JP6877671B1 - 電力変換装置、および推定装置 - Google Patents

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Abstract

交流系統（３００）に接続される自励式直流送電システム（４００）に含まれる電力変換装置（１００＿１）は、自励式変換器（６＿１）と、制御装置（５＿１）とを備える。制御装置は、複数の第１振動情報の各々について、当該第１振動情報と自励式変換器の第１制御パラメータとを関連付けて記憶する記憶部（２０７）と、交流系統の交流電圧の振動成分を検出する振動検出部（２０３）と、複数の第１振動情報の中に、検出された交流系統の交流電圧の振動成分を含む第１検出振動情報に類似する第１類似振動情報が存在するか否かを判定する判定部（２０５）と、第１類似振動情報が存在する場合、第１類似振動情報に関連付けられた第１制御パラメータを、自励式変換器の新たな制御パラメータとして設定する設定部（２０９）とをさらに含む。

Description

本開示は、電力変換装置、および推定装置に関する。
直流送電システムに適用する変換器には、スイッチング素子にサイリスタを用いた他励式変換器、およびスイッチング素子にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の任意のタイミングでオンオフできる素子を用いた自励式変換器が存在する。近年では、他励式変換器に比べて自励式変換器の需要が増加している。例えば、ある交流系統と他の交流系統との潮流を増強する際に、他励式変換器を用いた既設の電力変換システムに、自励式変換器を用いた電力変換システムが追加される場合がある。
特開２０１４−４２３９５号公報（特許文献１）には、交直変換器の制御装置が開示されている。制御装置は、直流送電システム全体に対する融通電力指令値が増加する際に、自励式直流送電システムに対する融通電力指令値を遅延回路に与えることにより、他励式直流送電システムに対する融通電力指令値を自励式直流送電システムに対する融通電力指令値より先のタイミングで増加させ、他励式直流送電システムの融通電力増加が完了した後に、自励式直流送電システムに対する融通電力指令値を増加させる。
特開２０１４−４２３９５号公報
同一の交流系統に自励式変換器および他励式変換器が接続されるシステムでは、運用中に何らかの変更（例えば、交流系統の短絡容量の変更）が発生すると、制御応答性の影響で交流系統に振動（例えば、交流電圧の振動）が生じる場合がある。この場合、他励式変換器がこの振動を抑制するための制御を行なう一方、自励式変換器もこの振動を抑制するための制御を行なうため、制御のハンチングが発生し、定常的に振動が発生してしまう可能性がある。
本開示のある局面における目的は、交流系統に自励式変換器および他励式変換器が接続される場合に、自励式変換器の制御パラメータを適切に設定することにより交流系統の振動を抑制することが可能な技術を提供することである。
ある実施の形態に従うと、交流系統に接続される自励式直流送電システムに含まれる電力変換装置が提供される。電力変換装置は、交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式変換器と、自励式変換器の動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、複数の第１振動情報の各々について、当該第１振動情報と自励式変換器の第１制御パラメータとを関連付けて記憶する記憶部を含む。第１振動情報は、交流系統の交流電圧に含まれる第１振動成分を含む。第１振動情報に関連付けられた第１制御パラメータは、第１振動成分を抑制するためのパラメータである。制御装置は、交流系統の交流電圧の振動成分を検出する振動検出部と、記憶部に記憶された複数の第１振動情報の中に、検出された交流系統の交流電圧の振動成分を含む第１検出振動情報に類似する第１類似振動情報が存在するか否かを判定する判定部と、第１類似振動情報が存在する場合、第１類似振動情報に関連付けられた第１制御パラメータを、自励式変換器の新たな制御パラメータとして設定する設定部とをさらに含む。
他の実施の形態に従うと、交流系統に接続される自励式直流送電システムに含まれる自励式変換器の制御パラメータを推定するための推定装置が提供される。推定装置は、交流系統の交流電圧に含まれる振動成分を有する振動情報を取得する情報取得部と、振動情報から、振動成分を抑制する自励式変換器の制御パラメータを推定するための学習済モデルに、情報取得部が取得した振動情報を入力することにより制御パラメータを推定する推定部とを備える。
本開示によれば、交流系統に自励式変換器および他励式変換器が接続される場合に、自励式変換器の制御パラメータを適切に設定することにより交流系統の振動を抑制することができる。
電力変換システムの概略構成図である。 各電力変換装置の制御方式の一例を説明するための図である。 電力変換装置の概略構成図である。 変換器セルの構成例を示すブロック図である。 制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 制御装置の全体構成を示すブロック図である。 制御装置の制御パラメータ設定機能に関する機能ブロック図である。 情報テーブルを示す図である。 制御パラメータの設定手順を示すフローチャートである。 自励式直流送電システムに関する学習装置の構成図である。 学習装置の学習処理を示すフローチャートである。 制御パラメータを推定するための推定装置の構成図である。 推定装置の処理手順を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
実施の形態１．
＜システムの概略構成＞
図１は、電力変換システムの概略構成図である。電力変換システムは、自励式変換器で構成された自励式直流送電システム４００と、他励式変換器で構成された他励式直流送電システム４５０とを含む。図１（ａ）は、自励式直流送電システム４００および他励式直流送電システム４５０に接続された交流系統３００が送電線２回線で運用されている例を示している。図１（ｂ）は、交流系統３００が送電線１回線で運用されている例を示している。
図１（ａ）を参照して、電力変換システムは、交流系統３００，３１０，３２０と、自励式直流送電システム４００と、他励式直流送電システム４５０とを含む。自励式直流送電システム４００および他励式直流送電システム４５０は、共通の交流系統３００に接続される。また、自励式直流送電システム４００は交流系統３１０にさらに接続され、他励式直流送電システム４５０は交流系統３２０にさらに接続される。
交流系統３００は、交流送電線９１＿１，９１＿２と、母線９４，９５と、発電機１１０とを含む。交流系統３１０は、交流送電線９２＿１，９２＿２と、母線９６，９７と、発電機１１２とを含む。交流系統３２０は、交流送電線９３＿１，９３＿２と、母線９８，９９と、発電機１１３とを含む。
自励式直流送電システム４００は、自励式変換器６＿１，６＿２と、直流系統４とを含む。他励式直流送電システム４５０は、他励式変換器１２０＿１，１２０＿２と、直流系統１２２とを含む。直流系統４，１２２は、例えば、双極構成の直流送電線である。
交流系統３００において、母線９４と母線９５との間には、交流送電線９１＿１，９１＿２が接続される。母線９４には発電機１１０が接続され、母線９５には自励式変換器６＿１および他励式変換器１２０＿１が接続される。交流系統３１０において、母線９６と母線９７との間には、交流送電線９２＿１，９２＿２が接続される。母線９６には発電機１１２が接続され、母線９７には自励式変換器６＿２が接続される。交流系統３２０において、母線９８と母線９９との間には、交流送電線９３＿１，９３＿２が接続される。母線９８には発電機１１３が接続され、母線９９には他励式変換器１２０＿２が接続される。
自励式変換器６＿１は、交流系統３００と直流系統４との間で電力変換を行なう自励式の電力変換器である。自励式変換器６＿２は、交流系統３１０と直流系統４との間で電力変換を行なう自励式の電力変換器である。自励式変換器６＿１，６＿２（以下、「自励式変換器６」とも総称する。）は、互いに直列接続された複数の変換器セルを含むＭＭＣ変換方式の電力変換器によって構成される。ただし、自励式変換器６は、ＭＭＣ変換方式以外の変換方式であってもよい。なお、「変換器セル」は、「サブモジュール（sub module）」あるいは「単位変換器」とも称される。
