(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記第１種単位変換器の出力電圧と等しいかまたはより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、前記交流端子が変圧器を介して交流系統に連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の相電圧振幅に前記変圧器の変圧比を乗じた電圧と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、前記交流端子が交流系統に直接連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の相電圧振幅と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、前記交流電圧指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ｍ、ｎを任意の正の実数として、ｍ：ｎの割合で分配し、前記直流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に直流事故を検出する直流事故検出手段とを備えており、前記直流事故検出手段が直流事故を検出した場合に、前記指令値分配手段が前記第１種単位変換器と第２種単位変換器に与える交流電圧指令値の分配比をｍ：ｎから０：（ｍ＋ｎ）に切り替え、かつ、前記第１種単位変換器と第２種単位変換器に与える直流電圧指令値をともに概ね零に切り替える機能を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、前記交流電圧指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ｍ、ｎを任意の正の実数として、ｍ：ｎの割合で分配し、前記直流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に直流事故を検出する直流事故検出手段とを備えており、前記直流事故検出手段が直流事故を検出した場合に、前記指令値分配手段が前記第１種単位変換器と第２種単位変換器に与える直流電圧指令値の分配比をｍ：ｎからｍ：−ｍに切り替える機能を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは前記直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に１から０に変化する事故信号Ｄを発生する直流事故検出手段と、前記交流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ａ、ｍ、ｎを任意の正の実数として、Ｄaｍ：(１−Ｄa)ｍ＋ｎの割合で分配し、ｂを任意の正の実数として、前記直流電圧指令値にＤbを乗じた信号を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に１から０に変化する事故信号Ｄを発生する直流事故検出手段と、前記交流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ｍ、ｎを任意の正の実数として、ｍ：ｎの割合で分配し、ｂを任意の正の実数として、前記直流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：（Ｄb−１）ｍ＋Ｄbｎの割合で分配する指令値分配手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段を有し、前記指令値分配手段が、前記第１種単位変換器のいずれかが故障して短絡された際に、該第１種単位変換器を含むアームにおいて、Δｍを該故障した第１種単位変換器の最大出力電圧と、該第１種単位変換器を含むアーム中のすべての第１種単位変換器の最大出力電圧の和の比として、前記のｍ：ｎを、（ｍ−Δｍ）：ｎに変化させる機能を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段を有し、前記指令値分配手段が、前記第２種単位変換器のいずれかが故障して短絡された際に、該第２種単位変換器を含むアームにおいて、Δｎを該故障した第２種単位変換器の最大出力電圧と、該第２種単位変換器を含むアーム中のすべての第２種単位変換器の最大出力電圧の和の比として、前記のｍ：ｎをｍ：（ｎ−Δｎ）に変化させる機能を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項６〜９に記載の電力変換装置において、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に直流事故を検出する直流事故検出手段とを備えており、前記直流事故検出手段が事故信号Ｄを瞬時に、あるいはランプ関数状に、あるいは任意の経路をもって、０から１に切り替えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記第１種単位変換器の出力電圧と等しいかまたはより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、前記交流端子が変圧器を介して交流系統に連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の相電圧振幅に前記変圧器の変圧比を乗じた電圧と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、前記交流端子が交流系統に直接連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の相電圧振幅と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、前記交流電圧指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ｍ、ｎを任意の正の実数として、ｍ：ｎの割合で分配し、前記直流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に直流事故を検出する直流事故検出手段とを備えており、前記直流事故検出手段が直流事故を検出した場合に、前記指令値分配手段が前記第１種単位変換器と第２種単位変換器に与える交流電圧指令値の分配比をｍ：ｎから０：（ｍ＋ｎ）に切り替え、かつ、前記第１種単位変換器と第２種単位変換器に与える直流電圧指令値をともに概ね零に切り替える機能を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、前記交流電圧指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ｍ、ｎを任意の正の実数として、ｍ：ｎの割合で分配し、前記直流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に直流事故を検出する直流事故検出手段とを備えており、前記直流事故検出手段が直流事故を検出した場合に、前記指令値分配手段が前記第１種単位変換器と第２種単位変換器に与える直流電圧指令値の分配比をｍ：ｎからｍ：−ｍに切り替える機能を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは前記直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に１から０に変化する事故信号Ｄを発生する直流事故検出手段と、前記交流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ａ、ｍ、ｎを任意の正の実数として、Ｄaｍ：(１−Ｄa)ｍ＋ｎの割合で分配し、ｂを任意の正の実数として、前記直流電圧指令値にＤbを乗じた信号を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する指令値生成手段と、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に１から０に変化する事故信号Ｄを発生する直流事故検出手段と、前記交流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器に、ｍ、ｎを任意の正の実数として、ｍ：ｎの割合で分配し、ｂを任意の正の実数として、前記直流電圧指令値を、前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：（Ｄb−１）ｍ＋Ｄbｎの割合で分配する指令値分配手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段を有し、前記指令値分配手段が、前記第１種単位変換器のいずれかが故障して短絡された際に、該第１種単位変換器を含むアームにおいて、Δｍを該故障した第１種単位変換器の最大出力電圧と、該第１種単位変換器を含むアーム中のすべての第１種単位変換器の最大出力電圧の和の比として、前記のｍ：ｎを、（ｍ−Δｍ）：ｎに変化させる機能を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１９】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成されており、指令値を前記第１種単位変換器と前記第２種単位変換器にｍ：ｎの割合で分配する指令値分配手段を有し、前記指令値分配手段が、前記第２種単位変換器のいずれかが故障して短絡された際に、該第２種単位変換器を含むアームにおいて、Δｎを該故障した第２種単位変換器の最大出力電圧と、該第２種単位変換器を含むアーム中のすべての第２種単位変換器の最大出力電圧の和の比として、前記のｍ：ｎをｍ：（ｎ−Δｎ）に変化させる機能を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２０】
請求項１６〜１９のいずれかに記載の電力変換装置において、直流系統の電流が予め設定された値を超過した場合、あるいは直流系統の電圧が予め設定された値を下回った場合、あるいは外部信号を受信した場合に直流事故を検出する直流事故検出手段とを備えており、前記直流事故検出手段が事故信号Ｄを瞬時に、あるいはランプ関数状に、あるいは任意の経路をもって、０から１に切り替えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２１】
単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成した第１、第２、第３のレグを並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記第１、第２、第３のレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１〜第３のレグのいずれか１つに含まれる前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器で構成されており、前記第１〜第３のレグの他の２つのレグに含まれる前記第１、第２のアームが、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器で構成されており、前記交流端子が変圧器を介して交流系統に連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の線間電圧振幅に前記変圧器の変圧比を乗じた電圧と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２２】
単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成した第１、第２、第３のレグを並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記第１、第２、第３のレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１〜第３のレグのいずれか１つに含まれる前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器で構成されており、前記第１〜第３のレグの他の２つのレグに含まれる前記第１、第２のアームが、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器で構成されており、前記交流端子が交流系統に直接連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の線間電圧振幅と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２３】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成した第１、第２、第３のレグを並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記第１、第２、第３のレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１〜第３のレグのいずれか１つに含まれる前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器で構成されており、前記第１〜第３のレグの他の２つのレグに含まれる前記第１、第２のアームが、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器で構成されており、前記交流端子が変圧器を介して交流系統に連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の線間電圧振幅に前記変圧器の変圧比を乗じた電圧と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２４】
第１のリアクトルと、単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第１のアームと、単位変換器を少なくとも１つ直列接続して構成した第２のアームと、第２のリアクトルとを直列接続して構成した第１、第２、第３のレグを並列接続して構成されており、前記第１、第２のアームの接続点を交流端子とし、前記第１、第２、第３のレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１〜第３のレグのいずれか１つに含まれる前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器で構成されており、前記第１〜第３のレグの他の２つのレグに含まれる前記第１、第２のアームが、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器で構成されており、前記交流端子が交流系統に直接連系しており、前記第２種単位変換器の最大出力電圧の和が、前記交流系統の線間電圧振幅と等しいかより大きいことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関し、特に、単位変換器を複数直列接続したアームを用いて構成される電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、Modular Multilevel Cascade Converter（ＭＭＣＣ）と称する４種の電力変換装置の回路構成とその応用可能性について開示している。
【０００３】
４種のＭＭＣＣのうち、フルブリッジ回路を単位変換器として、該単位変換器を複数直列接続したアームから構成されたＭＭＣＣ−ＤＳＢＣ（Double-Star Bridge Cells）は、自励式直流送電システム（ＶＳＣ−ＨＶＤＣ）に応用可能な交直変換器の回路方式である。
【０００４】
一般に交直変換器は、交流系統に連系するための交流端子と、直流系統に連系するための直流端子を有する。本明細書では交直変換器が交流系統に出力する電圧を交流出力電圧と称し、交直変換器が直流系統に出力する電圧を直流出力電圧と称する。
【０００５】
さて、ＶＳＣ−ＨＶＤＣに直流架空送電線を用いる場合、落雷等に起因する直流地絡・短絡などの直流事故が発生し得る。
【０００６】
直流事故が発生すると、交直変換器を構成する半導体素子に過電流が流れるなどして該交直変換器の破損に至る可能性があるため、過電流の抑制・遮断等、破損を防止する保護動作が必要である。
【０００７】
非特許文献２は、ＭＭＣＣ−ＤＳＢＣでは、直流事故発生時に交流系統側の遮断器をトリップさせる必要がないことを開示している。以下、その原理を説明する。
【０００８】
ＭＭＣＣ−ＤＳＢＣは、直流事故を検出した際に、単位変換器内の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを制御することにより、直流出力電圧を零あるいは負に制御し、直流事故点に流入する事故電流を抑制できる。
【０００９】
さらに、ＭＭＣＣ−ＤＳＣＣは、直流出力電圧を零や負に制御した状態でも、交流系統電圧に対抗する交流出力電圧を発生できるため、交流系統から直流事故点に流入する事故電流を抑制できる。したがって、交流系統側の遮断器をトリップさせることなく、直流事故除去後に速やかに送電再開が可能である。
【００１０】
なお、双方向チョッパ回路を単位変換器とし、該単位変換器を複数直列接続して構成したアームから構成されたＭＭＣＣ−ＤＳＣＣでは、直流事故発生時に交流系統側の遮断器をトリップさせる必要があり、直流事故除去後の送電再開に時間を要する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H. Akagi, “Classification, terminology, and applications of the modular multilevel converter (MMCC)”, IEEE Trans. Power Electron., vol.26, no.11, Nov.2011, pp.3119-3130.
