(57)【要約】      （修正有）【課題】直流の電圧レベル変換の目的を達成しながら、設備容量の低減、損失低減による、高効率で低コストな直流／直流変換電力変換器を提供する。【解決手段】１以上のＨブリッジユニット３を直列に接続した相アーム３ｂを２回路直列に接続した第１相レグ及び第２相レグが、互いに並列に接続された直列補償回路部１１と、１以上のチョッパユニット４を直列に接続した相アーム４ｂが２回路直列接続された第３相レグ及び第４相レグが互いに並列に接続された並列補償回路部１２と、単相高周波絶縁トランスＴＲ１とを備え、直列補償回路部１１の直流端子は二つの前記直流送電網の間の非接地側ラインに接続され、並列補償回路部１２の直流端子は一方の直流送電網の非接地側ラインと共通接地側ラインに接続される。単相高周波絶縁トランスＴＲ１の一次側は、直列補償回路部１１のＵＶ交流端子に接続され、二次側は並列補償回路部１２のｕｖ交流端子に接続される。【選択図】図１
2014124028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの直流送電網を電圧レベルを変換して接続する電力変換装置であって、
自己消弧能力を持つスイッチング素子がそれぞれ２個直列接続された第１レグ及び第２レグと、コンデンサとを並列に接続してなる構成要素をＨブリッジユニットとしたとき、
１以上の前記Ｈブリッジユニットを直列に接続した相アームをそれぞれ２回路直列に接続した第１相レグ及び第２相レグが、互いに並列に接続された直列補償回路部と、
前記直列補償回路部の一方の直流端子は一方の前記直流送電網の非接地側ラインに接続され、他方の直流端子は他方の直流送電網の非接地側ラインに接続され、
自己消弧能力を持つスイッチング素子を直列に２個接続した第３レグと、該第３レグに並列に接続されたコンデンサからなる構成要素をチョッパユニットとしたとき、
１以上の前記チョッパユニットを直列に接続した相アームがそれぞれ２回路直列接続された第３相レグ及び第４相レグが互いに並列に接続された並列補償回路部と、
前記並列補償回路部の一方の直流端子は前記他方の直流送電網の非接地側ラインに接続され、他方の直流端子が前記２つの直流送電網の共通接地側ラインに接続され、
前記直列補償回路部の前記第１及び第２相レグの相アーム相互接続点に接続される一次巻線と、前記並列補償回路部の前記第３及び第４相レグの相アーム相互接続点に接続される二次巻線とを有する単相高周波絶縁トランスと、
を具備する電力変換装置。
【請求項２】
３つ以上の複数の直流送電網を電圧レベルを変換して接続する電力変換装置であって、
自己消弧能力を持つスイッチング素子がそれぞれ２個直列接続された第１レグ及び第２レグと、コンデンサとを並列に接続してなる構成要素をＨブリッジユニットとしたとき、
１以上の前記Ｈブリッジユニットを直列に接続した相アームをそれぞれ２回路直列に接続した第１相レグ及び第２相レグが、互いに並列にそれぞれ接続された複数の直列補償回路部と、
前記複数の直列補償回路部の一方の直流端子を、前記複数の直流送電網のうちの特定直流送電網を除く各直流送電網の非接地側ラインに接続し、他方の直流端子を前記特定直流送電網の非接地側ラインに共に接続し、
自己消弧能力を持つスイッチング素子を直列に２個接続した第３レグと、該第３レグに並列に接続されたコンデンサからなる構成要素をチョッパユニットとしたとき、
１以上の前記チョッパユニットを直列に接続した相アームがそれぞれ２回路直列接続された第３相レグ及び第４相レグが互いに並列に接続された並列補償回路部と、
前記並列補償回路部の一方の直流端子が、前記特定直流送電網の非接地側ラインに接続され、他方の直流端子が前記特定直流送電網の接地側ラインに接続され、
前記並列補償回路部の相アーム相互接続点に接続される一次巻線と、前記複数の直列補償回路部の相アーム相互接続点にそれぞれ接続される複数の二次巻線を有する単相高周波絶縁トランスと、
を具備する電力変換装置。
【請求項３】
前記直列補償回路部及び前記並列補償回路部のうちの一方の補償回路部が交流電圧制御を行い、他方の補償回路部が交流電流制御を行う請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記直列補償回路部は、２つの直流送電網の電圧差指令値に基づいて直流電圧を出力し、前記Ｈブリッジユニットを構成するコンデンサ電圧の総和の時間平均値が一定値となるように交流電流制御を行う請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の直列補償回路部の直流電圧出力は、前記複数の直流送電網の電力分配指令に基づいて決定される請求項２記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの直流送電網を電圧レベルを変換して接続する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力発電や太陽光発電、太陽熱発電などの再生可能エネルギーの普及が促進されているが、より大電力を再生可能エネルギーでまかなうために、洋上風力発電や、砂漠地帯での太陽光、太陽熱発電が検討され始めている。