特許 7404283 電力変換器、直流送電システム、および電力変換方法

(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】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】電力変換器、直流送電システム、および電力変換方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20231218BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20231218BHJP

   H02J 3/36 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M7/48 R

H02J1/00 301D

H02J3/36

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021020875

(22)【出願日】2021-02-12

(65)【公開番号】P2022123517

(43)【公開日】2022-08-24

【審査請求日】2023-01-30

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐野 憲一朗

(72)【発明者】

【氏名】児山 裕史

(72)【発明者】

【氏名】関口 慧

(72)【発明者】

【氏名】石黒 崇裕

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 大地

【審査官】遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７９７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７４４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５４６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４３６２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０２Ｊ ３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続された第１の直流遮断器と第２の直流遮断器とを有する複数の直流送電線を備える直流送電システムにおいて、送電側から供給された交流電力を直流電力に変換して前記第１の直流遮断器側に出力する、あるいは前記第２の直流遮断器側から供給された直流電力を交流電力に変換して受電側に出力する電力変換器であって、
ハーフブリッジ回路を用いて構成される複数のアームと、
前記アームから出力する直流電力の電圧値を制御するための直流端子電圧指令値を求める直流電流制御装置を備え、少なくとも前記直流端子電圧指令値に基づいて、前記アームを制御するためのアーム電圧指令値を出力する制御装置と、
を備え、
前記直流電流制御装置は、
いずれかの前記直流送電線に事故が発生した際に、前記事故が発生した直流送電線である事故回線に属する前記第１の直流遮断器と前記第２の直流遮断器とが対応する前記事故回線を遮断するまでの間に流れる直流電流の変動を抑えるように値を変化させる前記直流端子電圧指令値を求める、
電力変換器。

【請求項2】

前記直流電流制御装置は、発生した前記事故によって前記直流送電線の電圧値が低下している期間に、前記直流端子電圧指令値を低い値にする、
請求項１に記載の電力変換器。

【請求項3】

前記直流電流制御装置は、直流電力指令値を直流送電電圧定格値で除して得た直流電流指令値と、検出した直流電流との第１の偏差を取り、前記第１の偏差を第１の制御器に入力して前記直流端子電圧指令値を求める、
請求項２に記載の電力変換器。

【請求項4】

前記直流電流制御装置は、直流コンデンサ電圧制御装置により出力された、それぞれの前記ハーフブリッジ回路が備える直流コンデンサに流入する電力を制御するための電力指令値を前記直流電力指令値として前記直流端子電圧指令値を求め、
前記制御装置は、
定電圧定周波数の信号源が出力する信号を交流端子電圧指令値とし、
前記直流端子電圧指令値と前記交流端子電圧指令値とに基づいた前記アーム電圧指令値を前記アームに出力する、
請求項３に記載の電力変換器。

【請求項5】

前記直流電流制御装置は、前記電力変換器が交流から直流に変換する電力を前記直流電力指令値として前記直流端子電圧指令値を求め、
前記制御装置は、
前記直流送電電圧定格値を定常時の前記直流端子電圧指令値とし、前記直流電流制御装置が求めた前記直流端子電圧指令値を前記事故が発生したときの前記直流端子電圧指令値とし、
直流コンデンサ電圧制御装置により出力された、それぞれの前記ハーフブリッジ回路が備える直流コンデンサに流入する電力を制御するための電力指令値を交流有効電力指令値とし、前記交流有効電力指令値と交流無効電力指令値とに基づいて交流電流制御装置が求めた出力値を、交流端子電圧指令値とし、
前記直流端子電圧指令値と前記交流端子電圧指令値とに基づいた前記アーム電圧指令値を前記アームに出力する、
請求項３に記載の電力変換器。

【請求項6】

前記直流電流制御装置は、直流コンデンサ電圧制御装置により出力された、それぞれの前記ハーフブリッジ回路が備える直流コンデンサに流入する電力を制御するための電力指令値を前記直流電力指令値として前記直流端子電圧指令値を求め、
前記制御装置は、
上位制御装置により出力された送電電力指令値を交流有効電力指令値とし、前記交流有効電力指令値と交流無効電力指令値とに基づいて交流電流制御装置が求めた出力値を、交流端子電圧指令値とし、
前記直流端子電圧指令値と前記交流端子電圧指令値とに基づいた前記アーム電圧指令値を前記アームに出力する、
請求項３に記載の電力変換器。

【請求項7】

前記直流電流制御装置は、上位制御装置により出力された送電電力指令値を前記直流電力指令値として前記直流端子電圧指令値を求め、
前記制御装置は、
直流コンデンサ電圧制御装置により出力された、それぞれの前記ハーフブリッジ回路が備える直流コンデンサに流入する電力を制御するための電力指令値を交流有効電力指令値とし、前記交流有効電力指令値と交流無効電力指令値とに基づいて交流電流制御装置が求めた出力値を、交流端子電圧指令値とし、
前記直流端子電圧指令値と前記交流端子電圧指令値とに基づいた前記アーム電圧指令値を前記アームに出力する、
請求項３に記載の電力変換器。

【請求項8】

前記直流コンデンサ電圧制御装置は、
それぞれの前記ハーフブリッジ回路が備える直流コンデンサの電圧の検出値の平均値と、前記直流コンデンサに対する直流コンデンサ電圧指令値との第２の偏差を取り、前記第２の偏差を第２の制御器に入力して得た出力値を、前記電力指令値として出力する、
請求項４から請求項７のうちいずれか１項に記載の電力変換器。

【請求項9】

直列に接続された第１の直流遮断器と第２の直流遮断器とを有する複数の直流送電線と、
送電側から供給された交流電力を直流電力に変換して前記第１の直流遮断器側に出力する第１の電力変換器と、
前記複数の直流送電線により送電され、前記第２の直流遮断器側から供給された直流電力を交流電力に変換して受電側に出力する第２の電力変換器と、
を備え、
前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器とは、
ハーフブリッジ回路を用いて構成される複数のアームと、
前記アームから出力する直流電力の電圧値を制御するための直流端子電圧指令値を求める直流電流制御装置を備え、少なくとも前記直流端子電圧指令値に基づいて、前記アームを制御するためのアーム電圧指令値を出力する制御装置と、
を備え、
前記直流電流制御装置は、
いずれかの前記直流送電線に事故が発生した際に、前記事故が発生した直流送電線である事故回線に属する前記第１の直流遮断器と前記第２の直流遮断器とが対応する前記事故回線を遮断するまでの間に流れる直流電流の変動を抑えるように値を変化させる前記直流端子電圧指令値を求める、
直流送電システム。

【請求項10】

前記直流送電線は、対称単極の構成であり、
前記事故は、前記直流送電線における片極の地絡事故である、
請求項９に記載の直流送電システム。

【請求項11】

前記第１の電力変換器は、請求項４を引用する請求項８に記載の電力変換器であり、
前記第２の電力変換器は、請求項５を引用する請求項８に記載の電力変換器である、
請求項１０に記載の直流送電システム。

【請求項12】

前記送電側から供給される交流電力は、複数の発電機を有する発電設備において、それぞれの前記発電機が発電した発電電力を連系インバータにより連系させた電力である、
請求項１１に記載の直流送電システム。

【請求項13】

前記第１の電力変換器は、請求項６または請求項７を引用する請求項８に記載の電力変換器であり、
前記第２の電力変換器は、請求項５を引用する請求項８に記載の電力変換器である、
請求項１０に記載の直流送電システム。

【請求項14】

直列に接続された第１の直流遮断器と第２の直流遮断器とを有する複数の直流送電線を備える直流送電システムにおいて、送電側から供給された交流電力を直流電力に変換して前記第１の直流遮断器側に出力する、あるいは前記第２の直流遮断器側から供給された直流電力を交流電力に変換して受電側に出力する電力変換器であって、ハーフブリッジ回路を用いて構成される複数のアームと、前記アームから出力する直流電力の電圧値を制御するための直流端子電圧指令値を求める直流電流制御装置を備え、少なくとも前記直流端子電圧指令値に基づいて、前記アームを制御するためのアーム電圧指令値を出力する制御装置と、を備える前記電力変換器における電力変換方法であって、
前記直流電流制御装置のコンピュータが、
いずれかの前記直流送電線に事故が発生した際に、前記事故が発生した直流送電線である事故回線に属する前記第１の直流遮断器と前記第２の直流遮断器とが対応する前記事故回線を遮断するまでの間に流れる直流電流の変動を抑えるように値を変化させる前記直流端子電圧指令値を求める、
電力変換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換器、直流送電システム、および電力変換方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、直流送電を行う直流送電システムについて検討・導入が進められている。直流送電システムは、従来の交流送電システムに比べ、長距離大電力送電に適用した場合に、低コストで設置可能であり且つ電力損失が少ない高効率システムを構築することが可能である。

【0003】

従来から、直流送電システムに関する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。図１２は、従来の直流送電システムの構成の一例を示す図である。図１２に示した直流送電システム５００は、送電側の交流系統ＡＣ－Ｔ（発電設備でってもよい）から、受電側の交流系統ＡＣ－Ｒに電力を送電する。図１２には、送電側の交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔと受電側の交直変換器５１０－ＡＣ－Ｒとの間に、二つの直流送電線５２３（直流送電線５２３－１および５２３－２）を備える、つまり２回線の直流送電システムの構成の一例を示している。直流送電システム５００において、交流系統ＡＣ－Ｔから出力された交流電力は、交流遮断器Ｂ－ＡＣ－Ｔを介して変圧器Ｔ－ＡＣ－Ｔに送られ、変圧器Ｔ－ＡＣ－Ｔによって変圧されて、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔに入力される。交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔは、入力された交流電力を直流電力に変換する。交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔにより変換された直流電力は、直流リアクトルＬ－ＤＣ－Ｔ、直流母線５２１、直流遮断器５２２（直流遮断器５２２－１および５２２－２）、直流送電線５２３（直流送電線５２３－１および５２３－２）、直流遮断器５２４（直流遮断器５２４－１および５２４－２）、直流母線５２５、直流リアクトルＬ－ＤＣ－Ｒを介して交直変換器５１０－ＡＣ－Ｒに送電される。交直変換器５１０－ＡＣ－Ｒは、送電された直流電力を交流電力に変換して変圧器Ｔ－ＡＣ－Ｒに出力する。変圧器Ｔ－ＡＣ－Ｒにより変圧された交流電力は、交流遮断器Ｂ－ＡＣ－Ｒを介して交流系統ＡＣ－Ｒに送られる。

