(57)【要約】  発電機（２０Ａ，２０Ｂ）に対応して、ＡＣ／ＤＣ変換器（３０Ａ，３０Ｂ）及びＤＣ／ＤＣ変換器（４０Ａ，４０Ｂ）が配置される。ＡＣ／ＤＣ変換器（３０Ａ，３０Ｂ）は、発電機（２０Ａ，２０Ｂ）が発電した交流電力を発電電圧に変換して電力線（３１Ａ，３１Ｂ）へ出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器（４０Ａ，４０Ｂ）は、電力線（３１）の発電電圧を集電電圧に変換して集電線（４１Ａ，４１Ｂ）へ出力する。集電線（４１Ａ，４１Ｂ）による直流電圧系統（４５）の直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換器（６０）を介して、交流電力系統（７０）へ送電される。直流電力系統（４５）又は交流電力系統（７０）に短絡事故が起きた場合には、集電電圧（Ｖｍｄｃ）の変動に応じて、発電機（２０Ａ，２０Ｂ）からの流入電力を抑制するように、ＡＣ／ＤＣ変換器（３０Ａ，３０Ｂ）又はＤＣ／ＤＣ変換器（４０Ａ，４０Ｂ）の制御指令値が調整される。
2019198300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機で発電した交流電力を直流電力系統を介して交流電力系統に送電する電力変換システムであって、
前記発電機からの前記交流電力を第１の直流電圧の電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣ電力変換器と、
前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器から出力された電力を第２の直流電圧の電力に変換して前記直流電力系統に出力するＤＣ／ＤＣ電力変換器と、
前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器及び前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器を制御する制御装置と備え、
前記制御装置は、
前記発電機が出力する交流電流の有効電流成分及び無効電流成分が有効電流指令値及び無効電流指令値に追従するように前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器を制御する第１の駆動制御部と、
前記第１の直流電圧が直流電圧指令値に追従するように前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器を制御する第２の駆動制御部とを含み、
前記直流電力系統又は前記交流電力系統に事故が起きた場合に、前記第２の直流電圧の変動に応じて、前記有効電流指令値及び前記直流電圧指令値の少なくとも一方を低下させることにより、前記発電機から前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器へ流入する電力を抑制することを特徴とする、電力変換システム。
【請求項２】
前記電力変換システムは、複数の前記発電機で発電した交流電力を変換した直流電力を集電して前記交流電力系統に送電し、
前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器及び前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器、並びに、前記第１及び第２の駆動制御部は、各前記発電機に対応して配置され、
前記電力変換システムは、
各前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器及び各前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器の間を接続する第１の直流線路と、
各前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器と接続された第２の直流線路とをさらに備え、
前記直流電力系統は、各前記第２の直流線路を互いに並列接続して構成され、
前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器は、自己消弧型の複数の第１の半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、対応する前記発電機からの前記交流電力を前記第１の直流電圧の電力に変換して前記第１の直流線路へ出力し、
前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器は、自己消弧型の複数の第２の半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、前記第１の直流線路に出力された前記第１の直流電圧の電力を、前記第２の直流電圧の電力に変換して前記第２の直流線路へ出力し、
前記制御装置は、各前記発電機に対応して、
前記発電機が出力する交流電圧の電圧値を検出する交流電圧検出部と、
前記発電機が出力する交流電流の電流値を検出する交流電流検出部と、
前記第１及び第２の直流電圧の電圧値を検出する直流電圧検出部と、
前記第１及び第２の直流線路に流れる電流値を検出する直流電流検出部とをさらに含み、
前記第１の駆動制御部は、
前記交流電圧及び前記交流電流に基づき、前記有効電流成分及び前記無効電流成分が前記有効電流指令値及び前記無効電流指令値に追従するように第１の制御出力を算出する交流電流制御部と、
前記第１の制御出力に応じて前記複数の第１の半導体スイッチング素子を駆動するため第１のゲート駆動制御部とを有し、
前記第２の駆動制御部は、
前記第１の直流電圧が前記直流電圧指令値に追従するように第２の制御出力を算出する直流電圧制御部と、
前記第２の制御出力に従って前記複数の第２の半導体スイッチング素子を駆動するため第２のゲート駆動制御部とを有し、
前記直流電力系統又は前記交流電力系統に短絡事故が起きた場合に、前記第１又は第２の直流電圧の変動に応じて、前記交流電流制御部への前記有効電流指令値の低下、及び、前記直流電圧制御部に与える前記直流電圧指令値の低下の少なくとも一方を実行することによって、前記対応する発電機から前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器へ流入する電力を抑制することを特徴とする、請求項１記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器は、
前記複数の第１の半導体スイッチング素子によって構成されるインバータ回路と、
前記インバータ回路の直流側において前記第１の直流線路と接続される平滑コンデンサとを含み、
前記制御装置は、
前記直流電圧検出部が検出した前記第１の直流電圧の検出値が第１の電圧以上になったことを検出すると、前記第１の直流電圧の定格電圧に対する上昇量に比例した調整量の減算によって前記有効電流指令値を低下させる有効電流指令値調整部をさらに含み、
前記第１の電圧は、前記第１の直流電圧の前記定格電圧よりも高い電圧に予め設定され、
前記交流電流制御部は、低下された前記有効電流指令値に従って前記交流電流の前記有効電流成分を制御することで、前記対応する発電機から前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器へ流入する電力を抑制する、請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器は、
絶縁用トランスと、
第１及び第２の平滑コンデンサをさらに有し、
前記複数の第２の半導体スイッチング素子は、前記絶縁用トランスの１次側に交流側が接続された第１のインバータ回路と、前記絶縁用トランスの２次側に交流側が接続された第２のインバータ回路とを構成し、
前記第１の平滑コンデンサは、前記第１のインバータ回路の直流側において前記第１の直流線路と接続されるとともに、前記第２の平滑コンデンサは、前記第２のインバータ回路の直流側において前記第２の直流線路と接続され、
前記制御装置は、
前記第２の直流電圧の検出値が第２の電圧以上になったことを検出すると、前記第２の直流電圧の定格電圧に対する上昇量に比例した調整量の減算によって前記直流電圧指令値を低下させる電圧指令値調整部をさらに含み、
前記第２の電圧は、前記第２の直流電圧の前記定格電圧よりも高い電圧に予め設定され、
前記直流電圧指令値を低下に対して、前記交流電流制御部への前記有効電流指令値の上限値が有効電流リミッタで制限されることによって、前記対応する発電機から前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器へ流入する電力を抑制することを特徴とする、請求項２記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記電圧指令値調整部によって低下された前記直流電圧指令値が第３の電圧となり、かつ、前記第２の直流電圧の検出値が前記第２の電圧以上であることが検出されると、前記第２の直流電圧の定格電圧に対する上昇量に応じて前記有効電流指令値を低下させる有効電流指令値調整部をさらに含み、
前記第３の電圧は、前記第１の直流電圧の定格電圧よりも低い電圧に予め定められ、
前記交流電流制御部は、低下された前記有効電流指令値に従って前記交流電流の前記有効電流成分を制御することで、前記対応する発電機から前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器へ流入する電力を抑制する、請求項４記載の電力変換システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記直流電圧検出部が検出した前記第１の直流電圧の検出値が予め定められた電圧よりも低下し、かつ、前記直流電流検出部が検出した前記第２の直流線路の電流が予め定められた上限電流よりも上昇すると、前記第２の直流線路の短絡事故を検知して、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器を一時的に停止させるとともに、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器の停止中において前記有効電流指令値調整部によって前記有効電流指令値を低下させる、請求項３に記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記第２の直流線路の短絡事故を検知すると、予め定められた時間が経過するまで前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器を一時的に停止し、かつ、前記予め定められた時間が経過すると、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器について、前記第２の直流電圧の上昇制御を実行した後に、前記直流電圧制御部による前記第２の制御出力に従った制御に復帰させ、
前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器は、前記上昇制御において、前記複数の第２の半導体スイッチング素子のデューティ比を、０から５０％の範囲内で、かつ、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器を流れる電流が定格電流以下となるよう調整する、請求項６記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換システムに関し、より特定的には、発電機で発電した交流電力を直流電力系統を介して交流電力系統に送電する電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の電力変換装置を直流で連系し、高電圧の電力を直流電力で送電する直流送電システムが知られている。直流電力による送電は、交流電力による送電と比較して、表皮効果による電流損失がないために、長距離送電における送電損失を低減できるというメリットがある。また、三相電力を用いる交流送電では３本の電力線が必要である一方、直流送電では２本の電力線で足りるという点でもメリットがある。特に近年では、太陽光発電または風力発電などの再生可能エネルギの普及により、大電力送電に適した直流送電を採用する場合が増加しつつある。【０００３】