洋上風力発電においては、発電された電力を消費地である都市まで海底ケーブルで大電力送電したり、アフリカや中国奥部の砂漠地帯から、ヨーロッパや沿岸地帯の大都市まで大電力を長距離にわたって高効率に送電することが必要になる。このような要求には、従来の３相交流による電力送電よりも、直流送電のほうが効率が高く、コストを抑えながら設置することが可能になるため、直流送電網の構築が検討され始めている。
【０００３】
直流送電においては、発電された交流電力を直流送電用の直流に変換するコンバータや、送電されてきた直流を都市内の交流に変換するインバータなどの電力変換装置が必要になる。交流系統にコンバータ、インバータのスイッチングに伴う高調波が流出しないように、正弦波に近い電圧波形を出力することができるモジュラーマルチレベル変換器回路などの検討・実用化が進められている。
【０００４】
直流送電システムは、長距離大電力送電に適用した場合、従来の交流送電システムに比べて、低コストで設置可能で、送電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が、電圧の大きさを自由に変換できない制約がある。交流システムにおいてはトランスの巻き数比およびタップ制御により電圧を自由に変換することができるのに対して、直流ではトランスを用いることができないからである。
【０００５】
電力送電網を構築する場合、送電容量や絶縁設置スペースの制約で決まる最適電圧レベルを、送電網の中で適材適所で決めることが有効であると想定されるが、上記のとおり、電圧の大きさが自由に変換できない制約があると、このような最適電圧レベルでの送電網構築ができなくなってしまう。
【０００６】
これに対して、従来においては、図８に示すように、直流を一旦高周波交流にモジュラーマルチレベルインバータで変換し、高周波絶縁トランスを介して交流直流変換コンバータで直流に変換することで、直流電圧の大きさを自由に変更するシステムが提案されている。このシステムでは高周波絶縁トランスの巻き数比の設定や、コンバータ、インバータの電圧制御により、電圧を自由に変更することが可能になり、将来の直流送電電力網においても自由に電圧レベルの最適化を図ることが可能になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】非特許文献2009年cigre論文予稿集Paper４０１：Multilevel  Voltage-Sourced Converters for HVDC and FACTS Applications：Siemens AG
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図８のような従来の回路方式は、送電する電力全てを、直流から交流に変換し、トランスを介して再度交流から直流に変換するため、電力変換器およびトランスの設備容量増大、損失増加に伴う送電効率の低下を招くため、高コスト、装置大型化の問題があった。
【０００９】
実施形態は、直流の電圧レベル変換の目的を達成しながら、設備容量の低減、損失低減による、高効率で低コストな直流／直流変換電力変換器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】
【００１０】
一実施形態は、２つの直流送電網を電圧レベルを変換して接続する電力変換装置であって、自己消弧能力を持つスイッチング素子がそれぞれ２個直列接続された第１レグ及び第２レグと、コンデンサとを並列に接続してなる構成要素をＨブリッジユニットとしたとき、１以上の前記Ｈブリッジユニットを直列に接続した相アームをそれぞれ２回路直列に接続した第１相レグ及び第２相レグが、互いに並列に接続された直列補償回路部と、前記直列補償回路部の一方の直流端子は一方の前記直流送電網の非接地側ラインに接続され、他方の直流端子は他方の直流送電網の非接地側ラインに接続され、自己消弧能力を持つスイッチング素子を直列に２個接続した第３レグと、該第３レグに並列に接続されたコンデンサからなる構成要素をチョッパユニットとしたとき、１以上の前記チョッパユニットを直列に接続した相アームがそれぞれ２回路直列接続された第３相レグ及び第４相レグが互いに並列に接続された並列補償回路部と、前記並列補償回路部の一方の直流端子は前記他方の直流送電網の非接地側ラインに接続され、他方の直流端子が前記２つの直流送電網の共通接地側ラインに接続され、前記直列補償回路部の前記第１及び第２相レグの相アーム相互接続点に接続される一次巻線と、前記並列補償回路部の前記第３及び第４相レグの相アーム相互接続点に接続される二次巻線とを有する単相高周波絶縁トランスと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態において制御される電圧電流の関係を説明するための図である。
