(57)【要約】【課題】交流電力システム２と直流電力システム６とを電力変換装置１で連系して電力送電を制御する電力変換装置１の制御装置において、交流電力システム２のインピーダンスが突然増加しても、交流電圧を崩壊させることなく、電力変換装置１を信頼性良く制御して電力送受電を継続する。【解決手段】電力変換装置１の交流側の電流と指令値との電流偏差ΔIが増加したことを検出してインダクタンス成分が増加したことを検知し、有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*から低減指令値Ps1*に切り替えて、これにより有効電流の指令値IP*を低減させる。【選択図】        図１
2004208439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流回路と交流回路とが電力変換装置を介して接続され、上記電力変換装置の交流側の電流を検出する交流電流検出器と、検出された交流電流が交流電流指令と一致するように上記電力変換装置を制御する電流制御手段とを備えた電力変換装置の制御装置において、上記検出された交流電流と上記交流電流指令との偏差が所定値以上であることを検出する電流異常検出手段と、該電流異常検出手段からの検出信号により上記交流電流指令を低減させる電流指令低減手段とを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
上記電流制御手段は、検出された交流電流が交流電流指令と一致するように上記電力変換装置への交流電圧指令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の制御装置。
【請求項３】
上記電力変換装置の交流側の電圧を検出する交流電圧検出器を備え、上記電流制御手段は、上記交流電圧検出器、上記交流電流検出器から検出された交流電圧、交流電流から有効電流、無効電流をそれぞれ演算し、該有効、無効電流が上記交流電流指令である有効電流指令、無効電流指令にそれぞれ一致するように上記交流電圧指令を出力し、上記電流指令低減手段は、上記電流異常検出手段からの検出信号により上記有効電流指令を低減させることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
検出された交流電圧、交流電流から演算される有効電力が与えられた有効電力指令に一致するように上記有効電流指令を出力する電力制御手段を備え、上記電流指令低減手段は、上記有効電力指令を低減された指令に切り替えることにより上記有効電流指令を低減させることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
外部から与えられる上記有効電力指令が更新されたことを検出して、上記電流指令低減手段による上記有効電力指令の切り替えを解除すること特徴とする請求項４記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項６】
検出された交流電圧、交流電流から演算される有効電力が有効電力指令に一致するように上記有効電流指令を出力する電力制御手段を備え、上記電流指令低減手段は、上記電流異常検出手段からの検出信号により上記電力制御手段からの上記有効電流指令に制限処理を施して上記有効電流指令を低減させることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項７】
上記直流回路の直流電圧を検出し、該直流電圧が直流電圧指令に一致するように上記有効電流指令を出力する電圧制御手段を備え、上記電流指令低減手段は、上記電流異常検出手段からの検出信号により上記電圧制御手段からの上記有効電流指令に制限処理を施して上記有効電流指令を低減させることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項８】
上記電流異常検出手段からの検出信号により、その時点の有効電流値を制限値として上記有効電流指令への上記制限処理に用いることを特徴とする請求項６または７記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項９】
第１の交流回路が第１の電力変換装置を介して、第２の交流回路が第２の電力変換装置を介してそれぞれ直流回路に接続され、上記第１、第２の電力変換装置の交流側の電圧、電流をそれぞれ検出する手段と、上記第１の電力変換装置の交流側電流が第１の交流電流指令と一致するように制御する第１の電流制御手段と、上記直流回路の直流電圧を検出し、該直流電圧が直流電圧指令に一致するように上記第２の電力変換装置の第２の交流電流指令を生成して、上記第２の電力変換装置の交流側電流が上記第２の交流電流指令と一致するように制御する第２の電流制御手段とを備えた電力変換装置の制御装置において、上記第１、第２の電力変換装置の交流側の各電流と上記第１、第２の交流電流指令との偏差が所定値以上であることをそれぞれ検出して検出信号を出力する第１、第２の電流異常検出手段と、該第１、第２の電流異常検出手段のいずれかから上記検出信号が出力されると上記第１の交流電流指令を低減させる電流指令低減手段とを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項１０】
