JP4673428B2 - Ｈｖｄｃシステム及びｈｖｄｃシステムの電圧源変換器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は高電圧直流（ＨＶＤＣ）システムの電圧源変換器を制御する方法と、ＨＶＤＣシステムに関する。

ＨＶＤＣシステムはそれぞれが第１の交流（ＡＣ）ネットワークから第２のＡＣネットワークへ電力を送るための電圧源変換器（ＶＳＣ）を含んでいる第１及び第２の変換器ステーションを具備している。

電圧源変換器（ＶＳＣ）は高電圧直流（ＨＶＤＣ）システムでだけでなく例えば静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）として使用される。ＨＶＤＣ応用では、電圧源変換器は直流（ＤＣ）リンクとＡＣネットワークとの間に接続されており、静止型無効電力補償装置としての応用では、電圧源変換器は直流電圧源とＡＣネットワークとの間に接続されている。これらの両者の応用では、電圧源変換器はＡＣネットワークと同じ周波数のＡＣ電圧を発生することができなければならない。変換器を通る無効および有効な電力流はＡＣネットワークの電圧に関連して電圧源変換器により発生されたＡＣ電圧の振幅及び位相位置をそれぞれ変調することにより制御される。

特に、直列接続されたトランジスタ（ＩＧＢＴ）を備えた電圧源変換器は、比較的高い電圧でこのタイプの変換器を使用することを可能にする。パルス幅変調（ＰＷＭ）は発生されたＡＣ電圧の制御に使用され、電圧の非常に高速度の制御を可能にする。

本願で参考文献とされている米国特許第6400585号明細書から、ＨＶＤＣシステムにおける変換器ステーションの電圧制御のための制御システムが従来知られている。この制御システムの目的は異常な電圧条件でも安全な動作限度内に直流リンクの電圧を維持することである。

既知のＨＶＤＣシステムはそれぞれがＤＣリンクとそのＤＣリンクの各側のＡＣネットワークとの間に接続されている電圧源変換器を有する第１及び第２の変換器ステーションを具備している。変換器ステーションの電流制御システムはＡＣネットワークのバス電圧と電圧源変換器のブリッジ電圧との間で位相変位を行うことによりＤＣリンクとＡＣネットワーク間で有効な電力流を制御する手段を有する。用語「バス電圧」と「ブリッジ電圧」についてはさらに以下説明する。制御システムはＤＣリンクにおける異常な電圧状態の発生に応答して位相変更命令信号を発生する手段と、前記位相変更命令信号に応答してブリッジ電圧の位相位置に影響を与える手段とを具備し、それによってブリッジ電圧とバス電圧との間の位相変位はＤＣリンクからＡＣネットワークへの有効電力流を生じる。位相ロックループ手段（ＰＬＬ）はＡＣネットワークのバス電圧の位相位置と同期して変換器ステーションの制御システムが動作することを確実にする。

ＤＣリンクへの有効な電力流は平衡されなければならない。このことはリンクを出る有効電力がリンクにより受入れられる電力に等しくなければならないことを意味している。任意の差はＤＣ電圧を迅速に増加または減少させる可能性がある。この電力平衡を得るために変換器ステーションの１つはＤＣ電圧を制御する。他の変換器ステーションはしたがってＤＣ電流を制御することによりＤＣリンクの有効電力流を制御できる。共通して、上流の変換器ステーションはＤＣ電圧を制御し、一方下流の変換器は有効電力流を制御する。
Qahraman等による“An electromagnetic transient simulation model for voltage sourced converter based HVDC transmission”（Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering、カナダのオンタリオ州ナイアガラフォールズ市、2004年5月2-5日、vol.2、1063-1066頁、ISBN:0-7803-8253-6）から電圧源変換器の有効および無効電圧が知られており、ここでは比例積分制御装置は電圧基準の大きさ及び位相をそれぞれ内部ＰＷＭ制御装置に対して発生するために有効及び無効電力エラーに作用する。

ＡＣネットワークまたはＡＣグリッドにおける広域の停電後の電力の回復は困難な可能性がある。複数の発電所はオンラインで回復される必要がある。通常、これは残りのグリッドからの電力の補助により行われる。グリッド電力がない場合、いわゆるブラックスタートが電力グリッドを動作するためのブートストラップを行うようにする必要がある。

ブラックスタートを行うため、幾つかの発電所には典型的に数メガワットの容量の大きい発電機を起動させるために使用される小さいディーゼル発電機が取付けられており、その結果、主発電所の発電機が起動される。蒸気タービンを使用する発電所はボイラー給水ポンプ、ボイラー強制通風燃焼用送風機、燃料調整のためにその１０％の容量まで発電所の常用出力を必要とする。しかしながら、各発電所でこのような大きい予備容量を提供することは不経済であり、したがってブラックスタート電力が他の発電所から送電ネットワークによって与えられなければならない。

