JP3143067B2

JP3143067B2 - 電力変換器の制御装置

Info

Publication number: JP3143067B2
Application number: JP08198162A
Authority: JP
Inventors: 俊行藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: JPH1051957A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流線路に複数
の電圧形電力変換器（以下電力変換器と記述する）が接
続された直流多端子送電系統の安定性を向上すると共に
電力変換器または系統故障による端子脱落時も残りの端
子で運転を継続することができる電力変換器の制御装置
を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は例えば特開平１−２３８４３０
号公報に開示されている従来の電力変換器の制御装置を
示す構成図である。図１０は直流線路に複数台接続され
た電力変換装置のうち１つの変換器の制御装置を示して
いる。図において、１０は交流から直流または直流から
交流へ電力を変換する電力変換装置、２０は交流系統、
３０は直流系統である。１０１は電圧形の電力変換器、
１０２は交流リアクトル、１０３はコンデンサ、１０４
は電圧検出器、１０５は交流電流検出器、１０６は直流
電圧検出器、１０７は電力検出器、１０８はゲート制御
回路、１１０は直流電圧制御回路、１２０は電力制御回
路である。１１１、１２１は減算器、１１２、１２２は
補償器である。

【０００３】次に動作について説明する。電力検出器１
０７では電圧検出器１０４で検出された各相交流電圧V
u、Vv、Vwと電流検出器１０５で検出された各相交流電
流Iu、Iv、Iwから交流有効電力P=Vu*Iu+Vv*Iv+Vw*Iwを
出力する。ここでの交流有効電力は電力変換器１０１が
交流−直流変換している電力にほぼ等しい。検出された
電力Pは電力制御回路１２０に入力され、減算器１２１
により電力指令値Prefとの電力偏差を演算し、補償器１
２２が電力偏差に応じて電力変換器１０１の電力を調節
する。補償器１２２は例えば比例積分回路がよく用いら
れるがこの限りではない。補償器１２２は電力検出器１
０７により検出された電力Pがその指令値Prefよりも小
さいときは電力変換器１０１で変換する電力を大きく、
逆に電力Pが指令値Prefよりも大きいときは小さくする
ようにして、電力Pと指令値Prefとが一致するように動
作する。

【０００４】一方、直流電圧検出器１０６で検出された
直流電圧Vdは減算器１１１により直流電圧指令Vdrefと
の偏差を演算し、補償器１１２がその偏差に応じて電力
変換器１０１の電力を調節する。電力変換器１０１の電
力は双方向に調節できるので、補償器１１２は直流電圧
が低下した場合には交流から直流への方向の電力を増加
してコンデンサを充電し、直流電圧が上昇した場合には
逆に直流から交流への方向の電力を増加することでコン
デンサを放電して直流電圧Vdがその指令値Vdrefに一致
するように動作する。補償器１１２、１２２ともに電力
変換器１０１の電力を調節するが、それらの出力は選択
器１３０により最小値が選択され、直流電圧制御回路１
１０か、または電力制御回路１２０かのどちらか一方が
動作するように構成されている。

【０００５】ゲート制御回路１０８は電力変換器１０１
の有効電力指令Pac及び無効電力指令Qacに応じて電力変
換器１０１の素子を点弧制御する。図１１は電圧形電力
変換器が交流リアクトルを介して交流電源に接続されて
いる場合の構成図である。このとき、交流電源電圧をV
s、電力変換器の変調度をk、交流リアクトルのリアクタ
ンスをX、電力変換器の交流電圧と交流電源電圧との位
相差をφとすると有効電力、無効電力はそれぞれ P=k*sinφ*Vs²/X (1) Q=(k*cosφ-1)*Vs²/X (2) となることが知られている。ゲート制御回路１０８では
(1)、(2)式に従って、変調度k、位相差φに応じて電力
変換器１０１の素子をオン−オフするタイミングを決定
し、素子を点弧する。この動作により、選択器１３０が
選択した補償器１１２または補償器１２２の出力に応じ
て電力変換器の電力が調節される。(1)、(2)式の関係及
び素子の点弧方式及び電力変換器の構成は例えば、電気
学会半導体電力変換方式調査専門委員会編「半導体電力
変換回路」（１９８７年３月３１日初版発行）の２１６
〜２２０頁に開示されているので詳細は省略する。

