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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】2024-11-28
(45)【発行日】2024-12-06
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20241129BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M
H02M7/48 L
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021170072
(22)【出願日】2021-10-18
(65)【公開番号】P2023060449
(43)【公開日】2023-04-28
【審査請求日】2024-01-29
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(74)【代理人】
【氏名又は名称】内田 敬人
(72)【発明者】
【氏名】阿部 圭佑
(72)【発明者】
【氏名】服部 圭佑
【審査官】冨永 達朗
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／１１９１０９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０８－０４７２５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－２８９５５１（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】
３相交流回路と直流回路との間に接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御装置と、
を備え、
前記電力変換器は、第１の６相サイリスタバルブと、前記第１の６相サイリスタバルブに直列に接続された第２の６相サイリスタバルブと、前記３相交流回路と前記第１の６相サイリスタバルブとの間に接続された第１変圧器と、前記３相交流回路と前記第２の６相サイリスタバルブとの間に接続され、前記第１変圧器の２次巻線に現れる電圧の位相が３０°ずれた電圧の位相が現れるように２次巻線を構成された第２変圧器と、を含む１２相変換器を含み、
前記制御装置は、前記３相交流回路で生じた事故に対応して発動され、前記電力変換器をゲートブロックすることなく再起動する再起動シーケンスを有し、前記再起動シーケンスが発動されると、前記第１の６相サイリスタバルブの各相のうち直列に接続された相を導通させてバイパスペア状態とし、前記第２の６相サイリスタバルブの各相のうち直列に接続された相を導通させてバイパスペア状態とし、
前記第１の６相サイリスタバルブにおいてバイパスペア状態とする相は、前記第２の６相サイリスタバルブにおいてバイパスペア状態とする相と同じ相であり、あらかじめ設定された電力変換装置。
【請求項2】
３相交流回路と直流回路との間に接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御装置と、
を備え、
前記電力変換器は、第１の６相サイリスタバルブと、前記第１の６相サイリスタバルブに直列に接続された第２の６相サイリスタバルブと、前記３相交流回路と前記第１の６相サイリスタバルブとの間に接続された第１変圧器と、前記３相交流回路と前記第２の６相サイリスタバルブとの間に接続され、前記第１変圧器の２次巻線に現れる電圧の位相が３０°異なる電圧の位相が現れるように２次巻線を構成された第２変圧器と、を含む１２相変換器を含み、
前記制御装置は、前記３相交流回路で生じた事故に対応して発動され、前記電力変換器をゲートブロックすることなく再起動する再起動シーケンスを有し、前記再起動シーケンスを発動する指令を入力した後、あらかじめ設定されたタイミングで、前記第１の６相サイリスタバルブの各相のうち直列に接続された相を導通させてバイパスペア状態とし、前記第１の６相サイリスタバルブにおいてバイパスペア状態とする相を決定した後、前記第１の６相サイリスタバルブのバイパスペア状態とされた相と同じ相を、前記第２の６相サイリスタバルブのバイパスペア状態とする相に決定する電力変換装置。
【請求項3】
３相交流回路と直流回路との間に接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御装置と、
を備え、
前記電力変換器は、第１の６相サイリスタバルブと、前記第１の６相サイリスタバルブに直列に接続された第２の６相サイリスタバルブと、前記３相交流回路と前記第１の６相サイリスタバルブとの間に接続された第１変圧器と、前記３相交流回路と前記第２の６相サイリスタバルブとの間に接続され、前記第１変圧器の２次巻線に現れる電圧の位相が３０°ずれた電圧の位相が現れるように２次巻線を構成された第２変圧器と、を含む１２相変換器を含み、
前記制御装置は、前記３相交流回路で生じた事故に対応して発動され、前記電力変換器をゲートブロックすることなく再起動する再起動シーケンスを有し、前記再起動シーケンスを発動する指令を入力した後の所定のタイミングで、前記第１の６相サイリスタバルブの各相のうち直列に接続された相を導通させてバイパスペア状態とし、前記所定のタイミングで、前記第２の６相サイリスタバルブの各相のうち直列に接続された相を導通させてバイパスペア状態とし、その後、前記電力変換器の再起動の条件が成立したときに、前記第１の６相サイリスタバルブの起動を開始し、前記第２の６相サイリスタバルブの起動を開始し、
前記制御装置は、前記第１の６相サイリスタバルブの起動を開始するタイミングが、前記第２の６相サイリスタバルブの起動の前であるか後であるか、および、前記第１の６相サイリスタバルブのバイパスペア状態とされた相が、前記第２の６相サイリスタバルブのバイパスペア状態とされた相と同じであるか異なっているか、にもとづいて、前記第１の６相サイリスタバルブの起動を開始するタイミングおよび前記第２の６相サイリスタバルブの起動を開始するタイミングを決定する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、他励式の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
直流送電システムや周波数変換システム、ＢＴＢ変換器等（以下、単に直流送電システム等ともいう）に他励式の電力変換装置が利用されている。他励式の電力変換装置では、交流回路への高調波の侵入を抑制するために多相の変換器が用いられることがあり、６相の変換器を２段直列接続し、３０°の位相差で動作するようにした１２相の変換器とすることがある（たとえば、特許文献１、２等参照）。
【0003】
直流送電システム等では、システムの起動、停止および事故発生時の保護動作時に、直流回路と交流回路とを電気的に分離するために、同一相のサイリスタバルブを導通させるバイパスペア（ＢＰＰ）動作をさせることがある。
【0004】
事故時の直流送電システム等の保護動作では、その事故の程度によっては、変換器をゲートブロックにより停止させることなく、事故状態の解消後、変換器をすみやかに再起動する高速再起動シーケンスが実装される場合がある。
【0005】
高速再起動シーケンスでは、事故状態の解消後、すみやかに電力変換器を再起動させるため、停止シーケンスにおいて、ゲートブロック（ＧＢ）を介さずに、起動シーケンスに移行させる。このような高速再起動シーケンス時の停止および起動を通常の停止シーケンスおよび起動シーケンスにしたがって実行すると、１２相の変換器を用いた電力変換装置の場合に、ＢＰＰ動作する相によっては、動作が不安定になることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開昭５０－８５８３５号公報