実際のシナリオに基づいた典型的なブラックスタートシーケンスを以下示す。
・バッテリーは水力発電所に設置された小さいディーゼル発電機をスタートする。
・ディーゼル発電機からの電力は水力発電所を動作させるために使用される。
・水力発電所と他の領域との間の重要な送電線が付勢される。
・水力発電ダムからの電力は石炭火力発電のベース負荷発電所の１つを始動するために使用される。
・ベース負荷発電所からの電力は原子力発電所を含めたシステム中の他の発電所の全てを再スタートするために使用される。
・電力は最後に通常の配電ネットワークへ再度供給され、消費者へ送られる。

停電後に電力を回復することは容易なプロセスではない。回復プロセス中にシステムが弱く脆弱であるとき小さい妨害が継続して発生し、グリッドは種々の弱いネットワーク状態における故障したネットワークから正常の強いＡＣネットワークまでの異なる状況を経験する。回復プロセス期間に周波数及び電圧の安定性を維持するため、全体的に調節されたシステム回復計画が必要である。
http://www.versorgungssicherheit.at/downloadでGutacheten Glavitsch.pdfとして出版されている“Eingluss der Liberalisierung auf die Versorgungssicherheit in den Strommetzen bzw. Regelungserfordernisse durch die Behorden”から、例えば活動していないＡＣネットワークの電力の回復はローカルネットワークへ電力を供給できるネットワーク中の自律領域を識別し、その後に漸進的にさらに別のネットワーク領域を接続することにより行われる。

変換器が例えば風力発電のような唯一の発電所のみを有するか、または消費のみ、或いはその両者の混合であるアイランドネットワークに接続されているとき、有効電力と無効電力を予測することは非常に困難である。したがって所望の有効電力Ｐ_ｒｅｆと所望の無効電力Ｑ_ｒｅｆを決定することは困難であり、これらを制御することは実際的ではない。

変換器が故障した電気ＡＣネットワークに接続されているとき、即ち電力供給が全くないとき、ＰＬＬで同期するためのＡＣ電圧が存在しないので、前述の既知の制御システムは動作できず、電流が接続された負荷によって自然に決定されるとき電流制御は動作しない。

変換器が非常に弱い電気ＡＣネットワークに接続されるとき、即ちネットワーク中の既存の短絡回路電力がほぼ変換器の定格以下であるとき、弱いＡＣネットワークはより多くの発振ＡＣバス電圧を与え、それによって両システムが入力としてＡＣバス電圧を使用するときＰＬＬの発振と電流制御が生じるので、前述の既知の制御システムが安定性を維持することは非常に困難である。

本発明の第１の目的は、ＨＶＤＣリンクの電圧源変換器を制御し、故障したＡＣネットワークのより安定な付勢を可能にする方法及びシステムを提供することである。第２の目的は、電圧源変換器の制御方法に基づいている、ＡＣネットワークをブラックスタートするための方法を発見することである。

第１の目的は請求項１による方法と請求項１１によるシステムにより実現される。第２の目的は請求項９による方法により実現される。好ましい実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明によれば、故障したＡＣネットワークの付勢は接続されたＡＣネットワークの状況と独立して電圧源変換器を電圧源発生器として動作するために電圧源変換器により発生されたＡＣ電圧の周波数および電圧振幅を制御することにより実現される。それとは反対に、既知の変換器制御システムは前述したように電圧源変換器の電流を制御し、ＡＣネットワークの動作状態で反作用（無効電力状態に）する。周波数及び電圧の制御は発生されたＡＣ電圧の電圧および周波数を安定させることができ、即ち弱いＡＣネットワークのスチフネスを強化することができる。

２つのＡＣネットワークを接続し、２つの電圧源変換器を具備しているＨＶＤＣシステムは本発明により制御されるとき、２つのＡＣネットワークの一方が停電を受けたときにブラックスタートを行うことができる。

機能性電力供給ＡＣネットワークに接続されている２つの変換器ステーションの一方は公称値にＨＶＤＣシステムのＤＣ電圧を維持する。本発明の第２の特徴によれば、電力供給なしにＡＣネットワークに接続されている２つの変換器ステーションの他方は、予め定められた周波数及び振幅でＡＣ電圧を生成する。ＡＣネットワークが他の発電所に接続されている場合、生成されたＡＣ電圧はその後ＡＣネットワークの送電線を付勢するために使用される。ＨＶＤＣ変換器からのこのようなＡＣ電力のサポートによって、他方の発電所がスタートされることができる。グリッドはより多くの発電所を再起動し、より多くの負荷を接続することによって漸進的に回復される。

本発明による制御装置が取り付けられている電圧源変換器を含むＨＶＤＣシステムは電力回復プロセスを簡単で円滑にする。慣性を有し機械的な電力制御を含む発電装置とは異なって、本発明による制御装置が取付けられているＶＳＣは慣性が存在しないので、非常に高速度にされることができる。高速度の制御によって、ＶＳＣは発電と消費との間の電力平衡を維持する電力スラックとして機能し、即ち発電が電力消費よりも高いとき変換器はＡＣネットワークからＤＣ側へ電力を転送する整流器として動作し、発電が電力消費よりも低いとき変換器はＤＣ側からＡＣネットワークへ電力を転送するインバータとして動作する。このようにして、ブラックスタートのプロセスとグリッドの回復で伝統的に考慮される必要がある臨界的問題の重要性は少なくなり、それによってグリッドの回復はさらに容易になる。

