(57)【要約】      （修正有）【課題】自励・他励ハイブリッド直流送電システムに用いる自励式直流送電システムとして，双方向チョッパ回路を用いたＭＭＣを適用した場合，双方向チョッパ回路が単方向の出力電圧しか出力できないため，送電電力の潮流方向を切り替えるには電圧極性反転設備が必要となる。この電圧極性反転設備に用いられる直流断路器は，直流線路に流れる直流電流が概ね零電流になるまで開閉動作ができず，潮流切り替えに時間を要するため，切り替え時間を高速化し，送電不能期間を短縮できることが望ましい。【解決手段】本発明は，自励式直流送電システム１０３と，他励式直流送電システム１０４を備えた双極構成のハイブリッド直流送電システム１０００において，自励式直流送電システムが自己消弧素子とエネルギー蓄積要素からなるフルブリッジ回路を複数直列接続したマルチレベル変換器で構成する。【選択図】図１
2018078733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自励式変換装置と，他励式変換装置を有し，前記自励式変換装置と前記他励式変換装置は交流側として共通的な系統に接続され，前記自励式変換装置の直流送電線の一部と前記他励式変換装置の直流送電線の一部が共通的に用いられ，前記自励式変換装置は，自己消弧素子と蓄電素子から構成される単位ユニットを多段に直列することで構成され，前記他励式変換装置は，制御整流素子から構成され，前記自励式変換装置は，前記自己消弧素子の動作を制御することで出力する直流電流極性の切替えが可能に構成されることを特徴とするハイブリッド型電力変換システム。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド型電力変換システムにおいて，前記単位ユニットは，自己消弧素子がフルブリッジ回路で構成されることを特徴とするハイブリッド型電力変換システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のハイブリッド型電力変換システムにおいて，前記他励式変換装置は，点弧角を制御することで直流電流極性を切替えることを特徴とするハイブリッド型電力変換システム。
【請求項４】
請求項１に記載のハイブリッド型電力変換システムにおいて，システム直流電流指令に基づく電圧指令と，極性指令に基づく電圧指令とに応じてＰＷＭ変換して前記自己消弧素子を動作することを特徴とするハイブリッド型電力変換システム。
【請求項５】
請求項１に記載のハイブリッド型電力変換システムにおいて，有効電力の潮流方向に応じて，前記自励式変換装置のシステム直流電圧指令値の電圧極性を連続的に変化させる制御部を備えたことを特徴とするハイブリッド型電力変換システム。
【請求項６】
請求項２に記載のハイブリッド型電力変換システムにおいて，直流帰線に流れる帰線電流を検出する電流検出器と，前記帰線電流検出器で検出した帰線電流を，電流指令値に追従させるよう機能する帰線電流制御部と，前記自励式変換装置と他励式変換装置へ，有効電力指令値を分配する分配部と，前記帰線電流制御部から得られる補正電力指令を，前記分配器で分配された各々の直流送電システムの有効電力指令へ加算，若しくは，減算する演算部を備えることを特徴とするハイブリッド型電力変換システム。
【請求項７】
電力変換装置を２つ有し，前記電力変換装置のうちの少なくとも１つは，自励式変換装置と，他励式変換装置を有し，前記自励式変換装置と前記他励式変換装置は交流側として共通的な系統に接続され，前記自励式変換装置の直流送電線の一部と前記他励式変換装置の直流送電線の一部が共通的に用いられ，前記自励式変換装置は，自己消弧素子と蓄電素子から構成される単位ユニットを多段に直列することで構成され，前記他励式変換装置は制御整流素子から構成され，前記自励式変換装置は，前記自己消弧素子の動作を制御することで出力する直流電流極性の切替えが可能に構成され，前記２つ電力変換装置の一方から前記２つ電力変換装置の他方に直流送電することを特徴とするハイブリッド型直流送電システム。
【請求項８】
