(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の導通および遮断を制御する半導体素子を有して、交流と直流との間で電力変換を行う電圧型の第１電力変換器および電流型の第２電力変換器と、該第１電力変換器および該第２電力変換器を制御する制御部と、を備え、
前記第１電力変換器の直流側の第１直流端子と前記第２電力変換器の直流側の第２直流端子とが直流回路を介して接続されて、異なる交流間において前記直流回路を介した電力授受が行われ、
前記制御部は、
前記第１電力変換器および前記第２電力変換器を起動させる第１起動制御において、
前記第１電力変換器、前記第２電力変換器の内、少なくとも一方が有する前記半導体素子を制御して、前記第１電力変換器の前記第１直流端子における直流電圧を設定された第１電圧値に調整し、かつ前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間で前記直流回路を介して電流が通流する電流経路が確保されるように前記第２電力変換器の前記半導体素子を制御することで、前記直流回路に流れる電流を前記半導体素子の定格電流値以下の第１電流となるように制御する、
電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第１起動制御において、
前記第１電力変換器の前記半導体素子を制御して、該第１電力変換器の前記第１直流端子の電圧を前記第１電圧値に調整すると共に、前記電流経路の確保として、前記第２電力変換器がバイパスペア状態となるように該第２電力変換器の前記半導体素子を制御する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１起動制御の実行後において、
前記第２電力変換器を、前記バイパスペア状態から、電力変換を行う前記半導体素子のスイッチング制御に切り替え、
前記第１電力変換器、前記第２電力変換器の一方を、電流指令値に出力電流を追従させる電流制御を行うように制御して、前記定格電流値の２０％以下であって、且つ負極性とならない大きさを有する第２電流を前記直流回路に連続的に流す第２起動制御を行う、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第２起動制御において、
前記第２電流を前記直流回路に連続的に流しつつ、前記第１、第２電力変換器の内、前記電流制御を行っていない側の第１、第２電力変換器を、前記直流回路の直流電圧を電圧指令値に追従させる電圧制御を行うように制御して、前記直流回路の電圧を設定値まで漸増させる、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記第２起動制御において前記直流回路の電圧を設定値まで漸増した後に、
前記第１、第２電力変換器の内、前記電流制御を行っている方の前記第１、第２電力変換器により前記第２電流を設定値まで漸増させる、
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第１電力変換器から前記第２電力変換器に電力供給する場合の前記第２起動制御において、
前記第２電力変換器を、前記バイパスペア状態から、電力変換を行う前記半導体素子の前記スイッチング制御に切り替えて、該第２電力変換器の電圧制御により前記第２直流端子における直流電圧を前記第１電圧値以下の第２電圧値に制御すると共に、前記第１電力変換器による電流制御により前記第２電流を前記直流回路に連続的に流す、
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１電力変換器の交流側に接続される第１交流回路の短絡容量が閾値以下、あるいは電源喪失状態であって、且つ、前記第１電力変換器が自己消弧型の前記半導体素子とエネルギ蓄積要素とを備えた構成であって、前記第２電力変換器から前記第１電力変換器に電力供給する場合の前記第２起動制御において、
前記制御部は、
前記第２電力変換器による電流制御により前記第２電流を前記直流回路に連続的に流しつつ、前記第２電流により前記第１電力変換器の前記エネルギ蓄積要素を充電し、
前記第２起動制御の実行後において、設定された交流電圧を前記第１電力変換器により出力して、前記第１交流回路に対して電力供給を行う、
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１電力変換器の交流側と、該第１電力変換器の交流側に接続される第１交流回路との連系点において遮断器を備え、
前記制御部は、
前記第１電力変換器から出力される交流電圧が、前記連系点における前記第１交流回路の交流電圧に同期した交流電圧に調整されると、前記遮断器を開状態から閉状態に制御する、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１起動制御において前記第１電流が流れる前記電流経路は、
前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間で前記直流回路を介して構成される閉回路である、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１電圧値は、前記直流回路における抵抗値に基づいて設定される、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第１電圧値は０Ｖ＋前記直流回路の定格電圧の３％、以内の値である、
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
第２電圧値は０Ｖ＋前記直流回路の定格電圧の３％、以内の値である、
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記第１電力変換器は、自己消弧型の前記半導体素子を用いて構成される自励式電力変換器であり、
前記第２電力変換器は、前記半導体素子としてのサイリスタ素子を用いて構成される他励式電力変換器である、
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】
前記第１電力変換器は、
それぞれ正側アームと負側アームとが直列接続され、各相交流線に接続される複数のレグ回路を正負の直流母線間に並列接続して備え、
各前記レグ回路の前記正側アーム、前記負側アームのそれぞれは、互いに直列接続された自己消弧型の前記半導体素子の直列体と、この直列体に並列接続されたエネルギ蓄積要素とから成る変換器セルを複数直列接続して備える、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、分散電源の導入が増加していることから、電力系統に連系される機器が多様化し、電力系統は複雑化している。交直変換装置も多様化しており、電流型変換器、電圧型変換器など様々である。電流型変換器は電圧型変換器に比べ安価なことが多い点、電圧型変換器は電流型変換器に比べ高機能化が可能な点など、それぞれの利点を生かした導入が進んでいる。よって電流型変換器と電圧型変換器とを混在させた構成の送電システム、電流型変換器と電圧型変換器とが直流回路を介して連系される構成の送電システム等が今後ますます増加すると予想される。【０００３】