特開２０１６−１９８１号公報（特許文献１）には、風力発電設備等の発電設備で発電した交流電力を、ＡＣ／ＤＣコンバータで直流電力に変換して直流集電系統に出力し、さらにＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流電圧に昇圧して、送電線（直流送電系統）により直流送電する直流送電システムの構成が記載されている。さらに、直流送電された直流電力は、ＤＣ／ＡＣコンバータによって交流電力に変換された後、変圧器で所定の電圧に降圧されて、交流機器に供給される。【０００４】
さらに、特許文献１では、定常時と事故時との制御モードを切換えることが記載される。具体的には、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御し、ＤＣ／ＡＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御する一方で、交流事故時には、ＡＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
系統事故による系統電圧変動時に発電電力を低下させる場合、風力発電設備において、一般的には、風車のピッチ制御やストール制御によって風車自体の回転速度を低下させる手法が知られている。しかしながら、系統電圧の変動検出から、風車側の制御装置に指令を出力するまでに少なからず遅れ時間が発生することに加えて、風車自体のイナーシャが大きく回転速度が低下するまでに時間を要するため、発電電力を短時間で低下させることが困難である。【０００７】
このため、特許文献１の直流送電システムにおいても、一時的な系統事故の発生時に、上述したような風力発電設備での発電電力低下の遅延が発生すると、過電圧保護等のためにシステムが運転停止することで、電力供給が停止される状態となってしまう虞がある。尚、特許文献１に記載された風力発電設備のみならず、風力以外のエネルギ源を用いて発電した交流電力を、直流電力系統を介して交流電力系統に送電するシステムにおいても、発電設備から流入する電力を短時間で低下できないことにより、同様の問題が発生することが懸念される。【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、発電機で発電した交流電力を直流電力系統を介して交流電力系統に送電する電力変換システムにおいて、短時間の系統事故の場合における運転継続性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面では、電力変換システムは、発電機で発電した交流電力を直流電力系統を介して交流電力系統に送電する電力変換システムであって、ＡＣ／ＤＣ電力変換器と、ＤＣ／ＤＣ電力変換器と、ＡＣ／ＤＣ電力変換器及びＤＣ／ＤＣ電力変換器を制御する制御装置とを備える。ＡＣ／ＤＣ電力変換器は、発電機からの交流電力を第１の直流電圧の電力に変換して出力する。ＤＣ／ＤＣ電力変換器は、ＡＣ／ＤＣ電力変換器から出力された電力を第２の直流電圧の電力に変換して直流電力系統に出力する。制御装置は、第１の駆動制御部と、第２の駆動制御部とを含む。第１の駆動制御部は、発電機が出力する交流電流の有効電流成分及び無効電流成分が有効電流指令値及び無効電流指令値に追従するようにＡＣ／ＤＣ電力変換器を制御する。第２の駆動制御部は、第１の直流電圧が直流電圧指令値に追従するようにＤＣ／ＤＣ電力変換器を制御する。さらに、制御装置は、直流電力系統又は交流電力系統に事故が起きた場合に、第２の直流電圧の変動に応じて、有効電流指令値及び直流電圧指令値の少なくとも一方を低下させることにより、発電機からＡＣ／ＤＣ電力変換器へ流入する電力を抑制する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電機で発電した交流電力を直流電力系統を介して交流電力系統に送電する電力変換システムにおいて、直流電力系統又は交流電力系統に短絡事故が起きた場合には、直流電力系統の電圧変動に応じて発電機からの流入電力を抑制するように、ＡＣ／ＤＣ電力変換器又はＤＣ／ＤＣ電力変換器の制御指令値が調整される。この結果、短時間の系統事故の場合において、電力変換システムでの電圧変動の発生を抑制して運転継続性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に従う電力変換システムの電力変換システム１００の概略構成を説明するブロック図である。
【図２】図１に示されたＡＣ／ＤＣ変換器の詳細な構成例を示す回路図である。
【図３】図１に示された第１のＤＣ／ＤＣ変換器の詳細な構成例を示す回路図である。
【図４】実施の形態１に従う電力変換システムにおける風車から第２のＤＣ／ＤＣ変換器までの詳細構成を説明するブロック図である。
【図５】制御装置によるＡＣ／ＤＣ変換器及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器の制御ブロック図である。
【図６】実施の形態１に従う電力変換システムにおける直流系統事故発生時における制御処理を説明するフローチャートである。
【図７】集電電圧の再上昇制御の制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図８】集電電圧の再上昇制御における第１のＤＣ／ＤＣ変換器での電流経路を示す回路図である。
【図９】実施の形態２で説明する交流系統事故の発生地点を説明するブロック図である。
【図１０】実施の形態２に従う電力変換システムによる交流系統事故発生時における制御処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に従う電力変換システム１００の構成を説明するブロック図である。
【００１４】
図１を参照して、電力変換システム１００は、複数の風力発電設備２Ａ，２Ｂで発電された交流電力を直流電力に変換し、直流電力の状態で集電して、集電した直流電力をさらに昇圧して交流配電系統７０へ交流電力を供給する。電力変換システム１００に接続される風力発電設備の個数は、図１では表記上２個としているが、任意の個数とすることができる。
【００１５】
風力発電設備２Ａ及び２Ｂは、例えば、洋上や山上に配置される。風力発電設備２Ａは、風車１０Ａと、風車１０Ａの回転軸に結合された発電機２０Ａとを含む。風力発電設備２Ｂは、風車１０Ｂと、風車１０Ｂの回転軸に結合された発電機２０Ｂとを含む。発電機２０Ａ，２０Ｂは、風車１０Ａ，１０Ｂの回転によりロータが回転されることによって発電し、交流電力を生成する。
【００１６】
電力変換システム１００は、風力発電設備２Ａに対応する、制御装置１Ａ、ＡＣ／ＤＣ電力変換器３０Ａ、電力線３１Ａ、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換器４０Ａ、集電線４１Ａと、風力発電設備２Ｂに対応する、制御装置１Ｂ、ＡＣ／ＤＣ電力変換器３０Ｂ、電力線３１Ｂ、第１のＤＣ／ＤＣ電力変換器４０Ｂ、集電線４１Ｂとを備える。さらに、電力変換システム１００は、第２のＤＣ／ＤＣ電力変換器５０と、送電線５１と、ＤＣ／ＡＣ電力変換器６０とをさらに備える。なお、以下では、各ＡＣ／ＤＣ電力変換器、各ＤＣ／ＤＣ電力変換器及び各ＤＣ／ＡＣ電力変換器について、単に、ＡＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＤＣ変換器及びＤＣ／ＡＣ変換器と表記する。
【００１７】
制御装置１Ａは、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａを制御する。制御装置１Ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ｂ及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂを制御する。なお、図示を省略しているが、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０及びＤＣ／ＡＣ変換器のそれぞれの制御装置がさらに配置される。制御装置１Ａ及び１Ｂの各々は、代表的には、マイクロコンピュータによって構成されて、内蔵した電子回路（図示せず）によるハードウェア処理、及び、図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit）がインストールされたプログラムを実行することによるソフトウェア処理によって、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ、又は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ｂ及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂの動作を制御する。
【００１８】
ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及び３０Ｂは、発電機２０Ａ及び２０Ｂで発電された３相交流電力を直流電力に変換して、電力線３１Ａ及び３１Ｂへそれぞれ出力する。以下では、電力線３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれの直流電力の電圧を、「発電電圧ＶｇｎＡ，ＶｇｎＢ」とも称する。第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ，４０Ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，３０Ｂで変換された直流電力の電圧（発電電圧ＶｇｎＡ，ＶｇｎＢ）を異なる電圧に変換（昇圧）して、集電線４１Ａ及び４１Ｂに出力する。
【００１９】
集電線４１Ａ及び４１Ｂは、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の入力側で並列接続されることによって集電系統４５を構成する。集電系統４５により、複数の風力発電設備２Ａ，２Ｂによる発電電力が変換された直流電力が集電される。以下では、集電系統４５での直流電力の電圧を「集電電圧Ｖｍｄｃ」とも称する。
【００２０】
なお、電力変換システム１００において、風力発電設備２Ａ及び２Ｂにそれぞれ対応して配置される要素である、制御装置１Ａ及び１Ｂ、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及び３０Ｂ、電力線３１Ａ及び３１Ｂ、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ及び４０Ｂ、並びに、集電線４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれは同様に構成されている。これらの各要素について、以下では、両者を区別する場合には添字Ａ，Ｂを付する一方で、両者に共通な事項を説明する場合には、添字Ａ，Ｂを付けずに包括的に表記するものとする。
【００２１】
このように、電力変換システム１００では、複数の風力発電設備２Ａ，２Ｂの各々に対応して、１対のＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０が設けられて、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０で昇圧された直流電力が集電される。さらに、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０は、集電された直流電力を集電して、さらに昇圧して高電圧直流送電（ＨＶＤＣ）を行う。以下では、送電線５１（直流送電系統）で送電される直流電力の電圧を「送電電圧Ｖｈｄｃ」とも称する。
【００２２】