自励式変換装置と他励式変換装置を有し，前記自励式変換装置と前記他励式変換装置は交流側として共通的な系統に接続され，前記自励式変換装置の直流送電線の一部と前記他励式変換装置の直流送電線の一部が共通的に用いられ，前記自励式変換装置は，自己消弧素子と蓄電素子から構成される単位ユニットを多段に直列することで構成され，前記他励式変換装置は，制御整流素子から構成されるハイブリッド型電力変換システムの制御方法であって，前記前記自励式変換装置は，前記自己消弧素子の動作を制御することで出力する直流電流極性の切替え，前記切替えに応じて交流と直流の間の電力を変換するハイブリッド型電力変換システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ハイブリッド型電力変換システム，ハイブリッド型直流送電システム及びハイブリッド型電力変換システムの制御方法に係り，特に，自励式変換装置と他励式変換装置を組み合わせて動作させるのに好適なハイブリッド型電力変換システム，ハイブリッド型直流送電システム及びハイブリッド型電力変換システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機から出力される発電電力を，遠方需要地に送電する方法として直流送電システム（以下，ＨＶＤＣと称す）がある。ＨＶＤＣとして，他励式ＨＶＤＣは，サイリスタ素子で構成される他励式変換器を用いるものであり，他励式ＨＶＤＣは国内外で豊富な運転実績がある。他励式変換器は，交流電力を直流電力に，またはその逆に変換する交直電力変換回路の一種であり，数ＧＷ級の直流送電システムが実用化されている。これに対して，自励式ＨＶＤＣは，ＩＧＢＴ (ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)など，自己消弧形パワー半導体素子で構成される。自励式ＨＶＤＣは，ゲート信号によって自己消弧形半導体スイッチング素子のオン・オフを制御可能なため，自ら電圧源として動作できる特長を有する。例えば，自励式ＨＶＤＣの自励式変換器として，モジュラーマルチレベル変換器（以下，ＭＭＣと称す）を用い，各セルが双方向チョッパ回路で構成して，このセルまたはサブモジュールと呼ばれる単位変換器を複数直列接続して構成したアームを，バッファリアクトルを介して三相ブリッジ状に接続する。
【０００３】
ＨＶＤＣは，電力需要拡大による送電容量増強の観点から，２つのＨＶＤＣを共通の直流帰線で接続した双極ＨＶＤＣで運用する形態がある。また，各極の導入・設備更新時期が必ずしも一致しないため，双極ＨＶＤＣの１極を他励式ＨＶＤＣ，もう１極を自励式ＨＶＤＣで運用するハイブリッドＨＶＤＣとしてシステムが運用される可能性がある。
【０００４】
また，ＨＶＤＣは，系統安定化や電力融通などの観点から，連系する各交流系統への電力潮流方向を切り替えながら運転する形態がある。
【０００５】
電力潮流方向を切り替えるには，他励式ＨＶＤＣの場合では，自身の直流電圧極性を切り替え，直流電流極性は一定とすることで，送電電力の潮流方向を決定する手段が用いられる。ここで，潮流方向によっては直流帰線に流れる直流電流に２つのＨＶＤＣの和電流が流れてしまう。例えば，双方のＨＶＤＣの定格が等しく，定格電力を送電しているとすると，この和電流は定格直流電流の２倍電流となり，帰線の耐電流を超過して，焼損に繋がるおそれがある。
【０００６】
自励式ＨＶＤＣの各セルを双方向チョッパ回路で構成すると，各セルにおいて極性を替えられず，自励式ＨＶＤＣとして直流電流極性を切り替えられない。そのため，自励式ＨＶＤＣの直流線路に直流断路器で構成された電圧極性反転設備を設置し，連系する各交流系統への電力潮流方向を切り替えの際に，直流線路の回路接続を直流断路器の開閉で変更することで，システム直流電圧の電圧極性を切り替えて潮流制御する手段が知られている。このような技術は，例えば，文献Ｊ．Ｐ．ＫＪＡＥＲＧＡＡＲＤ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｂｉｐｏｌａｒ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆａｎ  ＨＶＤＣ  ＶＳＣ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ＬＣＣ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”，Ｃｉｇｒｅ  Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ  ｉｎ  Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ  ２０１２に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊ．Ｐ．ＫＪＡＥＲＧＡＡＲＤ  ｅｔ ａｌ．，“Ｂｉｐｏｌａｒ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆａｎ ＨＶＤＣ ＶＳＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ａｎ ＬＣＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”，Ｃｉｇｒｅ  Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ  ｉｎ  Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ  ２０１２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術では，連系する各交流系統への電力潮流方向を切り替えるために，自励式ＨＶＤＣの直流線路に直流断路器で構成された電圧極性反転設備を設置しているので，追加の電圧極性反転設備が必要となる。この電圧極性反転設備に用いられる直流断路器は機械的部品であり，また，直流線路に流れる直流電流が開閉可能電流（概ね零電流）になるまで開閉動作ができない。従って，潮流方向を切り替える際の送電不能期間が長時間化するという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は，上記の課題を解決するものであり，潮流方向の切り替え時間を高速化させることが可能なハイブリッド型電力変換システム，ハイブリッド型直流送電システム及びハイブリッド型電力変換システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために，本発明は，自励式変換装置と，他励式変換装置を有し，前記自励式変換装置と前記他励式変換装置は交流側として共通的な系統に接続され，前記自励式変換装置の直流送電線の一部と前記他励式変換装置の直流送電線の一部が共通的に用いられ，前記自励式変換装置は，自己消弧素子と蓄電素子から構成される単位ユニットを多段に直列することで構成され，前記他励式変換装置は，制御整流素子から構成され，前記自励式変換装置は，前記自己消弧素子の動作を制御することで出力する直流電流極性の切替えが可能に構成される。
【００１１】
すなわち，自励式変換器と，他励式変換器を備えた双極構成のハイブリッド直流送電システムにおいて，前記自励式変換器を自己消弧素子とエネルギー蓄積要素からなるフルブリッジ回路を複数直列接続したマルチレベル変換器で構成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば，連系する各交流系統への電力潮流方向を切り替える際に，送電停止期間が短縮されるという効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるハイブリッド直流送電システムの第１の実施形態を示した全体構成
【図２】自励式ＨＶＤＣの自励式変換器として用いるＭＭＣ片端子の回路構成
【図３】自励式ＨＶＤＣの自励式変換器として用いるＭＭＣアームの回路構成（Ｕ相上アーム）
【図４】他励式ＨＶＤＣの他励式変換器として用いる回路構成
【図５】ハイブリッドＨＶＤＣ制御手段の制御ブロック図
【図６】潮流方向切り替え時の各部電圧波形
【図７】本発明によるハイブリッド直流送電システムの第２の実施形態を示した全体構成
【図８】本発明によるハイブリッド直流送電システムの第２の実施形態の双極共通制御手段
【図９】システム直流帰線電流制御を適用した場合の各部波形
