(57)【要約】  直流短絡事故時に電力変換器を停止することなく、保護リレーが事故判別可能な電流を出力して事故点を除去する。各相の正側アームと負側アームの接続点が各相交流線に接続され、各相の正側アーム及び負側アームの一端が直流線路に接続されて、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器（１）と、この電力変換器を制御する制御装置（１００）を備え、正側アームおよび負側アームは、互いに直列接続された複数のスイッチング素子の直列体と、この直列体に並列接続された直流コンデンサから成る変換器セル（１０）を、１つあるいは複数直列接続して構成され、制御装置は、直流短絡事故時に、電力変換器の交流端には定常時と同様の交流電圧を出力し、電力変換器の直流端子には直流線路内の保護リレーを動作させることが可能な直流電圧を出力する電圧指令値を演算する直流電圧指令値演算部（１４０）を備える。
2017010388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の交流線路と直流線路との間に接続され、前記複数相の各相に対応する正側アームと負側アームとが直列接続され、前記複数の正側アームの一端は互いに接続されて正側の前記直流線路に接続され、前記複数の負側アームの一端は互いに接続されて負側の直流線路に接続されて、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置を備えた電力変換装置において、
前記複数相に対応する複数の正側アームおよび前記複数の負側アームのそれぞれは、互いに直列接続された複数のスイッチング素子の直列体と、この直列体に並列接続された直流コンデンサから成る変換器セルを、１つあるいは複数直列接続して構成され、
前記制御装置は、前記正側アームに対する第１の電圧指令値と前記負側アームに対する第２の電圧指令値を生成する電圧指令生成部を有して、前記正側アームおよび負側アーム内の前記変換器セルのスイッチング素子を制御し、前記直流線路における直流短絡事故を検知した場合に、前記電力変換器の直流端子から前記直流線路内の保護リレーを動作させることが可能な直流電圧を出力させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記直流線路における直流短絡事故を検知した場合に、前記電力変換器の交流端子から定常時と同様の交流電圧を出力することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記正側アームまたは負側アームの少なくとも一方のアームは、負電圧を出力することが可能な変換器セルで構成した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】
前記負電圧を出力することが可能な変換器セルは、並列接続された２つの直列体とこれら直列体に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサで構成され、前記直列体の一方は、それぞれダイオードが逆並列に接続された複数のスイッチング素子を直列接続して構成され、前記直列体の他方は、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子とダイオードを直列接続して構成された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】
前記負電圧を出力することが可能な変換器セルは、並列接続された２つの直列体とこれら直列体に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサで構成され、前記直列体はそれぞれダイオードが逆並列に接続された複数のスイッチング素子を直列接続して構成された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６】
前記正側アームまたは前記負側アームのうち、一方のアームの変換器セルは、正電圧を出力することが可能な変換器セルであり、
前記正電圧が出力可能な変換器セルは、ダイオードが逆並列に接続された複数のスイッチング素子を直列接続して構成された直列体と、この直列体に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサで構成され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７】
前記正側アームまたは負側アームの少なくとも一方のアームは、正電圧と零電圧を出力することが可能な変換器セル、正電圧と負電圧および零電圧を出力することが可能な変換器セルのどちらか一方または両方を含むよう構成し、他方のアームの変換器セルは、正電圧と負電圧および零電圧が出力可能な変換器セルで構成したことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御装置は、直流短絡事故を検知した場合に、前記保護リレーが動作する電流レベルが前記直流線路に流れるのに必要な電圧以上、かつ前記電力変換器が停止する過電流レベル以内の電流が流れる電圧以下となる直流電圧を出力させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御装置は、所定の直流電流指令値と前記電力変換器の直流電流の差が零に近づくように、前記出力する直流電圧を制御することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記電力変換器の直流電流値に基づいて前記出力する直流電圧を制御することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記直流電圧に加え、前記電力変換器の直流電流値に基づいて交流電圧出力することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、自身の属する電力変換装置が交流系統と連系していない場合には、前記変換器セルの前記直流コンデンサに蓄積されたエネルギーを用いて前記直流端子より直流電圧を出力させることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
３台以上の電力変換装置が、それぞれの直流端子を直流線路により接続された多端子構成のＨＶＤＣシステムに適用する電力変換装置であって、
前記３台以上の電力変換装置の各電力変換器は、直流端子間の直流短絡事故を検知した場合、直流端子より前記直流線路内の全ての保護リレーを動作させることが可能な所定の直流電圧を出力することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記直流端子間における短絡事故を検知した場合、その事故点を除去した後、前記電力変換器から無効電力を出力させることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記多端子構成のＨＶＤＣシステムにおいて、前記電力変換器は、直流端子間の直流短絡事故を検知した場合、直流端子より前記直流線路内の保護リレーを動作させることで、その事故点を除去した後、事故点に影響のない健全端子間で送電をすることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記直流端子間における短絡事故を検知した場合、その事故点を除去した後、事故点の至近端の前記電力変換器から無効電力を出力させることを特徴とする請求項１５に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
交流から直流または直流から交流へ電力変換を行う電力変換器および前記電力変換器を制御する制御装置を有し、互いに直流端子が直流線路によって接続された複数の電力変換装置と、
前記直流線路上の電流を検知する電流センサと、
前記直流線路を開閉する遮断器と、
前記電流センサで検出した電流情報に基づいて、前記遮断器の開閉を制御する保護リレーと、を備える電力変換システムであって、
前記制御装置は、前記直流線路上の直流短絡事故を検出した場合、前記電力変換器の直流電圧の出力を抑制させるとともに、前記電力変換装置の直流端子より予め定められた直流電圧を出力し、
前記保護リレーは、前記電流センサにより検出した電流情報に基づいて、前記遮断器を開放動作させること、
を特徴とする電力変換システム。
【請求項１８】
交流から直流または直流から交流へ電力変換を行う電力変換器および前記電力変換器を制御する制御装置を有し、互いに直流端子が直流線路によって接続された複数の電力変換装置と、前記直流線路上の電流を検知する電流センサと、前記直流線路を開閉する遮断器と、前記電流センサで検出した電流情報に基づいて、前記遮断器の開閉を制御する保護リレーと、を備える電力変換システムの制御方法であって、
