(57)【要約】【課題】直流送電システムの起動時や潮流反転時において、定常状態まで速やかに移行する。【解決手段】定電圧制御回路１１Ａ，１１Ｂと、定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂと、最小値選択回路１３Ａ，１３Ｂと、直流電流設定器１６と、電流マージン設定器１５Ａ，１５Ｂとを備える。直流電流設定器１６は、電力変換器５Ｂを逆変換器として起動するとき、直流電流設定値Ｉｄｐを増加させ、電流マージン設定器１５Ｂは、電力変換器５Ｂの電流マージンΔＩｄ２を増加させ、定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂは、電力変換器５Ｂに対して、電流マージンΔＩｄ２と直流電流設定値Ｉｄｐとの差分並びに直流電流Ｉｄ２の入力に基いて制御角を出力する。【選択図】図１
2016005374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流線路を介して互に接続された２つの交流系統間で電力の変換を行う電力変換器の制御装置であって、
直流線路の直流電圧検出値と直流電圧設定値との入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電圧制御回路と、
直流線路の直流電流検出値と直流電流設定値との入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電流制御回路と、
前記定電圧制御回路及び前記定電流制御回路が出力した制御角のうち、最小値を前記電力変換器の制御角として出力する最小値選択回路と、
前記直流電流設定値の設定を行う直流電流設定器と、
前記電力変換器が逆変換器として動作するときに入力される電流マージンの設定を行う電流マージン設定器と、を備え、
前記直流電流設定器は、前記電力変換器を起動するとき、前記直流電流設定値を増加させ、
前記電流マージン設定器は、前記電力変換器を逆変換器として起動するとき、電流マージンを増加させ、
前記定電流制御回路は、逆変換器として動作する電力変換器に対して、前記電流マージンと前記直流電流設定値との差分並びに前記直流電流検出値の入力に基づいて前記制御角を出力することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項２】
前記電流マージン設定器は、前記電力変換器を逆変換器として起動するとき、前記電流マージンを、前記直流電流設定器において増加させた前記直流電流設定値よりも大きくなるように設定することを特徴とする請求項１記載の電力変換器の制御装置。
【請求項３】
直流線路を介して互に接続された２つの交流系統間で電力の変換を行う電力変換器の制御装置であって、
直流線路の直流電圧検出値と直流電圧設定値との入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電圧制御回路と、
直流線路の直流電流検出値と直流電流設定値との差分の入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電流制御回路と、
前記定電圧制御回路及び前記定電流制御回路が出力した制御角のうち、最小値を前記電力変換器の制御角として出力する最小値選択回路と、
前記直流電流設定値の設定を行う直流電流設定器と、
前記電力変換器が逆変換器として動作するときに入力される電流マージンの設定を行う電流マージン設定器と、を備え、
前記直流電流設定器は、前記電力変換器を順変換器から逆変換器に又は逆変換器から順変換器に切り換えるとき、前記直流電流設定値を増加させ、
前記電流マージン設定器は、前記電力変換器を順変換器から逆変換器に切り換えるとき、電流マージンを増加させ、
前記定電流制御回路は、逆変換器として動作する電力変換器に対して、前記電流マージンと前記直流電流設定値との差分並びに前記直流電流検出値の入力に基いて前記制御角を出力することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項４】
前記電流マージン設定器は、前記電力変換器を順変換器から逆変換器に切り換えるとき、前記電流マージンを、前記直流電流設定器において増加させた前記直流電流設定値よりも大きくなるように設定することを特徴とする請求項３記載の電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、交流系統に接続する直流送電システムに設けられ、交流から直流又は直流から交流への電力変換を行う電力変換器の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流送電システムは、例えば、商用周波数の異なる交流系統間で電力を融通する場合に用いられている。直流送電システムは、異なる交流系統それぞれに接続され、交流から直流又は直流から交流への電力変換を行う２つの電力変換器と、直流リアクトルを介して２つの電力変換器を接続する直流線路とを備えている。
【０００３】
交流から直流への電力変換を行う電力変換器を順変換器といい、直流から交流への電力変換を行う電力変換器を逆変換器という。例えば、互いに周波数の異なる交流系統Ａと交流系統Ｂが直流送電システムを経由して接続され、交流系統Ａから交流系統Ｂへ電力融通を行う場合、交流系統Ａ側の電力変換器が順変換器動作をし、交流系統Ｂ側の電力変換器が逆変換器動作をする。ここで、交流系統Ｂから交流系統Ａへの電力融通に切り換える場合は、電力変換器の順変換器と逆変換器を入れ換える。このように電力融通の方向を切り換えることを、潮流反転という。