【非特許文献２】R. S. Whitehouse, “Technical Challenges of realizing multi-teminal networking with VSC”, EPE 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＭＭＣＣ−ＤＳＢＣのすべての単位変換器はフルブリッジ回路である。このため、すべての単位変換器が双方向チョッパ回路であるＭＭＣＣ−ＤＳＣＣに比較して、概ね２倍のスイッチング素子が必要となってしまうという課題があった。
【００１３】
また、ＭＭＣＣ−ＤＳＢＣでは、ある瞬間に通流しているスイッチング素子の数も概ね２倍になるため、ＭＭＣＣ−ＤＳＣＣに比較して損失も概ね２倍に増加してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するために、電源またはエネルギー貯蔵素子を備えた単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第１のアームと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルと、電源またはエネルギー貯蔵素子を備えた単位変換器を少なくとも２つ直列接続して構成した第２のアームとを直列接続して構成したレグを少なくとも２つ並列接続して構成されており、前記第１、第２のリアクトルの接続点を交流端子とし、前記少なくとも２つ並列接続されたレグの並列接続点を直流端子とする電力変換装置において、前記第１、第２のアームが、片極性電圧を出力可能な第１種単位変換器と、両極性電圧を出力可能な第２種単位変換器の少なくとも２種類の単位変換器とから構成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コストと低減と損失削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づく電力変換装置の第１の実施形態。
【図２】双方向チョッパ形の単位変換器。
【図３】フルブリッジ形の単位変換器。
【図４】交流電圧指令値生成部と直流電圧指令値生成部。
【図５】実施例１における指令値分配部と直流事故検出部。
【図６】実施例１における概略動作波形。
【図７】実施例２における指令値分配部と直流事故検出部。
【図８】実施例２における概略動作波形。
【図９】リアクトルの接続位置を変えた電力変換装置。
【図１０】双方向チョッパ形単位変換器とフルブリッジ形単位変換器の割合が相毎に異なる電力変換装置。
【図１１】本発明に基づく電力変換装置の第３の実施形態。
【図１２】２重Ｙ結線変圧器。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明を実施する形態（実施例）を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明を実施する第１の形態について説明する。
【００１９】
実施例１では、各アームが、フルブリッジ形単位変換器と双方向チョッパ形単位変換器の２種類の単位変換器で構成されている。
【００２０】
従来のＭＭＣＣ−ＤＳＢＣと同一定格のスイッチング素子を使用する場合、実施例１では、スイッチング素子数を約３／４に削減できるという効果を得られる。
【００２１】
以下、図１を用いて実施例１の構成を説明する。構成を説明した後に、本実施例の動作原理と概略動作波形を説明する。
【００２２】
まず、電力変換装置１０２と外部回路との接続状態を説明する。
【００２３】
電力変換装置１０２は変圧器１０３を介して交流系統１０１に接続している。本実施例では、変圧器１０３の交流系統１０１側を１次側とし、Ｒ点、Ｓ点、Ｔ点と称し、また、変圧器１０３の２次側をＲ′点、Ｓ′点、Ｔ′点と称する。
【００２４】
さらに、電力変換装置１０２は直流端子Ｐ点とＮ点を備えており、Ｐ点とＮ点の間に直流装置１１７を接続している。ここで、直流装置１１７は、直流電源、直流負荷、または電力変換装置を代表して描いたものである。直流装置１１７として、電力変換装置１０２と同一構成の電力変換装置を接続することもできる。
【００２５】
直流装置１１７が交直変換装置である場合、電力変換装置１０２と直流装置１１７は直流送電システムを構成する。
【００２６】
電力変換装置１０２は制御装置１１２を備えており、制御装置１１２は外部から外部信号線１１６を介して信号ＤＣＦを受信する機能を有する。
【００２７】
直流事故１１８は、後述する直流事故が発生した場合にＰ点、Ｎ点間を短絡する経路である。
【００２８】
以下、電力変換装置１０２の内部構成を説明する。
【００２９】
電力変換装置１０２は、変圧器１０３、Ｒ相レグ１０４Ｒ、Ｓ相レグ１０４Ｓ、Ｔ相レグ１０４Ｔ、電圧センサ１１０、１１５、電流センサ１１１、制御装置１１２、ゲート信号線１１３、コンデンサ電圧検出線１１４を備えている。
【００３０】
Ｒ相レグ１０４Ｒは、ＲＰアーム１０５ＲＰ、第１のリアクトル１０７ＲＰ、第２のリアクトル１０７ＲＮ、ＲＮアーム１０５ＲＮを直列接続した回路であり、リアクトル１０７ＲＰとリアクトル１０７ＲＮの接続点を変圧器１０３のＲ′点に接続し、ＲＰアーム１０５ＲＰのリアクトル１０５ＲＰに接続した端子とは反対側の端子をＰ点に接続し、ＲＮアーム１０５ＲＮのリアクトル１０５ＲＮに接続した端子とは反対側の端子をＮ点に接続している。
【００３１】
Ｓ相レグ１０４Ｓは、ＳＰアーム１０５ＳＰ、リアクトル（第１のリアクトル）１０７ＳＰ、リアクトル（第２のリアクトル）１０７ＳＮ、ＳＮアーム１０５ＳＮを直列接続した回路であり、リアクトル１０７ＳＰとリアクトル１０７ＳＮの接続点を変圧器１０３のＳ′点に接続し、ＳＰアーム１０５ＳＰのリアクトル１０ＳＳＰに接続した端子とは反対側の端子をＰ点に接続し、ＳＮアーム１０５ＳＮのリアクトル１０５ＳＮに接続した端子とは反対側の端子をＮ点に接続している。
【００３２】
Ｔ相レグ１０４Ｔは、ＴＰアーム１０５ＴＰ、リアクトル（第１のリアクトル）１０７ＴＰ、リアクトル（第２のリアクトル）１０７ＴＮ、ＴＮアーム１０５ＴＮを直列接続した回路であり、リアクトル１０７ＴＰとリアクトル１０７ＴＮの接続点を変圧器１０３のＴ′点に接続し、ＴＰアーム１０５ＴＰのリアクトル１０ＳＴＰに接続した端子とは反対側の端子をＰ点に接続し、ＴＮアーム１０５ＴＮのリアクトル１０７ＴＮに接続した端子とは反対側の端子をＮ点に接続している。
【００３３】
次に、各アームの内部構成を説明する。
【００３４】
ＲＰアーム１０５ＲＰは、Ｍ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８を直列接続して構成した双方向チョッパ群１０６ＲＰｃと、Ｎ個のフルブリッジ形単位変換器１０９を直列接続して構成したフルブリッジ群１０６ＲＰｆとを直列接続して構成する。双方向チョッパ群１０６ＲＰｃの出力電圧をＶＲＰｃと称し、フルブリッジ群１０６ＲＰｆの出力電圧をＶＲＰｆと称する。
【００３５】
ＲＮアーム１０５ＲＮは、Ｎ個のフルブリッジ形単位変換器１０９を直列接続して構成したフルブリッジ群１０６ＲＮｆと、Ｍ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８を直列接続して構成した双方向チョッパ群１０６ＲＮｃとを直列接続して構成する。フルブリッジ群１０６ＲＮｆの出力電圧をＶＲＮｆと称し、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃの出力電圧をＶＲＮｃと称する。
【００３６】
ＳＰアーム１０５ＳＰは、Ｍ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８を直列接続して構成した双方向チョッパ群１０６ＳＰｃと、Ｎ個のフルブリッジ形単位変換器１０９を直列接続して構成したフルブリッジ群１０６ＳＰｆとを直列接続して構成する。双方向チョッパ群１０６ＳＰｃの出力電圧をＶＳＰｃと称し、フルブリッジ群１０６ＳＰｆの出力電圧をＶＳＰｆと称する。
【００３７】
ＳＮアーム１０５ＳＮは、Ｎ個のフルブリッジ形単位変換器１０９を直列接続して構成したフルブリッジ群１０６ＳＮｆと、Ｍ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８を直列接続して構成した双方向チョッパ群１０６ＳＮｃとを直列接続して構成する。フルブリッジ群１０６ＳＮｆの出力電圧をＶＳＮｆと称し、双方向チョッパ群１０６ＳＮｃの出力電圧をＶＳＮｃと称する。
【００３８】
ＴＰアーム１０５ＴＰは、Ｍ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８を直列接続して構成した双方向チョッパ群１０６ＴＰｃと、Ｎ個のフルブリッジ形単位変換器１０９を直列接続して構成したフルブリッジ群１０６ＴＰｆとを直列接続して構成する。双方向チョッパ群１０６ＴＰｃの出力電圧をＶＴＰｃと称し、フルブリッジ群１０６ＴＰｆの出力電圧をＶＴＰｆと称する。
【００３９】
ＴＮアーム１０５ＴＮは、Ｎ個のフルブリッジ形単位変換器１０９を直列接続して構成したフルブリッジ群１０６ＴＮｆと、Ｍ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８を直列接続して構成した双方向チョッパ群１０６ＴＮｃとを直列接続して構成する。フルブリッジ群１０６ＴＮｆの出力電圧をＶＴＮｆと称し、双方向チョッパ群１０６ＴＮｃの出力電圧をＶＴＮｃと称する。
【００４０】
各アーム１０５ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮは、そのアームを流れる電流ＩＲＰ、ＳＰ、ＩＴＰ、ＩＲＮ、ＩＳＮ、ＩＴＮを検出する電流センサ１１１を備えており、検出結果を制御装置１１２に伝送する。
【００４１】
以下、図２を用いて双方向チョッパ形単位変換器１０８の内部構成を説明する。
【００４２】
双方向チョッパ形単位変換器１０８の主回路は、スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１Ｈと環流ダイオード（ハイサイド環流ダイオード）２０２Ｈの並列回路と、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌと環流ダイオード（ローサイド環流ダイオード）２０２Ｌの並列回路とを直列接続した回路と、コンデンサ２０３とを並列接続した構成である。
【００４３】
スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌと環流ダイオード（ローサイド環流ダイオード）２０２Ｌの並列回路の印加電圧Ｖｊｋ（ｊ＝ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮ、ｋ＝１、２、…、Ｍ）を、双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧と称する。
【００４４】
なお、図２では、スイッチング素子２０１Ｈ、ＬにＩＧＢＴの記号を用いているが、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＣＴ、ＧＴＯ、その他のオン・オフ制御素子であれば、スイッチング素子２０１Ｈ、Ｌとして用いることができる。
【００４５】
双方向チョッパ形単位変換器１０８は、コンデンサ電圧ＶＣｊｋを検出する電圧センサ２０４を備えており、コンデンサ電圧検出線１１４を介して制御装置１１２に接続している。