例えば、風力発電設備２が洋上に設置される場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器３０から第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０までの機器が、風力発電設備２に隣接した洋上の変換所に配置される。直流送電系統では、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０で変換された直流電力が、例えば陸上まで、送電線５１を通して送電される。送電された直流電力は陸上側の変換所に配置されたＤＣ／ＡＣ変換器６０へ供給される。ＤＣ／ＡＣ変換器６０は、直流電力を交流電力に変換して、交流配電系統７０に供給する。
【００２３】
図１の構成例において、電力線３１Ａ，３１Ｂ（３１）は「第１の直流線路」の一実施例に相当し、集電線４１Ａ，４１Ｂ（４１）は「第２の直流線路」の一実施例に相当し、集電系統４５は「直流電力系統」の一実施例に相当する。又、発電電圧Ｖｇｎは「第１の直流電圧」の一実施例に対応し、集電電圧Ｖｍｄｃは「第２の直流電圧」に対応する。
【００２４】
図２は、発電機２０と連系したＡＣ／ＤＣ変換器３０の構成例を示す回路図である。
図２を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器３０は、３相ブリッジ回路を構成する自己消弧型の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に逆並列接続されたダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６と、平滑コンデンサＣ１とを含む。半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としては、代表的にはＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を適用することが可能であるが、ＩＧＢＴに限定されず、他の自己消弧型半導体スイッチング素子を用いるものことも可能である。半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は「第１の半導体スイッチング素子」に対応する。
【００２５】
発電機２０で発電された交流電力は電力線ＵＬ１，ＵＶ１，ＵＷ１を介して、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の３相ブリッジ回路に供給されて、整流される。整流によって得られた直流電力は、平滑コンデンサＣ１によって平滑化されて、電力線３１へ供給される。この結果、電力線３１にはＡＣ／ＤＣ変換器３０から発電電圧Ｖｇｎが出力される。
【００２６】
図３は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の詳細な構成例を説明する回路図である。
図３を参照して、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０は、自励式の２つのフルブリッジ型のインバータ回路１１１，１１２と、絶縁用トランス（以下、単に「トランス」と称する）ＴＲ１と、平滑コンデンサＣ１１，Ｃ１２とを備える絶縁型ＤＡＢ（Dual  Active  Bridge）構成である。なお、大電力送電用のＤＣ／ＤＣ変換器は、複数の絶縁型ＤＡＢ構成ＤＣ／ＤＣ変換回路を直並列に接続して、高電圧化した回路構成とされることが一般的であるが、説明の簡単化のため、１段構成の回路を例に説明する。
【００２７】
インバータ回路１１１は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１の間に接続された、平滑コンデンサＣ１１と、直列に接続された半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２と、直列に接続された半導体スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４とを含む。半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４には、それぞれ逆並列接続されたダイオードＤ１１〜Ｄ１４が配置される。第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の１次側（トランスＴＲ１の１次巻線側）の電力線ＰＬ１，ＮＬ１は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０から発電電圧Ｖｇｎが出力される電力線３１と接続されている。
【００２８】
インバータ回路１１１は、平滑コンデンサＣ１１によって平滑化された直流電力を交流電力に変換し、トランスＴＲ１へ出力する。トランスＴＲ１は、インバータ回路１１１から１次巻線に供給された交流電力を、電気的な絶縁を確保して上で２次巻線に転送する。２次巻線の交流電力は、インバータ回路１１２へ入力される。
【００２９】
インバータ回路１１２は、基本的にインバータ回路１１１と同様の構成を有する。具体的には、インバータ回路１１２は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２の間に接続された、直列接続された半導体スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６と、直列接続された半導体スイッチング素子Ｑ１７，Ｑ１８と、平滑コンデンサＣ１２とを含む。半導体スイッチング素子Ｑ１５〜Ｑ１８には、ダイオードＤ１５〜Ｄ１８がそれぞれ逆並列接続される。
【００３０】
インバータ回路１１２は、トランスＴＲ１（２次側）から供給される交流電力により平滑コンデンサＣ１２を充放電することで平滑化し、直流電力（集電電圧Ｖｍｄｃ）を出力する。
【００３１】
なお、インバータ回路１１１，１１２は、フルブリッジ型のインバータに限定されるものではなく、たとえば３レベルインバータであってもよい。また、図３においては、インバータ回路１１１，１１２に含まれる半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８としてＩＧＢＴを用いる例が示されているが、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８はこれに限定されず、他の自己消弧型半導体スイッチング素子を用いるものであってもよい。半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８は「第２の半導体スイッチング素子」に対応する。
【００３２】
なお、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の基本的なハードウェア構成は同じである。第２のＤＣ変換器５０では、１次側の電力線ＰＬ１，ＮＬ１は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０から集電電圧Ｖｍｄｃが出力される集電線４１と接続される。一方で、２次側の電力線ＰＬ２，ＮＬ２は、送電電圧Ｖｈｄｃが出力される送電線５１と接続される。
【００３３】
図４は、実施の形態１に従う電力変換システムにおける風車１０から第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０までの詳細構成を説明するブロック図である。
【００３４】
図４を参照して、まず、集電線４１Ａ，４１Ｂ（集電系統４５）の直流線路における事故保護機能を説明する。集電線４１Ａ，４１Ｂには、保護装置として、直流線路事故時の事故電流抑制のためのＤＣリアクトル（ＤＣＬ１Ａ，ＤＣＬ２Ａ，ＤＣＬ１Ｂ，ＤＣＬ２Ｂ、及び、ＤＣＬ３，ＤＣＬ４）と、直流遮断器（ＣＢ１Ａ〜ＣＢ４Ａ，ＣＢ１Ｂ〜ＣＢ４Ｂ）と、サージ電圧から保護するためのアレスタ（ＡＲ１Ａ，ＡＲ２Ａ、ＡＲ１Ｂ，ＡＲ２Ｂ）と、回路共振を抑制するためのフィルタ（ＦＬＡ，ＦＬＢ）とが配置されるものとする。
【００３５】
当該構成の電力変換システム１００において、集電系統４５のうち、集電線４１Ｂに直流系統事故（例えば、図４中のＤＣＦ地点での直流線路短絡事故）が起こると、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ，４０Ｂの２次側にある平滑コンデンサＣ１２と、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の１次側にある平滑コンデンサＣ１１から、ＤＣリアクトルＤＣＬ１Ａ，ＤＣＬ１Ｂ，ＤＣＬ３を通って事故点へ電流が流れることで、集電電圧Ｖｍｄｃが低下する。集電電圧Ｖｍｄｃは、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ及び４０Ｂの二次側にそれぞれ接続された電圧検出器７２Ａ及び７２Ｂによって検出される。事故点への電流がＤＣリアクトルを通過することによって、直流系統事故時の過渡電流の増大、及び、集電電圧Ｖｍｄｃの低下を抑制することができる。
【００３６】
保護制御装置３は、集電線４１Ｂに配置された電流検出器６５Ｂ及び６６Ｂによる電流検出値ＩＣＢ３Ｂ及びＩＣＢ４Ｂに基づき、直流線路短絡事故発生時に、直流遮断器ＣＢ３Ｂ及びＣＢ４Ｂを開放するための制御指令（ＯＰＣＢ３Ｂ，ＯＰＣＢ４Ｂ）を出力する。具体的には、電流検出値ＩＣＢ３Ｂ及びＩＣＢ４Ｂが電流閾値ＩＭＡＸを超えた場合（すなわち、｜ＩＣＢ３Ｂ｜＞ＩＭＡＸ、かつ、｜ＩＣＢ４Ｂ｜＞ＩＭＡＸとなった場合）に、さらに、電流検出値ＩＣＢ３Ｂ及びＩＣＢ４Ｂが逆極性になった（すなわち、送電電流の方向が定常送電時の電流方向と逆方向になった）ことが検知されると、直流系統事故の発生が検知されて、直流遮断器ＣＢ３Ｂ及びＣＢ４Ｂが開放される。これにより、直流遮断器の遮断時間（一般的には１０［ｍｓ］程度）を経て、ＤＣＦ地点を含む集電線４１Ｂが、電力変換システム１００から切り離される。直流遮断器ＣＢ３Ｂ及びＣＢ４Ｂの開放により切り離された場合、短時間での復帰は困難であることから、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ｂ及びＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂは停止し、健全な経路（集電線）４１Ａに連系したＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及びＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの制御装置１Ａにて運転継続するものとする。
【００３７】
なお、集電線４１Ａにも、電流検出器６５Ａ及び６５Ｂが、電流検出器６５Ｂ及び６６Ｂと同様に配置されており、電流検出器６５Ａ及び６５Ｂによる電流検出値に基づいて、集電線４１と同様に、集電線４１Ａでの直流線路短絡事故（直流系統事故）の発生を検知することができる。そして、集電線４１Ａでの直流系統事故の発生が検知されると、直流遮断器ＣＢ３Ａ及びＣＢ４Ａが開放される。上記集電線４１Ｂの事故では直流遮断器ＣＢ３Ａ及びＣＢ４Ａは逆方向電流を検出しないことから、遮断器開放にはいたらず、制御装置１ＡがＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及びＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの制御を継続する。
【００３８】
次に、ＡＣ／ＤＣ変換器３０及びＤＣ／ＤＣ変換器４０の制御について説明する。
制御装置１Ａには、電流検出器６１Ａ，６３Ａ，６４Ａによる電流検出値ＩＡＣＡ，ＩＤＣ１Ａ，ＩＤＣ２Ａ、及び、電圧検出器７１Ａ，７２Ａによる電圧検出値ＶｇｎＡ，ＶｍｄｃＡが入力される。
【００３９】
