(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器を介して電力系統に接続される電力変換装置の制御装置において、
交流ＣＴ（Current Transformer）によって検出される前記変圧器の励磁電流に基づいて、前記変圧器の直流偏磁を抑制する第一の補正指令を作成する第一の偏磁抑制制御装置と、
前記電力系統の系統電圧に基づいて推定される変圧器の残留磁束に基づいて、前記変圧器の前記残留磁束を低減する第二の補正指令を作成する第二の偏磁抑制制御装置と、
前記第一の補正指令および前記第二の補正指令に基づいて補正指令を作成する切替器と、
指令値および前記補正指令に基づいて前記電力変換装置の制御信号を作成する演算部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記切替器は、前記電力系統における事故発生時に、前記補正指令を、前記第二の補正指令とすることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記切替器は、切替信号に応じて、前記補正指令を作成することを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記切替信号を作成する事故検出手段を備えることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記切替器は、前記切替信号に応じて、前記第一の補正指令および前記第二の補正指令のいずれか一方を前記補正指令とすることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記系統電圧および前記電力変換装置に流れる電流に基づいて、前記切替信号を作成する事故検出手段を備え
前記事故検出手段は、
前記系統電圧が正常である場合には前記切替信号を第一の切替信号とし、
前記電流の大きさが所定値を超えたら、前記切替信号を前記第一の切替信号から第二の切替信号に変更し、
前記系統電圧が復帰したら、前記切替信号を前記第二の切替信号から前記第一の切替信号に変更し、
前記切替器は、
前記第一の切替信号に応じて、前記第一の補正指令を前記補正指令とし、
前記第二の切替信号に応じて、前記第二の補正指令を前記補正指令とすることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項７】
請求項３に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記切替器は、前記切替信号に応じて、前記第一の補正指令、前記第二の補正指令および零値のいずれかを前記補正指令とすることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記系統電圧および前記電力変換装置に流れる電流に基づいて、前記切替信号を作成する事故検出手段を備え
前記事故検出手段は、
前記系統電圧が正常である場合には前記切替信号を第一の切替信号とし、
前記電流の大きさが所定値を超えたら、前記切替信号を前記第一の切替信号から第二の切替信号に変更し、
前記系統電圧が復帰したら、前記切替信号を前記第二の切替信号から第三の切替信号に変更し、所定期間、前記切替信号を前記第三の切替信号とし、
前記所定期間の後、前記切替信号を前記第三の切替信号から前記第一の切替信号に変更し、
前記切替器は、
前記第一の切替信号に応じて、前記第一の補正指令を前記補正指令とし、
前記第二の切替信号に応じて、前記第二の補正指令を前記補正指令とし、
前記第三の切替信号に応じて、前記零値を前記補正指令とすることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記系統電圧および前記残留磁束に基づいて、前記切替信号を作成する事故検出手段を備え
前記事故検出手段は、
前記系統電圧が正常である場合には前記切替信号を第一の切替信号とし、
前記電力系統の事故発生時に、前記切替信号を前記第一の切替信号から第二の切替信号に変更し、
前記残留磁束の大きさが所定値よりも小さくなると、前記切替信号を前記第二の切替信号から第三の切替信号に変更し、
前記系統電圧が復帰したら、前記切替信号を前記第三の切替信号から前記第一の切替信号に変更し、
前記切替器は、
前記第一の切替信号に応じて、前記第一の補正指令を前記補正指令とし、
前記第二の切替信号に応じて、前記第二の補正指令を前記補正指令とし、
前記第三の切替信号に応じて、前記零値を前記補正指令とすることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記交流ＣＴは、前記変圧器の一次側に設けられる第一の交流ＣＴ部と、前記変圧器の二次側に設けられる第二の交流ＣＴ部と、を有し、
前記励磁電流は、前記第一の交流ＣＴ部と前記第二の交流ＣＴ部の差分電流に基づいて検出されることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記系統電圧は、ＶＴ（Voltage Transformer）によって検出されることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項１２】
変圧器を介して電力系統に接続される電力変換装置の制御方法において、
交流ＣＴによって検出される励磁電流に基づいて、前記変圧器の直流偏磁を抑制する第一の補正指令を作成し、
