JP2017143619A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単位変換器に故障があった場合でも、適切な電圧制御を行うことができる自励式の電力変換装置の制御装置を提供する。【解決手段】アーム出力電圧算出部は、各アームの出力電圧の平均値をすべての単位変換器の出力電圧の平均値に一致させる。故障検出部は、各アームに設けられた単位変換器の故障セル段数を検出する。稼働セル段数の検出部は、故障検出部が検出した故障セル段数に基づいて稼働セル段数を算定する。セル出力電圧指令値Ｖｃｐの算出部は、個々の単位変換器が出力すべきセル出力電圧指令値を算出する。セル電圧制御部は、セル出力電圧指令値Ｖｃｐの算出部の出力に基づいて、個々の単位変換器のコンデンサ電圧を制御する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、直流送電線を介して接続された二つの交流系統間で電力の授受を行わせるために当該直流送電線の両端に配置される電力変換装置の制御装置に関する。

直流送電（ＨＶＤＣ：High Voltage Direct Current）は、送電損失が小さく、送電設備の建設費が安価なので、長距離送電においては、交流送電よりも経済的に有利である。さらに、異周波数系統の連系や速い応答性があるため、直流送電は交流系統の安定度向上などにも使用されている。近年、国際連系や再生可能エネルギーの導入を目的に長距離直流送電がさらに増加している。

また、直流送電において交流および直流の変換を行う電力変換装置には、従来ではサイリスタを適用した他励式変換器が用いられていたが、最近では、自励式変換器の適用が盛んに検討されている。自励式変換器は、他励式変換器と比較して交流系統への依存度を低減することができ、設置面積の削減が可能である。また、直流送電は、通常の決められた融通電力の送電だけでなく、系統周波数安定化に必要な電力を補正して送電電力を決めている。電力変換装置は直流電流指令値によって潮流方向を変えて電圧制御端と電流制御端とを切り替えている。通常、順変換器側を電圧制御端と、逆変換器側を電流制御端としている。

電力変換装置のなかでも、スイッチング素子およびコンデンサを含む単位変換器を単位ユニットとして、この単位ユニットを直列に複数接続して構成されるモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）が提案されている。モジュラーマルチレベル変換器においては、単位変換器が、交流系統との接点の正側および負側に配置される正側アームおよび負側アーム上にそれぞれ複数個を多段に直列接続される。正側アームおよび負側アームに多段の単位変換器が接続されているので、一つの単位変換器が故障しても、他の単位変換器によって稼働を続行することが可能であり、高耐圧化を実現しながら交流電圧および直流電圧を変換している。

特開２０１４−１８０１３１号公報

しかしながら、従来のモジュラーマルチレベル変換器が出力する直流電圧は、各単位変換器の直流電圧の総和であるため、各単位変換器が出力する直流電圧は、当該変換器が出力する直流電圧の目標値である直流電圧指令値を、単位変換器の既定の段数で除算した値になるように制御されていた。そのため、いずれかの単位変換器が故障した場合には、すべての単位変換器が正常に稼働している場合の直流電圧の目標値である直流電圧指令値と実際に出力される変換器の直流電圧に差異が生じる可能性があった。すなわち、単位変換器が故障すると、その分出力される直流電圧の低下が生じる問題があった。

本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、単位変換器に故障があった場合でも、適切な電圧制御を行うことができる自励式の電力変換装置の制御装置を提供することである。

上記のような目的を達成するための実施形態の電力変換装置は、次のような構成を有する。
（１）コンデンサとスイッチング素子とを有する単位変換器。
（２）前記単位変換器を複数段直列に接続して成るアーム。
（３）前記アームを複数接続して構成され、交流系統と直流線路に対して接続された電力変換器。
（４）前記電力変換器に設けられた制御装置。

