特許 7310042 ＤＣライン障害の場合のフルブリッジ型又は混合アーム型のモジュラーマルチレベルコンバータの制御

(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】2023-07-07

(45)【発行日】2023-07-18

(54)【発明の名称】ＤＣライン障害の場合のフルブリッジ型又は混合アーム型のモジュラーマルチレベルコンバータの制御

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20230710BHJP

【ＦＩ】

H02M7/49

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023501178

(86)(22)【出願日】2020-07-10

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-15

(86)【国際出願番号】 EP2020069644

(87)【国際公開番号】W WO2022008085

(87)【国際公開日】2022-01-13

【審査請求日】2023-03-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519431812

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＳＷＩＴＺＥＲＬＡＮＤ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヨハンネソン，ニクラス

(72)【発明者】

【氏名】アブダルラフマン，アディル

(72)【発明者】

【氏名】クマール－ナヤク，キロッド

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／１７７０９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Jiabing HU et al.，DC fault ride‐through of MMCs for HVDC systems: a review，The Journal of Engineering，2016年09月，Vol. 2016，No. 9，p.321-331

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／００ － ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＤＣ故障の場合にフルブリッジ型又は混合アーム型の、モジュラーマルチレベルコンバータ、ＭＭＣ、を制御する方法（１００）であって、
前記ＭＭＣのＤＣ極電圧（Ｕｄｐ）の大きさが上方電圧閾値（Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ）を下回ったか否かを判定すること（１０２，１０４）と、
前記ＤＣ極電圧が前記上方電圧閾値を下回ったと判定される場合、
前記ＤＣ極電圧に基づいて、前記ＭＭＣに対するＡＣ有効電流基準（ＩＶＤ＿ＯＲＤ）の大きさとＤＣ電圧基準（ＵＤＣ＿ＲＥＦ）の大きさの両方を低減すること（１０６）とを含み、前記ＡＣ有効電流基準の前記大きさを低減することは、前記ＡＣ有効電流基準の前記大きさを前記ＤＣ極電圧に比例して設定することを含み、前記ＤＣ電圧基準の大きさを低減することは、前記低減されたＡＣ有効電流基準に比例する前記ＤＣ電圧基準の大きさを設定することであって、前記ＡＣ有効電流基準の大きさを上方一定値（ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ）で除算することによってスケーリングし前記ＡＣ有効電流基準の修正値（ＩＶＤ＿ＭＯＤ）を提供し、前記ＡＣ有効電流基準の修正値を定常状態のＤＣ電圧基準と乗算し、前記低減された大きさのＤＣ電圧基準を生成することを含む、方法（１００）。

【請求項2】

前記ＭＭＣのＤＣ電流コントローラ又は循環電流コントローラを使用してＤＣ電流の上方レベルを制限することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ＤＣ極電圧の前記大きさが前記上方電圧閾値を超える場合、前記ＡＣ有効電流基準の前記大きさを前記上方一定値（ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ）に設定することをさらに含む、請求項１～２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項4】

前記ＤＣ極電圧の前記大きさが下方電圧閾値（Ｕｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ）を下回る場合、前記ＡＣ有効電流基準の前記大きさを下方一定値（ＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ）に設定することをさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記ＤＣ電圧基準の前記大きさが前記ＭＭＣの定常状態ＤＣ電圧基準（ＵＤＣ＿ＯＲＤ）の大きさを超えないように強制することをさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

フルブリッジ型又は混合アーム型のモジュラーマルチレベルコンバータ、ＭＭＣ、（３００）であって、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法を実行することによって前記ＭＭＣを制御するように構成されたコントローラ（３４０）を含む、モジュラーマルチレベルコンバータＭＭＣ（３００）。

【請求項7】

請求項６に記載の少なくとも１つのモジュラーマルチレベルコンバータ、ＭＭＣ、（３０１，３０２）を含むコンバータステーション（３５０）。

【請求項8】

ＤＣリンク（３２６）を介して接続された少なくとも２つのコンバータステーション（３５１，３５２）を含む電力伝送システム（３６０）であって、前記少なくとも２つのコンバータステーションの少なくとも一方が、請求項７に記載のコンバータステーションである、電力伝送システム（３６０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本開示は、フルブリッジ型又は混合アーム型のモジュラーマルチレベルコンバータの分野に関する。より詳細には、本開示は、例えばＤＣ故障などのＤＣライン障害の場合のそのようなコンバータの制御に関する。

