(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流送電線によって電力を伝送する直流送電システムの一方の端子に接続された電力変換器を制御し、前記直流送電システムの他方の端子で実測された直流電圧のデータを通信ネットワークを介して受信することができる制御装置であって、
前記直流送電線の直流抵抗の推定値にもとづいて推定された前記他方の端子の電圧に対する電圧降下、前記他方の端子の直流電圧を設定する電圧指令値、および前記一方の端子の直流電圧である第１直流電圧にもとづいて、第１制御出力を生成する第１演算器を含む第１制御部と、
前記他方の端子で実測された直流電圧である第２直流電圧および前記電圧指令値にもとづいて、第２制御出力を生成する第２演算器を含む第２制御部と、
前記第１制御出力および前記第２制御出力にもとづいて、前記電力変換器の駆動信号を生成する駆動信号生成器と、
を備え、
前記第２演算器の応答速度は、前記通信ネットワークの伝送遅延時間に応じて設定され、
前記第１演算器の応答速度は、前記第２演算器の応答速度よりも速くなるように設定された制御装置。
【請求項２】
前記第１制御出力は、前記第２制御出力を用いて補正される請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記第２制御出力は、前記第１演算器に入力することによって前記第１制御出力を補正する請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
前記第１演算器は、
入力される信号の大きさが所定のしきい値以上の場合に、前記第１演算器の出力の大きさを所定の振幅に設定し、
入力される信号の大きさが前記しきい値よりも小さい場合に前記所定の振幅よりも小さい値に設定される出力リミッタを含み、
前記第２制御出力は、前記第１演算器の出力で前記第１制御出力に加算され、
前記入力される信号の大きさは、前記電圧降下と前記電圧指令値との差分と、前記第１直流電圧との偏差である請求項２記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１制御出力および前記第２制御出力は、あらかじめ設定された条件にもとづいて切り替えられて用いられる請求項１記載の制御装置。
【請求項６】
前記あらかじめ設定された条件は、あらかじめ設定された直流電圧指令値および前記第２直流電圧の偏差にもとづいて設定された請求項５記載の制御装置。
【請求項７】
前記あらかじめ設定された条件は、前記第２直流電圧の単位時間当たりの大きさの変化にもとづいて設定された請求項５記載の制御装置。
【請求項８】
前記あらかじめ設定された条件は、外部から供給された指定にもとづいて設定された請求項５記載の制御装置。
【請求項９】
交流電圧と直流電圧とを相互に変換する電力変換器と、
請求項１に記載された制御装置と、
を備えた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、直流送電システムの端子に接続される電力変換器を制御する制御装置およびその制御装置を用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流送電システムでは、直流の受電端（ＩＮＶ端）にて送電端（ＲＥＣ端）の直流電圧を制御する構成が採用されるケースがある。このように、相手端の直流電圧を制御する場合において、その制御の精度と応答性を高めるためは、各端子の直流電圧検出値を、端子間で高速通信により授受する必要がある。【０００３】
端子間の高速通信には、専用通信回線が必要となるため、汎用通信回線で端子間の通信を行うシステムに比べ、通信回線の敷設費用が高価となる。【０００４】
