種の電流や電圧の制御に用いる積分器をリセットしてもよい。
なお、演算部１３１は、例えば、第２演算処理部１３において出力を復帰すると判断されるまで、電力変換部１０の出力を停止した状態を保持する。
なお、演算部１３１は、例えば、第２演算処理部１３において出力を復帰すると判断されるまで、電力変換部１０の出力を停止した状態を保持する。
【0044】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、ステップＳ３にて過電流でない（検出値Ｘ３が下限値以上であり上限値以下である）と判断したとき、および、上記ステップＳ５－Ｓ６が終了した後、演算を終了する。（ステップＳ７）
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、所定の演算周期にて上記ステップＳ１－Ｓ７を周期的に行う。なお、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにて行われる一連の処理（ステップＳ１－Ｓ７）の演算周期は、Ａ／Ｄ変換器１３２での変換周期以上であり、例えば１μｓ程度である。
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、所定の演算周期にて上記ステップＳ１－Ｓ７を周期的に行う。なお、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにて行われる一連の処理（ステップＳ１－Ｓ７）の演算周期は、Ａ／Ｄ変換器１３２での変換周期以上であり、例えば１μｓ程度である。
【0045】
図４は、一実施形態の電力変換装置にて電力系統１の瞬時電圧低下を検知したときの第２演算処理部１３の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、電力変換装置１００の通常運転時に、電力系統１における瞬時電圧低下が発生した場合について説明する。
ここでは、電力変換装置１００の通常運転時に、電力系統１における瞬時電圧低下が発生した場合について説明する。
【0046】
電力変換装置１００の通常運転時において、例えば、複数の交流端子ＮＡＣもしくはアーム変換器Ａ１、Ａ２に流れる電流は、電流Ｉのようにリプルを含む波形となる。なお、電流Ｉのリプル周期は、第１演算処理部１２の演算周期となる。第１演算処理部１２の演算周期は、例えば、数十μｓから数百μｓである。
【0047】
電力系統１において瞬時電圧低下が発生した直後から電流Ｉは上昇し始める。連系インピーダンスが低い電力変換装置１００では、電力系統１の瞬時電圧低下発生時に生じる電流Ｉの変化率は、通常運転時のリプルの変化率よりも著しく大きく、例えばリプルの１０倍程度にもなり得る。
【0048】
例えば、電力変換部１０の連系インピーダンスが１００μＨであって、電力系統１における瞬時電圧低下により交流電圧が低下し、連系インピーダンスに１６３Ｖの電圧が印加されると、瞬時電圧低下発生後の電流Ｉの変化率は１μｓあたりおよそ１．６Ａとなる。
【0049】
上記の場合、第１演算処理部１２の演算周期を例えば５０μｓとすると、一演算周期間に、スイッチング素子に流れる電流が８０Ａ上昇することとなる。この電流上昇を許容するために、電流耐量の大きいスイッチング素子を用いると、電力変換装置１００の製造コストが増加する。電力変換装置１００の製造コストを抑えるために、スイッチング周期（第１演算処理部１２の演算周期）よりも短い時間で、できるだけ早く電力変換器の出力を停止することが望ましい。
【0050】
また、例えば、電流Ｉの通常運転時のピーク値が略３０Ａであって、スイッチングデバイスの保護のために電力変換部１０を停止し、電力系統１から電力変換部１０を解列するロックアウトレベルを５０Ａであるとする。このとき、ＦＲＴ要件を満足し、電力系統１の瞬時電圧低下が発生したときに電力変換装置１００の運転を継続するためには、瞬時電圧低下から１０μｓ程度の間に電力変換部１０の出力を停止しなければならない。
【0051】
図４では、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生した時点および発生時以降の電流Ｉについて、時間軸を拡大して更に示している。ここでは、電流Ｉと、検出値Ｘ３と、検出値Ｘ３の時間変化率ΔＩと、第２演算処理部１３のステップＳ３－Ｓ６での判定結果の一例とを示している。また、この例では、第２演算処理部１３における演算周期を１μｓとしている。
【0052】