【0004】

直流送電システム５００では、いずれかの直流送電線５２３において事故が発生した場合、事故が発生した直流送電線５２３に属する送電側の直流遮断器５２２と、受電側の直流遮断器５２４とのそれぞれにおいて、直流遮断器を開極させることで、事故が発生した直流送電線５２３を切り離す。これにより、直流送電システム５００では、事故が発生していない直流送電線５２３を用いて、送電を維持する。図１２には、直流送電線５２３－１において事故Ｘが発生した場合に、直流遮断器５２２－１と直流遮断器５２４－１とのそれぞれの直流遮断器を開極することによって事故が発生した直流送電線５２３－１を切り離し、事故が発生していない直流送電線５２３－２によって送電を維持している状態を示している。

【0005】

ところで、図１２に示したような従来の直流送電システム５００では、一般的に、交直変換器５１０として、正方向の電圧を出力することができるハーフブリッジ回路を用いてアームを構成するモジュラーマルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter：ＭＭＣ）が用いられる。また、直流送電システム５００を構成する直流遮断器５２２は、機械接点式の断路器と、半導体素子を用いた電流遮断部を並列に接続した構成が用いられる。つまり、機械的な動作機構によって電流を半導体素子に転流させ、その後半導体素子によって事故が発生した直流送電線５２３を切り離す構成である。このため、いずれかの直流送電線５２３に事故が発生した場合、事故が発生した直流送電線５２３に属する直流遮断器５２２や直流遮断器５２４が実際に直流送電線５２３を切り離すまでには、ある程度の時間（例えば、５～１０［ｍｓ］程度）を要する。この時間は、直流送電システム５００において、保護リレーが直流送電線５２３に発生した事故を検知してから、直流遮断器５２２と直流遮断器５２４とのそれぞれに直流送電線５２３を遮断させる遮断指令を送るまでに要する時間や、直流遮断器５２２と直流遮断器５２４とのそれぞれが遮断指令を受けてから、実際に遮断動作が行われるまでに要する機械的な動作の遅れ時間などに起因するものである。このため、直流送電システム５００では、事故が発生してから直流遮断器５２２と直流遮断器５２４とのそれぞれが直流送電線５２３を実際に切り離すまでの間、事故が発生した直流送電線５２３に直流事故電流が流れ、この直流事故電流によって交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔから交直変換器５１０－ＡＣ－Ｒまでの間の直流電圧が低下してしまう。すると、それぞれの交直変換器５１０では、直流電流が増加して、運転を停止してしまうことがある。この交直変換器５１０の運転停止は、交直変換器５１０において増加した直流電流が、例えば、交直変換器５１０が備える過電流保護機能が動作する閾値を超えてしまった場合に起こる。特に、近年の直流送電システムにおいて交直変換器として用いられることが多いハーフブリッジ回路を用いたモジュラーマルチレベル変換器では、直流端子側の電圧を一定に保持するよう制御されることから、直流電流が増加する速度が早い。そのため、より短時間で過電流保護機能が動作する閾値を超えてしまうことになる。

【0006】

図１３は、従来の直流送電システムが備える交直変換器における直流電流の変化の一例を示す図である。図１３には、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔにおける出力側の直流母線５２１の直流電圧Ｖｂｄｃと、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔにおいて直流端子に直流端子電圧を出力させるための指令値（以下、「直流端子電圧指令値」という）Ｖｄｃ^＊と、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔに流れる直流電流Ｉｄｃとの時間的な変化を示している。

【0007】

交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔが定常動作をしているとき、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じた直流電力が出力端子に出力されるため、直流電圧Ｖｂｄｃと直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊とは同じであり、直流電流Ｉｄｃの変化も少ない（定格値以下である）状態である。しかしながら、時間ｔａにおいていずれかの直流送電線５２３において事故が発生した場合、直流母線５２１の直流電圧Ｖｂｄｃが低下する。このとき、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔでは、時間ｔａよりも前と同じ、つまり、直流母線５２１に一定の直流端子電圧Ｖｄｃを出力させるようにするため、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊は変化しない。このため、直流送電システム５００では、直流電圧Ｖｂｄｃと交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔが直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じて出力しようとする直流端子電圧との電圧差が直流リアクトルＬ－ＤＣ－Ｔに印加され、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔでは、直流電流Ｉｄｃが次第に増加していく。その後、時間ｔｏにおいて直流遮断器５２２－１が、事故が発生した直流送電線５２３を切り離すと、直流母線５２１の直流電圧Ｖｂｄｃは、事故が発生する時間ｔａよりも前の定常動作のときの大きさまで増加する。これに伴って、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔでは、直流電流Ｉｄｃの増加が止まり、その後の制御によって直流電流Ｉｄｃが次第に減少し、いずれは事故が発生する時間ｔａよりも前の定常動作のときと同じになる。

【0008】

ここで、事故が発生した時間ｔａから直流遮断器５２２－１によって直流送電線５２３が実際に切り離される時間ｔｏまでの期間のいずれかの時間において、直流電流Ｉｄｃが、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔが備える過電流保護機能が動作する閾値を超えてしまった場合、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔは、運転を停止してしまう。すると、交直変換器５１０－ＡＣ－Ｔは、事故が発生した直流送電線５２３を直流遮断器５２２が切り離したとしても、図１３に示したように時間ｔｏ後に定常動作に戻ることなく、直流送電システム５００における送電は停止してしまう。

【0009】

このような事態になってしまうことがないように、例えば、直流リアクトルＬ－ＤＣ－Ｔや直流リアクトルＬ－ＤＣ－Ｒのインダクタンスを増やすことが考えられる。しかし、直流リアクトルＬのインダクタンスを増やすと、交直変換器５１０における事故時の直流電流の増加を抑制することができるが、直流送電システム５００の設備が全体として大型化してしまい、コストも高くなってしまう要因となる。

【0010】

さらに、例えば、特許文献３には、交直変換器として、正方向および逆方向の電圧を出力できるフルブリッジ回路を用いてアームを構成するモジュラーマルチレベル変換器を用いることにより、事故が発生した直流送電線に流れる直流事故電流の増加を抑制することが記載されている。特許文献３に開示された技術を直流送電システム５００に適用することによって、いずれかの直流送電線５２３において事故が発生した場合でも、交直変換器５１０における直流電流の増加を抑え、過電流保護機能が動作する閾値を超えてしまうのを回避することができる。しかしながら、特許文献３に開示された技術は、モジュラーマルチレベル変換器におけるアームを、フルブリッジ回路を用いて構成するため、交直変換器の回路規模が増大してしまう。より具体的には、フルブリッジ回路は、ハーフブリッジ回路に比べて、およそ２倍の半導体素子を必要とするため、フルブリッジ回路の回路規模は、ハーフブリッジ回路の回路規模よりも増大する。さらに、ハーフブリッジ回路よりも２倍の半導体素子を必要とするフルブリッジ回路は、交直変換器５１０において交流電力から直流電力に変換、あるいは直流電力から交流電力に変換する際の変換損失が増加してしまう。従って、特許文献３に開示された技術を適用した場合でも、交直変換器あるいは直流送電システムが全体として大型化してしまい、コストも高くなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開昭６４－００８８２８号公報

【文献】特開２０１４－１１２９８４号公報

【文献】特開２０１３－１７９７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明が解決しようとする課題は、直流送電システムに適用される、ハーフブリッジ回路を用いてアームを構成した電力変換器において、直流送電線に発生した事故に伴う短時間の直流電圧の低下によって生じる、直流電流の増加に起因した動作停止を回避することができる電力変換器、直流送電システム、および電力変換方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

実施形態の電力変換器は、複数のアームと、制御装置とを持つ。電力変換器は、直列に接続された第１の直流遮断器と第２の直流遮断器とを有する複数の直流送電線を備える直流送電システムにおいて、送電側から供給された交流電力を直流電力に変換して前記第１の直流遮断器側に出力する、あるいは前記第２の直流遮断器側から供給された直流電力を交流電力に変換して受電側に出力する。複数のアームのそれぞれは、ハーフブリッジ回路を用いて構成される。制御装置は、前記アームから出力する直流電力の電圧値を制御するための直流端子電圧指令値を求める直流電流制御装置を備える。制御装置は、少なくとも前記直流端子電圧指令値に基づいて、前記アームを制御するためのアーム電圧指令値を出力する。前記直流電流制御装置は、いずれかの前記直流送電線に事故が発生した際に、定常時とは異なる値の前記直流端子電圧指令値を求める。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係る直流送電システムの構成の一例を示す図。

【図2】第１の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器の構成の一例を示す図。

【図3】第１の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器が備える直流電流制御装置の構成の一例を示す図。

【図4】第１の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器の制御系の構成の一例を示す図。

【図5】第１の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器が備える直流コンデンサ電圧制御装置の構成の一例を示す図。

【図6】第１の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器における直流電流の制御の一例を示す図。

【図7】第１の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器の制御系の構成の一例を示す図。

【図8】第１の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器における直流電流の制御の一例を示す図。

【図9】第２の実施形態に係る直流送電システムの構成の一例を示す図。

【図10】第２の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器の制御系の構成の一例を示す図。

【図11】第２の実施形態の直流送電システムが備える電力変換器の制御系の構成の別の一例を示す図。

【図12】従来の直流送電システムの構成の一例を示す図。

【図13】従来の直流送電システムが備える交直変換器における直流電流の変化の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、実施形態の電力変換器、直流送電システム、および電力変換方法を、図面を参照して説明する。