【文献】特開昭５４－５４２３４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、安定かつ迅速に再起動できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態の電力変換装置は、３相交流回路と直流回路との間に接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御装置と、を備える。前記電力変換器は、第１の６相サイリスタバルブと、前記第１の６相サイリスタバルブに直列に接続された第２の６相サイリスタバルブと、前記３相交流回路と前記第１の６相サイリスタバルブとの間に接続された第１変圧器と、前記３相交流回路と前記第２の６相サイリスタバルブとの間に接続され、前記第１変圧器の２次巻線に現れる電圧の位相が３０°ずれた電圧の位相が現れるように２次巻線を構成された第２変圧器と、を含む１２相変換器を含む。前記制御装置は、前記３相交流回路で生じた事故に対応して発動され、前記電力変換器をゲートブロックすることなく再起動する再起動シーケンスを有し、前記再起動シーケンスが発動されると、前記第１の６相サイリスタバルブの各相のうち直列に接続された相を導通させてバイパスペア状態とし、前記第２の６相サイリスタバルブの各相のうち直列に接続された相を導通させてバイパスペア状態とし、前記第１の６相サイリスタバルブにおいてバイパスペア状態とする相は、前記第２の６相サイリスタバルブにおいてバイパスペア状態とする相と同じ相であり、あらかじめ設定される。
【発明の効果】
【0009】
本実施形態では、安定かつ迅速に再起動できる電力変換装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１の実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
【図2】第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
【図4】第１の実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
【図5】第１の実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
【図7】第２の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
【図8】第２の実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
【図9】第３の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
【図10】第３の実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0012】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１０は、電力変換器２０と、制御装置４０と、を備える。電力変換装置１０は、交流回路１と直流回路２との間に接続される。交流回路１は、３相の交流回路であり、交流電源や交流の送電線等を含むことができる。直流回路２は、直流送電線等を含むことができる。たとえば、電力変換装置１０は、直流回路２を介して他の電力変換装置に接続されることにより、直流送電システム等を構成することができる。
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１０は、電力変換器２０と、制御装置４０と、を備える。電力変換装置１０は、交流回路１と直流回路２との間に接続される。交流回路１は、３相の交流回路であり、交流電源や交流の送電線等を含むことができる。直流回路２は、直流送電線等を含むことができる。たとえば、電力変換装置１０は、直流回路２を介して他の電力変換装置に接続されることにより、直流送電システム等を構成することができる。
【0013】
電力変換器２０は、端子２１ａ～２１ｃを有する。電力変換器２０は、端子２１ａ～２１ｃを介して、交流回路１に接続される。端子２１ａは、交流回路１のＵ相に接続され、端子２１ｂは、交流回路１のＶ相に接続され、端子２１ｃは、交流回路１のＷ相に接続されるものとする。電力変換器２０は、端子２１ｄ，２１ｅを有する。電力変換器２０は、端子２１ｄ，２１ｅを介して、直流回路２に接続される。直流電流は、端子２１ｄから流出し、端子２１ｅに流入するものとする。
【0014】
電力変換器２０は、変圧器２２，２４を含む。変圧器２２では、スター結線とされた１次巻線は、端子２１ａ～２１ｃに接続されている。変圧器２２の２次巻線は、スター結線とされ、変換回路に接続されている。変圧器２４では、スター結線とされた１次巻線は、端子２１ａ～２１ｃに接続されている。変圧器２４の２次巻線は、Δ結線とされ、変換回路に接続されている。変圧器２２，２４の１次巻線をいずれもスター結線とし、変圧器２２の２次巻線をスター結線、変圧器２４の２次巻線をΔ結線とすることによって、変圧器２４の２次巻線は、変圧器２２の２次巻線に現れる３相交流電圧から３０°の位相差のある３相交流電圧を出力する。
【0015】
電力変換器２０は、１２相分のサイリスタバルブ２６を含む。１相分のサイリスタバルブ２６は、図１では１つのサイリスタの回路図記号で表されているが、１つ以上のサイリスタを含んでいる。サイリスタバルブ２６が複数のサイリスタを含む場合には、複数のサイリスタは、直列に接続される。サイリスタの直列数は、扱う交流電圧および直流電圧に応じて決定される。
【0016】
以下では、サイリスタバルブ２６を３相の交流回路１の各相に応じて、バルブＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２と呼ぶことがある。バルブＵ１，Ｘ１は、直列に接続されている。バルブＶ１，Ｙ１は、直列に接続されている。バルブＷ１，Ｚ１は、直列に接続されている。バルブＵ１，Ｘ１、バルブＶ１，Ｙ１およびバルブＷ１，Ｚ１は、並列に接続され、変換回路を構成している。バルブＵ１，Ｘ１の直列回路、バルブＶ１，Ｙ１の直列回路およびバルブＷ１，Ｚ１の直列回路のそれぞれの直列接続ノードは、変圧器２２の２次巻線に接続されている。
【0017】
バルブＵ２，Ｘ２は、直列に接続されている。バルブＶ２，Ｙ２は、直列に接続されている。バルブＷ２，Ｚ２は、直列に接続されている。バルブＷ１，Ｚ１は、直列に接続されている。バルブＵ２，Ｘ２、バルブＶ２，Ｙ２およびバルブＷ２，Ｚ２は、並列に接続され、変換回路を構成している。バルブＵ２，Ｘ２の直列回路、バルブＶ２，Ｙ２の直列回路およびバルブＷ２，Ｚ２の直列回路のそれぞれの直列接続ノードは、変圧器２４の２次巻線に接続されている。
【0018】
バルブＵ１～Ｚ１による変換回路と、バルブＵ２～Ｚ２による変換回路とは、端子２１ｄ，２１ｅの間で直列に接続されている。バルブＵ１～Ｚ１による変換回路は、端子２１ｄとバルブＵ２～Ｚ２による変換回路との間に接続されている。バルブＵ２～Ｚ２による変換回路は、バルブＵ１～Ｚ１による変換回路と端子２１ｅとの間に接続されている。
【0019】
制御装置４０は、ＢＰＰ制御部５０を含んでいる。制御装置４０は、各種指令等を入力し、ＢＰＰ制御部５０によって、各種指令等に適応した各相バルブのためのゲートパルスを出力し、電力変換器２０を制御する。各種指令等には、起動指令、停止指令、保護連動動作指令および高速再起動指令等が含まれる。これらの各種指令等は、図示しないが、たとえば、制御装置４０の上位に設けられる上位制御装置から送出され、あるいは、交流回路１に設けられた電圧検出器や電流検出器等によって検出されたデータにもとづいて、制御装置４０自身で生成される。
【0020】
本実施形態の電力変換装置１０のＢＰＰ制御部５０では、高速再起動指令の入力時に、バルブＵ１～Ｚ１の変換回路でＢＰＰ動作する相およびバルブＵ２～Ｚ２の変換回路でＢＰＰ動作する相があらかじめ設定されており、ＢＰＰ動作する相は同じ相とされている。そのため、高速再起動時に、バルブＵ１～Ｚ１の変換回路とバルブＵ２～Ｚ２の変換回路とで、３０°の位相差のゲートパルスによって、両方の変換器が順次動作を再開するので、電力変換器２０を安定して再起動することができる。
【0021】