前記制御装置が、前記直流線路上の直流短絡事故を検知する事故検知ステップと、
前記制御装置が、前記複数の電力変換装置の直流電圧の出力を抑制させる出力抑制ステップと、
前記複数の電力変換装置が、自装置の直流端子より予め定められた直流電圧を出力する出力ステップと、
前記保護リレーが、前記電流センサにより検出した電流情報に基づいて、前記遮断器を開放動作させる開放ステップと、
を備えることを特徴とする電力変換システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のスイッチング素子と直流コンデンサとからなる変換器セルで相アームを構成した変換器を備えて、複数相の交流回路と直流回路との間で電力の変換を行う電力変換装置に関し、特に、直流線路事故の際に変換器が保護リレーを動作可能な電流レベルを出力することができる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大容量電力変換装置は、変換器出力が高電圧または大電流となるため、複数の変換器を直列または並列に多重化することで構成されていることが多い。変換器を多重化することは、変換器容量を大きくするのみでなく、出力を合成することにより、出力電圧波形に含まれる高調波を低減し、その結果、系統に流出する高調波電流を低減することができることが知られている。【０００３】
変換器を多重化する方法は、様々存在し、リアクトル多重や変圧器多重、直接多重などがある。変圧器で多重化すると、交流側は変圧器で絶縁されるため各変換器の直流を共通化できるというメリットがある。しかし、出力電圧が高電圧となると多重変圧器の構成が複雑となる点および変圧器のコストが高くなる点がデメリットである。
そこで、高圧用途に適した多重変圧器を必要としない電力変換装置として、複数の変換器の出力をカスケード接続したマルチレベル変換器が提案されており、その中の一つにモジュラーマルチレベル変換器がある。【０００４】
モジュラーマルチレベル変換器（以下、ＭＭＣと称す）は、セルと呼ばれる複数の単位変換器（以下、変換器セルと称す）がカスケード接続されたアームで構成されている。変換器セルは、複数の半導体スイッチと直流コンデンサを備えており、半導体スイッチをオン・オフさせることにより、直流コンデンサの両端電圧および零電圧を出力する。
三相ＭＭＣの場合は、各相個別にアームを構成し、カスケード接続されている変換器セル総数の半分の変換器セルの出力端を交流端子、各相アームの両端は互いに接続され、それぞれの端子を直流端子としており、各相アームは正側アーム、負側アームの２つのアームより構成される。ＭＭＣ変換器の各変換器セル出力は、ＭＭＣ変換器の交流端および直流端子の両側に接続されているため、各変換器セルは、直流および交流の両方を出力するという特徴を持つ。【０００５】
また、ＭＭＣ変換器は交流端および直流端子の両側に接続されているため、それぞれの端子で発生する事故に対応する必要がある。特に、直流端子で事故が発生した場合、事故が除去されるまでは送電が停止するため、迅速に事故を除去する必要がある。直流線路事故には、直流線路が短絡する直流短絡事故があり、事故時に発生する事故電流を抑制する目的として、変換器セルを半導体スイッチング素子のフルブリッジ構成としたＭＭＣ変換器を用いて、短絡が発生した際のアーク電圧に対向する電圧を変換器が出力するように制御する方式が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ２０１３／０３０８２３５  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来では、フルブリッジ構成の変換器セルを含むＭＭＣ変換器を用いて、高圧直流線路事故時にゲートブロックまたはアーク電圧に対向する電圧を出力することで、事故電流の抑制を行っていた。上記の方法では、変換器セル内の半導体スイッチング素子を制御することで高速に事故電流を抑制しているため、短時間で直流端子の出力が零となり、事故を除去することができる。
また、直流線路での事故は、線路上の保護リレーにより、事故の検知および除去を行っているが、上記保護リレーは半導体スイッチング素子の動作に比べ遅いという問題がある。つまり、変換器により事故電流の抑制を行った場合、保護リレーが動作する前に事故を検知する情報である直流電流が遮断され、事故点の検知および除去が行えないという問題が生じる。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、直流短絡事故中に電力変換器の直流端子に少量の電圧を印加し、電力変換器は保護リレーが事故判別可能な電流レベルを出力することができる電力変換装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る電力変換装置は、複数相の交流線路と直流線路との間に接続され、前記複数相の各相に対応する正側アームと負側アームとが直列接続され、前記複数の正側アームの一端は互いに接続されて正側の前記直流線路に接続され、前記複数の負側アームの一端は互いに接続されて負側の直流線路に接続されて、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置を備えた電力変換装置において、
前記複数相に対応する複数の正側アームおよび前記複数の負側アームのそれぞれは、互いに直列接続された複数のスイッチング素子の直列体と、この直列体に並列接続された直流コンデンサから成る変換器セルを、１つあるいは複数直列接続して構成され、
前記制御装置は、前記正側アームに対する第１の電圧指令値と前記負側アームに対する第２の電圧指令値を生成する電圧指令生成部を有して、前記正側アームおよび負側アーム内の前記変換器セルのスイッチング素子を制御し、前記直流線路における直流短絡事故を検知した場合に、前記電力変換器の直流端子から前記直流線路内の保護リレーを動作させることが可能な所定の直流電圧を出力させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の電力変換装置によれば、直流短絡事故が発生した場合でも、電力変換器の交流端には定常時と同様の交流電圧を出力し、電力変換器の直流端子には保護リレーが事故判別可能で電力変換器が出力可能な電流を出力することにより、直流線路上の保護リレーを動作させて、事故点の検知および除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置を使用した２端子ＨＶＤＣシステムの概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電力変換装置の変換器セルの構成を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１による電力変換装置の変換器セルの別例による構成を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態１による電力変換装置を構成する制御装置を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態１による電力変換装置の制御装置に用いられる直流電圧指令値演算部を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２による電力変換装置の変換器セルの構成を示す回路図である。
【図８】この発明の実施の形態３による電力変換装置を構成する制御装置を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態３による電力変換装置の制御装置に用いられる直流電圧調整量演算部を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による電力変換装置の制御装置に用いられる直流電圧調整量演算部を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による電力変換装置の制御装置に用いられる直流電圧調整量演算部を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態６による電力変換装置の制御装置に用いられる正側及び負側アーム電圧指令値演算部の構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態７による電力変換装置を使用した３端子ＨＶＤＣシステムの概略構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による電力変換装置と保護リレーを用いた事故点除去の動作を説明したフローチャート図である。