【０００６】次に動作について説明する。図１２は従来
例図１０の動作を示す説明図である。横軸は電力変換器
の電力Pで交流から直流へ電力を変換するときを正方向
としている。縦軸は電力変換器の直流電圧Vdである。図
１２のP<Prefの領域における電圧一定の直線の特性は、
電力検出器１０７で検出された電力Pが電力指令Prefよ
りも小さく、補償器１２２の増幅効果によりその出力は
大きな値となり、出力制限値に至る。直流電圧Vdは指令
値Vdref付近にあり補償器１１２は出力制限値の範囲内
の値を出力するので、信号の最小値を選ぶ選択器１３０
では補償器１１２の出力が選択されて直流電圧制御回路
１１０が動作し、電力変換器１０１の直流電圧はVdref
に制御される。電力PがPref付近より大きくなった場
合、補償器１２２は逆に小さな値を出力して選択器１３
０では補償器１２２を選択する。補償器１１２は直流電
圧Vdが直流電圧指令Vdrefよりも小さいので大きな値を
出力し、選択器１３０は補償器１２２の出力を選択して
電力制御回路１２０が動作する。図１２のVd<Vdrefの領
域でPref一定の直線はこの特性を示している。従って、
図１０の従来例では電力と、直流電圧の関係において、
ある領域では直流電圧制御回路が、また、ある領域では
電力制御回路が動作するように構成されている。

【０００７】図１３は３つの電力変換装置が直流系統に
接続された場合の従来例の構成図である。ここで、１
１、１２は電力変換装置であり、電力変換装置１０と同
様の構成である。２０１、２１１、２２１は交流電源で
あり、それぞれ交流系統２０、２１、２２を介して電力
変換装置１０、１１、１２に接続されている。図１４は
図１２と同様に、このときの動作を示す説明図である。
実線ａは電力変換装置１０、破線ｂは電力変換装置１
１、一点鎖線ｃは電力変換装置１２の特性を示してい
る。ここでは、電力変換装置１０、１１、１２の直流電
圧指令Vdref1、Vdref2、Vdref3がVdref1＞Vdref2＞Vdre
f3となるように設定され、電力指令Pref1、Pref2、Pref
3は交流から直流の変換される電力で、Pref1＜Pref2＜P
ref3となるように設定されている。

【０００８】図１３に示されているように３つの電力変
換装置は直流線路で接続されており、電力の総和が零に
なるよう動作しなければならない。例えば、直流電圧が
Vdref1付近にあるとすると、電力変換装置１１、１２で
は電圧を低下させようと動作し、交流から直流への電力
を小さくする。これにより、直流電圧は低下し、電力変
換装置１０は電力制御回路１２０が動作するようにな
る。同様に、直流電圧がVdref2付近にあるとすると、今
度は電力変換装置１２が交流から直流への電力を低下さ
せて、直流電圧を下げるように動作し、電力変換装置１
１が電力制御回路１２０で動作するようになる。このよ
うに、図１３の構成で図１４の特性を持つ場合、電力変
換装置１２が直流電圧をVdref3に保つように動作し、残
りの電力変換装置１０、１１はそれぞれの電力指令Pref
1、Pref2を保つように電力制御回路１２０が動作する。
従って、電力変換装置１０、１１は交流から直流へ電力
を変換し、電力変換装置１２では電力変換装置１０、１
１の電力の総和(Pref1+Pref2)と等しい電力を直流から
交流へ変換する。電力変換装置１０、１１、１２の動作
点は図１４において、それぞれa'、b'、c'である。

【０００９】図１３の構成で図１４の特性のとき、電力
変換装置１２が停止したとすると、直流から交流への変
換ができなくなるため、直流電圧が上昇して電力変換装
置１１が直流電圧をVdref2に保つように動作する。この
とき、電力変換装置１０、１１の動作点はそれぞれ、
a"、b"である。電力変換装置１０は電力制御回路１２０
が動作し、電力変換装置１１は直流電圧制御回路１１０
が動作して電力変換装置１０の電力Pref1に等しい電力
を直流から交流へ変換して運転を継続する。

【００１０】このように従来は直流系統に複数の電力変
換装置が接続されたときに、ある一つの電力変換装置は
直流電圧制御回路が動作し、残りの電力変換装置は電力
制御回路が動作する。このとき、直流から交流へ電力を
変換している電力変換装置が電力制御回路で動作してい
る場合を考える。直流系統の電圧が低下すると、電力を
一定に保つためにさらに直流電圧を低下する方向に電流
を流し、逆に直流系統の電圧が上昇すると、さらに直流
電圧を上昇させるように動作する。図１５にこの動作を
説明する回路図を示す。図で電力変換装置Ａ、Ｂ、Ｃの
うち、Ｂは直流電圧制御回路が動作して電圧源となり、
Ａ、Ｃは電力制御回路が動作して電流源となる。電力変
換装置Aの電力P<0が一定とすると、その直流電流はP/Vd
である。