【背景技術】

【0002】

背景
フルブリッジ（ＦＢ）型のコンバータセルを含む相アームを有するモジュラーマルチレベルコンバータ（ＭＭＣ）は、例えばハーフブリッジ（ＨＢ）型のコンバータセルのみを含むものとは異なり、例えばＤＣ故障などの、ＭＭＣが接続されているＤＣライン上の障害の場合に、コンバータのＡＣ側とＤＣ側との間のサージ電流の流れを遮断するのを助けることができる。そのＤＣ故障ライドスルー機能により、そのようなＭＭＣは、無効電力によってＡＣグリッドを依然としてサポートしながらＤＣ故障を分離することができる。しかしながら、これらの動作が適切に機能するためには、コンバータによって生成されるＤＣ電圧を可能な限り早く低減することを含む、ＤＣ故障が発生したときのＭＭＣの適切な制御が必要である。

【0003】

したがって、ロバストで信頼性の高いコンバータを提供するためには、ＤＣ故障を可能な限り迅速に検出する必要がある。しかしながら、ＤＣ故障の検出が速すぎると、故障検出の感度が所望のレベルを超えて上昇する可能性がある。これは、一切の偶発事故なしにＭＭＣの誤トリガ及びトリップのリスクを高め、故障検出のロバスト性を低下させる可能性がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

概要
本開示は、上述の問題を少なくとも部分的に改善することを模索する。これを達成するために、独立請求項によって定義されるような、ＤＣ故障の場合にＭＭＣを制御する方法、ＭＭＣ、コンバータステーション、及び電力伝送システムが提供される。さらなる実施形態は、従属請求項に提供される。

【0005】

本開示の第１の態様によれば、ＤＣライン障害の場合にフルブリッジ型又は混合アーム型のモジュラーマルチレベルコンバータ（ＭＭＣ）を制御する方法が提供される。本方法は、ＭＭＣの（例えば、ＭＭＣの両端の）ＤＣ電圧の大きさが上方電圧閾値を下回ったか否かを判定することを含む。本方法は、ＤＣ電圧の大きさが上方電圧閾値を下回ったと判定した場合、ＤＣ電圧に基づいて、ＭＭＣのＡＣ有効電流基準の大きさ及びＤＣ電圧基準の大きさの両方を低減することをさらに含む。ＤＣ電圧は、例えば、測定ＤＣ電圧であってもよい。ＤＣ電圧は、例えば、ＭＭＣの両端の電圧、及び／又は例えばＤＣ極電圧などであってもよい。

【0006】

本明細書では、「ＤＣライン障害」は、例えばＡＣ故障、ＤＣ故障、又は他のタイプの故障若しくは障害によって引き起こされるＤＣライン電流及び／又は電圧の障害を含み得る。以下では、ＤＣ故障がＤＣライン障害の例として使用されるが、ＤＣライン障害は、加えて、又は代替的にそのような他のタイプの故障を含んでもよく、本明細書に開示される方法及びその利点はＤＣ故障のみに限定されないことに留意されたい。

【0007】

以下では、例えば、図面に示される実施形態の詳細な説明において、ＤＣ電圧がＤＣ極電圧であり、このＤＣ極電圧が通常、定常状態動作中、正電圧（例えば接地電位に関して測定されるものとして）であることも仮定される。例えば、ＤＣ電圧は、正ＤＣ極のＤＣ電圧であってもよい。しかしながら、ＭＭＣが負ＤＣ極に接続されている場合、ＤＣ電圧は通常、例えば負ＤＣ極のＤＣ電圧などの負の電圧であってもよいことも想定される。本明細書で前述したように、本開示の方法は、ＤＣ電圧の大きさを使用し、ＡＣ有効電流基準及びＤＣ電圧基準の大きさを低減する。これにより、本方法は両方の状況を（すなわち、例えば共通接地電位に関して測定されるものとして、ＤＣ電圧が通常正又は負のいずれであるかとは無関係に）処理することができる。