前記電力系統の系統電圧に基づいて変圧器の残留磁束を推定し、推定される前記残留磁束を低減する第二の補正指令を作成し、
前記第一の補正指令および前記第二の補正指令に基づいて補正指令を作成し、
指令値および前記補正指令に基づいて前記電力変換装置を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記電力系統における事故発生時に、前記補正指令を、前記第二の補正指令とすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１４】
変圧器と、
前記変圧器を介して電力系統に接続される電力変換装置と、
前記電力変換装置に与える制御信号を作成する制御装置と、
を備える電力変換システムにおいて、
前記電力系統の系統電圧を検出するＶＴと、
前記変圧器の励磁電流を検出する交流ＣＴと、
を備え、
前記制御装置は、請求項１に記載の電力変換装置の制御装置であることを特徴とする電力変換システム。
【請求項１５】
二つの変圧器と、
前記二つの変圧器を介して二つの電力系統に交流側が接続され、互いに直流側が接続される二つの電力変換主回路を有する電力変換装置と、
前記二つの電力変換主回路に与える制御信号を作成する二つの制御装置と、
を備える電力変換システムにおいて、
前記二つの電力系統の系統電圧を検出する二つのＶＴと、
前記二つの変圧器の励磁電流を検出する二つの交流ＣＴと、
を備え、
前記二つの制御装置の各々は、請求項１に記載の電力変換装置の制御装置であることを特徴とする電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器を介して電力系統と連系する電力変換装置の制御装置および制御方法、並びにこれらが用いられる電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流系統と連系する電力変換装置は、交流電圧の昇降圧や、電気的な絶縁の確保という観点から、交流系統との間に変圧器を設置することが一般的である。このような変圧器と連系した電力変換装置は、変圧器の鉄心に直流電圧・直流電流を出力しないように制御することで、鉄心の磁束密度に直流成分が重畳すること（以下、「直流偏磁」（DC magnetization）と称する）による磁気飽和を防止する。
【０００３】
しかし、ＶＴ（Voltage transformer）や、ＣＴ（Current transformer）の検出値や、電力変換装置をフィードバック制御する制御手段にオフセット誤差が存在する場合、直流偏磁が発生する。過度な直流偏磁は、変圧器の鉄心を磁気飽和させる恐れがある。
【０００４】
直流偏磁により変圧器の鉄心が磁気飽和すると、変圧器の鉄心内を通らない漏洩磁束が増加するため、変圧器タンクの側板や、締付ボルト等の漂遊負荷損を増加させる。漂遊負荷損は、タンクの側板や、締付ボルト等を過熱させるため、変圧器の機械的強度を弱めてしまう恐れがある。
【０００５】
また、直流偏磁により変圧器の鉄心が磁気飽和すると、変圧器が持つ励磁インダクタンスが低下するため、励磁電流が増加する。その励磁電流の一部は、電力変換装置にも流れるため、電力変換装置の許容電流値を超過し、装置を過電流停止させる恐れがある。
さらに、変圧器鉄心が飽和すると変圧器が発生する騒音も増加する。
【０００６】
上述のように、変圧器の鉄心に磁気飽和が発生すると様々な問題が生じるため、変圧器鉄心の直流偏磁や磁気飽和を何らかの手段で抑制する必要がある。
【０００７】
磁気飽和を発生させない手段の例としては、ＶＴ、ＣＴ等のオフセット誤差の存在をあらかじめ想定し、偏磁耐量を高めた変圧器を用いるという手段がある。しかし、偏磁耐量を高めるためには、変圧器の鉄心断面積を大型化しなければならない。
【０００８】
これに対し、偏磁耐量を高めた変圧器を用いずとも、直流偏磁を検出して、それを電力変換装置が抑制する技術として、変圧器の一次側（交流系統側）と、変圧器の二次側（電力変換装置側）各々に交流ＣＴ（以後、「ＡＣＣＴ」と称す）を設置して、これらＡＣＣＴからの信号に基づいて変圧器の鉄心の直流偏磁状況を検出し、電力変換装置を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。本従来技術においては、変圧器の一次側と変圧器の二次側各々に流れる励磁電流と、負荷電流の２つの電流をＡＣＣＴで検出し、２つの検出電流の差分電流から変圧器の励磁電流の交流成分を検出し、励磁電流の交流成分から変圧器の鉄心の直流偏磁量を推定することで、電力変換装置が直流偏磁を抑制する方向に制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−１５０５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
架空送電線への落雷等による系統事故で系統電圧が著しく低下、若しくは、零となり線路に流れる電流が大きく変化するような場合、事故発生位相によっては、変圧器鉄心に残留磁束が残ってしまう。変圧器鉄心に残留磁束が残った状態から事故復帰し、系統電圧が復帰すると、変圧器鉄心が磁気飽和し、過大な突入電流が流れてしまう。この場合、残留磁束により変圧器鉄心の磁束密度に直流成分が重畳する。すなわち、変圧器に直流偏磁が発生している。これに対し、上述の従来技術によって、変圧器鉄心の残留磁束が取り除かれる。
【００１１】
