(57)【要約】  双方向に電力変換する自励式の電力変換装置（１）、（１Ａ）、（１Ｂ）が互いに直流連系された電力変換システムにおいて、電力送電を担う電力変換装置（１）が停止した場合、第１の電力変換装置（１Ａ）は直流コンデンサ電圧制御部（２３）が直流コンデンサの電圧の変動に応じてコンデンサ電圧を補償する電流量を算出する。高圧側直流電流制御部（２６）が第１の電力変換装置（１Ａ）に電源系統（４Ａ）から供給される電気量が所定値以上であることを判定し、コンデンサ電圧を補償する電流量を直流電流指令値から減算する。これにより直流電圧を一定に保ちながら、潮流方向を変更して第２の直流系統（４Ｂ）への送電を継続させる。
2017208789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力と直流電力の変換および直流電力と直流電力の変換のいずれか一方の変換を双方向に行う自己消弧型半導体スイッチング素子を備えた自励式の電力変換装置の少なくとも３台以上が互いに直流母線を介して直流で連系して送電を行う電力変換システムにおいて、
上記電力変換システムは、主要電源系統に接続されて電力供給かつ電圧制御を担う主要電力変換装置が運転を停止した場合に、残りの電力変換装置の内で主要電源系統以外の他の電源系統に接続された第１の電力変換装置が、運転を停止した上記主要電力変換装置に代わり、負荷系統へ電力を供給するものであって、
他の電源系統に接続された上記第１の電力変換装置は、上記直流母線の間に接続されたコンデンサの電圧値および上記直流母線の間に接続された複数の直流コンデンサの合成値のいずれか一方の値が一定の直流電圧に保持される電力変換器と、上記電力変換器の動作を制御する制御装置とを備え、
上記制御装置は、
上記直流母線に流れる直流電流を検出する直流電流検出部と、
上記直流コンデンサの電圧を検出する直流コンデンサ電圧検出部と、
上記直流コンデンサ電圧検出部で検出された直流コンデンサ電圧が直流電圧指令値に追従するように制御するとともに、上記直流コンデンサ電圧を制御するための直流電流制御量を算出する直流コンデンサ電圧制御部と、
上記直流コンデンサ電圧制御部で算出された上記直流電流制御量に基づき、上記直流電流検出部で検出された直流電流が直流電流指令値に追従するように制御する直流電流制御部と、
上記直流母線の電圧が上記直流電圧指令値に追従するように制御する直流電圧制御部と、
上記直流電圧指令値および上記直流電流指令値に基づいて上記自己消弧型半導体スイッチング素子を駆動する電圧指令分配部と、
を備え、
上記直流コンデンサ電圧の変動と電力供給かつ電圧制御を担う上記主要電力変換装置が運転を停止したことを感知すると、上記直流コンデンサ電圧制御部と、上記直流電流制御部および上記直流電圧制御部のいずれか一方の制御部とにより、上記直流コンデンサ電圧の充放電電流を補償して、直流送電電流量を上記他の電源系統から供給される電気量に応じて調整する電力変換システム。
【請求項２】
上記直流コンデンサ電圧制御部は、上記直流コンデンサ電圧と定格電圧からの変動分を検出し、その検出した変動分を充放電するための電流量を算出するとともに、上記直流電流指令値と上記直流電流検出部で検出された直流電流との差分と潮流急変を判定する基準値とを比較し、その比較結果に応じて上記直流コンデンサ電圧の低下分を充電するための電流量を上記直流電流指令値に加算し、この加算した値を上記他の電源系統から流入する電流量を制御する電流指令値とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
上記直流電流制御部は、上記他の電源系統から受電する電気量が、上記直流コンデンサの充電と負荷系統へ供給するための電流量を充分確保可能な値になったことを検出した場合には、上記直流コンデンサ電圧の変動分を充放電するための電流量を上記直流電流指令値から減算し、その減算した値を新たな直流電流指令値とする請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項４】
上記直流電流制御部において直流電流制御で用いる上記他の電源系統から受電する電気量として、電力量または電流量を用いる請求項３に記載の電力変換システム。
【請求項５】
上記直流電流制御部は、上記直流コンデンサ電圧の変動分を充放電するための電流量を上記直流電流指令値から減算する場合、一定時間で緩やかに減算して新たな直流電流指令値として算出する請求項３または請求項４に記載の電力変換システム。
【請求項６】
上記直流電圧制御部は、上記直流電圧制御部により上記直流母線の電圧を制御している場合であって、上記直流コンデンサ電圧の変動を検出した場合には、直流電圧指令値と直流電圧検出値の差分を演算して得られる電力量に対して、上記第１の電力変換装置の出力電流量と上記直流コンデンサ電圧制御部で算出された上記直流電流制御量とを加算した値に上記直流コンデンサ電圧を乗算した電力量を、加算して得られた制御量を出力し、上記電圧指令分配部は上記自己消弧型半導体スイッチング素子を駆動する請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項７】
主要電源系統に接続されて電力供給かつ電圧制御を担う上記主要電力変換装置の運転停止に応じて、上位の系統制御システムから出力される上位指令により、上記直流電圧制御部が上記直流母線の電圧が直流電圧指令値に追従するように制御するまでの過渡期間中、上記直流コンデンサ電圧制御部によるコンデンサ電圧制御と、上記直流電圧制御部による直流電圧制御および上記直流電流制御部による直流電流制御のいずれか一方の制御とにより、直流電圧と潮流を安定化する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流回路側に直流コンデンサを備え、直流コンデンサの電圧、または複数の直流コンデンサの電圧の合成値が直流母線の電圧となる自励式の電力変換装置を少なくとも３台以上を直流で連系して送電を行う電力変換システムに関し、特には１台の電力変換装置が停止した場合に、他の健全な電力変換装置により直流送電を継続するための運転継続制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の電力変換装置を直流で連系した高電圧直流送電システムは、長距離送電において送電損失面でのメリットがある。大容量の電力変換装置を直流で連系し、多端子構成とすることで、送電を担う電力変換装置が停止した場合にも、他の健全な電力変換装置が電力を融通し、送電を継続することが期待される。【０００３】
複数台の電力変換装置の複数台を直流系統で互いに連系した多端子直流送電システムでは、通常、１台の送電側の電力変換装置が直流送電の系統電圧を制御し、その他の受電側の電力変換装置は直流送電の電流、又は電力を制御している。【０００４】
その場合、直流送電の系統電圧を制御している送電側の電力変換装置が停止した場合には直流送電の電圧が変動する。この電圧変動を防いで他の健全な電力変換装置により運転を継続するには、直流送電系統の電圧変動を抑制し、健全な電力変換装置の間で電力を融通する必要がある。【０００５】
従来技術では、交直電力変換装置が直流回路で複数台接続された直流送電システムとその制御装置において、送電側の電力変換装置が停止した場合には、他の健全な交直電力変換装置の制御装置が、融通する有効電力の設定値と有効電力の検出値の差に基づき、あるいは有効電力の検出値が予め設定した範囲を逸脱した場合に、逸脱した大きさに比例した値を加算することにより、直流送電系統の直流電圧指令値を補正し、この補正した直流電圧指令値が直流電圧検出値と等しくなるように制御する方法が開示されている（例えば、下記の特許文献１参照）。【０００６】
また、他の従来技術では、自励式の電力変換装置を直流送電系統に接続して構成される直流送電システムにおいて、直流系統の電圧を一定値に保つ直流電圧制御手段、電力変換装置の有効電力を一定値に制御する有効電力制御手段、及び電力変換装置の交流側の無効電力を一定に保つ無効電力制御手段を備え、さらに直流送電系統の直流電圧を制御する有効電力制御回路の電力指令値を電力マージンだけ大きくする電力マージン設定手段を備えた自励式の電力変換装置が開示されている（例えば、下記の特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２００９５２号公報
【特許文献２】特許第３２６１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載の電力変換装置では、直流電圧を制御している送電側の電力変換装置が停止した場合に、上述のごとく、他の健全な交直電力変換装置の制御装置が、融通する有効電力の設定値と有効電力の検出値の差、あるいは有効電力検出値が予め設定した範囲を逸脱した場合に、逸脱した大きさに比例した値を加算することにより、直流送電系統の直流電圧指令値を補正するため、健全な電力変換装置が直流送電の電圧を制御するための直流電圧指令値を変更して運転を継続することになる。【０００９】
したがって、健全な電力変換装置では、変更された直流電圧指令値と直流電圧検出値の差分に応じて直流電圧を制御するため、電力変換装置が対応すべき直流電圧の動作範囲が拡大し、電力変換装置の大型化が必要となるという問題がある。【００１０】
また、特許文献２に記載の電力変換装置では、インバータ運転の電力変換装置が複数台連系されている場合、複数台の電力変換装置に対する直流電圧指令値を順変換装置の直流電圧指令値よりも低い値に設定し、かつ、それぞれ異なる直流電圧指令値としている。【００１１】
したがって、送電を担う順変換装置が停止した場合は、インバータ運転の変換装置の内、次に直流電圧指令値の低い自励式の電力変換装置の１台が順変換装置となって直流電圧を制御するため、順変換装置の停止後の直流電圧指令値が変わることになる。この場合も前記特許文献１と同じく、健全な交直電力変換装置により送電を継続させるためには、直流送電電圧の動作範囲が拡大するため、電力変換装置の大型化が必要となる。【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解決するものであり、直流回路側に直流コンデンサを備え、直流コンデンサの電圧、または複数の直流コンデンサの電圧の合成値が直流母線の電圧となる自励式の電力変換装置を少なくとも３台以上連系して直流送電を行う電力変換システムにおいて、送電側の電力変換装置が停止した場合に、他の健全な電力変換装置により直流電圧の変動を抑制することで運転継続が可能であり、しかも、その際に直流電圧の動作範囲が拡大するのを防ぐことにより電力変換装置を大型化する必要のない電力変換システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、交流電力と直流電力の変換および直流電力と直流電力の変換のいずれか一方の変換を双方向に行う自己消弧型半導体スイッチング素子を備えた自励式の電力変換装置の少なくとも３台以上が互いに直流母線を介して直流で連系して送電を行う電力変換システムにおいて、
