JP2023067539A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】系統事故時に発生する変換器過電流および変換器過電圧を抑制し、運転継続性能を向上した信頼性の高い電力変換装置を提供することである。【解決手段】実施形態の電力変換装置は、交流と直流とを変換可能な電力変換装置である。電力変換装置は、電力変換器と、変換器制御部とを持つ。電力変換器は、前記交流側の交流端子電圧を切り替え可能とするスイッチング素子を含む。変換器制御部は、前記スイッチング素子に動作指令を与える。変換器制御部は、前記交流の電圧の絶対値が所定の範囲よりも低下したことを検知した場合に、前記交流の電圧の絶対値の低下を発生させた異常が除去される前までに、前記電力変換器によって出力される有効電力を定格有効電力よりも小さい範囲に制限し、少なくとも前記異常が除去されるまで前記有効電力の制限を継続する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

近年、電力変換器として、モジュラー・マルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）の実用化が進められている。ＭＭＣとは、直列に接続された複数の単位変換器（セル）を含むアームユニットを備え、各セルの出力可能な電圧を加算することで高電圧、大容量に対応可能な電力変換器である。電力変換器は、例えば、交流系統と直流系統との間に接続され、電力を相互に変換する。
電力変換器の連系する交流系統や直流系統に事故などの異常が発生した場合、連系する交流系統の電圧や周波数の安定性を損なわないように、電力変換器は運転継続する、もしくは異常解消後、高速に再起動することが求められる。しかしながら、例えば、交流系統の事故発生や事故除去直後の交流系統電圧の変動によって、変換器電流にオーバーシュートが発生し、過電流保護によって運転を停止することがある。また、過大な電流によってセルのコンデンサが過充電され、過電圧保護によって運転を停止することがある。

特開２０１７－１４３６２４号公報 特開２０１７－１４３６２６号公報

本発明が解決しようとする課題は、系統事故時に発生する変換器過電流および変換器過電圧を抑制し、運転継続性能を向上した信頼性の高い電力変換装置を提供することである。

実施形態の電力変換装置は、交流と直流とを変換可能な電力変換装置である。電力変換装置は、電力変換器と、変換器制御部とを持つ。電力変換器は、前記交流側の交流端子電圧を切り替え可能とするスイッチング素子を含む。変換器制御部は、前記スイッチング素子に動作指令を与える。変換器制御部は、前記交流の電圧の絶対値が所定の範囲よりも低下したことを検知した場合に、前記交流の電圧の絶対値の低下を発生させた異常が除去される前までに、前記電力変換器によって出力される有効電力を定格有効電力よりも小さい範囲に制限し、少なくとも前記異常が除去されるまで前記有効電力の制限を継続する。

実施形態の電力変換装置１００の構成の一例を示す図。 実施形態のセルＣＬの構成の一例を示す図。 実施形態のセルＣＬの構成の別の例を示す図。 実施形態の変換器制御部２０の構成の一例を示す図。 実施形態の交流情報算出部２１の構成の一例を示す図。 実施形態の系統事故検知部２２の構成の一例を示す図。 交流系統と、交流系統に連係する電力変換器１０とを含む系統連系変換器システムの一例を示す模式図。 系統連系変換器システムのフェーザ図。 実施形態の電力変換装置１００の動作の一例を示す図。

以下、実施形態の電力変換装置を、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態の電力変換装置１００の構成の一例を示す図である。電力変換装置１００は、交流系統と直流系統の連系点に設けられ、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを変換する。交流系統は、交流電源や交流負荷であってもよく、直流系統は、直流電源や直流負荷であってもよい。

電力変換装置１００は、電力変換器１０と、変換器制御部２０とを備える。電力変換器１０は、例えば、変換器制御部２０の制御に基づいて、交流電力と直流電力とを相互に変換する二重スター結線型モジュラー・マルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）である。電力変換器１０は、直流系統の正極（図示する正極端子Ｐ）と、直流系統の負極（図示する負極端子Ｎ）との間に複数のレグＬＧを備える。

レグＬＧの数は、例えば、交流系統が供給する交流電力の相数に対応する。実施形態では、交流系統は、第１相（図示するＲ相）、第２相（図示するＳ相）及び第３相（図示するＴ相）の３相の交流電力を供給する。このため、電力変換器１０は、図１に示す通り、Ｒ相に対応するレグＬＧｒと、Ｓ相に対応するレグＬＧｓと、Ｔ相に対応するレグＬＧｔとを備える。各レグＬＧは、互いに同様の構成を備える。以降の説明において、レグＬＧｒに係る構成には、符号の末尾に「ｒ」を付し、レグＬＧｓに係る構成には、符号の末尾に「ｓ」を付し、レグＬＧｔに係る構成には、符号の末尾に「ｔ」を付す。また、レグＬＧｒと、レグＬＧｓと、レグＬＧｔとを互いに区別しない場合には、総称して「レグＬＧ」と記載する。

レグＬＧには、交流系統が供給する交流電力の３相のうち、ある相が接続される。実施形態では、レグＬＧは、トランスＴＲを介して交流系統に接続している。具体的には、レグＬＧｒには、Ｒ相が接続され、レグＬＧｓには、Ｓ相が接続され、レグＬＧｔには、Ｔ相が接続される。以降の説明において、レグＬＧｒとＲ相との接続点を接続点ＣＰｒと記載し、レグＬＧｓとＳ相との接続点を接続点ＣＰｓと記載し、レグＬＧｔとＴ相との接続点を接続点ＣＰｔと記載する。以降の説明において、接続点ＣＰｒと、接続点ＣＰｓと、接続点ＣＰｔとを互いに区別しない場合には、単に接続点ＣＰと記載する。また、以降の説明において、電力変換器１０が出力する直流電圧の正極端子Ｐと同電位となる部位を、レグＬＧの正極端子Ｐとも記載し、当該直流電圧の負極端子Ｎと同電位となる部位を、レグＬＧの負極端子Ｎとも記載する。

以下、各レグＬＧを代表してレグＬＧｒについて説明する。レグＬＧｒは、ｎ個のセルＣＬ群（図示するセルＣＬ１－１ｒ～ＣＬ１－ｎｒ、及びセルＣＬ２－１ｒ～ＣＬ２－ｎｒ）２組と、複数のリアクトルＲＴ（図示するリアクトルＲＴ１ｒ、ＲＴ２ｒ）とを備える。ｎは、自然数である。ここで、レグＬＧの正極端子Ｐから各相の接続点までの間のセルＣＬ群を正側アームユニットとも記載する。また、各相の接続点からレグＬＧの負極端子Ｎまでの間のセルＣＬ群を負側アームユニットとも記載する。