【図１５】この発明の実施の形態８による直流短絡事故点判定部を備えた３端子ＨＶＤＣシステムの概略構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態８による電力変換装置と保護リレーを用いた事故点除去の動作を説明したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を図１から図６に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を使用した２端子ＨＶＤＣ（Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ  ＤＣ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）システムの概略構成図である。
図１に示すように、交流系統９Ａ、９Ｂと接続された電力変換器１Ａ、１Ｂは、それぞれの直流端子を直流線路２、３で接続することで２端子ＨＶＤＣシステムを構成している。この構成において、直流線路２、３内は、センサ群９１Ａ、９１Ｂ、直流遮断器群９２Ａ、９２Ｂおよび保護リレー９３Ａ、９３Ｂを備える。直流線路２、３において直流短絡事故９０が発生した場合、直流端子に流れる事故電流をセンサ群９１Ａ、９１Ｂにより検知し、保護リレー９３Ａ、９３Ｂが事故判別を行い、直流遮断器群９２Ａ、９２Ｂを開放する。
【００１３】
図２は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。図２に示すように、電力変換装置は主回路である電力変換器１（図１の１Ａ、１Ｂに相当）と、電力変換器１を制御する制御装置１００とを備える。電力変換器１は、三相交流と直流との間で電力変換を行うもので、交流側は連系変圧器８を介して三相交流回路としての系統である三相の交流電源９に接続され、直流側は直流線路２、３の直流系統に接続される。
電力変換器１の各相は、正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗと負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれが直列接続され、その接続点である交流端７Ｕ、７Ｖ、７Ｗが各相交流線に接続される相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗで構成されている。図２においては、交流端７Ｕ、７Ｖ、７Ｗは各相交流線に直接接続されているが、３巻線トランスを介して各相交流線に接続してもよい。
３つの相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗの内、正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの一端（交流端７Ｕ、７Ｖ、７Ｗの反対側）は互いに接続されて正の直流線路２に、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの一端は互いに接続されて負の直流線路３に接続され、３つの相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗが正負の直流線路２、３間に並列接続されるような構成になっている。
【００１４】
相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗの正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗと負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれは、１つあるいは複数の変換器セル１０を直列接続したセル群で構成され、アームリアクトル１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗとそれぞれが直列に接続される。
なお、アームリアクトル１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗが挿入される位置は、各アーム内のいずれの位置でもよく、正負に分けて複数個の構成であってもよい。
また、制御装置１００は、電圧指令値生成部とＰＷＭ回路を備えてゲート信号を生成し、各相の正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗと負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の各変換器セル１０を制御する。なお、制御装置１００の構成の詳細は後述する図５で説明する。
【００１５】
各相の正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにそれぞれ流れる正側アーム電流ｉｐｕ、ｉｐｖ、ｉｐｗ、負側アーム電流ｉｎｕ、ｉｎｖ、ｉｎｗは、それぞれ図示しない電流検出器により検出されて制御装置１００に入力される。さらに、交流電源９の各相電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｖ、Ｖｓｗ、直流母線電圧Ｖｄｃおよび直流コンデンサ電圧Ｖｃａｐ（図３参照）は、それぞれ図示しない電圧検出器により検出されて制御装置１００に入力される。
なお、各相の交流電流Ｉａｃおよび直流電流Ｉｄｃ（図５参照）は、図示しない電流検出器により検出してもよく、各相の正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗにそれぞれ流れる正側アーム電流ｉｐｕ、ｉｐｖ、ｉｐｗ、負側アーム電流ｉｎｕ、ｉｎｖ、ｉｎｗから演算して用いてもよい。
【００１６】
正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗと負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内に設けられる変換器セル１０の構成を図３に基づき説明する。図３はハーフブリッジ構成を採用した変換器セル２０を示す。
図３の変換器セル２０は、複数（図示の場合は２個）のスイッチ２１、２２が直列に接続された直列体２３と、この直列体２３に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサ２９とから構成される。それぞれのスイッチ２１、２２は、半導体スイッチング素子２１ｓ、２２ｓ（以下、単にスイッチング素子と称す）とダイオード２１ｄ、２２ｄが逆並列に接続された構成となっている。
スイッチング素子２１ｓ、２２ｓは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＧＣＴ（Ｇａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）等の自己消弧形のスイッチング素子が用いられる。
【００１７】
そして、図３に示すように、変換器セル２０はスイッチ２２のスイッチング素子２２ｓの両端子を出力端Ｐｏ、Ｎｏとし、スイッチング素子２１ｓ、２２ｓをオン・オフさせることにより、この出力端Ｐｏ、Ｎｏから、直流コンデンサ２９の正電圧および零電圧を出力する。
【００１８】
変換器セル１０の別の例による構成を図４に基づき説明する。
図４の変換器セル３０は、２つの直列体３５、３６を並列接続し、さらに直列体３５、３６に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサ３９を備えて構成される。直列体３５は、それぞれダイオード３１ｄ、３２ｄが逆並列に接続された複数（図示の場合は２個）のスイッチング素子３１ｓ、３２ｓを直列接続して構成される。また、直列体３６は、どちらか一方はダイオード３３のみで、他方はダイオード３４ｄが逆並列に接続されたスイッチング素子３４ｓを直列接続して構成される。スイッチング素子３１ｓ、３２ｓ、３４ｓは、ＩＧＢＴやＧＣＴ等の自己消弧形のスイッチング素子から成り、それぞれダイオード３１ｄ、３２ｄ、３４ｄが逆並列に接続されて構成されるスイッチ３１、３２、３４が用いられる。
【００１９】
そして、図４に示すように、変換器セル３０は、それぞれの直列体３５、３６の中間接続点となるスイッチング素子３１ｓ、３２ｓの接続点およびダイオード３３とスイッチング素子３４ｓの接続点を出力端Ｐｏ、Ｎｏとし、スイッチング素子３１ｓ、３２ｓ、３４ｓをオン・オフさせることにより、この出力端Ｐｏ、Ｎｏから、直流コンデンサ３９の両端電圧の大きさにほぼ等しい同極性の正電圧と逆極性の負電圧を出力する。また、出力端Ｐｏ、Ｎｏがスイッチング素子で短絡された状態の零電圧を出力する。以下、図４に示す変換器セル３０を１．５ブリッジ構成の変換器セルと称す。
【００２０】
なお、変換器セル２０、３０は、複数のスイッチング素子またはダイオードの直列体２３、３５、３６と、この直列体に並列に接続された直流コンデンサ２９、３９とから成り、スイッチング動作により直流コンデンサ２９、３９の電圧を選択的に出力する構成であれば、図３、図４で示した構成に限定されるものではない。
【００２１】
