(57)【要約】【課題】  直流側が直列接続された電圧型自励式変換器を制御するに当たり、有効電力や無効電力の運転点にかかわらず、各変換器ごとの直流電圧を均等に維持しながら、かつシステム全体として直流電圧を一定に保ちつつ必要な有効、無効電力を出力することのできる自励式変換器の制御装置を提供する。【解決手段】  複数の変換器１、１’が直流側で直列に接続されている場合、各変換器ごとの直流電圧の大きさＥｄｎを規格化した値をＰとし、各有効電力運転点をＰ乗した値ＥｄｎＰ、又は、各変換器ごとの直流電圧Ｅｄｎを平均電圧Ｅｄｔで割った値をＰ乗した値（Ｅｄｎ／Ｅｄｔ）Ｐによって、当該変換器の交流出力電圧の振幅を乗算あるいは除算して補正する。【選択図】  図１
2007097246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧の大きさを規格化した値をＰとし、各有効電力運転点をＰ乗した値、又は、各変換器ごとの直流電圧を平均電圧で割った値をＰ乗した値によって、当該変換器の交流出力電圧の振幅を乗算あるいは除算して補正する、ことを特徴とする自励式変換器の制御装置。
【請求項２】
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差に対して、無効電流の指令値をかけた値に比例した大きさで、当該変換器の交流出力電圧の系統側電圧に対する位相差を補正する、ことを特徴とする、自励式変換器の制御装置。
【請求項３】
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧、又は各変換器ごとの直流電圧を平均電圧で割った値に対して、直流電流指令値の正負によって＋１又は−１を乗じた値によって、当該変換器の交流出力電圧の振幅を乗算あるいは除算して補正する、ことを特徴とする自励式変換器の制御装置。
【請求項４】
有効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にある場合には、交流出力電圧の振幅の補正を行なわないよう制御する、ことを特徴とする請求項３に記載の自励式変換器の制御装置。
【請求項５】
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差に対して、無効電力運転点の正負によって＋１又は−１を乗じた値に比例した大きさで、当該変換器の交流出力電圧の系統側電圧に対する位相差を補正する、ことを特徴とする自励式変換器の制御装置。
【請求項６】
無効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にある場合には、位相差の補正を行なわないよう制御する、ことを特徴とする請求項５に記載の自励式変換器の制御装置。
【請求項７】
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
請求項１、請求項３及び請求項４のいずれか１項による交流出力電圧の振幅の補正と、請求項２、請求項５及び請求項６のいずれか１項による交流出力電圧の位相差の補正とのの両方を行なう、ことを特徴とする自励式変換器の制御装置。
【請求項８】
有効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にあり、かつ、各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差のうち少なくとも１つの変換器の電圧偏差が、一定時間以上継続して所定の範囲を逸脱した場合には、当該変換器あるいは直流回路を介して接続される変換器の有効電力制御の指令値を変更する、ことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の自励式変換器の制御装置。
【請求項９】
無効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にあり、かつ、各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差のうち少なくとも１つの変換器の電圧偏差が、一定時間以上継続して所定の範囲を逸脱した場合には、無効電力制御の指令値あるいは交流電圧制御の指令値を変更する、ことを特徴とする、請求項４ないし６のいずれか１項に記載の自励式変換器の制御装置。
【請求項１０】
有効電力運転点及び無効電力運転点の両方がゼロに近い一定の範囲にあり、かつ、各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差のうち少なくとも１つの変換器の電圧偏差が、一定時間以上継続して所定の範囲を逸脱した場合には、有効電力制御の指令値、無効電力制御の指令値あるいは交流電圧制御の指令値のいずれかを変更する、ことを特徴とする、請求項７に記載の自励式変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統において、直流送電／直流連系システム、電力供給システム、あるいは、静止型無効電力補償装置に用いられる電圧型自励式変換器の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる電力系統間で電力を融通する場合、各交流系統に電圧型自励式変換器を設置し、これらの変換器の直流端子間を相互に接続する直流送電／直流連系システムが用いられる。また、電池等の直流電源から交流系統へ電力を供給する場合や静止型無効電力補償装置にも、電圧型自励式変換器が使用される。
【０００３】
電力用の自励式変換器システムでは、スイッチング損失と高調波を減らすため、複数の変換器及び変圧器を接続した多段システムを採用する場合が多い。また高電圧化により損失を低減するため、直流回路側を直列接続する場合がある（例えば、特許文献１参照。）。  図２１は直流側で直列接続された多段自励式変換器システムの構成とこれを制御する制御部のブロック図である。同図において、複数の自励式変換器１、１’の直流側は直列接続され、直流キャパシタ２、２’が直列接続された両端が直流線路や直流電源等に接続される。交流側は系統側巻線が直列接続された複数の変圧器３、３’を介して交流母線４に接続されている。図２１では分かりやすくするために２段システムとしたが、４段、６段、あるいは８段などのシステムが採用される。
【０００４】
ここで、システム全体の直流電圧すなわち端子ＰＮ間の電圧は、一定に保たれるように変換器の有効電力によって制御される。例えば、直流送電システムや直流連系システムなど直流回路を介して２端子以上の変換器システムが接続される場合には、いずれか１つの端子で直流電圧制御が行われ、残りの端子では有効電力制御が行われる。静止型無効電力補償装置の場合には常時直流電圧制御が行われ、適切な有効電力で直流キャパシタを充放電することにより電圧を定格値に維持する。直流電源システムの場合には直流電源が接続されていて端子ＰＮ間の電圧は一定である。図２１では直流電圧制御を行う自励式変換器端子として用いられる変換器システムの構成を示している。
【０００５】
図２１では直流電圧検出回路５により端子ＰＮ間の直流電圧Ｅｄが検出されて指令値Ｅｄｒｅｆとつきあわされ、その差分が直流電圧制御回路６に入力される。一方、交流電圧検出回路７により検出された交流電圧Ｖａｃと交流電流検出回路８により検出された交流電流Ｉａｃから無効電力検出器９により無効電力Ｑが演算され、無効電力の指令値Ｑｒｅｆとつきあわされ、その差分が無効電力制御回路１０に入力される。直流電圧制御回路６及び無効電力制御回路１０はそれぞれ比例積分回路等で構成されており、指令値と検出値の差分がゼロに近づくような制御信号Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆを出力する。Ｉｄｒｅｆは有効電力成分の電流指令値、Ｉｑｒｅｆは無効電力成分の電流指令値として交流電流制御回路１１に加えられる。
【０００６】
自励式変換器では交流出力側において有効電力と無効電力を独立に制御することが可能で、その手段として一般的に直交軸（ｄｑ軸）電流制御が行われる。図２１に示すように、位相検出回路１２により検出された交流電圧位相θと電流検出回路８により得られた変換器の交流出力電流が直交軸変換回路１９に加えられ、三相出力電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔが下記の（１），（２）式により有効電力成分Ｉｄと無効電力成分Ｉｑの直交軸量に変換される。
Ｉα＝（２×Ｉｒ−Ｉｓ−Ｉｔ）／３、Ｉβ＝（Ｉｓ−Ｉｔ）／√３…（１）
Ｉｄ＝１α×ｃｏｓθ＋Ｉβ×ｓｉｎθ、Ｉｑ＝Ｉα×ｓｉｎθ−Ｉβ×ｃｏｓθ
…（２）
【０００７】
ＩｄとＩｑは交流電流制御回路１１に入力され、それぞれが上記の直流電圧制御回路６及び無効電力制御回路１０から与えられた指令値Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆに追従するような交流出力電圧信号Ｖｄｃ、Ｖｑｃが出力され、これらの信号に基づいて各自励式変換器１、１’ごとにパルス発生回路１４、１４’によりスイッチングパルスが与えられる。Ｖｄｃは系統電圧と同位相成分、Ｖｑｃは直交位相成分である。
【０００８】
図２２は図２１に示す従来の制御装置におけるパルス発生回路１４、１４’の詳細な構成を示すブロック図であり、自励式変換器の一般的な制御で使われるパルス幅変調（ＰＷＭ）を行なう場合の回路である。交流電流制御回路１１から与えられた交流出力電圧信号Ｖｄｃ、Ｖｑｃはそれぞれゲイン回路１５、１５’により変換係数Ｋｃｍ倍され、その出力Ｃｍｄ、ＣｍｑはＰＷＭ正弦波信号のｄｑ軸成分の波高値となる。Ｋｃｍは交流定格電圧と直流電圧の比率から、次式によって演算される。
Ｋｃｍ＝Ｋ×Ｖｂａｓｅ／Ｅｄ                                …（３）
ここで、ＫはＰＷＭのパルス数で決まる一定の係数、Ｖｂａｓｅは変圧器２次側電圧定格、Ｅｄは直流電圧の定格値又は検出値である。Ｃｍｄ、Ｃｍｑと系統電圧位相θから次式により、正弦波発生回路１６、１６’でＰＷＭ制御で使用する三相の正弦波信号を発生する。
Ｃｍｒ＝Ｃｍ×ｃｏｓ（θ＋δ）
Ｃｍｓ＝Ｃｍ×ｃｏｓ（θ＋δ−１２０°）
Ｃｍｔ＝Ｃｍ×ｃｏｓ（θ＋δ＋１２０°）
Ｃｍ＝√（Ｃｍｄ２＋Ｃｍｑ２）
δ＝ｔａｎ−１（Ｃｍｑ／Ｃｍｄ））                              …（４）
【０００９】
すなわち、Ｖｄｃ、Ｖｑｃの絶対値が大きいほどＰＷＭ正弦波信号の波高値が大きくなり、結果として変換器出力電圧が大きな値となる。またＶｄｃに対するＶｑｃが大きいほど、系統電圧に対する変換器出力電圧の位相差が大きくなる。
【００１０】
一方、系統電圧位相θに対して、各変換器ごとに異なる値の位相角φ、φ’を加算した値を使って搬送波発生回路１７、１７’でＰＷＭ搬送波信号を発生し、大小比較回路１８、１８’において正弦波発生回路１６、１６’の出力である各相ごとの正弦波信号と突合せを行い、その大小関係によって変換器の各アームに与えるパルス信号を発生する。この結果、変換器１、１’の交流側に矩形波電圧が発生し、ＰＷＭ正弦波信号の波高値が大きいほどこの矩形波の基本波成分が大きくなり、また直流電圧の大きさにも比例する。上記（３）式で示した変換係数はこれらの関係を正確に反映させるためのものである。
【００１１】