上記電力変換システムは、主要電源系統に接続されて電力供給かつ電圧制御を担う主要電力変換装置が運転を停止した場合に、残りの電力変換装置の内で主要電源系統以外の他の電源系統に接続された第１の電力変換装置が、運転を停止した上記主要電力変換装置に代わり、負荷系統へ電力を供給するものであって、
他の電源系統に接続された上記第１の電力変換装置は、上記直流母線の間に接続されたコンデンサの電圧値および上記直流母線の間に接続された複数の直流コンデンサの合成値のいずれか一方の値が一定の直流電圧に保持される電力変換器と、上記電力変換器の動作を制御する制御装置とを備え、
上記制御装置は、
上記直流母線に流れる直流電流を検出する直流電流検出部と、
上記直流コンデンサの電圧を検出する直流コンデンサ電圧検出部と、
上記直流コンデンサ電圧検出部で検出された直流コンデンサ電圧が直流電圧指令値に追従するように制御するとともに、上記直流コンデンサ電圧を制御するための直流電流制御量を算出する直流コンデンサ電圧制御部と、
上記直流コンデンサ電圧制御部で算出された上記直流電流制御量に基づき、上記直流電流検出部で検出された直流電流が直流電流指令値に追従するように制御する直流電流制御部と、
上記直流母線の電圧が上記直流電圧指令値に追従するように制御する直流電圧制御部と、
上記直流電圧指令値および上記直流電流指令値に基づいて上記自己消弧型半導体スイッチング素子を駆動する電圧指令分配部と、
を備え、
上記直流コンデンサ電圧の変動と電力供給かつ電圧制御を担う上記主要電力変換装置が運転を停止したことを感知すると、上記直流コンデンサ電圧制御部と、上記直流電流制御部および上記直流電圧制御部のいずれか一方の制御部とにより、上記直流コンデンサ電圧の充放電電流を補償して、直流送電電流量を上記他の電源系統から供給される電気量に応じて調整するものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る電力変換システムによれば、送電端側の電力変換装置が停止して直流電圧が変動した場合には、他の健全な電力変換装置により直流電圧を一定に保ちながら潮流変更による送電を可能とするので、運転継続性を高めることができる。しかも、その際に直流電圧の動作範囲が拡大するのを防ぐことにより電力変換装置を大型化する必要がなくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換システムの全体を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換システムを構成する自励式のＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電力変換装置の制御装置の機能を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による電力変換装置の制御装置の制御動作を示す制御フロー図である。
【図５】この発明の実施の形態２による電力変換システムの全体を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２による電力変換システムを構成する自励式のＤＣ／ＡＣ電力変換装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２による電力変換装置の制御装置の機能を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態２による電力変換装置の制御装置の制御動作を示す制御フロー図である。
【図９】この発明の実施の形態３による電力変換システムの全体を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による電力変換システムを構成する自励式のＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による電力変換装置の制御装置の機能を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による高圧側直流電圧制御部の機能を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換システムについて、図１〜図４を用いて説明する。
【００１７】
図１はこの発明の実施の形態１による電力変換システムの全体を示す構成図、図２はこの発明の実施の形態１による電力変換システムを構成する自励式のＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成図である。
【００１８】
この発明の実施の形態１による電力変換システムは、交流電力を直流電力に変換する自励式のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１と、直流電力を異なる電圧の直流電力に変換する２台の自励式の第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂとを備えている。
【００１９】
ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１は、その一方の交流端子が変圧器２を介して交流電源系統５に接続され、また、他方の直流端子は直流母線６Ｐ、６Ｎに接続されている。また、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂは、一方の端子が直流母線６Ｐ、６Ｎに接続され、他方の端子がそれぞれ第１の直流系統４Ａおよび第２の直流系統４Ｂに接続されている。この場合、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａに接続された第１の直流系統４Ａは直流電源系統を含み、また、第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂに接続された第２の直流系統４Ｂは主に負荷を含む系統である。
【００２０】
通常送電では、交流電源系統５の電圧を変圧器２により変圧し、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１により交流電源系統５から供給される交流電力を直流電力に変換した後、図１の実線で示す潮流方向７に送電する。なお、本実施の形態の交流電源系統５およびＤＣ／ＡＣ電力変換装置１は、それぞれ請求の範囲における主要電源系統および主要電力変換装置に相当する。
ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１から送られた電力は、直流母線６Ｐ、６Ｎを通って第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂに送られ、それぞれ第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂにより直流母線６Ｐ−６Ｎ間の直流電圧よりも低い直流電圧に変圧された後、第１の直流系統４Ａおよび第２の直流系統４Ｂに供給される。
【００２１】
次に、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂについて、図２を用いて説明する。
【００２２】
ここでは、自励式の第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂは、それぞれ直流電圧Ｖｄｃ２を降圧して直流電圧Ｖｄｃ１に変換するものとする。なお、以下では直流電圧Ｖｄｃ２を高圧側直流電圧、直流電圧Ｖｄｃ１を低圧側直流電圧と称する。
【００２３】
第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂは、基本的に同じ構成であって、ＤＣ／ＤＣ電力変換器１５とＤＣ／ＤＣ電力変換器１５を制御する制御装置３とからなる。ＤＣ／ＤＣ電力変換器１５は、低圧側のフルブリッジインバータ１２Ａおよび高圧側のフルブリッジインバータ１２Ｂと、低圧側のフルブリッジインバータ１２Ａに接続された低圧側直流コンデンサ１０Ａと、高圧側のフルブリッジインバータ１２Ｂに接続された高圧側直流コンデンサ１０Ｂと、低圧側のフルブリッジインバータ１２Ａの交流側端子と高圧側のフルブリッジインバータ１２Ｂの交流側端子の間に接続された絶縁用トランス１１で構成された、いわゆる双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換装置（ＤＡＢ：Ｄｕａｌ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｂｒｉｄｇｅ方式）である。第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂの制御方式は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ゲート駆動のＤＵＴＹ比を５０％固定し、絶縁用トランス１１の１次側と２次側のどちらか一方のフルブリッジインバータの位相を基準とし、他方のフルブリッジインバータの位相をシフトさせることにより、片方側の直流電圧を制御する。
【００２４】
低圧側のフルブリッジインバータ１２Ａおよび高圧側のフルブリッジインバータ１２Ｂは、それぞれ、半導体スイッチング素子９と、半導体スイッチング素子９に並列接続されたダイオード１３を備えている。ここでは半導体スイッチング素子９としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いているが、これに限定されるものではなく、他の自己消弧型半導体スイッチング素子を用いてもよい。
