(57)【要約】【課題】ブラックスタート時に電力変換器の運転を継続することができる電力変換器の制御装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る制御装置は、交流系統の線電流に応じて設定された交流電流指令値と前記線電流に応じて測定された交流電流測定値との偏差にもとづいて生成された第１指令値と、前記交流系統の相電圧に応じて測定された交流電圧測定値と、にもとづいて、出力すべき電圧に関する第１電圧指令値を出力する交流電流制御部を備える。前記交流電流制御部は、ブラックスタート指令の入力に応じて、前記交流電流指令値を０に設定する第１の切替部と、前記交流電流測定値を、前記交流電流測定値から抽出された、基本波以外の高調波成分に設定する第２の切替部と、前記交流電圧測定値を、あらかじめ設定された交流電圧指令値に設定する第３の切替部と、を含む。【選択図】図１
2018129963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の電力系統と直流の電力系統とを連系する電力変換器を制御する電力変換器の制御装置であって、
交流系統の線電流に応じて設定された交流電流指令値と前記線電流に応じて測定された交流電流測定値との偏差にもとづいて生成された第１指令値と、前記交流系統の相電圧に応じて測定された交流電圧測定値と、にもとづいて、出力すべき電圧に関する第１電圧指令値を出力する交流電流制御部を備え、
前記交流電流制御部は、
前記交流系統の電源がない状態で運転するブラックスタート指令の入力に応じて、前記交流電流指令値を０に設定する第１の切替部と、
前記ブラックスタート指令の入力に応じて、前記交流電流測定値を、前記交流電流測定値から抽出された、基本波以外の高調波成分に設定する第２の切替部と、
前記ブラックスタート指令の入力に応じて、前記交流電圧測定値を、あらかじめ設定された交流電圧指令値に設定する第３の切替部と、
を含む電力変換器の制御装置。
【請求項２】
前記交流電流測定値を回転座標変換する回転座標変換部をさらに備え、
前記交流電流制御部は、前記回転座標変換部と前記第２切替部との間に接続され、前記交流電流測定値から直流成分を除去して交流成分を抽出するフィルタを含む請求項１記載の電力変換器の制御装置。
【請求項３】
前記電力変換器においてカスコードに接続された単位セルのコンデンサに必要な電圧を要求する第２指令値を出力するコンデンサ電圧制御部と、
前記第２指令値が付加された循環電流指令値にもとづいて、前記電力変換器の内部の循環電流に必要な電圧を要求する指令値であって、前記第１電圧指令値に付加された第２電圧指令値を出力する循環電流制御部と、
前記ブラックスタート指令の入力に応じて、前記循環電流指令値に付加される第２指令値を、あらかじめ設定された直流電流指令値に切り替える第４の切替部と、
をさらに備え、
前記交流電流制御部は、前記第２指令値にもとづいて、前記第１電圧指令値を出力する請求項１または２に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項４】
前記電力変換器が出力する電力を得るために、前記第２指令値に付加する電力を、ブラックスタート指令の入力に応じて、直流電力から交流電力に切り替える第５の切替部をさらに備えた請求項３記載の電力変換器の制御装置。
【請求項５】
前記循環電流制御部は、
前記循環電流指令値の変動幅を規定するリミッタと、
前記リミッタにリミット値を設定する設定部と、
を含み、
前記設定部は、直流系統の両端に設置された一対の電力変換器のうち、ブラックスタート指令を受けている側の電力変換器を、電流制御端とするリミッタ値を設定し、他方の電力変換器を、電圧制御端とするリミット値を設定することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項６】
前記交流電圧指令値は、前記ブラックスタート指令の入力に応答して、所定の時間変化率で変化する請求項１〜５のいずれか１つに記載の電力変換器の制御装置。
【請求項７】
前記交流電圧指令値は、前記交流電流測定値に所定のスロープゲインを乗じた電圧を差し引くことによって補正された請求項１〜６のいずれか１つに記載の電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換器の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、長距離送電や異系統連系を実現する手段として、高圧直流送電（以下、ＨＶＤＣ）への期待が高まっている。ＨＶＤＣでは、送電損失の低減や、送電線路設備費の削減を実現することができる。たとえば長距離送電においては、交流送電よりもコスト面で有利である。このため、ＨＶＤＣは国内外で急速に普及している。
【０００３】
ＨＶＤＣには、交流系統の電力を直流に変換する、もしくは、直流系統に流れる直流を交流へ変換するための電力変換器が採用されている。従来、電力変換器としては、サイリスタを適用した他励式の電力変換器が用いられていた。自励式の電力変換器は、他励式の電力変換器と比較して、交流系統への依存度を低減することができ、設置面積の削減が可能である。そのため、近年では、自励式の電力変換器の適用が進められている。
【０００４】
自励式電力変換器は、ブラックスタートが容易であるとの利点もある。ブラックスタートとは、交流側が発電機等の電源がなく、負荷だけで構成されている場合に、電力変換器から交流系統を立ち上げることをいう。たとえば、停電時には、ブラックスタートとなる。ブラックスタート時には、自励式の電力変換器は電圧源として動作する。そのため、電力変換器は、変圧器の投入や不平衡負荷へ電力の供給をする場合に、変圧器へのインラッシュ電流や不平衡電流を供給しなければならない。
【０００５】
このようなインラッシュ電流や不平衡電流は、直流送電システムにとって意図しない場合も多い。ブラックスタート時に、変圧器へのインラッシュ電流や不平衡電流等が流れることによって、電力変換器が過電流または過電圧状態となり、保護機能によって電力変換器が停止するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６７３４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、ブラックスタート時に電力変換器の運転を継続することができる電力変換器の制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような課題を解決するため、実施形態は、交流系統の線電流に応じて設定された交流電流指令値と前記線電流に応じて測定された交流電流測定値との偏差にもとづいて生成された第１指令値と、前記交流系統の相電圧に応じて測定された交流電圧測定値と、にもとづいて、出力すべき電圧に関する第１電圧指令値を出力する交流電流制御部を備える。前記交流電流制御部は、前記交流系統の電源がない状態で運転するブラックスタート指令の入力に応じて、前記交流電流指令値を０に設定する第１の切替部と、前記ブラックスタート指令の入力に応じて、前記交流電流測定値を、前記交流電流測定値から抽出された、基本波以外の高調波成分に設定する第２の切替部と、前記ブラックスタート指令の入力に応じて、前記交流電圧測定値を、あらかじめ設定された交流電圧指令値に設定する第３の切替部と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換器、制御装置およびこれらが適用される直流送電システムを例示するブロック図である。