【0008】

例えば、ＭＭＣ内のＤＣ故障を処理するための従来の方法及び制御は、ＤＣ故障を処理するために必要な制御動作を開始するために、ＤＣ故障検出アルゴリズムに依存し得る。そのようなＤＣ故障検出アルゴリズムは、例えば、測定ＤＣ電流に依拠してもよく、本明細書で前述したように、ＤＣ故障を非常に迅速に検出するために必要とされ得、結果、検出が高感度になりすぎる（したがって、例えば、偶発事故なしにＭＭＣがトリップする危険性がある）。

【0009】

ＤＣ故障の場合、ＤＣ極電圧は、例えばＤＣ極間の短絡及び／又は例えばＤＣ極の１つと接地との間の短絡に起因して突然低下する可能性がある。本明細書でより詳細に説明するように、本開示の方法は、ＤＣ極電圧が上方電圧閾値を下回ったことを検出することができ、その後のＡＣ有効電流基準及びＤＣ電圧基準の減少は、ＭＭＣの制御に含まれる従来のＤＣ故障検出アルゴリズムによってＤＣ故障が検出されるときまで、トリップなしに（例えば、停止なしに）ＭＭＣが動作することを可能にすることができる。別の言い方をすれば、本開示の方法は、ＤＣ故障を実際に検出することなく、十分な持続時間にわたってＤＣ故障を処理することを可能にすることができる。結果として、従来のＤＣ故障検出アルゴリズムの速度要件を緩和することができ、ＤＣ故障を検出するためにより多くの時間をとることができる。これにより、誤トリガの可能性を低減し、よりロバストなシステム動作を可能にすることができる。

【0010】

いくつかの実施形態では、本方法は、ＭＭＣのＤＣ電流コントローラ又は循環電流コントローラを使用してＤＣ電流の上方レベルを制限することをさらに含むことができる。一般に、本明細書では、ＭＭＣ「の」コントローラは、例えばＭＭＣ自体とは別の構造のコントローラ部分を除外しないが、例えばＭＭＣの相アーム及びその中のコンバータセルを制御することができるように、制御信号を依然として送信することができる。後述するように、ＤＣ故障がＭＭＣから遠く離れて発生した場合、ＤＣ電流の上方レベルを（例えば公称値まで、又は少なくとも公称値の近くまで）制限することが有益であり得る。

【0011】

いくつかの実施形態では、ＡＣ有効電流基準の大きさを低減することは、ＡＣ有効電流基準をＤＣ電圧に比例して設定することを含むことができる。

【0012】

いくつかの実施形態では、本方法は、ＤＣ電圧の大きさが上方電圧閾値を超える場合、ＡＣ有効電流基準の大きさを上方一定値に設定することをさらに含むことができる。

【0013】

いくつかの実施形態では、本方法は、ＤＣ電圧が下方電圧閾値を下回る場合、ＡＣ有効電流基準の大きさを下方一定値に設定することをさらに含むことができる。

【0014】

いくつかの実施形態では、ＤＣ電圧基準の大きさを低減することは、ＡＣ有効電流基準の低減された大きさに比例してＤＣ電圧基準の大きさを設定することを含むことができる。

【0015】

いくつかの実施形態では、本方法は、ＤＣ電圧基準の大きさがＭＭＣの定常状態ＤＣ電圧基準の大きさを超えないように強制することをさらに含むことができる。本明細書では、「定常状態」は、例えば、ＤＣ故障／ライン障害が存在しない時間中の動作状態を意味することができる。

【0016】

本開示の第２の態様によれば、フルブリッジ型又は混合アーム型のＭＭＣが提供される。ＭＭＣは、コントローラを含む。コントローラは、例えば、本開示の第１の態様を参照して本明細書に記載されているような方法を実行することによってＭＭＣを制御するように構成される。

【0017】

本開示の第３の態様によれば、コンバータステーションが提供される。コンバータステーションは、少なくとも１つのＭＭＣを含む。少なくとも１つのＭＭＣは、例えば、本開示の第１の態様又は第２の態様を参照して本明細書に記載されているようなＭＭＣであってもよい。

【0018】

本開示の第４の態様によれば、電力伝送システムが提供される。電力伝送システムは、ＤＣリンクを介して接続された少なくとも２つのコンバータステーションを含む。少なくとも２つのコンバータステーションのうちの少なくとも１つは、例えば本開示の第３の態様を参照して本明細書に記載されているようなコンバータステーションであってもよい。