本発明の１実施形態では、電圧フィードバック制御は適応電圧ドループ機能により行われ、これは電圧源変換器により発生されたＡＣ電圧の制御を行い、同時に電圧調節装置のような接続されているＡＣネットワーク中の他の無効電力源の間で共有する適切な無効電力を提供する。結果として、適応電圧ドループ機能は、ほとんど発電がない弱いＡＣシステムにわたる受動的な負荷から全ての発電が再開される強いＡＣシステムまでの異なる動作条件下で非常に強固に電圧源変換器とＡＣネットワークとの間の共通の接続点にＡＣ電圧振幅を維持する。

本発明の別の実施形態では、位相ロックループ（ＰＬＬ）手段は接続されたＡＣネットワークの周波数がほぼ一定に維持されるように、周波数の程度及び所望の有効電力にしたがって電圧源変換器により発生されるＡＣ電圧の所望の周波数及び位相角度を表す信号を発生する信号発生手段を具備している。その信号発生手段はしたがって適応周波数ドループ機能として動作する。接続されたＡＣネットワーク中の他の発電装置の間で良好な負荷共有を実現するために周波数の変化が小さいことが必要とされる。適応周波数ドループ機能は他の発電装置間での良好な負荷共有を実現するために必要とされる小さい変化を除いて、周波数をほぼ一定に制御することを可能にする。

さらに本発明の有効な実施形態は本発明の好ましい実施形態の説明と特許請求の範囲から明白になるであろう。

グリッドの回復のシミュレーションは、本発明による制御装置によって、安定なＡＣ電圧及び周波数がほとんど発電のない弱いＡＣシステムにわたる受動的な負荷から全ての発電が再開される強いＡＣシステムまでの異なるＡＣネットワーク条件下で得られることを例示している。

従来技術で知られている高電圧直流送電システムの概略的な単一線のブロック図。 図１による従来技術の伝送システムの電圧源変換器の制御装置の１実施形態を示す図。 図２による従来技術の制御装置の詳細部分を示す図。 本発明による変換器制御装置の１実施形態を示す図。 本発明による変換器制御装置のＡＣ電圧制御手段の１実施形態を示す図。 本発明の１実施形態による変換器制御装置の位相ロックループ手段の１実施形態を示す図と、接続点における電圧の所望の周波数と位相角度の両者を表す位相ロックループ手段の出力信号の波形を示す図。

本発明を添付図面を参照して実施形態の説明によってより詳細に説明する。図面は全て概略的で単一の線図及びブロック図の形態である。
以下説明するブロック図は信号フロー図と制御装置のブロック図の両者として見ることができる。ブロック図に示されているブロックによって行われる機能は応用可能な部分ではハードワイヤ回路のアナログおよび／またはデジタル技術により実行されることができるが、マイクロプロセッサのブログラムとして実行されることが好ましい。示されているブロックは部材、フィルタ、装置等として述べられるが、これらは特にそれらの機能がマイクロプロセッサのソフトウェアとして実行される場合には所望の機能を達成する手段として解釈されることが理解されよう。したがって場合により、表現「信号」もコンピュータプログラムにより発生される値でありそのように表されているだけであると解釈されることができる。これらの機能は本質的に当業者により知られている方法で実行されることができるので、ブロックの機能の説明だけを以下行う。

特に電圧と電流を表している図に示されている制御装置で現れる変数はそれらの多相の特徴を示すためにベクトルの形態で示されている。ベクトルユニットは上部の線（／ｘ）で指示されている。

相互に類似であり２つ以上の図面に見られる部分には種々の図面で同じ参照符合が与えられる。

測定される値とブロックとの間およびブロック間の接続線は不必要に図面を複雑にしないように時には省略されている。しかしながら、幾つかのブロックの入力で見られるそれぞれの変数はそれらが発生されるブロックまたは測定装置から供給されることを理解すべきである。

図１は従来知られている高電圧直流送電システムを概略的な単一ラインのブロック図の形態で示している。第１の変換器ステーションＳＴＮ１と第２の変換器ステーションＳＴＮ２は２極の導体Ｗ１とＷ２をそれぞれ有する直流リンクによって相互に接続されている。典型的に、極導体はケーブルであるがこれらは少なくとも部分的に高架線路であってもよい。各変換器ステーションＳＴＮ１とＳＴＮ２は極導体Ｗ１とＷ２との間に接続されているキャパシタ装置Ｃ１とＣ２をそれぞれ有し、各変換器ステーションＳＴＮ１とＳＴＮ２はそれぞれ電圧源変換器ＣＯＮ１とＣＯＮ２を具備している。各変換器ＣＯＮ１とＣＯＮ２は２レベルまたは３レベルの変換器ブリッジを構成している半導体バルブを有する。半導体バルブは半導体素子、例えばいわゆるＩＧＢＴ型の電力トランジスタのゲートオン／オフ切換え半導体素子の分枝とこれらの素子と逆並列接続するダイオードとを具備している。