たとえば、モータ駆動装置、発電機始動装置において、多様化する電力系統への高調波出力低減等の高機能化と安価であることとを両立するために、電源系統側に連系されて交流を直流に変換する変換器は自励式変換器（電圧型変換器）で構成し、モータ、発電機側に連系されて、交流を直流に変換して、モータ、発電機を駆動、始動するための変換器は、低コスト化を目的に他励式変換器（電流型変換器）で構成する送電システムが想定される。このような送電システムとして、以下のような構成の直流送電設備が開示されている。【０００４】
即ち、従来の直流送電設備は、順変換器と、直流送電線と、逆変換器と、制御装置とを備える。順変換器の直流側と逆変換器の直流側とは直流送電線により接続される。順変換器は交流を直流に変換するものであり、他励式変換器で構成される。逆変換器は、直流を交流に変換するものであり、自己消弧素子を有して構成される自励式変換器が用いられる。そして、他励式変換器の交流電圧の大きさに応じて自励式変換器の直流電流を設定し、当該設定した電流値に制御する電流制御特性を有することで、交流電圧の低下の大きさに応じた直流電圧で直流送電を行う（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９９１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の直流送電設備では、他励式変換器（電流型変換器）から自励式変換器（電圧型変換器）に対して送電を行う際において、他励式変換器側の交流系統の交流電圧に応じた直流電圧で直流送電を行うため、他励式変換器側の交流系統において不具合が生じて交流電圧が低下した場合においても運転を停止することなく直流送電が行える。しかしながら、このように電流型変換器と電圧型変換器とを直流送電線により接続した構成の電力変換装置では、電流型変換器と電圧型変換器とを起動する際において、直流送電線に定格を越える過大な電流が通流する場合がある。そのため、これら電流型変換器、電圧型変換器を構成する各素子に不具合が生じる恐れがあるという課題があった。【０００７】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、電流型変換器と電圧型変換器との間で電力融通を行う電力変換装置において、起動時における過電流を防止して、電流型変換器、電圧型変換器を構成する各素子を保護する電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示される電力変換装置は、
電流の導通および遮断を制御する半導体素子を有して、交流と直流との間で電力変換を行う電圧型の第１電力変換器および電流型の第２電力変換器と、該第１電力変換器および該第２電力変換器を制御する制御部と、を備え、
前記第１電力変換器の直流側の第１直流端子と前記第２電力変換器の直流側の第２直流端子とが直流回路を介して接続されて、異なる交流間において前記直流回路を介した電力授受が行われ、
前記制御部は、
前記第１電力変換器および前記第２電力変換器を起動させる第１起動制御において、
前記第１電力変換器、前記第２電力変換器の内、少なくとも一方が有する前記半導体素子を制御して、前記第１電力変換器の前記第１直流端子における直流電圧を設定された第１電圧値に調整し、かつ前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間で前記直流回路を介して電流が通流する電流経路が確保されるように前記第２電力変換器の前記半導体素子を制御することで、前記直流回路に流れる電流を前記半導体素子の定格電流値以下の第１電流となるように制御する、
ものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される電力変換装置によれば、電流型変換器と電圧型変換器との間で電力融通を行う電力変換装置において、起動時における過電流を防止して、電流型変換器、電圧型変換器を構成する各素子を保護する電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による電力変換装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１による電圧型変換器の構成例である。
【図３】実施の形態１による変換器セルの構成例である。
【図４】実施の形態１による電流型変換器の構成例である。
【図５】実施の形態１による電圧型変換器を制御するための第１変換器制御部の構成図である。
【図６】実施の形態１による電流型変換器を制御するための第２変換器制御部の構成図である。
【図７】実施の形態１による電力変換装置の起動時の制御を示すフロー図である。
【図８】実施の形態２による電流型変換器を制御するための第２変換器制御部の構成図である。
【図９】実施の形態２による電力変換装置の起動時の制御を示すフロー図である。
【図１０】実施の形態３による電流型変換器を制御するための第２変換器制御部の構成図である。
【図１１】実施の形態３による電力変換装置の起動時の制御を示すフロー図である。
【図１２】実施の形態４による電圧型変換器を制御するための第１変換器制御部の構成図である。
【図１３】実施の形態４による電力変換装置の起動時の制御を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本実施の形態１による電力変換装置１００について図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１による電力変換装置１００の全体構成を示す概略構成図である。
図１に示すように、電力変換装置１００は、２つの異なる第１交流回路１０Ａ、第２交流回路１０Ｂ間に設けられ、この第１交流回路１０Ａ、第２交流回路１０Ｂ間において双方向の電力授受を行う。
【００１２】
電力変換装置１００は、交流と直流との間で電力変換を行う第１電力変換器としての電圧型変換器２０と、交流と直流との間で電力変換を行う第２電力変換器としての電流型変換器３０と、送電ケーブル等の直流回路４０と、を備える。
電圧型変換器２０の直流側の第１直流端子としての直流端子２０ａと、電流型変換器３０の直流側の第２直流端子としての直流端子３０ａとは、直流回路４０により連系される。こうして、電力変換装置１００は、一方の交流回路（１０Ａ、１０Ｂ）からの交流電力を直流電力へと変換し、その直流電力を直流回路４０を介して送電した後に、再び交流電力へと変換して、他方の交流回路（１０Ｂ、１０Ａ）に対して交流電力の供給を行う。
【００１３】
電圧型変換器２０の交流側は、開閉器１１Ａを介して第１交流回路１０Ａに連系される。また、電流型変換器３０の交流側は、開閉器１１Ｂを介して第２交流回路１０Ｂに連系される。
更に、電力変換装置１００は、これら電圧型変換器２０、電流型変換器３０をそれぞれ制御する、制御部としての第１変換器制御部５０および制御部としての第２変換器制御部６０を備える。第１変換器制御部５０と第２変換器制御部６０とは通信線７０により接続される。
【００１４】
以下、電圧型変換器２０の構成について説明する。
図２は、実施の形態１による電圧型変換器２０の構成例である。
図３は、図２に示す電圧型変換器２０が備える変換器セル１０の構成例である。
【００１５】
図２に示すように、電圧型変換器２０の各相は、正側アーム２２と負側アーム２３とが直列接続され、その接続点である交流端２６が各相交流線に接続されるレグ回路２１で構成される。各相レグ回路２１は、直流回路４０の正負の直流母線４０Ｐ、４０Ｎ間に並列接続される。