【００１１】直流系統の電圧Edが電力変換装置Ｃの停止
などで低下したとすると、電力変換装置Ｂはそれを補う
ように電力を調節して電圧を一定に保つように動作する
が、電力変換装置Ａでは直流電圧の低下に対してさらに
コンデンサを放電する方向（P<0なので直流から交流の
方向）へ電流を流すように動作するため、電力変換装置
Ｂはコンデンサの充電電流を供給しなければならない。
しかし、直流線路が長い場合などは電力変換装置Ｂは電
力変換装置Ａのコンデンサ電圧とは異なる電圧（Ｂのコ
ンデンサ電圧）で調節することになり、直流電圧の制御
性能が劣化する、即ち、過渡特性が悪化する場合があ
る。特に、直流線路のインダクタンス成分と各電力変換
装置のコンデンサによる共振が生じ位相遅れが大きくな
りやすくダンピングの悪い電圧制御特性を持つ場合があ
る。この現象は直流線路の距離が長くなるに従い、充電
が必要なコンデンサの電圧と直流電圧制御回路が調節し
ている電圧との差が大きくなりこの制御系の安定性が損
なわれる。また、コンデンサの容量が小さくなるにつれ
て放電時間が短くなるため、それに応じて直流電圧制御
回路が充電電流を供給しなければならないが、さらに充
電が必要なコンデンサの電圧と直流電圧制御回路が調節
している電圧との差が大きくなり同様に制御特性が悪化
し安定性が低下する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換器の制
御装置は以上のように構成されているので、複数の電力
変換装置のうち１つが直流電圧を制御し、残りの電力変
換装置がそれぞれの電力を制御する。このため、直流系
統から交流系統へ電力を変換している電力変換装置で
は、直流系統の電圧が低下すると、さらに直流電圧を低
下するように電流を流し、逆に直流系統の電圧が上昇す
ると、さらに直流電圧を上昇させるように動作する。こ
の結果、直流線路の長距離化、電力変換器のコンデンサ
容量の低減に伴い、直流電圧制御特性が劣化し、特に直
流系統の共振による直流電圧の振動を十分に抑制するこ
とができず、交流系統に対しても悪影響を及ぼすという
問題点があった。

【００１３】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、たとえ、直流線路が長距離化等
しても、これに接続された複数の電力変換装置の制御特
性を改善して安定に電力を授受できるようにするととも
に、ある電力制御装置が停止しても残りの電力制御装置
で運転を継続できる電力変換器の制御装置を得ることを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る電力変換
器の制御装置は、一端が共通の直流線路に接続され他端
に接続される交流線路と上記直流線路との間で電力を変
換し相互に電力の授受を行う複数の電力変換器の各々
に、上記電力変換器の直流電圧を検出する直流電圧検出
器、上記電力変換器が変換している電力を検出する電力
検出器、電力指令と上記電力検出器の検出値とに基づい
て上記電力変換器の直流電圧指令を出力する電力制御回
路、上記直流電圧指令と上記直流電圧検出器の検出値と
に基づいて上記電力変換器の有効電力指令を出力する直
流電圧制御回路、および上記有効電力指令に基づいて上
記電力変換器のスイッチング素子を点弧制御するゲート
制御回路を備えたものである。

【００１５】また、請求項２に係る電力変換器の制御装
置は、一端が共通の直流線路に接続され他端に接続され
る交流線路と上記直流線路との間で電力を変換し相互に
電力の授受を行う複数の電力変換器の各々に、上記電力
変換器の直流電圧を検出する直流電圧検出器、上記電力
変換器が変換している電力を検出する電力検出器、電力
指令と上記電力検出器の検出値とに基づいて上記電力変
換器の直流電圧指令を出力する電力制御回路、上記直流
電圧指令と上記直流電圧検出器の検出値と上記電力指令
とに基づいて上記電力変換器の有効電力指令を出力する
直流電圧制御回路、および上記有効電力指令に基づいて
上記電力変換器のスイッチング素子を点弧制御するゲー
ト制御回路を備えたものである。

【００１６】また、請求項３に係る電力変換器の制御装
置は、請求項１または２において、その電力制御回路
に、各電力変換器で互いに異なる出力制限値を設定した
ものである。

【００１７】また、請求項４に係る電力変換器の制御装
置は、請求項３において、その各電力変換器の電力制御
回路における出力制限値の上限値の最小値が、上記出力
制限値の下限値の最大値より小さくならないようにした
ものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１における
電力変換器の制御装置を示す構成図であり、図におい
て、従来のものと同一符号は同一または相当部分を示す
ので個々の説明は省略する。

【００１９】電力制御回路１２０では電力指令Prefと電
力検出器１０７で検出された電力Pとの偏差を減算器１
２１により演算し、補償器１２２に入力する。補償器１
２２には出力リミッタが構成されており、上限値がVdma
x、下限値がVdminに設定される。補償器１２２の出力は
電力変換器１０１の直流電圧指令として直流電圧制御回
路１１０に送られ電力指令Prefと電力検出値Pとが一致
するように動作する。次に、直流電圧制御回路１１０で
は補償器１２２の出力と直流電圧検出器１０６により検
出された直流電圧Vdとの偏差を減算器１１１により演算
し、その偏差は補償器１１２で増幅されて有効電力指令
Pacとしてゲート制御回路１０８に送られ、直流電圧指
令Vdrefと直流電圧Vdとが一致するように動作する。な
お、補償器１２２、１１２には比例積分補償器がよく用
いられるがこのかぎりではない。

