(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力系統と直流電力系統との間で電力変換を行う電力変換回路を備え、前記電力変換回路は互いにカスケード接続された複数の変換器セルを含み、各前記変換器セルはエネルギー蓄積器を含み、
さらに、有効電力指令値および無効電力指令値を有効電力リミット値および無効電力リミット値にそれぞれ応じた値に制限し、前記制限された有効電力指令値および前記制限された無効電力指令値に従って前記電力変換回路の動作を制御する中央制御装置を備え、
前記中央制御装置は、
前記複数の変換器セルにそれぞれ含まれる前記エネルギー蓄積器の両端間の電圧のばらつきの程度を示す指標値を算出する指標値算出部と、
前記指標値が閾値を超えている場合に、前記有効電力リミット値の値をより小さい値に変更するリミッタ制御器とを含む、電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換回路は、前記交流電力系統の相ごとに、
前記直流電力系統の正側端子と接続された上アーム回路と、
前記直流電力系統の負側端子と接続された下アーム回路とを含み、
前記上アーム回路および前記下アーム回路の各々は、互いにカスケード接続された前記複数の変換器セルを含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記指標値算出部は、前記交流電力系統の相ごとに、前記上アーム回路を構成する変換器セルの前記エネルギー蓄積器の両端間の電圧の分散を算出し、前記下アーム回路を構成する変換器セルの前記エネルギー蓄積器の両端間の電圧の分散を算出し、
前記指標値算出部は、算出した複数の分散の最大値を前記指標値として用いる、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記指標値算出部は、前記電力変換回路を構成する全ての変換器セルの前記エネルギー蓄積器の両端間の電圧の分散を算出し、
前記指標値算出部は、算出した分散を前記指標値として用いる、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記指標値算出部は、前記交流電力系統の相ごとに、前記上アーム回路を構成する変換器セルの前記エネルギー蓄積器の両端間の電圧の平均値を算出し、前記下アーム回路を構成する変換器セルの前記エネルギー蓄積器の両端間の電圧の平均値を算出し、
前記指標値算出部は、算出した複数の平均値の分散を前記指標値として用いる、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記リミッタ制御器は、前記指標値が前記閾値を超えた状態から前記閾値以下の状態に戻った場合には、前記指標値が前記閾値以下である状態が予め定める時間継続した場合に、前記有効電力リミット値を元の値に戻す、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記中央制御装置は、動作モードとして第１の動作モードと第２の動作モードとを有し、
前記リミッタ制御器は、前記第２の動作モードにおいて、前記無効電力リミット値を予め設定された値に設定し、
前記リミッタ制御器は、前記第１の動作モードにおいて、前記有効電力指令値に基づいて算出された値と前記予め設定された値とのうち小さいほうに、前記無効電力リミット値を設定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電力変換装置は、前記直流電力系統を介して他の電力変換装置と接続され、
前記リミッタ制御器は、前記第１の動作モードにおいて、前記指標値に基づいて設定した前記有効電力リミット値と前記他の電力変換装置において用いられている有効電力リミット値とのうち小さいほうを、最終的な前記有効電力リミット値に設定する、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記リミッタ制御器は、前記第２の動作モードにおいて、前記無効電力指令値に基づいて算出された値と、前記指標値に基づいて設定した前記有効電力リミット値と、前記他の電力変換装置において用いられている有効電力リミット値とのうちで最も小さい値を、最終的な前記有効電力リミット値に設定する、請求項８に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、交流回路と直流回路との間で電力変換を行う電力変換装置に関し、たとえば、ＨＶＤＣ（高圧直流送電：High  Voltage  Direct  Current）システムおよびＢＴＢ（Back  To  Back）システムなどにおいて用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＶＤＣシステムおよびＢＴＢシステムなどで用いられるＶＳＣ（電圧型変換器：Voltage  Sourced  Converter）は、交流を直流に変換する順変換器（Rectifier）および直流を交流に変換する逆変換器（Inverter）として機能する。ＶＳＣは、ＭＭＣ（Modular  Multilevel  Converter）を用いて構成することができる。【０００３】
ＶＳＣは、有効電力指令値および無効電力指令値を用いて交流電力系統に出力する（または交流電力系統から入力される）有効電力および無効電力を制御することができる。ここで、有効電力指令値および無効電力指令値は、それぞれの有効電力リミット値および無効電力リミット値を超えないようにリミッタによって制限される。有効電力リミット値の二乗と無効電力リミット値の二乗との和の平方根から皮相電力リミット値を求めることができる。この皮相電力リミット値は、機器容量に応じて一定の値に定められている（たとえば、特開２００５−６５４２３号公報（特許文献１）を参照）。【０００４】
ＭＭＣは、交流の相ごとに、正側直流端子に接続された上アーム（arm）と負側直流端子に接続された下アームとを有する。各アームは、複数の変換器セル（サブモジュールとも称する）がカスケードに接続されることによって構成されている。【０００５】
各変換器セルは、直流コンデンサなどによって構成されたエネルギー蓄積器を含む。各エネルギー蓄積器の両端間の電圧は、所望の値に保たれるようにフィードバック制御される（たとえば、特表２０１３−５０７１００号公報（特許文献２）を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６５４２３号公報
【特許文献２】特表２０１３−５０７１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＭＣの制御では、多数の変換器セルの各々に設けられたエネルギー蓄積器の両端間の電圧に関して、各電圧値を所望の値に保ち、各相の上アームと下アームとでのバランスをとるとともに、相間でのバランスをとることが重要である。ところが、直流回路または交流回路での故障により、もしくは、ＭＭＣ内部の部分故障により、多数の変換器セルの間でエネルギー蓄積器の両端間の電圧がばらつく可能性がある。エネルギー蓄積器の電圧のばらつきが限界を超えると、フィードバック制御が不安定になるために、ＭＭＣの運転継続が困難になる場合がある。【０００８】
この開示は、上記の問題点を考慮したものであり、その目的は、各変換器セルに設けられたエネルギー蓄積器の両端間の電圧のばらつきが限界を超えたために運転継続が困難になるという事態を防止することが可能なＭＭＣ方式の電力変換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】
一実施形態の電力変換装置は、交流電力系統と直流電力系統との間で電力変換を行う電力変換回路と、中央制御装置とを備える。電力変換回路は互いにカスケード接続された複数の変換器セルを含み、各変換器セルはエネルギー蓄積器を含む。中央制御装置は、有効電力指令値および無効電力指令値を有効電力リミット値および無効電力リミット値にそれぞれ応じた値に制限し、制限された有効電力指令値および制限された無効電力指令値に従って電力変換回路の動作を制御する。中央制御装置は、複数の変換器セルにそれぞれ含まれるエネルギー蓄積器の両端間の電圧のばらつきの程度を示す指標値を算出する指標値算出部と、指標値が閾値を超えている場合に、有効電力リミット値の値をより小さい値に変更するリミッタ制御器とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
上記の実施形態によれば、エネルギー蓄積器の両端間の電圧のばらつきの程度を示す指標値が閾値を超えている場合に、有効電力リミット値の値がより小さい値に変更されるので、電力変換装置の運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＭＭＣ方式のＶＳＣの概略構成図である。
【図３】交流回路と各レグ回路との接続部の変形例を示す図である。
【図４】図２の各レグ回路を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。
【図５】図２の各レグ回路を構成する変換器セルの他の例を示す回路図である。
【図６】図２の各レグ回路を構成する変換器セルのさらに他の例を示す回路図である。
【図７】図１の変換器制御器の入出力信号を説明するための図である。
【図８】図７の変換器制御器１２３の構成例を示すブロック図である。
【図９】図１の各ＶＳＣ用のリミッタ制御器の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の優先成分決定部の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図９のリミット値演算部の動作を示すブロック図である。
【図１２】図１１の変形例としてのリミット値演算部の動作を示すブロック図である。
【図１３】図１１の他の変形例としてのリミット値演算部の動作を示すブロック図である。
【図１４】リミッタ調整量演算部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【００１３】
実施の形態１．
［電力変換システムの全体構成］
図１は、電力変換システムの構成を示すブロック図である。以下の説明では、直流送電線１１１Ｐ，１１１ＮのＡ端側の機器を示すときには参照符号の末尾にＡを付し、Ｂ端側の機器を示すときには参照符号の末尾にＢを付す。Ａ端側の機器の構成とＢ端側の機器の構成とはほぼ同じであるので、Ａ端側およびＢ端側の両方の機器に該当する場合には参照符号の末尾のＡ，Ｂを記載せずに説明する。また、Ａ端側の機器を第１の機器と称し、Ｂ端側の機器を第２の機器と称する場合がある。
【００１４】
図１を参照して、電力変換システム１００は、Ａ端側の交流電力系統１１２Ａと直流送電線１１１Ｐ，１１１Ｎとの間に接続された第１の電圧型変換器（ＶＳＣ）１１０Ａと、Ｂ端側の交流電力系統１１２Ｂと直流送電線１１１Ｐ，１１１Ｎとの間に接続された第２の電圧型変換器（ＶＳＣ）１１０Ｂとを備える。ＶＳＣ１１０を電力変換装置とも称する。
【００１５】
交流電力系統１１２は３相交流の電力系統であるが、図１では図解を容易にするために１本の電線で示している。交流電力系統１１２を交流回路と称し、直流送電線１１１Ｐ，１１１Ｎをまとめて直流回路１１１（もしくは直流電力系統１１１）と称する場合がある。
【００１６】
直流送電線１１１Ｐ，１１１Ｎは、正側の直流送電線１１１Ｐと負側の直流送電線１１１Ｎとを含む。電力変換システム１００がＨＶＤＣシステムに対応する場合、直流送電線１１１Ｐ，１１１Ｎの長さは、たとえば数十ｋｍ〜数百ｋｍである。電力変換システム１００がＢＴＢシステムに対応する場合、直流送電線１１１Ｐ，１１１Ｎの長さは、たとえば数ｍ〜数十ｍである。なお、図１では直流電力系統が２端子の場合を示している。