各相レグ回路２１の正側アーム２２、負側アーム２３のそれぞれは、複数の変換器セル１０を直列接続したセル群２２ａ、２３ａを有し、これらセル群２２ａ、２３ａに対して、正側リアクトル２４ｐ、負側リアクトル２４ｎがそれぞれ直列に挿入されて構成される。
【００１６】
正側リアクトル２４ｐ、負側リアクトル２４ｎは、セル群２２ａ、２３ａの交流端２６側に挿入されており、正側リアクトル２４ｐと負側リアクトル２４ｎとで、３端子のリアクトル２５を構成する。
なお、正側リアクトル２４ｐ、負側リアクトル２４ｎが挿入される位置は、正側アーム２２、負側アーム２３内のどの位置でも良く、それぞれを複数個備える構成でもよい。
また、電圧型変換器２０の各相の交流端２６は、変圧器２７を介して第１交流回路１０Ａに接続される。
【００１７】
図３に示すように、電圧型変換器２０が備える変換器セル１０は、ＩＧＢＴ（  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧＣＴ（ｇａｔｅ  ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）等の、電流の導通および遮断を制御する自己消弧型の半導体素子としてのスイッチング素子１から構成される。
各スイッチング素子１には、それぞれダイオード２が逆並列に接続されて、スイッチ３が構成される。直列体４は、このスイッチ３を複数（ここでは、２つ）直列接続したものである。
変換器セル１０は、２つの直列体４を並列接続し、直流電圧を平滑化するエネルギ蓄積要素としての直流コンデンサ５を直列体４に更に並列接続して成るフルブリッジ構成である。
【００１８】
このような構成の変換器セル１０は、それぞれの直列体４の中間接続点を出力端とし、スイッチング素子１をオン、オフさせることにより、この出力端から、直流コンデンサ５の両端の電圧の正極性電圧、負極性電圧、あるいは、ゼロ電圧、を選択的に出力する。
なお、変換器セル１０の構成は、自己消弧型のスイッチング素子１により構成される直列体４と、この直列体４に並列に接続された直流コンデンサ５とから構成され、スイッチング素子１により出力端において直流コンデンサ５の正極性電圧、負極性電圧、あるいは、ゼロ電圧を選択的に出力可能な構成であれば、この構成に限定されるものではない。
【００１９】
次に、電流型変換器３０の構成について説明する。
図４は、実施の形態１による電流型変換器３０の構成例である。
電流型変換器３０は、電流の導通および遮断を制御する、自己消弧不能な半導体素子としての複数のサイリスタ素子３１から構成される。直列体３２は、このサイリスタ素子３１を複数（ここでは、２つ）直列接続したものである。
電流型変換器３０は、これら３つの直列体３２を並列接続し、さらにリアクトルＬ３４を直列体３２の中間接続点の交流端子側に接続したものである。
各サイリスタ素子３１はいずれも、負側直流母線４０Ｎ側をカソードに、正側直流母線４０Ｐ側をアノード側に構成される。
【００２０】
なお、長距離ケーブル等の直流母線４０Ｐを介して送電される直流電流は、直流母線４０Ｐによるリアクタンスを介して供給され、この直流母線４０Ｐによるリアクタンス分がリアクタンス成分として機能する。よって、図４における電流型変換器３０においては、直流側におけるリアクトルは必須とはしていない。
なお、図４に示す構成は一例であり、電流型変換器３０は、電流型の変換器であれば、この構成に限定されるものではない。
【００２１】
以下、電圧型変換器２０、電流型変換器３０を制御する、第１変換器制御部５０、第２変換器制御部６０の構成について説明する。
本実施の形態では、第１交流回路１０Ａを３相の交流電源とし、第２交流回路１０Ｂをモータとして、電力変換装置１００が、交流電源である第１交流回路１０Ａからモータである第２交流回路１０Ｂに対して電力供給を行うものとして説明する。
【００２２】
先ず、電圧型変換器２０を制御する第１変換器制御部５０の構成を説明する。
図５は、実施の形態１による電圧型変換器２０を制御するための第１変換器制御部５０の構成図である。
図５に示すように、第１変換器制御部５０は、起動制御部５１と、コンデンサ電圧制御部５２と、直流電圧制御部５３と、直流電流制御部５４と、ゲート信号生成部５５と、を備える。
【００２３】
コンデンサ電圧制御部５２は、電圧型変換器２０が備える各変換器セル１０内の直流コンデンサ５の電圧を設定電圧に追従させるための電圧指令値５２ａを生成する。
直流電圧制御部５３は、電圧型変換器２０の直流側の直流端子２０ａにおける端子電圧を、設定電圧に追従させるための電圧指令値５３ａを生成する。
直流電流制御部５４は、直流回路４０の通流電流を、措定電流値に追従させるための電流指令値５４ａを生成する。
【００２４】
ゲート信号生成部５５は、これらコンデンサ電圧制御部５２、直流電圧制御部５３、直流電流制御部５４から出力された電圧指令値５２ａ、５３ａ、電流指令値５４ａ、に基づいて、電圧型変換器２０の各変換器セル１０内のスイッチング素子１を制御するためのゲート信号Ｇを生成する。
起動制御部５１は、図示しない指令部あるいは外部の操作者等から受信した起動指令に基づいて、これらコンデンサ電圧制御部５２、直流電圧制御部５３、直流電流制御部５４、ゲート信号生成部５５、をそれぞれ動作させる指令信号５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを生成する。この起動制御部５１により行われる指令制御の詳細は後述する。
【００２５】
次に、電流型変換器３０を制御する第２変換器制御部６０の構成を説明する。
図６は、実施の形態１による電流型変換器３０を制御するための第２変換器制御部６０の構成図である。
第２変換器制御部６０は、起動制御部６１と、モータ電流制御部６２と、ゲート信号生成部６３と、を備える。
【００２６】
モータ電流制御部６２は、電流型変換器３０の交流側に接続される第２交流回路１０Ｂ（モータ）の制御に必要な電流値を演算して電流指令値６２ａを生成する。
ゲート信号生成部６３は、モータ電流制御部６２からの電流指令値６２ａに基づき、電流型変換器３０のサイリスタ素子３１を制御するためのゲート信号Ｇを生成する。
起動制御部６１は、これらモータ電流制御部６２、ゲート信号生成部６３、を動作させる指令信号６１ａ、６１ｂを生成する。この起動制御部６１により行われる指令制御の詳細は後述する。
【００２７】
以下、本実施の形態の電力変換装置１００の要部となる、第１変換器制御部５０、第２変換器制御部６０による電圧型変換器２０および電流型変換器３０の起動時の制御、即ち、電力変換装置１００の起動時の制御について説明する。
図７は、実施の形態１による第１変換器制御部５０、第２変換器制御部６０により行われる、電力変換装置１００の起動時の制御を示すフロー図である。
なお、電力変換装置１００の起動前においては、開閉器１１Ａおよび開閉器１１Ｂは共に開状態に制御され、電力変換装置１００は交流側に連系されていない。
【００２８】
先ず、第１変換器制御部５０により電圧型変換器２０を起動する。
第１変換器制御部５０の起動制御部５１は、指令信号５１ａによりゲート信号生成部５５に対して指令を行い、電圧型変換器２０をゲートオフの状態に制御する。
また、起動制御部５１は、開閉器１１Ａを閉状態に制御して、電圧型変換器２０をゲートオフの状態で第１交流回路１０Ａ（交流電源）に連系する（ステップＳ００１）。