各変換器は位相インダクタＰＩ１とＰＩ２を介して、それぞれ３相の交流電力ネットワークＮ１とＮ２にそれぞれ接続されている。図面では示されていないが、変換器は変圧器を介して３相ネットワークＮ１とＮ２に接続されることができ、この場合幾つかのケースでは位相インダクタＰＩ１とＰＩ２は省略されることができることが技術でよく知られている。フィルタ装置Ｆ１とＦ２はそれぞれ、それぞれの位相インダクタＰＩ１またはＰＩ２とそれぞれの３相ネットワークＮ１またはＮ２との間の接続点においてシャント接続で接続されている。

フィルタＦ１の接続点における交流ネットワークＮ１のＡＣ電圧はＵＬ１と指定され、測定装置Ｍ１で測定される。この電圧ＵＬ１を以下交流ネットワークＮ１のバス電圧と呼ぶ。変換器ＣＯＮ１により設定されるＡＣ電圧はＵＶ１と指定され、以下変換器ＣＯＮ１のブリッジ電圧と呼ぶ。変換器ＣＯＮ１の交流電流はＩ１と指定され、測定装置Ｍ３で測定される。同様に、フィルタＦ２の接続点におけるＡＣ電圧はＵＬ２と指定され、測定装置Ｍ４で測定され、変換器ＣＯＮ２の交流電流Ｉ２と指定され、測定装置Ｍ６で測定される。フィルタＦ２の接続点におけるＡＣ電圧を以下交流ネットワークＮ２のバス電圧と呼ぶ。変換器ＣＯＮ２により設定されるＡＣ電圧はＵＶ２と指定され、以下変換器ＣＯＮ２のブリッジ電圧と呼ぶ。

キャパシタ装置Ｃ１を横切るＤＣ電圧はＵｄ１と指定され、キャパシタ装置Ｃ２を横切るＤＣ電圧はＵｄ２と指定される。これらの電圧はそれぞれ記号でのみ示されている測定装置Ｍ７とＭ８により測定される。

予め定められたパルス幅変調（ＰＷＭ）パターンにしたがってそれぞれの電圧源変換器ＣＯＮ１またはＣＯＮ２の半導体バルブへそれぞれオン／オフ切換えの命令列ＦＰ１とＦＰ２を発生するため、第１の変換器ステーションＳＴＮ１は制御装置ＣＴＲＬ１を具備し、第２の変換器ステーションは通常は制御装置ＣＴＲＬ１と類似の種類の制御装置ＣＴＲＬ２を具備している。

変換器ステーションＳＴＮ１とＳＴＮ２は４つの異なるモード、即ちＤＣ電圧制御、有効電力制御、ＡＣ電圧制御または無効電力制御で動作することができる。通常、変換器ステーションの１つ、例えば第１のステーションのＳＴＮ１は直流リンクの電圧制御のためにＤＣ電圧制御下で動作し、一方第２の変換器ステーションＳＴＮ２はＡＣ電圧制御または無効電力制御下で動作する。動作モードはオペレータによる手作業またはある状態では示されていない逐次的な制御システムにより自動的に設定される。

図２は指数１と２が簡単化の目的で省略されている制御装置ＣＲＴＬ１と制御装置ＣＲＴＬ２の両者を表す従来技術の制御装置の形態を示している。

制御装置ＣＴＲＬはＤＣ電圧制御装置21、ＡＣ電圧制御装置22、セレクタ手段ＳＷ１とＳＷ２、変換器電流制御システムＩＲＥＧ、パルス幅変調装置23、切換え論理装置24を具備している。

それぞれのキャパシタ装置（Ｃ１またはＣ２）を横切る測定されたＤＣ電圧Ｕｄの実際の値と、その電圧基準値ＵｄＲは差形成部材25へ供給され、その出力はＤＣ電圧制御装置21に供給される。

測定されたそれぞれのバス電圧ＵＬの実際の値とその電圧基準値ＵＬＲは差形成部材26へ供給され、その出力はＡＣ電圧制御装置22に供給される。

第１のセレクタ手段ＳＷ１にはＤＣ電圧制御装置21の出力信号と、変換器を通る有効電力流の基準値Ｐ_ｒｅｆが与えられる。第１のセレクタ手段ＳＷ１はモード信号ＭＤ１にしたがってＤＣ電圧制御装置21の出力信号または基準値Ｐ_ｒｅｆを出力する。

第２のセレクタ手段ＳＷ２にはＡＣ電圧制御装置22の出力信号と、変換器を通る無効電力流の基準値Ｑ_ｒｅｆが与えられる。第２のセレクタ手段ＳＷ２はモード信号ＭＤ２にしたがってＡＣ電圧制御装置22の出力信号または基準値Ｑ_ｒｅｆを出力する。

