(57)【要約】【課題】自励式変換器を有する電力変換装置が、調相設備と適切に協働できるようにする。【解決手段】無効電力発生装置１０４は第１の無効電力を発生させ、調相設備１０６は、その逆相の第２の無効電力を発生させる。自励式変換器１０２は、交流系統１１０と第１の直流系統１０８との間に接続された複数のスイッチング素子を備え、交流系統１１０と第１の直流系統１０８との間で交流／直流変換を行いつつ電力を伝送する。自励式変換器制御装置１０３は、第２の無効電力に対応する無効電力対応信号ＱVSCrefを受信し、自励式変換器１０２が、自励式変換器１０２の動作を安定動作させつつ無効電力対応信号ＱVSCrefに基づいた第３の無効電力を発生するように、スイッチング素子のオン／オフ状態を制御する。【選択図】図１
2019041442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自励式変換器と、自励式変換器制御装置と、を備え、
前記自励式変換器は、
第１の無効電力を発生させる無効電力発生装置と、前記第１の無効電力に対して逆相の第２の無効電力を発生させるとともに、前記第１の無効電力の増加に伴って前記第２の無効電力を段階的に増加する調相設備と、が接続された交流系統から交流電力を受電する交流電力受電部と、
第１の直流系統と前記交流電力受電部との間に接続された複数のスイッチング素子を備え、前記交流系統と前記第１の直流系統との間で交流／直流変換を行いつつ電力を伝送する電力変換部と、
を備え、前記自励式変換器制御装置は、
前記第２の無効電力に対応する無効電力対応信号を受信する無効電力対応信号受信部と、
前記自励式変換器が、前記自励式変換器の動作を安定動作させつつ前記無効電力対応信号に基づいた第３の無効電力を発生するように、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するスイッチング素子制御部と、
を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換部は、前記第３の無効電力を発生させなかった場合に、前記交流系統の状態に応じて、前記交流電力受電部における位相余裕またはゲイン余裕が零以下になり得るものであり、
前記自励式変換器制御装置は、前記交流電力受電部における前記位相余裕および前記ゲイン余裕が共に正値になるように、前記電力変換部に前記第３の無効電力を発生させるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換部は、前記スイッチング素子に接続されたエネルギー貯蔵素子を備えるものであり、
前記無効電力発生装置は、前記交流系統と第２の直流系統との間に接続された複数のサイリスタ回路を有し、前記交流系統と前記第２の直流系統との間で交流／直流変換を行いつつ電力を伝送するものであり、
前記調相設備は、少なくとも一のコンデンサと、前記コンデンサを前記交流系統に連系させるか否かを切り替える少なくとも一の交流遮断器と、を有するものであり、
前記自励式変換器制御装置は、前記交流遮断器の投入および遮断動作が停止している期間中に前記第３の無効電力を発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記自励式変換器制御装置は、
前記交流系統に連系している前記コンデンサの数である接続コンデンサ数に対応して、前記交流電力受電部における位相余裕およびゲイン余裕を求める特性演算部と、
求めた前記位相余裕と前記ゲイン余裕とに基づいて、前記自励式変換器が安定して動作する前記接続コンデンサ数である安定動作閾値を求める閾値演算部と、
をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記特性演算部は、前記交流電力受電部における共振周波数を求める機能をさらに有し、
前記閾値演算部は、前記位相余裕と前記ゲイン余裕と前記共振周波数とに基づいて、前記安定動作閾値を求める
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換部は、前記スイッチング素子に接続されたエネルギー貯蔵素子を備えるものであり、
前記無効電力発生装置は、前記交流系統と第２の直流系統との間に接続された複数のサイリスタ回路を有し、前記交流系統と前記第２の直流系統との間で交流／直流変換を行いつつ電力を伝送するものであり、
前記調相設備は、少なくとも一のコンデンサと、前記コンデンサを前記交流系統に連系させるか否かを切り替える少なくとも一の交流遮断器と、を有するものであり、
前記自励式変換器制御装置は、
前記調相設備に流れる調相設備電流の測定値を前記無効電力対応信号として受信し、前記調相設備電流の周波数成分のうち、前記交流電力受電部における共振周波数を含む帯域の成分である共振電流成分を抽出する共振電流抽出部と、
前記共振電流成分を零値に近づけるような補正電圧指令値を出力する共振電流制御部と、
をさらに有し、
前記スイッチング素子制御部は、前記補正電圧指令値に基づいて、前記電力変換部を安定動作させる第３の無効電力を発生するように、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記共振電流抽出部は、前記交流系統に連系している前記コンデンサの数である接続コンデンサ数に対応して、前記共振周波数を演算する機能を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機からの発電電力を遠方需要地に送電する技術として、高圧直流送電装置 (以下、ＨＶＤＣ（high-voltage, direct current）装置と称する) が知られている。ＨＶＤＣ装置には、サイリスタ素子等を有する他励式変換器を用いた他励式ＨＶＤＣ装置と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の自己消弧形半導体スイッチング素子を有する自励式変換器を用いた自励式ＨＶＤＣ装置の２つの種類がある。他励式変換器および自励式変換器は、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る。
【０００３】
他励式変換器において、サイリスタ素子等のオン動作はゲート信号によって制御可能である。しかし、サイリスタ素子等は、ゲート信号によってオン状態からオフ状態に切り替えることができず、オフ動作は外部電源に依存する。これにより、他励式ＨＶＤＣ装置は、融通電力の５０％〜６０％程度の遅れ無効電力を発生させる。そこで、遅れ無効電力による系統電圧の低下を防止するため、他励式ＨＶＤＣ装置には、一般的には調相設備が併設される。このような調相設備には、例えば電力用コンデンサが適用される。
【０００４】
一方、自励式ＨＶＤＣ装置は、自己消弧形半導体スイッチング素子のオン動作、およびオフ動作を共にゲート信号によって制御可能である。このオフ動作が外部電源に依存しないため、自励式ＨＶＤＣ装置は、他励式ＨＶＤＣ装置と比較して、高い制御性を有するという利点がある。また、自励式ＨＶＤＣ装置は、有効電力および無効電力を独立に制御できるため、他励式ＨＶＤＣ装置に併設されていた調相設備を削減できるという利点がある。過去、大容量化に有利な他励式ＨＶＤＣ装置が国内外で多数導入されてきた。しかし、近年では、ＩＧＢＴ等の自己消弧形半導体スイッチング素子の大容量化が進み、また、上述のような利点を有することから、自励式ＨＶＤＣ装置の導入が増加しつつある。
【０００５】