レグＬＧｒの正側アームユニットには、正極端子Ｐ側から接続点ＣＰｒ側に向けて、セルＣＬ１－１ｒ～ＣＬ１－ｎｒが記載の順に直列に接続され、これらがリアクトルＲＴ１ｒを介して接続点ＣＰｒに接続される。また、レグＬＧｒの負側アームユニットには、接続点ＣＰｒ側から負極端子Ｎ側に向けて、セルＣＬ２－１ｒ～ＣＬ２－ｎｒが記載の順に直列に接続され、これらがリアクトルＲＴ２ｒを介して接続点ＣＰｒに接続される。
リアクトルＲＴは、アームユニットの高電位側や低電位側、もしくはセルＣＬの間のいずれに接続されていてもよい。また、リアクトルＲＴを、リアクトルの機能を代替するだけの漏れリアクタンスを有する特殊な巻線構造のトランスに置き換え、トランスＴＲと一体化してもよい。

なお、レグＬＧｒには、正極端子Ｐから接続点ＣＰに流れる正側アーム電流（図示するＲ相正側電流Ｉｐｒ）を検出する電流検出器と、接続点ＣＰから負極端子Ｎに流れる負側アーム電流（図示するＲ相負側電流Ｉｎｒ）を検出する電流検出器とが設けられていてもよい。交流電流Ｉｓｒは、別途、交流側端子に電流検出器を設けて直接検出されてもよいし、検出した正側アーム電流と負側アーム電流の差Ｉｎｒ－Ｉｐｒから演算して間接的に検出されてもよい。

変換器制御部２０は、例えば、ＣＰＵ等のハードウェアプロセッサが記憶部（不図示）に記憶されるプログラム（ソフトウェア）を実行することにより、電力変換器１０を制御する。変換器制御部２０の構成要素のうち一部又は全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。変換器制御部２０の処理については後述する。

図２は、実施形態のセルＣＬの構成の一例を示す図である。セルＣＬは、例えば、ハーフブリッジ回路である。図２に示される通り、セルＣＬは、例えば、複数のスイッチング素子Ｑ（図示するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ２）と、スイッチング素子Ｑに応じた数のダイオードＤ（図示するダイオードＤ１～Ｄ２）と、コンデンサＣとを備える。スイッチング素子Ｑは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ただし、スイッチング素子Ｑは、ＩＧＢＴに限定されない。スイッチング素子Ｑは、コンバータ又はインバータを実現可能な自己消弧型スイッチング素子であれば、いかなる素子でもよい。実施形態では、スイッチング素子ＱがＩＧＢＴである場合について説明する。

スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２とは、互いに直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２と、コンデンサＣとは、互いに並列に接続される。各スイッチング素子Ｑと、対になるダイオードＤとは、互いに並列に接続される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１とは、互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ２とは、互いに並列に接続される。

セルＣＬは、レグＬＧの正極端子Ｐ側に接続される正極端子と、負極端子Ｎ側に接続される負極端子とを備える。セルＣＬの正極端子は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２との接続点に接続され、セルＣＬの負極端子は、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子に接続される。以降の説明において、セルＣＬの正極端子と負極端子との間に生じる電圧を、セル電圧Ｖｏと記載する。

各スイッチング素子Ｑは、スイッチング素子Ｑのオン、オフを切り替える切替端子（不図示）を備え、切替端子は、変換器制御部２０と接続され、変換器制御部２０から制御信号が入力される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１には、制御信号として第１ゲート信号ｇｔｐが入力され、スイッチング素子Ｑ２には、制御信号として第２ゲート信号ｇｔｎが入力される。制御信号に基づいて各スイッチング素子Ｑがオン、又はオフに切り替えられることにより、セルＣＬが備えるコンデンサＣは、充電され又は放電する。また、セルＣＬには、コンデンサＣの電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する電圧検出器（不図示）が設けられる。

スイッチング素子Ｑのオン状態にする制御信号を「１」と表現し、オフ状態にする制御信号を「０」と表現すると、セル電圧Ｖｏは、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、０）の場合、コンデンサ電圧Ｖｃと一致する。制御信号を（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、０）とすることをインサートと呼び、その状態をインサート状態と呼ぶ。また、セル電圧Ｖｏは、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、１）の場合、０［Ｖ］である。制御信号を（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、１）とすることをバイパスと呼び、その状態をバイパス状態と呼ぶ。このように、各アームユニットが備えるスイッチング素子Ｑがスイッチングされ、各セルをインサート状態またはバイパス状態とすることにより、マルチレベルの波形を生成することができる。

なお、スイッチング素子Ｑを（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、１）とすることは、コンデンサＣを短絡するため、禁止すべきである。また、スイッチング時においてスイッチング素子Ｑの状態が過渡的に（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、１）となるのを防止するため、スイッチング素子Ｑは、通常はごく短時間、過渡的に（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態（デッドタイム）に制御される。また、スイッチング素子Ｑのスイッチング制御の停止は、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態に固定することにより、実現される。電力変換器１０の全スイッチング素子Ｑのスイッチング制御を停止することをゲートブロックと呼び、その状態をゲートブロック状態と呼ぶ。

図３は、実施形態のセルＣＬの構成の別の例を示す図である。セルＣＬは、例えば、フルブリッジ回路である。図３に示される通り、セルＣＬは、例えば、複数のスイッチング素子Ｑ（図示するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４）と、スイッチング素子Ｑに応じた数のダイオードＤ（図示するダイオードＤ１～Ｄ４）と、コンデンサＣとを備える。スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２とは、互いに直列に接続される。また、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４とは、互いに直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ４と、コンデンサＣとは、互いに並列に接続される。

各スイッチング素子Ｑと、対になるダイオードＤとは、互いに並列に接続される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１とは、互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ２とは、互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑ３と、ダイオードＤ３とは、互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑ４と、ダイオードＤ４とは、互いに並列に接続される。

セルＣＬは、レグＬＧｒｓの接続点ＣＰｒ側に接続される正極端子と、接続点ＣＰｓ側に接続される負極端子とを備える。セルＣＬの正極端子は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２との接続点に接続され、セルＣＬの負極端子は、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４との接続点に接続される。以降の説明において、セルＣＬの正極端子と負極端子との間に生じる電圧を、セル電圧Ｖｏと記載する。

