JP5946291B2 - 変換器、変換器の制御方法及び変換器の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、変換器、変換器の制御方法及び変換器の制御プログラムに関する。

近年、自己消弧素子の性能向上が急速に進み、自励式の変換器の導入が進んでいる。この自励式の変換器は、連携する交流電力系統に任意の有効・無効電力を独立に供給できるなど、サイリスタ等を用いた他励式の変換器にはない多数のメリットを有する。また、自己消弧素子の性能向上による自励式変換器の性能向上に加え、変換器のトポロジーの面から自励式変換器を高性能化する取り組みが多数行われている。

この自励式変換器としては、半導体素子を多数直列されたアームでブリッジを構成し、２レベル変換器や３レベル変換器として動作させる方式が知られている。また、自励式変換器には、チョッパもしくはインバータのセル（ｃｅｌｌ）と呼ばれる回路モジュールを電力系統の各相に多段接続した、所謂、ＭＭＣ（Modular Multilevel Converter）方式の回路構成のものも実用化されている。ＭＭＣ方式の変換器は、セルの段数に応じた合成電圧が交流電圧として出力されるので、スイッチング素子の直列接続数を減らしつつ、スイッチング素子の耐圧より高い交流電圧を出力できる。このＭＭＣ方式には、有効電力を扱える回路方式として、セルを多段接続した各相の回路をＹ結線したＹ結線回路を２重に設けた２重Ｙ結線ＭＭＣ方式があり、直流送電やＢＴＢ（Back To Back）システムなどの直流システムへの応用が期待されている。例えば、直流送電を行う直流システムでは、直流回路の一端、他端に２重Ｙ結線ＭＭＣ方式の変換器を設け、一方の変換器を交流を電圧に変換する順変換器（ＲＥＣ）として動作させ、他方の変換器を直流を交流に変換する逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる。直流システムでは、直流回路に入出力する電力にアンバランスが生じると直流電圧又は直流コンデンサ電圧が変動するため、例えば、順変換器では、定電流制御を行い、逆変換器（ＩＮＶ）では、定電圧制御を行う。

坂本 幸治ら、"高性能交直変換器用制御システムの開発"、電気学会論文誌.Ｂ 電力・エネルギー部門誌 Ｖｏｌ１１７ Ｎｏ７、１９９７年６月２０日、Ｐ９９９−１００５

しかしながら、従来の自励式直流システムでは、直流回路で短絡などの直流事故時に、過電流が発生する場合がある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、直流事故や交流事故が発生した際に過電流の発生を抑制できる変換器、変換器の制御方法及び変換器の制御プログラムを提供することを目的とする。

本願の開示する変換器は、自己消弧形のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを少なくとも備え、正負の電圧が発生可能とされた回路モジュールが１つまた複数直列に、３相交流の交流電力系統の各相毎に設けられた回路をＹ結線したＹ結線回路が２重に設けられ、２つのＹ結線に接続された直流電力系統と前記交流電力系統との間で電力変換を行う電力変換部と、前記直流電力系統の直流電圧を検出する検出部と、前記直流電力系統に定電流制御で供給された直流電力を前記交流電力系統の交流電力に変換する場合、定常状態において、前記検出部により検出される前記直流電力系統の直流電圧が所定電圧となるように前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御し、前記検出部により検出される前記直流電力系統の直流電圧が低下した際に、前記直流電力系統に定電流制御で供給される電流値よりも少ない電流値で定電流制御を行うように前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本願の開示する変換器の一つの態様によれば、直流事故や交流事故が発生した際に過電流の発生を抑制できるという効果を奏する。

図１は、直流送電を行う直流システムの概略的な構成を示す図である。 図２は、搬送波と変調波の一例を示す図である。 図３は、直流送電を行う際の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。 図４は、図３に示す制御特性を実現する制御の一例を示す制御ブロック図である。 図５は、処理３１の入力と出力の特性を示す図である。 図６は、直流電圧測定値Ｖdmが０となった場合の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。 図７Ａは、逆変換器（ＩＮＶ）側交流電圧が低下した場合の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。 図７Ｂは、順変換器（ＲＥＣ）側交流電圧が低下した場合の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。 図８は、変換器１０による事故電流抑制の原理を表す図である。 図９は、潮流反転させた際の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。 図１０は、変換器を制御する制御系の概略的な構成の一例を示す図である。 図１１は、制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１２は、シミュレーションに使用した直流システム及び交流電力系統の概略的な構成を示す図である。 図１３は、シミュレーションを行った直流システムの主な仕様を示す図である。 図１４Ａは、潮流反転させた際の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。 図１４Ｂは、送電側であった順変換器（ＲＥＣ）が受電側の逆変換器（ＩＮＶ）に変化する際の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図である。 図１４Ｃは、送電側であった順変換器（ＲＥＣ）が受電側の逆変換器（ＩＮＶ）に変化する際の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。 図１４Ｄは、受電側であった逆変換器（ＩＮＶ）が送電側の順変換器（ＲＥＣ）に変化する際の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図である。 図１４Ｅは、受電側であった逆変換器（ＩＮＶ）が送電側の順変換器（ＲＥＣ）に変化する際の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。 図１５は、直流事故時のシーケンスの一例を示す図である。 図１６Ａは、順変換器（ＲＥＣ）至近端で直流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。 図１６Ｂは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図である。 図１６Ｃは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。 図１６Ｄは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図である。 図１６Ｅは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。 図１７は、逆変換器（ＩＮＶ）至近端で直流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。 図１８は、交流事故時のシーケンスの一例を示す図である。 図１９Ａは、順変換器（ＲＥＣ）至近端で交流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。 図１９Ｂは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図である。 図１９Ｃは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。 図１９Ｄは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図である。 図１９Ｅは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。 図２０は、逆変換器（ＩＮＶ）至近端で交流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の電圧および電流の変化を示す図である。 図２１は、制御プログラムを実行するコンピュータを示す図である。

以下に、本願の開示する変換器、変換器の制御方法及び変換器の制御プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

［システム構成］
まず、本実施例に係る直流システムの構成について説明する。図１は、直流送電を行う直流システムの概略的な構成を示す図である。

図１に示す直流システム１は、送電側と受電側が同じ回路構成とされており、直流電力が送電される直流電力系統１１の受電端と送電端にそれぞれ変換器１０が設けられている。変換器１０は、それぞれ別の交流電力系統１２と接続されている。

交流電力系統１２には、上位系統から３相交流の電力が供給される。変換器１０は、自己消弧半導体素子を使って交流電力系統１２との間で高速かつ連続的に有効電力、無効電力の授受が可能な機器である。

変換器１０は、電力変換部２０を有する。電力変換部２０は、交流電力系統１２との間で電力の授受を行う。電力変換部２０は、交流電力系統１２の各相毎にセル（Ｃｅｌｌ）と呼ばれる回路モジュール２１を直列に３段接続した直列回路２２をＹ結線したＹ結線回路２３を２重に設けた、所謂、２重Ｙ結線ＭＭＣの回路構成とされている。以下では、Ｙ結線回路２３の各相の直列回路２２をアームとも言う。また、以下では、図１の上側のＹ結線回路２３のアームを上側アームとも言い、図１の下側のＹ結線回路２３のアームを下側アームとも言う。回路モジュール２１は、例えば、コンデンサ２４に対して、２つのスイッチング素子２５を直列接続した２つの直列回路２６がそれぞれ並列に接続された所謂、インバータセルタイプの回路構成としている。

