(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力系統に接続された直流送電線の端部に設けられて、交流電力を直流電力に変換する電力変換器の制御装置において、
前記交流電力系統の電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記第１の電圧検出部によって検出した電圧に基づいて、前記電力変換器の余裕角を一定に制御する制御角を出力する定余裕角制御部と、
入力側の前記交流電力系統の電圧を、前記第１の電圧検出部よりも高速に検出する第２の電圧検出部と、
前記第２の電圧検出部によって検出した電圧に基づいて定余裕角補助値を算出して、この定余裕角補助値を前記定余裕角制御部の前記制御角の制限値として出力する補助定余裕角制御部と、を有し、
前記第２の電圧検出部が、入力側の前記交流電力系統を流れる三相交流の各相の電圧を検出するものであり、
前記補助定余裕角制御部が、前記第２の電圧検出部が検出した各相の電圧に基づいて、前記定余裕角補助値を算出し、
前記補助定余裕角制御部が、前記第２の電圧検出部が検出した各相の電圧を３次元座標系から２次元座標系に変換する座標変換部と、前記座標変換部によって得られた２次元の電圧値から前記定余裕角補助値を算出するための電圧を算出する電圧値算出部とを備えること、を特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項２】
前記第１の電圧検出部が検出した電圧と前記直流送電線を流れる電流とに基づいて余裕角を計算する余裕角計算部を備え、
前記定余裕角制御部が、前記余裕角計算部が算出した余裕角と、予め前記定余裕角制御部に設定された余裕角設定値とに基づいて、前記制御角を決定すること、を特徴とする請求項１記載の電力変換器の制御装置。
【請求項３】
前記補助定余裕角制御部は、前記電圧値算出部が出力する電圧と、前記直流送電線を流れる電流と、予め前記補助定余裕角制御部に設定された定余裕角補助値設定値とに基づいて、前記定余裕角補助値を決定すること、を特徴とする請求項１記載の電力変換器の制御装置。
【請求項４】
前記補助定余裕角制御部に設定された補助余裕角設定値が、前記定余裕角制御部に設定された余裕角設定値よりも低く設定されていること、を特徴とする請求項３記載の電力変換器の制御装置。
【請求項５】
前記補助定余裕角制御部が、前記第２の電圧検出部が検出した電圧からノイズを除去するローパスフィルタを有する請求項１に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項６】
前記直流送電線からの直流電流に基づいて、前記電力変換器の電流を一定に制御する制御角を出力する定電流制御部と、
順変換器側の直流電圧を不完全微分した不完全微分値と前記直流送電線のキャパシタンスとを乗算して定電流補助値を出力する補助定電流制御部と、を有し、
前記定電流制御部は、前記補助定電流制御部の出力である定電流補助値と前記直流電流との和を直流電流設定値に追従させるように制御すること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項７】
前記補助定電流制御部が、順変換器側の直流電圧を不完全微分する不完全微分部と、前記不完全微分部が不完全微分した不完全微分値と前記直流送電線のキャパシタンスとの積を計算する計算部と、前記計算部が計算した積の正成分のみを通過させるフィルタ部とを備えること、を特徴とする請求項６に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項８】
前記補助定電流制御部は、順変換器側の直流電圧を円滑にして前記不完全微分部に出力するローパスフィルタを有すること、を特徴とする請求項７記載の電力変換器の制御装置。
【請求項９】
前記第２の電圧検出部が検出した三相交流電圧に基づいて、三相平衡事故が起きたか否かを判別する三相平衡事故検出部と、
三相交流電圧のゼロ相電圧に基づいて、三相不平衡事故が起きたか否かを判別する三相不平衡事故検出部と、
前記三相平衡事故検出部および前記三相不平衡事故検出部の判別結果と、前記余裕角計算部が計算した余裕角とに基づいて、段階的に変化する余裕角パターンを計算する余裕角パターン計算部と、
前記余裕角パターンを補助定余裕角制御部の余裕角設定値に加算した値を前記補助定余裕角制御部の余裕角設定値として再設定する設定値再設定部と、を有すること、
を特徴とする請求項２に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１０】
前記電力変換器の余裕角を標本抽出して保持し、前記三相平衡事故検出部および前記三相不平衡事故検出部の判別結果に基づいて出力する標本抽出保持部を有し、
前記余裕角パターン計算部は、前記標本抽出保持部が標本抽出して保持した前記余裕角に基づいて、段階的に変化する余裕角パターンを計算すること、を特徴とする請求項９記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１１】
前記三相平衡事故検出部は、前記第２の電圧検出部が検出した三相交流電圧をαβ座標に変換し、αβ座標に変換された交流電圧が第１閾値より低下した場合に交流系統に三相平衡事故が起きたと判断すること、を特徴とする請求項９または１０記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１２】
前記三相不平衡事故検出部は、三相交流電圧のゼロ相電圧が第２閾値より増大した場合に交流系統に三相不平衡事故が起きたと判断すること、を特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１３】
前記余裕角パターンの第一段階の値が事故直前の余裕角と比例するように計算されること、を特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１４】
前記標本抽出保持部は、前記三相平衡事故検出部および前記三相不平衡事故検出部のいずれか一方または両方が事故を検出した場合に、標本抽出して保持されている前記電力変換器の余裕角を出力すること、を特徴とする請求項１０に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１５】
前記標本抽出保持部は、前記三相平衡事故検出部および前記三相不平衡事故検出部が検出した三相平衡事故および三相不平衡事故のそれぞれに対応して、標本抽出して保持された前記電力変換器の余裕角を出力すること、を特徴とする請求項１０に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１６】
三相平衡事故の場合の前記余裕角パターンよりも三相不平衡事故の場合の余裕角パターンの増加分を大きく設定すること、を特徴とする請求項１５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、直流送電線を介して接続された二つの電力系統間で電力の授受を行わせるために当該直流送電線の両端に配置される電力変換器の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流送電（ＨＶＤＣ：High Voltage Direct Current）は、送電損失が小さく、送電設備の建設費が安価なので、長距離送電においては、交流送電よりも経済的に有利である。さらに、異周波数系統の連系や速い応答性があるため、直流送電は交流系統の効率向上などにも使用されている。近年、国際連系や再生可能エネルギーの導入を目的に長距離直流送電がさらに増加している。そのための変換器技術において、サイリスタを適用した他励式の電力変換器が、技術的に成熟していて、さらに低損失であるため、高電圧・大容量の直流送電では主流となっている。この電力変換器は、電流送電線の両側に配置される。
【０００３】
また、電力変換器は、通常、制御装置によって制御される。従来の電力変換器の制御装置は、直流電流を指定値に制御できる定電流制御回路（ＡＣＲ）と、直流電圧を指定値に制御できる定電圧制御回路（ＡＶＲ）と、余裕角を指定値に制御できる定余裕角制御回路（ＡγＲ）と、それらの出力のうちの最小値を選択する最小値選択部とを有し、電力変換器の点弧角を制御するように構成される。通常動作では、順変換器側が定電流制御モードで直流電流を直流電流指令値と一致するように順変換器側の制御角を制御し、逆変換器側が定電圧制御モードで直流電圧を直流電圧指令値と一致するように逆変換器側の制御角を制御する。なお、直流送電線の上流側の電力変換器を順変換器と称し、下流側の電力変換器を逆変換器と称する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"A novel method to mitigate commutation failures in HVDC systems." Zhang, Lidong, and Lars Dofnas. Power System Technology, 2002. Proceedings. PowerCon 2002. International Conference on. Vol. 1. IEEE, 2002.