ある時期にＨＶＤＣを導入した後に電力需要が拡大すると、他のＨＶＤＣを導入し、その結果、二以上のＨＶＤＣを併設して運用することがある。また、これらの導入時期および設備更新時期が同一ではないため、例えば既存の他励式ＨＶＤＣ装置に対して、自励式ＨＶＤＣ装置を新たに併設することがある。このような状況に係る技術として、下記特許文献１の要約書には、「他励式直流送電システムと自励式直流送電システムとが並列に接続されたシステムにおいて、融通電力値を変化させる際に発生する交流電圧変動を低減する」、および「実施形態によれば、交直変換器の制御装置は、他励式直流送電システム、および前記他励式直流送電システムに並列に設置される自励式直流送電システムを有する直流送電システムに適用され、前記直流送電システム全体に対する融通電力指令値が増加する際に、前記自励式直流送電システムに対する融通電力指令値を遅延回路に与えることにより、前記他励式直流送電システムに対する融通電力指令値を前記自励式直流送電システムに対する融通電力指令値より先のタイミングで増加させ、前記他励式直流送電システムの融通電力増加が完了、あるいは一定値以上に増加した後に、前記自励式直流送電システムに対する融通電力指令値を増加させる」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−４２３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、既存の他励式ＨＶＤＣ装置に対して新たに自励式ＨＶＤＣ装置を併設する場合、既存の他励式ＨＶＤＣ装置において既に調相設備が併設されていることが多い。しかし、調相設備の状態によっては、自励式ＨＶＤＣ装置が不安定になる虞がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、調相設備と適切に協働できる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明の電力変換装置は、自励式変換器と、自励式変換器制御装置と、を備え、前記自励式変換器は、第１の無効電力を発生させる無効電力発生装置と、前記第１の無効電力に対して逆相の第２の無効電力を発生させるとともに、前記第１の無効電力の増加に伴って前記第２の無効電力を段階的に増加する調相設備と、が接続された交流系統から交流電力を受電する交流電力受電部と、第１の直流系統と前記交流電力受電部との間に接続された複数のスイッチング素子を備え、前記交流系統と前記第１の直流系統との間で交流／直流変換を行いつつ電力を伝送する電力変換部と、を備え、前記自励式変換器制御装置は、前記第２の無効電力に対応する無効電力対応信号を受信する無効電力対応信号受信部と、前記電力変換部が前記無効電力対応信号に基づいて、前記電力変換部を安定動作させる第３の無効電力を発生するように、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するスイッチング素子制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電力変換装置によれば、調相設備と適切に協働できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による電力変換システムのブロック図である。
【図２】自励式変換器のブロック図である。
【図３】第１実施形態における単位変換器の回路図である。
【図４】他励式変換器のブロック図である。
【図５】調相設備の回路図である。
【図６】調相設備による無効電力補償パターンの一例を示す図である。
【図７】第１実施形態における自励式変換器制御装置および他励式変換器制御装置のブロック図である。
【図８】比較例における（ａ）連系点電流の波形図、（ｂ）安定区間内のゲイン線図、（ｃ）安定区間内の位相線図、（ｄ）不安定区間内のゲイン線図、（ｅ）不安定区間内の位相線図である。
【図９】比較例および第１実施形態における無効電力補償パターンの一例を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による電力変換システムのブロック図である。
【図１１】第２実施形態における自励式変換器制御装置および他励式変換器制御装置のブロック図である。
【図１２】変形例における無効電力補償パターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
〈第１実施形態の構成〉
（全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態による電力変換システムＳ１および周辺装置のブロック図である。
図１において、電力変換システムＳ１は、自励式ＨＶＤＣ装置１００１（電力変換装置）と、他励式ＨＶＤＣ装置１００２と、を有している。三相の交流系統母線１１０（交流系統）には発電機等の交流電圧源１０１が接続されており、自励式ＨＶＤＣ装置１００１および他励式ＨＶＤＣ装置１００２は、交流系統母線１１０に対して連系している。また、電力変換システムＳ１から、例えば数百ｋｍ程度離れた位置には、自励式ＨＶＤＣ装置１００１および他励式ＨＶＤＣ装置１００２とそれぞれ同様に構成された自励式ＨＶＤＣ装置１５０１および他励式ＨＶＤＣ装置１５０２が設けられている。自励式ＨＶＤＣ装置１５０１および他励式ＨＶＤＣ装置１５０２は、三相の交流系統母線１６０に対して連系しており、交流系統母線１６０には、発電機等の交流電圧源１５１が接続されている。
【００１２】
自励式ＨＶＤＣ装置１００１は、正側および負側の直流送電線１０８ｐ，１０８ｎ（第１の直流系統。以下、両者を総称して直流送電線１０８と称することがある）の各一端に接続されている。また、他励式ＨＶＤＣ装置１００２は、正側および負側の直流送電線１０９ｐ，１０９ｎ（第２の直流系統。以下、両者を総称して直流送電線１０９と称することがある）の各一端に接続されている。同様に、自励式ＨＶＤＣ装置１５０１は、直流送電線１０８の他端に接続され、他励式ＨＶＤＣ装置１５０２は、直流送電線１０９の他端に接続されている。
【００１３】
自励式ＨＶＤＣ装置１００１は、自励式変換器１０２と、自励式変換器制御装置１０３と、を有している。また、他励式ＨＶＤＣ装置１００２は、他励式変換器１０４（無効電力発生装置）と、他励式変換器制御装置１０５と、調相設備１０６と、を有している。また、他端側の自励式ＨＶＤＣ装置１５０１は、自励式変換器１５２と、自励式変換器制御装置１５３と、を有している。また、他励式ＨＶＤＣ装置１５０２は、他励式変換器１５４と、他励式変換器制御装置１５５と、調相設備１５６と、を有している。
【００１４】
自励式変換器１０２，１５２は、直流送電線１０８を介して接続され、相互に電力を融通する。同様に、他励式変換器１０４，１５４は、直流送電線１０９を介して接続され、相互に電力を融通する。融通制御部１３００は、自励式変換器１０２，１５２および自励式変換器１０２，１５２に対して、相手側に融通すべき電力を指令する。直流送電線１０８，１０９には、例えば、架空送電線や直流ケーブルを適用することができる。
【００１５】
図１においては、上述した各要素間で送受信される主要な信号も示す。自励式変換器制御装置１０３は、融通制御部１３００から、融通電力指令ＰVSCrefを受信する。この融通電力指令ＰVSCrefは、直流送電線１０８を介して、自励式変換器１０２から自励式変換器１５２に融通すべき電力を指令するものである。また、他励式変換器制御装置１０５は、通信路１０７を介して、自励式変換器制御装置１０３に対して無効電力指令ＱVSCref（無効電力対応信号）を送信する。無効電力指令ＱVSCrefは、自励式変換器１０２にて発生すべき無効電力を指令するものである。
【００１６】