ＡＣおよびＤＣ電圧制御装置21と22は例えば比例積分特性を有する。基準値Ｐ_ｒｅｆとＱ_ｒｅｆはそれぞれ有効および無効電力流の制御装置（図示せず）の出力として通常の方法で形成されることができる。

第１及び第２のセレクタ手段ＳＷ１とＳＷ２の出力信号ｐＲとｑＲは変換器電流制御システムＩＲＥＧに与えられる。電流制御システムＩＲＥＧは内部ＡＣ電流制御フィードバックループを提供し、これは切換え手段ＳＷ１とＳＷ２の出力信号ｐＲとｑＲにしたがって形成された供給された電流基準ベクトルと、位相基準同期信号に基づいて電圧基準ベクトル／ＵＶ_Ｒ ^ａｂｃの形態で電圧基準テンプレートを発生する。この電圧基準ベクトル／ＵＶ_Ｒ ^ａｂｃはそれぞれの変換器ＣＯＮ１またはＣＯＮ２のブリッジ電圧ＵＶ１またはＵＶ２の電圧基準を表している。ａ、ｂ、ｃとして指定されている３相交流ネットワークの位相では、ベクトルの上付の指数ａｂｃは変換器の３相電圧を指し、ベクトルはしたがって成分ＵＶ_Ｒ ^ａ、ＵＶ_Ｒ ^ｂ、ＵＶ_Ｒ ^ｃを有する。

変換器電流制御システムＩＲＥＧにも変換器における交流の実際値ＩとＡＣネットワークＮ１またはＮ２の周波数の公称値ｆ０が供給され、これは通常５０または６０Ｈｚである。

電圧基準ベクトル／ＵＶ_Ｒ ^ａｂｃは変換器ＣＯＮ１またはＣＯＮ２のそれぞれの位相ａ、ｂ、ｃのバルブの動作のための時定数ｔａ、ｔｂ、ｔｃを決定するパルス幅変調装置23に与えられ、交換論理装置24はそれにしたがって半導体バルブに与えられるオン切換え／オフ切換えの命令の連続ＦＰａ、ＦＰｂ、ＦＰｃを発生する。

好ましくは、変換器電流制御システムＩＲＥＧはマイクロプロセッサで動作されるソフトウェアとして構成され、抽出された制御システムとして実行される。

実際的な理由で、即ち計算を容易にするため、変換器電流制御システムＩＲＥＧは通常の方法で動作し、３相装置、即ち交流ネットワークの電圧及び電流は回転する２相ｄｑ基準面に変換されそのように表され、変換によって固定２相αβ基準面に到達する。交流ネットワークの３相ユニットはそれによって本質的に知られている制御システム技術で処理されることができる直流量に変換される。

ａ、ｂ、ｃで指定されている３相交流ネットワークの位相では、３相システムはａｂｃシステムと呼ばれる。以下の文脈及び図面では、基準面を適切である場合、上付の指数（例えば／ｘ^ｄｑ）として示す。

図３は従来技術による変換器電流制御システムの基本構造を示している。電流制御システムは抽出された制御システムとして抽出期間時間Ｔｓで実行される。

簡単化するために、全ての変数はベクトルの形態で示されているが、その信号処理は本質的に知られている方法でそれぞれのベクトルの成分において行われることを理解すべきである。電流制御システムは制御装置ＣＴＲＬ１とＣＴＲＬ２の両ピースで類似であるので、以下の説明ではそれぞれの変数の指数は簡単化のために省略されている。

図３による変換器電流制御システムＩＲＥＧは電流オーダー計算装置41、電流制御装置42、第１の変換部材43、第２の変換部材44、第１の位相ロックループ（ＰＬＬ）部材46、第１の計算装置48を具備している。

変換器電流制御システムＩＲＥＧは図２を参照して前述したように発生される信号ｐＲとｑＲを受信する。信号ｐＲとｑＲは電流オーダー計算装置に与えられ、この装置はそれにしたがって変換器の交流電流の基準値を計算し出力する、基準値はそれぞれＩ_Ｒ ^ｄとＩ_Ｒ ^ｑとしてｄｑ基準面で表され、これらは電流基準ベクトル／Ｉ_Ｒ ^ｄｑ＝Ｉ_Ｒ ^ｄとＩ_Ｒ ^ｑとして図面では示されている。計算は本質的に知られている関係式にしたがって行われる。

ここで電圧ＵＬ^ｄとＵＬ^ｑはそれぞれＡＣネットワークで測定されｄｑ基準面に変換されるバス電圧ＵＬのｄおよびｑ成分を表している。

電流基準値Ｉ_Ｒ ^ｄとＩ_Ｒ ^ｑはさらに処理する前に送信システムの特定された動作状態に従って限定されることができる。

ＰＬＬに関して前述したようにバス電圧ＵＬと同期して回転するｄｐ基準面では、バス電圧ＵＬのｑ成分ＵＬ^ｑはゼロになることに注意する。式（１ａ）と（１ｂ）から電流基準値／Ｉ_Ｒ ^ｄｑのｄ成分Ｉ_Ｒ ^ｄは有効電力の基準値になり、ｑ成分Ｉ_Ｒ ^ｑは無効電力の基準値になる結果が得られる。