以上の結果、変換器はＰＮ間直流電圧Ｅｄを指令値Ｅｄｒｅｆに保つような有効電力、指令値Ｑｒｅｆと等しい無効電力を出力するように、出力電圧の波高値と系統電圧に対する位相差を制御しながら運転する。
【特許文献１】特開２００３−３３０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図２１に示した従来のシステムでは、端子ＰＮ間の直流電圧を指令値に保つような運転が行なわれるが、その際、各変換器ごとの直流電圧、すなわち、ＰＺ間電圧、ＺＮ間電圧が必ずしも等しい値とはならず、極端な場合には一方が負の値、他方が定格の２倍以上の値といったアンバランスが生じ、正常な運転が行なえなくなる。これを防止するために、例えば、各変換器の直流電圧を検出し、それぞれに対して直流電圧制御を行う方法が考えられるが、その場合には変換器ごとに交流電流制御回路も必要となり、制御装置のコストが高くなるという問題がある。また交流電流制御を個別に行うためには変圧器３の１次側は図２１のような直列接続はできず、重列にする必要があって主回路を含めてシステム全体の構成を変更する必要がでてくる。
【００１３】
変圧器３の１次側が直列接続されたシステムで各変換器ごとの直流電圧を制御するためには、出力電圧を調整することにより各変換器個別に有効電力の増減を行なって直流キャパシタ２、２’の充放電を行なう必要がある。この動作原理を図２３のベクトル図で説明する。系統電圧をＶｓ、変換器出力電圧をＶｉ、系統側から変換器へ流れる電流をＩとする。系統電圧Ｖｓと電流Ｉは各変換器共通であり変化しないため、個別に有効電力Ｐを調整するためには変換器出力電圧Ｖｉを変化させる必要がある。ＶｉとＩの同位相成分が有効電力なので、直流電圧を大きくしたい場合、すなわち、有効電力を順変換方向に増加させたい場合には、図２３（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ点線で示すＶｉ’のように変換器出力電圧を変化させればよい。すなわち、（ａ）の順変換器運転時（Ｐ＞０）にはＶｉのＶｄｃ成分すなわち系統電圧と同位相成分を増加させ、（ｂ）の逆変換器運転時（Ｐ＜０）には逆にＶｄｃ成分を減少させる必要がある。さらに、有効電力がゼロで無効電力のみ出力している場合、（ｃ）の誘導性運転時（Ｖｓ＞Ｖｉ）にはＶｉのＶｑｃ成分すなわち系統電圧と直交した成分を遅れ方向に増加させ、（ｄ）の容量性運転時（Ｖｓ＜Ｖｉ）にはＶｑｃ成分を進み方向に増加させる必要がある。このように、変換器個別の直流電圧を調節する場合には有効電力及び無効電力の運転点によって出力電圧を変化させるための操作が異なるという問題がある。
【００１４】
これを解決するために、特許文献１では、有効電力と無効電力の指令値、及び直流電圧の偏差から、適切な加算値を演算してＶｄｃ、Ｖｑｃに割り振ることによって各変換器の直流電圧を均等に制御する方法を提案している。
【００１５】
特許文献１の方式を使用すると運転点に応じた出力電圧の操作が行なえるが、割り振る値を決めるために複雑な演算を行なう必要があり、制御速度の制約を受けたり制御装置が高価になる可能性がある。また、図２３で説明した原理より、有効電力、無効電力ともゼロに近い点で運転していて直流電圧のアンバランスが生じた場合には、補正すべきベクトルの方向が決まらず効果的に電圧の均等制御が行えないという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、直流側が直列接続された電圧型自励式変換器において、有効電力や無効電力の運転点にかかわらず、各変換器ごとの直流電圧を均等に維持しながら、かつシステム全体として直流電圧を一定に保ちつつ必要な有効、無効電力を出力することのできる自励式変換器の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に係る発明は、
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧の大きさを規格化した値をＰとし、各有効電力運転点をＰ乗した値、又は、各変換器ごとの直流電圧を平均電圧で割った値をＰ乗した値によって、当該変換器の交流出力電圧の振幅を乗算あるいは除算して補正する、ことを特徴とする。  請求項２に係る発明は、
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差に対して、無効電流の指令値をかけた値に比例した大きさで、当該変換器の交流出力電圧の系統側電圧に対する位相差を補正する、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧、又は各変換器ごとの直流電圧を平均電圧で割った値に対して、直流電流指令値の正負によって＋１又は−１を乗じた値によって、当該変換器の交流出力電圧の振幅を乗算あるいは除算して補正する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の自励式変換器の制御装置において、有効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にある場合には、交流出力電圧の振幅の補正を行なわないよう制御する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
前記各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差に対して、無効電力運転点の正負によって＋１又は−１を乗じた値に比例した大きさで、当該変換器の交流出力電圧の系統側電圧に対する位相差を補正する、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の自励式変換器の制御装置において、無効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にある場合には、位相差の補正を行なわないよう制御する、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る発明は、
複数の変換器が直流側で直列に接続された電圧型自励式変換器の制御装置において、
請求項１、請求項３及び請求項４のいずれか１項による交流出力電圧の振幅の補正と、請求項２、請求項５及び請求項６のいずれか１項による交流出力電圧の位相差の補正とのの両方を行なう、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の自励式変換器の制御装置において、有効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にあり、かつ、各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差のうち少なくとも１つの変換器の電圧偏差が、一定時間以上継続して所定の範囲を逸脱した場合には、当該変換器あるいは直流回路を介して接続される変換器の有効電力制御の指令値を変更する、ことを特徴とする。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項４ないし６のいずれか１項に記載の自励式変換器の制御装置において、無効電力運転点がゼロに近い一定の範囲にあり、かつ、各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差のうち少なくとも１つの変換器の電圧偏差が、一定時間以上継続して所定の範囲を逸脱した場合には、無効電力制御の指令値あるいは交流電圧制御の指令値を変更する、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、請求項７に記載の自励式変換器の制御装置において、有効電力運転点及び無効電力運転点の両方がゼロに近い一定の範囲にあり、かつ、各変換器ごとの直流電圧と平均値との偏差のうち少なくとも１つの変換器の電圧偏差が、一定時間以上継続して所定の範囲を逸脱した場合には、有効電力制御の指令値、無効電力制御の指令値あるいは交流電圧制御の指令値のいずれかを変更する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数台の変換器が直流側を直列接続して運転している自励式変換器の制御装置において、各変換器の直流電圧間にアンバランスが生じた場合に、有効電力の運転点に応じて各変換器の交流出力電圧の大きさを適切な方向に補正することにより、有効電力運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や有効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。ただし、図２１で説明した従来システムの構成要素と同一の構成要素で本発明と直接関係しない部分については図示を省略した。また関連する要素については、同一を符号を付して重複した説明を省略する。
【００２８】
図１は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１の実施形態の構成を主回路と併せて示したブロック図である。この実施形態は、図２１に示す従来装置に対して、各変換器ごとの直流電圧Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’を検出するための直流電圧検出回路１９、１９’、その検出値に対する規格化回路２０、２０’、有効電力成分の電流指令値Ｉｄｒｅｆと変換器ごとの直流電圧検出値Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’からゲインＫを演算するための演算回路２１、２１’、得られたゲインＫを使ってｄ軸電圧Ｖｄｃに対するゲイン回路１５、１５’の出力に対して、さらに、１／Ｋ倍するゲイン回路２２、２２’を設けた構成になっている。図１では省略しているが、直流電圧制御回路、無効電力制御回路、交流電流制御回路等は、図２１に示す従来装置と同様のものが使用されている。信号Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’は各変換器ごとに異なる信号であるが、電流指令値Ｉｄｒｅｆは各変換器で共通に使用される。規格化回路２０、２０’では各変換器の直流電圧Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’が定格値の場合に「１」となるよう検出値を規格化する。すなわちＥｄｎ、Ｅｄｎ’がシステム全体（ＰＮ間）の定格値の１／２の場合に「１」となる。一方、電流指令値Ｉｄｒｅｆはｐｕ値で与えられており有効電力運転点とほぼ等価である。演算回路２１、２１’では、
Ｋ＝ＥｄｎＰ    Ｋ’＝Ｅｄｎ’Ｐ                              …（５）
（ただしＰ（ｐｕ）＝Ｉｄｒｅｆ（ｐｕ）  順変換方向が正の値）
の演算を行い、ゲイン回路２２、２２’で使用するゲインＫ、Ｋ’を決める。
【００２９】
交流電流制御回路１１から与えられた変換器出力電圧のｄｑ軸成分信号Ｖｄｃ、Ｖｑｃに対しては、従来装置と同様にＫｃｍによるゲイン変換を行った後、ｄ軸成分に対して上記Ｋ、Ｋ’によりさらに１／Ｋ倍、１／Ｋ’倍の補正を行なう。得られた結果をＰＷＭ正弦波信号のｄ軸成分Ｃｍｄ、Ｃｍｄ’として正弦波発生回路１６、１６’に与える。以下の構成は従来装置と同様である。
【００３０】