各スイッチング素子Ｑは、スイッチング素子Ｑのオン、オフを切り替える切替端子（不図示）を備え、切替端子は、変換器制御部２０と接続され、変換器制御部２０から制御信号が入力される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１には、制御信号として第１ゲート信号ｇｔａが入力され、スイッチング素子Ｑ２には、制御信号として第２ゲート信号ｇｔｂが入力され、スイッチング素子Ｑ３には、制御信号として第３ゲート信号ｇｔｃが入力され、スイッチング素子Ｑ４には、制御信号として第４ゲート信号ｇｔｄが入力される。制御信号に基づいて各スイッチング素子Ｑがオン、又はオフに切り替えられることにより、セルＣＬが備えるコンデンサＣは、充電され又は放電する。また、セルＣＬは、コンデンサＣの電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する電圧検出器（不図示）が設けられる。

スイッチング素子Ｑのオン状態にする制御信号を「１」と表現し、オフ状態にする制御信号を「０」と表現すると、セル電圧Ｖｏは、（ｇｔａ、ｇｔｂ、ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（１、０、０、１）の場合、コンデンサ電圧Ｖｃと一致する。制御信号を（ｇｔａ、ｇｔｂ、ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（１、０、０、１）とすることを正電圧インサートと呼び、その状態を正電圧インサート状態と呼ぶ。また、セル電圧Ｖｏは、（ｇｔａ、ｇｔｂ、ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（０、１、１、０）の場合、コンデンサ電圧の反転－Ｖｃと一致する。制御信号を（ｇｔａ、ｇｔｂ、ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（０、１、１、０）とすることを負電圧インサートと呼び、その状態を負電圧インサート状態と呼ぶ。さらに、セル電圧Ｖｏは、（ｇｔａ、ｇｔｂ、ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（１、０、１、０）もしくは（０、１、０、１）の場合、０［Ｖ］である。制御信号を（ｇｔａ、ｇｔｂ、ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（１、０、１、０）もしくは（０、１、０、１）とすることをバイパスと呼び、その状態をバイパス状態と呼ぶ。このように、各アームユニットが備えるスイッチング素子Ｑがスイッチングされ、各セルを正電圧インサート状態、負電圧インサート状態またはバイパス状態とすることにより、マルチレベルの波形を生成することができる。

なお、スイッチング素子Ｑを（ｇｔａ、ｇｔｂ）＝（１、１）または（ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（１、１）とすることは、コンデンサＣを短絡するため、禁止すべきである。また、スイッチング時においてスイッチング素子Ｑの状態が過渡的に（ｇｔａ、ｇｔｂ）＝（１、１）または（ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（１、１）となるのを防止するため、スイッチング素子Ｑは、通常はごく短時間、過渡的に（ｇｔａ、ｇｔｂ）＝（０、０）または（ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（０、０）の状態（デッドタイム）に制御される。また、スイッチング素子Ｑのスイッチング制御を停止する場合、（ｇｔａ、ｇｔｂ、ｇｔｃ、ｇｔｄ）＝（０、０、０、０）の状態に固定することにより、実現される。電力変換器１０の全スイッチング素子Ｑのスイッチング制御を停止することをゲートブロックと呼び、その状態をゲートブロック状態と呼ぶ。

図４は、実施形態の変換器制御部２０の構成の一例を示す図である。変換器制御部２０は、例えば、交流情報算出部２１と、系統事故検知部２２と、指令値制限部２３と、コンデンサ電圧一括制御部２４と、直流電流制御部２５と、交流電流制御部２６とを機能部として備える。なお、図４では、変換器制御部２０に含まれる一部の制御機能部を省略して示している。例えば、例示した機能部の他に、電圧指令値をゲート信号に変換するゲート信号生成部や、コンデンサ電圧を均一化させるコンデンサ電圧バランス制御部、各相レグを循環する循環電流を制御する循環電流制御部などが、図示はしていないが、変換器制御部２０に含まれる。

交流情報算出部２１は、例えば、図１に示した電圧検出器によって検出した交流系統の交流系統電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔを入力とし、入力された交流系統電圧に同期した交流系統有効電圧Ｖｓｄ、交流系統無効電圧Ｖｓｑ、および交流系統位相ｔｈｅｔａを算出および出力する。

系統事故検知部２２は、交流系統有効電圧Ｖｓｄを入力とし、交流系統事故による過電圧の発生の検出有無を示す系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴと、交流系統事故による不足電圧の発生の検出有無を示す系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴとを出力する。

指令値制限部２３は、１／Ｖｄｃ演算部２３Ａと、１／Ｖｓ演算部２３Ｂと、リミッタ２３Ｃと、リミッタ２３Ｄとを機能部として備える。指令値制限部２３は、有効電力指令値Ｐ＊、無効電力指令値Ｑ＊、系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴ、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴを入力とし、制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍおよび制限無効電流指令値Ｉｓｑ＊＿ｌｉｍを出力する。

１／Ｖｄｃ演算部２３Ａは、指令値制限部２３に入力された有効電力指令値Ｐ＊に１／Ｖｄｃを乗算することによって直流電流指令値Ｉｄｃ＊に変換する。ここで、Ｖｄｃは定格直流電圧や直流電圧検出値である。直流電流指令値Ｉｄｃ＊は、系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴと系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴに基づき設定されたリミッタ２３Ｃの処理によって制限され、制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍを得る。具体的なリミッタ２３Ｃの設定については、後述する。

１／Ｖｓ演算部２３Ｂは、指令値制限部２３に入力された無効電力指令値Ｑ＊に１／Ｖｓを乗算することによって無効電流指令値Ｉｓｑ＊に変換する。ここで、Ｖｓは定格交流系統電圧や交流系統電圧振幅の検出値である。無効電流指令値Ｉｓｑ＊は、系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴと系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴに基づき設定されたリミッタ２３Ｃの処理によって制限され、制限無効電流指令値Ｉｓｑ＊＿ｌｉｍを得る。具体的なリミッタ２３Ｄの設定については、後述する。

なお、図４の例では、直流電流指令値Ｉｄｃ＊と無効電流指令値Ｉｓｑ＊に対して、リミッタ２３Ｃとリミッタ２３Ｄの処理を施しているが、有効電力指令値Ｐ＊と無効電力指令値Ｑ＊にリミッタ２３Ｃとリミッタ２３Ｄの処理を施し、その後段で各電流指令値に変換してもよい。

