JP2017143627A - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラックスタート時においても、コンデンサ電圧を維持できる電力変換器の制御装置を提供する。
【解決手段】変換器１におけるコンデンサ１３ｃに必要な電圧を要求する指令値を出力するコンデンサ電圧制御部２１と、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値が付加された電流指令値に基づいて、変換器１の交流側に必要な電圧を要求する指令値を出力する交流制御部２２と、直流電流指令値が付加された循環電流指令値に基づいて、変換器１内部の循環電流に必要な電圧を要求する指令値であって、交流制御部２２から出力される指令値に付加される指令値を出力する循環電流制御部２３と、ブラックスタート指令の入力に応じて、循環電流指令値に付加される直流電流指令値を、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値に切り替える第１の切替部２４を有する。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、交流系統と直流系統とを連系する電力変換器を制御する電力変換器の制御装置に関する。

近年、長距離送電や異系統連系を実現する手段として、高圧直流送電（以下、ＨＶＤＣ）への期待が高まっている。ＨＶＤＣでは、送電損失の低減や、送電線路設備費の削減を実現することができる。特に、長距離送電においては、交流送電よりもコスト面で有利である。このため、ＨＶＤＣは国内外で急速に普及している。

ＨＶＤＣには、交流系統の電力を直流に変換する、もしくは、直流系統に流れる直流を交流へ変換するための電力変換器（以下、変換器とする）が採用されている。変換器としては、従来から、サイリスタを適用した他励式変換器が用いられていた。しかし、最近では、自励式電圧形変換器の適用が盛んに検討されている。自励式電圧形変換器は、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。

特に、スイッチング素子を多段としたマルチレベル変換器は、高電圧化と、出力電圧の正弦波化とを両立することが可能なので、実用化が進んでいる。その中でも、Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（以下、ＭＭＣとする）は高い注目を集めている。ＭＭＣは、スイッチング素子及びコンデンサを含むチョッパ回路を、各アームに多段接続することによって高耐圧化を実現し、正弦波に近い交流電圧を出力するようになっている。

特許第４６７３４２８号公報

上記のようなＭＭＣは、直流電力と交流電力を個別に制御できる。但し、ＨＶＤＣとして使用する場合には、交流側の電力を正確に制御することはせず、直流電力指令として、上位系から来る融通電力を与えて制御する。一方、交流側からは、直流側から出力するために必要な電力が入力される必要がある。また、交流側の電力は、ＭＭＣにおけるコンデンサの電圧を制御するためにも使用する。このため、交流電力の指令値は、融通電力とコンデンサ電圧を制御するための電力の和となる。これにより、交流側と直流側の電力のバランスをとり、コンデンサ電圧の急激な上昇や低下を防止している。

しかし、ブラックスタート時には、ＭＭＣが出力する電力を決定する電圧は、負荷のみに依存することになる。ブラックスタートとは、交流系統が、発電機等の電源がなく、負荷だけで構成されている場合に、変換器から交流系統を立ち上げることをいう。例えば、停電時には、ブラックスタートとなる。通常時には、上記のように、交流側の電力を使うことにより、コンデンサ電圧の微妙な制御を行うことができた。ところが、ブラックスタートの場合には、交流側の電力が負荷に完全に依存してしまう。このため、コンデンサ電圧を制御する自由度がなくなってしまう。直流側の一定の指令値がある一方で、交流側は負荷によって電力が消費されてしまうことを考えると、コンデンサ電圧の維持ができなくなる。

本発明の実施形態は、ブラックスタート時においても、コンデンサ電圧を維持できる電力変換器の制御装置を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するため、実施形態は、交流系統と直流系統とを連系する電力変換器を制御する制御装置であって、前記電力変換器におけるコンデンサに必要な電圧を要求する指令値を出力するコンデンサ電圧制御部と、前記コンデンサ電圧制御部からの指令値が付加された電流指令値に基づいて、前記電力変換器の交流側に必要な電圧を要求する指令値を出力する交流制御部と、直流電流指令値が付加された循環電流指令値に基づいて、前記電力変換器内部の循環電流に必要な電圧を要求する指令値であって、前記交流制御部から出力される指令値に付加される指令値を出力する循環電流制御部と、交流系統の電源がない状態で運転するブラックスタート指令の入力に応じて、前記循環電流指令値に付加される前記直流電流指令値を、前記コンデンサ電圧制御部からの指令値に切り替える第１の切替部と、を有する