【図３】第１実施形態の制御方式を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の他の制御方式を説明するための図である。
【図５】第２実施形態の回路構成を示す図である。
【図６】第３実施形態の回路構成を示す図である。
【図７】図６の回路構成に対応した制御方式を説明するための図である。
【図８】従来の電力変換装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
[第１実施形態] 
先ず、実施形態が適用される状況について説明する。互いに異なる電力会社から電力供給を受け、系統直流電圧が互いに異なる２つの電力系統において、一方の電力系統で電力が不足しており、他方の電力系統で電力に十分余裕があるときに、他方の電力系統から一方の電力系統に電力を伝送する場合、あるいは逆に、一方の電力系統で電力に十分余裕があり、他方の電力系統で電力に余裕が不足しているときに、他方の電力系統から一方の電力系統に電力を伝送する場合がある。実施形態に係る電力変換装置は、このような状況において適用される装置である。
【００１４】
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【００１５】
第１実施形態に係る電力変換装置は、第１の直流送電網であるＤＣ電力網１から第２の直流送電網であるＤＣ電力網２へ直流電圧変換を伴いながら電力を送電するシステムであり、直列補償回路部１１と、並列補償回路部１２と、高周波絶縁トランス部ＴＲ１とで構成される。
【００１６】
直列補償回路部１１は、自己消弧能力を持つスイッチング素子Ｑ１を直列に２個接続したレグ３ａの２回路と、コンデンサＣ１とを並列に接続してなるＨブリッジ変換器３を変換器ユニットとして、Ｎ個（本例ではＮ＝２）の変換器ユニットを直列に接続した相アーム３ｂを構成する。
【００１７】
２つの相アームを直列に接続したものを相レグ３ｃと呼び、Ｕ相レグとＶ相レグの両端をそれぞれ相互に接続したうえで、一方の端をＤＣ電力網１の正側端子（非接地側ライン）に接続し、他方の端をＤＣ電力網２の正側端子（非接地側ライン）に接続する。
【００１８】
直列補償回路部１１の交流出力Ｕ相、Ｖ相は高周波絶縁トランスＴＲ１の一次巻線のＵＶ相にそれぞれ接続される。ＤＣ電力網１とＤＣ電力網２の負側端子（接地側ライン）は相互に接続する。
【００１９】
並列補償回路部１２は、自己消弧能力を持つスイッチング素子Ｑ２を直列に２個接続したレグ４ａを１回路と、コンデンサとを並列に接続してなるチョッパブリッジ変換器４を変換器ユニットとして、Ｍ個（本例ではＭ＝４）の変換器ユニットを直列に接続した相アーム４ｂを構成する。
【００２０】
２つの相アーム４ｂを直列に接続したものを相レグ４ｃと呼び、ｕ相レグとｖ相レグの両端をそれぞれ相互に接続したうえで、一方の端をＤＣ電力網２の正側端子に接続し、他方の端をＤＣ電力網２の負側端子に接続する。並列補償回路部１２の交流出力ｕ相、ｖ相は高周波絶縁トランスＴＲ１の二次巻線のｕｖ相にそれぞれ接続される。
【００２１】
次に、第１実施形態において制御される電圧電流の関係を図２を用いて説明する。図２では、説明を簡単にするため、直列補償回路部１１の相アームが１つのＨブリッジ変換器（変換器ユニット）で構成されている。
【００２２】
図２においては、ＤＣ送電網１の直流電圧Ｖｄｃ１は１００ｋＶ、ＤＣ送電網の直流電圧Ｖｄｃ２は８０ｋＶであるとする。ＤＣ送電網１からＤＣ送電網２への送電電力（Ｐｏｗｅｒ１、Ｐｏｗｅｒ２）が１００ＭＷの場合を例に説明する。
【００２３】
ＤＣ送電網１の直流電流Ｉｄｃ１は、以下の式により演算される。
【００２４】
Ｉｄｃ１＝Ｐｏｗｅｒ１／Ｖｄｃ１＝１ｋＡ
ＤＣ送電網２の直流電流Ｉｄｃ２は、以下の式により演算される。
【００２５】
Ｉｄｃ２＝Ｐｏｗｅｒ２／Ｖｄｃ２＝１．２５ｋＡ
並列補償回路部１２から出力される直流電流ΔＩｐｃは、電流におけるキルヒホッフの法則により、以下で求められる。
【００２６】
ΔＩｐｃ＝Ｉｄｃ２−Ｉｄｃ１＝０．２５ｋＡ
並列補償回路部１２からはΔＩｐｃが出力され、電圧はＶｄｃ２であることから以下の電力ΔＰｏｗｅｒＰＣが定常的に流出する。
【００２７】