各回路モジュール２１は、入力される搬送波と変調波を比較してスイッチング素子２５のオン、オフするＰＷＭ（pulse width modulation）制御を行っている。図２は、搬送波と変調波の一例を示す図である。

直流システム１では、直流送電を行う場合、一方の変換器１０を、交流電圧を直流電圧に変換する順変換器（ＲＥＣ）として動作させ、他方の変換器１０を、直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる。直流システム１では、直流回路に入出力する電力にアンバランスが生じると直流コンデンサ電圧が変動する。このため、例えば、順変換器（ＲＥＣ）では、定電流制御を行う。また、逆変換器（ＩＮＶ）では、定電圧制御を行う。

次に、本実施例に係る変換器１０の制御について説明する。図３は、直流送電を行う際の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。制御特性図の横軸は、直流電力系統１１の直流電流を示し、制御特性図の縦軸は、直流電力系統１１の直流電圧を示す。

本実施例に係る変換器１０は、後述する直流電流マージンＩmagと直流電圧マージンＶmagを使用して、順変換器（ＲＥＣ）および逆変換器（ＩＮＶ）を同じ制御方式で制御する。定常状態では、順変換器（ＲＥＣ）の制御特性を示す線Ｌ１と逆変換器（ＩＮＶ）の制御特性を示す線Ｌ２の交点Ｐ１が運転点となる。すなわち、定常状態では、逆変換器（ＩＮＶ）が定電圧制御を行って直流電力系統１１の電圧を一定に制御し、順変換器（ＲＥＣ）が定電流制御を行って直流電力系統１１の一定の電流を供給することにより、直流電力系統１１を介して直流送電を行う。一方、直流事故の際には、直流電流マージンＩmagおよび直流電圧マージンＶmagの影響により両端が定電流制御を行うことで事故電流を抑制する。

この図３に示す制御特性図の制御特性を実現する制御を説明する。図４は、図３に示す制御特性を実現する制御の一例を示す制御ブロック図である。この図４に示す制御ブロック図は、あくまでも一例であり、その他の演算により実現してもよい。

本実施例では、直流電流指令値Ｉdoと、直流電流測定値Ｉdmと、直流電流マージンＩmagと、直流電圧指令値Ｖdoと、直流電圧測定値Ｖdmと、交流電圧測定値Ｖamと、直流電圧マージンＶmagとをパラメータとして、直流電圧出力値Ｖｄｃを求める。

直流電流指令値Ｉdoは、直流送電を行う際の直流電力系統１１に流れる直流電流の指令値である。直流電流測定値Ｉdmは、変換器１０が接続された直流電力系統１１に実際に流れる直流電流の測定値である。直流電流マージンＩmagは、本制御において用いる直流電流のマージンを示す値である。直流電圧指令値Ｖdoは、直流送電を行う際の直流電力系統１１の直流電圧の指令値である。交流電圧測定値Ｖamは、変換器１０が接続された交流電力系統１２の交流電圧の測定値である。直流電圧マージンＶmagは、本制御において用いる直流電圧のマージンを示す値である。直流電圧出力値Ｖｄｃは、電圧の制御に用いる制御パラメータである。

変換器１０を電流制御端子として動作させる場合は、直流電流マージンＩmagを０とし、直流電圧マージンＶmagを設定して制御を行う。一方、変換器１０を電圧制御端子として動作させる場合、直流電流マージンＩmagを設定し、直流電圧マージンＶmagを０として制御を行う。

最初に、変換器１０が順変換器（ＲＥＣ）として動作する場合の制御の流れについて説明する。変換器１０が順変換器（ＲＥＣ）として動作する場合、直流電流マージンＩmagは０とされ、直流電圧マージンＶmagはマージンとして所定値が設定される。

図４に示す制御ブロック図では、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagを処理３０に入力する。処理３０は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagを加算した値を処理３２へ出力する。また、図４に示す制御ブロック図では、交流電圧測定値Ｖamを処理３１に入力する。図５は、処理３１の入力と出力の特性を示す図である。図５に示すように、処理３１では、入力値がゼロから所定値ａまでの間、入力値に応じて出力値が０から１へ比例して増加し、入力が所定値ａ以上の場合に１が出力されるように特性が定められている。この所定値ａは、変換器１０が接続された交流電力系統１２の定常状態の電圧値よりも小さい値であればよく、例えば、直流送電において交流電力系統１２に定常状態で流れる電流値の０．８倍した値とする。

処理３１は、入力した交流電圧測定値Ｖamに応じた出力値を出力する。例えば、処理３１は、交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、１を出力する。また、処理３１は、交流電力系統１２に地絡などの事故が発生して交流電圧測定値Ｖamが所定値ａよりも低下した場合、出力値が１よりも低下し、交流電圧測定値Ｖamがゼロの場合、０を出力する。この処理３１は、例えば、入力値に対する出力値をルックアップテーブルとして記憶し、ルックアップテーブルから入力値に対する出力値を読み出すことにより実現するものとしてもよい。また、処理３１は、条件分けや演算により入力値に対する出力値を導出してもよい。例えば、処理３１は、入力値が所定値以上の場合、１を出力し、入力値が所定値より小さい場合、所定値に対する入力値の割合を出力値として出力するものとしてもよい。

処理３２は、処理３０の出力値と処理３１の出力値を乗算し、乗演算結果の値を処理３３、３５へ出力する。例えば、交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、処理３１の出力値が１であるため、処理３２は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagの加算値を処理３３、３５へ出力する。

処理３３は、一次遅れフィルタであり、処理３２の出力値の一次遅れを求め、処理３７へ出力する。例えば、直流電圧指令値Ｖdoの値が変更されて直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagの加算値が変化した場合、処理３３は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagの加算値を変更前から変更後に緩やかに変化させて処理３７へ出力する。処理３３の「１／（１＋ＳＴ）」は、一次遅れ制御を示している。Ｔは時定数であり、システムの速応性を示し、Ｓはラプラス演算子を示す。また、演算子３４は、求めた値が上限値Ｕよりも大きい場合、上限値Ｕを出力し、求めた値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを出力することを示している。すなわち、処理３３は、出力する値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲で処理３２の出力値の一次遅れの値を出力する。なお、この処理３３は、直流電圧指令値Ｖdoの値が変更された場合の応答特性を向上させるために挿入された処理であり、必須の処理ではない。

処理３５は、処理３２の出力値から直流電圧測定値Ｖdmを減算する演算を行い、演算結果の値を処理３６へ出力する。例えば、交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、処理３２の出力値は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagの加算値となる。この場合、処理３５では、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧測定値Ｖdmとの差に直流電圧マージンＶmagを加算した値を出力することになる。

処理３６は、処理３５の出力値に係数Ｋを乗算した値を算出する比例制御（所謂、Ｐ制御）を行う。処理３６の「Ｋ」は比例制御を示している。Ｋはゲイン定数を示す。ところで、比例制御は、係数Ｋの値によっては直流電圧測定値Ｖdmを直流電圧指令値Ｖdoに到達させることができず、残留偏差が残る場合がある。そこで、処理３６は、処理３５の出力値に用いて積分制御（所謂、Ｉ制御）を行っている。処理３６の「１／ＳＴ」は積分制御を示している。積分制御では、処理３５の出力値を積分し、その積分値に係数を乗算した値を算出する。また、処理３６は、演算子３４により、出力する値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲に制限されている。処理３６は、処理３５の出力値を比例制御および積分制御する値をそれぞれ算出し、比例制御および積分制御の値を加算する演算を行う。そして、処理３６は、演算結果の値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲であれば演算結果の値を処理３７へ出力し、演算結果の値が上限値Ｕよりも大きい場合、上限値Ｕを処理３７へ出力し、演算結果の値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを処理３７へ出力する。