【0019】

本開示は、特許請求の範囲に記載されている特徴のすべての可能な組み合わせに関する。第１の態様に従って記載されている目的及び特徴は、第２の態様、第３の態様、及び／又は第４の態様に従って記載されている目的及び特徴と組み合わせることができ、又はそれらに置き換えることができ、その逆も可能である。

【0020】

本開示の様々な実施形態のさらなる目的及び利点を、例示的な実施形態によって以下に説明する。

【0021】

図面の簡単な説明
例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下で論じられる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本開示による方法の１つ以上の実施形態の流れの概略図である。

【図2a】本開示の１つ以上の実施形態による電圧依存電流リミッタの概略図である。

【図2b】本開示の１つ以上の実施形態による、ＤＣ極電圧に基づいてＡＣ有効電流基準をどのように低減することができるかを示す概略図である。

【図2c】本開示の１つ以上の実施形態による、ＤＣ極電圧に基づいてＤＣ電圧基準をどのように低減することができるかを示す概略図である。

【図3a】本開示の１つ以上の実施形態によるＭＭＣの概略図である。

【図3b】本開示の１つ以上の実施形態によるコンバータステーションの概略図である。

【図3c】本開示の１つ以上の実施形態による電力伝送システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図面において、特に明記しない限り、同様の参照符号は同様の要素に使用される。反対のことが明示的に述べられていない限り、図面は、例示的な実施形態を図解するために必要な要素のみを示しているが、他の要素は、明確にするために省略又は示唆されているだけである場合がある。図に示すように、要素及び領域のサイズは、図解目的のために誇張されている場合があり、したがって、実施形態の一般的な構造を図解するために提供されている。

【0024】

詳細な説明
図１を参照して、ここで本開示による方法をより詳細に説明する。

【0025】

図１は、本開示の一例示的実施形態による方法１００のフローチャートを概略的に示す。最初のステップ１０２において、ＭＭＣのＤＣ極電圧（Ｕｄｐ）が取得される（例えば、測定される）。次のステップ１０４において、ＤＣ極電圧（Ｕｄｐ）が上方電圧閾値（Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ）を下回ったか否かが判定される。ステップ１０４において、ＤＣ極電圧が上方電圧閾値を下回っていない（すなわち、条件Ｕｄｐ≧Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍが満たされる）と判定された場合、本方法は、例えば停止するか、又は例えばステップ１０２に戻ってＵｄｐの更新値を取得することができる。しかしながら、ステップ１０４において、ＤＣ極電圧が上方電圧閾値を下回った（すなわち、条件Ｕｄｐ＜Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍが満たされる）と判定された場合、方法はステップ１０６に進むことができ、ことにおいて、ＤＣ極電圧Ｕｄｐに基づいて、ＭＭＣに対するＡＣ有効電流基準（ＩＶＤ＿ＯＲＤ）とＤＣ電圧基準（ＵＤＣ＿ＲＥＦ）の両方が低減される。更新された（低減された）値ＩＶＤ＿ＯＲＤ及びＵＤＣ＿ＲＥＦは、その後、ＭＭＣに提供し、ＭＭＣの後続の制御中に使用することができる。ステップ１０６の後、方法１００は、例えば、停止してもよく、又は方法１００は、例えば、ステップ１０２に戻ってＵｄｐの更新値を取得してもよい。

【0026】

ＤＣ故障（例えば、ＤＣ極と接地との間の短絡、及び／又は例えば、１つのＤＣ極と別のＤＣ極との間の短絡）の場合、ＤＣ極電圧Ｕｄｐが低下する可能性がある。本開示の方法（図１を参照して説明した方法１００など）を使用することは、ＤＣ極電圧Ｕｄｐが特定の上方電圧閾値を下回ったときにＭＭＣによって（すなわち、ＤＣ電圧基準ＵＤＣ＿ＲＥＦを低減することによって）生成されるＤＣ電圧を低減するのに役立ち得る。これは、故障に供給されるＤＣ電流が低減され得ることを保証することができ、可能な限り早くＤＣ故障を分離するのに役立ち得る。また、ＭＭＣのＤＣ側の電圧（すなわちＵｄｐ）が低下するときはいつでも、本明細書に開示される方法はまた、ＭＭＣのＡＣ側の有効電力を（すなわち、ＡＣ有効電流基準／次数ＩＶＤ＿ＯＲＤを低減することによって）低減するのに役立ち得る。これは、ＭＭＣ内の電力バランスを維持し、また、望ましくないセルの充電及び放電を回避するのに役立ち得る。