電流検出器６１Ａは、発電機２０Ａ及びＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを接続する電力線（図２のＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１相当）に配置されて、発電機２０Ａの発電電流ＩＡＣＡを検出する。電圧検出器７１Ａは、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの一次側に接続されて、発電電圧ＶｇｎＡを検出する。電流検出器６３Ａ及び６４Ａは、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの２次側の直流線路（集電線４１Ａ）の電流ＩＤＣ１Ａ及びＩＤＣ２Ａを検出する。電圧検出器７２Ａは、集電線４１Ａにおいて、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの至近端に接続されて、集電電圧ＶｍｄｃＡを検出する。
【００４０】
制御装置１Ａは、これらの電流検出値ＩＡＣＡ，ＩＤＣ１Ａ，ＩＤＣ２Ａ、及び、電圧検出値ＶｇｎＡ，ＶｍｄｃＡに基づき、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの半導体スイッチング素子を駆動するためのゲート駆動パルス信号ＰＧθＡと、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａの半導体スイッチング素子を駆動するためのゲート駆動信号ＳＰＷＭＡを出力する。
【００４１】
同様に、制御装置１Ｂには、電流検出器６１Ｂ，６３Ｂ，６４Ｂによる電流検出値ＩＡＣＢ，ＩＤＣ１Ｂ，ＩＤＣ２Ｂ、及び、電圧検出器７１Ｂ，７２Ｂによる電圧検出値ＶｇｎＢ，ＶｍｄｃＢが入力される。
【００４２】
電流検出器６１Ｂは、電流検出器６１Ａと同様に、発電機２０Ｂの発電電流ＩＡＣＢを検出する。電圧検出器７１Ｂは、電圧検出器７１Ａと同様に、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂの一次側に接続されて、発電電圧ＶｇｎＢを検出する。電流検出器６３Ｂ及び６４Ｂは、電流検出器６３Ａ及び６４Ａと同様に、集電線４１Ｂの電流ＩＤＣ１Ｂ及びＩＤＣ２Ｂを検出する。電圧検出器７２Ｂは、電圧検出器７２Ａと同様に、集電線４１Ｂに配置されて集電電圧ＶｍｄｃＢを検出する。
【００４３】
制御装置１Ｂは、これらの電流検出値ＩＡＣＢ，ＩＤＣ１Ｂ，ＩＤＣ２Ｂ、及び、電圧検出値ＶｇｎＢ，ＶｍｄｃＢに基づき、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂの半導体スイッチング素子を駆動するためのゲート駆動パルス信号ＰＧθＢと、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ｂの半導体スイッチング素子を駆動するためのゲート駆動信号ＳＰＷＭＢを出力する。
【００４４】
再び図３を参照して、ゲート駆動パルス信号ＰＧθＡ，ＰＧθＢによる第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の半導体スイッチング素子のゲート駆動の制御を説明する。
【００４５】
インバータ回路１１１において、半導体スイッチング素子Ｑ１１及びＱ１４が第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１に従ってスイッチングされる一方で、第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１の反転信号に従って、半導体スイッチング素子Ｑ１２及びＱ１３がスイッチングされる。同様に、インバータ回路１１２では、半導体スイッチング素子Ｑ１５及びＱ１８が第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ２に従ってスイッチングされる一方で、半導体スイッチング素子Ｑ１６及びＱ１７は、第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ２の反転信号に従ってスイッチングされる。
【００４６】
上述のゲート駆動パルス信号ＰＧθＡ（図４）は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａにおける第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１Ａ及び第２ゲート駆動パルス信号ＰＧθ２Ａを含み、ゲート駆動パルス信号ＰＧθＢ（図４）は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂにおける第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１Ｂ及び第２ゲート駆動パルス信号ＰＧθ２Ｂを含んでいる。すなわち、第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ，４０Ｂの第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１Ａ，ＰＧθ１Ｂを包括的に表記するものであり、第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ２は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ，４０Ｂの第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ２Ａ，ＰＧθ２Ｂを包括的に表記するものである。
【００４７】
第１及び第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１，ＰＧθ２の各々が、同一周波数、かつ、デューティ比５０％に固定された状態で、２次側のインバータ回路１１２の第２のゲート駆動パルス信号の位相を基準として、１次側のインバータ回路１１１のゲート駆動パルス信号の位相をシフトすることにより、発電電圧Ｖｇｎを制御することができる。
【００４８】
同様に、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０と同様に構成可能な第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０についても、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０と同様に半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８のスイッチングを制御することによって、インバータ回路１１１及び１１２の間でのゲート駆動パルス信号の位相差を変化させることにより、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の入力端における集電線４１の集電電圧Ｖｍｄｃを制御することができる。
【００４９】
再び図４を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器３０を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（図２）は、図５に示されたゲート駆動信号ＳＰＷＭＡ，ＳＰＷＭＢに従うＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御によってスイッチングされる。後述するように、当該ＰＷＭ制御の指令値は、発電機２０から供給される有効電流（交流電流）を制御するように定められる。
【００５０】
図４から理解されるように、電力変換システム１００では、複数の風力発電設備２の各々に対して、１対のＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０、並びに、制御装置１が配置される。なお、制御装置１Ａ及び１Ｂの各々は、対応するＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０が直流線路短絡事故により切り離された事故経路上に存在する場合には、各連系点の電圧及び電流検出値に基づき、運転継続不可能と判断して、ＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０を停止する。例えば、図４のＤＣＦ地点での直流線路短絡事故の発生時には、制御装置１Ｂが、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ｂ及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂを停止させる。健全な経路（集電線）４１Ａに連系したＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及びＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの制御装置１Ａにて運転継続する。
【００５１】
一般的に、太陽光発電や風力発電等の分散電源には、電力品質を確保するために必要となる系統擾乱時の運転継続性能（ＦＲＴ：Fault  Ride  Through）の要件が規定される。例えば、風力発電装置では、連系点電圧が０Ｖに低下した時の時間が１４０ｍｓ以内となるように規定されている。このため、短時間の系統事故による系統擾乱に対しては、ＦＲＴ要件を満たす時間内に、送電を再開することが要求される。
【００５２】
以下に説明するように、本実施の形態１に従う電力変換システム１００では、直流系統事故時には、制御装置１によるＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の制御によって、高速に系統電圧を安定化することにより過電圧等の発生を抑制することで、運転継続性を高めることができる。
【００５３】
図５は、制御装置１によるＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の制御ブロック図である。図５において包括的に示されたＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の制御ブロックは、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａの制御、並びに、ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ｂ及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ｂの制御のそれぞれに共通に適用することができる。図５に示した構成の各ブロックの機能は、制御装置１でのハードウェア処理及びソフトウェア処理の少なくとも一方によって実現することができる。
【００５４】
図５を参照して、制御装置１は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０を制御するための機能ブロックとして、直流電圧検出部８３と、直流電流検出部８４と、電圧指令値調整部８９と、直流電圧制御部９３と、位相リミッタ９４と、ゲート駆動制御部９５とを有する。ゲート駆動制御部９５は、発電電圧Ｖｇｎを制御するための、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の第１及び第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１，ＰＧθ２を生成する。
【００５５】
直流電圧検出部８３は、電圧検出器７１及び７２の出力に基づき、発電電圧Ｖｇｎ及び集電電圧Ｖｍｄｃを検出する。発電電圧Ｖｇｎは、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の平滑コンデンサＣ１の電圧（多段構成の場合は、平滑コンデンサ電圧の合成値）と、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の１次側平滑コンデンサＣ１１の電圧（多段構成の場合は、１次側平滑コンデンサ電圧の合成値）より決まる。又、集電電圧Ｖｍｄｃは、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の２次側平滑コンデンサＣ１２の電圧（多段構成の場合は、２次側平滑コンデンサ電圧の合成値）と、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の１次側平滑コンデンサ（図示せず）の電圧により決まる。