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３９０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、他励式電力変換器を適用した直流送電システムにおいて、逆変換器側の交流系統事故による変換器の転流が正常にできず、変換器の複数の経路が同時に導通し短絡になる現象（転流失敗）が発生してしまうことがあった。特に、長距離の直流送電システムにおいては、逆変換器側の事故電流が増えても、順変換器側まで影響が及ぶのは時間がかかり、それに対する制御が有効に動作しにくいという問題や、逆変換器側の定余裕角制御の動作が遅く、余裕角を確保することが遅れて、転流失敗を確実に防止できないという問題があった。
【０００７】
細部を説明すると、系統事故で電圧が降下すると、サイリスタバルブに流れる電流が増え、重なり角μが大きくなり、余裕角γが小さくなる。余裕角γがサイリスタバルブの消弧時間より小さくなると、サイリスタバルブが順電圧ブロッキングの能力を確立できず、次の順電圧がなるときにゲート信号がなくても導通してしまい、転流失敗となる場合がある。
【０００８】
本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、迅速に余裕角を確保して転流失敗をより確実に防止できる電力変換器の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための実施形態の電力変換器の制御装置は、交流電力系統に接続された直流送電線の端部に設けられて、交流電力を直流電力に変換する電力変換器の制御装置において、前記交流電力系統の電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記第１の電圧検出部によって検出した電圧に基づいて、前記電力変換器の余裕角を一定に制御する制御角を出力する定余裕角制御部と、入力側の前記交流電力系統の電圧を、前記第１の電圧検出部よりも高速に検出する第２の電圧検出部と、前記第２の電圧検出部によって検出した電圧に基づいて定余裕角補助値を算出して、この定余裕角補助値を前記定余裕角制御部の前記制御角の制限値として出力する補助定余裕角制御部と、を有し、前記第２の電圧検出部が、入力側の前記交流電力系統を流れる三相交流の各相の電圧を検出するものであり、前記補助定余裕角制御部が、前記第２の電圧検出部が検出した各相の電圧に基づいて、前記定余裕角補助値を算出し、前記補助定余裕角制御部が、前記第２の電圧検出部が検出した各相の電圧を３次元座標系から２次元座標系に変換する座標変換部と、前記座標変換部によって得られた２次元の電圧値から前記定余裕角補助値を算出するための電圧を算出する電圧値算出部とを備えること、を特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１乃至第６の実施形態の直流送電システムの構成図である。
【図２】第１の実施形態の補助定余裕角制御部および定余裕角制御部の構成図である。
【図３】第１の実施形態の補助定余裕角制御部の詳細な構成図である。
【図４】第１の実施形態の補助定余裕角制御部を適用した場合の効果を説明するためのグラフである。
【図５】第２の実施形態の変換器の制御装置の構成図である。
【図６】第２の実施形態の補助定電流制御部の構成図である。
【図７】第２の実施形態の直流送電システムの等価回路図である。
【図８】第２の実施形態の補助定電流制御部を適用した場合の効果を説明するためのグラフである。
【図９】第３の実施形態の転流失敗防止部を適用した構成図である。
【図１０】第３の実施形態の転流失敗防止部を適用した詳細な構成図である。
【図１１】第３の実施形態の余裕角操作量の固定パターンを説明するグラフである。
【図１２】第３の実施形態の変換器の制御装置を適用した場合の三相事故時転流失敗防止の効果を説明するためのグラフである。
【図１３】第３の実施形態の変換器の制御装置を適用した場合の三相事故時転流失敗防止の効果を説明するためのグラフである。
【図１４】第３の実施形態の変換器の制御装置を適用した場合の単相事故時転流失敗防止の効果を説明するためのグラフである。
【図１５】第３の実施形態の変換器の制御装置を適用した場合の単相事故時転流失敗防止の効果を説明するためのグラフである。
【図１６】第４の実施形態の転流失敗防止部を適用した詳細な構成図である。
【図１７】第４の実施形態の転流失敗防止部による事故検出時の余裕角パターン計算の例を説明するグラフである。
【図１８】第５の実施形態の変換器の制御装置の構成図である。
【図１９】第６の実施形態の変換器の制御装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
［１．構成・動作］
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の直流送電システムの構成図である。なお、順変換器側と逆変換器側とで電力変換器は同様の構成である。図２は、本実施形態の補助定余裕角制御部および定余裕角制御部の構成図である。図３は、本実施形態の補助定余裕角制御部の詳細な構成図である。
【００１２】
本実施形態の直流送電システムは、図１に示すような構成を有する。直流送電線５の両端に、それぞれ、一対の直流リアクトル４−１，４−２、一対の電力変換器３−１，３−２、一対の変換器変圧器２−１，２−２の順に配置される。一対の電力変換器３−１，３−２には、それぞれ一対の電力変換器の制御装置７−１，７−２が接続される。双方向に送電できる直流送電システムにおいて、両側の電力変換器の制御装置７−１，７−２は、同様な構成であり、以後、両方を総称して電力変換器の制御装置７とする。また、電力変換器３−１，３−２についても、基本的に同様な構成であり、電力変換器３と総称する。なお、直流送電システムは、双方向に電力を送電することができ、電力変換器３−１側から電力変換器３−２側に送電する場合は、電力変換器３−１が順変換器、電力変換器３−２が逆変換器であり、電力変換器３−２側から電力変換器３−１側に送電する場合は、電力変換器３−２が順変換器、電力変換器３−１が逆変換器である。
【００１３】
電力変換器の制御装置７は、直流送電線５を介して接続された二つの電力系統１，２間で電力の授受を行わせるもので、この制御装置７は、当該直流送電線５の両端に配置される電力変換器３を制御する。電力変換器３の制御装置７は、定電流制御部８と定電圧制御部１０と定余裕角制御部１４とが最小値選択部１７の上流に接続され、定余裕角制御部１４の上流に余裕角計算部１３と補助定余裕角制御部１６とが接続されている。余裕角計算部１３の上流に第１の電圧検出部１１、補助定余裕角制御部１６の上流に第２の電圧検出部１２が接続されている。
【００１４】
定電流制御部８は、直流送電線５から電力変換器３を介して取得した直流電流Ｉｄを直流電流設定値Ｉｄｐにフィードバック制御等によって追従させるように制御する。詳述すると、定電流制御部８は、直流電流設定値Ｉｄｐと直流電流Ｉｄとを入力してその差分に基づいて制御角αＡＣＲを出力し、αＡＣＲに基づいて制御角αが制御されることによって、直流電流設定値Ｉｄｐに直流電流Ｉｄを追随させる。
【００１５】
定電圧制御部１０は、直流送電線５から電力変換器３を介して取得した直流電圧Ｖｄを直流電圧設定値Ｖｄｐにフィードバック制御等によって追従させるように制御する。詳述すると、定電圧制御部１０は、直流電圧設定値Ｖｄｐと直流電圧Ｖｄとを入力してその差分に基づいて制御角αＡＶＲを出力し、αＡＶＲに基づいて制御角αが制御されることによって、直流電圧設定値Ｖｄｐに直流電圧Ｖｄを追随させる。
【００１６】
第１の電圧検出部１１は、電圧歪み等、通常動作中に起きる小さな交流電圧変動の影響を軽減するために、第２の電圧検出部１２と比較して低速かつ高精度で、変換器変圧器２−１，２−２の一次交流電圧Ｖａｃを検出するように設定されている。
【００１７】
第２の電圧検出部１２は、一次側（入力側）の変換器変圧器２と接続される交流母線の三相電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣを検出する。第２の電圧検出部１２は、事故発生時に補助定余裕角制御部１６が迅速に余裕角γを確保するために動作するように、第１の電圧検出部１１と比較して高速に三相電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣを検出できるように構成される。
【００１８】
余裕角計算部１３は、第１の電圧検出部１１が検出した電圧Ｖａｃを二次側（出力側）の交流電圧に変換して、下記の式（１）で余裕角γｍｅａｓ１を算出する。
【００１９】
【数１】
0006559501.tif 000002
【００２０】
ただし、Ｘｔ：転流インピーダンス、Ｉｄ：直流電流、ＥＬＬ：変換器変圧器二次側線間電圧である。
