(57)【要約】【課題】改善した電力変換システム及び方法を提供する。【解決手段】電力変換システム（５０）は、入力側（５２）からＡＣ電力を第１の電圧で受け取り且つ出力側（５６）からＡＣ電力を第２の電圧で送出する電力変圧器（６２）と、電力変換器（６０）とを有する。該電力変換器は、複数のＤＣリンク（７５）を介して結合された前記入力側の入力側変換器（７２）及び前記出力側の出力側変換器（７４）を含む。前記電力変換器に設けられた変換器制御装置（７０）が、前記電力変換器を通って流れる有効電力及び無効電力を調整するために前記入力側変換器及び前記出力側変換器へ制御信号を供給する。前記入力側変換器及び前記出力側変換器の各々は、前記複数のＤＣリンクに結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジ（１０２，７６）と前記入力側又は出力側との間を結合する少なくとも２つの電力変換器変圧器（１０４，８８）を含む。【選択図】図４
2013048546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側（５２）からＡＣ電力を第１の電圧で受け取り且つ出力側（５６）からＡＣ電力を第２の電圧で送出する電力変圧器（６２）と、電力変換器（６０）とを有する電力変換システム（５０）であって、
前記電力変換器（６０）は、
複数のＤＣリンク（７５）を介して結合された前記入力側（５２）の入力側変換器（７２）及び前記出力側（５６）の出力側変換器（７４）と、
当該電力変換器（６０）を通って流れる有効電力及び無効電力を調整するために前記入力側変換器（７２）及び前記出力側変換器（７４）へ制御信号を供給する変換器制御装置（７０）とを含み、
前記入力側変換器（７２）及び前記出力側変換器（７４）の各々が、前記複数のＤＣリンク（７５）に結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジ（１０２）と前記入力側（５２）との間、又は前記複数のＤＣリンク（７５）に結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジ（７６）と前記出力側（５６）との間を結合する少なくとも２つの電力変換器変圧器（１０４、８８）を有していること、
を特徴とする電力変換システム（５０）。
【請求項２】
前記電力変圧器は、該電力変圧器が故障状態にある間は前記入力側及び前記出力側の一方又は両方から切り離される、請求項１記載の電力変換システム電力変換システム。
【請求項３】
前記電力変換器及び前記電力変圧器の入力端子が直列に接続され且つ出力端子が並列に接続されている、請求項１記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記電力変換器及び前記電力変圧器の入力端子が並列に接続され、また前記電力変換器及び前記電力変圧器の出力端子が直列に接続されている、請求項１記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記変換器制御装置は、無効電力補償、高調波電流補償、又は過渡状態及び定常状態安定性管理の内の１つを有する用途に基づいた制御信号を供給する、請求項１記載の電力変換システム。
【請求項６】
前記有効電力を調整することが、前記電力変換器ブリッジの出力電圧の位相角又は前記複数のＤＣリンク電圧の内の少なくとも１つの振幅を制御することを含んでいる、請求項１記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記無効電力を調整することが、前記電力変換器ブリッジの出力電圧の振幅を制御することを含んでいる、請求項１記載の電力変換システム。
【請求項８】
入力側（５２）から出力側（５６）へ電力を伝送する方法において、
電力変圧器（６２）及び電力変換器（６０）を介して前記入力側（５２）と前記出力側（５６）とを結合する段階であって、前記電力変換器（６０）が、複数のＤＣリンク（７５）を介して結合された前記入力側（５２）の入力側変換器（７２）及び前記出力側（５６）の出力側変換器（７４）を含んでいる、段階と、
前記入力側変換器（７２）及び前記出力側変換器（７４）を制御することによって前記電力変換器（６２）を通る有効電力及び無効電力の流れを調整する段階とを有し、