【００５６】
図５に示されるように、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０には、図５にも示した電流検出器６３に加えて、電流検出器６４及び１１３〜１１５がさらに配置される。電流検出器１１３及び１１４は、電力線３１のインバータ回路１１１との至近端に配置される。電流検出器１１５は、トランスＴＲ１の一次側に配置される。電流検出器６４は、集電線４１の低電圧側の配線上のインバータ回路１１２との至近端に配置される。一方で、電流検出器６３は、集電線４１の低電圧側の配線に配置されている。
【００５７】
直流電流検出部８４は、電流検出器６３，６４，１１３〜１１５の出力に基づき、出力電流ＩＤＣ１，ＩＤＣ２、入力電流ＩＬＰ１，ＩＬＮ１、及び、変換器電流ＩＩＮＶを検出する。
【００５８】
電圧指令値調整部８９は、直流電圧検出部８３による集電電圧Ｖｍｄｃの検出値を入力として、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆを出力する。集電電圧Ｖｍｄｃが定常動作電圧上限を超えない場合には、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆは、予め定められた、集電電圧の定格値（定格電圧）に設定される。例えば、定常動作電圧上限は、上記定格電圧の１１０％程度に設定することができる。
【００５９】
一方で、電圧指令値調整部８９は、集電電圧Ｖｍｄｃが定常動作電圧上限を超えた場合には、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆを上記定格値よりも低く設定する。例えば、定格電圧に対する集電電圧Ｖｍｄｃの上昇量（すなわち、Ｖｍｄｃ−定格電圧）をＫ倍（Ｋ：定数）した値（調整量）を定格電圧から減算することによって、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆを設定することができる。発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆは、指令値急変による発電電圧の変動を抑えるため、概ね、定格電圧の８０％〜１１０％の範囲で出力される。
【００６０】
直流電圧制御部９３は、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆに対する発電電圧Ｖｇｎの検出値の電圧偏差ΔＶｇｎ（ΔＶｇｎ＝Ｖｇｎ＿ｒｅｆ−Ｖｍｄｃ）を入力として、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の制御に用いる位相差Δφを算出する。具体的には、上記電圧偏差Ｖｇｎの電力換算値に基づくフィードバック値と、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の出力電力に従うフィードフォワード値から、位相差Δφは算出される。なお、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の出力電力は、集電電圧Ｖｍｄｃ（電圧検出器７２）と、出力電流ＩＤＣ１（電流検出器６３）との積から求めることができる。第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の出力電力をフィードフォワードすることで、集電電圧Ｖｍｄｃの制御応答を高めることができる。
【００６１】
直流電圧制御部９３によって算出された位相差Δφは、位相リミッタ９４により、予め定められた範囲内（例えば、±６０度以内）に制限される。ゲート駆動制御部９５は、位相リミッタ９４通過後の位相差Δφに従って、第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１（インバータ回路１１１）及び第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ２（インバータ回路１１２）を生成する。同一周波数で、かつ、デューティ比５０％に固定された第１及び第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１及びＰＧθ２の間には、位相差Δφ（位相リミッタ９４による制限後）が設けられる。具体的には、インバータ回路１１２の第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ２の基準位相φから位相差Δφを減算して、第１のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１が生成される。第１及び第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１及びＰＧθ２に従って、インバータ回路１１１及び１１２を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８（図３）をスイッチングすることによって、発電電圧Ｖｇｎは一定に制御される。すなわち、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆは「直流電圧指令値」の一実施例に対応し、位相差Δφは「第２の制御出力」の一実施例に対応し、ゲート駆動制御部９５は「第２のゲート駆動制御部」の一実施例に対応する。又、直流電圧制御部９３及びゲート駆動制御部９５によって、「第２の駆動制御部」の一実施例を構成することができる。
【００６２】
さらに、制御装置１は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０を制御するための機能ブロックとして、交流電圧検出部８１と、交流電流検出部８２と、位相検出部８５と、ｄｑ変換部８６と、交流電圧制御部８７と、有効電流指令値調整部８８と、有効電流指令値リミッタ９７と、交流電流制御部９０と、変調率リミッタ９１と、ゲート駆動制御部９２とを有する。ゲート駆動制御部９２は、有効電流を制御するための、ＡＣ／ＤＣ変換器３０のゲート駆動信号ＳＰＷＭ（ＳＰＷＭＡ，ＳＰＷＭＢを包括的に表記するもの）を生成する。
【００６３】
交流電圧検出部８１は、発電機２０及びＡＣ／ＤＣ変換器３０を接続する電力線（図２のＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１相当）に配置された電圧検出器６７の出力から、発電機２０から出力された三相交流電力の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧（ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ）を検出する。位相検出部８５は、三相交流電圧（ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ）の検出値から、発電機出力の位相θを出力する。
【００６４】
交流電流検出部８２は、図４にも示された電流検出器６１の出力から、発電機２０の三相交流電力の各相電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）を検出する。ｄｑ変換部８６は、交流電圧（ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ）、交流電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）及び位相θを用いて、三相電圧及び三相電流をｄｑ変換する。ｄｑ変換部８６からは、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑ、並びに、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが出力される。
【００６５】
交流電圧制御部８７は、ｄｑ変換された電圧（Ｖｄ，Ｖｑ）より無効電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。有効電流指令値調整部８８は、直流電圧検出部８３からの発電電圧Ｖｇｎと、電圧指令値調整部８９からの発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆとに基づき、有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを生成する。例えば、予め定められた定常時の有効電流指令値（最大値は、１ｐｕ）から、発電電圧Ｖｇｎの目標値である発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆに対する上昇量（Ｖｇｎ−Ｖｇｎ＿ｒｅｆ）をｈ倍（ｈ：定数）した値（調整量）を減算することによって、有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは生成される。
【００６６】
有効電流指令値調整部８８によって算出された有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、有効電流指令値リミッタ９７により、予め定められた範囲内（例えば、定格電流の０〜１１０％）に制限される。
【００６７】
交流電流制御部９０には、有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに対する電流偏差ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑ＿ｒｅｆ−Ｉｑ）及び無効電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆに対する電流偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄ＿ｒｅｆ−Ｉｄ）が入力される。交流電流制御部９０は、ＰＩ（比例積分）制御等によるフィードバック制御演算により、電流偏差ΔＩｑ及びΔＩｑを０にするように、ＡＣ／ＤＣ変換器３０でのパルス幅変調率ＭＦｐｗｍを算出する。交流電流制御部９０によって算出されたパルス幅変調率ＭＦｐｗｍは、変調率リミッタ９１により、ＡＣ／ＤＣ変換器３０が安定動作領域内で制御されるように予め定められた範囲内に制限される。ゲート駆動制御部９２は、変調率リミッタ９１通過後のパルス幅変調率ＭＦｐｗｍに従って、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動するためのゲート駆動信号ＳＰＷＭを生成する。すなわち、パルス幅変調率ＭＦｐｗｍは「第１の制御出力」の一実施例に対応し、ゲート駆動制御部９２は「第１のゲート駆動制御部」の一実施例に対応する。又、交流電流制御部９０及びゲート駆動制御部９２によって、「第１の駆動制御部」の一実施例を構成することができる。
【００６８】
例えば、１２０度ずつ位相が異なるＵ相、Ｖ相及びＷ相の変調波（正弦波）と、一定周波数の搬送波の電圧比較に従って、Ｕ相（Ｑ１，Ｑ２）、Ｖ相（Ｑ３，Ｑ４）及びＷ相（Ｑ５，Ｑ６）の半導体スイッチング素子のオンオフを制御するように、ゲート駆動信号ＳＰＷＭは生成される。この際に、上記各相の変調波は、発電電力と同一周波数であり、かつ、パルス幅変調率に応じた振幅を有するように生成される。
【００６９】
ＡＣ／ＤＣ変換器３０は、ゲート駆動信号ＳＰＷＭに従って半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（図２）をスイッチングすることによって、発電機２０から供給される有効電流を制御することができる。