コンデンサ電圧一括制御部２４は、コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊、電力変換器１０内部のコンデンサ電圧の平均値Ｖｃを入力とし、ＶｃをＶｃ＊に一致させるように調整された有効電流指令値Ｉｓｄ＊を出力する。

直流電流制御部２５は、減算部２５Ａと、ＰＩ演算部２５Ｂと、リミッタ２５Ｃと、加算部２５Ｄとを機能部として備える。直流電流制御部２５は、制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍ、直流電流Ｉｄｃ、系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴ、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴ、運転モード指令ＭＯＤＥを入力とし、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊を出力する。

減算部２５Ａは、制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍから直流電流Ｉｄｃを減算することによって、制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍと直流電流Ｉｄｃとの偏差を算出し、ＰＩ演算部２５Ｂに出力する。ＰＩ演算部２５Ｂは、算出された偏差に対して比例積分演算処理を施し、その結果をリミッタ２５Ｃに出力する。リミッタ２５Ｃは、出力結果に対してリミッタ処理を施し、直流電圧操作量ΔＶｄｃを出力する。加算部２５Ｄは、直流電圧操作量ΔＶｄｃと、定格直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆとを加算し、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊を出力する。

運転モード指令ＭＯＤＥは、直流電圧制御モード、もしくは直流電流制御モードを判別する指令信号である。異常の発生していない通常運転時、直流電圧制御モードの場合、リミッタ２５Ｃの設定は上限、下限ともにゼロに設定される。直流電圧操作量ΔＶｄｃはゼロとなるため、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊は、定格直流電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆに一致し、直流電圧制御モードの端子は、直流系統の直流電圧を一定に維持する。

一方、直流電流制御モードの場合、リミッタ２５Ｃの設定は上限、下限の両方またはいずれか一方がゼロでない値に設定される。直流電圧操作量ΔＶｄｃの有効な出力によって、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊が操作され、直流電流Ｉｄｃが制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍに一致するように制御される。例えば、２端子の直流電流システムでは、一端を直流電圧制御モード、もう一端を直流電流制御モードとすることで、直流系統の直流電圧と直流電流をそれぞれ制御して有効電力を送電する。系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴ、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴによる具体的なリミッタ２３Ｃの設定については、後述する。

交流電流制御部２６は、有効電流指令値Ｉｓｄ＊、制限無効電流指令値Ｉｓｑ＊＿ｌｉｍ、交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔ、交流系統有効電圧Ｖｓｄ、交流系統無効電圧Ｖｓｑ、交流系統位相ｔｈｅｔａを入力とし、変換器交流端子電圧指令値Ｖｒ＊、Ｖｓ＊、Ｖｔ＊を出力する。例えば、交流電流制御部２６では、一般的な回転座標上の変数に基づく非干渉電流制御を適用し、有効電流Ｉｓｄが有効電流指令値Ｉｓｄ＊に、無効電流Ｉｓｑが制限無効電流指令値Ｉｓｑ＊＿ｌｉｍに一致するように変換器交流端子電圧指令値Ｖｒ＊、Ｖｓ＊、Ｖｔ＊を操作する。

変換器制御部２０は、図示しないが、さらに、直流電流制御部２５によって出力された直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と、交流電流制御部２６によって出力された変換器交流端子電圧指令値Ｖｒ＊、Ｖｓ＊、Ｖｔ＊からアームユニットごとの電圧指令値を求める。Ｒ相正側アームユニットについては、アーム電圧Ｖａｒｍｐｒに対応したアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒ＊を算出し、各セルのゲート信号ｇｔｐ１－１ｒ、ｇｔｎ１－１ｒ～ｇｔｐ１－ｎｒ、ｇｔｎ１－ｎｒを求めて電力変換器１０に出力する。その他のアームユニットについても同様である。

実施形態では、有効電力を直流電流Ｉｄｃの調整によって制御している。直流端子側から有効電流が流入出すると、コンデンサ電圧の平均値Ｖｃが変化し、コンデンサ電圧一括制御部２４では、その変化を補うように交流端子側の有効電流Ｉｓｄを規定する。コンデンサ電圧一括制御部２４に直流端子側の有効電力や有効電力指令値をフィードフォワード入力し、コンデンサ電圧を維持するのに必要な有効電力をさらにフィードバック制御によって調整して得るように構成してもよいが、有効電力を制限するには、まず直流電流Ｉｄｃを制限する必要がある。直流電流Ｉｄｃを制限することで、直流端子側から流入出する有効電力が減少すれば、結果として有効電流指令値Ｉｓｄ＊も減少し、交流端子側の有効電力も減少する。

図５は、実施形態の交流情報算出部２１の構成の一例を示す図である。交流情報算出部２１は、例えば、変換部２１Ａと、ＰＩ演算部２１Ｂと、加算部２１Ｃと、発振器２１Ｄとを機能部として備える。変換部２１Ａは、図１に示した電圧検出器によって検出された交流系統電圧（Ｒ相電圧Ｖｓｒ、Ｓ相電圧Ｖｓｓ、及びＴ相電圧Ｖｓｔ）を示す情報を取得する。変換部２１Ａは、以下の式（１）を用いて、取得したＲ相電圧Ｖｓｒ、Ｓ相電圧Ｖｓｓ、及びＴ相電圧Ｖｓｔを、交流系統有効電圧Ｖｓｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｓｑに変換（算出）する。なお、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、後述する発振器２１Ｄによって出力される値であり、交流系統のある基準相（この一例では、Ｒ相）の電圧位相を示す値である。

ＰＩ演算部２１Ｂは、変換部２１Ａによって変換された交流系統無効電圧Ｖｓｑに基づいて、電力変換器１０が連系する交流系統電圧の周波数と、基準交流系統周波数ｆｓ０との周波数差（以下、周波数差Δｆｐｌｌ）を算出し、比例積分演算処理を施す。周波数差Δｆｐｌｌは、交流系統電圧の周波数が基準交流系統周波数ｆｓ０より高い場合、プラスの値をとり、基準交流系統周波数ｆｓ０より低い場合、マイナスの値をとる。基準交流系統周波数ｆｓ０は、連系する交流系統の定格周波数であり、例えば、５０［Ｈｚ］、又は６０［Ｈｚ］の定数である。周波数差Δｆｐｌｌは、ＰＩ演算部２１Ｂに入力される交流系統無効電圧Ｖｓｑの算出値がゼロになるまで、増加、又は減少を続け、実際の交流系統周波数と基準交流系統周波数ｆｓ０との差の値に収束する。