実施形態の電力変換装置及びこれが適用される電力系統を示すブロック図 実施形態に用いられる変換器を示す回路図 制御装置の構成を示すブロック図 コンデンサ電圧制御部を示す制御ブロック線図 交流制御部を示す制御ブロック線図 循環電流制御部を示す制御ブロック線図

［第１の実施形態］
［構成］
本実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
［電力系統］
本実施形態が適用される電力系統１００は、図１に示すように、交流系統ＡＳ１、交流系統ＡＳ２、直流系統ＤＳ１の間で、直流と交流を相互に変換して電力を供給する系統である。交流系統ＡＳ１、ＡＳ２は、交流電力を供給する系統である。交流系統ＡＳ１及び交流系統ＡＳ２は、いずれも送電側、受電側となることができる。交流系統ＡＳ１、ＡＳ２を構成する要素としては、電源、負荷、交流送電線等がある。例えば、交流系統ＡＳ１、ＡＳ２を、三相又は単相の５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの電源、負荷及び交流送電線を備える構成とすることができる。直流系統ＤＳ１は、交流系統Ａ１、ＡＳ２との間で、直流電力を供給する電力系統である。

［電力変換装置］
本実施形態の電力変換装置は、交流系統ＡＳ１、ＡＳ２と直流系統ＤＳ１との連系を行う装置である。電力変換装置は、図１に示すように、変換器１Ａ、変換器１Ｂ、制御装置２Ａ、制御装置２Ｂを有する。

（変換器）
変換器１Ａ、１Ｂは、交流電力と直流電力とを相互に変換することにより、交流系統ＡＳ１、直流系統ＤＳ１、交流系統ＡＳ２を連係する。

変換器１Ａは、交流系統ＡＳ１と直流系統ＤＳ１との間に接続されている。変換器１Ｂは、直流系統ＤＳ１と交流系統ＡＳ２との間に接続されている。変換器１Ａ、１Ｂは、順変換器としても逆変換器としても機能する。つまり、電力変換装置１００は、交流系統ＡＳ１と交流系統ＡＳ２との間で、双方向に電力を融通することができる。

順変換器は、交流電力を直流電力に変換する変換器である。逆変換器は、直流電力を交流電力に変換する変換器である。例えば、交流系統ＡＳ１を送電側、変換器１Ａを順変換器として機能させる場合、変換器１Ａは、交流系統ＡＳ１からの交流電力を、直流電力に変換して直流系統ＤＳ１に供給する。また、交流系統ＡＳ２を受電側、変換器１Ｂを逆変換器として機能させる場合、変換器１Ｂは、直流系統ＤＳ１からの直流電力を交流電力に変換して、交流系統ＡＳ２に供給する。

このような変換器１Ａ、１Ｂの一例として、ＭＭＣである変換器１を、図２を参照して説明する。ＭＭＣは、三相に対応して並列に接続されたレグ１１を有する。各レグ１１は、正側と負側に直列に接続された単位アーム１２ａ、１２ｂを有する。

単位アーム１２ａ、１２ｂは、チョッパセル１３を多段直列接続することにより構成されている。以下、チョッパセル１３を単にセルと呼ぶ場合がある。チョッパセル１３は、スイッチング素子１３ａ、ダイオード１３ｂ、コンデンサ１３ｃを有する単位変換器である。スイッチング素子１３ａは、自己消弧型の半導体素子である。例えば、スイッチング素子１３ａとしては、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＩＥＧＴ等を用いることができる。スイッチング素子１３ａは、２個が直列に接続されている。なお、図示はしないが、各スイッチング素子１３ａには、自己消弧型素子をオン、オフさせる駆動回路及び電源が接続されている。

ダイオード１３ｂは、還流ダイオードである。２個のダイオード１３ｂが、各スイッチング素子１３ａにそれぞれ逆並列に接続されている。コンデンサ１３ｃは、蓄積されたエネルギーを電圧として供給する電圧源である。コンデンサ１３ｃは、直列に接続された２個のスイッチング素子１３ａに並列に接続される。各コンデンサ１３ｃには、図示はしないが、それぞれの電圧を測定する電圧センサが設けられている。