【００２５】
通常送電中は、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１により高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が一定になるように制御されている。したがって、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が直流母線６Ｐ−６Ｎ間の電圧となる。また、通常送電中、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂにおいて、制御装置３は、ＤＣ／ＤＣ電力変換器１５の電流および電圧を検出し、低圧側直流電圧Ｖｄｃ１が一定になるように制御している。なお、以下では、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａに着目してその機能について説明するが、第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂについてもその機能は基本的に同じである。
【００２６】
図３は第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａにおける制御装置３の機能を示すブロック図である。上述したように、第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂの制御装置３の機能を示すブロック図も同様である。
【００２７】
第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの制御装置３は、通常送電中、直流電源系統電圧電流検出部２０により直流系統４Ａの低圧側直流電圧Ｖｄｃ１および低圧側直流電流Ｉｄｃ１を検出している。低圧側直流電圧制御部２４は、直流電源系統電圧電流検出部２０で検出された低圧側直流電圧Ｖｄｃ１および低圧側直流電流Ｉｄｃ１、並びに直流コンデンサ電圧制御部２３が出力する低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆに基づき、高圧側のフルブリッジインバータ１２Ｂに与えるゲート信号の位相を基準とし、低圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ１＊と低圧側直流電圧検出値Ｖｄｃ１の差分ΔＶｄｃ１をフィードバック制御し、電圧差分ΔＶｄｃ１に対する位相差を演算する。そして、電圧指令分配部２７により低圧側のフルブリッジインバータ１２Ａの半導体スイッチング素子９のゲート信号を上記位相差だけシフトさせて低圧側直流電圧Ｖｄｃ１を一定に保っている。なお、ここで扱う電気量をその基準値に対する比率で表すものとし、電圧や電流などの指令値とその検出値は、ｐｅｒ  ｕｎｉｔ法で表現する。
【００２８】
なお、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２は、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１により制御されているため、通常送電中、高圧側直流電圧制御部２５は機能していない。また、切替スイッチ２８の共通接点２８ａは高圧側直流電流制御部２６側の個別接点２８ｂに接続されている。
【００２９】
また、直流コンデンサ電圧検出部２１は、高圧側直流コンデンサ１０Ｂの電圧である高圧側直流コンデンサ電圧を高圧側直流電圧Ｖｄｃ２として検出する。よって、ここでは直流コンデンサ電圧検出部２１で検出される高圧側直流コンデンサ電圧を同じＶｄｃ２で表記する。
【００３０】
直流コンデンサ電圧制御部２３は、高圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ２＊と高圧側直流コンデンサ電圧Ｖｄｃ２の差分をフィードバック制御することで演算される誤差電流ΔＩｃｓｔｒを出力する。
【００３１】
この誤差電流ΔＩｃｓｔｒは、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が変動した時に生じるもので、定常状態では高圧側直流コンデンサ１０Ｂの入力電流と出力電流は等しいため、上記誤差電流ΔＩｃｓｔｒは０に等しいが、事故時に入出力電力のバランスが崩れると、高圧側直流コンデンサ１０Ｂが充放電されるため、入出力電流の差が誤差電流ΔＩｃｓｔｒとして検出される。
【００３２】
また、直流コンデンサ電圧制御部２３は、上記の誤差電流ΔＩｃｓｔｒと高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊との和をフィードフォワード制御して得られる低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆを低圧側直流電圧制御部２４に出力する。このように誤差電流ΔＩｃｓｔｒによって高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊をフィードフォワード制御することで、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２に対する外乱応答性を高めている。
【００３３】
また、直流電源系統電圧電流検出部２０より検出された低圧側直流電流Ｉｄｃ１と低圧側直流電圧Ｖｄｃ１、上記の誤差電流ΔＩｃｓｔｒ、直流電流検出部２２により検出された直流電流Ｉｄｃ２、および高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊が共に高圧側直流電流制御部２６に入力される。
【００３４】
高圧側直流電流制御部２６は、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊から高圧側直流コンデンサ１０Ｂを充放電するために必要な電流量である誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算した値を新たな高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊として算出する。そして、高圧側直流電流制御部２６は、この新たな高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊と高圧側直流電流Ｉｄｃ２との差分ΔＩｄｃ２をフィードバック制御することで、送電する高圧側直流電流Ｉｄｃ２が高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊に従うように制御し、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊を電圧指令分配部２７に出力する。電圧指令分配部２７は、この直流電流指令値Ｉｄｃ２＊を電圧指令配分（ＰＷＭ）することで、半導体スイッチング素子９を駆動するためのゲート信号を生成する。
【００３５】
ここで、送電を担っていたＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が停止すると、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１から電力が供給されなくなり、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの高圧側直流コンデンサ１０Ｂの高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が低下する。さらに、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１による高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の制御が停止してしまうため、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１の停止を上位の系統制御装置が検出し、新たに別の電力変換装置に直流電圧制御指令を出すまでの期間中は、一時的に高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が制御されない状態となり、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が変動し易くなる。
【００３６】
すなわち、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１の停止が検知された場合、最終的には、系統システムの図示しない上位制御系から他の健全な電力変換装置（ここでは第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａ）に対して制御の切り替え指令を出すので、これに応じて第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが直流電圧制御を担うように切り替えることになるが、切り替えまでには時間を要するため、その間に高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が低下して、さらには運転停止となりかねない。
【００３７】
この事態を回避して運転継続するためには、上位制御系から第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａまたは第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂに対して制御の切り替え指令が与えられて健全な第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが直流電圧制御を担うように切り替えられるまでの期間中において、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を一定に保ちながら、図１の破線８で示すように、第１の直流系統４Ａから第２の直流系統４Ｂへ潮流方向を変更して、第２の直流系統４Ｂへの送電を一時的に継続することが必要となる。
【００３８】