なお、電流検出部１５から出力される検出値Ｘ３は、センサやフィルタ処理による遅れを含むため、実際の電流値よりも低く検出されることを考慮して、前述のステップＳ３にて用いる上限値と下限値とを設定することが望ましい。
【0053】
電力系統１にて瞬時電圧低下が発生すると、電流Ｉが上昇し始め、これに遅れて検出値Ｘ３が上昇し始める。その結果、図４に示す例では、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生してから４μｓ後にはじめて、検出値Ｘ３の時間変化率ΔＩが予め設定された上限値を超え、ステップＳ６にてカウンタｎの値が加算される。その後、検出値Ｘ３の時間変化率ΔＩは上限値を超えている間、カウンタｎの値が演算周期毎に加算される。
【0054】
ステップＳ３では、検出値Ｘ３の値が予め設定された上限値を超えたときに、過電流であると判断される（判断結果が正（＝１）となる）。図４に示す例では、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生してから略６μｓ後にステップＳ３にて過電流であると判断される。
【0055】
なお、電力変換装置の運転条件や系統擾乱の条件により、ステップＳ３の判定結果が正（＝１）となるタイミングと、ステップＳ６の判定結果が正（＝１）となるタイミングは前後する可能性がある。
【0056】
ステップＳ３の判定結果が正となると、第２演算処理部１３はステップＳ４の処理へ進む。図４に示す例のようにステップＳ４において、任意の数Ｎが例えば「５」と設定されている場合、第２演算処理部１３は、ステップＳ４においてカウンタｎの値が５回連続で加算されたときに、瞬時電圧低下と判断することとなる（判定結果が正（＝１）となる）。
【0057】
ステップＳ４にて瞬時電圧低下であると判断されると、第２演算処理部１３はステップＳ５の処理へ進み、電力変換部１０の出力が停止される（例えば、ステップＳ５にて出力停止処理フラグが正（＝１）となる）。
図４に示す例では、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生してから電力変換部１０の出力が停止されるまでに要する時間は、８μｓ程度となる。
図４に示す例では、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生してから電力変換部１０の出力が停止されるまでに要する時間は、８μｓ程度となる。
【0058】
本実施形態では、第２演算処理部１３の演算周期は第１演算処理部１２の演算周期よりも短く、例えば１μｓである。これにより、第２演算処理部１３は、電力系統１における瞬時電圧低下の発生直後、数μｓの間に電力変換部１０の出力停止動作を行うことが可能であり、電流Ｉの増加を抑制することができる。
【0059】
また、通常運転時にステップＳ６における判定の結果が正（＝１）とならないように上限値および下限値を設定することにより、電力系統の常時電圧変動や検出系のノイズなどの影響で、通常運転時にステップＳ３で過電流を検出してしまったとしても、ステップＳＳ４における判定結果が正（＝１）となることはない。したがって、本実施形態の電力変換装置１００によれば、通常運転時に過電流の誤検出がなくなり、不要な出力停止動作を回避することができる。
【0060】
次に、電力変換部１０の出力が停止された状態から、出力を復帰する際の電力変換装置１００の動作の一例について説明する。
図５は、一実施形態の電力変換装置において、出力停止状態から出力を復帰するときの動作の一例を説明するためのフローチャートである。
図５は、一実施形態の電力変換装置において、出力停止状態から出力を復帰するときの動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【0061】
本実施形態において、交流端子ＮＡＣにおける交流電圧は、第１演算処理部１２にて取得することができる。第１演算処理部１２では、取得した交流端子ＮＡＣにおける交流電圧を用いて、電力変換部１０の出力を復帰する際の処理を行う。例えば、第２演算処理部１３において、交流端子ＮＡＣにおける交流電圧を取得可能であるときには、第２演算処理部１３にて、出力を復帰する際の処理を行うことも可能である。
【0062】
最初に、第１演算処理部１２は、出力復帰制御を開始する。第１演算処理部１２が出力復帰制御を開始するタイミングは、例えば、図３に示すステップＳ６によって第１演算処理部１２が出力停止動作開始信号Ｘ４を受信してから、一定時間ｔ１だけ経過した時とする。ここで、一定時間ｔ１とは、系統連系規程のＦＲＴ要件を満足するように設定される時間であれば良く、例えば２０ｍｓである。（ステップＳ１０）
【0063】