ΔＰｏｗｅｒＰＣ＝Ｖｄｃ２×ΔＩｐｃ＝２０ＭＷ
直列補償回路部１１の両端直流電圧ΔＶｓｃは、定常状態においてＶｄｃ１とＶｄｃ２の差分電圧が出力される。
【００２８】
ΔＶｓｃ＝Ｖｄｃ１−Ｖｄｃ２＝２０ｋＶ
直列補償回路部１１には、電力１００ＭＷが定常的に流れ込み、ＵＶ交流端子から以下の電力ΔＰｏｗｅｒＳＣが流出する。
【００２９】
ΔＰｏｗｅｒＳＣ＝ΔＶｓｃ×Ｉｄｃ１＝２０ＭＷ
直列補償回路部１１は、ＵＶ間交流電圧として、１２．５ｋＶｒｍｓ、５００Ｈｚの交流を出力し、これに同期して電力として２０ＭＷを流出させるように交流電流制御を行う。また直列補償回路部１１は、直流８０ＭＷを変換せずにそのまま直流電力網２に伝送する。
【００３０】
高周波絶縁トランスＴＲ１は、並列補償回路部１２が接続された二次巻線と、直列補償回路部１１が接続された一次巻線とが、４：１の電圧比となるように巻き数比設計されている。すなわち一次、二次の巻線比は１：４である。
【００３１】
並列補償回路部１２は、ｕｖ間交流電圧として、５０ｋＶｒｍｓ（＝（５０／４）×１２．５）、５００Ｈｚの交流が印加される。結果として交流電圧制御を行っている並列補償回路部１２には２０ＭＷの電力が流入することになり、直流への出力電力とつりあって全体が定常安定運転することができるようになる。
【００３２】
以上の構成の電力変換器を用いると、並列補償回路部、直列補償回路部、高周波絶縁トランスとも２０ＭＷの電力容量ですむ。一方、図８に示す従来の回路構成においては、直流交流変換部、交流直流変換部、高周波絶縁トランス部とも送電容量である１００ＭＷの電力容量が必要である。従って従来と比較して本実施形態では、１／５の電力容量の装置で電力変化でき、低コスト化と低損失高効率化を達成することが可能になる。
【００３３】
次に、本実施形態の電力変換装置を制御する制御部について説明する。先ず、並列補償回路部１２が交流電圧制御、直列補償回路部１１が交流電流制御を行う構成での制御方式を図２、図３を用いて説明する。
【００３４】
並列補償部コンデンサ電圧一定制御部３０は、並列補償部コンデンサ電圧指令ＶｄｃＣＰｒｅｆと、ｕ相ｖ相の正負相アームのそれぞれの４直列の合計１６個の並列補償部変換器ユニットのコンデンサ電圧の平均値ＶｄｃＣＰ＿ＡＶＥとを入力として、以下演算により並列補償部直流電流指令値ΔＩｐｃＲｅｆを求めて出力する。
【００３５】
ΔＩｐｃＲｅｆ＝−Ｇ（ｓ）×（ＶｄｃＣＰｒｅｆ−ＶｄｃＣＰ＿ＡＶＥ）
ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は比例積分制御を表す。
【００３６】
並列補償部直流電流制御部３１は、並列補償部直流電流指令値ΔＩｐｃＲｅｆと、検出した並列補償部直流電流実際値ΔＩｐｃを入力として、次の演算により並列補償部直流電圧指令ＶｄｃＰＲｅｆを求めて出力する。
【００３７】
ＶｄｃＰＲｅｆ＝Ｇ（ｓ）×（ΔＩｐｃＲｅｆ−ΔＩｐｃ）＋Ｖｄｃ２
（Ｖｄｃ２は第２の直流電力網の直流電圧検出値）
並列補償部交流電圧指令ＶａｃＰｒｅｆは５００Ｈｚ、５０ｋＶｒｍｓの交流電圧指令で、並列補償部各変換器ユニット出力電圧指令（ｕ相正側直流電圧指令ＶｃｐＵＰ、ｕ相負側直流電圧指令ＶｃｐＵＮ、ｖ相正側直流電圧指令ＶｃｐＶＰ、ｖ相負側直流電圧指令ＶｃｐＶＮ）を次の演算により求めて出力する。
【００３８】
ＶｃｐＵＰ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２−ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＵＮ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２＋ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＶＰ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２＋ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＶＮ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２−ＶａｃＰｒｅｆ／２
直列補償部直流電流制御部３２においては、直列補償部直流電流指令Ｉｄｃ１Ｒｅｆと直列補償部直流電流検出値Ｉｄｃ１と、第１の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ１と、第２の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ２とを入力として次の演算により、直列補償部直流電圧出力指令ΔＶｓｃＲｅｆを求めて出力する。