【0016】

（第１の実施形態）
［直流送電システムの構成］
図１は、第１の実施形態に係る直流送電システムの構成の一例を示す図である。図１には、送電側の発電設備から受電側の交流系統に電力を送電する直流送電システム１の一例を示している。図１に示した直流送電システム１では、発電設備で発電した交流電力を直流電力に変換して送電し、受電側で再び交流電力に変換して交流系統に送電する。図１には、送電側の電力変換器１０（電力変換器１０－Ｐ）と受電側の電力変換器１０（電力変換器１０－ＡＣ）との間に、二つの直流送電線２３（直流送電線２３－１および２３－２）を備える、つまり２回線の直流送電システム１の構成を示している。

【0017】

直流送電システム１は、例えば、発電設備Ｐと、交流遮断器Ｂ－Ｐと、変圧器Ｔ－Ｐと、電力変換器１０－Ｐと、直流母線２１と、二つの直流遮断器２２（直流遮断器２２－１および２２－２）と、直流送電線２３－１および２３－２と、二つの直流遮断器２４（直流遮断器２４－１および２４－２）と、直流母線２５と、電力変換器１０－ＡＣと、変圧器Ｔ－ＡＣと、交流遮断器Ｂ－ＡＣと、交流系統ＡＣと、上位制御装置３０と、を備える。

【0018】

発電設備Ｐは、交流系統ＡＣ側に送電する交流電力を発電する設備である。発電設備Ｐは、例えば、海上に設置された風力発電設備である。以下の説明においては、発電設備Ｐが風力発電設備であるものとする。発電設備Ｐは、例えば、複数の発電機（風力発電機）Ｇと、それぞれの発電機Ｇに対応する複数の連系インバータＩＶと、を備える。図１には、三つの発電機Ｇ（風力発電機Ｇ－１～Ｇ－３）と、それぞれの発電機Ｇに対応する三つの連系インバータＩＶ（連系インバータＩＶ－１～ＩＶ－３）を備える発電設備Ｐの一例を示している。発電設備Ｐでは、それぞれの発電機Ｇが発電した発電電力（交流電力）をそれぞれの連系インバータＩＶによって連系させて、交流遮断器Ｂ－Ｐに出力する。

【0019】

交流系統ＡＣは、発電設備Ｐにより発電されて送電されてきた交流電力を需要家に送電する送電設備である。交流系統ＡＣは、送電されてきた交流電力を、接続された先に存在する需要家に送電する。これにより、それぞれの需要家に交流電力が供給される。

【0020】

交流遮断器Ｂ－Ｐおよび交流遮断器Ｂ－ＡＣのそれぞれは、交流電力の遮断器である。交流遮断器Ｂ－Ｐは、直流送電システム１における定常の送電時には、発電設備Ｐにより出力された交流電力を変圧器Ｔ－Ｐに送電する。交流遮断器Ｂ－Ｐは、例えば、発電設備Ｐ側に事故が発生したときなど、直流送電システム１において交流電力の送電に関連する事故が発生した場合には、発電設備Ｐと変圧器Ｔ－Ｐとの間の送電を遮断する。交流遮断器Ｂ－ＡＣは、直流送電システム１における定常の送電時には、変圧器Ｔ－ＡＣにより出力された交流電力を交流系統ＡＣに送電する。交流遮断器Ｂ－ＡＣは、例えば、交流系統ＡＣ側に事故が発生したときなど、直流送電システム１において交流電力の送電に関連する事故が発生した場合には、変圧器Ｔ－ＡＣと交流系統ＡＣとの間の送電を遮断する。

【0021】

変圧器Ｔ－Ｐおよび変圧器Ｔ－ＡＣのそれぞれは、入力された交流電圧を変圧する。変圧器Ｔ－Ｐは、交流遮断器Ｂ－Ｐから送電された交流電圧を変圧して、電力変換器１０－Ｐの交流端子に出力する。変圧器Ｔ－ＡＣは、電力変換器１０－ＡＣの交流端子から入力された交流電圧を変圧して、交流遮断器Ｂ－ＡＣに出力する。

【0022】

電力変換器１０－Ｐおよび電力変換器１０－ＡＣのそれぞれは、交流端子に入力された交流電力を直流電力に変換して直流端子に出力する、あるいは、直流端子に入力された直流電力を交流電力に変換して交流端子に出力する、交直変換器の一種である。電力変換器１０－Ｐおよび電力変換器１０－ＡＣのそれぞれは、正方向の電圧を出力することができるハーフブリッジ回路を用いてアームを構成するモジュラーマルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter：ＭＭＣ）である。電力変換器１０－Ｐは、変圧器Ｔ－Ｐから交流端子に入力された交流電力を直流電力に変換して、直流端子から直流母線２１に出力する。電力変換器１０－Ｐは、例えば、定電圧定周波数（Constant Voltage Constant Frequency：ＣＶＣＦ）運転により動作している。この定電圧定周波数運転により、電力変換器１０－Ｐは、発電設備Ｐ側の交流電力の電圧を保持した状態で、変換した直流電力を直流母線２１に出力する。電力変換器１０－ＡＣは、直流母線２５から直流端子に入力された直流電力を交流電力に変換して、交流端子から変圧器Ｔ－ＡＣに出力する。電力変換器１０－ＡＣは、例えば、直流電圧制御（DC Automatic Voltage Regulation：ＤＣＡＶＲ）運転により動作している。この直流電圧制御運転により、電力変換器１０－ＡＣは、直流母線２５側の直流電力の電圧を保持した状態で、変換した交流電力を変圧器Ｔ－ＡＣに出力する。電力変換器１０－Ｐと電力変換器１０－ＡＣとのそれぞれは、いずれかの直流送電線２３において事故（例えば、地絡事故）が発生した場合、発生した事故に起因して短時間で動作が停止してしまわないように、電力の変換を制御する。電力変換器１０－Ｐおよび電力変換器１０－ＡＣ、つまり、電力変換器１０の構成や動作の詳細については後述する。電力変換器１０－Ｐは、特許請求の範囲における「第１の電力変換器」の一例であり、電力変換器１０－ＡＣは、特許請求の範囲における「第２の電力変換器」の一例である。

【0023】

直流遮断器２２－１および２２－２と、直流遮断器２４－１および２４－２とのそれぞれは、直流電力の遮断器である。直流遮断器２２－１および２２－２と、直流遮断器２４－１および２４－２とのそれぞれは、直流送電システム１における定常の送電時には、接続されている直流送電線２３を介して、直流電力を送電する。直流遮断器２２－１および２２－２と、直流遮断器２４－１および２４－２とのそれぞれは、接続されている直流送電線２３に事故が発生したときには、事故が発生した直流送電線２３に流れる電流を遮断する。直流遮断器２２－１および２２－２は、特許請求の範囲における「第１の直流遮断器」の一例であり、直流遮断器２４－１および２４－２は、特許請求の範囲における「第２の直流遮断器」の一例である。

【0024】

直流送電線２３－１および２３－２のそれぞれは、接続されている直流遮断器２２と直流遮断器２４との間で直流電力を送電する送電線（送電ケーブル）である。それぞれの直流送電線２３は、例えば、正極側の送電ケーブルと負極側の送電ケーブルとが一対となった、対称単極の構成である。直流送電線２３に発生することが想定される事故は、例えば、正極側あるいは負極側のいずれか一方の送電ケーブル、つまり、対称単極における片極の地絡事故である。

【0025】

上位制御装置３０は、直流送電システム１における直流電力の送電を制御する管理装置である。上位制御装置３０は、直流送電システム１において直流電力の送電を制御するための指令や指令値を、電力変換器１０や直流遮断器２２に出力する。例えば、上位制御装置３０は、直流送電システム１において送電する直流電力の電力値を指示（制御）するための送電電力指令値を、電力変換器１０－Ｐや電力変換器１０－ＡＣに出力（送信）する。これにより、直流送電システム１では、直流母線２１、二つの直流遮断器２２、二つの直流送電線２３、二つの直流遮断器２４、および直流母線２５を介して、電力変換器１０－Ｐの直流端子に出力された直流電力が、電力変換器１０－ＡＣ側に送電され、電力変換器１０－ＡＣの直流端子に入力される。一方、例えば、上位制御装置３０は、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した場合、この事故が発生した直流送電線２３（以下、「事故回線」という）の遮断を指示するための遮断指令を、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４に出力（送信）する。これにより、直流送電システム１では、遮断指令を受けた直流遮断器２２と直流遮断器２４とのそれぞれによって、事故回線が遮断される。この場合でも、直流送電システム１では、事故が発生していない直流送電線２３（以下、「健全回線」という）によって送電を継続することができる。

【0026】

このような構成によって、直流送電システム１では、発電設備Ｐで発電した交流電力を、電力変換器１０が直流電力に変換してから直流送電線２３を介して電力変換器１０－ＡＣに送電し、電力変換器１０－ＡＣが交流電力に変換して（戻して）から交流系統ＡＣ側に送る。

【0027】

［電力変換器１０の構成］
図２は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０の構成の一例を示す図である。電力変換器１０は、例えば、三つの上側のアーム１１０Ｕ（アーム１１０Ｕ－１～１１０Ｕ－３）と、三つの下側のアーム１１０Ｄ（アーム１１０Ｄ－１～１１０Ｄ－３）と、二つのリアクトル１２０（リアクトル１２０－Ｐおよびリアクトル１２０－Ｎ）と、制御装置１３０と、を備える。