【００２１】
定余裕角制御部１４は、電力変換器３の余裕角γを一定に制御する。詳細に説明すると、定余裕角制御部１４は、余裕角計算部１３から出力された余裕角の計算値γｍｅａｓ１と余裕角設定値γｒｅｆ１の差分に基づいてＰＩ制御を実行して、電力変換器３の制御角αＡγＲを計算し、計算した値に基づいて電力変換器３の制御角αが決定されることによって余裕角γを一定に制御する。ここで、余裕角設定値γｒｅｆ１は、予め電力変換器の制御装置７に直流送電システムの管理者が設定しておくものである。
【００２２】
最小値選択部１７は、定電流制御部８、定電圧制御部１０および定余裕角制御部１４の出力値αＡＣＲ，αＡＶＲ，αＡγＲのうちの最小値を電力変換器３の制御角αとして設定する。
【００２３】
補助定余裕角制御部１６は、第２の電圧検出部１２が検出した三相電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣと直流電流Ｉｄと補助余裕角設定値γｒｅｆ２とに基づいて定余裕角制御部１４の出力値である制御角αＡγＲを決定するための定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを算出して定余裕角制御部１４に出力する。ここで、補助余裕角設定値γｒｅｆ２は、予め電力変換器の制御装置７に直流送電システムの管理者が設定しておくものである。
【００２４】
詳述すると、補助定余裕角制御部１６は、第２の電圧検出部１２が検出した三相電圧を円滑するローパスフィルタ１６−１と、ローパスフィルタ１６−１が円滑にした交流電圧、直流電流および余裕角の設定値に基づいて電力変換器３の制御角を算出する決定値計算部１６−２とから構成される。
【００２５】
図２に示すように、補助定余裕角制御部１６と第２の電圧検出部１２との間に座標演算部１５が配置される。座標演算部１５は、座標変換部１５−１と電圧値算出部１５−２とから構成される。座標変換部１５−１は、第２の電圧検出部１２から入力した三相電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣから、下記の式（２）−（ｉ）を用いて、ａｂｃ座標からαβ座標に変換し、電圧値算出部１５−２は、Ｖα，Ｖβから、下記の式（２）−（ｉｉ）を用いて、電圧値Ｖαβを算出し、算出した値をローパスフィルタ１６−１に出力する。
【００２６】
【数２】
0006559501.tif 000003
【００２７】
ローパスフィルタ１６−１は、電圧値算出部１５−２から入力されたＶαβから、第２の電圧検出部１２による高周波のノイズ成分を軽減して電圧値Ｖαβ′として決定値計算部１６−２に出力する。なお、通常時誤動作の削減と制御速度のトレードオフを考慮して、ローパスフィルタ１６−１の時定数Ｔ４を１ｍｓ程度に設定する。
【００２８】
次に、決定値計算部１６−２は、下記の式（３）を用いて、実際の制御角αＡγＲ＿ＳＵＰを算出し、下限値算出部１６−３は、πから実際の制御角αＡγＲ＿ＳＵＰを減算した補助余裕角ＡγＲＳＵＰを定余裕角制御部１４の下限βｍｉｎとして設定する。
【００２９】
【数３】
0006559501.tif 000004
ただし、Ｘｔ：転流インピーダンス、Ｉｄ：直流電流、Ｇ：変換器変圧器のタップ比である。
【００３０】
補助定余裕角制御部１６の出力は余裕角制御部１４の出力のリミッタ、つまり、下限値βｍｉｎとして設定される。また、補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２は定余裕角制御部１４の余裕角設定値γｒｅｆ１より低く設定される。補助定余裕角制御部１６の補助余裕角設定値γｒｅｆ２は定余裕角制御部１４の余裕角設定値γｒｅｆ１より１〜２°低く設定されることで、通常時の定余裕角制御部１４の出力からノイズを少なくし、定常時の安定性を向上することができる。
【００３１】
［２．作用］
以上のような本実施形態の作用について説明する。本実施形態に係る電力変換器の制御装置７−１，７−２は、直流送電線５を介して接続された二つの電力系統１−１，１−２間で電力の授受を行わせるために直流送電線５の両端に配置される二基の電力変換器３−１，３−２をそれぞれ制御する。
【００３２】
電力変換器の制御装置７は、交流電力系統の電圧を検出する第１の電圧検出部１１と、第１の電圧検出部１１によって検出した電圧に基づいて、電力変換器３の余裕角γを一定に制御する制御角αを出力する定余裕角制御部１４と、交流電力系統の電圧を、第１の電圧検出部１１よりも高速に検出する第２の電圧検出部１２と、第２の電圧検出部１２によって検出した電圧に基づいて定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを算出して、この定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを定余裕角制御部１４の制御角αＡγＲの制限値βｍｉｎとして出力する補助定余裕角制御部１６と、を有する。
【００３３】
第２の電圧検出部１２が、入力側の交流電力系統１を流れる三相交流の各相の電圧を検出するものであり、補助定余裕角制御部１６が、第２の電圧検出部１２が検出した各相の電圧に基づいて、定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを算出する。
【００３４】
したがって、第２の電圧検出部１２が迅速に事故などによる電圧を検出して、検出した電圧に基づいて補助定余裕角制御部１６が定余裕角制御部１４の出力の制限値を設定するので、事故時に、それに対応した制限値が設定され、転流失敗を防止することができる。補助定余裕角制御部１６や第２の電圧検出部１２を設けることによって、第２の電圧検出部１２が高速に三相電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣを検出し、補助定余裕角制御部１６は、高速に検出された電圧と、直流電流と、余裕角の設定値とに基づいて定余裕角制御部１４の出力値αＡγＲを決定するための設定値βｍｉｎを事故等に応じて適宜変化させて、定余裕角制御部１４は、的確な制御角αＡγＲを算出するので、より迅速に余裕角γを確保して転流失敗をより確実に防止できる。また、第２の電圧検出部１２を使用することで、交流電圧の変換を素早く検出することができ、事故時に補助定余裕角制御部１６が迅速に動作する。さらに、定余裕角制御１４は低速であるが高精度の第１の電圧検出部１１を使用しているため、通常運転時の安定性を確保できる。簡単に説明すると、高精度検出と高速検出を使い分けて、通常運転の安定性と事故時の素早い対応とを両立できる。
【００３５】
補助定余裕角制御部１６が、第２の電圧検出部１２が検出した各相の電圧を３次元座標系から２次元座標系に変換する座標変換部１５−１と、座標変換部１５−１によって得られた２次元の電圧値から定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを算出するための電圧を算出する電圧値算出部１５−２とを備える。三相の検出電圧から定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを迅速かつ簡単に算出することが可能となり、低速の第１の電圧検出部１１に基づいて計算する余裕角に対して、その制限値を前もって与えることが可能になる。
【００３６】
電力変換器の制御装置３は、第１の電圧検出部１１が検出した電圧Ｖａｃと直流送電線５を流れる電流Ｉｄとに基づいて余裕角γｍｅａｓ１を計算する余裕角計算部１３を備える。定余裕角制御部１４は、余裕角計算部１３が算出した余裕角γｍｅａｓ１と、予め定余裕角制御部１４に設定された余裕角設定値γｒｅｆ１とに基づいて、制御角αＡγＲを決定する。したがって、余裕角γの現在値である余裕角γｍｅａｓ１に基づいてフィードバック制御を行うことで余裕角γを余裕角設定値γｒｅｆ１に追随させるので、余裕角γをほぼ一定にすることができる。
【００３７】
補助定余裕角制御部１６は、電圧値算出部１５−２が出力する電圧Ｖαβと、直流送電線５を流れる電流Ｉｄと、予め補助定余裕角制御部１６に設定された補助余裕角設定値γｒｅｆ２とに基づいて、定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを決定する。したがって、補助定余裕角制御部１６に補助余裕角設定値γｒｅｆ２を設定することにより、その設定値に追随するような定余裕角補助値ＡγＲＳＵＰを出力でき、余裕角設定値γｒｅｆ１と補助余裕角設定値γｒｅｆ２との関係を最適化することで、より効果的に転流失敗を防止することができる。
【００３８】
