(57)【要約】【課題】風力発電のように出力の制御が難しい交流電力系統と連系する多端子直流送電システムにおいて、良好な直流電圧で電力融通できる変換器システム及びその制御方法を提供する【解決手段】変換器システム１は、多端子直流送電システム１００に備えられ、交流電力電力系統１１０と直流電力系統１２０の間に介在する。変換器２は、交流を直流に変換し、又は直流を交流に変換する。制御装置５においては、ドループ制御部５ａにより、出力電力と直流電圧の関係からなるドループ特性に基づいて、出力電力と直流電圧とが均衡する運転点で変換器２を運転させ、特性変更部５ｂにより、交流電力系統１１０の一つに発生した長周期の出力変動に対し、ドループ特性を直流電圧軸に沿って平行移動させる。【選択図】図２
2017212785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多端子直流送電システムに備えられ、交流系統と直流系統の間に介在する変換器システムであって、
交流電力を直流電力に変換し、又は直流電力を交流電力に変換する変換器と、
前記変換器を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
出力電力と直流電圧の関係からなるドループ特性に基づいて、前記出力電力と前記直流電圧とが均衡する運転点で前記変換器を運転させるドループ制御部と、
前記交流系統の一つに発生した長周期の出力電力変動に対し、前記ドループ特性を前記直流電圧軸に沿って平行移動させる特性変更部と、
を備えること、
を特徴とする変換器システム。
【請求項２】
前記特性変更部は、前記交流系統の一つに発生した長周期の出力電力の変動に伴う直流電圧値の長周期変動を検出し、前記直流電圧値の長周期の変動に基づき、前記ドループ特性を平行移動させること、
を特徴とする請求項１記載の変換器システム。
【請求項３】
前記特性変更部はローパスフィルタを含むこと、
を特徴とする請求項２記載の変換器システム。
【請求項４】
交流系統と直流系統との各間に前記変換器と前記制御装置の組が各々配置され、
前記各特性変更部は、前記各ドループ特性を一律に平行移動させること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の変換器システム。
【請求項５】
前記特性変更部は、
長周期の出力電力変動量にドループ特性上対応する直流電圧変動量を算出し、前記ドループ特性を前記直流電圧変動量分だけ平行移動させること、
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の変換器システム。
【請求項６】
前記特性変更部は、
前記変換器の出力電力にドループ特性の傾きを乗算する特性変更部側係数器と、
前記係数器の出力と前記直流電圧変動量を表す補正値とを比較し、前記補正値が小さければ、正数を出力し、前記補正値が大きければ、負数を出力する比較器と、
前記比較器の出力値を前記補正値に加算し、前記比較器と前記ドループ制御部に出力する積算器と、
を含み、
前記ドループ制御部は、
前記変換器の出力電力にドループ特性の傾きを乗算するドループ制御部側係数器と、
直流電圧設定値と前記ドループ制御部側係数器の出力値の負の値と前記補正値とを加算する第１の加算器と、
前記加算器の出力値と直流電流検出値とを突き合わせる第２の加算器と、
前記第２の加算器が出力する差分値をゼロにする制御値を生成する比例積分器と、
を含むこと、
を特徴とする請求項５記載の変換器システム。
【請求項７】
前記ドループ制御部は、
直流電圧設定値を中心とする出力電力が一定の不感帯を前記ドループ特性に付加し、
前記特性変更部は、
直流電圧の長周期成分に基づいて直流電圧設定値を変更すること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の変換器システム。
【請求項８】
周波数制御や需給制御に前記多端子直流送電システムを活用する交流系統と、直流系統との間に介在すること、
を特徴とする請求項７記載の変換器システム。
【請求項９】
前記特性変更部は、直流電圧の長周期成分を抽出するローパスフィルタを含むこと、
を特徴とする請求項７又は８記載の変換器システム。
【請求項１０】
前記ローパスフィルタは、
直流電圧検出値から直流電圧設定値を減算する第１の加算器と、
前記第１の加算器が出力する差分値を積分して前記直流電圧設定値を更新し、前記第１の加算器と前記ドループ制御部に入力する積分器と、
を含み、
前記ドループ制御部は、
前記特性変更部から入力された前記直流電圧設定値に不感帯幅の半分の値を加算して、不感帯上限を設定する第１の加算器と、
前記特性変更部から入力された前記直流電圧設定値に不感帯幅の半分の値を減算して、不感帯下限を設定する第２の加算器と、
を含むこと、
を特徴とする請求項９記載の変換器システム。
【請求項１１】
直流電圧検出値が前記不感帯を外れたと判定する判定部を更に備え、
前記特性変更部は、前記直流電圧検出値が前記不感帯を外れると、前記直流電圧設定値の変更を停止すること、
を特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載の変換器システム。
【請求項１２】
前記判定部は、
前記不感帯の上限値及び下限値に対する前記直流電圧検出値の大小関係を比較し、前記上限値超又は前記下限値未満であると前記直流電圧設定値の変更を停止し、前記上限値以外及び前記下限値以上であると前記直流電圧設定値の変更を継続すること、