また、高速な通信回線を用いずに、送電線の直流抵抗の推定値および自端の直流電圧を用いて、相手端の直流電圧を推定する場合がある。この場合には、推定値と実際の直流電圧値との間で誤差を含むこととなり、誤差が大きい場合には、システムの運用を継続することが困難になるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０６８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、高速な通信回線を用いずに運用できる直流送電システムに接続される制御装置および電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、直流送電線によって電力を伝送する直流送電システムの一方の端子に接続された電力変換器を制御し、前記直流送電システムの他方の端子で実測された直流電圧のデータを通信ネットワークを介して受信することができる制御装置が提供される。前記制御装置は、第１制御部と、第２制御部と、駆動信号生成器と、を備える。前記第１制御部は、前記直流送電線の直流抵抗の推定値にもとづいて推定された前記他方の端子の電圧に対する電圧降下、前記他方の端子の直流電圧を設定する電圧指令値、および前記一方の端子の直流電圧である第１直流電圧にもとづいて、第１制御出力を生成する第１演算器を含む。前記第２制御部は、前記他方の端子で実測された直流電圧である第２直流電圧および前記電圧指令値にもとづいて、第２制御出力を生成する第２演算器を含む。前記駆動信号生成器は、前記第１制御出力および前記第２制御出力にもとづいて、前記電力変換器の駆動信号を生成する。前記第２演算器の応答速度は、前記通信ネットワークの伝送遅延時間に応じて設定される。前記第１演算器の応答速度は、前記第２演算器の応答速度よりも速くなるように設定される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、第２演算器の応答速度を通信ネットワークの伝送遅延時間に応じて設定することができ、第１演算器の応答速度を第２演算器の応答速度よりも速くなるように設定することができるので、高速な通信回線によらず、送電端の直流電圧を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
【図２】直流送電システムを例示するブロック図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例の電力装置を例示するブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
【図５】第３の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
【図６】第４の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図１には、直流送電システム１の構成も合わせて示されている。図１に示すように、直流送電システム１は、２つの電力変換装置１０，５０と、直流送電線３と、を含む。電力変換装置１０は、直流送電線３と交流回路２ｂとの間に接続されている。電力変換装置５０は、交流回路２ａと直流送電線３との間に接続されている。交流回路２ａ，２ｂは、たとえば、それぞれ、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源や交流送電線、交流負荷等を含む構成とすることができる。交流回路２ａ，２ｂは、異なる電力系統とすることができる。
【００１２】
この例では、一方の電力変換装置５０は直流電力を送電する送電端に接続されており、他方の電力変換装置１０は直流電力を受電する受電端に接続されている。直流送電システム１では、双方向の直流電力の送電が可能であり、電力変換装置５０が接続された端子は受電端となることができ、その場合には、電力変換装置１０が接続された端子は送電端となることができる。電力変換装置１０，５０は、同じ構成をそれぞれ有しており、以下では、電力変換装置１０の構成について説明する。
【００１３】
以下では、２端子の直流送電システムについて説明するが、電力変換装置は、すべての実施形態において、３端子以上の多端子の直流送電システムに適用することができる。
【００１４】