【００１７】
ＶＳＣ１１０は、自励式の電力変換器であり、自端側の交流電力系統１１２と連系変圧器１３０を介して接続される。ＶＳＣ１１０は、交流を直流に変換する順変換器および直流を交流に変換する逆変換器として機能する。本実施の形態では、ＶＳＣ１１０はＭＭＣによって構成される。ＭＭＣ方式のＶＳＣ１１０の構成の詳細については、図２〜図６で説明する。
【００１８】
電力変換システム１００は、さらに、Ａ端およびＢ端の各々に設けられている機器として、中央制御装置１２０、電圧変成器１３４、ＨＭＩシステム１３７、および通信装置１３８を備える。
【００１９】
Ａ端に設けられた第１の中央制御装置１２０ＡはＡ端側の第１のＶＳＣ１１０Ａの動作を制御し、Ｂ端に設けられた第２の中央制御装置１２０ＢはＢ端側の第２のＶＳＣ１１０Ｂの動作を制御する。図１に示すように、各中央制御装置１２０は、電力制御器１２１、リミッタ制御器１２２、変換器制御器１２３、通信装置１２４、平均・分散演算器１２５、電気量検出器１３５、および事故検出器１３６を含む。各中央制御装置１２０は、さらに、図７に示すような中継器３２を備えていてもよい。これらの構成要素の機能については後述する。
【００２０】
なお、電力制御器１２１、リミッタ制御器１２２、変換器制御器１２３、平均・分散演算器１２５、および事故検出器１３６は、専用の回路によって構成してもよいし、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）によって構成してもよい。あるいは、少なくとも一部の機能をＣＰＵ（Central  Processing  Unit）およびメモリを含むマイクロコンピュータに基づいて実現するようにしてもよい。この場合、メモリに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることによって少なくとも一部の機能が実現される。あるいは、専用の回路またはＦＰＧＡとマイクロコンピュータとを組み合わせることによって実現してもよい。
【００２１】
電圧変成器１３４は、自端側の交流電力系統１１２における交流電圧の情報を取得するために設置される。具体的に、電圧変成器１３４は、交流送電線１３１が接続された母線１３２に設置される。この明細書では、電流および電圧を電気量と総称する場合がある。
【００２２】
電気量検出器１３５は、電圧変成器１３４と接続され、自端側の交流電力系統１１２の交流電圧の瞬時値を検出する。さらに、電気量検出器１３５は、図２で後述する各相レグ回路４のアーム電流検出器９Ａ，９Ｂならびに直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂと接続される。電気量検出器１３５は、検出した交流電圧の瞬時値、アーム電流の瞬時値、および直流電圧値をＡ／Ｄ（Analog  to  Digital）変換する。これによって、各相の交流電圧、各相のアーム電流、および直流電圧の時系列データが生成される。
【００２３】
さらに、電気量検出器１３５は、各相のアーム電流Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗの検出値に基づいて、各相の交流電流を計算する。具体的な計算方法は図７に関連した説明において記載する。
【００２４】
なお、各相のアーム電流の検出値に基づいて各相の交流電流を計算するのでなく、電流変成器などの交流電流検出器を用いて、交流電力系統１１２の各相の交流電流を直接検出してもよい。この場合、電気量検出器１３５は、交流電流検出器と接続され、検出された交流電流の瞬時値をＡ／Ｄ変換する。これにより、各相の交流電流の時系列データが生成される。
【００２５】
電気量検出器１３５は、最終的に得られた交流電流および交流電圧の時系列データを、自端側の変換器制御器１２３、事故検出器１３６、ＨＭＩシステム１３７、および電力制御器１２１に出力する。さらに、電気量検出器１３５は、直流電圧およびアーム電流の時系列データを自端側の変換器制御器１２３に出力する。
【００２６】
事故検出器１３６は、電気量検出器１３５から受信した自端側の交流電力系統１１２の電圧値に基づいて、自端側の交流電力系統１１２における交流電圧が急変したか否かを検出する。たとえば、事故検出器１３６は、交流電圧のピーク値が設定値（下限値）に達していないこと（すなわち、不足電圧）によって交流電圧の急変を検知してもよい。もしくは、事故検出器１３６は、交流電圧の検出値が設定値（上限値）を超えたこと（すなわち、過電圧）によって交流電圧の急変を検知してもよい。事故検出器１３６は、自端側の交流電力系統１１２における交流電圧の急変の有無の情報を自端側のリミッタ制御器１２２に出力する。
【００２７】
ＨＭＩシステム１３７は、たとえば、コンピュータを利用した端末装置であり、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ：Human  Machine  Interface）としてまたは電力変換器の監視制御装置として使用される。ＨＭＩシステム１３７は、自端側のＶＳＣ１１０における有効電力指令値Ｐｒｅｆ＿ＨＭＩおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ＨＭＩの入力を受け付け、入力された有効電力指令値Ｐｒｅｆ＿ＨＭＩおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ＨＭＩを自端側の中央制御装置１２０に出力する。
【００２８】
通信装置１３８Ａ，１３８Ｂは、Ａ端のＨＭＩシステム１３７ＡとＢ端のＨＭＩシステム１３７Ｂとの間での情報伝送に用いられる。具体的に、ＨＭＩシステム１３７Ａ，１３７Ｂは、電気量の時系列データ、有効電力指令値Ｐｒｅｆ＿ＨＭＩ、および無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ＨＭＩの情報を相互にやり取りする。
【００２９】
なお、ＨＭＩシステム１３７をＡ端とＢ端とで別個の構成とせずに、単一の構成としてもよい。この場合は、上記の通信装置１３８Ａ，１３８Ｂは不要である。
【００３０】
［中央制御装置の詳細な構成］
以下、中央制御装置１２０を構成する電力制御器１２１、リミッタ制御器１２２、変換器制御器１２３、通信装置１２４、および平均・分散演算器１２５についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
電力制御器１２１は、自端側のＨＭＩシステム１３７から受信したユーザ設定による有効電力指令値Ｐｒｅｆ＿ＨＭＩおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ＨＭＩと、現時点までの自端側の交流電力系統１１２の電気量の時系列データに基づいて、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆを生成する。たとえば、電力制御器１２１は、ユーザ設定による有効電力指令値Ｐｒｅｆ＿ＨＭＩに電気量の時系列データに基づく変動分ΔＰｒｅｆを加算することによって有効電力指令値Ｐｒｅｆを生成する。同様に、電力制御器１２１は、ユーザ設定による無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ＨＭＩに電気量の時系列データに基づく変動分ΔＱｒｅｆを加算することによって無効電力指令値Ｑｒｅｆを生成する。
【００３２】
なお、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆには正負の両方の場合がある。たとえば、有効電力指令値Ｐｒｅｆが正の場合にはＶＳＣ１１０から交流電力系統１１２に有効電力が出力され、有効電力指令値Ｐｒｅｆが負の場合には交流電力系統１１２からＶＳＣ１１０に有効電力が入力されるように定義してよい（定義の仕方に応じてこの関係は逆であってもよい）。また、無効電力指令値Ｑｒｅｆが正の場合には遅れの無効電力を交流電力系統１１２に供給し、無効電力指令値Ｑｒｅｆが負の場合には遅れの無効電力を交流電力系統１１２から消費するように定義してもよい（定義の仕方に応じてこの関係は逆であってもよい）。
【００３３】
ここで、Ａ端側の交流電力系統１１２ＡからＶＳＣ１１０Ａに入力される有効電力の指令値とＢ端側のＶＳＣ１１０Ｂから交流電力系統１１２Ｂに出力される有効電力の指令値とは等しくする必要がある。同様に、Ａ端側のＶＳＣ１１０Ａから交流電力系統１１２Ａに出力される有効電力の指令値とＢ端側の交流電力系統１１２ＢからＶＳＣ１１０Ｂに入力される有効電力の指令値とは等しくする必要がある。この理由は次のとおりである。
【００３４】
自励式電力変換システムでは、Ａ端およびＢ端のうちある一端で電力制御を行い、他端で電圧制御を行うことで電力と電圧のバランスを取る。よって有効電力指令値が直接的に制御に用いられるのは電力制御を行っている電力制御端のみである。一方で無効電力制御は両端で個別に実施される。よって、電圧制御を行っている電圧制御端においても、電力制御端で使用されている有効電力指令値を保持していないと、有効・無効電力指令値が変換器容量を超過していないことを保証できない。したがって、Ａ端側での有効電力指令値ＰｒｅｆとＢ端側での有効電力指令値Ｐｒｅｆとを互いに整合させるとともに、Ａ端側の有効電力リミット値ＰｍａｘとＢ端側の有効電力リミット値Ｐｍａｘとを互いに等しくする必要がある。
【００３５】
上記のように有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび有効電力リミット値をＡ端とＢ端とで整合させることは、たとえば、以下のようにして実現することができる。
【００３６】
前述のように、Ａ端側の電力制御器１２１ＡとＢ端側の電力制御器１２１Ｂとでは、有効電力指令値Ｐｒｅｆ＿ＨＭＩ、無効電力指令値Ｑｒｅｆ＿ＨＭＩ、および両端の電気量の情報を共有している。したがって、各電力制御器１２１はこれらの情報に基づいて同一の有効電力指令値Ｐｒｅｆを計算することが可能である。通信遅れ等の影響により、各電力制御器１２１は、計算によって得られた自端側および他端側の有効電力指令値Ｐｒｅｆが整合していない場合にはいずれか一方に基づいて他方を修正するようにすることができる。中央制御装置１２０Ａ，１２０Ｂの一方がマスタ、他方がスレーブに設定されている場合には、マスタ側の有効電力指令値Ｐｒｅｆに基づいてスレーブ側の有効電力指令値Ｐｒｅｆが決定されるようにしてもよい。
【００３７】
あるいは、中央制御装置１２０Ａ，１２０Ｂは、通信装置１２４Ａ，１２４Ｂを介してＡ端側の有効電力指令値Ｐｒｅｆの情報とＢ端側の有効電力指令値Ｐｒｅｆの情報とを共有するようにしてもよい。この場合、各リミッタ制御器１２２は、自端側および他端側の有効電力指令値Ｐｒｅｆが整合していない場合にはいずれか一方に基づいて他方を決定するようにする。
【００３８】
