JP2018046641A - 直流送電システム及び電力変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流系統から安定に初期充電に必要な電力を供給できない場合においても自励変換器を起動可能な直流送電システム及び電力変換器の制御装置を提供する。
【解決手段】２端子以上の直流送電線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の各端子（１）、（２）、（３）に、交流系統Ａ１、Ａ２、Ａ３と直流送電線路とを連系する電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を設ける。電力変換器は、運転中の電源が連系している交流系統に対応し、交流を直流に変換した電力で第１の初期充電を行う電力変換器Ｃ１、Ｃ２と、初期充電に必要な電力を供給できない交流系統に対応し、直流送電網からの直流の電力で第２の初期充電を行う電力変換器Ｃ３とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、直流送電システム及び電力変換器の制御装置に関する。

近年、風力発電や太陽光発電、太陽熱発電などの再生可能エネルギーの普及が促進されている。そして、より大電力を再生可能エネルギーでまかなうために、洋上風力発電や、砂漠地帯での太陽光発電、太陽熱発電が検討され始めている。

そこで、洋上風力発電所から電力消費地である都市までの海底ケーブルを用いた直流の大電力送電や、たとえばアフリカや中国奥部の砂漠地帯からヨーロッパや沿岸地帯の大都市までの高効率な直流の長距離大電力送電が要求されている。

直流送電システムを長距離大電力送電に適用した場合、従来の三相交流による送電システムと比較して、設備の低コスト化や送電損失の少ない高効率システムの構築が可能となる。但し、直流送電においては、発電された交流電力を直流送電用の直流に変換するコンバータや、送電されてきた直流を都市内の交流に変換するインバータなどの電力変換器が必要となる。

そして、交流系統にコンバータ、インバータのスイッチングに伴う高調波が流出しないように、正弦波に近い電圧波形を出力できるモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の検討・実用化が進められている。

特開２０１２−０７０５３７号公報

上記のような直流送電システムにおいて、潮流制御前に自励変換器を起動する際には、交流を直流に変換した電力でコンデンサや直流線路を初期充電する方法が一般的である。しかし、離島などで交流系統の規模が小さく、安定に初期充電に必要な電力を供給できない場合や系統に運転中の電源が連系していない場合には、自励変換器を起動することができない。

本実施形態は、上記のような課題を解決するために提案されたものであり、交流系統から安定に初期充電に必要な電力を供給できない場合においても自励変換器を起動可能な直流送電システム及び電力変換器の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、実施形態の直流送電システムは、以下のような構成を有する。
（ａ）２端子以上の直流送電網の各端子に、交流系統と直流系統とを連系する電力変換器が設けられている。
（ｂ）前記電力変換器は、運転中の電源が連系している交流系統に対応し、交流を直流に変換した電力で第１の初期充電を行う電力変換器を含む。
（ｃ）前記電力変換器は、初期充電に必要な電力を供給できない交流系統に対応し、前記直流送電網からの直流の電力で第２の初期充電を行う電力変換器を含む。

第１及び第２の実施形態の直流送電システムを示す構成図。 第１及び第２の実施形態の電力変換器の回路例を示す構成図。 図２の電力変換器の一部を示す構成図。 第１の実施形態の直流送電システムの自励変換器の起動法を示すタイムチャート。 第１及び第２の実施形態の直流送電システムの制御ブロック図。 第２の実施形態の電力変換器の一部を示す構成図。 第２の実施形態の直流送電システムの自励変換器の起動法を示すタイムチャート。

［第１の実施形態］
［構成］
本実施形態の構成を、図１、図２及び図３を参照して説明する。本実施形態が適用される直流送電システムは、図１に示すように、複数の直流送電線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、を有する直流送電網の各端子に、各直流送電線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、を交流系統Ａ１、Ａ２、Ａ３、…に連系する電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、が接続されている。直流送電網における直流送電線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…は、１か所の節点ｎｐで接続されている。