電力変換装置１０は、電力変換器２０と、制御装置３０と、を備える。電力変換器２０は、制御装置３０が生成するゲート信号ｖｇにしたがって、送電されてきた直流電圧を交流電圧に変換して出力する。電力変換器２０は、たとえばサイリスタバルブであり、以下では、サイリスタバルブの場合について説明する。電力変換器は、サイリスタバルブのような他励式変換器に限らず、自励式のインバータ回路であってもよい。
【００１５】
制御装置３０は、直流電圧Ｖｄｓ，Ｖｄｏおよび直流電流Ｉｄにもとづいて、ゲート信号ｖｇを生成し、生成されたゲート信号ｖｇを電力変換器２０に供給する。直流電圧Ｖｄｓは、受電端の電力変換装置１０の直流端子電圧の実測値である。直流電圧Ｖｄｓは、直流電圧検出器５ｂによって検出される。直流電圧Ｖｄｏは、送電端の電力変換装置５０の直流端子電圧の実測値である。直流電圧Ｖｄｏは、直流電圧検出器５ａによって検出される。直流電流Ｉｄは、直流送電線３を流れる電流の実測値である。直流電流Ｉｄは、直流電流検出器６によって検出される。
【００１６】
制御装置３０は、自動電圧調整器（ＡＶＲ）３１を備える。制御装置３０は、ＡＶＲ３１に接続された位相制御器４０を備えており、位相制御器（駆動信号生成器）４０は、ＡＶＲ３１からサイリスタの制御角に関する信号αにもとづいて、ゲート信号ｖｇを生成する。信号αは、たとえば制御角に応じて大きな値を有し、位相制御器４０では、サイリスタの制御角が広がるようにゲート信号を生成する。
【００１７】
ＡＶＲ３１は、２つの制御部３２，３３を有する。後に詳述するように、制御部３２は高速応答に対応する制御ループを形成し、制御部３３は制御部３２の制御ループよりも低速な制御ループを形成する。制御部３３の応答速度は、通信ネットワーク６０の伝送遅延時間に応じて設定される。通信ネットワーク６０は、汎用の通信ネットワークであり、データ伝送の定周期性や伝送遅延時間等は必ずしも保証されない。
【００１８】
制御部３３は、直流電圧Ｖｄｏおよび直流電圧指令値Ｖｄｐを入力して、制御部３２のための制御出力（第２制御出力）ｕを生成する。制御出力ｕは、制御部３２の制御出力を補正する。直流電圧Ｖｄｏのデータは、通信ネットワーク６０を介して送電端から受電端に送信される。直流電圧指令値Ｖｄｐは、あらかじめ設定されており、たとえば送電端における直流電圧の定格値である。
【００１９】
制御部３２は、受電端の直流電圧Ｖｄｓ、直流送電線３の電圧降下の推定値および直流電圧指令値Ｖｄｐにもとづいて制御出力（第１制御出力）を生成し、制御角に関する信号αを出力する。電圧降下の推定値は、直流電流Ｉｄおよび直流線路抵抗推定値Ｒｄｃｅにもとづいて求められる。直流線路抵抗推定値Ｒｄｃｅは、直流送電線３の直流抵抗Ｒｄｃの推定値であり、あらかじめ設定されている。以下では、直流電圧指令値Ｖｄｐを単に電圧指令値Ｖｄｐともいい、直流線路抵抗推定値Ｒｄｃｅを単に抵抗値Ｒｄｃｅともいう。
【００２０】
制御部３２，３３の構成例について詳細に説明する。
制御部３２は、乗算器３４と、加減算器３５，３６と、演算器３７と、を含む。
【００２１】
乗算器３４には、直流電流Ｉｄの実測データおよび抵抗値Ｒｄｃｅが入力される。乗算器３４は、Ｉｄ×Ｒｄｃｅの演算結果を出力する。Ｉｄ×Ｒｄｃｅは、抵抗値Ｒｄｃｅによる電圧降下Ｖｄｃｒを表している。抵抗値Ｒｄｃｅが推定値のため、電圧降下Ｖｄｃｒも推定値である。
【００２２】
加減算器３５には、電圧降下Ｖｄｃｒ、電圧指令値Ｖｄｐおよび制御出力ｕが入力される。加減算器３５は、Ｖｄｐと（Ｖｄｃｒ−ｕ）との差分Ｖｄｐ１を出力して、出力された差分Ｖｄｐ１を加減算器３５に供給する。この差分Ｖｄｐ１は、受電端における電圧指令値Ｖｄｐの換算値である。この電圧指令値の換算値は、直流送電線３による電圧降下Ｖｄｃｒを考慮した送電端の直流電圧Ｖｄｏに相当する。
【００２３】
加減算器３６には、差分Ｖｄｐ１および直流電圧Ｖｄｓが入力される。加減算器３６は、差分Ｖｄｐ１および直流電圧Ｖｄｓの偏差ΔＶｄを演算して、演算器３７に供給する。
【００２４】