上記のように構成された第１の実施形態の動作について以下に説明する。図１の制御装置では、システム全体（ＰＮ間）の直流電圧Ｅｄは直流電圧制御回路により定格値に制御される。従って規格化された各変換器の直流電圧Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’の和は２となる。ここで直流電圧が均等、すなわち、Ｅｄｎ＝Ｅｄｎ’＝１の場合、演算回路２１、２１’の出力値はＰ（＝Ｉｄｒｅｆ）の値にかかわらず「１」であり、Ｃｍｄ、Ｃｍｄ’に対する補正は特には行なわない。
【００３１】
直流電圧がアンバランスとなり、例えばＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１となった場合、変換器が順変換器運転（Ｐ＞０）をしておれば、変換器１側のＫはＥｄｎＰ＞１、変換器１’側のＫ’はＥｄｎ’Ｐ＜１となる。これにより、変換器１側の交流電圧のｄ軸成分Ｃｍｄは絶対値が小さくなるように補正され、逆に変換器１’側ではＣｍｄ’の絶対値が大きくなるように補正される。図２３で説明したようにＰ＞０運転時にはｄ軸成分を大きくすると直流電圧が大きくなるように作用するため、上記の動作で変換器１側はＥｄｎが小さくなるように、変換器１’側はＥｄｎ’が大きくなるようにそれ制御される。
【００３２】
同様に直流電圧がＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１となり、変換器が逆変換器運転（Ｐ＜０）の場合には、（５）式のＰが負の値なので変換器１側のＫはＥｄｎＰ＜１、変換器１’側のＫ’はＥｄｎ’Ｐ＞１となる。これにより、変換器１側の交流電圧ｄ軸成分Ｃｍｄは絶対値が大きくなるように補正され、変換器１’側ではＣｍｄ’の絶対値が小さくなるように補正される。図２３でＰ＜０運転時にはｄ軸成分を小さくすると直流電圧が大きくなるように作用するため、上記の動作で変換器１側はＥｄｎが小さくなるように、変換器１’側はＥｄｎ’が大きくなるようにそれぞれ制御される。
【００３３】
かくして、第１の実施形態によれば、有効電力の運転点が順変換器運転であっても、逆変換器運転であっても、個別の変換器の直流電圧が定格より大きくなった場合には電圧を下げるように、定格より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、全体の直流電圧は直流電圧制御により定格に保たれることによって、有効電力運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や有効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００３４】
図２は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路１４を示した図である。この図２では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示した第１の実施形態と同様に、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この第２の実施形態は、図１に示す第１の実施形態に対して、平均値演算回路２３を設け、各変換器の直流電圧検出値Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’の平均値Ｅｄｔを求めている。得られた値を演算回路２１に与え、演算回路２１では（５）式の代わりに、
Ｋ＝（Ｅｄｎ／Ｅｄｔ）Ｐ    Ｋ’＝（Ｅｄｎ’／Ｅｄｔ）Ｐ            …（６）
（ただしＰ（ｐｕ）＝Ｉｄｒｅｆ（ｐｕ）  順変換方向が正の値）
の演算を行なう。その他の構成は図１に示す第１の実施形態と同じである。
【００３５】
上記のように構成された第２の実施形態の動作について以下に説明する。静止型無効電力補償装置や直流電源システム、あるいは周波数変換装置など、直流線路を介さない直流連系システムの場合はシステム全体の直流電圧は電圧制御により定格値で運転されている。しかし、例えば、長距離の直流送電システムで有効電力制御を行っている端子は、電圧降下の影響で例えば定格の９５％の電圧などで運転を行なっている場合がある。そうしたシステムで第１の実施形態を適用すると、変換器問の電圧が均等であっても補正係数Ｋが１ではなくなり、両変換器が同じ方向の補正を行ってシステム全体としての運転点が変動してしまう虞れがある。
【００３６】
図２に示した第２の実施形態は、そのようなシステムに適用するもので、（６）式のように平均電圧に対する個別の直流電圧の比率に対してＰ乗して補正係数Ｋを求めることで、平均値よりも電圧の上がった変換器ではそれを下げるように、平均値よりも電圧の下がった変換器では上げるように動作して、システム全体の電圧は変化しないようにする。
【００３７】
かくして、第２の実施形態によれば、有効電力の運転点が順変換器運転であっても、逆変換器運転であっても、個別の変換器の直流電圧が平均値より大きくなった場合には電圧を下げるように、平均値より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、有効電力運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や有効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００３８】
図３は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路１４を示した図である。図３では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１の第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この第３の実施形態は、図２に示す第２の実施形態に対して、直流電圧平均値Ｅｄｔの代わりに規格化したシステム全体の直流電圧Ｅｄを使用するものである。直流電圧Ｅｄ（ｐｕ）は図２１の従来装置で示すように直流電圧検出回路５により検出されるＰＮ間電圧を規格化した値である。この値は第２の実施形態における平均電圧Ｅｄｔと等価であり、第３の実施形態は第２の実施形態と同等に作用する。
【００３９】
上記のように構成された第３の実施形態の動作について以下に説明する。この実施形態では、有効電力の運転点が順変換器運転であっても、逆変換器運転であっても、個別の変換器の規格化された直流電圧がシステム全体の規格化された直流電圧より大きくなった場合には電圧を下げるように、システム全体の規格化された直流電圧より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、有効電力運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や有効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００４０】
図４は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路１４を示した図である。この実施形態では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１の第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。これは、図３に示す第３の実施形態に対して、ゲイン回路２２をゲイン回路１５の出力部分ではなく正弦波発生回路１６の出力側である三相正弦波信号経路に挿入したものである。
【００４１】
図４に示す第４の実施形態を使用した場合、変換器の直流電圧が大きくなり（Ｅｄｎ＞Ｅｄ）順変換器運転であればＫ＞１なので正弦波発生回路１６の出力である三相正弦波信号は波高値が小さくなる。変換器の直流電圧が大きくなり（Ｅｄｎ＞Ｅｄ）逆変換器運転であればＫ＜１なので三相正弦波信号は大きくなる。変換器の直流電圧が小さくなった場合には逆方向に動作する。
【００４２】
かくして、第４の実施形態によれば、変換器の直流電圧が大きくなり（Ｅｄｎ＞Ｅｄ）順変換器運転であればＫ＞１なので正弦波発生回路１６の出力である三相正弦波信号は波高値が小さくなる。変換器の直流電圧が大きくなり（Ｅｄｎ＞Ｅｄ）逆変換器運転であればＫ＜１なので三相正弦波信号は大きくなる。変換器の直流電圧が小さくなった場合には逆方向に動作する。
【００４３】
図５は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第５の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路１４を示した図である。この実施形態では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１の第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。これは、図３に示す第３の実施形態に対して、ゲイン回路２２をＰＷＭ正弦波信号のｄ軸成分Ｃｍｄ側だけでなくｑ軸成分Ｃｍｑの経路にも挿入したものである。
【００４４】
図５に示す第５の実施形態を使用した場合には、変換器の直流電圧が大きくなり（Ｅｄｎ＞Ｅｄ）順変換器運転であれば、ＰＷＭ正弦波信号のｄ軸成分Ｃｍｄ及びｑ軸成分Ｃｍｑが１／Ｋ倍されて小さくなる。変換器の直流電圧が大きくなり（Ｅｄｎ＞Ｅｄ）逆変換器運転であれば、Ｃｍｄ及びｑ軸成分Ｃｍｑが１／Ｋ倍されて大きくなる。すなわち、（４）式より、第５の実施形態は、第４実施形態とは構成は異なるが作用は同じである。
【００４５】
上述した第１の実施形態から第３の実施形態までは、ゲインＫによる補正をＰＷＭ正弦波信号すなわち交流出力電圧のｄ軸成分（系統電圧と同位相成分）に対してのみ行なっていたが、第４の実施形態と第５の実施形態ではｄｑ軸両成分に対して行なうという違いがある。この差について以下に説明する。
【００４６】
図２３のベクトル図で説明したように無効電力Ｑ＝０で有効電力が順方向あるいは逆方向で運転している場合に各変換器ごとに有効電力を制御するためには、変換器出力電圧のｄ軸成分を補正すればよい。ここでｑ軸成分も変化させると変換器ごとに無効電力も変化する。しかし実際の運転では無効電力は必ずしもゼロではなく、ｄ軸成分のみの補正では逆に無効電力が変化する場合もある。以上のように厳密な最適補正値を得るためには有効電力と無効電力両方の運転点からｄ軸、ｑ軸それぞれの補正量を演算する必要があるが、本発明の目的は、常時は直流電圧が均等、すなわち、補正が行なわれていない状態で、アンバランスが生じかけた場合にそれを抑え込む動作をさせることである。従って、厳密な補正量を演算しなくても補正の方向が正しければ同等の効果が得られると考えられる。
【００４７】
これを確認するためにシミュレーション解析を実施した。図６に解析結果の波形を示す。このケースでは４段の変換器が直流側で直列に接続されていて、有効電力Ｐ＝−０．６ｐｕ（逆変換器運転）、無効電力Ｑ＝＋０．５ｐｕ（誘導性運転）で起動した後、無効電力を−０．５ｐｕ（容量性運転）に反転している。図６（ａ）は補正を行なわない場合、（ｂ）はｄ軸成分のみに第３の実施形態による補正を行なった場合、（ｃ）はｄｑ軸両方に第５の実施形態による補正を行なった場合の、有効／無効電力出力波形と各変換器の直流電圧波形である。この結果から、補正を行なわないと変換器ごとに直流電圧に差が出て安定に運転できないが、ｄ軸のみの補正、及びｄｑ両軸の補正の場合には、両ケースともシステム全体の有効、無効電力出力には影響を与えることなく直流電圧を均等に制御できることが確認できた。