上記第１の電流制御手段は、検出された上記第１の電力変換装置の交流側電圧、電流から有効電流、無効電流をそれぞれ演算し、該有効、無効電流が上記第１の交流電流指令である有効電流指令、無効電流指令にそれぞれ一致するように制御し、上記電流指令低減手段は、上記電流異常検出手段からの上記検出信号により上記有効電流指令を低減させることを特徴とする請求項９記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１１】
検出された上記第１の電力変換装置の交流側電圧、電流から演算される有効電力が与えられた有効電力指令に一致するように上記有効電流指令を出力する電力制御手段を備え、上記電流指令低減手段は、上記有効電力指令を低減された指令に切り替えることにより上記有効電流指令を低減させることを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１２】
上記電流異常検出手段は、上記交流電流と上記交流電流指令との偏差が所定値以上である期間が所定期間を超えたとき、上記検出信号を出力することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１３】
上記偏差が所定値以上である期間の計測は、上記偏差が第２の所定期間連続して上記所定値未満であることを検出して計測値をリセットすることを特徴とする請求項１２記載の電力変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電力システムと直流電力システムとを連系して電力送電を制御する電力変換装置の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交流回路と直流回路とを連系する電力変換器において、従来の電力変換器の制御装置では、以下のような制御がなされていた。電力制御回路は、運転指令装置からの電力指令値と電力検出回路からの有効電力検出値を受けて、その電力偏差を０とする有効電流指令値を出力する。有効分電流制御回路は、自励式変換器（電力変換器）の有効分電流成分を指令値に制御する。無効電力制御回路は、運転指令装置からの無効電力指令値と電力検出回路からの無効電力検出値を受け、無効電力偏差を演算して無効電流指令値を出力する。無効分電流制御回路は、自励式変換器の無効分電流成分を指令値に制御する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３３６８９２号公報（第３−第５頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の電力変換装置の制御装置は、電力変換装置の出力する電力が与えられた指令値に一致するようその出力電流を調節し動作する。このため、交流系統側のインピーダンスが突然増加した場合にも、電力指令値による電力量を出力するよう動作しようとする。
例えば、図１０に示すような電力送電システムでは、交流電源３、並列接続された送電線４ａ、４ｂおよび交流遮断器５ａ〜５ｄから成る交流電力システム２と直流電力システム６とが電力変換装置１で連系され、直流電力システム６から交流電力システム２へ電力を送電する場合、電力変換装置１は直流電力を交流電力に変換して電力を供給し、逆に交流電力システム２から直流電力システム６へ電力を送電する場合、電力変換装置１は交流電源システム３から受電した交流電力を直流電力に変換して直流電力システム６に電力を供給するものであるが、電力変換装置１から交流電源システム３の間のインピーダンスは送電線４ａ、４ｂの並列合成インピーダンスであり、個々の送電線４ａ、４ｂのインピーダンスに比べて小さい。従って、一方の送電線４ａ、４ｂが回線の故障や落雷で交流遮断器５ａ〜５ｄにより遮断されると、電力変換装置１から交流電源システム３までのインピーダンスが大きくなる。特に、２つの回線のインピーダンスの差が大きい場合に、インピーダンスの小さい回線が遮断されたときはインピーダンスの増加が顕著である。このように、交流電力システム３のインピーダンスが突然増加しても、電力変換装置１では、上述したように電力指令値による電力量を出力するよう動作しようとする。
ところで、送電線に流れる送受電電力は、リアクタンスに反比例するものであり、送電線のインピーダンスの主成分であるインダクタンス成分が増加すると、送受電電力の最大値は減少する。このため、交流電力システム２のインピーダンスが突然増加したとき、電力変換装置１が定常時の電力指令値により、送受電能力を越えた電力量を出力するよう動作しようとし、交流電圧が崩壊し、その結果電力を送受電できなくなるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、交流電力システムのインピーダンスが増加しても、交流電圧を崩壊することなく、電力変換装置を信頼性良く制御して電力送受電を継続することができる電力変換装置の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置の制御装置は、直流回路と交流回路とが電力変換装置を介して接続され、上記電力変換装置の交流側の電流を検出する交流電流検出器と、検出された交流電流が交流電流指令と一致するように上記電力変換装置を制御する電流制御手段とを備えた制御装置であって、上記検出された交流電流と上記交流電流指令との偏差が所定値以上であることを検出する電流異常検出手段と、該電流異常検出手段からの検出信号により上記交流電流指令を低減させる電流指令低減手段とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電力変換装置の制御装置を示す構成図である。