【図２】第１の実施形態の電力変換器を例示する回路図である。
【図３】第１の実施形態の制御装置を例示するブロック図である。
【図４】図３の制御装置の一部を例示するブロック図である。
【図５】図３の制御装置の一部を例示するブロック図である。
【図６】第１の実施形態の変形例の電力変換器の制御装置の一部を例示するブロック図である。
【図７】第２の実施形態に係る電力変換器、制御装置およびこれらが適用される直流送電システムを例示するブロック図である。
【図８】図８（ａ）は、第２の実施形態の電力変換器を例示するブロック図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の電力変換器の一部を例示するブロック図である。
【図９】第２の実施形態の制御装置を例示するブロック図である。
【図１０】図９の制御装置の一部を例示するブロック図である。
【図１１】図９の制御装置の一部を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る電力変換器、制御装置およびこれらが適用される直流送電システムを例示するブロック図である。
図１に示すように、直流送電システム１００は、交流系統ＡＳ１と、交流系統ＡＳ２と、直流系統ＤＳ１と、を含む。直流送電システム１００では、交流系統ＡＳ１、交流系統ＡＳ２、直流系統ＤＳ１の間で、直流と交流とを相互に変換して電力を供給する。交流系統ＡＳ１，ＡＳ２は、交流電力を供給する系統である。交流系統ＡＳ１および交流系統ＡＳ２は、いずれも送電側、受電側となることができる。交流系統ＡＳ１，ＡＳ２を構成する要素としては、電源、負荷、交流送電線等がある。たとえば、交流系統ＡＳ１，ＡＳ２を、３相または単相の５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚの電源、負荷および交流送電線を備える構成とすることができる。直流系統ＤＳ１は、交流系統ＡＳ１，ＡＳ２との間で、直流電力を供給する電力系統である。
【００１２】
直流送電システム１００は、電力変換器１ａ，１ｂと、制御装置２ａ，２ｂと、を含む。電力変換器１ａ，１ｂは、交流電力と直流電力とを相互に変換する。電力変換器１ａ，１ｂは、制御装置２ａ，２ｂのそれぞれの制御の下に、交流系統ＡＳ１、直流系統ＤＳ１、交流系統ＡＳ２に連系する。
【００１３】
電力変換器１ａは、交流系統ＡＳ１と直流系統ＤＳ１との間に接続されている。電力変換器１ｂは、直流系統ＤＳ１と交流系統ＡＳ２との間に接続されている。電力変換器１ａ，１ｂは、順変換器としても逆変換器としても機能する。つまり、直流送電システム１００では、交流系統ＡＳ１と交流系統ＡＳ２との間で、双方向に電力を融通することができる。
【００１４】
順変換器は、交流電力を直流電力に変換する電力変換器である。逆変換器は、直流電力を交流電力に変換する電力変換器である。たとえば、交流系統ＡＳ１を送電側、電力変換器１ａを順変換器として機能させる場合、電力変換器１ａは、交流系統ＡＳ１からの交流電力を、直流電力に変換して直流系統ＤＳ１に供給する。また、交流系統ＡＳ２を受電側、電力変換器１ｂを逆変換器として機能させる場合、電力変換器１ｂは、直流系統ＤＳ１からの直流電力を交流電力に変換して、交流系統ＡＳ２に供給する。
【００１５】
図２は、本実施形態の電力変換器を例示する回路図である。
電力変換器１ａ，１ｂは、同一の構成を有しており、以下では、電力変換器１とすることがある。図２に示すように、電力変換器１は、３相ブリッジ回路１１と、コンデンサ１２と、を含む。３相ブリッジ回路１１は、３相に対応して並列に接続された３つのレグ１３を含む。各レグ１３は、正側と負側に直列に接続された単位アーム１４を含む。電力変換器１は、直流を３相交流に変換し、または３相交流を直流に変換する。電力変換器１は、入力された直流電圧のレベルを２分割して出力する。
【００１６】
単位アーム１４は、スイッチング素子１４ａと、ダイオード１４ｂと、を含む。スイッチング素子１４ａは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）、等の自己消弧型素子である。ダイオード１４ｂは、スイッチング素子１４ａに逆並列に接続されている。ダイオード１４ｂは、印加電圧とは逆方向の電流を流してスイッチング素子１４ａの破壊を防止する還流ダイオードである。なお、図示しないが、各スイッチング素子１４ａには、自己消弧型素子をオン、オフさせる駆動回路および駆動回路のための電源が接続されている。
【００１７】
並列に接続された各レグ１３の正側と負側の直流端子１５ｐ，１５ｎは、直流系統ＤＳ１に接続される。各レグ１３における正側と負側の単位アーム１４の接続ノードからは、各相の交流端子１６ｕ，１６ｖ，１６ｗが引き出されている。
【００１８】
正側と負側の単位アーム１４の接続ノードと各相の交流端子１６ｕ，１６ｖ，１６ｗとの間には、変圧器１７が接続されている。変圧器１７の１次側に交流端子１６ｕ，１６ｖ，１６ｗを介して、交流系統ＡＳ１または交流系統ＡＳ２が接続される。変圧器１７の２次側には、正側と負側の単位アーム１４の接続ノードが接続されている。
【００１９】
変圧器１７の１次側の各相には、電圧センサ１８ａが設けられている。電圧センサ１８ａは、交流系統の各相の交流電圧を検出して、各相の交流電圧のデータを制御装置２ａ，２ｂに供給する。
【００２０】
変圧器１７の２次側の各相には、電流センサ１９が設けられている。電流センサ１９は、電力変換器１ａ，１ｂに流れる各相の線電流を検出して、各相の線電流のデータを制御装置２ａ，２ｂに供給する。
【００２１】
コンデンサ１２は、直流端子１５ｐ，１５ｎ間に接続され、各レグ１３と並列に接続されている。コンデンサ１２は、蓄積されたエネルギーを電圧として供給する電圧源である。つまり、３相ブリッジ回路１１は、コンデンサ１２の電圧を、自己消弧型素子のオン、オフにより擬似交流電圧にして出力することができる。
【００２２】
コンデンサ１２の両端の直流電圧は、電圧センサ１８ｂによって検出され、直流電圧検出値として、制御装置２ａ，２ｂに供給される。
【００２３】
図３は、本実施形態の制御装置を例示するブロック図である。
制御装置２ａ，２ｂは、同一の構成を有しており、以下では、単に制御装置２とすることがある。制御装置２は、直流電圧、各相の交流電圧や交流電流等を入力して、所望の交流電力や直流電力を出力するように、ゲート信号Ｖｇを生成し、電力変換器１に供給する。
【００２４】
図３に示すように、制御装置２は、直流電圧制御部２１と、交流電流制御部２２と、ｄｑ座標変換部２３と、逆ｄｑ座標変換部２４と、ゲート信号生成部２５と、を含む。
【００２５】
直流電圧制御部２１には、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊および直流電圧検出値Ｖｄｃが入力される。直流電圧指令値Ｖｄｃ＊は、たとえば上位の管理システム（図示せず）によって設定される。直流電圧検出値Ｖｄｃは、直流端子１５ｐ，１５ｎ間の直流電圧である。直流電圧検出値Ｖｄｃは、電力変換器１に設けられた電圧センサ１８ｂによって検出される。
【００２６】
直流電圧制御部２１では、直流電圧検出値Ｖｄｃを所望の直流電圧指令値Ｖｄｃ＊に一致させるようフィードバック制御などを行い、交流有効電流指令値Ｉｄ＊を生成する。
【００２７】