なお、以下の説明では、直流送電線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、交流系統Ａ１、Ａ２、Ａ３、…、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、は、それぞれを区別しない場合には、直流送電線路Ｓ、交流系統Ａ、電力変換器Ｃとする場合がある。

端子（３）の交流系統Ａ３は、初期充電に必要な電力を供給できない。初期充電に必要な電力を供給できないとは、端子（１）（２）に比べて交流系統の規模が小さいか、電源が連系していないことをいう。電源が連系していないとは、一時的に電源から切り離されている場合も、電源が存在しない場合も含まれる。また、図示はしないが、各端子（１）、（２）、（３）の直流側には、直流側開閉器が配設されている。

電力変換器Ｃの回路構成例を、図２及び図３に示す。電力変換器Ｃは、自励変換器のＭＭＣ（Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。この電力変換器Ｃは、三相の交流送電系統Ａと直流送電線路Ｓとの間に接続されている。

図２に示すように、電力変換器Ｃは、チョッパセルＣＥを複数個直列接続した正側と負側の合計６個のアームＡｍｐ、Ａｍｎ、および短絡電流抑制のための６個のリアクトルＲｅを有する。正側のアームＡｍｐと負側のアームＡｍｎには、各々リアクトルＲｅを接続し、これらを互いに接続する。

互いのアームＡｍｐ、Ａｍｎの接続点は、三相で出力端子Ｒ、Ｓ、Ｔとなり、交流側に接続される。正側のアームＡｍｐと負側のアームＡｍｎのもう１方の端子は、三相で接続することにより２端子の出力端子Ｐ、Ｎとなり、直流側に接続される。各アームＡｍｐ、Ａｍｎには、電力変換器制御用の電流検出器Ｃｒｐ、Ｃｓｐ、Ｃｔｐ、電流検出器Ｃｒｎ、Ｃｓｎ、Ｃｔｎが設けられている。

各チョッパセルＣＥは、２個のスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、２個のダイオードＤｉ１、Ｄｉ２及びコンデンサＣｏを有する。スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２は、ＩＧＢＴなどの自己消弧能力を持つ素子であり、直列に接続される。各スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２には、図示はしないが、オン・オフ切り替え用の制御信号を入力するための信号線が接続されている。

ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２は、各スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２に逆並列に接続された整流素子である。コンデンサＣｏは、直列接続されたスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２に並列に接続され、図示はしないが、コンデンサ電圧を検出する電圧検出器と、コンデンサＣｏの電力をスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を駆動・制御する電力に変換するための内部電源装置が接続されている。前記内部電源装置の起動には一定値以上のコンデンサ電圧が必要である。このようにチョッパセルＣＥを用いたＭＭＣを、ハーフブリッジＭＭＣと呼ぶ。

電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、は、それぞれ制御装置１０１、１０２、１０３、…、を有する。制御装置１０１、１０２、１０３、…、は、切替部１１０、指令部１２０、電圧制御部１３０を有する。切替部１１０は、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、に、交流系統Ａ１、Ａ２、Ａ３、…、との連系の有無の切り替えを指示する。指令部１２０は、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、に、ゲートブロックとするか、ゲートブロックを解除するかを指示する。

電圧制御部１３０は、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、におけるコンデンサ電圧平均値が、コンデンサの電圧指令値に追従するように、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、のスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を制御することにより、直流電流のフィードバック制御を行う。

電圧制御部１３０は、平均値算出部１３１、指令値入力部１３２、コンデンサ電圧制御部１３３、直流電流制御部１３４、指令値出力部１３５を有する。平均値算出部１３１は、電圧検出器により検出されるコンデンサ電圧の平均値を算出する。指令値入力部１３２は、平均値算出部１３１により算出された平均値との差分をとる。コンデンサ電圧制御部１３３は、入力された指令値を直流電流指令値に変換する。これは、後述するＰＩ制御のゲインをかける。直流電流制御部１３４は、入力された直流電流指令値を直流電圧指令値に変換する。これも、ＰＩ制御のゲインをかける。但し、電圧を下げて電流を引き込むように、符号は−となっている。指令値出力部１３５は、直流送電網の直流電圧と直流電圧指令値とを加算して直流出力電圧指令値として、電力変換器Ｃに出力する。