【００４８】
この結果、第４又は第５の実施形態によれば、有効電力の運転点が順変換器運転であっても、逆変換器運転であっても、個別の変換器の規格化された直流電圧がシステム全体の規格化された直流電圧より大きくなった場合には電圧を下げるように、システム全体の規格化された直流電圧より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、有効電力運転点に関わうず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や有効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００４９】
ところで、上述した第４の実施形態あるいは第５の実施形態では、演算回路２１において各変換器の直流電圧ＥｄｎとＰＮ間直流電圧Ｅｄを使ってゲインＫを演算しているが、第１の実施形態と同様にＥｄｎのみによる演算、あるいは第２の実施形態と同様にＥｄｎと平均電圧Ｅｄｔを使用した演算を行なう構成としても、同等の効果を得ることができる。また、各実施形態とも有効電力運転点（Ｐ）として、直流電圧制御回路あるいは有効電力制御回路の出力信号である有効電流指令値Ｉｄｒｅｆを使用しているが、その代わりに有効電流検出値ＩｄあるいはＩｄに対して１次遅れ回路等で平滑化を行なった信号を使用しても同等の効果を得ることができる。
【００５０】
図７は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第６の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示す図である。図７では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示す請求項１の第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この第６の実施形態は、図２１に示す従来装置に対して、各変換器ごとの直流電圧Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’より平均電圧を求める平均値演算回路２３、得られた平均値Ｅｄｔと変換器ごとの直流電圧Ｅｄｎの偏差分を演算するための加算器２５、比例回路あるいは比例積分回路等で構成されるゲイン回路２６、このゲイン回路２６の出力と無効電力制御回路１０の出力値である無効電流指令値Ｉｑｒｅｆの乗算を行なう乗算器２７を設け、さらに、パルス発生回路１４の内部において加算器２８で、乗算器２６の出力値を位相検出回路から与えられる系統電圧位相θに加算し、その結果として得られる値を正弦波発生回路１６に加えて、（４）式で示す２相→３相変換を行なう。その他の構成は従来装置と同様に構成されている。
【００５１】
上記にように構成された第６の実施形態の動作について以下に説明する。直流電圧が均等、すなわち、Ｅｄｎ＝Ｅｄｎ’の場合は平均値Ｅｄｔ＝Ｅｄｎとなるため、その偏差分、すなわち、加算器２５、ゲイン回路２６の出力はゼロであり、乗算器２７の出力も無効電力の運転点、すなわち、Ｉｑｒｅｆ（Ｑ）の値にかかわらずゼロとなる。直流電圧がアンバランスとなり、例えばＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１となった場合、変換器が誘導性無効電力運転（Ｑ＞０）をしておれば、変換器１側の加算器２５、ゲイン回路２６、及び乗算器２７の出力は負の値となり、それが負符号で加算器２８により系統電圧位相θに加算される。これにより、正弦波発生回路１６で作成される三相正弦波信号、すなわち、変換器１の出力電圧の位相が進み方向に変化する。図２３のベクトル図で説明したようにＱ＞０運転時には出力電圧の位相を遅れ方向に変化させると直流電圧が大きくなるように作用するため、上記の動作で変換器１側はＥｄｎが小さくなるように、逆に変換器１’側はＥｄｎ’が大きくなるように制御される。
【００５２】
同様に、直流電圧がＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１で変換器が容量性無効電力運転（Ｑ＜０）の場合には、変換器１側の加算器２５、ゲイン回路２６はの出力は負の値となるが、乗算器２７の出力が正の値となり、それが負符号で加算器２８により系統電圧位相θに加算されるため、出力電圧は遅れ方向に変化する。図２３のベクトル図で説明したようにＱ＜０運転時には出力電圧の位相を進み方向に変化させると直流電圧が大きくなるように作用するため、上記の動作で変換器１側はＥｄｎが小さくなるように、逆に変換器１’側はＥｄｎ’が大きくなるように制御される。
【００５３】
かくして、第６の実施形態によれば、無効電力の運転点が誘導性であっても容量性であっても、個別の変換器の直流電圧が定格より大きくなった場合には電圧を下げるよう、定格より小さくなった場合には電圧を上げるよう制御され、全体の直流電圧は直流電圧制御により定格に保たれることによって、無効電力運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や無効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００５４】
図８は本発明に係る電力変換器の第７の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示す図である。図８では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１の第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１’側にも適用される。図８に示す第７の実施形態の構成は、図７に示す第６の実施形態に対して、平均値Ｅｄｔの代わりにシスデ云全体の直流電圧検出値、すなわち、ＰＮ間直流電圧Ｅｄ（ｐｕ）を使用するものである。規格化した値であれば平均値ＥｄｔはＥｄと等価であるため、第７の実施形態は第６の実施形態と同様に作用し、同等の効果を得ることができる。
【００５５】
なお、第６及び第７の実施形態は両方とも、無効電力運転点（Ｑ）として、無効電力制御回路の出力信号である無効電流指令値Ｉｑｒｅｆを使用しているが、交流電圧制御を行っている変換器システムでは交流電圧制御回路の出力信号である無効電流指令値Ｉｑｒｅｆを使用して同等の効果を得ることができる。また、無効電流検出値Ｉｑ、あるいはＩｑに対して１次遅れ回路等で平滑化を行なった信号を使用しても同等の効果が得られる。
【００５６】
図９は本発明に係る電力変換器の第８の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示している。図９では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示す請求項１の第１の実施形態と同様に、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この実施形態は、図３に示す第３の実施形態に対して、有効電流指令値Ｉｄｒｅｆの正負を判定する正負判定回路２９、演算回路３０、３１、及び正負判定回路２９の出力によって演算回路３０及び演算回路３１の出力のうちどちらか一方を選択するように切り替えを行うスイッチ回路３２を設けたものである。演算回路３０では、規格化された各変換器の直流電圧Ｅｄｎ（ｐｕ）と規格化されたシステム全体の直流電圧Ｅｄ（ｐｕ）からゲインＫとして、Ｅｄｎ／Ｅｄの値を演算する。演算回路３１では、ゲインＫとしてＥｄ／Ｅｄｎの値を演算する。それぞれの値がスイッチ回路３２の入力端子に加えられる。スイッチ回路３２では正負判定回路２９から与えられた信号が「正」の場合は演算回路３０、「負」の場合は演算回路３１の出力を選択し、その値をゲイン回路２２に加える。その他の構成は図３に示す第３の実施形態と同じである。
【００５７】
上記のように構成された第８の実施形態の動作について説明する。直流電圧が均等の場合はＥｄ（ｐｕ）＝Ｅｄｎ（ｐｕ）となるため、演算回路３０、３１の出力値は双方とも「１」である。従って有効電力の運転点にかかわらずゲイン回路２２へ与えられる値は「１」であり、出力電圧信号に対する補正は行なわれない。直流電圧がアンバランスとなり、例えば、Ｅｄｎ＞Ｅｄ、Ｅｄｎ’＜Ｅｄとなった場合、変換器１側では演算回路３０の出力＞１、演算回路３１の出力＜１である。ここで変換器が順変換器運転（Ｐ＞０）をしていれば、スイッチ回路３２で演算回路３０の出力が選択されてゲイン回路２２に加えられるため、交流出力電圧ｄ軸成分Ｖｄｃの値は小さくなるように補正される。
【００５８】
同様に、直流電圧がＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１で変換器が逆変換器運転（Ｐ＜０）の場合には、スイッチ回路３２で演算回路３１の出力が選択されてゲイン回路２２に加えられるため、出力電圧のｄ軸成分Ｖｄｃの値は大きくなるように補正される。図２３のベクトル図で説明したように、Ｐ＞０の時はｄ軸成分を小さくすれば直流電圧は低下し、Ｐ〈０の時はｄ軸成分を大きくすれば直流電圧が低下する。変換器１’側では逆に直流電圧を上げるように作用する。以上のように直流電圧が上がった変換器では、それを下げるように、直流電圧が下がった変換器では上げるように、交流出力電圧に対して補正が行われる。
【００５９】
かくして、第８の実施形態によれば、有効電力の運転点が順変換器運転であっても、逆変換器運転であっても、個別の変換器の規格化された直流電圧がシステム全体の規格化された直流電圧より大きくなった場合には電圧を下げるように、システみ全体の規格化された直流電圧より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、有効電力運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ、変換器全体の直流電圧や有効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００６０】
図１０は本発明に係る電力変換器の第９の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示した図である。図１０では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１の第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１，側にも設けられる。図１０に示す第９の実施形態は、図９に示す第８の実施形態に対して、演算回路３０、３１において各変換器の直流電圧Ｅｄｎのみを使用し、Ｋ＝Ｅｄｎ、Ｋ＝１／Ｅｄｎの演算を行なうものである。その他の構成は同じである。静止型無効電力補償装置のように自端で常に直流電圧制御を行うシステムや直流電源システム、あるいは直流線路を介さない直流連系シろテムでは直流回路全体の電圧は定格（１ｐｕ）に保たれて運転しているので、Ｅｄ＝１であり、第９の実施形態を使用した場合も第８の実施形態と同等の効果を得ることができる。これは、第３の実施形態に対する第１の実施形態の関係と同じである。