ここで、交流有効電流とは、交流系統電圧と同じ位相を有する電流をいうものとする。交流無効電流とは、交流系統電圧の位相と直交する位相（９０°進んだ位相）を有する電流をいうものとする。同様に、交流有効電圧とは、交流系統電圧と同じ位相を有する電圧をいい、交流無効電圧とは、交流系統電圧の位相と直交する位相（９０°進んだ位相）を有する電圧をいうものとする。これらの指令値や測定値、検出値についても同様とする。
【００２８】
交流電流制御部２２は、交流有効電流指令値（第１指令値）Ｉｄ＊および交流無効電流指令値Ｉｑ＊を入力する。交流電流制御部２２は、交流有効電流測定値Ｉｄを、交流電流の測定値を直流電圧制御部２１によって生成された交流電流指令値Ｉｄ＊に一致させるように制御を行う。交流有効電流測定値Ｉｄは、各相の線電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗにｄｑ座標変換を施すことによって得られるｄ軸出力である。後述するように、交流電流制御部２２では、ｄｑ座標変換等の回転座標変換を利用した非干渉フィードバック制御を使用する。
【００２９】
交流電流制御部２２には、ブラックスタート指令ＢＳが入力される。後に詳述するように、交流電流制御部２２は、ブラックスタート指令ＢＳの入力にもとづいて、通常時とは異なる動作をする。異なる動作をすることによって、制御装置２は、意図しないインラッシュ電流や不平衡電流を抑制するように、出力電圧の指令値を生成する。
【００３０】
ｄｑ座標変換部２３は、交流系統の線電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値を入力する。検出値は、電力変換器１に設けられた電流センサ１９によって検出されて、ｄｑ座標変換部２３に供給される。ｄｑ座標変換部２３は、電力系統の位相に同期して、各相の電流をｄｑ座標変換して、交流有効電流測定値Ｉｄおよび交流無効電流測定値Ｉｑを出力する。ｄｑ座標変換部２３は、交流有効電流測定値Ｉｄおよび交流無効電流測定値Ｉｑを交流電流制御部２２に供給する。
【００３１】
逆ｄｑ座標変換部２４は、交流電流制御部２２の出力に接続されている。逆ｄｑ座標変換部２４は、電力系統の位相に同期して、交流電流制御部２２から出力されるｄ軸出力電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸出力電圧指令値Ｖｑを、系統の各相に対応する電圧指令値に変換する。
【００３２】
ゲート信号生成部２５は、逆ｄｑ座標変換部２４の出力に接続されている。ゲート信号生成部２５は、たとえばＰＷＭ制御回路を含んでいる。ゲート信号生成部２５は、逆ｄｑ座標変換部２４から出力された各相に対応する電圧指令値に応じてデューティ等を設定されたゲート信号Ｖｇを出力する。
【００３３】
図４および図５は、図３の制御装置の一部を例示するブロック図である。
図４には、制御装置２の交流電流制御部２２の構成例がブロック線図として示されている。図５には、直流分を除去するフィルタ３５ｄ，３５ｑであるハイパスフィルタの構成例が示されている。
【００３４】
図１および図４に示すように、交流電流制御部２２は、第１の切替部３１と、第２の切替部３２と、第３の切替部３３と、を含む。第１の切替部３１、第２の切替部３２および第３の切替部３３は、２つのスイッチをそれぞれ含む。交流電流制御部２２は、交流有効電流に関する部分と、交流無効電流に関する部分と、を含む。交流有効電流に関する部分には、スイッチ３１ｄ（第１の切替部３１）と、スイッチ３２ｄ（第２の切替部３２）と、スイッチ３３ｄ（第３の切替部３３）と、を含む。交流無効電流に関する部分には、スイッチ３１ｑ（第１の切替部３１）と、スイッチ３２ｑ（第２の切替部３２）と、スイッチ３３ｑ（第３の切替部３３）と、を含む。
【００３５】
第１の切替部３１のスイッチ３１ｄは、２つの入力のうち一方を加減算器３４ｄに入力する。２つの入力は、交流有効電流測定値Ｉｄおよび交流有効電流測定値Ｉｄから直流分を除去した信号Ｉｄ（ｈ）である。
【００３６】
スイッチ３１ｄは、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、フィードバック制御のために交流有効電流指令値Ｉｄ＊から減算する交流有効電流測定値Ｉｄを、フィルタ３５ｄを通過した信号Ｉｄ（ｈ）へ切り替える。これにより、フィードバックする交流有効電流測定値Ｉｄから直流分を除くことができる。
【００３７】
図５に示すように、フィルタ３５ｄ，３５ｑは、たとえば１次遅れ要素３５ｄ１，３５ｑ１および加減算器３５ｄ２，３５ｑ２で構成される。ｄｑ回転座標上で直流分を除くことは、交流系統の基本波周波数（たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を取り除くことと等価である。なお、交流電流制御に回転座標変換を用いない場合には、フィルタは、交流系統の基本波周波数以外を通すバンドエリミネーションフィルタ等を用いればよい。
【００３８】
第２の切替部３２のスイッチ３２ｄは、２つの入力のうち一方を加減算器３４ｄに接続する。２つの入力は、交流有効電流指令値Ｉｄ＊および０（ゼロ）に設定された交流有効電流指令値である。
【００３９】
スイッチ３２ｄは、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、交流有効電流指令値Ｉｄ＊を、０（ゼロ）に切り替える。
【００４０】
加減算器３４ｄは、スイッチ３１ｄ，３２ｄのそれぞれの出力から偏差を計算して出力し、比例制御器３６ｄに入力する。比例制御器３６ｄは、偏差をゼロに近づけるようにフィードバック量を生成する。
【００４１】
比例制御器３６ｄは、たとえば比例制御ゲインＫｐを有する制御器である。比例制御器３６ｄは、ゲイン（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）を有する比例積分制御器であってもよい。制御器は、ＰＩＤ制御器であってももちろんよい。
【００４２】
第３の切替部３３のスイッチ３３ｄは、交流有効電圧測定値Ｖｄａｃと交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊とを切り替える。ここで、交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊とは、あらかじめ設定された電圧指令値であり、所定の振幅、周波数を有する。また、交流有効電圧測定値Ｖｄａｃは、電力系統の各相の電圧を測定し、ｄｑ座標変換したｄ軸電圧である。
【００４３】
なお、交流有効電圧、交流無効電圧、交流有効電流および交流無効電流は、ブラックスタート時においては、この交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊の位相を基準とするものとする。つまり、交流無効電圧や交流無効電流は、交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊の位相に直交する位相（９０°進んだ位相）を有する。交流有効電流は、交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊と同じ位相を有するものとする。ｄｑ座標変換部２３および逆ｄｑ座標変換部２４は、ブラックスタート時においては、交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊の位相に同期して動作する。
【００４４】