次に電力変換器１の相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ内の変換器セル１０の構成について更に説明する。
正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の変換器セル１０は、図３に示すように直流コンデンサ２９両端の正電圧および零電圧を出力することが可能である変換器セル２０、または図４に示すように直流コンデンサ３９両端の正電圧、負電圧および零電圧を出力することが可能である変換器セル３０、または変換器セル２０と変換器セル３０の両方を含むように構成する。
一方、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の変換器セル１０は、図４に示すように直流コンデンサ３９両端の正電圧、負電圧および零電圧を出力することが可能である変換器セル３０のみで構成する。
【００２２】
つまり、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の全ての変換器セル１０を負電圧出力可能である変換器セル３０で構成し、正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の変換器セル１０を正電圧と零電圧が出力可能である変換器セル２０と負電圧出力可能である変換器セル３０を組み合わせて構成する。または、正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の変換器セル１０を変換器セル２０もしくは変換器セル３０のどちらか一方で構成する。
【００２３】
なお、相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ内の変換器セル１０は、少なくとも片側アーム（正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗまたは負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ）のみ負電圧出力可能である変換器セル３０を備えた構成であればよく、正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の全ての変換器セル１０は負電圧出力可能である変換器セル３０で構成し、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の変換器セル１０を正電圧と零電圧の出力可能である変換器セル２０と負電圧出力可能である変換器セル３０を組み合わせて構成する。または、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の変換器セル１０を変換器セル２０もしくは変換器セル３０のどちらか一方で構成してもよい。
【００２４】
図５は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を構成する制御装置１００の構成例を示すブロック図である。
制御装置１００は、上述したように各制御系から成る電圧指令値生成部とＰＷＭ回路とを備える。電圧指令値生成部は、検出した電流値・電圧値を制御で用いる信号に変換する規格化／演算部１１０と、直流電流Ｉｄｃと直流電圧Ｖｄｃに基づいて直流電圧指令値Ｋｄｃ＊を生成して直流端子電圧を制御するＤＣ−ＡＶＲ・ＤＣ−ＡＣＲ制御部（直流定電圧・直流定電流制御器）１２０と、ＤＣ−ＡＶＲ・ＤＣ−ＡＣＲ制御部１２０で得られた直流電圧指令値Ｋｄｃ＊と直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊および直流短絡事故検出信号ＤＣｆａｕｌｔに基づいて、正側アーム・負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、Ｖｄｃ−＊を演算する直流電圧指令値演算部１４０と、交流電圧Ｖｓと交流電流Ｉａｃおよび直流コンデンサ電圧Ｖｃａｐに基づいて交流電圧指令値Ｖａｃ＋＊、Ｖａｃ−＊を演算して交流電圧を制御する交流電圧制御部１５０と、直流電圧指令値演算部１４０と交流電圧制御部１５０より演算された指令値に基づいて、アーム電圧指令値Ｖ＋＊、Ｖ−＊を演算する正側及び負側アーム電圧指令値演算部１６０Ａ、１６０Ｂと、正側及び負側アーム電圧指令値演算部１６０Ａ、１６０Ｂにより演算された指令値Ｖ＋＊、Ｖ−＊に基づいて、各変換器セルの電圧指令値Ｖｃｅｌｌ＋＊、Ｖｃｅｌｌ−＊を出力する各セル個別制御部１７０Ａ、１７０Ｂを備えている。
なお、規格化／演算部１１０、  ＤＣ−ＡＶＲ、ＤＣ−ＡＣＲ制御部１２０、直流電圧調整量演算部１３０、直流電圧指令値演算部１４０、交流電圧制御部１５０、正側アーム電圧指令値演算部１６０Ａ、負側アーム電圧指令値演算部１６０Ｂ、正側各セル個別制御部１７０Ａ、負側各セル個別制御部１７０Ｂにより電圧指令生成部が構成され、正側アームに対する電圧指令値と負側アームに対する電圧指令値が生成される。
【００２５】
ＰＷＭ回路１８０Ａ、１８０Ｂは、正側各セル電圧指令値Ｖｃｅｌｌ＋＊、負側各セル電圧指令値Ｖｃｅｌｌ−＊に基づいて、各相の正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の各変換器セル１０のスイッチング素子をＰＷＭ制御するゲート信号を生成する。  生成されたゲート信号により各変換器セル１０内のスイッチング素子２１ｓ、２２ｓ、（３１ｓ、３２ｓ、３４ｓ）が駆動制御され、電力変換器１の出力電圧を所望の値に制御する。
【００２６】
以下では、特にこの発明の要部となる、直流短絡事故時に正側アーム、負側アームそれぞれの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、Ｖｄｃ−＊を演算する、直流電圧指令値演算部１４０について説明する。
はじめに、正側アーム電圧指令値演算部１６０Ａから出力される正側アームの電圧指令値Ｖ＋＊と負側アーム電圧指令値演算部１６０Ｂから出力される負側アームの電圧指令値Ｖ−＊について述べる。正側アームの電圧指令値Ｖ＋＊は、直流電圧指令値演算部１４０から出力される直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊と交流電圧制御部１５０から出力される交流電圧指令値Ｖａｃ＋＊それぞれに応じて決定され、負側アームの電圧指令値Ｖ−＊は、直流電圧指令値演算部１４０から出力される直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊と交流電圧制御部１５０から出力される交流電圧指令値Ｖａｃ−＊それぞれに応じて決定される。つまり、正側及び負側アーム電圧指令値演算部１６０Ａ、１６０Ｂから出力されるアーム電圧指令値Ｖ＋＊、Ｖ−＊は、直流と交流の２つの成分を含む。
【００２７】
正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の変換器セル１０は、正電圧と零電圧が出力可能であるハーフブリッジ構成の変換器セル２０で構成されており、正側アームの変換器セル１０に与える電圧指令値は正の領域に制限される。つまり、正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊は正の値に限定される。また、正側アームの交流電圧指令値Ｖａｃ＋＊の最大振幅は直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊に依存する。
一方、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の変換器セル１０は、正電圧、負電圧および零電圧の出力が可能である１．５ブリッジ構成の変換器セル３０で構成されており、変換器セル内を流れる電流に依存するが、負側アームの変換器セル１０に与える電圧指令値は正負の領域ともに可能である。つまり、負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊は正負ともに選択可能である。また、負側アームの交流電圧指令値Ｖａｃ−＊は正側アームの交流電圧指令値Ｖａｃ＋＊の逆極性となる様に設定する。
【００２８】