［電力変換器の起動動作］
本実施形態の直流送電システムにおける電力変換器の起動動作を、図１〜図３に加えて、図４のタイムチャート及び図５の制御ブロック図を参照して説明する。本実施形態では、図１における交流系統Ｓ１、Ｓ２には、運転中の電源が連系し、上記のように、交流系統Ｓ３からは初期充電に必要な電力を供給できない場合について説明する。

［初期状態］
初期状態においては、自励式の電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…である全ハーフブリッジММＣの全スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２が、オフとなるゲートブロック状態であり、各端子（１）、（２）、（３）の図示していない直流側開閉器は、すべて閉路、つまり導通状態であるとする。

［第１の初期充電］
図４の時刻ｔ１で、交流電流遮断器１１、２１を投入すると、端子（１）、（２）の電力変換器Ｃ１、Ｃ２に含まれるコンデンサＣоは、制御しなくとも、ダイオードの整流作用によって定格値よりも小さな電圧値まで充電される。その後、指令部１２０の指示により、ゲートブロック状態が解除され、スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を制御することで、時刻ｔ２までに所定の定格値Ｖｃまで充電される。このとき、各コンデンサＣоには、交流を直流に変換した電力が供給される。

さらに、ハーフブリッジＭＭＣである電力変換器Ｃ１、Ｃ２では、直流側にも充電電流が流出するため、同時に直流線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、も、所定の定格値Ｖｄｃまで充電される。つまり、ハーフブリッジММＣの場合、交流側からチョッパセルＣＥのコンデンサＣоを充電すると、直流側の電圧も上がる。充電前に直流側開閉器を閉路状態としていることで、電力変換器Ｃ１、Ｃ２の直流側と直流線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、との電位差をなくしている。これにより、先に立ち上がった端子（１）、（２）、…、側の電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…、は、直流電力網の直流電圧が一定になるように電圧制御する。なお、後述するように、直流電力網から充電される端子（３）側の電力変換器Ｃ３は、自端に電流を引き込むように電流制御する。

［第２の初期充電］
端子（３）のハーフブリッジММＣである電力変換器Ｃ３は、ゲートブロック状態ではあるが、チョッパセルＣＥのダイオードＤｉを充電電流が導通することにより、コンデンサ電圧は、最終的に直流電圧を相ごとのセル数で除したＶｄｃ／２Ｎとなる。端子（３）の電力変換器Ｃ３は、指令部１２０の指示により、時刻ｔ３でゲートブロック状態を解除し、充電電流となる直流電流を制御することで、コンデンサ電圧を定格値のＶｃまで充電する。

ここでは、電力変換器Ｃ３がゲートブロック状態を解除し、スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を駆動・制御するために、各コンデンサＣｏの電力を駆動・制御用の電力に変換する内部電源装置を起動する必要がある。電力変換器Ｃ１、Ｃ２は、電力変換器Ｃ３の初期コンデンサ電圧Ｖｄｃ／２Ｎが前記内部電源装置の起動に必要な電圧以上となるように、直流送電網の電圧Ｖｄｃを制御する。

単に、電力変換器Ｃ３を充電された直流電力網に接続するのみでは、直流電力網の直流電圧がコンデンサＣоの数だけ分圧されて充電されるだけで、交流系統Ａ３と連系するには不十分となる。このため、定格値まで充電されるように、以下に示すような電圧制御が必要となる。

［電圧制御］
このような第２の初期充電において、電力変換器Ｃ３の制御装置１０３によるコンデンサ電圧の制御処理を、図５の制御ブロック図を参照して説明する。この制御ブロックは、図４の時刻ｔ３から適用される。

すなわち、平均値算出部１３１が、制御対象となるコンデンサ電圧の平均値を算出する。指令値入力部１３２は、コンデンサ電圧と算出された平均値との差分をとる。ここで、コンデンサ電圧の指令値は、初期値であるＶｄｃ／２Ｎから定格値であるＶｃまで、時刻ｔ３からｔ４の間に徐々に増加させるものとする。