【００２０】次に動作について説明する。図２はこの動
作を示す等価回路である。電力変換器が交流から直流へ
電力Pを送電しているとすると、直流系統の電圧Edと直
流電流IdとからP=Ed*Idの関係がある。また、直流線路
のインピーダンスのために定常的にはVd-Ed=Rd*Idであ
るから電力は P=(Vd-Ed)*Ed/Rd （３）となる。即ち、交流から直流へ変換する電力を大きくす
るには変換器の直流電圧（コンデンサ電圧にほぼ等し
い）をＶｄ＞Ｅｄとして、その大きさを増加すればよ
い。逆に直流から交流へ電力を変換するときにはVd<Ed
とすればよく、(3)式よりP<0となることがわかる。補償
器１２２は電力指令Prefと電力検出値Pとを比較して、
電力指令Prefよりも電力検出値Pが小さいときは直流電
圧を大きくするように、逆に大きいときは直流電圧を小
さくするような直流電圧指令を直流電圧制御回路１１０
に送る。この動作により、補償器１２２が出力制限内の
信号を出力するかぎり電力Pは電力指令Prefに一致する
ように調節される。補償器１２２が出力制限を越える信
号を出力をしようとすると、上限値Vdmaxまたは下限値V
dminに制限されて電力変換器の直流電圧を一定に保つよ
うに動作する。特に、Vdmax=Vdminのときにはその電力
変換装置は電圧を常に一定に保つよう動作する。

【００２１】次に、変換器の直流電圧を調節する動作を
説明する。電力変換器１０１の交流有効電力と直流電力
はほぼ等しい（一般に電力変換器はロスが小さくこの仮
定は妥当である）ので、電力変換器１０１からコンデン
サ１０３へ流れる電流はPac/Vdとなる。従って、Pacを
正の方向で増加すればコンデンサへは充電電流が流れ電
圧が上昇する、逆にPacを負の方向に増加すればコンデ
ンサは放電して電圧が低下する。補償器１１２では、直
流電圧指令に従って、検出した直流電圧Vdがその指令値
Vdrefよりも小さいときは変換器の電力Pacを大きくする
ように、また、逆に大きいときはPacを小さくするよう
に動作してVdがVdrefに一致するように動作する。

【００２２】図３に図２の等価ブロック線図を示す。図
３（ａ）は電力変換器の電力Pacから直流線路の電流Id
までのブロック線図である。Pacは電力変換器の交流側
の入力電力であり、交流から直流へ変換（順変換動作）
するときは正、直流から交流へ変換（逆変換動作）する
ときは負の値を持つ。電力変換器のロスを無視すると変
換器の交流側と直流側との電力が等しいので、電力変換
器の直流電流はIc=Pac/Vdの関係がある（図３（ａ）の
割り算ブロック）。ブロック1/Csは変換器の直流電流Ic
と直流線路の電流Idとの差でコンデンサが充放電されて
その電圧Vdが変化することを表している。その次のブロ
ック1/Lds、Rdはコンデンサの電圧Vdと他の端子の電圧E
dとの差が直流線路のインダクタンスと抵抗とに印加さ
れて直流電流Idが流れることを表している。

【００２３】図３（ａ）の安定性を評価するために割り
算をテーラー展開を用いて動作点近傍で線形化すると図
３（ｂ）となる。ただし、動作点を（Vd0、Ic0、Id0、E
d0、Pac0）、微小変化分を（ΔVd、ΔIc、ΔId、ΔEd、
ΔPac）としてVd=Vd0+ΔVd、Ic=Ic0+ΔIc、Id=Id0+ΔI
d、Ed=Ed0+ΔEd、Pac=Pac0+ΔPacである。図３（ｂ）か
らわかるように、コンデンサ電圧ΔVdからコンデンサの
電流（1/Csブロックの入力）へIc0/Vd0を係数とするル
ープが存在する。電力変換器のロスを無視した条件では
Ic0=Pac0/Vd0なので、Ic0/Vd0=Pac0/(Vd0*Vd0)の関係が
ある。従って、この係数は電力変換器が変換する電力の
方向で符号が変わり、順変換動作ときは正の値、逆に逆
変換動作のときは負の値を持つ。例えば、直流電圧が正
Vd0>0で変換器が逆変換動作のとき(Ic0/Vd0)<0である。
変換器の直流電圧（コンデンサ電圧に等しい）が低下す
ると変化が負でΔVd<0となるので(Ic0/Vd0)*ΔVd>0とな
ってコンデンサ電流を低下するように働き、さらに電圧
を低下させる。反対に電圧が上昇するとΔVd>0であるか
ら、(Ic0/Vd0)*ΔVd<0でありコンデンサ電流を大きくす
るように働き、さらに電圧を上昇させる。つまり、変換
器が逆変換動作のときには系の中に正帰還が存在すると
いうことであり、これをどのように補償するかによって
図２の系の安定性が決定されるということになる。