演算器３７は、たとえば一次遅れ演算を実行する。演算器３７は、偏差ΔＶｄを一次遅れ演算して、制御角に関する信号αを生成する。演算器３７の応答速度は、転流失敗時等を含む直流電圧Ｖｄｓ，Ｖｄｏの急変に追従することができるように十分速く設定されている。演算器３７が一次遅れ演算器の場合には、一次遅れ時定数は十分に小さい値を有することが好ましい。演算器３７は一次遅れ演算を実行する演算器に限らず、たとえばＰＩ制御器等であってもよい。ＰＩ制御器の場合には、直流電圧Ｖｄｓ，Ｖｄｏの急変に追従するために、積分定数は十分大きい値を有することが好ましい。
【００２５】
制御部３３は、加減算器３８と、演算器３９と、を含む。加減算器３８には、電圧指令値Ｖｄｐのデータおよび直流電圧Ｖｄｏのデータが入力される。直流電圧Ｖｄｏのデータは、通信ネットワーク６０を介して伝送される。通信ネットワーク６０は、汎用の通信ネットワークであり、たとえば汎用のイーサネット（登録商標）を用いたインタネット等の回線を含んでもよい。加減算器３８は、電圧指令値Ｖｄｐおよび直流電圧Ｖｄｏの偏差を演算器３９に供給する。
【００２６】
演算器３９は、たとえば一次遅れ演算を実行する。演算器３９は、偏差を一次遅れ演算して、制御出力ｕを生成する。演算器３９は、一次遅れ演算器に限らず、ＰＩ制御器等であってもよい。演算器３９の応答速度は、通信ネットワーク６０の伝送遅延時間に応じて設定される。演算器３９の応答速度は、演算器３７の応答速度に比べて遅く設定されていてもよい。
【００２７】
制御部３２は、直流電圧Ｖｄｓ，Ｖｄｏの急変に応答することができ、電力変換装置１０，５０の起動、停止時や、潮流反転時、転流失敗等による直流電圧の急変等の擾乱に対して十分な制御応答を得ることができる。
【００２８】
制御部３３は、送電端の直流電圧Ｖｄｏを実測して用いるので、高精度に電圧制御することができる。制御出力ｕによって制御部３２の出力を補正することによって、制御部３２における送電端の直流電圧Ｖｄｏを推定することにともなう誤差を補正することができる。
【００２９】
上述では、制御部３３が生成する制御出力ｕは、加減算器３５によって、ＶｄｐおよびＶｄｃｒに同時に加算する例について説明したが、演算器３７に信号が入力される前に制御出力ｕによる補正がされれば、加算の位置はこれに限らない。たとえば、ＶｄｐおよびＶｄｃｒの差分の演算後であって、加減算器３６による偏差の演算前に加算してもよいし、加減算器３６による偏差の演算後に加算してもよい。
【００３０】
ＡＶＲ３１を含む制御装置３０の上述の各部構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等を含む演算装置によって実現されてもよい。上述した各部構成の一部または全部は、演算装置に接続された記憶装置に格納されたプログラムが逐次実行されることによって実現されてもよい。以下の他の実施形態についても同様である。
【００３１】
本実施形態の電力変換装置の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図２は、直流送電システムを例示するブロック図である。
図２に示すように、直流送電システム１の通信ネットワーク６０は、通信装置６１ａ，６１ｂと、通信回線６２と、を含む。通信装置６１ａ，６１ｂは、直流送電システム１の両方の端子に設置されている。通信装置６１ａ，６１ｂは、通信回線６２を介して相互にデータや指令等を伝送することができる。通信装置６１ａ，６１ｂのうち少なくとも一方には、この直流送電システム１の上位にある制御システムからデータや指令等が伝送される。
【００３２】
電力変換装置１０，５０は、通信ネットワーク６０を介して送受信されるデータや指令等にしたがって、起動し、停止し、潮流反転し、電圧指令値および電流指令値に応じた直流電力の伝送等を行う。
【００３３】
一例をより具体的に説明すると、直流送電を行うには、送電端の電力変換装置５０は直流電流制御（ＡＣＲ）し、受電端の電力変換装置１０は直流電圧制御（ＡＶＲ）する。送電の効率を最大限に高めるため、送電端の電力変換装置５０は、定格電圧で送電することが好ましい。受電端の電力変換装置１０では、送電端の直流電圧Ｖｄｏが定格電圧を超えないように、送電端の直流電圧Ｖｄｏを電圧指令値Ｖｄｐに直流電圧制御する。
【００３４】