加算部２１Ｃは、ＰＩ演算部２１Ｂによって算出された周波数差Δｆｐｌｌを、基準交流系統周波数ｆｓ０に加算する。以降の説明において、基準交流系統周波数ｆｓ０に周波数差Δｆｐｌｌを加算した周波数を、交流周波数ｆｐｌｌと記載する。

発振器２１Ｄは、加算部２１Ｃによって算出された交流周波数ｆｐｌｌの周波数によって、最小値０から最大値２πまでを、繰り返し単調増加する交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを出力する。なお、上述したように、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、変換部２１Ａの交流系統有効電圧Ｖｓｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｓｑの変換と、交流電流制御とに用いられる。交流電流制御では、一般的な回転座標上の変数に基づく非干渉電流制御を適用する場合には、電圧・電流値に対する回転座標変換、あるいは逆変換（固定座標変換）等に交流系統電圧位相ｔｈｅｔａが利用される。

上述の処理によって、交流情報算出部２１は、変換部２１Ａにおける交流系統無効電圧Ｖｓｑの算出値がゼロになるように、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａの算出を繰り返すことで、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを得る。

図６は、実施形態の系統事故検知部２２の構成の一例を示す図である。系統事故検知部２２は、比較器２２Ａと、状態保持器２２Ｂを機能部として備える。比較器２２Ａは、交流情報算出部によって算出された交流系統有効電圧Ｖｓｄと、あらかじめ設定された交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈ、及び交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌとを比較する。比較器２２Ａは、交流系統有効電圧Ｖｓｄが交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈよりも大きい場合、系統電圧上限超過信号ＯＶを、状態保持器２２Ｂに出力する。

また、比較器２２Ａは、交流系統有効電圧Ｖｓｄが交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい場合、系統電圧下限超過信号ＵＶを、状態保持器２２Ｂに出力する。交流系統有効電圧Ｖｓｄが交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈよりも大きい状態、或いは交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい状態は、たとえば、交流系統に系統事故が発生し、交流系統の各相電圧の振幅が異常値を示していたり、相間が不平衡になっていたりする状態である。交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈから交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌによって示される範囲は、交流の電圧の絶対値がとり得る「所定範囲」の一例である。

なお、比較器２２Ａは、式（２）によって求められる合成電圧ベクトルＶｓｄｑと、所定の閾値とを比較し、合成電圧ベクトルＶｓｄｑの値が所定の上限閾値より大きいか、或いは所定の下限閾値より小さい場合、系統電圧上限超過信号ＯＶや系統電圧下限超過信号ＵＶを出力する構成であってもよい。

状態保持器２２Ｂは、比較器２２Ａによって系統電圧上限超過信号ＯＶが出力される場合、保持時間の期間、有効な系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴを出力し続ける。一方、状態保持器２２Ｂは、比較器２２Ａによって系統電圧下限超過信号ＵＶが出力される場合、保持時間の期間、有効な系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴを出力し続ける。保持時間は、例えば、交流系統の電圧周期の１／２の期間などである。保持時間を設けることで、交流系統有効電圧Ｖｓｄが振動的になり、交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈ、または交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌの超過を繰り返しても、系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴや系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴの有効状態が途切れることなく維持される。

図７は、交流系統と、交流系統に連係する電力変換器１０とを含む系統連系変換器システムの一例を示す模式図である。電力変換器１０は、交流系統電圧Ｖｓに連系リアクタンスＸｓを介して接続され、交流端子電圧Ｖを調整することで、流入する交流電流Ｉｓを制御する。

連系リアクタンスＸｓは、各相の交流電流Ｉｓｒ、Ｉｓｓ、Ｉｓｔに対して有効なリアクタンスを一括で表した等価連系インピーダンスであり、例えば、図１では、アームごとのリアクトルＲＴのリアクタンス値の０．５倍と、トランスＴＲのリアクタンス値の和である。つまり、リアクトルＲＴのリアクタンス値をＸ、トランスＴＲのリアクタンス値をＸ′とすると、Ｘｓ＝Ｘ′＋Ｘ／２［Ｈ］となる。電力変換器１０がＭＭＣではなく、アームにリアクトルを有しない一般的な２レベル変換器のような構成の場合は、単純に交流側端子に接続したリアクトル、もしくはトランス漏れリアクタンスがＸｓに一致する。

図８は、系統連系変換器システムのフェーザ図である。図８（ａ）は、有効電力と容量性無効電力を同時に制御している状況を示している。この状況では、交流系統電圧Ｖｓの位相と有効電流Ｉｓｄの位相が一致しているため、整流器運転（有効電力が電力変換器１０に流入）であり、交流系統電圧Ｖｓの位相に対して無効電流Ｉｓｑの位相が９０度進んでいるため、容量性無効電力運転（進み無効電力運転）である。変換器交流端子電圧Ｖは、交流系統電圧Ｖｓよりも大きくなる。

図８（ｂ）は、有効電力と誘導性無効電力を同時に制御している状況を示している。この状況では、交流系統電圧Ｖｓの位相と有効電流Ｉｓｄの位相が一致しているため、整流器運転（有効電力が電力変換器１０に流入）であり、交流系統電圧Ｖｓの位相に対して無効電流Ｉｓｑの位相が９０度遅れているため、誘導性無効電力運転（遅れ無効電力運転）である。変換器交流端子電圧Ｖは、交流系統電圧Ｖｓよりも小さくできる。

図８（ｃ）は、容量性無効電力のみを制御している状況を示している。この状況では、有効電流Ｉｓｄがゼロのため、有効電力もゼロであり、交流系統電圧Ｖｓの位相に対して無効電流Ｉｓｑの位相が９０度進んでいるため、容量性無効電力運転（進み無効電力運転）である。変換器交流端子電圧Ｖは、交流系統電圧Ｖｓよりも大きくなる。

図８（ｄ）は、誘導性無効電力のみを制御している状況を示している。この状況では、有効電流Ｉｓｄがゼロのため、有効電力もゼロであり、交流系統電圧Ｖｓの位相に対して無効電流Ｉｓｑの位相が９０度遅れているため、誘導性無効電力運転（遅れ無効電力運転）である。変換器交流端子電圧Ｖは、交流系統電圧Ｖｓよりも小さくなる。