補助定余裕角制御部１６に設定された補助余裕角設定値γｒｅｆ２が、定余裕角制御部１４に設定された余裕角設定値γｒｅｆ１よりも低く設定されている。したがって、基本的に、余裕角設定値γｒｅｆ１は下限値βｍｉｎより大きい値となる。詳述すると、余裕角設定値γｒｅｆ１を下限値βｍｉｎより大きく上限値βｍａｘより小さい値とすると、目標とする値が下限値と上限値との間にあることになるので、制御上好ましい数値の関係とすることができる。簡単に説明すると、補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２を定余裕角制御部１４の余裕角設定値γｒｅｆ１より１〜２°低く設定することで、通常運転時、定余裕角制御部１４の出力αＡγＲが補助定余裕角制御部１６の出力に制限されず、そのまま出力することができる。
【００３９】
［３．効果］
補助定余裕角制御部１６が、第２の電圧検出部１２が検出した電圧からノイズを除去するローパスフィルタ１６−１を有する。したがって、補助定余裕角制御部１６は、ノイズの影響を受けずに、定余裕角制御部１４の補助をすることができるので、事故時以外の小さな変動による影響を制御に与えないようにすることができる。
【００４０】
次に、本実施形態に基づいて、その効果を説明する。図４は、本実施形態の補助定余裕角制御部１６を適用した場合の効果を説明するためのグラフである。補助定余裕角制御部１６を実装しない場合と、補助定余裕角制御部１６を実装した場合とで三相地絡事故が起こった時の効果を検証する。図４（ａ）に示すように、０．０１秒に逆変換器側の交流系統に三相地絡事故が発生することを予測し、０．０１秒から逆変換器側の交流電圧がステップ状に降下する。補助定余裕角制御部１６が実装されない場合は、図４（ａ）に示すように、交流電圧Ｖａｃ（図中のＶａｃ通常＿補助ＡγＲ無）のステップ状の降下が大きいので、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、電力変換器の制御装置７による検出が遅れて転流失敗が発生してしまう。
【００４１】
一方、補助定余裕角制御部１６が実装された場合は、図４（ａ）に示すように、第２の電圧検出部１２が検出した交流電圧Ｖａｃ（図中のＶａｃ高速＿補助ＡγＲ有）によってほぼ瞬時に交流電圧の降下を検出でき、図４（ｂ）に示すように、補助定余裕角制御部１６の出力αＡγＲ＿ＳＵＰが小さくなるように動作し、結果的に定余裕角制御部１４の出力αＡγＲ（αＡγＲ＿補助ＡγＲ有）を小さくするように制御し、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、転流失敗を防止できる。
【００４２】
［第２の実施形態］
［１．構成］
まず、第２の実施形態の構成を説明する。図５は、第２の実施形態の変換器の制御装置の構成図である。また、図６は、第２の実施形態の補助定電流制御部の構成図である。第２の実施形態の電力変換器の制御装置１の構成は、図６に示すように、第１の実施形態の構成に定電流制御部８の上流に補助定電流制御部９を加えたものである。逆変換器側の交流系統事故時に、順変換器側で補助定電流制御部９を用いて過電流を抑制し、逆変換器側で補助定余裕角制御部１６を用いて高速に電圧低下を検出し、余裕角γを大きくするように制御をかける。
【００４３】
定電流制御部８は、補助定電流制御部９の出力、つまり、定電流補助値ＡＣＲＳＵＰと直流電流Ｉｄとの和を直流電流設定値Ｉｄｐに追従させるように制御する。
【００４４】
補助定電流制御部９は、信号選択器９−１と、ローパスフィルタ９−２と、不完全微分部９−３と、計算部９−４と、フィルタ部９−５と、積算器９−６とから構成される。
【００４５】
信号選択器９−１は、この電力変換器のＲＥＣ／ＩＮＶ運転信号を取得し、ＲＥＣ運転である場合は、「１」を出力し、ＩＮＶ運転である場合は、「０」を出力する。なお、この電力変換器が順変換器側である場合には、ＲＥＣ運転信号が電力変換器に入力され、逆変換器側である場合には、ＩＮＶ運転信号が電力変換器に入力される。
【００４６】
ローパスフィルタ９−２は、順変換器側の直流電圧ＶｄＲＥＣの高周波成分を通過させず、低周波成分のみを通過させることによって円滑にしてノイズを軽減して不完全微分部９−３に出力する。不完全微分部９−３は、ローパスフィルタ９−２の出力を不完全微分して計算部９−４に出力する。計算部９−４は、不完全微分部９−３が不完全微分した不完全微分値と直流送電線のキャパシタンスとの積を計算してフィルタ部９−５に出力する。フィルタ部９−５は、計算部９−４が計算した積の正成分のみを通過させて積算器９−６に出力する。
【００４７】
積算器９−６は、基本的に、フィルタ部９−５からの出力を、ＩＮＶ運転である場合には信号、つまり、定電流補助値ＡＣＲＳＵＰとして通過させ、ＲＥＣ運転である場合には通過させない。よって、ＲＥＣ運転である場合には、補助定電流制御部９が作動し、ＩＮＶ運転である場合には、作動しない。
【００４８】
［２．作用］
次に、動作を説明する。図７は、本実施形態の直流送電システムの等価回路図である。直流線路に過渡的な電流ＩＣと順変換器側の直流電流ＩｄＲＥＣの和は、逆変換器側の直流電流ＩｄＩＮＶとなる。また、順変換器側の直流電圧検出値ＶｄＲＥＣの微分値に直流送電線路のキャパシタンスＣをかけると直流線路に流れる電流ＩＣとなる。しかし、直接、微分器を使った場合、順変換器側の直流電圧検出値ＶｄＲＥＣが多少変動すると、補助定電流制御部９の出力ＡＣＲＳＵＰが大きく変動してしまう可能性がある。
【００４９】
そのため、順変換器側の直流電圧検出値ＶｄＲＥＣをローパスフィルタ９−２で高周波のノイズ成分を除き、さらに、一般的な微分器ではない不完全微分器９−３を用いて、高周波のノイズ成分をさらに減衰させる。また、逆変換器側の直流電流の増加分しか考慮せず、通常動作時の余裕を持たせて、閾値ＴｈＡＣＲ＿ＳＵＰ以上になる場合しか加算しない。加算器１０１−１は、補助定電流制御部９の出力ＡＣＲＳＵＰと直流電流Ｉｄとを加算し、減算器１０１−２は、その加算した値をＩｄｐから減算し、その減算した値に基づいて、定電流制御部８は、定電流補助値ＡＣＲＳＵＰと直流電流Ｉｄとの和が直流電流指令値Ｉｄｐに追随するように制御角αＡＣＲを出力して順変換器の制御角αを制御する。
【００５０】
本実施形態において、交流事故時の素早く動作すること、および、通常動作時のノイズによる誤動作を削減することを考慮しないといけないため、ローパスフィルタ９−２の時定数Ｔ１を１ｍｓ程度、不完全微分部９−３の時定数Ｔ２を５ｍｓ程度、閾値ＴｈＡＣＲ＿ＳＵＰを直流電流定格Ｉｒａｔｅｄの４％〜８％に設定することが推奨される。
【００５１】
［３．効果］
次に、効果を説明する。第２の実施形態の電力変換器の制御装置７は、第１の実施形態の構成に加えて補助定電流制御部９を有する。電力変換器の制御装置７は、直流送電線５からの直流電流Ｉｄに基づいて、電力変換器３の余裕角γを一定に制御する制御角αＡＣＲを出力する定電流制御部８と、順変換器側の直流電圧を不完全微分した不完全微分値と直流送電線５のキャパシタンスとを乗算して定電流補助値を出力する補助定電流制御部９とを有する。また、定電流制御部８は、補助定電流制御部９の出力である定電流補助値ＡＣＲＳＵＰと直流電流Ｉｄとの和を直流電流設定値Ｉｄｐに追従させるように制御する。
【００５２】
このようにして、補助定電流制御部９が、事故等に応じて、順変換器側の直流電圧ＶｄＲＥＣを直接取得して、定電流補助値ＡＣＲＳＵＰを算出して、その値を直流電流Ｉｄに加算して嵩上げして、直流電流設定値Ｉｄｐに追随させる。よって、定電流制御部８は、事故等に応じて、最適な出力αＡＣＲを出力することができ、出力αＡＣＲ，αＡγＲ，αＡＶＲに基づいて、制御角αが決定され、制御角αによって直流過電流が抑制される。逆変換器の余裕角γが直流電流に依存するので、過電流を抑制することで、重なり角μを確実に減少され、結果として、余裕角γを確保してさらに転流が起きにくくすることができる。また、基本動作として、順変換器側で補助定電流制御部９が動作し、逆変換器側で補助定余裕角制御部１６が動作することによって、シナジー効果を奏することができる。
【００５３】
補助定電流制御部９は、順変換器側の直流電圧ＶｄＲＥＣを不完全微分する不完全微分部９−３と、不完全微分部９−３が不完全微分した不完全微分値と直流送電線５のキャパシタンスとの積を計算する計算部９−４と、計算部９−４が計算した積の正成分のみを通過させるフィルタ部９−５とを備える。正成分のみを通過させてＩｄに加算してＩｄｐに追随するように制御されるので、不必要な負成分を除いた制御を行うことができる。
【００５４】
補助定電流制御部９は、順変換器側の直流電圧ＶｄＲＥＣを円滑にして不完全微分部９−３に出力するローパスフィルタ９−２を有する。したがって、事故以外のノイズが補助定電流制御部９の出力に影響しないので、補助定電流制御部９の制御を確実なものにできる。
【００５５】