上記のようにして設定された有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆは、リミッタ制御器１２２に入力される。リミッタ制御器１２２は、有効電力指令値Ｐｒｅｆがリミット値Ｐｍａｘに基づく適正範囲（すなわち、下限値：−Ｐｍａｘ、上限値：＋Ｐｍａｘ）を逸脱している場合には、有効電力指令値Ｐｒｅｆを下限値（−Ｐｍａｘ）または上限値（＋Ｐｍａｘ）に制限する。同様に、リミッタ制御器１２２は、無効電力指令値Ｑｒｅｆがリミット値Ｑｍａｘに基づく適正範囲（すなわち、下限値：−Ｑｍａｘ、上限値：＋Ｑｍａｘ）を逸脱している場合には、無効電力指令値Ｑｒｅｆを下限値（−Ｑｍａｘ）または上限値（＋Ｑｍａｘ）に制限する。これによって、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値ＱｒｅｆがＶＳＣ１１０の装置容量を超えないようにできる。リミッタ制御器１２２は、リミッタによって制限された有効電力指令値Ｐｒｅｆおよびリミッタによって制限された無効電力指令値Ｑｒｅｆを、変換器制御器１２３に出力する。リミッタ制御器１２２のさらに詳しい動作については、図９で説明する。
【００３９】
変換器制御器１２３は、リミッタ制御器１２２から入力された有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆに基づいて、自端のＶＳＣ１１０を制御するための制御信号を生成して自端のＶＳＣ１１０に出力する。具体的に、ＭＭＣ方式のＶＳＣ１１０の場合、変換器制御器１２３はＭＭＣを構成する各相のアーム回路の電圧指令値を出力する。変換器制御器１２３のさらに詳しい動作については、図７および図８で説明する。
【００４０】
通信装置１２４Ａ，１２４Ｂは、Ａ端側のリミッタ制御器１２２ＡとＢ端側のリミッタ制御器１２２Ｂとの間での情報伝送に用いられる。実施の形態１の場合、リミッタ制御器１２２Ａ，１２２Ｂは、互いに有効電力リミット値Ｐｍａｘの情報およびリミッタ制御器１２２の動作モードの情報（すなわち、Ｐ優先モードであるか、それともＱ優先モードであるかについての情報）をやり取りする。
【００４１】
平均・分散演算器１２５は、自端のＶＳＣ１１０を構成する各変換器セルから、エネルギー蓄積器としてのコンデンサの両端間の電圧値（以下、「セルキャパシタ電圧」とも称する）を表す情報を取得する。平均・分散演算器１２５は、たとえば、アームごとにセルキャパシタ電圧の平均値を計算したり、セルキャパシタ電圧のばらつきの程度を示す指標値として分散を計算したりする。平均・分散演算器１２５は、算出したセルキャパシタ電圧の平均値を自端側の変換器制御器１２３に出力し、算出したばらつき指標値としての分散を自端側のリミッタ制御器１２２に出力する。この開示では、平均・分散演算器１２５を、セルキャパシタ電圧のばらつきの指標値を算出するための指標値算出部とも称する。
【００４２】
［ＭＭＣ方式のＶＳＣの概略構成］
図２は、図１のＭＭＣ方式のＶＳＣの概略構成図である。図２を参照して、ＶＳＣ１１０は、主回路であるレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗ（不特定のものを示す場合、レグ回路４と記載する）と、中央制御装置１２０とを備える。この明細書では、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗの全体を電力変換回路２と称する。
【００４３】
レグ回路４は、交流を構成する複数相の各相ごとに設けられ、交流回路１１２と直流回路１１１との間に接続され、両回路間で電力変換を行う。図２には交流回路１１２が三相交流の場合が示され、ｕ相、ｖ相、ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが設けられている。
【００４４】
レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、連系変圧器１３０を介して交流回路１１２に接続される。交流回路１１２は、たとえば、交流電源などを含む交流電力系統である。図２では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと連系変圧器１３０との接続は図示していない。
【００４５】
各レグ回路４に共通に設けられた直流端子Ｎｐ，Ｎｎ（すなわち、正側直流端子Ｎｐ，負側直流端子Ｎｎ）は、直流回路１１１に接続される。
【００４６】
直流回路１１１は、たとえば、直流送電網などを含む直流電力系統または他の電力変換装置の直流端子である。後者の場合、２台の電力変換装置を連結することによって定格周波数などが異なる交流電力系統間を接続するためのＢＴＢ（Back  To  Back）システムが構成される。
【００４７】
図２の連系変圧器１３０を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路１１２に接続した構成としても良い。
【００４８】
さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが連系変圧器１３０または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル８Ａ，８Ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路４は、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗに設けられた接続部を介して電気的に、すなわち直流的または交流的に交流回路１１２と接続される。電力変換回路２と交流回路１１２とを交流的に接続する例については図３で詳しく説明する。
【００４９】
レグ回路４ｕは、正側直流端子Ｎｐから交流入力端子Ｎｕまでの上アーム５と、負側直流端子Ｎｎから交流入力端子Ｎｕまでの下アーム６とに区分される。上アーム５と下アーム６との接続点（すなわち、交流端子Ｎｕ）が連系変圧器１３０と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流回路１１１に接続される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有しているので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。
【００５０】
上アーム５は、カスケード接続された複数の変換器セル７と、リアクトル８Ａとを含む。複数の変換器セル７およびリアクトル８Ａは互いに直列接続されている。以下、簡単のために変換器セル７をセル７と称する場合がある。
【００５１】
同様に、下アーム６は、カスケード接続された複数のセル７と、リアクトル８Ｂとを含む。複数のセル７およびリアクトル８Ｂは互いに直列接続されている。
【００５２】
リアクトル８Ａが挿入される位置は、レグ回路４ｕの上アーム５のいずれの位置であってもよく、リアクトル８Ｂが挿入される位置は、レグ回路４ｕの下アーム６のいずれの位置であってもよい。リアクトル８Ａ，８Ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。さらに、上アーム５のリアクトル８Ａのみ、もしくは、下アーム６のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。
【００５３】
リアクトル８Ａ，８Ｂは、交流回路１１２または直流回路１１１などの事故時に事故電流が急激に増大しないように設けられている。しかし、リアクトル８Ａ，８Ｂのインダクタンス値を過大なものにすると電力変換器の効率が低下するという問題が生じる。
【００５４】
既に説明したように、中央制御装置１２０には、電圧変成器１３４からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗの検出信号が入力される。
【００５５】
また、中央制御装置１２０には、直流電圧検出器１１Ａによって検出された正側直流端子Ｎｐの電圧と、直流電圧検出器１１Ｂによって検出された負側直流端子Ｎｎの電圧とが入力される。
【００５６】
また、中央制御装置１２０には、Ｕ相用のレグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂによって検出された上アーム電流Ｉｐｕの検出値および下アーム電流Ｉｎｕの検出値がそれぞれ入力される。同様に、中央制御装置１２０には、Ｖ相用のレグ回路４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂによって検出された上アーム電流Ｉｐｖおよび下アーム電流Ｉｎｖの検出値が入力される。さらに、中央制御装置１２０には、Ｗ相用のレグ回路４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂによって検出された上アーム電流Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｗの検出値が入力される。
【００５７】
また、中央制御装置１２０は、各セル７からセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの検出値を表す信号を受信する。
【００５８】
中央制御装置１２０はこれらの検出信号に基づいて各セル７の運転状態を制御するためのアーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｖｎｒｅｆｗを出力する。本実施の形態の場合、アーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｖｎｒｅｆｗは、Ｕ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相上アーム、およびＷ相下アームにそれぞれ対応して生成されている。以下の説明では、アーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｖｎｒｅｆｗについて、総称する場合または不特定のものを示す場合、アーム電圧指令値３３と記載する。
【００５９】
なお、図２では図解を容易にするために、各検出器から中央制御装置１２０に入力される信号の信号線ならびに中央制御装置１２０と各セル７との間で入出力される信号の信号線は一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとおよびセル７ごとに個別に設けられている。各セル７と中央制御装置１２０との間の信号線は、送信用と受信用とが別個に設けられていてもよい。また、本実施の形態の場合、これらの信号は耐ノイズ性の観点から光ファイバを介して伝送される。
【００６０】
［交流回路と各レグ回路との接続部の変形例］
図２では、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗを介して、交流回路１１２と電力変換回路２とが直流的に接続される例を示した。これに代えて、交流回路１１２と各レグ回路４は、変圧器を介して交流的に接続されていてもよい。以下、図３を参照してその具体例を説明する。
【００６１】
図３は、交流回路と各レグ回路との接続部の変形例を示す図である。図３を参照して、交流回路１１２とレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗとは、３巻線の三相変圧器８０Ｃを介して接続される。
【００６２】
具体的に、図３の三相変圧器８０Ｃの一次巻線８１ｕ，８１ｖ，８１ｗの各一端は、交流回路１１２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各送電線と連系変圧器１３０を介してそれぞれ接続される。三相変圧器８０Ｃの一次巻線８１ｕ，８１ｖ，８１ｗの各他端は共通の中性点８４と接続される。すなわち、図３の場合、一次巻線８１ｕ，８１ｖ，８１ｗはＹ結線されている。
【００６３】