並列に接続された各レグ１１の正側と負側の端子は、直流系統ＤＳ１に接続される直流端子１５である。各レグ１１における正側と負側の単位アーム１２ａ、１２ｂは、バッファリアクトル１４を介して接続されている。正側と負側のバッファリアクトル１４の中点からは、変圧器１６を介して、各相の交流端子１７が引き出され、交流系統ＡＳ１又はＡＳ２に接続されている。

さらに、３相のバッファリアクトル１４と単位アーム１２ａ、１２ｂとの間には、それぞれ１つずつ、合計６つの電流センサ１８が設けられている。これらの６つの電流センサ１８により、以下に述べる各種の測定値が得られる。例えば、これらの電流センサ１８の測定値を合計すると、単位アーム１２ａ、１２ｂを貫通して流れる循環電流の成分となる。この循環電流のゼロ相として、直流電流を定義することができる。

つまり、３相の循環電流のうち、３つ同相で流れている０相分は、変換器１内を循環せずに直流側に出ていく。より具体的には、循環電流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相をαβ０変換することで、変換器１内部を循環するα相とβ相と、０相分が分離する。この０相分が、外部に供給される直流電流成分である。

なお、単位アーム１２ａ、１２ｂは、それぞれＮ個のチョッパセル１３を直列に接続すればよい。上記は、Ｎ＝２の例であるが、Ｎ≧１であればよい。また、変圧器１６のリアクタンス成分を利用して、バッファリアクトル１４を削減する回路構成としてもよい。

以上のような変換器１Ａ、１Ｂは、制御装置２Ａ、２Ｂからの指令値に応じて、制御回路が生成する制御信号に応じて、駆動回路が各スイッチング素子１３ａがオンオフすることにより動作する。

［制御装置］
変換器１Ａ、１Ｂには、それぞれ制御装置２Ａ、２Ｂが接続されている。制御装置２Ａ、２Ｂは、変換器１Ａ、１Ｂの運転を制御する装置である。本実施形態の説明では、変換器１Ａ、１Ｂを区別しない場合には変換器１とする。また、制御装置２Ａ、２Ｂを区別しない場合には、制御装置２とする。

制御装置２は、図１及び図３に示すように、コンデンサ電圧制御部２１、交流制御部２２、循環電流制御部２３、第１の切替部２４、第２の切替部２５、第３の切替部２６を有する。

コンデンサ電圧制御部２１は、変換器１におけるコンデンサ１３ｃに必要な電圧を要求する指令値を出力する。交流制御部２２は、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値が付加された電流指令値に基づいて、変換器１の交流側に必要な電圧を要求する指令値を出力する。

循環電流制御部２３は、直流電流指令値が付加された循環電流指令値に基づいて、変換器１内部の循環電流に必要な電圧を要求する指令値であって、交流制御部２２から出力される指令値に付加される指令値を出力する。循環電流は、主にコンデンサ電圧の均一化を図るために、各レグ１１を循環する電流である。ここでいう循環電流には、外部に出て行かずに滞留する成分も、直流側に出て行く成分も含まれる。

第１の切替部２４は、ブラックスタート指令の入力に応じて、循環電流指令値に付加される直流電流指令値を、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値に切り替える。第２の切替部２５は、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値に付加する電力を、ブラックスタート指令の入力に応じて、直流電力から交流電力に切り替える。第３の切替部２６は、交流制御部２２からの指令値の出力を、所定の交流電圧の指令値に切り替える。

以下、上記の各部の詳細を説明する。なお、以下の各部におけるゲインは、偏差に対するＰＩＤ制御を行い、電流指令値、電圧指令値の相互変換等をする制御ブロックである。また、制御装置２に入力される各種の測定値は、電流センサ１８、コンデンサ１３ｃの電圧センサ、系統に設置されたセンサ等からの電圧値、電流値及びこれらの値からの演算により求める。さらに、各種の指令値等を決定し、制御装置２に入力する上位の管理システムを上位系と呼ぶ。測定値の演算又は測定値に基づく指令値の演算は、制御装置２の外部で演算してもよいし、制御装置２内部の演算部が演算してもよい。つまり、上位系等の外部で演算された値を用いるか、制御装置２の内部で演算された値を用いるかは自由である。