を特徴とする請求項１１記載の変換器システム。
【請求項１３】
多端子直流送電システムに備えられ、交流系統と直流系統の間に介在する変換器の制御方法であって、
出力電力と直流電圧の関係からなるドループ特性に基づいて、前記出力電力と前記直流電圧とが均衡する運転点で前記変換器を運転させるドループ制御ステップと、
前記交流系統の一つに発生した長周期の出力電力変動に対し、前記ドループ特性を前記直流電圧軸に沿って平行移動させる特性変更ステップと、
を含むこと、
を特徴とする変換器の制御方法。
【請求項１４】
前記特性変更ステップでは、
前記変換器の出力電力の長周期成分に基づいて、長周期の出力電力変動量にドループ特性上対応する直流電圧変動量を算出し、前記ドループ特性を前記直流電圧変動量分だけ平行移動させること、
を特徴とする請求項１３記載の変換器の制御方法。
【請求項１５】
前記ドループ制御ステップでは、
直流電圧設定値を中心とする出力電力が一定の不感帯を前記ドループ特性に付加し、
前記特性変更ステップでは、
直流電圧の長周期成分に基づいて直流電圧設定値を変更すること、
を特徴とする請求項１３記載の変換器の制御方法。
【請求項１６】
直流電圧検出値が前記不感帯を外れたと判定する判定ステップを更に備え、
前記特性変更では、前記直流電圧検出値が前記不感帯を外れると、前記直流電圧設定値の変更を停止すること、
を特徴とする請求項１５記載の変換器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多端子直流送電システムが備える変換器システム及び其の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電力系統間の電力融通のため、交流電力系統間に直流電力系統を介在させる直流送電システムが提唱されている。直流送電システムは、交流送電に比べて少送電損失である。従って、直流送電システムは、特に洋上風力や国際連系等の長距離送電に好適である。直流送電システムは、交流電力系統の各端に交直又は直交変換する各変換器を配置し、各変換器の各直流端子を直流送電線に接続して成る。電力融通が３端子以上の直流送電システムを多端子直流送電システムという。
【０００３】
多端子直流送電システムにおいて、３端子送電程度であれば、２段ＡＶＲ方式のように、直流電圧指令値のマージンを２段階とすれば対応可能である。しかしながら、端子数が多く、また長距離の送電であると、直流電圧指令値のマージンを大きくとらねばならない変換器が生じる。電力融通状況によっては、その変換器は、大きなマージンが取られた直流電圧で運転することになり、直流電圧が定格電圧から乖離する虞がある。直流電圧が定格電圧より高いと過電圧となり機器損傷の虞があり、直流電圧が定格電圧より低いと送電損失増加となる。
【０００４】
そこで、２段ＡＶＲ方式に代えて、変換器の出力と直流電圧との関係にドループ特性を与える制御方式が考えられる。出力と直流電圧が均衡するように、直流電圧の変動に出力を追従させる。交流電力系統の一つに出力変動が発生すると、直流電力系統の直流電圧が変動する。直流電圧の変動に合わせて変換器の出力を変化させ、エネルギー収支が合うように、交流電力系統の一つに発生した出力変動を補う。ドループ制御方式では、直流電圧指令値のマージンを大きく取る必要はなく、直流電圧が定格電圧から常時乖離することはない。
【０００５】
但し、ドループ制御方式であっても、変動量によっては直流電圧が定格電圧から乖離する。交流電力系統の出力が短周期変動であれば、乖離状態に継続性はなく、機器損傷の虞や送電損失は抑制される。しかしながら、多端子直流送電システムには、出力が長周期変動する交流電力系統が接続される場合もある。この交流電力系統は、例えば風力発電である。そうすると、多端子直流送電システムに配置される各変換器が定格電圧から外れて運転する状態が長期化し、機器損傷や送電損失の問題が再燃する。
【０００６】
そこで、定期的に直流電圧を検出し、定格直流電圧と直流電圧検出値の差分で直流電圧指令値を補正することで、直流電圧を維持する方式も提案されている。この方式をドループ特性変更方式と呼ぶ。このドループ特性変更方式は、出力と直流電圧との特性を変更させて、直流電圧を直流電圧指令値に維持させる。すなわち、右側を正方向とする横軸に出力を取り、上側を正方向とする縦軸に直流電圧を取ると、ドループ特性は右下がりの直線となる。出力増加により、直流電圧は直流電圧設定値から乖離して低下するが、その低下分だけ、右下がりの直線を上方向にシフトする。これにより、直流電圧を直流電圧設定値に維持できる。
【０００７】
しかし、これらドループ制御方式及びドループ特性変更方式では、直流電圧の変動に対して出力電力を変動させるため、所望出力で変換器を運転できない。この点、ドループ特性において変換器の出力と直流電圧との関係に不感帯を設けた方式も提案されている。この方式を不感帯併用方式と呼ぶ。
【０００８】
不感帯併用方式であれば、直流電圧が所定範囲に収まる間に限って出力を不動とするドループ特性を形成できる。すなわち、ドループ特性に垂直な直線が挿入される。この垂直な直線を所望出力に合わせて挿入することで、出力一定の制御が可能となる。しかしながら、ドループ制御が可能な直流電圧と出力の範囲は定まっており、不感帯を大きく取ると、不感帯から外れた場合に直流電圧の変動が非常に大きくなり、機器損傷や送電損失の問題が再燃する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平9-200957号公報