【０００４】
電力変換器には制御装置が接続されている。制御装置は、直流電流及び直流電圧の設定値と、直流線路の検出電圧及び検出電流に基いて電力変換器の制御角を演算することで、電力変換器の起動、潮流反転、及び反転防止動作等の制御をしている。
【０００５】
例えば、直流送電システムの起動や潮流反転の際には、制御装置は逆変換器動作となる電力変換器側に電流マージンを設定した上で制御角を出力することで、潮流方向の制御を行う。また、速やかに定常状態に移行できるように、起動時又は潮流反転時に、一時的に直流電流設定値を大きく設定して制御角を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７６７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
直流送電システムは、安定度や経済的な面から、交流系統間の電力融通に限られず、長距離や大容量の送電においても注目されている。近年、洋上での風力発電、僻地での太陽光発電や地熱発電等の再生可能エネルギーへの注目が高まっていることも一因である。しかしながら、直流線路が長距離化し、静電容量が大きくなると、直流線路間の直流電圧を定常状態にするまでに必要な充電電流も大きくなる。そのため、起動時又は潮流反転時に直流電流設定値を大きく設定しても、定常状態までの動作を高速化することが難しかった。
【０００８】
本実施形態は、上述のような問題を鑑み、直流送電システムの起動時や潮流反転時において、定常状態まで速やかに移行することが可能な電力変換器の制御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】
【０００９】
上記目的を達成するために、実施形態の電力変換器の制御装置は、直流線路を介して互に接続された２つの交流系統間で電力の変換を行うものであって、直流線路の直流電圧検出値と直流電圧設定値との入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電圧制御回路と、直流線路の直流電流検出値と直流電流設定値との入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電流制御回路と、前記定電圧制御回路及び前記定電流制御回路が出力した制御角のうち、最小値を前記電力変換器の制御角として出力する最小値選択回路と、前記直流電流設定値の設定を行う直流電流設定器と、前記電力変換器が逆変換器として動作するときに入力される電流マージンの設定を行う電流マージン設定器と、を備え、前記直流電流設定器は、前記電力変換器を起動するとき、前記直流電流設定値を増加させ、前記電流マージン設定器は、前記電力変換器を逆変換器として起動するとき、電流マージンを増加させ、前記定電流制御回路は、逆変換器として動作する電力変換器に対して、前記電流マージンと前記直流電流設定値との差分並びに前記直流電流検出値の入力に基いて前記制御角を出力する。
【００１０】
実施形態の電力変換器の制御装置は、また、直流線路を介して互に接続された２つの交流系統間で電力の変換を行うものであって、直流線路の直流電圧検出値と直流電圧設定値との入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電圧制御回路と、直流線路の直流電流検出値と直流電流設定値との差分の入力に基いて前記電力変換器に対する制御角を出力する定電流制御回路と、前記定電圧制御回路及び前記定電流制御回路が出力した制御角のうち、最小値を前記電力変換器の制御角として出力する最小値選択回路と、前記直流電流設定値の設定を行う直流電流設定器と、前記電力変換器が逆変換器として動作するときに入力される電流マージンの設定を行う電流マージン設定器と、を備え、前記直流電流設定器は、前記電力変換器を順変換器から逆変換器に又は逆変換器から順変換器に切り換えるとき、前記電流設定値を増加させ、前記電流マージン設定器は、前記電力変換器を順変換器から逆変換器に切り換えるとき、電流マージンを増加させ、前記定電流制御回路は、逆変換器として動作する電力変換器に対して、前記電流マージンと前記直流電流設定値との差分並びに前記直流電流検出値の入力に基いて前記制御角を出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る電力変換器の制御装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態の一例としての、電力変換器の起動時の動作を示す図である。
【図３】比較例としての、電力変換器の起動時の動作を示す図である。
【図４】実施形態の一例としての、電力変換器の潮流反転時の動作を示す図である。
【図５】比較例としての、電力変換器の潮流反転時の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態に係る電力変換器の制御装置について、図面を参照して説明する。
【００１３】
（構成）
まず、実施形態に係る直流送電システムと、直流送電システム内の電力変換器及びその制御装置の構成を説明する。図１に、直流送電システム５０の主回路構成と、電力変換器５Ａ，５Ｂの制御装置８の構成を示している。直流送電システム５０は、二つの周波数の異なる交流系統１Ａ，１Ｂにそれぞれ接続され、交流から直流、直流から交流への電力変換を行う二つの電力変換器（以下、単に「変換器」ともいう）５Ａ，５Ｂを備える。