（コンデンサ電圧制御部）
コンデンサ電圧制御部２１は、図４に示すように、各セルのコンデンサ電圧指令値と全セルのコンデンサ平均電圧との偏差をとり、ゲインにおいてＰＩＤ制御により、偏差に応じた電流指令値を生成する。コンデンサ電圧指令値は、上位系から入力される。コンデンサ平均電圧は、コンデンサ１３ｃの電圧センサからの測定値に基づいて演算により求める。

通常時は、変換器１から直流側に出力する電力に相当するエネルギーを、交流の指令値に含めるために、コンデンサ電圧制御部２１からの電流指令値に、当該電力を換算した直流電流値を付加して、フィードフォワードさせる。つまり、直流送電において供給している電力は、コンデンサ１３ｃのエネルギーとは別に、変換器１が融通している電力である。この融通電力分を合わせた電流指令値が、以下に述べる交流有効電流指令値となる（図３、図５参照）。

（交流制御部）
交流制御部２２は、図５に示すように、有効電流と無効電流に分けて制御する。この有効電流、無効電流は、三相をｄｑ変換した場合のｄ軸成分、ｑ軸成分に相当するものと考える。つまり、交流制御部２２は、交流有効電流指令値と交流有効電流との偏差をとり、ゲインにおいて偏差に応じた電圧指令値を生成する。交流有効電流は、電流センサ１８からの測定値から求める。

また、交流制御部２２は、交流無効電流指令値と交流無効電流との偏差をとり、ゲインにおいて偏差に応じた電圧指令値を生成する。交流無効電流指令値は、上位系から入力される。交流無効電流は、電流センサ１８からの測定値から求める。

さらに、交流制御部２２においては、有効成分と無効成分のそれぞれにゲインの一種であるωＬをかけて、有効成分と無効成分とが、一方を変更しても他方に影響を与えない非干渉となるようにする。

このような交流制御部２２からの電圧指令値には、図３に示すように、交流側の系統からの交流電圧測定値、循環電流制御部２３からの電圧指令値が付加されて、変換器１への指令値として出力される。

（循環電流制御部）
循環電流制御部２３の零（０）相分は、図６に示すように、直流電流指令値と直流電流との偏差をとり、ゲインにおいて偏差に応じた電圧指令値を生成する。さらに、この電圧指令値には、直流電圧指令値が付加される。直流電流指令値は、上位系から入力される指令値である。この直流電流指令値には、後述するように循環電流指令値が付加されている。循環電流指令値は、後述するように、測定値からαβ０変換により得られた０相分に相当する指令値である。直流電圧指令値は、上位系から入力される指令値である。循環電流制御部２３の出力は、交流制御部２２の出力に付加される。

さらに、循環電流制御部２３は、リミッタ２３ａ及び設定部２３ｂを有する。リミッタ２３ａは、循環電流指令値の変動幅を規定する。設定部２３ｂは、リミッタ２３ａに、上位系から入力されたリミッタ値を設定する。

設定部２３ｂは、直流系統ＤＳ１の両端に設置された一対の変換器１Ａ、１Ｂのうち、ブラックスタート指令を受けている側の変換器１Ａを、電流制御端とするリミッタ値を設定し、他方の電力変換器１Ｂを、電圧制御端とするリミッタ値を設定する。

電流制御端とするリミッタ値は、０でない値であり、電圧制御端とするリミッタ値は、０である。リミッタ値が０でない場合には、入力された値に変動幅があり、その上限下限が規定される。リミッタ値が０の場合には、直流電圧指令値がそのまま出力される。電流制御端、電圧制御端については、後述する。

循環電流指令値は、相間バランス制御操作量と、ＰＮ間バランス制御操作量に基づいて、αβ０変換することにより得られる０相分である。相間バランス制御操作量は、三相のコンデンサ電圧のバランスをとる電圧に相当する電流値である。ＰＮ間バランス制御操作量は、正側と負側の単位アーム１２ａ、１２ｂにおけるコンデンサ電圧のバランスをとるための電圧に相当する電流値である。相間バランス制御操作量、ＰＮ間バランス制御操作量は、コンデンサ１３ｃの電圧センサからの測定値から演算により求める。