【特許文献２】特開平9-200952号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、出力が長周期に亘って変動し、また有効電力設定値が設定不可能な風力発電等の交流電力系統が接続されている場合、従来のようなドループ制御方式、ドループ特性変更方式及び不感帯併用方式では、良好な直流電圧に維持することが困難であった。
【００１１】
本発明の実施形態では、風力発電のように出力の制御が難しい交流電力系統と連系する多端子直流送電システムにおいて、良好な直流電圧で電力融通できる変換器システム及びその制御方法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】
【００１２】
本発明の実施形態における変換器システムは、多端子直流送電システムに備えられ、交流系統と直流系統の間に介在する変換器システムであって、交流電力を直流電力に変換し、又は直流電力を交流電力に変換する変換器と、前記変換器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、出力電力と直流電圧の関係からなるドループ特性に基づいて、前記出力電力と前記直流電圧とが均衡する運転点で前記変換器を運転させるドループ制御部と、前記交流系統の一つに発生した長周期の出力電力変動に対し、前記ドループ特性を前記直流電圧軸に沿って平行移動させる特性変更部と、を備えること、を特徴とする。
【００１３】
前記特性変更部は、前記変換器の出力電力の長周期成分に基づいて、長周期の出力電力変動量にドループ特性上対応する直流電圧変動量を算出し、前記ドループ特性を前記直流電圧変動量分だけ平行移動させるようにしてもよい。
【００１４】
前記ドループ制御部は、直流電圧設定値を中心とする出力電力が一定の不感帯を前記ドループ特性に付加し、前記特性変更部は、直流電圧の長周期成分に基づいて直流電圧設定値を変更するようにしてもよい。
【００１５】
直流電圧検出値が前記不感帯を外れたと判定する判定部を更に備え、前記特性変更部は、前記直流電圧検出値が前記不感帯を外れると、前記直流電圧設定値の変更を停止するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明の実施形態における変換器の制御方法は、多端子直流送電システムに備えられ、交流系統と直流系統の間に介在する変換器の制御方法であって、出力電力と直流電圧の関係からなるドループ特性に基づいて、前記出力電力と前記直流電圧とが均衡する運転点で前記変換器を運転させるドループ制御ステップと、前記交流系統の一つに発生した長周期の出力電力変動に対し、前記ドループ特性を前記直流電圧軸に沿って平行移動させる特性変更ステップと、を含むこと、を特徴とする。
【００１７】
前記特性変更ステップでは、前記変換器の出力電力の長周期成分に基づいて、長周期の出力電力変動量にドループ特性上対応する直流電圧変動量を算出し、前記ドループ特性を前記直流電圧変動量分だけ平行移動させるようにしてもよい。
【００１８】
前記ドループ制御ステップでは、直流電圧設定値を中心とする出力電力が一定の不感帯を前記ドループ特性に付加し、前記特性変更ステップでは、直流電圧の長周期成分に基づいて直流電圧設定値を変更するようにしてもよい。
【００１９】
直流電圧検出値が前記不感帯を外れたと判定する判定ステップを更に備え、前記特性変更では、前記直流電圧検出値が前記不感帯を外れると、前記直流電圧設定値の変更を停止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の変換器システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の変換器システムが備える制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図３】第１実施形態の変換器システムが備える制御装置の機能ブロックを示す。
【図４】第１実施形態に係る各変換器のドループ特性を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の一部の変換器システムが備える制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図６】第２実施形態の一部の変換器システムが備える制御装置の機能ブロックを示す。
【図７】第２実施形態に係る一部変換器の出力特性を示すグラフである。
【図８】第３実施形態の一部の変換器システムが備える制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図９】第３実施形態の一部の変換器システムが備える制御装置の機能ブロックを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る変換器システムについて、図面を参照して説明する。図１に示す変換器システム１は、多端子直流送電システム１００の構成要素である。多端子直流送電システム１００には複数の交流電力系統１１０が連系する。変換器システム１は、交流電力系統１１０と直流電力系統１２０との各間に配置される。ここで、出力が長周期及び短周期で変動し、出力を制御できない発電機を含む交流電力系統１１０を特に長周期変動系統１１１として区別する。長周期変動系統１１１の発電機は、例えば風力発電機など、自然エネルギーを利用した発電機である。他の交流電力系統の発電機は、出力制御可能な例えば火力発電機等である。