他励式変換器１２０＿１は、交流系統３００と直流系統１２２との間で電力変換を行なう他励式の電力変換器である。他励式変換器１２０＿２は、交流系統３２０と直流系統１２２との間で電力変換を行なう他励式の電力変換器である。
本実施の形態では、交流系統３１０から交流系統３００に電力が送電され、自励式変換器６＿２は順変換器（ＲＥＣ：Rectifier）として動作し、自励式変換器６＿１は逆変換器（ＩＮＶ：Inverter）として動作する。具体的には、送電端において自励式変換器６＿２により交流電力が直流電力に変換され、この変換された直流電力が直流系統４を介して直流送電される。受電端において自励式変換器６＿１により直流電力が交流電力に変換され、交流系統３００に供給される。また、交流系統３２０から交流系統３００に電力が送電され、他励式変換器１２０＿２は順変換器として動作し、他励式変換器１２０＿１は逆変換器として動作する。
図１（ａ）の例では、母線９４と母線９５との間に、２つの交流送電線９１＿１，９１＿２が接続されており、交流系統３００が送電線２回線で運用されている。一方、図１（ｂ）の例では、交流送電線９１＿１が母線９４，９５と切り離されており、交流系統３００が送電線１回線で運用されている。
図２は、各電力変換装置の制御方式の一例を説明するための図である。図２を参照して、自励式直流送電システム４００は、電力変換装置１００＿１，１００＿２を含む。電力変換装置１００＿１は、自励式変換器６＿１と、自励式変換器６＿１の動作を制御する制御装置５＿１とを含む。電力変換装置１００＿２は、自励式変換器６＿２と、自励式変換器６＿２の動作を制御する制御装置５＿２とを含む。以下、電力変換装置１００＿１，１００＿２を電力変換装置１００とも総称する。
他励式直流送電システム４５０は、電力変換装置１０５＿１，１０５＿２を含む。電力変換装置１０５＿１は、他励式変換器１２０＿１と、他励式変換器１２０＿１の動作を制御する制御装置１２５＿１とを含む。電力変換装置１０５＿２は、他励式変換器１２０＿２と、他励式変換器１２０＿２の動作を制御する制御装置１２５＿２とを含む。以下、電力変換装置１０５＿１，１０５＿２を電力変換装置１０５とも総称する。
図１で説明したように、自励式変換器６＿２および他励式変換器１２０＿２が順変換器として動作し、自励式変換器６＿１および他励式変換器１２０＿１が逆変換器として動作する。この場合、次のような制御が行なわれる。
制御装置５＿１は、自励式変換器６＿１を直流電流制御で動作させることで、直流系統４の受電側の直流電圧を制御する。また、制御装置５＿１は、自励式変換器６＿１を交流電流制御および交流電圧制御で動作させることにより、交流系統３００の母線９５の交流電圧を制御する。なお、交流電圧制御は、交流電流制御よりも母線９５の交流電圧の制御に大きく寄与する。制御装置５＿２は、自励式変換器６＿２を直流電圧制御で動作させることで、直流系統４の送電側の直流電圧を制御する。また、制御装置５＿２は、自励式変換器６＿２を交流電流制御および交流電圧制御で動作させることにより、交流系統３１０の母線９７の交流電圧を制御する。
制御装置１２５＿１は、他励式変換器１２０＿１を直流電圧制御で動作させることで、直流系統１２２の受電側の直流電圧を制御する。制御装置１２５＿２は、他励式変換器１２０＿２を直流電流制御で動作させることで、直流系統４の送電側の直流電圧を制御する。制御装置１２５＿２は、他励式変換器１２０＿２から出力される有効電力を制御する。
ここで、自励式変換器６＿１が母線９５の交流電圧を制御している際に、交流系統３００が２回線運用から１回線運用に切り替わった場合（例えば、図１（ａ）の状態から図１（ｂ）の状態に切り替わった場合）を想定する。２回線運用から１回線運用に切り替わると、交流系統３００の短絡容量が変化し、発電機１１０と自励式変換器６＿１との間のインピーダンスおよび発電機１１０と他励式変換器１２０＿１との間のインピーダンスが大きくなる。この場合、制御応答性の影響で母線９５の交流電圧に振動が生じる。
母線９５の交流電圧に振動が発生すると、自励式直流送電システム４００においては、主に母線９５に接続された自励式変換器６＿１の交流電圧制御によって、この振動が抑制される制御（例えば、交流電圧を一定に維持する制御）が行われる。
また、母線９５の交流電圧の振動は、他励式直流送電システム４５０にも影響を与える。具体的には、他励式変換器１２０＿１によって交流電圧が直流電圧に変換される場合、その直流電圧値は交流電圧値に依存する。そのため、母線９５の交流電圧に振動が発生すると、この振動の影響が直流系統１２２の直流電圧に現れる。一般的に、直流電流制御の方が直流電圧制御より制御応答が速いため、他励式直流送電システム４５０においては主に他励式変換器１２０＿２の直流電流制御によって、この振動が抑制される制御が行われる。
このように、母線９５の交流電圧に振動が発生した場合、自励式直流送電システム４００側では、自励式変換器６＿１の交流電圧制御によって当該振動を抑制する制御が行われる一方、他励式直流送電システム４５０側では、他励式変換器１２０＿２の直流電流制御によって当該振動を抑制する制御が行われる。したがって、制御のハンチングが発生して、定常的に振動が発生してしまう可能性がある。
このような定常的な振動は、自励式変換器または他励式変換器の制御パラメータを調整することで抑制することができる。しかし、近年では、既設の他励式直流送電システムが設置されている箇所に自励式直流送電システムが導入されるケースが多く、他励式変換器の制御パラメータを変更すると、他励式変換器の事故対応の制御応答に影響を与える。そこで、本実施の形態では、自励式変換器６＿１の制御パラメータを適切に設定することにより母線９５の交流電圧の振動を抑制する。制御パラメータの設定方式の詳細については後述する。
＜電力変換装置の概略構成＞
図３は、電力変換装置１００の概略構成図である。図３の電力変換装置１００は、例えば、図２の電力変換装置１００＿１である。なお、電力変換装置１００＿２の構成は、電力変換装置１００＿１の構成と同様である。
図３を参照して、電力変換装置１００（例えば、電力変換装置１００＿１）は、交流系統３００と直流系統４との間で電力変換を行なう自励式変換器６（例えば、自励式変換器６＿１）と、制御装置５（例えば、制御装置５＿１）とを含む。自励式変換器６は、正側の直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負側の直流端子（すなわち、低電位側直流端子）Ｎｎとの間に互いに並列に接続された複数のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗ（以下、総称する場合または任意のものを示す場合、「レグ回路８」と記載する）を含む。制御装置５は、これらのレグ回路８に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。
レグ回路８は、多相交流の各相ごとに設けられ、交流系統３００と直流系統４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。図３には交流系統３００が三相交流の場合が示されており、ｕ相、ｖ相、ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗが設けられる。なお、交流系統３００が単相交流の場合には、２個のレグ回路が設けられる。
レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器３を介して交流系統３００に接続される。図３では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと変圧器３との接続は図示していない。各レグ回路８に共通に設けられた直流端子（すなわち、正側直流端子Ｎｐ，負側直流端子Ｎｎ）は、直流系統４に接続される。
図３の変圧器３を用いる代わりに、レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗは、連系リアクトルを介して交流系統３００に接続した構成としてもよい。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗが変圧器３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル７ａ，７ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路８は、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗに設けられた接続部を介して電気的（すなわち、直流的または交流的）に交流系統３００に接続される。