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（実施例）を以下に図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１を参照して，本発明の第１の実施形態の全体構成を説明する。以降の説明では，前提として，他励・自励ＨＶＤＣの容量が等しいことを条件とするが，本発明はこの限りではない。本発明の第１の実施形態であるハイブリッドＨＶＤＣ１０００は，２つの交流電力系統母線１０１，１１１と連系している。２つの交流電力系統母線１０１，１１１は，同一電源を有する交流電力系統でも，別電源を有する交流電力系統でもよい。
【００１６】
ハイブリッドＨＶＤＣ１０００は，自励式ＨＶＤＣ１０３と，他励式ＨＶＤＣ１０４，制御手段１０５から構成され，２つのＨＶＤＣを共通の直流帰線ｒで接続している。直流帰線ｒは，送電線，ケーブル等の導体帰路や，地中，海水等の大地帰路が考えられる。
【００１７】
自励式ＨＶＤＣ１０３は，２つの自励式変換器（自励式変換装置とも称する）１０６ａ，１０６ｂが直流本線ｐ，直流帰線ｒを介して接続されている。他励式ＨＶＤＣ１０４は，サイリスタ素子（制御整流素子とも称する）で構成された２つの他励式変換器（他励式変換装置とも称する）１０７ａ，１０７ｂが２つの直流リアクトル１０８ａ，１０８ｂを介して直流本線ｎ，もう一端が直流帰線ｒに接続されている。他励式変換器１０７ａ，１０７ｂの回路構成としては，例えば６パルス変換器や１２パルス変換器が用いられる。
【００１８】
電圧検出器１０９は，システム直流電圧ＶＤＣｒｎを検出し，制御装置１０５に入力する。電流検出器１１０ａ，１１０ｂは，それぞれシステム直流電流ＩＤＣｐ，ＩＤＣｎを検出し，制御装置１０５に入力する。制御手段１０５は，両交流系統間で送電する有効電力指令Ｐｒｅｆ，無効電力指令Ｑｒｅｆと，自励式ＨＶＤＣ１０３の連系点電圧ＶｇＶＳＣ，連系点電流ＩｇＶＳＣ，各アーム電流Ｉａｒｍ，システム直流電流ＩＤＣｐ，Ｕ相上アームのセルコンデンサ電圧ＶｃｅｌｌｕｐＮ，Ｕ相下アームのセルコンデンサ電圧ＶｃｅｌｌｕｒＮ，Ｖ相上アームのセルコンデンサ電圧ＶｃｅｌｌｖｐＮ，Ｖ相下アームのセルコンデンサ電圧ＶｃｅｌｌｖｒＮ，Ｗ相上アームのセルコンデンサ電圧ＶｃｅｌｌｗｐＮ，Ｗ相下アームのセルコンデンサ電圧ＶｃｅｌｌｗｒＮと，他励式ＨＶＤＣ１０４の連系点電圧ＶｇＬＣＣ，連系点電流ＩｇＬＣＣ，システム直流電流ＶＤＣｒｎ，システム直流電流ＩＤＣｎを入力として，ＭＭＣ上アームゲート信号ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＸＨ，ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＸＬ，ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＹＨ，ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＹＬ，ＭＭＣ下アームゲート信号ｇＶＳＣｕｒＮ＿ＸＨ，ｇＶＳＣｕｒＮ＿ＸＬ，ｇＶＳＣｕｒＮ＿ＹＨ，ｇＶＳＣｕｒＮ＿ＹＬ，他励式変換器ゲート信号ｇＬＣＣを出力する。なお，各記号のＮは，アーム内のＮ段目のセルを示しており，以降の説明においても同様の意味である。
【００１９】
図２を参照して，自励式ＨＶＤＣ１０３の自励式変換器１０６ａとして用いるＭＭＣ片端子の回路構成を示す。なお，図２では１０６ａを例に説明するが，１０６ｂに関しても同様の構成である。図２は，セル２０１がＮ段直列接続された各相のアーム２０２ｕｐ，２０２ｕｒ，２０２ｖｐ，２０２ｖｒ，２０２ｗｐ，２０２ｗｒと，各相のバッファリアクトル２０４ｕｐ，２０４ｕｒ，２０４ｖｐ，２０４ｖｒ，２０４ｗｐ，２０４ｗｒと，各相のアーム電流Ｉａｒｍを検出するための電流検出器２０５と，交流電力系統母線１０１との連系点電圧ＶｇＶＳＣ，連系点電流ＩｇＶＳＣを検出するための電圧検出器２０６，電流検出器２０７から構成される。各相アームの出力端子は，バッファリアクトル２０４ｕｐ，２０４ｕｒ，２０４ｖｐ，２０４ｖｒ，２０４ｗｐ，２０４ｗｒを介してｕ，ｖ，ｗ点に接続されている。それぞれのアームのもう一方の出力端子は，直流本線ｐ，若しくは直流帰線ｒに接続され，他端の自励式変換器１０６ｂに接続している。
【００２０】