前記制御装置は、次の構成を有する。
（５）直流電圧の目標値である直流電圧指令値Ｖｄｐと、変換器が出力すべき交流電力を制御する交流電圧指令値Ｖａｐと、前記各アームに設けられた単位変換器のコンデンサ電圧の平均値を各アームで一致させるセルコンデンサバランス用電圧指令値Ｖｂｐとに基づいて、各アームの出力電圧を算出するアーム出力電圧算出部。
（６）前記アーム出力電圧算出部で算出されたアーム出力電圧と各アームのセル段数に基づいて、個々の単位変換器が出力すべきセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出するセル出力電圧指令値算出部。
（７）前記直流線路の直流端子電圧Ｖｄが前記直流電圧指令値Ｖｄｐに追従するように、前記セル出力電圧指令値算出部によって算出されたセル出力電圧指令値Ｖｃｐを補正する補正処理部。

前記補正処理部は、次のような構成を有すると良い。
（１）各アームに設けられた単位変換器の故障セル段数を検出する故障検出部。
（２）前記故障検出部が検出した故障セル段数に基づいて稼働セル段数を算定する稼働セル段数検出部。
（３）前記セル出力電圧指令値算出部が、前記アーム出力電圧算出部で得られた各アームの出力電圧指令値と、前記稼働セル段数検出部で得られた稼働セル段数に基づいて、個々の単位変換器が出力すべきセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出する。

前記補正処理部は、次のような構成としても良い。
（１）前記直流電圧指令値Ｖｄｐと前記直流線路の直流端子電圧Ｖｄとの偏差にゲインを乗じた操作量を、前記直流電圧指令値Ｖｄｐに加算して、前記直流電圧指令値Ｖｄｐを補正し、この補正された直流電圧指令値Ｖｄｐに基づいて、前記セル出力電圧指令値算出部がセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出する指令値補正部を有する。

第１実施形態の電力変換装置を適用した直流送電システムの構成図である。 第１実施形態の電力変換装置の構成図である。 第１実施形態の電力変換装置の制御装置の構成図である。 第２実施形態の電力変換装置の制御装置の構成図である。

［第１実施形態］
［１．構成］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。第１実施形態は、セル出力電圧指令値を補正する補正処理部として、故障検出部が検出した故障セル段数に基づいて稼働セル段数を算定する稼働セル段数の検出部を備えることを特徴とする。

（１）電力変換装置の全体構成
本実施形態の電力変換装置の制御装置を適用した直流送電システム１は、図１に示すような構成を有する。直流送電システム１は、直流線路２の両端に、電力変換装置３−１，３−２を有し、電力変換装置３−１は、交流系統４−１に接続され、電力変換装置３−２は、交流系統４−２に接続される。また、電力変換装置３−１，３−２は、それぞれ制御装置９−１，９−２に接続され制御される。交流系統４−１，４−２については、交流系統４と総称する。

電力変換装置３−１，３−２については、基本的に同様な構成であり、電力変換装置３と総称する。なお、直流送電システム１は、双方向に電力を送電することができ、電力変換装置３−１側から電力変換装置３−２側に送電する場合は、電力変換装置３−１が順変換器、電力変換装置３−２が逆変換器であり、電力変換装置３−２側から電力変換装置３−１側に送電する場合は、電力変換装置３−２が順変換器、電力変換装置３−１が逆変換器である。また、制御装置９−１，９−２についても、基本的に同様な構成であり、制御装置９と総称する。

直流送電システム１は、ユーザ側から入力される電力指令値Ｐ０と、自動周波数制御回路１０（ＡＦＣ）の出力を加算して融通電力指令値Ｐｄｐを生成する加算器１１を有する。加算器１１の出力側には除算器１２が接続される。除算器１２には、加算器１１の出力値である融通電力指令値Ｐｄｐと、直流端子電圧Ｖｄが入力される。除算器１２の出力側は制御装置９−１，９−２に接続され、除算器で得られた直流電流指令値Ｉｄｐが制御装置９−１，９−２に出力される。

例えば、システム外部に設けられた中央給電指令所においては、交流系統４−１，４−２のどちらかの不足電力を測定し、当該システムに交流系統４−１，４−２間で電力の融通を実行させる。その場合、中央給電指令所に駐在するユーザから入力された電力指令値Ｐ０と自動周波数制御回路１０（ＡＦＣ）の出力値とを加算器１１において加算し、融通電力指令値Ｐｄｐを作成する。その後、融通電力指令値Ｐｄｐを直流端子電圧Ｖｄで除算器１２において除算し、除算した値を直流電流指令値Ｉｄｐとして順変換器側および逆変換器側の電力変換装置３の制御装置９−１，９−２に出力する。