図８は、本実施形態の補助定電流制御部を適用した場合の効果を説明するためのグラフである。補助定電流制御部９を実装しない従来の場合と、補助定電流制御部９を実装した場合とにおける交流事故が発生したときの直流電流Ｉｄの変化を示す。
【００５６】
補助定電流制御部９が実装されない場合は、逆変換器側の交流系統に交流事故が発生すると、逆変換器側の直流電流ＩｄＩＮＶ＿従来が素早く増加してしまい、直流ケーブルが長いほど、ケーブルの放電電流が大きくなる。そのため、逆変換器側の直流電流ＩｄＩＮＶ＿従来が大きくなっても、順変換器側の直流電流ＩｄＲＥＣ＿従来がそれほど増えないので、定電流制御を行っている順変換器側は有効的に直流電流の増加を抑制できず、転流失敗してしまう。
【００５７】
補助定電流制御部９が実装された場合は、交流事故が発生すると、補助定電流制御部９は直流回路に流れる電流を計算し、図８に示すような出力、定電流補助値ＡＣＲＳＵＰを出す。順変換器側の直流電流ＩｄＲＥＣ＿ＡＣＲ＿ＳＵＰがＩｄｐと定電流補助値ＡＣＲＳＵＰの差分に制御されるため、過電流が効率的に抑制され、転流失敗を防止できる。
【００５８】
［第３の実施形態］
［１．構成］
図９は、第３の実施形態の転流失敗防止部を適用した構成図である。また、図１０は、本実施形態の転流失敗防止部を適用した詳細な構成図である。本実施形態の電力変換器の制御装置の構成は、図９に示すように、第１の実施形態の構成に加えて、補助定余裕角制御部１６の上流に、αβ電圧Ｖαβを用いて対象事故を検出し、対象事故が発生した場合に転流失敗を防止する転流失敗防止部１５を有する。なお、第１の実施形態と重複する構成は説明を省略する。
【００５９】
転流失敗防止部１５は、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６と、三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０と、標本抽出保持部１５−１６と、余裕角パターン計算部１５−１２と、設定値再設定部１５−１３，１５−１４とを有する。
【００６０】
三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６は、交流電圧検出部１２が検出した三相交流電圧をαβ座標に変換し、αβ座標に変換された三相交流電圧が第１閾値Ｔｈ１より低下した場合に交流系統に三相平衡事故が起きたと判断する。
【００６１】
詳述すると、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６は、座標変換部１５−１と、電圧値算出部１５−２と、ローパスフィルタ１５−３と、減算器１５−４と、比較器１５−５と、信号オンディレイ部１５−６とから構成される。
【００６２】
座標変換部１５−１は、第２の電圧検出部１２から入力した三相電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣから上記の式（２）−（ｉ）を用いて、ａｂｃ座標からαβ座標に変換し、電圧値算出部１５−２は、Ｖα，Ｖβから上記の式（２）−（ｉｉ）を用いて、Ｖαβを算出する。この構成は、第１の実施形態と同様である。
【００６３】
ローパスフィルタ１５−３は、Ｖαβから高周波成分を除去して低周波成分のみを通過させることによって円滑してＶαβ′とし、減算器１５−４は、Ｖαβ′からＶαβを減算して差分ΔＶαβを算出し、比較器１５−５は、αβ電圧の差分ΔＶαβが第１閾値Ｔｈ１を超えたか否かを判別し、信号オンディレイ部１５−６は、差分ΔＶαβが第１閾値Ｔｈ１を超えた時間が設定時間Ｄ１より長い場合には、平衡事故が起こったと判断し、ＴＲＧＡＢＣを「１」と設定する。
【００６４】
三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０は、三相交流電圧のゼロ相電圧が第２閾値Ｔｈ２より増大した場合に交流系統に三相不平衡事故が起きたと判断する。詳述すると、三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０は、加算器１５−７と、演算器１５−８と、比較器１５−９と、信号オンディレイ部１５−１０とから構成される。
【００６５】
加算器１５−７および絶対値回路１５−８は、第２の電圧検出部１２から入力した三相電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣを加算した値の絶対値をゼロ相電圧Ｖ０として算出し、比較器１５−９は、ゼロ相電圧Ｖ０が閾値Ｔｈ２を越えたか否かを判別し、信号オンディレイ部１５−１０は、ゼロ相電圧Ｖ０が閾値Ｔｈ２を超えた時間が設定時間Ｄ２より長い場合に、不平衡事故が起こったと判断し、ＴＲＧ０を「１」と設定する。
【００６６】
論理回路１５−１１は、ＴＲＧＡＢＣとＴＲＧ０の論理和ＴＲＧを出力する。詳述すると、論理回路１５−１１は、平衡事故または不平衡事故が起こった場合に、つまり、ＴＲＧＡＢＣおよびＴＲＧ０のいずれか一つか両方が「１」である場合に、ＴＲＧに「１」を設定し、それ以外の場合に、ＴＲＧに「０」を設定し、標本抽出保持部１５−１６に出力する。
【００６７】
標本抽出保持部１５−１６は、余裕角計算部１３が算出した余裕角γｍｅａｓ１を標本抽出して保持し、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６および三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０のいずれか一方または両方が事故を検出した場合に、保持している余裕角γｍｅａｓ１をγｉｎｉｔとして出力する。詳述すると、標本抽出保持部１５−１６は、余裕角の計算値γｍｅａｓ１から数サンプリング前の値を記録し、ＴＲＧが「１」となるとその記録値γｉｎｉｔとして出力する。
【００６８】
余裕角パターン計算部１５−１２は、標本抽出保持部１５−１６が標本抽出して保持した事故直前、事故より数サンプリング前の余裕角γｉｎｉｔに基づいて、図１１に示すような段階的に変化する余裕角パターンΔγｐを計算する。
【００６９】
事故直前の余裕角γｉｎｉｔが小さい場合には、交流事故で余裕角γを大きくしようとすると、１）逆変換器側の制御角αを進めるように動作するため、逆変換器の制御角αが小さくなると直流電圧Ｖｄが低下する、２）直流電圧Ｖｄが低下すると、順変換器や直流ケーブルからもっと電流が流れてくるため、直流電流Ｉｄが大きくなる、３）直流電流Ｉｄが大きくなると重なり角μが増加する、４）重なり角μの増加によって余裕角γが小さくなり、さらに余裕がなくなり、転流失敗に至ることもあり得る。
【００７０】
そこで、図１１に示すように、余裕角パターンΔγｐを２段階で増加させる。図１１は、本実施形態の余裕角操作量の固定パターンを説明するグラフである。事故直後に、余裕角の動作量の影響が大きいので、最初の動作量Δγ１については、事故直前余裕角γｉｎｉｔが小さくなるほど、小さくする。事故直前余裕角γｉｎｉｔによって自動的にパターンを式（４）で計算し、事前余裕角に対応した最適な動作量Δγ１を計算できる。その後、（Δγ２−Δγ１）／Ｔγ２の速度でさらにΔγ２を増やす。また、余裕角パターンΔγｐは、少なくとも事故の間に継続させ、滑らかにゼロに戻らせる。これは事故直後だけではなく、事故中や事故除去から復旧途中でも転流失敗防止できる。また、下記の式（４）の傾きｋ１やγ０は直流送電システムによって設計する。長距離ケーブルの直流送電システムでは、１＜ｋ１＜２、６°＜γ０＜８°、１０°＜Δγ２＜１５°、Ｔγ１：数ｍｓ、１５ｍｓ＜Ｔγ２＜２５ｍｓ、Ｔγ３：事故継続時間＋余裕（１０ｍｓ〜２５ｍｓ）を推奨する。
【００７１】
【数４】
0006559501.tif 000005
ただし、γｉｎｉｔ：事故直前余裕角、γｍｉｎ：最小余裕角、γ０：一定値である。
【００７２】
設定値再設定部１５−１３，１５−１４は、余裕角パターン計算部１５−１２が計算した余裕角パターンΔγｐに演算を加えた値Δγを補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に加算した値を補助余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ３として再設定する。余裕角パターンの第一段階の値が事故直前の余裕角と比例するように計算される。
【００７３】
乗算器１５−１３は、余裕角パターン計算部１５−１２が計算した余裕角パターンΔγｐ、事故検出信号ＴＲＧＦＬＴおよびＩＮＶ／ＲＥＣ運転信号ＩＮＶＥＮを乗算してΔγを算出し、加算器１５−１４は、余裕角設定値γｒｅｆ２にΔγを加算して余裕角設定値γｒｅｆ３として再設定し、補助定余裕角制御部１６に出力する。
【００７４】
信号選択器１５−１５は、この電力変換器のＩＮＶ／ＲＥＣ運転信号を取得し、ＲＥＣ運転である場合は、「０」を出力し、ＩＮＶ運転である場合は、「１」を出力する。なお、この電力変換器が順変換器側である場合には、信号「１」が乗算器１５−１３に入力され、逆変換器側である場合には、信号「０」が乗算器１５−１３に入力される。