【００７０】
このように、ＡＣ／ＤＣ変換器３０によって、発電機２０から電力変換システム１００へ供給される有効電流が有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに従って制御されるとともに、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０によって、発電電圧Ｖｇｎ（電力線３１）が発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆに従って制御される。なお、詳細な説明は省略するが、通常送電運転では、集電線４１の集電電圧Ｖｍｄｃは、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０によって制御され、送電線５１の送電電圧Ｖｈｄｃは、ＤＣ／ＡＣ変換器６０によって制御される。
【００７１】
さらに、制御装置１は、過電圧及び過電流に対する機器保護のための変換器保護制御部９６を含む。変換器保護制御部９６は、直流電圧検出部８３及び直流電流検出部８４によって検出された直流電圧（Ｖｍｄｃ）及び直流電流（ＩＩＮＶ，ＩＬＰ１，ＩＬＰ２，ＩＤＣ１，ＩＤＣ２）が、予め定められたそれぞれの上限値を超える場合に、ゲート信号のＯＦＦ指令を出力する。当該ＯＦＦ指令が生成されると、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０はゲートブロックされて、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８の各々はオフに維持される。一方で、ゲート信号のＯＮ指令時には、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０はゲートブロックが解除されて（ゲートデブロック）、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８は、ゲート駆動制御部９５により生成された第１及び第２のゲート駆動パルス信号ＰＧθ１及びＰＧθ２に従ってスイッチングされる。
【００７２】
図５に示された電力変換システム１００の制御構成において、図４で説明した直流系統事故発生時には、各ＡＣ／ＤＣ変換器３０及び各ＤＣ／ＤＣ変換器４０に対して、図６に示される制御処理が実行される。
【００７３】
図４で説明したように、集電線４１ＢのＤＦＣ地点で直流短絡事故が起こると、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０Ａ，４０Ｂの各２次側に接続された平滑コンデンサＣ１２（図３）、及び、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の１次側に接続された平滑コンデンサＣ１１（図３）から、事故点であるＤＦＣ地点への放電により、集電線４１の集電電圧Ｖｍｄｃが低下する。事故点への放電は、上述した、保護制御装置３による直流遮断器ＣＢ３Ｂ及びＣＢ４Ｂの開放によって、事故経路が集電線４１から電気的に切り離されるまで継続される。
【００７４】
制御装置１は、ステップＳ１０により、電圧検出器７３による第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の２次側至近端における集電電圧Ｖｍｄｃの低下が検出されるか否かを判定する。例えば、集電電圧Ｖｍｄｃが、概ね、定格電圧の２０％以下に低下したときに、「集電電圧の低下」が検知されて、ステップＳ１０がＹＥＳ判定とされる。集電電圧の低下が検出されると、ステップＳ２０以下の処理が起動されて、直流系統事故発生時の制御処理が開始される。
【００７５】
制御装置１は、ステップＳ２０により、電流検出器６３，６４による第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の出力電流ＩＤＣ１，ＩＤＣ２の少なくともいずれかが耐電流閾値Ｉｍａｘを超えたか否かを判定する。すなわち、｜ＩＤＣ１｜＞Ｉｍａｘ及び｜ＩＤＣ２｜＞Ｉｍａｘの少なくとも一方が成立すると、ステップＳ２０がＹＥＳ判定とされて、過電流が検出される。通常、直流短絡事故の発生時には、事故点へ短絡電流が流れるため、程なくステップＳ１０による集電電圧低下の検出後、過電流が検出される。ステップＳ１０がＹＥＳ判定とされてから、予め定められた時間が経過しても過電流が検出されない場合には、ステップＳ２０はＮＯ判定とされて、ステップＳ３０，Ｓ４０により、通常のＡＣ／ＤＣ変換器３０及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の制御が行われる。すなわち、図５で説明したように、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による直流電圧（発電電圧Ｖｇｎ）の制御（Ｓ３０）と、ＡＣ／ＤＣ変換器３０による有効電流の制御（Ｓ４０）とが実行される。
【００７６】
一方で、制御装置１は、過電流が検出されると（Ｓ２０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ５０により、各半導体スイッチング素子に過電流が流れるのを防止するために、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０をゲートブロックする。ステップＳ５０では、変換器保護制御部９６（図５）がゲート信号のＯＦＦ指令を出力することにより、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１８の各々がオフされる。
【００７７】
第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０のゲートブロック中、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による発電電圧Ｖｇｎの制御が停止する上、発電機２０からの電力流入により、発電電圧Ｖｇｎが上昇してくる。
【００７８】
制御装置１は、ステップＳ６０により、電圧検出器７１が検出した発電電圧Ｖｇｎが定常動作範囲（概ね、定格電圧の１１０％）を超えるか否かを判定する。制御装置１は、発電電圧Ｖｇｎが定常動作範囲を超えた場合（Ｓ６０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ７０により、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の有効電流指令値を調整する。具体的には、有効電流指令値調整部８８（図５）が、発電電圧Ｖｇｎ（Ｖｇｎ≧１．１ｐｕ）と、発電電圧の定格電圧との差分、すなわち、発電電圧の定格電圧に対する上昇量に応じた値（調整量）を、有効電流指令値（定常送電時における最大値は１ｐｕ）から減算して、調整された有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する。ステップＳ６０で判定される、定常動作範囲の上限電圧（例えば、１．１ｐｕ）は「第１の電圧」の一実施例に対応する。
【００７９】
一方で、発電電圧Ｖｇｎが定常動作範囲内であるときには（Ｓ６０のＮＯ判定時）、ステップＳ７０はスキップされて、有効電流指令値の修正は行われない。
【００８０】
制御装置１は、ステップＳ８０により、電流検出器６１が検出した３相交流電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）をｄｑ変換して求めた有効電流Ｉｑが有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに従うように、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の有効電流をフィードバック制御する。これにより、発電電圧の上昇分に応じて、有効電流指令値を補正して有効電流を制御することができる。この結果、発電機２０から流入する電力量を抑制して、発電電圧Ｖｇｎの上昇を抑えることが可能である。
【００８１】
制御装置１は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０による有効電流の制御（Ｓ６０〜Ｓ８０）は、予め定められた一定時間が経過すると（Ｓ９０のＮＯ判定時）、ステップＳ１００〜Ｓ１２０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による自律的な集電電圧の再上昇制御を実行する。当該一定時間は、ＦＲＴ要件を満たす時間内、例えば、２０〜１００［ｍｓ］程度に設定される。
【００８２】
これにより、直流短絡事故の発生後、事故経路（図４の例では集電線４１Ｂ）が遮断されたか否かの情報が保護制御装置３（図４）からの通信によって得られる前に、ＦＲＴ要件を満たす一定時間を経過すると、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による自律的な集電電圧の再上昇制御（Ｓ１００）を開始することができる。
【００８３】
図７は、ステップＳ１００での集電電圧の再上昇制御の制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【００８４】
図７を参照して、制御装置１は、ステップＳ１０１により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４（図３）をオンする。この状態で、制御装置１は、ステップＳ１０２により、電流検出器１１５の出力に基づき変換器電流ＩＩＮＶを検出するともに、ステップＳ１０３により、変換器電流ＩＩＮＶが第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の一次側における定格電流以下であるか否かを判定する。
【００８５】
変換器電流ＩＩＮＶが定格電流以下であるとき（Ｓ１０３のＹＥＳ判定時）には、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオンが維持される一方で、変換器電流ＩＩＮＶが定格電流を超えると（Ｓ１０３のＮＯ判定時）、ステップＳ１０４により、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４はオフされる。
【００８６】
制御装置１は、ステップＳ１０５により、ステップＳ１０１による半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオンから、予め定められたスイッチング周期Ｔの半周期分の時間（Ｔ／２）が経過したか否かを判定する。（Ｔ／２）が経過するまで（Ｓ１０５のＮＯ判定時）、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４により、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオンオフが制御される。
【００８７】
図８には、集電電圧の再上昇制御における第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０での電流経路が示される。
【００８８】
図８を参照して、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオンにより、トランスＴＲ１の一次側に電流経路が形成されることで、トランスＴＲ１の二次側にも起電力が生じる。この起電力によって、ダイオードＤ１５，Ｄ１８の導通による電流経路が、トランスＴＲ１の二次側に形成される。この結果、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０では、図中に点線で示す、電力線３１（高電圧側）−半導体スイッチング素子Ｑ１１−トランスＴＲ１−ダイオードＤ１５−−平滑コンデンサＣ１２−ダイオードＤ１６−トランスＴＲ１−半導体スイッチング素子Ｑ１４−電力線３１（低電圧側）の等価的な電流経路３００が形成される。