しかし、ＡＣＣＴは事故により線路に流れる電流が急激に変化すると、事故発生位相によってはＡＣＣＴの鉄心にも残留磁束が残る。このため、残留磁束が残った状態から事故復帰すると、ＡＣＣＴの鉄心が磁気飽和する恐れがある。ＡＣＣＴの鉄心が磁気飽和すると、線路に流れる電流を精度良く検出できず、その結果、電力変換装置の制御によって直流偏磁を抑制することが難しくなる。
【００１２】
そこで、本発明は、ＡＣＣＴの鉄心が磁気飽和を起こしても、変圧器の鉄心の残留磁束に起因する直流偏磁を防止することができる電力変換装置の制御装置および制御方法、並びに電力変換システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置の制御装置は、変圧器を介して電力系統に接続される電力変換装置の制御装置であって、交流ＣＴによって検出される変圧器の励磁電流に基づいて、変圧器の直流偏磁を抑制する第一の補正指令を作成する第一の偏磁抑制制御装置と、電力系統の系統電圧に基づいて推定される変圧器の残留磁束に基づいて、変圧器の前記残留磁束を低減する第二の補正指令を作成する第二の偏磁抑制制御装置と、第一の補正指令および前記第二の補正指令に基づいて補正指令を作成する切替器と、指令値および補正指令に基づいて電力変換装置の制御信号を作成する演算部と、を備える。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置の制御方法は、変圧器を介して電力系統に接続される電力変換装置の制御方法であって、交流ＣＴによって検出される励磁電流に基づいて、変圧器の直流偏磁を抑制する第一の補正指令を作成し、電力系統の系統電圧に基づいて変圧器の残留磁束を推定し、推定される残留磁束を低減する第二の補正指令を作成し、第一の補正指令および第二の補正指令に基づいて補正指令を作成し、指令値および補正指令に基づいて前記電力変換装置を制御する。
【００１５】
また、本発明による電力変換システムは、変圧器と、変圧器を介して電力系統に接続される電力変換装置と、電力変換装置に与える制御信号を作成する制御装置と、を備えるものであって、電力系統の系統電圧を検出するＶＴ（Voltage Transformer）と、変圧器の励磁電流を検出する交流ＣＴ（Current Transformer）と、を備え、制御装置は、上記本発明による電力変換装置の制御装置である。
【００１６】
また、本発明による電力変換システムは、二つの変圧器と、二つの変圧器を介して二つの電力系統に交流側が接続され、互いに直流側が接続される二つの電力変換主回路を有する電力変換装置と、二つの電力変換主回路に与える制御信号を作成する二つの制御装置と、を備えるものであって、二つの電力系統の系統電圧を検出する二つのＶＴと、二つの変圧器の励磁電流を検出する二つの交流ＣＴと、を備え、二つの制御装置の各々は、上記本発明による電力変換装置の制御装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記第一および第二の補正指令を適宜切り替えて電力変換装置を制御することにより、交流ＣＴの鉄心が磁気飽和を起こしても、変圧器の鉄心の直流偏磁を防止することができる。
【００１８】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による実施例１である電力変換システムを示す。
【図２】系統事故時における、系統電圧、変圧器の鉄心内の磁束、および変圧器の励磁電流の時間変化を示す。
【図３】系統事故時における、本実施例１の動作を示す。
【図４】本発明の実施例２である電力変換システムにおける電力変換装置の制御装置を示す。
【図５】系統事故時における、本実施例２の動作を示す。
【図６】本発明の実施例３である電力変換システムにおける電力変換装置の制御装置を示す。
【図７】系統事故時における、本実施例３の動作を示す。
【図８】本発明の実施例４である電力変換システムにおける電力変換装置の制御装置を示す。
【図９】系統事故時における、本実施例４の動作を示す。
【図１０】本発明の実施例５である電力変換システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明による実施例１である電力変換システムを示す。
【００２２】
図１に示すように、自己消弧形素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を有する自励式電力変換装置１０３（以下、「電力変換装置」と称す）は、変圧器１０２を介して、交流系統１０１（電力系統）に連系している。交流系統１０１は、単相系統および三相系統のいずれでもよい。なお、本実施例１のような電力変換システムの構成は、例えば、自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ：Static synchronous Compensator）に適用される。
【００２３】
電力変換装置１０３は、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を有する電力変換主回路と、電力変換主回路に接続される直流コンデンサと、直流コンデンサの直流電圧ＶＣを検出する直流ＶＴを備える。なお、半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴのほか、ＩＧＣＴ（Integrated Gate Commutated Thyristor）やＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor）などが適用できる。
【００２４】