この通信路１０７としては、例えば光ファイバーケーブル、電気信号線、無線通信等を適用することができる。また、他励式変換器制御装置１０５は、融通制御部１３００から、融通電力指令ＰLCCrefを受信する。この融通電力指令ＰLCCrefは、直流送電線１０９を介して、他励式変換器１０４から他励式変換器１５４に融通すべき電力を指令するものである。なお、図１に示した他の信号についての詳細は後述する。
【００１７】
（自励式変換器１０２の構成）
図２は、本実施形態における自励式変換器１０２のブロック図である。なお、自励式変換器１０２は、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）と称されているものである。
自励式変換器１０２は、三相の連系変圧器２０３（交流電力受電部）と、電圧検出器２０４と、電流検出器２０５，２０８と、を有している。連系変圧器２０３の一次側は、電流検出器２０８および電圧検出器２０４を介して、交流系統母線１１０に接続されている。ここで、電圧検出器２０４が接続されている箇所、すなわち連系変圧器２０３の一次側端子を連系点１０２ａと呼ぶ。また、電流検出器２０５は、直流送電線１０８ｐに対して直列接続されている。
【００１８】
また、自励式変換器１０２は、セルまたはサブモジュールと呼ばれる６×ｂ個（ｂは複数）の単位変換器２０１ｕｐ１〜２０１ｕｐｂ，２０１ｖｐ１〜２０１ｖｐｂ，２０１ｗｐ１〜２０１ｗｐｂ，２０１ｕｎ１〜２０１ｕｎｂ，２０１ｖｎ１〜２０１ｖｎｂ，２０１ｗｎ１〜２０１ｗｎｂを有している。これら６×ｂ個の単位変換器を、以下、「単位変換器２０１」または変数ｊ，ｋ，Ｎを用いて「単位変換器２０１ｊｋＮ」と総称する。ここで、変数ｊは、連系変圧器２０３の二次側の位相ｕ，ｖ，ｗを総称するものである。また、変数ｋは、直流送電線１０８ｐ，１０８ｎに対応する正極ｐまたは負極ｎを総称するものである。また、変数Ｎは、直列接続された単位変換器の連番１〜ｂを総称するものである。なお、後述する他の要素の説明においても、変数ｊ，ｋ，Ｎの意味は同様である。
【００１９】
また、ｂ個の単位変換器２０１ｊｋ１〜２０１ｊｋｂを直列接続したものを、「アーム２０７」（電力変換部）または「アーム２０７ｊｋ」（例えばアーム２０７ｕｐ）と呼ぶ。アーム２０７ｕｐ，２０７ｖｐ，２０７ｗｐの各一端は、電流検出器２０５を介して直流送電線１０８ｐに接続されている。また、アーム２０７ｕｎ，２０７ｖｎ，２０７ｗｎの各一端は、直流送電線１０８ｎに接続されている。また、各アーム２０７ｊｋの他端には、バッファリアクトル２０２ｊｋと、電流検出器２０６ｊｋとが順次直列に接続されている。電流検出器２０６ｕｐ，２０６ｕｎは、連系変圧器２０３の二次側ｕ相に接続され、電流検出器２０６ｖｐ，２０６ｖｎは、同二次側ｖ相に接続され、電流検出器２０６ｗｐ，２０６ｗｎは、同二次側ｗ相に接続されている。
【００２０】
電圧検出器２０４は、三相の連系点電圧ＶVSCACを検出し、電流検出器２０８は、三相の連系点電流ＩVSCACを検出する。また、６個の電流検出器２０６ｊｋは、６系統の変換器アーム電流ＩVSCを検出する。また、電流検出器２０５は、システム直流電流ＩVSCDCを検出する。これら電圧検出器２０４および電流検出器２０５，２０６ｊｋ，２０８の検出結果は、自励式変換器制御装置１０３（図１参照）に供給される。自励式変換器制御装置１０３は、これら供給された検出値を用いて、単位変換器２０１ｊｋＮを制御するためのゲート信号ｇVSCjkNを各相のアーム２０７ｊｋに出力する。
【００２１】
図３は、図２に示した単位変換器２０１ｊｋＮの回路図である。
単位変換器２０１ｊｋＮは、スイッチング回路３０１と、コンデンサ３０２（エネルギー貯蔵素子）と、電圧検出器３０３と、を有している。スイッチング回路３０１は、２個の自己消弧形半導体スイッチング素子（以下「スイッチング素子」と呼ぶ）３０１ａ，３０１ｂと、これらスイッチング素子３０１ａ，３０１ｂのそれぞれに並列接続された還流ダイオード（符号なし）と、を有している。コンデンサ３０２は、スイッチング回路３０１に対して並列接続され、電流の入出力を繰り返すエネルギー貯蔵素子として機能する。
【００２２】
各スイッチング素子３０１ａ，３０１ｂのオン／オフ状態は、自励式変換器制御装置１０３（図１参照）から供給されるゲート信号ｇVSCjkNによって制御される。また、電圧検出器３０３は、コンデンサ３０２の端子電圧すなわちコンデンサ電圧ＶCjkNを計測し、自励式変換器制御装置１０３に供給する。なお、図示の例では、スイッチング素子３０１ａ，３０１ｂはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、であるが、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）等、他の自己消弧形半導体スイッチング素子を適用してもよい。
【００２３】
（他励式変換器１０４の構成）
図４は、本実施形態における他励式変換器１０４のブロック図である。
他励式変換器１０４は、１２パルス変換器と称されているものである。但し、他励式変換器１０４は１２パルス変換器に限られるものではなく、サイリスタ素子を用いた他励式変換器であれば同様の作用効果を得ることができる。
他励式変換器１０４は、２台の６パルス変換器４０６ｐ，４０６ｎと、連系変圧器４０２と、電圧検出器４０３，４０５と、直流リアクトル４０４と、電流検出器４０７と、を有している。連系変圧器４０２は、三相三巻線の変圧器である。
【００２４】
６パルス変換器４０６ｐは、３台のサイリスタ回路４０１ｕｐ，４０１ｖｐ，４０１ｗｐを有している。また、６パルス変換器４０６ｎは、３台のサイリスタ回路４０１ｕｎ，４０１ｖｎ，４０１ｗｎを有している。これらサイリスタ回路を「サイリスタ回路４０１」または「サイリスタ回路４０１ｊｋ」のように総称する。サイリスタ回路４０１ｊｋは、それぞれ直列接続された２個のサイリスタ素子（符号なし）を有している、各サイリスタ回路４０１ｊｋには、他励式変換器制御装置１０５（図１参照）から、ゲート信号ｇLCCjk1，ｇLCCjk2（以下、ゲート信号ｇLCCjk1,2と呼ぶことがある）が供給される。各サイリスタ素子は、該ゲート信号ｇLCCjk1,2が立上った際に、オン状態になる。
【００２５】
また、サイリスタ回路４０１ｊｎ（すなわち４０１ｕｎ，４０１ｖｎ，４０１ｗｎ）のカソードと、サイリスタ回路４０１ｊｐ（すなわち４０１ｕｐ，４０１ｖｐ，４０１ｗｐ）のアノードとは、相互に接続されている。各サイリスタ回路４０１ｊｐにおける一対のサイリスタの接続点は、連系変圧器４０２の二次巻線のｕ，ｖ，ｗ相に接続されている。同様に、各サイリスタ回路４０１ｊｎにおける一対のサイリスタの接続点は、連系変圧器４０２の三次巻線のｕ，ｖ，ｗ相に接続されている。
【００２６】
また、サイリスタ回路４０１ｕｐ，４０１ｖｐ，４０１ｗｐのカソードは、直流リアクトル４０４を介して直流送電線１０９ｐに接続され、サイリスタ回路４０１ｕｎ，４０１ｖｎ，４０１ｗｎのアノードは、電流検出器４０７を介して直流送電線１０９ｎに接続されている。電流検出器４０７は、直流送電線１０９ｐに流れる電流、すなわちシステム直流電流ＩLCCDCを検出する。また、電圧検出器４０５は、直流送電線１０９ｐ，１０９ｎの線間電圧を測定し、その結果をシステム直流電圧ＶLCCDCとして出力する。
【００２７】
また、連系変圧器４０２の一次巻線は、交流系統母線１１０に接続され、６パルス変換器４０６ｐ，４０６ｎは、連系変圧器４０２を介して、交流系統母線１１０と連系している。電圧検出器４０３は、交流系統母線１１０と連系変圧器４０２との接続点における連系点電圧ＶLCCACを検出する。そして、電圧検出器４０３，４０５および電流検出器４０７による検出結果は、他励式変換器制御装置１０５（図１参照）に供給される。他励式変換器制御装置１０５は、これらの検出値を用いて、上述したゲート信号ｇLCCjk1,2を各サイリスタ回路４０１ｊｋに出力する。他励式変換器１０４は、直流送電線１０９を介して送電する融通電力の５０％〜６０％程度の遅れ無効電力を発生させる。この他励式変換器１０４が発生する無効電力を「第１の無効電力」と呼ぶことがある。