制御装置４０は、電力変換器２０の起動、停止、保護連動動作および高速再起動のほか、通常の運転時のためのゲートパルスを出力し、電力変換器２０を制御する。制御装置４０は、図示しないが、ＢＰＰ制御部５０によるゲートパルスの生成のほか、交流回路１の交流電圧を所望の直流電圧に変換し、直流回路２へ送出するためのゲートパルスを生成する構成要素を含んでいる。制御装置４０は、交流電圧から直流電圧への変換に限らず、直流電圧から交流電圧への変換も行うためのゲートパルスを出力することができる。
【0022】
図２は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
図２に示すように、ＢＰＰ制御部５０は、起動指令、停止指令、保護連動動作指令または高速再起動指令のいずれかを入力し、それぞれの指令に応じたＢＰＰ指令を生成する。ＢＰＰ指令とは、電力変換器２０をＢＰＰ状態とするための指令である。バイパスペア（ＢＰＰ）とは、電力変換器２０の直列に接続されたバルブを点弧して導通状態とすることをいう。ＢＰＰ状態とした相をＢＰＰ相ということがある。たとえば、ＢＰＰ指令によりＵ相をＢＰＰすることとは、バルブＵ１，Ｘ１を導通させ、バルブＵ２，Ｘ２を導通させることであり、Ｕ相およびＸ相は、ＢＰＰ相であるという。
図２に示すように、ＢＰＰ制御部５０は、起動指令、停止指令、保護連動動作指令または高速再起動指令のいずれかを入力し、それぞれの指令に応じたＢＰＰ指令を生成する。ＢＰＰ指令とは、電力変換器２０をＢＰＰ状態とするための指令である。バイパスペア（ＢＰＰ）とは、電力変換器２０の直列に接続されたバルブを点弧して導通状態とすることをいう。ＢＰＰ状態とした相をＢＰＰ相ということがある。たとえば、ＢＰＰ指令によりＵ相をＢＰＰすることとは、バルブＵ１，Ｘ１を導通させ、バルブＵ２，Ｘ２を導通させることであり、Ｕ相およびＸ相は、ＢＰＰ相であるという。
【0023】
なお、直流送電システム等において、電力変換器をＢＰＰ動作させる意義は、次のとおりである。直流送電システムでは、直流送電線の両端に電力変換器が設けられる。このような直流送電システムにおいて、たとえば、ＩＮＶ側が停止状態で、ＢＰＰ状態とせずにＲＥＣ側を起動させると、送電線や電力ケーブル等のインダクタンスおよび静電容量によりＲＥＣ端を含む振動回路系が形成され、直流送電線を含む直流回路に過電圧が発生する可能性がある。そこで、起動時に電力変換器をＢＰＰ状態とすることによって、直流回路の過電圧印加を防止することが可能となる。また、電力変換器を停止やＢＰＰ動作をともなう保護連動動作で停止させる場合には、その電力変換器をＢＰＰ状態とすることによって、交流系統に影響を与えないようにすることが可能になる。ここで、直流送電システムにおいて、ＲＥＣ側とは、交流を直流に変換する順変換器を指しており、ＲＥＣ端ともいう。ＩＮＶ側とは、直流を交流に変換する逆変換器を指しており、ＩＮＶ端ともいう。
【0024】
高速再起動ＢＰＰ動作部（図２では、高速再起動ＢＰＰ動作と表記）５１は、入力された指令が高速再起動指令の場合に、固定相ＢＰＰ回路５２をイネーブルする。固定相ＢＰＰ回路５２は、イネーブルされると、あらかじめ設定されたＢＰＰ相の情報を、起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路５３に供給する。起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路５３は、供給された情報にしたがって、バルブをＢＰＰ状態とするようにゲートパルスを生成して出力する。本実施形態では、高速再起動シーケンスにおいて、ＢＰＰ動作をする相は、バルブＵ１～Ｚ１の変換回路およびバルブＵ２～Ｚ２の変換回路で、同じ相とされる。たとえば、ＢＰＰ制御部５０は、高速再起動シーケンスに入ると、Ｕ１相、Ｘ１相、Ｕ２相およびＸ２相を点弧してＢＰＰ動作するようにゲートパルスを出力する。
【0025】
起動／保護／停止ＢＰＰ動作部（図２では、起動／保護／停止ＢＰＰ動作と表記）５４は、入力された指令が、起動指令、保護連動動作指令または停止指令のいずれであるかを判定し、判定結果をＢＰＰ相決定回路５５に供給する。ＢＰＰ相決定回路５５は、判定結果にもとづいて、ＢＰＰ相とする相の情報を、起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路５３に供給する。起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路５３は、供給された情報にしたがって、ＢＰＰ状態とするようにゲートパルスを出力する。
【0026】
本実施形態の電力変換装置１０の動作について説明する。
図３（ａ）～図５は、本実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
以下、タイミングチャートという場合には、横軸を時間軸に代えて電気角をとるものとする。電気角は、３６０°（＝２π［ｒａｄ］）を１周期とするので、周波数５０Ｈｚの交流の場合には、１周期が２０ｍｓであり、電気角３６０°は、２０ｍｓに対応する。したがって、以下の説明では、タイミングチャートの横軸は、実質的に時間軸と同じである。
図３（ａ）～図５は、本実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
以下、タイミングチャートという場合には、横軸を時間軸に代えて電気角をとるものとする。電気角は、３６０°（＝２π［ｒａｄ］）を１周期とするので、周波数５０Ｈｚの交流の場合には、１周期が２０ｍｓであり、電気角３６０°は、２０ｍｓに対応する。したがって、以下の説明では、タイミングチャートの横軸は、実質的に時間軸と同じである。
【0027】
図３（ａ）には、通常の運転時において制御装置４０が出力するゲートパルスの様子が示されている。図１において、バルブＵ１～Ｚ１は、Ｕ１→Ｚ１→Ｖ１→Ｘ１→Ｗ１→Ｙ１の順に点弧する。バルブＵ２～Ｚ２は、Ｕ２→Ｚ２→Ｖ２→Ｘ２→Ｗ２→Ｙ２の順に点弧する。バルブＵ１～Ｚ１とバルブＵ２～Ｚ２とでは、同じ相の点弧の位相がそれぞれ３０°ずれるように設定されている。この例では、バルブＵ２の点弧位相は、バルブＵ１の点弧位相よりも３０°遅れ、以降同様にして、バルブＺ２の点弧位相は、バルブＺ１の点弧位相よりも３０°遅れて設定される。変圧器２４の２次巻線から出力される交流電圧の位相が、変圧器２２の２次巻線から出力される交流電圧の位相よりも３０°遅れており、そのため、バルブＵ２～Ｚ２は、バルブＵ１～Ｚ１よりも点呼の位相が３０°遅れて設定されている。
【0028】
バルブＵ１～Ｚ１は、変圧器２２のスター結線された２次巻線に接続されていることから、Ｙ側のバルブ、あるいは単にＹ側のようにいうことがある。バルブＵ２～Ｚ２は、変圧器２４のΔ結線された２次巻線に接続されていることから、Δ側のバルブ、あるいは単にΔ側のようにいうことがある。したがって、この例では、Ｙ側の点弧位相はΔ側の点弧位相よりも３０°進んでいる。このような場合に以下では、Ｙ側を進み側ということがあり、Δ側を遅れ側ということがある。なお、変圧器２２の２次巻線の出力電圧の位相が、変圧器２４の２次巻線の出力電圧の位相よりも遅れるように設定された場合には、Ｙ側のバルブの点弧位相は、Δ側のバルブの点弧位相よりも３０°遅れることとなる。
【0029】
図３（ａ）に示すように、制御装置４０は、ゲートパルスをＵ１→Ｕ２→Ｚ１→Ｚ２→Ｖ１→Ｖ２→Ｘ１→Ｘ２→Ｗ１→Ｗ２→Ｙ１→Ｙ２を１周期（＝３６０°）として、電力変換器２０に出力する。制御装置４０は、交流回路１側の電圧や電流、上位制御装置等により設定される直流電圧の指令値等にもとづいて、ゲートパルスの投入位相を設定する。制御装置４０は、通常運転を行う場合には、ＢＰＰ制御部５０を介さずにゲートパルスを生成し、電力変換器２０は、供給されたゲートパルスにしたがって動作する。
【0030】
ゲートパルスの生成の順序は、上述のように設定されている。制御装置４０は、生成されたゲートパルスを出力する。制御装置４０は、生成されたゲートパルスを電力変換器２０に出力することをＤＥＢ（DEBlock）するといい、制御装置４０がゲートパルスを電力変換器２０に出力している状態をＤＥＢ状態という。ＢＰＰ制御部５０は、電力変換器２０をＤＥＢ状態とするために、ＤＥＢ指令を生成する。制御装置４０がゲートパルスの生成および電力変換器２０への供給を停止することをＧＢ（Gate Block）状態という。制御装置４０は、電力変換器２０をＧＢ状態とするためにＧＢ指令を生成する。