三相変圧器８０Ｃの二次巻線８２ｕ，８２ｖ，８２ｗは、それぞれ共通の鉄心を介して一次巻線８１ｕ，８１ｖ，８１ｗと磁気結合する。図３の三相変圧器８０Ｃでは、さらに、二次巻線８２ｕ，８２ｖ，８２ｗとそれぞれ直列に接続された三次巻線８３ｕ，８３ｖ，８３ｗが設けられている。各相の二次巻線と対応する三次巻線とは逆極性になるように接続され、共通の鉄心に巻回される。また、各相の二次巻線と対応する三次巻線との接続点は共通の中性点８５に接続される。
【００６４】
さらに、二次巻線８２ｕおよび三次巻線８３ｕはＵ相のアーム回路５ｕ，６ｕと直列に接続される。二次巻線８２ｖおよび三次巻線８３ｖはＶ相のアーム回路５ｖ，６ｖと直列に接続される。二次巻線８２ｗおよび三次巻線８３ｗはＷ相のアーム回路５ｗ，６ｗと直列に接続される。図３の場合、二次巻線８２ｕ，８２ｖ，８２ｗの各々および三次巻線８３ｕ，８３ｖ，８３ｗの各々は、各相のリアクトル８ｐ，８ｎを兼ねている。リアクトル８ｐ，８ｎとは別に三相変圧器８０Ｃの二次巻線８２ｕ，８２ｖ，８２ｗおよび三次巻線８３ｕ，８３ｖ，８３ｗを設けてもよい。
【００６５】
図３の三相変圧器８０Ｃによれば、各相のアーム電流（Ｕ相：Ｉｐｕ，Ｉｎｕ、Ｖ相：Ｉｐｖ，Ｉｎｖ、Ｗ相：Ｉｐｗ，Ｉｎｗ）によって二次巻線に生じる直流起電力と三次巻線に生じる起電力とは互いに打ち消し合うため、鉄心内に直流磁束が生じないというメリットがある。
【００６６】
［変換器セルの構成例］
図４は、図２の各レグ回路を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。図４に示す変換器セル７ＨＢは、ハーフブリッジ型の変換回路２０ＨＢと、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ２４と、ゲート制御部２１と、電圧検出部２７と、送受信部２８とを備える。
【００６７】
ハーフブリッジ型の変換回路２０ＨＢは、互いに直列接続された半導体スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂ（以下、単にスイッチング素子と称する場合がある）と、ダイオード２３Ａ，２３Ｂとを含む。ダイオード２３Ａ，２３Ｂは、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂとそれぞれ逆並列（すなわち、並列かつ逆バイアス方向）に接続される。直流コンデンサ２４は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの直列接続回路と並列に接続され、直流電圧を保持する。スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの接続ノードは高電位側（正側）の入出力端子２６Ｐと接続される。スイッチング素子２２Ｂと直流コンデンサ２４の接続ノードは低電位側（負側）の入出力端子２６Ｎと接続される。
【００６８】
ゲート制御部２１は、図２の中央制御装置１２０から受信したアーム電圧指令値３３に従って動作する。たとえば、ゲート制御部２１は、アーム電圧指令値３３と三角波などのキャリア信号とを比較することによって、パルス幅変調信号を生成して半導体スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂのゲートに出力する。
【００６９】
ゲート制御部２１は、通常動作時（すなわち、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの一方をオン状態とし、他方をオフ状態となるように制御を行う。スイッチング素子２２Ａがオン状態であり、スイッチング素子２２Ｂがオフ状態のとき、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間には直流コンデンサ２４の両端間の電圧が印加される。逆に、スイッチング素子２２Ａがオフ状態であり、スイッチング素子２２Ｂがオン状態のとき、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間は０Ｖとなる。したがって、図４に示す変換器セル７は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂを交互にオン状態とすることによって、零電圧または直流コンデンサ２４の電圧に依存した正電圧を出力することができる。ダイオード２３Ａ，２３Ｂは、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂに逆方向電圧が印加されたときの保護のために設けられている。
【００７０】
一方、図２の中央制御装置１２０によってアーム電流の過電流が検出された場合には、ゲート制御部２１は、回路保護のためにスイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの両方ともオフにする。この結果、たとえば、直流回路１１１の地絡事故の場合には、事故電流がダイオード２３Ｂを流れる。
【００７１】
電圧検出部２７は、直流コンデンサ２４の両端２４Ｐ，２４Ｎの間の電圧を検出する。以下の説明では、直流コンデンサ２４の電圧をセルキャパシタ電圧とも称する。送受信部２８は、図２の中央制御装置１２０から受信したアーム電圧指令値３３をゲート制御部２１に伝達するとともに、電圧検出部２７によって検出されたセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐを表す信号を中央制御装置１２０に送信する。
【００７２】
上記のゲート制御部２１、電圧検出部２７、および送受信部２８は、専用回路によって構成してもよいし、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などを利用して構成してもよい。
【００７３】
図５は、図２の各レグ回路を構成する変換器セルの他の例を示す回路図である。図５に示す変換器セル７ＦＢは、フルブリッジ型の変換回路２０ＦＢと、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ２４と、ゲート制御部２１と、電圧検出部２７と、送受信部２８とを備える。
【００７４】
フルブリッジ型の変換回路２０ＦＢは、直列接続されたスイッチング素子２２Ｃ，２２Ｄと、スイッチング素子２２Ｃ，２２Ｄに逆並列にそれぞれ接続されたダイオード２３Ｃ，２３Ｄとをさらに含む点で、図４の変換器セル７ＨＢと異なる。スイッチング素子２２Ｃ，２２Ｄの全体は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの直列接続回路と並列に接続されるとともに、直流コンデンサ２４と並列に接続される。入出力端子２６Ｐは、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの接続ノードと接続され、入出力端子２６Ｎは、スイッチング素子２２Ｃ，２２Ｄの接続ノードと接続される。
【００７５】
ゲート制御部２１は、図２の中央制御装置１２０から受信したアーム電圧指令値３３に従って動作する。たとえば、ゲート制御部２１は、アーム電圧指令値３３と三角波などのキャリア信号とを比較することによって、パルス幅変調信号を生成して半導体スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂのゲートに出力する。
【００７６】
ゲート制御部２１は、通常動作時（すなわち、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子２２Ｄを常時オンとし、スイッチング素子２２Ｃを常時オフとし、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂを交互にオン状態とするように制御を行う。ただし、図５に示すフルブリッジ型の変換回路２０ＦＢは、スイッチング素子２２Ｄをオフし、スイッチング素子２２Ｃをオンし、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂを交互にオン状態にすることによって、零電圧または負電圧（いわゆる逆電圧）を出力することもできる。
【００７７】
一方、ゲート制御部２１は、図２の中央制御装置１２０によってアーム電流の過電流が検出された場合には、回路保護のためにスイッチング素子２２Ａ〜２２Ｄの全てをオフにする。この場合、たとえば、直流回路１１１の短絡事故の場合には短絡電流がダイオード２３Ｃ，２３Ｂを流れることによってコンデンサ２４に流入する。直流回路１１１の電圧がレグ回路４全体でのコンデンサ２４の電圧の和に等しくなった時点で事故電流は流れなくなる。
【００７８】
図５の電圧検出部２７および送受信部２８の構成は、図４の場合と同様であるので説明を繰返さない。
【００７９】
図６は、図２の各レグ回路を構成する変換器セルのさらに他の例を示す回路図である。図６に示す変換器セル７ＴＱＢは、スリークオーターブリッジ（Three  Quarter  Bridge）型の変換回路２０ＴＱＢと、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ２４と、ゲート制御部２１と、電圧検出部２７と、送受信部２８とを備える。
【００８０】
スリークオーターブリッジ型の変換回路２０ＴＱＢは、図５に示すフルブリッジ型の変換回路２０ＦＢから、スイッチング素子２２Ｃを除去した構成であり、その他の点は図５の場合と同じである。
【００８１】
ゲート制御部２１は、図２の中央制御装置１２０から受信したアーム電圧指令値３３に従って動作する。たとえば、ゲート制御部２１は、アーム電圧指令値３３と三角波などのキャリア信号とを比較することによって、パルス幅変調信号を生成して半導体スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂのゲートに出力する。
【００８２】
ゲート制御部２１は、通常動作時（すなわち、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子２２Ｄを常時オンとし、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂを交互にオン状態とするように制御を行う。ただし、図６に示す変換回路２０ＴＱＢは、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｄをオフし、スイッチング素子２２Ｂをオンし、かつ電流が入出力端子２６Ｎから入出力端子２６Ｐの方向に流れる場合には、負電圧を出力することができる。
【００８３】
一方、図２の中央制御装置１２０によってアーム電流の過電流が検出された場合には、ゲート制御部２１は、回路保護のためにスイッチング素子２２Ａ〜２２Ｃの全てをオフにする。この場合、たとえば、直流回路１１１の地絡事故の場合には、事故電流がダイオード２３Ｃ，２３Ｂを流れることによってコンデンサ２４に流入する。直流回路１１１の電圧がレグ回路４全体でのコンデンサ２４の電圧の和に等しくなった時点で事故電流は流れなくなる。
【００８４】
図６の電圧検出部２７および送受信部２８の構成は、図４の場合と同様であるので説明を繰返さない。
【００８５】
図４〜図６に示す各スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄには、オン動作とオフ動作の両方を制御可能な自己消弧型のスイッチング素子が用いられている。たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）またはＧＣＴ（Gate  Commutated  Turn-off  thyristor）などがスイッチング素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄとして用いられる。
