JP2021027646A - 制御装置及び電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】別の制御装置との間に通信不良が発生している場合においても２つの他励式電力変換器を安全に保護停止できる制御装置及びこれを用いた電力変換システムを提供する。【解決手段】制御装置３１は、直流回路に流れる直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電流制御部１０４と、定電流制御部によって演算された制御角を基に制御パルスを生成し、生成した制御パルスを他励式電力変換器に入力することにより、他励式電力変換器の動作を制御する位相制御部１０８と、他励式電力変換器への制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、直流回路に流れる直流電流の最小値を予測演算する電流最小値演算部１１０と、保護停止依頼が入力された際に、電流最小値演算部によって演算された直流電流の最小値を基に、他励式電力変換器への制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行するか否かを判定する移行判定部１１２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、制御装置及び電力変換システムに関する。

サイリスタなどの他励式のスイッチング素子を用いた他励式電力変換器と、他励式電力変換器の動作を制御する制御装置と、を備えた電力変換装置がある。電力変換装置は、例えば、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を交流電力に戻す電力変換システムに用いられている。

電力変換システムは、例えば、直流電力によって送電を行う直流送電（ＨＶＤＣ：High Voltage Direct Current）、周波数の変換を行う周波数変換器（ＦＣ：Frequency Converter）、あるいは周波数の変換を行うことなく２つの交流電力系統を連系させるＢＴＢ（Back-To-Back）などに用いられている。

電力変換システムは、２つの電力変換装置を備える。２つの電力変換装置のそれぞれの制御装置は、互いに通信を行い、協調制御を行っている。例えば、一方の他励式電力変換器に事故が発生した場合には、事故端と健全端が協調を取りながら保護停止を行う。

例えば、事故端の制御装置は、他励式電力変換器に与えるゲートパルスを止めるゲートブロック（ＧＢ：Gate Block）動作を行い、健全端の制御装置は、直流回路のエネルギーを交流側に放出するゲートシフト（ＧＳ：Gate Shift）動作を行う。これにより、直流電流を直流回路から除去し、電流零点を生成することで、遮断器やフィルタなどの機器を故障させることなく保護停止することができる。

しかしながら、各制御装置の間で通信不良（通信機器故障や通信遅れ）が発生している場合は、事故端ではＧＢ動作に移行することができるが、健全端では事故発生をすぐには検知できないため、運転状態を継続してしまう。また、他励式電力変換器では、ＧＢ動作を行った後も、特定のスイッチング素子で導通し続けてしまう。この場合、直流電流を直流回路から除去することができず、電流零点を生成することができない可能性がある。その結果、直流電流が流れたまま遮断器を遮断してしまう直流電流遮断という状態になり、機器故障の原因となってしまうことが懸念される。

このため、別の制御装置とともに２つの他励式電力変換器を協調制御する制御装置、及びこれを用いた電力変換システムでは、別の制御装置との間に通信不良が発生している場合においても２つの他励式電力変換器を安全に保護停止できるようにすることが望まれる。

特開昭５４−５４２３４号公報

実施形態は、別の制御装置とともに２つの他励式電力変換器を協調制御する際に、別の制御装置との間に通信不良が発生している場合においても２つの他励式電力変換器を安全に保護停止できる制御装置、及びこれを用いた電力変換システムを提供する。

実施形態に係る制御装置は、第１交流電力系統に接続された第１他励式電力変換器と、第２交流電力系統に接続された第２他励式電力変換器と、を直流回路を介して接続することにより、前記第１交流電力系統と前記第２電力系統とを連系させる電力変換システムに用いられ、前記第１他励式電力変換器の動作を制御するとともに、前記第２他励式電力変換器の動作を制御する別の制御装置と通信を行うことにより、前記別の制御装置とともに前記第１他励式電力変換器と前記第２他励式電力変換器との動作を協調して制御する制御装置であって、前記直流回路に流れる直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電流制御部と、前記定電流制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成し、生成した前記制御パルスを前記第１他励式電力変換器に入力することにより、前記第１他励式電力変換器の動作を制御する位相制御部と、前記第１他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算する電流最小値演算部と、前記第１他励式電力変換器を保護停止させるための保護停止依頼が入力された際に、前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値を基に、前記第１他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行するか否かを判定する移行判定部と、を備える。

本実施形態では、別の制御装置とともに２つの他励式電力変換器を協調制御する際に、別の制御装置との間に通信不良が発生している場合においても２つの他励式電力変換器を安全に保護停止できる制御装置、及びこれを用いた電力変換システムが提供される。

第１の実施形態に係る電力変換システムを模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る第１電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る第１制御装置を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る移行判定部を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る第２制御装置を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る無効化部を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る第２制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る時定数設定部を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る第２制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係るリミッタを模式的に表すブロック図である。 第３の実施形態に係る第１電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
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を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換システムを模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換システム１０は、第１電力変換装置１１と、第２電力変換装置１２と、直流回路１４と、を備える。第１電力変換装置１１は、第１他励式電力変換器２１と、第１制御装置３１と、を備える。第２電力変換装置１２は、第２他励式電力変換器２２と、第２制御装置３２と、を備える。

直流回路１４は、第１電力変換装置１１と第２電力変換装置１２との間に設けられる。直流回路１４は、より詳しくは、第１他励式電力変換器２１と第２他励式電力変換器２２との間に設けられる。直流回路１４は、第１他励式電力変換器２１と第２他励式電力変換器２２とを接続する。

第１他励式電力変換器２１は、第１交流電力系統２ａと直流回路１４とに接続されている。第２他励式電力変換器２２は、第２交流電力系統２ｂと直流回路１４とに接続されている。すなわち、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２は、直流回路１４を介して互いに接続されている。

第１他励式電力変換器２１は、第１交流電力系統２ａから供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を直流回路１４に供給する。第２他励式電力変換器２２は、直流回路１４から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を第２交流電力系統２ｂに供給する。

各交流電力系統２ａ、２ｂの交流電力は、例えば、三相交流電力である。各他励式電力変換器２１、２２は、例えば、三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を行う。各交流電力系統２ａ、２ｂの交流電力は、単相交流電力などでもよい。