レグ回路８ｕは、正側直流端子Ｎｐから交流端子Ｎｕまでの正側アーム１３ｕと、負側直流端子Ｎｎから交流端子Ｎｕまでの負側アーム１４ｕとに区分される。正側アーム１３ｕと負側アーム１４ｕとの接続点が、交流端子Ｎｕとして変圧器３と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流系統４に接続される。レグ回路８ｖは正側アーム１３ｖと負側アーム１４ｖとを含み、レグ回路８ｗは正側アーム１３ｗと負側アーム１４ｗとを含む。レグ回路８ｖ，８ｗはレグ回路８ｕと同様の構成を有しているので、以下、レグ回路８ｕを代表として説明する。
レグ回路８ｕにおいて、正側アーム１３ｕは、カスケード接続された複数の変換器セル１と、リアクトル７ａとを含む。複数の変換器セル１とリアクトル７ａとは互いに直列接続されている。負側アーム１４ｕは、カスケード接続された複数の変換器セル１と、リアクトル７ｂとを含む。複数の変換器セル１とリアクトル７ｂとは互いに直列接続されている。
リアクトル７ａが挿入される位置は、正側アーム１３ｕのいずれの位置であってもよく、リアクトル７ｂが挿入される位置は、負側アーム１４ｕのいずれの位置であってもよい。リアクトル７ａ，７ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。さらに、正側アーム１３ｕのリアクトル７ａのみ、もしくは、負側アーム１４ｕのリアクトル７ｂのみを設けてもよい。
電力変換装置１００は、さらに、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１５と、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂと、各レグ回路８に設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂとを含む。これらの検出器は、電力変換装置１００の制御に使用される電気量（すなわち、電流、電圧）を計測する。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置５に入力される。
具体的には、交流電圧検出器１０は、交流系統３００のｕ相の交流電圧実測値Ｖａｃｕ、ｖ相の交流電圧実測値Ｖａｃｖ、およびｗ相の交流電圧実測値Ｖａｃｗを検出する。交流電流検出器１５は、交流系統３００のｕ相、ｖ相、ｗ相にそれぞれ設けられ、各相の交流電流実測値を検出する。直流電圧検出器１１ａは、直流系統４に接続された正側直流端子Ｎｐの直流電圧実測値Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１ｂは、直流系統４に接続された負側直流端子Ｎｎの直流電圧実測値Ｖｄｃｎを検出する。
ｕ相用のレグ回路８ｕに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム１３ｕに流れる正側アーム電流実測値Ｉｕｐおよび負側アーム１４ｕに流れる負側アーム電流実測値Ｉｕｎをそれぞれ検出する。ｖ相用のレグ回路８ｖに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流実測値Ｉｖｐおよび負側アーム電流実測値Ｉｖｎをそれぞれ検出する。ｗ相用のレグ回路８ｗに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流実測値Ｉｗｐおよび負側アーム電流実測値Ｉｗｎをそれぞれ検出する。ここで、各正側アーム電流実測値Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐおよび負側アーム電流実測値Ｉｕｎ，Ｉｖｎ，Ｉｗｎは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎの方向に流れる電流を正とする。
制御装置５は、上記の各検出器によって検出された信号に基づいて、各セル１の動作を制御するためのゲート制御信号を出力する。例えば、ゲート制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号である。また、制御装置５は、各セル１から内部情報を受信する。内部情報は、セル１のキャパシタの電圧値、セル１の状態を示す状態情報等を含む。
＜変換器セルの構成＞
図４は、変換器セル１の構成例を示すブロック図である。図４を参照して、一例としての変換器セル１は、セル主回路６０と、通信装置６２とを含む。図４では、ハーフブリッジ型のセル主回路６０の構成が示されている。
図４に示すように、セル主回路６０は、互いに直列接続されたスイッチング素子１ａ，１ｂと、ダイオード１ｃ，１ｄと、エネルギー蓄積器としてのキャパシタ１ｅとを含む。ダイオード１ｃ，１ｄは、スイッチング素子１ａ，１ｂとそれぞれ逆並列（すなわち、並列かつ逆バイアス方向）に接続される。キャパシタ１ｅは、スイッチング素子１ａ，１ｂの直列接続回路と並列に接続される。スイッチング素子１ａ，１ｂの接続ノードは正側の入出力端子１ｐと接続され、スイッチング素子１ｂとキャパシタ１ｅの接続ノードは負側の入出力端子１ｎと接続される。
セル主回路６０において、スイッチング素子１ａ，１ｂは、一方がオン状態となり他方がオフ状態となるように制御される。スイッチング素子１ａがオン状態であり、スイッチング素子１ｂがオフ状態のとき、入出力端子１ｐ，１ｎ間にはキャパシタ１ｅの両端間の電圧が印加される。この場合、入出力端子１ｐが正側電圧となり、入出力端子１ｎが負側電圧となる。一方、スイッチング素子１ａがオフ状態であり、スイッチング素子１ｂがオン状態のとき、入出力端子１ｐ，１ｎ間は０Ｖとなる。このように、セル主回路６０は、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態とすることによって、零電圧または正電圧を出力できる。正電圧の大きさは、キャパシタ１ｅの電圧に依存する。ダイオード１ｃ，１ｄは、スイッチング素子１ａ，１ｂに逆方向電圧が印加されたときの保護のために設けられている。
通信装置６２は、制御装置５に設けられた通信回路と通信を行なうことにより、制御装置５からゲート制御信号Ｇａ，Ｇｂを受信する。ゲート制御信号Ｇａ，Ｇｂは、スイッチング素子１ａ，１ｂの制御電極にそれぞれ出力される。これにより、スイッチング素子１ａ，１ｂは、オンまたはオフ状態となるように制御される。さらに、通信装置６２は、セル１のキャパシタ電圧実測値Ｖｃｉを制御装置５に送信する。通信装置６２と制御装置５との間の通信方式には、耐ノイズ性の観点から光通信方式を用いるのが望ましい。
図４に示す各スイッチング素子１ａ，１ｂには、オン動作とオフ動作の両方を制御可能な自己消弧型の半導体スイッチング素子が用いられる。例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）などがスイッチング素子１ａ，１ｂとして用いられる。
上記で説明した変換器セル１の構成は一例であって、他の構成の変換器セル１を本実施の形態に適用してもよい。例えば、変換器セル１は、フルブリッジ型の変換回路を用いて構成されていてもよいし、フルブリッジ型の変換回路の１つのスイッチング素子をダイオードのみで置き換えた１．５ハーフブリッジ構成とも呼ばれる変換回路を用いて構成されていてもよい。
＜制御装置のハードウェア構成例＞
図５は、制御装置５のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図５の場合の制御装置５は、コンピュータに基づいて構成される。図５を参照して、制御装置５は、１つ以上の入力変換器７０と、１つ以上のサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路７１と、マルチプレクサ（ＭＵＸ：multiplexer）７２と、Ａ／Ｄ変換器７３とを含む。さらに、制御装置５は、１つ以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）７４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）７６とを含む。さらに、制御装置５は、１つ以上の入出力インターフェイス７７と、補助記憶装置７８と、上記の構成要素間を相互に接続するバス７９とを含む。