なお、第１演算処理部１２が出力復帰制御を開始するタイミングは、ＦＲＴ要件を満足できればよく、第１演算処理部１２が出力停止動作開始信号Ｘ４を受信した後の、交流端子ＮＡＣにおける交流電圧のゼロクロスのタイミングや、制御演算の初端や終端、ＰＷＭ制御に用いるキャリア波など周期的な波形の変化点や山谷、エッジなど、特徴的となる時点を利用しても良い。
【0064】
続いて、第１演算処理部１２は、交流端子ＮＡＣにおける交流電圧の振幅を算出する。振幅の算出方法としては、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）処理を用いるほか、交流電圧の最大値から演算することができる。（ステップＳ１１）
【0065】
続いて、第１演算処理部１２は、ステップＳ１１にて算出した交流電圧の振幅から、交流電圧の残電圧が２０％以上か否かを判定する。なお、判定基準は必ずしも２０％でなくともよい。電力変換部１０の出力を復帰できる範囲で判定基準を下げて、例えば１０％としてもよい。（ステップＳ１２）
【0066】
ステップＳ１２にて、交流電圧の残電圧が２０％以上であると判断したとき（判定結果が正（＝１）であるとき）、第１演算処理部１２は、図３のステップＳ６にて電力変換部１０の出力を停止した状態を解除し、出力を復帰させる。第１演算処理部１２は、例えば、交流電流の指令値をゼロもしくは出力停止時の状態から、出力可能な最大値まで増加させる。電力変換部１０の出力可能な最大値は、例えば、電力変換部１０の出力を停止する直前の交流電流の指令値に、交流電圧の残電圧[％]を乗じることにより算出されてもよく、交流電圧の残電圧を入力として、入力された残電圧[％]に応じた交流電流の指令値を出力するルックアップテーブルを用いて算出されてもよい。
【0067】
また、第１演算処理部１２は、電力変換部１０の出力を復帰する際の交流電流の指令値を、ＦＲＴ要件を満足する範囲で徐々に増加させてもよい。例えば、処理Ｓ１３の開始から０．１秒かけて交流電流の指令値を増加させる。（ステップＳ１３）
【0068】
ステップＳ１３が終了すると、第１演算処理部１２は、出力復帰制御を終了する。（ステップＳ２０）
ステップＳ１２にて、交流電圧の残電圧が２０％以上でないと判断したとき（判定結果が正（＝１）でないとき）、第１演算処理部１２は、カウンタｍをゼロにセットする。なお、第１演算処理部１２は、ステップＳ１０やステップＳ１１の直前直後にステップＳ１４を行ってもよい。（ステップＳ１４）
ステップＳ１２にて、交流電圧の残電圧が２０％以上でないと判断したとき（判定結果が正（＝１）でないとき）、第１演算処理部１２は、カウンタｍをゼロにセットする。なお、第１演算処理部１２は、ステップＳ１０やステップＳ１１の直前直後にステップＳ１４を行ってもよい。（ステップＳ１４）
【0069】
以下に説明するステップＳ１５－Ｓ１９では、第１演算処理部１２は、電力系統１の電圧が瞬時電圧低下発生前の状態に復帰するまで電力変換部１０の出力を復帰させずに待機するための処理を行う。第１演算処理部１２は、電力系統１の電圧が一定時間の間（例えばカウンタｍが所定の値以上となるまでに要する時間）に復帰しなければ、異常と判断して電力変換部１０の出力を停止した状態を継続する。
【0070】
ステップＳ１４の後、第１演算処理部１２は、電力系統１の電圧が復帰したか否かを判定する。
第１演算処理部１２は、例えば、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生する直前の交流電圧の振幅をメモリ（図示せず）に記憶しておき、ステップＳ１１にて算出した交流電圧の振幅とメモリに記憶された値との差が所定の値未満であるときに、電力系統１の電圧が復帰したと判定する（判定結果を正（＝１）とする）。（ステップＳ１５）
第１演算処理部１２は、例えば、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生する直前の交流電圧の振幅をメモリ（図示せず）に記憶しておき、ステップＳ１１にて算出した交流電圧の振幅とメモリに記憶された値との差が所定の値未満であるときに、電力系統１の電圧が復帰したと判定する（判定結果を正（＝１）とする）。（ステップＳ１５）
【0071】
ステップＳ１５において電力系統１の電圧が復帰したと判定したときに、第１演算処理部１２は、電力変換部１０の出力を停止した状態を解除し、出力を復帰する。出力を復帰する方法としては、例えば交流電流の指令値をゼロから瞬時電圧低下発生前の値まで増加させることが考えられる。出力復帰時の交流電流の指令値は、ＦＲＴ要件を満足する範囲で徐々に増加させても良い。この場合、第１演算処理部１２は、例えばステップＳ１６の開始時点から０．１秒かけて交流電流の指令値を増加させる。（ステップＳ１６）