αβ０変換は、α相及びβ相の２相成分（三相二相変換）と、０相成分に変換する処理である。この０相成分は、循環電流指令値として、直流電流指令値に付加される。なお、α相成分、β相成分も演算に用いられる場合があるが、本実施形態の原理的な説明には必ずしも必要ないため、その演算の説明は省略する。

（第１の切替部）
第１の切替部２４は、スイッチ２４ａ、２４ｂを有する。スイッチ２４ａは、上位系からのブラックスタート指令に基づいて、コンデンサ電圧制御部２１からの電流指令値の出力先を、交流制御部２２から循環電流制御部２３に切り替える。スイッチ２４ｂは、スイッチ２４ａの切り替えとともに、循環電流制御部２３へ入力される直流電流指令値を、コンデンサ電圧制御部２１からの電流指令値へ切り替える。

（第２の切替部）
第２の切替部２５は、ブラックスタート指令の入力に応じて、コンデンサ電圧制御部２１からの出力にフィードフォワードさせる電力を、直流電力から交流電力に切り替えるスイッチである。この直流電力は、電流センサ１８からの測定値と、上位系からの直流電圧指令値により求める。この直流電圧指令値は、循環電流制御部２３に入力される直流電圧指令値と同じである。交流電力は、電流センサ１８からの測定値と、上位系からの交流電圧の指令値により求める。なお、ここでフィードフォワードさせる電力は、電力を電流の次元に換算した値である。

（第３の切替部）
第３の切替部２６は、スイッチ２６ａ、２６ｂを有する。スイッチ２６ａは、ブラックスタート指令の入力に応じて、交流制御部２２からの出力を０に切り替える。スイッチ２６ｂは、変換器１への指令値に付加される交流電圧測定値を、所定の交流電圧の指令値に切り替える。つまり、ブラックスタート時は、測定により系統電圧が得られないので、例えば、通常の系統電圧を、固定の交流電圧指令値として用いる。なお、所定の交流電圧を所定の傾きで増加させてもよい。

［作用］
以上のような本実施形態の作用を説明する。なお、以下の説明では、変換器１Ａが送電側の順変換器、変換器１Ｂが受電側の逆変換器として機能する場合であり、特に、順変換器である変換器１Ａを制御する例とする。また、通常時とは、交流系統ＡＳ１における電源からの交流電力を変換器１Ａが直流電力に変換して直流系統ＤＳ１に供給し、この直流電力を変換器１Ｂが交流電力に変換して交流系統ＡＳ２に供給している状態をいう。

（通常時）
通常時は、コンデンサ電圧制御部２１は、全セルのコンデンサ平均電圧と、各セルのコンデンサ電圧指令値の偏差から、現状のコンデンサ電圧として必要な電圧を求め、電流指令値に換算して出力する。例えば、コンデンサ平均電圧が、コンデンサ電圧指令値よりも低い場合には電圧を高くし、コンデンサ電圧指令値よりも高い場合には電圧を下げるように、電流指令値を出力する。

この電流指令値には、直流電力から換算した電流値がフィードフォワードされ、交流有効電流指令値として、交流側制御部２２に入力される。つまり、コンデンサ１３ｃの制御電流と融通電力である直流側のエネルギーとの和で、交流側の有効電力を決める。

交流制御部２２は、交流有効電流指令値及び交流無効電流指令値に基づいて、変換器１に要求する有効電流及び無効電流に相当する交流電圧指令値を出力する。この交流電圧指令値には、系統から得た交流電圧測定値が付加され、さらに、後述の循環電流制御部２３からの電圧指令値が付加され、変換器１に対する電圧指令値として出力される。つまり、系統電圧に、コンデンサ１３ｃに必要な電圧、循環電流に必要な電圧を要求する指令値を付加して、電圧指令値とする。

循環電流制御部２３は、上記のように循環電流指令値を付加した直流電流指令値と、測定された直流電流との偏差から、必要な電圧指令値を求め、さらに、上位系からの直流電圧指令値を合わせた電圧指令値を出力する。