電力変換装置３は、交流系統４の電力を直流に変換する、または、直流線路２に流れる直流を交流へ変換するものである。電力変換装置３は、図２（ａ）に示すように、交流系統４に対してトランスＴｒを介して接続されている。本実施形態において、電力変換器３２は、図２（ａ）に示すようなモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）であるが、正側アームと負側アームとの間をリアクトルの機能を持たせた三巻線トランスに変更してもよい。

（２）電力変換装置３の構成
電力変換装置３は、複数の単位変換器３１を直列接続して構成された電力変換器３２を有する。電力変換器３２は、図２（ａ）に示すように、交流系統４との接続点を中央にして直列接続された正側アーム３３−１と負側アーム３３−２とから構成される相アーム３３を有する。正側アーム３３−１および負側アーム３３−２の出力側に、それぞれ直流正側端子３ａと直流負側端子３ｂが設けられている。これらの端子は、相アーム３３の中性点を基準に電圧の高い方を正側、低い方を負側と呼ぶ。

（３）単位変換器の構成
正側アーム３３−１および負側アーム３３−２は、それぞれ、複数個の単位変換器３１を直列接続して構成される。本実施形態において、各単位変換器３１は、チョッパセル回路から構成される。すなわち、各単位変換器３１は、スイッチング素子３１１−１，３１１−２およびコンデンサ３１２を含む単位ユニットである。個々の単位変換器３１は、図２（ｂ）に示すように、正側（上側ともいう）スイッチング素子３１１−１と負側（下側ともいう）スイッチング素子３１１−２を直列に接続したレグと、１つの直流コンデンサ３１２とを並列に接続することによって構成される。

２つのスイッチング素子３１１−１，３１１−２の接続点は、単位変換器３１の１つの端子Ｔ１となる。下側のスイッチング素子３１１−２の負側（エミッタ側）は、単位変換器３１のもう１つの端子Ｔ２となる。スイッチング素子３１１−１，３１１−２は、自己消弧能力を持つ素子で、例えば、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)である。スイッチング素子３１１−１，３１１−２が駆動（スイッチング）されることにより、電力変換が行われる。

２つのスイッチング素子３１１−１，３１１−２には、それぞれダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列に接続されている。２つのスイッチング素子３１１−１，３１１−２には、図示しないゲート駆動回路が設けられている。ゲート駆動回路は、それぞれゲート電圧（ゲート信号）を出力することによりスイッチング素子３１１−１，３１１−２を駆動する。ゲート電圧は、ゲート電源から出力される。ゲート電源は、主回路から供給する主回路給電方式でもよいし、絶縁変圧器を介して低圧の電源から供給する方式でもよい。

各単位変換器３１は、それぞれ内部に故障検出部３４と電圧検出器３１３とを有する。単位変換器３１は、電圧検出器３１３が検出したコンデンサ３１２の電圧に基づいて故障検出部３４が単位変換器３１の故障を検出した場合に、直列接続された単位変換器３１が、故障した単位変換器３１を迂回するように接続する。詳細は、以下に記載する。

単位変換器３１は、単位変換器３１を迂回する迂回回路３５と、単位変換器３１と迂回回路３５との切替装置３６と、を備える。切替装置３６は、単位変換器３１の故障が検出された場合に、直列接続された単位変換器３１に、故障した単位変換器３１を迂回するように接続させる。切替装置３６は、故障検出部３４からの故障検出信号に基づいて故障した単位変換器３１から迂回回路３５への切換を行う。

故障検出部３４は、スイッチング素子３１１−１，３１１−２やコンデンサ３１２の故障により、電圧検出器３１３が検出したコンデンサ３１２の電圧が閾値より下回ったり、上回ったりした場合に、その単位変換器３１が故障したと判別する。そして、切替装置３６は、迂回回路３５をオンにして、故障した単位変換器３１を迂回させる。

故障時において迂回回路３５を利用する代わりに、故障検出部３４から下側のスイッチング素子３１１−２のゲート駆動回路にオン信号を送信し、下側のスイッチング素子３１１−２を導通させてもよい。このようにすると、迂回回路３５と同様に、端子Ｔ１，Ｔ２間が短絡するので、故障した単位変換器３１の切離しが可能となる。