【0028】

電力変換器１０では、三相交流のそれぞれの相に対応する三つの交流端子ＴＡ（交流端子ＴＡ－１～ＴＡ－３）のそれぞれに、対応するアーム１１０Ｕとアーム１１０Ｄとが接続され、アーム１１０Ｕとアーム１１０Ｄとのそれぞれは、対応するリアクトル１２０に接続されている。それぞれのリアクトル１２０は、正極側または負極側のいずれかの直流端子ＴＤ（正極側の直流端子ＴＤ－Ｐまたは負極側の直流端子ＴＤ－Ｎ）に接続されている。図２においては、アーム１１０Ｕとアーム１１０Ｄとのそれぞれが三相交流のいずれの相に対応するアームであるかを表すために、それぞれの符号の後に「－（ハイフン）」と、相を表す数字とを付している。例えば、三相交流の第１相の交流端子ＴＡである交流端子ＴＡ－１に対応するアーム１１０Ｕは「アーム１１０Ｕ－１」と表し、交流端子ＴＡ－１に対応するアーム１１０Ｄは「アーム１１０Ｄ－１」と表している。図２においては、リアクトル１２０のそれぞれが正極側または負極側のいずれの直流端子ＴＤに対応するかを表すために、それぞれの符号の後にハイフンと、正極側を表す「Ｐ」あるいは負極側を表す「Ｎ」の文字とを付している。より具体的には、正極側の直流端子ＴＤ－Ｐに対応するリアクトル１２０は「リアクトル１２０－Ｐ」と表し、負極側の直流端子ＴＤ－Ｎに対応するリアクトル１２０は「リアクトル１２０－Ｎ」と表している。アーム１１０Ｕおよびアーム１１０Ｄのそれぞれは、特許請求の範囲における「アーム」の一例である。

【0029】

アーム１１０Ｕおよびアーム１１０Ｄのそれぞれは、例えば、一つ以上のハーフブリッジ回路１１２（ハーフブリッジ回路１１２－１およびハーフブリッジ回路１１２－２）と、アームリアクトル１１４と、を備える。アーム１１０Ｕおよびアーム１１０Ｄのそれぞれでは、交流端子ＴＡ側から直流端子ＴＤ側に向かって、アームリアクトル１１４、ハーフブリッジ回路１１２－１、ハーフブリッジ回路１１２－２が直列に接続されている。アーム１１０Ｕおよびアーム１１０Ｄのそれぞれが備えるハーフブリッジ回路１１２の数は、二つに限定されない。図２においては、ハーフブリッジ回路１１２－１、ハーフブリッジ回路１１２－２、およびアームリアクトル１１４のそれぞれが、アーム１１０Ｕまたはアーム１１０Ｄのいずれのアームに属する構成要素であるかを表すために、それぞれの符号の後にハイフンと、アーム１１０Ｕを表す「Ｕ」またはアーム１１０Ｄを表す「Ｄ」の文字と、さらにハイフンと、相を表す数字とを付している。例えば、交流端子ＴＡ－１に対応するアーム１１０Ｕ－１が備えるハーフブリッジ回路１１２－１は「ハーフブリッジ回路１１２－１－Ｕ－１」と表し、アーム１１０Ｕ－１が備えるハーフブリッジ回路１１２－２は「ハーフブリッジ回路１１２－２－Ｕ－１」と表し、アーム１１０Ｕ－１が備えるアームリアクトル１１４は「アームリアクトル１１４－Ｕ－１」と表している。

【0030】

それぞれのハーフブリッジ回路１１２は、例えば、互いに同じ向きで直列に接続された二つの半導体スイッチ部１１２２の直列回路と、直流コンデンサ１１２４とが並列に接続された構成である。半導体スイッチ部１１２２のそれぞれは、例えば、互いに並列に接続された半導体スイッチング素子とダイオードとを備える。より具体的には、半導体スイッチ部１１２２では、ダイオードのカソードと半導体スイッチング素子のコレクタとが互いに接続され、ダイオードのアノードと半導体スイッチング素子のエミッタとが接続されている。半導体スイッチング素子のゲートは、制御装置１３０によって制御（制御電圧が印加）される。つまり、半導体スイッチ部１１２２は、制御装置１３０によってオンまたはオフのいずれかの状態に制御される。

【0031】

以下の説明においては、それぞれの構成要素がいずれの相に対応する構成要素であるか、いずれの直流端子ＴＤに対応する構成要素であるか、いずれのアームに属する構成要素であるかを区別しない場合には、それぞれの構成要素の符号に付したハイフンとハイフンに続く識別のための数字や文字を省略する。さらに、以下の説明においては、アーム１１０Ｕとアーム１１０Ｄとを区別しない場合には、「アーム１１０」という。

【0032】

リアクトル１２０は、対応するアーム１１０が接続された信号線、つまり、対応する直流端子ＴＤにおける電流の変化を抑制する。

【0033】

制御装置１３０は、アーム１１０が出力する電力を制御するための指令値をそれぞれのアーム１１０に出力することにより、電力変換器１０における交流電力の直流電力への変換、あるいは、直流電力の交流電力への変換を制御する。電力変換器１０は、少なくとも、直流電流制御装置１３１を備える。制御装置１３０は、直流電流制御装置１３１の他にも、例えば、直流コンデンサ電圧制御装置や、定電圧定周波数信号源、交流電流制御装置など、従来の交直変換器などにおいても備えられる種々の構成要素（全て不図示）を備える。言い換えれば、制御装置１３０は、従来の交直変換器などの構成に、直流電流制御装置１３１が追加された構成である。電力変換器１０は、これらの不図示の構成要素（直流電流制御装置１３１を含む）を、制御装置１３０の外部に備える構成であってもよい。

【0034】

制御装置１３０や、直流電流制御装置１３１を含めた不図示の構成要素は、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以下の機能を実現するものである。制御装置１３０や、直流電流制御装置１３１を含めた不図示の構成要素の機能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。制御装置１３０や、直流電流制御装置１３１を含めた不図示の構成要素の機能のうち一部または全部は、専用のＬＳＩによって実現されてもよい。プログラムは、予め制御装置１３０あるいは電力変換器１０が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が制御装置１３０あるいは電力変換器１０が備えるドライブ装置に装着されることで制御装置１３０が備える記憶装置にインストールされてもよい。

【0035】

制御装置１３０は、電力変換器１０において直流端子ＴＤに出力させる直流電力の電圧を制御するための指令値である直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊と、電力変換器１０において交流端子ＴＡに出力させる交流電力の電圧を制御するための指令値である交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊とに基づいて、それぞれのアーム１１０によって出力させる直流端子電圧Ｖｄｃおよび交流端子電圧Ｖａｃを指示（制御）するためのアーム電圧指令値を求める。

【0036】

より具体的には、制御装置１３０は、下式（１）によって、アーム１１０Ｕに出力するアーム電圧指令値ＶＰ^＊と、アーム１１０Ｄに出力するアーム電圧指令値ＶＮ^＊とを求める。

【0037】

ＶＰ^＊ ＝ －Ｖａｃ^＊ ＋ Ｖｄｃ^＊／２
ＶＮ^＊ ＝ Ｖａｃ^＊ ＋ Ｖｄｃ^＊／２ ・・・（１）

【0038】

直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊は、直流電流制御装置１３１が求める。交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊は、例えば、不図示の直流コンデンサ電圧制御装置や、定電圧定周波数信号源、交流電流制御装置などの出力値に基づいて、制御装置１３０が求める。上式（１）において、アーム電圧指令値ＶＰ^＊およびアーム電圧指令値ＶＮ^＊は、正の値である必要がある。これは、電力変換器１０が備えるそれぞれのアーム１１０が、正方向の電圧を出力することができるハーフブリッジ回路１１２を用いて構成されているためである。

【0039】

制御装置１３０は、求めたアーム電圧指令値をそれぞれのアーム１１０に出力する。これにより、電力変換器１０では、それぞれのアーム１１０から、制御装置１３０が指示した直流端子電圧Ｖｄｃが直流端子ＴＤに出力され（図２参照）、制御装置１３０が指示した交流端子電圧Ｖａｃが交流端子ＴＡに出力される。

【0040】

このような構成によって、電力変換器１０では、制御装置１３０がそれぞれのアーム１１０に出力した（与えた）アーム電圧指令値に応じた直流電圧を直流端子ＴＤから出力し、アーム電圧指令値に応じた交流端子電圧を交流端子ＴＡから出力する。これにより、電力変換器１０は、交流端子ＴＡに入力された交流電力を直流電力に変換して直流端子ＴＤに出力し、直流端子ＴＤに入力された直流電力を交流電力に変換して交流端子ＴＡに出力する。

【0041】

［直流電流制御装置１３１の構成］
図３は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０が備える直流電流制御装置１３１の構成の一例を示す図である。直流電流制御装置１３１は、例えば、乗算器１３１２と、加算器１３１４と、直流電流制御器１３１６と、を備える。

【0042】

乗算器１３１２は、直流電力指令値Ｐｄｃ^＊を直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄで除すことにより、直流電流指令値Ｉｄｃ^＊を得る。直流電力指令値Ｐｄｃ^＊は、電力変換器１０において直流端子ＴＤに出力させる直流電力を制御するための指令値である。直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄは、直流送電システム１において送電する直流電力における電圧の定格値である。乗算器１３１２は、例えば、除算器で構成してもよい。

【0043】

加算器１３１４は、乗算器１３１２が求めた直流電流指令値Ｉｄｃ^＊から直流電流Ｉｄｃを減算する。言い換えれば、加算器１３１４は、直流電流指令値Ｉｄｃ^＊と直流電流Ｉｄｃとの偏差を取る。直流電流Ｉｄｃは、電力変換器１０が出力する直流電流の検出値である。直流電流Ｉｄｃは、例えば、リアクトル１２０－Ｐと直流端子ＴＤ－Ｐとの間の配線に配置された直流電流センサ（不図示）が検出した電流値である（図２参照）。加算器１３１４は、例えば、減算器で構成してもよい。加算器１３１４が取る偏差は、特許請求の範囲における「第１の偏差」の一例である。

【0044】

直流電流制御器１３１６は、加算器１３１４により出力された偏差に対してフィードバック制御を行って、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。直流電流制御器１３１６としては、例えば、下式（２）のような比例積分特性Ｆ（ｓ）を持った比例積分制御器（ＰＩ制御器）を用いることができる。

【0045】

Ｆ（ｓ）＝Ｋｐ ＋ Ｋｉ／ｓ ・・・（２）

【0046】

上式（２）において、Ｋｐは比例ゲインを表し、Ｋｉは積分ゲインを表し、ｓはラプラス空間における複素変数を表す。直流電流制御器１３１６は、特許請求の範囲における「第１の制御器」の一例である。