ここで、ＨＤＶＣで送電端と受電端に使用されている変換器１Ａ、１Ｂは、電圧を決めている電圧制御端、電流を決めている電流制御端のいずれかになる。通常は、送電端が電圧制御端となり、電圧一定の制御をする。そして、受電端は電流制御端となり、電圧を可変として電流を制御する。これにより、受電端は、ある範囲内で、流したい電流が得られる指令値を生成して、電圧を自由に動かすことができる。このような電圧制御端と電流制御端の２台の変換器１Ａ、１Ｂにおける動作点は、電圧制御端の一定の電圧と、電流制御端の変動する電圧との交差点となる。いずれの電圧も自由に変動することになると、動作点が定まらなくなるためである。

例えば、上記のように、変換器１Ａが送電端の順変換器、変換器１Ｂが受電端の逆変換器であるとする。送電端の制御装置２Ａの設定部２３ｂは、リミッタ２３ａに０を設定している。このため、直流電圧指令値がそのまま出力されるので、電圧一定になる。これにより、変換器１Ａは、電圧を固定する電圧制御端として機能する。

一方、受電端の制御装置２Ｂの設定部２３ｂは、リミッタ２３ａに０でない値を設定している。このため、直流電圧指令値に許容される変動幅がある。この直流電圧指令値が、状況に応じて変動幅の範囲で変化することにより、変換器１Ｂは、電流を変化させる電流制御端として機能する。

上記のように出力された交流電圧指令値に基づいて、変換器１Ａにおける制御回路によりスイッチング素子１３ａの制御信号が生成されて、駆動回路が各スイッチング素子１３ａをオンオフさせることにより、変換器１Ａの出力が制御される。

（ブラックスタート時）
ブラックスタート時には、ブラックスタート指令が上位系から入力される。すると、第１の切替部２４のスイッチ２４ａは、コンデンサ電圧制御部２１の出力先を、交流制御部２２から切り離す。これとともに、スイッチ２４ｂは、直流側の循環電流制御部２３に入力される直流電圧指令値を、コンデンサ電圧制御部２１の指令値に切り替える。

通常時には、系統電圧が存在するため、上記のように、系統電圧と変換器１Ａが出す電流により電力を生成して出力することができる。しかし、ブラックスタート時には、交流側の電源がなく、電流は負荷にのみ依存することになる。

そこで、コンデンサ電圧制御部２１の出力先を切り替えることにより、循環電流指令値に付加される指令値を、コンデンサ電圧制御部２１の電流指令値とする。つまり、コンデンサ１３ｃが必要とする電圧を、交流側の交流有効電流指令値に含めて交流側制御部２２から要求して得るのではなく、直流側の循環電流指令値に含めて循環電流制御部２３から要求して得るように変更する。

また、ブラックスタート指令を受けて、第２の切替部２５は、コンデンサ電圧制御部２１から出力される電流指令値に付加される電流値を、交流電力から換算した電流値へ切り替える。つまり、ブラックスタート時は、直流側で指令値を制御することになるので、今度は、交流電力をあらかじめ付加してフィードフォワードする。

この交流電力における交流電圧は、後述する固定の電圧指令値である。この電圧指令値は、系統からの交流電圧測定値に替えて、電圧指令値に付加される値である。この交流電力における交流電流は、電流センサ１８からの測定値である。

また、ブラックスタート指令を受けて、第３の切替部２６のスイッチ２６ａは、交流電流制御をＯＦＦにするために、交流制御部２２の出力側を０に切り替える。これとともに、スイッチ２６ｂは、系統からの交流電圧測定値から、固定の交流電圧指令値を出力するように切り替える。

つまり、ブラックスタート時には、系統に電圧がないため、系統からの交流電圧測定値を入力して電流を制御することができない。変換器１Ａが出した電圧と、負荷抵抗やインダクタンスのインピーダンスによって電流が決まってしまう。そこで、交流制御部２２からの指令値を、固定の交流電圧指令値に切り替える。例えば、交流１００Ｖを出したい場合には、交流１００Ｖの指令値を出す。なお、切り替え時から、交流電圧を所定の傾きで徐々に増加させて、所望の値の指令値となるようにしてもよい。