このように、電力変換システム１０では、第１交流電力系統２ａの交流電力を直流電力に変換し、再び交流電力に戻して第２交流電力系統２ｂに供給する。また、電力変換システム１０では、上記とは反対に、第２交流電力系統２ｂ側から第１交流電力系統２ａ側に電力を供給することもできる。換言すれば、電力変換システム１０は、各他励式電力変換器２１、２２を介して各交流電力系統２ａ、２ｂを連系させる。但し、電力を供給する方向は、第１他励式電力変換器２１から第２他励式電力変換器２２、あるいは第２他励式電力変換器２２から第１他励式電力変換器２１への一方向のみでもよい。

直流回路１４は、正側直流母線１４ｐと、負側直流母線１４ｎと、直流リアクトル１４ｘと、直流リアクトル１４ｙと、を有する。直流リアクトル１４ｘと直流リアクトル１４ｙは、正側直流母線１４ｐに設けられている。

電力変換システム１０は、例えば、直流送電に用いられる。この場合、正側直流母線１４ｐは、例えば、海底ケーブルなどの直流ケーブルである。負側直流母線１４ｎは、ケーブル帰路でもよいし、大地帰路や海水帰路などでもよい。すなわち、負側直流母線１４ｎは、必要に応じて設けられ、省略可能である。直流リアクトル１４ｘ、１４ｙは、例えば、正側直流母線１４ｐに設けられ、正側直流母線１４ｐ（直流回路１４）に流れる電流の高調波を抑制する。

電力変換システム１０は、送電ケーブルなどを介することなく、第１他励式電力変換器２１の直流側と第２他励式電力変換器２２の直流側とを直接的に接続する周波数変換器やＢＴＢなどでもよい。この場合には、例えば、第１他励式電力変換器２１の直流側と第２他励式電力変換器２２の直流側とを接続するブスバーなどの配線部材を直流回路１４とすればよい。この場合には、直流リアクトル１４ｘ、１４ｙのいずれかは、省略可能である。直流リアクトル１４ｘ、１４ｙのいずれかは、直流回路１４において必要に応じて設ければよい。

第１制御装置３１は、信号線３１ａを介して第１他励式電力変換器２１に接続されている。第１制御装置３１は、第１他励式電力変換器２１による電力の変換を制御する。第１他励式電力変換器２１は、例えば、ブリッジ接続された複数の他励式のスイッチング素子を有する。第１制御装置３１は、例えば、信号線３１ａを介して第１他励式電力変換器２１の各スイッチング素子に接続され、各スイッチング素子に制御パルスを入力することにより、各スイッチング素子のオンタイミングを制御する。このように、第１制御装置３１は、第１他励式電力変換器２１の各スイッチング素子のオンタイミングを制御することにより、第１他励式電力変換器２１による電力の変換を制御する。

また、第１制御装置３１は、第１他励式電力変換器２１から制御に必要となる各種のデータ（フィードバック値）を取得する。第１制御装置３１は、例えば、第１交流電力系統２ａの各相の交流電圧値、直流回路１４の直流電圧値、及び、直流回路１４の直流電流値などを電力変換システム１０内の測定器から取得する。

第２制御装置３２は、信号線３２ａを介して第２他励式電力変換器２２に接続されている。第２制御装置３２は、第１制御装置３１と同様に、第２他励式電力変換器２２から各種のデータを取得し、第２他励式電力変換器２２の各スイッチング素子のオンタイミングを制御することにより、第２他励式電力変換器２２による電力の変換を制御する。

第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、ネットワーク３４などを介して互いに接続されている。第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、互いに通信を行うことにより、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２の動作を協調して制御する。第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、例えば、第１他励式電力変換器２１又は第２他励式電力変換器２２に故障が発生した場合に、協調を取りながら第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２を保護停止させる。

図２は、第１の実施形態に係る第１電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、第１電力変換装置１１の第１他励式電力変換器２１は、主回路部４０と、変圧器４１、４２と、遮断器４３と、直流リアクトル４４と、を有する。

第２電力変換装置１２の第２他励式電力変換器２２の構成は、交流側が第２交流電力系統２ｂに接続される点を除いて、第１他励式電力変換器２１の構成と実質的に同じである。従って、以下では、第１他励式電力変換器２１の構成について説明を行い、第２他励式電力変換器２２の構成については、詳細な説明を省略する。

主回路部４０は、変換器５１、５２を有する。変換器５１は、三相ブリッジ接続された６つのスイッチ部６１ｕ、６１ｖ、６１ｗ、６１ｘ、６１ｙ、６１ｚを有する。同様に、変換器５２は、三相ブリッジ接続された６つのスイッチ部６２ｕ、６２ｖ、６２ｗ、６２ｘ、６２ｙ、６２ｚを有する。以下では、便宜的に、各スイッチ部６１ｕ、６１ｖ、６１ｗ、６１ｘ、６１ｙ、６１ｚをまとめて称す場合に、「スイッチ部６１」と称す。同様に、各スイッチ部６２ｕ、６２ｖ、６２ｗ、６２ｘ、６２ｙ、６２ｚをまとめて称す場合に、「スイッチ部６２」と称す。

各スイッチ部６１は、スイッチング素子６１ｓを有する。同様に、各スイッチ部６２は、スイッチング素子６２ｓを有する。各スイッチング素子６１ｓ、６２ｓには、例えば、サイリスタなどの他励式のスイッチング素子が用いられる。各スイッチ部６１は、例えば、直列に接続された複数のスイッチング素子６１ｓを有する。各スイッチ部６２は、例えば、直列に接続された複数のスイッチング素子６２ｓを有する。各スイッチ部６１、６２は、例えば、サイリスタバルブである。

変圧器４１、４２のそれぞれは、一次巻線４１ａ、４２ａと、二次巻線４１ｂ、４２ｂと、を有する。変圧器４１、４２の一次巻線４１ａ、４２ａは、遮断器４３を介して第１交流電力系統２ａに接続されている。遮断器４３は、第１制御装置３１に接続されている。遮断器４３の投入及び開放は、第１制御装置３１によって切り替えられる。