【0072】
ステップＳ１６が終了すると、第１演算処理部１２は、出力復帰制御を終了する。（ステップＳ２０）
ステップＳ１５において電力系統１の電圧が復帰していないと判断したときに、第１演算処理部１２は、カウンタｍをカウントアップする（ｍ＝ｍ＋１とする）。（ステップＳ１７）
ステップＳ１５において電力系統１の電圧が復帰していないと判断したときに、第１演算処理部１２は、カウンタｍをカウントアップする（ｍ＝ｍ＋１とする）。（ステップＳ１７）
【0073】
続いて、第１演算処理部１２は、カウンタｍの値があらかじめ設定した任意の数Ｍより大きいか否か判定する。（ステップＳ１８）
ここで任意の数Ｍは、例えば、電力変換部１０が出力復帰する必要がある場合の瞬時電圧低下の継続時間を考慮して設定されることが望ましい。例えば、０．３秒以下の瞬時電圧低下に対して電力変換部１０が出力復帰する必要があれば、カウンタｍのカウントアップを開始してから少なくとも０．３秒経過してから、カウンタｍの値が任意の数Ｍより大きくなるように（ステップＳ１８にて判定結果が正（＝１）となるように）任意の数Ｍが設定されることが望ましい。
ここで任意の数Ｍは、例えば、電力変換部１０が出力復帰する必要がある場合の瞬時電圧低下の継続時間を考慮して設定されることが望ましい。例えば、０．３秒以下の瞬時電圧低下に対して電力変換部１０が出力復帰する必要があれば、カウンタｍのカウントアップを開始してから少なくとも０．３秒経過してから、カウンタｍの値が任意の数Ｍより大きくなるように（ステップＳ１８にて判定結果が正（＝１）となるように）任意の数Ｍが設定されることが望ましい。
【0074】
ステップＳ１８にてカウンタｍが任意の数Ｍ以下であると判断されると、第１演算処理部１２は、交流端子ＮＡＣにおける交流電圧の振幅を算出する。（ステップＳ１９）
続いて、第１演算処理部１２は、次の制御周期を待ってから、前述のステップＳ１５以降の処理を繰り返す。
続いて、第１演算処理部１２は、次の制御周期を待ってから、前述のステップＳ１５以降の処理を繰り返す。
【0075】
ステップＳ１８にてカウンタｍが任意の数Ｍより大きいと判断されると、第１演算処理部１２は、出力復帰制御を終了する（ステップＳ２０）。この場合、電力変換部１０の出力停止状態が維持される。
【0076】
図６は、電力系統にて瞬時電圧低下が発生し所定時間経過後の残電圧が２０％以上であるときに、一実施形態の電力変換装置の出力を復帰する動作の一例を概略的に示す図である。
電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したとき、第２演算処理部１３は、例えば、図３に示すフローに従って電力変換部１０の出力を停止する。
電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したとき、第２演算処理部１３は、例えば、図３に示すフローに従って電力変換部１０の出力を停止する。
【0077】
第１演算処理部１２は、第２演算処理部１３から出力停止動作開始信号Ｘ４を受信してから一定時間ｔ１経過したタイミングＴ１にて、出力復帰制御を開始する。時間ｔ１は、例えば２０ｍｓである。
【0078】
図６に示す例では、電力系統１の残電圧が２０％以上であるため、第１演算処理部１２は、例えば、図５のステップＳ１３を実行し、電力変換部１０の出力交流電流の指令値を残電圧に応じた値まで増加させて、電力変換部１０の出力を復帰し始める。
【0079】
その後、電力系統１の電圧が復帰すると、交流端子ＮＡＣの電圧に応じて電力変換部１０の出力交流電流の指令値が上昇し、電力変換部１０の出力も徐々に復帰していく。第１演算処理部１２は、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生した直前の出力まで電力変換部１０の出力が復帰すると（タイミングＴ２）、出力復帰制御を終了する。
【0080】
図７は、電力系統にて瞬時電圧低下が発生し所定時間経過後の残電圧が２０％未満であるときに、一実施形態の電力変換装置の出力を復帰する動作の一例を概略的に示す図である。
電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したとき、第２演算処理部１３は、例えば、図３に示すフローに従って電力変換部１０の出力を停止する。
電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したとき、第２演算処理部１３は、例えば、図３に示すフローに従って電力変換部１０の出力を停止する。