交流電流の実際値Ｉは変換器におけるＡＣネットワークで測定され、実際の電流ベクトル／Ｉ^ｄｑとしてｄｑ基準面に変換される。

電流制御装置42には電流基準ベクトル／Ｉ_Ｒ ^ｄｑと実際の電流ベクトル／Ｉ^ｄｑとｄｑ基準面に変換されたバス電圧ＵＬの平均値／ＵＬ_ｍ ^ｄｑとが与えられる。電流制御装置42はそれにしたがって／ＵＶ_Ｒ ^ｄｑと指定される出力信号を出力し、これはｄｑ基準面の変換器のブリッジ電圧の電圧基準ベクトルである。

交流電圧基準ベクトル／ＵＶ_Ｒ ^ｄｑは第１の変換部材43に与えられ、ベクトルをαβ基準面に変換する。第１の変換部材43の出力は第１の変換部材44に与えられ、与えられたベクトルをベクトル／ＵＶ_Ｒ ^ａｂｃとしてａｂｃ基準面に変換する。このベクトルは成分として交流システムのそれぞれ３相の電圧基準値を有する変換器のブリッジ電圧基準ベクトルである。

ブリッジ電圧基準ベクトル／ＵＶ_Ｒ ^ａｂｃは図２を参照して前述したようにパルス幅変調装置23に与えられる。

第１の変換部材43は本質的に知られた方法により変換／ＵＶ_Ｒ ^αβ＝／ＵＶ_Ｒ ^ｄｑ＊ｅ^ｊξを行い、変換角度ξ＝ωｔ、ＡＣネットワークの回転周波数ω、時間ｔである。

図面の変換角度信号ξは通常の方法によりＡＣネットワークの周波数の公称値ｆ０とバス電圧ＵＬの位相位置にしたがって位相ロックループ（ＰＬＬ）部材46により生成され、αβ基準平面に変換され、その後第１の変換部材43に与えられる。

信号ξは以下同期信号または位相角度信号と呼ぶ位相基準同期信号として理解されることができる。これは回転ｄｑ基準面をバス電圧ａｂｃシステムと同期する目的を有し、ＡＣネットワークの実際の周波数に比例する時間速度による時間と共に線形に増加する電気角度を表している。少なくとも一定状態の条件下では、同期信号ξはＡＣネットワークのバス電圧ＵＬの位相位置に固定され、それに同期する。その後、回転するｄｑ基準面は３相ａｂｃシステム、特にバス電圧ＵＬに固定され、それに同期して維持される。これらの条件下では、バス電圧ＵＬのｑ成分ＵＬ^ｑもゼロになる。

本発明による変換器制御装置の１実施形態が図４に示されている。図２及び３を参照して説明したようにこのような装置の既知の実施形態と比較して、ＡＣ電流を介するＡＣ電圧の有効電力、ＤＣ電圧、無効電力はＡＣ電圧制御と新しい位相ロックループ手段により置換される。電圧発生部材51はＡＣ電圧制御手段ＵＡＣＲＥＧと位相ロックループ手段ＰＬＬ＿ＩＮからの出力を使用することによって、変換器基準電圧／ＵＶ_ｏｒｄ ^ｄｑ、即ちｄｑ基準面の変換器のブリッジ電圧に対する基準値を発生する。

ブリッジ電圧ＵＶの所望の周波数ｆ＿ｏｒｄと所望の位相角度ξの信号およびサンプリング期間Ｔｓ＿ｏｒｄを含んでいる位相ロックループ手段ＰＬＬ＿ＩＮからの出力と共に、発生された変換器基準電圧／ＵＶ_ｏｒｄ ^ｄｑはＰＷＭ部材52へ与えられる、当業者であれば、ＰＷＭ部材52は１方法では図２および３に示されているように構成されてもよく、または選択された変調方法に応じて別の方法で構成されることができることが容易に理解できよう。

図５は図４で示されているＡＣ電圧制御装置ＵＡＣＲＥＧの１実施形態を示している。図１でＡＣネットワークＮ１またはＮ２への接続バスで測定された無効電力Ｑはフィルタ装置61を介して選択部材62に与えられる。選択部材62は入力信号の値にしたがってプリセット定数を選択し、選択された定数及び入力信号に比例する信号ΔＵｒｅｆを発生する。勾配として知られているプリセット定数は変換器ステーションと他の電圧調整装置との間の自動的な無効負荷の共有を強化する。プリセット定数は典型的に０．０１から０．１の値である。入力信号が高いならば、オーバー負荷電流を防止し良好なＡＣ電圧制御を得るために高い値が選択される。第１の加算部材63には選択部材62からの出力とプリセットＡＣ基準電圧ＵＬＲが供給される。第１の加算部材63は実際のＡＣ電圧基準を出力し、これを第２の加算部材64に供給する。第２の加算部材64への別の入力信号はフィルタ装置57を介して与えられる接続バスにおける測定されたＡＣ電圧振幅ＵＬである。第２の加算部材64の出力はＰＩ型、即ち比例部と積分部を含む調整装置65に与えられる。調整装置65は電圧補正部分を発生する。この補正部分は電圧振幅命令ＵＭＲを形成するためにプリセットＡＣ基準電圧ＵＬＲと加算される。