前記入力側変換器（７２）及び前記出力側変換器（７４）の各々は、前記複数のＤＣリンク（７５）に結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジ（１０２）と前記入力側（５２）との間、又は前記複数のＤＣリンク（７５）に結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジ（７６）と前記出力側（５６）との間を結合する少なくとも２つの電力変換器変圧器（１０４、８８）を有していること、
を特徴とする方法。
【請求項９】
前記入力側（５２）と前記出力側（５６）とを結合する前記段階は、前記電力変換器及び前記電力変圧器の入力端子を直列に且つ出力端子を並列に接続することを含んでいる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
有効電力及び無効電力の流れを調整する前記段階は、無効電力補償、高調波電流補償、又は過渡状態及び定常状態安定性管理の内の１つを有する用途に基づいて定められる、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、電力網に関し、より具体的には、電力を伝送するためのシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の基本的な構造は、発電機、変圧器、電力線路及び実時間監視機器のような様々なハードウエア要素と共に、発電、送電及び配電のための電力潮流分析ソフトウエア、障害検出ソフトウエア及び復旧ソフトウエアのようなソフトウエアを有する。
【０００３】
電力系統において頻繁に生じる状況は、該系統を介して最初に設計した時の電力よりも多量に電力を伝送する必要性があることである。より多量の電力を送る必要があり、且つ新しい送電線路を建設することが、コスト、敷設権又は環境に関する制約により禁止されている場合、既存の送電線路及び機器の利用を増大することが望ましい。
【０００４】
また更に、分散発電の増加につれて、分散した発電機を既存の電力系統に統合するには、電圧調整、安定性、電力品質の問題のような技術的課題が存在する。電力品質は、不可欠な顧客中心の尺度であり且つ送配電網の運転によって大きく影響される。
【０００５】
フレキシブル交流送電系統（ＦＡＣＴＳ）装置を、上記の問題に対する１つの解決策とすることができる。ＦＡＣＴＳ装置は、パワーエレクトロニクス利用の装置であって、電力系統に対して有効及び無効電力補償を提供することができる。しかしながら、ＦＡＣＴＳ装置はコストが高く、現在の構成では、ＦＡＣＴＳ装置が故障すると、多数の顧客に対して停電を生じさせ得る。
【０００６】
これらの及び他の理由により、電力変換システム及び方法の改善が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７６３３７７５号
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、入力側からＡＣ電力を第１の電圧で受け取り且つ出力側からＡＣ電力を第２の電圧で送出する電力変圧器を有する電力変換システムが提供される。電力変換システムはまた、複数のＤＣリンクを介して結合された入力側の入力側変換器及び出力側の出力側変換器を含む電力変換器を有する。前記電力変換器はまた、該電力変換器を通って流れる有効電力及び無効電力を調整するために前記入力側変換器及び前記出力側変換器へ制御信号を供給する変換器制御装置を含む。前記入力側変換器及び前記出力側変換器の各々は、前記複数のＤＣリンクに結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジと前記入力側との間、又は前記複数のＤＣリンクに結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジと前記出力側との間を結合する少なくとも２つの電力変換器変圧器を含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、入力側から出力側へ電力を伝送する方法が提供される。本方法は、電力変圧器及び電力変換器を介して前記入力側と前記出力側とを結合する段階を含み、前記電力変換器は、複数のＤＣリンクを介して結合された入力側の入力側変換器及び出力側の出力側変換器を含む。本方法はまた、前記入力側変換器及び前記出力側変換器を制御することによって前記電力変換器を通る有効電力及び無効電力の流れを調整する段階、及び前記電力変圧器が故障状態にある間は前記電力変圧器を前記入力側及び前記出力側の一方又は両方から切り離す段階を含む。前記入力側変換器及び前記出力側変換器の各々は、前記複数のＤＣリンクに結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジと前記入力側との間、又は前記複数のＤＣリンクに結合されたそれぞれの電力変換器ブリッジと前記出力側との間を結合する少なくとも２つの電力変換器変圧器を有する。