スイッチ３３ｄは、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、交流有効電圧測定値Ｖｄａｃを、交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊に切り替えて交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊を加算器３７ｄに供給する。加算器３７ｄは、比例制御器３６ｄから出力されるフィードバック量とスイッチ３３ｄの出力とを加算して、出力電圧を設定する指令値のためのｄ軸出力電圧Ｖｄとして出力する。
【００４５】
交流無効電流に関する部分についても交流有効電流に関する部分と同様に構成されている。すなわち、第１の切替部３１のスイッチ３１ｑは、交流無効電流指令値Ｉｑ＊を０か０でない指令値かを切り替えて出力する。第２の切替部３２のスイッチ３２ｑは、交流無効電流測定値Ｉｑと、フィルタ３５ｑから出力される交流無効電流測定値Ｉｑの高調波成分の信号Ｉｑ（ｈ）とを切り替えて、出力する。スイッチ３１ｑ，３２ｑは、加減算器３４ｑに入力される。加減算器３４ｑは、計算された偏差を比例制御器３６ｑに供給する。スイッチ３３ｑは、２つの入力の一方を、交流無効電圧測定値Ｖｑａｃから交流無効電圧指令値Ｖｑａｃ＊に切り替える。比例制御器３６ｑの出力およびスイッチ３３ｑの出力は、加算器３７ｑによって加算され、出力電圧設定するｑ軸出力電圧Ｖｑとして出力する。
【００４６】
交流有効電流の部分の比例制御器３６ｄから出力されるフィードバック量は、−１倍されて、減算器３８ｄによって交流無効電流測定値にω×Ｌを乗じた非干渉量がさらに減算される。
【００４７】
交流無効電流の部分の比例制御器３６ｑから出力されるフィードバック量も、−１倍されて、加減算器３８ｑによって交流有効電流測定値に（ω×Ｌ）を乗じた非干渉量が加算される。
【００４８】
このように、有効電流側および無効電流側にそれぞれ非干渉量を付加することによって、相互の干渉を排除することができる。そのため、制御装置２では、有効電流側および無効電流側に対する操作をそれぞれ独立して行うことができる。なお、これら比例制御器３６ｄ，３６ｑおよび非干渉量演算については、通常時の運用に際しても用いられる構成要素である。本実施形態の制御装置２では、第１〜第３の切替部３１〜３３を追加することによって、通常用いられる交流電流制御部を流用してそのまま用いることができる。
【００４９】
本実施形態の制御装置２の動作について、詳細に説明する。上述したように、交流有効電流および交流無効電流については、それぞれ独立して操作することができるので、ここでは、交流有効電流について説明する。交流無効電流についても同様である。
【００５０】
まず、ブラックスタート指令ＢＳがない場合について説明する。第１の切替部３１のスイッチ３１ｄは、交流有効電流測定値Ｉｄを、フィルタ３５ｄを介さずに加減算器３４ｄに供給する。第２の切替部３２のスイッチ３２ｄは、０でない交流有効電流指令値Ｉｄ＊を加減算器３４ｄに供給する。
【００５１】
加減算器３４ｄによって、交流有効電流指令値Ｉｄ＊と交流有効電流測定値Ｉｄとの偏差が求められ、偏差は、比例制御器３６ｄに入力される。比例制御器３６ｄは、偏差に対して、ゲインを乗算し、フィードバック量を計算する。
【００５２】
さらに、比例制御器３６ｄは、上述のフィードバック量を−１倍して出力する。比例制御器３６ｄから出力から交流無効電流測定値を（ω×Ｌ）倍した非干渉量を減算する。ωは交流系統の角周波数、Ｌは連系インダクタンスである。
【００５３】
第３の切替部３３のスイッチ３３ｄは、交流有効電圧測定値を加算器３７ｄに供給する。加算器３７ｄは、非干渉化されたフィードバック量に交流有効電圧測定値Ｖｄａｃを加算して、電力変換器１が出力すべき電圧の指令値を出力する。以上の演算によって、交流有効電流測定値Ｉｄは、交流有効電流指令値Ｉｄ＊と一致するように制御される。
【００５４】
次にブラックスタート指令ＢＳが入力された場合の動作について説明する。ブラックスタート指令ＢＳが入力された場合には、第１の切替部３１のスイッチ３１ｄは、加減算器３４ｄへの入力を、フィルタ３５ｄを介した信号Ｉｄ（ｈ）に切り替える。第２の切替部３２のスイッチ３２ｄは、加減算器３４ｄへの入力をゼロに切り替える。フィルタ３５ｄがハイパスフィルタのため、信号Ｉｄ（ｈ）は、直流分が除去されており、交流系統の基本波成分以外の高調波成分を含んでいる。比例制御器３６ｄは、交流系統の高調波成分がゼロになるように、フィードバック量を計算する。
【００５５】
第３の切替部３３のスイッチ３３ｄは、加算器３７ｄへの入力を、交流有効電圧測定値Ｖｄａｃから交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊に切り替える。ブラックスタート時には、交流系統が遮断されており、制御装置２は、系統電圧を得ることができない。そのため、制御装置２は、通常の交流系統の電圧に相当する指令値を内部で生成して、固定の交流電圧指令値Ｖｄａｃ＊として用いる。
【００５６】
このように、交流系統の電流の基本波成分以外の成分をゼロに制御することによって、制御装置２は、変圧器のインラッシュ電流や不平衡負荷による不平衡電流を抑制することができる。
【００５７】
交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊は、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、ゼロ等の低い値から時間とともに上昇する波形としてもよい。交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊をこのような時間変化する波形とすることによって、出力をソフトスタートさせることができ、負荷への影響を低減することが可能になる。
【００５８】
本実施形態の制御装置２の効果について説明する。
本実施形態の制御装置２では、交流電流制御部２２は、第１の切替部３１と、第２の切替部３２と、第３の切替部３３と、を含んでいる。第１の切替部３１、第２の切替部３２および第３の切替部３３は、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて入力を切り替える。ブラックスタート指令ＢＳが入力された場合に、第１の切替部３１は、交流有効電流測定値Ｉｄおよび交流無効電流測定値Ｉｑの基本波成分をそれぞれ除去して高調波成分の信号Ｉｄ（ｈ），Ｉｑ（ｈ）に切り替える。第２の切替部３２は、交流有効電流指令値Ｉｄ＊および交流無効電流指令値Ｉｑ＊をゼロに切り替える。制御装置２は、交流有効電流測定値Ｉｄおよび交流無効電流測定値Ｉｑの高調波成分を含む信号Ｉｄ（ｈ），Ｉｑ（ｈ）をゼロにするように出力電圧の指令値を生成して、これにもとづいてゲート信号を電力変換器１に供給する。
【００５９】
第３の切替部３３は、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、交流有効電圧測定値Ｖｄａｃおよび交流無効電圧測定値Ｖｑａｃを、交流有効電圧指令値Ｖｄａｃおよび交流無効電圧指令値Ｖｑａｃにそれぞれ切り替える。そのため、系統電圧が存在しないブラックスタート時であっても、制御装置２は動作を継続することができる。
【００６０】
ブラックスタート時等に変圧器に流れるインラッシュ電流や、不平衡負荷によって流れる不平衡電流等は、交流有効電流測定値Ｉｄおよび交流無効電流測定値Ｉｑの高調波成分として抽出される。本実施形態の制御装置２では、上述のように、これらの高調波成分をゼロに制御するので、インラッシュ電流や不平衡電流等を抑制することができる。したがって、制御装置２は、インラッシュ電流や不平衡電流等によって、電力変換器１の電流保護機能等を意図せずに動作させて送電動作を停止させることを防止することができる。