【0031】
図３（ｂ）には、電力変換器２０が停止状態から起動する場合に制御装置４０が出力するゲートパルスの様子が示されている。ただし、起動シーケンスの実行に際して、電力変換器２０には直流回路２が接続されており、直流回路２を介して電流が流れ得るものとする。たとえば、上位制御装置が起動指令を制御装置４０に送信し、制御装置４０は、起動指令にもとづいて、電力変換器２０を起動する。起動指令では、制御装置４０は、ゲートパルスの生成を開始し、電力変換器２０をＢＰＰ動作とするためのゲートパルスを出力して、電力変換器２０をＢＰＰ状態にして、交流回路１から切り離す。その後、制御装置４０自身の初期化等の設定が完了した後、制御装置４０は、ＤＥＢ指令を生成して、ゲートパルスを出力し、電力変換器２０を起動させる。
【0032】
通常の起動の場合には、図２に示したＢＰＰ制御部５０の起動／保護／停止ＢＰＰ動作部５４、ＢＰＰ相決定回路５５および起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路５３によって、通常の起動時のＢＰＰ動作が決定され、ＢＰＰ制御部５０は、決定されたＢＰＰ動作のためのゲートパルスを生成し、電力変換器２０に供給する。通常の起動シーケンスでは、制御装置４０のＢＰＰ制御部５０は、この例では、Ｙ側に進み側ＢＰＰ指令を生成し、Δ側に遅れ側ＢＰＰ指令を生成する。なお、本実施形態では、Ｙ側およびΔ側のうち、どちらが進み側となり、遅れ側となるかは、電力変換装置１０の設置時に決定される。したがって、Ｙ側の位相がΔ側の位相よりも遅れている場合には、制御装置４０は、Ｙ側に遅れ側ＢＰＰ指令を生成し、Δ側に進み側ＢＰＰ指令を生成する。
【0033】
より具体的には、電力変換装置１０は、以下のように動作する。
図３（ｂ）に示すように、θ１において、ＢＰＰ制御部５０は、起動指令にもとづいて、進み側ＢＰＰ指令を生成し、Ｙ側のＵ１相およびＸ１相を点弧してＢＰＰ状態とする。続いて、制御装置４０は、遅れ側ＢＰＰ指令により、θ１から３０°遅れたθ２でΔ側のＵ２相およびＸ２相を点弧する。
図３（ｂ）に示すように、θ１において、ＢＰＰ制御部５０は、起動指令にもとづいて、進み側ＢＰＰ指令を生成し、Ｙ側のＵ１相およびＸ１相を点弧してＢＰＰ状態とする。続いて、制御装置４０は、遅れ側ＢＰＰ指令により、θ１から３０°遅れたθ２でΔ側のＵ２相およびＸ２相を点弧する。
【0034】
通常の起動時に、どの相をＢＰＰ状態とするかについては、あらかじめ設定された固定相とされ、たとえば、この例のように、Ｕ相、Ｘ相とすることができる。Ｕ相、Ｘ相に限らず、Ｖ相、Ｙ相を起動時の固定相としてもよいし、Ｗ相、Ｚ相を起動時の固定相としてもよい。
【0035】
このようにして、電力変換装置１０は、進み側の相がＢＰＰ状態とされ、続いて遅れ側の相がＢＰＰ状態とされる。起動時のＢＰＰ指令では、同じ相のバルブが点弧される。この例では、Ｕ１相およびＸ１相が点弧され、それから３０°遅れてＵ２相およびＸ２相が点弧される。これに限らず、Ｖ１相およびＹ１相が点弧された場合には、それから３０°遅れてＶ２相およびＹ２相が点弧され、Ｗ１相およびＺ１相が点弧された場合には、それから３０°遅れてＷ２相およびＺ２相が点弧される。
【0036】
図３（ｂ）の破線は、制御装置４０内で生成されているゲートパルスであり、ＤＥＢ指令により出力可能なゲートパルスを示している。このようなゲートパルスは、電力変換器２０には供給されないので、電力変換器２０の停止状態は維持されている。破線で示されたゲートパルスの意味は、以下の図において同様である。
【0037】
θ３において、制御装置４０は、起動のための設定が完了するので、ＤＥＢ指令を生成することが可能となる。ＤＥＢ指令は、進み側のバルブを点弧して動作させるための進み側ＤＥＢ指令と、遅れ側のバルブを点弧して動作させるための遅れ側ＤＥＢ指令とからなる。
【0038】
制御装置４０は、θ３以降に、進み側ＤＥＢ指令を生成し、ゲートパルスを出力する。進み側ＤＥＢ指令では、ＢＰＰ相と同じ相を点弧するようにタイミングが決定される。この例では、Ｕ相およびＸ相がＢＰＰ状態とされているので、制御装置４０は、θ３以降でＵ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する（θ４）。同時に、制御装置４０は、ＢＰＰ状態とされたＸ１相からＹ１相に転流するようにゲートパルスを出力する。
【0039】
遅れ側ＤＥＢ指令は、進み側ＤＥＢ指令が点弧した相と同じ相を点弧するようにゲートパルスを出力する。この例では、遅れ側ＤＥＢ指令は、Ｕ２相およびＹ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。進み側ＤＥＢ指令および遅れ側ＤＥＢ指令においては、ＢＰＰ相のいずれか一方と同じ相を点弧すればよく、ＢＰＰ相がＵ相およびＸ相であるこの例では、Ｕ相を点弧することに限らず、Ｘ相を点弧するようにしてもよい。進み側ＤＥＢ指令および遅れ側ＤＥＢ指令では、ＢＰＰ相のうち一方をＤＥＢ状態とすることによって、ＤＥＢ時に転流する相を１相とすることができ、転流による直流回路への影響を小さくすることができる。なお、ＤＥＢ指令において、Ｕ相をＤＥＢ状態とする場合に、転流相は、Ｙ相に限らずＺ相としてもよい。
【0040】
このようにして、遅れ側ＤＥＢ指令は、進み側ＤＥＢ指令が生成された位相にもっとも近い３０°遅れの位相とすることができるので、電力変換器２０は、安定して起動される。
【0041】
なお、電力変換装置１０を含む直流送電システム等の場合には、直流回路２を介して他の電力変換装置が接続される。この場合において、電力変換装置１０をＲＥＣ端とすると、上位制御装置からの起動指令によって、電力変換器２０および他の電力変換装置をＢＰＰ状態とすることとされ、電力変換器２０をＤＥＢ状態とした後に、他の電力変換装置をＤＥＢ状態とすることによって、直流送電システム等の全体を起動することができる。
【0042】
図４には、電力変換装置１０が通常に停止する場合のゲートパルスの出力の様子が示されている。
通常の停止シーケンスにおいては、制御装置４０は、停止指令の入力を判断すると、即座に停止時ＢＰＰ指令を生成する。停止時ＢＰＰ指令は、Ｙ側およびΔ側の両方に同時に生成される。
図４に示すように、たとえば上位制御装置から停止指令が送信され、制御装置４０が停止指令を受信したと判断すると、この例では、停止時ＢＰＰ指令は、θ１１で生成されている。ＢＰＰ制御部５０では、停止動作においては、進み側および遅れ側のそれぞれで、停止指令の入力前に導通している相に応じて、ＢＰＰ動作する相があらかじめ設定されている。ＢＰＰ動作する相は、ＢＰＰ指令の直前に点弧された相にあらかじめ設定されてもよいし、ＢＰＰ指令の直前に点弧された相の１つ前に点弧された相としてもよい。ＢＰＰ指令により点弧する相をＢＰＰ指令の直前に点弧している相や１つ前に点弧している相とすることにより、ＢＰＰ指令時に転流する相を１つにすることができるので、ＢＰＰ指令時の直流回路２への影響を小さくすることができる。
通常の停止シーケンスにおいては、制御装置４０は、停止指令の入力を判断すると、即座に停止時ＢＰＰ指令を生成する。停止時ＢＰＰ指令は、Ｙ側およびΔ側の両方に同時に生成される。
図４に示すように、たとえば上位制御装置から停止指令が送信され、制御装置４０が停止指令を受信したと判断すると、この例では、停止時ＢＰＰ指令は、θ１１で生成されている。ＢＰＰ制御部５０では、停止動作においては、進み側および遅れ側のそれぞれで、停止指令の入力前に導通している相に応じて、ＢＰＰ動作する相があらかじめ設定されている。ＢＰＰ動作する相は、ＢＰＰ指令の直前に点弧された相にあらかじめ設定されてもよいし、ＢＰＰ指令の直前に点弧された相の１つ前に点弧された相としてもよい。ＢＰＰ指令により点弧する相をＢＰＰ指令の直前に点弧している相や１つ前に点弧している相とすることにより、ＢＰＰ指令時に転流する相を１つにすることができるので、ＢＰＰ指令時の直流回路２への影響を小さくすることができる。