交流電流Ｉｓの振幅の二乗は、有効電流Ｉｓｄの振幅の二乗と無効電流Ｉｓｑの振幅の二乗の和になることから、交流電流Isの振幅を低減するには、有効電力と無効電力をそれぞれ低減することが有効である。また、変換器交流端子電圧の振幅を低減するには、容量性無効電力を制限し、特に誘導性無効電力を出力することが有効である。

図９は、実施形態の電力変換装置１００の動作の一例を示す図である。図９において、時刻Ｔ０は、交流系統事故が発生する時点を示す。時刻Ｔ０で交流系統事故が発生する以前、交流系統電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔは３相平衡で振幅は通常値であり、周波数は基準交流系統周波数ｆｓ０とほぼ等しい。

このとき、交流系統有効電圧Ｖｓｄは振幅絶対値を表す一定値になる。この値は、交流系統電圧下閾値Ｖｔｈ＿Ｌを下回っておらず、交流系統電圧上閾値Ｖｔｈ＿Ｈも上回っていないため、系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴと系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴは無効である。

系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴと系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴが無効な場合、直流電流指令値用のリミッタ２３Ｃの制限値ＬＭ１は、上限、下限ともにその絶対値が定格直流電流相当、もしくは定格直流電流の１．１倍など定格直流電流よりも大きな電流相当になるように設定される。また、無効電流指令値用のリミッタ２３Ｄの制限値ＬＭ２は、上限、下限ともにその絶対値が定格無効電流相当、もしくは定格無効電流の１．１倍など定格無効電流よりも大きな電流相当になるように設定される。さらに、直流電圧マージン用のリミッタ２５Ｃの制限値ＬＭ３は、その上限および／または下限が、運転モード指令ＭＯＤＥが直流電圧制御モードの場合はゼロに、運転モード指令ＭＯＤＥが直流電流制御モードの場合はゼロでない値に設定される。

通常運転時は、直流電流制御モードの電力変換器１０が直流電流Ｉｄｃを制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍに一致させるように制御することで、有効電力指令値Ｐ＊に応じた定格有効電力を超過しない有効電力に制御する。直流電流制御モードの電力変換器１０に直流系統を介して接続された直流電圧制御モードの電力変換器１０の有効電力も有効電力指令値Ｐ＊に応じた定格有効電力を超過しない有効電力となる。また、各電力変換器１０が無効電流Ｉｓｑを制限無効電流指令値Ｉｓｑ＊＿ｌｉｍに一致させるように制御することで、無効電力指令値Ｑ＊に応じた定格無効電力を超過しない無効電力に制御する。

次に、時刻Ｔ０で交流系統の１相が地絡する交流系統事故が発生したと仮定する。図９の最上段に示される通り、交流系統電圧Ｖｓｒ、Ｖｓｓ、Ｖｓｔのうち１相がほぼゼロ電圧になっている。このとき、残る２相の電圧は健全なため、交流系統有効電圧Ｖｓｄは交流系統周波数の２倍で振動する。交流系統有効電圧Ｖｓｄの最小値は交流系統電圧下閾値Ｖｔｈ＿Ｌを下回るため、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴが有効となる。１相の地絡が継続している期間、系統事故検知部２２の状態保持器２２Ｂの効果によって、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴの有効状態は維持される。一般的な交流系統保護システムにおいて、この期間は交流系統電圧周期の数倍程度である。

図９の最下段に示される通り、事故発生時の交流系統電圧の変動によって、交流電流にオーバーシュートが発生し、交流電流振幅最大値Ｉｓｍａｘが増加している。交流電流振幅最大値Ｉｓｍａｘは、３相の交流電流の３相最大値を表した量である。系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴが有効な場合、直流電流指令値用のリミッタ２３Ｃの制限値ＬＭ１は、上限、下限ともにその絶対値が定格直流電流よりも小さい電流相当になるように設定される。図９では、例えば、ＬＭ１の上限、下限をともにゼロに設定している。

また、無効電流指令値用のリミッタ２３Ｄの制限値ＬＭ２は、上限を定格容量性無効電流よりも小さい電流相当に設定してもよい。制限値ＬＭ２の下限は通常運転時から変更しなくてもよい。図９では、例えば、ＬＭ２の上限を定格容量性無効電流よりも小さい電流相当に設定し、ＬＭ２の下限は通常運転時と等しい値に設定している。さらに、直流電圧マージン用のリミッタ２５Ｃの制限値ＬＭ３は、上限および／または下限が、運転モード指令ＭＯＤＥに関わらず、直流電流制御モードでの通常運転時の設定値（直流系統を介して接続される他の電力変換器１０の直流電圧の許容変動幅）よりも大きな絶対値になるように設定される。

系統不足電圧時は、対象交流系統に連系する電力変換器１０が直流電流Ｉｄｃを制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍに一致させるように制御することで、定格有効電力よりも小さな有効電力に制限する。直流電流制御部２５に入力される制限直流電流指令値Ｉｄｃ＊＿ｌｉｍは、直流系統の、系統事故の発生していない交流側の電力変換器１０では制限されず、他方の系統事故の発生した交流側の電力変換器１０では制限される状況になる。その結果、直流系統の直流電流を各電力変換器１０が互いに異なる値に制御しようとするが、直流電圧マージン（直流電圧の許容変動幅）の小さい電力変換器１０の直流電流制御は飽和するため、最終的には直流電圧マージン（直流電圧の許容変動幅）の大きい電力変換器１０の直流電流制御に従った直流電流に制御される。

系統事故の発生した交流側の電力変換器１０が直流電流制御モードの場合、直流系統の他方の電力変換器１０は直流電圧制御モードのため、直流電圧マージンがゼロに設定され、直流電圧が一定値Ｖｄｃ＿ｒｅｆに制御されている。したがって、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴの有効時に拡大された直流電圧制御マージンによって、他方の電力変換器１０の一定の直流電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｆに対して差電圧を形成することで、直流系統のインピーダンスに印加される電圧を調整し、直流電流Ｉｄｃを制限されたＩｄｃ＊＿ｌｉｍの値に制御する。