【００１４】
直流送電システム５０において、変換器５Ａ，５Ｂは、それぞれ６相または１２相のサイリスタブリッジにより構成されている。変換器５Ａは交流系統１Ａと、変換器５Ｂは交流系統１Ｂと、それぞれ変圧器４Ａ，４Ｂを介して接続されている。また、変換器５Ａ，５Ｂ同士は、直流リアクトル２Ａ，２Ｂを介して直流線路３で相互に接続される。
【００１５】
変換器５Ａ，５Ｂのうち、一方は順変換器として運転され、交流電力を直流電力に変換する。もう一方は逆変換器として運転され、直流線路３を送電された直流電力を交流電力に変換することにより、交流系統１Ａ，１Ｂ間で電力の融通を行う。
【００１６】
本実施形態の制御装置８は、変換器５Ａ，５Ｂの動作の制御を行う。制御装置８は、各変換器５Ａ，５Ｂに接続され、変換器５Ａ，５Ｂに対して制御角の入力を行う制御回路１７Ａ，１７Ｂを備える。直流線路３の変換器５Ａ，５Ｂ側には、直流電圧検出器６Ａ，６Ｂと直流電流検出器７Ａ，７Ｂがそれぞれ接続されており、これらの直流電圧検出値（以降、単に「直流電圧」ともいう）Ｖｄ１，Ｖｄ２及び直流電流検出値（以降、単に「直流電流」ともいう）Ｉｄ１，Ｉｄ２が制御回路１７Ａ，１７Ｂに入力され、変換器５Ａ，５Ｂの制御に使用される。
【００１７】
制御装置８は、さらに、各制御回路１７Ａ，１７Ｂに対して電流設定値Ｉｄｐと電流マージンΔＩｄ１，ΔＩｄ２の入力を行う設定回路２１とを備えている。
【００１８】
制御回路１７Ａは、定余裕角制御回路１０Ａ、定電圧制御回路１１Ａ、定電流制御回路１２Ａ、最小値選択回路１３Ａ、加算器２２Ａ及び減算器２３Ａを備えている。制御回路１７Ｂも同様の構成を備えているため、説明は省略する。
【００１９】
設定回路２１は、直流電流設定器１６、電流マージン設定器１５Ａ、電流マージン設定器１５Ｂ、切替器２０及び減算器２４Ａ，２４Ｂを備える。
【００２０】
直流電流設定器１６は、直流電流設定値Ｉｄｐを減算器２４Ａ，２４Ｂに出力する。直流電流設定値Ｉｄｐは、通常運転時は定数に設定されているが、変換器５Ａ，５Ｂの起動時と潮流反転時には、定数よりも増加するように変更される。一例として、定数より１１０％〜１５０％程度増加させると良い。
【００２１】
電流マージン設定器１５Ａは、変換器５Ａの電流マージンΔＩｄ１を減算器２４Ａに出力する。電流マージン設定器１５Ｂは、変換器５Ｂの電流マージンΔＩｄ２を減算器２４Ｂに出力する。電流マージンΔＩｄ１，ΔＩｄ２は、変換器５Ａ，５Ｂの通常動作時は定数に設定されるが、変換器５Ａ，５Ｂの起動時と潮流反転時には、定数から増加され、かつ直流電流設定値Ｉｄｐよりも大きくなるように変更される。すなわち、Ｉｄｐ＜ΔＩｄ１又はＩｄｐ＜ΔＩｄ２が成り立つように変更される。一例として、定数から増加させた直流電流設定値Ｉｄｐより１１０％〜１５０％程度増加させると良い。
【００２２】
切替器２０は、電流マージン設定器１５Ａと減算器２４Ａとの間と、電流マージン設定器１５Ｂと減算器２４Ｂとの間に設置されており、逆変換器動作となる変換器側にのみ電流マージンが入力されるように、切り替えを行う。具体的には、変換器５Ａが逆変換器動作となる場合には、減算器２４Ａに電流マージンΔＩｄ１のみが入力されるように切り換え、変換器５Ｂが逆変換器動作となる場合には、減算器２４Ｂに電流マージンΔＩｄ２のみが入力されるように切り換える。
【００２３】
減算器２４Ａ，２４Ｂは、順変換器動作をする変換器側の制御回路１７Ａ，１７Ｂの加算器２２Ａ，２２Ｂに対しては、電流マージンは入力せず、−Ｉｄｐのみを出力する。逆変換器動作をする変換器側の制御回路１７Ａ，１７Ｂの加算器２２Ａ，２２Ｂに対しては、直流電流設定値Ｉｄｐと電流マージンΔＩｄ１，ΔＩｄ２いずれかとの差分（ΔＩｄ１−Ｉｄｐ，ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）を入力する。すなわち、変換器５Ａが逆変換器動作をする場合には、制御回路１７Ａの加算器２２Ａに、直流電流設定値Ｉｄｐと電流マージンΔＩｄ１との差分（ΔＩｄ１−Ｉｄｐ）を入力する。変換器５Ｂが逆変換器動作をする場合には、制御回路１７Ｂの加算器２２Ｂに、直流電流設定値Ｉｄｐと電流マージンΔＩｄ２との差分（ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）を入力する。
【００２４】
制御回路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの加算器２２Ａ，２２Ｂには、直流電流検出器７Ａ，７Ｂで検出されたそれぞれの検出直流電流Ｉｄ１，Ｉｄ２も入力される。加算器２２Ａ，２２Ｂは、入力された各値を演算して、定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂに出力する。
【００２５】
具体的には、変換器５Ａが順変換器動作をする場合には、直流電流設定値と直流電流との差分（Ｉｄ１−Ｉｄｐ）を出力し、逆変換器動作をする場合には、直流電流設定値、電流マージン及び直流電流から演算された（Ｉｄ１＋ΔＩｄ１−Ｉｄｐ）を出力する。同様に、変換器５Ｂが順変換器動作をする場合には、直流電流設定値と直流電流との差分（Ｉｄ２−Ｉｄｐ）を出力し、逆変換器動作をする場合には、直流電流設定値、電流マージン及び直流電流から演算された（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）を出力する。