コンデンサ電圧制御部１３３は、入力された指令値に、比例制御のゲインＫ_１Ｐと積分制御のゲインＫ_１Ｐ／ｓをかけることによって、直流電流指令値を決定する。直流電流制御部１３４は、入力された直流電流指令値に、比例制御のゲイン−Ｋ_２Ｐと積分制御のゲイン−Ｋ_２Ｐ／ｓをかけることによって、直流電圧指令値に変換する。このマイナスのゲインによって、電圧が下がり電流を引き込むように制御される。指令値出力部１３５は、直流送電網の定格または検出直流電圧と直流電圧指令値とを加算して直流出力電圧指令値として、電力変換器Ｃ３に出力する。

電力変換器Ｃ３は、直流出力電圧指令値に基づいて、スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を操作する。このとき、各チョッパセルＣＥには、直流出力電圧指令値を相ごとのセル数２Ｎで除した直流出力電圧指令値が与えられる。その結果、直流電流とチョッパセルＣＥの出力する直流電圧によって有効電力が形成され、コンデンサＣоが充電され、コンデンサ電圧は指令値に追従する。

例えば、コンデンサ電圧制御部１３３は、コンデンサ電圧指令値よりも現在の平均値が小さい場合、コンデンサＣоを充電する向きの正の直流電流指令値を生成する。直流電流制御部１３４は、これを負の直流電圧指令値に変換するため、各相の直流出力電圧指令値は、直流電圧よりも小さな値となる。

その結果、図２の各リアクトルＲｅには各相の直流出力電圧と直流電圧の差分である正の向きの電圧が印加され、各相に正の向きの直流電流が流れる。この直流電流が充電電流となり、各チョッパセルＣＥに流入することで、コンデンサＣоは充電される。

なお、制御対象となるコンデンサ電圧は相ごとの平均値として、相ごとの直流電流の指令値を決定するか、全コンデンサ電圧の平均値から三相合計の直流電流の指令値を決定してもよい。後者を適用した場合、別途各相のコンデンサ電圧平均値を均一化する制御が必要となる。

端子（３）の電力変換器Ｃ３が充電している間、たとえば端子（１）、（２）を各々直流電圧制御端と直流電流制御端として制御している場合、特別な追加操作をすることなく、端子（１）の電力変換器Ｃ１の動作で、交流系統Ａ１から直流送電網を通して間接的に端子（３）の電力変換器Ｃ３に初期充電に必要な電力が供給される。

ここで、直流電圧制御端は、直流送電網の電圧を一定に保ち、直流電流制御端は電力潮流を指令値に追従するように制御するものとする。直流電流制御端である端子（２）の潮流指令値は、端子（３）の初期充電のために変更する必要はない。直流電圧制御端である端子（１）の電力潮流は、それ以外の端子の電力潮流に依存して決定する。したがって、直流電圧制御端に対しても追加的な操作は不要である。以上より、端子（１）、（２）は端子（３）の情報を必要としないため、本実施形態では、各端子間の通信なしで実現できる。

［運転開始または再開］
このように、電力変換器Ｃ３におけるコンデンサＣоの初期充電が完了した後、交流電流遮断器３が投入され、切替部１１０は端子（３）の電力変換器Ｃ３を交流系統Ｓ３に連系させ、潮流制御運転を開始または再開する。

［作用効果］
（１）本実施形態は、２端子以上の直流送電網の各端子（１）、（２）、（３）、…に、交流系統と直流系統とを連系する電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…が設けられ、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…は、運転中の電源が連系している交流系統Ａ１、Ａ２、…に対応し、交流を直流に変換した電力で第１の初期充電を行う電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…と、初期充電に必要な電力を供給できない交流系統に対応し、直流送電網からの直流の電力で第２の初期充電を行う電力変換器Ｃ３とを含む。