【0081】
第１演算処理部１２は、第２演算処理部１３から出力停止動作開始信号Ｘ４を受信してから一定時間ｔ２経過したタイミングＴ３にて、出力復帰制御を開始する。時間ｔ２は、例えば２０ｍｓである。
図７に示す例では、電力系統１の残電圧が２０％未満であるため、第１演算処理部１２は、図５のステップＳ１４－Ｓ１９を実行し、交流端子ＮＡＣの電圧が復帰するまで電力変換部１０の出力を停止した状態を維持させる。
図７に示す例では、電力系統１の残電圧が２０％未満であるため、第１演算処理部１２は、図５のステップＳ１４－Ｓ１９を実行し、交流端子ＮＡＣの電圧が復帰するまで電力変換部１０の出力を停止した状態を維持させる。
【0082】
交流端子ＮＡＣの電圧が復帰すると、上述のステップＳ１９により電圧復帰後の交流電圧の振幅が算出される。第１演算処理部１２は、算出後の電圧振幅に基づいてステップＳ１５にて交流電圧が復帰したと判断すると、ステップＳ１６により、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生する直前の値まで、電力変換部１０の出力を復帰させる動作を開始する。この例では、第１演算処理部１２は、電力変換部１０の出力電流の指令値を徐々に増加させ、電力変換部１０の出力を徐々に復帰させている。
【0083】
図８は、電力系統にて瞬時電圧低下が発生したときの、一実施形態の電力変換装置の動作のシミュレーション結果の一例を示す図である。
ここでは、電力変換装置１００が通常運転時に、電力系統１にて残電圧０％の瞬時電圧低下が略５０ｍｓ間継続したときのシミュレーション結果の一例を示す。
ここでは、電力変換装置１００が通常運転時に、電力系統１にて残電圧０％の瞬時電圧低下が略５０ｍｓ間継続したときのシミュレーション結果の一例を示す。
【0084】
図８に示すシミュレーション結果によれば、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生した直後、即座に電力変換部１０の出力が停止している。これにより、複数のアーム変換器Ａ１、Ａ２に流れる電流若しくは交流端子ＮＡＣに流れる電流もゼロとなる。
【0085】
その後、電力系統１の残電圧が０％である間は、電力変換部１０の出力が停止した状態が維持されている。電力系統１の電圧が復帰した後、所定時間経過後、第１演算処理部１２における交流電圧振幅の演算結果に反映され、交流電圧の振幅が１００％に復帰したと判断されると、電力変換部１０の出力電流の指令値が徐々に瞬時電圧低下発生の直前の値まで戻る。これに応じて、電力変換部１０の出力も徐々に復帰し、電力変換部１０の出力電流が瞬時電圧低下発生前の振幅まで復帰している。
【0086】
上記のように、本実施形態の電力変換装置１００によれば、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したときに、電力変換部１０の出力を停止し、瞬時電圧低下による過電流を抑制することが可能である。
また、本実施形態の電力変換装置１００によれば、検出値にノイズが重畳したときに、過電流を誤検出することがなく、不要に電力変換部１０の出力が停止することを回避することができる。
すなわち、本実施形態の電力変換装置１００によれば、電力変換器の出力を一時的に停止し、瞬時電圧低下による過電流を抑制可能な電力変換装置を提供することができる。
また、本実施形態の電力変換装置１００によれば、検出値にノイズが重畳したときに、過電流を誤検出することがなく、不要に電力変換部１０の出力が停止することを回避することができる。
すなわち、本実施形態の電力変換装置１００によれば、電力変換器の出力を一時的に停止し、瞬時電圧低下による過電流を抑制可能な電力変換装置を提供することができる。
【0087】
次に、第２実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0088】
図９は、第２実施形態の電力変換装置の構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の電力変換装置１００は、電圧検出部１７から出力される検出値Ｘ５が第２演算処理部１３へ更に入力されている。
本実施形態の電力変換装置１００は、電圧検出部１７から出力される検出値Ｘ５が第２演算処理部１３へ更に入力されている。
【0089】
電圧センサ１６は、交流端子ＮＡＣの電圧を検出する。電力変換部１０が複数の相変換器１１を備える場合には、電圧センサ１６は相電圧を検出してもよく、例えば図２Ｂに示すように、交流端子ＮＡＣと電力系統１との間に電気的に接続された複数の交流ラインの線間電圧を検出してもよい。