図に示すように、交流電力システム２と直流電力システム６とが電力変換装置１で連系され、直流電力システム６から交流電力システム２へ電力を送電する場合、電力変換装置１は直流電力を交流電力に変換して電力を供給し、逆に交流電力システム２から直流電力システム６へ電力を送電する場合、電力変換装置１は交流電力システム２から受電した交流電力を直流電力に変換する。なお、この場合電力変換装置１の交流側が３相の例を示す。
電力変換装置１は電力変換回路１０１、変圧器１０２、コンデンサ１０３で構成され、電力変換装置１の交流側には、交流電流検出器７、交流電圧検出器８が設けられている。電力変換回路１０１は複数の半導体スイッチング素子を備え、制御回路９からのゲートパルス信号による該半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、コンデンサ１０３の直流電圧を交流電圧に変換して変圧器１０２に印加する。交流電流検出器７、交流電圧検出器８は、電力変換装置１交流側の各相の瞬時電流is、瞬時電圧vsをそれぞれ検出し、電力検出器９０１はそれらの電流、電圧から有効電力Psと無効電流Qsとをそれぞれ演算して出力する。
【０００８】
一方、位相検出器９０２は、交流電圧検出器８からの電圧vsを入力として、交流電圧の位相θvを検出し、座標変換器９０３、９０４へ出力する。座標変換器９０３では、交流電流検出器７からの電流isを電圧位相θvを基準として、有効電力Psに係わる有効電流成分IPと無効電力Qsに係わる無効電流成分IQとを演算して出力する。
電力指令切り替え器９１１は、切り替え信号発生器９１０からの切り替え信号Spが１になると、その出力である有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*から事前に設定した低減指令値Ps1*に切り替える。
有効電力制御器９０５ａは、電力検出器９０１からの有効電力Psと、電力指令切り替え器９１１からの有効電力指令値Ps0*とを入力として、有効電力Psが有効電力指令値Ps0*に一致するよう有効電流の指令値IP*を出力する。すなわち、有効電力Psが有効電力指令値Ps0*より小さい場合には有効電流指令IP*を増加し、逆に大きい場合は有効電流指令IP*を減少させる。電力系統では通常運転時には一般に電流に比較して電圧振幅の変動は小さく、この動作により有効電力が制御される。同様に、無効電力制御器９０５ｂは、電力検出器９０１からの無効電力Qsと、与えられた無効電力指令値Qs*とを入力として、無効電力Qsが無効指令値Qs*に一致するように無効電流指令値IQ*を出力する。なお、通常運転時の有効電力の指令値Ps*および無効電力指令値Qs*は、電力送受電に係るシステム全体を制御する制御装置やオペレータから与えられる。
【０００９】
有効電流制御器９０６ａは、座標変換器９０３からの有効電流成分IPと有効電力制御器９０５ａからの有効電流指令値IP*とを入力として、有効電流成分IPが有効電流指令値IP*に一致するように、電力変換回路１０１の出力電圧における、検出された電圧vsと同一位相成分、すなわち有効電流成分IPと同一位相の電圧成分を調節するようその電圧指令値VP*を出力する。無効電流制御器９０６ｂは、座標変換器９０３からの無効電流成分IQと無効電力制御器９０５ｂからの無効電流指令値IQ*とを入力として、無効電流成分IQが無効電流指令値IQ*に一致するように、電力変換回路１０１の出力電圧vcにおける、検出された電圧vsと９０度位相が異なる成分、すなわち無効電流成分IQと同一位相の電圧成分を調節するようその電圧指令値VQ*を出力する。
【００１０】
ところで、変圧器１０２および交流電力システム２のインピーダンスの主成分はインダクタンスであり、電流成分の時間変化率とインダクタンスに印加される電圧とは、
（インダクタンス）・（電流成分変化率）＝（印加電圧）
で表すことができる関係にあり、有効電流成分と無効電流成分を制御する場合、それらと同位相の電圧を調節することにより電流成分の時間変化率を変えることができる。このため、例えば有効電流成分IPがその指令値IP*よりも小さい場合には、電圧指令値VP*を増加することにより電流成分の変化率が増加し、その結果電流成分が大きくなる。逆に電流成分の減少は、電圧指令値VP*を減少させることにより実現することができる。
【００１１】
座標変換器９０４は電流制御器９０６ａ、９０６ｂが出力した電圧指令値VP*、VQ*と、位相検出器９０２からの電圧の基準位相θvとを入力として、電力変換回路１０１が出力すべき各相の電圧に対応した相電圧指令vc*を演算して出力し、そして、変調制御器９０７は、相電圧指令値vc*を入力として、電力変換回路１０１内の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御するゲートパルス信号GPを出力する。例えば、パルス幅変調方式によれば、半導体スイッチング素子の平均スイッチング周波数よりも十分低い周波数帯域で、電力変換回路１０１の出力相電圧vcは指令値vc*に比例するよう制御することができる。