【００４６】
また、双方向チョッパ形単位変換器１０８は、制御装置１１２からゲート信号線１１３を介して伝送されたゲート信号ＧＨｊｋ、ＧＬｊｋに基づいて、スイッチング素子２０１Ｈ、Ｌのそれぞれのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加するゲートドライバ２０５を備えている。
【００４７】
以下、双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧Ｖｊｋと、スイッチング素子２０１Ｈ、Ｌのオン・オフ状態の関係を説明する。
【００４８】
スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１Ｈがオン、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌがオフの場合、電流Ｉｊ（ｊ＝ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮ）に関わらず、出力電圧Ｖｊｋをコンデンサ電圧ＶＣｊｋと概ね等しく制御できる。
【００４９】
スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１Ｈがオフ、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌがオンの場合、電流Ｉｊに関わらず、出力電圧Ｖｊｋを零と概ね等しく制御できる。
【００５０】
以上のように、双方向チョッパ形単位変換器１０８は零電圧あるいはＶＣｊｋという片極性の電圧を出力可能な単位変換器である。
【００５１】
以下、図３を用いてフルブリッジ形単位変換器１０９の内部構成を説明する。
【００５２】
フルブリッジ形単位変換器１０９の主回路は、スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨと環流ダイオード（Ｘ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＸＨの並列回路と、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬと環流ダイオード（Ｘ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＸＬの並列回路とを直列接続した回路と、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨと環流ダイオード（Ｙ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＹＨの並列回路と、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬと環流ダイオード（Ｘ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＹＬの並列回路とを直列接続した回路と、コンデンサ３０１とを並列接続した構成である。
【００５３】
ここで、スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨと環流ダイオード（Ｘ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＸＨの並列回路と、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬと環流ダイオード（Ｘ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＸＬの並列回路との直列接続点をＸ点と称する。
【００５４】
また、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨと環流ダイオード（Ｙ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＹＨの並列回路と、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬと環流ダイオード（Ｘ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＹＬの並列回路との直列接続点をＹ点と称する。
【００５５】
Ｙ点を基準としたＸ点の電位Ｖｊｋを、フルブリッジ形単位変換器１０９の出力電圧と称する。
【００５６】
フルブリッジ形単位変換器１０９は、コンデンサ電圧ＶＣｊｋ（ｊ＝ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮ、ｋ＝Ｍ＋１、Ｍ＋２、…、Ｍ＋Ｎ）を検出する電圧センサ２０４を備えており、コンデンサ電圧検出線１１４を介して制御装置１１２に接続している。
【００５７】
また、フルブリッジ形単位変換器１０９は、制御装置１１２からゲート信号線１１３を介して伝送されたゲート信号ＧＸＨｊｋ、ＧＸＬｊｋ、ＧＹＨｊｋ、ＧＹＬｊｋに基づいて、スイッチング素子２０１ＸＨ、ＸＬ、ＹＨ、ＹＬのそれぞれのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加するゲートドライバ３０２を備えている。
【００５８】
以下、フルブリッジ形単位変換器１０９の出力電圧Ｖｊｋと、スイッチング素子２０１ＸＨ、ＸＬ、ＹＨ、ＹＬのオン・オフ状態の関係を説明する。
【００５９】
スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオン、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオン、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオフの場合、電流Ｉｊに関わらず、出力電圧Ｖｊｋを零と概ね等しく制御できる。
【００６０】
スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオン、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオンの場合、電流Ｉｊに関わらず、出力電圧Ｖｊｋをコンデンサ電圧ＶＣｊｋと概ね等しく制御できる。
【００６１】
スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオフ、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオン、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオン、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオフの場合、電流Ｉｊに関わらず、出力電圧Ｖｊｋをコンデンサ電圧ＶＣｊｋの逆極性の電圧−ＶＣｊｋと概ね等しく制御できる。
【００６２】
スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオフ、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオン、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオンの場合、電流Ｉｊに関わらず、出力電圧Ｖｊｋを零と概ね等しく制御できる。
【００６３】
以上のように、フルブリッジ形単位変換器１０９は、ＶＣｊｋ、零、−ＶＣｊｋという双極性電圧を出力可能な単位変換器である。
【００６４】
以下、図４、図５を用いて制御装置１１２で実行されている制御方法を説明する。なお、本実施例では、変圧器１０３の巻数比が１：１である場合を想定して説明する。
【００６５】
図４は、電力変換装置１０２に与える交流電圧指令値を生成する交流電圧指令値生成部４１２と、直流電圧指令値を生成する直流電圧指令値生成部４１３を示している。また、図５は図４で得た交流電圧指令値と直流電圧指令値を各単位変換器１０８、１０９に分配する指令値分配部５０４と、直流事故を検出する直流事故検出部５０５を示している。まず、図４の動作を説明する。
【００６６】
図４は、すべての単位変換器１０８、１０９のコンデンサ電圧の平均値を一定に制御するコンデンサ電圧制御機能と、交流系統（電力系統）１０１に流すｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを制御する電流制御機能と、上記２つの制御機能を実現するための交流電圧指令値と直流電圧指令値を生成する機能を備えている。
【００６７】
以下、コンデンサ電圧制御機能を説明する。
【００６８】
電圧センサ２０４とコンデンサ電圧検出線１１４を介して検出したすべての単位変換器のコンデンサ電圧ＶＣｊｋの平均値を演算する。コンデンサ電圧平均値ＶＣとコンデンサ電圧指令値ＶＣ*の差ＶＣ*−ＶＣにコンデンサ電圧制御ゲイン４０３を乗算し、さらにｄ軸電流フィードフォワード値Ｉｄｆｆ*を加算してｄ軸電流指令値Ｉｄ*を得る。なお、Ｉｄｆｆ*は、交流系統１０１から電力変換装置１０２を介して直流装置１１７に供給する有効電力を制御するためのｄ軸電流指令値である。
【００６９】
本実施例の説明では、ｄ軸電流が正の場合に、交流系統１０１から電力変換装置１０２に有効電力が流入し、ｄ軸電流が負の場合に電力変換装置１０２から交流系統１０１に有効電力が流出するようにｄ軸、ｑ軸を定めたものとする。
【００７０】
コンデンサ電圧平均値ＶＣが指令値ＶＣ*より低下すれば、電力系統から有効電力が流入してコンデンサ電圧平均値ＶＣが上昇する。逆に、コンデンサ電圧平均値ＶＣが指令値ＶＣ*より上昇すれば、電力系統に有効電力が流出し、コンデンサ電圧が低下する。この作用により、コンデンサ電圧平均値ＶＣを指令値ＶＣ*と一致するように制御できる。
【００７１】
以下、電流制御機能について説明する。
【００７２】
電流センサ１１１を用いて検出したＲＰアーム１０５ＲＰを流れる電流ＩＲＰとＲＮアーム１０５ＲＮを流れる電流ＩＲＮの差ＩＲＰ−ＩＲＮ、すなわち交流系統１０１に流れる電流ＩＲを演算する。なお、ＩＲを検出する電流センサを別途設けてもよい。
【００７３】
電流センサ１１１を用いて検出したＳＰアーム１０５ＳＰを流れる電流ＩＳＰとＳＮアーム１０５ＳＮを流れる電流ＩＳＮの差ＩＳＰ−ＩＳＮ、すなわち交流系統１０１に流れる電流ＩＳを演算する。なお、ＩＳを検出する電流センサを別途設けてもよい。
【００７４】
電流センサ１１１を用いて検出したＴＰアーム１０５ＴＰを流れる電流ＩＴＰとＴＮアーム１０５ＴＮを流れる電流ＩＴＮの差ＩＴＰ−ＩＴＮ、すなわち交流系統１０１に流れる電流ＩＴを演算する。なお、ＩＴを検出する電流センサを別途設けてもよい。
【００７５】
検出したＩＲ、ＩＳ、ＩＴにα−β変換とｄ−ｑ変換を施し、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを得る。ここで、ｄ−ｑ変換に用いる位相角θは、交流系統１０１の電圧ＶＧＲ、ＶＧＳ、ＶＧＴから位相検出器４１１で検出した位相角であり、ＶＧＲの位相に同期している。
【００７６】
ｄ軸電流検出値Ｉｄがｄ軸電流指令値Ｉｄ*と一致するように、また、ｑ軸電流検出値Ｉｑがｑ軸電流指令値Ｉｑ*と一致するように、（１）、（２）式に基づいて、電力変換装置１０２に与えるｄ軸電圧指令値Ｖｄ*とｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を演算する。