このため、直流送電網の電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…の一部が起動し、直流電圧が制御されている条件で、他の端子（３）の電力変換器Ｃ３について、当該端子（３）の交流電力を融通することなく初期充電が可能となる。つまり、交流系統Ａ３から安定に初期充電に必要な電力を供給できない場合にも、電力変換器Ｃ３への充電を行うことができる。これは、交流電源なしの状態で起動するいわゆるブラックスタートにも適用可能であることを意味する。

また、ＭＭＣは内部に蓄積エネルギーの大きな多数のコンデンサを有するため、通常の２レベル変換器などと比較して初期充電時に大電力の融通が必要となる。しかし、例えば、変換所の所内に追加設備として電源を設置し、この電源によって初期充電を行う場合には、追加設備の容量やコストが大きくなる可能性がある。本実施形態では、このような追加設備を不要として初期充電を行うことができるので、所要面積やコストを低減できる。

（２）第１の初期充電を完了した電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…、の一部が、直流送電網の電圧を一定に保つ直流電圧制御端となり、直流電圧制御端となる電力変換器Ｃ１以外の電力変換器Ｃ２、…、が、電力潮流を指令値に追従するように制御する直流電流制御端となり、直流電圧制御端の電力変換器Ｃ１から、第２の初期充電を行う電力変換器Ｃ３に電力を供給する。さらに、直流送電網の電圧は、電力変換器Ｃ３のスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２に、駆動・制御用の電力を供給する内部電源装置を起動するため、必要な電圧以上に制御される。

このため、直流電圧制御端の電力変換器Ｃ１によって一定に維持された直流送電網の電圧を基準として、電力変換器Ｃ３はスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２の駆動・制御を開始可能となり、直流電流制御端の電力潮流に影響を与えることもなく、第２の初期充電を安定して行うことができる。

（３）電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、は、ハーフブリッジММＣである。ハーフブリッジММＣの場合、交流側からチョッパセルＣＥのコンデンサＣｏを充電することによって、直流側の電圧も上げることができる。

（４）第１の初期充電を行う電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…、の起動中に、直流送電網の電圧が立ち上がる間、第２の初期充電を行う電力変換器Ｃ３を、すべてのゲート信号をオフとするゲートブロック状態とする指令部を有する。このため、各チョッパセルＣＥのコンデンサＣｏの電荷流出を防止できる。

（５）電力変換器Ｃ３が第２の初期充電を行う場合に、コンデンサ電圧平均値が、コンデンサの電圧指令値に追従するように、電力変換器Ｃ３のスイッチング素子を制御することにより、直流電流のフィードバック制御を行う電圧制御部１３０を有する。

このため、直流送電網の電圧の分圧を超えた充電を行うことができる。また、自端のコンデンサ電圧の情報と、電圧指令の情報によって制御するので、端子間の通信なして、電力変換器Ｃ３に対して電力を供給できる。従って、通信設備の状態によらず、制御を継続できる。

（６）電圧制御部１３０は、コンデンサＣｏの電圧指令値を、直流電圧の初期値を相ごとのチョッパセルＣＥ数で除した値から徐々に増加させる。コンデンサ電圧を立ち上げて行くときに、今までチョッパセル数ＣＥで直流電圧を分圧していたのを、突然、電圧指令を与えてしまうと、一気に直流電流が流れ込んできて過電流となり、電力変換器Ｃ３や、先に立ち上がっている電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…、に悪影響を与えるので、電圧指令を徐々に上げて行くことにより、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、への影響を防止している。

（７）コンデンサＣｏが定格電圧まで充電された後に、電力変換器Ｃ３を交流系統に連系させる切替部１１０を有する。このため、交流系統に連系できる電圧まで、コンデンサＣｏを充電させることができる。

（８）電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…、の初期充電前に直流側開閉器を閉路している。充電後に閉路すると、電力変換器Ｃ１、Ｃ２の直流側と直流線路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、との電位差によって、直流送電網に過電流が発生する。充電前に閉路していれば、直流側開閉器の両端に電位差がなく過電流も発生しないため、抵抗等の限流要素を備える必要がなく、機器の電圧・電流責務を小さくできる。