さらに、交流系統ＡＳ１がブラックスタートとなった場合、リミッタ値の設定を変える。例えば、交流系統ＡＳ１の電源がなくなって、送電端の変換器１Ａがブラックスタートする場合、ブラックスタート指令を受けた制御装置２Ａでは、設定部２３ｂが、上位系からのリミッタ値として０でない値を設定する。これにより、通常時とは異なり、変換器１Ａは、電流を変化させる電流制御端として機能する。

一方、受電端の変換器１Ｂの制御装置２Ｂでは、設定部２３ｂが、上位系からのリミッタ値として０を設定する。これにより、通常時とは異なり、変換器１Ｂは、電圧を固定する電圧制御端として機能する。

以上の切り替え動作により、循環電流制御部２３は、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値に循環電流指令値を付加した直流電流指令値と、測定された直流電流との偏差から、必要な電圧指令値を求め、さらに、上位系からの直流電圧指令値を合わせた電圧指令値を出力する。

この電圧指令値に、固定の交流電圧指令値を付加したものが、変換器１Ａへの電圧指令値として出力される。このような交流電圧指令値に基づいて、変換器１Ａにおける制御回路によりスイッチング素子１３ａの制御信号が生成されて、駆動回路が各スイッチング素子１３ａをオンオフさせることにより、変換器１Ａの出力が制御される。

［効果］
以上のような本実施形態は、交流系統ＡＳ１、ＡＳ２と直流系統ＤＳ１とを連系する変換器１を制御する制御装置２であって、変換器１におけるコンデンサ１３ｃに必要な電圧を要求する指令値を出力するコンデンサ電圧制御部２１と、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値が付加された電流指令値に基づいて、変換器１の交流側に必要な電圧を要求する指令値を出力する交流制御部２２と、直流電流指令値が付加された循環電流指令値に基づいて、変換器１内部の循環電流に必要な電圧を要求する指令値であって、交流制御部２２から出力される指令値に付加される指令値を出力する循環電流制御部２３とを有する。

そして、本実施形態は、交流系統ＡＳ１の電源がない状態で運転するブラックスタート指令の入力に応じて、循環電流指令値に付加される直流電流指令値を、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値に切り替える第１の切替部２４を有する。

このため、ブラックスタート時において、交流側の制御から、直流側の制御に切り替えることにより、コンデンサ電圧を維持することができる。

また、本実施形態は、変換器１が出力する電力を得るために、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値に付加する電力を、ブラックスタート指令の入力に応じて、直流電力から交流電力に切り替える第２の切替部２５を有する。

このため、コンデンサ電圧制御部２１からの指令値に、変換器１が得るべき交流電力を含めて、循環電流制御部２３に要求することができる。

また、本実施形態は、交流制御部２２からの指令値の出力を、所定の交流電圧の指令値に切り替える第３の切替部２６を有する。

このため、ブラックスタートのために得られない系統電圧の代わりとして、所定の交流電圧を得て、運転を継続することができる。

また、所定の交流電圧を所定の傾きで増加させることにより、ブラックスタート時に傾きを持ってソフトスタートさせることができ、突入電流を防止できる。

循環電流制御部２３は、循環電流指令値の変動幅を規定するリミッタ２３ａと、
リミッタ２３ａにリミッタ値を設定する設定部２３ｂとを有する。そして、設定部２３ｂは、直流系統ＤＳ１の両端に設置された一対の変換器１Ａ、１Ｂのうち、ブラックスタート指令を受けている側の変換器１Ａを、電流制御端とするリミッタ値を設定し、他方の変換器１Ｂを、電圧制御端とするリミッタ値を設定する。

交流系統ＡＳ１の電源がない状況では、受電端側で要求される電力を自由に供給することはできない。このため、受電端側を電圧制御端とし、送電端側を電流制御端とすることにより、ブラックスタートとなった送電端側で電流を制御できる。しかも、電圧制御端と電流制御端の切り替えを、直流側の情報のみで行うことができる。

［他の実施形態］
本実施形態は上記の態様に限定されるものではない。
（１）上記の態様では、ブラックスタート時に第３の切替部２６が切り替える所定の交流電圧指令値を、固定の交流電圧指令値とした。但し、この所定の交流電圧指令値にスロープゲインをかけるスロープゲイン部を設けてもよい。スロープゲインは、流れている電流に合わせて電圧指令値を補正する処理である。つまり、所定の交流電圧の指令値を、電流センサ１８により測定された交流電流×スロープゲインで演算した電圧で補正する。