電圧型変換器２０の各変換器セル１０内の直流コンデンサ５は、その電圧が設定充電電圧値Ｃ１となるまで充電される（ステップＳ００２）。
【００２９】
次に、第１変換器制御部５０の起動制御部５１は、直流コンデンサ５が設定充電電圧値Ｃ１まで充電された後、指令信号５１ａによりゲート信号生成部５５に対して指令を行い、電圧型変換器２０のスイッチング素子１のゲートのオン、オフを開始する。この時、起動制御部５１は、同時に指令信号５１ｃにより直流電圧制御部５３に対して指令を行い、直流電圧制御部５３において、直流端子２０ａにおける直流電圧が設定された第１電圧値Ｖ１となるように調整する電圧指令値５３ａを生成する。本実施の形態では、この第１電圧値Ｖ１は、零電圧に設定される。
【００３０】
ゲート信号生成部５５は、この電圧指令値５３ａに基づいてゲート信号Ｇを生成する。
電圧型変換器２０は、このゲート信号Ｇに従って各変換器セル１０を制御し、直流端子２０ａにおける直流電圧が零になるように制御する（ステップＳ００３）。
【００３１】
次に、第２変換器制御部６０により電流型変換器３０を起動する。
先ず、第２変換器制御部６０は、起動制御部６１により、開閉器１１Ｂを、開状態から閉状態に制御して、電流型変換器３０を第２交流回路１０Ｂ（モータ）に連系する。
そして、起動制御部６１は、指令信号６１ａによりゲート信号生成部６３に対して指令を行い、電流型変換器３０の直流母線４０Ｐ側に接続されるサイリスタ素子３１と、負側の直流母線４０Ｎに接続されるサイリスタ素子３１とを同時にオンとするバイパスペア状態となるように、電流型変換器３０を制御する（ステップＳ００４）。
【００３２】
このように、電流型変換器３０を起動させる目的でバイパスペア状態とすると、電圧型変換器２０、直流回路４０、電流型変換器３０の間で電流が通流する閉回路が構成される。この時、電圧型変換器２０の直流端子２０ａの直流電圧は、第１電圧値Ｖ１（零電圧）となるように制御されているが、電流型変換器３０は電流源のように動作を行う。電流型変換器３０には電力授受は発生しないため、この時、直流回路４０において、電圧型変換器２０、電流型変換器３０が備える各素子の定格電流値Ｉｍに対して十分小さい電流（第１電流Ｉ１）が通流する。したがって電流型変換器３０に通流する電流も、定格電流値Ｉｍに対して十分小さい電流となる。なお、電圧型変換器２０の直流端子２０ａにおける直流電圧は、この第１電流Ｉ１と直流回路４０（閉回路）の抵抗値とに応じて微少に上昇する。
【００３３】
このように、第１変換器制御部５０の直流電圧制御部５３により指令される第１電圧値Ｖ１とは、電圧型変換器２０および電流型変換器３０を起動させる際において、直流回路４０を介した閉回路において通流する電流が、定格電流値Ｉｍ以下の第１電流Ｉ１となるように設定された電圧値である。
なお、前述のように、本実施の形態では、第１電圧値Ｖ１を零電圧に設定しているが、直流回路４０を介した閉回路において通流する電流が定格電流値Ｉｍ以下となるのであれば、零電圧以上の値に設定されてもよい。第１電圧値Ｖ１は、主に直流回路４０における抵抗値に基づいて設定できる。また、本実施の形態では、第１電圧値Ｖ１は、０Ｖ＋直流回路４０の定格電圧の３％、以内の値となるように設定すると、直流回路４０における電圧を確実に第１電流Ｉ１となるよう制御できる。
【００３４】
以上のステップＳ００１〜ステップＳ００４にて示した制御を行うことで、電圧型変換器２０および電流型変換器３０の起動時において、直流回路４０に通流する電流を定格電流値Ｉｍ以下の第１電流Ｉ１に調整する制御を第１起動制御と称す。
【００３５】
次に、第１変換器制御部５０は、直流電圧制御部５３により直流端子２０ａの直流電圧が零となるように制御しつつ、指令信号５１ｂによりコンデンサ電圧制御部５２に対して指令を行い、各変換器セル１０の直流コンデンサ５の電圧を設定充電電圧値Ｃ２となるまで充電する（ステップＳ００５）。
【００３６】
次に、第２変換器制御部６０は、指令信号６１ｂによりモータ電流制御部６２に対して指令を行い、モータ電流制御部６２において第２交流回路１０Ｂ（モータ）の制御に必要な電流値（第３電流Ｉ３）を演算する。この演算値は、電流指令値６２ａとして通信線７０を介して第１変換器制御部５０に指令される（ステップＳ００６）。
【００３７】
次に、第１変換器制御部５０は、指令信号５１ｄにより直流電流制御部５４に対して指令を行い、電圧型変換器２０の制御を、直流電圧制御部５３による電圧制御から、直流電流制御部５４による電流制御に切り替える（ステップＳ００７）。この時、直流電流制御部５４が出力する電流指令値５４ａは、モータ電流制御部６２により演算された第３電流Ｉ３の値に基づいて生成される。
電圧型変換器２０は、直流電流制御部５４からの電流指令値５４ａと、コンデンサ電圧制御部５２からの電圧指令値５２ａとに基づいて、直流コンデンサ５の電圧を設定充電電圧値Ｃ２に維持しつつ、モータ制御に必要な第３電流Ｉ３を供給する。
【００３８】
第２変換器制御部６０は、指令信号６１ａによりゲート信号生成部６３に対して指令を行い、電流型変換器３０の各サイリスタ素子３１のゲートのオン、オフを行うスイッチング制御を開始して、第２交流回路１０Ｂ（モータ）に対して交流電力を出力する（ステップＳ００８）。
【００３９】
こうして第２交流回路１０Ｂ（モータ）の制御が開始されると、第３電流Ｉ３により第２交流回路１０Ｂ（モータ）が始動される。この時直流端子２０ａ、３０ａの電圧は、モータの誘起電圧および電流型変換器３０による各サイリスタ素子３１に対する点呼角で決まる電圧値となる。
【００４０】
以上に示す第１制御により電力変換装置１００の起動を行うと、電圧型変換器２０、電流型変換器３０に、定格電流値Ｉｍを越える過大な電流が通流したり、過大な電圧が印加されることのない電力変換装置１００の起動を実現できる。
なお、第２交流回路１０Ｂとしてモータを示したが、例えば発電機でもよい。
また、第１交流回路１０Ａ、第２交流回路１０Ｂが、共に電力系統の場合、電力変換装置１００はＢＴＢ（Ｂａｃｋ  Ｔｏ  Ｂａｃｋ）、あるいは、高圧直流送電を行うＨＶＤＣ（Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）システムとして動作する。この場合においても、同様の効果を得ることが可能である。
【００４１】
また、以上では、電圧型変換器２０のスイッチング素子１を制御すると共に、電流型変換器３０のサイリスタ素子３１をバイパスペア状態に制御することで、直流回路４０に通流する電流を定格電流値Ｉｍ以下の第１電流Ｉ１に制御した。
しかしながらこの制御に限定するものではなく、電圧型変換器２０の直流端子２０ａにおける直流電圧が第１電圧値Ｖ１に調整されるのであれば、電圧型変換器２０、電流型変換器３０の少なくとも一方の半導体素子を制御するものでもよい。
【００４２】
上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
電流の導通および遮断を制御する半導体素子を有して、交流と直流との間で電力変換を行う電圧型の第１電力変換器および電流型の第２電力変換器と、該第１電力変換器および該第２電力変換器を制御する制御部と、を備え、
前記第１電力変換器の直流側の第１直流端子と前記第２電力変換器の直流側の第２直流端子とが直流回路を介して接続されて、異なる交流間において前記直流回路を介した電力授受が行われ、