変圧器４１の二次巻線４１ｂは、変換器５１の交流接続点に接続されている。変圧器４２の二次巻線４２ｂは、変換器５２の交流接続点に接続されている。これにより、変圧器４１、４２で変圧された交流電力が、変換器５１、５２のそれぞれの交流接続点に供給される。

この例において、変圧器４１、４２は、三相変圧器である。変圧器４１の一次巻線４１ａは、Ｙ接続されている。変圧器４１の二次巻線４１ｂは、Δ接続されている。変圧器４２の一次巻線４２ａは、Ｙ接続されている。変圧器４２の二次巻線４２ｂは、Ｙ接続されている。従って、変換器５２に供給される交流電圧の位相は、第１交流電力系統２ａの交流電圧と同相であるが、変換器５１に供給される交流電圧の位相は、第１交流電力系統２ａの交流電圧の位相に対して３０°ずれる。

変換器５１の正側の直流出力点は、直流リアクトル４４に接続され、直流リアクトル４４を介して直流回路１４の正側直流母線１４ｐに接続されている。変換器５２の正側の直流出力点は、変換器５１の負側の直流出力点に接続されている。すなわち、変換器５１、５２の直流出力点は、互いに直列に接続されている。変換器５２の負側の直流出力点は、直流回路１４の負側直流母線１４ｎに接続されている。

すなわち、この例において、主回路部４０は、いわゆる１２相の交直変換回路である。主回路部４０及び第１制御装置３１は、各スイッチ部６１、６２のオンタイミングを制御することにより、第１交流電力系統２ａから供給された交流電力を直流電力に変換する。主回路部４０は、正側直流母線１４ｐと負側直流母線１４ｎとの間に直流電圧を印加する。

第１制御装置３１は、各スイッチ部６１、６２のそれぞれに制御パルスを入力して、各スイッチ部６１、６２のオンタイミングを制御することにより、主回路部４０による交流電力から直流電力への変換を制御する。各スイッチ部６１、６２のオンタイミングは制御角とも呼ばれる。また、第１制御装置３１は、各スイッチ部６１、６２のそれぞれに入力する制御パルス（点弧パルス）の制御角を制御することにより、直流回路１４に印加される直流電圧の電圧値を制御する。

なお、主回路部４０は、１２相の交直変換回路に限ることなく、６相の交直変換回路でもよい。さらには、２４相、３６相、４８相などのより多相の交直変換回路でもよい。また、第１交流電力系統２ａの交流電力は、例えば、単相交流電力でもよい。この場合、主回路部４０は、単相ブリッジ回路でもよい。

第１他励式電力変換器２１は、電圧検出器７２ａ、７２ｂ、７２ｃと、電流検出器７４と、電圧検出器７５と、をさらに有する。

電圧検出器７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、第１交流電力系統２ａの各相の交流電圧を検出し、交流電圧の検出値を第１制御装置３１に入力する。

第１制御装置３１は、電圧検出器７２ａ、７２ｂ、７２ｃからの検出値と、図示されていないが、変圧器４１及び変圧器４２のタップ位置信号から得た変圧器４１及び変圧器４２の変圧比を用い、変換器５１、５２側の交流電圧を計算する。変圧器４１と変圧器４２とのタップ位置は、常に同一となるように制御されるので、変圧器４１と変圧器４２との変換器側交流電圧は、ほぼ等しい。

電流検出器７４は、各変換器５１、５２から出力される直流電流を検出する。換言すれば、電流検出器７４は、直流回路１４に流れる直流電流を検出する。電流検出器７４は、直流電流の検出値を第１制御装置３１に入力する。

電圧検出器７５は、各変換器５１、５２から出力される直流電圧を検出する。換言すれば、電圧検出器７５は、直流回路１４の直流電圧を検出する。電圧検出器７５は、直流電圧の検出値を第１制御装置３１に入力する。

第１制御装置３１は、入力された交流電流、交流電圧、直流電流、及び直流電圧のそれぞれの検出値を基に、各スイッチ部６１、６２のオンタイミングを制御する。第１制御装置３１は、例えば、通常運転モードでは各電圧検出器７２ａ、７２ｂ、７２ｃによって検出された第１交流電力系統２ａの交流電圧の検出値から電圧位相信号を得る。なお、変換器５１は変圧器４１により位相が３０°ずれるので、これを考慮し、第１制御装置３１は変圧器４２に接続する変換器５２の制御に用いる電圧位相信号を調整する。

図３は、第１の実施形態に係る第１制御装置を模式的に表すブロック図である。
図３に表したように第１制御装置３１は、位相検出部１００と、定電圧制御部１０２と、定電流制御部１０４と、最小値選択部１０６と、位相制御部１０８と、電流最小値演算部１１０と、移行判定部１１２と、を有する。

位相検出部１００には、各電圧検出器７２ａ、７２ｂ、７２ｃによって検出された第１交流電力系統２ａの交流電圧の検出値が入力される。位相検出部１００は、各電圧検出器７２ａ、７２ｂ、７２ｃによって検出された第１交流電力系統２ａの交流電圧の検出値から得た電圧位相信号を位相制御部１０８に入力する。

定電圧制御部１０２には、電圧検出器７５によって検出された直流電圧の検出値と、直流電圧の電圧基準と、が入力される。電圧基準は、予め設定された所定値でもよいし、上位のコントローラなどから入力される入力値でもよいし、操作部などを介してオペレータから手動入力される入力値などでもよい。

定電圧制御部１０２は、入力された直流電圧の検出値と電圧基準とを基に、主回路部４０の各スイッチ部６１、６２のそれぞれに入力する制御パルスの制御角を演算する。すなわち、定電圧制御部１０２は、直流電圧が電圧基準と一致するように制御するための制御角を演算する。定電圧制御部１０２は、演算した制御角を最小値選択部１０６に入力する。

定電流制御部１０４には、電流検出器７４によって検出された直流電流の検出値と、直流電流の電流基準と、が入力される。電流基準は、予め設定された所定値でもよいし、上位のコントローラなどから入力される入力値でもよいし、操作部などを介してオペレータから手動入力される入力値などでもよい。