ＣＴ１０４およびＶＴ１０５は、それぞれ電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖ（電力変換装置１０３の電力変換主回路に流れる電流）および系統電圧ＶＳを検出する。ｉｃｏｎｖやＶＳは後述する制御装置１０９へ入力され、入力されるｉｃｏｎｖおよびＶＳに基づいて、電力変換装置１０３はフィードバック制御される。なお、本実施例１において、ＣＴ１０４は、変圧器１０２の電力変換装置１０３側（以下、「二次側」と称す）に設けられるが、変圧器１０２の交流系統１０１側（以下、「一次側」と称す）に設けてもよい。
【００２５】
直流偏磁を検出するために、公知技術（例えば、特許文献１参照）を用いて、交流電流センサであるＡＣＣＴ１０６が、変圧器１０２の一次側と、変圧器１０２の二次側に設けられる。一次側ＡＣＣＴ１０６と、二次側ＡＣＣＴ１０６の差分電流を抵抗１０７に流し、抵抗１０７の両端に発生する差分電圧Ｖｅｘａｃが電圧検出手段１０８によって検出される。Ｖｅｘａｃは、制御装置１０９に入力され、直流偏磁検出に用いられる。なお、抵抗１０７に流れる差分電流が、直流成分を除いた変圧器１０２の励磁電流の変流比換算倍となるように、一次側ＡＣＣＴと二次側ＡＣＣＴの変流比の逆比を、変圧器１０２の一次巻線と二次巻線の巻数比と大略等しくする。
【００２６】
制御装置１０９は、電力変換装置１０３の出力電圧を制御するための制御信号である出力電圧指令Ｖｒｅｆを出力する。ＰＷＭ回路１１０は、制御装置１０９から与えられる出力電圧指令Ｖｒｅｆに応じて電力変換装置１０３の電力変換主回路におけるＩＧＢＴをオン、オフ制御するためのゲートパルスｇｃｏｎｖを出力する。なお、ＰＷＭ回路１１０は、出力電圧指令Ｖｒｅｆを変調波として、公知のパルス幅変調（Pulse Width Modulation: ＰＷＭと略記される）によりｇｃｏｎｖを作成する。
【００２７】
次に、本実施例１における制御装置１０９の構成を説明する。
【００２８】
ＡＣＣＴ１０６を用いる偏磁抑制制御装置１１１は、２つのＡＣＣＴ１０６の差分電流によって抵抗１０７に生じる電圧Ｖｅｘａｃを入力として、Ｖｅｘａｃに基づいて変圧器１０２の直流偏磁を検出する偏磁量検出部と、偏磁量検出部から出力される直流偏磁量Ｖｍａｇを入力として、直流偏磁量Ｖｍａｇを所望の値に抑制するための偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１を出力する偏磁抑制制御部を備える。
【００２９】
ＶＴ１０５を用いる偏磁抑制制御装置１１２は、系統電圧ＶＳに基づいて変圧器１０２の残留磁束Φｅを推定する磁束推定部と、磁束推定部から出力される残留磁束Φｅを入力として、残留磁束Φｅを所望の値に抑制するための磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を出力する磁束ダンピング制御部を備える。なお、ＶＴ１０５が出力する系統電圧ＶＳを示す信号は、電圧指令値演算部１１５における系統電圧フィードフォワード制御の入力信号としても用いられる。従って、本実施例１においては、ＶＴ１０５を、系統電圧フィードフォワード制御と残留磁束推定とに兼用して、部品点数の増加を抑えている。
【００３０】
切替器１１３は、偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１と磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を入力し、切替信号Ｓｗに応じて、ｉＤＭＰ１およびｉＤＭＰ２のどちらか一方を、補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力する。補正電流指令ｉＣＯＭＰは、加算器１１４によって電力変換器電流指令値ｉｒｅｆに加算される。
【００３１】
本実施例１では、補正電流指令ｉＣＯＭＰは、電力変換器電流指令値ｉｒｅｆに加算されて、ｉｒｅｆを補正するが、偏磁抑制制御装置１１１もしくは偏磁抑制制御装置１１２による直流偏磁抑制効果が得られるのであれば、他の電流値あるいは電圧値を補正するようにしても良い。例えば、電力変換装置検出電流ｉｃｏｎｖにｉＣＯＭＰを加算した電流値を電圧指令値演算部１１５に入力しても良い。また、ｉＣＯＭＰを補正電圧指令に変換して、電圧指令値演算部１１５が出力する電圧指令Ｖｒｅｆに加算しても良い。
【００３２】
電圧指令値演算部１１５は、直流コンデンサの直流電圧ＶＣ、系統電圧ＶＳ、電力変換装置検出電流ｉｃｏｎｖ、および補正電流指令ｉＣＯＭＰが加算された電力変換器電流指令値ｉｒｅｆ’を入力し、これらＶＣ，ＶＳ，ｉｃｏｎｖおよびｉｒｅｆ’に基づいて、電力変換装置１０３が出力する電圧を設定する出力電圧指令Ｖｒｅｆを作成して出力する。
【００３３】
なお、図１では制御装置１０９の構成を機能ブロック図で示している。本実施例１においては、マイクロコンピュータなどの演算処理装置が、所定のプログラムを実行することによって、各機能部として動作する。これに限らず、制御装置１０９を他の回路により構成しても良い。
【００３４】
ここで、系統事故時の系統電圧低下に起因する変圧器の残留磁束の重畳について説明する。
【００３５】
図２は、系統事故時における、交流系統１０１の系統電圧ＶＳ、変圧器１０２の鉄心内の磁束Φ、および変圧器の励磁電流ｉｅｘの時間変化を示す。時刻ｔ１の時点で、例えば架空送電線への落雷によって、系統電圧Ｖｓが著しく低下し、交流の数サイクル〜数十サイクル経過した時刻ｔ２の時点で事故が除去され、系統電圧ＶＳが定格電圧値へ復帰している。