【0027】

図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃを参照して、ＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤ及びＤＣ電圧基準ＵＤＣ＿ＲＥＦを低減する方法の様々な例をここでより詳細に説明する。

【0028】

図２ａは、本開示による電圧依存電流リミッタ（ＶＤＣＬ）の一例を概略的に示す。そのようなＶＤＣＬは、例えば、図１を参照して本明細書で説明した方法１００のステップ１０２、１０４及び１０６のうちの１つ以上を実行するために使用することができる。

【0029】

ＶＤＣＬ２００は、その入力として、ＤＣ極電圧Ｕｄｐ、ＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤ（有効電力に対応する）に対する制限値（ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ及びＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ）、並びにＤＣ極電圧Ｕｄｐに対する上方電圧閾値及び下方電圧閾値（Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ及びＵｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ）をとる。上方電圧閾値及び下方電圧閾値は、ＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤがＵｄｐに基づいて低減される電圧領域を画定するために使用され、一方、ＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤに対する制限値は、ＡＣ有効電流基準を制限値範囲内に維持するために使用される。Ｕｄｐに基づいて、ＶＤＣＬ２００は、更新された（例えば、低減された）ＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤを出力する。例えば、他のより小さい障害中及び／又はＭＭＣの定常状態動作中にＶＤＣＬ２００が干渉しないように、ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ、ＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ、Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ及びＵｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍの様々な値が選択されてもよいことが想定される。

【0030】

図２ｂは、図２ａを参照して説明したＶＤＣＬ２００から出力されるＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤがＤＣ極電圧Ｕｄｐに基づいてどのように低減され得るかの一例を概略的に示す。

【0031】

Ｕｄｐが上方電圧閾値Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍを上回る場合、ＩＶＤ＿ＯＲＤは、ＭＭＣの最大許容有効電流（又は、例えば、電力）基準に対応する一定の上限値ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍに制限される。同様に、Ｕｄｐが下方電圧閾値Ｕｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍを下回る場合、ＩＶＤ＿ＯＲＤは一定の下限値ＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍに制限される。ＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍの値は、例えば、０又は０に近い値に設定され得る。

【0032】

Ｕｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍとＵｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍとの間に画定された領域内にＵｄｐが存在する場合には、Ｕｄｐに基づいてＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤが低減される。図２ｂを参照して説明される例では、ＩＶＤ＿ＯＲＤはＵｄｐに比例して、すなわち、（Ｕｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍとＵｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍとの間の間隔内で）ＩＶＤ＿ＯＲＤの値がＵｄｐの線形増加関数になるように、低減される。一例として、この領域では、ＡＣ有効電流基準は、ＩＶＤ＿ＯＲＤ＝ＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ＋（ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ－ＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ）＊（Ｕｄｐ－Ｕｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ）／（Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ－Ｕｄ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ）として与えられ得る。

【0033】

図２ｂは、Ｕｄｐに対するＩＶＤ＿ＯＲＤの線形依存性を示しているが、Ｕｄｐが上方電圧閾値（Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍなど）を下回るときに、Ｕｄｐ値の少なくとも何らかの領域内で、Ｕｄｐが低減されるにつれて、ＡＣ有効電流ＩＶＤ＿ＯＲＤが低減される限り、他の依存性も使用され得ることも想定される。