【００１０】
本発明のこれらの及び他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳しい説明を読めばより良く理解されよう。図面では、図面全体を通じて同じ参照符号は同じ要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、電力系統全体を表す概略図である。
【図２】図２は、電力−電圧（Ｐ−Ｖ）曲線を表すグラフである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に従った電力変換システム
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従った図３の電力変換器の概略図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従った制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、数を明記しないで記載した要素及び「前記」と付した要素は、１つ以上の要素があることを意味するものとする。また用語「有する」、「含む」及び「持つ」は、排他的なものではなく、列挙した要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものとする。また更に、用語「接続」及び「結合」は相互に交換して用いることができ、また明記されていない限り直接的又は間接的な接続を意味するができる。
【００１３】
図１は、発電から利用までの電力系統１０全体の単線結線図である。電力系統１０は、発電所１２、送電変電所１４、地域変電所又は配電変電所１６及び負荷１８を含む。発電所１２は、例えば、水力発電所、火力発電所、風力発電所、又は太陽光発電所を有することができる。発電所１２内の発電機２０により、発電所電圧で電気を発生し、該発電所電圧は、特定の実施形態では、４ｋＶ〜１３ｋＶの範囲を持つことができる。発電所電圧は、電力の伝送をより効率よくするために発電所変圧器２２によって（一実施例では、１１０ｋＶのような）より高い送電レベル電圧まで昇圧される。
【００１４】
電力は、一次送電線路２４によって送電変電所１４へ送電レベル電圧で伝送され、該一次送電線路は長い距離にわたって電力を運ぶように構成されている。送電変電所１４で、配電線路２６を介して系統内の他の地点まで分配するために電圧が低減される。配電変電所１６で、商業用及び工業用又は住宅用負荷１８のために更なる電圧低減を行うことができる。配電変電所１６は、例えば、４ｋＶ〜６９ｋＶの範囲内の電圧で電力を供給することができる。これらの電圧は、１２０Ｖ又は２４０Ｖのようなより低い電圧で住宅用負荷へ電力を供給するために、配電変電所１６から電力を受け取る他の地域変電所（図示せず）で１つ又は２つ以上のレベルまで更に低減することができる。
【００１５】
送電線路２４の電流及び電圧定格により送電線路２４の送電容量が決定され、これは、一般に、ＭＶＡ負荷（Ｓ）に関して測定される。ＭＶＡ負荷は、有効電力（Ｐ）及び無効電力（Ｑ）のベクトル和であり、Ｐ＋ｊＱで表される。このように、何らかの仕事又はエネルギを生じない無効電力Ｑは、送電線路２４を通って伝送することのできる有効電力Ｐの量を制限する。しかしながら、無効電力Ｑが局部的に（例えば、配電変電所１６で）供給される場合、伝送される有効電力の量は増加させることができる。
【００１６】
図２は、電力−電圧（Ｐ−Ｖ）曲線を表すグラフ３０を示す。水平軸３２は有効電力Ｐを単位あたり（ｐｕ）で表し、また垂直軸３４は線路電圧を単位あたり（ｐｕ）で表す。３つの曲線３６、３８及び４０は、３つの異なる力率（すなわち、それぞれ０．９７遅れ、１、及び０．９７進み）の場合のＰ−Ｖ曲線を表す。各々の曲線上の突出点４２は、それぞれの力率における電圧安定性限界を表す。当業者に理解されるように、突出点は、その後では電圧崩壊が生じる点を表す。すなわち、負荷又は有効電力が増加するにつれて、線路電圧も僅かに変化するが、突出点４２を超えると、該電圧は０ｐｕまで急激に減少する。この状態は、無効電力損失が、それを供給するために利用可能な無効分供給源を有意に超えることから生じる。３つの曲線３６、３８及び４０から分かるように、線路電圧の変化は力率に左右され、従って、力率が高くなる又は進むにつれて、突出点はより高い電圧で生じる。換言すると、力率が高くなる又は進むにつれて、システムはより安定になる。