そこで、送電を担っていたＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が送電を停止した場合に、図１の破線で示す潮流方向８へと潮流を変更するとともに、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの高圧側直流電圧制御部２５が高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を制御するように切り替わるまでの期間（以下、過渡期間という）における第１の電力変換装置１Ａの制御装置３を構成する低圧側直流電圧制御部２４、直流コンデンサ電圧制御部２３、および高圧側直流電流制御部２６の各制御動作について、図４に示す制御フロー図を用いて説明する。なお、図４において、符号Ｓは処理ステップを意味する。
【００３９】
まず、直流コンデンサ電圧検出部２１で高圧側直流電圧（高圧側直流コンデンサ電圧）Ｖｄｃ２を検出する（ステップＳ１）。
高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が概ね定格電圧の１０％以上低下し、かつ（高圧側直流電流Ｉｄｃ２）×（高圧側直流電圧Ｖｄｃ２）＝０（零）か否かを判断する（ステップＳ２）。
ステップ２でＹｅｓの場合、すなわち、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの高圧側から流入する電力量が零となった場合、低圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ１＊を第１の直流系統４Ａの低圧側直流電圧Ｖｄｃ１より小さくなるまで電圧を下げる（ステップＳ３）。これにより、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａに対して第１の直流系統４Ａから電力が流入するようになり、図１の実線で示す潮流方向７から破線で示す潮流方向８へと潮流が変更される。
【００４０】
なお、高圧側直流コンデンサ電圧Ｖｄｃ２の低下がない場合、あるいは交流電源系統５から電力が供給されている場合、通常送電中とみなし、低圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ１＊は一定のままで潮流変更は行わない。
【００４１】
次に、直流コンデンサ電圧制御部２３は、コンデンサ電圧補償制御を行う（ステップＳ４）。この制御では、高圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ２＊と高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の差分をフィードバック制御し、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が高圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ２＊に従うように制御する。その際に演算される誤差電流ΔＩｃｓｔｒを高圧側直流電流制御部２６へ出力する。
【００４２】
次いで、直流コンデンサ電圧制御部２３は、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊と高圧側直流電流Ｉｄｃ２とを比較し、両者の差が所定の値Ｋ１（潮流急変と想定可能な値、例えば５０％〜７０％）を超えるか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００４３】
高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊と高圧側直流電流Ｉｄｃ２との差が所定の値Ｋ１以下なら誤差電流ΔＩｃｓｔｒにより高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊をフィードフォワード制御し、これによって低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆを生成する（ステップＳ６）。
【００４４】
これに対して、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が停止中において、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊と高圧側直流電流Ｉｄｃ２との差が所定の値Ｋ１を超えた場合、ステップＳ６の処理を行わず、誤差電流ΔＩｃｓｔｒによる高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊のフィードフォワード制御を停止する。
【００４５】
その理由は、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が停止した直後の状態においては、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａには高圧側に直流電流Ｉｄｃ２が流入されない状態となるため、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊と高圧側直流電流Ｉｄｃ２との差が大きくなり、概ね７０％以上解離することとなる。そして、解離した状態で誤差電流ΔＩｃｓｔｒによって高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊をフィードフォワード制御すると、前記高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の外乱応答性を高める効果はなく、直流コンデンサ電圧制御リミッタにかかり、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が不安定となる要因となる。
【００４６】
したがって、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を安定にして運転継続するために、上記所定の値Ｋ１を５０％〜７０％に設定して、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊と高圧側直流電流Ｉｄｃ２との差がＫ１を超えた場合は、誤差電流ΔＩｃｓｔｒによって高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊をフィードフォワード制御せずに、新たに低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆを算出する。
【００４７】
低圧側直流電圧制御部２４は、新たな低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆに応じた低圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ１＊を制御量として演算し（ステップＳ１２）、これに応じて電圧指令分配部２７が電圧指令分配（ＰＷＭ）によりゲート信号を生成する（ステップＳ１３）。
【００４８】
これにより、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａで高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を安定に保ちながら、直流電流の方向が図１の実線で示す潮流方向７から破線で示す潮流方向８へと徐々に変更するように、低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆを出力することができる。
【００４９】
次に、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が送電を停止し、図１の破線で示す潮流方向８へと潮流が変更された後に高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を一定に保つために高圧側直流電流Ｉｄｃ２を制御する際の高圧側直流電流制御部２６の制御動作について説明する。
【００５０】
直流電流検出部２２は、直流母線６Ｐに流れる高圧側直流電流Ｉｄｃ２を検出する（ステップＳ７）。高圧側直流電流制御部２６は、ステップＳ７で検出された高圧側直流電流Ｉｄｃ２、直流電源系統電圧電流検出部２０で検出された低圧側直流電流Ｉｄｃ１および低圧側直流電圧Ｖｄｃ１、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊、並びに直流コンデンサ電圧制御部２３より出力された誤差電流ΔＩｃｓｔｒを共に入力する。そして、高圧側直流電流制御部２６は、直流電源系統電圧電流検出部２０より検出された低圧側直流電流Ｉｄｃ１および低圧側直流電圧Ｖｄｃ１に基づいて、第１の直流系統４Ａから第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａに入力される電力量を算出する（ステップＳ８）。
【００５１】
次に、高圧側直流電流制御部２６は、第１の直流系統４Ａから受電する電力量が所定の値Ｋ２（第１の直流系統４Ａから負荷へ供給する電力量が充分大きくなった場合で、概ね負荷が必要とする電力量の９０％）を超えているか否かを判断する（ステップＳ９）。
【００５２】
第１の直流系統４Ａから受電する電力量が所定の値Ｋ２を超えている場合には、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊から高圧側直流コンデンサ１０Ｂの充電に必要な電流量である誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算し（ステップＳ１０）、それを新たな高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊として算出し（ステップＳ１１）、この新たな高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊と高圧側直流電流Ｉｄｃ２との差分をフィードバック制御することで、送電する高圧側直流電流Ｉｄｃ２が高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊に従うよう制御し、この高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊を電圧指令分配部２７に出力する。