定電流制御部１０４は、入力された直流電流の検出値と電流基準とを基に、主回路部４０の各スイッチ部６１、６２のそれぞれに入力する制御パルスの制御角を演算する。すなわち、定電流制御部１０４は、直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する。定電流制御部１０４は、演算した制御角を最小値選択部１０６に入力する。

最小値選択部１０６は、定電圧制御部１０２から入力された制御角及び定電流制御部１０４から入力された制御角のうち、小さい方を選択し、選択した制御角を位相制御部１０８に入力する。

第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、互いに通信を行って協調することにより、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２の一方を順変換器として動作させ、他方を逆変換器として動作させる。この際、第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、順変換器側が定電流制御を行い、逆変換器側が定電圧制御を行うようにする。定電流制御及び定電圧制御の設定は、電圧基準及び電流基準の設定によって切り替えることができる。

上に説明したように、逆変換器側の制御として、定電圧制御が選択されるよう、逆変換器側の電流基準は、順変換器側の電流基準よりも小さく設定する。このようにすると、逆変換器側の定電流制御の出力が大きくなり、最小値選択回路により定電圧制御の出力が選択される。しかし、何らかの要因により直流電流が小さくなり、逆変換器側の電流基準より小さくなった場合は、逆変換器側の定電流制御の出力が小さくなり、定電流制御が選択され、直流電流の断続を抑制することができる。

位相制御部１０８は、位相検出部１００から入力された電圧位相信号、及び最小値選択部１０６から入力された制御角を基に、主回路部４０の各スイッチ部６１、６２のそれぞれの制御パルスを生成する。位相制御部１０８は、例えば、電圧位相と制御角が一致した時に、制御パルスを発生させる。位相制御部１０８は、生成した制御パルスを各スイッチ部６１、６２に入力する。これにより、定電圧制御部１０２による定電圧制御又は定電流制御部１０４による定電流制御を行うことができる。

電流最小値演算部１１０は、主回路部４０への制御パルスの入力を停止するゲートブロック動作を行った際に、直流回路１４に流れる直流電流の最小値を予測演算する。ゲートブロック動作を行った際とは、換言すれば、主回路部４０を定電流制御又は定電圧制御で動作させた状態から主回路部４０の動作を停止させる状態に切り替えた際である。電流最小値演算部１１０は、演算した直流電流の最小値を移行判定部１１２に入力する。

電流最小値演算部１１０には、電圧検出器７２ａ〜７２ｃと変圧器４１、４２の変圧比から計算した変圧器４１、４２の二次側の交流電圧と、電流検出器７４によって検出された直流電流の検出値と、第１他励式電力変換器２１の動作パラメータと、が入力される。

移行判定部１１２には、電流最小値演算部１１０によって演算された直流電流の最小値が入力されるとともに、第１他励式電力変換器２１を保護停止させるための保護停止依頼が入力される。保護停止依頼は、上位のコントローラあるいは変換器の保護装置などから入力してもよいし、操作部などを介してオペレータから手動入力してもよいし、電圧や電流の検出値に基づいて第１制御装置３１の内部で生成してもよい。第１制御装置３１は、例えば、各検出器によって検出された電流や電圧が所定の値を超えた際に、保護停止依頼を移行判定部１１２に入力する異常判定部をさらに有してもよい。

図４は、第１の実施形態に係る移行判定部を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、移行判定部１１２は、保護停止依頼が入力された際に、電流最小値演算部１１０によって演算された直流電流の最小値及び通信不良の検出結果を基に、主回路部４０への制御パルスの入力を停止するゲートブロック動作（ＧＢ動作）に瞬時に移行するか、直流回路１４内のエネルギーを減少させる制御を行った後にゲートブロック動作に移行するか、を切り替える。

移行判定部１１２は、動作中に第２制御装置３２との通信不良の監視を行い、監視結果に基づいて保護停止依頼時の保護連動の態様を変化させる。移行判定部１１２は、第２制御装置３２との通信状態が正常か否かを判定する。移行判定部１１２は、例えば、所定の確認信号を第２制御装置３２に送信し、所定時間以内に第２制御装置３２からの応答が有った場合に、第２制御装置３２との通信状態が正常であると判定し、所定時間以内に第２制御装置３２からの応答が無い場合に、第２制御装置３２との通信状態が不良であると判定する。なお、第２制御装置３２との通信状態が正常か否かの判定は、移行判定部１１２とは別の部分で行い、通信不良の検出結果のみを移行判定部１１２に入力してもよい。

移行判定部１１２は、第２制御装置３２との通信状態が正常である場合、ゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定するとともに、保護連動動作の依頼を第２制御装置３２に送信する。

移行判定部１１２は、ゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定した場合、ゲートブロック動作の実行を位相制御部１０８に指示する。位相制御部１０８は、ゲートブロック動作の実行を移行判定部１１２から指示された場合、主回路部４０への制御パルスの入力を停止する。

第２制御装置３２は、保護連動動作の依頼を受信した場合、直流回路１４内のエネルギーを減少させる制御を行った後、ゲートブロック動作を行う。これにより、通信状態が正常である場合には、直流電流を実質的に零にし、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２の各スイッチ部６１、６２をターンオフさせることができる。第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、直流電流が実質的に零になった後、遮断器４３を開放する。これにより、通信状態が正常である場合には、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２を安全に保護停止させることができる。

移行判定部１１２は、第２制御装置３２との通信が正常であるか、電流最小値演算部１１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きいかを判定する。

移行判定部１１２は、第２制御装置３２との通信が正常であり、かつ電流最小値演算部１１０によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合にゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定する。そして、第２制御装置３２との通信が異常である、あるいは電流最小値演算部１１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合に、直流回路１４内のエネルギーを減少させる制御を行った後にゲートブロック動作に移行する。

直流回路１４内のエネルギーを減少させる制御は、例えば、直流回路１４のエネルギーを交流側に放出するゲートシフト動作である。以下では、直流回路１４内のエネルギーを減少させる制御をゲートシフト動作として説明を行う。但し、直流回路１４内のエネルギーを減少させる制御は、ゲートシフト動作に限ることなく、直流回路１４内のエネルギーを減少させることが可能な任意の制御でよい。