【００８９】
当該電流経路３００により、平滑コンデンサＣ１２が充電されるとともに、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の１次側の平滑コンデンサＣ１１（図３）も充電されるので、直流系統事故により低下していた集電電圧Ｖｍｄｃを上昇することができる。
【００９０】
再び図７を参照して、制御装置１は、（Ｔ／２）が経過すると（Ｓ１０５のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１０６により、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４をオフする。これにより、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４はオフされる。さらに、ステップＳ１０７により、ステップＳ１０１による半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオンから、スイッチング周期Ｔが経過したか否かが判定され、スイッチング周期Ｔが経過するまで、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４のオフ（Ｓ１０６）が維持される。
【００９１】
この結果、スイッチング周期Ｔに亘って、前半の（Ｔ／２）では、（Ｔ／２）を最大値として、ＩＩＮＶが定格電流以下に維持される期間長に亘って、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオンにより、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の二次側へ電力を供給することができる。一方で、後半の（Ｔ／２）では、半導体スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４がオフされるので、二次側への電力供給は停止される。
【００９２】
制御装置１は、スイッチング周期Ｔが経過すると（Ｓ１０７のＹＥＳ判定時）には、処理をステップＳ１０１に戻す。これにより、スイッチング周期Ｔ毎に、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオン期間を同様に制御することができる。このように、ステップＳ１００による集電電圧の再上昇制御では、半導体スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４点弧時のデューティ比は、５０（％）以下に制限され、かつ、変換器電流ＩＩＮＶを定格電流以下に保持するように０〜５０（％）の範囲内で調整される。
【００９３】
再び図６を参照して、制御装置１は、集電電圧の再上昇制御（Ｓ１００）の実行中には、ステップＳ１１０により、過電流が検出されたか否かを判定するとともに、ステップＳ１２０により、集電電圧Ｖｍｄｃが０．９ｐｕ以上に上昇したか否かを判定する。ステップＳ１１０による過電流検出は、ステップＳ２０と同様の判定に基づいて実行することができる。
【００９４】
制御装置１は、集電電圧の再上昇制御（Ｓ１００）の実行中に過電流の発生が検出されると（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）、直流線路短絡事故が発生した系統（集電線４１Ｂ）が遮断されていないと判断して、処理をステップＳ５０に戻す。これにより、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０は再びゲートブロックされる。
【００９５】
制御装置１は、過電流の非検出時（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、集電電圧Ｖｍｄｃが０．９ｐｕ以上するまで（Ｓ１２０のＮＯ判定時）、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による集電電圧の再上昇制御（Ｓ１００）を継続する。
【００９６】
制御装置１は、集電電圧Ｖｍｄｃが０．９ｐｕ以上に上昇すると（Ｓ１２０にＹＥＳ判定時）、ステップＳ１３０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の通常制御を再起動する。これにより、電力変換システム１００は、ステップＳ５０以降での過電流検出時の事故時運転から、ＡＣ／ＤＣ変換器３０による有効電流制御（Ｓ３０）及び第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による発電電圧制御（Ｓ４０）による定常送電運転に戻る。
【００９７】
さらに、図６の制御処理から理解されるように、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による集電電圧の再上昇制御（Ｓ１００）は、直流短絡事故の発生後、事故経路（図４の例では集電線４１Ｂ）が遮断されたか否かの情報が、保護制御装置３（図４）からの通信によって得られる前に自律的に開始されるので、集電電圧Ｖｍｄｃを速やかに回復することができる。このとき、ステップＳ１１０による過電流検出を行うことにより、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による集電電圧の再上昇制御が自律的に開始されても、直流線路短絡事故の遮断されないままで、当該制御が継続されることを防止できている。
【００９８】
以上説明したように、本実施の形態１に従う電力変換システムによれば、集電線４１（集電系統４５）において直流線路短絡事故が起こった場合に、過電流保護により第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０を一時的に停止する状況において、発電電圧Ｖｇｎに応じて有効電流指令値を調整してＡＣ／ＤＣ変換器３０が有効電流を制御した上で、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０が自律的にデューティ比を可変にして集電電圧を再上昇することができる。これにより、短時間の系統事故時に、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の速やかな再起動が可能とすることにより、電力変換システムの運転継続性を高めることができる。
【００９９】
実施の形態２．
上述の実施の形態１においては、集電系統の直流系統事故時の変換器制御について説明したが、実施の形態２では、交流系統での事故発生時における事故時運転について説明する。
【０１００】
実施の形態２においても、電力変換システム１００の構成及び定常送電運転時の制御は実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【０１０１】
図９は、実施の形態２で説明する交流系統事故の発生地点を説明するブロック図である。
【０１０２】
図９を参照として、図１と同様の構成の電力変換システム１００において、交流配電系統７０において、ＤＣ／ＡＣ変換器６０の至近端であるＡＣＦ地点にて短絡事故が発生すると、交流系統に急激な電圧低下が起こるとともに、ＤＣ／ＡＣ変換器６０は過電流を検出して、一時的に運転停止する。
【０１０３】
ＤＣ／ＡＣ変換器６０が停止した場合には、第２のＤＣ／ＤＣ変換器４０による電圧制御の対象を、集電線４１の集電電圧Ｖｍｄｃ（１次側）から送電線５１の送電電圧Ｖｈｄｃ（２次側）へ切換えることで、送電電圧Ｖｈｄｃ、すなわち、ＨＶＤＣ系統電圧の擾乱を抑制することが可能である。しかしながら、ＤＣ／ＡＣ変換器６０の停止により、風力発電設備２での発電電力を送電できなくなることから、発電電力が過剰となり集電電圧が上昇する。
【０１０４】
又、交流系統事故がＤＣ／ＡＣ変換器６０の遠方で起こった場合は、交流系統電圧の低下幅が小さいため、ＤＣ／ＡＣ変換器６０は過電流を検出することなく、定常動作範囲内で、送電電圧を制御しながら運転継続している状態となる可能性がある。この場合には、送電電圧Ｖｈｄｃは、ＤＣ／ＡＣ変換器６０により一定に制御することができるが、一方で、交流配電系統７０での保護制御によって、ＤＣ／ＡＣ変換器６０から交流配電系統７０への送電が禁止ないし制限される。この結果、風力発電設備２での発電電力が送電電力を上回ることになるため、電力変換システム１００の内部にて集電電圧が上昇する。このように、交流配電系統７０で事故が起きた場合は、電力変換システム１００内での集電電圧の上昇が問題となる。
【０１０５】
図１０は、実施の形態２に従う電力変換システムによる交流系統事故発生時における制御処理を説明するフローチャートである。
【０１０６】
図１０を参照して、制御装置１は、ステップＳ２１０により、電圧検出器７２による第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の２次側至近端における集電電圧Ｖｍｄｃの上昇が検出されるか否かを判定する。集電電圧の上昇時（Ｓ２１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２２０により、集電電圧Ｖｍｄｃの検出値が定格電圧の１．１倍（１．１ｐｕ）以上であるか否かが判定される。ステップＳ２２０での判定値（例えば、１．１ｐｕ）は「第２の電圧」の一実施例に対応する。
【０１０７】
制御装置１は、集電電圧Ｖｍｄｃの検出値が１．１ｐｕ未満の場合には（Ｓ２２０のＮＯ判定時）、ステップＳ２３０，Ｓ２４０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による発電電圧Ｖｇｎ（１次側直流電圧）の制御、及び、ＡＣ／ＤＣ変換器３０による発電機２０から入力される有効電流の制御を実行する。
【０１０８】
制御装置１は、集電電圧Ｖｍｄｃの検出値が１．１ｐｕ以上である場合（Ｓ２２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２５０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の１次側直流電圧（発電電圧Ｖｇｎ）の電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆを調整する。具体的には、実施の形態２では、電圧指令値調整部８９により、集電電圧Ｖｍｄｃ（検出値）と、集電電圧の定格電圧に対する上昇量(Ｖｍｄｃ−定格電圧）に応じた値（調整量）を、発電電圧指令値（定常送電時には１．０ｐｕ）から減算して、調整された発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆを設定する。例えば、上記調整量は、集電電圧Ｖｍｄｃの検出値から定格電圧を減算した値に、予め定められた係数を乗算することによって求めることができる。
【０１０９】
制御装置１は、ステップＳ２６０により、ステップＳ２５０で調整された発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆに従って、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０により発電電圧Ｖｇｎをフィードバック制御する。
【０１１０】
図５で説明したように、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの上限値は、有効電流指令値リミッタ９７によって制限される。従って、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆを低下させても、発電機２０から電力変換システム１００への入力電力を一定に維持するように、有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの上昇には制限がある。この結果、発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆの低下（Ｓ２５０）によって、発電機２０（風力発電設備２）から電力変換システム１００へ流入する電力を下げることができるので、集電電圧Ｖｍｄｃの上昇を抑制することが可能となる。