単に固定値の交流電圧指令値とすると、負荷によって電力が変化するので、負荷が重い場合には、必要以上に大きな電流を流してしまう可能性がある。そこで、スロープゲインを用いて、電流センサ１８に測定された電流に応じて、電流を抑えた交流電圧指令値となるように調節する。適用のゲイン、インピーダンスをかけることにより、余分な電流となる分を、電圧指令値から減ずることにより、負荷が重い場合でも、電流を抑えることができる。

（２）制御装置２は、ＣＰＵを含むコンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような各部の処理を実現するものである。ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。制御装置２Ａ、２Ｂを共通のコンピュータにより実現したシステムとして構成することもできる。図４〜６の制御ブロック線図も一例であり、上記の制御装置２の各部の機能を実現できる構成であればよい。

また、図示はしないが、制御装置２は、測定値、指令値等、上記の各部の処理に必要な情報を記憶する記憶部を有する。外部から入力されて一時的に記憶される情報や各部の間で処理タイミングの相違を吸収してやり取りされる情報の記憶領域も、記憶部として捉えることができる。

例えば、図３のブロック図におけるαβ０変換を行う処理部は、制御装置２の内部に備えるαβ０変換部であってもよいし、外部でαβ０変換処理を行う演算部であってもよい。外部で演算されて入力された結果は、一時的に記憶部に記憶され、循環電流制御部２３に入力される。

（３）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。

１、１Ａ、１Ｂ 変換器
２、２Ａ、２Ｂ 制御装置
１１ レグ
１２ａ、１２ｂ 単位アーム
１３ チョッパセル
１３ａ スイッチング素子
１３ｂ ダイオード
１３ｃ コンデンサ
１４ バッファリアクトル
１５ 直流端子
１６ 変圧器
１７ 交流端子
１８ 電流センサ
２１ コンデンサ電圧制御部
２２ 交流制御部
２３ 循環電流制御部
２３ａ リミッタ
２３ｂ 設定部
２４ 第１の切替部
２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ スイッチ
２５ 第２の切替部
２６ 第３の切替部
１００ 電力系統
ＡＳ１、ＡＳ２ 交流系統
ＤＳ１ 直流系統

Claims (6)

1. 交流系統と直流系統とを連系する電力変換器を制御する制御装置であって、
   前記電力変換器におけるコンデンサに必要な電圧を要求する指令値を出力するコンデンサ電圧制御部と、
   前記コンデンサ電圧制御部からの指令値が付加された電流指令値に基づいて、前記電力変換器の交流側に必要な電圧を要求する指令値を出力する交流制御部と、
   直流電流指令値が付加された循環電流指令値に基づいて、前記電力変換器内部の循環電流に必要な電圧を要求する指令値であって、前記交流制御部から出力される指令値に付加される指令値を出力する循環電流制御部と、
   交流系統の電源がない状態で運転するブラックスタート指令の入力に応じて、前記循環電流指令値に付加される前記直流電流指令値を、前記コンデンサ電圧制御部からの指令値に切り替える第１の切替部と、
   を有することを特徴とする電力変換器の制御装置。
2. 前記電力変換器が出力する電力を得るために、前記コンデンサ電圧制御部からの指令値に付加する電力を、ブラックスタート指令の入力に応じて、直流電力から交流電力に切り替える第２の切替部を有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。
3. 前記交流制御部からの指令値の出力を、所定の交流電圧の指令値に切り替える第３の切替部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換器の制御装置。
4. 前記所定の交流電圧を所定の傾きで増加させることを特徴とする請求項３に記載の電力変換器の制御装置。
5. 前記所定の交流電圧の指令値を、交流電流にスロープゲインを乗じた電圧で補正することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の電力変換器の制御装置。
6. 前記循環電流制御部は、
   前記循環電流指令値の変動幅を規定するリミッタと、
   前記リミッタにリミッタ値を設定する設定部とを有し、
   前記設定部は、直流系統の両端に設置された一対の電力変換器のうち、ブラックスタート指令を受けている側の電力変換器を、電流制御端とするリミッタ値を設定し、他方の電力変換器を、電圧制御端とするリミッタ値を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。

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