【００８６】
なお、図２の各レグ回路４では、図４〜図６に示したセル変換器のいずれか１つの種類のみが用いられていても、多種類のセル変換器が混在されていてもよい。
【００８７】
［変換器制御器の構成と動作］
図７は、図１の変換器制御器の入出力信号を説明するための図である。図７では、中央制御装置１２０の構成要素のうち、変換器制御器１２３と信号を直接的にやりとりする一部の構成要素のみが示されている。また、図７では、図２の電力変換回路２のうちＵ相用のレグ回路４ｕのみが代表的に示されているが、他のレグ回路４ｖ，４ｗについても同様である。
【００８８】
図７を参照して、電気量検出器１３５は、電圧変成器１３４からＵ相交流電圧Ｖａｃｕ、Ｖ相交流電圧Ｖａｃｖ、およびＷ相交流電圧Ｖａｃｗを表す信号を受ける。さらに、電気量検出器１３５は、Ｕ相レグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａ，９ＢからＵ相上アーム電流ＩｐｕおよびＵ相下アーム電流Ｉｎｕを表す信号を受ける。同様に、電気量検出器１３５は、Ｖ相レグ回路４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａ，９ＢからＶ相上アーム電流ＩｐｖおよびＶ相下アーム電流Ｉｎｖを表す信号を受け、Ｗ相レグ回路４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａ，９ＢからＷ相上アーム電流ＩｐｗおよびＷ相下アーム電流Ｉｎｗを表す信号を受ける。さらに、電気量検出器１３５は、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂから直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎを表す信号を受ける。
【００８９】
電気量検出器１３５は、これらのアナログ信号をＡ／Ｄ変換することによって時系列データを生成する。さらに、電気量検出器１３５は、各相のアーム電流を用いて各相の交流電流を計算する。
【００９０】
具体的に、Ｕ相交流電流Ｉａｃｕは、Ｕ相上アーム電流Ｉｐｕと、Ｕ相下アーム電流Ｉｎｕとを用いて、
Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ−Ｉｎｕ    …(1A)
によって計算することができる。同様に、Ｖ層交流電流Ｉａｃｖは、Ｖ相上アーム電流Ｉｐｖと、Ｖ相下アーム電流Ｉｎｖとを用いて、
Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ−Ｉｎｖ    …(1B)
によって計算することができる。Ｗ相交流電流Ｉａｃｗは、Ｗ相上アーム電流Ｉｐｗと、Ｗ相下アーム電流Ｉｎｗとを用いて、
Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ−Ｉｎｗ    …(1C)
によって計算することができる。
【００９１】
なお、前述のように、各相のアーム電流の検出値に基づいて各相の交流電流を計算するのでなく、電流変成器などの交流電流検出器を用いて、交流電力系統１１２の各相の交流電流を直接検出してもよい。この場合、電気量検出器１３５は、交流電流検出器と接続され、検出された交流電流の瞬時値をＡ／Ｄ変換することによって、各相の交流電流の値を表すデジタル値を生成する。
【００９２】
変換器制御器１２３は、電気量検出器１３５から、図１および図２で説明した各検出器で検出された交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ、直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎ、およびアーム電流Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗのデジタルデータを受ける。また、変換器制御器１２３は、アーム電流を用いて算出された交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗのデジタルデータを受ける。
【００９３】
さらに、変換器制御器１２３は、リミッタ制御器１２２から有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆを受ける。これらの有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆは、それぞれ有効電力リミット値Ｐｍａｘおよび無効電力リミット値Ｑｍａｘによって制限されたものである。
【００９４】
平均・分散演算器１２５は、電力変換回路２を構成する各変換器セル７から中継器３２を介してセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの検出値の入力を受ける。平均・分散演算器１２５は、アームごとにセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの平均値Ｖｃａｐａｖｇを計算するとともに、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐのばらつきを示す指標値として分散Ｖｃａｐｖａｒを計算する。平均・分散演算器１２５は、算出したセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの平均値Ｖｃａｐａｖｇを変換器制御器１２３に出力し、算出したセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの分散Ｖｃａｐｖａｒをリミッタ制御器１２２に出力する。
【００９５】
図９で詳しく説明するように、リミッタ制御器１２２は、セルキャパシタ電圧の分散Ｖｃａｐｖａｒが閾値を超えている場合には、有効電力指令値Ｐｒｅｆをより小さい値に変更する。これにより、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐのばらつきが限界を超えて増加したためＶＳＣ１１０の制御が不安定になるという事態を防止することができる。
【００９６】
変換器制御器１２３は、各検出器で検出された電気量の値、有効電力指令値Ｐｒｅｆ、無効電力指令値Ｑｒｅｆ、セルキャパシタ電圧の平均値Ｖｃａｐａｖｇに基づいて、アーム電圧指令値３３（Ｖｐｒｅｆｕ，Ｐｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｖｎｒｅｆｗ）を生成して出力する。
【００９７】
中継器３２は、変換器制御器１２３によって生成されたアーム電圧指令値３３を各変換器セル７に転送する。具体的に、中継器３２は、Ｕ相の上アーム５ｕを構成する各変換器セル７にアーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕを出力し、Ｕ相の下アーム６ｕを構成する各変換器セル７にＶｎｒｅｆｕを出力する。同様に、中継器３２は、Ｖ相の上アーム５ｖを構成する各変換器セル７にアーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｖを出力し、Ｖ相の下アーム６ｖを構成する各変換器セル７にＶｎｒｅｆｖを出力する。中継器３２は、Ｗ相の上アーム５ｗを構成する各変換器セル７にアーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｗを出力し、Ｗ相の下アーム６ｗを構成する各変換器セル７にＶｎｒｅｆｗを出力する。
【００９８】
図８は、図７の変換器制御器１２３の構成例を示すブロック図である。図７を参照して、変換器制御器１２３は、交流制御指令値生成部４０と、直流制御指令値生成部４１と、循環電流制御指令値生成部４２と、コンデンサ電圧制御指令値生成部４３と、アーム電圧指令値生成部４４とを含む。
【００９９】
交流制御指令値生成部４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（総称する場合、交流電圧値Ｖａｃと記載する）と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ（総称する場合、交流電流値Ｉａｃと記載する）と、有効電力指令値Ｐｒｅｆと、無効電力指令値Ｑｒｅｆとに基づいて、各相の交流電圧指令値を生成する。交流制御指令値生成部４０は、たとえば、ＰＩＤ制御器（Proportional-Integral-Differential  Controller）などのフィードバック制御器によって構成される。
【０１００】
直流制御指令値生成部４１は、まず、各相のアーム電流Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗに基づいて直流電流値Ｉｄｃを演算する。具体的に、上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗの和をＩｄｃ＿ｐとし、下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗの和をＩｄｃ＿ｎとすれば、直流電流Ｉｄｃは、
Ｉｄｃ＝（Ｉｄｃ＿ｐ＋Ｉｄｃ＿ｎ）／２    …(2)
によって計算できる。
【０１０１】
直流制御指令値生成部４１は、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出された直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎと、算出した直流電流Ｉｄｃと、有効電力指令値Ｐｒｅｆとに基づいて、直流電圧指令値を生成する。直流制御指令値生成部４１は、たとえば、ＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器によって構成される。
【０１０２】
循環電流制御指令値生成部４２は、まず、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを各相のアーム電流Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗに基づいて計算する。ここで、循環電流とは、複数のレグ回路４の間を循環する電流である。たとえば、Ｕ相レグ回路４ｕを流れる循環電流Ｉｃｃｕは、
Ｉｃｃｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２−Ｉｄｃ／３    …(3)
で表される。上式（３）の第１項はレグ回路４ｕの上アーム５および下アーム６に共通に流れる電流を表す。上記（３）の第２項は、直流電流Ｉｄｃが各レグ回路に均等に流れると仮定したときのＵ相レグ回路４ｕの分担分を表す。循環電流Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗについても同様に計算することができる。
【０１０３】
循環電流制御指令値生成部４２は、算出された各相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗと各アーム回路ごとに平均化されたセルキャパシタ電圧の平均値Ｖｃａｐａｖｇとに基づいて各相の循環電流の指令値を算出する。循環電流制御指令値生成部４２は、たとえば、ＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器によって構成される。
【０１０４】