入力変換器７０は、入力チャンネルごとに補助変成器を備える。各補助変成器は、図１の各電気量検出器による検出信号を、後続する信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。
サンプルホールド回路７１は、入力変換器７０ごとに設けられる。サンプルホールド回路７１は、対応の入力変換器７０から受けた電気量を表す信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。
マルチプレクサ７２は、複数のサンプルホールド回路７１に保持された信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器７３は、マルチプレクサ７２によって選択された信号をデジタル値に変換する。なお、複数のＡ／Ｄ変換器７３を設けることによって、複数の入力チャンネルの検出信号に対して並列的にＡ／Ｄ変換を実行するようにしてもよい。
ＣＰＵ７４は、制御装置５の全体を制御し、プログラムに従って演算処理を実行する。揮発性メモリとしてのＲＡＭ７５および不揮発性メモリとしてのＲＯＭ７６は、ＣＰＵ７４の主記憶として用いられる。ＲＯＭ７６は、プログラムおよび信号処理用の設定値などを収納する。補助記憶装置７８は、ＲＯＭ７６に比べて大容量の不揮発性メモリであり、プログラムおよび電気量検出値のデータなどを格納する。
入出力インターフェイス７７は、ＣＰＵ７４と外部装置との間で通信する際のインターフェイス回路である。通信方式は、有線通信方式であってもよいし無線通信方式であってもよい。
なお、制御装置５の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの回路を用いて構成してもよい。また、各変換器セル用のセル個別制御器６１も、制御装置５の場合と同様にコンピュータをベースに構成することもできるし、その少なくとも一部をＦＰＧＡおよびＡＳＩＣなどの回路を用いて構成することができる。もしくは、制御装置５の少なくとも一部およびセル個別制御器６１の少なくとも一部は、アナログ回路によって構成することもできる。
＜制御装置の全体構成＞
図６は、制御装置５の全体構成を示すブロック図である。図６を参照して、制御装置５は、有効電力算出器２１と、セルキャパシタ電圧算出器２３と、有効電力制御器２５と、無効電力算出器２７と、交流電圧実効値算出器２９と、セルキャパシタ電圧制御器３１と、直流電圧制御器３３と、直流電流制御器３５と、無効電力制御器３７と、交流電圧制御器３９と、選択器４１，４３と、指令生成部４５と、ゲートパルス生成部５０とを含む。これらの構成は、例えば、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置５の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ７４であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。
有効電力制御器２５、セルキャパシタ電圧制御器３１、直流電圧制御器３３、直流電流制御器３５、無効電力制御器３７、および交流電圧制御器３９は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器、またはフィードバック制御に用いられる他の制御器として構成され得る。
セルキャパシタ電圧算出器２３は、全セル１（すなわち、自励式変換器６内に含まれるすべてのセル１）の各々のキャパシタ電圧実測値Ｖｃｉに基づいて、全セル１用のキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌを算出する。例えば、キャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌは、全キャパシタ（すなわち、自励式変換器６に含まれるすべてのキャパシタ）の電圧平均値である。なお、キャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌは、全セル１の各々のキャパシタ電圧実測値Ｖｃｉのうちの最大値または最小値であってもよいし、全セル１の各々のキャパシタ電圧実測値Ｖｃｉの中央値であってもよい。
セルキャパシタ電圧制御器３１は、キャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌについて与えられたキャパシタ電圧指令値Ｖｃａｌｌｒｅｆとキャパシタ電圧値Ｖｃｉａｌｌとの偏差を算出し、当該偏差が０となるように自励式変換器６から出力される有効電流を制御するための第１有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ１を生成する。キャパシタ電圧指令値Ｖｃａｌｌｒｅｆは固定値であってもよいし、何らかの演算によって得られる変動値であってもよい。キャパシタ電圧指令値Ｖｃａｌｌｒｅｆは、例えば、外部装置（例えば、制御装置５の上位装置である電力系統全体を管理する中央制御装置等）により与えられる。セルキャパシタ電圧制御器３１により、全セル１用のキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌがキャパシタ電圧指令値Ｖｃａｌｌｒｅｆに等しくなるようにフィードバック制御される。
直流電圧制御器３３は、与えられた直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと直流電圧値Ｖｄｃとの偏差を算出し、当該偏差が０になるように自励式変換器６から出力される有効電流を制御するための第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２を生成する。直流電圧値Ｖｄｃは、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂによって検出された直流電圧実測値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎから求められる電圧値（すなわち、Ｖｄｃ＝Ｖｄｃｐ−Ｖｄｃｎ）である。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは固定値であってもよいし、何らかの演算によって得られる変動値であってもよい。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、例えば、外部装置により与えられる。直流電圧制御器３３により、直流電圧値Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに等しくなるようにフィードバック制御される。
有効電力算出器２１は、交流電圧検出器１０で検出された各相の交流電圧実測値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、交流電流検出器１５で検出された各相の交流電流実測値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとに基づいて、有効電力実測値Ｐｍを算出する。
有効電力制御器２５は、与えられた有効電力指令値Ｐｒｅｆと有効電力実測値Ｐｍとの偏差を算出し、当該偏差が０になるように自励式変換器６から出力される直流電流を制御するための直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを生成する。有効電力指令値Ｐｒｅｆは固定値であってもよいし、何らかの演算によって得られる変動値であってもよい。有効電力指令値Ｐｒｅｆは、例えば、外部装置により与えられる。
直流電流制御器３５は、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆと直流電流値Ｉｄｃとの偏差を算出し、当該偏差が０になるように自励式変換器６から出力される有効電流を制御するための第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２を生成する。直流電流値Ｉｄｃは、各アーム電流実測値を用いて次のように計算される。