【００５３】
この場合、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊から急峻に誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算すると、高圧側直流電流Ｉｄｃ２の変動が大きくなる可能性があるため、誤差電流ΔＩｃｓｔｒの値を０％から１００％に一定時間で緩やかに変化させて減算する。
【００５４】
一方、高圧側直流電流制御部２６は、ステップＳ９の判断で、第１の直流系統４Ａから受電する電力量が所定の値Ｋ２以下の場合には、ステップＳ１０の処理を行わず、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊から誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算しないようする。これにより、高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊が零のままバランスすることがなくなり、安定に潮流変更が可能となり、運転継続ができる。
【００５５】
すなわち、上記のように、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１の停止時は、潮流変更により徐々に第１の直流系統４Ａから電力が供給されるため、第１の直流系統４Ａから流入する電力量が少ない時に高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を補償するための電流量である誤差電流ΔＩｃｓｔｒを高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊から減算すると、高圧側直流電流量Ｉｄｃ２と高圧側直流コンデンサ１０Ｂを充電するための電流量（誤差電流）ΔＩｃｓｔｒとが等しくなり、すなわち、新たな高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊が零となり、図１の破線で示す潮流方向８へ高圧側直流電流Ｉｄｃ２が流れなくなる可能性がある。
【００５６】
そこで、潮流反転による送電を継続させるために、第１の直流系統４Ａからの電力量が負荷へ供給する上で十分に大きくなってきた時（ステップＳ９の判断でＹＥＳの場合）にステップＳ１０の処理において高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊から誤差電流ΔＩｃｓｔｒを緩やかに０％から１００％に減算していくことで、安定して送電を継続することができる。
【００５７】
そして、電圧指令分配部２７は、先のステップＳ１１で得られた直流電流指令値Ｉｄｃ２＊を電圧指令配分（ＰＷＭ）することで、半導体スイッチング素子９を駆動するためのゲート信号を生成する（ステップＳ１３）。
【００５８】
なお、ここでは、ステップＳ８の処理で電力量を算出し、ステップＳ９でその電力量を所定の値Ｋ２と比較して判定しているが、電力量に限らず、電流量を所定の値Ｋ２と比較して判定するようにすることも可能である。
【００５９】
上記制御フローにより、潮流変更を伴わない場合の電圧低下に関しては、直流コンデンサ電圧制御部２３は、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が一時的に低下した場合に、高圧側直流コンデンサ１０Ｂを充電するために必要な電流量（誤差電流）ΔＩｃｓｔｒと高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊との和をフィードフォワード制御することで、一時的な電圧降下の場合に高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の変動を高速に抑制することが可能となる。
【００６０】
また、潮流変更を伴う場合の電圧低下に関しては、高圧側直流電流Ｉｄｃ２と高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊との差分が所定値Ｋ１よりも大きくなるので、その場合には、誤差電流ΔＩｃｓｔｒに高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊をフィードフォワード制御をせずに低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆを算出することで、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の低下分を補償するので、適切な電流量が低圧側直流電流指令値Ｉｄｃ１ｒｅｆとして合成されることになり、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の変動を抑制し、安定して送電を継続することができる。
【００６１】
また、潮流変更を伴う場合、高圧側直流電流制御部２６において、第１の直流系統４Ａから第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａに対して流入する電力量が少ない場合、誤差電流ΔＩｃｓｔｒを高圧側直流電流指令値Ｉｄｃ２＊から減算しないようにすることで、直流電流指令値Ｉｄｃ２＊が零のままバランスすることがなくなり、安定に潮流変更が可能となり、運転継続ができる。
【００６２】
最終的に図示しない上位の系統システムの制御装置から直流電圧制御への切り替え指令が第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの制御装置３に送られ、これに応じて切替スイッチ２８の共通接点２８ａが高圧側直流電圧制御部２５に接続された個別接点２８ｃとの接続に切り替わり、高圧側直流電圧制御部２５が高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を制御して、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を一定に保つ。
【００６３】
このように、この実施の形態１によれば、双方向に電力変換する自励式の電力変換装置１、１Ａ、１Ｂが互いに直流で連系された電力変換システムにおいて、送電を担いかつ直流電圧制御をしているＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が停止した場合に、他の健全な第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａへ直流電圧制御が移るまでの過渡期間中に、当該第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の変動を抑制して直流電圧を一定に制御するので、この第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａにより安定して直流電源としての第１の直流系統４Ａから負荷としての第２の直流系統４Ｂへの送電を安定して継続することが可能となる。
【００６４】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による電力変換システムの全体を示す構成図、図６はこの発明の実施の形態２による電力変換システムを構成する自励式の電力変換装置の構成図である。
【００６５】
この発明の実施の形態２の電力変換システムは、交流電力から直流電力に電力変換する３台の自励式の第１〜第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃが直流で連系している場合について説明する。
【００６６】
第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃは、一方の端子が変圧器２Ｃを介して、交流電源系統５と連系され、他方の端子が直流母線１０７Ｐ、１０７Ｎに接続されて高電圧直流送電網に連系している。なお、本実施の形態の交流電源系統５および第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃは、それぞれ請求の範囲における主要電源系統および主要電力変換装置に相当する。
【００６７】
第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａと第２のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｂの一方の端子は、共に直流母線１０７Ｐ、１０７Ｎに接続され、他方の端子がそれぞれ変圧器２Ａ，２Ｂを介して、第１、第２の交流系統１０２Ａ、１０２Ｂに個別に連系している。この場合、第１の交流系統１０２Ａは、交流電源を含む交流系統であり、また、第２の交流系統１０２Ｂは、主に負荷を含む交流系統である。
【００６８】
通常送電では、交流電源系統５から供給される電力を変圧器２Ｃを介して電圧を変圧した上で、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃにより交流電力を直流電力に変換した後、図中実線で示す潮流方向７に送電する。第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃから送られた電力は、直流母線１０７Ｐ、１０７Ｎを通って、第１、第２のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａ、１０１Ｂによりそれぞれ直流電力が交流電力に変換され、各変圧器２Ａ，２Ｂにより電圧を変圧した後、第１、第２の各交流系統１０２Ａ、１０２Ｂに供給している。
【００６９】
次に、上記の自励式の第１、第２のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａ、１０１Ｂについて、図６を用いて説明する。
【００７０】