コンデンサ電圧制御指令値生成部４３は、各アーム回路ごとに平均化されたセルキャパシタ電圧の平均値Ｖｃａｐａｖｇと各相のアーム電流Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗとに基づいて、各相の上アームおよび下アームのそれぞれの変換器セル７の直流コンデンサの電圧指令値を生成する。より詳細には、コンデンサ電圧制御指令値生成部４３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームおよび下アームの全平均セルキャパシタ電圧が一定値になるように制御するとともに、各相の上アームと下アームのバランスおよび相間のバランスが適切なものとなるように制御する。コンデンサ電圧制御指令値生成部４３は、たとえば、ＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器によって構成される。
【０１０５】
アーム電圧指令値生成部４４は、上記の各指令値生成部４０〜４３の出力を合成することによって、各相の上アーム５および下アーム６用のアーム電圧指令値３３（Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｐｎｒｅｆｗ）を生成する。
【０１０６】
なお、上記で説明した変換器制御器１２３の構成は一例であって、他の構成の制御装置を本実施の形態に適用することができる。
【０１０７】
［リミッタ制御器の構成および動作］
図９は、図１の各ＶＳＣ用のリミッタ制御器の構成を示すブロック図である。図９を参照して、リミッタ制御器１２２は、優先成分決定部１５０と、リミット値演算部１５１と、Ｐリミッタ１５２と、Ｑリミッタ１５３とを含む。
【０１０８】
（Ｐ優先モードとＱ優先モード）
リミッタ制御器１２２の動作モードにはＰ優先モードとＱ優先モードとがある。本明細書では、Ｐ優先モードを第１の動作モードと称し、Ｑ優先モードを第２の動作モードと称する場合がある。
【０１０９】
Ｐ優先モードは、いずれの交流電力系統１１２Ａ，１１２Ｂのおいても故障が生じていない通常状態での動作モードである。Ｐ優先モードにおいて、有効電力リミット値Ｐｍａｘおよび無効電力リミット値Ｑｍａｘは、各々の二乗の和の平方根が機器容量に応じて決まる皮相電力リミット値以下となるように予め設定される。通常、Ｐ優先モードではリミット値Ｐｍａｘはリミット値Ｑｍａｘよりも大きい値に設定される。
【０１１０】
Ｑ優先モードは、少なくとも一方の交流電力系統１１２Ａ，１１２Ｂで故障が生じており、かつ無効電力制御が必要な場合の動作モードである。故障系統側のＶＳＣ１１０は、故障による交流電力系統１１２の電圧低下を抑制するために、さらには故障復旧後の交流電力系統１１２の過電圧を防止するために、より絶対値の大きい無効電力を出力する必要がある。このため、Ｑ優先モード時には、故障系統側の無効電力リミット値ＱｍａｘはＰ優先モード時の場合よりも大きくなるように設定され、故障系統側の有効電力リミット値ＰｍａｘはＰ優先モード時の場合よりも小さくなるように設定される。なお、全ての系統故障で無効電力制御可能範囲の拡大が有効であるとまでは言いきれないので、Ｑ優先モードは、あくまで無効電力制御が必要な系統故障の場合に選択される動作モードである点に注意する必要がある。
【０１１１】
一方、Ｑ優先モードにおいて故障していない正常な交流電力系統側では、無効電力リミット値ＱｍａｘをＰ優先モード時よりも大きな値に設定する必要はない。しかしながら、有効電力リミット値Ｐｍａｘは、故障系統側の有効電力リミット値Ｐｍａｘに等しい値に設定する必要があるので、多くの場合でＰ優先モード時よりも小さな値に設定される。
【０１１２】
（優先成分決定部）
優先成分決定部１５０は、自端側の事故検出器１３６の出力と、通信装置１２４を介して受信した他端のリミッタ制御器１２２の動作モード（すなわち、Ｐ優先モードまたはＱ優先モード）とに基づいて、自端のリミッタ制御器１２２の動作モードを決定する。
【０１１３】
図１０は、図９の優先成分決定部の動作を示すフローチャートである。図９および図１０を参照して、ステップＳ１００において、優先成分決定部１５０は、自端側の事故検出器１３６から自端側の交流電力系統１１２で故障（たとえば、電気量の急変）が生じているか否かについての情報を取得する。ステップＳ１１０において、優先成分決定部１５０は、通信装置１２４Ａ，１２４Ｂを介して他端のリミッタ制御器１２２から動作モードの情報（すなわち、Ｐ優先モードまたはＱ優先モード）を取得する。ステップＳ１００およびＳ１１０はどちらを先に実行してもよいし、並行して実行するようにしてもよい。
【０１１４】
次のステップＳ１２０において、優先成分決定部１５０は、自端側の事故検出器１３６からの情報に基づいて、自端側の交流電力系統１１２において無効電力制御が必要な故障が生じているか否かを判定する。自端側の交流電力系統１１２において無効電力制御が必要な故障が生じている場合には（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、優先成分決定部１５０は動作モードをＱ優先モードに切替えるためにリミット値演算部１５１にＱ優先指令を出力する。この場合、優先成分決定部１５０は、さらに、他端のリミッタ制御器１２２の優先成分決定部１５０にＱ優先指令を出力する。
【０１１５】
その次のステップＳ１３０において、優先成分決定部１５０は、他端のリミッタ制御器１２２からＱ優先指令を受信しているか否かを判定する。他端のリミッタ制御器１２２からＱ優先指令を受信している場合には（ステップＳ１３０でＹＥＳ）、優先成分決定部１５０は動作モードをＱ優先モードに切替えるためにリミット値演算部１５１にＱ優先指令を出力する。ステップＳ１２０およびＳ１３０はどちらを先に実行してもよいし、並行して実行するようにしてもよい。
【０１１６】
ステップＳ１２０およびステップＳ１３０のいずれの判定結果もＮＯの場合には、ステップＳ１４０において、優先成分決定部１５０はＰ優先指令を出力する。
【０１１７】
（リミット値演算部）
リミット値演算部１５１は、以下の信号に基づいて有効電力リミット値Ｐｍａｘおよび無効電力リミット値Ｑｍａｘを決定する。
【０１１８】
(i)自端の優先成分決定部１５０から受信した優先指令（Ｐ優先指令またはＱ優先指令）、
(ii)他端のリミッタ制御器１２２から受信した他端の有効電力リミット値Ｐｍａｘ、
(iii)自端の電力制御器１２１から受信した有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆ、
(iv)平均・分散演算器１２５から入力されたセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐのばらつきの指標値としての分散Ｖｃａｐｖａｒ。
【０１１９】
Ｐ優先モードの場合、リミット値演算部１５１は、基本的にはリミット値ＰｍａｘおよびＱｍａｘを予め設定された値に設定する。この場合、有効電力リミット値Ｐｍａｘの２条と無効電力リミット値Ｑｍａｘの２乗との和の平方根が皮相電力リミット値Ｓｍａｘに等しくなるかそれより小さくなるように設定される。
【０１２０】
ただし、自端と他端とにおいて有効電力リミット値Ｐｍａｘを等しい値に設定する必要があるので、他端のリミッタ制御器１２２から受信した他端の有効電力リミット値Ｐｍａｘが上記演算によって決定した有効電力リミット値Ｐｍａｘよりも小さい場合には、自端の有効電力リミット値Ｐｍａｘは、他端から受信したリミット値Ｐｍａｘに等しい値に設定される。
【０１２１】
また、平均・分散演算器１２５から受信したセルキャパシタ電圧の分散Ｖｃａｐｖａｒが閾値を超えている場合には、リミット値演算部１５１は、有効電力リミット値Ｐｍａｘを上記の予め定められた値よりも小さな値に変更する。これにより、ＶＳＣ１１０の制御を安定に維持することができる。最終的な自端の有効電力リミット値Ｐｍａｘは、他端の有効電力リミット値Ｐｍａｘと、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐのばらつき抑制のために制限された有効電力リミット値Ｐｍａｘとのうち、小さいほうの値に設定される。
【０１２２】
ここで、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの値は、交流電力系統１１２の基本周波数で振動していることに注意する必要がある。直流コンデンサ２４の容量値が大きい程この振動幅は小さくなるが、コストおよびスペースの制限のために、たとえば、中央値の１５〜２０％程度の振動幅は許容するように設計される場合が多い。さらに、位相シフトＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）方式によって各変換器セル７の出力電圧を制御する場合には、同じアームの変換器セル７のセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐであってもキャリア信号の位相が異なるので、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐに違いが生じる。したがって、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐのばらつき抑制のための上記の閾値は、変換器セル７ごとの本質的に生じるセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの差を考慮して決定される。
【０１２３】
Ｑ優先モードの場合、リミット値演算部１５１は、無効電力リミット値ＱｍａｘをＰ優先モードよりも大きな値である予め定められた値に設定する。たとえば、リミット値演算部１５１は、自端側のＶＳＣ１１０の装置容量に基づく皮相電力リミット値Ｓｍａｘにリミット値Ｑｍａｘを設定する。一方、Ｑ優先モードにおける有効電力リミット値Ｐｍａｘは、自端の無効電力指令値Ｑｒｅｆに基づいて演算によって決定される。たとえば、リミット値演算部１５１は、下式（４）に従ってリミット値Ｐｍａｘを設定する。次式（４）において、Ｓｍａｘは自端側のＶＳＣ１１０の装置容量に基づく皮相電力リミット値を示す。
【０１２４】
【数１】
0006448882.tif 000002
【０１２５】
ただし、自端と他端とにおいて有効電力リミット値Ｐｍａｘを等しい値に設定する必要があるので、他端のリミッタ制御器１２２から受信した他端の有効電力リミット値Ｐｍａｘが上記演算によって決定したリミット値Ｐｍａｘよりも小さい場合には、自端のリミット値Ｐｍａｘは、上式（４）で計算された値ではなく、他端から受信したリミット値Ｐｍａｘに等しい値に設定される。
【０１２６】
さらに、平均・分散演算器１２５から受信したセルキャパシタ電圧の分散Ｖｃａｐｖａｒが閾値を超えている場合には、リミット値演算部１５１は、有効電力リミット値Ｐｍａｘは、上式（４）の値よりも小さな値に変更する。これにより、ＶＳＣ１１０の制御を安定に維持することができる。最終的な自端の有効電力リミット値Ｐｍａｘは、他端の有効電力リミット値Ｐｍａｘと、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐのばらつき抑制のために制限された有効電力リミット値Ｐｍａｘとのうち、小さいほうの値に設定される。
【０１２７】
（ＰリミッタとＱリミッタ）
Ｐリミッタ１５２は、電力制御器１２１から受信した有効電力指令値Ｐｒｅｆの値を、リミット値演算部１５１によって決定された有効電力リミット値Ｐｍａｘに従う範囲内に制限する。同様に、Ｑリミッタ１５３は、電力制御器１２１から受信した無効電力指令値Ｑｒｅｆの値を、リミット値演算部１５１によって決定された無効電力リミット値Ｑｍａｘに従う範囲内に制限する。
【０１２８】
［実施の形態１の効果］