直流送電線３は直流抵抗分を有するので、直流送電する場合には受電端の直流電圧Ｖｄｓは、直流送電線３の抵抗値Ｒｄｃｅおよび送電される直流電流Ｉｄに応じて電圧降下Ｖｄｃｒを生ずる。抵抗値Ｒｄｃｅは推定値であるため、電圧降下Ｖｄｃｒも推定値となり、受電端側の取得データにもとづく電圧制御は、誤差を含む。したがって、受電端の電力変換装置１０では、実測した送電端の直流電圧Ｖｄｏが、電圧指令値Ｖｄｐに追従するように制御することが好ましい。
【００３５】
一方で、直流送電線３の長さは、電力変換装置１０，５０がそれぞれ設置された交直変換所の距離であり、数１０ｋｍから数１００ｋｍにおよぶことがある。そのため、双方の交直変換所に通信装置６１ａ，６１ｂを設置し、通信装置６１ａ，６１ｂ間に設けた通信回線６２を介して、双方のデータおよび上位の制御システムからの指令等を送受信する。受電端の電力変換装置１０では、送電端の直流電圧Ｖｄｏのデータを通信回線を介して受信する必要がある。
【００３６】
平常時の直流電圧は、定格電圧に一定制御されているため、直流電圧に急峻な変化は発生しない。平常時の直流電圧は、定格値に追従するように、直流電圧制御によって高精度に制御されることが求められる。
【００３７】
電力変換装置１０，５０の起動、停止時や潮流反転、転流失敗発生時等では、直流電圧は過渡的に変動する。直流電圧の過渡的な変動に応答するため、電力変換装置１０は、電圧の過渡変動に追従するように、直流電圧を高速に制御する必要がある。
【００３８】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）には、比較例の電力変換装置とともに、直流送電システムが示されている。
図３（ａ）に示すように、直流送電システム１０１ａは、電力変換装置１１０ａ，１５０ａを備える。電力変換装置１１０ａ，１５０ａは、直流送電線３で接続されている。電力変換装置１５０ａは、送電端の電力変換装置であり、電力変換装置１１０ａは、受電端の電力変換装置である。上述の第１の実施形態の場合と同様に、電力変換装置１５０ａは受電端となる端子に接続することができ、その場合には、電力変換装置１１０ａは送電端となる端子に接続することができる。以下の比較例の場合も同様である。
【００３９】
電力変換装置１１０ａは、制御装置１３０ａを備える。制御装置１３０ａは、たとえばサイリスタバルブである電力変換器２０を制御する。制御装置１３０ａは、ＡＶＲ１３１ａを含む。ＡＶＲ１３１ａは、加減算器１３６と、演算器１３７ａと、を含む。
【００４０】
加減算器１３６には、電圧指令値Ｖｄｐおよび直流電圧Ｖｄｏが入力される。加減算器１３６は、電圧指令値Ｖｄｐおよび直流電圧Ｖｄｏの偏差ΔＶｄを演算器１３７ａに供給する。演算器１３７ａは、偏差ΔＶｄを０にするように制御角に関する信号αを生成する。演算器１３７ａは、一次遅れ演算器であってもよいし、ＰＩ制御器等であってもよい。
【００４１】
直流電圧Ｖｄｏは、直流電圧Ｖｄｏの過渡的な変動にＡＶＲ１３１ａを応答させるために、定周期性や伝送遅延時間が保証されたデータ伝送が可能な高速通信ネットワーク１６０を介して伝送される。ＡＶＲ１３１ａの演算器１３７ａも高速通信ネットワーク１６０の伝送速度に応じて、応答速度が設定される。
【００４２】
上述のような比較例の場合には、送電端および受電端間のデータ伝送に高速通信ネットワーク１６０を用いるので、高速通信ネットワーク１６０の敷設費用や運用費用等が高額になる傾向がある。直流送電システムのような基幹系の電力系統に用いる場合には、高速通信ネットワーク１６０の故障を想定して、冗長化等の保安対策を講じることを考慮すると、高速通信ネットワーク１６０の費用負担はさらに重くなることが懸念される。
【００４３】
高額な高速通信ネットワークを用いずに、十分な応答性を実現する電力変換装置が実用化されている。図３（ｂ）の比較例では、受電端の直流電圧Ｖｄｓおよび抵抗値Ｒｄｃｅを用い、送電端の直流電圧Ｖｄｏを推定して電圧制御する。
【００４４】