【００２８】
（調相設備１０６の構成）
図５は、本実施形態に適用される調相設備１０６の回路図である。調相設備１０６は、ｅ個（ｅは複数）の交流遮断器５０１＿１〜５０１＿ｅと、ｅ個の電力用コンデンサ５０２＿１〜５０２＿ｅ（コンデンサ）と、連系変圧器５０３と、を有している。ここで、交流遮断器５０１＿１〜５０１＿ｅを、「交流遮断器５０１」、または変数Ｍを用いて「交流遮断器５０１＿Ｍ」と総称する。ここで、変数Ｍは、交流遮断器の連番１〜ｅを総称するものである。また、同様に、電力用コンデンサ５０２＿１〜５０２＿ｅを「電力用コンデンサ５０２」または「電力用コンデンサ５０２＿Ｍ」と総称する。
【００２９】
各交流遮断器５０１＿Ｍと各電力用コンデンサ５０２＿Ｍとは直列接続され、各交流遮断器５０１＿Ｍは連系変圧器５０３の二次側に接続されている。連系変圧器５０３の一次側は交流系統母線１１０に接続され、これによって、調相設備１０６は交流系統母線１１０と連系している。各交流遮断器５０１＿Ｍは、他励式変換器制御装置１０５（図１参照）から出力される動作指令ＳCM（すなわち動作指令ＳC1〜ＳCe）によって、投入・遮断状態が制御される。すなわち、交流遮断器５０１＿Ｍは、動作指令ＳCMが“１”であれば投入状態になり、動作指令ＳCMが“０”であれば遮断状態になる。
【００３０】
図６は、調相設備１０６による無効電力補償パターンの一例を示す図である。
図６の横軸は、融通制御部１３００（図１参照）から他励式変換器制御装置１０５に供給される融通電力指令ＰLCCrefである。また、縦軸は調相設備１０６が出力する無効電力補償量ＱSCである。他励式変換器１０４は、自身の融通電力の５０％〜６０％程度の遅れ無効電力が発生する。そこで、他励式変換器制御装置１０５は、図６に示すように、融通電力指令ＰLCCrefが大きくなるほど、無効電力補償量ＱSCが段階的に大きくなるように、動作指令ＳCM（図５参照）を設定する。
【００３１】
すなわち、他励式変換器制御装置１０５は、融通電力指令ＰLCCrefが大きくなるほど、“１”である動作指令ＳC1〜ＳCeの数を増加してゆく。これにより、融通電力指令ＰLCCrefが大きくなるほど、投入状態の交流遮断器５０１＿１〜５０１＿ｅの数が増加し、連系変圧器５０３に接続される電力用コンデンサ５０２＿１〜５０２＿ｅが増加し、無効電力補償量ＱSCは、無効電力補償量ＱSC1〜ＱSCeの順に増加してゆく。
【００３２】
換言すれば、調相設備１０６は、他励式変換器１０４が発生する第１の無効電力に対して逆相の無効電力を発生させることになる。この調相設備１０６が発生させる無効電力を「第２の無効電力」と呼ぶことがある。すなわち、他励式変換器制御装置１０５および調相設備１０６は、第１の無効電力の増加に伴って第２の無効電力を段階的に増加させる。
【００３３】
（自励式変換器制御装置１０３の構成）
図７は、本実施形態における自励式変換器制御装置１０３および他励式変換器制御装置１０５のブロック図である。
自励式変換器制御装置１０３および他励式変換器制御装置１０５は、何れもＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、ＤＳＰによって実行されるマイクロプログラムおよび各種データ等が格納されている。図７において、自励式変換器制御装置１０３および他励式変換器制御装置１０５の内部は、制御プログラムおよびマイクロプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。なお、この点は後述する他の実施形態においても同様である。
【００３４】
すなわち、図７において、自励式変換器制御装置１０３は、セルコンデンサ電圧制御部８０１と、有効・無効電力制御部８０２（無効電力対応信号受信部）と、系統電圧位相検出部８０３と、加算器８０４，８０８，８０９，８１０と、交流電流制御部８０５と、システム直流電流制御部８０６と、循環電流制御部８０７と、ＰＷＭ部８１１，８１２（スイッチング素子制御部）と、特性演算部８２０と、閾値演算部８２２と、を有している。また、以下説明する各種指令値の中には、回転座標上の指令値も含まれる。この回転座標は、交流系統母線１１０（図１参照）の周波数で回転する座標であり、交流系統母線１１０における電圧と同一位相になる軸をｄ軸と呼び、ｄ軸に直交する軸をｑ軸と呼ぶ。
【００３５】
セルコンデンサ電圧制御部８０１は、コンデンサ電圧指令値ＶCjkrefと、コンデンサ電圧ＶCjkN（図３参照）とを受信する。ここで、コンデンサ電圧指令値ＶCjkrefは、コンデンサ電圧ＶCjkNの目標値であり、例えば所定の定数である。セルコンデンサ電圧制御部８０１は、コンデンサ電圧ＶCjkNの平均値を求めるとともに、該平均値をコンデンサ電圧指令値ＶCjkrefに近接させるための比例積分（ＰＩ）演算を行い、その比例積分結果を出力する。
【００３６】
有効・無効電力制御部８０２は、融通制御部１３００（図１参照）から供給される融通電力指令ＰVSCrefと、他励式変換器制御装置１０５から出力される無効電力指令ＱVSCrefと、電圧検出器２０４（図２参照）から出力される連系点電流ＩVSCACと、電流検出器２０８（図２参照）から出力される連系点電圧ＶVSCACと、を受信する。なお、無効電力指令ＱVSCrefについて詳細は後述するが、これは自励式変換器１０２にて発生すべき無効電力の指令値である。
【００３７】
有効・無効電力制御部８０２は、連系点電流ＩVSCACおよび連系点電圧ＶVSCACに基づいて、自励式変換器１０２が交流系統母線１１０に対して出力している有効電力および無効電力を算出する。そして、有効・無効電力制御部８０２は、有効電力を融通電力指令ＰVSCrefに近接させるとともに、無効電力を無効電力指令ＱVSCrefに近接させるための比例積分（ＰＩ）演算を行い、その比例積分結果を出力する。有効・無効電力制御部８０２は、有効電力に係る比例積分結果（符号なし）を出力するとともに、無効電力に係る比例積分結果をｑ軸電流指令値Ｉqrefとして出力する。
【００３８】
系統電圧位相検出部８０３は、連系点電圧ＶVSCAC（図２参照）の位相θを検出し出力する。また、加算器８０４は、セルコンデンサ電圧制御部８０１から出力された比例積分結果と、有効・無効電力制御部８０２から出力された、有効電力に係る比例積分結果とを加算し、加算結果をｄ軸電流指令値Ｉdrefとして出力する。
【００３９】
交流電流制御部８０５は、ｄ軸電流Ｉdと、ｑ軸電流Ｉqと、ｄ軸電流指令値Ｉdrefと、ｑ軸電流指令値Ｉqrefと、３系統の連系点電圧ＶVSCAC（図２参照）と、位相θと、を受信する。ここで、ｄ軸電流Ｉdおよびｑ軸電流Ｉqは、電圧検出器２０４にて検出された連系点電流ＩVSCAC（図２参照）を、回転座標上の値に変換したものである。そして、交流電流制御部８０５は、ｄ軸電流Ｉdをｄ軸電流指令値Ｉdrefに近接させるとともに、ｑ軸電流Ｉqをｑ軸電流指令値Ｉqrefに近接させるための比例積分（ＰＩ）演算を行い、その比例積分結果を３系統の電圧指令値ＶACrefとして出力する。これら３系統の電圧指令値ＶACrefは、連系変圧器２０３（図２参照）の二次側ｕ，ｖ，ｗ相電圧に対応する指令値である。
【００４０】