次に，図３を参照して，自励式ＨＶＤＣ１０３の自励式変換器１０６ａとして用いるアーム２０２ｕｐを説明する。なお，図３では２０２ｕｐを例に説明するが，その他のアームに関しても同様の構成である。アーム２０２ｕｐは，フルブリッジ回路で構成されたフルブリッジセル２０１ｕｐ_１から２０１ｕｐ＿Ｎを直列接続したＭＭＣ方式で構成される。フルブリッジセル２０１ｕｐ_１を例として内部構成を説明する。フルブリッジセル２０１ｕｐ_１の主回路は，環流ダイオードが並列接続された自己消弧形半導体スイッチング素子（自己消弧素子とも称する）３０２ＸＨ_１，３０２ＸＬ_１を直列接続した回路と，３０２ＹＨ_１，３０２ＹＬ_１を直列接続した回路と，エネルギー蓄積要素であるコンデンサ３０３_１と，各セルのコンデンサ電圧ＶＣｅｌｌｕｐＮを検出するための電圧検出器３０４_１を並列接続した構成である。自己消弧形半導体スイッチング素子３０２ＸＨ_１，３０２ＸＬ_１，３０２ＹＨ_１，３０２ＹＬ_１は，ＩＧＢＴ，ＧＴＯ（ｇａｔｅ  ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ），ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が適用可能だが，本実施例ではＩＧＢＴを用いる。また，自己消弧形半導体スイッチング素子に入力されるゲート信号ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＸＨ，ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＸＬ，ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＹＨ，ｇＶＳＣｕｐＮ＿ＹＬに応じて，各スイッチング素子のオン，オフを切り替えながら動作する。
【００２１】
図４を参照して，他励式ＨＶＤＣ１０４の他励式変換器１０７ａ及び１０７ｂの回路構成を示す。図４（ａ）は，交流電力系統母線１０１側の他励式変換器１０７ａの回路構成を示しており，直流帰線ｒと接続点５ａ-ｉｎの間にサイリスタユニット５０ａ１１，５０ａ１２，５０ａ１３を並列に接続している。各サイリスタユニット５０ａ１１，５０ａ１２，５０ａ１３は，各々，サイリスタ５０ａ１１−１と５０ａ１１−２の直列回路，サイリスタ５０ａ１２-1と５０ａ１２-２の直列回路，サイリスタ５０ａ１３-1と５０ａ１３-２の直列回路で形成されている。
【００２２】
接続点５ａ-ｉｎと直流本線ｎの間にサイリスタユニット５０ａ２１，５０ａ２２，５０ａ２３を並列に接続している。各サイリスタユニット５０ａ２１，５０ａ２２，５０ａ２３は，各々，サイリスタ５０ａ２１−１と５０ａ２１−２の直列回路，サイリスタ５０ａ２２-1と５０ａ２２-２の直列回路，サイリスタ５０ａ２３-1と５０ａ２３-２の直列回路で形成されている。
【００２３】
ここで，各サイリスタは，いずれも，直流帰線ｒ側をカソードに直流本線ｎ側をアノード側に構成されている。
【００２４】
一方，変圧器５０１ａ(３巻線変圧器)は，デルタ巻線５０１ａ１，Ｙ巻線５０１ａ２，デルタ巻線５０１ａ３から構成される。デルタ巻線５０１ａ１，Ｙ巻線５０１ａ２，デルタ巻線５０１ａ３は互いに磁気結合されている。交流電力系統母線１０１のｕ相，ｖ相，ｗ相の各々はデルタ巻線５０１ａ１に接続されている。また，サイリスタ５０ａ１１−１と５０ａ１１−２の接続点，サイリスタ５０ａ１２-1と５０ａ１２-２の接続点，サイリスタ５０ａ１３-1と５０ａ１３-２の接続点の各々はＹ巻線５０１ａ２に接続されている。サイリスタ５０ａ２１−１と５０ａ２１−２の接続点，サイリスタ５０ａ２２-1と５０ａ２２-２の接続点，サイリスタ５０ａ２３-1と５０ａ２３-２の接続点の各々はデルタ巻線５０１ａ３に接続されている。
【００２５】
交流電力系統母線１０１との連系点電圧ＶｇＬＣＣ，連系点電流ＩｇＬＣＣを検出するための電圧検出器５０６，電流検出器５０７から構成される。
【００２６】
他励式変換器１０７ｂの回路構成について図４（ｂ）に示されている。他励式変換器１０７ａで各サイリスタにおいて直流帰線ｒ側をカソードに直流本線ｎ側をアノード側に接続して構成されるのに対して，他励式変換器１０７ｂでは，各サイリスタは，いずれも，直流帰線ｒ側をアノードに直流本線ｎ側をカソード側に構成されていることが異なっている。他の構成は実質的に同じであるので説明は省略する。
【００２７】