直流送電システム１０１ｂは、電力変換装置１１０ｂ，１５０ｂを備える。電力変換装置１１０ｂ，１５０ｂは、直流送電線３で接続されている。受電端の電力変換装置１１０ｂは、制御装置１３０ｂを備える。制御装置１３０ｂは、上述の比較例の場合と異なるＡＶＲ１３１ｂを含む。ＡＶＲ１３１ｂは、乗算器３４と、加減算器１３５，１３６と、演算器１３７ｂと、を含む。
【００４５】
乗算器３４には、検出された直流電流Ｉｄのデータおよびあらかじめ設定された抵抗値Ｒｄｃｅのデータが入力される。乗算器３４は、直流電流Ｉｄおよび抵抗値Ｒｄｃｅを乗じて、直流送電線３による電圧降下Ｖｄｃｒを出力する。推定値である抵抗値Ｒｄｃｅを用いているので、電圧降下Ｖｄｃｒは推定値である。
【００４６】
加減算器１３５には、電圧降下Ｖｄｃｒおよび電圧指令値Ｖｄｐのデータが入力される。加減算器１３５は、電圧降下Ｖｄｃｒを考慮した直流電圧指令値Ｖｄｐ１を出力し、加減算器１３６に供給する。
【００４７】
加減算器１３６は、電圧降下Ｖｄｃｒを考慮した電圧指令値Ｖｄｐ１および受電端の直流電圧Ｖｄｓの偏差ΔＶｄ１を演算して、演算器１３７ｂに供給する。
【００４８】
演算器１３７ｂは、偏差Ｖｄ１がゼロになるように制御角に関する信号αを生成する。
【００４９】
この比較例の場合には、ＡＶＲ１３１ｂは、制御対象とする直流電圧のデータを送電端から得ない。その代わりに、ＡＶＲ１３１ｂは、受電端の直流電圧Ｖｄｓのデータを取得する。そのため、電力変換装置１１０ｂは、高速通信ネットワークを設けなくても、直流送電システムを構築することが可能である。
【００５０】
しかしながら、ＡＶＲ１３１ｂは、送電端および受電端の直流電圧Ｖｄｏ，Ｖｄｓの電圧差を、抵抗値Ｒｄｃｅによる電圧降下Ｖｄｃｒを用いて推定する。推定値Ｒｄｃｅは、たとえば、直流送電線３の単位長さ当たりの直流抵抗値に送電線の長さを乗ずることによって求められる。そのため、電圧降下Ｖｄｃｒを考慮した電圧指令値Ｖｄｐ１には、少なくとも線路抵抗値の推定にともなう誤差を含んでいる。
【００５１】
したがって、この比較例の場合には、受電端の電力変換装置１１０ｂの直流電圧制御の精度が低下する。また、送電端の直流電圧Ｖｄｏは、定格直流電圧を超えることができないので、誤差を考慮して、電圧降下分を考慮した直流電圧指令値Ｖｄｐ１は、より低い値に設定せざるを得ず、送電効率が低下するおそれがある。
【００５２】
これらの比較例の場合に対して、実施形態の電力変換装置１０では、２つの制御部３２，３３を含む。制御部３２は、高速応答可能な制御ループを形成する。制御部３２では、演算器３７は、受電端で検出された直流電圧Ｖｄｓおよび推定された送電端の直流電圧Ｖｄｏにもとづいて、高速に直流電圧制御を行う。そのため、起動時等のように直流電圧が急変する擾乱が生じた場合であっても、電力変換装置１０は、擾乱に応答して、直流電圧制御を行うことができる。
【００５３】
制御部３３は、直流送電システム１において制御部３２による制御ループよりも低速応答の制御ループを構成する。制御部３３では、演算器３９は、通信ネットワーク６０を介して取得した実測された送電端の直流電圧Ｖｄｏおよび電圧指令値Ｖｄｐにもとづいて、制御量ｕを生成する。生成された制御量ｕは、送電端の直流電圧Ｖｄｏを反映した値を有している。
【００５４】
制御部３３によって生成された制御量ｕは、制御部３２に供給され、推定値Ｒｄｃｅにもとづく電圧降下Ｖｄｃｒの推定値を考慮した直流電圧指令値Ｖｄｐ１を補正する。制御量ｕは、送電端の直流電圧Ｖｄｏを反映しているので、直流送電線３による電圧降下の誤差を補正して、直流電圧制御の精度を向上させることができる。直流電圧の過渡的変動は、制御部３２によって追従されるので、この制御部３３の応答速度は、通信ネットワーク６０の伝送遅延に応じて設定されればよい。
【００５５】
制御部３３によって直流電圧制御の精度を向上させることができるので、送電端の直流電圧Ｖｄｏを定格直流電圧に高精度に設定することができ、送電効率を向上させることができる。
【００５６】
制御部３３の応答は、平常時の電圧制御応答に追従できる程度であればよく、通信ネットワーク６０の伝送速度も定周期性等を求めない。そのため、通信ネットワーク６０の構築にかかる費用を削減し、運用のための費用等も低減させることが可能になる。
【００５７】