【0043】
この例では、Ｕ相およびＺ相が点弧され導通している状態であり、停止時ＢＰＰ指令が生成されるθ１１時点では、進み側では、停止時ＢＰＰ指令の生成の直前に点弧されたＺ１相の１つ前に点弧された相は、Ｕ１相である。また、遅れ側では、停止時ＢＰＰ指令の生成の直前に点弧されたＺ２相の１つ前に点弧された相は、Ｕ２相である。制御装置４０は、Ｕ１相、Ｘ１相、Ｕ２相およびＸ２相を点弧するようにゲートパルスを出力してこれらをＢＰＰ状態とする。なお、停止時ＢＰＰ指令生成時の直前に点弧された相をＢＰＰ相とする場合には、Ｗ１相、Ｚ１相、Ｗ２相およびＺ２相がＢＰＰ相とされる。
【0044】
停止時ＢＰＰ指令によりＢＰＰ状態が設定された後、制御装置４０は、停止のための処理を実行する。制御装置４０は、θ１２において所定の停止処理を完了すると、ＧＢ指令を生成し、すべてのゲートパルスの生成、出力を停止する。
【0045】
このようにして、電力変換装置１０は、正常に停止される。
【0046】
なお、後述の比較例で説明するように、停止時ＢＰＰ指令では、停止時ＢＰＰ指令の生成タイミングにもとづいて同一の条件（生成タイミングの直前やその１つ前のタイミング等）でＢＰＰ相を決定する。そのため、停止時のＢＰＰ指令の生成タイミングによっては、進み側と遅れ側とで異なる相がＢＰＰ相とされることがある。たとえば、Ｖ１相とＶ２相の間の位相で停止時ＢＰＰ指令が生成された場合には、停止時ＢＰＰ指令の生成時点の直前に点弧した相の１つ前に点弧した相をＢＰＰ相とすると、進み側では、Ｗ１相およびＺ１相がＢＰＰ相とされ、遅れ側では、Ｕ２相およびＸ２相がＢＰＰ相とされる。上述したような通常の停止シーケンスでは、その後ＧＢ指令が生成されるので、制御装置４０は、ゲートパルスの生成を停止し、その後、図３（ｂ）に関連して説明した通常の起動シーケンスにより電力変換器２０を起動する。そのため、通常の停止および起動について不安定性等の問題を生ずることはない。
【0047】
また、電力変換装置１０を含む直流送電システム等の場合には、以下のシーケンスにより直流送電システム等の全体を停止させることができる。すなわち、電力変換装置１０をＩＮＶ端であるものとし、上位制御装置からの停止指令によって、ＩＮＶ端である電力変換器２０をＢＰＰ状態とし、ＲＥＣ端の他の電力変換装置を停止させた後に、電力変換器２０をＧＢ指令により停止させることとなる。このようにして、直流送電システム等の全体を停止させることができる。
【0048】
保護連動動作の場合について説明する。保護連動動作には複数の保護連動パターンがあるが、そのうち、ＢＰＰ動作を経由する保護連動動作の場合には、上述した停止時と同様に、ＢＰＰ動作を経由してＧＢ動作となる。なお、保護連動動作とは、直流送電システムにおいて、直流回路や交流回路に異常が発生した場合に、発生した事故種類に応じた手順で直流送電システムを緊急停止させることをいう。
【0049】
次に、高速再起動の場合について説明する。高速再起動とは、事故等を検出した場合に、電力変換器をＧＢすることなく、事故等の解消後に迅速に再起動させることをいう。
図５には、制御装置４０が電力変換器２０を高速再起動させる場合のゲートパルスの出力の様子が示されている。
制御装置４０が高速再起動シーケンスの実行を判断すると、ＢＰＰ制御部５０は、即座に高速再起動時ＢＰＰ指令を生成し、あらかじめ設定されたＢＰＰ相を点弧するようにゲートパルスを出力する。高速再起動時ＢＰＰ指令は、Ｙ側およびΔ側の両方に同時に生成される。この例では、高速再起動時のあらかじめ設定されたＢＰＰ相は、Ｕ相およびＸ相とされている。
図５に示すように、θ２１において、制御装置４０は、高速再起動時ＢＰＰ指令を生成する。ＢＰＰ制御部５０は、高速再起動時ＢＰＰ指令の生成直前の導通相にかかわらず、Ｕ１相、Ｘ１相、Ｕ２相およびＸ２相を点弧するように、ゲートパルスを出力し、Ｕ相およびＸ相をＢＰＰ状態とする。
図５には、制御装置４０が電力変換器２０を高速再起動させる場合のゲートパルスの出力の様子が示されている。
制御装置４０が高速再起動シーケンスの実行を判断すると、ＢＰＰ制御部５０は、即座に高速再起動時ＢＰＰ指令を生成し、あらかじめ設定されたＢＰＰ相を点弧するようにゲートパルスを出力する。高速再起動時ＢＰＰ指令は、Ｙ側およびΔ側の両方に同時に生成される。この例では、高速再起動時のあらかじめ設定されたＢＰＰ相は、Ｕ相およびＸ相とされている。
図５に示すように、θ２１において、制御装置４０は、高速再起動時ＢＰＰ指令を生成する。ＢＰＰ制御部５０は、高速再起動時ＢＰＰ指令の生成直前の導通相にかかわらず、Ｕ１相、Ｘ１相、Ｕ２相およびＸ２相を点弧するように、ゲートパルスを出力し、Ｕ相およびＸ相をＢＰＰ状態とする。
【0050】
制御装置４０は、θ２２において、再起動の条件が整ったことを判断する。制御装置４０は、θ２３において進み側ＤＥＢ指令を生成する。進み側ＤＥＢ指令では、制御装置４０は、θ２２以降で、進み側のバルブでＢＰＰ状態とされた相の点弧タイミングで点弧するようにゲートパルスを出力する。制御装置４０は、θ２２以降でＵ１相またはＸ１相の点弧タイミングが到来するのを監視し、この例では、制御装置４０は、θ２３においてＸ１相の点弧タイミングが到来するので、Ｘ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。同時に、制御装置４０は、ＢＰＰ状態とされたＵ１相をＶ１相に転流するようにゲートパルスを出力する。
【0051】
制御装置４０は、進み側ＤＥＢ指令が生成された位相に３０°遅れて、遅れ側ＤＥＢ指令を生成する。ＢＰＰ相は、進み側のバルブおよび遅れ側のバルブで同じ相とされているので、この例では、遅れ側ＤＥＢ指令は、Ｘ２相を点弧するタイミングとすることができる。制御装置４０は、Ｘ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。また、制御装置４０は、Ｕ２相をＶ２相に転流するように、ゲートパルスを出力する。
【0052】
このように、本実施形態の電力変換装置１０では、ＢＰＰ制御部５０によって、高速再起動時のＢＰＰ相を、進み側と遅れ側とであらかじめ設定された同じ相としている。そのため、高速再起動指令が入力され、どのようなタイミングで再起動時ＢＰＰ指令が生成されても、電力変換器２０を安定して再起動することができる。
【0053】
本実施形態の電力変換装置１０の効果について、比較例の場合と比較しつつ説明する。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、比較例の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
比較例の電力変換装置では、高速再起動指令時のＢＰＰ相が固定されておらず、通常の停止指令時および保護連動動作時のように、指令の生成の直前に導通している相に応じて、ＢＰＰ相が決定される。なお、比較例の場合の通常の起動時や停止時、保護連動動作時のシーケンスは、本実施形態の場合と同じである。
図６（ａ）には、比較例の電力変換装置について、高速再起動時に正常に再起動する場合のゲートパルスの様子が示されている。
図６（ｂ）には、比較例の電力変換装置について、高速再起動時に適切に再起動できない場合のゲートパルスの様子が示されている。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、比較例の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
比較例の電力変換装置では、高速再起動指令時のＢＰＰ相が固定されておらず、通常の停止指令時および保護連動動作時のように、指令の生成の直前に導通している相に応じて、ＢＰＰ相が決定される。なお、比較例の場合の通常の起動時や停止時、保護連動動作時のシーケンスは、本実施形態の場合と同じである。
図６（ａ）には、比較例の電力変換装置について、高速再起動時に正常に再起動する場合のゲートパルスの様子が示されている。
図６（ｂ）には、比較例の電力変換装置について、高速再起動時に適切に再起動できない場合のゲートパルスの様子が示されている。
【0054】