【００１７】
本発明の一実施形態に従った電力変換システムは、上述のように力率を改善し、その結果として電圧安定性を改善するように、電力線路に無効電力を供給する。電力変換システムの他の用途には、例えば、高調波電流補償、電力系統振動減衰、低電圧ライドスルー能力及び電圧調整が含まれる。
【００１８】
図３は、本発明の一実施形態に従った電力変換システム５０を示す。図３に示す例は三相電力変換システムであるが、これは本書の教示内容を制限するものではない。電力変換システム５０は電力変換器６０及び主変圧器６２を含んでいて、低電圧側５２と高電圧側５６との間を結合する。図示の実施形態では、低電圧側５２は発電機側５４にあり、他方、高電圧側５６は送電線路５８の側にある。しかしながら、他の実施形態では、低電圧側を負荷側とすることができ、また高電圧側を送電線路側とすることができる。
【００１９】
図示の実施形態では、電力変換器６０及び主変圧器６２は並列に接続されている。しかしながら、電力変換器６０及び主変圧器６２の入力が直列に接続され且つ出力が並列に接続され、或いはその逆に接続されるような他の構成も、本発明の範囲内にある。一般に、正常な動作状態中は、低電圧側５２からの電力の幾分かが主変圧器６２を通るように処理され、且つ電力の残りの部分が電力変換器６０を通るように処理される。電力変換器６０と主変圧器６２とを通るように処理することのできる電力の比率は、主変圧器６２及び電力変換器６０の定格と、用途の制御面とに依存する。異常な状態では、すなわち、主変圧器に障害があるとき、主変圧器６２が低電圧側及び高電圧側の一方又は両方から切り離されて、最大可能電力が電力変換器６０を通って伝送される。最大可能電力も、電力変換器６０の電圧定格、電流定格又は電力定格に依存する。一実施形態では、電力変換器６０の電力定格は主変圧器６２と比べて小さい。例えば、主変圧器６２の電力定格が５００ＭＶＡである場合、電力変換器６０の定格は１００ＭＶＡとすることができる。
【００２０】
また更に、正常な動作中、主変圧器６２は、電圧レベルを変更することによって低電圧側５２から入る電力を高電圧側５６へ伝送するに過ぎない。他方、電力変換器６０は、制御可能な有効及び無効電力を高電圧側５６へ注入する。電力変換器６０が高電圧側５６へ注入する電流量は、用途に左右される。前に述べたように、用途には、無効電力補償、高調波電流補償、過渡状態及び定常状態安定性管理などを含むことができる。
【００２１】
図４は、本発明の一実施形態に従った図３の電力変換器６０の概略図である。電力変換器６０は、複数のＤＣリンク・コンデンサ７５を介して結合された入力側変換器７２及び出力側変換器７４を含む。一実施形態では、入力側変換器７２が発電機（図示せず）から三相入力信号を受け取り、また出力側変換器７４が三相出力信号を送電線路へ供給する。入力側及び出力側は、それぞれ高電圧側及び低電圧側とすることができ、或いはそれぞれ低電圧側及び高電圧側とすることができる。一実施形態では、入力側及び出力側は、主変圧器６２が使用されていない場合は同じ電圧とすることができる。変換器制御装置７０は、基準信号に基づいて入力側変換器７２及び出力側変換器７４を監視し制御する。基準信号は、例えば、電圧信号、電流信号、又は有効及び無効電力信号を含むことができる。
【００２２】
出力側変換器７４は、少なくとも２つの出力側変換器ブリッジ７６と少なくとも２つの出力側変換器変圧器８８とを有する。図示の実施形態では、６つの出力側変換器ブリッジ７６と６つのそれぞれの出力側変換器変圧器８８が利用される。これらの各構成要素については以下に更に詳しく説明する。
【００２３】
一実施形態では、変換器制御装置７０は、出力側変換器ブリッジ７６を低い周波数でスイッチングするように制御して、対応する変換器出力電圧（基本電圧成分及び高調波成分を含む）を発生させるように構成される。一実施形態では、低いスイッチング周波数は、基本周波数が６０Ｈｚである場合、６０Ｈｚ〜１８０Ｈｚである。別の実施形態では、出力側変換器ブリッジは高い周波数で動作することができる。例えば、一実施形態では、高い周波数は、２ＫＨｚとすることができる。電力変換器ブリッジ７６の変換器出力電圧は複数のＡＣ線路９９上に発生される。
【００２４】