（４）制御装置の構成
制御装置９は、図３に示すように、バランス電圧指令値Ｖｂｐと交流電圧指令値Ｖａｐとを加算する第１加算器９１と、第１加算器９１の出力と直流電圧指令値Ｖｄｐを加算する第２加算器９２と、アームのセル段数から故障セル段数を除算する第１減算器９３と、第２加算器９２の出力を既定の相アーム３３のセル段数で除算する除算器９４とを有する。このうち、第１加算器９１と第２加算器９２が各アームにおける平均電圧指令値の算出部、第１減算器９３が稼働セル段数の検出部、除算器９４がセル出力電圧指令値Ｖｃｐの算出部である。

バランス電圧指令値Ｖｂｐは、各アーム内のセルコンデンサ電圧の平均値を、各アーム（図２（ａ）では６個のアーム）で一致させるものである。
交流電圧指令値Ｖａｐは、変換器が出力すべき交流電力、すなわち直流電力とコンデンサ電圧の維持に必要な電力の和となるようにフィードバック制御された指令値である。具体的には、図１に示す加算器１１の出力である融通電力指令値Ｐｄｐと、コンデンサ３１３のエネルギーを維持するための電力を、系統電圧で除算して交流電流目標値を得て、この交流電力目標値に変換器出力電流が追従するようにフィードバックを行い、交流電圧指令値Ｖａｐを決定する。

直流電圧指令値Ｖｄｐは、順変換器として動作している電力変換装置３が直流線路２に出力する直流電力の電圧目標値であり、送電側は直流送電システム１の運用者によって決定され、受電端は融通電力指令値Ｐｄｐに応じた直流電流指令値Ｉｄｐによって決まる電流が流れるように制御された電圧である。

除算器９４には、相アーム３３を構成する単位変換器３１の段数が入力され、第２加算器９２の出力を相アーム３３の単位変換器３１の段数で除算する。この場合、除算器９４の入力側に稼働可能なセル段数を求めるための第１減算器９３が設けられ、この第１減算器９３のよってアームに予め設けられた単位変換器３１の段数から、そのアームの故障した単位変換器３１の段数が減算される。従って、除算器９４には、故障がない正常な単位変換器３１の段数が入力され、正常な単位変換器３１の段数によって加算器９２の出力が除算される。その結果、除算器９４からは、各アームの平均値を電力変換器３２に設けられたすべてのセルの平均値に一致させる、つまり、各アームの出力電圧をバランスさせるために必要な指令値が出力される。

除算器９４の後段には第３加算器９６が設けられ、この第３加算器９６にセル電圧制御部９５が接続されている。セル電圧制御部９５は、単位変換器３１の電圧を制御する操作量を算出して第３加算器９６に出力する。すなわち、セル電圧制御部９５は、アーム内のすべての単位変換器３１のコンデンサ電圧がアームの平均値に一致するように、個別の単位変換器３１に設けられたコンデンサ３１２の出力電圧に対する制御を行う。

［２．作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果について説明する。
まず、各アームに設けられた個々の単位変換器３１が故障しているか否かは、コンデンサ３１２に設けられた電圧検出器３１３の電圧を故障検出器３４で監視することにより判定する。単位変換器３１の故障が発見された場合は、故障検出器３４からの指令により迂回回路３５のスイッチをオンとしたり、下側スイッチ素子３１１−２を短絡させる。故障検出部３４による故障した単位変換器３１の数は、各単位変換器３１の故障検出部３４から制御装置９に送信される。

いずれかのアーム内において単位変換器３１の故障が発生すると、直流正側端子２ａと直流負側端子２ｂ間の電力変換装置３からの出力が低下する。この出力の低下は、制御装置９において、変換器３２の直流正側端子２ａと直流負側端子２ｂ間の出力電圧の低下となって現れる。この場合、本実施形態では、次のような処理を行う。