移行判定部１１２は、ゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定した場合、ゲートブロック動作の実行を位相制御部１０８に指示し、主回路部４０への制御パルスの入力を停止する。これにより、直流電流を実質的に零にし、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２の各スイッチ部６１、６２をターンオフさせることができる。

一方、移行判定部１１２は、ゲートシフト動作を行うことを判定した場合、ゲートシフト動作の実行を位相制御部１０８に指示する。位相制御部１０８は、ゲートシフト動作の実行を移行判定部１１２から指示された場合、ゲートシフト動作に対応する制御パルスを主回路部４０に入力する。位相制御部１０８は、主回路部４０を逆変換器として動作させ、直流回路１４のエネルギーを交流側に放出する。

移行判定部１１２は、ゲートシフト動作を行った後、例えば、電流最小値演算部１１０によって演算された直流電流の最小値が零以下となった際に、ゲートブロック動作の実行を位相制御部１０８に指示する。例えば、移行判定部１１２は、ゲートシフト動作を行った後、直流電流が零になった後に、ゲートブロック動作の実行を位相制御部１０８に指示してもよい。これにより、直流電流を実質的に零にし、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２の各スイッチ部６１、６２をターンオフさせることができる。第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、直流電流が実質的に零になった後、遮断器４３を開放する。これにより、通信状態が不良である場合にも、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２を安全に保護停止させることができる。

次に、電流最小値演算部１１０による直流電流の最小値の予測演算の一例について説明する。
ここで、解析対象回路は、図１及び図２に表した回路（１２相の交直変換回路）とする。第１電力変換装置１１を順変換器側とし、第２電力変換装置１２を逆変換器側とする。順変換器の第１電力変換装置１１では、定電流制御を行い、逆変換器の第２電力変換装置１２では、定電圧制御を行う。そして、順変換器側でゲートブロック動作を行った際の直流電流挙動を解析し、直流電流最小値を演算する。

直流回路１４の直流リアクトル１４ｘの電圧は、以下の（１）式で表すことができる。

（１）式において、Ｌｄｃは、直流回路１４のインダクタンスである。この例において、直流回路１４のインダクタンスＬｄｃは、例えば、直流リアクトル１４ｘのインダクタンスＬｄｃｘと直流リアクトル１４ｙのインダクタンスＬｄｃｙとの和（Ｌｄｃ＝Ｌｄｃｘ＋Ｌｄｃｙ）である。Ｉｄｃは、直流回路１４に流れる直流電流である。Ｖ_Ｒ（ｔ）は、第１他励式電力変換器２１から出力される直流電圧である。Ｖ_Ｉ（ｔ）は、第２他励式電力変換器２２に入力される直流電圧である（いずれも図１参照）。

順変換器側は、ゲートブロック動作後、特定のスイッチ部６１、６２で導通し続ける。順変換器（第１他励式電力変換器２１）の直流電圧Ｖ_Ｒ（ｔ）は、以下の（２）式で表すことができる。

（２）式において、ｖ_ＨＩ（ｔ）は、変換器５１の直流電圧である。ｖ_ＬＯＷ（ｔ）は、変換器５２の直流電圧である。Ｖ_２ｎは、変圧器４１、４２の直流巻線側（二次側）の線間電圧の実効値である（いずれも図２参照）。Ｖ_２ｎは、換言すれば、電圧検出器７２ａ〜７２ｃと変圧器４１、４２の変圧比から計算した変圧器４１、４２の二次側の交流電圧である。ωは、角周波数である。αは、ゲートブロック動作時の各スイッチ部６１、６２の制御角である。

逆変換器側（第２他励式電力変換器２２側）は、ゲートブロック動作の直前において、定格電圧、定格電流で定電圧制御をしているとする。この場合、逆変換器の直流電圧Ｖ_Ｉ（ｔ）は、以下の（３）式で表すことができる。

（３）式において、ｘ_ｔは、変圧器４１、４２のリアクタンスＸをｐｕ換算したものである。

（１）、（２）、（３）式から電流値の時間応答を計算すると、以下の（４）式及び（５）式で表すことができる。（４）式において、Ｉｄは、ゲートブロック動作時の直流電流である。Ｉｄは、換言すれば、電流検出器７４によって検出された直流電流の検出値である。第１他励式電力変換器２１の動作パラメータは、例えば、直流回路１４のインダクタンスＬｄｃ、変圧器４１、４２のリアクタンスｘ_ｔ、角周波数ω、及び制御角αである。

各スイッチ部６１、６２がターンオフするかを判別するためには、（４）式の第１極小値を調べればよい。極小値においては、ｄＩｄｃ／ｄｔ＝０であるため、（４）式の積分中の中括弧内が零になる必要がある。すなわち、以下の（６）式の条件が必要となる。

（６）式により、直流電流最小値に達する時刻ｔ’を算出し、時刻ｔ’を（５）式に代入することで、直流電流最小値を計算することができる。この直流電流最小値が零以下となった場合には、直流電流の電流零点が生成されるため、瞬時にゲートブロック動作を行っても良いと考えることができる。

以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換システム１０、第１電力変換装置１１、及び第１制御装置３１では、電流最小値演算部１１０が、ゲートブロック動作を行った際に、直流回路１４に流れる直流電流の最小値を予測演算し、この直流電流の最小値が零以下である場合に、ゲートブロック動作に移行するとともに、直流電流の最小値が零よりも大きい場合には、直流回路１４内のエネルギーを減少させる制御を行った後にゲートブロック動作に移行する。

これにより、本実施形態に係る電力変換システム１０、第１電力変換装置１１、及び第１制御装置３１では、第２制御装置３２との通信状態が不良である場合にも、直流電流を実質的に零にし、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２の各スイッチ部６１、６２をターンオフさせ、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２を安全に保護停止させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る第２制御装置を模式的に表すブロック図である。
なお、上記第１の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
図５に表したように第２電力変換装置１２の第２制御装置３２は、位相検出部２００と、定電圧制御部２０２と、定電流制御部２０４と、最小値選択部２０６と、位相制御部２０８と、電流最小値演算部２１０と、移行判定部２１２と、無効化部２１４と、を有する。