直流線路２、３の直流端子Ｐ、Ｎは、正側アームと負側アームを直列接続した構成となっているため、直流端子Ｐ、Ｎには正側アームの電圧指令値Ｖ＋＊と負側のアーム電圧指令値Ｖ−＊の和にほぼ一致した電圧が出力される。正側アームの交流電圧指令値Ｖａｃ＋＊と負側アームの交流電圧指令値Ｖａｃ−＊は逆極性のため、互いに打ち消し合い、直流端子Ｐ、Ｎには正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊と負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊の和にほぼ一致した電圧が出力される。ここで、正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊にＤＣ−ＡＶＲ・ＤＣ−ＡＣＲ制御部１２０で得られた直流電圧指令値Ｋｄｃ＊を与え、負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊に逆極性の直流電圧指令値Ｋｄｃ＊と直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊の和を与えると、直流端子Ｐ、Ｎには直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊が出力される。また、直流線路２、３が短絡している事故において、電力変換器１が直流端子Ｐ、Ｎに上記の直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊の電圧を出力すると、直流線路インピーダンスに応じて、直流線路２、３内に直流電流が流れる。
【００２９】
なお、正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊に直流電圧指令値Ｋｄｃ＊、負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊に逆極性の直流電圧指令値Ｋｄｃ＊を与えた際、直流電圧指令値Ｋｄｃ＊の大きさを交流電圧指令値Ｖａｃ＋＊、Ｖａｃ−＊が出力可能である大きさに設定すれば、交流系統との連系も可能である。
以上のように、負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊を操作することで、事故時において交流系統と連系した状態で、事故検知可能な電流を直流線路２、３に流すことが出来る。なお、事故発生時では直流端子Ｐ、Ｎにアーク電圧が発生するため、アーク電圧に対向する電圧を出力し、直流端子電圧が十分低くなってから、事故検知可能な電流を直流線路２、３に流す。
【００３０】
ここでは、直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、Ｖｄｃ−＊の演算方法について述べる。直流電圧指令値演算部１４０の詳細構成を図６に示す。直流電圧指令値演算部１４０は、ＤＣ−ＡＶＲ・ＤＣ−ＡＣＲ制御部１２０によって得られた直流電圧指令値Ｋｄｃ＊から正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、直流電圧指令値Ｋｄｃ＊と直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊から負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊を演算する。なお、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊は、保護リレー９３が動作する電流レベルが直流線路２、３に流れるのに必要な電圧以上、かつ電力変換器１が停止する過電流レベル以内の電流が流れる電圧以下となる予め設定された値とする。
【００３１】
また、直流電圧指令値演算部１４０の構成においては、正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊は、直流電圧指令値Ｋｄｃ＊を常に与えるように構成する。一方、負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊は、図示しない直流短絡事故検出器により与えられた信号ＤＣｆａｕｌｔ（定常時：０、事故時：１）に基づき、スイッチ１４２を切り替えることにより直流短絡事故の有無で異なる直流電圧指令値を与える。つまり負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊は、定常時「０」では直流電圧指令値Ｋｄｃ＊を与え、事故時「１」では直流電圧指令値Ｋｄｃ＊の逆極性の値と直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊とを加算器１４１により加算した値を与える。
【００３２】
定常時では、直流短絡事故検出信号ＤＣｆａｕｌｔが「０」となるため、正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊および負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊に同成分の直流電圧指令値Ｋｄｃ＊が与えられる。つまり、直流端子Ｐ、Ｎに所定の直流電圧を出力するような指令値を演算する。
一方、直流短絡事故時では、直流短絡事故検出信号ＤＣｆａｕｌｔが「１」となり、直流電圧指令値Ｋｄｃ＊の極性が反転し、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊の値を加算するため、正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊と負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊で異なる直流電圧指令値が与えられる。つまり、直流端子Ｐ、Ｎに直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を出力するような指令値を演算する。
【００３３】
なお、この実施の形態では直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を直流電圧指令値Ｋｄｃ＊に加算し、負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ−＊として与えたが、交流系統と連系可能なレベル以内であれば、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を直流電圧指令値Ｋｄｃ＊に加算し、正側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊として与えてもよい。
【００３４】
この実施の形態１では、上述したように、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の全ての変換器セル１０を負電圧出力可能である変換器セル３０で構成し、正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の変換器セル１０を正電圧と零電圧の出力可能である変換器セル２０で構成する。正側アーム、負側アームの直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、Ｖｄｃ−＊を演算する直流電圧指令値演算部１４０は、直流短絡事故が発生した際に、電力変換器１の交流端には定常時と同様の交流電圧を出力し、電力変換器１の直流端には保護リレー９３が事故判別可能な電流レベルが流れる所定の電圧を出力することが可能となる。これにより、直流線路２、３にその抵抗成分のインピーダンス値に基づいた電流を流すことで、直流線路２、３上の保護リレー９３を動作させて、事故点の検知および除去することが可能となる。
【００３５】
また、上記主回路構成の場合、直流短絡事故時に変換器セル１０がゲートブロックすることで、変換器セル３０のコンデンサ電圧の総和を電力変換器１の直流端子に出力し、事故電流の抑制が可能である。つまり、相アーム内の変換器セル３０の割合を増やすことで、電力変換器１の直流端に出力する電圧が大きくなり、事故電流抑制効果が増加する。
相アーム内の変換器セル３０の割合を増やすことで事故電流抑制効果を増加させた、正側アーム内の変換器セル１０を変換器セル３０または変換器セル２０と変換器セル３０の両方を含むように構成し、負側アーム内の変換器セル１０を変換器セル３０のみで構成した主回路構成においても、電力変換器１の交流端には定常時と同様の交流電圧を出力し、直流端には保護リレー９３が事故判別可能な電流を出力することが可能である。
【００３６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置を図７に基づいて詳細に説明する。図７は、この発明の実施の形態２による電力変換装置の変換器セルとして使用するフルブリッジ構成を採用した変換器セル４０の回路図である。
実施の形態２の電力変換装置は、図２に示す電力変換器１の正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の変換器セル１０をハーフブリッジ構成の変換器セル２０とし、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の変換器セル１０をフルブリッジセルの変換器セル４０で構成したものであり、他の構成は、先の実施の形態１の場合と同一であるので、その説明は省略する。
【００３７】