すなわち、本実施形態では、第１加算器９１と第２加算器９２とを使用して、交流電圧指令値Ｖａｐと直流電圧指令値Ｖｄｐに加えて、単位変換器３１のアームでの平均値を均一化するバランス電圧指令値Ｖｂｐを加算することで、セル出力電圧Ｖｃｐを決定する。そのため、故障が発生したセルを有するアームがあったとしても、故障セルの出力低下を補うためには各アームの平均出力電圧がどれだけ必要かを決定することができ、各アームの出力電圧のバランスを取ることができる。具体的には、本実施形態では、請求項２及び図３に記載のように、除算器９４で除算するセル段数を調整するので、同一アーム内で故障セルの電圧を負担することができる。特に故障数を検出するだけで良いので、比較的高速に故障に対応することができ、後述する第２実施形態のようにフィードバックも必要ないため直流端子電圧Ｖｄを前記直流電圧指令値Ｖｄｐに追従させるための性能が安定する利点がある。

本実施形態では、各アームについての平均出力電圧が決定された後は、第１減算器９３によって、各アームにおいて設置されているセル段数から故障したセル数を減算することで実際に稼働可能なセル数を求める。その後、除算器９４によって、各アームが負担する出力電圧をそのアームにおいて稼働可能なセル数で除算して、個々の稼働可能なセルが負担する出力電圧が決定される。そして、その値を目標値として、セル電圧制御部９５によって、個々の単位変換器３１のコンデンサ３１２の電圧が等しくなるような制御がなされる。その結果、各アームにおける故障セルの有無やその数にかかわりなく、各アームからの出力電圧は等しくなる。

電力変換装置３は、単位変換器３１の故障を検出する故障検出部３４を有する。除算器９４は、第２加算器９２が加算した値を、単位変換器３１の段数から、故障検出部３４が故障を検出した単位変換器３１の数を引いた値で除算する。したがって、電力変換装置３が故障検出部３４を有するので、単位変換器３１の故障を迅速に検出して、制御装置９の制御に迅速に反映することができる。

電力変換器３２は、故障検出部３４が単位変換器３１の故障を検出した場合に、直列接続された単位変換器３１に、故障した単位変換器３１を迂回したり、下側スイッチを短絡させる。したがって、相アーム３３のなかの一つ以上の単位変換器３１が故障した場合でも、電力変換器３２の稼働を続行することができる。

［第２実施形態］
［１．構成］
第２実施形態の構成を説明する。図４は、本実施形態の電力変換装置の制御装置の構成図である。第１実施形態と同様な部分については、同一符号を付し、説明は省略する。

本実施形態の電力変換装置３の制御装置９は請求項４に対応するもので、前記セル出力電圧指令値を補正する補正処理部として、
(1) 第１実施形態に示した故障セル段数を検出して、稼働セル段数を求め、各アームの出力電圧指令値を稼働セル段数によって除することで、セル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出する。
(2) 直流電圧指令値Ｖｄｐと直流端子電圧値Ｖｄとの偏差にゲインを乗じた操作量を直流電圧指令値Ｖｄｐに加算して直流電圧指令値を補正する。
という２つの手段を併用したものである。

第２実施形態では、直流電圧指令値Ｖｄｐが入力される第２加算器９４の入力側に、直流電圧指令値Ｖｄｐを補正する指令値補正部９７を有する。指令値補正部９７は、減算器９７−１とゲイン回路９７−２と加算器９７−３とから構成される。減算器９７−１は、直流電圧指令値Ｖｄｐから直流端子電圧値Ｖｄを減算して、それらの偏差を算出する。ゲイン回路９７−２は、比例回路、比例積分回路、比例積分微分回路のいずれかである。ゲイン回路９７−２は、減算器９７−１の出力である直流電圧指令値Ｖｄｐと直流端子電圧値Ｖｄとの偏差に、比例制御（Ｐ制御）、比例積分制御（ＰＩ制御）、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）のいずれかによるゲインを乗じて、直流端子電圧値Ｖｄを直流電圧指令値Ｖｄｐに追随させるような操作量を算出して加算器９７−３に出力する。加算器９７−３は、直流電圧指令値Ｖｄｐにゲイン回路９７−２の出力である操作量を加算して補正し、直流電圧指令値Ｖｄｐ′として加算器９２に出力する。