【００２６】
制御回路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの減算器２３Ａ，２３Ｂには、所定の直流電圧設定値Ｖｄｐと、直流電圧検出器６Ａ，６Ｂで検出されたそれぞれの検出直流電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が入力される。減算器２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ、直流電圧設定値と検出直流電圧との差分（Ｖｄｐ−Ｖｄ１，Ｖｄｐ−Ｖｄ２）を定電圧制御回路１１Ａ，１１Ｂに出力する。
【００２７】
定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ加算器２２Ａ，２２Ｂの出力値を入力として、直流電流Ｉｄ１，Ｉｄ２を一定に保つように変換器５Ａ，５Ｂの位相制御を行うための制御角α１ＡＣＲ，α２ＡＣＲを出力する。
【００２８】
定電圧制御回路１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ減算器２３Ａ，２３Ｂの出力値を入力として、直流電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を一定に保つように変換器５Ａ，５Ｂの位相制御を行うための制御角α１ＡＶＲ，α２ＡＶＲを出力する。
【００２９】
定余裕角制御回路１０Ａ，１０Ｂは、所定の余裕角を入力として、変換器５Ａ，５Ｂが転流失敗を起こさないための制御角の最大値α１ＡγＲ，α２ＡγＲを出力する。
【００３０】
最小値選択回路１３Ａ，１３Ｂは、定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂ、定電圧制御回路１１Ａ，１１Ｂ、定余裕角制御回路１０Ａ，１０Ｂの出力のうち、最小の制御角を選択し、それを変換器５Ａ，５Ｂの制御角α１，α２として出力し、各変換器５Ａ，５Ｂに入力する。
【００３１】
（作用）  
以上の構成を有する直流送電システム５０及び変換器５Ａ，５Ｂの制御装置８の作用を、起動時と潮流反転時に分けて説明する。
【００３２】
［起動時］
直流送電システム５０の起動時において、一例として、変換器５Ａを順変換器動作、変換器５Ｂを逆変換器動作として起動した場合を説明する。すなわち、設定回路２１の切替器２０は、変換器５Ｂ側の電流マージンΔＩｄ２が減算器２４Ｂに入力されるように切り替えを行う。
【００３３】
図２は、停止中から起動時、定常状態までの変換器５Ａ及び５Ｂ及び制御装置８の動作を示している。具体的には、上から、（ａ）直流電流設定値Ｉｄｐ、（ｂ）電流マージンΔＩｄ２、（ｃ）直流電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２、（ｄ）直流電流Ｉｄ１，Ｉｄ２、（ｅ）制御回路１７Ａにおける定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲ，定電圧制御回路１１Ａの出力α１ＡＶＲ及び定余裕角制御回路１０Ａの出力α１ＡγＲ、並びに（ｆ）制御回路１７Ｂにおける定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲと定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲ及び定余裕角制御回路１０Ｂの出力α２ＡγＲの変動をグラフで示している。
【００３４】
なお、図３には、比較例を示している。本実施形態は、上述したように、起動時に電流設定値Ｉｄｐと電流マージンΔＩｄ２の両方を増加させ、かつＩｄｐ＜ΔＩｄ２となるように制御しているが（図２（ａ）及び（ｂ）参照）、比較例は、電流設定値Ｉｄｐのみを増加させて、電流マージンΔＩｄ２は定数のままにしている（図３（ａ）及び（ｂ）参照）。なお、比較例においても、変換器５Ａ，５Ｂと制御装置８自体の動作は、基本的には実施形態の例と同じであるため、実施形態の例と異なる点についてのみ説明する。
【００３５】
停止中の初期状態では、図２（ａ）に示すように直流電圧Ｖｄ１とＶｄ２は０Ｖである。図２（ｅ）及び（ｆ）に示すように、変換器５Ａ，５Ｂの定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂと定電圧制御回路１１Ａ，１１Ｂの出力α１ＡＶＲ，α２ＡＶＲは初期位相（π／２）に抑えられている。
【００３６】
図３の下部に矢印で示した起動開始時点において、順変換器側の制御回路１７Ａの動作として、定電流制御回路１２Ａには、直流電流Ｉｄ１と直流電流設定値Ｉｄｐの差分（Ｉｄ１−Ｉｄｐ）が入力される。直流電流設定値Ｉｄｐは、図２（ａ）に示すように、停止中は通常運転時と同様の定数に設定されているが、起動開始後の区間（１）で増加される。
【００３７】
起動開始時点では、図２（ｄ）に示すように、直流電流Ｉｄ１は、０Ａ程度であり、Ｉｄ１＜Ｉｄｐである。そのため、図２（ｅ）に示すように、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲは初期位相から減少する。
【００３８】
定電圧制御回路１１Ａには、直流電圧Ｖｄ２と直流電圧設定値Ｖｄｐの差分（Ｖｄｐ−Ｖｄ２）が入力される。起動開始時点では、図２（ｃ）に示すように、Ｖｄ２は微小でありＶｄｐ＞Ｖｄ２である。したがって、図２（ｅ）に示すように、定電圧制御回路１１Ａの出力α１ＡＶＲは、初期位相から大きくなる。