【００２４】既述した図１０の従来例の場合、電力制御
回路１２０が動作しているときにはこの系に対して補償
器１２２Gp(s)が図３（ｃ）のように構成されることと
等価である。他の端子ではEdが一定になるように直流電
圧制御回路１１０が動作する。電力制御回路１２０は正
帰還となり得るループとは独立に構成されるため、系の
安定性には関与しない。従って、系の安定化に寄与する
のは他の端子の直流電圧制御回路１１０である。しか
し、他の端子の直流電圧制御回路１１０は自端の電圧
（図３ではEd）を検出してそれを調節するように動作し
ているだけである。このため、ΔVdの変化が直流線路電
流ΔIdを変化させ、さらに他の端子の電圧が変化してか
らそのΔEdの変化を抑制するように直流電圧制御回路１
１０が働くという過程が必要であり動作が遅れる。逆に
他の端子の直流電圧制御回路１１０が働きその端子のコ
ンデンサを充放電しても、直流線路電流が変化してから
ΔVdが変化するというように遅れが生じる。特に直流線
路が長くなり、インダクタンスLdが大きくなると遅れが
顕著になる。このように、従来例では正帰還ループの補
償は間接的に行われるため、十分な安定性を確保するこ
とが難しい。

【００２５】これに対して、図１の例によるブロック線
図は図３（ｄ）である。電力を一定に調節する端子であ
っても、直流電圧制御回路１１０が構成されて電圧Vdを
指令値に一致するように動作する。また、電力制御回路
１２０は電力が一定になるよう直流電圧Vdを調節するよ
う構成されている。定常状態では電圧指令Vd^*が一定な
のでΔVd^*=0となる。このとき電圧Vdが低下したとする
とΔVd<0だからΔVd^*-ΔVd>0であり、補償器１１２Gv
(s)で増幅されてΔIc>0の電流を流すように動作してコ
ンデンサを充電する。これにより、逆変換動作のときに
ΔVdから(Ic0/Vd0)を介して帰還して放電する正帰還ル
ープの電流を直接補償することができる。電圧Vdが上昇
した場合はΔVd^*-ΔVd<0でありΔIcは放電するように流
れ、同様に正帰還ループの電流を直接補償することがで
きる。従って、図１のように構成すれば、正帰還ループ
を直接補償することができるので系の安定性を確保する
ことができる。なお、実際には補償器１１２Gv(s)がΔP
ac>0とすると、電力制御回路１２０の補償器１２２Gp
(s)がΔVd^*<0となるように動作するが、電圧制御の応答
を電力制御の応答よりも速くするように補償器１１２Gv
(s)の増幅率を高くすれば直流電圧制御回路１１０が優
先して動作するので問題がない。

【００２６】図４にこの実施の形態１による動作特性の
一例を示す。横軸が電力、縦軸が直流電圧である。補償
器１２２の出力制限内では電力制御回路１２０が動作す
るのでVdmax＞Vd＞Vdminの範囲は電力がPref一定の特性
となる。それ以外では直流電圧制御回路１１０が動作す
るので、補償器１２２がVdmaxで制限されているときはP
<Prefの範囲、Vdminで制限されているときはP>Prefの範
囲の直流電圧一定の特性となる。

【００２７】図５は図１３の構成に対するこの実施の形
態１の特性の一例を示す図である。ここでは、電力変換
装置１０、１１、１２の補償器１２２の上限値をそれぞ
れ、Vdmax1、Vdmax2、Vdmax3、下限値をそれぞれ、Vdmi
n1、Vdmin2、Vdmin3としている。さらに、図５の特性で
は、Vdmax1＞Vdmax2＞Vdmax3＝Vdmin3＞Vdmin2＞Vdmin1
の関係で設定している。各電力変換装置の補償器１２２
の上限値の最小値Vdmax3と下限値の最大値Vdmin3を等し
く設定することで、電力変換装置１２は常に電圧を一定
に保つように動作する。図５（ａ）はすべての電力変換
装置が動作している場合の特性である。実線a、破線b、
一点鎖線cがそれぞれ電力変換器１０、１１、１２の特
性である。電力変換装置１２が直流電圧をVdmax3一定に
制御し、電力変換装置１０は電力Pref1一定、１１は電
力Pref2一定に制御する。動作点はそれぞれの電力変換
装置でa'、b'、c'である。電力変換装置１２では他の電
力変換装置の電力の総和を逆方向に変換するので、その
電力は（-Pref1-Pref2）である。