［２．作用効果］
本実施形態では、第１実施形態の作用効果に加え、次のような作用効果を奏する。すなわち、本実施形態では、単位変換器３１が故障した直後、そのために直流端子電圧値Ｖｄが低下して、直流電圧指令値Ｖｄｐと直流端子電圧値Ｖｄとの偏差が大きくなると、その偏差に応じたフィードバック制御による操作量を出力して、直流電圧指令値Ｖｄｐにその操作量を加算して補正した直流電圧指令値Ｖｄｐ′を各単位変換器３１に出力する。よって、単位変換器３１の故障によって変化した直流電圧に対応した最適な直流電圧指令値Ｖｄｐ′に補正して、その指令値に直流電圧を追随させることができる。また、いずれかの単位変換器３１が故障した場合でも、故障していない単位変換器３１内の直流端子電圧Ｖｄを、補正した適切な直流電圧指令値Ｖｄｐ′に追随させることができる。

指令値補正部９７は、ゲインを乗ずる回路として比例回路、積分回路、比例積分回路のいずれかを有する。したがって、直流端子電圧値Ｖｄの低下に応じて比例制御、比例積分制御、比例積分微分制御のいずれかのフィードバック制御を行い、単位変換器３１の直流電圧の低下を迅速に回復させることができる。

また、故障したセルを含むアームの出力電圧のみを他のアームと同様な出力電圧まで引き上げると、そのアームを構成する個々のセルが負担する出力電圧が大きくなるが、本実施形態では、請求項２に記載のように、直流電圧指令値Ｖｄｐを補正することで、故障したセルの出力低下をすべてのアームで分担することになるので、故障セルを含むアームにのみ過大な負担を掛けることがない。

前記の様に、第１実施形態では単位変換器３１に故障が生じた場合に、それを検出して高速に直流線路２の直流端子電圧Ｖｄが前記直流電圧指令値Ｖｄｐに追従させることができたが、第２実施形態では、それに加えて、フィードバック制御により、直流端子電圧Ｖｄを前記直流電圧指令値Ｖｄｐに追従させている。そのため、直流端子電圧Ｖｄを前記直流電圧指令値Ｖｄｐに対して少ない偏差で追従させることが可能になり、より精度が向上する。また、フィードバック制御は、第１実施形態に比較すると、ゲインが制約となって高速性に劣るが、第２実施形態では、両者を併用することで、高速性及び精度に優れた電力変換装置の制御が可能となる。

［他の実施形態］
（１）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。これらの実施形態は、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。

（２）図４に記載の第２実施形態は、セル出力電圧指令値を補正する補正処理部として前記(1) (2) の２つの手段を併用したものであるが、
(2) 直流電圧指令値Ｖｄｐと直流端子電圧値Ｖｄとの偏差にゲインを乗じた操作量を直流電圧指令値Ｖｄｐに加算して直流電圧指令値を補正する。
手段のみを単独で使用することも可能である。その場合、セルの故障の検出の有無にかかわらず、直流線路の直流端子電圧Ｖｄを前記直流電圧指令値Ｖｄｐに追従させることができる。また、アームで故障した分を補正するため、個々のセルで負担する電圧が分散されることになり、稼働セルの過負荷などのおそれがない。更に、フィードバック制御によるため、偏差を０とすることができるので、直流電圧指令値Ｖｄｐに近い直流端子電圧Ｖｄを得ることができる利点がある。ただし、安全性を考慮すると、ゲインを上げられず、第１実施形態に比較すると、処理が低速となる。

（３）単位変換器としては、チョッパセル回路を利用したもの以外に、フルブリッジセル回路を使用したものも、使用可能である。

１…直流送電システム
２…直流線路
３−１，３−２…電力変換装置
４−１，４−２…交流系統
９−１，９−２…制御装置
３１…単位変換器
３２…電力変換器
３３…相アーム
３４…故障検出部
９５…セル電圧制御部
９７…指令値補正部

Claims (8)