第１、第２のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａ、１０１Ｂは、共に同じ構成であって、モジュラー・マルチレベル電力変換器（Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下、ＭＭＣ型の電力変換器と称す）１０５と、ＭＭＣ型の電力変換器１０５を制御する制御装置１０３を備える。このＭＭＣ型の電力変換器１０５は、複数の変換器セル１１３と１つのアームリアクトル１２０を直列接続してなる正側アーム２００Ｐと、これと同じ構成の負側アーム２００Ｎのそれぞれの一方の端子を互いに直列接続して構成されるレグ回路１０４を備えている。そして、このレグ回路１０４を交流系統の相数に等しい個数分（図６では三相の個数分）設け、これらのレグ回路１０４を正負の直流母線１０７Ｐ、１０７Ｎ間に並列接続している。各レグ回路１０４の正側アーム２００Ｐおよび負側アーム２００Ｎにはそれぞれの電流値を検出する電流検出器（８ＵＰ、８ＶＰ、８ＷＰ）および（８ＵＮ、８ＶＮ、８ＷＮ）を備えている。
【００７１】
正側アーム２００Ｐと負側アーム２００Ｎの互いの接続点（電力変換器１０５の交流側端子）はそれぞれ各相交流線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に接続され、正側アーム２００Ｐのもう１方の端子は正極側の直流母線１０７Ｐに、負側アーム２００Ｎのもう１方の端子が負極側の直流母線１０７Ｎに接続されている。
【００７２】
ＭＭＣ型の電力変換器１０５の各変換器セル１１３は、半導体スイッチング素子１１４と、この半導体スイッチング素子１１４に並列接続されたダイオード１１０を２個１組として直列接続した双方向チョッパ回路を備え、この双方向チョッパ回路に直流コンデンサ１０９が並列に接続されている。ここでは半導体スイッチング素子１１４としてＩＧＢＴを用いているが、これに限定されるものではなく、他の自己消弧型半導体スイッチング素子を用いてもよい。
【００７３】
直流電圧Ｖｄｃは、直流母線１０７Ｐ−１０７Ｎ間の電圧であり、レグ回路１０４毎に設けられている複数の変換器セル１１３が備える直流コンデンサ１０９の電圧ＶＣを合成した値に等しくなる。
【００７４】
なお、ここでは第１、第２のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａ、１０１Ｂは、ＭＭＣ型の電力変換器１０５で構成されるとしているが、これに限定されるものではなく、他の電圧型のＤＣ／ＡＣ電力変換器でもよい。
【００７５】
図７は第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａにおける制御装置１０３の機能を示すブロック図である。
【００７６】
第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａの制御装置１０３は、通常運転中、交流系統電流電圧検出部５０により第１の交流系統１０２Ａの電圧Ｖｓｙｓ、有効電流Ｉｓｙｓｑ、無効電流Ｉｓｙｓｄを検出している。また、交流電流制御部５４は、交流系統電流電圧検出部５０により検出された上記の第１の交流系統１０２Ａの電圧Ｖｓｙｓ、有効電流Ｉｓｙｓｑ、無効電流Ｉｓｙｓｄ、および直流コンデンサ電圧検出部５１が出力する有効電流指令値Ｉｑｒｅｆと無効電流指令値Ｉｄｒｅｆとに基づき、有効電流Ｉｓｙｓｑ、無効電流Ｉｓｙｓｄをフィードバック制御している。なお、ここで扱う電気量をその基準値に対する比率で表すものとし、電圧や電流などの指令値とその検出値は、ｐｅｒ  ｕｎｉｔ法で表現する。
【００７７】
直流電圧制御部５５は、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが送電を停止して第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａが送電端となった場合に機能するものである。図５の実線で示す潮流方向７に送電中は、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃにより直流電圧が制御されているため、通常送電中、直流電圧制御部５５は機能していない。また、切替スイッチ５８の共通接点５８ａは直流電流制御部５６側の個別接点５８ｂに接続されている。
【００７８】
また、直流コンデンサ電圧検出部５１は、各変換器セル１１３の直流コンデンサ１０９の電圧ＶＣを合成した平均値を、直流母線１０７Ｐ−１０７Ｎ間の直流電圧Ｖｄｃとして検出する。よって、ここでは直流コンデンサ電圧検出部５１で検出される各直流コンデンサ１０９の電圧ＶＣを合成した平均値をＶｄｃと表記する。
【００７９】
直流コンデンサ電圧制御部５３は、直流コンデンサ電圧検出部５１で検出された直流電圧Ｖｄｃと、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊とを入力し、直流電圧Ｖｄｃと直流電圧指令値Ｖｄｃ＊との差分をフィードバック制御することで演算される誤差電流ΔＩｃｓｔｒを出力する。
【００８０】
この誤差電流ΔＩｃｓｔｒは、直流電圧Ｖｄｃに変動があった場合に、直流コンデンサ１０９を充放電するために必要な電流量であって、この誤差電流ΔＩｃｓｔｒは、第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａに入力される交流電流の有効電流Ｉｓｙｓｑと直流電流Ｉｄｃとの差と等しくなる。
【００８１】
また、直流コンデンサ電圧制御部５３は、上記の誤差電流ΔＩｃｓｔｒと直流電流指令値Ｉｄｃ＊との和をフィードフォワード制御して得られる有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを交流電流制御部５４に出力する。このように、誤差電流ΔＩｃｓｔｒによって直流電流指令値Ｉｄｃ＊をフィードフォワード制御することで、直流コンデンサ電圧Ｖｄｃに対する外乱応答性を高めている。
【００８２】
直流電流検出部５２は、直流電流Ｉｄｃを検出する。そして、この直流電流検出部５２で検出された直流電流Ｉｄｃ、直流コンデンサ電圧制御部５３が算出した上記の誤差電流ΔＩｃｓｔｒ、および交流系統電流電圧検出部５０が検出した第１の交流系統１０２Ａの電圧Ｖｓｙｓ、有効電流Ｉｓｙｓｑ、無効電流Ｉｓｙｓｄが共に直流電流制御部５６に入力される。
【００８３】
直流電流制御部５６は、有効電流Ｉｓｙｓｑから誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算した値を新たな直流電流指令値Ｉｄｃ＊として算出し、この新たな直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの差分ΔＩｄｃをフィードバック制御することで、送電する直流電流Ｉｄｃが直流電流指令値Ｉｄｃ＊に従うように制御し、直流電流指令値Ｉｄｃ＊を電圧指令分配部５７に出力する。電圧指令分配部５７は、この直流電流指令値Ｉｄｃ＊を電圧指令配分（ＰＷＭ）することで、半導体スイッチング素子１１４を駆動するためのゲート信号を生成する。
【００８４】
ここで、送電を担っていた第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが急停止すると、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃからの電力が第１、第２のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａ、１０１Ｂに供給されなくなるため、各変換器セル１１３の直流コンデンサ１０９の電圧ＶＣが低下する。さらに、直流電圧Ｖｄｃを制御している第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが停止してしまうため、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃの停止を上位の系統制御装置が検出し、新たに別の電力変換装置に直流電圧制御指令を出すまでの期間中は、一時的に直流電圧Ｖｄｃが制御されない状態となり、直流電圧Ｖｄｃが変動し易くなる。
【００８５】
すなわち、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃの停止が検知された場合、最終的には系統システムの図示しない上位制御系から他の健全な電力変換装置（ここでは第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａ）に対して制御の切り替え指令を出す。そして、第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａが直流電圧制御を担うように切り替えられることになるが、切り替えまでに時間を要するため、その間に直流電圧Ｖｄｃが低下して、さらには運転停止となりかねない。
【００８６】
この事態を回避して運転継続するためには、上位制御系から第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａに対して制御の切り替え指令が与えられて第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａが直流電圧制御を担うように切り替られるまでの期間中において、直流電圧Ｖｄｃを一定に保ちながら、図５の破線で示すように、第１の交流系統１０２Ａから第２の交流系統１０２Ｂへ向かう潮流方向８に変更して、第２の交流系統１０２Ｂへの送電を継続することが必要となる。
【００８７】
そこで、送電を担っていた第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが送電を停止した場合に、図５の破線で示す潮流方向８へと潮流を変更するとともに、第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａの直流電圧制御部５５が直流電圧Ｖｄｃを制御するように切り替わるまでの期間（以下、過渡期間という）における第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａの制御装置１０３を構成する交流電流制御部５４、直流コンデンサ電圧制御部５３、および直流電流制御部５６の各制御動作について、図８に示す制御フロー図を用いて説明する。なお、図８において、符号Ｓは処理ステップを意味する。
【００８８】
まず、直流コンデンサ電圧検出部５１は、各変換器セル１１３の直流コンデンサ１０９の電圧ＶＣを合成した平均値を、直流母線１０７Ｐ−１０７Ｎ間の直流電圧Ｖｄｃとして検出する（ステップＳ１）。