一方、系統事故の発生した交流側の電力変換器１０が直流電圧制御モードの場合、直流系統の他方の電力変換器１０は直流電流制御モードのため、直流電圧マージンがゼロでない値に設定され、直流電圧は定格直流電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｆにゼロでない直流電圧操作量ΔＶｄｃを加算した値に制御されている。系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴの有効時は、直流電圧制御マージンは他方の直流電流制御モード（通常運転時）の直流電圧マージンよりも拡大されるため、他方の電力変換器１０の直流電流制御が先に飽和する（直流電圧操作量ΔＶｄｃがリミッタ２５Ｃの制限値ＬＭ３に至ることで固定値になる）。系統事故の発生した交流側の電力変換器１０は、その他方の電力変換器１０の飽和した直流電圧Ｖｄｃに対してさらに差電圧を形成することで、直流系統のインピーダンスに印加される電圧を調整し、直流電流Ｉｄｃを制限されたＩｄｃ＊＿ｌｉｍの値に制御する。

系統不足電圧時は、対象交流系統に連系する電力変換器１０が運転モード指令ＭＯＤＥに関わらず、直流電流Ｉｄｃを制限し、直流端子側から流入出する有効電力が定格有効電力よりも小さい値に制限される。上述した通り、直流電流Ｉｄｃを制限することで、直流端子側から流入出する有効電力が減少すれば、結果として有効電流指令値Ｉｓｄ＊も減少し、交流端子側の有効電力も定格有効電力より小さい値に減少する。また、無効電流Ｉｓｑを制限無効電流指令値Ｉｓｑ＊＿ｌｉｍに一致させるように制御することで、例えば、無効電力指令値Ｑ＊が定格容量性無効電力相当であった場合、容量性無効電力の量が制限される。交流電流振幅最大値Ｉｓｍａｘは、少なくとも有効電力の制限分だけ減少する。また、有効電力と容量性無効電力の低減に伴い、電力変換器交流端子電圧の振幅も減少する。

図９の時刻Ｔ１は、交流系統の地絡相が切り離され、系統事故が除去された時点を示す。時刻Ｔ１で交流系統の地絡相が切り離され、事故除去すると、図示したように交流系統電圧は回復過程で一時的に通常以上の電圧に上昇することがある。この交流系統過渡過電圧は交流系統有効電圧Ｖｓｄの上昇としても現れている。交流系統有効電圧Ｖｓｄは交流系統電圧上閾値Ｖｔｈ＿Ｈを上回り、系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴが有効となる。系統過電圧事故検知信号ＯＶＦＬＴが有効な場合、直流電流指令値用のリミッタ２３Ｃの制限値ＬＭ１は、上限、下限ともにその絶対値が定格直流電流よりも小さい電流相当になるように設定される。図９では、例えば、ＬＭ１の上限、下限をともに、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴが有効な場合と同様に、ゼロに設定している。

また、無効電流指令値用のリミッタ２３Ｄの制限値ＬＭ２は、上限を小さくしたり、ゼロに設定したりし、下限を通常運転時から変更しなくてもよい。図９では、例えば、ＬＭ２の上限をゼロに設定し、ＬＭ２の下限は通常運転時と等しい値に設定している。さらに、直流電圧マージン用のリミッタ２５Ｃの制限値ＬＭ３は、系統不足電圧事故検知信号ＵＶＦＬＴが有効な場合と同様に、上限および／または下限が、運転モード指令ＭＯＤＥに関わらず、直流電流制御モードでの通常運転時の設定値（直流系統を介して接続される他の電力変換器の直流電圧の許容変動幅）よりも大きな絶対値になるように設定される。

系統過電圧時は、系統不足電圧時と同様に、対象交流系統に連系する電力変換器１０が運転モード指令ＭＯＤＥに関わらず、直流電流Ｉｄｃを制限し、直流端子側から流入出する有効電力が定格有効電力よりも小さい値に制限される。上述した通り、直流電流Ｉｄｃを制限することで、直流端子側から流入出する有効電力が減少すれば、結果として有効電流指令値Ｉｓｄ＊も減少し、交流端子側の有効電力も定格有効電力より小さい値に減少する。また、無効電流Ｉｓｑを制限無効電流指令値Ｉｓｑ＊＿ｌｉｍに一致させるように制御することで、例えば、容量性無効電力がゼロとなる。交流電流振幅最大値Ｉｓｍａｘは、少なくとも有効電力の制限分だけ減少する。また、有効電力と容量性無効電力の低減に伴い、電力変換器交流端子電圧の振幅も小さくて済む。

系統過電圧時は、系統不足電圧時と比較して、大きな振幅の交流系統電圧に対向するため、変換器交流端子電圧が高くなる。電力変換器１０には、出力可能な変換器交流端子電圧の上限があり、例えば、ＭＭＣの場合は、出力可能な相電圧のＰｅａｋ―ｔｏ―Ｐｅａｋ最大値が、セルの定格コンデンサ電圧にアームユニットごとのセル直列数を乗じた値程度となる。変換器交流端子電圧の指令値の最大値が出力可能な電圧上限を超過すると、いわゆる過変調という制御飽和状態となり、例えば、交流電流の制御が一時的に機能せず、大きな電流オーバーシュートが発生する。図９においても、時刻Ｔ１直後に交流電流振幅最大値Ｉｓｍａｘが大幅に増加している。このオーバーシュート量は、過変調の発生しない系統不足電圧事故発生Ｔ０直後のオーバーシュート量よりも大きくなることがある。

実施形態では、図９の電流オーバーシュートを考慮した交流電流振幅最大値Ｉｓｍａｘのピーク値が次の（ａ）～（ｃ）の効果により抑制されている。（ａ）系統事故回復Ｔ１直後の系統過電圧が発生する以前の系統不足電圧時に、事前に少なくとも有効電力を制限することで、オーバーシュート量が加算される前の電流値が小さくなっている。（ｂ）系統事故回復Ｔ１直後の系統過電圧が発生する以前の系統不足電圧時に、事前に有効電力と容量性無効電力の最大値を制限することで、系統事故回復Ｔ１直後の制御が追従するより前の変換器交流端子電圧の振幅も抑制され、過変調が軽減される。（ｃ）系統事故回復Ｔ１直後の系統過電圧が発生した場合に、有効電力と容量性無効電力の最大値を制限することで、制御が追従してからも変換器交流端子電圧の振幅が抑制され、過変調が軽減される。