なお、変圧器１０２の巻き線方式に起因した変圧器両端相電圧の位相差が存在する場合、座標変換器９０４ではその位相差を補正するように、VP*、VQ*が変換されて相電圧指令値vc*を出力する。
【００１２】
次に、電力指令切り替え器９１１の基になる切り替え信号発生器９１０からの切り替え信号Spの生成について説明する。
有効電流成分指令IP*と有効電流成分IPとの偏差を減算器９０８ａにて演算し、無効電流成分指令IQ*と無効電流成分IQとの偏差を減算器９０８ｂにて演算する。振幅検出器９０９では、減算器９０８ａ、９０８ｂからの２つの電流成分偏差からその大きさを演算する。電流isの有効電流成分IPは電圧vsと同位相成分、無効電流成分は電圧vsと９０度位相が違う成分であり、減算器９０８ａ、９０８ｂで演算した２つの電流成分偏差も互いに９０度位相が違う成分である。従って、それらの信号から例えば以下のように振幅を求めることができる。
それぞれの成分の偏差をΔIP、ΔIQとし、振幅をΔIとすれば、
ΔI＝√｛（ΔIP）２＋（ΔIQ）２｝
としてΔIを演算する。以下、ΔIを電流偏差と称す。
切り替え信号発生器９１０は、振幅検出器９０９からの電流偏差ΔIを入力として、有効電力指令を切り替える切り替え信号Spを生成して出力する。なお、この振幅検出器９０９および切り替え信号発生器９１０により電流異常検出手段は構成され、切り替え信号Spが電流異常検出手段の検出信号となる。
【００１３】
切り替え信号発生器９１０の詳細な構成の例を図２に示す。
図に示すように、切り替え信号発生器９１０は、比較器９１０ａ〜９１０ｃ、積分器９１０ｄ、９１０ｅ、フリップフロップ９１０ｆ、および論理反転器９１０ｇで構成される。振幅検出器９０９からの電流偏差ΔIは比較器９１０ａに入力され、比較器９１０ａは、電流偏差ΔIがあらかじめ設定した所定値以上になると１を、電流偏差ΔIが該所定値未満であるとき０を出力する。積分器９１０ｄは、比較器９１０ａからの信号を入力として、時間積分することにより比較器９１０ａが１を出力している期間に比例した期間信号を出力する。さらに比較器９１０ｃでは、積分器９１０ｄからの期間信号があらかじめ設定した所定値を越えると１を、期間信号が該所定値以下であるとき０を出力する。即ち、比較器９１０ｃでは、比較器９１０ａが１を出力している期間が所定値を超えると１を出力するように動作する。
【００１４】
一方、積分器９１０ｅには、比較器９１０ａの出力を論理反転器９１０ｇで反転させて入力し、この積分器９１０ｅは上記積分器９１０ｄと同様の動作をする。そして比較器９１０ｂで積分器９１０ｅからの期間信号と所定値とを比較し、期間信号が所定値以上になると１、それ以外は０を出力する。比較器９１０ｂの出力は積分器９１０ｄにリセット信号として入力されて、出力が１のときに積分器９１０ｄは０にリセットされる。また、比較器９１０ａの出力は積分器９１０ｅのリセット信号となり比較器９１０ａの出力が１のときに積分器９１０ｅは０にリセットされる。
従って、電流偏差ΔIが大きくなり、比較器９１０ａの設定値以上となる期間の総和が比較器９１０ｃの設定期間を越えると、比較器９１０ｃの出力が１となる。このとき、電流偏差ΔIが比較器９１０ａの設定値未満となる期間が継続して比較器９１０ｂの設定値以上になると、積分器９１０ｄはリセットし再度比較器９１０ａが１を出力する期間の総和を演算する。
比較器９１０ｃからの出力はフリップフロップ９１０ｆに入力され、比較器９１０ｃの出力が１になると、フリップフロップ９１０ｆの出力（切り替え信号Sp）は１を保持する。
このように、切り替え信号発生器９１０では、電流偏差ΔIが所定値以上となる期間を計測して、その期間が所定期間を越えたとき切り替え信号Spが１となる。
【００１５】
上述したように、電流成分の時間変化率と、変圧器１０２および交流電力システム２のインダクタンス成分に印加される電圧とは比例関係にあり、インダクタンス成分が大きいほど時間変化率が小さくなる。このため、交流電力システム２のインダクタンス成分が増加すると同じ電圧を印加しても電流成分の時間変化率が低下して電流が流れにくい状態となり、電流成分の指令値との偏差ΔIが増加することになる。
この実施の形態では、切り替え信号発生器９１０により、電流偏差ΔIが増加したことを検出してインダクタンス成分が増加したことを検知し、切り替え信号Spとして出力する。また、電流指令低減手段となる電力指令切り替え器９１１は、切り替え信号発生器９１０からの切り替え信号Spが１になると、有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*から低減指令値Ps1*に切り替え、有効電流制御器９０５ａは、低減指令値Ps1*に基づいて有効電流の指令値IP*を出力するため、有効電流の指令値IP*は低減される。