上記のとおり、実施の形態１の電力変換システムによれば、Ｑ優先モード時には、有効電力リミット値Ｐｍａｘは、無効電力指令値Ｑｒｅｆを用いて前述の式（４）に従って計算した値に設定される。これによって、ＶＳＣの機器容量を有効に活用することができるとともに、Ｑ優先モード時における有効電力の出力量を増やすことができる。
【０１２９】
さらに、変換器セル７ごとのセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐのばらつきが閾値を超えるほど大きい場合には、有効電力リミット値Ｐｍａｘの値がより小さい値に変更される。これによって、セルキャパシタ電圧のフィードバック制御が不安定になってＭＭＣの運転継続が困難になるという事態を回避することができる。
【０１３０】
実施の形態２．
実施の形態２では、図９のリミット値演算部１５１のさらに詳細な動作について説明する。具体的な手法は、平均・分散演算器１２５によるセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの分散の計算方法によって異なる。第１の手法では、平均・分散演算器１２５は、各アームごとのセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの分散を計算する。
【０１３１】
［リミット値演算部の詳細な動作］
具体的に、第１の手法では、次式（５）に従ってＵ相上アームの分散Ｖａｒｕｐが計算される。次式（５）において、Ｕ相上アームの変換器セル７の個数をＮとし、Ｕ相上アームの第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）のセルキャパシタ電圧をＶｃａｐｕｐ（ｉ）とし、Ｕ相上アームのセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇｕｐとする。
【０１３２】
【数２】
0006448882.tif 000003
【０１３３】
他のアームのセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの分散、すなわち、Ｖ相上アームの分散Ｖａｒｖｐ、Ｖ相下アームの分散Ｖａｒｖｎ、Ｗ相上アームの分散Ｖａｒｗｐ、Ｗ相下アームの分散Ｖａｒｗｎも同様に計算することができる。
【０１３４】
図１１は、図９のリミット値演算部の動作を示すブロック図である。図１１（Ａ）ではＰ優先時の動作が示され、図１１（Ｂ）ではＱ優先時の動作が示されている。
【０１３５】
図１１（Ａ）を参照してＰ優先時の場合について説明する。この場合、リミット値演算部１５１は、最大値決定部（Ｍａｘ）１６０と、リミッタ調整量演算部１６１と、減算器１６２と、最小値決定部（Ｍｉｎ）１６３，１７０と、符号反転器（−１）１６４と、リミッタ１６５と、無効電力リミット値演算器１６６とを含む。さらに、無効電力リミット値演算器１６６は、乗算器１６７と、減算器１６８と、平方根演算器（Ｓｑｒｔ（ｘ））１６９とを含む。
【０１３６】
まず、最大値決定部１６０は、平均・分散演算器１２５によって算出された各アームのセルキャパシタ電圧の分散のうち最大値を出力する。
【０１３７】
リミッタ調整量演算部１６１は、アームごとのセルキャパシタ電圧の分散の最大値が閾値を超えているか否かを判定する。リミッタ調整量演算部１６１は、判定の結果、分散の最大値が閾値以下の場合はリミッタ調整量として０を出力し、分散の最大値が閾値を超えている場合には、リミッタ調整量として正の値（たとえば、設定Ｐｍａｘの１０〜５０％程度）を出力する。
【０１３８】
減算器１６２は、予め設定された有効電力リミット値Ｐｍａｘからリミッタ調整量を減算することによって、調整された有効電力リミット値Ｐｍａｘを生成して出力する。アームごとのセルキャパシタ電圧の分散の最大値が閾値以下の場合には、調整された有効電力リミット値Ｐｍａｘは、元々の予め設定された有効電力リミット値Ｐｍａｘに等しい。
【０１３９】
最小値決定部１６３は、調整された有効電力リミット値Ｐｍａｘと、他端から伝送された他端の有効電力リミット値Ｐｍａｘとのうち、小さいほうを出力する。これによって、最終的な有効電力リミット値Ｐｍａｘが決定される。
【０１４０】
リミッタ１６５は、現在の有効電力指令値Ｐｒｅｆを上限および下限の範囲内に制限する。リミッタ１６５の上限は、最終的に決定された有効電力リミット値Ｐｍａｘであり、リミッタ１６５の下限は、符号反転器１６４によって有効電力リミット値Ｐｍａｘの符号を反転させたものである。
【０１４１】
無効電力リミット値演算器１６６は、リミッタ１６５によって制限された有効電力指令値Ｐｒｅｆを用いて、次式（６）に従って、無効電力リミット値Ｑｍａｘとして設定し得る最大値を算出する。
【０１４２】
【数３】
0006448882.tif 000004
【０１４３】
具体的に、乗算器１６７は、有効電力指令値Ｐｒｅｆの２乗を計算する。減算器１６８は、自端側のＶＳＣ１１０の装置容量に基づく皮相電力リミット値Ｓｍａｘの２乗から有効電力指令値Ｐｒｅｆの２乗を減算する。平方根演算器１６９は、減算結果の平方根を演算する。この結果、設定可能な最大の無効電力リミット値Ｑｍａｘが算出される。
【０１４４】
最小値決定部１７０は、無効電力リミット値演算器１６６によって算出された設定可能な最大の無効電力リミット値Ｑｍａｘと、元々設定されている無効電力リミット値Ｑｍａｘのうち、小さいほうを出力する。これによって、最終的な無効電力リミット値Ｑｍａｘが決定される。
【０１４５】
次に、図１１（Ｂ）を参照してＱ優先時の場合について説明する。この場合、リミット値演算部１５１は、最大値決定部（Ｍａｘ）１８０と、リミッタ調整量演算部１８１と、減算器１８２と、最小値決定部（Ｍｉｎ）１８９と、符号反転器（−１）１８３と、リミッタ１８４と、有効電力リミット値演算器１８５とを含む。さらに、有効電力リミット値演算器１８５は、乗算器１８６と、減算器１８７と、平方根演算器（Ｓｑｒｔ（ｘ））１８８とを含む。
【０１４６】
Ｑ優先時には、無効電力リミット値Ｑｍａｘは予め設定された値に設定される。一方、有効電力リミット値Ｐｍａｘは以下の手順に従って決定される。
【０１４７】
まず、最大値決定部１８０は、平均・分散演算器１２５によって算出された各アームのセルキャパシタ電圧の分散のうち最大値を出力する。
【０１４８】
リミッタ調整量演算部１８１は、アームごとのセルキャパシタ電圧の分散の最大値が閾値を超えているか否かを判定する。リミッタ調整量演算部１８１は、判定の結果、分散の最大値が閾値以下の場合はリミッタ調整量として０を出力し、分散の最大値が閾値を超えている場合には、リミッタ調整量として正の値（たとえば、設定Ｐｍａｘの１０〜５０％程度）を出力する。
【０１４９】
減算器１８２は、予め設定された有効電力リミット値Ｐｍａｘからリミッタ調整量を減算することによって、調整された有効電力リミット値Ｐｍａｘを生成して出力する。アームごとのセルキャパシタ電圧の分散の最大値が閾値以下の場合には、調整された有効電力リミット値Ｐｍａｘは、元々の予め設定された有効電力リミット値Ｐｍａｘに等しい。
【０１５０】
リミッタ１８４は、現在の無効電力指令値Ｑｒｅｆを上限および下限の範囲内に制限する。リミッタ１８４の上限は、無効電力リミット値Ｑｍａｘであり、リミッタ１８４の下限は、符号反転器１８３によって無効電力リミット値Ｑｍａｘの符号を反転させたものである。
【０１５１】
有効電力リミット値演算器１８５は、リミッタ１８４によって制限された無効電力指令値Ｑｒｅｆを用いて、前述の式（４）に従って、有効電力リミット値Ｐｍａｘとして設定し得る最大値を算出する。より詳細には、乗算器１８６は、無効電力指令値Ｑｒｅｆの２乗を計算する。減算器１８７は、自端側のＶＳＣ１１０の装置容量に基づく皮相電力リミット値Ｓｍａｘの２乗から無効電力指令値Ｑｒｅｆの２乗を減算する。平方根演算器１８８は、減算結果の平方根を演算する。この結果、設定可能な最大の有効電力リミット値Ｐｍａｘが算出される。
【０１５２】
最小値決定部１８９は、無効電力指令値Ｑｒｅｆに対応して設定可能な最大の有効電力指令値Ｐｒｅｆと、セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの分散の最大値に応じて調整された有効電力リミット値Ｐｍａｘと、他端の有効電力リミット値Ｐｍａｘとのうちで最小のものを、最終的な有効電力リミット値Ｐｍａｘとして出力する。
【０１５３】
［リミット値演算部の動作の変形例］
第２の手法として、平均・分散演算器１２５は、ＶＳＣ１１０を構成する全ての変換器セル７のセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの分散を計算してもよい。具体的には次式（７）に従ってＶＳＣ１１０全体におけるセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの分散Ｖａｒが計算される。次式（７）において、各アームの変換器セル７の個数をＮ個とし、第ｉ番目のセルキャパシタ電圧をＶｃａｐ（ｉ）とし、ＶＳＣ１１０全体におけるセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇとする。
【０１５４】
【数４】
0006448882.tif 000005
【０１５５】
図１２は、図１１の変形例としてのリミット値演算部の動作を示すブロック図である。図１２（Ａ）ではＰ優先時の動作が示され、図１２（Ｂ）ではＱ優先時の動作が示される。
【０１５６】
図１２（Ａ）のブロック図は、最大値決定部１６０が設けられていない点で図１１（Ａ）のブロック図と異なる。図１２（Ａ）では、全てのコンデンサの電圧の分散Ｖａｒの値がリミッタ調整量演算部１６１に入力される。リミッタ調整量演算部１６１は、全てのコンデンサの電圧の分散Ｖａｒが閾値を超えているか否かを判定する。リミッタ調整量演算部１６１は、判定の結果、分散Ｖａｒが閾値以下の場合はリミッタ調整量として０を出力し、分散Ｖａｒが閾値を超えている場合には、リミッタ調整量として正の値（たとえば、設定Ｐｍａｘの１０〜５０％程度）を出力する。
【０１５７】
図１２（Ａ）のその他の点は図１１（Ａ）の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【０１５８】
図１２（Ｂ）のブロック図は、最大値決定部１８０が設けられていない点で図１１（Ｂ）のブロック図と異なる。図１２（Ｂ）では、全てのコンデンサの電圧の分散Ｖａｒの値がリミッタ調整量演算部１８１に入力される。リミッタ調整量演算部１８１は、全てのコンデンサの電圧の分散Ｖａｒが閾値を超えているか否かを判定する。リミッタ調整量演算部１８１は、判定の結果、分散Ｖａｒが閾値以下の場合はリミッタ調整量として０を出力し、分散Ｖａｒが閾値を超えている場合には、リミッタ調整量として正の値（たとえば、設定Ｐｍａｘの１０〜５０％程度）を出力する。
【０１５９】
図１２（Ｂ）のその他の点は図１１（Ｂ）の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【０１６０】
［リミット値演算部の動作の他の変形例］
以下の説明において、Ｕ相上アームのセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇｕｐとし、Ｕ相下アームのセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇｕｎとする。同様に、Ｖ相上アームのセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇｖｐとし、Ｖ相下アームのセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇｖｎとする。Ｗ相上アームのセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇｗｐとし、Ｗ相下アームのセルキャパシタ電圧の平均値をＡｖｇｗｎとする。