出力側変換器変圧器８８は、ＡＣ線路９９の出力電圧のレベルを変更して、それを電力線路の出力側の電圧に整合させることによって、出力電圧１００を発生するように構成される。その結果の合成出力電圧１００は、各々の出力側変換器ブリッジ７６の出力電圧の基本電圧成分の和を有する。一実施形態では、合成出力電圧１００は、それぞれの出力側変換器ブリッジ７６の変換器出力電圧中に存在する高調波を実質的に有しない。「実質的に有しない」とは、合成出力電圧が、第５、第７、第１１又は第１３のような低い次数の高調波を含んでいないことを表す。
【００２５】
各々の出力側変換器ブリッジ７６は、それぞれの出力側変換器変圧器８８の一次巻線７８に結合される。典型的には、各々の出力側変換器変圧器は三相変圧器を有する。一実施形態では、各々の出力側変換器変圧器８８の一次巻線７８は三相デルタ結線（すなわち、三相デルタ巻線）になるように接続される。
【００２６】
別の実施形態では、出力側変換器変圧器８８の二次巻線８０は、一相当り単一の巻線を有し、中性点は開放する。このとき、全ての出力側変換器変圧器８８の二次巻線８０は、典型的には、直列に接続される。一実施形態では、それらの二次巻線８８は並列に接続することができる。別の実施形態では、幾つかの二次巻線を直列に接続することができ、また直列接続の巻線の複数の群を並列に接続することができる。更に別の実施形態では、二次巻線８８は、各々の二次巻線が別の変圧器の二次巻線に対して所与の角度だけ位相シフトされて、それぞれの出力電圧中の低次の高調波が相殺されるように、配向することができる。代替実施形態では、一次及び二次巻線はジグザグ形巻線を有することができる。
【００２７】
より具体的な実施形態では、変換器制御装置７０は、出力側変換器ブリッジ７６を制御して位相シフトさせてスイッチングするように構成される。出力側変換器ブリッジ７６についてのゲート信号は、それぞれの変換器出力電圧の基本波成分が互いに対して位相シフトされるように導き出される。一実施形態では、これらの位相シフトされた信号は、出力側変換器変圧器８８の二次巻線８０における位相シフトと組み合わされたとき、結果として、合成出力電圧から低次の高調波成分を相殺させる。相殺される高調波の次数は、使用される変換器−変圧器ユニットの対の数に依存する。対の数及び位相シフトのレベルは、高電力品質の合成出力電圧が比較的低いスイッチング周波数で導き出されるように、選択することができる。
【００２８】
入力側変換器７２の構造は出力側変換器７４と同様である。すなわち、入力側変換器７２もまた、少なくとも２つの入力側変換器ブリッジ１０２及び２つの入力側変換器変圧器１０４を含む。入力側変換器ブリッジ１０２の各々は、対応する入力側変換器変圧器１０４を介して入力線路に結合される。また、入力側変換器ブリッジ１０２は入力側変換器変圧器１０４の二次巻線１０６に結合され、他方、入力側変換器変圧器１０４の一次巻線１０８は、電力変換器変圧器８８の二次巻線８０について前述したように直列に、又は並列に、又は直列−並列の組合せで接続することができる。更に、入力側変換器システム７２の入力側変換器ブリッジ１０２は、出力側変換器ブリッジ７６と同様な態様でスイッチングすることができる。
【００２９】
更に別の実施形態では、変換器制御装置７０が更に、入力側変換器ブリッジ１０２及び出力側変換器ブリッジ７６からの有効電力の流れを制御するように構成される。一実施形態では、有効電力出力が、出力側で合成出力電圧の基本波成分の位相角を制御することによって制御され、他方、無効電力入力が、ＤＣリンク・コンデンサ７５の電圧の振幅を制御することによって制御される。
【００３０】
別の実施形態では、電力変換器６０は更に、入力側変換器ブリッジ７６及び出力側変換器ブリッジ１０２からの無効電力の流れを制御するように構成される。この実施形態では、無効電力は、典型的には、出力側又は入力側で合成出力電圧の基本波成分の大きさ又は振幅を調節することによって制御される。
【００３１】
一実施形態では、変換器制御装置７０は、出力側で基準電流又は電圧指令信号を発生するように入力側変換器ブリッジ１０２及び出力側変換器ブリッジ７６を制御することができ、これによって更に、有効及び無効電力の流れを変化させることができる。基準電流又は電圧指令信号は、この電力変換器６０を用いることのできる用途に応じて定めることができる。例えば、用途としては、無効電力補償、高調波電流補償、電力系統振動減衰、低電圧ライドスルー能力及び電圧調整を挙げることができる。ここで、一般に、用途に関係なく、電力変換器６０の電圧及び電流が制御されるとき、有効及び無効電力もまたデフォルトによって制御されることに留意されたい。これは、有効及び無効電力が最終的に電圧及び電流の関数であるからである。