【００３９】
定余裕角制御回路１０Ａは、上述したように変換器５Ａの転流失敗を防ぐ回路であり、転流失敗が生じない状態では常に定電流制御回路１２Ａ、定電圧制御回路１１Ａの出力α１ＡＣＲ，α１ＡＶＲよりも出力が大きい。そのため、起動開始時点では、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲが最も小さくなる。
【００４０】
最小値選択回路１３Ａは、定電流制御回路１２Ａ、定電圧制御回路１１Ａ、定余裕角制御回路１０Ａの出力値がそれぞれ入力されるが、その中で値が最も小さい定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲを変換器５Ａへ制御角α１として出力する。
【００４１】
ここで、定電流制御回路１２Ａへの入力は（Ｉｄ１−Ｉｄｐ）であり、起動開始直後から区間（１）の初期では図２（ｄ）に示すように、直流電流Ｉｄ１は０Ａ程度であることから、定電流制御回路１２Ａが定常状態に達する時間は直流電流設定値Ｉｄｐに依存する。ここで、起動開始後の区間（１）において、直流電流設定値Ｉｄｐを増加させることにより、定電流制御回路１２Ａへの入力を負方向に大きくする。これによって、図２（ｅ）に示すように、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲを急激に減少させ、変換器５Ａに出力される制御角α１を急峻に小さくさせる。
【００４２】
ここで、変換器５Ａの制御角α１と直流電圧Ｖｄ１には以下の式（１）の関係がある。なお、式（１）中のＶａｃ１は交流系統１Ａの母線電圧、Ｘ１は変圧器４Ａのリアクタンスとする。制御角α１が初期位相から小さくなることで、式（１）より直流電圧Ｖｄ１が大きくなり、Ｖｄ１と直流線路３間の直流電圧との差が大きくなるため、図２（ｄ）に示すように、直流電流Ｉｄ１がさらに増加するように作用する。
【数１】
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【００４３】
一方、逆変換器側の制御回路１７Ｂの動作として、定電流制御回路１２Ｂには、直流電流Ｉｄ２と電流マージン設定器１５Ｂより切替器２０を介して出力される電流マージンΔＩｄ２と直流電流設定値Ｉｄｐとの差分より演算された（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）が入力される。（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２＞Ｉｄｐ）となるため、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは区間（１）において初期位相から大きくなる。ここで、上述したように、電流マージンΔＩｄ２は、起動開始後の区間（１）において、直流電流設定値Ｉｄｐよりも大きくなるように変更されている（図２（ｂ）参照）。そのため、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは、急激に大きくなる。
【００４４】
定電圧制御回路１１Ｂでは、直流電圧Ｖｄ２と直流電圧設定値Ｖｄｐの差分が入力され、起動開始時点ではＶｄｐ＞Ｖｄ２であることから、図２（ｆ）に示すように、定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲは初期位相から大きくなる。定余裕角制御回路１０Ｂの出力α２ＡγＲは、定余裕角制御回路１０Ａと同様に、定電流制御回路１２Ｂ、定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＣＲ，α２ＡＶＲより大きい。
【００４５】
ここで、定電流制御回路１２Ｂの入力（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）は小さいため、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲよりも小さく、最小値選択回路１３Ｂからは定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲが変換器５Ｂの制御角α２として出力される。
【００４６】
一方、変換器５Ｂでは、（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）＞０として、図２（ｆ）に示すように、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは増加し続ける。結果として、変換器５Ｂに出力される制御角α２も大きくなる。特に、本実施形態では、直流電流設定値Ｉｄｐだけでなく、電流マージンΔＩｄ２も増加させ、かつＩｄｐ＜ΔＩｄ２となるようにしている。
【００４７】
もし、直流電流設定値Ｉｄｐのみを増加させた場合、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは増加速度は緩やかになってしまうが、電流マージンΔＩｄ２を直流電流設定値Ｉｄｐより大きくなるように増加させることで、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは急速に増加する。
【００４８】