このように，他励式変換器１０７ａ，１０７ｂは，サイリスタ変換器として，2つの６相サイリスタ整流器と，変圧器５０１ａ・５０１ｂを組み合わせた１２相サイリスタ整流器を用いる。変圧器５０１ａ・５０１ｂは，一方の６相サイリスタ整流器と接続する変圧器巻線をスター結線，他方の６相サイリスタ整流器と接続する変圧器巻線をデルタ結線とすることで，交流系統に流出する高調波電流を抑制できる。他励式変換器１０７ａ，１０７ｂは，それぞれ内部のサイリスタ素子の向きが逆方向となるように構成する。他励式変換器１０７ａ，１０７ｂ内のサイリスタ素子のオン/オフが順次切り替わることで，電力変換を実施し，また，直流帰線ｒ側と直流本線ｎ側の極性を替えることができる。
【００２８】
次に，図５を参照して，制御手段１０５で実行されている制御方法を示す。制御手段１０５は例えば電子計算機で構成され図面で機能的に記載された各手段はソフトウエアを動作させることで実行可能なものである。図５は，２つのＨＶＤＣを制御する有効電力指令分配手段（双極共通制御手段）４０１と，自励式ＨＶＤＣ１０３を制御する自励式ＨＶＤＣ制御手段４０２と，他励式ＨＶＤＣ１０４を制御する他励式ＨＶＤＣ制御手段４０３で構成される。
【００２９】
双極共通制御手段（有効電力指令分配手段）４０１は，各ＨＶＤＣに有効電力指令Ｐｒｅｆを振り分ける機能と，ハイブリッドＨＶＤＣ１０００が出力する無効電力指令Ｑｒｅｆを決定する機能から構成される。
【００３０】
自励式ＨＶＤＣ制御手段４０２は，システム直流電流制御手段４２０，ＭＭＣのセルコンデンサ電圧制御手段４０４，有効・無効電力制御手段４０５，系統電圧位相検出手段４０７，交流電流制御手段４０８，循環電流制御手段４０９，電力指令Ｐｒｅｆの極性検出手段４１１，ＰＷＭ手段４１６と，パルス分配手段４１７と，加算器４０６，４１０，４１３，４１４，４１５と，乗算器４１２で構成されている。
【００３１】
システム直流電流制御手段４２０は，直流本線ｐに流れる直流電流ＩＤＣｐを，指令値ＩＤＣｒｅｆに制御するＰＩ制御演算機能を備えている。コンデンサ電圧制御手段４０４は，ＭＭＣのセル２０１のコンデンサ３０３の直流電圧ＶＣｅｌｌＮの全平均値を，指令値ＶＣｅｌｌｒｅｆに制御するＰＩ制御演算機能を備えている。有効・無効電力制御手段４０５は，自励式ＨＶＤＣが出力する有効・無効電力を，連系点電圧ＶｇＶＳＣ，連系点電流ＩｇＶＳＣから演算して，有効電力指令分配手段（双極共通制御手段）４０１から得られるＰｒｅｆＶＳＣと，ＱｒｅｆＶＳＣに一致するよう，有効電流指令値と，無効電流指令値を算出するＰＩ制御演算手段を備える。系統電圧位相検出手段４０７は，連系する交流電力系統母線１０１，１１１の系統電圧ＶｇＶＳＣの位相θを検出する手段を備える。交流電流制御手段４０８は，交流電力系統母線１０１，１１１に流れるｄ−ｑ座標変換後のｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑを指令値Ｉｄｒｅｆ，ｑ軸電流Ｉｑｒｅｆに一致するよう制御するＰＩ制御演算手段機能を備える。循環電流制御手段４０９は，各相のアーム間に流れる循環電流ＩｚをＰＩ制御演算にて制御し，各セルのコンデンサ３０３の直流電圧ＶＣｅｌｌＮを安定化させる機能を備える。極性検出手段４１１は，有効電力指令分配手段（双極共通制御手段）４０１から得られるＰｒｅｆＶＳＣの極性を判定し，システム直流電圧極性を変更する手段を備える。ＰＷＭ手段４１６は，上アームの電圧指令値であるＶｒｅｆ＿ｐ，下アームの電圧指令値であるＶｒｅｆ＿ｌと，キャリアＣａｒｒｉｅｒを比較し，フルブリッジセル３０１内の自己消弧形半導体スイッチング素子に入力するゲートパルスを生成する手段を備える。パルス分配手段４１７は，ゲートパルスをフルブリッジセル２０１内の４つの半導体スイッチング素子３０２ＸＨ_Ｎ，３０２ＸＬ_Ｎ，３０２ＹＨ_Ｎ，３０２ＹＬ_Ｎへゲートパルスを分配する手段を備える。
【００３２】
他励式ＨＶＤＣ制御手段４０３は，他励式変換器制御手段４１８と，パルス分配手段４１９で構成されている。他励式変換器制御手段４１８は，他励式ＨＶＤＣ１０４が有効電力指令ＰｒｅｆＬＣＣを出力できるように，他励式変換器１０７ａ，１０７ｂ内のサイリスタ素子の点弧角αを制御する機能を有する。パルス分配手段４２０は，点弧各αでサイリスタ素子を転流させるためのゲートパルスｇＬＣＣを生成する。