処理３７は、処理３３の出力値と処理３６の出力値とを加算し、加算した値を、後述する処理３９の上限値に設定する。

処理３８は、直流電流指令値Ｉdoから直流電流測定値Ｉdmを減算し、直流電流マージンＩmagを加算する演算を行い、演算結果の値を処理３９へ出力する。ここで、変換器１０を順変換器（ＲＥＣ）として動作させる場合、直流電流マージンＩmagを０としている。このため、変換器１０を順変換器（ＲＥＣ）として動作させる場合、処理３８は、直流電流指令値Ｉdoから直流電流測定値Ｉdmを減算した値を出力する。

処理３９は、処理３８の出力値を比例制御および積分制御する値をそれぞれ算出し、比例制御および積分制御の値を加算する演算を行う。そして、処理３９は、演算結果の値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲であれば演算結果の値を直流電圧出力値Ｖｄｃとして出力し、演算結果の値が上限値Ｕよりも大きい場合、上限値Ｕを直流電圧出力値Ｖｄｃとして出力し、演算結果の値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを直流電圧出力値Ｖｄｃとして出力する。

ここで、変換器１０を順変換器（ＲＥＣ）として動作させる場合、直流電圧マージンＶmagが設定されているため、処理３５は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧測定値Ｖdmが等しくなった場合でも直流電圧マージンＶmagを出力する。処理３６は、処理３５から直流電圧マージンＶmag分の値が常に入力した場合、時間の経過と共に積分制御の値が増加して上限値Ｕを超える。この結果、処理３６は、時間の経過と共に、上限値Ｕを出力するようになる。処理３３は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagの加算値の一次遅れを求めて出力するため、直流電圧指令値Ｖdoが変更されない場合、時間の経過と共に直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagの加算値を出力する。処理３７は、処理３３の出力値と処理３６の出力値とを加算し、加算した値を、処理３９の上限値に設定する。このため、処理３６の上限値Ｕを十分に大きな値とした場合、処理３９の演算結果の値が設定された上限値に達することが無くなり、処理３９は、演算結果の値を出力することになる。すなわち、変換器１０を順変換器（ＲＥＣ）として動作させる場合、処理３９の演算結果の値が上限値で制限されることが無くなる。このため、図４に示す制御は、直流電流測定値Ｉdmを直流電流指令値Ｉdoに近づける定電流制御となる。

次に、変換器１０が逆変換器（ＩＮＶ）として動作する場合の制御の流れについて説明する。変換器１０が逆変換器（ＩＮＶ）として動作する場合、直流電流マージンＩmagはマージンとして所定値が設定され、直流電圧マージンＶmagは０とされる。

処理３０は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagを加算した値を処理３２へ出力する。ここで、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる場合、直流電圧マージンＶmagを０としている。このため、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる場合、処理３０は、直流電圧指令値Ｖdoを出力する。処理３２は、処理３０の出力値と処理３１の出力値を乗算し、乗演算結果の値を処理３３、３５へ出力する。交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、処理３１の出力値が１であるため、処理３２は、直流電圧指令値Ｖdoを処理３３、３５へ出力する。処理３５は、処理３２の出力値から直流電圧測定値Ｖdmを減算する演算を行い、演算結果の値を処理３６へ出力する。この処理３２の出力値は、交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、直流電圧指令値Ｖdoである。よって、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させ、交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、処理３５は、直流電圧指令値Ｖdoから直流電圧測定値Ｖdmを減算した値を出力する。

処理３６は、処理３５の出力値を比例制御および積分制御する値をそれぞれ算出し、比例制御および積分制御の値を加算する演算を行う。そして、処理３６は、演算結果の値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲であれば演算結果の値を処理３７へ出力し、演算結果の値が上限値Ｕよりも大きい場合、上限値Ｕを出力し、演算結果の値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを出力する。

ここで、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる場合、直流電圧マージンＶmagが０であるため、処理３５は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧測定値Ｖdmが等しくなった場合、０を出力する。すなわち、処理３５は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧測定値Ｖdmの差分を出力する。そして、処理３６の上限値Ｕを十分に大きな値とした場合、処理３５の演算結果の値が設定された上限値に達することが無くなり、処理３６は、演算結果の値を出力する。

処理３３は、一次遅れフィルタであり、処理３２の出力値の一次遅れを求めて処理３７へ出力する。

処理３７は、処理３３の出力値と処理３６の出力値とを加算し、加算した値を処理３９の上限値に設定する。

ここで、処理３３を設けていた場合、処理３３は、直流電圧指令値Ｖdoを出力する。処理３６は、比例制御および積分制御により、直流電圧測定値Ｖdmを直流電圧指令値Ｖdoへ調整するための制御量αを出力する。一方、処理３３を設けていない場合、処理３６は、比例制御および積分制御により、直流電圧指令値Ｖdoと制御量αとを加算した値を出力する。よって、処理３７から出力される値は、何れの場合も直流電圧測定値Ｖdmを直流電圧指令値Ｖdoに近づける定電圧制御の制御量となる。

一方、処理３８は、直流電流指令値Ｉdoから直流電流測定値Ｉdmを減算し、直流電流マージンＩmagを加算する演算を行い、演算結果の値を処理３９へ出力する。ここで、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる場合、直流電流マージンＩmagに値が設定される。このため、処理３８は、直流電流指令値Ｉdoと直流電流測定値Ｉdmが等しくなった場合でも直流電流マージンＩmagを出力する。

処理３９は、処理３８の出力値を比例制御および積分制御する値をそれぞれ算出し、比例制御および積分制御の値を加算する演算を行う。そして、処理３９は、演算結果の値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲であれば演算結果の値を直流電圧出力値Ｖｄｃとして出力し、演算結果の値が上限値Ｕよりも大きい場合、上限値Ｕを直流電圧出力値Ｖｄｃとして出力し、演算結果の値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを直流電圧出力値Ｖｄｃとして出力する。

ここで、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる場合、直流電流マージンＩmagが設定されているため、処理３８は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧測定値Ｖdmが等しくなった場合でも直流電流マージンＩmagを出力する。処理３９は、処理３８から直流電流マージンＩmag分の値が常に入力した場合、時間の経過と共に積分制御の値が増加して上限値Ｕを超える。この結果、処理３９は、時間の経過と共に、上限値Ｕを出力するようになる。この処理３９の上限値は、処理３７の出力値である。すなわち、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる場合、処理３９が上限値を出力するため、図４に示す制御は、直流電圧測定値Ｖdmを直流電圧指令値Ｖdoに近づける定電圧制御となる。

本実施例に係る直流システム１では、一方の変換器１０の直流電流マージンＩmagを０とし、直流電圧マージンＶmagを設定して順変換器（ＲＥＣ）として動作させ、他方の変換器１０の直流電流マージンＩmagを設定し、直流電圧マージンＶmagを０として逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる。順変換器（ＲＥＣ）は、直流電力系統１１の電流値を直流電流指令値Ｉdoに保つ定電流制御を行い、逆変換器（ＩＮＶ）は、直流電力系統１１の電圧値を直流電圧指令値Ｖdoに保つ定電圧制御を行う。これにより、図３に示す交点Ｐ１が運転点となる。