【００２８】動作点a'、b'、c'を確実に確保するために
は図５のようにVdmax1、Vdmax2、Vdmax3を異なる値に設
定する必要がある。例えば、Vdmax1=Vdmax3と設定する
と、電力変換装置１０は電力Pをその指令値Prefにしよ
うとして電圧指令を大きくしてもVdmax1以上にはなら
ず、直流電圧Vdが電力変換装置１２でVdmax3に制御され
ているので電力変換装置１１の電圧制御回路はVdref=Vd
となって電力が変化せず電力指令値に一致しない。ま
た、図５のように電力変換装置１０が電力変換装置１２
へ電力を送る場合、直流線路のインピーダンスにより電
力変換装置１０の直流電圧を電力変換装置１２の電圧よ
りも高くしないと電流が流れないので、Vdmax1=Vdmax3
とすると電力を送ることができない。電力変換装置１０
が電力を受電する方向の場合は、電力変換装置１０と１
２との関係だけを考えると電力変換装置１０の定常直流
電圧Vd1はVdmax3より小さいので動作点が定まる。しか
し、残りの端子が電力変換装置１２へ電力変換装置１０
の受電電力以上の電力を送電すると直流線路の接続点の
電位が上昇し動作点が定まらなくなるので、確実に動作
点を確保するためにはVdmax1とVdmax3とは異なる値に設
定する必要がある。

【００２９】図５（ｂ）は電力変換装置１２が停止し、
電力変換装置１０と１１とで運転した場合の特性であ
る。電力を直流から交流へ変換していた電力変換装置が
停止したために、交流から直流への電力が増加して直流
電圧が上昇する。この後、電力変換装置１１では直流電
圧制御回路１１０が電圧を低下するよう（上昇を抑制す
るよう）に動作するため、電力変換器の電力が低下す
る。電力制御回路１２０ではその低下分を補うように動
作して電圧指令値を大きくするが出力制限Vdmax2に抑え
られて、結局、電力変換装置１１は直流電圧制御回路１
１０が動作して直流電圧をVdmax2一定にするような電力
を変換する。電力変換装置１０でも同様の動きをする
が、電力制御回路１２０の出力制限値Vdmax1がVdmax2よ
りも大きいために電力制御回路１２０の作用でPref1一
定にするように動作する。従って、電力変換装置１１で
は、電力変換装置１０が交流から直流へ変換している電
力を逆に直流から交流へ変換するように動作する。動作
点はそれぞれa"、b"であり、運転が継続される。このと
きも、少なくとも一つの動作点が存在するようにVdmax2
とVdmax1とを異なる値に設定している。

【００３０】図５（ｃ）は電力変換装置１１が停止し、
電力変換装置１０と１２とで運転した場合の特性であ
る。この場合は交流から直流へ電力を変換している電力
変換装置が停止したために、直流電圧は低下する方向へ
動くが、電力変換装置１２の直流電圧制御回路１１０が
直流から交流へ変換している電力を小さくして電圧をVd
max3一定に保つように動作する。電力変換装置１０は電
力を増加するように操作しようとするが、電力制御回路
１２０が作用してPref1一定になるように動作する。こ
のときの動作点はa"（=a'）、c"である。電力変換装置
１０が停止したときも同様に電力変換装置１２は直流電
圧を一定に保つように動作する。このときの特性は図５
（ｄ）であり、動作点はb"（=b'）、c"となって運転が
継続される。

【００３１】図５の例では電力変換装置が停止したとき
の新たな直流電圧値はVdmax3（=Vdmin3）とVdmax2とで
あるが、例えば、電力変換装置１１の潮流が反転してPr
ef2＜-abs(Pref1)と設定値が変化すると、図５（ｂ）に
おいてVdmin2が直流電圧値となる。このときも、Vdmin1
とVdmin2とを異なる値に設定しているので動作点が確立
する。また、一つの電力変換装置だけを残して他が停止
した場合には、その電力変換装置の特性図のP=0の電圧
に制御されるが、図４でPref<0ではVdmin、Pref>0ではV
dmaxがその電圧値となる。残りの電力変換装置が復帰す
るときも直流電圧が確立されていれば直ちに復帰するこ
とができ、送電停止時間を短縮することができる。

【００３２】図６は図１の形態例の他の特性例を示す図
である。ここでは、電力変換装置１０、１１、１２の電
力制御回路１２０の補償器１２２の上限値がそれぞれVd
max1＞Vdmax2＞Vdmax3、下限値がそれぞれVdmin1＞Vdmi
n2＞Vdmin3、及びVdmax3＞Vdmin1の関係で設定されてい
る。実線a、破線b、一点鎖線cがそれぞれ電力変換装置
１０、１１、１２の特性である。この場合は各電力変換
装置の補償器１２２の上限の最小値Vdmax3を下限値の最
大値Vdmin1よりも大きく設定する必要がある。即ち、Vd
max3＜Vdmin1のように設定すると電力変換装置１０と１
２との特性図での動作点が存在しなくなるため電力変換
装置１１が停止したときに動作点を確保することができ
ない。一般に、補償器１２２の上限値の最小値が下限値
の最大値よりも小さいと、上限値の最小値を持つ電力変
換装置と下限値の最大値を持つ電力変換装置の二つで運
転できる動作点が存在せず運転を続けることができなく
なる。図６の特性例の場合の電力変換器が停止したとき
の動作は図５の場合と同様に、各電力変換装置の補償器
１２２の制限値を異なるように設定しており、かつ、そ
の上限値の最小値が下限値の最大値より大きく設定され
ているので、残りの電力変換装置で新たな動作点が確保
されて運転が継続される。