また、システム直流電流制御部８０６は、電流検出器２０５（図２参照）が出力するシステム直流電流ＩVSCDCと、システム直流電流指令値ＩVSCDCrefと、所定の定数ＶVSCDC_ratedと、を受信する。なお、システム直流電流指令値ＩVSCDCrefは、システム直流電流ＩVSCDCの目標値であり、例えば所定の定数である。システム直流電流制御部８０６は、システム直流電流ＩVSCDCを、システム直流電流指令値ＩVSCDCrefに近接させるための比例積分（ＰＩ）演算を行い、その比例積分結果に対して定数ＶVSCDC_ratedを乗算し、その結果を電圧指令値ＶVSCDCrefとして出力する。乗算器８３１，８３２は、電圧指令値ＶVSCDCrefに「１／２」を乗算し出力する。
【００４１】
また、循環電流制御部８０７は、循環電流Ｉzと、循環電流指令値Ｉzrefとを受信する。ここで、循環電流Ｉzは、各相のアーム２０７ｊｋ（図２参照）の相互間に循環する電流であり、電流検出器２０６ｊｋから出力される６系統の変換器アーム電流ＩVSC（図２参照）に基づいて計算される。また、循環電流指令値Ｉzrefは循環電流Ｉzの指令値であり、例えば所定の定数である。循環電流制御部８０７は、循環電流Ｉzを循環電流指令値Ｉzrefに近接させるための比例積分（ＰＩ）演算を行い、その比例積分結果を循環電流に対応する３系統の電圧指令値Ｖzrefとして出力する。これは、各単位変換器２０１ｊｋＮのコンデンサ電圧ＶCjkN（図３参照）を安定させるためである。
【００４２】
加算器８０８は、各３系統の電圧指令値ＶACrefと電圧指令値Ｖzrefとを系統毎に加算する。加算器８０９は、加算器８０８の出力信号（３系統）の各々に対して、乗算器８３１の出力信号（電圧指令値ＶVSCDCrefの「１／２」）を加算し、その結果を３系統の電圧指令値ＶACref_pとして出力する。これら電圧指令値ＶACref_pは、アーム２０７ｕｐ，２０７ｖｐ，２０７ｗｐ（図２参照）の各端子電圧に対応する指令値である。
【００４３】
また、乗算器８３３は、加算器８０８の出力信号（３系統）の各々に対して、「−１」を乗算する。加算器８１０は、乗算器８３３の出力信号（３系統）の各々に対して、乗算器８３２の出力信号（電圧指令値ＶVSCDCrefの「１／２」）を加算し、その結果を３系統の電圧指令値ＶACref_nとして出力する。これら電圧指令値ＶACref_nは、アーム２０７ｕｎ，２０７ｖｎ，２０７ｗｎ（図２参照）の各端子電圧に対応する指令値である。
【００４４】
ＰＷＭ部８１１は、ｂ系統のキャリア信号ＣＲｐと、３系統の電圧指令値ＶACref_pとをそれぞれ比較し、比較結果を「３×ｂ」系統のゲート信号ｇVSCjpNとして出力する。また、ＰＷＭ部８１２は、ｂ系統のキャリア信号ＣＲｎと、３系統の電圧指令値ＶACref_nとをそれぞれ比較し、比較結果を「３×ｂ」系統のゲート信号ｇVSCjnNとして出力する。これらゲート信号ｇVSCjpN，ｇVSCjnN（すなわちゲート信号ｇVSCjkN）は、図３に示したように、単位変換器２０１ｊｋＮに供給される。
【００４５】
ここで、自励式変換器制御装置１０３の制御の下、自励式変換器１０２が発生する無効電力を「第３の無効電力」と呼ぶことがある。すなわち、第３の無効電力は、自励式変換器１０２を安定動作させるために、自励式変換器１０２自体が無効電力指令ＱVSCrefに基づいて発生する無効電力である。
【００４６】
また、特性演算部８２０は、電流検出器２０８（図２参照）から出力される連系点電流ＩVSCACと、電圧検出器２０４から出力される連系点電圧ＶVSCACと、を受信し、これらに基づいて、連系点１０２ａにおけるゲイン線図、位相線図、および共振周波数ｆQを求める。この周波数ｆQは、接続される電力用コンデンサ５０２＿Ｍの数、交流系統母線１１０の線路インダクタンス、および連系変圧器２０３の漏れインダクタンス等に基づいて定まる。そして、特性演算部８２０は、連系点１０２ａにおけるゲイン余裕ｇｍ、位相余裕Φｍ、および共振周波数ｆQを出力する。
【００４７】
閾値演算部８２２は、ゲイン余裕ｇｍ、位相余裕Φｍ、および共振周波数ｆQに基づいて、安定動作閾値ＱSC_thを算出する。この安定動作閾値ＱSC_thは、他励式変換器１０４における無効電力補償量ＱSC（図６参照）の値であって、自励式変換器１０２が無効電力を発生させることなく、該自励式変換器１０２が安定動作する限界となる値である。なお、安定動作閾値ＱSC_thの詳細については後述する。
【００４８】
（他励式変換器制御装置１０５の構成）
また、図７において、他励式変換器制御装置１０５は、点弧角決定部８１５と、パルス分配部８１６と、無効電力指令分配部８１７と、を有している。点弧角決定部８１５は、融通制御部１３００（図１参照）から供給される融通電力指令ＰLCCrefと、電流検出器４０７（図４参照）から出力されるシステム直流電流ＩLCCDCと、電圧検出器４０５から出力されるシステム直流電圧ＶLCCDCと、電圧検出器４０３から出力される３系統の連系点電圧ＶLCCACと、を受信する。
【００４９】
点弧角決定部８１５は、他励式ＨＶＤＣ装置１００２の融通電力が融通電力指令ＰLCCrefに一致するよう、他励式変換器１０４のサイリスタ素子の点弧角αを決定する。パルス分配部８１６は、電圧検出器４０３（図４参照）から出力される３系統の連系点電圧ＶLCCACと、点弧角αとに基づいて、該点弧角αでサイリスタ素子をオンさせるためのゲート信号ｇLCCjk1,2を出力する。
【００５０】
無効電力指令分配部８１７は、融通電力指令ＰLCCrefに基づいて、連系変圧器５０３（図５参照）に接続すべき電力用コンデンサ５０２＿Ｍの数を求め、その結果に基づいて動作指令ＳCMを出力する。さらに、無効電力指令分配部８１７は、閾値演算部８２２から供給された安定動作閾値ＱSC_thに基づいて、有効・無効電力制御部８０２に対して無効電力指令ＱVSCrefを出力する。上述したように、無効電力指令ＱVSCrefは、自励式変換器１０２にて発生すべき無効電力の指令値である。
【００５１】
図６に示したように、動作指令ＳCMすなわち動作指令ＳC1〜ＳCeの値（“０”または“１”）が求まると、無効電力補償量ＱSCも求まる。無効電力指令分配部８１７は、無効電力補償量ＱSCを求めるとともに、該無効電力補償量ＱSCが安定動作閾値ＱSC_thを超えると、自励式変換器１０２を安定動作させるように、無効電力指令ＱVSCrefの値を設定する。一方、無効電力補償量ＱSCが安定動作閾値ＱSC_th以下であれば、無効電力指令ＱVSCrefは、零値に保たれる。
【００５２】
〈比較例の構成および動作〉
次に、本実施形態の効果を明らかにするため、比較例の構成および動作について説明する。
比較例の構成は、上記第１実施形態のものとほぼ同様である。但し、比較例においては、他励式変換器制御装置１０５から自励式変換器制御装置１０３に対して、無効電力指令ＱVSCref（図１参照）が供給されない点が異なっている。すなわち、自励式変換器制御装置１０３においては、無効電力指令ＱVSCrefは常に零値であるとみなされる。
【００５３】
図６に示したように、他励式変換器制御装置１０５および調相設備１０６は、融通電力指令ＰLCCrefが大きくなるほど、無効電力補償量ＱSCを段階的に上昇させてゆく。ここで、無効電力補償量ＱSCが比較的小さい場合は、自励式変換器１０２は無効電力（第３の無効電力）を発生させることなく安定的に動作する。しかし、無効電力補償量ＱSCが比較的大きくなると、第３の無効電力を発生させない本比較例においては、自励式変換器１０２は動作が不安定になる。
【００５４】
図８（ａ）は、比較例における連系点電流ＩVSCACの波形図の一例である。図８（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は自励式変換器１０２における、ｕ，ｖ，ｗ相のうち何れか一相の連系点電流ＩVSCACである。
図８（ａ）において、時刻ｔ0〜ｔ1の期間は、動作指令ＳC1〜ＳC3が“１”であって、動作指令ＳC4〜ＳCeが“０”であったこととする。すなわち、調相設備１０６の無効電力補償量ＱSCは、ＱSC3（図６参照）である。そして、同期間内において、自励式変換器１０２は、安定的に動作している。