比較例の電力変換装置では、高速再起動指令時にも、上述の図４に関連して説明した通常の停止時と同じタイミングでＢＰＰ指令が生成され、上述の図３（ｂ）に関連して説明した通常の起動時と同じタイミングでＤＥＢ指令が生成される。
図６（ａ）に示すように、θ３１において、制御装置は、高速再起動時ＢＰＰ指令を生成する。比較例の場合には、進み側および遅れ側のそれぞれで、θ３１の直前に点弧された相の１つ前に導通している相がＢＰＰ相とされる。この例では、進み側において、θ３１の直前に点弧された相は、Ｚ１相であり、Ｚ１相の１つ前に点弧された相は、Ｕ１相である。したがって、進み側では、Ｕ１相およびＸ１相がＢＰＰ相とされる。遅れ側においては、θ３１の直前に点弧された相は、Ｚ２相であり、Ｚ２相の１つ前に点弧された相は、Ｕ２相である。したがって、遅れ側では、Ｕ２相およびＺ２相がＢＰＰ相とされる。制御装置は、これらの相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
図６（ａ）に示すように、θ３１において、制御装置は、高速再起動時ＢＰＰ指令を生成する。比較例の場合には、進み側および遅れ側のそれぞれで、θ３１の直前に点弧された相の１つ前に導通している相がＢＰＰ相とされる。この例では、進み側において、θ３１の直前に点弧された相は、Ｚ１相であり、Ｚ１相の１つ前に点弧された相は、Ｕ１相である。したがって、進み側では、Ｕ１相およびＸ１相がＢＰＰ相とされる。遅れ側においては、θ３１の直前に点弧された相は、Ｚ２相であり、Ｚ２相の１つ前に点弧された相は、Ｕ２相である。したがって、遅れ側では、Ｕ２相およびＺ２相がＢＰＰ相とされる。制御装置は、これらの相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
【0055】
その後、θ３２で再起動条件が成立し、θ３２以降、進み側では、Ｕ１相またはＸ１相の点弧タイミングとなった時点でいずれか早い方のタイミングで進み側ＤＥＢ指令が生成され、ゲートパルスが出力される。この例では、θ３３でＸ１相の点弧タイミングとなるので、制御装置４０は、進み側ＤＥＢ指令によって、このタイミングで、Ｘ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。制御装置４０は、進み側ＤＥＢ指令によって、θ３３でＸ１相の点弧と同時に、Ｕ１相を転流するためにＶ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。制御装置４０は、Ｖ１相およびＸ１相の点弧位相に３０°遅れて、θ３４において遅れ側ＤＥＢ指令を生成し、Ｖ２相およびＸ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
【0056】
このように、この例の場合では、ＢＰＰ動作する相が進み側および遅れ側で同じ相であるために、ＤＥＢ指令時に３０°の差をもって、適切な相を点弧させることができる。
【0057】
図６（ｂ）に示すように、この例では、ＢＰＰ動作する相が進み側および遅れ側で異なっている。具体的には、進み側では、Ｕ１相およびＸ１相がＢＰＰ相であり、遅れ側では、Ｖ２相およびＹ２相がＢＰＰ相とされている。図６（ｂ）の例では、ＢＰＰ指令が生成されるθ４１の直前に導通している相の１つ前に導通している相は、進み側ではＵ１相であり、遅れ側ではＹ２相である。なお、図では示されていないが、θ４１の１つ前は、Ｕ２相であるため、Ｕ２相の１つ前に点弧される相は、Ｙ２相である。そのため、制御装置は、Ｕ１相およびＸ１相をＢＰＰ動作するように、ゲートパルスを出力し、Ｖ２相およびＹ２相をＢＰＰ動作するように、ゲートパルスを出力する。
【0058】
その後、θ４２で再起動条件が成立すると、進み側でＢＰＰ動作したＸ１相の点弧タイミングで進み側ＤＥＢ指令が生成され、制御装置は、θ４３において、Ｖ１相およびＸ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。制御装置は、θ４３以降で、遅れ側ＤＥＢ指令によって、ＢＰＰ動作したＶ２相またはＹ２相のうち早く到来する方を点弧するようにゲートパルスを出力する。遅れ側ＤＥＢ指令は、進み側ＤＥＢ指令よりも３０°以上遅れて生成される。そのため、より早く到来するのは、Ｙ２相の点弧タイミングθ４４であるが、進み側ＤＥＢ指令による点弧タイミングθ４３よりも１５０°遅れている。
【0059】
このように、比較例の場合には、再起動時におけるＤＥＢ指令時の点弧タイミングに対して、遅れ側の点弧タイミングが大幅に遅れることがある。そのため、電力変換器２０の起動時間がより長くかかることとなり、直流電圧不足等の状態となり得る。電力変換装置に直流電圧不足保護機能や、起動時間についての保護機能等が内蔵される場合には、起動が完了せずに保護機能が動作したり、起動が不安定になったりする場合が生じ得る。
【0060】
上述したように、比較例の電力変換装置では、再起動時にＢＰＰ相となるための条件が進み側および遅れ側でそれぞれ設定され、進み側および遅れ側の異なる相でＢＰＰ動作となる場合がある。進み側および遅れ側で異なるＢＰＰ相となるのは、ＢＰＰ指令が、進み側と遅れ側とで、同じ相の後で生成されるか、異なる相の後で生成されるかの相違である。そのため、遅れ側の点弧タイミングが大幅に遅れる確率は、１／２であり、高速再起動時の不安定現象も１／２の確率で生じ得ることとなる。
【0061】
本実施形態の電力変換装置１０では、制御装置４０が高速再起動時のＢＰＰ相をあらかじめ設定された特定の相とするＢＰＰ制御部５０を有しているので、進み側および遅れ側でＢＰＰ動作する相が異なることがない。したがって、安定して、高速再起動シーケンスを実行することができる。
【0062】
（第２の実施形態）
上述の他の実施形態では、高速再起動時にＢＰＰ動作する相をＵ相およびＸ相等のように固定とすることによって、高速再起動時に不安定動作等を生ずることを回避することができる。一方、制御装置内の信号の遅延やサイリスタのターンオン時間等によって、実際にＢＰＰ動作が完了するまでの遅れが生じることがあり、ＢＰＰ動作に入るまでに他相から転流させる必要が生じる場合がある。本実施形態では、高速再起動時にＢＰＰ動作する相を固定せずに、進み側または遅れ側のいずれか一方の側で先にＢＰＰ動作を決定し、その後、他方の側についても、すでに決定されたＢＰＰ相と同じ相となるようにＢＰＰ相を決定する。
上述の他の実施形態では、高速再起動時にＢＰＰ動作する相をＵ相およびＸ相等のように固定とすることによって、高速再起動時に不安定動作等を生ずることを回避することができる。一方、制御装置内の信号の遅延やサイリスタのターンオン時間等によって、実際にＢＰＰ動作が完了するまでの遅れが生じることがあり、ＢＰＰ動作に入るまでに他相から転流させる必要が生じる場合がある。本実施形態では、高速再起動時にＢＰＰ動作する相を固定せずに、進み側または遅れ側のいずれか一方の側で先にＢＰＰ動作を決定し、その後、他方の側についても、すでに決定されたＢＰＰ相と同じ相となるようにＢＰＰ相を決定する。
【0063】
図７は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態では、制御装置が有するＢＰＰ制御部２５０の構成が上述した他の実施形態の場合と相違する。
本実施形態では、制御装置が有するＢＰＰ制御部２５０の構成が上述した他の実施形態の場合と相違する。
【0064】
図７に示すように、ＢＰＰ制御部２５０は、進み側のＢＰＰ動作を決定する第１回路２５１と、遅れ側のＢＰＰ動作を決定する第２回路２５２と、を含んでいる。なお、制御装置は、ＢＰＰ制御部２５０のほか、図示しないが、起動指令、停止指令および保護連動動作指令にもとづいてＢＰＰ動作する相を決定する回路も含んでいる。この回路は、たとえば、図２に関連して説明した起動／保護／停止ＢＰＰ動作部５４、ＢＰＰ相決定回路５５および起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路５３を含んでいる。なお、起動指令、停止指令および保護連動動作にもとづくＢＰＰ動作は、上述の場合と同様とすることができる。
【0065】