前記制御部は、
前記第１電力変換器および前記第２電力変換器を起動させる第１起動制御において、
前記第１電力変換器、前記第２電力変換器の内、少なくとも一方が有する前記半導体素子を制御して、前記第１電力変換器の前記第１直流端子における直流電圧を設定された第１電圧値に調整することで、前記直流回路に流れる電流を前記半導体素子の定格電流値以下の第１電流となるように制御する、
ものである。
【００４３】
このように、一方の交流回路に連系する電力変換器を電圧型変換器とすることで、交流回路への流出高調波を低減できると共に電力変換装置の高機能化が可能となる。更に、他方の交流回路に連携する電力変換器を電流型変換器とすることで、電力変換装置の余分なコストアップを避けられる。
【００４４】
ここで、電圧型変換器と電流型変換器とを直流回路を介して接続すると、電流型変換器を起動させた際に、この電流型変換器が電流源のように動作することで、直流回路において半導体素子の定格を越える過電流が通流する恐れがある。
本実施の形態の電力変換装置では、これら電圧型変換器および電流型変換器を起動させる第１起動制御において、電圧型変換器の直流端子における直流電圧を設定された第１電圧値に調整することで、直流回路に流れる電流を半導体素子の定格電流値以下の第１電流となるよう制御可能である。これにより、起動時における過電流を防止して、各半導体素子にストレスをかけることない電力変換装置の起動が可能となる。
こうして、高機能で、安価で、且つ、半導体素子を保護可能な信頼性の高い、電力変換装置を提供できる。
【００４５】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記第１起動制御において、
前記第１電力変換器の前記半導体素子を制御して、該第１電力変換器の前記第１直流端子の電圧を前記第１電圧値に調整すると共に、前記第２電力変換器がバイパスペア状態となるように該第２電力変換器の前記半導体素子を制御する、
ものである。
【００４６】
このように、電流型変換器を起動させる目的で該電流型変換器をバイパスペア状態とした際に、直流回路における電圧が零電圧となるような場合でも、直流回路に流れる電流が定格電流値以下となるように、電圧型変換器の半導体素子を制御して、電圧型変換器側の直流端子電圧を第１電圧値に調整する。これにより、電圧型変換器と電流型変換器とが連系された構成の電力変換装置における起動時の過電流を防止できる。
【００４７】
また、通常、電流型変換器は、全ての半導体素子がオフとなって通電電流を遮断すると、直流リアクトル成分による電流により半導体素子に過電圧が印加されるおそれがある。そのため、常時電流を通流させるための電流回路を構成する必要がある。
本実施の形態の電力変換装置では、電流型変換器をバイパスペア状態とし、電圧型変換器と電流型変換器との間で直流回路を介して電流が通流する経路を確保している。これにより起動時において半導体素子に過電圧が印加されることを防止して、更に信頼性の高い電力変換装置を提供できる。
【００４８】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１起動制御において前記第１電流が流れる電流経路は、
前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間で前記直流回路を介して構成される閉回路である、
ものである。
【００４９】
このように、第１起動制御において、電圧型変換器と電流型変換器との間で、電流が通流される閉回路を構成しているため、第１起動時において常時電流が通流する経路を確実に確保できる。
【００５０】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１電圧値は、前記直流回路における抵抗値に基づいて設定される、
ものである。
【００５１】
このように、第１起動制御において、電圧型変換器の直流端子における第１電圧値は、直流回路の抵抗値に基づいて設定される。これにより、第１起動制御において直流回路に通流する電流を、精度良く定格電流値以下の第１電流に調整できる。
【００５２】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１電圧値は０Ｖ＋前記直流回路の定格電圧の３％、以内の値である、
ものである。
【００５３】
このように、第１電圧値を０Ｖ＋直流回路の定格電圧の３％、以内の値とすることで、第１起動制御において直流回路に通流する電流を、確実に定格電流値以下の第１電流に調整できる。
【００５４】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１電力変換器は、自己消弧型の前記半導体素子を用いて構成される自励式電力変換器であり、
前記第２電力変換器は、前記半導体素子としてのサイリスタ素子を用いて構成される他励式電力変換器である、
ものである。
【００５５】
このような構成とすることで、電圧型変換器が連系される交流回路において電源、調相設備を不要として、交流回路に依存しない電力供給が可能となる。また、電流型変換機において効率良く高電流を制御できる。
【００５６】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１電力変換器は、
それぞれ正側アームと負側アームとが直列接続され、各相交流線に接続される複数のレグ回路を正負の直流母線間に並列接続して備え、
各前記レグ回路の前記正側アーム、前記負側アームのそれぞれは、互いに直列接続された自己消弧型の前記半導体素子の直列体と、この直列体に並列接続されたエネルギ蓄積要素とから成る変換器セルを複数直列接続して備える、
ものである。
【００５７】
このように、電圧型変換器は、変換器セルを多重化して構成しているため、変換器容量を大きくすると共に、その出力を合成して出力電圧波形に含まれる高調波を低減できる。
よって、交流系統に流出する高調波電流を更に低減できる。
【００５８】
実施の形態２．
以下、本願の実施の形態２を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図８は、実施の形態２による電流型変換器３０を制御するための第２変換器制御部２６０の構成図である。
図９は、実施の形態２による第１変換器制御部５０、第２変換器制御部２６０により行われる電力変換装置１００の起動時の制御を示すフロー図である。
【００５９】
本実施の形態では、電流型変換器３０側に接続される第２交流回路１０Ｂが、電力系統のような交流電源である場合における電力変換装置１００の起動方法について示す。
また、本実施の形態の電力変換装置１００は、第１交流回路１０Ａから第２交流回路１０Ｂに対して電力供給を行う。
図８に示すように、本実施の形態の第２変換器制御部２６０では、実施の形態１に示した第２変換器制御部６０におけるモータ電流制御部６２が、直流電圧制御部２６２となる。
【００６０】
以下、本実施の形態２の電力変換装置１００の起動時の動作について説明する。
実施の形態１に示した第１起動制御と同様に、本実施の形態においても、ステップＳ００１〜ステップＳ００４を行って第１起動制御を行う。
なお、本実施の形態では第２交流回路１０Ｂとして交流電源を想定しているため、この第１起動制御において電流型変換器３０を第２交流回路１０Ｂに連系する際に、電流型変換器３０のサイリスタ素子３１をゲートオフに制御している（ステップＳ２０３ａ）。