位相検出部２００、定電圧制御部２０２、定電流制御部２０４、最小値選択部２０６、位相制御部２０８、電流最小値演算部２１０、及び移行判定部２１２のそれぞれは、上記第１の実施形態に関して説明した位相検出部１００、定電圧制御部１０２、定電流制御部１０４、最小値選択部１０６、位相制御部１０８、電流最小値演算部１１０、及び移行判定部１１２のそれぞれと実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。

無効化部２１４は、定電流制御部２０４と最小値選択部２０６との間に設けられている。無効化部２１４には、定電流制御部２０４によって演算された定電流制御のための制御角が入力されるとともに、電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が入力される。

図６は、第２の実施形態に係る無効化部を模式的に表すブロック図である。
図６に表したように、無効化部２１４には、定電流制御部２０４によって演算された定電流制御のための制御角ＡＣＲ−αが入力されるとともに、制御角αの最大値αｍａｘが設定されている。

また、無効化部２１４には、電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が入力されるとともに、第１制御装置３１との通信不良の検出結果と、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であるか否かを示す信号と、が入力される。通信不良の検出結果は、移行判定部１１２に関して説明したように、外部から入力してもよいし、無効化部２１４の内部で生成してもよい。

無効化部２１４は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合には、制御角αの最大値αｍａｘを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力する。

また、無効化部２１４は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合にも、制御角αの最大値αｍａｘを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力する。

そして、無効化部２１４は、第２他励式電力変換器２２が順変換器運転状態である場合、及び第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、制御角ＡＣＲ−αを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力する。

制御角αの最大値αｍａｘを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力した場合には、最小値選択部２０６において常に定電圧制御部２０２で演算された制御角が選択されるようになる。従って、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、逆変換器として動作する第２他励式電力変換器２２が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制することができる。すなわち、逆変換器側の定電流制御を実質的に無効化することができる。

例えば、順変換器側がゲートブロック動作を行い、直流回路１４への電流供給を止めた場合に、逆変換器側が定電圧制御から定電流制御に移行してしまうと、逆変換器側が直流電流を維持しようとしてしまう。このため、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合にも、直流電流の電流零点を生成できなくなってしまう可能性が生じる。

これに対し、本実施形態に係る第２電力変換装置１２及び第２制御装置３２では、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、制御角αの最大値αｍａｘを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力し、逆変換器として動作する第２他励式電力変換器２２が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制する。

本実施形態に係る第２電力変換装置１２及び第２制御装置３２では、位相制御部２０８が、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ第１制御装置３１との通信不良が検出されている場合には、直流電流が低下した場合にも、定電圧制御部２０２によって演算された制御角を基に制御パルスを生成し、定電圧制御を行うことにより、第２他励式電力変換器２２から直流回路１４へのエネルギーの供給を抑制するように、第２他励式電力変換器２２の動作を制御する。

これにより、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合に、直流電流の電流零点をより確実に生成することができる。従って、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２をより安全に保護停止させることができる。

最大値αｍａｘは、例えば、１６０°程度である。但し、最大値αｍａｘは、１６０°程度に限ることなく、定電圧制御部２０２で演算された制御角を選択させることが可能な任意の制御角でよい。

なお、無効化部２１４の構成は、上記に限定されるものでない。無効化部２１４は、例えば、定電流制御部２０４の入力側に設けられ、定電流制御部２０４に入力される電流基準を切り替える構成でもよい。

無効化部２１４は、例えば、第２他励式電力変換器２２が順変換器運転状態である場合、及び第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、定電流制御を行うための通常の電流基準を定電流制御部２０４に入力する。

そして、無効化部２１４は、例えば、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ第１制御装置３１との通信不良が検出されている場合に、定電流制御部２０４に入力される電流基準を通常の電流基準よりも小さくすることにより、定電流制御部２０４によって演算された制御角が最小値選択部２０６において選択されることを無効化する。

このように、電流基準を小さくした場合にも、逆変換器として動作する第２他励式電力変換器２２が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制することができる。例えば、電流基準を実質的に零とすることにより、逆変換器として動作する第２他励式電力変換器２２が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制することができる。

図７は、第２の実施形態に係る第２制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図７に表したように、この例では、無効化部２１４が、時定数設定部２１６に置き換えられている。

図８は、第２の実施形態に係る時定数設定部を模式的に表すブロック図である。
図８に表したように、時定数設定部２１６は、第２他励式電力変換器２２が順変換器運転状態である場合、及び第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、定電流制御部２０４によって演算された制御角ＡＣＲ−αを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力する。

一方、時定数設定部２１６は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、定電流制御部２０４によって演算された制御角ＡＣＲ−αの変動を緩やかにする時定数を設定し、時定数を設定した後の制御角ＡＣＲ−αを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力する。

時定数設定部２１６は、例えば、制御角ＡＣＲ−αを１／（１＋ｓＴ）で表される一次遅れの伝達関数に入力し、伝達関数から出力された制御角ＡＣＲ−αを制御角ＡＣＲ−α’として最小値選択部２０６に入力する。

このように、この例では、制御角ＡＣＲ−αに一次遅れを設けることで、事故発生などによる制御角ＡＣＲ−αの変動を緩やかにする。これにより、逆変換器側の定電流制御の影響を抑え、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合に、直流電流の電流零点をより確実に生成することができる。

このように、時定数設定部２１６を設けた場合にも、位相制御部２０８は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ第１制御装置３１との通信不良が検出されている場合に、第２他励式電力変換器２２から直流回路１４へのエネルギーの供給を抑制するように、第２他励式電力変換器２２の動作を制御することができる。

従って、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２をより安全に保護停止させることができる。時定数Ｔは、例えば、逆変換器側の定電流制御の電流断続の抑制に必要な追従速度などを考慮し、適宜設定すればよい。

図９は、第２の実施形態に係る第２制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図９に表したように、この例では、無効化部２１４や時定数設定部２１６に代えて、リミッタ２１８が新たに設けられている。