インダクタンス成分が増加すると、送受電電力の最大値は低減するものであったが、低減指令値Ps1*は交流電力システム２のインピーダンスが大きい条件で送受電できる電力量以下にあらかじめ設定されており、これにより信頼性良く電力変換装置１の制御を継続することができる。このように、回線の遮断や電源の脱落などにより交流電力システム２のインピーダンスが増加しても、交流電力システム２の電圧を崩壊することなく、電力変換装置１を信頼性良く制御して電力送受電を継続することができる。
【００１６】
なお、この実施の形態では、切り替え信号Spに応じて有効電力指令値Ps0*を切り替えているが、切り替え信号Spに応じて通常運転時の指令値Ps*にゲインを乗ずるようにして指令値を低減させても同様の効果がある。
また、切り替え信号Spとして切り替え信号発生器９１０内のフリップフロップ９１０fの出力に替えて比較器９１０ａの出力としてもよく、電流偏差ΔIが大きくなった場合に有効電力指令を切り替える切り替え信号Spが同様に１となる。
さらに、切り替え信号発生器９１０において、積分器９１０dのリセット信号を構成しなくてもよく、電流偏差ΔIが大きくなった場合に有効電力指令を切り替える切り替え信号Spが同様に１となる。
またこの実施の形態では、振幅検出器９０９で有効電流成分偏差ΔIPと無効電流成分偏差ΔIQからの振幅（電流偏差）ΔIを演算しているが、主成分となるどちらか一方を振幅ΔIとしても同様の効果がある。
【００１７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置の制御装置を図３に基づいて説明する。
上記実施の形態１では、無効電流指令値IQ*は無効電力制御器９０５ｂにより、無効電力Qsが無効指令値Qs*に一致するように出力されたが、この実施の形態では、無効電流指令値IQ*は交流電圧制御器９１９により出力される。
図３に示すように、交流電圧振幅検出器９２０を備えて、交流電圧検出器８からの電圧vsを入力として電圧vsの振幅を検出し、交流電圧制御器９１９は、交流電圧振幅検出器９２０からの電圧vsの振幅が、与えられた電圧指令値Vs*に一致するよう無効電流指令値IQ*を演算して出力する。
無効電流成分IQが流れると、交流電力システム２のインピーダンスの主成分であるインダクタンス成分の為に、無効電流成分IQと９０度位相が違う電圧が発生し、その結果交流電圧振幅が変化する。このため、無効電流成分IQを調節することで交流電圧制御器９１９にて交流電圧振幅を制御できる。
【００１８】
この実施の形態においても、交流電力システム２のインピーダンスが増加したときの制御動作は実施の形態１と同様であり、切り替え信号発生器９１０により、電流偏差ΔIが増加したことを検出してインダクタンス成分が増加したことを検知し、切り替え信号Spとして出力し、電力指令切り替え器９１１は、有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*から低減指令値Ps1*に切り替える。これにより、有効電流の指令値IP*も低減される。これにより、上記実施の形態１と同様に、回線の遮断や電源の脱落などにより交流電力システム２のインピーダンスが増加しても、交流電力システム２の電圧を崩壊することなく、電力変換装置１を信頼性良く制御して電力送受電を継続することができる。
【００１９】
実施の形態３．
次に、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を図４に基づいて説明する。
上記実施の形態１では、有効電流の指令値IP*は、有効電力制御器９０５ａにより、有効電力Psが有効電力指令値Ps0*に一致するよう出力されたが、この実施の形態では、制限値切り替え器９１２から出力される制限値（Limit）を用いて、有効電力制御器９１３は出力に制限処理を施して有効電流指令値IP*を出力する。
図４に示すように、切り替え信号発生器９１０の切り替え信号Spは電力指令切り替え器９１１と同時に制限値切り替え器９１２に入力される。電力指令切り替え器９１１は、切り替え信号発生器９１０からの切り替え信号Spが１になると、その出力である有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*から事前に設定した低減指令値Ps1*に切り替える。制限値切り替え器９１２は、切り替え信号発生器９１０からの切り替え信号Spが１になると、その出力である制限値を通常運転時の制限値IPmaxから事前に設定した低減制限値IPmax1に切り替える。この通常運転時の制限値IPmaxは、有効電流の指令値IP*が異常に高くなったときに制限するためのもので、通常運転時の有効電流指令値IP*よりも高く設定される。また低減制限値IPmax1は、交流電力システム２のインピーダンスが大きい条件で送受電できる有効電流成分以下にあらかじめ設定される。
【００２０】
有効電力制御器９１３では、有効電力Psが有効電力指令値Ps0*に一致するよう有効電流の指令値を演算し、制限値切り替え器９１２からの制限値を最大値としてその演算値を制限し、また制限値切り替え器９１２の出力の符号反転値（もしくは−１倍した値）を最小値としてその演算値を制限して有効電流指令値IP*を出力する。有効電力指令値Ps0*が低減指令値Ps1*で動作する時には、制限値切り替え器９１２からの制限値は低減制限値IPmax1となり、有効電力指令値Ps0*が通常運転時の指令値Ps*で動作する時には、制限値切り替え器９１２からの制限値は通常運転時の制限値IPmaxとなる。