【００６１】
なお、上述した第８及び第９の実施形態において、各変換器の直流電圧の平均値Ｅｄｔを求める平均値演算回路を設け、演算回路３０、３１においてＥｄｎとＥｄｔを使った演算を行なっても同等の効果が得られる。これは、第３の実施形態に対する第２の実施形態の関係と同じである。また、第４の実施形態と同様に、ゲイン回路２２による補正を正弦波発生回路１６の出力信号である三相正弦波信号に対して行なった場合、第５の実施形態と同様に、ゲイン回路２２による補正をｄ軸とｑ軸の両方に対して行なった場合も同等の効果が得られる。
【００６２】
図１１は本発明に係る電力変換装置の第１０の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示した図である。図１１では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示す第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この実施形態は、図９に示す第８の実施形態に対して、レベル判定回路３３、スイッチ回路３４を設けたものである。レベル判定回路３３では、有効電流Ｐの運転点、すなわち、有効電流指令値Ｉｄｒｅｆがゼロに近い一定の範囲内、例えば、−０．１＜Ｉｄｒｅｆ＜０．１の範囲にある場合に「１」を出力してスイッチ回路３４に与える。スイッチ回路３４の入力端子にはスイッチ回路３２の出力及び「１」が与えられていて、レベル判定回路３３の信号が「０」の場合にはスイッチ回路３２の出力を、レベル判定回路３３の信号が「１」の場合はＫ＝１を選択して、ゲイン回路２２に加える。その他の構成は図９に示す第８の実施形態と同じである。
【００６３】
上記のように構成された第１０の実施形態の動作について以下に説明する。直流電圧が均等の場合はＥｄ（ｐｕ）＝Ｅｄｎ（ｐｕ）となるため、演算回路３０、３１の出力値は双方とも「１」である。従って有効電力の運転点にかかわらずゲイン回路２２に加えられる値は「１」であり、出力電圧信号に対する補正は行なわれない。直流電圧がアンバランスとなり、例えばＥｄｎ＞Ｅｄ、Ｅｄｎ’＜Ｅｄとなった場合、変換器１側では演算回路３０の出力＞１、演算回路３１の出力＜１である。ここで変換器が順変換器運転（Ｐ＞０）でレベル判定回路３３で設定されたより大きな値で運転していれば、スイッチ回路３２で演算回路３０の出力が選択されてゲイン回路２２へ与えられるため、交流出力電圧ｄ軸成分Ｖｄｃの値は小さくなるように補正される。
【００６４】
同様に、直流電圧がＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１で変換器が逆変換器運転（Ｐ＜０）でレベル判定回路３３で設定された値より大きな値で運転しておれば、スイッチ回路３２で演算回路３１の出力が選択されてゲイン回路２２に加えられるため、出力電圧のｄ軸成分Ｖｄｃの値は大きくなるように補正される。
【００６５】
一方、変換器がレベル判定回路３３で設定された範囲内のゼロに近い有効電力で運転している場合には、スイッチ回路３４でＫ＝１が選択されてゲイン回路２２に加えられるため、出力電圧に対する補正は行なわれない。変換器が有効電力ゼロの状態で運転し続ける可能性のあるシステムの場合、実際の有効電力の運転点はゼロ付近の小さな正値、負値を行き来する。これによってスイッチ回路３２の切り替えを行うと頻繁に切換えを繰り返して動作が不安定になる。本実施形態を使用すると不動作範囲が設けられて不必要な切換え操作が行なわれない。
【００６６】
かくして、第１０の実施形態によれば、有効電力の運転点が順変換器運転であっても、逆変換器運転であっても、個別の変換器の規格化された直流電圧がシステム全体の規格化された直流電圧より大きくなった場合には電圧を下げるように、システム全体の規格化された直流電圧より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、また有効電力がゼロ付近にある場合の補償動作の頻繁な切換えを防止して、有効電力の運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や有効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００６７】
なお、上記第１０の実施形態に対して、第９の実施形態と同様に、有効電力がゼロ付近の場合にゲインＫ＝１をゲイン回路２２に与えるような回路を追加しても上述したと同等の効果が得られる。
【００６８】
図１２は本発明に係る電力変換装置の第１１の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示す図である。図１２では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示す第１の実施形態と同様に、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。
【００６９】
この実施形態は、図７に示す第６の実施形態に対して、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆの正負を判定する正負判定回路２９、及び正負判定回路２９の出力によって「＋１」及び「−１」のうちどちらか一方を選択するように切り替えを行うスイッチ回路３５を設けたものである。スイッチ回路３５では正負判定回路２９から与えられた信号が「正」の場合は「＋１」、「負」の場合は「−１」を選択し、その値を乗算器２７に加える。その他の構成は図７に示す第６の実施形態と同じである。
【００７０】
上記のように構成された第１１の実施形態の動作について以下に説明する。直流電圧が均等の場合はＥｄ（ｐｕ）＝Ｅｄｎ（ｐｕ）となるため、加算器２５、ゲイン回路２６の出力はゼロであり、乗算器２７の出力もゼロとなる。従って無効電力の運転点にかかわらず加算器２８に加えられる値は「０」であり、出力電圧位相に対する補正は行なわれない。直流電圧がアンバランスとなり、例えばＥｄｎ＞Ｅｄ、Ｅｄｎ’＜Ｅｄとなった場合、変換器１側では加算器２５、ゲイン回路２６の出力が負の値となる。ここで変換器が誘導性無効電力運転（Ｑ＞０）していれば、スイッチ回路３５で「＋１」が選択されて乗算器２７へ与えられ、乗算器２７の出力は負の値となる。それが加算器２８において負符号で加算されるため、交流出力電圧の位相は進み方向に補正される。
【００７１】
同様に、直流電圧がＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１で変換器が容量性無効電力運転（Ｑ＜０）の場合には、スイッチ回路３５で「−１」が選択されて乗算器２７へ与えられ、乗算器２７の出力は正の値となる。それが加算器２８において負符号で加算されるため、交流出力電圧の位相は遅れ方向に補正される。図２３のベクトル図で説明したように、Ｑ＞０の時は出力電圧位相を進めれば直流電圧は低下し、Ｑ＜０の時は位相を遅らせれば直流電圧が低下する。変換器１’側では逆に直流電圧を上げるように作用する。以上のように直流電圧が上がった変換器では、それを下げるように、直流電圧が下がった変換器では上げるように、交流出力電圧に対して補正が行われる。
【００７２】
かくして、第１１の実施形態によれば、無効電力の運転点が誘導性であっても容量性であっても、個別の変換器の直流電圧が平均電圧より大きくなった場合には電圧を下げるように、平均電圧より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、無効電力運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や無効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００７３】
なお、図１２に示す第１１の実施形態において、直流電圧平均値Ｅｄｔの代わりに規格化したシステム全体の直流電圧Ｅｄを使用しても同等の効果が得られる。これは、図７に示す第６の実施形態に対する図８に示す第７の実施形態の関係と同じである。
【００７４】
図１３は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１２の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示す図である。図１３では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示す第１の実施形態と同様に、同じ回路が変換器１ノ側にも設けられる。
【００７５】
この実施形態は、図１２に示す第１１の実施形態に対して、レベル判定回路３６、スイッチ回路３７を設けたものである。レベル判定回路３６では、無効電力Ｑの運転点すなわち無効電流指令値Ｉｑｒｅｆがゼロに近い一定の範囲、例えば−０．１＜Ｉｑｒｅｆ＜０．１の範囲にある場合と、それ以上の場合Ｉｑｒｅｆ＞１、及びそれ以下の場合Ｉｑｒｅｆ＜−０．１の３レベルの判定を行なって、結果をスイッチ回路３７にｈ０５．与える。スイッチ回路３７の入力端子には「＋１」「０」「−１」が与えられていて、レベル判定回路３６の判定が「Ｉｑｒｅｆ＞０．１」の場合は「＋１」を、判定が「−０．１＜Ｉｑｒｅｆ＜０．１」の場合は「０」を、判定が「Ｉｑｒｅｆ＜−０．１」の場合は「−１」を選択して、乗算器２７へ与える。その他の構成は図１２に示す第１１の実施形態と同じである。
【００７６】
上記のように構成された第１２の実施形態の動作について以下に説明する。直流電圧が均等の場合はＥｄ（ｐｕ）＝Ｅｄｎ（ｐｕ）となるため、加算器２５、ゲイン回路２６の出力値はゼロである。従って無効電力の運転点にかかわらず加算器２８に加えられる値は「０」であり、出力電圧信号位相に対する補正は行なわれない。直流電圧がアンバランスとなり、例えば、Ｅｄｎ＞Ｅｄ、Ｅｄｎ’＜Ｅｄとなった場合、変換器１側では加算器２５及びゲイン回路２６の各出力は負の値となる。ここで変換器が誘導性無効電力運転（Ｑ＞０）で０．１ｐｕより大きな値で運転しておれば、スイッチ回路３７で「＋１」が選択されて乗算器２７に加えられるため、その出力は負の値であり、交流出力電圧位相は進み方向に補正される。
【００７７】
同様に、直流電圧がＥｄｎ＞１、Ｅｄｎ’＜１で変換器が容量性無効電力運転（Ｑ＜０）で−０．１ｐｕより小さい値で運転していれば、スイッチ回路３７で「−１」が選択されて乗算器２７へ与えられ、交流出力電圧位相は遅れ方向に補正される。一方、変換器が−０．１ｐｕ＜Ｉｑｒｅｆ＜０．１ｐｕの範囲内の無効電力で運転している場合には、スイッチ回路３７で「０」が選択されて乗算器２７へ与えられるため、出力電圧位相に対する補正は行なわれない。変換器が無効電カゼロの状態で運転し続ける可能性のあるシステムの場合、実際の無効電力運転点はゼロ付近の小さな正値、負値を行き来する。これによって正負判定のみを行うと頻繁に切換えを繰り返して動作が不安定になる。本実施形態を使用すると不動作範囲が設けられて不必要な切換え操作が行なわれない。
【００７８】