【００３９】
ΔＶｓｃＲｅｆ＝−Ｈ（ｓ）×（Ｉｄｃ１Ｒｅｆ−Ｉｄｃ１）
＋Ｖｄｃ１−Ｖｄｃ２
（ｓはラプラス演算子でＨ（ｓ）は比例積分制御）
直列補償部コンデンサ電圧一定制御部３３においては、直列補償部コンデンサ電圧指令値ＶｄｃＣＳｒｅｆと、Ｕ相Ｖ相の正負相アームのそれぞれ１直列の合計４個の直列補償部Ｈブリッジユニットのコンデンサ電圧の平均値ＶｄｃＣＳ＿ＡＶＥと、交流電圧検出値ＶａｃＳを入力として、以下演算により直列補償部交流電流指令値Ｉａｃ１Ｒｅｆを求めて出力する。
【００４０】
直列補償部交流電流指令振幅｜Ｉａｃ１Ｒｅｆ｜をまず求める。
【００４１】
｜Ｉａｃ１Ｒｅｆ｜＝Ｊ（ｓ）×（ＶｄｃＣＳｒｅｆ−ＶｄｃＣＳ＿ＡＶＥ）
交流電圧検出値ＶａｃＳと位相が同一で振幅が１となる交流正弦波ｓｉｎ＿ＶａｃＳを求める。
【００４２】
ｓｉｎ＿ＶａｃＳ＝ＶａｃＳ／｜ＶａｃＳ｜
（｜ＶａｃＳ｜は、ＶａｃＳの正弦波振幅）
Ｉａｃ１Ｒｅｆ＝｜Ｉａｃ１Ｒｅｆ｜×ｓｉｎ＿ＶａｃＳ
交流電流制御部３４は、交流電流指令値Ｉａｃ１Ｒｅｆと、交流電流検出値Ｉａｃ１と、交流電圧検出値ＶａｃＳを入力として次の演算により交流電圧指令値ＶａｃＳｒｅｆを求めて出力する。
【００４３】
ＶａｃＳｒｅｆ＝Ｋ（ｓ）×（Ｉａｃ１Ｒｅｆ−Ｉａｃ１）＋ＶａｃＳ
直列補償部各変換器ユニット出力電圧指令（Ｕ相正側直流電圧指令ＶｃｓＵＰ、Ｕ相負側直流電圧指令ＶｃｓＵＮ、Ｖ相正側直流電圧指令ＶｃｓＶＰ、Ｖ相負側直流電圧指令ＶｃｓＶＮ）を次の演算により求めて出力する。  
ＶｃｓＵＰ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２−ＶａｃＳｒｅｆ／２
ＶｃｓＵＮ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２＋ＶａｃＳｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＰ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２＋ＶａｃＳｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＮ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２−ＶａｃＳｒｅｆ／２
次に、直列補償回路部１１が交流電圧制御、並列補償回路部１２が交流電流制御を行う構成での制御方式を図２、図４を用いて説明する。
【００４４】
直列補償部直流電流制御部５０においては、直列補償部直流電流指令Ｉｄｃ１Ｒｅｆと直列補償部直流電流検出値Ｉｄｃ１と、第１の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ１と、第２の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ２とを入力として次の演算により、直列補償部直流電圧出力指令ΔＶｓｃＲｅｆを求めて出力する。
【００４５】
ΔＶｓｃＲｅｆ＝−Ｈ（ｓ）×（Ｉｄｃ１Ｒｅｆ−Ｉｄｃ１）
＋Ｖｄｃ１−Ｖｄｃ２
（ｓはラプラス演算子でＨ（ｓ）は比例積分制御）
直列補償部交流電圧指令ＶａｃＳｒｅｆは５００Ｈｚ、１２．５ｋＶｒｍｓの交流電圧指令で、直列補償部各変換器ユニット出力電圧指令（Ｕ相正側直流電圧指令ＶｃｓＵＰ、Ｕ相負側直流電圧指令ＶｃｓＵＮ、Ｖ相正側直流電圧指令ＶｃｓＶＰ、Ｖ相負側直流電圧指令ＶｃｓＶＮ）を次の演算により求めて出力する。
【００４６】
ＶｃｓＵＰ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２−ＶａｃＳｒｅｆ／２
ＶｃｓＵＮ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２＋ＶａｃＳｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＰ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２＋ＶａｃＳｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＮ＝ΔＶｓｃＲｅｆ／２−ＶａｃＳｒｅｆ／２
並列補償部コンデンサ電圧一定制御部５１は、並列補償部コンデンサ電圧指令ＶｄｃＣＰｒｅｆと、ｕ相ｖ相の正負相アームのそれぞれの４直列の合計１６個の並列補償部変換器ユニットのコンデンサ電圧の平均値ＶｄｃＣＰ＿ＡＶＥとを入力として、以下演算により並列補償部直流電流指令値ΔＩｐｃＲｅｆを求めて出力する。
【００４７】
ΔＩｐｃＲｅｆ＝−Ｇ（ｓ）×（ＶｄｃＣＰｒｅｆ−ＶｄｃＣＰ＿ＡＶＥ）
ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は比例積分制御を表す。
【００４８】
並列補償部直流電流制御部５２は、並列補償部直流電流指令値ΔＩｐｃＲｅｆと、検出した並列補償部直流電流実際値ΔＩｐｃを入力として、次の演算により並列補償部直流電圧指令ＶｄｃＰｒｅｆを求めて出力する。
【００４９】
ＶｄｃＰｒｅｆ＝Ｇ（ｓ）×（ΔＩｐｃＲｅｆ−ΔＩｐｃ）＋Ｖｄｃ２
（Ｖｄｃ２は第２の直流電力網の直流電圧検出値）
直列補償部コンデンサ電圧一定制御部５３においては、直列補償部コンデンサ電圧指令値ＶｄｃＣＳｒｅｆと、Ｕ相Ｖ相の正負相アームのそれぞれ１直列の合計４個の直列補償部Ｈブリッジユニットのコンデンサ電圧の平均値ＶｄｃＣＳ＿ＡＶＥと、交流電圧検出値ＶａｃＳを入力として、以下演算により並列補償部交流電流指令値Ｉａｃ２Ｒｅｆを求めて出力する。
【００５０】
並列補償部交流電流指令振幅｜Ｉａｃ２Ｒｅｆ｜をまず求める。
【００５１】
｜Ｉａｃ２Ｒｅｆ｜＝Ｊ（ｓ）×（ＶｄｃＣＳｒｅｆ−ＶｄｃＣＳ＿ＡＶＥ）
並列補償部交流電圧検出値ＶａｃＰと位相が同一で振幅が１となる交流正弦波ｓｉｎ＿ＶａｃＰを求める。
【００５２】
ｓｉｎ＿ＶａｃＰ＝ＶａｃＰ／｜ＶａｃＰ｜
（｜ＶａｃＰ｜は、ＶａｃＰの正弦波振幅）
Ｉａｃ２Ｒｅｆ＝｜Ｉａｃ２Ｒｅｆ｜×ｓｉｎ＿ＶａｃＰ
交流電流制御部５４は、交流電流指令値Ｉａｃ２Ｒｅｆと、並列補償部交流電流検出値Ｉａｃ２と、交流電圧検出値ＶａｃＰを入力として次の演算により交流電圧指令値ＶａｃＰｒｅｆを求めて出力する。
【００５３】
ＶａｃＰｒｅｆ＝−Ｋ（ｓ）×（Ｉａｃ２Ｒｅｆ−Ｉａｃ２）＋ＶａｃＰ
並列補償部各変換器ユニット出力電圧指令（Ｕ相正側直流電圧指令ＶｃｐＵＰ、Ｕ相負側直流電圧指令ＶｃｐＵＮ、Ｖ相正側直流電圧指令ＶｃｐＶＰ、Ｖ相負側直流電圧指令ＶｃｐＶＮ）を次の演算により求めて出力する。
【００５４】
ＶｃｐＵＰ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２−ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＵＮ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２＋ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＶＰ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２＋ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＶＮ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２−ＶａｃＰｒｅｆ／２
尚、直列補償回路部１１は、変換器ユニットとしてＨブリッジ変換器３が使用されているので、ＤＣ電力網１とＤＣ電力網２の電圧の高低が動作中に逆になっても動作可能である。
【００５５】
[第２実施形態]
次に、ＤＣ送電網１の直流電圧Ｖｄｃ１が、ＤＣ送電網２の直流電圧Ｖｄｃ２よりも常時高いシステムに適用できる第２の実施形態の回路構成を図５に示す。
【００５６】
第２の実施例における直列補償回路部１３は、チョッパブリッジ変換器４で構成されることが特徴である。それ以外の回路構成は第１の実施例と同様である。直列補償回路部１３がＨブリッジ変換器３ではなく、チョッパブリッジ変換器４により構成されるので、本実施形態は、一方のＤＣ送電網（本例では送電網２）の電圧が他方の送電網の電圧より常に高い場合に適用される。
【００５７】
直列補償回路部１３の正側端子はＤＣ送電網１の正側端子に接続され、直列補償回路部１３の負側端子はＤＣ送電網２の正側端子に接続される。
【００５８】
以上の構成の電力変換器を用いても、並列補償回路部１２、直列補償回路部１３、高周波絶縁ＴＲ１トランスともに２０ＭＷの電力容量ですみ、第１の実施例と同様に低コスト化と低損失高効率化を達成することが可能になる。さらに、直列補償回路部の変換器ユニットを構成する、自己消弧能力を持つスイッチング素子数が、第１の実施例におけるＨブリッジ変換器に比較して半減するので、更なる低コスト化と低損失高効率化が可能になる。
【００５９】
[第３実施形態]
次に、３つのＤＣ送電網が１か所で接続され、１つのＤＣ送電網から送電されてくる直流電力を２つのＤＣ送電網に分配送電する構成において、分配比率を自由に調整可能にする第３の実施形態の回路構成を図６に示す。
【００６０】