次に、直流電力系統１１で地絡や短絡などの事故が発生した場合の制御の流れについて説明する。直流電力系統１１で地絡や短絡などの事故が発生し、直流電力系統１１の電圧値がゼロになった場合、直流電圧測定値Ｖdmが０となる。

処理３５は、処理３２の出力値から直流電圧測定値Ｖdmを減算する演算を行い、演算結果の値を処理３６へ出力する。直流電力系統１１で事故が発生して直流電圧測定値Ｖdmが０となった場合、処理３５は、処理３２の出力値を処理３６へ出力する。この処理３２の出力値は、交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagを加算した値である。よって、交流電圧測定値Ｖamが定常状態の電圧値である場合、処理３５は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagを加算した値を出力する。

処理３６は、処理３５の出力値を比例制御および積分制御する値をそれぞれ算出し、比例制御および積分制御の値を加算する演算を行う。そして、処理３６は、演算結果の値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲であれば演算結果の値を処理３７へ出力し、演算結果の値が上限値Ｕよりも大きい場合、上限値Ｕを処理３７へ出力し、演算結果の値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを処理３７へ出力する。

ここで、変換器１０が順変換器（ＲＥＣ）として動作していた場合、直流電圧マージンＶmagが設定されているため、処理３６は、元々上限値Ｕを出力しており、出力値が変化しない。一方、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作していた場合、直流電圧マージンＶmagが０であるが、直流電圧指令値Ｖdoが常に入力するため、処理３６は、時間の経過と共に積分制御の値が増加して上限値Ｕを超える。この結果、処理３６は、時間の経過と共に、上限値Ｕを出力するようになる。処理３７は、処理３３の出力値と処理３６の出力値とを加算し、加算した値を、処理３９の上限値に設定する。このため、処理３６の上限値Ｕを十分に大きな値とした場合、処理３９の演算結果の値が設定された上限値に達することが無くなり、処理３９は、演算結果の値を出力する。すなわち、変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させた場合でも、直流電圧測定値Ｖdmが０となった場合、処理３９の上限値で制限されることが無くなるため、図４に示す制御は、直流電流測定値Ｉdmを直流電流指令値Ｉdoに直流電流マージンＩmagを加えたものに近づける定電流制御となる。

よって、本実施例に係る直流システム１では、一方の変換器１０を順変換器（ＲＥＣ）として動作させ、他方の変換器１０を逆変換器（ＩＮＶ）として動作させて直流送電を行っている際に、直流電力系統１１で事故が発生して直流電力系統１１の電圧値がゼロになった場合、順変換器（ＲＥＣ）および逆変換器（ＩＮＶ）は、それぞれ電圧０の点を運転点として定電流制御を行う。図６は、直流電圧測定値Ｖdmが０となった場合の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。図６に示すように、順変換器（ＲＥＣ）は、制御特性を示す線Ｌ１の電圧０の点Ｐ２が運転点となる。逆変換器（ＩＮＶ）は、制御特性を示す線Ｌ２の電圧０の点Ｐ３が運転点となる。

この結果、順変換器（ＲＥＣ）には直流電流指令値Ｉdoの電流が流れる。逆変換器（ＩＮＶ）には直流電流指令値Ｉdoと直流電流マージンＩmagとの差電流が流れる。このため、結果的に事故点には直流電流マージンＩmag分の電流が流れ込むこととなる。しかし、順変換器（ＲＥＣ）および逆変換器（ＩＮＶ）は、直流事故時にも運転点が直流電流指令値Ｉdo以下となるため、過電流は流れない。

次に、交流電力系統１２で地絡や短絡などの事故が発生した場合の制御の流れについて説明する。交流電力系統１２で地絡や短絡などの事故が発生した場合、交流電力系統１２の電圧値が低下した場合、処理３１から出力される値が低下する。処理３２は、処理３０の出力値と処理３１の出力値を乗算する。この処理３０の出力値は、直流電圧指令値Ｖdoと直流電圧マージンＶmagの加算値である。よって、交流電力系統１２の電圧値が低下した場合、処理３２は、処理３３、３５へ出力する値が低下する。

図７Ａは、逆変換器（ＩＮＶ）側の交流電圧が低下した場合の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。図７Ｂは、順変換器（ＲＥＣ）側の交流電圧が低下した場合の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。逆変換器（ＩＮＶ）側で交流側電圧低下が発生すると、運転点は図７Ａに示すように変化し、交流電圧の低下度合に応じて直流電圧が低下することとなる。順変換器（ＲＥＣ）側で交流側電圧低下が発生すると、運転点は図７Ｂに示すように変化し、交流電圧の低下度合に応じて直流電圧が低下することとなる。

すなわち、変換器１０は、順変換器（ＲＥＣ）および逆変換器（ＩＮＶ）の何れとして動作した場合も、交流側電圧低下の際にも安定的に運転が継続される。また、変換器１０は、事故が除去され、交流側電圧が戻った際には運転点が事故前の状態に戻るため、交流側電圧低下時に制御を切り替える必要がない。

このように、本実施例に係る変換器１０は、直流事故の際には図６に示すように動作点を持ち、交流事故の際には図７Ａ、７Ｂに示すような動作点を持つため、系統事故の際にも定常状態に落ち着く。よって、本実施例に係る変換器１０は、事故検出の速度にかかわらず、変換器１０に過電流を流すことなく運転継続可能であり、高速な事故検出は必要ない。これにより、本実施例に係る変換器１０を用いて直流送電やＢＴＢシステムなどの直流システムを構成することにより、送電システムの信頼性向上に寄与することができる。

また、本実施例に係る変換器１０は、自端の電圧、電流情報のみで動作しており保護
操作に直流電力系統１１の他端の情報を必要としない。本実施例に係る変換器１０は、片端で事故が発生した場合に、制御の切り替えなしに自然と定常状態におちつく。これは変換器１０の信頼性向上に寄与する。

また、本実施例に係る変換器１０は、変換器側の制御のみで直流事故を除去可能であり、直流遮断器を必要としない。また、本実施例に係る変換器１０は、回路モジュール２１にインバータセルタイプを使用しているため、回路モジュール２１のゲートブロック（ＧＢ）を行うことで変換器１０は即座に停止できる。一方、２レベル変換器、チョッパセルは、ゲートブロックしても直流事故時には事故が継続する。

また、本実施例に係る変換器１０は、高速に事故遮断を行いたい、直流事故除去時にも変換器をＳＴＡＴＣＯＭ(STATic synchronous COMpensator)として動作させたいなどの事情により直流遮断器を使用する場合でも、事故電流を自由に制御可能なため直流遮断器の電圧、電流定格を下げることができる。

また、通常の２レベル変換器などでは、交流事故等の理由により交流電圧が０になった場合、直流電流が０となる。事故除去後に交流電圧が回復してから再度直流電流を流し始めることにより、送電を再開するため、直流線路が非常に長い等の理由により直流回路のインダクタンスが非常に大きい場合、直流電流が速やかには立ち上がらず、事故除去の再起動が遅れる可能性がある。一方、本実施例に係る変換器１０は、交流電圧低下時にも直流電流を流し続けるため、このような場合でも高速に復帰できる。