かくして、第１２の実施形態によれば、無効電力の運転点が誘導性であっても容量性であっても、個別の変換器の直流電圧が平均直流電圧より大きくなった場合には電圧を下げるように、平均直流電圧より小さくなった場合には電圧を上げるように制御され、また無効電力がゼロ付近にある場合の補償動作の頻繁な切換えを防止して、無効電力の運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や無効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００７９】
なお、第１２の実施形態において、無効電力がゼロ付近の場合に「０」を乗算器２７に与えるような回路を追加しても同等の効果が得られる。
【００８０】
図１４は本発明に係る電力変換器の第１３の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４の構成を示す図である。図１４では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示す第１の実施形態と同様、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この実施形態は、図２１に示す従来装置に対して、図３に示す第３の実施形態の回路と、図８に示す第７の実施形態の回路との両方を付加したものである。すなわち、第３の実施形態と同様に、各変換器ごとの直流電圧Ｅｄｎとシステム全体の直流電圧Ｅｄ（ＰＮ間直流電圧）及び有効電力運転点Ｐに相当する有効電流指令値ＩｄｒｅｆからゲインＫを演算する演算回路２１、パルス発生回路内でＰＷＭ正弦波のｄ軸成分に対して１／Ｋ倍の補正を行なうゲイン回路２２を設ける。一方、図８に示す第７の実施形態と同様に、Ｅｄ（ｐｕ）とＥｄｎ（ｐｕ）の偏差分を得るための加算器２５、比例回路あるいは比例積分回路等で構成されるゲイン回路２６、ゲイン回路２６の出力と無効電力運転点Ｑに相当する無効電流指令値Ｉｑｒｅｆの乗算を行なう乗算器２７、及びパルス発生回路内で位相信号に対して乗算器２７の出力を負符号で加算する加算器２８を設けた点が従来装置と構成を異にしている。
【００８１】
上記のように構成された第１３の実施形態の動作について以下に説明する。この実施形態は図３に示す第３の実施形態と図８に示す第７の実施形態の両方の機能を併せ持っている。すなわち、直流電圧が均等でＥｄｎ＝Ｅｄの場合は演算回路２１の出力であるゲインＫは「１」であり、有効電力の運転点すなわちＩｄｒｅｆ（Ｐ）の値にかかわらずゲイン回路２２による補正は行われない。またＥｄｎとＥｄの偏差分、すなわち、加算器２５、ゲイン回路２６の出力はゼロであり、乗算器２７の出力も無効電力の運転点すなわちＩｑｒｅｆ（Ｑ）の値にかかわらずゼロとなって出力電圧位相の補正は行なわれない。直流電圧がアンバランスとなりＥｄｎとＥｄに差が生じた場合には、第１の実施形態と同様に有効電力の運転点及びＥｄｎとＥｄの大小関係によってゲイン回路２２による出力電圧の大きさに対する補正が行なわれ、かつ、（請求項２）の実施形態と同様に無効電力の運転点及びＥｄｎとＥｄの大小関係によって加算器２８による出力電圧の位相に対する補正が行なわれるよう動作する。
【００８２】
かくして、第１３の実施形態によれば、有効電力の運転点、無効電力の運転点に応じて出力電圧の大きさと位相が補正されることにより、運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら、かつ変換器全体の直流電圧や有効・無効電力出力に影響を与えることなく安定に運転を行なうことができる。
【００８３】
なお、図１４に示す第１３の実施形態は、図３に示す第３の実施形態と図８に示す第７の実施形態を組合わせた構成とてしたが、有効電力運転点に関した制御として図１ないし５に示す第１ないし第５の各実施形態、図９、１０に示す第８又は第９の実施形態、図１１に示す第１０の各実施形態のうちいずれか１つと、無効電力運転点に関した制御として図７に示す第６の実施形態、図８に示す第７の実施形態、図１２に示す第１１の実施形態のうちいずれか１つを任意に組合わせることにより、図１４に示した第１３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
図１５は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１４の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４と関連する制御回路の構成を示す図である。図１５では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１に示すの第１の実施形態と同様に、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この実施形態は、図１に示す第１の実施形態に対して、各変換器の規格化された直流電圧Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’とシステム全体の規格化された直流電圧Ｅｄの偏差を出力する加算器３８、３８’、これらの加算器３８、３８’の出力に対してレベル判定を行なうレベル検出器３９、３９’、各レベル検出器出力に対する論理和回路４０、有効電力制御回路で使用される指令値Ｐｒｅｆに対するレベル検出器４１、論理和回路４０とレベル検出器４１の出力に対する論理積回路４２、カウンタ回路４３、レベル検出器４４、及びレベル検出器４４の出力信号によって開閉を行なうスイッチ回路４５とスイッチ回路４５の出力を有効電力指令値に加算するための加算器４６を追加したものである。レベル検出器３９、３９’では直流電圧の偏差分が一定範囲を逸脱した場合、例えば、ΔＥｄ＜−０．２又はΔＥｄ＞＋０．２となった場合に「１」を出力する。一方、レベル検出器４１では有効電力制御回路２４に加えられる指令値Ｐｒｅｆが、ゼロに近い一定範囲内例えば、−０．１＜Ｐｒｅｆ＜＋０．１にある場合「１」を出力する。また、カウンタ回路４３は論理積回路４２の出力を累積していき、レベル検出器４４はその累積値が一定値を越えた場合に、スイッチ回路４５に対して投入指令を与える。スイッチ回路４５には有効電力指令値の変化分ΔＰｒｅｆ例えば、０．２ｐｕといった値が与えられおり、スイッチ投入されることによってその値が指令値Ｐｒｅｆに加算されて有効電力制御回路２４に対する最終的な指令値として使用される。パルス発生回路１４の内部構成など、その他の部分の構成は図１ないし図５に示す第１ないし第５の実施形態のいずれか一つと同様である。
【００８５】
上記のように構成された第１４の実施形態の動作について以下に説明する。直流電圧がバランスしていて各変換器の電圧値がシステム全体の電圧値とほぼ等しければレベル検出器３９、３９’、論理和回路４０の出力が「０」であるためレベル検出器４４の出力もゼロとなりスイッチ回路４５は投入されず、制御は第１ないし第５の実施形態と同じように動作する。また有効電力が順方向あるいは逆方向にある程度の大きさで融通されている場合にはレベル検出器４１の出力がゼロとなるためスイッチ回路４５は投入されず、制御は第１ないし第５の実施形態と同じように動作する。
【００８６】
本実施形態が第１ないし第５の実施形態と異なる動作をするのは、有効電力がほぼゼロ点付近で運転されていて、かつ、直流電圧に変換器間のアンバランスが発生した場合である。この場合、有効電力指令値Ｐｒｅｆがゼロに近い一定範囲内であることからレベル検出値４１の出力は「１」である。一方、複数の変換器のうちいずれか１台で、直流電圧とシステム全体の電圧との偏差が大きくなると論理和回路４０及び論理積回路４２の出力は「１」となる。この状態が継続するとカウンタ回路４３の出力が増加し、一定時間を越えるとレベル検出器４４が動作してスイッチ回路４５が投入される。これにより有効電力指令値は当初の値からΔＰｒｅｆ＝０．２ｐｕ分だけ変化した値となり、ゼロ付近の値ではない点へ運転点が移行する。
【００８７】
図１５に示した第１５の実施形態によれば、図２３のベクトル図及び第１ないし第５の実施形態で説明したように、変換器出力電圧の大きさを補正することによって直流電圧のアンバランスを解消する場合は、有効電力の方向によって大きさの補正方法が異なってくるが有効電力がゼロだと適切な補正が行なえず、場合によっては有効電力の方向を誤認識して逆方向の補正となってしまう可能性がある。運転中、常時ある程度の有効電力を融通しているシステムでは問題はないが、有効電力ゼロで運転する可能性の大きいシステムでは、本実施形態を適用することにより、有効電力がゼロ付近の運転点で直流電圧のアンバランスが発生した場合には、有効電力の運転点を一時的に変えることによって適切な方向の補正制御が行えるようになり、直流電圧のアンバランスを抑制することができる。
【００８８】
このように、本実施形態によれば、有効電力の運転点に応じて出力電圧の大きさが補正され、かつ、有効電力がゼロ付近で補正が行なえないような運転点にある場合には有効電力運転点を変更することにより、運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら安定に運転を行なうことができる。
【００８９】
図１６は本発明に係る自励式変換器の第１５の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４と関連する制御回路の構成を示す図である。図１６では変換器１用の制御回路のみを示しているが、図１の第１の実施形態と同様に、同じ回路が変換器１’側にも設けられる。この実施形態は図１５に示す第１４の実施形態に対して、レベル検出器４１で有効電力運転点の判定に使用する信号として有効電力指令値Ｐｒｅｆの代わりに有効成分の電流指令値Ｉｄｒｅｆを使用するものである。Ｐｒｅｆは有効電力制御回路２４の入力信号であり、Ｉｄｒｅｆは出力信号である。有効電力は有効成分電流に電圧の大きさを掛けたものであり（Ｐ＝Ｖ×Ｉｄ）、制御回路などで使われる規格化した信号の場合、電圧Ｖはほぼ１ｐｕであるため、Ｐｒｅｆ信号とＩｄｒｅｆ信号はほとんど等価である。
【００９０】
なお、切り替える指令値はＩｄｒｅｆでなく上位制御系に対する指令値、すなわち、Ｐｒｅｆとする。Ｉｄｒｅｆを切り替えた場合、有効電力運転点が変化するが有効電力指令値は変わっていないため誤差が生じ、有効電力制御回路２４内部の積分回路が飽和するなどの問題が発生するため、切換え対象の指令値は上位制御回路に対する指令値が適当である。
【００９１】
かくして、図１６に示す第１５の実施形態によれば、図１５に示す第１４の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９２】
ところで、パルス発生回路１４の内部構成は、第１ないし第５の実施形態、第８の実施形態、第９の実施形態、第１０の実施形態のいずれのものを使用しても、第１の実施形態、又は第２の実施形態と同じ有効電力指令値の切換え回路を設けることで、同様の効果が得られる。
【００９３】
また、直流送電システムや直流連系システムなどで、当該変換器では直流電圧制御を行っており、直流回路を介した相手側変換器で有効電力制御を行っている場合には、相手側変換器の有効電力指令値に対して切換えを行う構成とすれば、同様の効果が得られる。また、図１５あるいは図１６の回路において、スイッチ回路４５と加算器４６の間に１次遅れ回路を入れることにより、指令値の切換えを緩やかにし、より安定に運転点を移行させることができる。
【００９４】