ここで、変換器５Ｂの制御角α２と直流電圧Ｖｄ２には、以下の式（２）の関係が成り立つ。なお、式（２）中のＶａｃ２は交流系統１Ｂの母線電圧、Ｘ２は変圧器４Ｂのリアクタンスとする。制御角α２が初期位相から大きくなることで、式（２）より、直流電圧Ｖｄ２も大きくなる。
【数２】
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【００４９】
電流マージンΔＩｄ２の増加によって、変換器５Ｂに出力される制御角α２も初期位相から急峻に大きくなる。制御角α２が大きくなることで、前記式（２）より直流電圧Ｖｄ２が大きくなり、直流線路３間の直流電圧とＶｄ２の差が小さくなるため、図２（ｄ）に示すように、区間（１）において直流電流Ｉｄ２が減少、直流電流Ｉｄ１は増加するように作用する。これによって、直流線路３の充電電流を増加することができ、直流電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２を高速に直流電圧設定値Ｖｄｐに近づけることができる。
【００５０】
図２（ｃ）に示すように、直流電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２は、区間（２）で直流電圧設定値Ｖｄｐ付近となる。これによって、制御回路１７Ｂの定電圧制御回路１１Ｂに入力される（Ｖｄｐ−Ｖｄ１）が小さくなる。定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲは、結果として、図２（ｆ）に示すように、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲよりも小さくなる。
【００５１】
α２ＡＶＲ＜α２ＡＣＲとなることによって、最小値選択回路１３Ｂは、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲに代えて、定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲを制御角α２として出力する。これによって、変換器１５Ｂは定電圧制御となる。特に、本実施形態では、電流マージンΔＩｄ２を増加させているため、比較例の図３（ｆ）からわかるように、直流電流設定値Ｉｄｐのみを増加させた場合と比べて、α２ＡＶＲ＜α２ＡＣＲとなるまでの時間が短縮される。
【００５２】
その後、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、増加していた直流電流設定値Ｉｄｐの値を電力系統や直流送電に擾乱を与えないように滑らかに起動完了後の定常状態の値まで減少させて、起動動作は完了となる。
【００５３】
［潮流反転時］  
直流送電システム５０の潮流反転時において、一例として、潮流反転前は、変換器５Ａが逆変換器動作、変換器５Ｂが順変換器動作とし、潮流反転後は変換器５Ａを順変換器動作、変換器５Ｂを逆変換器動作に移行する場合を説明する。
【００５４】
図４は、反転前から反転開始、及び定常状態までの変換器５Ａ及び５Ｂ及び制御装置８の動作を示している。具体的には、上から、（ａ）直流電流設定値Ｉｄｐ、（ｂ）電流マージンΔＩｄ１，ΔＩｄ２、（ｃ）直流電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２、（ｄ）直流電流Ｉｄ１，Ｉｄ２、（ｅ）制御回路１７Ａにおける定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲ，定電圧制御回路１１Ａの出力α１ＡＶＲ及び定余裕角制御回路１０Ａの出力α１ＡγＲ、並びに（ｆ）制御回路１７Ｂにおける定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲと定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲ及び定余裕角制御回路１０Ｂの出力α２ＡγＲの変動をグラフで示している。
【００５５】
潮流反転時についても、比較例を図５に示している。本実施形態では、潮流反転時に、電流マージンをΔＩｄ１からΔＩｄ２を切り換え、さらに直流電流設定値Ｉｄｐと電流マージンΔＩｄ２の両方を増加させ、かつＩｄｐ＜ΔＩｄ２となるように制御している（図４（ａ）及び（ｂ）参照）。これに対して、比較例では、電流設定値Ｉｄｐのみを増加させており、電流マージンは、図５（ｂ）に示すように、ΔＩｄ１からΔＩｄ２に切り換えるのみで、その大きさは定数のままにしている（図５（ａ）及び（ｂ）参照）。なお、比較例においても、変換器５Ａ，５Ｂと制御装置８自体の動作は、基本的には実施形態の例と同じであるため、実施形態の例と異なる点についてのみ説明する。
【００５６】
図４の下部に矢印で示した潮流反転開始時点において、切替器２０の切り替えによって、設定回路２１の減算器２４Ａ，２４Ｂに入力される電流マージンΔＩｄ１，ΔＩｄ２が切替わる。図４（ｂ）に示すように、制御器１７Ａの定電流制御回路１２Ａに入力されていた電流マージンΔＩｄ１が０となり、制御器１７Ｂの定電流制御回路１２Ｂに電流マージンΔＩｄ２が入力されることで潮流反転が開始される。ここで、電流マージンΔＩｄ２は、電流マージンΔＩｄ１より大きく、かつ直流電流設定値Ｉｄｐよりも大きくなるように設定される。  
【００５７】