【００３３】
図６を参照して，潮流反転時の各波形を示す。また，フルブリッジセル３０１＿Ｎを用いることで，電圧極性反転が可能な理由を以下に述べる。図６は，上から，アーム２０２ｕｐ，２０２ｖｐ，２０２ｗｐと，バッファリアクトル２０４ｕｐ，２０４ｖｐ，２０４ｗｐ間のアーム両端電圧Ｖｕｐａｒｍ，Ｖｖｐａｒｍ，Ｖｗｐａｒｍ，アーム２０２ｕｒ，２０２ｖｒ，２０２ｗｒと，２０４ｕｒ２０４ｖｒ，２０４ｗｒ間のアーム両端電圧Ｖｕｒａｒｍ，Ｖｖｒａｒｍ，Ｖｗｒａｒｍ，システム直流電圧ＶＤＣｐｒ，システム直流電圧ＶＤＣｒｎを示す。
【００３４】
一般的に，潮流切り替えの必要性が生じる。例えば，系統電力母線１０１と系統電力母線１１１で電力を融通する際に，それぞれの系統の需給バランスが季節等で変動するため，系統安定化をはかるために潮流方向を反転させる必要である。系統安定化のために例えば周波数，電圧を規定値内に維持することが必要となる。
【００３５】
時刻ｔ１にて，自励式ＨＶＤＣ制御手段４０２において，システム直流電圧ＶＤＣｐｒが正の定格電圧まで立ち上がり運転している。その際，各アーム電圧は，システム直流電圧ＶＤＣｐｒの１／２の直流電圧を含んでいる。アーム両端電圧は，セル３０１＿１から３０１＿Ｎが出力するセル出力電圧を組み合わせることで，階段状のパルス波形を生成し，正弦波に近づけている。Ｕ相の場合，システム直流電圧ＶＤＣｐｒは（１）で表すことができる。
【００３６】
〔数１〕
Ｖｕｐａｒｍ＋Ｖｕｒａｒｍ＝ＶＤＣｐｒ  …（１）
例えば双方向チョッパセルの場合，原理的にセル出力電圧が単方向のみ出力可能なため，アーム両端電圧に含有しているシステム直流電圧ＶＤＣｐｒ／２の極性を自励式変換器自身で切り替えることができない。しかし，図３のようにセルをフルブリッジ回路で構成することにより，セル出力電圧を正電圧，若しくは，負電圧を半導体スイッチング素子のオン，オフ動作により選択することができる。前述の通り，アーム両端電圧はフルブリッジセル３０１＿１から３０１＿Ｎの出力電圧を組み合わせることで生成するため,システム直流電圧ＶＤＣｐｒの極性を切り替えることが可能となる。
【００３７】
一方，時刻ｔ１にて，他励式ＨＶＤＣ制御手段４０３において，システム直流電圧ＶＤＣｐｎが正の定格電圧まで立ち上がり運転している。
【００３８】
時刻ｔ２からｔ３にて，自励式ＨＶＤＣ制御手段４０２において，システム直流電圧極性を切り替えることで，有効電力の潮流方向を切り替える。電圧極性切り替え方法の具体的な手段は，図５に記載の極性検出手段４１１を用いることで可能となる。自励式ＨＶＤＣ１０３の有効電力指令ＰｒｅｆＶＳＣについて，正の定格電力（他端子へ送電）の場合は＋１，負の定格電力（他端子から受電）の場合は−１に規格化し，電力指令値に応じて＋１から−１までの値をＰｄｉｒとして出力する。これを後段のシステム直流電圧フィードフォワード項ＶＤＣｐｒ＿ｒａｔｅｄに乗算し，直流電圧指令ＶＤＣｒｅｆを生成することで，各アームに含まれるＶＤＣｐｒ／２の極性を切り替え，システム直流電圧ＶＤＣｐｒの電圧極性も切り替える。
【００３９】
一方，時刻ｔ２からｔ３にて，他励式ＨＶＤＣ制御手段４０３において，各サイリスタ素子に与える点弧角を制御することで，システム直流電圧ＶＤＣｐｎの電圧極性も切り替える。
【００４０】
本実施例によれば，自励式ＨＶＤＣの出力直流電圧極性を連続的に切替えることができるため，送電停止期間が短縮されるという効果を得られる。
【実施例２】
【００４１】
図７を参照して，本発明の第２の実施形態の全体構成を説明する。ただし，実施例１と同じ，または，相当する部分については説明を省略し，異なる部分のみを説明する。
【００４２】
ハイブリッドＨＶＤＣ１０００は，実施例１の各構成部品のほかに，システム直流帰線電流ＩＤＣｒを検出する直流電流センサ６０１を備えており，その検出値は制御手段１０５へ入力される。
【００４３】
次に，図８を参照して，本実施例における制御手段１０５内の有効電力指令分配手段（双極共通制御手段）を説明する。図８は，システム直流帰線電流制御手段７０１と，Ｐｒｅｆを自励式ＨＶＤＣ１０３，他励式ＨＶＤＣ１０４へ分配する分配器７０２と，分配された有効電力指令と，システム直流帰線電流制御手段７０１の補正電力指令Ｐｃを減算する減算器７０３，若しくは，加算する加算器７０４から構成される。システム直流帰線電流制御手段７０１は，ＰＩ制御演算手段を用いることで，システム直流帰線電流ＩＤＣｒを直流帰線電流指令値ＩＤＣｒｒｅｆに追従させるような補正電力指令Ｐｃを出力する。