［第２の実施形態］
［構成］
本実施形態は、基本的には上記の第２の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態の電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、は、フルブリッジＭＭＣである。つまり、本実施形態は、第１の実施形態におけるハーフブリッジＭＭＣのチョッパセルＣＥを、図６に示すように、フルブリッジセルＦＣに置き換えた形態である。

各フルブリッジセルＦＣは、４個の自己消弧能力を持つスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４、４個のダイオードＤｉ１〜Ｄｉ４、およびコンデンサＣを有する。スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２、コンデンサＣｏから成るチョッパセルＣＥに、スイッチング素子Ｔｒ３、Ｔｒ４とダイオードＤｉ３、Ｄｉ４による２組の並列回路を直列に接続した回路を追加したものである。

［電力変換器の起動動作］
本実施形態の直流送電システムにおける電力変換器の起動動作を、図１及び図７を参照して説明する。これは、第１の実施形態と同様に、図１における交流系統Ｓ１、Ｓ２には、運転中の電源が連系し、上記のように、交流系統Ｓ３からは初期充電に必要な電力を供給できない場合である。なお、第１の実施形態と同様の動作については説明を省略する。

［初期状態］
初期状態においては、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…、である全フルブリッジＭＭＣの全スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４が、オフとなるゲートブロック状態であり、各端子（１）、（２）、（３）の図示していない直流側開閉器は、すべて閉路、つまり導通状態であるとする。

［第１の初期充電］
図７の時刻ｔ１で交流電流遮断器１１、２１を投入すると、端子（１）、（２）の電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…、に含まれるコンデンサＣｏは、制御しなくとも、ダイオードＤｉ１〜Ｄｉ４の整流作用によって定格値よりも小さな電圧値まで充電できる。さらに、指令部１２０の指示により、ゲートブロック状態が解除され、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４を制御することで、時刻ｔ２までに所定の定格値Ｖｃまで充電される。

このとき、ハーフブリッジＭＭＣとは異なり、フルブリッジＭＭＣである電力変換器Ｃ１、Ｃ２、…の場合、直流側には充電電流が流出しないため、直流電圧は充電されない。つまり、フルブリッジММＣの場合、交流側からフルブリッジセルＦＥのコンデンサＣｏを充電して行っても、直流側の電圧は上がらず、直流系統は充電されないので、別に直流電圧を充電する制御を入れる必要がある。そこで、図６に示すように、端子（１）、（２）の電力変換器Ｃ１、Ｃ２は、時刻ｔ３からｔ４の間に出力する直流電圧を、零から定格値Ｖｄｃまで徐々に増加させ、直流線路を充電する。

［第２の初期充電］
端子（３）のフルブリッジＭＭＣである電力変換器Ｃ３は、ゲートブロック状態ではあるが、フルブリッジセルＦＥのダイオードＤｉ１〜Ｄｉ４を充電電流が導通することにより、コンデンサ電圧は、最終的に直流電圧を相ごとのセル数で除したＶｄｃ／２Ｎとなる。ここで、電力変換器Ｃ１、Ｃ２は、Ｖｄｃ／２Ｎが電力変換器Ｃ３の駆動・制御用内部電源装置の起動に必要な電圧以上となるように、直流送電網の電圧Ｖｄｃを制御する。

端子（３）の電力変換器Ｃ３は、指令部１２０の指示により、時刻ｔ５でゲートブロック状態を解除し、充電電流となる直流電流を制御することで、コンデンサ電圧を定格値のＶｃまで充電する。電圧制御部１３０による制御は、第１の実施形態の場合と同様であり、特別に制御を変更する必要はない。

［運転開始または再開］
時刻ｔ６でコンデンサＣｏの充電が完了した後、交流電流遮断器３が投入され、切替部１１０は端子（３）の電力変換器Ｃ３を交流系統Ｓ３に連系させ、潮流制御運転を開始または再開する。