【００３２】
一実施形態では、主変圧器６２（図３）が系統から切り離されているとき、入力及び出力側変換器変圧器の巻線の接続を、一形式から別の形式へ変更することができる。例えば、一実施形態では、入力側変圧器の直列接続の一次巻線の複数の群を並列に接続することができ、これを更に、正常状態中は主変圧器６２と直列に接続することができる。しかしながら、主変圧器６２を故障により又は点検保守の目的で取り出したとき、全ての入力側変圧器の一次巻線が直列に接続されるように、入力側変圧器の一次巻線の接続を変更することができる。この接続の変更は、系統電圧を取扱い且つ入力側から出力側へ最大可能電力を転送するように電力変換器６０を再構成するために行うことができる。
【００３３】
図５は、本発明の一実施形態に従った制御装置１２０の模範的なブロック図である。制御装置１２０は、出力側変換器制御装置１２２及び入力側変換器制御装置１２４を含む。ここで、制御装置１２０が図４の変換器制御装置７０のほんの一部に過ぎないことに留意されたい。換言すると、図示の出力側変換器制御装置１２２及び入力側変換器制御装置１２４は、個々の出力側及び入力側変換器ブリッジ７６及び１０２のためのものに過ぎない。一実施形態では、多数のこのような制御装置１２０を、図４に示されているような多数の変換器ブリッジのために変換器制御装置７０内で利用することができる。これらの多数の制御装置は一実施形態では一緒に接続することができ、又は本発明の範囲から逸脱せずに単一の制御装置にまとめることができる。
【００３４】
両方の制御装置１２２及び１２４は、電圧又は電流信号を一基準座標系から別の基準座標系へ変換する変換マトリクスで三相位相ロック・ループ（ＰＬＬ）（図示せず）から生成される角度θを利用する。出力側制御装置１２２は、入力として、基準信号、出力側ブリッジ有効電力Ｐｏ＊及び出力側ブリッジ無効電力Ｑｏ＊を受け取る。一実施形態では、出力側ブリッジ有効電力信号Ｐｏ＊及び出力側ブリッジ無効電力信号Ｑｏ＊は、出力側変換器７４（図４）から要求される全出力有効及び無効電力を、出力側変換器７４で利用される電力変換器ブリッジの数で除算することによって、生成することができる。例えば、出力側変換器７４から要求される全出力有効及び無効電力がそれぞれ５０ＭＷ及び５０ＭＶＡＲであり、且つ利用される変換器ブリッジの数が５である場合、各々の変換器ブリッジはそれぞれ１０ＭＷの有効電力及び１０ＭＶＡＲの無効電力を出力する必要がある。
【００３５】
電流計算ブロック１２６により、出力側ブリッジ有効及び無効電力信号Ｐｏ＊及びＱｏ＊からｄ−ｑドメイン出力側ブリッジ基準電流信号ｉod＊及びｉoq＊をそれぞれ計算する。一実施形態では、ｄ−ｑドメイン信号は、同期基準座標系（すなわち、同期速度で回転する基準座標系）における信号を表す。２つの比例積分（ＰＩ）調整器１２８及び１３０により、ｄ−ｑドメイン出力側ブリッジ基準電流信号ｉod＊及びｉoq＊とｄ−ｑドメイン出力側ブリッジ実電流信号ｉod及びｉoqとの間の誤差信号に基づいてｄ−ｑドメイン出力側ブリッジ基準電圧信号Ｖod＊及びＶoq＊をそれぞれ生成する。ｄ−ｑドメイン実電流信号ｉod及びｉoqが、ａ−ｂ−ｃドメイン出力側実ブリッジ電流ｉoa、ｉob及びｉocからａｂｃ−ｄｑ変換マトリクス１３２によって生成される。一実施形態では、ａｂｃ−ｄｑ変換マトリクス１３２は下記のように表すことができる。
【００３６】
【数１】
2013048546.tif 000003
ここで、θはωｔとして与えられ、ωは送電線路電圧の周波数をラジアン／秒の単位で表し、またｔは時間を秒単位で表す。
【００３７】
ｄｑ−ａｂｃ変換マトリクス１３４により、ｄ−ｑドメイン電圧信号Ｖod＊及びＶoq＊をａ−ｂ−ｃドメイン出力側ブリッジ基準電圧指令信号Ｖoacmd 、Ｖobcmd 及びＶoccmd に変換する。ｄｑ−ａｂｃ変換マトリクスは下記のように表すことができる。
【００３８】
【数２】
2013048546.tif 000004
次いで、変調器１３６が、電圧指令信号Ｖoacmd 、Ｖobcmd 及びＶoccmd を生成させるように出力側ブリッジ変換器７６（図４）に対してゲート信号を生成する。一実施形態では、変調器１３６はパルス幅変調（ＰＷＭ）変調器とすることができる。更に、ＰＷＭ変調器は、正弦−三角ＰＷＭ変調器又は空間ベクトルＰＷＭ変調器とすることができる。
【００３９】