図９では、交流電流振幅最大値Ｉｓｍａｘのピーク値が、過電流保護閾値Ｉｏｃを超過することなく、電力変換器１０は運転を継続している。また、この際、過大な電流によってセルのコンデンサが過充電され、過電圧保護によって運転を停止するリスクも軽減される。このように、系統事故回復時に系統に過渡過電圧が発生すると、電力変換器１０は制御不能（過変調）に至ることがあり、系統事故発生時（不足電圧時）よりも運転継続に重大な影響を及ぼす。したがって、系統事故発生時（不足電圧時）にあらかじめ有効電力や無効電力を制限することで、系統事故回復後、さらに系統の過渡過電圧収束後に、運転停止を防止し、高速に事故発生前の運転状態に回復可能となる。

図９の時刻Ｔ２は、系統過電圧が収束した時点を示す。時刻Ｔ２にて、系統過電圧が収束し、交流系統有効電圧Ｖｓｄが通常範囲に戻り、系統事故検知部２２の状態保持器２２Ｂの保持時間を経過すると、各リミッタの制限値は系統事故発生前の設定に回復し、有効電力、無効電力も再び通常運転時の制御に従って制御される。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、系統事故回復時の系統過渡過電圧によって電流が増加しても事前に電流絶対値を小さくしていることで、電流最大値を抑制できる。これにより、過電流保護停止や過大な電流でセルコンデンサが充電されることによる過電圧保護停止を未然に防止できる。

さらに、実施形態によれば、変換器交流端子電圧の振幅が大きくなる容量性無効電力を制限することで系統過渡過電圧によって過変調(制御不能)に至るリスクを低減できる。系統事故回復時に適切に制御が作用することで、保護停止に至るリスクを軽減できる。

さらに、実施形態によれば、直流電圧マージンを拡大することで、直流電圧制御モード、もしくは直流電流制御モードの運転モードに関わらず、有効電力（直流電流）を制限できる。さらに、直流電圧制御モードの電力変換器は、直流系統を介して接続された直流電流制御モードの電力変換器に指令を与えることなく、通信レスで有効電力を制限できる。

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。

１０…電力変換器、２０…変換器制御部、２１…交流情報算出部、２１Ａ…変換部、２１Ｂ…ＰＩ演算部、２１Ｃ…加算部、２１Ｄ…発振器、２２…系統事故検知部、２２Ａ…比較器、２２Ｂ…状態保持器、２３…指令値制限部、２３Ａ…１／Ｖｄｃ演算部、２３Ｂ…１／Ｖｓ演算部、２３Ｃ、２３Ｄ…リミッタ、２４…コンデンサ電圧一括制御部、２５…直流電流制御部、２６…交流電流制御部、１００…電力変換装置

Claims (8)

1. 交流と直流とを変換可能な電力変換装置であって、
   前記交流側の交流端子電圧を切り替え可能とするスイッチング素子を含む電力変換器と、
   前記スイッチング素子に動作指令を与える変換器制御部と、を備え、
   前記変換器制御部は、前記交流の電圧の絶対値が所定の範囲よりも低下したことを検知した場合に、前記交流の電圧の絶対値の低下を発生させた異常が除去される前までに、前記電力変換器によって出力される有効電力を定格有効電力よりも小さい範囲に制限し、少なくとも前記異常が除去されるまで前記有効電力の制限を継続する、
   電力変換装置。
2. 前記変換器制御部は、
   前記交流の電圧の絶対値が前記所定の範囲よりも上昇したことを検知した場合に、前記電力変換器によって出力される前記有効電力を定格有効電力よりも小さい範囲に制限し、
   前記異常が除去され、前記交流の電圧の絶対値が前記所定の範囲に至るまで前記有効電力の制限を継続する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記変換器制御部は、前記電力変換器の直流端子の直流電流と直流電流指令値との差分に基づく操作量を直流電圧の許容変動幅の上限以下および／または下限以上に制限する直流電圧マージン設定部を備え、
   前記直流端子の直流電圧の指令値は、前記制限された操作量を含み、
   前記有効電力の制限中は、前記直流電圧の許容変動幅の上限および／または下限の絶対値を、前記交流の電圧の絶対値が所定の範囲にある場合よりも大きな値に変更する、
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記変換器制御部は、前記電力変換器の直流端子の直流電流と直流電流指令値との差分に基づく操作量を直流電圧の許容変動幅の上限以下および／または下限以上に制限する直流電圧マージン設定部を備え、
   前記直流端子の直流電圧の指令値は、前記制限された操作量を含み、
   前記有効電力の制限中は、前記直流電圧の許容変動幅の上限および／または下限の絶対値を、前記直流端子を介して接続された他の電力変換器の直流電圧の許容変動幅の上限および／または下限の絶対値よりも大きな値に変更する、
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。
5. 前記変換器制御部は、前記交流の電圧の絶対値が前記所定の範囲よりも低下したことを検知した場合に、前記交流の電圧の絶対値の低下を発生させた異常が除去される前までに、前記電力変換器によって出力される容量性無効電力を定格容量性無効電力よりも小さい範囲に制限し、少なくとも前記異常が除去されるまで前記容量性無効電力の制限を継続する、
   請求項１から４のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記変換器制御部は、前記交流の電圧の絶対値が前記所定の範囲よりも上昇したことを検知した場合に、前記電力変換器によって出力される前記容量性無効電力を定格容量性無効電力よりも小さい範囲に制限し、
   前記異常が除去され、前記交流の電圧の絶対値が前記所定の範囲に至るまで前記容量性無効電力の制限を継続する、
   請求項１から５のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記変換器制御部は、前記交流の電圧の絶対値が前記所定の範囲よりも上昇したことを検知した場合に、前記電力変換器によって出力される前記容量性無効電力をゼロに制限し、
   前記異常が除去され、前記交流の電圧の絶対値が前記所定の範囲に至るまで前記容量性無効電力の制限を継続する、
   請求項１から５のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記電力変換器は、複数の単位変換器が直列接続されたアームユニットを有し、第１の前記アームユニットと、第２の前記アームユニットを直列接続した相ユニットを交流の相ごとに備え、
   第１の前記アームユニットと第２の前記アームユニットとの接続点は、前記交流の相に接続する端子であり、
   第１の前記アームユニットおよび第２の前記アームユニットの各々の一端、もしくは、前記単位変換器の間の任意の位置にインダクタンス要素が挿入され、
   前記相ユニットの両端は直流端子であり、前記単位変換器は、複数のスイッチング素子と、エネルギー蓄積要素と、を含む、
   請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。

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