図６の（Ａ）は図４による位相ロックループ部材ＰＬＬ＿ＩＮの１実施形態を示している。位相角度発生装置71はブリッジ電圧ＵＶの所望の周波数ｆ＿ｏｒｄとサンプリング期間Ｔｓ＿ｏｒｄとにしたがってブリッジ電圧ＵＶの所望の位相角度ξ＿ｏｒｄを発生し、その波形が図６の（Ｂ）に示されている。接続されたＡＣネットワークの実際の周波数でもある所望の周波数はプリセット基準周波数ｆ０と周波数補正部分の和であり、第３の加算部材75から生じる。選択部材77は入力信号の値にしたがってプリセット定数を選択し、選択された定数と入力信号に比例する信号を発生する。ドループとして知られているプリセット定数は変換器ステーションと他の発電装置との間で共有する自動有効負荷を強化する。プリセット定数は典型的に０．１から１．０の値であり、入力信号が高いならば、オーバー負荷電流を防止し良好な周波数制御を得るために高い値が選択される。選択部材77の入力信号は濾波装置72を介して与えられる測定された有効電力Ｐである。抽出期間Ｔｓ＿ｏｒｄは次式により決定される。
Ｔｓ＿ｏｒｄ＝（２・ｐ・ｆ）^−１
ここでｐは切換え周波数に基づく予め選択された数である。

前述したように、既知の制御システムではＰＬＬの出力信号ξはＰＬＬと測定されたバス電圧ＵＬとの間の同期を表している。換言すると信号ξはＡＣネットワーク電圧の位相角度および周波数を表している。この同期の結果として、ｄｑ基準面もバス電圧ＵＬと同期して回転しており、それによりバス電圧ＵＬのｑ成分ＵＬ^ｑはゼロになり、バス電圧ＵＬのｄ成分ＵＬ^ｄはバス電圧の振幅に等しくなる。この同期はフィードバック制御により実現されることに注意すべきである。本発明では、フィードバック制御を使用する代わりに、ＰＬＬ＿ＩＮの信号ξ＿ｏｒｄとバス電圧との間の同期の強化が、バス電圧のｑ成分ＵＬ^ｑをゼロに設定し、バス電圧のｄ成分ＵＬ^ｄを電圧振幅命令ＵＭＲに設定することによって電圧発生部材51（図４）で実現され、即ち、
／ＵＬ_ｏｒｄ ^ｄｑ＝ＵＭＲ＋ｊ・０ （２）
さらに、ｄｑ基準面の変換器基準電圧は次式のように得られる。

ここで／ΔＵ^ｄｑはインダクタンスを横切る予測された電圧降下であり、フィルタプロセスを含めた測定された電流／Ｉ^ａｂｃのｄｑ成分を使用することによって得られる。

本発明による制御方法とシステムにおける変換器基準電圧／ＵＬ_ｏｒｄ ^ｄｑは図３を参照した従来技術の電圧基準ベクトル／ＵＬ_Ｒ ^ｄｑに対応する。同様に本発明による信号ξ＿ｏｒｄとｆ＿ｏｒｄと、Ｔｓ＿ｏｒｄはそれぞれ従来技術の信号ξ、ｆ、Ｔｓに対応している。これらの信号が発生されるとすぐに、バルブを制御するための切換え命令の発生を実行することができる。

本発明の１実施形態によれば、電圧源変換器には第１の制御モードと呼ばれ、即ちＡＣ電流制御を介する有効電力／ＤＣ電圧および無効電力／ＡＣ電圧制御である従来技術で知られている制御モードと、第２の制御モードと呼ばれ、即ち直流ＡＣ電圧と周波数制御である本発明による制御モードとの両者が装備されることができる。ソフトウェアまたはハードウェアスイッチは所望の制御モードを選択するために付加される。

ＨＶＤＣ送電または連続するシステムでは、電圧源変換器の１つのみに本発明による制御装置が設けられることができる。この場合、他方の変換器はＨＶＤＣシステムのＤＣ電圧を制御するために従来技術で知られている制御装置を使用する。

Claims (11)