【０１１１】
交流系統事故による交流系統の残留電圧が定常動作範囲の下限値（概ね８０％）以上ある場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器６０は過電流による停止には至らないことから、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の１次側電圧（発電電圧Ｖｇｎ）を下げて制御することで、集電電圧の上昇を抑制して、送電を継続することが可能である。
【０１１２】
一方で、交流系統事故がＤＣ／ＡＣ変換器６０の至近端で起きた場合など、交流系統の残留電圧が低い場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器６０が過電流保護により停止して、送電が一時停止される。ＤＣ／ＡＣ変換器６０が過電流保護により停止すると、送電電圧の制御ができなくなるため、制御装置１は送電電圧の上昇を検出し、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０の電圧制御の対象を集電電圧（集電線４１）から送電電圧（送電線５１）に切換えて、送電電圧の変動を抑制する。この制御対象の切り替えにより、次には集電電圧が上昇することが問題となる。
【０１１３】
制御装置１は、ステップＳ２７０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆ）が、定常動作電圧下限値（概ね、定格電圧の８０％）と等しくなり、かつ、電圧検出器７３で検出した集電電圧Ｖｍｄｃが定常動作範囲を超えた場合（概ね、定格電圧の１１０％以上）となる現象を検出する。ステップＳ２７０で判定される定常動作電圧下限値は「第３の電圧」の一実施例に対応する。
【０１１４】
制御装置１は、Ｖｇｎ＿ｒｅｆ＝０．８、かつ、Ｖｍｄｃ≧１．１ｐｕが検出されると（Ｓ２７０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ２８０により、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを調整する。具体的には、図５中に点線で表記するように、有効電流指令値調整部８８に対して集電電圧Ｖｍｄｃの検出値を入力し、集電電圧Ｖｍｄｃと集電電圧の定格電圧との差分に係数を乗算した値を、定常時の有効電流指令値（最大値は、１ｐｕ）から減算することによって、調整された有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定することができる。
【０１１５】
制御装置１は、ステップＳ２９０により、ステップＳ２８０で調整された有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに従って、ＡＣ／ＤＣ変換器３０により有効電流をフィードバック制御する。
【０１１６】
制御装置１は、有効電流の制御中において、ステップＳ３００により、電流検出器１１３によって検出される第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０への入力電流ＩＬＰ１＝０であるか否かを判定する。
【０１１７】
入力電流ＩＬＰ１＝０になると、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０のトランスＴＲ１に残留している電荷が集電線４１（集電系統）へ流れることによって、集電電圧Ｖｍｄｃが上昇する虞がある。このため、制御装置１は、ＩＬＰ１＝０が検出されると（Ｓ３００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ３１０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の２次側のインバータ回路１１２をゲートブロックする。すなわち、図３の半導体スイッチング素子Ｑ１５〜Ｑ１８がオフされる。
【０１１８】
制御装置１は、ステップＳ３２０により、予め定められた一定時間が経過すると判定されるまで（Ｓ３２０のＮＯ判定時）、ステップＳ３１０によるゲートブロックを継続する。ステップＳ３２０での一定時間は、ＦＲＴ要件を満たす時間内に、例えば、概ね、数十［ｍｓ］〜１００［ｍｓ］程度に設定することができる。
【０１１９】
制御装置１は、ステップＳ３１０によるゲートブロックが一定時間継続されると（Ｓ３２０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ３３０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の２次側のインバータ回路１１２のゲートブロックを解除して、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０を再起動する。再起動後は、ステップＳ２３０，Ｓ２４０により、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０による発電電圧Ｖｇｎ（１次側直流電圧）の制御、及び、ＡＣ／ＤＣ変換器３０による発電機２０から入力される有効電流の制御によって、定常送電運転を再開することができる。
【０１２０】
このように、実施の形態２によれば、交流系統事故が起きて、直流系統電圧が上昇した場合に、集電電圧Ｖｍｄｃの上昇に応じて、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０の電圧指令値（発電電圧指令値Ｖｇｎ＿ｒｅｆ）を調整することにより、ＤＣ／ＤＣ変換器４０の電圧制御とＡＣ／ＤＣ変換器３０の電流制限（有効電流指令値リミッタ９７）の作用により、発電機２０からの発電電力の流入を抑制して、送電を継続することができる。
【０１２１】
さらに、受電側変換器（交流配電系統７０）の停止等によって電力変換システム１００からの送電が一時的に停止した場合は、集電電圧Ｖｍｄｃの上昇に応じて、ＡＣ／ＤＣ変換器３０の有効電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを調整することにより、発電機２０から流入する電力を抑制することによって、運転継続性を高めることができる。
【０１２２】
なお、本実施の形態に従う電力変換システム１００では、風力発電設備２で発電した電力を第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０によって直流電圧（発電電圧）に変換後、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０で集電し、送電電圧Ｖｈｄｃに昇圧して、高電圧直流送電（ＨＶＤＣ）する構成例を説明した。これに対して、変形例として、第２のＤＣ／ＤＣ変換器５０は連系せず、ＤＣ／ＡＣ変換器６０で集電して、交流配電系統７０へ送電するシステム構成とすることも可能である。
【０１２３】
ＤＣ／ＤＣ変換器５０が非配置とされるこの変形例では、第１のＤＣ／ＤＣ変換器４０昇圧した中圧の電圧で集電を行い、ＤＣ／ＡＣ変換器６０で交流系統にて送電することが可能である。この場合には、集電電圧Ｖｍｄｃは、ＤＣ／ＡＣ変換器６０で制御されるとともに、発電電圧Ｖｇｎの定格値は、ＤＣ／ＤＣ変換器５０が配置されるシステム構成よりも高電圧に設定される。
【０１２４】
なお、かかる変形例においても、１対のＡＣ／ＤＣ変換器３０及びＤＣ／ＤＣ変換器４０による制御対象（有効電流及び発電電圧Ｖｇｎ）は共通であるので、直流系統事故及び交流系統事故の発生時において、実施の形態１及び２で説明した制御処理を適用して、電力変換システムの運転継続性を高めることが可能である。
【０１２５】
又、本実施の形態では、２個の発電機２０の各々にＡＣ／ＤＣ変換器３０及びＤＣ／ＤＣ変換器４０が配置されたシステム構成を説明したが、発電機２０の個数に関わらず、発電機２０毎に、ＡＣ／ＤＣ変換器３０及びＤＣ／ＤＣ変換器４０を同様に制御することで、実施の形態１及び２で説明した効果を得ることができる。言い換えると、実施の形態１及び２に係る電力変換システムは、各集電線４１を「直流電力系統」とする、１個の発電機２０に対応して配置されたＡＣ／ＤＣ変換器３０及びＤＣ／ＤＣ変換器４０の制御と捉えることも可能である。即ち、本実施の形態は、発電機２０が単一である電力変換システムに対しても適用することが可能である。
【０１２６】
更に、本実施の形態では、電力変換システム１００が、風力発電設備２に配置された発電機２０からの交流電力を、直流電力系統を介して交流電力系統へ送電する例を説明したが、交流電力を供給する発電機２０のエネルギ源は風力に限らず任意である点について、確認的に記載する。
【０１２７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２８】
１，１Ａ，１Ｂ  制御装置、２，２Ａ，２Ｂ  風力発電設備、３  保護制御装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ  風車、Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１８  半導体スイッチング素子、２０，２０Ａ，２０Ｂ  発電機、３０，３０Ａ，３０Ｂ  ＡＣ／ＤＣ電力変換器、３１，３１Ａ，３１Ｂ，ＮＬ１，ＮＬ２，ＰＬ１，ＰＬ２  電力線（ＤＣ）、４０，４０Ａ，４０Ｂ  第１のＤＣ／ＤＣ電力変換器、４１，４１Ａ，４１Ｂ  集電線、４５  集電系統、５０  第２のＤＣ／ＤＣ電力変換器、５１  送電線、６０  ＤＣ／ＡＣ電力変換器、６１，６１Ａ，６１Ｂ，６３，６３Ａ，６３Ｂ，６４，６４Ａ，６４Ｂ，６５Ａ，６５Ｂ，１１３，１１５  電流検出器、６７，７１，７１Ａ，７１Ｂ，７２，７２Ａ，７２Ｂ，７３  電圧検出器、７０  交流配電系統、８１  交流電圧検出部、８２  交流電流検出部、８３  直流電圧検出部、８４  直流電流検出部、８５  位相検出部、８６  ｄｑ変換部、８７  交流電圧制御部、８８  有効電流指令値調整部、８９  電圧指令値調整部、９０  交流電流制御部、９１  変調率リミッタ、９２，９５  ゲート駆動制御部、９３  直流電圧制御部、９４  位相リミッタ、９６  変換器保護制御部、９７  有効電流指令値リミッタ、１００  電力変換システム、１１１，１１２  インバータ回路、３００  電流経路、Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２  平滑コンデンサ、ＣＢ３Ｂ，ＣＢ３Ａ  直流遮断器、Ｄ１，Ｄ６  ダイオード素子、Ｄ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１４  ダイオード、ＤＣＬ１Ａ，ＤＣＬ１Ｂ，ＤＣＬ２Ａ，ＤＣＬ２Ｂ，ＤＣＬ３，ＤＣＬ４  リアクトル、ＩＩＮＶ  変換器電流、ＩＬＮ１，ＩＬＰ１  入力電流、ＩＭＡＸ  電流閾値、Ｉｄ  無効電流指令値、Ｉｄ  軸電流、Ｉｄ，Ｖｑ  軸電流、Ｉｑ  有効電流、Ｉｑ＿ｒｅｆ  有効電流指令値、ＬＶｄｃ，Ｖｇｎ  発電電圧指令値、ＭＦｐｗｍ  パルス幅変調率、ＳＰＷＭ  ゲート駆動信号、ＰＧθ１  第１のゲート駆動パルス信号、ＰＧθ２  第２のゲート駆動パルス信号、ＴＲ１  絶縁用トランス、ＵＬ１，ＵＶ１，ＵＷ１  電力線（三相交流）、Ｖｍｄｃ，ＶｍｄｃＡ，ＶｍｄｃＢ  集電電圧、Ｖｇｎ，ＶｇｎＡ，ＶｇｎＢ  発電電圧、Ｖｇｎ＿ｒｅｆ  電圧指令値（発電電圧）、Ｖｈｄｃ  送電電圧。
【図１】
2019198300.tif 000003
【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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【国際調査報告】
2019198300.tif 000013
2019198300.tif 000014