〔数１〕
Ｖｄ*＝ＶＧｄ＋Ｇａｉｎ(Ｉｄ*−Ｉｄ)＋Ｒ・Ｉｄ＋Ｘ・Ｉｑ            …（１）
〔数２〕
Ｖｑ*＝ＶＧｑ＋Ｇａｉｎ(Ｉｑ*−Ｉｑ)−Ｘ・Ｉｄ＋Ｒ・Ｉｑ            …（２）
【００７７】
ここで、（１）、（２）式中のＶＧｄとＶＧｑはそれぞれ交流系統１０１の電圧ＶＧＲ、ＶＧＳ、ＶＧＴにα−β変換とｄ−ｑ変換を施して得られた交流系統ｄ軸電圧と交流系統ｑ軸電圧である。
【００７８】
また、（１）、（２）式中のＲを変圧器１０３の巻線抵抗とリアクトル１０７の巻線抵抗の１／２の和とし、Ｘを変圧器１０３の漏れリアクタンスとリアクトル１０７のリアクタンスの１／２の和とすることが好適である。
【００７９】
交流電圧指令値生成部４１２はさらに、（１）、（２）式で得られたＶｄ*、Ｖｑ*に逆ｄ−ｑ変換と逆α−β変換を施して交流電圧指令値ＶＲ*、ＶＳ*、ＶＴ*を演算する。
【００８０】
直流電圧指令値生成部４１３は直流電圧指令値ＶＤＣ*を生成する。
【００８１】
以下、図５を用いて指令値分配部５０４の動作を説明する。
【００８２】
Ｒ相交流電圧指令値ＶＲ*と直流電圧指令値ＶＤＣ*を、（３）〜（５）式に示すように、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃの出力電圧指令値ＶＲＰｃ*、フルブリッジ群１０６ＲＰｆの出力電圧指令値ＶＲＰｆ*、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃの出力電圧指令値ＶＲＮｃ*、フルブリッジ群１０６ＲＮｆの出力電圧指令値ＶＲＮｆ*とに分配する。
〔数３〕
ＶＲＰｃ*＝−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2・ＶＲ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２…（３）
〔数４〕
ＶＲＰｆ*＝−(１−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2)ＶＲ*＋(ｎ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２
…（４）
〔数５〕
ＶＲＮｃ*＝(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2・ＶＲ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２  …（５）
〔数６〕
ＶＲＮｆ*＝(１−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2)ＶＲ*＋(ｎ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２
…（６）
【００８３】
ここで、ｍとｎは、ｍ：ｎ＝（双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＲＮｃの最大出力電圧）：（フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＲＮｆの最大出力電圧）を満足する数である。
【００８４】
後述する直流事故発生時に事故電流を抑制するためには、ｍ≦ｎであることが好適である。
【００８５】
また、Ｄは、後述する直流事故検出部５０５が出力する直流事故検出信号であり、直流事故を検出していない場合に１、直流事故を検出した場合に０となるような信号である。
【００８６】
同様に、Ｓ相交流電圧指令値ＶＳ*と直流電圧指令値ＶＤＣ*を、（７）〜（１０）式に示すように、双方向チョッパ群１０６ＳＰｃの出力電圧指令値ＶＳＰｃ*、フルブリッジ群１０６ＳＰｆの出力電圧指令値ＶＳＰｆ*、双方向チョッパ群１０６ＳＮｃの出力電圧指令値ＶＳＮｃ*、フルブリッジ群１０６ＳＮｆの出力電圧指令値ＶＳＮｆ*とに分配する。
〔数７〕
ＶＳＰｃ*＝−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2・ＶＳ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２…（７）
〔数８〕
ＶＳＰｆ*＝−(１−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2)ＶＳ*＋(ｎ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２
…（８）
〔数９〕
ＶＳＮｃ*＝(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2・ＶＳ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２  …（９）
〔数１０〕
ＶＳＮｆ*＝(１−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2)ＶＳ*＋(ｎ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２
…（１０）
【００８７】
ｍ、ｎ、Ｄについては、上記で説明したものと同様の数である。
【００８８】
同様に、Ｔ相交流電圧指令値ＶＴ*と直流電圧指令値ＶＤＣ*を、（１１）〜（１４）式に示すように、双方向チョッパ群１０６ＴＰｃの出力電圧指令値ＶＴＰｃ*、フルブリッジ群１０６ＴＰｆの出力電圧指令値ＶＴＰｆ*、双方向チョッパ群１０６ＴＮｃの出力電圧指令値ＶＴＮｃ*、フルブリッジ群１０６ＴＮｆの出力電圧指令値ＶＴＮｆ*とに分配する。
〔数１１〕
ＶＴＰｃ*＝−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2・ＶＴ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２
…（１１）
〔数１２〕
ＶＴＰｆ*＝−(１−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2)ＶＴ*＋(ｎ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２
…（１２）
〔数１３〕
ＶＴＮｃ*＝(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2・ＶＴ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２…（１３）
〔数１４〕
ＶＴＮｆ*＝(１−(ｍ／(ｍ＋ｎ))Ｄ2)ＶＴ*＋(ｎ／(ｍ＋ｎ))Ｄ・ＶＤＣ*／２
…（１４）
【００８９】
ｍ、ｎ、Ｄについては、上記で説明したものと同様の数である。
【００９０】
ここで、（３）〜（１４）式の第１項がＤ2を含んでおり、第２項がＤを含んでいるが、前記Ｄ2、Ｄに代えて、ａ、ｂを任意の正の実数として、Ｄa、Ｄbとしても同様の効果を得られる。以下の説明では、（３）〜（１４）式と同様にａ＝２、ｂ＝１として説明する。
【００９１】
なお、各アーム１０５ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮ内で、双方向チョッパ形単位変換器１０８あるいはフルブリッジ形単位変換器１０９が故障した場合、故障した該単位変換器は短絡される。
【００９２】
故障した単位変換器が短絡された場合、故障した単位変換器を含むアーム１０５における双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧の和と、フルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧の和の比、すなわちｍ：ｎが変化する。
【００９３】
このような場合に対応するため、指令値分配部５０４、および後述の図７の指令値分配部７０１は、故障した単位変換器を含むアーム１０５について、（３）〜（１４）式で説明したｍ、ｎを変化させることによって、電圧指令値の分配比率を変化させ、電力変換装置１０２の運転を継続するように制御する機能を設けることができる。
【００９４】
例えば、双方向チョッパ形単位変換器１０８のいずれか１つが故障して短絡された際に、該双方向チョッパ形単位変換器１０８を含むアームにおいて、前記のｍ：ｎを（ｍ−Δｍ）：ｎに変化させることによって、該アームの運転を継続できる。ただし、Δｍは、１つの双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧と、該故障した双方向チョッパ形単位変換器１０８を含むアーム中の、故障したものも含むＭ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧の合計の比である。
【００９５】
また、例えば、フルブリッジ形単位変換器１０９のいずれかが故障して短絡された際に、該フルブリッジ形単位変換器１０９を含むアームにおいて、前記のｍ：ｎをｍ：（ｎ−Δｎ）に変化させることによって、該アームの運転を継続できる。ただし、Δｎは、故障したフルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧と、該故障したフルブリッジ形単位変換器１０９を含むアーム中の、故障したものも含むＮ個のフルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧の合計の比である。
【００９６】
次に、ゲートパルス発生部５０３の動作を説明する。
【００９７】
ゲートパルス発生部５０３は、（３）式で得られた各電圧指令値ＶＲＰｃ*と実際のＶＲＰｃが極力一致するように双方向チョッパ群１０６ＲＰｃに含まれるＭ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＲＰｋ（ｋ＝１、２、…、Ｍ）を制御するために、各双方向チョッパ形単位変換器１０８に与えるゲート信号ＧＨＲＰｋ、ＧＬＲＰｋを生成する。
【００９８】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（４）式で得られた各電圧指令値ＶＲＰｆ*と実際のＶＲＰｆが極力一致するようにフルブリッジ群１０６ＲＰｆに含まれるＮ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＲＰｋ（ｋ＝Ｍ＋１、Ｍ＋２、…、Ｎ）を制御するために、各フルブリッジ形単位変換器１０９に与えるゲート信号ＧＸＨＲＰｋ、ＧＸＬＲＰｋ、ＧＹＨＲＰｋ、ＧＹＬＲＰｋを生成する。
【００９９】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（５）式で得られた各電圧指令値ＶＲＮｃ*と実際のＶＲＮｃが極力一致するように双方向チョッパ群１０６ＲＮｃに含まれるＭ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＲＮｋ（ｋ＝１、２、…、Ｍ）を制御するために、各双方向チョッパ形単位変換器１０８に与えるゲート信号ＧＨＲＮｋ、ＧＬＲＮｋを生成する。
【０１００】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（６）式で得られた各電圧指令値ＶＲＮｆ*と実際のＶＲＮｆが極力一致するようにフルブリッジ群１０６ＲＮｆに含まれるＮ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＲＮｋ（ｋ＝Ｍ＋１、Ｍ＋２、…、Ｎ）を制御するために、各フルブリッジ形単位変換器１０９に与えるゲート信号ＧＸＨＲＮｋ、ＧＸＬＲＮｋ、ＧＹＨＲＮｋ、ＧＹＬＲＮｋを生成する。