図３を参照して、交流端子Ｎｕから変圧器３に向かって流れる交流電流実測値Ｉａｃｕは、正側アーム電流実測値Ｉｕｐから負側アーム電流実測値Ｉｕｎを減算した電流値（すなわち、Ｉａｃｕ＝Ｉｕｐ−Ｉｕｎ）である。この電流はレグ回路８ｕの直流端子を流れるレグ電流Ｉｃｏｍｕである。そのため、“Ｉｃｏｍｕ＝（Ｉｕｐ＋Ｉｕｎ）／２”が成立する。同様に、ｖ相のレグ電流Ｉｃｏｍｖについて、“Ｉｃｏｍｖ＝（Ｉｖｐ＋Ｉｖｎ）／２）”が成立し、ｗ相のレグ電流Ｉｃｏｍｗについて、“Ｉｃｏｍｗ＝（Ｉｗｐ＋Ｉｗｎ）／２）”が成立する。各相のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗの正側の直流端子は正側直流端子Ｎｐとして共通に接続され、負側の直流端子は負側直流端子Ｎｎとして共通に接続されている。この構成から、各相のレグ電流Ｉｃｏｍｕ，Ｉｃｏｍｖ，Ｉｃｏｍｗを加算した電流値は、直流系統４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流系統４に帰還する直流電流値Ｉｄｃとなる。したがって、“Ｉｄｃ＝Ｉｃｏｍｕ＋Ｉｃｏｍｖ＋Ｉｃｏｍｗ”が成立する。
再び、図６を参照して、無効電力算出器２７は、各相の交流電圧実測値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、各相の交流電流実測値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとに基づいて、無効電力実測値Ｑｍを算出する。
無効電力制御器３７は、与えられた無効電力指令値Ｑｒｅｆと無効電力実測値Ｑｍとの偏差を算出し、当該偏差が０になるように自励式変換器６から出力される無効電流を制御するための無効電流指令値Ｉｑｃｒｅｆを生成する。無効電力指令値Ｑｒｅｆは固定値であってもよいし、何らかの演算によって得られる変動値であってもよい。無効電力指令値Ｑｒｅｆは、例えば、外部装置により与えられる。
交流電圧実効値算出器２９は、各相の交流電圧実測値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗに基づいて、交流電圧実効値Ｖａｃｒｍｓを算出する。
交流電圧制御器３９は、与えられた交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆと交流電圧実効値Ｖａｃｒｍｓとの偏差を算出し、当該偏差が０になるように自励式変換器６から出力される無効電流を制御するための無効電流指令値Ｉｑｃｒｅｆを生成する。交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆは固定値であってもよいし、何らかの演算によって得られる変動値であってもよい。交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆは、例えば、外部装置により与えられる。
選択器４１は、信号ＲＩに従って、直流電圧制御器３３により生成された第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２、または直流電流制御器３５により生成された第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２を選択して、当該選択した第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２を出力する。
典型的には、制御装置５に対応する電力変換装置１００が順変換器として動作する場合、信号ＲＩは、直流電圧制御器３３により生成された第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２を選択させる信号となる。一方、制御装置５に対応する電力変換装置１００が逆変換器として動作する場合、信号ＲＩは、直流電流制御器３５により生成された第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２を選択させる信号となる。例えば、信号ＲＩは、外部装置により与えられる。
選択器４３は、信号ＱＶに従って、無効電力制御器３７により生成された無効電流指令値Ｉｑｒｅｆ、または交流電圧制御器３９により生成された無効電流指令値Ｉｑｒｅｆを選択して、当該選択した無効電流指令値Ｉｑｒｅｆを出力する。例えば、信号ＱＶは、外部装置により与えられる。
指令生成部４５は、第１有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ１と、第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２と、無効電流指令値Ｉｑｒｅｆとに基づいて、各相の正側アームおよび負側アーム用のアーム電圧指令値Ｖａｒｍｒｅｆを生成する。
ゲートパルス生成部５０は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｒｅｆに基づいて、セル主回路６０に設けられたスイッチング素子１ａ，１ｂのオンおよびオフを制御するためのゲート制御信号ＧＰを生成し、当該ゲート制御信号ＧＰを各セル１に出力する。具体的には、ゲートパルス生成部５０は、アーム電圧指令値と、キャリア信号とを比較し、この比較結果に基づいて、ＰＷＭ信号としてのゲート制御信号ＧＰを生成する。ゲート制御信号ＧＰは、上述したゲート制御信号Ｇａ，Ｇｂを含む。例えば、キャリア信号として三角波が用いられる。
＜制御パラメータの設定機能＞
一般的に、電力変換器の制御パラメータは、運用開始前に実際の電力系統を模擬した模擬系統を設定してシミュレーションを行なうことで決定される。ただし、多数の調整要素が存在するため、全ての条件を考慮した設定を運用開始の段階で確認することは、解析コストが増大となり効率的ではない。また、異なるメーカが各電力変換器を設計する場合には、それらの設計技術はメーカのノウハウとなるため、電力変換器内の各制御器の制御パラメータが公開されない場合も多い。そのため、運用開始前に適切な制御特性を解析に組み込んでシミュレーションすること自体が困難な場合もある。
また、上述したように、自励式変換器６＿１の交流電圧制御器、他励式変換器１２０＿２の直流電流制御器等の各電力変換器間の制御器による制御干渉によって、交流系統３００の運用パターンの変更（例えば、２回線運用から１回線運用への変更）時に母線９５の交流電圧に定常的に振動が発生する場合がある。以下、母線９５の交流電圧の振動を抑制するために、自励式変換器６＿１の制御パラメータを設定する方式について説明する。
本実施の形態に係る制御装置５＿１は、交流系統３００の運用パターン変更時（例えば、２回線運用から１回線運用への変更時）に母線９５の交流電圧の振動成分を検出した場合、振動成分が抑制されるまで自励式変換器６＿１の制御パラメータを自動的に調整する。制御装置５＿１は、制御パラメータを調整して振動成分を抑制した場合、変更後の運用パターン（例えば、１回線運用）と、運用パターン変更後に発生した振動成分と、当該振動成分を抑制できた調整後の制御パラメータとを関連付けてメモリ（例えば、ＲＯＭ７６、補助記憶装置７８等）に記憶する。これにより、同じ条件の振動成分が発生した場合（例えば、１回線運用で同様の振動成分が発生した場合）、制御装置５＿１は、自励式変換器６＿１の制御パラメータとして、メモリに格納された前回調整済の制御パラメータを設定する。以下、制御装置５＿１の制御パラメータ設定機能について具体的に説明する。
図７は、制御装置５＿１の制御パラメータ設定機能に関する機能ブロック図である。図７を参照して、制御装置５＿１の制御パラメータ設定部２１０は、取得部２０１と、振動検出部２０３と、判定部２０５と、パラメータ記憶部２０７と、設定部２０９とを含む。典型的には、パラメータ記憶部２０７は、ＲＯＭ７６、補助記憶装置７８等で実現される。取得部２０１、振動検出部２０３、判定部２０５および設定部２０９の各機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置５＿１の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ７４であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。