次に、ＭＭＣの回路構成による事故除去の原理ついて説明する。例えば、半導体素子を多数直列されたアームでブリッジを構成した２レベル変換器や３レベル変換器では、至近端の直流回路で事故が発生した場合、直流線間電圧が０となる。２レベル変換器の場合、直流回路の線間電圧が０になると整流回路を通して交流回路側から電流が流れ込むため、遮断器を開放しない限り事故電流が継続する。

一方、本実施例に係る変換器１０の場合、直流回路の電圧が０の場合でも回路モジュール２１がコンデンサ２４を備え、コンデンサ２４のコンデンサ電圧が０ではない。このため、ＭＭＣの回路構成の場合は、電圧を出力可能である。また、回路モジュール２１は、スイッチングするスイッチング素子２５の組み合わせにより、正負の電圧の波形が発生可能である。

ここで、Ｒ相に注目して事故除去の原理を説明する。図８は、変換器１０による事故除去の原理する図である。なお、図８では、各相の上側アーム、下側アームの回路モジュール２１を１段に省略している。交流電力系統１２のＲ相電圧は、Ｖ・ｃｏｓ（ωｔ）であるものとする。この場合、変換器１０では、電力変換部２０のＲ相上部アームで−Ｖ・ｃｏｓ（ωｔ）の電圧を出力し、Ｒ相下部アームでＶ・ｃｏｓ（ωｔ）の電圧を出力する。これにより、変換器１０から交流電力系統１２のＲ相に出力される電圧は、Ｖ・ｃｏｓ（ωｔ）であり、変換器１０から直流電力系統１１に出力される電圧は、−Ｖ・ｃｏｓ（ωｔ）＋Ｖ・ｃｏｓ（ωｔ）＝０である。このとき、変換器１０が出力する交流電圧と交流電力系統１２のＲ相電圧が等しい。このため、変換器１０と交流電力系統１２の間に電位差は存在せず、交流電力系統１２から変換器１０に流れる電流は増加しない。また、変換器１０が出力する直流電圧は０である。このため、直流電力系統１１側の電流も増加しない。つまり、直流電力系統１１側で事故が発生しても、変換器１０の電力変換部２０の下部アームが交流電力系統１２の電圧と同じ電圧を出力し、上部アームが交流電力系統１２の電圧に−１を乗じた電圧を出力すれば事故電流は増加しない。Ｓ相、Ｔ相に関しても同様である。

次に、潮流反転をさせる場合の制御の流れについて説明する。直流システム１では、直流送電を行う場合、一方の変換器１０を、交流電圧を直流電圧に変換する順変換器（ＲＥＣ）として動作させ、他方の変換器１０を、直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器（ＩＮＶ）として動作させる。例えば、図１に示す右側の変換器１０Ａから左側の変換器１０Ｂへ直流電流指令値：Ｉdo、直流電圧指令値：Ｖdoで直流送電を行う場合、変換器１０Ａおよび変換器１０Ｂを以下のようなパラメータで運転する。
変換器１０Ａは、
直流電圧指令値 ：Ｖdo
直流電流指令値 ：Ｉdo
直流電圧マージン：Ｖmag
直流電流マージン：０
とされて順変換器（ＲＥＣ）として動作する。
変換器１０Ｂは、
直流電圧指令値 ：Ｖdo
直流電流指令値 ：Ｉdo
直流電圧マージン：０
直流電流マージン：Ｉmag
とされて逆変換器（ＩＮＶ）として動作する。

直流システム１は、このようなパラメータで運転した場合、図３に示す制御特性で運転する。

ここで、直流システム１では、変換器１０Ａと変換器１０Ｂの送電方向を反転させる潮流反転を行う場合、以下の（１）〜（３）の操作を実施する。
（１）直流電流指令値をＩdoから−Ｉdoに反転させる。
（２）電圧マージンを切り替える。
（３）電流マージンを切り替える。

すなわち、変換器１０Ａおよび変換器１０Ｂを以下のようなパラメータで運転する。
変換器１０Ａは、
直流電圧指令値 ：Ｖdo
直流電流指令値 ：−Ｉdo
直流電圧マージン：０
直流電流マージン：Ｉmag
とされて逆変換器（ＩＮＶ）として動作する。
変換器１０Ｂは、
直流電圧指令値 ：Ｖdo
直流電流指令値 ：−Ｉdo
直流電圧マージン：Ｖmag
直流電流マージン：０
とされて順変換器（ＲＥＣ）として動作する。

この操作により、直流システム１の制御特性は、図３から図９に示すように変更され、潮流が反転される。図９は、潮流反転させた際の直流システムの制御特性を示す制御特性図の一例を示す図である。本実施例の制御では、潮流反転前後で、直流電圧は変化せず直流電流を反転させることにより潮流反転を行える。

次に、本実施例に係る変換器１０を制御する制御系の構成ついて説明する。図１０は、変換器を制御する制御系の概略的な構成の一例を示す図である。図１０に示す例では、変換器１０は、検出部４１と、記憶部４２と、制御部４３と、信号生成部４４とを有する。

検出部４１は、変換器１０の制御に用いる各種の電圧や電流を検出する。例えば、検出部４１は、変換器１０が接続された直流電力系統１１や交流電力系統１２の電圧や電流を検出する。また、検出部４１は、電力変換部２０の各相のアーム毎に、アーム電流およびアーム電圧を検出する。

記憶部４２は、制御部４３で実行されるＯＳ（Operating System）や後述する制御処理に用いるプログラムなど各種プログラムを記憶する。さらに、記憶部４２は、制御部４３で実行されるプログラムの実行に必要な各種データを記憶する。例えば、記憶部４２は、直流電流指令値Ｉdo、直流電流マージンＩmag、直流電圧指令値Ｖdo、直流電圧マージンＶmagとを記憶する。この直流電流指令値Ｉdo、直流電流マージンＩmag、直流電圧指令値Ｖdo、直流電圧マージンＶmagは、例えば、直流システム１を制御する図示しない外部の制御装置から設定されてもよく、図示しない操作パネルなどの操作入力部から設定されてもよい。

制御部４３は、検出部４１による検出結果に基づき、各種の制御を行い電力変換部２０の各回路モジュール２１のスイッチング素子を制御する。例えば、制御部４３は、検出部４１により検出された直流電力系統１１の直流電流測定値Ｉdmや直流電圧測定値Ｖdm、交流電力系統１２の交流電圧測定値Ｖamに基づき、図４に示した制御ブロック図の制御を行って直流電圧出力値Ｖｄｃを導出し、直流電圧出力値Ｖｄｃに基づいて信号生成部４４を制御する。

信号生成部４４は、電力変換部２０の各相の各アームの回路モジュール２１に対して搬送波と変調波を供給しており、制御部４３からの制御に応じて、供給する変調波の波形を変更する。これにより、電力変換部２０では、各相のアーム毎に、回路モジュール２１のスイッチング素子２５のオン、オフの期間を変更することにより、各相のアーム毎にアーム電圧が変化する。

制御部４３は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を用いた回路構成により制御を実現してもよい。また、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路とプログラムを記憶した記憶部を設け、電子回路によりプログラムの処理を実行することにより制御を実現してもよい。

次に、本実施例に係る制御部４３による直流送電の制御処理の流れを説明する。図１１は、制御処理の手順を示すフローチャートである。この制御処理は、直流送電を行う際に実行される。