【００２１】
交流電力システム２のインピーダンスが増加したとき、切り替え信号発生器９１０により、電流偏差ΔIが増加したことを検出してインダクタンス成分が増加したことを検知し、切り替え信号Spとして出力し、電力指令切り替え器９１１は、有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*から低減指令値Ps1*に切り替える。これにより、有効電力制御器９１３にて演算される有効電流の指令値IP*も低減されるが、制限値切り替え器９１２からの制限値も切り替え信号Spにより低減制限値IPmax1に切り替えられており、有効電流の指令値IP*は低減制限値IPmax1により制限処理されて出力される。
【００２２】
一般に、有効電力制御器９１３の増幅ゲインは小さく、有効電流指令値IP*に対する有効電流成分IPの応答速度に比べて、有効電流指令値IP*の変化は遅い。この実施の形態では、交流電力システム２が不慮の動作によりインピーダンスが増加した時、有効電力指令値Ps0*を切り替えると共に、有効電力制御器９１３にて演算される有効電流の指令値IP*を低減制限値IPmax1により制限処理するようにした。このため、交流電力システム２のインピーダンスが増加しても、有効電流指令値IP*を高速に変更することができ、交流電力システム２の電圧崩壊を確実に防止でき、電力変換装置１を信頼性良く制御して電力送受電を継続することができる。
【００２３】
なお、この実施の形態では、制限値切り替え器９１２からの制限値として最大値を与えて動作する例を示したが、最大値、最小値の双方をそれぞれ制限値として与えても良い。
【００２４】
実施の形態４．
次に、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を説明する。
上記実施の形態３において、電力変換装置１が送受電する有効電力は交流電流の有効電流成分の大きさに比例するよう動作するため、交流電力システム２のインピーダンスが増加した時、有効電流指令値IP*が低減制限値IPmax1により制限処理されれば、有効電力も低減され、電力指令切り替え器９１１による有効電力指令値Ps0*の切り替えはなくても良い。
【００２５】
電力指令切り替え器９１１による有効電力指令値Ps0*の切り替えがない場合の別例を図５に基づいて以下に示す。
上記実施の形態３と同様に、制限値切り替え器９１２から出力される制限値（Limit）を用いて、有効電力制御器９１３は出力に制限処理を施して有効電流指令値IP*を出力する。図５に示すように、絶対演算器９１４は有効電流成分IPを入力として、その絶対値を出力する。切り替え信号発生器９１０の切り替え信号Spは制限値切り替え器９１２に入力されると共に、ホルダ９１５に入力され、ホルダ９１５は、切り替え信号発生器９１０からの切り替え信号Spが１になると、絶対演算器９１４から入力されるその時点の有効電流成分IPの絶対値を保持し、出力する。制限値切り替え器９１２は、切り替え信号発生器９１０からの切り替え信号Spが１になると、その出力である制限値を、通常運転時の制限値IPmaxからホルダ９１５出力である保持された有効電流成分IPの絶対値に切り替える。
有効電力制御器９１３では、有効電力Psが有効電力指令値Ps0*に一致するよう有効電流の指令値を演算し、制限値切り替え器９１２からの制限値を用いて、その演算値を制限処理して有効電流指令値IP*を出力する。
【００２６】
交流電力システム２のインピーダンスが増加すると、切り替え信号発生器９１０により、電流偏差ΔIが増加したことを検出してインダクタンス成分が増加したことを検知し、切り替え信号Spとして出力する。このとき、その時点の有効電流成分IPの絶対値をホルダ９１５にて保持し、該有効電流絶対値は制限値切り替え器９１２から制限値として出力され、有効電流指令値IP*は制限処理されて出力される。
【００２７】
上述したように、交流電力システム２のインダクタンス成分が増加すると同じ電圧を印加しても電流成分の時間変化率が低下して電流が流れにくい状態となる。この実施の形態では、インダクタンス成分の増加を検出したとき、切り替え信号Spによりその時点の有効電流成分IPの値を保持して有効電流指令値IP*を制限することにより、その時点のインピーダンスで流し得る有効電流に制限することができる。このため、その時点のインピーダンスで送電できる電力量を送受電するように電力変換装置１を信頼性良く制御でき、交流電力システム２の電圧崩壊を確実に防止でき、電力送受電を継続することができる。
【００２８】
実施の形態５．
次に、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を図６に基づいて説明する。
上記実施の形態３では、有効電流指令値IP*は、有効電力制御器９１３により出力されたが、この実施の形態５では、直流電圧制御器９２１により有効電流指令値IP*を出力する。