【００５５】
そして、時刻ｔ1において、動作指令ＳC4が“０”から“１”に切り替わったとする。これにより、電力用コンデンサ５０２＿４（図５参照）が連系変圧器５０３を介して交流系統母線１１０に接続され、以降はその状態が続いている。時刻ｔ1においては、電力用コンデンサ５０２＿４が交流系統母線１１０に接続されたことにより、交流系統母線１１０における容量成分が大きくなり、無効電力補償量ＱSCは安定動作閾値ＱSC_th（図７参照）を超え、自励式変換器１０２が不安定になっている。すると、時刻ｔ1以降、時間の経過とともに、連系点電流ＩVSCACに含まれる歪率成分が徐々に大きくなり、連系点電流ＩVSCACの振幅値も大きくなっている。そして、時刻ｔ2には、自励式変換器１０２の保護回路（図示せず）が働き、自励式変換器１０２は強制的に停止させられている。
【００５６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）の安定区間（時刻ｔ0〜ｔ1）内の連系点１０２ａ（図２参照）におけるゲイン線図であり、図８（ｃ）は同区間における位相線図である。また、横軸のωは、連系点１０２ａにおける電流の角周波数である。
図８（ｂ），（ｃ）に示すように、同区間におけるゲイン余裕ｇｍおよび位相余裕Φｍは、共に正値になっている。図８（ｂ）に示すように、ゲインは概ね角周波数ωに対して単調減少しているが、共振周波数ｆQには極大値が現れている。
【００５７】
また、図８（ｄ）は、図８（ａ）の不安定区間（時刻ｔ1〜ｔ2）内の連系点１０２ａにおけるゲイン線図であり、図８（ｅ）は同区間における位相線図である。
図８（ｄ），（ｅ）に示すように、同区間における位相余裕Φｍは正値になっている。しかし、位相が−１８０°であるときの角周波数ωは、共振周波数ｆQ付近になっており、これによってゲイン余裕ｇｍが零値になっている。なお、図８（ｄ）に破線で示すゲイン特性Ｌ１については後述する。
【００５８】
〈第１実施形態の動作〉
次に、本実施形態の動作を説明する。
上述したように、本実施形態において、特性演算部８２０（図７参照）は、連系点１０２ａにおけるゲイン余裕ｇｍ、位相余裕Φｍ、および共振周波数ｆQを出力し、閾値演算部８２２は、これらに基づいて、安定動作閾値ＱSC_thを算出する。
【００５９】
次に、無効電力指令分配部８１７は、調相設備１０６における無効電力補償量ＱSC（図６参照）を求めるとともに、該無効電力補償量ＱSCが安定動作閾値ＱSC_thを超えると、自励式変換器１０２を安定動作させるように、無効電力指令ＱVSCrefの値を設定する。そして、有効・無効電力制御部８０２は、無効電力指令ＱVSCrefに応じた無効電力を発生させるようにｑ軸電流指令値Ｉqrefを設定する。
【００６０】
これにより、ＰＷＭ部８１１，８１２が出力するゲート信号ｇVSCjpN，ｇVSCjnNはこのｑ軸電流指令値Ｉqrefを反映したものになり、自励式変換器１０２は、無効電力指令ＱVSCrefに応じた無効電力を発生させる。従って、本実施形態によれば、調相設備１０６における無効電力補償量ＱSCが安定動作閾値ＱSC_thを超えた場合であっても、自励式変換器１０２を安定して動作させることができる。
【００６１】
上述した本実施形態の動作は、図８（ｄ）において、実線で示す比較例のゲイン特性を、破線で示すゲイン特性Ｌ１にシフトするものと考えることができる。ゲイン特性Ｌ１においては、共振周波数ｆQaは比較例の共振周波数ｆQよりも高くなっており、ゲイン余裕ｇｍａは正値になっている。これにより、比較例における不安定区間（時刻ｔ1〜ｔ2）においても、自励式変換器１０２を安定動作させることができる。
【００６２】
次に、図９を参照し、発生する無効電力の観点から本実施形態の動作を説明する。図９は、比較例および本実施形態における無効電力補償パターンの一例を示す図である。
図６のものと同様に、図９の横軸は、融通制御部１３００（図１参照）から他励式変換器制御装置１０５に供給される融通電力指令ＰLCCrefを示している。また、縦軸は調相設備１０６が出力する無効電力補償量ＱSCである。
【００６３】
図９において、安定動作閾値ＱSC_thは、無効電力補償量ＱSC3に一致しているとする。すると、無効電力補償量ＱSCが無効電力補償量ＱSC3以下であれば、自励式変換器１０２は無効電力（第３の無効電力）を発生させることなく安定的に動作する。しかし、図８（ａ）の時刻ｔ1において電力用コンデンサ５０２＿４（図５参照）が接続されると、無効電力補償量ＱSCは安定動作閾値ＱSC_thを超えるため、自励式変換器１０２が第３の無効電力を発生しない比較例においては、自励式変換器１０２の動作が不安定になる。
【００６４】
一方、本実施形態においては、無効電力指令分配部８１７は、融通電力指令ＰLCCrefと、安定動作閾値ＱSC_thと、に基づいて、無効電力指令ＱVSCrefと、動作指令ＳCMとを出力する。安定動作閾値ＱSC_thは、「電力用コンデンサ５０２＿Ｍのみによる無効電力補償の限界値（投入台数の限界値）」として定義することもできる。
【００６５】
上述したように、特性演算部８２０は、連系点１０２ａにおけるゲイン線図および位相線図を求め、これによって共振周波数ｆQを求める。図９において、安定動作閾値ＱSC_th≧無効電力補償量ＱSCとなる運転条件（実線）では、制御不安定が発生しない領域であるため、上述したように調相設備１０６によって無効電力補償し、無効電力指令ＱVSCrefは零値になる。一方、ＱSC_th＜ＱSCとなる運転条件（破線）では、調相設備１０６および自励式ＨＶＤＣ装置１００１の無効電力補償を組み合わせて運用する。
【００６６】
また、調相設備１０６は、無効電力補償量ＱSC3に対応する無効電力（第２の無効電力）を出力するため、動作指令ＳC1〜ＳC3を“１”に設定し、電力用コンデンサ５０２＿１〜５０２＿３（図５参照）を連系変圧器５０３に接続する。換言すれば、無効電力指令分配部８１７は、無効電力補償量ＱSCの上限値を安定動作閾値ＱSC_thに設定する。また、無効電力指令分配部８１７は、安定動作閾値ＱSC_thでは不足する無効電力を自励式変換器１０２に発生させるように、無効電力指令ＱVSCrefの値を設定する。
【００６７】
すなわち、無効電力指令分配部８１７は、下式（１）によって無効電力指令ＱVSCrefを決定する。
ＱVSCref＝０  （但し、ＱSC_th≧ＱSC），
ＱVSCref＝ＱSC−ＱSC_th  （但し、ＱSC_th＜ＱSC）  …（１）
上式（１）にて得られる無効電力指令ＱVSCrefは、通信路１０７（図１参照）を介して、他励式変換器制御装置１０５から自励式変換器制御装置１０３に供給される。そして、自励式変換器制御装置１０３の有効・無効電力制御部８０２は、自励式ＨＶＤＣ装置１００１の無効電力出力が無効電力指令ＱVSCrefに一致するように、ｑ軸電流指令値Ｉqrefを決定し、自励式変換器１０２を制御する。また、上式（１）の内容は、換言すると、自励式変換器制御装置１０３は、調相設備１０６内の交流遮断器５０１＿Ｍの投入および遮断動作が停止している期間中に、第３の無効電力を発生させることになる。
【００６８】
〈第１実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態における自励式変換器（１０２）は、
第１の無効電力を発生させる無効電力発生装置（１０４）と、第１の無効電力に対して逆相の第２の無効電力を発生させるとともに、第１の無効電力の増加に伴って第２の無効電力を段階的に増加する調相設備（１０６）と、が接続された交流系統（１１０）から交流電力を受電する交流電力受電部（２０３）と、