【０１０１】
ゲートパルス発生部５０３は、（７）式で得られた各電圧指令値ＶＳＰｃ*と実際のＶＳＰｃが極力一致するように双方向チョッパ群１０６ＳＰｃに含まれるＭ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＳＰｋ（ｋ＝１、２、…、Ｍ）を制御するために、各双方向チョッパ形単位変換器１０８に与えるゲート信号ＧＨＳＰｋ、ＧＬＳＰｋを生成する。
【０１０２】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（８）式で得られた各電圧指令値ＶＳＰｆ*と実際のＶＳＰｆが極力一致するようにフルブリッジ群１０６ＳＰｆに含まれるＮ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＳＰｋ（ｋ＝Ｍ＋１、Ｍ＋２、…、Ｎ）を制御するために、各フルブリッジ形単位変換器１０９に与えるゲート信号ＧＸＨＳＰｋ、ＧＸＬＳＰｋ、ＧＹＨＳＰｋ、ＧＹＬＳＰｋを生成する。
【０１０３】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（９）式で得られた各電圧指令値ＶＳＮｃ*と実際のＶＳＮｃが極力一致するように双方向チョッパ群１０６ＳＮｃに含まれるＭ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＳＮｋ（ｋ＝１、２、…、Ｍ）を制御するために、各双方向チョッパ形単位変換器１０８に与えるゲート信号ＧＨＳＮｋ、ＧＬＳＮｋを生成する。
【０１０４】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（１０）式で得られた各電圧指令値ＶＳＮｆ*と実際のＶＳＮｆが極力一致するようにフルブリッジ群１０６ＳＮｆに含まれるＮ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＳＮｋ（ｋ＝Ｍ＋１、Ｍ＋２、…、Ｎ）を制御するために、各フルブリッジ形単位変換器１０９に与えるゲート信号ＧＸＨＳＮｋ、ＧＸＬＳＮｋ、ＧＹＨＳＮｋ、ＧＹＬＳＮｋを生成する。
【０１０５】
ゲートパルス発生部５０３は、（１１）式で得られた各電圧指令値ＶＴＰｃ*と実際のＶＴＰｃが極力一致するように双方向チョッパ群１０６ＴＰｃに含まれるＭ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＴＰｋ（ｋ＝１、２、…、Ｍ）を制御するために、各双方向チョッパ形単位変換器１０８に与えるゲート信号ＧＨＴＰｋ、ＧＬＴＰｋを生成する。
【０１０６】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（１２）式で得られた各電圧指令値ＶＴＰｆ*と実際のＶＴＰｆが極力一致するようにフルブリッジ群１０６ＴＰｆに含まれるＮ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＴＰｋ（ｋ＝Ｍ＋１、Ｍ＋２、…、Ｎ）を制御するために、各フルブリッジ形単位変換器１０９に与えるゲート信号ＧＸＨＴＰｋ、ＧＸＬＴＰｋ、ＧＹＨＴＰｋ、ＧＹＬＴＰｋを生成する。
【０１０７】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（１３）式で得られた各電圧指令値ＶＴＮｃ*と実際のＶＴＮｃが極力一致するように双方向チョッパ群１０６ＴＮｃに含まれるＭ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＴＮｋ（ｋ＝１、２、…、Ｍ）を制御するために、各双方向チョッパ形単位変換器１０８に与えるゲート信号ＧＨＴＮｋ、ＧＬＴＮｋを生成する。
【０１０８】
同様に、ゲートパルス発生部５０３は、（１４）式で得られた各電圧指令値ＶＴＮｆ*と実際のＶＴＮｆが極力一致するようにフルブリッジ群１０６ＴＮｆに含まれるＮ個の双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧ＶＴＮｋ（ｋ＝Ｍ＋１、Ｍ＋２、…、Ｎ）を制御するために、各フルブリッジ形単位変換器１０９に与えるゲート信号ＧＸＨＴＮｋ、ＧＸＬＴＮｋ、ＧＹＨＴＮｋ、ＧＹＬＴＮｋを生成する。
【０１０９】
次に、直流事故検出部５０５の動作を説明する。
【０１１０】
直流事故検出部は直流系統の電圧ＶＤＣ、直流系統の電流ＩＤＣ、外部信号ＤＣＦを受信している。
【０１１１】
ＶＤＣが予め、または逐次設定された値を下回った場合、あるいはＩＤＣが予め、または逐次設定された値を上回った場合、あるいは外部信号ＤＣＦとして予め定められた信号を受信した場合に、直流事故を検出し、直流事故検出信号Ｄを出力する。前述のように、Ｄは直流事故を検出していない場合に１、直流事故を検出した場合に０となる信号である。また、０と１の間の値を取ることもできるものとする。
【０１１２】
さらに、直流事故検出部５０５は、直流事故を検出してから一定時間経過後に、あるいは外部信号ＤＣＦとして予め定められた信号を受信した場合に、直流事故検出信号Ｄを０から１に復帰させる。このとき、直流事故検出部５０５は、瞬時に、またはある傾きをもってＤを０から１に変化させる。後述の図６の説明では、Ｄがある傾きをもって０から１に変化するものとして説明する。
【０１１３】
直流事故検出信号Ｄは、前述した指令値分配部５０４に与えられる。
【０１１４】
以上で、電力変換装置１０２の構成と制御方法を説明した。
【０１１５】
以下、図６を用いて、電力変換装置１０２が運転中に、電力変換装置１０２と直流装置１１７の間で直流事故１１８が発生した場合の概略動作波形を説明する。また、波形の説明の中で、本実施例の効果とそのメカニズムを説明する。
【０１１６】
図６に、交流系統の電圧ＶＧＲ、ＶＧＳ、ＶＧＴ、交流系統の電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴ、直流系統の電圧ＶＤＣ、直流系統の電流ＩＤＣ、アーム１０５ＲＰ、ＳＰ、ＴＰを流れる電流ＩＲＰ、ＩＳＰ、ＩＴＰ、アーム１０５ＲＮ、ＳＮ、ＴＮを流れる電流ＩＲＮ、ＩＳＮ、ＩＴＮ、交流電圧指令値ＶＲ*、ＶＳ*、ＶＴ*、直流事故検出信号Ｄ、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃに与える電圧指令値ＶＲＰｃ*、ＶＳＰｃ*、ＶＴＰｃ*、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃの出力電圧ＶＲＰｃ、ＶＳＰｃ、ＶＴＰｃ、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆに与える電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆの出力電圧ＶＲＰｆ、ＶＳＰｆ、ＶＴＰｆ、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃに与える電圧指令値ＶＲＮｃ*、ＶＳＮｃ*、ＶＴＮｃ*、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃの出力電圧ＶＲＮｃ、ＶＳＮｃ、ＶＴＮｃ、フルブリッジ群１０６ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆに与える電圧指令値ＶＲＮｆ*、ＶＳＮｆ*、ＶＴＮｆ*、フルブリッジ群１０６ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆの出力電圧ＶＲＮｆ、ＶＳＮｆ、ＶＴＮｆの概略波形を示す。
【０１１７】
なお、図６中の［ａ.ｕ.］とは、arbitrary unit、すなわち任意単位を表わしている。
【０１１８】
また、図６は、１つのアーム１０５に含まれる双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧と、フルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧の比、すなわちｍ：ｎを、１：１とした場合の波形を例示するものである。
【０１１９】
時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間では、ｄ軸、ｑ軸電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*に有限の値を与えており、電力変換装置１０２は交流系統１０１から有効電力Ｐと無効電力Ｑを受電している。さらに、受電した有効電力Ｐと概ね等しい電力を、直流装置１１７に供給している。
【０１２０】
時刻Ｔ１で直流事故１１８が発生した。直流事故１１８が電力変換装置１０２の直近で発生したとすると、ＶＤＣは零となる。
【０１２１】
ＶＤＣが零となると、各レグ１０４Ｒ、Ｓ、Ｔの各単位変換器１０８、１０９が発生している直流電圧のすべてが、リアクトル１０７ＲＰ、ＲＮ、ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮに印加される。このため、直流系統の電流ＩＤＣが増加する。
【０１２２】
以上の説明より、直流事故は直流系統の電圧ＶＤＣの低下もしくは直流系統の電流ＩＤＣの増加から検出が可能である。
【０１２３】
時刻Ｔ２で、直流事故検出部５０５が直流事故を検出し、直流事故検出信号Ｄを１から０に変化させた。Ｄの変化に伴って、指令値分配部５０４が各単位変換器１０８、１０９に与える電圧指令値を変化させた。
【０１２４】
具体的には、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃ、ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃの出力電圧指令値ＶＲＰｃ*、ＶＳＰｃ*、ＶＴＰｃ*、ＶＲＮ*、ＶＳＮ*、ＶＴＮ*を零に変化させ、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆの出力電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、ＶＲＮ*、ＶＳＮ*、ＶＴＮ*の直流成分を零に変化させ、交流成分を２倍に変化させた。ここで、２倍である理由は、ｍ：ｎ＝１：１であるためである。
【０１２５】
また、直流事故によって直流系統の電圧ＶＤＣが零となった場合、直流電流ＩＤＣを流しても直流装置１１７に電力を供給できなくなるため、電力変換装置１０２は、時刻Ｔ２で、交流系統１０１から受電する有効電力を制御するためのｄ軸電流フィードフォワード値Ｉｄｆｆ*も零とした。このため、時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間で、交流系統に流れる電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴは、概ね、ｑ軸電流に相当する無効電流成分のみとなる。
【０１２６】
すなわち、本実施例では、電力変換装置１０２は、直流事故が発生している状況においても交流系統１０１に無効電力を供給する機能を保持できる。図６においては直流事故発生前後でｑ軸電流指令値を一定に制御している場合、すなわち一定の無効電力を供給している場合を例示したが、例えば、直流事故に伴って交流系統１０１側の有効電力が急変すると、交流系統１０１の電力動揺を引き起こす可能性がある。このような場合に、電力変換装置１０２が交流系統に供給する無効電力を用いて、交流系統１０１の電力動揺を抑制するように制御することもできる。