図６に示すように、電力変換回路１０１の直流側のコンデンサ１０３の直流電圧Vdcを直流電圧検出器１０にて検出し、直流電圧制御器９２１では、コンデンサ１０３の直流電圧Vdcが与えられた直流電圧指令値Vdc*と一致するように、有効電流成分の指令値が演算され、この演算値は制限値切り替え器９１２からの制限値により制限処理されて有効電流指令値IP*が出力される。また、切り替え信号発生器９１０の切り替え信号Spは制限値切り替え器９１２に入力され、制限値切り替え器９１２は、上記実施の形態３と同様に動作して制限値を切り替える。
【００２９】
電力変換装置１が送受電する有効電力は交流電流の有効電流成分の大きさに比例するよう動作するため、交流電力システム２のインピーダンスの増加時に、有効電流指令値IP*が低減制限値IPmax1により制限処理されることにより、有効電力も低減される。直流電力システム６の直流電圧となるコンデンサ１０３の直流電圧Vdcは一定に制御され、電力変換装置１の電力を低減しても運転を継続することができる。
このように、直流電圧を制御している電力変換装置１においても、交流電力システム２の電圧崩壊を確実に防止でき、電力変換装置１を信頼性良く制御して電力送受電を継続することができる。
【００３０】
実施の形態６．
次に、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を図７に基づいて説明する。
上記実施の形態１で示したように、通常運転時の有効電力の指令値Ps*が、電力送受電に係るシステム全体を制御する制御装置やオペレータから与えられ、電力指令切り替え器９１１により、有効電力指令値Ps0*を切り替える。
電力交流システム２のインピーダンスが回線の遮断等で増加した場合、切り替え信号発生器９１０の切り替え信号Spは１となり、有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*から低減指令値Ps1*に切り替える。システム全体の制御する制御装置やオペレータは、その状態に応じてシステムが安定になるよう電力潮流を再度設定し、新規の電力指令値Ps*を送る。電力指令更新検出器９１６では新規の電力指令値Ps*が送られてきたことを、例えば指令値の変化や通信系の受信検知などにより検知しReset信号として１を出力する。このReset信号は切り替え信号発生器９１０に送られる。
【００３１】
この場合、切り替え信号発生器９１０は、図８に示すようにリセット付きフリップフロップ９１０ｈが設けられ、電力指令更新検出器９１６からのReset信号がリセット付きフリップフロップ９１０ｈのリセットに入力されて、リセット付きフリップフロップの出力が０に変化する。これにより、切り替え信号発生器９１０の切り替え信号Spは１から０となり、電力指令切り替え器９１１は有効電力指令値Ps0*を通常運転時の指令値Ps*に戻す。
これにより、送られてくる有効電力指令値Ps*が更新された後も、電力変換装置１を信頼性良く制御して電力送受電を継続することができる。
【００３２】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７による電力変換装置の制御装置を図９に基づいて説明する。
図９に示すように、第１、第２の交流電力システム（図示せず）とコンデンサ１０３の直流電圧を有する直流回路とがそれぞれ第１、第２の電力変換装置１ａ、１ｂで連系されている。各電力変換装置１ａ、１ｂの交流側には、それぞれ交流電流検出器７ａ、７ｂ、交流電圧検出器８ａ、８ｂが設けられている。
第１の電力変換装置１ａの制御回路９ａについては、電力指令切り替え器９１１の入力側に論理和ゲート（以下、ＯＲ回路９１８と称す）が接続されている以外は、上記実施の形態１と同様である。ＯＲ回路９１８では、制御回路９ａの切り替え信号発生器９１０の出力Spと、第２の電力変換装置１ｂの制御回路９ｂ内の切り替え信号発生器９１０の出力Sp'との論理和を演算して切り替え信号を出力する。
【００３３】
第２の電力変換装置１ｂの制御回路９ｂでは、電力変換回路１０１の直流側のコンデンサ１０３の直流電圧Vdcを直流電圧検出器１０にて検出し、直流電圧制御器９１７では、コンデンサ１０３の直流電圧Vdcが与えられた直流電圧指令値Vdc*と一致するように、有効電流指令値IP*を演算して出力する。ここでは、切り替え信号発生器９１０の出力Sp'を用いて有効電流指令値IP*を低減する処理は行わず、切り替え信号発生器９１０の出力Sp'は第１の電力変換装置１ａの制御回路９ａ内の論理和ゲート９１８に出力される。制御回路９ｂのその他の構成は図１の実施の形態と同様である。
【００３４】
各電力変換装置１ａ、１ｂは交流電力と直流電力とを相互に変換し、その電力量は有効電流成分にほぼ比例する。第２の電力変換装置１ｂの直流側コンデンサ１０３の電圧はそこに流れる電流に依存し、流れ込めばコンデンサ１０３が充電して電圧が上昇、流れ出せばコンデンサ１０３が放電して電圧が低下する。
このコンデンサ１０３に流れ出る電流は、第１、第２の電力変換装置１ａ、１ｂが交流側へ送電する電力量の和にほぼ比例する。