【００４４】
次に，図９を参照して，本実施例のシステム直流帰線電流制御手段７０１を導入した場合の各波形を説明する。なお，図９は，ハイブリッドＨＶＤＣ１０３が定常運転している場合の動作波形を例として用いているが，本実施例は定常運転のみに限定するものではなく，潮流反転動作やＨＶＤＣ起動，停止等の過渡運転においても同様の効果を得ることができる。図９は，上から図８の自励式ＨＶＤＣのＰｒｅｆＶＳＣ，他励式ＨＶＤＣのＰｒｅｆＬＣＣ，補正電力指令Ｐｃ，直流帰線ｒに流れるシステム直流帰線電流ＩＤＣｒである。
【００４５】
時刻ｔ１で，各ＨＶＤＣの有効電力指令ＰｒｅｆＶＳＣ，ＰｒｅｆＬＣが，Ｐｒｅｆ／２ずつ与えられているとする。両有効電力指令が同値の場合，理想的にはそれぞれの直流本線ｐ，ｎに流れるシステム直流電流ＩＤＣｐ，ＩＤＣｎが同じであるため，直流帰線ｒに流れるＩＤＣｒはキャンセルされ零となる。しかし，自励式ＨＶＤＣ制御手段４０２，他励式ＨＶＤＣ制御手段４０３の制御アルゴリズムの相違や，各制御応答の相違・制御線の伝送遅延等に起因して，双方の電流がキャンセルされずにＩＤＣｒに電流が流れてしまう可能性が考えられる。時刻ｔ２で，システム直流帰線電流制御手段７０１を動作させたとき，ＩＤＣｒがＩＤＣｒｒｅｆ（図９ではＩＤＣｒｒｅｆ＝零電流）となるようにＰｒｅｆ／２にＰｃを加減算し，ＰｒｅｆＶＳＣ，ＰｒｅｆＬＣＣを生成する。そして，時刻ｔ３で，各ＨＶＤＣから出力されるシステム直流電流がキャンセルされ，ＩＤＣｒが零に制御される。
【００４６】
本実施例によれば，実施例１と同様の効果が得られる他，実施例１とは異なり，システム直流帰線電流ＩＤＣｒの定常・過渡的な増加を抑制しつつハイブリッドＨＶＤＣを運転することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０１，１１１・・・交流電力系統母線
１０００・・・ハイブリッドＨＶＤＣ
１０３・・・自励式ＨＶＤＣ
１０４・・・他励式ＨＶＤＣ
１０５・・・制御手段
１０６ａ，１０６ｂ・・・自励式変換器
１０７ａ，１０７ｂ・・・他励式変換器
１０８ａ，１０８ｂ・・・直流リアクトル
１０９，２０６，３０４＿１〜３０４＿Ｎ・・・電圧検出器
１１０ａ，１１０ｂ，２０５，２０７，６０１・・・電流検出器
２０１ｐ，２０１ｒ・・・アーム変換器
２０２ｕｐ，２０２ｖｐ，２０２ｗｐ，２０２ｕｒ，２０２ｖｒ，２０２ｗｒ・・・アーム
２０４ｕｐ，２０４ｖｐ，２０４ｗｐ，２０４ｕｒ，２０４ｖｒ，２０４ｗｒ・・・バッファリアクトル
３０１ｕｐ＿１〜３０１ｕｐ_Ｎ，３０１ｖｐ＿１〜３０１ｖｐ_Ｎ，３０１ｗｐ＿１〜３０１ｗｐ_Ｎ，３０１ｕｒ＿１〜３０１ｕｒ_Ｎ，３０１ｖｒ＿１〜３０１ｖｒ_Ｎ，３０１ｗｒ＿１〜３０１ｗｒ_Ｎ・・・フルブリッジセル
３０２ＸＨ＿１〜３０２ＸＨ＿Ｎ，３０２ＸＬ＿１〜３０２ＸＬ＿Ｎ，３０２ＹＨ＿１〜３０２ＹＨ＿Ｎ，３０２ＹＬ＿１〜３０２ＹＬ＿Ｎ・・・環流ダイオードが並列接続された自己消弧形半導体スイッチング素子
３０３＿１〜３０３＿Ｎ・・・コンデンサ
４０１・・・双極共通制御手段
４０２・・・自励式ＨＶＤＣ制御手段
４０３・・・他励式ＨＶＤＣ制御手段
４０４・・・コンデンサ電圧制御手段
４０５・・・有効・無効電力制御手段
４０６，４１０，４１３，４１４，４１５，７０４・・・加算器
４０７・・・系統電圧位相検出手段
４０８・・・交流電流制御手段
４０９・・・循環電流制御手段
４１１・・・極性検出手段
４１２・・・乗算器
４１６・・・ＰＷＭ手段
４１７・・・自励式変換器パルス分配手段
４１８・・・他励式変換器制御手段
４１９・・・他励式変換器パルス分配手段
４２０・・・システム直流帰線電流制御手段
７０１・・・システム直流帰線電流制御手段
７０２・・・分配器
７０３・・・減算器
【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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