【0034】

図２ｃは、本開示による、Ｕｄｐに基づいてＤＣ電圧基準ＵＤＣ＿ＲＥＦがどのように低減され得るかの一例を概略的に示す。図２ｃに示すように、ＶＤＣＬ２００から出力されるＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤはスケーリングユニット２０４に供給され、スケーリングユニットにおいて、ＩＶＤ＿ＯＲＤの値が、修正されたＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＭＯＤがＩＶＤ＿ＭＯＤ＝ＩＶＤ＿ＯＲＤ／ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍとして与えられるように、ＩＶＤ＿ＯＲＤをＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍで除算することによってスケーリングされる。別の言い方をすると、スケーリングユニット２０４の後、ＩＶＤ＿ＯＲＤの値は間隔［ＩＶＤ＿ｍｉｎ＿ｌｉｍ／ＩＶＤ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ，１］にバインドされる。次いで、ＡＣ有効電流基準の修正値ＩＶＤ＿ＭＯＤは乗算ユニット２０６に提供され、乗算ユニットにおいて、この値は値ＵＤＣ＿ＯＲＤと乗算される。値ＵＤＣ＿ＯＲＤは、ＭＭＣの定常状態動作のＤＣ電圧基準に対応する。乗算ユニット２０６からの出力は、ＤＣ電圧基準ＵＤＣ＿ＲＥＦである。したがって、ＩＶＤ＿ＯＲＤの値が１を下回る（これは、Ｕｄｐが上方電圧閾値Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍを下回る場合に当てはまる）場合、ＤＣ電圧基準ＵＤＣ＿ＲＥＦは、定常状態ＤＣ電圧基準ＵＤＣ＿ＯＲＤと比較して低減されたＤＣ電圧基準を表す。ここで、ＵＤＣ＿ＲＥＦは、例えば図１を参照して説明した方法１００を参照して本明細書で説明されている、低減されたＤＣ電圧基準である。

【0035】

次いで、ＤＣ電圧基準ＵＤＣ＿ＲＥＦ及びＡＣ有効電流基準ＩＶＤ＿ＯＲＤは、ＭＭＣの制御の他の部分２０８に提供され、そこで、それらは、ＡＣ有効電流（及びそれによってＭＭＣのＡＣ側の有効電力）及びＭＭＣによって生成されるＤＣ側電圧（ＤＣ故障に供給される電流も低減され得るように）の両方を低下させるために使用される。

【0036】

本明細書で前述したように、ＤＣ電圧（例えば、ＤＣ極電圧）が、通常、例えば負ＤＣ極電圧などの負電圧であってもよいことも想定される。これが該当する場合、図１、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃを参照して上述した方法の様々な実施形態が、例えば、代わりにＵｄｐの絶対値が使用され、ＤＣ電圧に基づいて低減されるのがＡＣ有効電流基準及びＤＣ電圧基準の大きさであるように修正されることが想定される。

【0037】

本明細書で前述したように、ＤＣ故障の位置が、例えば、本開示による方法が１つ以上のＭＭＣを制御するために実施されるコンバータステーションから遠く離れている場合、ＤＣ極電圧が上方電圧閾値（例えば、Ｕｄ＿ｍａｘ＿ｌｉｍ）を下回らない可能性がある。そのような状況では、例えばＤＣ電圧基準の低減は行われない可能性があり、コンバータステーションは故障にＤＣ電流を供給し続ける可能性がある。そのような望ましくない状況に対する対策として、本開示はまた、例えば、ＭＭＣのＤＣ電流コントローラ又は循環電流コントローラがＤＣ電流の上方レベルを制限するために使用される方法の１つ以上の実施形態を想定する。例えば、ＤＣ電流は、特定の値を超えて増加する場合、公称値に制限されるか、又は公称値に近くなり得る。これは、次いで、例えばＭＭＣに通常見られる相アームコンデンサエネルギーコントローラと組み合わさって、ＭＭＣによって生成されたＤＣ電圧を強制的に低下させて、定格の必要な循環電流を維持することができる。ここで、相アームコンデンサエネルギーコントローラは、例えば、相アームの総相アームエネルギー又は合計コンバータセル電圧を所望の値に維持しようと試みることができる。これにより、ＭＭＣのＤＣ極電圧を上方電圧閾値を下回って低下させることができ、これはその後、本明細書に記載の方法によって検出することができ、ＤＣ極電圧に基づいてＡＣ有効電流基準及びＤＣ電圧基準を低下させるステップを実行することができる。

【0038】

本明細書で前述もしたように、ＭＭＣ及びコンバータステーションにおけるＤＣ故障を処理する既存の方法は、ＤＣ故障が検出された場合にのみフルブリッジ型又は混合アーム型のＭＭＣの制御動作を開始するＤＣ故障検出に依存し得る。これは、使用されるＤＣ故障検出アルゴリズムのみに依存し得るため、問題となり得る。