【００２２】
変換器システム１は、変換器２と直流電圧測定器３と直流電流測定器４と制御装置５とを備える。変換器２は、交流を直流に変換して交流電力系統１１０から直流電力系統１２０へ供給し、または直流を交流に変換して直流電力系統１２０から交流電力系統１１０に供給する。変換器２の交直又は直交の別は電力潮流の方向に依る。この変換器２は、制御装置５によってドループ特性を獲得する。直流電圧測定器３は、直流電力系統１２０の直流電圧を検出し、直流電圧検出値Ｖｄを制御装置５に入力する。直流電流測定器４は、変換器２が送出する直流電流を検出し、検出電流値Ｉｄを制御装置５に入力する。直流電圧測定器３と直流電流測定器４は、信号線により制御装置５と接続されている。
【００２３】
制御装置５は、変換器２にドループ特性を付与し、出力電力と直流電圧とがドループ特性上均衡する運転点に変換器２の運転を移行させることで、各変換器システム１が協調して系統内のエネルギー収支をとる。また、この制御装置５は、長周期変動系統１１１の長周期の出力変動に対して、変換器２のドループ特性を変更し、直流電圧を直流電圧設定値Ｖｒｅｆに維持する。ドループ特性は、各変換器システム１で一律に変更される。
【００２４】
図２は、制御装置５の構成を示す制御ブロック図である。この制御装置５は、所謂コンピュータであり、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はＣＰＵ等のプロセッサを搭載し、メモリに記憶されたプログラムの実行によってソフトウェア処理することにより実現してもよいし、論理回路を組み合わせた専用回路により構成してもよい。
【００２５】
図２に示すように、制御装置５では、乗算器５１に直流電圧検出値Ｖｄと検出電流値Ｉｄを入力する。乗算器５１は直流電圧検出値Ｖｄと検出電流値を乗算して出力検出値Ｐｄを出力する。出力検出値Ｐｄは係数器５２に入力される。係数器５２は、係数Ｋが設定され、出力検出値Ｐｄに係数Ｋを乗算する。係数Ｋは、出力と直流電圧との関係を示すドループ特性の傾きである。変換器システム１ごとに係数Ｋが定められる。
【００２６】
係数器５２の出力値は、直流電圧設定値Ｖｒｅｆと補正値Ｖｗと共に加算器５３に入力される。直流電圧設定値Ｖｒｅｆは、各変圧器システム１の共通値であり、直流電力系統１２０の電圧定格値を基準とする。加算器５３は、直流電圧設定値Ｖｒｅｆに対して係数器５２の出力値を負の符号で加算し、また直流電圧設定値Ｖｒｅｆに補正値Ｖｗを加算する。加算器５３の出力値は、直流電圧測定器３の直流電圧検出値Ｖｄと共に後段の加算器５４に入力される。加算器５４は、直流電圧検出値Ｖｄに対して加算器５３の出力値を負の符号で加算する。この加算器５４では、直流電圧検出値Ｖｄと加算器５３の出力値との突合せが行われて、その差分が出力されることになる。
【００２７】
差分値は比例積分器５５に入力される。比例積分器５５は、差分値がゼロになるような、すなわち直流電圧検出値Ｖｄと加算器５３の出力値とが等しくなるような有効電力制御値Ｐｏを比例積分制御により生成する。比例積分器５５には、時定数が設定されており、差分値をゼロにする速度、換言すると長周期変動成分の追従性が調整される。比例積分器５５が出力する制御値が変換器２に入力され、変換器２は制御値に従って作動する。
【００２８】
補正値Ｖｗの生成に関し、制御装置５では、まず、乗算器５１が出力する出力検出値Ｐｄをノイズフィルタ５６に通す。ノイズフィルタ５６は、出力検出値Ｐｄの非常に短周期、つまりノイズ性の変動成分を除去する。ノイズフィルタ５６の時定数は数十ｍｓまでに設定するとよい。ノイズフィルタ５６の出力は、係数器５７に入力される。係数器５７は、係数Ｋを有し、ノイズを除去した出力検出値Ｐｄに係数Ｋを乗算する。係数Ｋはドループ特性の傾きである。
【００２９】
係数器５７の出力値は、比較器５８に入力される。比較器５８には、前回サンプリング時に生成された補正値Ｖｗも入力される。比較器５８は、係数器５７の出力値と補正値Ｖｗとを比較し、補正値Ｖｗが小さければ、例えば１等の所定値を積分器５９に出力し、補正値Ｖｗが大きければ、例えば−１等の所定値を積分器５９に出力する。尚、補正値Ｖｗに加減算する所定値は、多端子直流送電システム１００に備えられる変圧器システム１で同値を使用する。積分器５９は、比較器５８の出力値を積分することにより補正値Ｖｗを更新し、比較器５８に戻すとともに、加算器５３に入力する。
【００３０】
この比較器５８と積分器５９はローパスフィルタとして働き、係数器５７の出力値から長周期変動分を抽出し、補正値Ｖｗとしている。係数器５７は、出力検出値Ｐｄを電圧値に変換している。すなわち、補正値Ｖｗは、長周期に亘る直流電圧の変動量である。
【００３１】
この制御装置５は、図３に示すように、出力検出値Ｐｄと直流電圧検出値Ｖｄとの均衡を図るドループ制御部５ａと、ドループ特性を変更する特性変更部５ｂを備えることになる。係数器５２と加算器５３と加算器５４と比例積分器５５とによりドループ制御部５ａが形成される。また、係数器５７と比較器５８と積分器５９とにより特性変更部５ｂが形成される。
【００３２】