図７の変換器セル４０は、２つの直列体４５、４６を並列接続し、さらに直列体４５、４６に並列接続され直流電圧を平滑化する直流コンデンサ４９を備えて構成される。各直列体４５、４６は、それぞれダイオード４１ｄ、４２ｄ、４３ｄ、４４ｄが逆並列に接続された複数（図示の場合は２個）のスイッチング素子４１ｓ、４２ｓ、４３ｓ、４４ｓを直列接続して構成される。スイッチング素子４１ｓ、４２ｓ、４３ｓ、４４ｓは、ＩＧＢＴやＧＣＴ等の自己消弧形のスイッチング素子から成り、それぞれダイオード４１ｄ、４２ｄ、４３ｄ、４４ｄが逆並列に接続されて構成されるスイッチ４１、４２、４３、４４が用いられる。
【００３８】
そして、図７に示すように、変換器セル４０は、それぞれの直列体４５、４６の中間接続点となるスイッチング素子４１ｓ、４２ｓの接続点およびスイッチング素子４３ｓ、４４ｓの接続点の端子を出力端Ｐｏ、Ｎｏとし、スイッチング素子４１ｓ、４２ｓ、４３ｓ、４４ｓをオン・オフさせることにより、この出力端Ｐｏ、Ｎｏから、直流コンデンサ３９の両端電圧の大きさにほぼ等しい同極性の正電圧と逆極性の負電圧、および出力端Ｐｏ、Ｎｏがスイッチン素子で短絡された状態の零電圧を出力する。
なお、変換器セル４０は、複数のスイッチング素子またはダイオードの直列体と、この直列体に並列に接続された直流コンデンサとから成り、スイッチング動作により直流コンデンサの電圧を選択的に出力する構成であれば、図７で示した構成に限定されるものではない。
【００３９】
次に電力変換器１の相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ内の変換器セル１０の構成について説明する。正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の変換器セル１０は、図３に示すように直流コンデンサ２９両端の正電圧および零電圧を出力することが可能である変換器セル２０で構成する。また、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の変換器セル１０は、図７に示すように直流コンデンサ４９両端の正電圧、負電圧および零電圧を出力することが可能である変換器セル４０で構成する。
【００４０】
以上の構成により、直流短絡事故時において正側アーム内の変換器セル１０は正の直流電圧と交流系統と連系するような交流電圧を出力するように動作し、負側アーム内の変換器セル１０は負の直流電圧と正側アームと逆極性の交流電圧を出力するように動作する。つまり、直流短絡事故が発生した際、電力変換器１の交流端には定常時と同様の交流電圧を出力するように動作し、電力変換器１の直流端には保護リレー９３が事故判別可能な電流を流すことができる電圧を出力することが可能となる。
【００４１】
事故電流抑制効果が増加するように、正側アーム内の変換器セル１０を変換器セル４０または変換器セル２０と変換器セル４０の両方を含むように構成し、負側アーム内の変換器セル１０を変換器セル４０のみで構成した主回路構成においても、電力変換器１の交流端には定常時と同様の交流電圧を出力し、電力変換器１の直流端には保護リレー９３が事故判別可能な電流を流すことができる電圧を出力することが可能である。
なお、相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ内の変換器セル１０は、少なくとも片側アーム（正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗまたは負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ）のみ負電圧出力可能である変換器セル４０を備えた構成であればよく、正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ内の全ての変換器セル１０を負電圧出力可能である変換器セル４０で構成し、負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ内の変換器セル１０を正電圧と零電圧の出力可能である変換器セル２０で構成してもよい。
【００４２】
実施の形態３．  
次に、この発明の実施の形態３に係る電力変換装置を図８及び図９に基づいて詳細に説明する。図８はこの発明の実施の形態３による電力変換装置における制御装置１００の構成を示すブロック図である。
図８において、直流電流Ｉｄｃに基づき直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を演算する直流電圧調整量演算部１３０を設けた以外は、図５に示す実施の形態１における制御装置１００と同じであり、同一または相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４３】
また、図９はこの実施の形態３による電力変換装置の直流電圧調整量演算部１３０の構成を示しており、減算器１３１と制御器１３２で構成されている。
図９において、直流電圧調整量演算部１３０では、直流線路２、３上の保護リレー９３が動作する電流レベル以上で電力変換器１が保護停止する電流レベル以内の電流を流すような直流電流指令値Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃの差が零に近づくように制御器１３２で制御することにより、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を与えている。
なお、直流電流指令値Ｉｄｃ＊は、直流線路２、３上の保護リレー９３が動作する電流レベル以上で電力変換器１が保護停止する電流レベル以内の電流であれば、直流成分、交流成分または直流成分と交流成分の２つの成分のいずれかを与えてもよい。また、交流成分の代わりに三角波等でもよい。
直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊が直流成分の場合は、直流線路２、３の抵抗成分のインピーダンス値に基づいた電流を直流線路２、３に流すことができ、また交流成分の場合は、直流線路２、３のリアクトル成分のインピーダンス値に基づいた電流を直流線路２、３に流すことができ、これで保護リレー９３を動作させることができる。
【００４４】
以上の構成により、電力変換器１は、その直流端に直流短絡事故時において直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊に応じた電圧を出力することで、直流線路２、３に直流電流を流す。直流電流Ｉｄｃは直流線路２、３上の保護リレー９３による事故検知まで上昇していき、事故を検知すると直流線路２、３上の事故点を挟む直流遮断器９２が開くことで、事故点を除去する。
【００４５】
実施の形態４．  
次に、この発明の実施の形態４に係る電力変換装置を図１０に基づいて詳細に説明する。図１０はこの発明の実施の形態４による電力変換装置における制御装置１００に使用される直流電圧調整量演算部１３０の構成を示す図である。
この実施の形態４による電力変換装置における制御装置１００の構成は、図８と同じであり、そこで使用される直流電圧調整量演算部１３０は、図１０に示すように、比較器１３３、電流調整器１３４、加算器１３５および電圧指令値変換器１３６で構成されている。
この電圧指令値変換器１３６は、直流電流Ｉｄｃの大きさに基づき、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を演算しており、電力変換器１が保護停止する電流レベル以内の電流を流すような直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を与えている。  
【００４６】
図１０に示す直流電圧調整量演算部１３０は、まず比較器１３３により、直流電流Ｉｄｃの大きさが電力変換器１の保護電流レベル以下に設定した値Ｉｃ＿ｐｒｔよりも小さいか判定をする。小さい場合は、比較器１３３は「１」を出力し、電流調整器１３４で電流増加量△Ｉｄｃを乗算して、加算器１３５により直流電流Ｉｄｃに加算する。加算器１３５の出力に電圧指令値変換器１３６で電圧指令値変換ゲインＫｄｃを乗算し、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を演算する。
また、比較器１３３の入力である直流電流Ｉｄｃ＊がＩｃ＿ｐｒｔよりも大きい場合、比較器１３３の出力は「０」となり、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊は前回値を出力する。つまり、直流線路２、３に保護リレー９３が動作可能な直流成分の電流を流すような直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を与える。
【００４７】