第１回路２５１では、高速再起動指令が高速再起動ＢＰＰ動作部２５３に入力されると、高速再起動ＢＰＰ動作部２５３は、導通相の情報をＢＰＰ相決定回路２５４に供給する。ＢＰＰ相決定回路２５４は、高速再起動指令をＢＰＰ指令と解釈し、ＢＰＰ指令の入力後のあらかじめ設定されたタイミングでＢＰＰ動作する相を決定する。ＢＰＰ指令の入力後のあらかじめ設定されたタイミングでＢＰＰ動作する相を決定することとは、たとえば、ＢＰＰ指令が入力されたタイミングの直前に点弧された相を点弧することである。あるいは、ＢＰＰ動作する相は、ＢＰＰ指令が入力されたタイミングの直前に点弧された相の１つ前に点弧された相としてもよい。ＢＰＰ相決定回路２５４は、ＢＰＰ動作する相に関する情報を起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路２５５に供給し、起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路２５５は、対象の相を点弧するためのゲートパルスを生成して出力する。
【0066】
第２回路２５２では、高速再起動ＢＰＰ動作部２５６に高速再起動指令が入力されると、高速再起動ＢＰＰ動作部２５６は、高速再起動指令をＢＰＰ指令と解釈し、ＢＰＰ指令が入力されたタイミングでアクティブとなる信号をＢＰＰ相決定回路２５７に供給する。ＢＰＰ相決定回路２５７には、第１回路２５１によって決定されたＢＰＰ動作する相の情報が入力される。ＢＰＰ相決定回路２５７は、第１回路２５１から入力されたアクティブとされた情報と、高速再起動ＢＰＰ動作部２５６からのアクティブ信号の論理積をとって、起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路２５８に供給する。起動／保護／停止ＢＰＰ動作回路２５８は、ＢＰＰ相決定回路２５７で決定されたＢＰＰ動作する相を点弧するようにゲートパルスを生成し、出力する。
【0067】
本実施形態の電力変換装置の動作について説明する。
図８は、本実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
図８に示すように、制御装置は、θ５１において高速再起動指令が発動されたと判断すると、即座に進み側ＢＰＰ指令を生成する。このときのＢＰＰ相は、θ５１の直前に点弧されたＺ１相の１つ前に点弧されたＵ１相を含む相とされる。すなわち、Ｕ１相およびＸ１相がＢＰＰ相とされ、第１回路２５１は、Ｕ１相およびＸ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
図８は、本実施形態の電力変換装置の動作を例示する模式的なタイミングチャートである。
図８に示すように、制御装置は、θ５１において高速再起動指令が発動されたと判断すると、即座に進み側ＢＰＰ指令を生成する。このときのＢＰＰ相は、θ５１の直前に点弧されたＺ１相の１つ前に点弧されたＵ１相を含む相とされる。すなわち、Ｕ１相およびＸ１相がＢＰＰ相とされ、第１回路２５１は、Ｕ１相およびＸ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
【0068】
第２回路２５２は、第１回路２５１が生成した点弧相の情報にもとづいて、ＢＰＰ相を決定する。この例では、第１回路２５１は、Ｕ１相およびＸ１相をＢＰＰ相としたので、第２回路２５２は、Ｕ２相およびＸ２相をＢＰＰ相とするべく、Ｕ２相およびＸ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
【0069】
制御装置は、θ５３において、再起動の条件が整ったことを判断する。制御装置は、θ５４において進み側ＤＥＢ指令を生成する。進み側ＤＥＢ指令では、制御装置は、θ５３以降で、進み側でＢＰＰ状態とされた相の点弧タイミングのうち先に到来する相の点弧タイミングで点弧するようにゲートパルスを出力する。この例では、制御装置は、ＢＰＰ相がＵ１相およびＸ１相とされており、θ５３以降で先に点弧タイミングが到来するＸ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。同時に、制御装置は、ＢＰＰ状態とされたＵ１相をＶ１相に転流するようにゲートパルスを出力する。
【0070】
制御装置は、進み側ＤＥＢ指令の位相に３０°遅れて、遅れ側ＤＥＢ指令を生成する。ＢＰＰ相は、進み側および遅れ側で同じ相とされているので、遅れ側ＤＥＢ指令は、Ｘ２相を点弧するタイミングとすることができ、制御装置は、Ｘ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。また、制御装置は、Ｕ２相をＶ２相に転流するように、ゲートパルスを出力する。この例では、進み側のＢＰＰ相を先に決定し、その後、遅れ側のＢＰＰ相を決定したが、遅れ側のＢＰＰ相を先に決定して（たとえば遅れ側を第１回路に設定）、その後、進み側のＢＰＰ相を決定するようにしてもよい（たとえば進み側を第２回路に設定）。
【0071】
このように、本実施形態の電力変換装置では、進み側および遅れ側のうちの一方の側で決定されたＢＰＰ相の情報にもとづいて、他方の側のＢＰＰ相を決定する。そのため、ＤＥＢ指令時の最短の３０°遅れで遅れ側を起動することができ、安定した起動を確保することが可能になる。
【0072】
（第３の実施形態）
上述の他の実施形態の場合には、高速再起動時のＢＰＰ指令を、進み側および遅れ側で同じ相とすることにより、遅れ側のバルブに、進み側のバルブの起動から最短でＤＥＢ指令を供給できるとするものである。本実施形態では、ＢＰＰ相を固定せず、異なる相でＢＰＰとなったことを判定し、判定結果にもとづいて、進み側および遅れ側のＤＥＢ指令の順序を設定する。
図９は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態では、ＢＰＰ制御部３５０は、Ｙ側およびΔ側のそれぞれに設けられる。図９には、Ｙ側またはΔ側の一方の構成が示されている。たとえば、図９のＢＰＰ制御部３５０はＹ側のＢＰＰ指令およびＤＥＢ指令の生成のために設けられ、図示しない他のＢＰＰ制御部はΔ側のＢＰＰ指令およびＤＥＢ指令の生成のために設けられている。
上述の他の実施形態の場合には、高速再起動時のＢＰＰ指令を、進み側および遅れ側で同じ相とすることにより、遅れ側のバルブに、進み側のバルブの起動から最短でＤＥＢ指令を供給できるとするものである。本実施形態では、ＢＰＰ相を固定せず、異なる相でＢＰＰとなったことを判定し、判定結果にもとづいて、進み側および遅れ側のＤＥＢ指令の順序を設定する。
図９は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
本実施形態では、ＢＰＰ制御部３５０は、Ｙ側およびΔ側のそれぞれに設けられる。図９には、Ｙ側またはΔ側の一方の構成が示されている。たとえば、図９のＢＰＰ制御部３５０はＹ側のＢＰＰ指令およびＤＥＢ指令の生成のために設けられ、図示しない他のＢＰＰ制御部はΔ側のＢＰＰ指令およびＤＥＢ指令の生成のために設けられている。
【0073】
以下の説明では、図示の構成を有するＢＰＰ制御部３５０がＹ側のＢＰＰ指令およびＤＥＢ指令の生成のために用いられるものとして説明する。
図９に示すように、Ｙ側のＢＰＰ制御部３５０の相手側ＤＥＢ入力部（図９では、相手側ＤＥＢと表記）３５１には、図示しないΔ側のＢＰＰ制御部の出力が接続される。いずれのＢＰＰ制御部も、ＤＥＢ指令を生成するとアクティブな信号を出力する。図９では、「ＤＥＢ条件成立」と表示されている。Ｙ側およびΔ側のいずれの相手側ＤＥＢ入力も初期的には、非アクティブな信号（“０”）が入力された状態である。
図９に示すように、Ｙ側のＢＰＰ制御部３５０の相手側ＤＥＢ入力部（図９では、相手側ＤＥＢと表記）３５１には、図示しないΔ側のＢＰＰ制御部の出力が接続される。いずれのＢＰＰ制御部も、ＤＥＢ指令を生成するとアクティブな信号を出力する。図９では、「ＤＥＢ条件成立」と表示されている。Ｙ側およびΔ側のいずれの相手側ＤＥＢ入力も初期的には、非アクティブな信号（“０”）が入力された状態である。
【0074】
相手側ＤＥＢ入力部３５１に入力された“０”（非アクティブ）または“１”（アクティブ）の２値信号は、ＡＮＤ回路３５４に入力される。