【００６１】
本実施形態の制御装置２では、ブラックスタート時に必要な交流系統の電圧位相が存在しなくても、本実施形態の制御装置２では、制御装置２の内部等で生成された交流有効電圧指令値を用いることができるので、安定して動作を継続することができる。
【００６２】
［変形例］
図６は、本変形例の制御装置の一部を例示するブロック図である。
上述の実施形態の場合では、ブラックスタート指令ＢＳの入力時には、第３の切替部３３は、ソフトスタート経過以降には固定の交流電圧指令値Ｖｄａｃ＊を入力することとした。電力変換器の負荷には、電力系統が連系されているため、負荷変動が大きい場合もある。そのため、負荷のインピーダンスによらず、一定の電圧を供給する設定の場合には、過負荷状態等を生ずる場合もある。
【００６３】
本変形例では、負荷に応じて流れる電流に合わせて、ブラックスタート時の交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊を補正する。図６に示すように、本変形例では、交流電流制御部１２２は、スロープゲイン部１３１と加減算器１３２とをさらに含む。
【００６４】
スロープゲイン部１３１には、交流有効電流測定値Ｉｄが入力される。スロープゲイン部１３１は、交流有効電流測定値Ｉｄに応じた電圧補正値Ｖｃｏｒを出力する。たとえば、スロープゲイン部１３１は、一定値に設定されたスロープゲインＧｓｌｏｐｅを有する係数器である。したがって、スロープゲイン部１３１は、Ｇｓｌｏｐｅ×交流有効電流測定値Ｉｄを電圧指令値の電圧補正値Ｖｃｏｒとして出力する。
【００６５】
スロープゲイン部１３１から出力された補正値は、加減算器１３２によって交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊から減算される。フィードバック量には、このように補正された交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ（ｃｏｒ）が加算される。
【００６６】
単に固定値の交流電圧指令値とすると、負荷によって電力が変化するので、負荷が重い場合には、必要以上に大きな電流を流してしまう可能性がある。そこで、本変形例では、スロープゲインを用いて、電流センサによって測定された電流に応じて、電流を抑えた交流電圧指令値となるように調節する。適用のゲイン、インピーダンスをかけることにより、余分な電流となる分を、電圧指令値から減ずることにより、負荷が重い場合でも、電流を抑えることができる。
【００６７】
上述した実施形態変形例のブロック図やブロック線図等は、一例であり、図示した場合に限られない。たとえば、制御装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むコンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現してもよい。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような各部の処理を実現することができる。ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。ブロック線図の一部あるいは全部をプログラムに置き換えてもよい。制御装置２ａ，２ｂを共通のコンピュータにより実現したシステムとして構成してもよい。
【００６８】
また、図示はしないが、制御装置２は、測定値、指令値等、上記の各部の処理に必要な情報を記憶する記憶部を含む。外部から入力されて一時的に記憶される情報や各部の間で処理タイミングの相違を吸収してやり取りされる情報の記憶領域も、記憶部として捉えることができる。これらの事情は、後述する他の実施形態の場合についても適用される。
【００６９】
［第２の実施形態］
上述の実施形態では、電力変換器として３相２レベル変換器を用いた例について説明した。電力変換器の構成は、これに限らない。他の例として、電力変換器としてＭＭＣ（Modular Multilevel Converter）を用いた場合について説明する。
【００７０】
図７は、本実施形態に係る電力変換器、制御装置およびこれらが適用される直流送電システムを例示するブロック図である。
図８（ａ）は、本実施形態の電力変換器を例示するブロック図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の電力変換器の一部を例示するブロック図である。
図７に示すように、制御装置２０２ａ，２０２ｂは、電力変換器２０１ａ，２０１ｂにそれぞれ接続されている。電力変換器２０１ａ，２０１ｂは、同一の構成を有しており、以下では電力変換器２０１として説明することがある。また、制御装置２０２ａ，２０２ｂも同一の構成を有しており、以下では、制御装置２０２として説明することがある。
【００７１】
図８（ａ）に示すように、電力変換器２０１は、３相に対応して並列に接続されたレグ２６１を有する。各レグ２６１は、正側と負側に直列に接続された単位アーム２６２ａ，２６２ｂを有する。
【００７２】
単位アーム２６２ａ，２６２ｂは、単位セル２６３を多段直列接続することにより構成されている。単位セル２６３は、チョッパセルと呼ばれる単位変換器である。
【００７３】
各単位アーム２６２ａ，２６２ｂには、電流センサ２６６が設けられている。電流センサ２６６は、単位アーム２６２ａ，２６２ｂの電流をそれぞれ検出して、制御装置２０２に電流のデータを供給する。
【００７４】
図８（ｂ）に示すように、単位セル２６３は、スイッチング素子２６３ａと、ダイオード２６３ｂと、コンデンサ２６３ｃと、を含む。スイッチング素子２６３ａは、自己消弧型の半導体素子である。スイッチング素子２６３ａは、直列に２個接続されている。図示しないが、各スイッチング素子２６３ａには、自己消弧型素子をオン、オフさせる駆動回路および電源が接続されている。
【００７５】
ダイオード２６３ｂは、還流ダイオードである。２個のダイオード２６３ｂは、直列に接続されているスイッチング素子２６３ａにそれぞれ逆並列に接続されている。
【００７６】
コンデンサ２６３ｃは、直列に接続された２個のスイッチング素子２６３ａに並列に接続されている。
【００７７】
単位セル２６３は、２つの端子Ｔ１，Ｔ２によって、他の単位セル２６３等とカスコード接続される。複数の単位セル２６３をカスコードに接続するためには、一方の単位セル２６３の端子Ｔ１を他方の単位セル２６３の端子Ｔ２に接続する。
【００７８】
並列に接続された各レグ２６１の正側と負側の端子は、直流系統ＤＳ１に接続される直流端子２１５ｐ，２１５ｎである。各レグ２６１における正側と負側の単位アーム２６２ａ，２６２ｂは、バッファリアクトル２６４を介して接続されている。正側と負側のバッファリアクトル２６４の中点からは、変圧器２６５を介して、各相の交流端子２１６ｕ〜２１６ｗが引き出されている。
【００７９】
電力変換器２０１は、単位セル２６３の動作タイミングをずらすことによって、階段状のマルチレベル波形を出力することができる。そのため、電力変換器２０１は、出力の波形を正弦波に近づけることができる。ＭＭＣによる電力変換器２０１では、３相２レベル変換器で必要であった交流フィルタの容量を低減もしくは不要とすることができる。電力変換器２０１では、３相２レベル変換器のような高耐圧のコンデンサが不要となる。