図１１に示すように、制御部４３は、検出された交流電圧測定値Ｖamがゼロから所定値ａまでの間、値が０から１へ比例して増加し、交流電圧測定値Ｖamが所定値ａ以上の場合に１として値を求める（ステップＳ１０）。制御部４３は、直流電圧指令値ＶdoとステップＳ１０で求めた値を乗算する（ステップＳ１１）。制御部４３は、ステップＳ１１で求めた値の一次遅れを求める（ステップＳ１２）。また、制御部４３は、ステップＳ１１で求めた値から直流電圧測定値Ｖdmを減算し、直流電圧マージンＶmagを加算する演算を行う（ステップＳ１３）。制御部４３は、ステップＳ１３で求めた値を比例制御および積分制御する値をそれぞれ算出し、比例制御および積分制御の値を加算する演算を行い、演算結果の値が上限値Ｕおよび下限値Ｌの範囲であれば演算結果の値を演算結果とし、演算結果の値が上限値Ｕよりも大きい場合、上限値Ｕを演算結果し、演算結果の値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを演算結果とする（ステップＳ１４）。制御部４３は、ステップＳ１２で求めた値とステップＳ１４で求めた値とを加算する（ステップＳ１５）。

制御部４３は、直流電流指令値Ｉdoから直流電流測定値Ｉdmを減算し、直流電流マージンＩmagを加算する演算を行う（ステップＳ１６）。制御部４３は、ステップＳ１５で求めた値を比例制御および積分制御する値をそれぞれ算出し、比例制御および積分制御の値を加算する演算を行い、演算結果の値がステップＳ１４で求めた値および下限値Ｌの範囲であれば演算結果の値を直流電圧出力値Ｖｄｃとして出力し、演算結果の値がステップＳ１４で求めた値よりも大きい場合、ステップＳ１４で求めた値を直流電圧出力値Ｖｄｃとして導出し、演算結果の値が下限値Ｌよりも小さい場合、下限値Ｌを直流電圧出力値Ｖｄｃとして導出し（ステップＳ１７）、導出した直流電圧出力値Ｖｄｃに基づいて信号生成部４４を制御する。

これにより、変換器１０は、直流電流マージンＩmagが０とされ、直流電圧マージンＶmagが設定されている場合、順変換器（ＲＥＣ）として動作して定電流制御を行う。一方、変換器１０は、直流電流マージンＩmagが設定され、直流電圧マージンＶmagが０とされている場合、逆変換器（ＩＮＶ）として動作して定電圧制御を行う。

制御部４３は、変換器１０全体を制御する他の制御部などから動作停止が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１８）。制御部４３は、動作停止が指示された場合（ステップＳ１８肯定）、処理を終了する。一方、制御部４３は、動作停止が指示されていない場合（ステップＳ１８否定）、ステップＳ１０へ移行する。

次に、本実施の形態に係る変換器１０の制御が実際に動作することを確認するため、シミュレーションによる動作検証を行った結果について説明する。図１２は、シミュレーションに使用した直流システムの概略的な構成を示す図である。図１３は、シミュレーションを行った直流システムの主な仕様を示す図である。なお、以下のシミュレーションは、財団法人電力中央研究所において開発した瞬時値解析プログラムであるＸＴＡＰ(eXpandable Transient Analysis Program)を使用して実施したものである。

図１２に示す直流システム１は、送電側と受電側が同じ回路構成とされており、直流電力系統１１の受電端と送電端にそれぞれ変換器１０が設けられている。変換器１０は、それぞれ変圧器１３によりそれぞれ別の交流電力系統１２と接続されている。交流電力系統１２は、無限大母線模擬の電圧源１４と短絡容量模擬の抵抗１５とリアクトル１６により模擬されている。ここで、短絡容量比は８．０に設定している。交流側、直流側の事故地点は、変換器至近端とし、交流事故は、事故回線を不図示の遮断器により開放することで除去するものとする。また、それぞれの変換器１０の直流側には、限流用のリアクトル１７を挿入している。この限流リアクトル１７は原理的には不要であり、変換器１０の制御遅れが０の場合は取り除くことができる。しかし、実際には変換器１０の制御には遅れ時間が存在するため、事故発生により直流電圧が低下してから変換器１０が応答するまでの期間、電流を制限する要素が必要である。今回のシミュレーションでは制御遅れが５０μｓであることを考慮し限流リアクトルを１００ｍＨとした。

最初に、潮流反転を行った場合についてシミュレーションを行った結果を説明する。図１４Ａ〜図１４Ｅは、潮流反転させた際の瞬時値波形を示す。図１４Ａは、潮流反転させた際の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。また、図１４Ｂは、送電側であった順変換器（ＲＥＣ）が受電側の逆変換器（ＩＮＶ）に変化する際の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図であり、図１４Ｃは、送電側であった順変換器（ＲＥＣ）が受電側の逆変換器（ＩＮＶ）に変化する際の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。また、図１４Ｄは、受電側であった逆変換器（ＩＮＶ）が送電側の順変換器（ＲＥＣ）に変化する際の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図であり、図１４Ｅは、受電側であった逆変換器（ＩＮＶ）が送電側の順変換器（ＲＥＣ）に変化する際の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。なお、図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｄのそれぞれの波形の振幅は、正規化している。

シミュレーションの結果、変換器１０は、図１４Ａに示すように、直流電圧はほぼ変化しないまま直流電流が１．０ｐ．ｕ.から−１．０ｐ．ｕ．になっており潮流が反転していることが確認できる。また、変換器１０は、図１４Ａ〜１４Ｅに示すように、電圧マージン、電流マージンが切り替わるとともに、図１４Ａ、１４Ｂに示す変換器１０が電流決定端子から電圧決定端子へ入れ替わり、図１４Ｃ、１４Ｄに示す変換器１０が電圧決定端子から電流決定端子へと入れ替わっており、潮流反転が図９の制御特性図のとおりに実施されていることが分かる。

次に、直流事故が発生した場合についてシミュレーションを行った結果を説明する。図１５は、直流事故のシーケンスを示す図である。図１５に示すように、本実施例では、直流事故発生から直流事故検出までの時間を０．１秒に設定している。これは事故検出に十分事故時間がかかっても、変換器に過電流が流れないことを確認するためである。また、直流事故を検出した後、下記（１）〜（４）の操作を行うことで高速にシステムを再起動させる。
（１）電流指令値を０に設定し、事故電流を制御により０とする。
（２）事故電流が０になったのを確認し、変換器１０をゲートブロック（ＧＢ）し、停止させる。
（３）変換器１０の停止により直流事故が除去される。
（４）事故除去から約０．３秒後に変換器１０を再起動させる。

事故除去から変換器１０の再起動までの時間を０．３秒としている理由は、消イオン時間を考慮したためである。

図１６Ａ〜図１６Ｅは、順変換器（ＲＥＣ）至近端で直流事故を発生させた場合の各部波形を示す。図１６Ａは、順変換器（ＲＥＣ）至近端で直流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。また、図１６Ｂは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図であり、図１６Ｃは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。また、図１６Ｄは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図であり、図１６Ｅは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。なお、図１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｄのそれぞれの波形の振幅は、正規化している。