第３実施形態における直列補償回路部２１、２２のそれぞれ一端は、ＤＣ送電網２とＤＣ送電網３の正側端子に接続され、他端をＤＣ送電網１の正側端子に共に接続する。トランスＴＲ２は３巻線トランスであり、一次巻線ｗ１は並列補償回路部１２のｕ相、ｖ相のアーム相互接続点に接続され、二次巻線ｗ２は直列補償回路部２１のＵ相、Ｖ相の相アーム相互接続点に接続され、二次巻線ｗ３は直列補償回路部２２のＵ相、Ｖ相の相アーム相互接続点に接続されている。尚、二次巻線の数は、電力分配するＤＣ送電網の数に応じて決定される。
【００６１】
直列補償回路部２１の出力する直流電圧ΔＶｓｃ２と直列補償回路部３の出力する直流電圧ΔＶｓｃ３を、分配比率指令ｋ：１（図示しない外部装置より与えられるものとする）に従い、以下により設定する。
【００６２】
ΔＶｓｃ２：ΔＶｓｃ３＝ｋ：１
この電圧の分配比率（ｋ：１）に対応して電流比が決まり、その結果、送電網１、２に対する電力分配比率がｋ：１となる。言い換えると、電力分配比指令に応じて電圧の分配比指令が決定される。尚、現実には、ＤＣ送電網２とＤＣ送電網３の直流抵抗および、交流送電網への接続点の直流電圧に依存して分配比率が変化する分を、供給される電流の電流分配比率フィードバック値に従い、ΔＶｓｃ２、ΔＶｓｃ３に補正をかけて分配が指令値通りになるように調整する。
【００６３】
以上の構成の電力変換器を用いても、並列補償回路部、直列補償回路部、高周波絶縁トランスとも低コスト化と低損失高効率化を達成することが可能になる。さらに、多端子直流送電網における電流分配制御を自由に実施できるため、系統制御がより安定に実施できるようになる。
【００６４】
図６の回路構成に対応した制御方式を図７を用いて説明する。
【００６５】
並列補償部コンデンサ電圧一定制御部６１は、並列補償部コンデンサ電圧指令ＶｄｃＣＰｒｅｆと、ｕ相ｖ相の正負相アームのそれぞれの４直列の合計１６個の並列補償部変換器ユニットのコンデンサ電圧の平均値ＶｄｃＣＰ＿ＡＶＥとを入力として、以下演算により並列補償部直流電流指令値ΔＩｐｃＲｅｆを求めて出力する。
【００６６】
ΔＩｐｃＲｅ＝−Ｇ（ｓ）×（ＶｄｃＣＰｒｅｆ−ＶｄｃＣＰ＿ＡＶＥ）
ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は比例積分制御を表す。
【００６７】
並列補償部直流電流制御部６２は、並列補償部直流電流指令値ΔＩｐｃＲｅｆと、検出した並列補償部直流電流実際値ΔＩｐｃを入力として、次の演算により並列補償部直流電圧指令ＶｄｃＰｒｅｆを求めて出力する。
【００６８】
ＶｄｃＰｒｅｆ＝Ｇ（ｓ）×（ΔＩｐｃＲｅｆ−ΔＩｐｃ）＋Ｖｄｃ２
（Ｖｄｃ２は第二の直流電力網の直流電圧検出値）
並列補償部交流電圧指令ＶａｃＰｒｅｆは５００Ｈｚ、５０ｋＶｒｍｓの交流電圧指令で、並列補償部各変換器ユニット出力電圧指令（Ｕ相正側直流電圧指令ＶｃｐＵＰ、Ｕ相負側直流電圧指令ＶｃｐＵＮ、Ｖ相正側直流電圧指令ＶｃｐＶＰ、Ｖ相負側直流電圧指令ＶｃｐＶＮ）を次の演算により求めて出力する。
【００６９】
ＶｃｐＵＰ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２−ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＵＮ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２＋ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＶＰ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２＋ＶａｃＰｒｅｆ／２
ＶｃｐＶＮ＝ＶｄｃＰｒｅｆ／２−ＶａｃＰｒｅｆ／２
直列補償回路部２１の直流電流制御部６３においては、直列補償部直流電流指令Ｉｄｃ１Ｒｅｆと、直流電力網２と直流電力網３への電力分配比率ｍ２：ｍ３と、直列補償回路部２の直流電流検出値Ｉｄｃ２と、第一の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ１と、第二の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ２とを入力として次の演算により、直列補償部直流電圧出力指令ΔＶｓｃＲｅｆを求めて出力する。
【００７０】
Ｉｄｃ２Ｒｅｆ＝Ｉｄｃ１×ｍ２／（ｍ２＋ｍ３）
ΔＶｓｃＲｅｆ２＝Ｈ（ｓ）×（Ｉｄｃ２Ｒｅｆ−Ｉｄｃ２）
＋Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１
（ｓはラプラス演算子でＨ（ｓ）は比例積分制御）
直列補償回路部２１のコンデンサ電圧一定制御部６４においては、直列補償部コンデンサ電圧指令値ＶｄｃＣＳ２ｒｅｆと、Ｕ相Ｖ相の正負レグのそれぞれの１直列の合計４個の直列補償部Ｈブリッジのコンデンサ電圧の平均値ＶｄｃＣＳ２＿ＡＶＥと、交流電圧検出値ＶａｃＳ２を入力として、以下演算により直列補償部交流電流指令値Ｉａｃ２Ｒｅｆを求めて出力する。