以上の構成により、電力変換器１は直流短絡事故時において、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊に応じた電圧を出力することで、直流線路２、３に直流成分の電流Ｉｄｃを流す。直流電流Ｉｄｃは直流線路２、３上の保護リレー９３による事故検知まで上昇していき、事故を検知すると、直流線路２、３上の事故点を挟む直流遮断器９２が開くことで、事故点を除去する。
【００４８】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る電力変換装置を図１１に基づいて詳細に説明する。図１１はこの発明の実施の形態５による電力変換装置における制御装置１００に使用される直流電圧調整量演算部１３０の構成を示す図である。
この実施の形態５による電力変換装置における制御装置１００の構成は、図８と同じであり、そこで使用される直流電圧調整量演算部１３０は、図１１に示すように、比較器１３３、電流調整器１３４、電圧指令値変換器１３６、最大値保持回路１３７、カウンタ１３８および乗算器１３９で構成されている。
【００４９】
図１１において、直流電圧調整量演算部１３０は、まず最大値保持回路１３７により直流電流Ｉｄｃの最大値を保持する。比較器１３３により、直流電流の最大値が電力変換器１の保護電流レベル以下に設定した値Ｉｃ＿ｐｒｔよりも小さいかを判別をする。小さい場合は、比較器１３３は「１」を出力し、大きい場合は「０」を出力する。
カウンタ１３８は「１」が入力されると演算周期毎にカウントアップし、「０」が入力されるとカウントアップを停止する。カウンタ１３８の出力に電流調整器１３４で電流増幅量△Ｉｄｃを乗算し、乗算器１３９により例えば交流電源９の周波数の２倍の周波数をもつ正弦波と乗算する。なお、乗算する値は他の周波数成分の正弦波または、三角波等でもよい。乗算器１３９の出力に電圧指令値変換器１３６により電圧指令値変換ゲインＫｄｃを乗算し、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を演算する。つまり、直流線路２、３に保護リレー９３が動作可能な交流成分の電流を流すような直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊を与える。
【００５０】
以上の構成により、電力変換器１は直流短絡事故時において、直流電圧調整量△Ｖｄｃ＊に応じた電圧を出力することで、直流線路２、３に交流成分などの電流を流す。直流電流Ｉｄｃは直流線路２、３上の保護リレー９３による事故検知まで上昇していき、事故を検知すると直流線路２、３上の事故点を挟む直流遮断器９２が開くことで、事故点を除去する。
【００５１】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６に係る電力変換装置を図１２に基づいて詳細に説明する。図１２はこの発明の実施の形態６による電力変換装置における制御装置１００に使用される正側および負側アーム電圧指令値演算部１６０Ａ、１６０Ｂの構成を示す図である。
この実施の形態６による電力変換装置における制御装置１００の構成は、図５または図８と同じであるので、その説明は省略する。
図１２において、正側アーム電圧指令値演算部１６０Ａ、負側アーム電圧指令値演算部１６０Ｂは、直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、Ｖｄｃ−＊と、交流電圧指令値Ｖａｃ＊と、交流連系有無の信号ＤＣｆａｕｌｔ２に基づいて、正側アーム電圧指令値Ｖ＋＊および負側アーム電圧指令値Ｖ−＊を演算する。
【００５２】
交流連系有無の信号ＤＣｆａｕｌｔ２（連系：０、非連系：１）に基づき、交流出力スイッチ１６１Ａ、１６１Ｂを切り替える。交流連系時「０」では、アーム直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、Ｖｄｃ−＊に交流電圧指令値Ｖａｃ＊を与え、交流非連系時「１」では、アーム直流電圧指令値Ｖｄｃ＋＊、Ｖｄｃ−＊に交流電圧指令値Ｖａｃ＊を零として与える。交流非連系時では、交流系統と連系していないため、変換器セル１０内の直流コンデンサ２９（３９、４９）に蓄積されたエネルギーのみを用いて直流線路２、３に電流を流す。直流電流Ｉｄｃは直流線路２、３上の保護リレー９３による事故検知まで上昇していき、事故を検知すると直流線路２、３上の事故点を挟む直流遮断器９２が開くことで、事故点を除去する。
なお、電力変換器１の相アーム４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ内の変換器セル１０の構成は正側アーム５Ｕ、５Ｖ、５Ｗと負側アーム６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを、変換器セル２０と変換器セル４０の両方を直列接続した構成、実施の形態１、実施の形態２いずれの構成でもよい。
【００５３】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７に係る電力変換装置を図１３に基づいて詳細に説明する。図１３は、この発明の実施の形態７による電力変換装置を使用した３端子ＨＶＤＣシステムの概略構成図である。
図１３に示すように、交流系統９Ａ、９Ｂ、９Ｃと接続された電力変換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、それぞれの直流端子を直流線路２、３で接続することで３端子ＨＶＤＣシステムを構成している。この構成において、直流線路２、３内は、センサ群９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｂ、９１Ｂ’、９１Ｃ、９１Ｃ’、直流遮断器群９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ、９２Ｂ’、９２Ｃ、９２Ｃ’を備える。
図１４は、この発明の実施の形態７による電力変換装置と保護リレーを用いた事故点除去の動作を説明したフローチャート図である。
３端子構成のＨＶＤＣシステムにおいて、直流線路２、３が短絡した場合の、直流事故除去について図１３、図１４に基づいて説明する。
【００５４】
電力変換器１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ）の至近端で直流短絡事故９０が発生した場合（Ｓ１）、各電力変換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、あらかじめ設定した電力変換装置の保護レベル（電流値など）を超過したことを検知し（Ｓ２）、各電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内の全てのスイッチング素子をＯＦＦする（Ｓ３）。スイッチング素子をＯＦＦすることにより、各電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内に流れていた事故電流の抑制が可能となる。
次に、各電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃは直流端に図示しない保護リレーが事故判別可能で各電力変換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃが出力可能な電圧を出力することで（Ｓ４）、センサ群９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｂ、９１Ｂ’、９１Ｃ、９１Ｃ’が事故を検知し、遮断器群９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ、９２Ｂ’、９２Ｃ、９２Ｃ’を開放する（Ｓ５）。事故が除去されると直流線路２、３のインピーダンスが大きくなるため、電力変換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、例えば所定の電流が流れないことを持って直流線路事故の除去を判定する。
また、直流線路２、３から遮断された電力変換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃは交流系統９Ａ、９Ｂ、９Ｃに無効電力を供給するＳＴＡＴＣＯＭとして、動作することも可能である（Ｓ６）。
【００５５】
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８に係る電力変換装置を図１５に基づいて詳細に説明する。図１５は、この発明の実施の形態８による直流短絡事故点判定部を備えた３端子ＨＶＤＣシステムの概略構成図である。
図１５に示すように、直流線路上の遮断器群９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ、９２Ｂ’、９２Ｃ、９２Ｃ’の開閉状態は、直流短絡事故点判定部２００に与えられる。また、直流短絡事故点判定部２００では、直流遮断器の開閉状態を基に、直流短絡事故点を判定し、事故点を除去するように開閉器を操作する指令を各遮断器に与える。