ドループ制御部５ａでは、以下式（１）に示されるドループ特性が形成され、式（１）に示されるドループ特性上、出力検出値Ｐｄと直流電圧検出値Ｖｄとが均衡する運転点に向けて、有効電力制御値Ｐｏによる制御が実行されることになる。式（１）において、出力検出値Ｐｄは、乗算器５１が出力する値である。係数Ｋは、係数器５２に設定され、ドループ特性の傾きである。直流電圧設定値Ｖｒｅｆは、係数器５２の出力値とともに、加算器５３に入力される。Ｖは、加算器５３の出力値であり、直流電圧検出値Ｖｄと突き合わされる値である。
Ｖ＝Ｖｒｅｆ−Ｋ×Ｐｄ      ・・・（１）
【００３３】
そして、特性変更部５ｂでは、出力検出値Ｐｄに係数Ｋを乗算することで直流電圧値を算出し、直流電圧値の長周期変動成分である補正値Ｖｗを抽出し、この補正値Ｖｗをドループ制御部５ａに入力している。これにより、式（１）には補正値Ｖｗが加算されて、以下式（２）に示されるドループ特性が形成される。
Ｖ＝Ｖｒｅｆ−Ｋ×Ｐ＋Ｖｗ      ・・・（２）
【００３４】
式（２）に示されるように、特性変更部５ｂは、ドループ特性を、傾きが係数Ｋのまま、長周期での直流電圧の変動量Ｖｗだけ、ドループ特性を平行移動させる。ドループ制御部５ａは、式（２）に示す新たなドループ特性に従って、出力検出値Ｐｄと直流電圧検出値Ｖｄとが均衡する新たな運転点に向けて、有効電力制御値Ｐｏを生成し、変換器２を運転させる。
【００３５】
図４は、多端子直流システム１に備えられる各変換器２のドループ特性を示すグラフである。右側を正方向とする横軸が出力、上側を正方向とする縦軸が直流電圧である。ここで、本実施形態の多端子直流システム１には、３台の変換器２が備えられるものとし、１台は、出力が制御困難な長周期変動系統１１１と直流電力系統１２０との間に配置される。図４の（ａ１）に示すように、長周期変動系統１１１に対する変換器２は、出力制御が困難であるため、垂直な直線で示される特性を有する。他の交流電力系統１１０に対する変換器２は、図４の（ｂ１）及び（ｃ１）のグラフに示すように、各々に定められた係数Ｋ１及びＫ２のドループ特性を有する。
【００３６】
各変換器２の出力Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、エネルギー収支がゼロとなる。すなわち、Ｐａ＋Ｐｂ＋Ｐｃ＝０が成立する。また、各変換器２は、共通の直流電圧値Ｖｄで運転される。そのため、各変換器２は、Ｐａ１＋Ｐｂ１＋Ｐｃ１＝０が成立し、且つ同一の直流電圧となる運転点Ｄａ１、Ｄｂ１、Ｄｃ１に落ち着く。
【００３７】
ここで、図４の（ａ２）に示すように、長周期変動系統１１１の出力Ｐ１が長周期でゼロとなったものとする。何れかの出力Ｐａ、Ｐｂ又はＰｃの変動に対して、他の出力Ｐａ、Ｐｂ又はＰｃが変動し、Ｐａ２＋Ｐｂ２＋Ｐｃ２＝０が成立する。すなわち、図４の（ｂ２）及び（ｃ２）に示すように、他の変換器２は、各制御装置５のドループ制御部５ａにより、出力Ｐｂ２及びＰｃ２に共に増加してＰｂ２＋Ｐｃ２＝０となり、且つ共通の直流電圧値Ｖｄに低下した新たな運転点Ｄａ２、Ｄｂ２、Ｄｃ２に向けて均衡し始める。この運転点Ｄｂ２、Ｄｃ２の直流電圧値Ｖｄは、変換器２のドループ特性の傾きをＫ１とすると、直流電圧設定値ＶｒｅｆからＫ１×（Ｐｂ２−Ｐｂ１）だけ下降した値であり、他方の変換器２のドループ特性の傾きをＫ２とすると、直流電圧設定値ＶｒｅｆからＫ２×（Ｐｃ２−Ｐｃ１）だけ下降した値であり、同値である。
【００３８】
但し、各変換器システム１の制御装置５において、一方の特性変更部５ｂにより、出力がＰｂ１からＰｂ２になる過程に伴い、徐々にＫ１×（Ｐｂ２−Ｐｂ１）に近づく補正値Ｖｗが生成されてドループ特性に加算されていく。また、他方の特性変更部５ｂにより、出力がＰｃ１からＰｃ２になる過程に伴い、徐々にＫ２×（Ｐｃ２−Ｐｃ１）に近づく補正値Ｖｗが生成されてドループ特性に加算されていく。そのため、図４の（ｂ３）に示すように、ドループ特性が補正値Ｖｗの示すＫ１×（Ｐｂ２−Ｐｂ１）だけ、徐々に平行移動していく。また、図４の（ｃ３）に示すように、ドループ特性が補正値Ｖｗの示すＫ２×（Ｐｃ２−Ｐｃ１）だけ、徐々に平行移動していく。
【００３９】
そして、図４の（ｂ３）及び（ｃ４）に示すように、変換器２は、Ｐｂ２＋Ｐｃ２＝０となり、直流電圧検出値Ｖｄが直流電圧設定値Ｖｒｅｆとなる運転点Ｄａ３、Ｄｂ３、Ｄｃ３で均衡する。尚、補正値Ｖｗに加減算する所定値は、各変換器システム１で同値であるので、ドループ特性の平行移動は、各変換器システム１で一律に達成される。
【００４０】
一方、出力変動が長周期でない場合、直流電圧の長周期変動も無いから、特性変更部５ｂは差動しない。または、出力変動の短周期成分については特性変更部５ｂは補正値Ｖｗを変更しない。そのため、短周期の出力変動又は短周期成分に由来する補正値Ｖｗの成分はゼロであり、図４の（ｂ２）及び（ｃ２）に示すように、ドループ特性は変化しない。
【００４１】
以上のように、この変換器システム１は、変換器２と、この変換器２の出力を制御する制御装置５とを備え、制御装置５により、直流電圧と出力の関係からなる変換器２の出力特性を、変換器２の運転状態に応じて補正し、補正された変換器２の出力特性通りに変換器２を運転するようにした。
【００４２】
例えば、この変換器システム１は、多端子直流送電システム１００に備えられ、交流電力系統１１０と直流電力系統１２０の間に介在する。変換器２は、交流を直流に変換し、又は直流を交流に変換する。制御装置５においては、ドループ制御部５ａにより、出力と直流電圧の関係からなるドループ特性に基づいて、出力と直流電圧とが均衡する運転点で変換器２を運転させ、特性変更部５ｂにより、交流電力系統１１０の一つに発生した長周期の出力変動に対し、ドループ特性を直流電圧軸に沿って平行移動させるようにした。