【００７１】
直列補償部交流電流指令振幅｜Ｉａｃ２Ｒｅｆ｜をまず求める。
【００７２】
｜Ｉａｃ２Ｒｅｆ｜＝Ｊ（ｓ）×（ＶｄｃＣＳ２ｒｅｆ−ＶｄｃＣＳ２＿ＡＶＥ）
交流電圧検出値ＶａｃＳ２と位相が同一で振幅が１となる交流正弦波ｓｉｎ＿ＶａｃＳ２を求める。
【００７３】
ｓｉｎ＿ＶａｃＳ２＝ＶａｃＳ２／｜ＶａｃＳ２｜
（｜ＶａｃＳ２｜は、ＶａｃＳ２の正弦波振幅）
Ｉａｃ２Ｒｅｆ＝｜Ｉａｃ２Ｒｅｆ｜×ｓｉｎ＿ＶａｃＳ２
交流電流制御部６５は、交流電流指令値Ｉａｃ２Ｒｅｆと、交流電流検出値Ｉａｃ２と、交流電圧検出値ＶａｃＳ２を入力として次の演算により交流電圧指令値ＶａｃＳ２ｒｅｆを求めて出力する。
【００７４】
ＶａｃＳ２ｒｅｆ＝Ｋ（ｓ）×（Ｉａｃ２Ｒｅｆ−Ｉａｃ２）＋ＶａｃＳ２
直列補償回路部２１の各変換器ユニット出力電圧指令（Ｕ相正側直流電圧指令ＶｃｓＵＰ２、Ｕ相負側直流電圧指令ＶｃｓＵＮ２、Ｖ相正側直流電圧指令ＶｃｓＶＰ２、Ｖ相負側直流電圧指令ＶｃｓＶＮ２）を次の演算により求めて出力する。
【００７５】
ＶｃｓＵＰ２＝ΔＶｓｃＲｅｆ２／２−ＶａｃＳ２ｒｅｆ／２
ＶｃｓＵＮ２＝ΔＶｓｃＲｅｆ２／２＋ＶａｃＳ２ｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＰ２＝ΔＶｓｃＲｅｆ２／２＋ＶａｃＳ２ｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＮ２＝ΔＶｓｃＲｅｆ２／２−ＶａｃＳ２ｒｅｆ／２
直列補償回路部２２の直流電流制御部６６においては、直列補償部直流電流指令Ｉｄｃ１Ｒｅｆと、直流電力網２と直流電力網３への電力分配比率ｍ２：ｍ３と、直列補償回路部２の直流電流検出値Ｉｄｃ２と、第一の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ１と、第二の直流電力網の直流電圧検出値Ｖｄｃ３とを入力として次の演算により、直列補償部直流電圧出力指令ΔＶｓｃＲｅｆを求めて出力する。
【００７６】
Ｉｄｃ３Ｒｅｆ＝Ｉｄｃ１×ｍ３／（ｍ２＋ｍ３）
ΔＶｓｃＲｅｆ３＝Ｈ（ｓ）×（Ｉｄｃ３Ｒｅｆ−Ｉｄｃ３）
＋Ｖｄｃ３−Ｖｄｃ１
（ｓはラプラス演算子でＨ（ｓ）は比例積分制御）
直列補償回路部２２のコンデンサ電圧一定制御部６７においては、直列補償部コンデンサ電圧指令値ＶｄｃＣＳ３ｒｅｆと、Ｕ相Ｖ相の正負相アームのそれぞれの１直列の合計４個の直列補償部Ｈブリッジのコンデンサ電圧の平均値ＶｄｃＣＳ３＿ＡＶＥと、交流電圧検出値ＶａｃＳ３を入力として、以下演算により直列補償部交流電流指令値Ｉａｃ３Ｒｅｆを求めて出力する。
【００７７】
直列補償部交流電流指令振幅｜Ｉａｃ３Ｒｅｆ｜をまず求める。
【００７８】
｜Ｉａｃ３Ｒｅｆ｜＝Ｊ（ｓ）×（ＶｄｃＣＳ３ｒｅｆ−ＶｄｃＣＳ３＿ＡＶＥ）
交流電圧検出値ＶａｃＳ３と位相が同一で振幅が１となる交流正弦波ｓｉｎ＿ＶａｃＳ３を求める。
【００７９】
ｓｉｎ＿ＶａｃＳ３＝ＶａｃＳ３／｜ＶａｃＳ３｜
（｜ＶａｃＳ３｜は、ＶａｃＳ３の正弦波振幅）
Ｉａｃ３Ｒｅｆ＝｜Ｉａｃ３Ｒｅｆ｜×ｓｉｎ＿ＶａｃＳ３
交流電流制御部６８は、交流電流指令値Ｉａｃ３Ｒｅｆと、交流電流検出値Ｉａｃ３と、交流電圧検出値ＶａｃＳ３を入力として次の演算により交流電圧指令値ＶａｃＳ３ｒｅｆを求めて出力する。
【００８０】
ＶａｃＳ３ｒｅｆ＝Ｋ（ｓ）×（Ｉａｃ３Ｒｅｆ−Ｉａｃ３）＋ＶａｃＳ３
直列補償回路部３の各変換器ユニット出力電圧指令（Ｕ相正側直流電圧指令ＶｃｓＵＰ３、Ｕ相負側直流電圧指令ＶｃｓＵＮ３、Ｖ相正側直流電圧指令ＶｃｓＶＰ３、Ｖ相負側直流電圧指令ＶｃｓＶＮ３）を次の演算により求めて出力する。
【００８１】
ＶｃｓＵＰ３＝ΔＶｓｃＲｅｆ３／２−ＶａｃＳ３ｒｅｆ／２
ＶｃｓＵＮ３＝ΔＶｓｃＲｅｆ３／２＋ＶａｃＳ３ｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＰ３＝ΔＶｓｃＲｅｆ３／２＋ＶａｃＳ３ｒｅｆ／２
ＶｃｓＶＮ３＝ΔＶｓｃＲｅｆ３／２−ＶａｃＳ３ｒｅｆ／２
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。
【符号の説明】
【００８２】
１、２…ＤＣ電力網、３…Ｈブリッジ変換器、３ａ…レグ、４…チョッパブリッジ変換器、４ａ…レグ、１１、１３、２１、２２…直列補償回路部、１２…並列補償回路部、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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