（第２の実施形態）
図４は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図４に示すように、直流送電システム２０１は、電力変換装置２１０，２５０を備える。電力変換装置２１０は受電端に接続され、電力変換装置２５０は送電端に接続される。第１の実施形態の場合と同様に、電力変換装置２１０が接続された端子は送電端とされることができ、その場合には、電力変換装置２５０が接続された端子は受電端とされる。以下の他の実施形態の場合も同様である。
【００５８】
電力変換装置２１０は、制御装置２３０を備える。制御装置２３０は、ＡＶＲ２３１を含む。制御装置２３０では、上述の他の実施形態の場合と、ＡＶＲ２３１の一部の構成が相違し、他の構成は同一である。以下の他の実施形態の場合も同様に、同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００５９】
ＡＶＲ２３１は、制御部２３２，２３３を含む。制御部２３２，２３３は、並列に設けられており、それぞれの出力を切替器２４１によって切り替える。切替器２４１は、比較器２４２の出力によって制御部２３２の出力か、制御部２３３の出力か、のいずれかを位相制御器４０に供給する。
【００６０】
比較器２４２は、加減算器３６の出力に接続されている。加減算器３６の出力は、演算器３７の入力にも接続されている。比較器２４２は、偏差ΔＶｄがあらかじめ設定されたしきい値ΔＶｄｔｈよりも小さい場合には、制御部２３２の出力を位相制御器４０に供給する。比較器２４２は、偏差ΔＶｄがしきい値ΔＶｄｔｈ以上の場合には、制御部２３３の出力を位相制御器４０に供給する。しきい値ΔＶｄｔｈは、実験やシミュレーション等によって適切な値が決定され、設定される。
【００６１】
本実施形態では、制御部２３２，２３３の出力を適宜切り替えるので、制御部２３２，２３３が同時に動作することがない。そのため、それぞれの応答速度の設定によって生じ得る干渉を回避することができる。
【００６２】
（第３の実施形態）
図５は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図５に示すように、直流送電システム３０１は、電力変換装置３１０，３５０を備える。電力変換装置３１０は、制御装置３３０を備える。制御装置３３０では、ＡＶＲ２３１の構成は、上述の第２の実施形態の場合と同じである一方、制御装置３３０がＯＲ回路３４２を含む点で上述の第２の実施形態の場合と相違する。
【００６３】
本実施形態では、ＯＲ回路３４２は、複数の論理値を入力する。この例では、３つの論理値を入力し、少なくとも１つの論理値がＨレベル（論理値＝“１”）の場合に、切替器２４１によって、制御部２３２の出力を位相制御器４０に供給する。３つの論理値がすべてＬレベル（論理値＝“０”）の場合に、切替器２４１によって、制御部２３３の出力を位相制御器４０に供給する。
【００６４】
３つの論理値のうち１つは、電力変換装置３１０，３５０の少なくともいずれかが起動中あるいは停止中である場合にＨレベルに設定される信号Ｄ１である。３つの論理値のうちの他の１つは、潮流反転中である場合にＨレベルに設定される信号Ｄ２である。比較器３４３は、直流電圧Ｖｄｓ入力して単位時間当たりの変化ｄＶｄｓ／ｄｔを演算し、あらかじめ設定されたしきい値と比較する。比較器３４３は、ｄＶｄｓ／ｄｔがしきい値以上の場合に、Ｈレベルに遷移する。
【００６５】
本実施形態では、電力変換装置３１０，３５０の動作状態や直流電圧の変動の度合いがあらかじめ定義されているので、確実に制御ループの切り替えを行うことができ、円滑なシステムの運用が可能になる。
【００６６】
（第４の実施形態）
図６は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図６に示すように、直流送電システム４０１は、電力変換装置４１０，４５０を備える。電力変換装置４１０は、制御装置４３０を備える。制御装置４３０は、ＡＶＲ４３１を含む。本実施形態では、ＡＶＲ４３１が、演算器４３７と、リミッタ設定器４４４，４４５と、を含む点で、上述の他の実施形態と相違する。ＡＶＲ４３１は、加算器４４６を含む点でも上述の他の実施形態と相違する。