【００４３】
これにより、長周期に出力変動が生じ、また有効電力設定値を定めることができない風力発電等の交流電力系統１１０が接続されていても、良好な直流電圧に維持することができる。
【００４４】
また、変換器２と制御装置５の各組は、交流電力系統１１０と直流電力系統１２０との各間に各々配置され、各特性変更部５ｂは、各ドループ特性を一律に平行移動させるようにした。これにより、各変換器システム１が協調してドループ特性を変化させることになり、変換器システム１間でアンバランスが生じることが抑制される。
【００４５】
また、交流電力系統１１０の一つに発生した長周期の出力変動に応答した直流電力系統１２０の直流電圧変動を検出し、長周期の直流電圧の変動量に基づいて変換器２の出力特性を補正し、補正された変換器２の出力特性通りに変換器２を運転させるようにした。すなわち、特性変更部５ｂは、長周期の直流電圧の変動量に基づき、ドループ特性を平行移動させる。典型的には、特性変更部５ｂは、変換器２の出力の長周期変動成分に基づいて、長周期の出力変動量にドループ特性上対応する直流電圧変動量を算出し、ドループ特性を直流電圧変動量分だけ平行移動させる。
【００４６】
これにより、長周期の出力変動については、直流電圧を維持することで機器の信頼性を担保し、送電損失を抑制する。短周期の出力変動については、過電圧が過渡的であるので、直流電圧の昇降を許容して多端子直流送電システム１の安定性を優先するという、２種の制御パターンを両立できる。
【００４７】
長周期に亘る直流電圧の変動量を検出するためには、例えば、直流電圧値が入力される比較器５８と、比較器５８の出力を積分して比較器５８にフィードバックする積分器５９とで構成されるローパスフィルタを備えるようにすればよい。具体的には、特性変更部５ｂは、係数器５７と比較器５８と積分器５９を備える。係数器５７は、変換器２の出力の長周期変動成分にドループ特性の傾きＫを乗算する。比較器５８は、係数器５７の出力と直流電圧変動量を表す補正値Ｖｗとを比較し、補正値Ｖｗが小さければ、正数を出力し、補正値Ｖｗが大きければ、負数を出力する。そして、積分器５９は、比較器５８の出力値を補正値Ｖｗに加算し、比較器５８とドループ制御部５ａに出力する。
【００４８】
ドループ制御部５ａは、係数器５２と加算器５３と加算器５４と比例積分器５５を備える。係数器５２は、変換器２の出力にドループ特性の傾きＫを乗算する。加算器５３は、予め設定された直流電圧設定値Ｖｒｅｆとドループ制御部５ｂ側の係数器５２の出力値の負の値と補正値Ｖｗとを加算する。加算器５４は、加算器５３の出力値と直流電流検出値Ｖｄとを突き合わせる。そして、比例積分器５５は、加算器５４が出力する差分値をゼロにする有効電力制御値Ｐｏを生成する。
【００４９】
これにより、有効電力設定値を定めることができない風力発電等の交流電力系統１１０が接続されていても特に有用となる。尚、制御装置５の制御ブロックは一例であり、ドループ制御部５ａと特性変更部５ｂとを備えれば、その実体は公知の技術が適宜適用可能である。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る変換器システム１の図面を参照して説明する。この変換器システム１も図１に示すように、多端子直流送電システム１００の構成要素であり、変換器２と制御装置５とを備える。図５は、周波数制御や需給制御に多端子直流送電システム１００を活用する交流電力系統１１０に接続される変換器システム１が備える制御装置５の制御ブロックである。
【００５１】
図５に示すように、この制御装置５では、加算器６１にて積分器６２の出力値に負の符号を付して直流電圧検出値Ｖｄに加算する。加算器６１と積分器６２の組み合わせは一次遅れ要素となり、積分器６２の出力値は直流電圧検出値Ｖｄに基づく直流電圧設定値Ｖｒｅｆとなる。積分器６２の出力値は、加算器６３に入力される。加算器６３には、直流電圧設定値Ｖｒｅｆの他、変換器２の直流電圧変動値Ｖｆに負の符号が付加された値と不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２が入力される。直流電圧変動値Ｖｆは、加算器６４によって変換器２の出力検出値Ｐｄから出力設定値Ｐｒｅｆが減算され、係数器６５により減算結果に係数Ｋが乗じられることにより生成される。係数Ｋはドループ特性の傾きである。出力設定値Ｐｒｅｆと不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２は、制御装置５にユーザの入力等により設定されている。この加算器６３の出力値は、加算器７３に入力され、同じく加算器７３に入力される直流電圧検出値Ｖｄに対して、負の符号を付して加算される。
【００５２】
積分器６２の出力値は、更に加算器６６に入力される。この加算器６６には、直流電圧設定値Ｖｒｅｆの他、変換器２の直流電圧変動値Ｖｆに負の符号が付加された値と不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２に負の符号が付加された値が入力される。加算器６６からの出力値は、加算器７４に入力され、同じく加算器７４に入力される直流電圧検出値Ｖｄに対して、負の符号を付して加算される。