【００５６】
図１６は、この発明の実施の形態８よる電力変換装置と保護リレーを用いた事故点除去の動作を説明したフローチャート図である。
３端子構成のＨＶＤＣシステムにおいて、直流線路２、３が短絡した場合の、直流事故除去および健全な２端子間での送電について図１５、図１６に基づいて説明する。
はじめに、電力変換器１Ａの至近端で直流短絡事故が発生した場合について説明する。直流短絡事故が発生すると（Ｓ１１）、各電力変換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、あらかじめ設定した電力変換装置の保護レベル（電流値など）を超過したことを検知し（Ｓ１２）、各電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内の全てのスイッチング素子をＯＦＦする（Ｓ１３）。スイッチング素子をＯＦＦすることにより、各電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内に流れていた事故電流の抑制が可能となる。
次に、電力変換器１Ａは、その直流端に図示しない保護リレーが事故判別可能で電力変換器１Ａが出力可能な電圧を出力することで（Ｓ１４）、センサ９１Ａが事故を検知し、遮断器９２Ａを開放する（Ｓ１５）。
事故点はセンサ９１Ａと９１Ａ’の間にあるため、変換器１Ａが直流端子に電圧を出力することで、センサ９１Ａ、遮断器９２Ａ、事故点を介して電流が流れる。この電流をセンサ９１Ａが検知し、保護リレーが動作することで遮断器９２Ａのみ開放する。しかし、事故点はセンサ９１Ａと９１Ａ’の間にあるため、このままでは健全端子（電力変換器１Ｂ、１Ｃ）間での送電を行うことが出来ない。
このとき、遮断器９２Ａが開放された信号を直流短絡事故点判定部２００に与え（Ｓ１６）、開放された遮断器が１つであることを判定すると（Ｓ１７）、開放した遮断器９２Ａよりも変換器からみて１つ遠方にある遮断器９２Ａ’を開放する信号を与える（Ｓ１８）。
以上の動作により、事故点を挟む遮断器９２Ａと９２Ａ’を開放したことで直流線路上の事故が除去される。つまり、健全端子（電力変換器１Ｂ、１Ｃ）は事故点の影響を受けないため、送電を開始することが可能となる（Ｓ１９）。
【００５７】
次に、電力変換器１Ｂ（１Ｃ）の至近端で直流短絡事故が発生した場合について説明する。直流短絡事故が発生すると（Ｓ１１）、各電力変換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、あらかじめ設定した電力変換装置の保護レベル（電流値など）を超過したことを検知し（Ｓ１２）、各電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内の全てのスイッチング素子をＯＦＦする（Ｓ１３）。スイッチング素子をＯＦＦすることにより、各電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内に流れていた事故電流の抑制が可能となる。
次に、電力変換器１Ａは、その直流端子に図示しない保護リレーが事故判別可能で電力変換器１Ａが出力可能な電圧を出力することで（Ｓ１４）、センサ９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｂ’（９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｃ’）が事故を検知し、遮断器９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ’  （９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｃ’）を開放する（Ｓ１５）。
事故点はセンサ９１Ｂと９１Ｂ’（９１Ｃと９１Ｃ’）の間にあるため、変換器１Ａが直流端子に電圧を出力することで、センサ９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｂ’（９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｃ’）、遮断器９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ’  （９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｃ’）、事故点を介して電流が流れる。この電流をセンサ９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｂ’（９１Ａ、９１Ａ’、９１Ｃ’）が検知し、保護リレーが動作することで遮断器９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ’  （９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｃ’）を開放する。しかし、事故点はセンサ９１Ｂと９１Ｂ’の間にあるため、このままでは健全端子（電力変換器１Ａ、１Ｃ（１Ｂ））間での送電を行うことが出来ない。
このとき、遮断器９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ’  （９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｃ’）が開放された信号を直流短絡事故点判定部２００に与え（Ｓ１６）、開放された遮断器が複数であることを判定すると（Ｓ１７）、開放した遮断器のうち変換器からみて１番遠方の遮断器９２Ｂ’  （９２Ｃ’）と１つ遠方にある遮断器９２Ｂ（９３Ｃ）を開放し、他の遮断器９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｃ、９２Ｃ’（９２Ａ、９２Ａ’、９２Ｂ、９２Ｂ’）を閉路する信号を与える（Ｓ１８’）。
以上の動作により、事故点を挟む遮断器９２Ｂと９２Ｂ’（９２Ｃと９２Ｃ’）を開放したことにより、健全端子（電力変換器１Ｂ、１Ｃ（１Ｂ））は事故点の影響を受けないため、送電を開始することが可能となる（Ｓ１９）。
【００５８】
また、直流線路２、３から遮断された電力変換器１Ａは交流系統９Ａに無効電力を供給するＳＴＡＴＣＯＭとして、動作することも可能である（Ｓ１９）。
なお、多端子ＨＶＤＣの構成例について、３端子ＨＶＤＣシステムの構成例を図１５に示したが、直流端子数は４端子以上でもよく、直流線路の端子数、接続方法は限定されない。
また、本実施の形態では１台の電力変換装置の出力と直流短絡事故点判定部への通信により遮断器の開閉を行ったが、複数の電力変換装置の出力および直流短絡事故点判定部への通信を用いない構成としても良い。
【００５９】
以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：電力変換器、  ２：正側直流線路、  ３：負側直流線路、  ４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ：相アーム、  ５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ：正側アーム、  ６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ：負側アーム、  ７Ｕ、７Ｖ、７Ｗ：交流接続点、  ８：変圧器、  ９：交流電源、  １０、２０、３０、４０：変換器セル、  ２１、２２、３１、３２、３４、４１、４２，４３、４４：スイッチ、  ２１ｓ、２２ｓ、３１ｓ、３２ｓ、３４ｓ、４１ｓ、４２ｓ，４３ｓ、４４ｓ：スイッチング素子、  ２１ｄ、２２ｄ、３１ｄ、３２ｄ、３４ｄ、４１ｄ、４２ｄ，４３ｄ、４４ｄ：ダイオード、  ２３、３５、３６、４５、４６：直列体、  ２９、３９、４９：直流コンデンサ、  ９０：直流短絡事故、  ９１：センサ、  ９２：直流遮断器、  ９３：保護リレー、  １００：制御装置、  １１０〜１７０：電圧指令生成部（１１０：規格化／演算部、  １２０：ＤＣ−ＡＶＲ、ＤＣ−ＡＣＲ制御部、  １３０：直流電圧調整量演算部、  １４０：直流電圧指令値演算部、  １５０：交流電圧制御部、  １６０Ａ：正側アーム電圧指令値演算部、１６０Ｂ：負側アーム電圧指令値演算部、  １７０Ａ：正側各セル個別制御部、  １７０Ｂ：負側各セル個別制御部、）  １８０Ａ：正側ＰＷＭ回路、  １８０Ｂ：負側ＰＷＭ回路、  ２００：直流短絡事故点判定部。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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