1. 一方には電源がなく他方は機能している２つのＡＣネットワークを接続するＨＶＤＣシステムの制御方法において、ＨＶＤＣシステムはそれぞれ電圧源変換器（ＣＯＮ１；ＣＯＮ“）を有する２つの変換器ステーション（ＳＴＮ１；ＳＴＮ２）を具備し、前記方法は、
   ・発生されたＡＣ電圧の周波数及び振幅の制御による直接ＡＣ電圧および周波数制御を使用して、所望の周波数（ｆ ｏｒｄ）と所望の電圧振幅（／ＵＶ_ｏｒｄ）を有するブリッジ電圧として示されるＡＣ電圧（ＵＶ１；ＵＶ２）を生成するために電圧源発生器として電源のないＡＣネットワークに接続されている２つの変換器ステーションの一方の電圧源変換器を動作させ、
   ・公称値にＨＶＤＣシステムのＤＣ電圧を維持するために、機能しているＡＣネットワークに接続されている２つの変換器ステーションの他方を制御する制御方法。
2. 電源のないＡＣネットワークに接続されている変換器ステーションでは、前記ブリッジ電圧の所望の位相角度（ξ ｏｒｄ）とバス電圧（ＵＬ１、ＵＬ２）として示される前記接続されたＡＣネットワークのＡＣ電圧との間の同期の強化が行われる請求項１記載の方法。
3. 前記同期の強化は前記バス電圧のｑ成分をゼロに設定し、バス電圧のｄ成分を電圧振幅命令（ＵＭＲ）に設定することにより行われ、それによってｄｑ基準平面の前記ブリッジ電圧の基準値は、
   ／ＵＬ_ｏｒｄ ^ｄｑ＝ＵＭＲ＋ｊ・０＋／ΔＵ^ｄｑ
   ここで、／ＵＬ_ｏｒｄ ^ｄｑはｄｑ基準平面の前記ブリッジ電圧の基準値であり、ＵＭＲは電圧振幅命令であり、／ＵＬ_Ｒ ^ｄｑは予測された電圧降下である請求項２記載の方法。
4. 前記ブリッジ電圧の電圧振幅が適応電圧ドループ機能（62）を有する電圧フィードバック制御（ＵＡＣＲＥＧ）を介して制御され、適応電圧ドループ機能は電源のないＡＣネットワーク（Ｎ１；Ｎ２）への接続点で測定された無効電力（Ｑ）で無効にされる請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
5. 適応電圧ドループ機能（62）は無効電力（Ｑ）の増加と共にＡＣ電圧基準信号（ＵＬＲ）を増加させる請求項４記載の方法。
6. 周波数が位相ロックループ（ＰＬＬ＿ＩＮ）を介して制御され、位相ロックループ（ＰＬＬ＿ＩＮ）は適応周波数ドループ機能（77）を含み、適応周波数ドループ機能（77）は電源のないＡＣネットワーク（Ｎ１；Ｎ２）への接続点で測定された有効電力（Ｑ）で無効にされる請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
7. 適応周波数ドループ機能（77）は有効電力（Ｐ）の増加と共に周波数基準信号（ｆ０）を増加させる請求項６記載の方法。
8. 前記方法は、接続されたＡＣネットワーク（Ｎ１；Ｎ２）が電力の供給がないことを検出した後にのみ適用される請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
9. 電源のないＡＣネットワークがＨＶＤＣシステムを介して少なくとも２つのＡＣ発電所の一方に接続され、電源のないＡＣネットワークが送電線を介して少なくとも２つのＡＣ発電所の他方へ接続されている電源のないＡＣネットワークのブラックスタートに適用される方法であり、
   ・少なくとも２つのＡＣ発電所の他方に接続されている送電線を付勢するために生成された前記ブリッジ電圧（ＵＶ１、ＵＶ２）を使用し、
   少なくとも２つのＡＣ発電所の他方をスタートさせるステップを含んでいる請求項１乃至８のいずれか１項記載の方法。
10. 電源のないＡＣネットワークは３以上のＡＣ発電所と少なくとも１つの負荷とに接続され、このＡＣネットワークは少なくとも２つのＡＣ発電所の他方がスタートされた後に残りのＡＣ発電所を順スタートさせて、その後少なくとも１つの負荷を接続することにより回復される請求項９記載の方法。
11. 一方には電源がなく他方は機能している２つのＡＣネットワークを接続するＨＶＤＣシステムにおいて、ＨＶＤＣシステムはそれぞれ電圧源変換器（ＣＯＮ１；ＣＯＮ２）を有する２つの変換器ステーション（ＳＴＮ１；ＳＴＮ２）を具備し、
    ・電源のないＡＣネットワークに接続されている２つの変換器ステーションの一方の電圧源変換器の制御装置は発生されたＡＣ電圧の周波数と振幅の制御による、直接ＡＣ電圧および周波数制御を使用して、所望の周波数（ｆ ｏｒｄ）と所望の電圧振幅（／ＵＶ_ｏｒｄ）を有するブリッジ電圧（ＵＶ１；ＵＶ２）として示されるＡＣ電圧を生成するために電圧源発生器として対応する電圧源変換器を動作し、
    ・ 機能しているＡＣネットワークに接続されている２つの変換器ステーションの他方の制御装置は公称値にＨＶＤＣシステムのＤＣ電圧を維持するように対応する電圧源を制御するＨＶＤＣシステム。

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