【0047】

このような構成によって、直流電流制御装置１３１は、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を求める。つまり、直流電流制御装置１３１は、直流電力指令値Ｐｄｃ^＊と直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄとから得られる直流電流指令値Ｉｄｃ^＊を目標値とし、直流電流Ｉｄｃを制御量としてフィードバック制御を行い、操作量として直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。

【0048】

［制御装置１３０の動作］
次に、制御装置１３０の動作について説明する。上述したように、直流送電システム１では、電力変換器１０－Ｐが定電圧定周波数運転により動作し、電力変換器１０－ＡＣが直流電圧制御運転により動作している。まず、定電圧定周波数運転をする電力変換器１０－Ｐの動作について説明する。図４は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－Ｐの制御系の構成の一例を示す図である。図４には、定電圧定周波数運転において、制御装置１３０がそれぞれのアーム１１０に出力するアーム電圧指令値を求める制御系の構成を示している。

【0049】

電力変換器１０－Ｐが備える制御装置１３０（以下、「制御装置１３０－Ｐ」という）は、直流コンデンサ電圧制御装置１３２により出力される電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として直流電流制御装置１３１に入力する。これにより、制御装置１３０－Ｐは、直流電流制御装置１３１から直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。

【0050】

［直流コンデンサ電圧制御装置１３２の構成］
ここで、直流コンデンサ電圧制御装置１３２の構成について説明する。図５は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－Ｐが備える直流コンデンサ電圧制御装置１３２の構成の一例を示す図である。直流コンデンサ電圧制御装置１３２は、電力変換器１０においてそれぞれのアーム１１０が備えるハーフブリッジ回路１１２内の直流コンデンサ１１２４の電圧の総和の値を制御する電圧制御装置である。直流コンデンサ電圧制御装置１３２は、例えば、加算器１３２２と、直流コンデンサ電圧制御器１３２４と、を備える。

【0051】

加算器１３２２は、直流コンデンサ電圧指令値Ｖｃｄｃ^＊から直流コンデンサ検出値Ｖｃｄｃを減算する。言い換えれば、加算器１３２２は、直流コンデンサ電圧指令値Ｖｃｄｃ^＊と直流コンデンサ検出値Ｖｃｄｃとの偏差を取る。直流コンデンサ電圧指令値Ｖｃｄｃ^＊は、それぞれのアーム１１０が備えるハーフブリッジ回路１１２内の直流コンデンサ１１２４の電圧を制御するための指令値である。直流コンデンサ検出値Ｖｃｄｃは、それぞれのアーム１１０が備えるハーフブリッジ回路１１２内のそれぞれの直流コンデンサ１１２４の電圧の検出値にも基づくものである。直流コンデンサ検出値Ｖｃｄｃは、例えば、それぞれのハーフブリッジ回路１１２が備える直流コンデンサ１１２４に配置された直流電圧センサ（不図示）が検出した電圧値の総和を平均化した平均値である。加算器１３２２は、例えば、減算器で構成してもよい。直流コンデンサ検出値Ｖｃｄｃは、特許請求の範囲における「平均値」の一例である。加算器１３２２が取る偏差は、特許請求の範囲における「第２の偏差」の一例である。

【0052】

直流コンデンサ電圧制御器１３２４は、加算器１３２２により出力された偏差に対してフィードバック制御を行って、電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を得る。直流コンデンサ電圧制御器１３２４としては、例えば、上式（２）のような比例積分特性を持った比例積分制御器（ＰＩ制御器）を用いることができる。直流コンデンサ電圧制御器１３２４は、特許請求の範囲における「第２の制御器」の一例である。

【0053】

このような構成によって、直流コンデンサ電圧制御装置１３２は、電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を求める。つまり、直流コンデンサ電圧制御装置１３２は、直流コンデンサ電圧指令値Ｖｃｄｃ^＊を目標値とし、直流コンデンサ検出値Ｖｃｄｃを制御量としてフィードバック制御を行い、操作量として電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を得る。電力指令値Ｐｃｄｃ^＊は、それぞれのハーフブリッジ回路１１２において直流コンデンサ１１２４に流入する直流電力を制御するための指令値でもある。これにより、それぞれの直流コンデンサ１１２４は、両端の間の電圧を直流コンデンサ電圧指令値Ｖｃｄｃ^＊が表す電圧値に保持することができる。

【0054】

上述したように、制御装置１３０－Ｐは、直流コンデンサ電圧制御装置１３２により出力される電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として直流電流制御装置１３１に入力することにより、直流電流制御装置１３１から直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。言い換えれば、制御装置１３０－Ｐは、直流コンデンサ電圧制御装置１３２による直流コンデンサ１１２４の電圧制御のフィードバックと、直流電流制御装置１３１による直流電流制御のフィードバックとの二重ループのフィードバック制御によって、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。

【0055】

図４に戻り、制御装置１３０－Ｐは、定電圧定周波数信号源１３３により出力される定電圧定周波数の信号を交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊とする。定電圧定周波数信号源１３３は、交流電力の周波数を決定するための一定の周波数の信号を出力する発振器である。

【0056】

制御装置１３０－Ｐは、得られた直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊と交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊とに基づいて、上式（１）により、アーム電圧指令値ＶＰ^＊とアーム電圧指令値ＶＮ^＊とを求める。制御装置１３０－Ｐは、求めたアーム電圧指令値ＶＰ^＊を、電力変換器１０－Ｐが備えるアーム１１０Ｕのそれぞれに出力し、アーム電圧指令値ＶＮ^＊を、電力変換器１０－Ｐが備えるアーム１１０Ｄのそれぞれに出力する。これにより、電力変換器１０－Ｐは、定電圧定周波数運転によって、交流端子ＴＡに入力された交流電力を、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じた直流端子電圧Ｖｄｃの直流電力に変換して直流端子ＴＤから出力する。

【0057】

次に、制御装置１３０－Ｐによる事故時の直流電流の制御の一例について説明する。図６は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－Ｐにおける直流電流の制御の一例を示す図である。図６には、直流送電システム１においていずれかの直流送電線２３に事故が発生した場合の直流電流の変化の一例を示している。図６には、電力変換器１０－Ｐにおける直流端子ＴＤの直流端子電圧Ｖｄｃと、電力変換器１０－Ｐにおいて直流電流制御装置１３１が求めて出力する直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊と、電力変換器１０－Ｐにおいて流れる直流電流Ｉｄｃとの時間的な変化を示している。

【0058】

電力変換器１０－Ｐが定常動作をしているとき、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じた直流電力が直流端子ＴＤに出力される。従って、このときの直流端子電圧Ｖｄｃと直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊とは同じである。このため、電力変換器１０－Ｐにおいて直流電流Ｉｄｃは、（定格値より少ない値で）安定している状態である。

【0059】

ここで、時間ｔａにおいて、いずれかの直流送電線２３において地絡事故が発生したものとする。事故が発生すると、事故回線が大地と同電位になり、直流端子電圧Ｖｄｃが低下する。これにより、直流電流Ｉｄｃが増加し始める。すると、直流電流制御装置１３１（より具体的には、直流電流制御器１３１６）は、直流電流のフィードバック制御により、低い値の直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を求めることになる。つまり、直流電流制御装置１３１は、直流事故電流の増加を抑制するため、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を低い値にさせるように動作する。これにより、電力変換器１０－Ｐでは、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した場合でも、直流電流Ｉｄｃの増加が抑えられ、一定の値に保持される。つまり、電力変換器１０－Ｐでは、過電流が発生して電力変換器１０－Ｐが備える過電流保護機能（不図示）が動作する閾値を超えてしまうような直流電流Ｉｄｃが流れることなく、運転が停止してしまう状態を回避して、交流電力の直流電力への変換動作を継続することができる。

【0060】

その後、時間ｔｏにおいて、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断すると、直流端子電圧Ｖｄｃが上昇（復帰）する。これにより、直流電流Ｉｄｃが減少し始める。すると、直流電流制御装置１３１（より具体的には、直流電流制御器１３１６）は、直流電流のフィードバック制御により、高い値の直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を求めることになる。つまり、直流電流制御装置１３１は、直流事故電流の減少を抑制するため、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を高い値、つまり、定常動作のときの直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に戻すように動作する。これにより、電力変換器１０－Ｐでは、事故回線が遮断された場合でも、直流電流Ｉｄｃの減少が抑えられ、一定の値に保持される。

【0061】

このように、制御装置１３０－Ｐでは、直流電流制御装置１３１が、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した時間ｔａから、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断する時間ｔｏまでの期間に電力変換器１０－Ｐに流れる直流電流Ｉｄｃの変動を抑えるように、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を低い値に変化させる。これにより、電力変換器１０－Ｐでは、直流送電線２３において発生した事故に影響されることなく、交流電力の直流電力への変換動作を継続することができる。

【0062】

次に、直流電圧制御運転をする電力変換器１０－ＡＣの動作について説明する。図７は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－ＡＣの制御系の構成の一例を示す図である。図７には、直流電圧制御運転において、制御装置１３０がそれぞれのアーム１１０に出力するアーム電圧指令値を求める制御系の構成を示している。

【0063】

電力変換器１０－ＡＣが備える制御装置１３０（以下、「制御装置１３０－ＡＣ」という）は、直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として、電力変換器１０－ＡＣにおいて交流から直流に変換する電力を直流電流制御装置１３１に入力する。制御装置１３０－ＡＣが直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として直流電流制御装置１３１に入力する電力は、例えば、電力変換器１０－ＡＣにおいて交流から直流に変換する最大電力である。以下の説明においては、直流電力指令値Ｐｄｃ^＊を、電力変換器１０－ＡＣにおける最大電力とする。電力変換器１０－ＡＣにおける最大電力は、定格容量比＝１ｐｕである。これにより、制御装置１３０－ＡＣは、直流電流制御装置１３１から直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。ここで、直流電流制御装置１３１には、直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として電力変換器１０－ＡＣにおける最大電力（定格容量比＝１ｐｕ）を入力している。これにより、電力変換器１０－ＡＣでは、直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断した後に、発生した事故の影響によって低下していた健全回線の直流電圧を、早期に元の直流電圧に回復（復帰）させることができる。