第１の直流系統（１０８ｐ，１０８ｎ）と交流電力受電部（２０３）との間に接続された複数のスイッチング素子（３０１ａ，３０１ｂ）を備え、交流系統（１１０）と第１の直流系統（１０８ｐ，１０８ｎ）との間で交流／直流変換を行いつつ電力を伝送する電力変換部（２０７）と、を備える。
また、自励式変換器制御装置（１０３）は、
第２の無効電力に対応する無効電力対応信号（ＱVSCref）を受信する無効電力対応信号受信部（８０２）と、
電力変換部（２０７）が無効電力対応信号（ＱVSCref）に基づいて、電力変換部（２０７）を安定動作させる第３の無効電力を発生するように、スイッチング素子（３０１ａ，３０１ｂ）のオン／オフ状態を制御するスイッチング素子制御部（８１１，８１２）と、
を備える。
これにより、電力変換部（２０７）を安定動作させつつ、電力変換装置（１００１）を調相設備（１０６）と適切に協働させることができる。
【００６９】
また、電力変換部（２０７）は、第３の無効電力を発生させなかった場合に、交流系統（１１０）の状態に応じて、交流電力受電部（２０３）における位相余裕（Φｍ）またはゲイン余裕（ｇｍ）が零以下になり得るものであり、自励式変換器制御装置（１０３）は、交流電力受電部（２０３）における位相余裕（Φｍ）およびゲイン余裕（ｇｍ）が共に正値になるように、電力変換部（２０７）に第３の無効電力を発生させるものである。
これにより、自励式変換器（１０２）を安定的に動作させることができる。
【００７０】
また、電力変換部（２０７）は、スイッチング素子（３０１ａ，３０１ｂ）に接続されたエネルギー貯蔵素子（３０２）を備えるものであり、無効電力発生装置（１０４）は、交流系統（１１０）と第２の直流系統（１０９ｐ，１０９ｎ）との間に接続された複数のサイリスタ回路（４０１）を有し、交流系統（１１０）と第２の直流系統（１０９ｐ，１０９ｎ）との間で交流／直流変換を行いつつ電力を伝送するものであり、
調相設備（１０６）は、少なくとも一のコンデンサ（５０２＿１〜５０２＿ｅ）と、コンデンサ（５０２＿１〜５０２＿ｅ）を交流系統（１１０）に連系させるか否かを切り替える少なくとも一の交流遮断器（５０１＿１〜５０１＿ｅ）と、を有するものであり、自励式変換器制御装置（１０３）は、交流遮断器（５０１＿１〜５０１＿ｅ）の投入および遮断動作が停止している期間中に第３の無効電力を発生させる。
これにより、調相設備（１０６）が第３の無効電力を発生させる際に、交流遮断器（５０１＿１〜５０１＿ｅ）の投入および遮断による影響を排除できる。
【００７１】
また、自励式変換器制御装置（１０３）は、
交流系統（１１０）に連系しているコンデンサ（５０２＿１〜５０２＿ｅ）の数である接続コンデンサ数に対応して、交流電力受電部（２０３）における位相余裕（Φｍ）およびゲイン余裕（ｇｍ）を求める特性演算部（８２０）と、
求めた位相余裕（Φｍ）とゲイン余裕（ｇｍ）とに基づいて、自励式変換器（１０２）が安定して動作する接続コンデンサ数である安定動作閾値（ＱSC_th）を求める閾値演算部（８２２）と、
をさらに有する。これにより、調相設備（１０６）の状態に応じて、安定動作閾値（ＱSC_th）を定めることができる。
【００７２】
また、特性演算部（８２０）は、交流電力受電部（２０３）における共振周波数（ｆQ）を求める機能をさらに有し、閾値演算部（８２２）は、位相余裕（Φｍ）とゲイン余裕（ｇｍ）と共振周波数（ｆQ）とに基づいて、安定動作閾値（ＱSC_th）を求める。
これにより、位相余裕（Φｍ）とゲイン余裕（ｇｍ）と共振周波数（ｆQ）とに基づいて安定動作閾値（ＱSC_th）を求めることができる。
【００７３】
［第２実施形態］
〈第２実施形態の構成〉
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、図１〜図９の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図１０は、本発明の第２実施形態による電力変換システムＳ２および周辺装置のブロック図である。図１０において、電力変換システムＳ２は、自励式ＨＶＤＣ装置１７０１（電力変換装置）と、他励式ＨＶＤＣ装置１７０２と、電流検出器１１０１と、を有している。そして、自励式ＨＶＤＣ装置１７０１および他励式ＨＶＤＣ装置１７０２は、それぞれ直流送電線１０８および１０９を介して、他端側の自励式ＨＶＤＣ装置１５０１および他励式ＨＶＤＣ装置１５０２に接続されている。
【００７４】
自励式ＨＶＤＣ装置１７０１は、自励式変換器１０２と、自励式変換器制御装置１１０３と、を有している。また、他励式ＨＶＤＣ装置１７０２は、他励式変換器１０４と、他励式変換器制御装置１１０５と、調相設備１０６と、を有している。ここで、自励式変換器１０２、他励式変換器１０４および調相設備１０６の構成は、第１実施形態のもの（図２〜図５参照）と同様である。また、電流検出器１１０１は、交流系統母線１１０から調相設備１０６に流れる調相設備電流ＩSC（無効電力対応信号）を検出し、その検出結果を自励式変換器制御装置１１０３に供給する。
【００７５】
図１１は、本実施形態における自励式変換器制御装置１１０３および他励式変換器制御装置１１０５のブロック図である。
自励式変換器制御装置１１０３は、第１実施形態の自励式変換器制御装置１０３（図７参照）に設けられていたものと同様の構成要素８０１〜８１２，８３１〜８３３を有している。そして、自励式変換器制御装置１１０３は、さらに、共振電流抽出部１２０１（無効電力対応信号受信部）と、共振電流制御部１２０２と、を有している。また、他励式変換器制御装置１１０５は、第１実施形態の他励式変換器制御装置１０５に設けられていたものと同様の点弧角決定部８１５と、パルス分配部８１６と、を有している。さらに、他励式変換器制御装置１１０５は、第１実施形態における無効電力指令分配部８１７に代えて、動作決定部１２０３を有している。
【００７６】
共振電流抽出部１２０１は、電流検出器１１０１（図１０参照）から調相設備電流ＩSCを受信すると、調相設備電流ＩSCから共振電流成分ＩSCRを抽出する。ここで、共振電流成分ＩSCRは、調相設備電流ＩSCの共振周波数ｆQ（図８（ｂ）参照）を含む帯域における電流成分である。共振電流抽出部１２０１は、具体的には、共振周波数ｆQを含む帯域成分を抽出する帯域通過フィルタを適用することができる。
【００７７】
上述したように、共振周波数ｆQは、接続される電力用コンデンサ５０２＿Ｍの数、交流系統母線１１０の線路インダクタンス、および連系変圧器２０３の漏れインダクタンス等に基づいて求めることができる。すなわち、ｂ個の電力用コンデンサ５０２＿Ｍの接続状態に応じたｂ個の共振周波数ｆQが存在する。共振電流抽出部１２０１は、交流系統母線１１０に連系している電力用コンデンサ５０２＿Ｍの数である接続コンデンサ数に対応して、共振周波数ｆQを演算し、記憶する機能を有している。
【００７８】
共振電流制御部１２０２は、共振電流成分ＩSCRを共振電流成分指令値ＩSCRrefに近接させるための比例積分（ＰＩ）演算を行い、その比例積分結果を３系統の補正電圧指令値ＶSCRrefとして出力する。なお、共振電流成分ＩSCRは、なるべく小さいことが好ましいため、共振電流成分指令値ＩSCRrefは、例えば零値に設定するとよい。加算器８０８は、各３系統の電圧指令値ＶACrefと電圧指令値Ｖzrefと補正電圧指令値ＶSCRrefとを系統毎に加算する。これにより、加算器８０９，８１０が出力する各３系統の電圧指令値ＶACref_p，ＶACref_nは、共振電流成分ＩSCRを打ち消し、電流共振を抑制するような無効電力（第３の無効電力）を発生させる値になる。
【００７９】