【００３６】
時刻ｔ１の時点で、系統電圧Ｖｓが著しく低下すると、事故発生位相によっては変圧器１０２の鉄心内の磁束Φに残留磁束Φｅが残る。残留磁束Φｅは、変圧器巻線や回路内の抵抗、変圧器の損失等により時間的に減衰するが、変圧器の容量や回路条件によっては、残留磁束Φｅが減衰するまでに数秒以上かかる。このような場合、すなわち、時刻ｔ２の時点で事故が除去され、系統電圧ＶＳが定格電圧へ復帰した時に、磁束Φに残留磁束Φｅが重畳している場合、磁束Φは、残留磁束Φｅを中心として正弦波状の波形を示す。
【００３７】
変圧器鉄心の磁束密度が、鉄心の材質や形状によって決まる飽和磁束密度に近付くか、あるいは飽和磁束密度を超えると、磁気飽和が発生する。磁束密度は磁束の単位面積当たりの面密度であることから、磁束Φに残留磁束Φｅが重畳していることは、磁束密度に直流成分が重畳していることを示している。従って、変圧器鉄心に残留磁束Φｅが生じていることは、直流偏磁が発生していることを示している。
【００３８】
直流偏磁は、変圧器１０２の鉄心の磁気飽和を引き起こし、変圧器１０２の励磁電流ｉｅｘを大きく歪ませる。磁気飽和が発生すると、励磁電流ｉｅｘは、回路条件によっては定格電流の数倍程度にもなるため、制御装置１０９が有する直流偏磁抑制機能によって、直流偏磁が変圧器の耐量内に抑制される。
【００３９】
本実施例１において、直流偏磁抑制機能は、偏磁抑制制御装置１１１および１１２によってもたらされる。ここで、系統事故により線路に流れる電流が急激に変化するような状況下で、事故発生位相によっては、偏磁抑制制御装置１１１が用いるＡＣＣＴ１０６の鉄心に残留磁束が残り得る。残留磁束が残った状態から事故復帰すると、ＡＣＣＴ１０６の鉄心が磁気飽和する恐れがある。磁気飽和が発生すると、ＡＣＣＴ１０６は線路に流れる電流を精度良く検出できないため、電圧Ｖｅｘａｃによる励磁電流の検出精度が低下する。このため、偏磁抑制制御装置１１１による直流偏磁抑制制御だけでは、電力変換装置１０３による直流偏磁抑制が必ずしも十分ではない。
【００４０】
そこで、以下説明するように、本実施例１においては、ＡＣＣＴ１０６を用いる偏磁抑制制御装置１１１に加えて、ＶＴ１０５を用いる偏磁抑制制御装置１１２によっても偏磁抑制制御を行う。
【００４１】
図３は、系統事故時における、本実施例１の動作を示す。本図３においては、切替器１１３の出力を切り替えるための切替信号ＳＷ、交流系統１０１の交流電圧ＶＳ、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖ、切替器１１３から出力される補正電流指令ｉＣＯＭＰ、変圧器１０２の鉄心内の磁束Φ、変圧器の励磁電流ｉｅｘを示す。時刻ｔ１の時点で系統電圧ＶＳが著しく低下し、さらに、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖとして大きな事故電流が流れ、時刻ｔ２の時点で系統電圧Ｖｓが定格電圧値へ復帰している。
【００４２】
図３に示すように、事故発生時刻であるｔ１までと、事故除去時刻であるｔ２以降の期間、すなわち系統電圧ＶＳが正常である期間においては、ＡＣＣＴ１０６を用いる偏磁抑制制御装置１１１を用いて、すなわち偏磁抑制制御装置１１１の出力ｉＤＭＰ１を、切替器１１３が出力する補正電流指令ｉＣＯＭＰとして、変圧器１０２の直流偏磁を抑制する。
【００４３】
事故期間中（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）は、切替器１１３の出力を切り替えるための切替信号Ｓｗを０から１へ切り替えることで、ＡＣＣＴ１０６を用いた偏磁抑制制御装置１１１の出力ｉＤＭＰ１から、ＶＴ１０５を用いた偏磁抑制制御装置１１２の出力ｉＤＭＰ２へ、補正電流指令ｉＣＯＭＰを変化させる。
【００４４】
偏磁抑制制御装置１１２の磁束推定部は、交流系統１０１の系統電圧ＶＳを積分することで変圧器１０２の磁束Φを推定し、磁束Φに含まれる直流成分から残留磁束Φｅを求める。そして、事故期間中、偏磁抑制制御装置１１２は、残留磁束Φｅを減少させるような磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を出力することで、変圧器鉄心の残留磁束Φｅを減少させる。
【００４５】
本実施例１によれば、切替器１１３の出力信号を切り替えることで、ＡＣＣＴの鉄心が磁気飽和しても、残留磁束Φｅによる変圧器１０２の鉄心の直流偏磁が抑制できる。また、本実施例１によれば、変圧器鉄心の大きさを設定する際に考慮される残留磁束が低減できるので、鉄心断面積を低減して変圧器を小型化することが可能となる。
【００４６】
なお、ＡＣＣＴ１０６の鉄心の磁気飽和は、図３に示すような、事故発生時に電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖが過大となる場合のほか、電流波形が急変する場合にも発生する。従って、このような場合においても、本実施例１は同様の効果がある。
【００４７】
また、本実施例１では、切替器１１３の出力を切り替えるための切替信号ＳＷ＝０の時は、偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１を補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力し、切替信号ＳＷ＝１の時は、磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を、補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力するが、これに限らず、切替信号ＳＷは任意に設定できる。