【００７５】
最大値ホールド部１５−１７は、設定時間Ｔ５、事故検出信号ＴＲＧを保持する。なお、設定時間Ｔ５は事故継続時間より余裕を持たせる。例えば、一般的に三相地絡や単相地絡事故の除去時間が１００ｍｓであるため、Ｔ５を４００ｍｓ程度に設定する。余裕角設定値γｒｅｆ２に余裕角パターンΔγを加算した値を補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ３とし、余裕角γを大きくするように制御角αが制御され、転流失敗を防止する。
【００７６】
［２．作用］
電力変換器の制御装置７は、第２の電圧検出部が検出した三相交流電圧に基づいて、三相平衡事故が起きたか否かを判別する三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６と、三相交流電圧のゼロ相電圧に基づいて、三相不平衡事故が起きたか否かを判別する三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０と、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６および三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０の判別結果と、余裕角計算部が計算した余裕角とに基づいて、段階的に変化する余裕角パターンΔγｐを計算する余裕角パターン計算部１５−１２と、余裕角パターンΔγｐを補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に加算した値を補助余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ３として再設定する設定値再設定部１５−１３，１５−１４と、を有する。このようにして、三相不平衡事故または三相平衡事故が起こった場合に、余裕角設定値γｒｅｆ２を事故の場合に最適な余裕角設定値γｒｅｆ３に再設定することで、転流失敗が起こることを防止することができる。
【００７７】
電力変換器の制御装置７は、電力変換器３の余裕角γｍｅａｓ１を標本抽出して保持し、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６および三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０の判別結果に基づいて出力する標本抽出保持部１５−１６を有する。また、余裕角パターン計算部１５−１２は、標本抽出保持部１５−１６が標本抽出して保持した余裕角γｉｎｉｔに基づいて、段階的に変化する余裕角パターンΔγｐを計算する。このようにして、余裕角γｍｅａｓ１を標本抽出して保持し、事故時に出力するので、事故時より数サンプリング前の余裕角を出力して、事故直前からの余裕角パターンを計算することができる。
【００７８】
三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６は、第２の電圧検出部１２が検出した三相交流電圧をαβ座標に変換し、αβ座標に変換された交流電圧が第１閾値Ｔｈ１より低下した場合に交流系統に三相平衡事故が起きたと判断する。また、三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０は、三相交流電圧のゼロ相電圧が第２閾値Ｔｈ２より増大した場合に交流系統に三相不平衡事故が起きたと判断する。このようにして、簡便に三相平衡事故または三相不平衡事故を検出することができる。
【００７９】
余裕角パターンΔγｐの第一段階の値が事故直前の余裕角と比例するように計算される。このようにして、余裕角パターンを適切に作成でき、よって、適切な余裕角パターンによる制御を事故直後から始めることができる。
【００８０】
標本抽出保持部１５−１６は、電力変換器３の余裕角を標本抽出して保持し、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６および三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０のいずれか一方または両方が事故を検出した場合に、それらを出力する。このようにして、事故より数サンプリング前のγｍｅａｓ１をγｉｎｉｔとして出力できるので、適切な余裕角パターンΔγｐを計算することができ、それによって適切な制御を行って、より転流失敗防止を確実にすることができる。
【００８１】
［３．効果］
本実施形態の効果を説明する。図１２および図１３は、本実施形態の電力変換器の制御装置を適用した場合の三相事故時転流失敗防止の効果を説明するためのグラフである。三相地絡事故が起きると、図１３（ａ）に示すように、αβ電圧の差分ΔＶαβが第１閾値Ｔｈ１を超え、ＴＲＧが１となり、余裕角パターン計算部１５−１２は、事故直前の余裕角によって、図１３（ｂ）に示すような余裕角パターンΔγｐ（図中のγパターン＿転流失敗防止有）を計算する。この余裕角パターンΔγｐが補助定余裕角制御部１６の設定値γｒｅｆ２に加算されて、余裕角γを大きくするように、制御角α（図中のα＿転流失敗防止有）を制御する。その結果、制御角α（図中のα＿転流失敗防止有）が速く進める方向になり、転流失敗を防止できる。
【００８２】
図１４および図１５は、本実施形態の電力変換器の制御装置を適用した場合の単相事故時転流失敗防止の効果を説明するためのグラフである。図１４および図１５に示すように、転流失敗防止部１５を実装した場合、単相事故による交流電圧の低下を検出する速度が早く、余裕角γを確保でき、転流に成功したのに対して、転流失敗防止部１５を実装しない場合、単相事故による交流電圧の低下を検出する速度が遅く、余裕角γを確保できず、転流失敗が発生した。
【００８３】
図１５（ａ）に示すように、単相地絡事故が発生した直後に、ゼロ相電圧検出値Ｖ０が増加し、第２閾値Ｔｈ２を超えて、ＴＲＧが「１」となる。ＴＲＧに「１」が設定されると、余裕角パターン計算部１５−１２は、事故直前の余裕角によって、図１５（ｂ）に示すような余裕角パターンΔγｐを計算する。三相地絡時と同様に、この余裕角パターンΔγｐが補助定余裕角制御部１６の設定値γｒｅｆ２に加算されて、余裕角γを大きくするように制御され、図１４（ｄ）に示すように、確実に転流失敗を防止できる。
【００８４】
［第４の実施形態］
［１．構成］
図１６は、第４の実施形態の転流失敗防止部を適用した詳細な構成図である。図１６に示すように、第４の実施形態の電力変換器の制御装置の構成は、第３の実施形態とは転流失敗防止部が異なる。第４の実施形態の電力変換器の制御装置は、図１６に示すように、第１の実施形態の構成に加えて、補助定余裕角制御部１６の上流に、αβ電圧Ｖαβを用いて対象事故を検出し、対象事故が発生した場合に転流失敗を防止する転流失敗防止部１５′を有する。なお、第３の実施形態および第４の実施形態と重複する説明は省略する。
【００８５】
転流失敗防止部１５′は、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６と、三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０と、余裕角パターン計算部１５−１２−１、１５−１２−１と、設定値再設定部１５−１３−１，１５−１３−２，１５−２０，１５−１４と、を有する。
【００８６】
三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６は、第２の電圧検出部１２が検出した三相交流電圧をαβ座標に変換し、αβ座標に変換された三相交流電圧が第１閾値より低下した場合に交流系統に三相平衡事故が起きたと判断する。第３の実施形態の三相平衡事故検出部と同様である。
【００８７】
標本抽出保持部１５−１６−１は、電力変換器の余裕角γｍｅａｓ１を標本抽出して保持し、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６が検出した三相平衡事故に対応して、それらを余裕角γｉｎｉｔ１として出力する。詳述すると、標本抽出保持部１５−１６−１は、電力変換器の余裕角γｍｅａｓ１を標本抽出して保持し、ＴＲＧＡＢＣに「１」が設定された場合に、余裕角γｍｅａｓ１を余裕角γｉｎｉｔ１として出力する。
【００８８】
余裕角パターン計算部１５−１２−１は、標本抽出保持部１５−１６−１が標本抽出して保持した事故直前、事故より数サンプリング前の余裕角γｉｎｉｔ１に基づいて、図１１に示すような段階的に変化する余裕角パターンΔγｐ１を計算する。詳述すると、余裕角パターン計算部１５−１２−１は、余裕角の計算値γｍｅａｓ１から数サンプリング前の値を記録し、ＴＲＧＡＢＣが「１」となるとその記録値γｉｎｉｔ１として出力する。