【0090】
電圧検出部１７は、電圧センサ１６にて検出された電圧値（若しくは電圧相当値）の振幅を調整し、交流電圧の検出値Ｘ５を第１演算処理部１２および第２演算処理部１３へ出力する。検出値Ｘ５は、第１演算処理部１２のＡ／Ｄ変換部（図示せず）と第２演算処理部１３のＡ／Ｄ変換器１３２とに入力される。なお、交流電圧の検出値Ｘ５は、電圧センサ１６で検出された値に準じた値である。
【0091】
図１０は、第２実施形態の電力変換装置にて電力系統の瞬時電圧低下を検知したときの第２演算処理部の動作の一例を説明するための図である。
本実施形態の電力変換装置では、第２演算処理部１３の過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、上述の第１実施形態におけるステップＳ６に代えてステップＳ８を行い、ステップＳ４に代えてステップＳ９を行う。
本実施形態の電力変換装置では、第２演算処理部１３の過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、上述の第１実施形態におけるステップＳ６に代えてステップＳ８を行い、ステップＳ４に代えてステップＳ９を行う。
【0092】
最初に、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１３２から、電流の検出値Ｘ３と、電圧の検出値Ｘ５とを取得する。検出値Ｘ３および検出値Ｘ５を取得する周期は、Ａ／Ｄ変換器１３２の変換周期に合わせることが望ましい。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、このとき取得した検出値Ｘ３および検出値Ｘ５をメモリ１３Ｍに記録する。(ステップＳ１)
続いて、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、瞬時電圧低下の判定と出力停止に係る演算とを開始する。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、後述するステップＳ３、Ｓ９、Ｓ５とステップＳ８とを並列に行う。（ステップＳ２）
続いて、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、瞬時電圧低下の判定と出力停止に係る演算とを開始する。過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、後述するステップＳ３、Ｓ９、Ｓ５とステップＳ８とを並列に行う。（ステップＳ２）
【0093】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、交流電圧を利用した演算２を行う。ここでは、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、各相における検出値Ｘ５の絶対値を演算する。続いて、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、各相における検出値Ｘ５の絶対値の総和を演算する。（ステップＳ８）
図１１は、第２実施形態の電力変換装置にて、交流電圧の検出値と、瞬低検知処理部の演算２により得られる信号との一例を示す図である。
図１１は、第２実施形態の電力変換装置にて、交流電圧の検出値と、瞬低検知処理部の演算２により得られる信号との一例を示す図である。
【0094】
上記演算２にて得られた信号は、電力変換装置１００の通常運転時には、交流端子ＮＡＣの電圧の振幅のルート２倍（約１．７倍）から２倍の間で脈動する信号となる。したがって、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生すると、演算２にて得られる信号は、通常運転時の値よりも顕著に値が低下することとなる。
【0095】
図１１に示す例では、交流端子ＮＡＣの電圧の振幅を１ｐｕとしたとき、演算２により得られる信号は、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生する前には１．７ｐｕから２ｐｕの間で脈動しており、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生した後には０ｐｕまで低下する。
【0096】
次に、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにおける、過電流と瞬時電圧低下の判定および出力停止の処理（ステップＳ３、Ｓ９、Ｓ５）について説明する。