加算器７４の出力値は、比例積分器６７に入力される。比例積分器６７には、更に上限リミッタ値Ｌｕが入力される。上限リミッタ値Ｌｕは、変換器２の出力検出値Ｐｄから出力設定値Ｐｒｅｆを差し引いた差分値が加算器６４より出力され、その差分値をゼロにする比例積分器６８により生成され、比例積分器６８の出力値に出力設定値Ｐｒｅｆを加算する加算器７５を経て、比例積分器６７に入力される。比例積分器６７は、上限リミッタ値Ｌｕにより制限を受けつつ、加算器７１の出力値をゼロにする制御値を比例積分制御により生成する。
【００５３】
比例積分器６７の制御値と加算器７３の出力値は、比例積分器６９に入力される。比例積分器６９は、比例積分器６７の制御値を下限リミッタ値Ｌｂとし、加算器７３の出力値がゼロになる比例積分制御により、有効電力制御値Ｐｏを生成する。この有効電力制御値Ｐｏは、変換器２に入力され、変換器２は有効電力制御値Ｐｏに従って運転する。
【００５４】
この制御装置５は、図６に示すように、加算器６１及び積分器６２が特性変更部５ｂに相当し、其れ以外の演算器がドループ制御部５ａに相当する。このドループ制御部５ａは、不感帯設定部５ｄを備えている。加算器６３と加算器６６が不感帯設定部５ｄに相当する。すなわち、加算器６３により、直流電圧検出値Ｖｄに応じて変動する直流電圧設定値Ｖｒｅｆに対して不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２を加算することで、不感帯の上限が設定される。加算器６６により、直流電圧検出値Ｖｄに応じて変動する直流電圧設定値Ｖｒｅｆに対して不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２を減算することで、不感帯の下限が設定される。そして、直流電圧設定値Ｖｒｅｆを中心にした不感帯をドループ特性に付加する。不感帯は、直流電圧設定値Ｖｒｅｆが直流電圧検出値Ｖｄに応じて変動するので、直流電圧設定値Ｖｒｅｆの変動とともに移動することになる。
【００５５】
更に、特性変更部５ｂは、長周期の変動に反応し、直流電圧設定値Ｖｒｅｆを変更する。例えば、本実施形態において、特性変更部５ｂは、加算器６１にて積分器６２の出力値に負の符号を付して直流電圧検出値Ｖｄから直流電圧設定値Ｖｒｅｆを差分し、その差分値を積分器６２に入力する。従って、直流電圧検出値Ｖｄに合わせて直流電圧設定値Ｖｒｅｆが更新される。また、この加算器６１と積分器６２の組み合わせは一次遅れ回路である。そのため、特性変更部５ｂはローパスフィルタとして機能する。すなわち、不感帯は長周期の変動に応答して変動する。
【００５６】
図７は、この制御装置５により制御される変換器２のドループ特性を示すグラフである。このグラフは、横軸が右側を正方向とする出力電力を示し、縦軸が上側を正方向とする直流電圧を示す。図７の（ａ）に示すように、この変換器２には、出力上限電力Ｐｕｐと出力下限電力Ｐｂｏとの間に、出力の増加に比例して直流電圧が低下するドループ特性が形成される。また、ドループ特性内に出力電力設定値Ｖｒｅｆを通る不感帯Ｂが出力設定値Ｐｒｅｆで出力電力一定の垂直な直線として、不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎに亘って形成される。不感帯Ｂは、特性変更部５ｂから出力される直流電圧設定値Ｖｒｅｆを中心に形成される。
【００５７】
ここで、交流電力系統１１０に長周期の出力変動が生じると、直流電力系統１２０の直流電圧が長周期で変動する。例えば、風力発電等の長周期変動系統１１１が出力する電力が下がると、他の交流電力系統１１０に接続する変換器システム１は、出力電力を増加させ、直流電圧が低下する。
【００５８】
このとき、図７の（ｂ）に示すように、不感帯Ｂを付加する制御装置５により制御される変換器２は、出力電力を出力電力設定値Ｖｒｅｆに保ちつつ、直流電圧設定値Ｖｒｅｆ＝Ｖａを直流電圧設定値Ｖｒｅｆ＝Ｖｂに低下させた直流電圧に変化させる。不感帯Ｂは、直流電圧設定値Ｖｒｅｆを中心にして定まるため、低下した直流電圧設定値Ｖｒｅｆに合わせて、（Ｖａ−Ｖｂ）分だけ下方にシフトする。また、ドループ特性において、出力電力と直流電圧が比例する区間については、不感帯上限Ｂｕ又は不感帯下限Ｂｂを通り、係数器６７が有する係数Ｋが示す傾きによって形成されているので、不感帯上限Ｂｕ及び不感帯下限Ｂｂが直流電圧設定値Ｖｒｅｆに合わせて変動することにより、不感帯Ｂのシフト量と同量及び同方向にシフトする。
【００５９】
このように、この制御装置５において、ドループ制御部５ａは、直流電圧設定値Ｖｒｅｆを中心とする出力一定の不感帯Ｂをドループ特性に付加するようにした。ドループ制御部５ａは、例えば、特性変更部５ｂから入力された直流電圧設定値Ｖｒｅｆに不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２を加算して、不感帯上限Ｂｕを設定する加算器６３と、特性変更部５ｂから入力された直流電圧設定値Ｖｒｅｆに不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２を減算して、不感帯下限Ｂｂを設定する加算器６６を含むようにする。また、特性変更部５ｂは、直流電圧の長周期変動成分に基づいて直流電圧設定値Ｖｒｅｆを変更するようにした。
【００６０】
これにより、直流電圧の長周期変動に不感帯Ｂが追従するため、不感帯Ｂの幅を大きくとらなくとも、運転点が不感帯Ｂから外れ難くなる。不感帯Ｂの幅Ｖｍａｒｇｉｎを抑制できれば、不感帯Ｂを外れても定格電圧からの乖離を小さくできるため、不感帯Ｂを外れた区間での制御において直流電圧の変動を抑制できる。そのため、安定的な送電が実現する。また、コスト高や送電損失の増加も抑制できる。