【００３３】以上より、この実施の形態１によれば、直
流線路に接続された複数の電力変換装置でそれぞれ直流
電圧が一定になるように直流電圧制御回路が動作してお
り、直流から交流へ変換している電力変換装置の特性に
起因する不安定性を抑制して安定に電力を送電すること
ができる。さらに、電力制御回路の出力制限値を各電力
変換装置で異なる値を設定しているので、ある電力変換
装置が停止しても残りの電力変換装置で運転を継続する
ことができる。

【００３４】実施の形態２．上記実施の形態１では、電
力変換器の電力として交流側の端子で有効電力を検出す
るように構成していたが、図７に示ように変換器の直流
側の電力を検出するように構成してもよく、上記実施の
形態１と同様の効果が得られる。電力検出器１０７では
直流電圧Vdと直流電流検出器１０９により検出された直
流電流IdからP=Vd*Idとして電力を検出する。図７の構
成でも実施の形態１と同様に、直流から交流へ変換して
いる電力変換装置の特性に起因する不安定性を抑制して
安定に電力を送電することができる。さらに、電力制御
回路の出力制限値を各電力変換装置で異なる値を設定し
ているので、ある電力変換装置が停止しても残りの電力
変換装置で運転を継続することができる。

【００３５】実施の形態３．図８はこの発明の実施の形
態３における電力変換器の制御装置の構成を示す構成図
である。図において、従来及び実施の形態１のものと同
一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略す
る。１１３は電力指令Prefを入力として電力変換器１０
１の電力Pacを出力する補償器、１１４は補償器１１２
の出力と補償器１１３の出力とを加算する加算器であ
る。補償器１１３はゲインまたは低域通過形の周波数特
性を持つ伝達関数のものがよく用いられるが、この限り
ではない。

【００３６】次に動作について説明する。補償器１１３
以外は実施の形態１の動作と同様であるので省略する。
実施の形態１によれば電力制御回路１２０は直流電圧指
令を調節して電力指令Prefと検出電力Pとが一致するよ
うに動作し、直流電圧制御回路１１０はその直流電圧指
令に応じて直流電圧の検出値Vdが指令値Vdrefに一致す
るように電力変換器１０１の電力を調節する。定常的に
は電力変換器１０１で変換される電力Pacと検出された
電力Pとはほぼ等しく、直流電圧制御回路１１０の補償
器１１２が出力する値も電力指令Prefにほぼ等しい。従
って、あらかじめ電力指令を補償器１１３を介して直接
電力変換器１０１の電力Pacへ直接送ることにより直流
電圧制御回路１１０の補償器１１２の動作を補助し、電
力指令の変化に対する応答を高めることができる。補償
器１１３は例えば一定のゲインで構成すればよい。また
は、電力指令の急峻な変化に対して、所定の遅れを持つ
ような低域通過形の伝達関数で構成することで、交流、
及び直流系統に与える影響を抑えることができるように
構成することができる。または、電力指令が変化したと
きだけ動作するように高域通過形または帯域通過形の伝
達関数で構成するようにしても同様の効果がある。

【００３７】以上により、この実施の形態３によれば、
実施の形態１の効果に加えて電力指令の変化に対する応
答を速くすることができる。

【００３８】実施の形態４．図９は実施の形態３の変形
例を示す構成図である。図において、先の実施の形態の
ものと同一符号は同一または相当部分を示すので説明を
省略する。電力変換器の電力をその直流側で検出してい
る以外は実施の形態３と同様であり、その動作も実施の
形態３と同様である。実施の形態３と同様に実施の形態
２の効果に加えて電力指令の変化に対する応答を速くす
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る電力変換
器の制御装置においては、一端が共通の直流線路に接続
され他端に接続される交流線路と上記直流線路との間で
電力を変換し相互に電力の授受を行う複数の電力変換器
の各々に、上記電力変換器の直流電圧を検出する直流電
圧検出器、上記電力変換器が変換している電力を検出す
る電力検出器、電力指令と上記電力検出器の検出値とに
基づいて上記電力変換器の直流電圧指令を出力する電力
制御回路、上記直流電圧指令と上記直流電圧検出器の検
出値とに基づいて上記電力変換器の有効電力指令を出力
する直流電圧制御回路、および上記有効電力指令に基づ
いて上記電力変換器のスイッチング素子を点弧制御する
ゲート制御回路を備えたので、直流から交流への変換
（逆変換）動作時に制御系で生じる正帰還ループの電流
が直接補償され、系の安定性が確保される。