【００８０】
なお、単位アーム２６２ａ，２６２ｂは、ｎ個の単位セル２６３を直列に接続すればよい。上述では、ｎ＝２としたが、ｎ≧１であればよい。また、変圧器２６５のリアクタンス成分を利用して、バッファリアクトル２６４を削減する回路構成としてもよい。
【００８１】
図示しないが、単位セル２６３ごとに電圧センサが設けられている。この電圧センサは、コンデンサ２６３ｃの両端の電圧を検出して、電圧のデータを制御装置２０２に供給する。
【００８２】
以上のような電力変換器２０１は、制御装置２０２から出力されるゲート信号に応じて、各スイッチング素子２６３ａがオンオフすることにより動作する。
【００８３】
図９に示すように、制御装置２０２は、コンデンサ電圧制御部２２１と、交流電流制御部２２と、循環電流制御部２２３と、第４の切替部２２４と、第５の切替部２２５と、を含む。交流電流制御部２２は、上述の他の実施形態の場合と同一の構成を有している。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００８４】
コンデンサ電圧制御部２２１は、セルコンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊および全セルコンデンサ平均電圧Ｖｃを入力する。コンデンサ電圧制御部２２１は、単位セルのコンデンサ２６３ｃに必要な電圧を要求する指令値を出力する。
【００８５】
交流電流制御部２２は、第４の切替部２２４のスイッチ２２４ａを介して加算器２２６の出力に接続されている。加算器２２６は、コンデンサ電圧制御部２２１の出力と第５の切替部２２５の出力とを加算して出力する。交流電流制御部２２は、コンデンサ電圧制御部２２１からの指令値が付加された交流有効電流指令値（第２指令値）Ｉｄ＊およびあらかじめ設定された交流無効電流指令値Ｉｑ＊にもとづいて、電力変換器２０１の交流側に必要な電圧を要求する電圧指令値を出力する。
【００８６】
循環電流制御部２２３は、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊および循環電流指令値Ｉｃα＊，Ｉｃβ＊を入力する。循環電流制御部２２３は、加算器２２７によって直流電流指令値Ｉｄｃ＊が付加された零相循環電流指令値Ｉｄｃ０＊および循環電流指令値Ｉｃα＊，Ｉｃβ＊にもとづいて、電力変換器２０１の内部に流れる循環電流に必要な電圧を要求する指令値を出力する。この指令値は、加算器２２８によって、交流電流制御部２２から出力される電圧指令値に付加される。循環電流は、主にコンデンサ電圧の均一化を図るために、各レグ２６１を循環する電流である。ここでいう循環電流には、電力変換器２０１の外部に出て行かずに滞留する成分も、直流側に出て行く成分も含まれる。
【００８７】
第４の切替部２２４は、２つのスイッチ２２４ａ，２２４ｂを含む。一方のスイッチ２２４ａは、ブラックスタート指令ＢＳによって、１つの入力を２つの出力のいずれかに切り替える。スイッチ２２４ａの入力は、加算器２２６の出力に接続されている。加算器２２６は、コンデンサ電圧制御部２２１の出力と、第５の切替部２２５の出力とを加算して出力する。
【００８８】
他方のスイッチ２２４ｂは、ブラックスタート指令ＢＳによって、２つの入力を切り替えて１つの出力に接続する。スイッチ２２４ｂの一方の入力には、スイッチ２２４ａの出力が接続されている。スイッチ２２４ｂの他方の入力には、直流電流指令値Ｉｄｃ＊が供給される。スイッチ２２４ｂの出力は、加算器２２７を介して循環電流制御部２２３に供給される。
【００８９】
第４の切替部２２４は、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊に付加される直流電流指令値Ｉｄｃ＊を、コンデンサ電圧制御部２２１から出力される交流有効電流指令値Ｉｄ＊に切り替える。
【００９０】
第５の切替部２２５は、２つの入力のいずれかを１つの出力に切り替える。第５の切替部２２５の一方の入力には、測定値にもとづく直流電力の値が供給される。第５の切替部２２５の他方の入力には、測定値にもとづく交流電力の値が供給される。この例では、測定値にもとづく直流電力は、乗算器２２９によって計算される。乗算器２２９には、直流電流の測定値Ｉｄｃおよび直流電圧指令値Ｖｄｃ＊が入力される。測定値にもとづく交流電力は、乗算器２３０によって計算される。乗算器２３０には、電流センサ２６６によって検出された交流有効電流測定値Ｉｄおよび上位系等によってあらかじめ設定されている交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊が入力される。
【００９１】
第５の切替部２２５は、コンデンサ電圧制御部２２１からの指令値に付加する電力を、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、直流電力から交流電力に切り替える。つまり、第５の切替部２２５は、コンデンサ電圧制御部２２１からの出力にフィードフォワードさせる電力を、直流電力と交流電力との間で切り替える。
【００９２】
以下、上記の各部の詳細を説明する。なお、以下の各部におけるゲインは、偏差に対するＰＩＤ制御を行い、電流指令値、電圧指令値の相互変換等をする制御ブロックである。また、制御装置２０２に入力される各種の測定値は、電流センサ２６６、コンデンサ２６３ｃの電圧センサ、系統に設置されたセンサ等からの電圧値、電流値およびこれらの値からの演算により求める。さらに、各種の指令値等を決定し、制御装置２に入力する上位の管理システムを上位系と呼ぶ。測定値の演算または測定値にもとづく指令値の演算は、制御装置２０２の外部で演算してもよいし、制御装置２０２内部の演算部が演算してもよい。つまり、上位系等の外部で演算された値を用いるか、制御装置２０２の内部で演算された値を用いるかは自由である。
【００９３】
図１０に示すように、コンデンサ電圧制御部２２１は、加減算器２１１ａと、比例制御器２２１ｂと、を含む。コンデンサ電圧制御部２２１は、加減算器２１１ａによって、各セルのコンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊と全セルのコンデンサ平均電圧Ｖｃとの偏差をとる。加減算器２２１ａから出力される偏差は、比例制御器２２１ｂに入力され、比例制御器２２１ｂは、たとえばＰＩＤ制御により、偏差に応じた電流指令値を生成する。コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊は、上位系から入力される。コンデンサ平均電圧Ｖｃは、コンデンサ２６３ｃの電圧センサからの測定値にもとづいて演算により求める。
【００９４】
通常時は、電力変換器２０１から直流側に出力する電力に相当するエネルギーを、交流の指令値に含めるために、コンデンサ電圧制御部２２１からの電流指令値に、当該電力を換算した直流電流値を付加して、フィードフォワードさせる。つまり、直流送電において供給している電力は、コンデンサ２６３ｃのエネルギーとは別に、電力変換器２０１が融通している電力である。この融通電力分を合わせた電流指令値が、以下に述べる交流有効電流指令値Ｉｄ＊となる。
【００９５】