次に、直流コンデンサ電圧制御部５３は、コンデンサ電圧補償制御を行う（ステップＳ２）。このコンデンサ電圧補償制御では、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と直流コンデンサ電圧検出部５１で検出された直流電圧Ｖｄｃとの差分をフィードバック制御し、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃ＊に従うように制御する。その際に直流コンデンサ１０９の電圧低下分を補償して直流コンデンサ１０９を充電するために必要な誤差電流ΔＩｃｓｔｒを算出して直流電流制御部５６へ出力する（ステップＳ２）。
【００８９】
次いで、直流コンデンサ電圧制御部５３は、直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとを比較して両者の差が所定の値Ｋ１（潮流急変として想定可能な値、例えば５０％〜７０％）を超えるか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００９０】
直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの差がＫ１以下なら誤差電流ΔＩｃｓｔｒにより直流電流指令値Ｉｄｃ＊をフィードフォワード制御し、これによって有効電流指令値Ｉｑｒｅｆ、無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを生成する（ステップＳ４）。
【００９１】
これに対して、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが停止中において、直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの差が所定の値Ｋ１を超えた場合には、ステップＳ４の処理を行わず、誤差電流ΔＩｃｓｔｒによる直流電流指令値Ｉｄｃ＊のフィードフォワード制御を停止して、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆが概ね定格電流の＋１０％を超えない範囲で有効電流指令とする。
【００９２】
その理由は、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが停止した直後の状態においては、直流電流が流れない状態となるため、直流電流指令値Ｉｄｃ＊（例えば−１ｐｕ）と直流電流Ｉｄｃ（例えば０ｐｕ）との差が大きくなり、概ね７０％以上解離することとなる。そして、この解離した状態で誤差電流ΔＩｃｓｔｒによる直流電流指令値Ｉｄｃ＊をフィードフォワード制御すると、有効電流の制御リミッタにかかり、直流コンデンサ電圧Ｖｄｃが不安定となる要因となる。よって、ステップＳ３の判断で、直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの差が所定の値Ｋ１を超えた場合には、ステップＳ４のように誤差電流ΔＩｃｓｔｒによる直流電流指令値Ｉｄｃ＊をフィードフォワード制御せずに、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出する。
【００９３】
これにより、第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａで直流電圧Ｖｄｃを安定に保ちながら、直流電流の方向を図５の実線で示す潮流方向７から破線で示す潮流方向８へ徐々に潮流変更するように、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを出力することができる。
【００９４】
次に、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが送電を停止し、図５の実線で示す潮流方向７から破線で示す潮流方向８へと潮流が変更された後に直流電圧Ｖｄｃを一定に保つために直流電流Ｉｄｃを制御する際の直流電流制御部５６の制御動作について説明する。
【００９５】
直流電流検出部５２は、直流母線１０７Ｐ−１０７Ｎ間に流れる直流電流Ｉｄｃを検出する（ステップＳ５）。
直流電流制御部５６は、この直流電流検出部５２より検出された直流電流Ｉｄｃ、交流系統電流電圧検出部５０により検出された第１の交流系統１０２Ａの交流電圧Ｖｓｙｓおよび交流電流（Ｉｓｙｓｑ，Ｉｓｙｓｄ）、並びに直流コンデンサ電圧制御部５３より算出された誤差電流ΔＩｃｓｔｒを共に入力する。そして、直流電流制御部５６は、上記の各入力情報に基づいて第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａが第１の交流系統１０２Ａから受電する電力量を算出する（ステップＳ６）。
【００９６】
次に、直流電流制御部５６は、第１の交流系統１０２Ａから受電する電力量が所定の値Ｋ２（第１の交流系統１０２Ａから負荷へ供給する電力量が充分大きくなった場合であって、概ね負荷が必要とする電力量の概ね９０％）を超えている否かを判断する（ステップＳ７）。
【００９７】
第１の交流系統１０２Ａから受電する電力量が所定の値Ｋ２を超えている場合には、直流電流指令値Ｉｄｃ＊から直流コンデンサ１０９の充電に必要な電流量である誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算する（ステップＳ８）。
そして、ステップＳ８で直流電流指令値Ｉｄｃ＊から誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算した値を新たな直流電流指令値Ｉｄｃ＊として算出する（ステップＳ９）。
そして、この新たな直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの差分をフィードバック制御することで、送電する直流電流Ｉｄｃが直流電流指令値Ｉｄｃ＊に従うよう制御し、この直流電流指令値Ｉｄｃ＊を電圧指令分配部５７に出力する。
【００９８】
この場合、急峻に誤差電流ΔＩｃｓｔｒを減算すると、直流電流が急激に変動する可能性があるため、誤差電流ΔＩｃｓｔｒの値を一定時間で緩やかに０％から１００％に変化させて、徐々に減算していく。
【００９９】
上記のように、第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃの停止時は、潮流変更により徐々に第１の交流系統１０２Ａから電力が供給されるため、第１の交流系統１０２Ａから流入する電力量が少ないにもかかわらず、直流コンデンサ１０９の電圧ＶＣを補償するための電流量である誤差電流ΔＩｃｓｔｒを直流電流指令値Ｉｄｃ＊から減算すると、直流電流Ｉｄｃと誤差電流ΔＩｃｓｔｒとがバランスし、すなわち直流電流Ｉｄｃが零で安定してしまい、図５の破線で示す潮流方向８へ直流電流が流れなくなる可能性がある。
【０１００】
そこで、潮流反転による送電を継続させるため、第１の交流系統１０２Ａから受電する電力量が負荷へ供給する上で十分に大きくなってきた時（ステップＳ７の判断でＹＥＳの場合）にのみ、ステップＳ８の処理において直流電流指令値Ｉｄｃ＊から誤差電流ΔＩｃｓｔｒを緩やかに０％から１００％に変化させて減算することで、安定して送電を継続することができる。
【０１０１】
そして、電圧指令分配部５７は、先のステップＳ９で得られた直流電流指令値Ｉｄｃ＊を電圧指令配分（ＰＷＭ）することにより、半導体スイッチング素子１１４を駆動するためのゲート信号を生成する（ステップＳ１１）。
【０１０２】
上記制御フローにより、潮流変更を伴わない場合の電圧低下に関しては、直流コンデンサ電圧制御部５３では、直流電圧Ｖｄｃが一時的に低下した場合に、直流コンデンサ１０９を充電するために必要な電流量（誤差電流）ΔＩｃｓｔｒと直流電流指令値Ｉｄｃ＊との和をフードフォワード制御することで、一時的な電圧降下の場合に直流コンデンサ１０９の電圧変動を抑制することができる。
【０１０３】
また、潮流変更を伴う電流の急変があった場合には、直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの差分が所定の値Ｋ１よりも大きくなるので、直流電流指令値Ｉｄｃ＊を誤差電流ΔＩｃｓｔｒによりフィードフォワード制御せずに、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出することで、直流電圧Ｖｄｃの低下分を補償するので、適切な電流量が有効電流指令値Ｉｑｒｅｆとして合成されることになり、直流電圧Ｖｄｃの変動を抑制し、安定して送電を継続することができる。
【０１０４】
また、潮流変更を伴う場合、直流電流制御部５６において、第１の交流系統１０２Ａから第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａに対して流入する電力量が少ない場合、誤差電流ΔＩｃｓｔｒを直流電流指令値Ｉｄｃ＊から減算しないようすることで、直流電流指令値Ｉｄｃ＊が零のままバランスすることがなくなり、安定に潮流変更が可能となり、運転継続ができる。
【０１０５】
最終的に上位の系統システムの制御装置から直流電圧制御への切り替え指令が第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａの制御装置１０３に送られ、これに応じて切替スイッチ５８の共通接点５８ａが直流電圧制御部５５に接続された個別接点５８ｃとの接続に切り替わり、直流電圧制御部５５が直流電圧Ｖｄｃを制御して、直流電圧Ｖｄｃを一定に保つ。
【０１０６】
このように、この実施の形態２によれば、双方向に電力変換する自励式の第１〜第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置が互いに直流で連系した電力変換システムにおいて、送電を担いかつ直流電圧制御をしている第３のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ｃが急停止した場合には、他の健全な第１のＤＣ／ＡＣ電力変換装置１０１Ａが直流電圧Ｖｄｃを一定に制御し、かつ潮流変更により、十分な電力容量をもつ第１の交流系統１０２Ａから負荷である第２の交流系統１０２Ｂに送電を継続することが可能となる。