【００４０】また、請求項２に係る電力変換器の制御装
置においては、一端が共通の直流線路に接続され他端に
接続される交流線路と上記直流線路との間で電力を変換
し相互に電力の授受を行う複数の電力変換器の各々に、
上記電力変換器の直流電圧を検出する直流電圧検出器、
上記電力変換器が変換している電力を検出する電力検出
器、電力指令と上記電力検出器の検出値とに基づいて上
記電力変換器の直流電圧指令を出力する電力制御回路、
上記直流電圧指令と上記直流電圧検出器の検出値と上記
電力指令とに基づいて上記電力変換器の有効電力指令を
出力する直流電圧制御回路、および上記有効電力指令に
基づいて上記電力変換器のスイッチング素子を点弧制御
するゲート制御回路を備えたので、請求項１の場合の効
果に加えて、電力指令の変化に対する応答が速くなる。

【００４１】また、請求項３に係る電力変換器の制御装
置においては、その電力制御回路に、各電力変換器で互
いに異なる出力制限値を設定したので、各電力変換器の
動作点が確保され、安定した変換電力の分担がなされ
る。

【００４２】また、請求項４に係る電力変換器の制御装
置においては、その各電力変換器の電力制御回路におけ
る出力制限値の上限値の最小値が、上記出力制限値の下
限値の最大値より小さくならないようにしたので、いず
れの電力変換器が停止した場合においても、残りの各電
力変換器の動作点が確保され、安定した変換電力の分担
がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における電力変換器
の制御装置を示す構成図である。

【図２】実施の形態１の動作を説明する等価回路図で
ある。

【図３】実施の形態１の動作を説明する等価ブロック
線図である。

【図４】実施の形態１の特性の一例を示す説明図であ
る。

【図５】実施の形態１の特性の一例を示す説明図であ
る。

【図６】実施の形態１の特性の一例を示す説明図であ
る。

【図７】この発明の実施の形態２における電力変換器
の制御装置を示す構成図である。

【図８】この発明の実施の形態３における電力変換器
の制御装置を示す構成図である。

【図９】この発明の実施の形態４における電力変換器
の制御装置を示す構成図である。

【図１０】従来の電力変換器の制御装置を示す構成図
である。

【図１１】従来の電力変換器の制御装置の動作を示す
説明図である。

【図１２】従来の電力変換器の制御装置の特性を示す
説明図である。

【図１３】複数の電力変換装置が構成されたときの例
を示す構成図である。

【図１４】従来の電力変換器の制御装置の特性を示す
説明図である。

【図１５】従来の電力変換器の制御装置の動作を示す
説明図である。

【符号の説明】

１０，１１，１２電力変換装置、２０交流系統、３
０直流系統、１０１電力変換器、１０６直流電圧
検出器、１０７電力検出器、１０８ゲート制御回
路、１１０直流電圧制御回路、１２０電力制御回
路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が共通の直流線路に接続され他端に
接続される交流線路と上記直流線路との間で電力を変換
し相互に電力の授受を行う複数の電力変換器の各々に、
上記電力変換器の直流電圧を検出する直流電圧検出器、
上記電力変換器が変換している電力を検出する電力検出
器、電力指令と上記電力検出器の検出値とに基づいて上
記電力変換器の直流電圧指令を出力する電力制御回路、
上記直流電圧指令と上記直流電圧検出器の検出値とに基
づいて上記電力変換器の有効電力指令を出力する直流電
圧制御回路、および上記有効電力指令に基づいて上記電
力変換器のスイッチング素子を点弧制御するゲート制御
回路を備えた電力変換器の制御装置。
【請求項２】一端が共通の直流線路に接続され他端に
接続される交流線路と上記直流線路との間で電力を変換
し相互に電力の授受を行う複数の電力変換器の各々に、
上記電力変換器の直流電圧を検出する直流電圧検出器、
上記電力変換器が変換している電力を検出する電力検出
器、電力指令と上記電力検出器の検出値とに基づいて上
記電力変換器の直流電圧指令を出力する電力制御回路、
上記直流電圧指令と上記直流電圧検出器の検出値と上記
電力指令とに基づいて上記電力変換器の有効電力指令を
出力する直流電圧制御回路、および上記有効電力指令に
基づいて上記電力変換器のスイッチング素子を点弧制御
するゲート制御回路を備えた電力変換器の制御装置。
【請求項３】電力制御回路に、各電力変換器で互いに
異なる出力制限値を設定したことを特徴とする請求項１
または２記載の電力変換器の制御装置。
【請求項４】各電力変換器の電力制御回路における出
力制限値の上限値の最小値が、上記出力制限値の下限値
の最大値より小さくならないようにしたことを特徴とす
る請求項３記載の電力変換器の制御装置。