【実施例２】
【００４８】
図４は、本発明の実施例２である電力変換システムにおける電力変換装置の制御装置を示す。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
【００４９】
本実施例２における制御装置４０１は、実施例１の構成に加え、さらに、切替信号Ｓｗを作成する事故検出手段４０２を備える。
【００５０】
事故検出手段４０２は、系統電圧ＶＳ、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖ、低電圧しきい値±Ｖｔｈ、電流しきい値±ｉｔｈを入力し、これら電圧値および電流値に基づいて、切替器１１３の切替信号ＳＷを出力する。
【００５１】
事故検出手段４０２は、低電圧しきい値±Ｖｔｈの絶対値より大きな電圧が、一定の期間において出力されない場合に、系統事故が発生したと判定し、切替信号Ｓｗの出力値を切り替える。あるいは、事故検出手段４０２は、電流しきい値±ｉｔｈの絶対値より大きな電流が流れた場合に、系統事故が発生したと判定し、切替信号Ｓｗの出力値を切り替える。
【００５２】
図５は、系統事故時における、本実施例２の動作を示す。
【００５３】
図３と同様に、時刻ｔ１の時点で系統電圧ＶＳが著しく低下し、その後、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖとして、定格値より大きな事故電流が流れている。事故電流の大きさが電流しきい値±ｉｔｈの絶対値を超過した際（時刻ｔ１’）に、事故検出手段４０２は、系統事故が発生したと判定し、切替信号ＳＷの値を、系統電圧ＶＳの正常時における０から１へ変更するように動作する。
【００５４】
なお、本実施例２においても、切替器１１３は、切替信号ＳＷ＝０の時は、偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１を補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力し、切替信号ＳＷ＝１の時は、磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を、補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力する。
【００５５】
図５に示すように、１周期以内に事故電流の大きさが電流しきい値±ｉｔｈの絶対値より小さくなるが、依然として、系統電圧ＶＳが±Ｖｔｈの絶対値より小さいため、事故検出手段４０２は、系統事故が継続していると判定し、±Ｖｔｈの絶対値より大きな系統電圧を検出するまでの期間は、切替信号ＳＷの値を１に固定する。そして、事故検出手段４０２は、系統電圧ＶＳが正常状態に復帰したと判定すると、切替信号ＳＷを１から０へ変更する。
【００５６】
本実施例２によれば、電力変換装置に流れる事故電流に基づいて補正電流指令を切り替えるので、事故時に線路に流れる電流の変化に起因するＡＣＣＴの鉄心の磁気飽和が発生しても、残留磁束Φｅによる変圧器の直流偏磁が抑制できる。
【実施例３】
【００５７】
図６は、本発明の実施例３である電力変換システムにおける電力変換装置の制御装置を示す。以下、主に、実施例１，２と異なる点について説明する。
【００５８】
本実施例３において、切替器６０２は、三つの出力モード、すなわち偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１を出力する出力モード、磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を出力する出力モード、および補正電流指令として零値を出力する出力モードを有する。切替器６０２は、切替信号ＳＷの値（本実施例では、−１，１，０）に応じて、いずれかの出力モードにて補正電流指令ｉＣＯＭＰを出力する。
【００５９】
事故検出手段６０３は、系統電圧ＶＳと、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖ、低電圧しきい値±Ｖｔｈ、電流しきい値±ｉｔｈを入力し、これらの電圧値および電流値に基づいて、切替器６０２の切替信号ＳＷを出力する。
【００６０】
事故検出手段６０３は、低電圧しきい値±Ｖｔｈの絶対値より大きな系統電圧が、一定の期間において検出されない場合に、系統事故が発生したと判定し、切替信号ＳＷの出力値を切り替える。あいいは、事故検出手段６０３は、電流しきい値±ｉｔｈの絶対値より大きな電流が流れた場合に、系統事故が発生したと判定し、切替信号ＳＷの値を切り替える。
【００６１】
本実施例３では、切替信号Ｓｗ＝−１の時は、偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１を補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力し、切替信号ＳＷ＝０の時は、補正電流指令として零値を出力し（ｉＣＯＭＰ＝０）、切替信号ＳＷ＝１の時は、磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を、補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力する。