図１７は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１６の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４と関連する制御回路の構成を示す図である。この実施形態は、図８に示す第７の実施形態に対して、各変換器の規格化された直流電圧Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’とシステム全体の規格化された直流電圧Ｅｄの偏差を出力する加算器３８、３８’、加算器３８、３８’の出力に対してレベル判定を行なうレベル検出器３９、３９’、各レベル検出器出力に対する論理和回路４０、無効電力制御回路で使用される指令値Ｑｒｅｆに対するレベル検出器４１、論理和回路４０とレベル検出器４１の出力に対する論理積回路４２、カウンタ回路４３、レベル検出器４４、及びレベル検出器４４の出力信号によつて開閉を行なうスイッチ回路４７とスイッチ回路４７の出力を無効電力指令値に加算するための加算器４８を追加したものである。
【００９５】
レベル検出器３９、３９’では直流電圧の偏差分が一定範囲を逸脱した場合、例えば、ΔＥｄ＜−０．２又はΔＥｄ＞＋０．２となった場合に「１」を出力する。一方レベル検出器４１では無効電力制御回路１０に加えられる指令値Ｑｒｅｆが、ゼロに近い一定範囲内、例えば、−０．１＜Ｑｒｅｆ＜＋０．１にある場合「１」を出力する。また、カウンタ回路４３は論理積回路４２の出力を累積していき、レベル検出器４４はその累積値が一定値を越えた場合に、スイッチ回路４７に対して投入指令を与える。スイッチ回路４７には無効電力指令値の変化分ΔＱｒｅｆ、例えば、０．２ｐｕといった値が与えられおり、スイッチ投入されることによってその値が指令値Ｑｒｅｆに加算されて無効電力制御回路１０に対する最終的な指令値として使用される。パルス発生回路１４の内部構成など、その他の部分の構成は図７に示す第６の実施形態又は図８に示す第７の実施形態と同様である。
【００９６】
上記のように構成された第１６の実施形態の動作について以下に説明する。この実施形態において、直流電圧がバランスしていて各変換器の電圧値がシステム全体の電圧値とほぼ等しければレベル検出器３９、３９’、論理和回路４０の出力が「０」であるためレベル検出器４４の出力もゼロとなりスイッチ回路４７は投入されず、制御は図７に示す第６の実施形態又は図８に示す第７の実施形態と同じように動作する。また、無効電力が誘導性あるいは容量性にある程度の大きさで出力されている場合にはレベル検出器４１の出力がゼロとなるためスイッチ回路４７は投入されず、制御は図７に示す第６の実施形態又は図８に示す第７の実施形態と同じように動作する。
【００９７】
本実施形態が図７に示す第６の実施形態又は図８に示す第７の実施形態と異なる動作をするのは、無効電力がほぼゼロ点付近で運転されていて、かつ直流電圧に変換器間のアンバランスが発生した場合である。この場合、無効電力指令値Ｑｒｅｆがゼロに近い一定範囲内であることからレベル検出値４１の出力は「１」である。一方、複数の変換器のうちいずれか１台で、直流電圧とシステム全体の電圧との偏差が大きくなると論理和回路４０、及び論理積回路４２の出力が「１」となる。この状態が継続するとカウンタ回路４３の出力が増加し、一定時間を越えるとレベル検出器４４が動作してスイッチ回路４７が投入される。これにより無効電力指令値は当初の値からΔＱｒｅｆ＝０．２ｐｕ分変化した値となり、ゼロ付近の値ではない点へ運転点が移行する。
【００９８】
図２３のベクトル図及び図７に示す第６の実施形態又は図８に示す第７の実施形態で説明したように、変換器出力電圧の位相を補正することによって直流電圧のアンバランスを解消する場合は、無効電力の方向によって大きさの補正方法が異なりてくるが無効電力がゼロだと適切な補正が行なえず、場合によっては無効電力の方向を誤認識して逆方向の補正となってしまう可能性がある。運転中、常時ある程度の無効電力を出力しているシステムでは問題ないが、無効電力ゼロで運転する可能性の大きいシステムでは、本実施形態を適用することにより、無効電力ゼロ付近の運転点で直流電圧アンバランスが発生した場合には無効電力の運転点を一時的に変えることによって適切な方向の補正制御が行えるようになり、直流電圧のアンバランスを抑制することができる。
【００９９】
そこで、本実施形態を使用すると、無効電力の運転点に応じて出力電圧の位相が補正され、かつ無効電力がゼロ付近で補正が行なえないような運転点にある場合には無効電力運転点を変更することにより、運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら安定に運転を行なうことができる。
【０１００】
図１８は本発明に係る自励式変換器の第１７の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４と関連する制御回路の構成を示す図である。図１８に示す実施形態は、図１７に示す第１６の実施形態に対して、レベル検出器４１で無効電力運転点の判定に使用する信号として無効電力指令値Ｑｒｅｆの代わりに無効成分の電流指令値Ｉｑｒｅｆを使用するものである。Ｑｒｅｆは無効電力制御回路１０の入力信号であり、Ｉｑｒｅｆは出力信号である。無効電力は無効成分電流に電圧の大きさを掛けたものであり（Ｑ＝Ｖ×Ｉｑ）、制御回路などで使われる規格化した信号の場合、電圧Ｖはほぼ１ｐｕであるため、Ｑｒｅｆ信号とＩｑｒｅｆ信号はほとんど等価である。
【０１０１】
なお、切り替える指令値はＩｑｒｅｆでなく上位制御系に対する指令値すなわちＱｒｅｆとする。Ｉｑｒｅｆを切り替えた場合、無効電力運転点が変化するが無効電力指令値は変わっていないため誤差が生じ、無効電力制御回路１０の内部の積分回路が飽和するなどの問題が発生するため、切換え対象の指令値は上位制御回路に対する指令値が適当である。この結果、図１７に示す第１６の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０２】
なお、パルス発生回路１４の内部構成は、図７に示す第６の実施形態、図８に示す第７の実施形態、図１２に示す第１１の実施形態、図１３に示す第１２の実施形態のいずれのものを使用しても、第１６又は第１７の実施形態と同じ無効電力指令値の切換え回路を設けることで、同様の効果が得られる。
【０１０３】
また、無効電力制御ではなく交流電圧制御を行っている場合には、一般的な交流電圧制御で使用されるスロープ特性を得るための無効電力指令値に対して切換えを行なうことにより、同様の効果が得られる。また、図１７又は図１８に示す実施形態において、スイッチ回路４７と加算器４８の間に１次遅れ回路を入れることにより、指令値の切換えを緩やかにし、より安定に運転点を移行させることができる。
【０１０４】
図１９は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１８の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４と関連する制御回路の構成を示す図である。この実施形態は、図１４に示す第１３の実施形態に対して、各変換器の規格化された直流電圧Ｅｄｎ、Ｅｄｎ’とシステム全体の規格化された直流電圧Ｅｄの偏差を出力する加算器３８、３８’、加算器３８、３８’の出力に対してレベル判定を行なうレベル検出器３９、３９’、各レベル検出器出力に対する論理和回路４０、有効電力制御回路で使用される指令値Ｐｒｅｆに対するレベル検出器４１、無効電力制御回路で使用される指令値Ｑｒｅｆに対するレベル検出器４１’、論理和回路４０とレベル検出器４１、検出器４１’の出力に対する論理積回路４２、カウンタ回路４３、レベル検出器４４、及びレベル検出器４４の出力信号によって開閉を行なうスイッチ回路４７とスイッチ回路４７の出力を無効電力指令値に加算するための加算器４８を追加したものである。
【０１０５】
ここで、レベル検出器３９、３９’では直流電圧の偏差分が一定範囲を逸脱した場合、例えば、ΔＥｄ＜−０．２又はΔＥｄ＞＋０．２となった場合に「１」を出力する。一方レベル検出器４１及び４１’では、それぞれ有効電力制御回路２４に加えられろ指令値Ｐｒｅｆ、無効電力制御回路１０に加えられる指令値Ｑｒｅｆが、ゼロに近い一定範囲内、例えば、−０．１＜Ｐｒｅｆ＜＋０．１、−０．１＜Ｑｒｅｆ＜＋０．１にある場合「１」を出力する。またカウンタ回路４３は論理積回路４２の出力を累積していき、レベル検出器４４はその累積値が一定値を越えた場合に、スイッチ回路４７に対して投入指令を与える。スイッチ回路４７には無効電力指令値の変化分ΔＱｒｅｆ、例えば、０．２ｐｕといった値が与えられており、スイッチが投入されることによってその値が指令値Ｑｒｅｆに加算されて無効電力制御回路１０に対する最終的な指令値として使用される。パルス発生回路１４の内部構成など、その他の部分の構成は図１４に示す第１３の実施形態と同様である。
【０１０６】
上記のように構成された第１８の実施形態の動作について以下に説明する。この実施形態において、直流電圧がバランスしていて各変換器の電圧値がシステム全体の電圧値とほぼ等しければレベル検出器３９、３９’、論理和回路４０の出力は「０」であるため、レベル検出器４４の出力もゼロとなりスイッチ回路４７は投入されず、制御は（請求項７）の実施形態と同じように動作する。また有効電力又は無効電力がある程度の大きさで出力されている場合にはレベル検出器４１又は４１’の少なくとも一方の出力がゼロとなるため論理積回路４２の出力が「０」となり、スイッチ回路４７は投入されず、制御は図１４に示す第１３の実施形態と同じように動作する。
【０１０７】
本実施形態が第１３の実施形態と異なる動作をするのは、有効電力と無効電力の両方がほぼゼロ点付近で運転されていて、かつ、直流電圧に変換器間のアンバランスが発生した場合である。この場合、有効電力指令値Ｐｒｅｆがゼロに近い一定範囲内であることからレベル検出値４１の出力が「１」、無効電力指令値Ｑｒｅｆがゼロに近い一定範囲内であることからレベル検出値４１’の出力が「１」である。一方、複数の変換器のうちいずれか１台で、直流電圧とシステム全体の電圧との偏差が大きくなると論理和回路４０、及び論理積回路４２の出力が「１」となる。この状態が継続するとカウンタ回路４３の出力が増加し、一定時間をこえるとレベル検出器４４が動作してスイッチ回路４７が投入される。これにより無効電力指令値は当初の値からΔＱｒｅｆ＝０．２ｐｕ分変化した値となり、無効電力の運転点がゼロ付近の値ではない点へ移行する。
【０１０８】
図２３のベクトル図から明らかなように、有効電力と無効電力のいずれかがある程度の大きさで運転されていれば、出力電圧の大きさあるいは位相を補正することにより直流電圧のアンバランスを抑制するように制御することが行える。しかし、有効電力と無効電力の両方がゼロの場合は基準となる電流が流れておらず、電圧の大きさや位相の補正方向を決めることができない。運転中常時ある程度の有効電力又は無効電力を出力しているシステムでは問題ないが、両方をゼロで運転する可能性の大きいシステムでは、本請求項の実施形態を適用することにより、有効・無効電カゼロ付近の運転点で直流電圧アンバランスが発生した場合には無効電力の運転点を一時的に変えることによって適切な方向の位相補正制御が行えるようになり、直流電圧のアンバランスを抑制することができる。
【０１０９】