【0039】

他励式変換器（ＬＣＣ）に基づく（ＨＶＤＣ）システムに使用されるＤＣ故障アルゴリズムは、通常、非常にロバストである。このロバスト性を達成するために、アルゴリズムは、保護によって故障が検出されるまでＤＣ故障電流に対する制御を自律的に維持するためのＬＣＣ固有の能力を利用するように設計される。しかしながら、電圧を制御する電圧源コントローラ（すなわち、ＭＭＣ）の場合、ＤＣ故障の発生を受けて制御動作に一切の変化がないまま、より長い時間待つことができない。これは、コンバータがＤＣ故障を分離するためにＤＣ電圧を低減することができず、また、コンバータがＡＣ側とＤＣ側との間の電力バランスを維持することもできないためである。

【0040】

その結果、ＤＣ故障の検出は、システムのより良好な制御及びロバスト性のために高速である必要がある。しかしながら、ＤＣ故障があまりにも速く検出される場合、検出が敏感になり過ぎ、その敏感なスイッチング素子に起因して、コンバータステーションが偶発事故なしにトリップする（例えば停止する）リスクがあり得る。したがって、本開示の方法は、ＤＣ故障検出アルゴリズムの速度要件の緩和を可能にするため、ＤＣ故障を自律的に処理することができる改善された制御を提供することができる。

【0041】

本明細書では、ＭＭＣが、（例えば、測定ＤＣ電流に基づいて）ＤＣ故障の検出及びその後の処理に適した追加の手段を含むことができることが想定される。

【0042】

図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃを参照して、本開示によるＭＭＣ、コンバータステーション、及び電力伝送システムの様々な実施形態をここでより詳細に説明する。

【0043】

図３ａは、ＭＭＣ３００を概略的に示す。直流側では、ＭＭＣ３００は、第１の直流端子３２１及び第２の直流端子３２２に接続されている。ＤＣ端子３２１及び３２２の一方又は両方は、例えば、それぞれのＤＣ極に対応することができる。本明細書に記載されるように、例えば、例としてＤＣ端子３２１と接地との間に形成される短絡などが存在するように、ＤＣ故障３２３がＭＭＣ３００に起因して発生し得ることが想定される。

【0044】

交流側では、ＭＭＣ３００は、１つ以上の交流相３３０に接続される。各ＡＣ相３３０に対して、ＭＭＣ３００は、それぞれの相レッグ３１３を有する。各相レッグ３１３は、上方相アーム３１１及び下方相３１２を含む。上方相アーム３１１は、第１のＤＣ端子３２１とそのそれぞれのＡＣ相３３０との間に接続され、下方相アーム３１２は、そのそれぞれのＡＣ相３３０と第２のＤＣ端子３２２との間に接続される。相アーム３１１は、直列に接続された複数のコンバータセル３１４を含む。本開示では、相アーム３１１が、フルブリッジ型又は混合型のいずれかのコンバータセル３１４を含むことが想定される。例えば、混合型では、相アーム３１１内のコンバータセル３１４が、フルブリッジとハーフブリッジの両方のコンバータセルの混合であってもよいことが想定される。ＭＭＣ３００が、（フルブリッジ型の）コンバータセル３１４を使用してＤＣ故障電流をブロックすることにより、ＤＣ故障３２３によって引き起こされるＤＣ故障電流を処理することができるように、フルブリッジ型の少なくともいくつかのコンバータセル３１４が存在する限り、コンバータセル型の他の組み合わせを使用してもよいことも想定される。

【0045】

ＭＭＣは、本開示による方法に従って、例えば、相アーム３１１及びコンバータセル３１４を動作させるように構成されたコントローラ３４０を含む。コントローラ３４０は、例えば、ＡＣ有効電流基準及びＤＣ電圧基準を含む必要な基準を作成し、また本明細書に記載のようにＤＣ極電圧に基づいてそれらの値を低減するために必要なハードウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。

【0046】

コントローラ３４０がまた、相アーム３１１及びその中のコンバータセル３１４を制御するために必要な他のソフトウェア及び／又はハードウェアによって構成されてもよいことが想定される。ここで、「制御する」ことは、例えば、各相アーム３１１内のコンバータセル３１４のいずれが、特定の時点において、それぞれのＤＣ端子と、間に相アームが接続されているＡＣ相との間を流れる電流経路から挿入又はバイパスされるかを決定することを含むことができる。無論、「制御すること」は、本明細書で論述も説明もされていない１つ又は多くの他の機能を含み得ることも想定される。例えば、通常動作中（例えば、定常状態動作中）、コントローラ３４０は、所望に応じてＡＣ側とＤＣ側との間で電力を伝送するために、ＭＭＣ３３０がインバータ又は整流器のいずれかとして動作することができるように相アーム３１１を制御することができる。