リミッタ２１８は、最小値選択部２０６と位相制御部２０８との間に設けられている。リミッタ２１８には、最小値選択部２０６から出力された制御角が入力される。リミッタ２１８は、最小値選択部２０６から入力された制御角が、上限値以上及び下限値以下とならないように上限値と下限値との間の範囲に制御角を制限する。また、リミッタ２１８には、電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が入力される。

図１０は、第２の実施形態に係るリミッタを模式的に表すブロック図である。
図１０に表したように、リミッタ２１８は、最小値選択部２０６から入力された制御角αが、上限値以上である場合には、制御角αを上限値に制限し、上限値を最終的な制御角α’として位相制御部２０８に入力する。また、リミッタ２１８は、最小値選択部２０６から入力された制御角αが、下限値以下である場合には、制御角αを下限値に制限し、下限値を最終的な制御角α’として位相制御部２０８に入力する。

リミッタ２１８には、制御角αの第１下限値αｍｉｎ１と第２下限値αｍｉｎ２とが設定されている。第２下限値αｍｉｎ２は、第１下限値αｍｉｎ１よりも大きい値に設定される。第２下限値αｍｉｎ２は、９０°よりも大きい値に設定される。

リミッタ２１８は、第２他励式電力変換器２２が順変換器運転状態である場合、及び第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、第１下限値αｍｉｎ１を設定する。

一方、リミッタ２１８は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、第２下限値αｍｉｎ２を設定する。

第２他励式電力変換器２２が逆変換器として動作している場合に、定電流制御となり、制御角αが９０°を下回ることで、逆変換器側から直流回路１４側へエネルギーが供給される。従って、定電流制御を選択していても、制御角αが９０°を下回らないようにすることで、直流回路１４側のエネルギーを減少させることができる。

この例では、電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、通信不良が検出されている場合に、９０°よりも大きい第２下限値αｍｉｎ２を設定する。これにより、定電流制御が選択された場合に、最終的な制御角α’が、第２下限値αｍｉｎ２となったまま運転させることができる。最終的な制御角α’が、第２下限値αｍｉｎ２となりながらも、第２下限値αｍｉｎ２は、９０°よりも大きいため、直流回路１４のエネルギーを減少させ続けることができる。

このように、リミッタ２１８を設けた場合にも、位相制御部２０８は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部２１０によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第２他励式電力変換器２２が逆変換器運転状態であり、かつ第１制御装置３１との通信不良が検出されている場合に、第２他励式電力変換器２２から直流回路１４へのエネルギーの供給を抑制するように、第２他励式電力変換器２２の動作を制御することができる。

従って、逆変換器側の定電流制御の影響を抑え、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合に、直流電流の電流零点をより確実に生成することができる。第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２をより安全に保護停止させることができる。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る第１電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 図１１表したように、この例では、変圧器４２及び主回路部４０の変換器５２が省略され、変換器５１の負側の直流出力点が、直流回路１４の負側直流母線１４ｎに接続されている。すなわち、この例において、主回路部４０は、いわゆる６相の交直変換回路である。

６相構成の主回路部４０の場合、第１他励式電力変換器２１を順変換器として動作させた場合の直流電圧Ｖ_Ｒ（ｔ）は、以下の（７）式で表すことができる。

また、６相構成の主回路部４０の場合、第２他励式電力変換器２２を逆変換器として定格電圧、定格電流で定電圧制御させた場合の直流電圧Ｖ_Ｉ（ｔ）は、以下の（８）式で表すことができる。

（１）、（７）、（８）式から電流値の時間応答を計算すると、以下の（９）式及び（１０）式で表すことができる。

各スイッチ部６１、６２がターンオフするかを判別するためには、（９）式の第１極小値を調べればよい。極小値においては、ｄＩｄｃ／ｄｔ＝０であるため、（９）式の積分中の中括弧内が零になる必要がある。すなわち、以下の（１１）式の条件が必要となる。

（１１）式により、直流電流最小値に達する時刻ｔ’を算出し、時刻ｔ’を（１０）式に代入することで、直流電流最小値を計算することができる。この直流電流最小値が零以下となった場合には、直流電流の電流零点が生成されるため、瞬時にゲートブロック動作を行っても良いと考えることができる。

このように、主回路部４０を６相構成とした場合にも、電流最小値演算部１１０、２１０は、電圧検出器７２ａ〜７２ｃと変圧器４１の変圧比から計算した変圧器４１の二次側の交流電圧と、電流検出器７４によって検出された直流電流の検出値と、第１他励式電力変換器２１又は第２他励式電力変換器２２の動作パラメータと、を基に、直流電流の最小値を予測演算することができる。

以上、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、その他のさまざま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、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

２ａ 第１交流電力系統、 ２ｂ 第２交流電力系統、 １０ 電力変換システム、 １１ 第１電力変換装置、 １２ 第２電力変換装置、 １４ 直流回路、 １４ｎ 負側直流母線、 １４ｐ 正側直流母線、 １４ｘ、１４ｙ 直流リアクトル、 ２１ 第１他励式電力変換器、 ２２ 第２他励式電力変換器、 ３１ 第１制御装置、 ３２ 第２制御装置、 ３４ ネットワーク、 ４０ 主回路部、 ４１ 変圧器、 ４２ 変圧器、 ４３ 遮断器、 ４４ 直流リアクトル、 ５１ 変換器、 ５２ 変換器、 ６１ スイッチ部、 ６１ｓ スイッチング素子、 ６２ スイッチ部、 ６２ｓ スイッチング素子、 ７２ａ、７２ｂ、７２ｃ 電圧検出器、 ７４ 電流検出器、 ７５ 電圧検出器、 １００ 位相検出部、 １０２ 定電圧制御部、 １０４ 定電流制御部、 １０６ 最小値選択部、 １０８ 位相制御部、 １１０ 電流最小値演算部、 １１２ 移行判定部、 ２００ 位相検出部、 ２０２ 定電圧制御部、 ２０４ 定電流制御部、 ２０６ 最小値選択部、 ２０８ 位相制御部、 ２１０ 電流最小値演算部、 ２１２ 移行判定部、 ２１４ 無効化部、 ２１６ 時定数設定部、 ２１８ リミッタ