かくして、本実施形態によれば、有効電力と無効電力の運転点に応じて出力電圧の大きさと位相が補正され、かつ有効電力と無効電力の両方がゼロ付近で補正が行なえないような運転点にある場合には無効電力運転点を変更することにより、運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら安定に運転を行なうことができる。
【０１１０】
図２０は本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１９の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路１４と関連する制御回路の構成を示す図である。この実施形態は、図１９に示す第１８の実施形態に対して、レベル検出器４４の出力を加えるスイッチと、スイッチ投入により変化する指令値が異なる。第１８の実施形態ではレベル検出器４４の出力が「１」となった場合にスイッチ回路４７を投入することによって無効電力指令値Ｑｒｅｆを変更するのに対し、第１９の実施形態ではレベル検出器４４の出力が「１」となった場合にスイッチ回路４５を投入することによって有効電力指令値Ｐｒｅｆを変更する。
【０１１１】
これにより、本実施形態を適用することにより、有効・無効電カゼロ付近の運転点で直流電圧にアンバランスが発生した場合には有効電力の運転点を一時的に変えることによって適切な方向の電圧の大きさの補正が行えるようになり、直流電圧のアンバランスを抑制することができる。
【０１１２】
かくして、第１９の実施形態によれば、有効電力と無効電力の運転点に応じて出力電圧の大きさと位相が補正され、かつ有効電力と無効電力の両方がゼゴ付近で補正が行なえないような運転点にある場合には有効電力運転点を変更することにより、運転点にかかわらず、各変換器の直流電圧を均等に保ちながら安定に運転を行なうことができる。
【０１１３】
なお、第１８の実施形態か第１９の実施形態のどちらを適用するかは、各システムの目的や接続される系統により判断される。例えば、接続される交流系統の電圧変動を小さくしたい場合には第１９の実施形態により有効電力を変更し、直流送電システムなどで相手端に融通する有効電力の変動を小さくしたい場合には第１８の実施形態により無効電力を変更する方法が考えられる。
【０１１４】
ところで、図１９に示す第１８の実施形態におけるスイッチ回路４７と加算器４８、図２０に示す第１９の実施形態におけるスイッチ回路４５と加算器４６の両方を備え、レベル検出器４４の出力が「１」になった場合に、スイッチ回路４５、４７の両方を投入するように構成しても、同様の効果を得ることができる。この際、有効電力と無効電力の変化の方向、すなわち、ΔＰｒｅｆとΔＱｒｅｆの正負を適切に選択しておけば、接続される交流系統の電圧変動などを最小に抑制することが可能である。
【０１１５】
また、パルス発生回路１４の内部構成は、図１４に示す第１３の実施形態を使用しても、第１８の実施形態、又は第１９の実施形態と同じ有効電力指令値、無効電力指令値の切換え回路を設けることで、同様の効果が得られる。また、第１８あるいは第１９の実施形態において、スイッチ回路４７と加算器４８の間、スイッチ回路４５と加算器４６の間に１次遅れ回路脅入れることにより、指令値の切換えを緩やかにし、より安定に運転点を移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係る自励式変換器の第１の実施形態の構成を、主回路と併せて示したブロック図。
【図２】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図３】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図４】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図５】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第５の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図６】第１ないし第５の実施形態の効果を説明するために行った、シミュレーション解析結果の一例を示す波形図。
【図７】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第６の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図８】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第７の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図９】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第８の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図１０】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第９の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図１１】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１０の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図であり、関連部分の、第１の実施の形態を示すブロック図。
【図１２】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１１の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図１３】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１２の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図１４】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１３の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、パルス発生回路を示した図。
【図１５】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１４の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路と関連する制御回路の構成を示す図。
【図１６】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１５の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路と関連する制御回路の構成を示す図。
【図１７】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１６の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路と関連する制御回路の構成を示す図。
【図１８】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１７の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路と関連する制御回路の構成を示す図。
【図１９】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１８の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路と関連する制御回路の構成を示す図。
【図２０】本発明に係る自励式変換器の制御装置の第１９の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、パルス発生回路と関連する制御回路の構成を示す図。
【図２１】複数台の変換器が直流側で直列接続された従来の自励式変換器の制御装置の構成を主回路と併せて示したブロック図。
【図２２】従来の自励式変換器の制御装置を構成するパルス発生回路の内部構成を示すブロック図。
【図２３】複数台の変換器が直流側で直列接続された従来の自励式変換器の制御装置で、変換器ごとに有効電力の増減を行なう場合の動作を説明するために電圧と電流の関係を示した縛クトル図。
【符号の説明】
【０１１７】
１、１’  自励式変換器
２、２’  直流キャパシタ
３、３’  変圧器
４  交流母線
５  直流電圧検出回路
６  直流電圧制御回路
７  交流電圧検出回路
８  交流電流検出回路
９  無効電力検出回路
１０  無効電力制御回路
１１  交流電流制御回路
１２  位相検出回路
１３  直交軸変換回路
１４、１４’  パルス発生回路
１５、１５’  ゲイン回路
１６、１６’  正弦波発生回路
１７、１７’  搬送波発生回路
１８，１８’  大小比較回路
１９、１９’  直流電圧検出回路
２０、２０’  規格化回路
２１、２１’  演算回路
２２、２２’  ゲイン回路
２３  平均値演算回路
２４  有効電力制御回路
２５  加算器
２６  ゲイン回路
２７  乗算器
２８  加算器
２９  正負判定回路
３０  演算回路
３１  演算回路
３２  スイッチ回路
３３  レベル判回路
３４  スイッチ回路
３５  スイッチ回路
３６  レベル検出器
３７  スイッチ回路
３８、３８’  加算器
３９、３９’  レベル検出器
４０  論理和回路
４１、４１’  レベル検出器
４２  論理積回路
４３  カウンタ回路
４４  レベル検出器
４５  スイッチ回路
４６  加算器
４７  スイッチ回路
４８  加算器
【図１】
2007097246.tif 000003
【図２】
2007097246.tif 000004
【図３】
2007097246.tif 000005
【図４】
2007097246.tif 000006
【図５】
2007097246.tif 000007
【図６】
2007097246.tif 000008
【図７】
2007097246.tif 000009
【図８】
2007097246.tif 000010
【図９】
2007097246.tif 000011
【図１０】
2007097246.tif 000012
【図１１】
2007097246.tif 000013
【図１２】
2007097246.tif 000014
【図１３】
2007097246.tif 000015
【図１４】
2007097246.tif 000016
【図１５】
2007097246.tif 000017
【図１６】
2007097246.tif 000018
【図１７】
2007097246.tif 000019
【図１８】
2007097246.tif 000020
【図１９】
2007097246.tif 000021
【図２０】
2007097246.tif 000022
【図２１】
2007097246.tif 000023
【図２２】
2007097246.tif 000024
【図２３】
2007097246.tif 000025