【0064】

ただし、直流電圧制御運転では、定常時の直流電圧制御と、事故時の直流電圧制御とのいずれにおいても、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を操作することによって実現される。このため、制御装置１３０－ＡＣは、定常時には、直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄを直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊とし、事故時には、直流電流制御装置１３１により出力された直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊をそのまま直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊とする。より具体的には、制御装置１３０－ＡＣは、切替部１３４によって、直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄと直流電流制御装置１３１により出力された直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊との内、いずれか低い方の値を直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊とする。このように、定常動作のときの直流電圧制御と、事故に対応するときの直流電圧制御とで、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を切り替えることにより、制御装置１３０－ＡＣは、いずれかの直流送電線２３において事故が発生したとき（事故時）のみ、直流電流制御装置１３１による直流電圧制御を有効にする。言い換えれば、直流電圧制御運転では、事故時のみ、直流端子ＴＤから出力する直流電力に対して、直流電流制御装置１３１による直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊のフィードバック制御を行う。これにより、電力変換器１０－ＡＣでは、定常時には、直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄに基づく定格送電電圧に直流端子電圧Ｖｄｃが固定された直流電圧制御運転となり、事故時には、直流電流制御装置１３１が出力する直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じた直流端子電圧Ｖｄｃに変化するようになる。

【0065】

制御装置１３０－ＡＣは、直流コンデンサ電圧制御装置１３２により出力される電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を交流電力の交流有効電力指令値Ｐａｃ^＊とし、この交流有効電力指令値Ｐａｃ^＊と交流無効電力指令値Ｑａｃ^＊とを交流電流制御装置１３５に入力する。言い換えれば、直流電圧制御運転では、交流端子ＴＡから出力する交流電力に対して、直流コンデンサ電圧制御装置１３２による直流コンデンサ１１２４の電圧制御のフィードバック制御を行う。これにより、制御装置１３０－ＡＣは、交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊を得る。交流電流制御装置１３５は、電力変換器１０において交流端子ＴＡから出力させる交流電力の電流（交流電流）を制御する電流制御装置である。交流有効電力指令値Ｐａｃ^＊は、交流端子ＴＡ側に有効電力を出すための指令値であり、交流無効電力指令値Ｑａｃ^＊は、交流端子ＴＡ側に無効電力を出すための指令値である。

【0066】

制御装置１３０－ＡＣは、得られた直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊と交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊とに基づいて、上式（１）により、アーム電圧指令値ＶＰ^＊とアーム電圧指令値ＶＮ^＊とを求める。制御装置１３０－ＡＣは、求めたアーム電圧指令値ＶＰ^＊を、電力変換器１０－ＡＣが備えるアーム１１０Ｕのそれぞれに出力し、アーム電圧指令値ＶＮ^＊を、電力変換器１０－ＡＣが備えるアーム１１０Ｄのそれぞれに出力する。これにより、電力変換器１０－ＡＣは、直流電圧制御運転によって、直流端子ＴＤに入力された直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じた直流端子電圧Ｖｄｃの直流電力を、交流電力に変換して交流端子ＴＡから出力する。

【0067】

次に、制御装置１３０－ＡＣによる事故時の直流電流の制御の一例について説明する。図８は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－ＡＣにおける直流電流の制御の一例を示す図である。図８には、直流送電システム１においていずれかの直流送電線２３に事故が発生した場合の直流電流の変化の一例を示している。図８には、電力変換器１０－ＡＣにおける直流端子ＴＤの直流端子電圧Ｖｄｃと、電力変換器１０－ＡＣにおいて直流電流制御装置１３１が求めて出力する直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊と、電力変換器１０－ＡＣにおいて流れる直流電流Ｉｄｃとの時間的な変化を示している。直流電流Ｉｄｃの時間的な変化において、直流電流Ｉｄｃが負の状態のときは、直流端子ＴＤ－Ｐ側から交直変換器側に直流電流Ｉｄｃが流れ、直流電流Ｉｄｃが正の状態のときは、交直変換器側から直流端子ＴＤ－Ｐ側に直流電流Ｉｄｃが流れている状態を示している。

【0068】

電力変換器１０－ＡＣが定常動作をしているとき、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊は、直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄである。

【0069】

ここで、時間ｔａにおいて、いずれかの直流送電線２３において地絡事故が発生したものとする。事故が発生すると、事故回線が大地と同電位になり、直流端子電圧Ｖｄｃが低下する。これにより、直流電流Ｉｄｃが増加し始める。つまり、直流電流Ｉｄｃが、交直変換器側から、事故が発生している直流端子ＴＤ側に流れ始める。すると、制御装置１３０－ＡＣでは、切替部１３４の状態が、直流電流制御装置１３１により出力された直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を選択するように変化する。そして、直流電流Ｉｄｃが直流電流指令値Ｉｄｃ^＊に達すると、直流電流制御装置１３１（より具体的には、直流電流制御器１３１６）は、直流電流のフィードバック制御により、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を低い値にさせるように動作する。これにより、電力変換器１０－ＡＣでは、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した場合でも、直流電流Ｉｄｃの増加が抑えられ、直流電流指令値Ｉｄｃ^＊で一定の値になる、つまり、直流電流指令値Ｉｄｃ^＊に追従するように直流電流Ｉｄｃが保持される。これは、直流電流制御装置１３１に、直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として最大電力（定格容量比＝１ｐｕ）を入力したことによるものである。そして、制御装置１３０－ＡＣでは、切替部１３４が、直流電流制御装置１３１により出力された直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を選択する状態となる。このようにして、電力変換器１０－ＡＣでは、過電流が発生して電力変換器１０－ＡＣが備える過電流保護機能（不図示）が動作する閾値を超えてしまうような直流電流Ｉｄｃが流れることなく、運転が停止してしまう状態を回避して、直流電力の交流電力への変換動作を継続することができる。

【0070】

その後、時間ｔｏにおいて、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断すると、健全回線に流れる直流電流に応じて直流端子電圧Ｖｄｃが上昇（復帰）する。これにより、直流電流Ｉｄｃが減少し始める。つまり、直流電流Ｉｄｃが、発生した事故が解消された直流端子ＴＤ側から交直変換器側に流れ始める。すると、制御装置１３０－ＡＣでは、切替部１３４の状態が、直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄを直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊として選択するように変化する。そして、例えば、直流電流Ｉｄｃが直流電流指令値Ｉｄｃ^＊よりも低くなると、直流電流制御装置１３１（より具体的には、直流電流制御器１３１６）は、直流電流のフィードバック制御により、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を高い値にさせるように動作する。このとき、制御装置１３０－ＡＣでは、切替部１３４が、直流送電電圧定格値Ｖｄｃ－ｒａｔｅｄを選択する状態となっている。これにより、電力変換器１０－ＡＣでは、事故回線が遮断された場合には、直流電流Ｉｄｃが、交直変換器側から直流端子ＴＤ側に流れないようになる。

【0071】

このように、制御装置１３０－ＡＣでは、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した時間ｔａから、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断する時間ｔｏまでの期間のみ、直流電流制御装置１３１により出力された直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を有効にする。これにより、電力変換器１０－ＡＣでは、直流送電線２３において発生した事故に影響されることなく、直流電力の交流電力への変換動作を継続することができる。

【0072】

上記説明したように、第１の実施形態の直流送電システム１によれば、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した場合、それぞれの電力変換器１０が備える直流電流制御装置１３１が、事故が発生したときから、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断するまでの間、電力変換器１０に流れる直流電流Ｉｄｃの変動を抑えるように、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を低い値に変化させる。これにより、それぞれの電力変換器１０では、発生した事故の影響による直流電流Ｉｄｃの増加が抑えられ、一定の値に保持される。これにより、それぞれの電力変換器１０では、過電流が発生して過電流保護機能（不図示）が動作する閾値を超えてしまうような直流電流Ｉｄｃが流れることなく、電力変換器１０の運転が停止してしまうような状態を回避することができる。このことにより、それぞれの電力変換器１０は、電力の変換動作を継続することができる。言い換えれば、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断すれば、直流送電システム１における直流電力の送電を継続することができる。

【0073】

しかも、電力変換器１０における直流電流Ｉｄｃの変動の抑制は、直流電流制御装置１３１の制御によるものであるため、直流送電システム１に大きなインダクタンスの直流リアクトルを設ける必要がなく、直流送電システム１における全体の設備の大型化やコストの増加も抑えることができる。さらに、電力変換器１０では、ハーフブリッジ回路１１２を用いてアーム１１０を構成していることにより、フルブリッジ回路を用いてアームを構成したモジュラーマルチレベル変換器よりも部品数が少ないため、回路規模の増大や、電力の変換損失の増加を抑え、電力変換器１０や直流送電システム１の大型化やコストの増加も抑えることができる。

【0074】

（第２の実施形態）
［直流送電システムの構成］
以下、第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態に係る直流送電システムの構成の一例を示す図である。図９には、送電側の交流系統から受電側の交流系統に電力を送電する直流送電システム２の一例を示している。図９に示した直流送電システム２では、送電側の交流系統から供給される交流電力を直流電力に変換して送電し、受電側で再び交流電力に変換して受電側の交流系統に送電する。図９には、送電側の電力変換器１０（電力変換器１０－ＡＣ－１）と受電側の電力変換器１０（電力変換器１０－ＡＣ－２）との間に、直流送電線２３－１と直流送電線２３－２との二つの直流送電線２３を備える２回線の直流送電システム２の構成を示している。

【0075】

直流送電システム２は、例えば、交流系統ＡＣ－１と、交流遮断器Ｂ－ＡＣ－１と、変圧器Ｔ－ＡＣ－１と、電力変換器１０－ＡＣ－１と、直流母線２１と、直流遮断器２２－１および２２－２と、直流送電線２３－１および２３－２と、直流遮断器２４－１および２４－２と、直流母線２５と、電力変換器１０－ＡＣ－２と、変圧器Ｔ－ＡＣ－２と、交流遮断器Ｂ－ＡＣ－２と、交流系統ＡＣ－２と、上位制御装置３０と、を備える。直流送電システム２においては、第１の実施形態の直流送電システム１が備える構成要素と同様の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。従って、直流送電システム２が備える構成要素において、第１の実施形態の直流送電システム１が備える構成要素と同様の構成や動作をする構成要素に関しての再度の詳細な説明は省略し、異なる構成や動作についてのみを説明する。