［作用効果］
本実施形態では、電力変換器Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…が、フルブリッジММＣであっても、直流送電網を別途充電する手順を追加することにより、第１の実施形態と同様の初期充電を行うことができる。

［他の実施形態］
上記の各実施形態、本明細書において一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するものではない。すなわち、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、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、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。たとえば、初期状態において、いくつかの電力変換器であるＭＭＣは潮流制御運転中でもよく、各端子の直流側開閉器はすべてが閉路状態である必要もない。ＭＭＣの回路もリアクトルを等価的な漏れインダクタンスを有する変圧器に置き換えてよい。

１３、２３、３３ 交流電流遮断器
１０１、１０２、１０３ 制御装置
１１０ 切替部
１２０ 指令部
１３０ 電圧制御部
Ａ１、Ａ２、Ａ３、…交流系統
Ａｍｐ、Ａｍｎ アーム
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…電力変換器
ＣＥ チョッパセル
Ｃｒｐ、Ｃｓｐ、Ｃｔｐ、Ｃｒｎ、Ｃｓｎ、Ｃｔｎ 電流検出器
Ｃｏ コンデンサ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…直流送電線路
Ｐ、Ｎ、Ｒ、Ｓ、Ｔ 出力端子
Ｒｅ リアクトル
Ｔｒ１〜Ｔｒ４ スイッチング素子
Ｄｉ１〜Ｄｉ４ ダイオード
ＦＥ フルブリッジセル

Claims (9)

1. ２端子以上の直流送電網の各端子に、交流系統と直流系統とを連系する電力変換器が設けられ、
   前記電力変換器は、
   運転中の電源が連系している交流系統に対応し、交流を直流に変換した電力で第１の初期充電を行う電力変換器と、
   初期充電に必要な電力を供給できない交流系統に対応し、前記直流送電網からの直流の電力で第２の初期充電を行う電力変換器と、
   を含むことを特徴とする直流送電システム。
2. 前記第１の初期充電を完了した１端子以上の電力変換器が、直流送電網の電圧を一定に保つ直流電圧制御端となり、
   前記直流電圧制御端となる電力変換器以外の電力変換器が、電力潮流を指令値に追従するように制御する直流電流制御端となり、前記直流電圧制御端の電力変換器から、前記第２の初期充電を行う電力変換器に電力を供給することを特徴とする請求項１記載の直流送電システム。
3. 前記第１の初期充電を行う電力変換器は、前記第２の初期充電を行う電力変換器内部のスイッチング素子を駆動または制御するための電力を供給する電力変換器内部の電源装置が、起動可能となる以上に直流送電網の電圧を保つことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直流送電システム。
4. 前記電力変換器は、各セルのコンデンサの電力を、当該セルのスイッチング素子の駆動用または制御用の電力に変換する内部電源装置を具備したハーフブリッジММＣであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の直流送電システム。
5. 前記電力変換器は、各セルのコンデンサの電力を、当該セルのスイッチング素子の駆動用または制御用の電力に変換する内部電源装置を具備したフルブリッジММＣであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の直流送電システム。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の直流送電システムにおける電力変換器に接続され、
   前記第１の初期充電を行う電力変換器の起動中に、直流送電網の電圧が立ち上がる間、前記第２の初期充電を行う電力変換器を、すべてのゲート信号をオフとするゲートブロック状態とする指令部を有することを特徴とする電力変換器の制御装置。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の直流送電システムにおける電力変換器に接続され、
   前記電力変換器が第２の初期充電を行う場合に、コンデンサ電圧平均値が、コンデンサの電圧指令値に追従するように、前記電力変換器のスイッチング素子を制御することにより、直流電流のフィードバック制御を行う電圧制御部を有することを特徴とする電力変換器の制御装置。
8. 前記電圧制御部は、コンデンサの電圧指令値を、直流電圧の初期値を相ごとのセル数で除した値から徐々に増加させることを特徴とする請求項７記載の電力変換器の制御装置。
9. コンデンサが前記定格電圧まで充電された後に、前記電力変換器を交流系統に連系させる切替部を有することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の電力変換器の制御装置。

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