【０１０７】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３による電力変換システムについて、図９、図１０、図１１、図１２を用いて説明する。
図９は、実施の形態３による電力変換システムの全体を示す構成図であり、実施の形態１で説明した図１の電力変換システムの構成と同様である。図１０は、実施の形態３による電力変換システムを構成する自励式のＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成図であり、実施の形態１で説明した図２の自励式のＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成とほぼ同様であるが、制御装置の構成および動作が実施の形態１と相違している。図９および図１０において、図１および図２と同様の構成部分については同じ符号を付すとともに、その説明を適宜省略する。
【０１０８】
実施の形態１では、通常送電中、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１により高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が一定になるように制御するとともに、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａおよび第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂの制御装置３は、低圧側直流電圧Ｖｄｃ１が一定になるように制御している。そして、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１の停止時に、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの高圧側直流電流制御により、直流コンデンサ１０Ｂの充放電電流を補償して、送電を継続するようにしていた。
【０１０９】
多端子直流系統システムで、複数の電力変換装置が送電系統の直流電圧を制御することにより、直流送電電流を調整することも考えられるため、この発明の実施の形態３では高圧側直流電圧Ｖｄｃ２をＤＣ／ＡＣ電力変換装置１と第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの両方で高圧側直流電圧制御する場合について説明する。
【０１１０】
第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが高圧側直流電圧制御する場合には、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが高圧側直流コンデンサ電圧を制御して、第２のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ｂに連系された負荷系統が必要とする電力量を融通できるようにする必要がある。
【０１１１】
図１１は実施の形態３による電力変換装置の制御装置の機能を示すブロック図であり、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが高圧側直流電圧制御している場合の制御装置２０３の機能を示すブロック図である。
図１１において、制御装置２０３は、直流コンデンサ電圧検出部２１で、高圧側直流コンデンサ１０Ｂの電圧である高圧側直流コンデンサ電圧を高圧側直流電圧Ｖｄｃ２として検出する。よって、ここでは直流コンデンサ電圧検出部２１で検出される高圧側直流コンデンサ電圧を同じＶｄｃ２で表記する。
【０１１２】
直流コンデンサ電圧制御部２３は、高圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ２＊と高圧側直流コンデンサ電圧Ｖｄｃ２の差分をフィードバック制御することで演算される誤差電流ΔＩｃｓｔｒを出力する。
この誤差電流ΔＩｃｓｔｒは、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が変動した時に生じるものであり、定常状態では高圧側直流コンデンサ１０Ｂの入力電流と出力電流は等しいため、上記誤差電流ΔＩｃｓｔｒは０に等しいが、事故時に入出力電力のバランスが崩れると、高圧側直流コンデンサ１０Ｂが充放電されるため、入出力電流の差が誤差電流ΔＩｃｓｔｒとして検出される。
また、直流コンデンサ電圧制御部２３は、上記の誤差電流ΔＩｃｓｔｒを高圧側直流電圧制御部２５に出力する。
【０１１３】
低圧側直流電圧Ｖｄｃ１については、直流系統４Ａ内の機器により直流電圧が一定制御されており、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの制御装置２０３は、高圧側直流電圧制御部２５により高圧側直流電圧を一定に制御して、低圧側電力制御部２９により電力変換装置１Ａの入出力電力量を調整している。
また、切替スイッチ２８の共通接点２８ａは、高圧側直流電圧制御部２５側の個別接点２８ｃに接続されている。すなわち、高圧側直流電圧制御部２５が機能している状態の時には高圧側直流電流制御部２６は機能していない。
【０１１４】
図９に示す電力変換システムにおいて、送電を担っていたＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が停止すると、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１から電力が供給されなくなり、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが電圧制御している高圧側の直流コンデンサ１０Ｂの高圧側直流電圧Ｖｄｃ２が低下する。
【０１１５】
ここで、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの高圧側直流電圧制御部２５の制御について図１２に基づいて説明する。
【０１１６】
第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの高圧側直流電圧制御部２５は、高圧側直流電圧指令値Ｖｄｃ２＊と、直流コンデンサ電圧検出部２１から出力される高圧側直流電圧Ｖｄｃ２と、直流コンデンサ１０Ｂを充放電するために必要な誤差電流ΔＩｃｓｔｒと、直流電流検出部２２から出力される高圧側直流電流値Ｉｄｃ２を入力する。
高圧側直流電圧制御部２５では、減算器２５０１により高圧側電圧指令値Ｖｄｃ２＊と高圧側直流電圧値Ｖｄｃ２の差分値を計算し、減算器２５０１が出力する差分値をゲイン２５０２によりＧ１倍して電圧差分相当の電力量Ｐ＊を算出する。
【０１１７】
一方、加算器２５０３により、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの出力電流量である高圧側直流電流値Ｉｄｃ２と、直流コンデンサ電圧制御部２３が出力する誤差電流ΔＩｃｓｔｒとを加算する。次に、乗算器２５０４により、加算器２５０３の加算値に、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を乗算して電力量Ｐｆｆを求める。そして、上記電圧差分相当の電力量Ｐ＊に上記電力量Ｐｆｆを加算器２５０５で加算した値に、定数Ｋを乗算した位相差θを電圧指令分配部（ＰＷＭ）２７に出力する。
【０１１８】
電圧指令分配部（ＰＷＭ）２７において、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１ＡのＰＷＭ制御ゲート駆動のＤＵＴＹ比を５０％に固定し、低圧側のゲート信号の位相を基準とし、高圧側のゲート信号の位相θだけシフトさせることにより高圧側ゲート信号を生成する。
【０１１９】
高圧側直流電圧制御を、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１ＡとＤＣ／ＡＣ電力変換装置１の両方で行っている場合、両者の直流電圧制御が干渉し、制御応答が低下することが懸念されるが、本実施の形態では、直流電圧制御に第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの出力電流量である高圧側直流電流値Ｉｄｃ２と、直流コンデンサ電圧制御部２３が出力する誤差電流ΔＩｃｓｔｒを加算した値に、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２を乗算して電力量をフィードフォワードすることにより、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２に対する外乱応答を高め、かつ高圧側直流コンデンサの充電に必要な電力量を補償するため、高圧側直流コンデンサ電圧Ｖｄｃ２の低下を高速に抑制することができる。
【０１２０】
このように、この実施の形態３によれば、双方向に電力変換する自励式の電力変換装置１、１Ａ、１Ｂが互いに直流で連系された電力変換システムにおいて、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置１と第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａが共通の直流系統電圧を制御している場合に、送電を担いかつ直流電圧制御をしているＤＣ／ＡＣ電力変換装置１が停止すると、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１Ａの直流電圧制御により、高圧側直流電圧Ｖｄｃ２の変動を高速に抑制して直流系統電圧を一定に制御するので、安定して直流電源としての第１の直流系統４Ａから負荷としての第２の直流系統４Ｂへの送電を安定して継続することが可能となる。
【０１２１】
なお、この発明は、上記の実施の形態１〜３の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、各実施の形態１〜３の構成の一部を変更したり、その構成を省略することができ、また、各実施の形態１〜３の構成を適宜組み合わせることが可能である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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