【0076】

交流系統ＡＣ－１は、交流系統ＡＣ－２側に送電する交流電力を供給する設備である。交流系統ＡＣ－１は、例えば、第１の実施形態の直流送電システム１が備える交流系統ＡＣであってもよい。つまり、交流系統ＡＣ－１は、発電設備Ｐにより送電された交流電力をさらに交流系統ＡＣ－２に送電するものであってもよい。

【0077】

電力変換器１０－ＡＣ－１は、変圧器Ｔ－ＡＣ－１から交流端子ＴＡに入力された交流電力を直流電力に変換して、直流端子ＴＤから直流母線２１に出力する。電力変換器１０－ＡＣ－１は、例えば、定電力（Automatic Power Regulation：ＡＰＲ）運転により動作している。この定電力運転により、電力変換器１０－ＡＣ－１は、交流系統ＡＣ－１側の交流電力の電圧を保持した状態で、変換した直流電力を直流母線２１に出力する。電力変換器１０－ＡＣ－２は、直流母線２５から直流端子に入力された直流電力を交流電力に変換して、交流端子から変圧器Ｔ－ＡＣ－２に出力する。電力変換器１０－ＡＣ－２は、例えば、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－ＡＣと同様に、直流電圧制御運転により動作している。電力変換器１０－ＡＣ－１および電力変換器１０－ＡＣ－２のそれぞれも、いずれかの直流送電線２３において事故（例えば、地絡事故）が発生した場合、発生した事故に起因して短時間で動作が停止してしまわないように、電力の変換を制御する。電力変換器１０－ＡＣ－１は、特許請求の範囲における「第１の電力変換器」の一例であり、電力変換器１０－ＡＣ－２は、特許請求の範囲における「第２の電力変換器」の一例である。

【0078】

このような構成によって、直流送電システム２では、送電側の交流系統ＡＣ－１からの交流電力を、電力変換器１０が直流電力に変換してから直流送電線２３を介して電力変換器１０－ＡＣ－２に送電し、電力変換器１０－ＡＣ－２が交流電力に変換して（戻して）から受電側の交流系統ＡＣ－２側に送る。

【0079】

［制御装置１３０の動作］
次に、直流送電システム２が備える電力変換器１０における制御装置１３０の動作について説明する。上述したように、直流送電システム２でも、電力変換器１０－ＡＣ－２は直流電圧制御運転により動作している。このため、電力変換器１０－ＡＣ－２の動作に関する説明は省略し、定電力運転をする電力変換器１０－ＡＣ－１の動作について説明する。図１０は、第２の実施形態の直流送電システム２が備える電力変換器１０－ＡＣ－１の制御系の構成の一例を示す図である。図１０には、定電力運転において、制御装置１３０がそれぞれのアーム１１０に出力するアーム電圧指令値を求める制御系の構成を示している。

【0080】

電力変換器１０－ＡＣ－１が備える制御装置１３０（以下、「制御装置１３０－ＡＣ－１」という）は、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－Ｐと同様にして、つまり、定電圧定周波数運転のときと同様にして、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。より具体的には、制御装置１３０－ＡＣ－１は、直流コンデンサ電圧制御装置１３２により出力される電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として直流電流制御装置１３１に入力することによって、直流電流制御装置１３１から直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。つまり、制御装置１３０－ＡＣ－１も、電力変換器１０－Ｐが備える制御装置１３０－Ｐと同様に、直流コンデンサ電圧制御装置１３２による直流コンデンサ１１２４の電圧制御のフィードバックと、直流電流制御装置１３１による直流電流制御のフィードバックとの二重ループのフィードバック制御によって、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。

【0081】

制御装置１３０－ＡＣ－１は、ＡＰＲ上位制御装置１３６により出力される送電電力指令値ＰＡＰＲ^＊を交流有効電力指令値Ｐａｃ^＊とし、この交流有効電力指令値Ｐａｃ^＊と交流無効電力指令値Ｑａｃ^＊とを交流電流制御装置１３５に入力して、交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊を得る。ＡＰＲ上位制御装置１３６は、電力変換器１０における定電力運転の全体を制御する上位の制御装置である。送電電力指令値ＰＡＰＲ^＊は、交流端子ＴＡに入力された交流電力を直流電力に変換して直流端子ＴＤに出力する、つまり、電力変換器１０において交流端子ＴＡ側から直流端子ＴＤ側に送電させる電力を制御するための指令値である。ＡＰＲ上位制御装置１３６の機能は、上位制御装置３０によって実現されてもよい。この場合、送電電力指令値ＰＡＰＲ^＊は、上位制御装置３０に出力される指令値であってもよい。ＡＰＲ上位制御装置１３６、あるいは上位制御装置３０は、特許請求の範囲における「上位制御装置」の一例である。

【0082】

制御装置１３０－ＡＣ－１は、得られた直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊と交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊とに基づいて、上式（１）により、アーム電圧指令値ＶＰ^＊とアーム電圧指令値ＶＮ^＊とを求める。制御装置１３０－ＡＣ－１は、求めたアーム電圧指令値ＶＰ^＊を、電力変換器１０－ＡＣ－１が備えるアーム１１０Ｕのそれぞれに出力し、アーム電圧指令値ＶＮ^＊を、電力変換器１０－ＡＣ－１が備えるアーム１１０Ｄのそれぞれに出力する。これにより、電力変換器１０－ＡＣ－１は、定電力運転によって、交流端子ＴＡに入力された交流電力を、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じた直流端子電圧Ｖｄｃの直流電力に変換して直流端子ＴＤから出力する。

【0083】

制御装置１３０－ＡＣ－１による事故時の直流電流の制御は、図６に示した第１の実施形態の直流送電システム１における電力変換器１０－Ｐによる事故時の直流電流の制御と同様である。つまり、電力変換器１０－ＡＣ－１でも、電力変換器１０－Ｐと同様に、直流電流制御装置１３１が、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した時間（例えば、時間ｔａ）から、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断する時間（例えば、時間ｔｏ）までの期間に電力変換器１０－ＡＣ－１に流れる直流電流Ｉｄｃの変動を抑えるように、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を低い値に変化させる。これにより、電力変換器１０－ＡＣ－１でも、直流送電線２３において発生した事故に影響されることなく、交流電力の直流電力への変換動作を継続することができる。

【0084】

［制御装置１３０の別の動作］
定電力運転をする電力変換器１０－ＡＣ－１では、図１０に示した制御系の構成と異なる構成の制御系でも、同様の定電力運転をすることができる。ここで、電力変換器１０－ＡＣ－１が備える制御装置１３０－ＡＣ－１における別の動作について説明する。図１１は、第２の実施形態の直流送電システム２が備える電力変換器１０－ＡＣ－１の制御系の構成の別の一例を示す図である。図１１にも、定電力運転において、制御装置１３０－ＡＣ－１がそれぞれのアーム１１０に出力するアーム電圧指令値を求める制御系の構成を示している。以下の説明においては、別の動作をする電力変換器１０－ＡＣ－１を「電力変換器１０ａ－ＡＣ－１」といい、電力変換器１０ａ－ＡＣ－１が備える、図１１に示した制御系の構成の制御装置１３０－ＡＣ－１を、「制御装置１３０ａ－ＡＣ－１」といって、図１０に示した制御系の構成の制御装置１３０－ＡＣ－１と区別する。

【0085】

制御装置１３０ａ－ＡＣ－１は、ＡＰＲ上位制御装置１３６により出力される送電電力指令値ＰＡＰＲ^＊を直流電力指令値Ｐｄｃ^＊として直流電流制御装置１３１に入力することによって、直流電流制御装置１３１から直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を得る。

【0086】

制御装置１３０ａ－ＡＣ－１は、直流コンデンサ電圧制御装置１３２により出力される電力指令値Ｐｃｄｃ^＊を交流有効電力指令値Ｐａｃ^＊とし、この交流有効電力指令値Ｐａｃ^＊と交流無効電力指令値Ｑａｃ^＊とを交流電流制御装置１３５に入力して、交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊を得る。これは、第１の実施形態の直流送電システム１が備える電力変換器１０－ＡＣや、電力変換器１０－ＡＣ－２における直流電圧制御運転と同様である。つまり、制御装置１３０ａ－ＡＣ－１は、定電力運転において、交流端子ＴＡから出力する交流電力に対して、直流コンデンサ電圧制御装置１３２による直流コンデンサ１１２４の電圧制御のフィードバック制御を行って、交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊を得る。

【0087】

制御装置１３０ａ－ＡＣ－１は、得られた直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊と交流端子電圧指令値Ｖａｃ^＊とに基づいて、上式（１）により、アーム電圧指令値ＶＰ^＊とアーム電圧指令値ＶＮ^＊とを求める。制御装置１３０ａ－ＡＣ－１は、求めたアーム電圧指令値ＶＰ^＊を、電力変換器１０ａ－ＡＣ－１が備えるアーム１１０Ｕのそれぞれに出力し、アーム電圧指令値ＶＮ^＊を、電力変換器１０ａ－ＡＣ－１が備えるアーム１１０Ｄのそれぞれに出力する。これにより、電力変換器１０ａ－ＡＣ－１は、定電力運転によって、交流端子ＴＡに入力された交流電力を、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊に応じた直流端子電圧Ｖｄｃの直流電力に変換して直流端子ＴＤから出力する。

【0088】

制御装置１３０ａ－ＡＣ－１による事故時の直流電流の制御も、制御装置１３０－ＡＣ－１と同様である。つまり、電力変換器１０ａ－ＡＣ－１でも、電力変換器１０－Ｐと同様に、直流電流制御装置１３１が、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した時間（例えば、時間ｔａ）から、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断する時間（例えば、時間ｔｏ）までの期間に電力変換器１０ａ－ＡＣ－１に流れる直流電流Ｉｄｃの変動を抑えるように、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を低い値に変化させる。これにより、電力変換器１０ａ－ＡＣ－１でも、直流送電線２３において発生した事故に影響されることなく、交流電力の直流電力への変換動作を継続することができる。