【００６１】
こうして電流型変換器３０がバイパスペア状態に制御され、電圧型変換器２０の直流端子２０ａにおける直流電圧が第１電圧値Ｖ１（零電圧）となるように制御されて、直流回路４０に通流する電流が定格電流値Ｉｍ以下の第１電流Ｉ１に制御される。
【００６２】
第１起動制御が実行されて電圧型変換器２０および電流型変換器３０が起動された後に、第２変換器制御部２６０の起動制御部６１は、指令信号６１ａによりゲート信号生成部６３に対して指令を行い、電流型変換器３０のサイリスタ素子３１のゲートのオン、オフを開始する。起動制御部６１は、このスイッチング制御により電力変換が開始されると、同時に指令信号６１ｂにより、直流電圧制御部２６２に対して指令を行い、直流電圧制御部２６２において、直流端子３０ａにおける直流電圧が設定された第２電圧値Ｖ２となるように調整する電圧指令値２６２ａを生成する。
この第２電圧値Ｖ２は、第１起動制御において電圧型変換器２０の直流端子２０ａが調整される第１電圧値Ｖ１以下の値に設定されており、本実施の形態では、第１電圧値Ｖ１と同じ零電圧である。なお、第２電圧値Ｖ２は、マージンを含んだ０Ｖ＋直流回路４０の定格電圧の３％、以内の値とすればよい。
【００６３】
ゲート信号生成部６３は、この直流電圧制御部２６２からの電圧指令値２６２ａに基づいてゲート信号Ｇを生成する。電流型変換器３０は、このゲート信号Ｇに従って各サイリスタ素子３１を制御して、直流端子３０ａにおける直流電圧が第２電圧値Ｖ２（零電圧）になるように制御する（ステップＳ２０４ａ）。
【００６４】
次に、実施の形態１のステップＳ００５と同様に、電圧型変換器２０の各変換器セル１０内の直流コンデンサ５の電圧を設定充電電圧値Ｃ２となるまで充電する。
【００６５】
次に、第１変換器制御部５０は、指令信号５１ｄにより直流電流制御部５４に対して指令を行い、電圧型変換器２０の制御を、直流電圧制御部５３による電圧制御から、直流電流制御部５４による電流制御に切り替える。
そして、直流電流制御部５４は、定格電流値Ｉｍの２０％以下であって、且つ、電流が断続しない、即ち、ノイズなどの影響により負極性とならない大きさを有する第２電流Ｉ２を、直流回路４０に流す電流指令値５４ａを生成する（ステップＳ２０５ａ）。
この第２電流Ｉ２は、定格電流値Ｉｍの２０％以下であるため、第２交流回路１０Ｂに対して大きな影響は与えない。
【００６６】
次に、第２変換器制御部２６０は、この第２電流Ｉ２が連続的に通流している状態で、指令信号６１ｂにより直流電圧制御部２６２に対して指令を行い、直流電圧制御部２６２において直流端子３０ａの直流電圧を、設定値である定格電圧まで徐々に大きくさせる電圧指令値２６２ａを生成する（ステップＳ２０５ｂ）。
直流端子３０ａにおける直流電圧が定格電圧となった後、第１変換器制御部５０は、直流電流制御部５４において直流電流を設定値である定格電流まで徐々に大きくさせる電流指令値５４ａを生成する（ステップＳ００７）。
【００６７】
以上のステップＳ２０５ａ〜ステップＳ００７に示したように、負極性とならない大きさを有する第２電流Ｉ２を直流回路４０に通流させながら、即ち、定格電流値Ｉｍ以下の微少な電流を直流回路４０に連続的に通流させながら、電力変換装置１００を起動させる制御を第２起動制御と称す。
こうして、電力変換装置１００が起動され、第１交流回路１０Ａから、第２交流回路１０Ｂへの所望の電力供給が開始される（ステップＳ００８）。
【００６８】
上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記第１起動制御の実行後において、
前記第２電力変換器を、前記バイパスペア状態から、電力変換を行う前記半導体素子のスイッチング制御に切り替え、
前記第１電力変換器、前記第２電力変換器の一方を、電流指令値に出力電流を追従させる電流制御を行うように制御して、前記定格電流値の２０％以下であって、且つ負極性とならない大きさを有する第２電流を前記直流回路に連続的に流す第２起動制御を行う、
ものである。
【００６９】
実施の形態１において説明したように、電流型変換器は、全ての半導体素子がオフとなって通電電流を遮断すると、半導体素子に過電圧が印加されるおそれがある。そのため、常時電流を通流させるための電流回路を構成する必要がある。しかし電流型変換器が例えばサイリスタ等の半導体素子で構成される場合に、変換器電流が小さい場合にノイズなどにより電流が負極性となり断続する場合がある。この場合、半導体素子がオフとなって上記電流回路が構成されず、半導体素子に過電圧が印加される恐れがある。
本実施の形態では、電圧型変換器が、負極性とならない大きさを有する第２電流を直流回路に連続的に通流させるものなので、半導体素子への過電圧を更に防止できる。
また、第２電流は、定格電流値の２０％以内に制御されているため、連系される交流回路への過剰な無効電力の出力を防止して、交流系統における系統電圧への影響を抑止できる。こうして、高機能で、安価で、且つ、更に信頼性の高い電力変換装置を提供できる。
【００７０】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記第２起動制御において、
前記第２電流を前記直流回路に連続的に流しつつ、前記第１、第２電力変換器の内、前記電流制御を行っていない側の第１、第２電力変換器を、前記直流回路の直流電圧を電圧指令値に追従させる電圧制御を行うように制御して、前記直流回路の電圧を設定値まで漸増させる、
ものである。
【００７１】
このように、負極性とならない大きさを有する第２電流を直流回路に連続的に通流させつつ、直流回路における電圧を設定値である定格電圧まで立ち上げる。
これにより、半導体素子への過電圧を防止しつつ、連系される交流回路への過剰な無効電力の出力を防止して交流系統に影響を与えない状態で、直流電圧を設定値である定格電圧へ漸増できる。こうして、更に信頼性の高い電力変換装置を提供できる。
【００７２】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記第２起動制御において前記直流回路の電圧を設定値まで漸増した後に、
前記第１、第２電力変換器の内、前記電流制御を行っている方の前記第１、第２電力変換器により前記第２電流を設定値まで漸増させる、
ものである。
【００７３】
ここで、本実施の形態では、第１起動制御において直流回路の電圧を第１設定値（零電圧）としている。そのため、例えば、直流回路の電圧を零電圧の状態で電流を大きくすると、電流型変換器の力率が低下し、出力交流電力は全て無効電力となり、連系する交流回路において大きな影響を与えてしまう。本実施の形態では、直流回路の電圧を漸増させた後に、直流電流を微少な第２電流から設定値である定格電流まで漸増させる。
こうして、直流電圧を大きくして電流型変換器の力率を改善した後に、直流電流を定格電流にすることで、交流系統への過剰な無効電力の出力を防止して、交流系統へ大きな影響を与えない、電力変換装置の起動が可能となる。
【００７４】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記第１電力変換器から前記第２電力変換器に電力供給する場合の前記第２起動制御において、