理想的には、例えば第１の電力変換装置１ａが交流側へ送電する場合は、第２の電力変換装置１ｂは直流側へ同じ電力量を送電するので、それらの電力量の和はゼロとなってコンデンサ１０３の直流電圧Vdcは変化しない。実際は、送電電力変動や損失が存在するため、常にコンデンサ１０３の直流電圧Vdcが一定になるよう充放電電流を調節する必要があるが、第２の電力変換装置１ｂの有効電流成分を調節することで実現される。すなわち、直流電圧Vdcがその指令値Vdc*よりも小さいときは、第２の電力変換装置１ｂの交流方向の送電量を小さくし、逆に直流電圧Vdcが指令値Vdc*よりも高い場合は交流方向の送電量を増加する。このように、第１の電力変換装置１ａで送受電電力を調節し、第２の電力変換装置１ｂでコンデンサ１０３の直流電圧Vdcを一定に保つように動作する。
【００３５】
以上のようにこの実施の形態による制御装置は動作するため、第２の電力変換装置１ｂに接続された交流電力システムのインピーダンスが高くなると、第２の電力変換装置１ｂの制御回路９ｂ内の切り替え信号発生器９１０の出力Sp'により、第１の電力変換装置１ａの制御装置９ａ内の電力指令切り替え器９１１に入力されるＯＲ回路９１８からの切り替え信号は１となる。これにより制御装置９ａの有効電力指令値Ps0*を切り替え、第１の電力変換装置１ａの送受電電力が替わることにより第２の電力変換装置１ｂの送受電電力も切り替えることができる。これにより第２の電力変換装置１ｂに接続された交流電圧システムの電圧崩壊を防止することができる。
また、電力指令切り替え器９１１の切り替えは、制御装置９ａの切り替え信号Spにも依存して動作するため、第１の電力変換装置１ａに接続された交流電圧システムのインピーダンスが増加しても同様の効果がある。
【００３６】
なお、図９の構成図では２つの電力変換装置１ａ、１ｂが直流で接続された構成を示しているが、３つ以上の電力変換装置を用いても良く、その場合、１つの電力変換器を第２の電力変換装置１ｂと同様に直流電圧制御を行い、残りの電力変換装置をそれぞれ第１の電力変換装置１ａと同様に制御する。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る電力変換装置の制御装置は、直流回路と交流回路とが電力変換装置を介して接続され、上記電力変換装置の交流側の電流を検出する交流電流検出器と、検出された交流電流が交流電流指令と一致するように上記電力変換装置を制御する電流制御手段とを備えた制御装置であって、上記検出された交流電流と上記交流電流指令との偏差が所定値以上であることを検出する電流異常検出手段と、該電流異常検出手段からの検出信号により上記交流電流指令を低減させる電流指令低減手段とを備えたため、交流回路側のインピーダンスが増加しても、交流電圧を崩壊することなく、電力変換装置を信頼性良く制御して電力送受電を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の制御回路の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による切り替え信号発生器の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２による電力変換装置の制御回路の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による電力変換装置の制御回路の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による電力変換装置の制御回路の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５による電力変換装置の制御回路の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６による電力変換装置の制御回路の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態６による切り替え信号発生器の構成図である。
【図９】この発明の実施の形態７による電力変換装置の制御回路の構成図である。
【図１０】電力送電システムの構成図である。
【符号の説明】
１  電力変換装置、１ａ  第１の電力変換装置、１ｂ  第２の電力変換装置、
２  交流電力システム、６  交流電力システム、
７，７ａ，７ｂ  交流電流検出器、８，８ａ，８ｂ  交流電圧検出器、
９，９ａ，９ｂ  制御回路、１０１  電力変換回路、１０３  コンデンサ、
９０５ａ  有効電力制御器、９０５ｂ  無効電力制御器、
９０６ａ  有効電流制御器、９０６ｂ  無効電流制御器、
９０９  電流異常検出手段としての振幅検出器、
９１０  電流異常検出手段としての切り替え信号発生器、
９１１  電力指令切り替え器、９１２  制限値切り替え器、
９１３  有効電力制御器、９１６  電力指令更新検出器、
９１７  直流電圧制御器、９１８  ＯＲ回路、Vs  交流電圧、is  交流電流、
Ps  有効電力、Qs  無効電力、Ps*  通常指令値、Ps1*  低減指令値、
Ps0*  有効電力指令値、Qs*  無効電力指令値、IP*  有効電流指令値、
IQ*  無効電流指令値、IP  有効電流成分、IQ  無効電流成分、ΔI  電流偏差、
Sp  切り替え信号、Vdc*  直流電圧指令値、Sp'  切り替え信号。
【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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