図１１に示すように、循環電流制御部２２３は、加減算器２２３ａと、比例制御器２２３ｂと、リミッタ２２３ｃと、設定部２２３ｄと、加算器２２３ｅと、を含む。循環電流制御部２２３の零相分については、循環電流制御部２２３は、加減算器２２３ａによって直流電流指令値Ｉｄｃ０＊と直流電流測定値Ｉｄｃとの偏差をとる。そして、比例制御器２２３ｂによって偏差に応じた電圧指令値を生成する。さらに、この電圧指令値には、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊が付加される。直流電圧指令値Ｖｄｃ＊は、上位系から入力される指令値である。後述するように、この直流電流指令値Ｉｄｃ０＊には、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊が付加されている。零相循環電流指令値Ｉｃ０＊は、測定値からαβ０変換部２３１により得られた零相分に相当する指令値である。直流電流指令値Ｉｄｃ＊は、上位系から入力される指令値である。循環電流制御部２２３の出力は、交流電流制御部２２の出力に付加される。
【００９６】
さらに、循環電流制御部２２３は、リミッタ２２３ｃと設定部２２３ｄとを含む。リミッタ２２３ｃは、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊の変動幅を規定する。リミッタ２２３ｃの上下限値は、上位系から入力されたリミット値が設定部２２３ｄによって設定される。この例では、リミット値は、絶対値の等しい正負の値に設定される。
【００９７】
リミット値は、直流系統ＤＳ１の両端に設置された一対の電力変換器２０１ａ，２０１ｂのうち、ブラックスタート指令ＢＳを受けている側の電力変換器２０１ａを、電流制御端とするリミット値を設定する。他方の電力変換器２０１ｂは、電圧制御端とするようにリミット値が設定される。
【００９８】
電流制御端とするリミット値は、０でない値であり、電圧制御端とするリミット値は、０である。リミット値が０でない場合には、入力された値は、変動することが許容され、その変動の上限下限が規定される。リミット値が０の場合には、直流電圧指令値がそのまま出力される。電流制御端、電圧制御端については、後述する。
【００９９】
循環電流指令値は、相間バランス制御操作量と、ＰＮ間バランス制御操作量にもとづいて、αβ０変換することにより得られる循環電流の零相分である。相間バランス制御操作量は、３相のコンデンサ電圧のバランスをとる電圧に相当する電流値である。ＰＮ間バランス制御操作量は、正側と負側の単位アーム２６２ａ，２６２ｂのコンデンサ電圧のバランスをとるための電圧に相当する電流値である。相間バランス制御操作量およびＰＮ間バランス制御操作量は、コンデンサ２６３ｃの電圧センサからの測定値から演算により求める。
【０１００】
αβ０変換部２３１は、α相およびβ相の２相成分（３相２相変換）と、零相成分に変換する。この零相成分は、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊として、直流電流指令値Ｉｄｃ＊に付加される。なお、α相成分、β相成分も演算に用いられる場合があるが、本実施形態の原理的な説明には必ずしも必要ないため、その演算の説明は省略する。
【０１０１】
第４の切替部２２４は、スイッチ２２４ａ，２２４ｂを有する。スイッチ２２４ａは、上位系からのブラックスタート指令ＢＳにもとづいて、コンデンサ電圧制御部２２１からの電流指令値の出力先を、交流電流制御部２２から循環電流制御部２２３に切り替える。スイッチ２２４ｂは、スイッチ２２４ａの切り替えとともに、循環電流制御部２２３へ入力される直流電流指令値Ｉｄｃ＊を、コンデンサ電圧制御部２２１からの電流指令値へ切り替える。
【０１０２】
第５の切替部２２５は、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、コンデンサ電圧制御部２２１からの出力にフィードフォワードさせる電力を、直流電力から交流電力に切り替えるスイッチである。この直流電力は、電流センサ２６６からの測定値と、上位系からの直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と、により求める。この直流電圧指令値Ｖｄｃ＊は、循環電流制御部２２３に入力される直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と同じである。交流電力は、電流センサ１９からの測定値と、上位系からの交流電圧の指令値により求める。なお、ここでフィードフォワードさせる電力は、電力を電流の次元に換算した値である。
【０１０３】
本実施形態の制御装置２０２の動作について説明する。なお、以下では、電力変換器２０１ａが送電側の順変換器、電力変換器２０１ｂが受電側の逆変換器として機能する場合のうち、順変換器である電力変換器２０１ａを制御する例として説明する。また、通常時とは、交流系統ＡＳ１における電源からの交流電力を電力変換器２０１ａが直流電力に変換して直流系統ＤＳ１に供給し、この直流電力を電力変換器２０１ｂが交流電力に変換して交流系統ＡＳ２に供給している状態をいう。
【０１０４】
まず、ブラックスタート指令ＢＳが入力されない通常時の動作について説明する。コンデンサ電圧制御部２２１は、全セルのコンデンサ平均電圧Ｖｃと、各セルのコンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊の偏差から、現在のコンデンサ電圧として必要な電圧を求め、電流指令値に換算して出力する。たとえば、コンデンサ平均電圧Ｖｃが、コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊よりも低い場合には電圧を高くし、コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊よりも高い場合には電圧を下げるように、電流指令値を出力する。
【０１０５】
この電流指令値には、直流電力から換算した電流値がフィードフォワードされ、交流有効電流指令値Ｉｄ＊として、交流電流制御部２２に入力される。つまり、コンデンサ２６３ｃの制御電流と融通電力である直流側のエネルギーとの和で、交流側の有効電力を決める。
【０１０６】
交流電流制御部２２は、交流有効電流指令値Ｉｄ＊および交流無効電流指令値Ｉｑ＊にもとづいて、電力変換器２０１に要求する有効電流および無効電流に相当する交流電圧の指令値を出力する。この指令値には、系統から得た交流電圧測定値が付加され、さらに、後述の循環電流制御部２２３からの電圧指令値が付加され、電力変換器２０１に対する電圧指令値として出力される。つまり、系統電圧に、コンデンサ２６３ｃに必要な電圧、循環電流に必要な電圧を要求する指令値を付加して、電圧指令値とする。
【０１０７】
循環電流制御部２２３は、上記のように零相循環電流指令値Ｉｃ０＊を付加された直流電流指令値Ｉｄｃ０＊と、測定された直流電流Ｉｄｃとの偏差から、必要な電圧指令値を求め、さらに、上位系からの直流電圧指令値Ｖｄｃ＊を合わせた電圧指令値を出力する。
【０１０８】
ここで、ＨＶＤＣで送電端と受電端に使用されている電力変換器２０１ａ，２０１ｂは、電圧を決めている電圧制御端、電流を決めている電流制御端のいずれかになる。通常は、送電端が電圧制御端となり、電圧一定の制御をする。そして、受電端は電流制御端となり、電圧を可変として電流を制御する。これにより、受電端は、ある範囲内で、流したい電流が得られる指令値を生成して、電圧を自由に動かすことができる。このような電圧制御端と電流制御端の２台の電力変換器２０１ａ，２０１ｂにおける動作点は、電圧制御端の一定の電圧と、電流制御端の変動する電圧との交差点となる。いずれの電圧も自由に変動することになると、動作点が定まらなくなるためである。