潮流反転開始後の区間（１）において、順変換器動作となる制御器１７Ａの動作として、制御器内の定電流制御回路１２Ａの入力からΔＩｄ１が無くなり、かつ、直流電流設定値Ｉｄｐも増加することから、定電流制御回路１２Ａの入力（Ｉｄ１−Ｉｄｐ）が減少し、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲが減少する。定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲは、定電圧制御回路１１Ａの出力α１ＡＶＲよりも減少し、最小値選択回路１３Ａの入力の中で最小となる。これによって、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲが変換器５Ａに制御角α１として出力される。
【００５８】
一方、逆変換器動作となる制御器１７Ｂの動作として、電流マージンΔＩｄ２が制御器内の定電流制御回路１２Ｂに入力され、定電流制御回路１２Ｂの入力が（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）となり、Ｉｄ２＋ΔＩｄ＞Ｉｄｐであるために定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは増加していく。
【００５９】
ここで、潮流反転開始後の区間（１）の初期では、Ｉｄ１とＩｄｐの差は小さいため、Ｉｄ１−Ｉｄｐを入力とする定電流制御回路１２Ａの出力α２ＡＣＲの変化は小さくなってしまう。そこで、図４（ａ）に示すように、直流電流設定値Ｉｄｐを増加させる。これによって、図４（ｅ）に示すように、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲの入力を負方向に大きくする、すなわち、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲを急激に減少させる。結果として、変換器５Ａに出力される制御角α１を急峻に小さくさせる。上述の式（１）より、潮流反転開始前の値から制御角α１が小さくなることで、直流電圧Ｖｄ１も急峻に小さくなり、直流線路３間の電圧差が大きくなるため、潮流反転時の直流電流Ｉｄ１を増加するように作用する。
【００６０】
一方、（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２）＞Ｉｄｐであるために、定電流制御回路１２Ｂに入力される（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）も増加する。結果として、図４（ｆ）に示すように、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲは増加する。これによって、変換器５Ｂに出力される制御角α２も潮流反転前の値より増加し、上述の式（２）より、直流電圧Ｖｄ２も０に近づいていく。
【００６１】
なお、定電流制御回路１２Ａの出力α１ＡＣＲの減少と定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲの増加は、直流電圧Ｖｄ１とＶｄ２の極性が反転し、大きさが潮流反転後の定常値となるまで続く。
【００６２】
図４（ｃ）に示すように、潮流反転後、直流電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２は、区間（２）直流電圧設定値Ｖｄｐ付近となる。これによって、制御器１７Ｂの定電圧制御回路１１Ｂに入力される（Ｖｄｐ−Ｖｄ１）が小さくなる。定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲは、結果として、図４（ｆ）に示すように、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲよりも小さくなる。
【００６３】
α２ＡＶＲ＜α２ＡＣＲとなることによって、最小値選択回路１３Ｂは、定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲに代えて、定電圧制御回路１１Ｂの出力α２ＡＶＲを制御角α２として出力する。これによって、変換器５Ｂは定電圧制御となる。その後、図２（ａ）に示すように、増加していた直流電流設定値Ｉｄｐの値を、電力系統や直流送電に擾乱を与えないように滑らかに潮流反転後の定常状態の値まで減少させて、潮流反転動作は完了となる。
【００６４】
本実施形態では、上述したように、電流マージンΔＩｄ２をΔＩｄ２＞Ｉｄｐとなるように増加させているため、定電流制御回路１２Ｂに入力される（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）も急峻に増加する。結果として、図４（ｆ）に示すように、制御器１７Ｂの定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲの増加も急峻になる。
【００６５】
定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲの増加によって、変換器５Ｂに出力される制御角α２も急峻に大きくなる。制御角が大きくなることで、上述の式（２）より直流電圧Ｖｄ２が０Ｖに近づき、直流線路３間の直流電圧との差が小さくなるため、図４（ｄ）に示すように、直流電流Ｉｄ２がさらに減少するように作用する。直流電流Ｉｄ１の増加と直流電流Ｉｄ２の減少は、直流線路３の充放電電流を増加させ、直流電圧Ｖｄ１とＶｄ２の極性反転と潮流反転後の定常状態に達するまでの時間を短縮させる。これは、図４（ｃ）を、比較例の図５（ｃ）と比べれば明らかである。
【００６６】
（効果）