Claims (12)

1. 第１交流電力系統に接続された第１他励式電力変換器と、第２交流電力系統に接続された第２他励式電力変換器と、を直流回路を介して接続することにより、前記第１交流電力系統と前記第２電力系統とを連系させる電力変換システムに用いられ、前記第１他励式電力変換器の動作を制御するとともに、前記第２他励式電力変換器の動作を制御する別の制御装置と通信を行うことにより、前記別の制御装置とともに前記第１他励式電力変換器と前記第２他励式電力変換器との動作を協調して制御する制御装置であって、
   前記直流回路に流れる直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電流制御部と、
   前記定電流制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成し、生成した前記制御パルスを前記第１他励式電力変換器に入力することにより、前記第１他励式電力変換器の動作を制御する位相制御部と、
   前記第１他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算する電流最小値演算部と、
   前記第１他励式電力変換器を保護停止させるための保護停止依頼が入力された際に、前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値を基に、前記第１他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行するか否かを判定する移行判定部と、
   を備えた制御装置。
2. 前記電流最小値演算部は、前記第１他励式電力変換器に入力される交流電圧と、前記直流回路の前記直流電流と、前記第１他励式電力変換器の動作パラメータと、を基に、前記直流電流の前記最小値を予測演算する請求項１記載の制御装置。
3. 前記移行判定部は、前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零以下である場合に、前記制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行すると判定し、前記制御パルスの入力を停止する動作の実行を前記位相制御部に指示する請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記移行判定部は、前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記直流回路内のエネルギーを減少させる制御の実行を前記位相制御部に指示する請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装置。
5. 第１交流電力系統に接続された第１他励式電力変換器と、第２交流電力系統に接続された第２他励式電力変換器と、を直流回路を介して接続することにより、前記第１交流電力系統と前記第２電力系統とを連系させる電力変換システムに用いられ、前記第２他励式電力変換器の動作を制御するとともに、前記第１他励式電力変換器の動作を制御する別の制御装置と通信を行うことにより、前記別の制御装置とともに前記第１他励式電力変換器と前記第２他励式電力変換器との動作を協調して制御する制御装置であって、
   前記直流回路の直流電圧が電圧基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電圧制御部と、
   前記直流回路に流れる直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電流制御部と、
   前記直流電流が通常運転時の場合は前記定電圧制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成するとともに、前記直流電流が低下した場合は前記定電流制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成し、生成した前記制御パルスを前記第２他励式電力変換器に入力することにより、前記第２他励式電力変換器の動作を制御する位相制御部と、
   前記第２他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算する電流最小値演算部と、
   を備え、
   前記位相制御部は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合には、前記第２他励式電力変換器から前記直流回路へのエネルギーの供給を抑制するように、前記第２他励式電力変換器の動作を制御する制御装置。
6. 前記位相制御部は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合には、前記直流電流が低下した場合にも、前記定電圧制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成し、定電圧制御を行うことにより、前記第２他励式電力変換器から前記直流回路へのエネルギーの供給を抑制するように、前記第２他励式電力変換器の動作を制御する請求項５記載の制御装置。
7. 前記定電圧制御部によって演算された前記制御角及び前記定電流制御部によって演算された前記制御角のうち、小さい方を選択し、選択した前記制御角を前記位相制御部に入力する最小値選択部と、
   前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記定電流制御部によって演算された前記制御角を最大値に設定して前記最小値選択部に入力することにより、前記定電流制御部によって演算された前記制御角が前記最小値選択部において選択されることを無効化する無効化部と、
   をさらに備えた請求項６記載の制御装置。
8. 前記定電圧制御部によって演算された前記制御角及び前記定電流制御部によって演算された前記制御角のうち、小さい方を選択し、選択した前記制御角を前記位相制御部に入力する最小値選択部と、
   前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記定電流制御部に入力される前記電流基準を小さくすることにより、前記定電流制御部によって演算された前記制御角が前記最小値選択部において選択されることを無効化する無効化部と、
   をさらに備えた請求項６記載の制御装置。
9. 前記定電圧制御部によって演算された前記制御角及び前記定電流制御部によって演算された前記制御角のうち、小さい方を選択し、選択した前記制御角を前記位相制御部に入力する最小値選択部と、
   前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記定電流制御部によって演算された前記制御角の変動を緩やかにする時定数を設定し、前記時定数を設定した後の前記制御角を前記最小値選択部に入力する時定数設定部と、
   をさらに備えた請求項５記載の制御装置。
10. 前記定電圧制御部によって演算された前記制御角及び前記定電流制御部によって演算された前記制御角のうち、小さい方を選択する最小値選択部と、
    前記最小値選択部と前記位相制御部との間に設けられ、前記最小値選択部から入力された前記制御角を上限値と下限値との間の範囲に制限し、前記上限値と前記下限値との間の範囲の前記制御角を前記位相制御部に入力するリミッタと、
    をさらに備え、
    前記リミッタは、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記下限値を９０°よりも大きくする請求項５記載の制御装置。
11. 第１交流電力系統に接続された第１他励式電力変換器と、
    第２交流電力系統に接続された第２他励式電力変換器と、
    前記第１他励式電力変換器と前記第２他励式電力変換器とを接続する直流回路と、
    制御パルスを入力することによって前記第１他励式電力変換器の動作を制御する第１制御装置と、
    制御パルスを入力することによって前記第２他励式電力変換器の動作を制御するとともに、前記第１制御装置と通信を行うことにより、前記第１制御装置とともに前記第１他励式電力変換器と前記第２他励式電力変換器との動作を協調して制御する第２制御装置と、
    を備え、
    前記第１制御装置は、前記第１他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算し、前記第１他励式電力変換器を保護停止させるための保護停止依頼が入力された際に、前記直流電流の前記最小値を基に、前記第１他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行するか否かを判定する電力変換システム。
12. 前記第２制御装置は、前記第２他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算し、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第２他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記第１制御装置との通信不良が検出されている場合には、前記第２他励式電力変換器から前記直流回路へのエネルギーの供給を抑制するように、前記第２他励式電力変換器の動作を制御する請求項１１記載の電力変換システム。

Images