【０１０９】
たとえば、上記のように、電力変換器２０１ａが送電端の順変換器、電力変換器２０１ｂが受電端の逆変換器であるとする。送電端の制御装置２０２ａのリミッタ２２３ｃは、上下限値に０が設定される。このため、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊がそのまま出力されるので、電圧一定になる。これにより、電力変換器２０１ａは、電圧を固定する電圧制御端として機能する。
【０１１０】
一方、受電端の制御装置２０２ｂのリミッタ２２３ｃは、上下限値に０でない値が設定される。このため、直流電圧指令値は、変動することが許容される。この直流電圧指令値が、状況に応じて変動幅の範囲で変化することにより、電力変換器２０１ｂは、電流を変化させる電流制御端として機能する。
【０１１１】
このようにして、制御装置２０２ｂは、生成された交流電圧の指令値にもとづいて、ゲート信号Ｖｇを電力変換器２０１ｂに供給する。
【０１１２】
次にブラックスタート指令ＢＳが入力された場合について説明する。ブラックスタート時には、第４の切替部２２４のスイッチ２２４ａは、コンデンサ電圧制御部２２１の出力先を、交流電流制御部２２から切り離す。これとともに、スイッチ２２４ｂは、循環電流制御部２２３に入力される直流電流指令値Ｉｄｃ＊を、コンデンサ電圧制御部２２１から出力される指令値に切り替える。
【０１１３】
通常時には、系統電圧が存在するため、上記のように、系統電圧と電力変換器が出力する電流により電力を生成して出力することができる。しかし、ブラックスタート時には、交流側の電源がなく、負荷に依存して電流が流れることになる。
【０１１４】
そこで、制御装置２０２は、コンデンサ電圧制御部２２１の出力先を切り替えることによって、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊に付加される指令値を、コンデンサ電圧制御部２２１から出力される電流指令値とする。つまり、コンデンサ２６３ｃが必要とする電圧を、交流側の交流有効電流指令値Ｉｄ＊に含めて交流電流制御部２２から要求して得るのではなく、直流側の零相循環電流指令値Ｉｃ０＊に含めて循環電流制御部２２３から要求するように変更する。
【０１１５】
また、ブラックスタート指令ＢＳを受けて、第５の切替部２２５は、コンデンサ電圧制御部２２１から出力される電流指令値に付加される電流値を、交流電力から換算した電流値へ切り替える。つまり、ブラックスタート時は、直流側で指令値を制御することになるので、今度は、交流電力をあらかじめ付加してフィードフォワードする。
【０１１６】
この交流電力における交流電圧は、交流有効電圧指令値Ｖｄａｃである。この交流電力における交流電流は、電流センサ２６６によって検出される交流有効電流測定値Ｉｄである。この例では、交流電力は、乗算器２３０に交流有効電圧指令値Ｖｄａｃ＊および交流有効電流測定値Ｉｄを入力することによって求める。
【０１１７】
交流系統ＡＳ１がブラックスタートとなった場合、循環電流制御部２２３のリミッタ２２３ｃのリミット値の設定を変える。たとえば、交流系統ＡＳ１の電源がなくなって、送電端の電力変換器２０１ａがブラックスタートする場合には、ブラックスタート指令ＢＳを受けた制御装置２０２ａでは、リミッタ２２３ｃが、上位系からのリミット値として０でない値を設定する。これにより、通常時とは異なり、電力変換器２０１ａは、電流を変化させる電流制御端として機能することができる。
【０１１８】
一方、受電端の電力変換器２０１ｂの制御装置２０２ｂでは、リミッタ２２３ｃが、上位系からのリミット値として０を設定する。これにより、通常時とは異なり、電力変換器２０１ｂは、電圧を固定する電圧制御端として機能する。
【０１１９】
以上の切り替え動作により、循環電流制御部２２３は、コンデンサ電圧制御部２２１からの指令値に循環電流指令値を付加した直流電流指令値と、測定された直流電流との偏差から、必要な電圧指令値を求め、さらに、上位系からの直流電圧指令値を合わせた電圧指令値を出力する。
【０１２０】
この電圧指令値に、固定の交流電圧指令値を付加したものが、電力変換器２０１ａへの電圧指令値として出力される。
【０１２１】
本実施形態の制御装置２０２の効果について説明する。本実施形態の制御装置２０２は、ＭＭＣである電力変換器２０１にゲート信号を供給して制御する。制御装置２０２は、第４の切替部２２４を備える。第４の切替部２２４は、交流系統ＡＳ１の電源がない状態で運転するブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊に付加される直流電流指令値Ｉｄｃ＊を、コンデンサ電圧制御部２２１からの指令値に切り替える。
【０１２２】
このため、ブラックスタート時において、交流側の制御から、直流側の制御に切り替えることにより、コンデンサ電圧を維持することができる。
【０１２３】
また、本実施形態の制御装置２０２は、第５の切替部２２５を備える。第５の切替部２２５は、電力変換器２０１が出力する電力を得るために、コンデンサ電圧制御部２２１からの指令値に付加する電力を、ブラックスタート指令ＢＳの入力に応じて、直流電力から交流電力に切り替える。
【０１２４】
このため、コンデンサ電圧制御部２２１からの指令値に、電力変換器２０１が得るべき交流電力を含めて、循環電流制御部２２３に要求することができる。
【０１２５】
循環電流制御部２２３は、零相循環電流指令値Ｉｃ０＊の変動幅を規定し、リミット値を設定する設定部２２３ｄを有する。リミッタ２２３ｃは、直流系統ＤＳ１の両端に設置された一対の電力変換器２０１ａ，２０１ｂのうち、ブラックスタート指令ＢＳを受けている側の電力変換器２０１ａを、電流制御端とするリミット値を設定し、他方の電力変換器２０１ｂを、電圧制御端とするリミット値を設定する。
【０１２６】
交流系統ＡＳ１の電源がない状況では、受電端側で要求される電力を自由に供給することはできない。このため、受電端側を電圧制御端とし、送電端側を電流制御端とすることにより、ブラックスタートとなった送電端側で電流を制御できる。しかも、電圧制御端と電流制御端の切り替えを、直流側の情報のみで行うことができる。
【０１２７】
以上説明した実施形態によれば、ブラックスタート時に電力変換器の運転を継続することができる電力変換器の制御装置を実現することができる。
【０１２８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１，１ａ，１ｂ  電力変換器、２，２ａ，２ｂ  制御装置、１１  ３相ブリッジ回路、１２  コンデンサ、１３  レグ、１４  単位アーム、１７  変圧器、２１  直流電圧制御部、２２，１２２  交流電流制御部、２３  ｄｑ座標変換部、２４  逆ｄｑ座標変換部、２５  ゲート信号生成部、３１  第１の切替部、３２  第２の切替部、３３  第３の切替部、３５ｄ，３５ｑ  フィルタ、２０１，２０１ａ，２０１ｂ  電力変換器、２０２，２０２ａ，２０２ｂ  制御装置、２２１  コンデンサ電圧制御部、２２３  循環電流制御部、２２４  第４の切替部、２２５  第５の切替部、２６１  レグ、２６２ａ，２６２ｂ  単位アーム、２６３  単位セル、２６４  バッファリアクトル、２６５  変圧器、２６６  電流センサ
【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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