【0047】

図３ｂは、コンバータステーション３５０を概略的に示す。コンバータステーション３５０は、直流側に直流端子３２４及び３２５を有し、交流側の少なくとも１つの交流グリッド３３２に接続可能である。コンバータステーション３５０は、４つのＭＭＣ３０１，３０２，３０３，３０４を含む。少なくとも１つのそのようなＭＭＣは、本明細書中に記載されるようなＭＭＣ、例えば、図３ａを参照して記載されるＭＭＣ３００であってもよい。

【0048】

図３ｃは、電力伝送システム３６０を概略的に示す。電力伝送システム３６０は、例えば、ＨＶＤＣ電力伝送システムであってもよい。電力伝送システム３６０は、ＤＣリンク３２６を介して接続された少なくとも２つのコンバータステーション３５１及び３５２を含む。それぞれのＡＣ側において、コンバータステーション３５１及び３５２は、それぞれのＡＣグリッド３３６及び３３７に接続されている。図３ｃでは、電力伝送システム３６０は、（単一のＤＣリンク及び接地復路のみを使用する）単極構成にあるものとして示されている。本明細書で定義される電力伝送システムがまた、例えばバイポーラ構成などの他の構成であってもよいことが想定される。

【0049】

要約すると、本開示は、フルブリッジ型又は混合型の相アームを含むＭＭＣのＤＣ故障を処理する改善された方法を提供する。これは、ＤＣ電圧の大きさが所定の（上方）電圧閾値を下回るか否かを検出するために、ＭＭＣのＤＣ電圧の大きさを監視することによって達成される。この場合、ＤＣ電圧の大きさは、ＭＭＣのＡＣ有効電流基準の大きさとＤＣ電圧基準の大きさの両方を低減するために使用される。これにより、ＤＣ故障が検出され、ＭＭＣの従来の手段によって処理される前に、ＤＣ故障（又は、むしろ、ＤＣライン障害）を十分な持続時間にわたって自律的に処理することが可能になる。これにより、従来のＤＣ故障検出アルゴリズムに対する速度要件を緩和することが可能になり、ＭＭＣの過感度及びトリップのリスクが低減される。

【0050】

さらに、本開示はまた、ＭＭＣが（直接的又は間接的に）接続されているＤＣライン上に深刻なＤＣ電圧及び／又はＤＣ電流障害がある場合の過電流及び／又は高いセル電圧を回避するために、ＭＭＣの改善された制御を提供する。そのような障害は、例えばＤＣ故障からのものであり得るが、他の故障／障害からのものである場合もある。言い換えると、本開示はまた、ＤＣ電圧（例えば、ＤＣ極電圧）及び／又はＤＣライン電流が異常であっても、異常な高電流ストレス又は異常なセル電圧ストレスを受けることなくＭＭＣを動作させる方法を提供する。

【0051】

さらに、本開示は、ＤＣ故障がＭＭＣから遠くで発生する場合のような望ましくない状況を回避する方法も提供する。そのような状況では、本開示は、合計セル電圧制御と組み合わさったＤＣ電流コントローラ（又は循環電流コントローラ）を使用してＤＣ電流が自動的に制限される実施形態を提供する。全体として、本開示は、保護動作が行われ得る前のＤＣ電流測定及びＤＣ故障の実際の検出のみに依拠する従来のＤＣ故障処理と比較して、よりロバストで信頼性が高く、他の過渡及びダイナミクスに対する感度が低い可能性があるＤＣ故障処理に対する解決策を提供する。

【0052】

特徴及び要素は、特定の組み合わせで上述され得るが、各特徴又は要素は、他の特徴及び要素なしで単独で、又は他の特徴及び要素を伴って若しくは伴わずに様々な組み合わせで使用されてもよい。

【0053】

加えて、開示された実施形態に対する変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から当業者によって理解され、請求された発明を実施することができる。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という単語は他の要素を排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。特定の特徴が相互に異なる従属請求項に列挙されているというだけの事実は、これらの特徴の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3a】

【図3b】

【図3c】