【００６２】
図７は、系統事故時における、本実施例３の動作を示す。
【００６３】
図３，５と同様に、時刻ｔ１の時点で、系統電圧ＶＳが著しく低下し、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖの定格値より大きな事故電流が電力変換装置に流れている。その事故電流の大きさが電流しきい値±ｉｔｈの絶対値を超過した際（時刻ｔ１’）に、事故検出手段６０３は、系統事故が発生したと判定し、時刻ｔ１’で切替信号ＳＷの値を事故発生前すなわち系統電圧正常時における−１から１に変更するように動作する。
【００６４】
さらに、事故検出手段６０３は、系統事故が時刻ｔ２の時点で除去されて系統電圧が正常状態に復帰した後に、時刻ｔ２から時刻ｔ２’までの所定期間において、補正電流指令を零値（ｉＣＯＭＰ＝０）とする零出力期間（切替信号Ｓｗ＝０）を設ける。零出力期間は、ＡＣＣＴ１０６の残留磁束Φｅを時間的に減衰させる期間となり、ＡＣＣＴ１０６の容量やＡＣＣＴ１０６の鉄心の磁気特性等によって時刻ｔ２’を設定する。事故検出手段１０６は、時刻ｔ２’において、切替信号ＳＷを０から−１に変更する。
【００６５】
本実施例３によれば、事故電流によって生じるＡＣＣＴの鉄心の残留磁束Φｅが減衰してから、ＳＷを−１に切り替え、偏磁抑制制御装置１１１の出力ｉＤＭＰ１を補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力する。これにより、系統電圧正常時に、ＡＣＣＴを用いる偏磁抑制制御装置１１１によって、確実に直流偏磁を抑制できる。
【実施例４】
【００６６】
図８は、本発明の実施例４である電力変換システムの制御装置を示す。以下、主に、実施例１〜３と異なる点について説明する。
【００６７】
事故検出手段８０２は、系統電圧ＶＳと、ＶＴ１０５を用いる偏磁抑制制御装置１１２において推定される変圧器鉄心の残留磁束Φｅに基づいて切替器６０２の切替信号ＳＷを作成して出力する。
【００６８】
なお、図８では、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖは事故検出手段８０２の入力信号として図示していないが、ｉｃｏｎｖを事故検出手段８０２の入力信号として加えても良い。
【００６９】
事故検出手段８０２には、あらかじめ低電圧しきい値±Ｖｔｈと、磁束ダンピング制御停止しきい値±Φｅｔｈが設定され、一定の期間、±Ｖｔｈの絶対値より大きな系統電圧が検出されない場合、事故検出手段８０２は、切替信号Ｓｗの値を−１から１、もしくは、０から１へ変更するように動作する（後述する図９においては、−１から１に変更）。
【００７０】
上述の動作に加え、事故検出手段８０２は、残留磁束Φｅがダンピング制御停止しきい値±Φｅｔｈの範囲内で推移している場合、切替信号ＳＷの値を１から０へ変更するように動作する。この時、切替器６０２は、補正電流指令ｉＣＯＭＰを、ＶＴ１０５を用いる偏磁抑制制御装置１１２の出力ｉＤＭＰ２から零値へ切り替える。
【００７１】
切替器６０２は、実施例３と同様に、補正電流指令ｉＣＯＭＰとして、偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１を出力する出力モード、磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を出力する出力モード、並びに零値を出力する出力モードを有する。切替器６０２は、切替信号Ｓｗの値に応じて、いずれかの出力モードにて補正電流指令ｉＣＯＭＰを出力する。
【００７２】
本実施例４では、切替信号ＳＷ＝−１の時は、偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ１を補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力し、切替信号ＳＷ＝０の時は、補正電流指令として零値を出力し（ｉＣＯＭＰ＝０）、切替信号ＳＷ＝１の時は、磁束補正電流指令ｉＤＭＰ２を、補正電流指令ｉＣＯＭＰとして出力する。
【００７３】
なお、通常運転時に定期的に残留磁束Φｅをリセットするリセット回路を事故検出手段８０２内部に設けることで、系統電圧ＶＳの積分によって残留磁束を推定する時に生じる積分誤差の蓄積による切替器６０２の誤動作を防止するようにしても良い。
【００７４】
図９は、系統事故時における、本実施例４の動作を示す。
【００７５】
図３，５，７と同様に、時刻ｔ１の時点で、系統電圧ＶＳが著しく低下している。
【００７６】
事故発生時刻であるｔ１までと、事故除去時刻であるｔ２以降の期間、すなわち系統電圧正常時には、ＡＣＣＴを用いる偏磁抑制制御装置１１１により変圧器１０２の直流偏磁を抑制する。
【００７７】
時刻ｔ１から時刻ｔｓまでは、切替信号Ｓｗを−１から１へ切り替えることで、ＡＣＣＴ１０６を用いる偏磁抑制制御装置１１１の出力ｉＤＭＰ１から、ＶＴ１０５を用いる偏磁抑制制御装置１１２の出力ｉＤＭＰ２へ、補正電流指令ｉＣＯＭＰを切り替える。補正電流指令ｉＣＯＭＰが偏磁補正電流指令ｉＤＭＰ２に切り替えられることにより、変圧器１０２の鉄心の残留磁束Φｅが低下し、ダンピング制御停止しきい値±Φｅｔｈの範囲内になる時刻ｔｓから時刻ｔ２において、事故検出手段８０２は、切替器６０２の切替信号ＳＷを１から０へ変更し、補正電流指令ｉＣＯＭＰを零値とする。
【００７８】