1. コンデンサとスイッチング素子とを有する単位変換器と、
   前記単位変換器を複数段直列に接続して成るアームと、
   前記アームを複数接続して構成され、交流系統と直流線路に対して接続された電力変換器と、
   前記電力変換器に設けられた制御装置を備えた電力変換装置において、
   前記制御装置は、
   直流電圧の目標値である直流電圧指令値Ｖｄｐと、変換器が出力すべき交流電力を制御する交流電圧指令値Ｖａｐと、前記各アームに設けられた単位変換器のコンデンサ電圧の平均値を各アームで一致させるセルコンデンサバランス用電圧指令値Ｖｂｐとに基づいて、各アームの出力電圧を算出するアーム出力電圧算出部と、
   前記アーム出力電圧算出部で算出されたアーム出力電圧と各アームのセル段数に基づいて、個々の単位変換器が出力すべきセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出するセル出力電圧指令値算出部と、
   前記直流線路の直流端子電圧Ｖｄが前記直流電圧指令値Ｖｄｐに追従するように、前記セル出力指令値電圧算出部によって算出されたセル出力電圧指令値Ｖｃｐを補正する補正処理部を備える電力変換装置の制御装置。
2. 前記セル出力電圧指令値を補正する補正処理部が、
   各アームに設けられた単位変換器の故障セル段数を検出する故障検出部と、
   前記故障検出部が検出した故障セル段数に基づいて稼働セル段数を算定する稼働セル段数の検出部とを備え、
   前記セル出力電圧指令値算出部が、前記アーム出力電圧算出部で得られた各アームの出力電圧指令値と、前記稼働セル段数検出部で得られた稼働セル段数に基づいて、個々の単位変換器が出力すべきセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出する請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
3. 前記セル出力電圧指令値を補正する補正処理部が、
   前記直流電圧指令値Ｖｄｐと前記直流線路の直流端子電圧Ｖｄとの偏差にゲインを乗じた操作量を、前記直流電圧指令値Ｖｄｐに加算して、前記直流電圧指令値Ｖｄｐを補正し、この補正された直流電圧指令値Ｖｄｐに基づいて、前記セル出力電圧指令値算出部がセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出する指令値補正部を有するものである請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
4. 前記セル出力電圧指令値を補正する補正処理部が、
   前記直流電圧指令値Ｖｄｐと前記直流線路の直流端子電圧Ｖｄとの偏差にゲインを乗じた操作量を、前記直流電圧指令値Ｖｄｐに加算して、前記直流電圧指令値Ｖｄｐを補正し、この補正された直流電圧指令値Ｖｄｐに基づいて、前記セル出力電圧指令値算出部がセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出する指令値補正部と、
   各アームに設けられた単位変換器の故障セル段数を検出する故障検出部と、
   前記故障検出部が検出した故障セル段数に基づいて稼働セル段数を算定する稼働セル段数の検出部とを備え、
   前記セル出力電圧指令値算出部が、前記アーム出力電圧算出部で得られた各アームの出力電圧指令値と、前記稼働セル段数検出部で得られた稼働セル段数に基づいて、個々の単位変換器が出力すべきセル出力電圧指令値Ｖｃｐを算出する請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
5. 前記指令値補正部は、前記ゲインを乗ずる回路として比例回路、比例積分回路、比例積分微分回路のいずれかを有すること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載の電力変換装置の制御装置。
6. 前記故障検出部が、各単位変換器のコンデンサ電圧に基づいて、単位変換器の故障を判定する請求項２または請求項４に記載の電力変換装置の制御装置。
7. 前記各単位変換器は、当該単位変換器を迂回する迂回回路と、前記単位変換器と前記迂回回路との切替装置とを備え、
   前記切替装置は、前記故障検出部が単位変換器の故障を検出した場合に、前記直列接続された単位変換器に、故障した前記単位変換器を迂回するように接続させること、を特徴とする請求項２または請求項４に記載の電力変換装置の制御装置。
8. 前記単位変換器は、前記コンデンサと並列に接続された上側スイッチング素子と下側スイッチング素子を備え、
   前記上側スイッチング素子は前記コンデンサを直流線路に接続するものであり、
   前記下側スイッチング素子は前記単位変換器を短絡するものであって、
   前記故障検出部は、前記単位変換器の故障を検出した際に、前記下側スイッチング素子を短絡させるものである請求項２または請求項４に記載の電力変換装置の制御装置。

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