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、上述の第１実施形態と同様に、ステップＳ３の処理を行う。
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、上述の第１実施形態と同様に、ステップＳ３の処理を行う。
【0097】
ステップＳ３で過電流であると判定された場合には、ステップＳ９の処理を行う。ステップＳ９では、過電流・瞬低検知処理部１３１ＢステップＳ８にて得られた演算結果により電力系統１にて瞬時電圧低下が発生しているか否か判断する。
【0098】
過電流・瞬低検知処理部１３１ＢステップＳ９では、上述の演算２により得られた信号の値と、予め設定した閾値とを比較する。ここで用いる閾値は、例えば、交流端子ＮＡＣの交流電圧の振幅の略１．６倍とすることができる。
【0099】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂ上記ステップＳ８において、演算２により得られた信号が所定の閾値（例えば１．６ｐｕ）以下であるときに電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したと判断し、演算２により得られた信号が所定の閾値より大きければ電力系統１にて瞬時電圧低下が発生していないと判断する。（ステップＳ９）
【0100】
ステップＳ４およびステップＳ９にて電力系統１にて瞬時電圧低下が発生していると判断したときに、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、上述の第１実施形態のステップＳ５と同様に、電力変換部１０の出力を停止させる。（ステップＳ５）
【0101】
第１演算処理部１２は、第２演算処理部１３から出力停止動作開始信号Ｘ４を受信したときに、例えば、電力変換部１０から出力される交流電流の指令値をゼロとする操作量Ｘ１を出力する。また、第１演算処理部１２は、各種の電流や電圧の制御に用いる積分器をリセットしてもよい。
なお、演算部１３１は、例えば、第２演算処理部１３において出力を復帰すると判断されるまで、電力変換部１０の出力を停止した状態を保持する。
なお、演算部１３１は、例えば、第２演算処理部１３において出力を復帰すると判断されるまで、電力変換部１０の出力を停止した状態を保持する。
【0102】
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、ステップＳ３にて過電流でない（検出値Ｘ３が下限値以上であり上限値以下である）と判断したとき、または上記ステップＳ９にて電力系統１にて瞬時電圧低下が発生していないと判断したとき、および、上記ステップＳ５、Ｓ８が終了した後、演算を終了する。（ステップＳ７）
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、所定の演算周期にて上記ステップＳ１－Ｓ９を周期的に行う。なお、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにて行われる一連の処理（ステップＳ１－Ｓ９）の演算周期は、Ａ／Ｄ変換器１３２での変換周期に依存し、例えば１μｓ程度である。
過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、所定の演算周期にて上記ステップＳ１－Ｓ９を周期的に行う。なお、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂにて行われる一連の処理（ステップＳ１－Ｓ９）の演算周期は、Ａ／Ｄ変換器１３２での変換周期に依存し、例えば１μｓ程度である。
【0103】
本実施形態の電力変換装置１００は、上記構成以外は上述の第１実施形態と同様である。なお、本実施形態において、電力変換部１０の出力停止状態から出力を復帰するときの動作（例えば図５に示す）は、第１演算処理部１２にて行われてもよく、第２演算処理部１３にて行われてもよい。いずれの場合であっても上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0104】
本実施形態の電力変換装置１００によれば、上述の第１実施形態と同様に、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したときに、速やかに電力変換部１０の出力を停止することが可能である。また、本実施形態では、過電流・瞬低検知処理部１３１ＢにおいてステップＳ８とステップＳ９を更に行うことにより、電力系統１において瞬時電圧低下が発生したことをより素早く検知することができる。