一方、他励式変換器制御装置１１０５における動作決定部１２０３は、融通制御部１３００（図１０参照）から供給される融通電力指令ＰLCCrefに基づいて、動作指令ＳCMを出力する。具体的には、図６に示した全範囲の融通電力指令ＰLCCrefについて、融通電力指令ＰLCCrefが大きくなるほど、無効電力補償量ＱSCを段階的に上昇させてゆくように、動作指令ＳCMを出力する。上述した比較例について述べたように、仮に、自励式変換器１０２が無効電力を発生させなかったとすると、調相設備１０６の無効電力補償量ＱSCが大きくなると、自励式変換器１０２の動作が不安定になる可能性がある。しかし、本実施形態における自励式変換器制御装置１１０３は、共振電流成分ＩSCRを打ち消すような無効電力を自励式変換器１０２に発生させるため、電流共振の発生による制御不安定現象を未然に防止することができる。
【００８０】
本実施形態によれば、図６に示した全範囲の融通電力指令ＰLCCrefについて、無効電力補償量ＱSCを段階的に上昇させることができ、これによって調相設備１０６が有する無効電力補償能力を有効活用することができる。また、他励式ＨＶＤＣ装置１７０２が既設であって、自励式ＨＶＤＣ装置１７０１を新たに増設する場合、他励式ＨＶＤＣ装置１７０２をほとんど改修する必要が無い点で、経済的な設備増設を実現することができる。
【００８１】
〈第２実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の自励式変換器制御装置（１１０３）は、調相設備（１０６）に流れる調相設備電流（ＩSC）の測定値を無効電力対応信号として受信し、調相設備電流（ＩSC）の周波数成分のうち、交流電力受電部（２０３）における共振周波数（ｆQ）を含む帯域の成分である共振電流成分（ＩSCR）を抽出する共振電流抽出部（１２０１）と、共振電流成分（ＩSCR）を零値に近づけるような補正電圧指令値（ＶSCRref）を出力する共振電流制御部（１２０２）と、を有する。
これにより、調相設備（１０６）の状態が変動している期間内においても、自励式変換器制御装置（１１０３）を機能させることができ、調相設備（１０６）が有する無効電力補償能力を有効活用することができる。
【００８２】
また、共振電流抽出部（１２０１）は、交流系統（１１０）に連系しているコンデンサ（５０２＿１〜５０２＿ｅ）の数である接続コンデンサ数に対応して、共振周波数（ｆQ）を演算する機能を有する。
これにより、接続コンデンサ数に対応した、適切な共振周波数（ｆQ）に基づいて、自励式変換器（１０２）を制御できる。
【００８３】
［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【００８４】
（１）上記各実施形態においては、自励式変換器１０２として、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）を適用したが、自励式変換器１０２はＭＭＣに限られるものではなく、自己消弧形半導体スイッチング素子を用いた電圧型変換器であれば同様の効果を得ることができる。
【００８５】
（２）上記第１実施形態において、特性演算部８２０は、連系点１０２ａにおけるゲイン線図および位相線図を求め、これによってゲイン余裕ｇｍ、位相余裕Φｍ、共振周波数ｆQを求めた。しかし、ゲイン余裕ｇｍ、位相余裕Φｍおよび共振周波数ｆQを求める手法はこれに限られるわけではない。例えば、特性演算部８２０は、ゲイン線図または位相線図に代えて、ナイキスト線図を求めるようにし、このナイキスト線図からゲイン余裕ｇｍと位相余裕Φｍとを求めるようにしてもよい。
【００８６】
（３）また、安定動作閾値ＱSC_thを決定するために、上記各実施形態とは別の方法を採用してもよい。例えば、自励式変換器１０２が発生する高調波の周波数成分を測定し、自励式変換器１０２の発生高調波が共振周波数ｆQと一致する系統構成を求めることによって安定動作閾値ＱSC_thを決定するようにしてもよい。
【００８７】
（４）また、第１実施形態における無効電力補償パターンは、図９に示したものに限定されず、例えば図１２に示すように変形してもよい。なお、図１２は、本変形例における無効電力補償パターンの一例を示す図である。
図１２において、無効電力補償量ＱSCが安定動作閾値ＱSC_th以下である運転条件（実線）は、図９に示したものと同様である。一方、無効電力補償量ＱSCが安定動作閾値ＱSC_thを超える運転条件（破線）は、図９のものとは異なっている。すなわち、本変形例において、無効電力指令分配部８１７（図７参照）は、融通電力指令ＰLCCrefが大きくなるに従って、無効電力指令ＱVSCrefがスロープ状に増加させている。この変形例によれば、自励式変換器１０２は無効電力を連続的に変化させることができるため、無効電力がステップ状に変化する際の制御不安定を回避することができ、電力変換システムを一層安定的に運用できる。
【００８８】
（５）上記各実施形態における自励式変換器制御装置１０３，１１０３および他励式変換器制御装置１０５，１１０５のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図７，図１１に示したアルゴリズムを実現するプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
【００８９】
（６）図７，図１１に示したアルゴリズムは、上記各実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として実現したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
【００９０】
（７）上記各実施形態においては、「第１の無効電力を発生させる無効電力発生装置」の一例として、他励式変換器１０４を適用した例を説明したが、無効電力発生装置は他励式変換器１０４に限定されるものではなく、例えば電気炉や電動機等であってもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１０２  自励式変換器
１０３，１１０３  自励式変換器制御装置
１０４  他励式変換器（無効電力発生装置）
１０６  調相設備
１０８ｐ，１０８ｎ  直流送電線（第１の直流系統）
１０９ｐ，１０９ｎ  直流送電線（第２の直流系統）
１１０  交流系統母線（交流系統）
２０１，２０１ｕｐ１〜２０１ｗｎｂ  単位変換器
２０３  連系変圧器（交流電力受電部）
２０７，２０７ｕｎ，２０７ｖｎ，２０７ｗｎ，２０７ｕｐ，２０７ｖｐ，２０７ｗｐ  アーム（電力変換部）
３０１  スイッチング回路
３０１ａ，３０１ｂ  スイッチング素子
３０２  コンデンサ（エネルギー貯蔵素子）
４０１，４０１ｕｎ〜４０１ｗｐ  サイリスタ回路
５０１，５０１＿１〜５０１＿ｅ  交流遮断器
５０２，５０２＿１〜５０２＿ｅ  電力用コンデンサ（コンデンサ）
８０２  有効・無効電力制御部（無効電力対応信号受信部）
８１１，８１２  ＰＷＭ部（スイッチング素子制御部）
８２０  特性演算部
８２２  閾値演算部
１００１，１７０１  自励式ＨＶＤＣ装置（電力変換装置）
１２０１  共振電流抽出部（無効電力対応信号受信部）
１２０２  共振電流制御部
ＩSC  調相設備電流（無効電力対応信号）
ＩSCR  共振電流成分
ＱSC_th  安定動作閾値
ＱVSCref  無効電力指令（無効電力対応信号）
ＶSCRref  補正電圧指令値
ｆQ  共振周波数
ｇｍ  ゲイン余裕
Φｍ  位相余裕
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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