【0089】

上記説明したように、第２の実施形態の直流送電システム２でも、第１の実施形態の直流送電システム１と同様に、いずれかの直流送電線２３において事故が発生した場合、それぞれの電力変換器１０が備える直流電流制御装置１３１が、事故が発生したときから、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断するまでの間、電力変換器１０に流れる直流電流Ｉｄｃの変動を抑えるように、直流端子電圧指令値Ｖｄｃ^＊を低い値に変化させる。これにより、第２の実施形態の直流送電システム２でも、第１の実施形態の直流送電システム１と同様に、それぞれの電力変換器１０では、過電流が発生して過電流保護機能（不図示）が動作したことにより運転が停止して、電力の変換動作を継続することができなくなってしまうような状態を回避することができる。このことにより、第２の実施形態の直流送電システム２でも、第１の実施形態の直流送電システム１と同様に、事故回線に属する直流遮断器２２および直流遮断器２４が事故回線を遮断すれば、直流電力の送電を継続することができる。そして、第２の実施形態の直流送電システム２でも、第１の実施形態の直流送電システム１と同様に、電力変換器１０や直流送電システム２の大型化やコストの増加を抑えることができる。

【0090】

上記に述べたとおり、各実施形態の直流送電システムでは、電力変換器が備える制御装置内の直流電流制御装置が、いずれかの直流送電線において事故が発生したことにより、事故回線に流れる直流事故電流が増加した場合、事故回線に属する直流遮断器が事故回線を遮断するまでの間、電力変換器に流れる直流電流の変動を抑えるように、直流端子電圧指令値を、定常時よりも低い値に変化させる。これにより、各実施形態の直流送電システムでは、いずれかの直流送電線において事故が発生した場合でも、電力変換器を流れる直流電流の増加が抑えられて一定の値に保持される。これにより、各実施形態の直流送電システムが備える電力変換器では、過電流によって過電流保護機能が動作して運転が停止しまうような状態を回避することができ、電力の変換動作を継続することができる。つまり、各実施形態の直流送電システムでは、直流送電線において発生した事故の影響により電力変換器の動作が停止してしまうことなく、直流送電システムにおける送電が停止してしまうこともなくなる。これにより、各実施形態の直流送電システムでは、事故回線の遮断と、健全回線による直流電流の正常な送電を維持するとともに、大型化やコストの増加を抑え、信頼度を向上させたシステムを実現することができる。

【0091】

ところで、各実施形態の直流送電システムが備える電力変換器は、ハーフブリッジ回路を用いてアームを構成したモジュラーマルチレベル変換器である。このため、上述したように、それぞれのアームに出力させる直流端子電圧および交流端子電圧を指示（制御）するためのアーム電圧指令値は、正の値である必要がある。しかしながら、電力変換器に流れる直流電流の変動を抑えるために直流端子電圧指令値を、定常時よりも低い値にすると、電力変換器の正極側の直流端子に対応するアームに出力するアーム電圧指令値、あるいは負極側の直流端子に対応するアームに出力するアーム電圧指令値のいずれか一方または両方が負の値になってしまうこともあり得る。これを回避するため、電力変換器が備える制御装置は、いずれのアーム電圧指令値も負の値にならないように、直流端子電圧指令値を低い値にさせる、つまり、直流端子電圧を低下させるのと同時に、交流端子電圧指令値も低い値にさせて、交流端子電圧も低下させる。一般的に、交直変換器において交流端子電圧を低下させると、交流端子側の交流端子電流の制御をすることができなくなり、交流端子電流が増加してしまうことが考えられる。すると、発電設備や交流系統側から大きな交流電流が流入したり、発電設備や交流系統の運転に影響を与えてしまったりすることも考えられる。しかしながら、各実施形態の直流送電システムが備える電力変換器では、直流端子電圧指令値を低い値にして直流端子電圧を低下させる時間は、直流遮断器が事故回線を遮断させるまでの短時間（例えば、５～１０［ｍｓ］程度）である。つまり、各実施形態の直流送電システムが備える電力変換器では、短時間で、低下させていた直流端子電圧を上昇（復帰）させる。このため、各実施形態の直流送電システムでは、電力変換器が交流端子電流の制御をすることができずに交流端子電流が増加してしまうと考えられる時間が、短時間である。しかも、直流送電線が対称単極の構成である直流送電システムにおいて一般的に発生する頻度が高いと考えられる片極（正極側あるいは負極側）の地絡事故の場合では、直流端子電圧指令値を低い値にさせたことに伴う直流端子電圧の低下幅は比較的小さい（電圧低下量は少ない）。このため、各実施形態の直流送電システムでも、電力変換器が直流電流の変動を抑えるために低下させる直流端子電圧の低下量は少なく、同時に低下させる交流端子電圧の低下量も少ないことから、交流端子電流の増加量も少ないと考えられる。これらのことから、各実施形態の直流送電システムにおける短時間で少ない交流端子電流の増加は、直流送電システムや電力変換器、さらには発電設備や交流系統において特に問題になることはないと考えられる。しかし、より信頼度を向上させるために、各実施形態の直流送電システムが備える電力変換器を、例えば、短時間の交流端子電流の増加に耐えることができる構成にしてもよい。この場合であっても、各実施形態の直流送電システムでは、電力変換器や直流送電システムの大型化やコストの増加を抑えることができると考えられる。

【0092】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、直列に接続された第１の直流遮断器（２２）と第２の直流遮断器（２４）とを有する複数の直流送電線（２３）を備える直流送電システム（１）において、送電側から供給された交流電力を直流電力に変換して第１の直流遮断器側に出力する、あるいは第２の直流遮断器側から供給された直流電力を交流電力に変換して受電側に出力する電力変換器（１０）であって、ハーフブリッジ回路（１１２）を用いて構成される複数のアーム（１１０）と、アームから出力する直流電力の電圧値を制御するための直流端子電圧指令値（Ｖｄｃ^＊）を求める直流電流制御装置（１３１）を備え、少なくとも直流端子電圧指令値に基づいて、アームを制御するためのアーム電圧指令値（ＶＰ^＊およびＶＮ^＊）を出力する制御装置（１３０）と、を備え、直流電流制御装置は、いずれかの直流送電線に事故が発生した際に、定常時とは異なる値の直流端子電圧指令値を求めることにより、直流送電線に発生した事故に伴う短時間の直流電圧の低下によって生じる、直流電流の増加に起因した動作停止を回避することができる。

【0093】

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】

【0094】

１，２・・・直流送電システム、１０，１０－Ｐ，１０－ＡＣ，１０－ＡＣ－１，１０ａ－ＡＣ－１，１０－ＡＣ－２・・・電力変換器、２１，２５・・・直流母線、２２，２２－１，２２－２・・・直流遮断器、２３，２３－１，２３－２・・・直流送電線、２４，２４－１，２４－２・・・直流遮断器、３０・・・上位制御装置、Ｐ・・・発電設備、Ｇ・・・発電機、ＩＶ・・・連系インバータ、Ｂ－Ｐ，Ｂ－ＡＣ，Ｂ－ＡＣ－１，Ｂ－ＡＣ－２・・・交流遮断器、Ｔ－Ｐ，Ｔ－ＡＣ，Ｔ－ＡＣ－１，Ｔ－ＡＣ－２・・・変圧器、ＡＣ，ＡＣ－１，ＡＣ－２・・・交流系統、１１０，１１０Ｕ，１１０Ｕ－１，１１０Ｕ－２，１１０Ｕ－３，１１０Ｄ，１１０Ｄ－１，１１０Ｄ－２，１１０Ｄ－３・・・アーム、１１２，１１２－１，１１２－１－Ｕ－１，１１２－１－Ｕ－２，１１２－１－Ｕ－３，１１２－１－Ｄ－１，１１２－１－Ｄ－２，１１２－１－Ｄ－３，１１２－２，１１２－２－Ｕ－１，１１２－２－Ｕ－２，１１２－２－Ｕ－３，１１２－２－Ｄ－１，１１２－２－Ｄ－２，１１２－２－Ｄ－３・・・ハーフブリッジ回路、１１２２・・・半導体スイッチ部、１１２４・・・直流コンデンサ、１１４，１１４－Ｕ－１，１１４－Ｕ－２，１１４－Ｕ－３，１１４－Ｄ－１，１１４－Ｄ－２，１１４－Ｄ－３・・・アームリアクトル、１２０，１２０－Ｐ，１２０－Ｎ・・・リアクトル、１３０，１３０－Ｐ，１３０－ＡＣ，１３０－ＡＣ－１，１３０ａ－ＡＣ－１・・・制御装置、１３１・・・直流電流制御装置、１３１２・・・乗算器、１３１４・・・加算器、１３１６・・・直流電流制御器、１３２・・・直流コンデンサ電圧制御装置、１３３・・・定電圧定周波数信号源、１３４・・・切替部、１３５・・・交流電流制御装置、１３６・・・ＡＰＲ上位制御装置、５００・・・直流送電システム、５１０－ＡＣ－Ｔ・・・交直変換器、５１０－ＡＣ－Ｒ・・・交直変換器、５２１・・・直流母線、５２２，５２２－１，５２２－２・・・直流遮断器、５２３，５２３－１，５２３－２・・・直流送電線、５２４，５２４－１，５２４－２・・・直流遮断器、５２５・・・直流母線、ＡＣ－Ｔ・・・交流系統、ＡＣ－Ｒ・・・交流系統、Ｂ－ＡＣ－Ｔ・・・交流遮断器、Ｂ－ＡＣ－Ｒ・・・交流遮断器、Ｔ－ＡＣ－Ｔ・・・変圧器、Ｔ－ＡＣ－Ｒ・・・変圧器、Ｌ－ＤＣ－Ｔ・・・直流リアクトル、Ｌ－ＤＣ－Ｒ・・・直流リアクトル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】