【0105】
また、本実施形態の電力変換装置１００によれば、検出値にノイズが重畳したときに、過電流を誤検出することがなく、不要に電力変換部１０の出力が停止されることを回避することができる。
すなわち、本実施形態の電力変換装置１００によれば、電力系統１の瞬時電圧低下が発生したときに電力変換器の出力を一時的に停止し、瞬時電圧低下による過電流を抑制することができる。
すなわち、本実施形態の電力変換装置１００によれば、電力系統１の瞬時電圧低下が発生したときに電力変換器の出力を一時的に停止し、瞬時電圧低下による過電流を抑制することができる。
【0106】
なお、上記第２実施形態の電力変換装置１００において、ステップＳ８における演算２にて、交流端子ＮＡＣの交流電圧の時間変化率を算出し、その絶対値を演算してもよい。この場合にも、演算２の演算結果は、電力変換装置１００の通常運転時よりも、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したときに顕著に変化する信号となる。なお、交流端子ＮＡＣの交流電圧の時間変化率を算出する前に、検出値Ｘ５に含まれる高周波のノイズを除去するためのフィルタ処理を施してもよい。
【0107】
このように上記ステップＳ８において、演算２にて検出値Ｘ５の時間変化率を演算した場合にも、ステップＳ９であらかじめ設定した閾値と比較することにより、閾値以下となったときに瞬時電圧低下があったことを検知可能となる。なお、検出値Ｘ５の時間変化率と比較する閾値は、例えば、１０Ｖ／μｓと設定することができる。
【0108】
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、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。
例えば、上述の第１実施形態の電力変換装置において、第２演算処理部１３が電圧検出部１７から検出値Ｘ５を受信可能なように構成され、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、電圧値の検出値Ｘ５の絶対値の総和を計算し、この絶対値の総和があらかじめ設定した閾値以下となったときに、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したと判断してもよい。その場合であっても、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、交流電圧の検出値Ｘ５の時間変化率を演算し、時間変化率があらかじめ設定した範囲を逸脱したときに、前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したと判断してもよい。その場合であっても、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
例えば、上述の第１実施形態の電力変換装置において、第２演算処理部１３が電圧検出部１７から検出値Ｘ５を受信可能なように構成され、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、電圧値の検出値Ｘ５の絶対値の総和を計算し、この絶対値の総和があらかじめ設定した閾値以下となったときに、電力系統１にて瞬時電圧低下が発生したと判断してもよい。その場合であっても、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、過電流・瞬低検知処理部１３１Ｂは、交流電圧の検出値Ｘ５の時間変化率を演算し、時間変化率があらかじめ設定した範囲を逸脱したときに、前記電力系統で瞬時電圧低下が発生したと判断してもよい。その場合であっても、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0109】
１…電力系統、１０…電力変換部、１１…相変換器、１２…第１演算処理部、１３…第２演算処理部、１３Ｍ…メモリ、１３１…演算部、１３１Ａ…ゲート信号生成部、１３１Ｂ…瞬低検知処理部、１３２…Ａ／Ｄ変換器、１４…電流センサ、１５…電流検出部、１６…電圧センサ、１７…電圧検出部、１００…電力変換装置、ＮＡＣ…交流端子、ＮＤＣＰ…正側直流端子、ＮＤＣＮ…負側直流端子、Ａ１、Ａ２…アーム変換器。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