フィードバック制御部２３０は、減算器２３１と、制御器２３２とを含む。フィードバック制御部２３０は、母線９５の交流電圧を制御する機能を有する。この場合、フィードバック制御部２３０（すなわち、減算器２３１および制御器２３２）は、図６の交流電圧制御器３９に対応する。また、制御指令値は交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ（この場合、母線９５の交流電圧指令値）に対応し、実測値は交流電圧実効値Ｖａｃｒｍｓ（この場合、母線９５の交流電圧実効値）に対応し、制御出力値は無効電流指令値Ｉｑｒｅｆに対応する。
パラメータ記憶部２０７は、複数の振動情報の各々について、当該振動情報と自励式変換器６＿１の制御パラメータとを関連付けて記憶する。具体的には、パラメータ記憶部２０７は、図８に示す情報テーブル５００を記憶している。
図８は、情報テーブル５００を示す図である。図８を参照して、情報テーブル５００は、各振動情報と、各振動情報に関連付けられた制御器２３２（ここでは、交流電圧制御器３９）の制御パラメータ（例えば、ゲインＫおよび時定数Ｔ）とを含む。振動情報は、交流系統３００の運用パターンと、当該運用パターン時において交流系統３００の交流電圧（例えば、母線９５の交流電圧）に含まれる振動成分とを含む。また、制御パラメータは、振動情報に含まれる振動成分を抑制するためのパラメータである。
典型的には、この振動成分は、交流系統３００の運用パターン時に検出された交流電圧の振動成分である。例えば、Ｎｏ．１に対応する振動情報に着目すると、交流系統３００の送電線２回線運用時に検出された交流電圧の振動成分（以下、便宜上「振動成分Ｄ１」とも称する。）は、基本波電圧含有率が９９．０％であり、２次高調波電圧含有率が０．５％であり、３次高調波電圧含有率が０．１％であることを示している。また、振動成分Ｄ１を抑制できた制御パラメータ（例えば、ゲインＫおよび時定数Ｔ）が示されている。この場合、ゲインＫが“２０”であり、時定数Ｔが０．５である。そのため、交流系統３００の送電線２回線運用時において、振動成分Ｄ１と同様の振動成分が検出された場合には、ゲインＫを２０に設定し、時定数Ｔを０．５に設定することで、当該検出された振動成分を抑制できると考えられる。
他の例として、Ｎｏ．２に対応する振動情報に着目すると、交流系統３００がＡ送電線１回線運用（例えば、交流送電線９１＿１のみで運用）されている場合に検出された交流電圧の振動成分（以下、便宜上「振動成分Ｄ２」とも称する。）は、基本波電圧含有率が９５．０％であり、２次高調波電圧含有率が２．０％であり、３次高調波電圧含有率が１．１％であることを示している。また、振動成分Ｄ２を抑制できたゲインＫは“１０”であり、時定数Ｔは０．５である。なお、Ｎｏ．３の振動情報は、Ｎｏ．２の振動情報と運用パターンは同じだが、振動成分が異なる。
なお、情報テーブル５００における制御パラメータは、模擬系統等のシミュレーションで導出された値であってもよい。この場合、振動情報（すなわち、運用パターンおよび振動成分）がシミュレーションの条件として与えられる。
また、運用パターンの変更は、交流系統３００の回線数あるいはルートの変更だけではなく、自励式変換器６の制御モード（例えば、交流電圧一定制御モード、無効電力一定制御モード等）の変更、他励式変換器１２０の有効電力指令値変更に対する調相設備台数の変更等であってもよい。
再び、図７を参照して、取得部２０１は、外部装置から交流系統３００の現在の運用パターンを取得する。典型的には、取得部２０１は、入出力インターフェイス７７を介して、現在の運用パターンを示す情報を受信する。外部装置は、例えば、電力系統全体を管理する中央制御装置等である。取得部２０１は、定期的に現在の運用パターンを取得してもよいし、運用パターン変更時に現在の運用パターンを取得してもよい。
振動検出部２０３は、交流系統３００の交流電圧（例えば、母線９５の交流電圧）の振動成分を検出する。振動成分は、交流電圧の高調波成分含有率、交流電圧の基本周波数の振幅の実効値に対する、予め定められた次数の高調波の振幅の実効値の比率（以下、「高調波振幅比率」とも称する。）等の指標値で表すことができる。
ある局面では、振動検出部２０３は、交流系統３００の交流電圧の高調波成分含有率が閾値Ｔｈ１以上である場合に、振動成分を検出したと判断する。各次の高調波成分含有率は、測定された電圧波形（この場合、交流系統３００の交流電圧）に高調波成分がどの程度含まれているかを示す値である。例えば、２次高調波成分含有率は、測定された電圧波形に２次高調波成分がどの程度含まれているかを示す値である。各次数の高調波含有率は、交流電圧を高速フーリエ変換してパワースペクトル処理を行なうことにより算出される。なお、振動検出部２０３は、ある次数の高調波成分含有率が閾値Ｔｈ１以上である場合に振動成分を検出したと判断してもよいし、複数の次数の高調波成分含有率が閾値Ｔｈ１以上である場合に振動成分を検出したと判断してもよい。なお、複数の次数の高調波成分含有率に対応する複数の閾値Ｔｈ１は、それぞれ異なる値であってもよい。
他の局面では、振動検出部２０３は、交流系統３００の交流電圧の高調波振幅比率が閾値Ｔｈ２以上である場合に、振動成分を検出したと判断する。
さらに他の局面では、振動検出部２０３は、ある次数の高調波成分含有率が閾値Ｔｈ３以上である状態が規定期間継続した場合に振動成分を検出したと判断してもよいし、複数の次数の高調波成分含有率が閾値Ｔｈ３以上である状態が規定期間継続した場合に振動成分を検出したと判断してもよい。
なお、振動検出部２０３は、複数の指標値を用いて振動成分を検出してもよい。例えば、振動検出部２０３は、交流系統３００の交流電圧の高調波成分含有率が閾値Ｔｈ１以上であるとの第１条件、交流系統３００の交流電圧の高調波振幅比率が閾値Ｔｈ２以上であるとの第２条件のうちの少なくとも一方が成立する場合に、振動成分を検出したと判断してもよい。
判定部２０５は、パラメータ記憶部２０７に記憶された複数の振動情報（例えば、情報テーブル５００に含まれる複数の振動情報）の中に、検出された交流系統３００の交流電圧の振動成分を含む検出振動情報に類似する類似振動情報が存在するか否かを判定する。具体的には、検出振動情報は、取得部２０１により取得された交流系統３００の運用パターンと、当該運用パターン時において振動検出部２０３により検出された交流系統３００の交流電圧の振動成分とを含む。なお、検出振動情報に含まれる運用パターンは、交流電圧の振動成分が検出された場合における交流系統３００の運用パターンとも言える。
例えば、検出振動情報の運用パターンと、情報テーブル５００のＮｏ．２に対応する振動情報Ｘ２の運用パターン（すなわち、Ａ送電線１回線運用）とが一致しており、かつ、検出振動情報の振動成分と振動情報Ｘ２の振動成分とが類似している場合、振動情報Ｘ２は検出振動情報に類似する類似振動情報である。例えば、振動情報Ｘ２の振動成分の指標値と、検出振動情報の振動成分の指標値との差分が一定値未満である場合に、振動情報Ｘ２の振動成分と、検出振動情報の振動成分とは類似していると判断される。振動成分の類似条件は、運用者によって任意に定められ、その他の条件であってもよい。
判定部２０５は、パラメータ記憶部２０７に記憶された複数の振動情報の中に類似振動情報が存在すると判定した場合、当該類似振動情報に関連付けられた制御パラメータを抽出する。判定部２０５は、類似振動情報が存在するとの判定結果と、検出振動情報と、抽出した制御パラメータとを設定部２０９に出力する。一方、判定部２０５は、類似振動情報が存在しないと判定した場合、当該類似振動情報が存在しないとの判定結果を設定部２０９に出力する。
設定部２０９は、類似振動情報が存在するとの判定結果を受けた場合、当該類似振動情報に関連付けられた制御パラメータを、自励式変換器６＿１の新たな制御パラメータとして設定する。例えば、類似振動情報が振動情報Ｘ２である場合、振動情報Ｘ２に関連付けられた制御パラメータ（例えば、Ｋ＝１０、Ｔ＝０．５）を、制御器２３２の新たな制御パラメータとして設定する。本実施の形態では、説明の容易化のため、制御パラメータがゲインＫおよび時定数Ｔである構成を記載しているが、これに限られない。例えば、制御器２３２の制御パラメータは、複数の時定数Ｔ１，Ｔ２を含んでもよいし、比例要素のゲインＫＰ、積分要素のゲインＫＩ、微分要素のゲインＫＤを含んでもよい。