【０１２７】
ここで、本実施例で得られる効果とそのメカニズムについて説明する。
【０１２８】
時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間では、直流系統電圧ＶＤＣは零であるが、各双方向チョッパ形単位変換器１０８、フルブリッジ形単位変換器１０９の出力電圧の直流成分も概ね零であるため、直流系統の電流ＩＤＣが過電流となることを防止できる。
【０１２９】
さらに、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆが、交流系統１０１の電圧ＶＧＲ、ＶＧＳ、ＶＧＴに対抗する電圧を出力しているため、交流系統１０１から直流事故１１８に電流が流入することも防止できる。
【０１３０】
したがって、本実施例で説明した図１の回路構成および図４、図５の制御方法によって、直流事故時に流れる過電流を防止できるという効果が得られる。
【０１３１】
非特許文献２では、すべての単位変換器をフルブリッジ形単位変換器としているが、本発明では、双方向チョッパ形単位変換器１０８とフルブリッジ形単位変換器１０９を混在させることで、スイッチング素子２０１の数を低減可能である。
【０１３２】
例えば、すべてのスイッチング素子２０１の定格が等しい場合、かつ、ｍ：ｎ＝１：１である場合、スイッチング素子２０１の個数を概ね３／４に低減できるという効果が得られる。
【０１３３】
さて、時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間のいずれかの時刻で直流事故１１８が除去された後、時刻Ｔ３〜Ｔ４の期間で、直流事故検出部５０５が直流事故検出信号Ｄを０から１に徐々に復帰させた。
【０１３４】
Ｄの変化に伴って、指令値分配部５０４が、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃ、ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃの出力電圧指令値ＶＲＰｃ*、ＶＳＰｃ*、ＶＴＰｃ*、ＶＲＮｃ*、ＶＳＮｃ*、ＶＴＮｃ*と、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆの出力電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、ＶＲＮｆ*、ＶＳＮｆ*、ＶＴＮｆ*を直流事故発生前、すなわち、時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間と同様の波形に復帰させた。
【０１３５】
さらに、ｄ軸電流フィードフォワード値Ｉｄｆｆ*も同様に時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間と同様の波形に復帰させたため、交流系統に流れる電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴの波形も、時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間と同様の波形に復帰させている。
【０１３６】
以上で、図６を用いて本実施例の概略動作波形を説明した。
【０１３７】
なお、本実施例では、図１に示すように、リアクトル１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮが変圧器１０３の２次巻線に接続されている、すなわちＲ′点、Ｓ′点、Ｔ′点に接続している回路を例示しているが、例えば、図９に示すように、リアクトル１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰがＰ点に、また、リアクトル１０７ＲＮ、ＳＮ、ＴＮがＮ点に接続している回路でも同様の効果を得られる。
【０１３８】
また、図示は省略したが、Ｒ相レグ１０４Ｒの中で、リアクトル１０７ＲＰ、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、フルブリッジ群１０６ＲＰｆの直列接続の順序に関係なく、同様の効果を得られる。また、図示は省略したが、Ｒ相レグ１０４Ｒの中で、リアクトル１０７ＲＮ、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃ、フルブリッジ群１０６ＲＮｆの直列接続の順序に関係なく、同様の効果を得られる。
【０１３９】
また、図示は省略したが、Ｓ相レグ１０４Ｓの中で、リアクトル１０７ＳＰ、双方向チョッパ群１０６ＳＰｃ、フルブリッジ群１０６ＳＰｆの直列接続の順序に関係なく、同様の効果を得られる。また、図示は省略したが、Ｓ相レグ１０４Ｓの中で、リアクトル１０７ＳＮ、双方向チョッパ群１０６ＳＮｃ、フルブリッジ群１０６ＳＮｆの直列接続の順序に関係なく、同様の効果を得られる。
【０１４０】
また、図示は省略したが、Ｔ相レグ１０４Ｔの中で、リアクトル１０７ＴＰ、双方向チョッパ群１０６ＴＰｃ、フルブリッジ群１０６ＴＰｆの直列接続の順序に関係なく、同様の効果を得られる。また、図示は省略したが、Ｔ相レグ１０４Ｔの中で、リアクトル１０７ＴＮ、双方向チョッパ群１０６ＴＮｃ、フルブリッジ群１０６ＴＮｆの直列接続の順序に関係なく、同様の効果を得られる。
【０１４１】
さらに、図１、図９では、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃ、ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃ中に双方向チョッパ形単位変換器１０８が集中しており、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆ中にフルブリッジ形単位変換器１０９が集中している回路図を例示しているが、例えば、双方向チョッパ形単位変換器１０８とフルブリッジ形単位変換器１０９が交互に直列接続されていたり、例えば、双方向チョッパ形単位変換器１０８とフルブリッジ形単位変換器１０９がランダムな順序で直列接続されていても、同様な効果を得られる。
【０１４２】
なお、以上の説明では、各レグ１０４Ｒ、Ｓ、Ｔに含まれる双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧の和とフルブリッジ形単位変換器１０９との最大出力電圧の和の比ｍ：ｎが、全レグで等しい場合について説明したが、ｍ：ｎがレグ毎に異なる場合においても、図５に図示した指令値分配部５０４の制御方法を、以下で説明する方法に置き換えることにより、本実施例で説明してきた効果を得られる。
【０１４３】
また、後述するように、あるレグが双方向チョッパ形単位変換器１０８のみを備えており、別のレグがフルブリッジ形単位変換器１０９のみを備えている構成を取ることが可能である。この場合、各レグを１種類の単位変換器のみで構成できるという効果が得られる。
【０１４４】
以下、Ｒ相レグ１０４Ｒにおける双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧の和と、フルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧の和の比を、ｍｒ：ｎｒと表記する。
【０１４５】
同様に、Ｓ相レグ１０４Ｓにおける双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧の和と、フルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧の和の比を、ｍｓ：ｎｓと表記する。
【０１４６】
同様に、Ｔ相レグ１０４Ｔにおける双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧の和と、フルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧の和の比を、ｍｔ：ｎｔと表記する。
【０１４７】
なお、上記のようにｍ：ｎが各相で異なる場合にも、交流電圧指令値生成部４１２、直流電圧指令値生成部４１３、直流事故検出部５０５を用いることができる。しかし、指令値分配部５０４に関しては、図５に図示したものとは異なる方式を用いる。図示は省略するが、以下、その動作原理を説明する。
【０１４８】
直流事故検出部５０５が直流事故を検出していない場合、すなわち直流事故検出信号Ｄが１である場合、実施例３における電力変換装置１０２の動作は、図６で説明したものと同様である。
【０１４９】
直流事故検出部５０５が直流事故を検出し、Ｄを０に変化させた場合、図６に図示した波形と同様、すべての双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧を零とする。
【０１５０】
各レグ１０４Ｒ、Ｓ、Ｔのフルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆに、Ｄが０である期間で、（１５）〜（２０）式に示す電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、ＶＲＮｆ*、ＶＳＮｆ*、ＶＴＮｆ*を与える。
〔数１５〕
ＶＲＰｆ*＝−((ｎｒ−ｎｓ＋ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＲ*−ＶＳ*)
＋((ｎｒ＋ｎｓ−ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＴ*−ＶＲ*)
…（１５）
〔数１６〕
ＶＳＰｆ*＝−((ｎｒ＋ｎｓ−ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＳ*−ＶＴ*)
＋((−ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＲ*−ＶＳ*)
…（１６）
〔数１７〕
ＶＴＰｆ*＝−((−ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＴ*−ＶＲ*）
＋((ｎｒ＋ｎｓ−ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＳ*−ＶＴ*)
…（１７）
〔数１８〕
ＶＲＮｆ*＝((ｎｒ−ｎｓ＋ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＲ*−ＶＳ*)
−((ｎｒ＋ｎｓ−ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＴ*−ＶＲ*)
…（１８）
〔数１９〕
ＶＳＮｆ*＝((ｎｒ＋ｎｓ−ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＳ*−ＶＴ*)
−((−ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＲ*−ＶＳ*)
…（１９）
〔数２０〕
ＶＴＮｆ*＝((−ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＴ*−ＶＲ*)
−((ｎｒ＋ｎｓ−ｎｔ)／(ｎｒ＋ｎｓ＋ｎｔ))(ＶＳ*−ＶＴ*)
…（２０）
【０１５１】