【００８９】
三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０は、三相交流電圧のゼロ相電圧が第２閾値より増大した場合に交流系統に三相不平衡事故が起きたと判断する。第３の実施形態の三相平衡事故検出部と同様である。
【００９０】
標本抽出保持部１５−１６−２は、電力変換器の余裕角γｍｅａｓ１を標本抽出して保持し、三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０が検出した三相不平衡事故に対応して、それらを余裕角γｉｎｉｔ２として出力する。詳述すると、標本抽出保持部１５−１６−２は、余裕角の計算値γｍｅａｓ１から数サンプリング前の値を記録し、ＴＲＧ０が「１」となるとその記録値γｉｎｉｔ２として出力する。
【００９１】
余裕角パターン計算部１５−１２−２は、標本抽出保持部１５−１６−２が標本抽出して保持した事故直前、事故より数サンプリング前の余裕角γｉｎｉｔ２に基づいて、図１１に示すような段階的に変化する余裕角パターンΔγｐ２を計算する。なお、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、三相平衡事故の場合の余裕角パターンΔγｐ１よりも三相不平衡事故の場合の余裕角パターンΔγｐ２の増加分を大きく設定する。
【００９２】
信号選択器１５−１５は、この電力変換器のＩＮＶ／ＲＥＣ運転信号を取得し、ＲＥＣ運転である場合は、「０」を出力し、ＩＮＶ運転である場合は、「１」を出力する。なお、この電力変換器が順変換器側である場合には、信号「１」が乗算器１５−１３に入力され、逆変換器側である場合には、信号「０」が乗算器１５−１３−１，１５−１３−２に入力される。
【００９３】
論理否定回路１５−１８−１は、信号オンディレイ部１５−６の出力から論理否定を演算して論理積回路１５−１９−２に出力する。また、論理否定回路１５−１８−２は、信号オンディレイ部１５−１０の出力から論理否定を演算して論理積回路１５−１９−１に出力する。
【００９４】
論理積回路１５−１９−１は、信号オンディレイ部１５−６の出力と論理否定回路１５−１８−２の出力との論理積を演算して最大値ホールド部１５−１７−１に出力する。詳述すると、論理積回路１５−１９−１は、平衡事故が起こり、かつ、不平衡事故が起こらない場合、つまり、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６から「１」が出力され、かつ、三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０から「０」が出力された場合、ＴＲＧ１に「１」を設定して最大値ホールド部１５−１７−１に出力し、それ以外の場合、ＴＲＧ１に「０」を設定して出力する。
【００９５】
論理積回路１５−１９−２は、信号オンディレイ部１５−１０の出力と論理否定回路１５−１８−１の出力との論理積を演算して最大値ホールド部１５−１７−２に出力する。詳述すると、論理積回路１５−１９−１は、不平衡事故が起こり、かつ、平衡事故が起こらない場合、つまり、三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０から「１」が出力され、かつ、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６から「０」が出力された場合、ＴＲＧ２に「１」を設定して最大値ホールド部１５−１７−１に出力し、それ以外の場合、ＴＲＧ２に「０」を設定して出力する。
【００９６】
なお、平衡事故検出フラグＴＲＧ１と不平衡事故検出フラグＴＲＧ２は、下記の式（５）で計算される。
【００９７】
【数５】
0006559501.tif 000006
【００９８】
最大値ホールド部１５−１７−１は、設定時間Ｔ５の間に、事故検出信号ＴＲＧ１を保持し、乗算器１５−１３−１にＴＲＧＦＬＴ１に出力する。なお、設定時間Ｔ５は事故継続時間より余裕を持たせる。
【００９９】
最大値ホールド部１５−１７−２は、設定時間Ｔ５の間に、事故検出信号ＴＲＧ２を保持し、乗算器１５−１３−２にＴＲＧＦＬＴ２に出力する。なお、設定時間Ｔ５は事故継続時間より余裕を持たせる。
【０１００】
設定値再設定部１５−１３−１，１５−１３−２，１５−２０，１５−１４は、余裕角パターン計算部１５−１２−１，１５−１２−２が計算した余裕角パターンΔγｐ１１，Δγｐ２２のうちの大きい値を補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に加算した値を補助余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ３として再設定する。
【０１０１】
詳述すると、乗算器１５−１３−１は、平衡事故対応余裕角パターン計算部１５−１２−１が計算した余裕角パターンΔγｐ１、事故検出信号ＴＲＧＦＬＴ１およびＩＮＶ／ＲＥＣ運転信号ＩＮＶＥＮを乗算してΔγｐ１１を算出し、乗算器１５−１３−２は、不平衡事故対応余裕角パターン計算部１５−１２−２が計算した余裕角パターンΔγｐ２、事故検出信号ＴＲＧＦＬＴ２およびＩＮＶ／ＲＥＣ運転信号ＩＮＶＥＮを乗算してΔγｐ２２を算出する。
【０１０２】
そして、最大値選択部１５−２０は、Δγｐ１１とΔγｐ２２とから最大値を選択してΔγとして加算器１５−１４に出力し、加算器１５−１４は、余裕角設定値γｒｅｆ２にΔγを加算した値を補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ３として再設定して補助定余裕角制御部１６に出力する。
【０１０３】
具体的には、αβ変換で三相平衡事故を検出し、ゼロ相電圧で三相不平衡事故を検出する。標本抽出保持部１５−１６−１，１５−１６−２は、余裕角の計算値γｍｅａｓ１から数サンプリング前の値をそれぞれ記録し、検出した信号ＴＲＧＡＢＣとＴＲＧ０に基づいて、事故直前の余裕角γｉｎｉｔ１、γｉｎｉｔ２を取得する。三相平衡事故と不平衡に対応して、平衡事故対応余裕角パターン計算部１５−１２−１、不平衡事故対応余裕角パターン計算部１５−１２−２が、それぞれの余裕角パターンΔγｐ１、Δγｐ２を計算する。論理回路１５−１８−１、１５−１８−２、１５−１９−１、１５−１９−２を用いて、余裕角設定値γｒｅｆ２に加算される余裕角パターンΔγが事故種類によって選択されるように組み合わせる。
【０１０４】
［２．作用］
本実施形態の作用を説明する。標本抽出保持部１５−１６−１，１５−１６−２は、電力変換器の余裕角γｍｅａｓ１を標本抽出して保持し、三相平衡事故検出部１５−１〜１５−６および三相不平衡事故検出部１５−７〜１５−１０が検出した三相平衡事故および三相不平衡事故のそれぞれに対応して、それらを出力する。このようにして、三相平衡事故および三相不平衡事故が同時に起こった場合でも、それに対応した適切な制御を行うことができる。
【０１０５】
三相平衡事故の場合の余裕角パターンΔγｐ１よりも三相不平衡事故の場合の余裕角パターンΔγｐ２の増加分を大きく設定する。このようにして、事故発生時に三相平衡事故の場合より三相不平衡事故の場合の余裕角設定値γｒｅｆ３を大きくすることで、異なる事故に応じた対応が可能になる。
【０１０６】
第３の実施形態と第４の実施形態を比較してみる。第３の実施形態の転流失敗防止部１５は、αβ電圧の差分ΔＶαβとゼロ相電圧Ｖ０のどちら一方が閾値を超えたら、余裕角パターンΔγｐを計算し、補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に余裕角パターンΔγを加算する。つまり、交流系統事故の平衡・不平衡に関わらず、事故直前の余裕角γｉｎｉｔが同じであれば、同じ余裕角パターンで制御される。それに対して、第４の実施形態の転流失敗防止部１５′は、平衡事故と不平衡事故を切り分けて処理し、事故種類に対応した適切な余裕角パターンを計算できる。余裕角パターンの基本的な形は図１１と同様である。ただし、平衡・不平衡によってパラメータを調整する。
【０１０７】
第３の実施形態の転流失敗防止部１５は、αβ電圧の差分ΔＶαβとゼロ相電圧Ｖ０のどちら一方が閾値を超えたら、余裕角パターンΔγｐを計算し、補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に余裕角パターンΔγを加算する。つまり、交流系統事故の平衡・不平衡に関わらず、事故直前の余裕角γｉｎｉｔが同じであれば、同じ余裕角パターンΔγで制御される。それに対して、転流失敗防止部１５′は、平衡事故と不平衡事故を切り分けて処理し、事故種類に対応した適切な余裕角パターンΔγを計算できる。余裕角パターンΔγの基本的な形は図１１と同様である。ただし、平衡・不平衡によってパラメータを調整する。
【０１０８】
［３．効果］