【００６１】
この制御装置５を備える変換器システム１は、周波数制御や需給制御に前記多端子直流送電システムを活用する交流電力系統１１０と直流電力系統１２０との間に介在することが好適であるが、これに限られない。また、特性変更部５ｂは、加算器６１と一次遅れ要素を含む積分器６２により、長周期の変動を抽出するローパスフィルタとしても機能するようにしたが、ローパスフィルタとしては、移動平均等のように同様の効果が得られる公知の手法を採ることができる。
【００６２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態係る変換器システムについて図面を参照して説明する。尚、第２の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
図８に示すように、第３の実施形態に係る制御装置５の特性変更部５ｂは、乗算器７１により加算器６１の出力値に対して比較器７２の出力値を乗算してから、乗算結果を積分器６２に入力する。比較器７２は、積分器６２が出力する直流電圧設定値Ｖｒｅｆを不感帯Ｂの上限値Ｂｕ及び不感帯Ｂの下限値Ｂｂの各々と比較する。上限値Ｂｕは、積分器６２が出力する直流電圧設定値Ｖｒｅｆに不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２を加算して生成し、下限値Ｂｂは、積分器６２が出力する直流電圧設定値Ｖｒｅｆに不感帯幅Ｖｍａｒｇｉｎの半分の値Ｖｍａｒｇｉｎ／２を減算して生成する。
【００６４】
そして、比較器７２は、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂの上限値Ｂｕよりも大きいか、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂの下限値Ｂｂよりも小さければ、ゼロを出力する。すなわち、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂを外れた場合にゼロが出力される。一方、比較器７２は、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂの上限値Ｂｕと不感帯Ｂの下限値Ｂｂの範囲内であれば、１を出力する。すなわち、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂの範囲内であれば、１を出力する。
【００６５】
乗算器７１は、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂを外れていれば、ゼロを出力することになる。一方、乗算器７１は、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂの範囲内であれば、直流電圧検出値Ｖｄから直流電圧設定値Ｖｒｅｆを差し引いた値を出力することになる。そのため、積分器６２は、直流電圧検出値Ｖｄが不感帯Ｂを外れると、ゼロを加算することになり、すなわち直流電圧設定値Ｖｒｅｆの更新が停止されることになる。
【００６６】
すなわち、図９に示すように、この変換器システム１は、制御装置５において、判定部５ｅを備える。判定部５ｅは、直流電圧検出値Ｖｒｅｆが不感帯Ｂを外れたか判定する。そして、特性変更部５ｂは、直流電圧検出値Ｖｄが不感帯Ｂを外れると、直流電圧設定値Ｖｒｅｆの変更を停止するようにした。例えば、判定部５ｅは、不感帯Ｂの上限値Ｂｕ及び下限値Ｂｂに対する直流電圧検出値Ｖｄの大小関係を比較し、上限値Ｂｕ超又は下限値Ｂｂ未満であるとゼロを出力し、上限値Ｂｕ以外及び下限値Ｂｂ以上であると１を出力する比較器７２を含むようにした。特性変更部５ｂは、加算器６１の出力に比較器７２の出力を乗算して積分器６２に入力する乗算器７１を更に含むようにした。
【００６７】
これにより、直流電圧検出値Ｖｄが不感帯Ｂを外れた際には、不感帯Ｂを含むドループ特性の変更が停止される。例えば、事故等により一つの交流電力系統１１０の運転停止が継続している場合には、出力設定値Ｐｒｅｆで運転させることが不適切な場合がある。この制御装置５によれば、出力設定値Ｐｒｅｆに戻さないことにより、多端子直流送電システム１００の運転継続性を向上させることができる。
【００６８】
（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１  変換器システム
２  変換器
３  直流電圧測定器
４  直流電流測定器
５  制御装置
５ａ  ドループ制御部
５ｂ  特性変更部
５ｄ  不感帯設定部
５ｅ  判定部
５１  乗算器
５２  係数器
５３  加算器
５４  加算器
５５  比例積分器
５６  ローパスフィルタ
５７  係数器
５８  比較器
５９  積分器
６１  加算器
６２  積分器
６３  加算器
６４  加算器
６５  係数器
６６  加算器
６７  比例積分器
６８  比例積分器
６９  比例積分器
７１  乗算器
７２  比較器
７３  加算器
７４  加算器
７５  加算器
７６  乗算器
１００  多端子直流送電システム
１１０  交流電力系統
１１１  長周期変動系統
１２０  直流電力系統
【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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