前記第２電力変換器を、前記バイパスペア状態から、電力変換を行う前記半導体素子の前記スイッチング制御に切り替えて、該第２電力変換器の電圧制御により前記第２直流端子における直流電圧を前記第１電圧値以下の第２電圧値に制御すると共に、前記第１電力変換器による電流制御により前記第２電流を前記直流回路に連続的に流す、
ものである。
【００７５】
このように第１起動制御実行後において、電流型変換器の半導体素子をバイパスペア状態からスイッチング制御に切り替えた際に、電流型変換器の直流端子を一旦第２電圧（零電圧）に制御する。これにより、電流型変換器をスイッチング制御に切り替えた際の、直流回路における直流電圧の急激な電圧変化を抑止して、安定した電力変換装置の起動が可能となる。
【００７６】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
第２電圧値は０Ｖ＋前記直流回路の定格電圧の３％、以内の値である、
ものである。
【００７７】
こうして、電流型変換器をスイッチング制御に切り替えた際の、直流回路における直流電圧の急激な電圧変化を確実に抑止できる。
【００７８】
実施の形態３．
以下、本願の実施の形態３を、上記実施の形態１、２と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１、２と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１０は、実施の形態３による電流型変換器３０を制御するための第２変換器制御部３６０の構成図である。
図１１は、実施の形態３による第１変換器制御部５０、第２変換器制御部３６０により行われる電力変換装置１００の起動時の制御を示すフロー図である。
【００７９】
実施の形態１、２では、電力変換装置１００は、第１交流回路１０Ａから第２交流回路１０Ｂへの電力の授受を行った。本実施の形態における電力変換装置１００は、第２交流回路１０Ｂから第１交流回路１０Ａへの電力の授受を行う。
なお、第１交流回路１０Ａは、特に限定するものではなく、モータ、発電機、電力系統などである。
図１０に示すように、本実施の形態に示す第２変換器制御部３６０は、実施の形態１に示した第２変換器制御部６０におけるモータ電流制御部６２が、直流電流制御部３６２となる。
【００８０】
実施の形態１に示した第１起動制御と同様に、本実施の形態においても、ステップＳ００１〜ステップＳ００４を行って第１起動制御を行う。なお、図１１では、第１起動制御に関するステップＳ００１〜ステップＳ００４の図示は省略した。
なお、この第１起動制御において、電圧型変換器２０の各変換器セル１０内の直流コンデンサ５の充電は、第１交流回路１０Ａがモータの場合は、モータを一時的に逆回転させる等して充電させるとよい。
【００８１】
第１起動制御が実行されて電圧型変換器２０および電流型変換器３０が起動された後に、第２変換器制御部３６０の起動制御部６１は、指令信号６１ａによりゲート信号生成部６３に対して指令を行い、電流型変換器３０のサイリスタ素子３１のゲートのオン、オフを開始する。起動制御部６１は、このスイッチング制御により電力変換が開始されると、同時に指令信号６１ｂにより、直流電流制御部３６２に対して指令を行う。そして、直流電流制御部３６２は、定格電流値Ｉｍの２０％以下であって、且つ、電流が断続しない程度の大きさを有する第２電流を直流回路４０に流す電流指令値３６２ａを生成する（ステップＳ３０５ａ）。
【００８２】
こうして、定格電流値Ｉｍ以下の微少な電流を直流回路４０に連続的に通流させながら、電力変換装置１００を起動させる第２起動制御を開始する。
なお、第２電流は、定格電流値Ｉｍの２０％以下の値に制御されるため、第１交流回路１０Ａに対して大きな影響は与えない。
【００８３】
次に、電圧型変換器２０を制御する第１変換器制御部５０は、直流電圧制御部５３において直流端子２０ａの直流電圧を、設定値である定格電圧まで徐々に大きくさせる電圧指令値５３ａを生成する（ステップＳ３０５ｂ）。
直流端子２０ａにおける直流電圧が定格電圧となった後、第２変換器制御部３６０は、直流電流制御部３６２において直流電流を設定値である定格電流まで徐々に大きくさせる電流指令値３６２ａを生成する（ステップＳ３０７）。
【００８４】
以上に示す制御により電力変換装置１００の起動を行うと、電圧型変換器２０、電流型変換器３０に、定格電流値Ｉｍを越える過大な電流が通流したり、過大な電圧が印加されることなく電力変換装置１００を起動することが可能となる。
こうして、第２交流回路から第１交流回路に電力授受する場合においても、実施の形態１、２と同様に、高機能で、安価で、且つ、半導体素子を保護可能な信頼性の高い、電力変換装置を提供できる。
【００８５】
実施の形態４．
以下、本願の実施の形態４を、上記実施の形態３と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態３と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１２は、実施の形態４による電圧型変換器２０を制御するための第１変換器制御部４５０の構成図である。
図１３は、実施の形態４による第１変換器制御部４５０、第２変換器制御部３６０により行われる電力変換装置１００の起動時の制御を示すフロー図である。
【００８６】
本実施の形態における電力変換装置１００においても、実施の形態３と同様に、第２交流回路１０Ｂから第１交流回路１０Ａへの電力の授受を行う。
図１２に示すように、本実施の形態に示す第１変換器制御部４５０は、実施の形態１に示した第１変換器制御部５０における直流電流制御部５４が、交流電圧制御部４５６となる。
【００８７】
以下、本実施の形態の電力変換装置１００の起動時の制御について説明する。
電力変換装置１００の起動前においては、開閉器１１Ａおよび開閉器１１Ｂは共に開状態に制御され、電力変換装置１００は交流側に連系されていない。
先ず、第２変換器制御部３６０の起動制御部６１は、指令信号６１ａによりゲート信号生成部６３に対して指令を行い、電流型変換器３０をゲートオフの状態に制御する。そして起動制御部６１は、開閉器１１Ｂを閉状態に制御して、電流型変換器３０をゲートオフの状態で第２交流回路１０Ｂに連系する（ステップＳ４０１）。
【００８８】
次に、第１変換器制御部４５０の起動制御部５１は、指令信号５１ａによりゲート信号生成部５５に対して指令を行い、電圧型変換器２０をゲートオフの状態に制御する（ステップＳ４０１ａ）。
この時、開閉器１１Ａは開状態に制御されており、従って電圧型変換器２０は第１交流回路１０Ａとは連系されていない状態である。よって、電圧型変換器２０が備える各変換器セル１０内の直流コンデンサ５は充電されていない状態である。
【００８９】
次に、第２変換器制御部３６０は、実施の形態１のステップＳ００４と同様に、起動制御部６１によりゲート信号生成部６３へ指令を行い、電流型変換器３０をバイパスペア状態となるように制御する。
ここで、電圧型変換器２０内の直流コンデンサ５は充電されていないため、電圧型変換器２０の直流端子２０ａにおける直流電圧は零電圧となる。よって、上記のステップＳ４０１〜ステップＳ００４に示す制御を行うことにより、直流回路４０に通流する電流を定格電流値Ｉｍ以下の第１電流Ｉ１に制御しながら、電力変換装置１００を起動させる第１制御が行われる。
【００９０】