（１）以上のように、本実施形態の電力変換器５Ａ，５Ｂの制御装置８は、直流線路３を介して互に接続された２つの交流系統間で電力の変換を行うものであり、直流線路３の直流電圧検出値Ｖｄ１，Ｖｄ２と直流電圧設定値Ｖｄｐとの入力に基いて制御角α１ＡＶＲ，α２ＡＶＲを出力する定電圧制御回路１１Ａ，１１Ｂと、直流線路３の直流電流検出値Ｉｄ１，Ｉｄ２と直流電流設定値Ｉｄｐとの入力に基いて制御角α１ＡＣＲ，α２ＡＣＲを出力する定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂと、定電圧制御回路１１Ａ，１１Ｂ及び定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂが出力した制御角のうち、最小値を電力変換器５Ａ，５Ｂの制御角α１，α２として出力する最小値選択回路１３Ａ，１３Ｂと、直流電流設定値Ｉｄｐの設定を行う直流電流設定器１６と、電力変換器５Ａ，５Ｂが逆変換器として動作するときに入力される電流マージンΔＩｄ１，ΔＩｄ２の設定を行う電流マージン設定器１５Ａ，１５Ｂと、を備え、直流電流設定器１６は、電力変換器５Ｂを逆変換器として起動するとき、直流電流設定値Ｉｄｐを増加させ、電流マージン設定器１５Ｂは、電力変換器５Ｂを逆変換器として起動するとき、電流マージンΔＩｄ２を増加させ、定電流制御回路１２Ａ，１２Ｂは、逆変換器として動作する電力変換器５Ｂに対して、電流マージンΔＩｄ２と直流電流設定値Ｉｄｐとの差分並びに直流電流検出値Ｉｄ２の入力に基いて制御角α２ＡＣＲを出力する。
【００６７】
直流電流設定値Ｉｄｐに加えて電流マージンΔＩｄ２も増加させることで、逆変換器側の定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲを急速に増加させ、直流電流Ｉｄ２を減少させる。一方、順変換器側の直流電流Ｉｄ１は直流電流設定値Ｉｄｐの増加によって急速に増加する。これによって、直流線路３の充電電流も急峻に増加し、直流電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を高速に直流電圧設定値Ｖｄｐに近づけ、直流送電システム５０が定常状態に達するまでの時間を短縮させることができる。
【００６８】
なお、電力変換器５Ａを逆変換器として起動する場合も、電流マージンΔＩｄ１を増加させることで、同様の効果を得られる。
【００６９】
（２）本実施形態の制御装置８において、また、直流電流設定器１６は、電力変換器５Ｂを順変換器から逆変換器に切り換えるとき、直流電流設定値Ｉｄｐを増加させ、電流マージン設定器１５Ｂは、電力変換器５Ｂを順変換器から逆変換器に切り換えるとき、電流マージンΔＩｄ２を増加させ、定電流制御回路１２Ｂは、逆変換器として動作する電力変換器５Ｂに対して、電流マージンΔＩｄ２と直流電流設定値Ｉｄｐとの差分並びに直流電流検出値Ｉｄ２の入力に基いて制御角α２ＡＣＲを出力する。
【００７０】
潮流反転時においても、直流電流設定値Ｉｄｐに加えて電流マージンΔＩｄ２も増加させることで、逆変換器側の定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲを急速に増加させることで、直流電流Ｉｄ２が減少するように作用する。一方、順変換器側の直流電流Ｉｄ１は直流電流設定値Ｉｄｐの増加によって急速に増加する。これによって、直流線路３の充放電電流を増加させ、直流電圧Ｖｄ１とＶｄ２の極性反転と潮流反転後の定常状態に達するまでの時間を短縮させることができる。
【００７１】
なお、電力変換器５Ａを順変換器から逆変換器に切り換えるときも、電流マージンΔＩｄ２を増加させることで、同様の効果を得られる。
【００７２】
（３）また、本実施形態では、起動時及び潮流反転時において、電流マージン設定器１５Ｂは、電流マージンを、直流電流設定器１６において増加させた直流電流設定値Ｉｄｐよりも大きくなるように設定する。これによって、（Ｉｄ２＋ΔＩｄ２−Ｉｄｐ）の入力に基く逆変換器側の定電流制御回路１２Ｂの出力α２ＡＣＲをより急速に増加させ、直流送電システム５０のより速やかな定常状態への移行を達成することができる。
【００７３】
［その他の実施形態］
（１）上述の実施形態では、２つの異なる交流系統１Ａ，１Ｂを接続する直流送電システム５０を例として説明したが、太陽光発電、風力発電、地熱発電及び水力発電等の再生エネルギーを利用した発電所と交流系統の間を接続する直流送電システムにも適用することができる。
【００７４】
（２）本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１Ａ，１Ｂ  交流系統
２Ａ，２Ｂ  直流リアクトル
３  直流線路
４Ａ，４Ｂ  変圧器
５Ａ，５Ｂ  電力変換器
６Ａ，６Ｂ  直流電圧検出器
７Ａ，７Ｂ  直流電流検出器
８  制御装置
１０Ａ，１０Ｂ  定余裕角制御回路
１１Ａ，１１Ｂ  定電圧制御回路
１２Ａ，１２Ｂ  定電流制御回路
１３Ａ，１３Ｂ  最小値選択回路
１５Ａ，１５Ｂ  電流マージン設定器
１６  直流電流設定器
１７Ａ，１７Ｂ  制御回路
２０  切替器
２１  設定回路
２２Ａ，２２Ｂ  加算器
２３Ａ，２３Ｂ  減算器
２４Ａ，２４Ｂ  減算器
５０  直流送電システム
【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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