【０１６１】
第３の手法として、平均・分散演算器１２５は、これら６個の平均値の分散Ｖａｒａｒｍを計算してもよい。具体的には、次式（８）に従って、セルキャパシタ電圧の分散Ｖａｒａｒｍが計算される。次式（８）において、上記の６個のセルキャパシタ電圧の平均値の平均をＡｖｇａｒｍとする。
【０１６２】
【数５】
0006448882.tif 000006
【０１６３】
図１３は、図１１の他の変形例としてのリミット値演算部の動作を示すブロック図である。図１３（Ａ）ではＰ優先時の動作が示され、図１３（Ｂ）ではＱ優先時の動作が示される。
【０１６４】
図１３（Ａ）のブロック図は、最大値決定部１６０が設けられていない点で図１１（Ａ）のブロック図と異なる。図１３（Ａ）では、式（８）に示すアーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍの値がリミッタ調整量演算部１６１に入力される。リミッタ調整量演算部１６１は、アーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍが閾値を超えているか否かを判定する。リミッタ調整量演算部１６１は、判定の結果、アーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍが閾値以下の場合はリミッタ調整量として０を出力し、アーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍが閾値を超えている場合には、リミッタ調整量として正の値（たとえば、設定Ｐｍａｘの１０〜５０％程度）を出力する。
【０１６５】
図１３（Ａ）のその他の点は図１１（Ａ）の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【０１６６】
図１３（Ｂ）のブロック図は、最大値決定部１８０が設けられていない点で図１１（Ｂ）のブロック図と異なる。図１３（Ｂ）では、式（８）に示すアーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍの値がリミッタ調整量演算部１８１に入力される。リミッタ調整量演算部１８１は、アーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍが閾値を超えているか否かを判定する。リミッタ調整量演算部１８１は、判定の結果、アーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍが閾値以下の場合はリミッタ調整量として０を出力し、アーム平均電圧の分散Ｖａｒａｒｍが閾値を超えている場合には、リミッタ調整量として正の値（たとえば、設定Ｐｍａｘの１０〜５０％程度）を出力する。
【０１６７】
図１３（Ｂ）のその他の点は図１１（Ｂ）の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【０１６８】
［実施の形態２の効果］
上記のとおり、実施の形態２の電力変換システムによれば、セルキャパシタ電圧のばらつきの指標値（すなわち、図１１の場合にはアームごとの分散の最大値、図１２の場合には全キャパシタの電圧分散、図１３の場合にはアーム平均電圧の分散）が閾値を超えるほど大きくなると、有効電力リミット値Ｐｍａｘが小さくなる。この結果、送電電力が小さくなるので、セルキャパシタ電圧の値のばらつきを抑制することができ、これにより、ＭＭＣ方式のＶＳＣの運転を継続することができる。
【０１６９】
特に、図１２に示すように全キャパシタの電圧分散を指標値として用いている場合には、アーム内だけでなく、アーム間でのセルキャパシタ電圧のバランスが崩れている場合にも、ばらつきの抑制に効果的である。また、図１３に示すようにアーム平均電圧の分散を指標値として用いている場合には、平均・分散演算器１２５において分散演算に要する演算時間およびリソースを小さくすることができる。
【０１７０】
実施の形態３．
実施の形態３では、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）のリミッタ調整量演算部１６１および図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）のリミッタ調整量演算部１８１のより詳細な構成について説明する。
【０１７１】
［リミッタ調整量演算部の構成］
図１４は、リミッタ調整量演算部の構成を示すブロック図である。図１４のリミッタ調整量演算部２００は、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）のリミッタ調整量演算部１６１および図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）のリミッタ調整量演算部１８１に対応する。
【０１７２】
図１４を参照して、リミッタ調整量演算部２００は、リミッタ調整量の設定値を格納するためのレジスタ２０１と、「０」を格納するレジスタ２０２と、切替スイッチ２０３と、比較器２０４と、オフディレイ（Off  Delay）タイマー２０５とを含む。レジスタ２０１に格納される設定値は、たとえば、標準的な有効電力リミット値Ｐｍａｘの１０〜５０％程度の値である。
【０１７３】
比較器２０４には、セルキャパシタ電圧の分散Ｖｃａｐｖａｒの計算結果が入力される。この場合、分散Ｖｃａｐｖａｒは、図１１で説明したようにアームごとの分散の最大値であってもよいし、図１２で説明したように全キャパシタの電圧分散であってもよいし、図１３で説明したようにアーム平均電圧の分散であってもよい。比較器２０４は、分散Ｖｃａｐｖａｒが閾値よりも大きければ、オフディレイタイマー２０５に「１」を出力し、分散Ｖｃａｐｖａｒが閾値以下であれば、オフディレイタイマー２０５に「０」を出力する。
【０１７４】
オフディレイタイマー２０５は、入力が「０」から「１」に切り替わった場合には、直ちに出力を「１」に切り替える。この結果、切替スイッチ２０３が「１」に切り替わることにより、リミッタ調整量としてレジスタ２０１に格納された設定値が出力される。
【０１７５】
一方、オフディレイタイマー２０５は、入力が「１」から「０」に切り替わった場合には、予め定められた遅延時間が経過した後に、出力を「１」から「０」に切り替える。したがって、上記の遅延時間が経過する前にオフディレイタイマー２０５の入力が「１」に戻った場合には、オフディレイタイマー２０５の出力は「１」のまま変化しない。オフディレイタイマー２０５の出力が「０」に切り替わると、切替スイッチ２０３が「０」に切り替わることにより、リミッタ調整量としてレジスタ２０２に格納されている「０」が出力される。
【０１７６】
以上を言い替えると、リミッタ調整量演算部２００は、分散Ｖｃａｐｖａｒが閾値を超えた状態から閾値以下の状態に戻った場合には、分散Ｖｃａｐｖａｒが閾値以下である状態が上記の遅延時間継続した場合に、リミッタ調整量をレジスタ２０１に格納された設定値から「０」に戻す。
【０１７７】
［実施の形態３の効果］
上記のリミッタ調整量演算部２００の構成によれば、セルキャパシタ電圧の分散Ｖｃａｐｖａｒが短周期で振動したとしても、リミット値が振動するのを防止することができる。
【０１７８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１７９】
２  電力変換回路、４  レグ回路、５  上アーム、６  下アーム、７  変換器セル、９Ａ，９Ｂ  アーム電流検出器、１１Ａ，１１Ｂ  直流電圧検出器、２１  ゲート制御部、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ  スイッチング素子、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ  ダイオード、２４  直流コンデンサ、２７  電圧検出部、２８  送受信部、３２  中継器、３３，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｗ，Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ  アーム電圧指令値、４０  交流制御指令値生成部、４１  直流制御指令値生成部、４２  循環電流制御指令値生成部、４３  コンデンサ電圧制御指令値生成部、４４  アーム電圧指令値生成部、１００  電力変換システム、１１１  直流回路、１１２  交流電力系統、１２０  中央制御装置、１２１  電力制御器、１２２  リミッタ制御器、１２３  変換器制御器、１２４，１３８  通信装置、１２５  平均・分散演算器（指標値算出部）、１３３  電流変成器、１３４  電圧変成器、１３５  電気量検出器、１３６  事故検出器、１５０  優先成分決定部、１５１  リミット値演算部、１５２  Ｐリミッタ、１５３  Ｑリミッタ、Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ  交流電流、Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗ  循環電流、Ｉｄｃ  直流電流、Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗ，Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗ  アーム電流、Ｎｎ  負側直流端子、Ｎｐ  正側直流端子、Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗ  交流端子、Ｎｕ  交流入力端子、Ｐｍａｘ  有効電力リミット値、Ｐｒｅｆ  有効電力指令値、Ｑｍａｘ  無効電力リミット値、Ｑｒｅｆ  無効電力指令値、Ｓｍａｘ  皮相電力リミット値、Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ  交流電圧、Ｖｃａｐｖａｒ  分散、Ｖｃａｐ  セルキャパシタ電圧、Ｖｃａｐａｖｇ  平均値、Ｖｄｃｎ，Ｖｄｃｐ  直流電圧。
【要約】
電力変換装置は、交流電力系統と直流電力系統との間で電力変換を行うＭＭＣ方式の電力変換回路（１１０）と、中央制御装置（１２０）とを備える。中央制御装置（１２０）は、有効電力指令値および無効電力指令値を有効電力リミット値および無効電力リミット値にそれぞれ応じた値に制限し、制限された有効電力指令値および制限された無効電力指令値に従って電力変換回路の動作を制御する。中央制御装置（１２０）は、複数の変換器セルにそれぞれ含まれるエネルギー蓄積器の両端間の電圧のばらつきの程度を示す指標値を算出する指標値算出部（１２５）と、指標値が閾値を超えている場合に、有効電力リミット値の値をより小さい値に変更するリミッタ制御器（１２２）とを含む。【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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【図１３】
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【図１４】
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