また、各ゲインＫ，ＫＰ，ＫＩ，ＫＤおよび時定数Ｔ１，Ｔ２には、リミッタ値が設定されていてもよい。例えば、ゲインＫのリミッタ値としては、ゲイン最大値Ｋｍａｘおよびゲイン最小値Ｋｍｉｎが設定される。ゲインＫは、ゲイン最小値Ｋｍｉｎからゲイン最大値Ｋｍａｘまでの範囲内で設定される。他のゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤおよび時定数Ｔ１，Ｔ２についても同様である。なお、リミッタ値は、運用パターンに応じて変更されてもよい。
次に、類似振動情報に関連付けられた制御パラメータが、新たな制御パラメータとして設定された後においても、振動検出部２０３により交流電圧の振動成分が検出された場合（すなわち、振動成分が抑制されない場合）、設定部２０９は、当該新たな制御パラメータを予め定められた式に従って変更する。以下、新たな制御パラメータとして設定された、類似振動情報に関連付けられた制御パラメータを、便宜上「制御パラメータＳＡ」とも称する。また、説明の容易化のため、制御パラメータとしてのゲインＫの変更方式について説明する。
新たに算出されるゲインをＫｎｅｗ１、現在適用しているゲイン（ここでは、制御パラメータＳＡに含まれるゲイン）をＫｏｌｄ、ゲイン最小値をＫｍｉｎと定義する。ここでは、交流系統３００が送電線２回線運用から送電線１回線運用に切り替わった際に交流電圧の振動成分が検出された場合を想定する。オフラインシミュレーション結果等により得られた知見により、本実施の形態では自励式変換器６＿１の交流電圧制御器のゲインＫを減少させる方向に調整して振動成分を抑制する方法について説明する。まず、設定部２０９は、式（１）に従って、ゲインＫｎｅｗ１を計算する。
Ｋｎｅｗ１＝Ｋｏｌｄ−｛（Ｋｏｌｄ−Ｋｍｉｎ）／２｝…（１）
次に、設定部２０９は、ゲインＫｏｌｄとゲインＫｎｅｗ１との差分が最小刻み値Ｋｄｉｖよりも大きいか否かを判断する。具体的には、設定部２０９は、式（２）が成立するか否かを判断する。最小刻み値Ｋｄｉｖは、制御パラメータの変更処理を継続するか終了するかを判断するための値として設定される。
Ｋｏｌｄ−Ｋｎｅｗ１＞Ｋｄｉｖ…（２）
ゲインＫｎｅｗ１とゲインＫｏｌｄとの差分が最小刻み値Ｋｄｉｖよりも大きい場合（すなわち、式（２）が成立する場合）、設定部２０９は、ゲインＫｎｅｗ１を制御器２３２のゲインＫとして設定する。
次に、ゲインＫｎｅｗ１の設定後においても、振動検出部２０３により交流電圧の振動成分が検出された場合には、ゲインＫｎｅｗ１をさらに減少させる必要があると考えられる。そのため、設定部２０９は、式（３）に従って、ゲインＫｎｅｗ２を計算する。
Ｋｎｅｗ２＝Ｋｎｅｗ１−｛（Ｋｎｅｗ１−Ｋｍｉｎ）／２｝…（３）
設定部２０９は、ゲインＫｎｅｗ１とゲインＫｎｅｗ２との差分が最小刻み値Ｋｄｉｖよりも大きいか否かを判断する。具体的には、設定部２０９は、式（４）が成立するか否かを判断する。
Ｋｎｅｗ１−Ｋｎｅｗ２＞Ｋｄｉｖ…（４）
ゲインＫｎｅｗ２とゲインＫｎｅｗ１との差分が最小刻み値Ｋｄｉｖよりも大きい場合（すなわち、式（４）が成立する場合）、設定部２０９は、ゲインＫｎｅｗ２を制御器２３２のゲインＫとして設定する。
一方、ゲインＫｎｅｗ１の設定後において、振動検出部２０３により交流電圧の振動成分が検出されなかった場合（すなわち、振動成分が抑制された場合）には、ゲインＫｎｅｗ１を下げ過ぎた可能性がある。そのため、設定部２０９は、式（５）に従って、ゲインＫｎｅｗ２を計算する。
Ｋｎｅｗ２＝Ｋｏｌｄ−｛（Ｋｏｌｄ−Ｋｎｅｗ１）／２｝…（５）
設定部２０９は、ゲインＫｏｌｄとゲインＫｎｅｗ２との差分が最小刻み値Ｋｄｉｖよりも大きいか否かを判断する。具体的には、設定部２０９は、式（６）が成立するか否かを判断する。
Ｋｏｌｄ−Ｋｎｅｗ２＞Ｋｄｉｖ…（６）
ゲインＫｎｅｗ２とゲインＫｎｅｗ１との差分が最小刻み値Ｋｄｉｖよりも大きい場合（すなわち、式（４）が成立する場合）、設定部２０９は、ゲインＫｎｅｗ２を制御器２３２のゲインＫとして設定する。
上記のように、設定部２０９は、変更前のゲインと変更後のゲインとの差分が最小刻み値Ｋｄｉｖ以下になるまで、式（１）〜（６）に示される一連の処理を繰り返す。そして、設定部２０９は、制御器２３２に適用される最終的なゲインＫを決定し、当該ゲインＫを制御器２３２に設定する。
制御パラメータＳＡ（例えば、ゲインＫ）の変更後に、振動検出部２０３により交流系統３００の交流電圧の振動成分が検出されなかった場合、設定部２０９は、当該変更後の制御パラメータＳＡを、制御器２３２の最終的な制御パラメータとして設定する。また、設定部２０９は、検出振動情報を、情報テーブル５００の各振動情報に追加するとともに、当該検出振動情報と変更後の制御パラメータＳＡとを関連付けてパラメータ記憶部２０７に記憶する。これにより、情報テーブル５００には、検出振動情報に含まれる“運用パターン”および“振動成分”と、当該検出振動情報に関連付けられた“制御パラメータ”（すなわち、変更後の制御パラメータＳＡ）とが追加される。
なお、式（１）〜（６）に示される一連の処理が繰り返されても、振動検出部２０３により交流系統３００の交流電圧の振動成分が検出されてしまう場合には、設定部２０９は次のような処理を行なう。具体的には、制御パラメータＳＡ（例えば、ゲインＫ）の変更後に、振動検出部２０３により交流系統３００の交流電圧の振動成分が検出された場合、設定部２０９は、交流系統３００における振動成分を抑制できなかった制御パラメータとして、当該変更後の制御パラメータＳＡを検出振動情報に関連付けてパラメータ記憶部２０７に記憶する。
なお、類似振動情報が存在しない場合、設定部２０９は、上記の式（１）〜（６）に従って、自励式変換器６＿１の現在の制御パラメータを変更する。上記では、ゲインＫｏｌｄが制御パラメータＳＡに含まれるゲインである場合について説明したが、このゲインＫｏｌｄを現在の制御パラメータに含まれるゲインに置き換えて同様の処理を実行すればよい。
上記では、ゲインＫが減少する方向に調整される構成について説明した。ただし、自励式変換器６＿１の交流電圧制御の応答が速くなる方向に変更した方が振動成分が抑制される場合には、ゲインＫは増大する方向に調整される。
この場合、ゲイン最大値をＫｍａｘと定義すると、式（１）の代わりに“Ｋｎｅｗ１＝Ｋｏｌｄ＋｛（Ｋｍａｘ−Ｋｏｌｄ）／２｝”が適用され、式（２）の代わりに“Ｋｎｅｗ１−Ｋｏｌｄ＞Ｋｄｉｖ”が適用される。
ゲインＫｎｅｗ１の設定後においても、振動検出部２０３により交流電圧の振動成分が検出された場合には、ゲインＫｎｅｗ１をさらに増大させる必要があると考えられる。そのため、式（３）の代わりに“Ｋｎｅｗ２＝Ｋｎｅｗ１＋｛（Ｋｍａｘ−Ｋｎｅｗ１）／２｝”が適用され、式（４）の代わりに“Ｋｎｅｗ２−Ｋｎｅｗ１＞Ｋｄｉｖ”が適用される。
一方、ゲインＫｎｅｗ１の設定後において、振動検出部２０３により交流電圧の振動成分が検出されなかった場合には、ゲインＫｎｅｗ１を上げ過ぎた可能性がある。そのため、式（５）の代わりに“Ｋｎｅｗ２＝Ｋｏｌｄ＋｛（Ｋｎｅｗ１−Ｋｏｌｄ）／２｝”が適用され、式（６）の代わりに“Ｋｎｅｗ２−Ｋｏｌｄ＞Ｋｄｉｖ”が適用される。
なお、自励式変換器６＿１の交流電圧制御の応答をどちらの方向に変更すれば振動成分が抑制されるのか不明である場合、ゲインＫを減少する方向に調整して振動成分が抑制されなければ、ゲインＫを増大する方向に調整してもよい。また、その逆であってもよい。さらに、ゲインＫの増減については、ゲインＫ変更後の交流電圧の高調波成分含有率の大きさにより判断してもよい。
＜制御パラメータの設定の処理手順＞
図９は、制御パラメータの設定手順を示すフローチャートである。典型的には、図９の各ステップは、制御装置５＿１のＣＰＵ７４により実行される。ここでは、交流系統３００の運用パターンが、送電線２回線運用から送電線１回線運用に切り替わったものとする。
図９を参照して、制御装置５＿１は、入出力インターフェイス７７を介して、交流系統３００の現在の運用パターン（すなわち、送電線１回線運用）を外部装置から取得する（ステップＳ１０）。制御装置５＿１は、交流系統３００の交流電圧の振動成分を検出する（ステップＳ１２）。制御装置５＿１は、現在の運用パターンと、検出された振動成分とを含む検出振動情報に類似する類似振動情報が内部メモリ（例えば、情報テーブル５００）に存在するか否かを判定する（ステップＳ１４）。