本実施形態の効果を説明する。平衡事故と不平衡事故がどちら一方しか検出されない場合は、その事故に対応した余裕角パターンが最大値選択部１５−２０により選択される。しかし、通常の系統では、平衡事故が発生しても電圧歪みなどによって電圧のゼロ相分が大きくなる場合や、不平衡事故が発生しても、全体電圧の実効値が低下してしまう場合もあるので、平衡衡事故と不平衡事故が両方一定時間差で検出されるケースがある。
【０１０９】
図１７は、第４の実施形態の転流失敗防止部１５′による事故検出時の余裕角パターン計算の例を説明するグラフである。具体的には、平衡事故が先に検出された場合と不平衡事故が先に検出された場合との例を示す。
【０１１０】
図１７（ａ）に示すように、平衡事故が先に検出された後に不平衡事故が検出された場合は、平衡事故が起こった時刻ｔ０に、ＴＲＧＡＢＣが「１」となり、不平衡事故が起こった時刻ｔ１にＴＲＧ０が「１」となる。また、時刻ｔ０とｔ１の間にＴＲＧ１が「１」となり、最大値ホールド部１５−１７−１に「１」が保持され、ＴＲＧＦＬＴ１がｔ０から「１」となる。逆にＴＲＧＦＬＴ２はずっと「０」のままであるため、平衡事故と検出され、平衡事故に対応した余裕角パターンΔγが補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に加算され、余裕角設定値γｒｅｆ３として再設定される。
【０１１１】
図１７（ｂ）に示すように、不平衡事故が先に検出された後に平衡事故が検出された場合は、不平衡事故が起こった時刻ｔ０に、ＴＲＧ０が「１」となり、平衡事故が起こった時刻ｔ１にＴＲＧＡＢＣが「１」となる。また、時刻ｔ０とｔ１の間に、ＴＲＧ２が「１」となり、最大値ホールド部１５−１７−２に「１」が保持され、ＴＲＧＦＬＴ２がｔ０から「１」となる。不平衡事故と検出され、不平衡事故に対応した余裕角パターンが補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に加算され、余裕角設定値γｒｅｆ３として再設定される。このようにして、第４の実施形態は第３の実施形態と同等な効果、もしくはそれ以上の効果が期待できる。
【０１１２】
［第５の実施形態］
図１８は、第５の実施形態の電力変換器の制御装置の構成図である。補助定電流制御部９と転流失敗防止部１５と補助定余裕角制御部１６とを実装する。逆変換器側の交流系統事故時に、順変換器側で補助定電流制御部９を用いて、過電流を抑制できる。逆変換器側では、高速に電圧低下を検出し、転流失敗防止部１５が事故直前の余裕角に対応した余裕角パターンΔγを計算し、補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２に余裕角パターンΔγが加算されて、余裕角を大きくするように制御し、確実に転流失敗を防止できる。
【０１１３】
［第６の実施形態］
図１９は、第６の実施形態の電力変換器の制御装置の構成図である。第６の実施形態では、第２の実施形態および第４の実施形態で説明した、補助定電流制御部９と転流失敗防止部１５′と補助定余裕角制御部１６とを実装する。逆変換器側の交流系統事故時に、順変換器側で補助定電流制御部９を用いて、過電流を抑制できる。逆変換器側では、高速に電圧低下を検出し、転流失敗防止部１５′が事故直前の余裕角および事故種類に対応した余裕角パターンを計算し、補助定余裕角制御部１６の余裕角設定値γｒｅｆ２にその余裕角パターンが加算されて、余裕角を大きくするように制御し、確実に転流失敗を防止できる。第６の実施形態は第５の実施形態と同等な効果、もしくは第５の実施形態以上の効果が期待できる。
【０１１４】
［第７の実施形態］
第２の実施形態では、電力変換器の制御装置７−１，７−２が補助定電流制御部９および補助定余裕角制御部１６を有し、順変換器側で補助定電流制御部９を動作させて、逆変換器側で補助定余裕角制御部１６を動作させたが、第７の実施形態では、電力変換器の制御装置７−１，７−２が補助定余裕角制御部１６を有さず、補助定電流制御部９を有し、逆変換器側で補助定電流制御部９を動作させる構成とする。効果としては、補助定余裕角制御部１６を有しないので、構成を簡単にすることができ、コストを低く抑えることができる。
【０１１５】
［他の実施形態］
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。これらの実施形態は、その他の様々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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１６】
１−１、１−２…交流系統
２−１、２−２…変換器変圧器
３−１、３−２…電力変換器
４−１、４−２…直流リアクトル
５…直流送電線
６−１、６−２…変換器と交流系統の連系交流母線
７−１、７−２…電力変換器の制御装置
８…定電流制御部（ＡＣＲ）
９…補助定電流制御部
１０…定電圧制御部（ＡＶＲ）
１１…第１の電圧検出部
１２…第２の電圧検出部
１３…余裕角計算部
１４…定余裕角制御部（ＡγＲ）
１５、１５′…転流失敗（ＣＦ）防止部または座標演算部
１６…補助定余裕角制御部
１７…最小値選択部
１０１−１、１０２−２、１５−４、１５−７、１５−１４…加減算器
９−１、１５−１５…信号選択器
９−２、１６−１、１５−３…ローパスフィルタ
９−３…不完全微分部
９−４…計算部
９−５…フィルタ部
１６−２…決定値計算部
１６−３…下限値算出部
１５−１〜１５−６…三相平衡事故検出部
１５−７〜１５−１０…三相不平衡事故検出部
１５−１…座標変換部
１５−２…電圧値算出部
１５−５、１５−９…比較器
１５−６、１５−１０…信号オンディレイ部
１５−８…絶対値回路
１５−１１…論理回路
１５−１２、１５−１２−１、１５−１２−２…余裕角パターン計算部
１５−１３−１，１５−１３−２，１５−２０，１５−１４…設定値再設定部
１５−１３、１５−１３−１、１５−１３−２…乗算器
１５−１６、１５−１６−１、１５−１６−２…標本抽出保持部
１５−１７、１５−１７−１、１５−１７−２…最大値ホールド部
１５−１８−１、１５−１８−２…論理否定回路
１５−１９−１、１５−１９−２…論理積回路
１５−２０…最大値選択部
α：制御角
γ：余裕角
μ：重なり角
β：進め角
Ｖｄ，ＶｄＲＥＣ：直流電圧、順変換器側の直流電圧
Ｉｄ，ＩｄＲＥＣ，ＩｄＩＮＶ：直流電流、順変換器側、逆変換器側の直流電流
Ｖａｃ：変換器交流母線の三相電圧
γｍｅａｓ１：余裕角の計算値
αｍａｘ，αｍｉｎ：制御角の上限、下限リミッタ
βｍａｘ，βｍｉｎ：進め角の上限、下限リミッタ
αＡＣＲ，αＡＶＲ，αＡγＲ：ＡＣＲ、ＡＶＲ、ＡγＲの出力
Ｖｄｐ，Ｉｄｐ：直流電圧指令値、直流電流指令値
γｒｅｆ１，γｒｅｆ２，γｒｅｆ３：余裕角設定値（最小余裕角）
Ｃ：直流線路のキャパシタンス
Ｌ：直流リアクトル
Ｒ：直流線路の抵抗値
Ｉｒａｔｅｄ：直流電流の定格値
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４：時定数
Ｔ５：最大値ホールド部の時間設定値（ＭＡＸ＿ＨＯＬＤ）
Ｔγ１，Ｔγ２，Ｔγ３：余裕角パターン時間設定値
Δγ１，Δγ２：余裕角パターン角度設定値
Δγｐ１，Δγｐ２，Δγｐ１１，Δγｐ２２，Δγ：余裕角パターン
τγ：余裕角パターン戻り時定数
γｍｉｎ：逆変換器最小余裕角設定値
γｉｎｉｔ，γｉｎｉｔ１，γｉｎｉｔ２：事故直前余裕角
ＴｈＡＣＲ＿ＳＵＰ：補助定電流制御出力する閾値
Ｔｈ１，Ｔｈ２：αβ電圧低下量の閾値、ゼロ相電圧の閾値
ＡγＲＳＵＰ：定余裕角補助値
ＡＣＲＳＵＰ：定電流補助値
【図１】
0006559501.tif 000007
【図２】
0006559501.tif 000008
【図３】
0006559501.tif 000009
【図４】
0006559501.tif 000010
【図５】
0006559501.tif 000011
【図６】
0006559501.tif 000012
【図７】
0006559501.tif 000013
【図８】
0006559501.tif 000014
【図９】
0006559501.tif 000015
【図１０】
0006559501.tif 000016
【図１１】
0006559501.tif 000017
【図１２】
0006559501.tif 000018
【図１３】
0006559501.tif 000019
【図１４】
0006559501.tif 000020
【図１５】
0006559501.tif 000021
【図１６】
0006559501.tif 000022
【図１７】
0006559501.tif 000023
【図１８】
0006559501.tif 000024
【図１９】
0006559501.tif 000025