【００６７】
本実施形態では、高速制御ループを形成する制御部４３２は、演算器４３７を含む。演算器４３７は、リミッタを有する。演算器４３７のリミッタは、リミッタ設定器４４４，４４５の出力に応じて異なるリミット値に設定される。リミッタ設定器４４４，４４５の出力は、加減算器２３５から出力される偏差ΔＶｄの大きさによって設定される。リミッタ設定器４４４は、正のリミット値を設定する。リミッタ設定器４４５は、負のリミット値を設定する。
【００６８】
より具体的には、リミッタ設定器４４４は、偏差ΔＶｄがあらかじめ設定されたしきい値よりも小さい場合には、リミット値としてゼロを設定する。リミッタ設定器４４４は、偏差ΔＶｄがしきい値以上の場合には、演算器４３７の出力ダイナミックレンジ等に応じて設定される正のリミット値を設定する。
【００６９】
リミッタ設定器４４５は、偏差ΔＶｄの絶対値がしきい値よりも小さい場合には、リミット値としてゼロを設定する。リミッタ設定器４４５は、偏差ΔＶｄの絶対値がしきい値以上の場合には、演算器４３７の出力ダイナミックレンジ等に応じて設定される負のリミット値を設定する。
【００７０】
リミッタ設定器４４４，４４５は、入力される偏差ΔＶｄの絶対値がしきい値よりも小さい場合には、演算器４３７のリミッタをゼロに設定するので、演算器４３７の出力は、ゼロになる。制御部４３２の出力は、加算器４４６によって制御部２３３に出力に加算されるので、偏差ΔＶｄの大きさが小さい場合には、低速制御ループを形成する制御部２３３の出力が位相制御器４０に供給される。
【００７１】
リミッタ設定器４４４，４４５は、入力される偏差ΔＶｄの絶対値がしきい値以上の場合には、演算器４３７は、リミッタ設定器４４４，４４５によって設定されたリミット値まで出力することができる。そのため、高速制御ループを形成する制御部４３２の出力は、位相制御器４０に供給される。制御部４３２の出力は、加算器４４６によって、制御部２３３の出力を加算する。換言すると、高速制御ループを形成する制御部４３２の出力は、より低速な制御ループを形成する制御部２３３の出力によって補正される。
【００７２】
リミッタ設定器４４４，４４５の小さい方のリミット値は、ゼロに限らず、大きい方のリミット値に比べて十分小さい値であればよい。たとえば、小さい方のリミット値は、大きい方のリミット値よりも１桁、あるいは２桁程度小さい値であってもよい。
【００７３】
本実施形態では、直流電圧の変動が小さい場合には、制御部２３３によって、低速制御ループによる高精度な電圧制御を行う。直流電圧の変動が大きい場合には、制御部２３３によって電圧精度を確保しつつ、制御部４３２によって高速制御ループを形成して、高速な安定化動作を行う。
【００７４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。たとえば、電力変換器および制御装置などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００７５】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００７６】
その他、本発明の実施の形態として上述した電力変換装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得るすべての電力変換装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００７７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００７８】
本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【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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