シミュレーションの結果、変換器１０は、図１６Ａに示すように、事故直後順変換器（ＲＥＣ）端の電流は増加しているものの、定電流制御を行っているため即座に事故前の電流に落ち着く。また、逆変換器（ＩＮＶ）は、図１６Ｄ、１６Ｅに示すように、事故直後に電流が減少するが、即座に定電流となる。このとき、逆変換器（ＩＮＶ）には、図６に示した特性に従い事故前の電流から電流マージンを差し引いた電流が流れる。よって、事故点には電流マージン分の電流が流し込まれる。事故検出後、電流指令値を０にしたため、事故電流は、０となる。事故除去後の再起動も正常に行われていることから、本実施の形態の制御を使用することで直流事故からの再起動が高速に行えることが分かる。比較のため、図１７は、逆変換器（ＩＮＶ）至近端で直流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。

次に、交流事故が発生した場合についてシミュレーションを行った結果を説明する。図１８は、直流事故のシーケンスを示す図である。図１８に示すように、本実施例では、３線地落（３ＬＧ）の交流事故発生から交流側の遮断器が開放されるまでの時間を０．１秒（５サイクル）に設定している。交流事故は、事故回線を開放することによって、除去される。

図１９Ａ〜図１９Ｅは、順変換器（ＲＥＣ）至近端で交流事故を発生させた場合の各部波形を示す。図１９Ａは、順変換器（ＲＥＣ）至近端で交流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の直流電圧および直流電流の変化を示す図である。また、図１９Ｂは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図であり、図１９Ｃは、順変換器（ＲＥＣ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。また、図１９Ｄは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電圧実効値、交流電力、交流無効電力の変化を示す図であり、図１９Ｅは、逆変換器（ＩＮＶ）の交流電流、アーム電流、コンデンサ電圧の３相の波形を示す図である。なお、図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｄのそれぞれの波形の振幅は、正規化している。

シミュレーションの結果、変換器１０は、図１９Ａに示すように、順変換器（ＲＥＣ）至近端で交流事故が発生して、交流側の事故によって交流電圧が低下すると、図７Ｂの制御特性図に従い直流電圧が低下し、直流電流も電流マージン分低下する。交流事故が除去されると、交流電圧、直流電圧、直流電流ともに事故前の状況に戻り、交流事故時も変換器が安定的に運転可能であることが分かる。比較のため、図２０は、逆変換器（ＩＮＶ）至近端で交流事故を発生させた場合の各変換器１０の直流電力系統１１側の電圧および電流の変化を示す図である。変換器１０は、図２０に示すように、逆変換器（ＩＮＶ）至近端で交流事故を発生させた場合、順変換器（ＲＥＣ）至近端で交流事故を発生させた時と同様、図７Ａの制御特性図に従い直流電圧が低下する。一方、変換器１０は、図２０に示すように、逆変換器（ＩＮＶ）至近端で交流事故を発生させた場合と異なり、事故直後の動揺を除けば直流電流は１．０ｐ．ｕ．を保持する。

［実施例１の効果］
上述してきたように、本実施例に係る変換器１０は、自己消弧形のスイッチング素子２５および当該スイッチング素子２５のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサ２４を少なくとも備え、正負の電圧が発生可能とされた回路モジュール２１が１つまた複数直列に、３相交流の交流電力系統１２の各相毎に設けられた直列回路２２をＹ結線したＹ結線回路２３が２重に設けられ、２つのＹ結線に接続された直流電力系統１１と交流電力系統１２との間で電力変換を行う電力変換部２０を有する。本実施例に係る変換器１０は、直流電力系統１１の直流電圧を検出する。本実施例に係る変換器１０は、直流電力系統１１に定電流制御で供給された直流電力を交流電力系統１２の交流電力に変換する場合、定常状態において、検出される直流電力系統１１の直流電圧が所定電圧となるように電力変換部２０のスイッチング素子２５を制御し、検出される直流電力系統１１の直流電圧が低下した際に、直流電力系統１１に定電流制御で供給される電流値よりも少ない電流値で定電流制御を行うように電力変換部２０のスイッチング素子２５を制御する。これにより、本実施例に係る変換器１０によれば、直流事故や交流事故が発生して直流電力系統１１の直流電圧が低下した場合でも、直流電力系統１１に定電流制御で供給される電流値よりも少ない電流値で定電流制御を行うので、過電流の発生を抑制できる。

また、本実施例に係る変換器１０は、直流電力系統１１の直流電圧と所定の直流電圧の指令値との差の比例制御および積分制御を行って第１の制御量を求めると共に、直流電力系統１１の直流電流と所定の直流電流の指令値との差に所定の直流電流マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第２の制御量を求め、第２の制御量が第１の制御量よりも大きい場合は第１の制御量に基づいて電力変換部２０のスイッチング素子２５を制御し、第２の制御量が第１の制御量以下の場合は第２の制御量に基づいて電力変換部２０のスイッチング素子２５を制御する。これにより、本実施例に係る変換器１０によれば、直流事故や交流事故が発生していない定常状態において、直流電力系統１１の定電圧制御を行うことができ、直流電力系統１１の直流電圧が低下した場合に、直流電力系統１１の定電流制御に制御を切り替えることができる。

また、本実施例に係る変換器１０は、順変換器として動作する場合は直流電流マージンを０とし、直流電圧マージンを所定値とし、逆変換器として動作する場合は直流電流マージンを所定値とし、直流電圧マージンを０として、直流電力系統１１の直流電圧と所定の直流電圧の指令値との差に前記直流電流マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第１の制御量を求めると共に、直流電力系統１１の直流電流と所定の直流電流の指令値との差に前記直流電流マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第２の制御量を求め、第２の制御量が第１の制御量よりも大きい場合は第１の制御量に基づいて電力変換部２０のスイッチング素子２５を制御し、第２の制御量が第１の制御量以下の場合は第２の制御量に基づいて電力変換部２０のスイッチング素子２５を制御する。これにより、本実施例に係る変換器１０によれば、同じ制御方式で直流電流マージンと直流電圧マージンの設定を切り替えることにより、変換器１０を順変換器（ＲＥＣ）または逆変換器（ＩＮＶ）として動作させることができる。

さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。

例えば、上記の実施例では、電力変換部２０を、図１に示すように、交流電力系統１２の各相毎に回路モジュール２１を直列に３段接続した回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、各相毎に回路モジュール２１を１つ設けた回路構成としてもよい。また、各相毎に回路モジュール２１を直列に２段または４段以上接続した回路構成としてもよい。

また、上記の実施例では、回路モジュール２１にインバータセルタイプを使用した場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。回路モジュール２１は、正負の電圧が発生可能であれば何れの回路構成としてもよい。例えば、回路モジュール２１は、コンデンサに対して、２つのスイッチング素子を直列接続し、コンデンサの極性を変換する極性変換素子等を含み、極性変換素子によりコンデンサの極性を変換させて正負の電圧が発生可能とされたチョッパセルタイプの回路構成としてもよい。

また、上記の実施例では、各相の全ての回路モジュール２１をインバータセルタイプとして全ての回路モジュール２１で正負の電圧が発生可能とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。各相毎に少なくとも一部の回路モジュール２１で正負の電圧が発生可能であればよい。例えば、各相の一部の回路モジュール２１を正負の電圧が発生可能なモジュールとし、各相の他の回路モジュール２１を正負の電圧が発生できない回路構成の回路モジュールとしてもよい。