直流事故検出部５０５が直流事故を検出している期間で、（１５）〜（２０）式に基づいてフルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆを制御すれば、例えば、図１０に示すように、Ｓ相レグ１０４Ｓを構成する単位変換器がすべて双方向チョッパ形単位変換器１０８であり、Ｒ相レグ１０４ＲとＴ相レグ１０４Ｔを構成する単位変換器がすべてフルブリッジ形単位変換器１０９である場合、すなわち、例えば、ｎｒ：ｎｓ：ｎｔ＝１：０：１である場合にも、直流系統事故検出時に、交流系統１０１から直流事故１１８に流入する過電流を防止できるという効果を得られる。
【実施例２】
【０１５２】
本発明を実施する第２の形態について説明する。
【０１５３】
実施例２では、実施例１の指令値分配部５０４に代えて、図７に示す指令値分配部７０１を適用したことが特徴である。
【０１５４】
実施例１と同様に、従来のＭＭＣＣ−ＤＳＢＣと同一定格のスイッチング素子を使用する場合、スイッチング素子数を約３／４に削減できるという効果を得られる。
【０１５５】
以下、実施例１と共通の構成である図１〜図４については説明を省略し、図５に代えて用いる図７の指令値分配部７０１の動作を説明する。
【０１５６】
Ｒ相交流電圧指令値ＶＲ*と直流電圧指令値ＶＤＣ*を、（２１）〜（２４）式に示すように、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃの出力電圧指令値ＶＲＰｃ*、フルブリッジ群１０６ＲＰｆの出力電圧指令値ＶＲＰｆ*、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃの出力電圧指令値ＶＲＮｃ*、フルブリッジ群１０６ＲＮｆの出力電圧指令値ＶＲＮｆ*とに分配する。
〔数２１〕
ＶＲＰｃ*＝−(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＲ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２       …（２１）
〔数２２〕
ＶＲＰｆ*＝−(ｎ／(ｍ＋ｎ))ＶＲ*＋(((Ｄ−１)ｍ＋Ｄｎ)／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２
…（２２）
〔数２３〕
ＶＲＮｃ*＝(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＲ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２         …（２３）
〔数２４〕
ＶＲＮｆ*＝(ｎ／(ｍ＋ｎ))ＶＲ*＋(((Ｄ−１)ｍ＋Ｄｎ)／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２
…（２４）
【０１５７】
実施例１と同様に、ｍとｎは、ｍ：ｎ＝（双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＲＮｃの最大出力電圧）：（フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＲＮｆの最大出力電圧）を満足する数である。
【０１５８】
後述する直流事故発生時に事故電流を抑制するためには、ｍ≦ｎであることが好適である。
【０１５９】
また、Ｄは、後述する直流事故検出部５０５が出力する直流事故検出信号であり、直流事故を検出していない場合に１、直流事故を検出した場合に０となるような信号である。
【０１６０】
実施例１とは異なり、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＲＮｃに与える電圧指令値ＶＲＰｃ*、ＶＲＮｃ*に直流事故検出信号Ｄが含まれていないことが、実施例２の特徴である。
【０１６１】
同様に、Ｓ相交流電圧指令値ＶＳ*と直流電圧指令値ＶＤＣ*を、（２５）〜（２８）式に示すように、双方向チョッパ群１０６ＳＰｃの出力電圧指令値ＶＳＰｃ*、フルブリッジ群１０６ＳＰｆの出力電圧指令値ＶＳＰｆ*、双方向チョッパ群１０６ＳＮｃの出力電圧指令値ＶＳＮｃ*、フルブリッジ群１０６ＳＮｆの出力電圧指令値ＶＳＮｆ*とに分配する。
〔数２５〕
ＶＳＰｃ*＝−(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＳ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２       …（２５）
〔数２６〕
ＶＳＰｆ*＝−(ｎ／(ｍ＋ｎ))ＶＳ*＋(((Ｄ−１)ｍ＋Ｄｎ)／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２                                                                      …（２６）
〔数２７〕
ＶＳＮｃ*＝(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＳ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２         …（２７）
〔数２８〕
ＶＳＮｆ*＝(ｎ／(ｍ＋ｎ))ＶＳ*＋(((Ｄ−１)ｍ＋Ｄｎ)／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２
…（２８）
【０１６２】
ｍ、ｎ、Ｄについては、上記で説明したものと同様の数である。
【０１６３】
同様に、Ｔ相交流電圧指令値ＶＴ*と直流電圧指令値ＶＤＣ*を、（２９）〜（３２）式に示すように、双方向チョッパ群１０６ＴＰｃの出力電圧指令値ＶＴＰｃ*、フルブリッジ群１０６ＴＰｆの出力電圧指令値ＶＴＰｆ*、双方向チョッパ群１０６ＴＮｃの出力電圧指令値ＶＴＮｃ*、フルブリッジ群１０６ＴＮｆの出力電圧指令値ＶＴＮｆ*とに分配する。
〔数２９〕
ＶＴＰｃ*＝−(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＴ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２       …（２９）
〔数３０〕
ＶＴＰｆ*＝−(ｎ／(ｍ＋ｎ))ＶＴ*＋(((Ｄ−１)ｍ＋Ｄｎ)／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２
…（３０）
〔数３１〕
ＶＴＮｃ*＝(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＴ*＋(ｍ／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２         …（３１）
〔数３２〕
ＶＴＮｆ*＝(ｎ／(ｍ＋ｎ))ＶＴ*＋(((Ｄ−１)ｍ＋Ｄｎ)／(ｍ＋ｎ))ＶＤＣ*／２
…（３２）
【０１６４】
ｍ、ｎ、Ｄについては、上記で説明したものと同様の数である。
【０１６５】
以上で、図７の指令値分配部７０１の動作を説明した。
【０１６６】
以下、図８を用いて、電力変換装置１０２が運転中に、電力変換装置１０２と直流装置１１７の間で直流事故１１８が発生した場合の概略動作波形を説明する。また、波形の説明の中で、本実施例の効果とそのメカニズムを説明する。
【０１６７】
図８に、交流系統の電圧ＶＧＲ、ＶＧＳ、ＶＧＴ、交流系統の電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴ、直流系統の電圧ＶＤＣ、直流系統の電流ＩＤＣ、アーム１０５ＲＰ、ＳＰ、ＴＰを流れる電流ＩＲＰ、ＩＳＰ、ＩＴＰ、アーム１０５ＲＮ、ＳＮ、ＴＮを流れる電流ＩＲＮ、ＩＳＮ、ＩＴＮ、交流電圧指令値ＶＲ*、ＶＳ*、ＶＴ*、直流事故検出信号Ｄ、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃに与える電圧指令値ＶＲＰｃ*、ＶＳＰｃ*、ＶＴＰｃ*、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃの出力電圧ＶＲＰｃ、ＶＳＰｃ、ＶＴＰｃ、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆに与える電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆの出力電圧ＶＲＰｆ、ＶＳＰｆ、ＶＴＰｆ、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃに与える電圧指令値ＶＲＮｃ*、ＶＳＮｃ*、ＶＴＮｃ*、双方向チョッパ群１０６ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃの出力電圧ＶＲＮｃ、ＶＳＮｃ、ＶＴＮｃ、フルブリッジ群１０６ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆに与える電圧指令値ＶＲＮｆ*、ＶＳＮｆ*、ＶＴＮｆ*、フルブリッジ群１０６ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆの出力電圧ＶＲＮｆ、ＶＳＮｆ、ＶＴＮｆの概略波形を示す。
【０１６８】
なお、図８中の［ａ.ｕ.］とは、arbitrary unit、すなわち任意単位を表わしている。
【０１６９】
また、図８は、１つのアーム１０５に含まれる双方向チョッパ形単位変換器１０８の最大出力電圧と、フルブリッジ形単位変換器１０９の最大出力電圧の比、すなわちｍ：ｎを、１：１とした場合の波形を例示するものである。
【０１７０】
時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間では、ｄ軸、ｑ軸電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*に有限の値を与えており、電力変換装置１０２は交流系統１０１から有効電力Ｐと無効電力Ｑを受電している。さらに、受電した有効電力Ｐと概ね等しい電力を、直流装置１１７に供給している。
【０１７１】
時刻Ｔ１で直流事故１１８が発生した。直流事故１１８が電力変換装置１０２の直近で発生したとすると、ＶＤＣは零となる。
【０１７２】
ＶＤＣが零となると、各レグ１０４Ｒ、Ｓ、Ｔの各双方向チョッパ形単位変換器１０８、フルブリッジ形単位変換器１０９が発生している直流電圧のすべてが、リアクトル１０７ＲＰ、ＲＮ、ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮに印加される。このため、直流系統の電流ＩＤＣが増加する。
【０１７３】
以上の説明より、直流事故は直流系統の電圧ＶＤＣの低下もしくは直流系統の電流ＩＤＣの増加から検出が可能である。
【０１７４】
時刻Ｔ２で、直流事故検出部５０５が直流事故を検出し、直流事故検出信号Ｄを１から０に変化させた。Ｄの変化に伴って、指令値分配部７０１がフルブリッジ形単位変換器１０９に与える電圧指令値を変化させた。
【０１７５】