次に、第２変換器制御部３６０の起動制御部６１は、指令信号６１ａによりゲート信号生成部６３に対して指令を行い、電流型変換器３０のサイリスタ素子３１のゲートのオン、オフを開始する。起動制御部６１は、このスイッチング制御により電力変換が開始されると、同時に指令信号６１ｂにより、直流電流制御部３６２に対して指令を行い、直流電流制御部３６２において、定格電流値Ｉｍの２０％以下であって、且つ、電流が断続しない程度の大きさを有する第２電流Ｉ２を直流回路４０に流す電流指令値３６２ａを生成する（Ｓ４０５ａ）。
【００９１】
電流型変換器３０で第２電流Ｉ２を直流回路４０に通流させると、この第２電流Ｉ２により電圧型変換器２０の各変換器セル１０内の直流コンデンサ５が充電される（ステップＳ４０５ａ１）。
【００９２】
次に、第１変換器制御部４５０の起動制御部５１は、直流コンデンサ５が設定充電電圧値Ｃ１まで充電された後、指令信号５１ａによりゲート信号生成部５５に対して指令を行い、電圧型変換器２０のスイッチング素子１のゲートのオン、オフを開始する。この時、起動制御部５１は、同時に指令信号５１ｄにより交流電圧制御部４５６に対して指令を行い、交流電圧制御部４５６において、直流コンデンサ５を設定充電電圧値Ｃ２まで充電する交流電圧指令値４５６ａを生成する（ステップＳ４０５ａ２）。
【００９３】
次に、第１変換器制御部４５０は、この第２電流Ｉ２が連続的に通流している状態で、指令信号５１ｃにより直流電圧制御部５３に対して指令を行い、直流電圧制御部５３において直流端子２０ａの直流電圧を、設定値である定格電圧まで徐々に大きくさせる電圧指令値５３ａを生成する（ステップＳ４０５ｂ）。
直流端子２０ａにおける直流電流が定格電圧となった後、第２変換器制御部３６０は、直流電流制御部３６２において直流電流を設定値である定格電流まで徐々に大きくさせる電流指令値３６２ａを生成する（ステップＳ４０７）。
【００９４】
以上に示す制御により電力変換装置１００の起動を行うと、電圧型変換器２０、電流型変換器３０に、定格電流値Ｉｍを越える過大な電流が通流したり、過大な電圧が印加されることなく電力変換装置１００を起動することが可能となる。こうして、電流型変換器３０に過大なストレスがかからない起動を実現できる。
【００９５】
次に、第１変換器制御部４５０は、交流電圧制御部４５６において、電圧型変換器２０の出力交流電圧が所望の交流電圧となる交流電圧指令値４５６ａを生成する（ステップＳ００８）。
【００９６】
この時、第１交流回路１０Ａが例えば電力系統で、系統がブラックアウト状態で無電源、電源喪失状態である場合は、第１交流回路１０Ａに交流電圧を印加することによりこの電力系統を立ち上げるブラックスタートが可能となる。こうして、交流系統（第１交流回路１０Ａ）内に発電機、調相機等を不要として、交流系統に依存しない電力供給が可能になる。また、第１交流回路１０Ａの電力系統における短絡容量が閾値以下の弱小系統である場合においても、電圧型変換器２０により同様に電力供給が可能である。
【００９７】
また、第１交流回路１０Ａの交流系統に電圧がある場合では、第１交流回路１０Ａと電圧型変換器２０との連系点における交流電圧を、図示しない交流電圧計測部にて計測する。そして、第１変換器制御部４５０の交流電圧制御部４５６は、電圧型変換器２０の出力交流電圧が、計測された交流電圧と同期した電圧になるような交流電圧指令値４５６ａを生成する。
そして、電圧型変換器２０の出力交流電圧が、この連系点における交流電圧と同期すると、起動制御部５１は、開閉器１１Ａを閉状態に制御して、電圧型変換器２０を第１交流回路１０Ａと連系する。この場合、電圧型変換器２０は、交流系統と連系する前から交流系統と同期した交流電圧を生成しているため、交流系統に動揺を与えることなく、系統連系が可能となる。
【００９８】
上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１電力変換器の交流側に接続される第１交流回路の短絡容量が閾値以下、あるいは電源喪失状態であって、且つ、前記第１電力変換器が自己消弧型の前記半導体素子とエネルギ蓄積要素とを備えた構成であって、前記第２電力変換器から前記第１電力変換器に電力供給する場合の前記第２起動制御において、
前記制御部は、
前記第２電力変換器による電流制御により前記第２電流を前記直流回路に連続的に流しつつ、前記第２電流により前記第１電力変換器の前記エネルギ蓄積要素を充電し、
前記第２起動制御の実行後において、設定された交流電圧を前記第１電力変換器により出力して、前記第１交流回路に対して電力供給を行う、
ものである。
【００９９】
このように、第１交流回路が電源喪失状態あるいは弱小系統である場合でも、第２交流回路側からの電力供給を行うことにより電圧型変換器を起動し、電圧型変換器により、交流系統に依存しない電力供給が可能になる。また、第１交流回路側が電源喪失状態である場合は、第１交流回路内に発電機、調相機等を不要として、電力系統を立ち上げるブラックスタートが可能となる。これにより、電力系統における停電などを迅速に解消して、電力系統の安定化に寄与できる。
【０１００】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１電力変換器の交流側と、該第１電力変換器の交流側に接続される第１交流回路との連系点において遮断器を備え、
前記制御部は、
前記第１電力変換器から出力される交流電圧が、前記連系点における前記第１交流回路の交流電圧に同期した交流電圧に調整されると、前記遮断器を開状態から閉状態に制御する、
ものである。
【０１０１】
これにより、電力変換装置を交流系統に動揺を与えることのなく系統連系できる。こうして、高機能で、安価で、信頼性が高く、電力系統の系統状態に依存することのない、電力変換装置を提供できる。
【０１０２】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１０３】
１  スイッチング素子（半導体素子）、４  直列体、５  直流コンデンサ（エネルギ蓄積要素）、１０  変換器セル、２０  電圧型変換器（第１電力変換器）、２１  レグ回路、２２  正側アーム、２３  負側アーム、３０  電流型変換器（第２電力変換器）、４０  直流回路、４０Ｐ，４０Ｎ  直流母線、５０，４５０  第１変換器制御部（制御部）、６０，２６０，３６０  第２変換器制御部（制御部）、１０Ａ  第１交流回路、１０Ｂ  第２交流回路、２０ａ  直流端子（第１直流端子）、３０ａ  直流端子（第２直流端子）、１００  電力変換装置。
【要約】
電力変換装置（１００）は、それぞれ交流と直流との間で電力変換を行う電圧型電力変換器（２０）および電流型電力変換器（３０）と、制御部（５０、６０）と、を備え、交流（１０Ａ、１０Ｂ）間において直流回路（４０）を介した電力授受を行い、制御部（５０、６０）は、電圧型電力変換器（２０）および電流型電力変換器（３０）を起動させる第１起動制御において、電圧型電力変換器（２０）、電流型電力変換器（３０）の内、少なくとも一方の半導体素子を制御して、電圧型変換器（２０）の直流端子（２０ａ）における直流電圧を、設定された第１電圧値に調整することで、直流回路（４０）に流れる電流を半導体素子の定格電流値以下の第１電流となるように制御するものである。【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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