また、上記の実施例では、電力変換部２０の各相のアームに正負の電圧が発生可能なインバータセルタイプの回路モジュール２１を設けて電力変換部２０の各相のアームで正負の電圧が発生可能な構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。電力変換部２０は各相のアームで正負の電圧が発生可能であればよい。例えば、電力変換部２０の各相のアームに、正の電圧と負の電圧が発生可能な回路モジュールを個別に設けてもよい。例えば、チョッパセルタイプなどの回路モジュールにより、正の電圧が発生可能な回路モジュールと負の電圧が発生可能な回路モジュールを個別構成し、電力変換部２０の各相のアームに、正の電圧が発生可能な回路モジュールと負の電圧が発生可能な回路モジュールを直列に接続してもよい。また、電力変換部２０の各相のアームに、正の電圧が発生可能な回路モジュールと、負の電圧が発生可能な回路モジュールと、正負の電圧が発生可能な回路モジュールを組み合わせて設けて、正の電圧と負の電圧が発生可能な構成としてもよい。

また、上記の実施例では直流電圧マージンＶmagを設定して制御を行い、一方の変換器を順変換器（ＲＥＣ）のとして動作させ、直流電流マージンＩmagを設定して制御を行い、他方の変換器を順変換器（ＩＮＶ）のとして動作させた場合について例示したが、開示の装置はこれに限定されない。例えば、Ｉmagを設定する変換器を順変換器（ＲＥＣ）とし、Ｖmagを設定する変換器を逆変換器（ＩＮＶ）とし動作させても良い。

また、上記の実施例では、図４に示す制御の一例であり、図３に示す制御特性を実現できれば何れの制御方式でもよい。

また、各種の負荷や使用状況などに応じて、実施例において説明した各処理の各ステップでの処理を任意に細かく分けたり、あるいはまとめたり、処理順序を入れ替えてもよい。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的状態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、図１０に示す制御部４３をさらに細かい処理部に分けてもよい。

［制御プログラム］
また、上記の実施例で説明した制御部４３の各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。そこで、以下では、図２１を用いて、上記の実施例で説明した制御部４３と同様の機能を有する制御プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図２１は、制御プログラムを実行するコンピュータを示す図である。

図２１に示すように、コンピュータ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４０を有する。これら３００〜３４０の各部は、バス４００を介して接続される。

ＲＯＭ３２０には、上記の実施例１に示す制御部４３と同様の機能を発揮する制御プログラム３２０ａが予め記憶される。すなわち、ＲＯＭ３２０には、図２１に示すように、制御プログラム３２０ａが記憶される。なお、制御プログラム３２０ａについては、適宜分離しても良い。

ＨＤＤ３３０には、各種の情報が記憶される。例えば、ＨＤＤ３３０は、直流電流指令値Ｉdoや、直流電流マージンＩmagと、直流電圧指令値Ｖdo、直流電圧マージンＶmagとをパラメータとして記憶する。

そして、ＣＰＵ３１０は、各種の情報を読み出してＲＡＭ３４０に格納する。ＣＰＵ３１０は、ＲＡＭ３４０に格納された関係情報を用いて、制御プログラム３２０ａを実行する。なお、ＲＡＭ３４０に格納される各データは、常に全てのデータがＲＡＭ３４０に格納される必要はなく、処理に必要なデータのみがＲＡＭ３４０に格納されれば良い。

なお、上記した制御プログラム３２０ａについては、必ずしも最初からＲＯＭ３２０に記憶させておく必要はない。

例えば、コンピュータ３００に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」にプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

さらには、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ３００に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」などにプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

１ 直流システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ 変換器
１１ 直流電力系統
１２ 交流電力系統
２０ 電力変換部
２１ 回路モジュール
２２ 直列回路
２３ Ｙ結線回路
２４ コンデンサ
２５、２５Ａ、２５Ｂ スイッチング素子
２６ 直列回路
４１ 検出部
４２ 記憶部
４３ 制御部
４４ 信号生成部

Claims (4)

1. 自己消弧形のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを少なくとも備え、３相交流の交流電力系統の各相毎に設けられ、正負の電圧が発生可能とされたアームをＹ結線したＹ結線回路が２重に設けられ、２つのＹ結線に接続された直流電力系統と前記交流電力系統との間で電力変換を行う電力変換部と、
   前記直流電力系統の直流電圧を検出する検出部と、
   定常状態において前記直流電力系統の直流電流を決定する変換器として動作する場合は直流電流マージンを０とし、直流電圧マージンを所定値とし、定常状態において前記直流電力系統の直流電圧を決定する変換器として動作する場合は前記直流電流マージンを所定値とし、前記直流電圧マージンを０として、前記直流電力系統の直流電圧と所定の直流電圧の指令値との差に前記直流電圧マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第１の制御量を求めると共に、前記直流電力系統の直流電流と所定の直流電流の指令値との差に前記直流電流マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第２の制御量を求め、前記第２の制御量が前記第１の制御量よりも大きい場合は前記第１の制御量に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御し、前記第２の制御量が前記第１の制御量以下の場合は前記第２の制御量に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする変換器。
2. 前記アームは、コンデンサに対して、スイッチング素子を直列接続した２つの直列回路がそれぞれ並列に接続された回路構成とした回路モジュールが１つまた複数直列に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の変換器。
3. 自己消弧形のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを少なくとも備え、３相交流の交流電力系統の各相毎に設けられ、正負の電圧が発生可能とされたアームをＹ結線したＹ結線回路が２重に設けられ、２つのＹ結線に接続された直流電力系統と前記交流電力系統との間で電力変換を行う電力変換部を有する変換器の制御方法であって、
   前記直流電力系統の直流電圧を検出し、
   定常状態において前記直流電力系統の直流電流を決定する変換器として動作する場合は直流電流マージンを０とし、直流電圧マージンを所定値とし、定常状態において前記直流電力系統の直流電圧を決定する変換器として動作する場合は前記直流電流マージンを所定値とし、前記直流電圧マージンを０として、前記直流電力系統の直流電圧と所定の直流電圧の指令値との差に前記直流電圧マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第１の制御量を求めると共に、前記直流電力系統の直流電流と所定の直流電流の指令値との差に前記直流電流マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第２の制御量を求め、前記第２の制御量が前記第１の制御量よりも大きい場合は前記第１の制御量に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御し、前記第２の制御量が前記第１の制御量以下の場合は前記第２の制御量に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する
   ことを特徴とする変換器の制御方法。
4. 自己消弧形のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを少なくとも備え、３相交流の交流電力系統の各相毎に設けられ、正負の電圧が発生可能とされたアームをＹ結線したＹ結線回路が２重に設けられ、２つのＹ結線に接続された直流電力系統と前記交流電力系統との間で電力変換を行う電力変換部を有する変換器の制御プログラムであって、
   定常状態において前記直流電力系統の直流電流を決定する変換器として動作する場合は直流電流マージンを０とし、直流電圧マージンを所定値とし、定常状態において前記直流電力系統の直流電圧を決定する変換器として動作する場合は前記直流電流マージンを所定値とし、前記直流電圧マージンを０として、前記直流電力系統の直流電圧を検出する検出部により検出される前記直流電力系統の直流電圧と所定の直流電圧の指令値との差に前記直流電圧マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第１の制御量を求めると共に、前記直流電力系統の直流電流と所定の直流電流の指令値との差に前記直流電流マージンを加算した値の比例制御および積分制御を行って第２の制御量を求め、前記第２の制御量が前記第１の制御量よりも大きい場合は前記第１の制御量に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御し、前記第２の制御量が前記第１の制御量以下の場合は前記第２の制御量に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する
   処理を実行させることを特徴とする変換器の制御プログラム。