入力側制御装置１２４の構造は、出力側制御装置１２２と大体同じである。入力側制御装置１２４の目的は、ＤＣリンク７５（図４）における電圧を維持するため且つオペレータによって設定された所要の無効電力を生成するために入力側ブリッジ変換器１０２（図４）を制御することである。入力側制御装置１２４は、入力として、基準信号、ＤＣリンク電圧Ｖdc＊及び入力側ブリッジ無効電力Ｑｉ＊を受け取る。前に述べたように、入力側ブリッジ無効電力Ｑｉ＊信号はまた、入力側変換器１０２から要求される全無効電力を、入力側変換器１０２で利用される電力変換器ブリッジの数で除算することによって、生成することができる。
【００４０】
電圧ＰＩ調整器１３８により、実ＤＣリンク電圧Ｖdcと基準ＤＣリンク電圧Ｖdc＊との間の誤差に基づいてｄドメイン入力側ブリッジ基準電流信号ｉid＊を生成し、他方、電流計算ブロック１４０により、ｑドメイン入力側ブリッジ基準電流信号ｉiq＊を生成する。出力側変換器制御装置１２２の場合と同様に、２つの比例積分（ＰＩ）調整器１４２及び１４４により、ｄ−ｑドメイン入力側ブリッジ基準電流信号ｉid＊及びｉiq＊とｄ−ｑドメイン入力側ブリッジ実電流信号ｉid及びｉiqとの間の誤差信号に基づいてｄ−ｑドメイン入力側ブリッジ基準電圧信号Ｖid＊及びＶiq＊をそれぞれ生成する。実電流信号ｉid及びｉiqが、ａ−ｂ−ｃドメイン入力側実ブリッジ電流ｉia、ｉib及びｉicからａｂｃ−ｄｑ変換マトリクス１４６によって生成される。最後に、ｄｑ−ａｂｃ変換マトリクス１４８により、ｄ−ｑドメイン電圧信号Ｖid＊及びＶiq＊をａ−ｂ−ｃドメイン入力側ブリッジ基準電圧指令信号Ｖiacmd 、Ｖibcmd 及びＶiccmd に変換し、これらは、変調器１５０からゲート信号を受け取った後に入力側変換器ブリッジ１０２（図４）によって生成される。
【００４１】
ここで、図示の制御装置１２０が単に模範的なものであるに過ぎず、また本発明の様々な実施形態の電力変換器を制御するために使用することのできる他の制御装置構造も本発明の範囲内にあることに留意されたい。このような制御装置の目的は、高調波電流補償、電力系統振動減衰、低電圧ライドスルー能力及び電圧調整を含むことができる。
【００４２】
本発明による電力変換システムの利点の一つは、該システムが、高電力でコストの高いＦＡＣＴＳ装置と比べて、変換器ブリッジ及び変圧器を有する低電圧の、従って安価なモジュール式構築ブロックを利用することである。従って、それらの構築ブロックの１つが故障したとき、それを予備の構築ブロックで直ちに交換することができ、これによって電力供給の持続性を保証する。更に、主変圧器が故障したときでも、低減した電力を伝送することができる。
【００４３】
本発明の特定の特徴のみを例示し説明したが、当業者には種々の修正および変更をなし得よう。従って、「特許請求の範囲」の記載が本発明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての変更および変形を包含しようしていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  電力系統
１４  送電変電所
１６  配電変電所
１８  負荷
２０  発電機
２２  発電所変圧器
２４  一次送電線路
３０  電力−電圧（Ｐ−Ｖ）曲線を表すグラフ
３２  水平軸
３４  垂直軸
３６、３８、４０  電力−電圧（Ｐ−Ｖ）曲線
４２  突出点
５０  電力変換システム
５２  低電圧側
５４  発電機側
５６  高電圧側
６２  主変圧器
７２  入力側変換器
７４  出力側変換器
７５  ＤＣリンク・コンデンサ
７６  出力側変換器ブリッジ
８０  二次巻線
８８  出力側変換器変圧器
９９  ＡＣ線路
１００  合成出力電圧
１０２  入力側変換器ブリッジ
１０４  入力側変換器変圧器
１０６  二次巻線
１０８  一次巻線
１２０  制御装置
１２２  出力側変換器制御装置
１２４  入力側変換器制御装置
１２６  電流計算ブロック
１２８、１３０  比例積分（ＰＩ）調整器
１３２  ａｂｃ−ｄｑ変換マトリクス
１３４  ｄｑ−ａｂｃ変換マトリクス
１３８  電圧ＰＩ調整器
１４２、１４４  比例積分（ＰＩ）調整器
１４６  ａｂｃ−ｄｑ変換マトリクス
１４８  ｄｑ−ａｂｃ変換マトリクス
【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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【外国語明細書】
2013048546000001.pdf