具体的には、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃ、ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃの出力電圧指令値ＶＲＰｃ*、ＶＳＰｃ*、ＶＴＰｃ*、ＶＲＮ*、ＶＳＮ*、ＶＴＮ*を変化させることなく、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆの出力電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、ＶＲＮ*、ＶＳＮ*、ＶＴＮ*の直流成分を変化させ、双方向チョッパ群１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃ、ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃの出力電圧指令値ＶＲＰｃ*、ＶＳＰｃ*、ＶＴＰｃ*、ＶＲＮ*、ＶＳＮ*、ＶＴＮ*の直流成分と、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆの出力電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、ＶＲＮ*、ＶＳＮ*、ＶＴＮ*の直流成分が、アーム中で相殺するように切り替えた。
【０１７６】
また、直流事故によって直流系統の電圧ＶＤＣが零となった場合、直流電流ＩＤＣを流しても直流装置１１７に電力を供給できなくなるため、電力変換装置１０２は、時刻Ｔ２で、交流系統１０１から受電する有効電力を制御するためのｄ軸電流フィードフォワード値Ｉｄｆｆ*も零とした。このため、時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間で、交流系統に流れる電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴは、概ね、ｑ軸電流に相当する無効電流成分のみとなる。
【０１７７】
ここで、本実施例で得られる効果とそのメカニズムについて説明する。
【０１７８】
時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間では、直流系統電圧ＶＤＣは零であるが、双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧の直流成分と、フルブリッジ形単位変換器１０９の出力電圧の直流成分が概ね相殺するため、直流系統の電流ＩＤＣが過電流となることを防止できる。
【０１７９】
一方、双方向チョッパ形単位変換器１０８の出力電圧の交流成分と、フルブリッジ形単位変換器１０９の出力電圧の交流成分は、直流事故検出前から概ね変化することなく、交流系統１０１の電圧ＶＧＲ、ＶＧＳ、ＶＧＴに対抗する交流電圧を出力しているため、交流系統１０１から直流事故１１８に電流が流入することも防止できる。
【０１８０】
したがって、本実施例で説明した図１の回路構成および図４、図５の制御方法によって、直流事故時に流れる過電流を防止できるという効果が得られる。
【０１８１】
非特許文献２では、すべての単位変換器をフルブリッジ形単位変換器としているが、本発明では、双方向チョッパ形単位変換器１０８とフルブリッジ形単位変換器１０９を混在させることで、スイッチング素子２０１の数を低減可能である。
【０１８２】
例えば、すべてのスイッチング素子２０１の定格が等しい場合、かつ、ｍ：ｎ＝１：１である場合、スイッチング素子２０１の個数を概ね３／４に低減できるという効果が得られる。
【０１８３】
さて、時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間のいずれかの時刻で直流事故１１８が除去された後、時刻Ｔ３〜Ｔ４の期間で、直流事故検出部５０５が直流事故検出信号Ｄを０から１に徐々に復帰させた。
【０１８４】
Ｄの変化に伴って、指令値分配部７０１が、フルブリッジ群１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆの出力電圧指令値ＶＲＰｆ*、ＶＳＰｆ*、ＶＴＰｆ*、ＶＲＮｆ*、ＶＳＮｆ*、ＶＴＮｆ*を直流事故発生前、すなわち、時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間と同様の波形に復帰させた。
【０１８５】
さらに、ｄ軸電流フィードフォワード値Ｉｄｆｆ*も同様に時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間と同様の波形に復帰させたため、交流系統に流れる電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴの波形も、時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間と同様の波形に復帰させている。
【０１８６】
以上で、図８を用いて本実施例の概略動作波形、本実施例で得られる効果とそのメカニズムを説明した。
【実施例３】
【０１８７】
本発明を実施する第３の形態について説明する。
【０１８８】
実施例１、２で示した図１の電力変換装置１０２と比較して、本実施例で説明する図１１の電力変換装置１１０１は、変圧器１０３とリアクトル１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮに代えて、２重Ｙ結線変圧器１１０２を用いている点が特徴である。
【０１８９】
本実施例では、実施例１、２で得られる効果に加えて、リアクトル１０７を省略できるという効果を得られる。
【０１９０】
以下、図１１と図１２を用いて実施例３の構成を説明するが、実施例１、２との相違点に限って説明する。
【０１９１】
２重Ｙ結線変圧器１１０２は、後述するＰ側２次巻線１２０３ＰとＮ側２次巻線１２０３Ｎを有している。なお、図１２に２重Ｙ結線変圧器１１０２の巻線構造を示しているが、詳細は後述する。
【０１９２】
図１１に示したように、Ｐ側２次巻線１２０３Ｐの端子をＲＰ点、ＳＰ点、ＴＰ点と称し、それぞれにＲＰアーム１０５ＲＰ、ＳＰアーム１０５ＳＰ、ＴＰアーム１０５ＴＰを接続している。
【０１９３】
同様に、図１１に示したように、Ｎ側２次巻線１２０３Ｎの端子をＲＮ点、ＳＮ点、ＴＮ点と称し、それぞれにＲＮアーム１０５ＲＮ、ＳＰアーム１０５ＳＮ、ＴＮアーム１０５ＴＮを接続している。
【０１９４】
以下、図１２を用いて、２重Ｙ結線変圧器１１０２の構成を説明する。
【０１９５】
２重Ｙ結線変圧器は少なくとも３つの脚１２０１Ｒ、１２０１Ｓ、１２０１Ｔを有する鉄心１２０１を備えており、それぞれにＲ相１次巻線１２０４Ｒ、Ｓ相１次巻線１２０４Ｓ、Ｔ相１次巻線１２０４Ｔが巻回されている。図１２では３つの１次巻線１２０４Ｒ、Ｓ、Ｔがスター結線されているが、デルタ結線とすることもできる。
【０１９６】
Ｐ側２次巻線１２０３Ｐは、Ｒ相Ｐ側２次巻線１２０５ＲＰ、Ｓ相Ｐ側２次巻線１２０５ＳＰ、Ｔ相Ｐ側２次巻線１２０５ＴＰとから構成されており、それぞれが脚１２０１Ｒ、Ｓ、Ｔに巻回され、スター結線されている。
【０１９７】
Ｎ側２次巻線１２０３Ｎは、Ｒ相Ｎ側２次巻線１２０５ＲＮ、Ｓ相Ｐ側２次巻線１２０５ＳＮ、Ｔ相Ｐ側２次巻線１２０５ＴＮとから構成されており、それぞれが脚１２０１Ｒ、Ｓ、Ｔに巻回され、スター結線されている。
【０１９８】
ここで、脚１２０１Ｒに巻回されているＲ相Ｐ側２次巻線１２０５ＲＰとＲ相Ｎ側２次巻線１２０５ＲＮは、起磁力が互いに逆極性となるように磁気結合している。
【０１９９】
同様に、脚１２０１Ｓに巻回されているＳ相Ｐ側２次巻線１２０５ＳＰとＳ相Ｎ側２次巻線１２０５ＳＮは、起磁力が互いに逆極性となるように磁気結合している。
【０２００】
同様に、脚１２０１Ｔに巻回されているＴ相Ｐ側２次巻線１２０５ＴＰとＴ相Ｎ側２次巻線１２０５ＴＮは、起磁力が互いに逆極性となるように磁気結合している。
【０２０１】
さらに、Ｐ側２次巻線１２０３Ｐをスター結線した点と、Ｐ側２次巻線１２０３Ｎをスター結線された点を電気的に接続している。
【０２０２】
このような２重Ｙ結線変圧器を使用することで、リアクトル１０７を省略できるという効果を得られる。
【０２０３】
なお、本実施例では、実施例１、２で説明した交流電圧指令値生成部４１２、直流電圧指令値生成部４１３、指令値分配部５０４、７０１を使用することが可能であり、電力変換装置１１０１は、実施例１、２で説明した制御方法と同様の制御方法で、制御できる。
【符号の説明】
【０２０４】
１０１  交流系統
１０２、１１０１  電力変換装置
１０３  変圧器
１０４Ｒ、Ｓ、Ｔ  レグ（１０４Ｒ  Ｒ相レグ、１０４Ｓ  Ｓ相レグ、１０４Ｔ  Ｔ相レグ）
１０５ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮ  アーム（１０５ＲＰ  ＲＰアーム、１０５ＳＰ  ＳＰアーム、１０５ＴＰ  ＴＰアーム、１０５ＲＮ  ＲＮアーム、１０５ＳＮ  ＳＮアーム、１０５ＴＮ  ＴＮアーム）
１０６ＲＰｃ、ＳＰｃ、ＴＰｃ、ＲＮｃ、ＳＮｃ、ＴＮｃ  双方向チョッパ群
１０６ＲＰｆ、ＳＰｆ、ＴＰｆ、ＲＮｆ、ＳＮｆ、ＴＮｆ  フルブリッジ群
１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮ  リアクトル
１０８  双方向チョッパ形単位変換器
１０９  フルブリッジ形単位変換器
１１０、１１５、２０４  電圧センサ
１１１  電流センサ
１１２  制御装置
１１３  ゲート信号線
１１４  コンデンサ電圧検出線
１１６  外部信号線
１１７  直流装置
１１８  直流事故
２０１Ｈ、Ｌ、ＸＨ、ＸＬ、ＹＨ、ＹＬ  スイッチング素子
２０２Ｈ、Ｌ、ＸＨ、ＸＬ、ＹＨ、ＹＬ  環流ダイオード
２０３、３０１  コンデンサ
２０５、３０２  ゲートドライバ
４０１  平均値演算器
４０２  減算器
４０３  コンデンサ電圧制御ゲイン
４０４  加算器
４０５  α−β変換器
４０６  ｄ−ｑ変換器
４０７  電流制御ゲイン
４０８  非干渉項
４０９  逆ｄ−ｑ変換器
４１０  逆α−β変換器
４１１  位相検出器
４１２  交流電圧指令値生成部
４１３  直流電圧指令値生成部
５０１  極性反転器
５０２  乗算器
５０３  ゲートパルス発生部
５０４  指令値分配部
５０５  直流事故検出部
９０１  リアクトル２０７をＰ点、Ｎ点に接続した電力変換装置
１００１  Ｓ相レグ１０４Ｓがすべて双方向チョッパ形単位変換器１０８で構成され、Ｒ相レグ１０４Ｒ、Ｔ相レグがすべてフルブリッジ形単位変換器１０９で構成された電力変換装置
１１０２  ２重Ｙ結線変圧器
１２０１Ｒ、Ｓ、Ｔ  脚
１２０２  １次巻線
１２０３Ｐ  Ｐ側２次巻線
１２０３Ｎ  Ｎ側２次巻線
１２０４Ｒ  Ｒ相１次巻線
１２０４Ｓ  Ｓ相１次巻線
１２０４Ｔ  Ｔ相１次巻線
１２０５ＲＰ  Ｒ相Ｐ側２次巻線
１２０５ＳＰ  Ｓ相Ｐ側２次巻線
１２０５ＴＰ  Ｔ相Ｐ側２次巻線
１２０５ＲＮ  Ｒ相Ｎ側２次巻線
１２０５ＳＮ  Ｓ相Ｎ側２次巻線
１２０５ＴＮ  Ｔ相Ｎ側２次巻線
【図１】
0005894777.tif 000002
【図２】
0005894777.tif 000003
【図３】
0005894777.tif 000004
【図４】
0005894777.tif 000005
【図５】
0005894777.tif 000006
【図６】
0005894777.tif 000007
【図７】
0005894777.tif 000008
【図８】
0005894777.tif 000009
【図９】
0005894777.tif 000010
【図１０】
0005894777.tif 000011
【図１１】
0005894777.tif 000012
【図１２】
0005894777.tif 000013