【0075】
Ｙ側の進み側判定部（図９では、進み側と表記）３５２には、Ｙ側の電圧の位相がΔ側の電圧の位相に対して進んでいるか、遅れているかを表す２値信号が入力される。Ｙ側の位相がΔ側の位相よりも進んでいるときには、アクティブな信号（“１”）が入力される。図示しないΔ側の進み側判定部には、非アクティブな信号（“０”）が入力される。
【0076】
また、Ｙ側の位相がΔ側の位相よりも遅れているときには、Ｙ側の進み側判定部３５２には、非アクティブな信号（“０”）が入力され、Δ側の進み判定部には、アクティブな信号（“１”）が入力される。Ｙ側およびΔ側のそれぞれの進み側判定部には、たとえば、電力変換装置の設置時に、バルブＵ１～Ｚ１の変換器が進み側であるのか、バルブＵ２～Ｚ２の変換器が進み側であるのかを実測等することにより判断し、あらかじめ設定されたレベルの信号が入力される。
【0077】
同相ＢＰＰ判定部（図９では、同相ＢＰＰと表記）３５３には、ＢＰＰ指令によりＢＰＰ相とされたＹ側の相とΔ側の相とが、同じ相の場合に、アクティブな信号（“１”）が入力される。Ｙ側の相とΔ側の相とが、異なる相の場合には、非アクティブな信号（“０”）が入力される。本実施形態では、ＢＰＰ制御部３５０は、高速再起動指令を入力すると即座にＢＰＰ指令生成し、Ｙ側およびΔ側に同時に出力する。ＢＰＰ制御部３５０は、ＢＰＰ指令の生成されたタイミングの直前に点弧された相、またはＢＰＰ指令の生成されたタイミングの直前の１つの前に点弧された相にあらかじめ設定されている。
【0078】
ＸＯＲ回路（図９では、ＸＯＲと表記）３５５には、進み側判定部３５２および同相ＢＰＰ判定部３５３から出力される信号が入力される。ＸＯＲ回路３５５は、排他的論理和を論理演算して出力する演算回路であり、排他的論理和は、入力が両方とも“１”の場合および両方とも“０”の場合に、“０”を出力する。排他的論理和は、入力されるの一方が“１”で他方が“０”の場合には、“１”を出力する。つまり、ＸＯＲ回路３５５は、Ｙ側の電圧位相がΔ側より進んでおり（“１”）、かつ、ＢＰＰ指令によりＢＰＰ相とされた相が同じである（“１”）場合に非アクティブ（“０”）な信号を出力し、Ｙ側の電圧位相がΔ側よりも遅れており（“０”）、ＢＰＰ相とされた相が異なっている（“０”）場合に、非アクティブな信号（“０”）を出力する。その他の場合には、ＸＯＲ回路３５５は、アクティブな信号（“１”）を出力する。
【0079】
ＸＯＲ回路３５５の出力は、ＡＮＤ回路３５４に入力される。また、ＸＯＲ回路３５５の出力は、インバータ回路３５６に入力されて論理反転される。
【0080】
ＡＮＤ回路３５４の出力およびインバータ回路３５６の出力は、ＯＲ回路３５７に入力され、ＯＲ回路３５７は、ＤＥＢ指令を出力する。
【0081】
このような論理構成とすることにより、Ｙ側が進み側となり、ＢＰＰ相が同じ相の場合であっても、ＢＰＰ相が異なる相の場合であっても、３０°の位相差を有する相を順にＤＥＢ指令により点弧するようにゲートパルスを出力することができる。また、Ｙ側が遅れ側となり、ＢＰＰ相が同じ相の場合であっても、ＢＰＰ相が異なる相の場合であっても、３０°の位相差を有する相を順にＤＥＢ指令により点弧するようにゲートパルスを出力することができる。
【0082】
本実施形態の電力変換装置の動作について説明する。
図１０は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。
図１０には、上述した他の実施形態の場合と同様に、Ｙ側が進み側であり、Δ側が遅れ側とされた場合に出力されるゲートパルスの様子が示されている。
図１０に示すように、制御部３５０は、θ６１において、高速再起動指令が発動されたと判断すると、即座に高速再起動時ＢＰＰ指令を生成する。この例では、図６（ｂ）に関連して説明した場合と同様に、Ｙ側では、θ６１の直前に点弧されたＺ１相の１つ前に点弧されたＵ１相がＢＰＰ相とされ、ＢＰＰ制御部３５０は、Ｘ１相とともに点弧するようにゲートパルスを出力する。Δ側では、θ６１の直前に点弧されたＵ２相の１つ前に点弧されたＹ２相がＢＰＰ相とされ、他のＢＰＰ制御部は、Ｙ２相とともにＶ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
図１０は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。
図１０には、上述した他の実施形態の場合と同様に、Ｙ側が進み側であり、Δ側が遅れ側とされた場合に出力されるゲートパルスの様子が示されている。
図１０に示すように、制御部３５０は、θ６１において、高速再起動指令が発動されたと判断すると、即座に高速再起動時ＢＰＰ指令を生成する。この例では、図６（ｂ）に関連して説明した場合と同様に、Ｙ側では、θ６１の直前に点弧されたＺ１相の１つ前に点弧されたＵ１相がＢＰＰ相とされ、ＢＰＰ制御部３５０は、Ｘ１相とともに点弧するようにゲートパルスを出力する。Δ側では、θ６１の直前に点弧されたＵ２相の１つ前に点弧されたＹ２相がＢＰＰ相とされ、他のＢＰＰ制御部は、Ｙ２相とともにＶ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
【0083】
ＢＰＰ制御部３５０は、Ｙ側のＢＰＰ相とΔ相のＢＰＰ相が異なる相であると判断し、Ｙ側の同相ＢＰＰ入力部３５３には、“０”が入力される。また、Ｙ側は進み側であるため、Ｙ側の進み側判定部３５２には、“１”が入力される。したがって、ＯＲ回路３５７の一方の入力は、“０”となり、相手側ＤＥＢ入力部３５１が初期状態の“０”であるため、ＢＰＰ制御部３５０のＹ側の判定部分の出力は、初期的に“０”である。Ｙ側の判定部分は、Δ側の判定部分が出力する“１”を相手側ＤＥＢ入力３５１に入力することによって、アクティブなＤＥＢ指令（“１”）を出力する。
【0084】
ここで、Δ側の判定部分では、進み側判定部の入力は“０”であり、同相ＢＰＰ判定部の入力も“０”であるため、ＸＯＲ回路３５５の出力は“０”となる。そのため、ＯＲ回路の一方の入力は、他方の入力にかかわらず、“１”となって、他のＢＰＰ制御回路は、ＤＥＢ指令を出力可能となる。
【0085】
具体的には、θ６２で再起動条件が成立し、θ６３でΔ側がＤＥＢ指令を生成し、制御装置は、Ｖ２相およびＺ２相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
【0086】
Ｙ側のＢＰＰ制御部３５０は、θ６３において、Δ側のＢＰＰ制御部が出力するＤＥＢ指令“１”を相手側ＤＥＢ入力部３５１に入力する。ＢＰＰ制御部３５０のＡＮＤ回路３５４の入力は、いずれも“１”となるので、ＢＰＰ制御部３５０は、Ｙ側のＤＥＢ指令として“１”を出力する。３０°遅れてθ６４において、Ｘ１相の点弧タイミングが到来するので、ＢＰＰ制御部３５０は、θ６４において、Ｘ１相およびＶ１相を点弧するようにゲートパルスを出力する。
【0087】
このようにして、本実施形態の電力変換装置では、Ｙ側のバルブおよびΔ側のバルブで異なる相がＢＰＰ状態とされた場合であっても、先にＤＥＢ指令を生成したのち、３０°に隣接して点弧する相を点弧することができる。そのため、本実施形態の電力変換装置は、高速再起動シーケンスにおいても、安定して再起動することができる。
【0088】
以上説明した実施形態によれば、安定かつ迅速に再起動できる電力変換装置を実現することができる。
【0089】
以上、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、その他のさまざま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およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0090】
１ 交流回路、２ 直流回路、１０ 電力変換装置、２０ 電力変換器、２２，２４ 変圧器、２６ サイリスタバルブ、４０ 制御装置、５０，２５０，３５０ ＢＰＰ制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】