事故検出手段８０２は、事故除去時点すなわち系統電圧復帰時である時刻ｔ２以降において、ＡＣＣＴ１０６を用いる偏磁抑制制御装置１１１を動作させるため、切替器６０２の切替信号ＳＷを０から−１に変更する。
【００７９】
本実施例４によれば、事故期間中の偏磁抑制制御装置１１２の動作時間を小さくすることができるため、偏磁補償電流が回路内に流れることによる変圧器１０２や、電力変換装置１０３の損失増加を防止できる。これによって、冷却装置の大型化を防止できる。
【実施例５】
【００８０】
上述の実施例１〜４における偏磁抑制手段は、図１に示すように、一つの電力変換装置と一つの交流系統（電力系統）が、一台の変圧器介して連系している電力変換システムに適用されているが、これに限らず、複数の電力変換装置と複数の交流系統が、複数の変圧器を介して接続されるような電力変換システムにも適用できる。そこで、以下、そのような電力変換システムについて説明する。
【００８１】
図１０は、本発明の実施例５である電力変換システムを示す。本電力変換システムは、いわゆるＢＴＢ（back to back）構成を有する。
【００８２】
図１０に示すように、電力変換装置３００における電力変換主回路３０１ａ，３０１ｂの直流側が互いに接続される。電力変換主回路３０１ａの交流側は、変圧器２０２ａを介して、交流系統２０１ａに接続され、電力変換主回路３０１ｂの交流側は、変圧器２０２ｂを介して、交流系統２０１ｂに接続される。
【００８３】
電力変換主回路３０１ａは、偏磁抑制制御装置３０２ａによって、変圧器２０２ａの直流偏磁を抑えるようにオン・オフ制御される。偏磁抑制制御装置３０２ａとしては、上述の実施例１〜４のいずれかにおける制御装置が用いられる。従って、偏磁抑制制御装置３０２ａは、変圧器２０２ａの一次および二次側から、検出信号Ｓａとして、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖ、ＶＴによって検出される系統電圧ＶＳ、変圧器２０２ａの一次側および二次側ＡＣＣＴの差分電流を流す抵抗の両端に発生する差分電圧Ｖｅｘａｃ（図１参照）を入力し、入力する検出信号Ｓａに基づいて電力変換主回路３０１ａを制御するための制御信号Ａ（図１，４，６，８における電圧指令値Ｖｒｅｆに対応）を作成する。なお、入力信号に、電力変換回路３０１ａの直流側の直流検出電圧を加えても良い。また、偏磁抑制制御装置３０２ｂは、変圧器２０２ｂの一次および二次側から、検出信号Ｓｂとして、電力変換器検出電流ｉｃｏｎｖ、ＶＴによって検出される系統電圧ＶＳ、変圧器２０２ｂの一次側および二次側ＡＣＣＴの差分電流を流す抵抗の両端に発生する差分電圧Ｖｅｘａｃ（図１参照）を入力し、入力する検出信号Ｓｂに基づいて電力変換主回路３０１ｂを制御するための制御信号Ｂ（図１，４，６，８における電圧指令値Ｖｒｅｆに対応）を作成する。なお、入力信号に、電力変換主回路３０１ｂの直流側の直流検出電圧を加えても良い。
【００８４】
本実施例５の構成を有する電力変換システムとしては、例えば、異なる系統周波数を有する交流電力系統間の電力を融通する自励式周波数変換装置や、自励式高直流送電システムがある。前者の場合、電力変換主回路３０１ａ，３０１ｂの直流側は構内結線（例えば、ブスバーやケーブルなど）により接続される。後者の場合、電力変換主回路３０１ａ，３０１ｂは互いに遠隔地に設置され、電力変換主回路３０１ａ，３０１ｂの直流側は長距離送電線（例えば、架空送電線や海底ケーブルなど）により接続される。
【００８５】
本実施例５によれば、複数の変圧器の直流偏磁が抑制できるので、複数の変圧器を小型化することができる。このため、電力変換システムの大きさや設置スペースを低減することができる。
【００８６】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、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、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１０１…交流電力系統
１０２…変圧器
１０３…電力変換装置
１０４…ＣＴ（Current Transformer）
１０５…ＶＴ（Voltage Transformer）
１０６…ＡＣＣＴ（交流ＣＴ）
１０７…抵抗
１０８…電圧検出手段
１０９…制御装置
１１０…ＰＷＭ回路
１１１…偏磁抑制制御装置
１１２…偏磁抑制制御装置
１１３…切替器
１１４…加算器
１１５…電圧指令値演算部
２０１ａ，２０１ｂ…交流電力系統
２０２ａ，２０２ｂ…変圧器
３００…電力変換装置
３０１ａ，３０１ｂ…電力変換主回路
３０２ａ，３０２ｂ…偏磁抑制制御装置
Ｓａ，Ｓｂ…検出信号
Ａ，Ｂ…制御信号
４０１…制御装置
４０２…事故検出手段
６０１…制御装置
６０２…切替器
６０３…事故検出手段
８０１…制御装置
８０２…事故検出手段
【図１】
0006560592.tif 000002
【図２】
0006560592.tif 000003
【図３】
0006560592.tif 000004
【図４】
0006560592.tif 000005
【図５】
0006560592.tif 000006
【図６】
0006560592.tif 000007
【図７】
0006560592.tif 000008
【図８】
0006560592.tif 000009
【図９】
0006560592.tif 000010
【図１０】
0006560592.tif 000011