類似振動情報が存在する場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御装置５＿１は、類似振動情報に関連付けられた制御パラメータを、自励式変換器６＿１の新たな制御パラメータとして設定する（ステップＳ１６）。制御装置５＿１は、新たな制御パラメータ設定後に、交流系統３００の交流電圧の振動成分が検出されたか否かを判断する（ステップＳ１８）。当該振動成分が検出されなかった場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、制御装置５＿１は処理を終了する。当該振動成分が検出された場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、制御装置５＿１はステップＳ２０の処理を実行する。
類似振動情報が存在しない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御装置５＿１は、現在の制御パラメータを変更する（ステップＳ２０）。類似振動情報が存在しない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）には、現在の制御パラメータは、運用パターン変更前（すなわち、送電線２回線運用時）に用いていた制御パラメータである。振動成分が検出された場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）には、現在の制御パラメータは、ステップＳ１６において新たに設定された制御パラメータである。ステップＳ２０の制御パラメータの変更処理は、例えば、上記の式（１）に従って実行される。
続いて、制御装置５＿１は、制御パラメータの変更後に、交流系統３００の交流電圧の振動成分が検出されたか否かを判断する（ステップＳ２２）。当該振動成分が検出されなかった場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、制御装置５＿１は、式（５）に従って制御パラメータを変更（この場合、増大）する（ステップＳ２４）。当該振動成分が検出された場合には、制御装置５＿１は、式（３）に従って制御パラメータを変更（この場合、減少）して（ステップＳ２６）、ステップＳ２８の処理を実行する。
制御装置５＿１は、変更後の制御パラメータと変更前の制御パラメータとの差分が、最小刻み値Ｋｄｉｖ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２８）。差分が最小刻み値Ｋｄｉｖよりも大きい場合には（ステップＳ２８においてＮＯ）、制御装置５＿１はステップＳ２２の処理に進む。一方、差分が最小刻み値Ｋｄｉｖ以下である場合には（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、制御装置５＿１は、ステップＳ２２〜Ｓ２８の一連の処理により決定した制御パラメータを自励式変換器６＿１の制御パラメータとして設定した後、交流電圧の振動成分が検出されたか否かを判断する（ステップＳ３０）。
当該振動成分が検出されなかった場合（ステップＳ３０においてＮＯ）、制御装置５＿１は、決定した制御パラメータを、自励式変換器６＿１の新たな制御パラメータとして確定する（ステップＳ３２）。続いて、制御装置５＿１は、決定した制御パラメータを、振動抑制可能な制御パラメータとして内部メモリに記憶して（ステップＳ３４）、処理を終了する。具体的には、制御装置５＿１は、検出振動情報と決定した制御パラメータとを関連付けて情報テーブル５００に記憶する。
一方、当該振動成分が検出された場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、制御装置５＿１は、決定した制御パラメータを、振動抑制不能な制御パラメータとして内部メモリに記憶して（ステップＳ３６）、処理を終了する。具体的には、制御装置５＿１は、検出振動情報と決定した制御パラメータとを関連付けて情報テーブル５００に記憶する。この場合、制御装置５＿１は、自励式変換器６＿１の制御パラメータを元の値（すなわち、運用パターン変更前に用いていた制御パラメータの値）に戻して別の手法により振動を抑制する。別の手法には、例えば、交流電圧制御から無効電力制御に変更して振動抑制を図る手法、他励式変換器側に制御パラメータの補正依頼をかける手法、潮流の変更依頼を行なう手法等が考えられる。
（変形例１）
上記では、フィードバック制御部２３０が交流電圧制御器３９に対応し、交流系統３００の交流電圧の振動成分を抑制するために、交流電圧制御器３９の制御パラメータを設定する構成について説明した。変形例１では、直流系統４の直流電流の振動成分を抑制するために、直流電流制御器３５の制御パラメータを設定する構成について説明する。直流電流制御器３５の制御パラメータの設定方式は、交流電圧制御器３９の制御パラメータの設定方式と基本的に同様である。
変形例１では、図７のフィードバック制御部２３０は（すなわち、制御器２３２および減算器２３１）は図６の直流電流制御器３５に対応する。また、制御指令値は直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆに対応し、実測値は直流電流値Ｉｄｃに対応し、制御出力値は第２有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ２に対応する。
パラメータ記憶部２０７は、直流系統４に関する複数の振動情報の各々について、当該振動情報と自励式変換器６＿１の制御パラメータ（ここでは、直流電流制御器３５の制御パラメータ）とを関連付けて記憶する。上記の交流系統３００に関する振動情報との区別のため、直流系統４に関する振動情報を“直流系統振動情報”とも称する。具体的には、パラメータ記憶部２０７は、交流電圧制御用の情報テーブル５００のように、直流電流制御用の情報テーブルを記憶している。
直流電流制御用の情報テーブルは、各直流系統振動情報と、各直流系統振動情報に関連付けられた制御器２３２の制御パラメータとを含む。直流系統振動情報は、直流系統４の運用パターンと、当該運用パターン時において直流系統４の直流電流に含まれる振動成分とを含む。典型的には、この振動成分は、直流系統４の当該運用パターン時に検出された直流電流の振動成分である。また、制御パラメータは、直流系統振動情報に含まれる振動成分を抑制するためのパラメータである。
取得部２０１は、直流系統４の運用パターンを外部装置から取得する。直流系統４の運用パターンには、例えば、１回線直流送電線運用、２回線直流送電線運用等が含まれる。
振動検出部２０３は、直流系統４の直流電流の振動成分を検出する。当該振動成分は、直流電流に重畳された交流波形の一定期間あたりの振幅の実効値、交流波形の基本波成分含有率（または高調波成分含有率）等の指標値で表わされる。
判定部２０５は、パラメータ記憶部２０７に記憶された複数の直流系統振動情報の中に、検出された直流系統４の直流電流の振動成分を含む検出振動情報に類似する類似振動情報が存在するか否かを判定する。具体的には、検出振動情報は、取得部２０１により取得された直流系統４の運用パターンと、当該運用パターン時において振動検出部２０３により検出された直流系統４の直流電流の振動成分とを含む。なお、検出振動情報に含まれる運用パターンは、直流電流の振動成分が検出された場合における直流系統４の運用パターンとも言える。
例えば、検出振動情報の運用パターンと、直流系統振動情報Ｙ１の運用パターンとが一致しており、かつ、検出振動情報の振動成分と直流系統振動情報Ｙ１の振動成分とが類似している場合、直流系統振動情報Ｙ１は検出振動情報に類似する類似振動情報である。また、直流系統振動情報Ｙ１の振動成分の指標値と、検出振動情報の振動成分の指標値との差分が一定値未満である場合に、直流系統振動情報Ｙ１の振動成分と、検出振動情報の振動成分とは類似する。
設定部２０９は、判定部２０５により類似振動情報が存在すると判定された場合、当該類似振動情報に関連付けられた制御パラメータを、自励式変換器６＿１の新たな制御パラメータとして設定する。具体的には、直流電流制御器３５の制御パラメータが新たに設定される。なお、制御パラメータの具体的な設定方式は、図９のフローチャートと基本的に同様である。具体的には、図９のフローチャートにおいて「交流系統３００」を「直流系統４」に読み替え、「交流電圧」を「直流電流」に読み替えたものと同様である。
（変形例２）
変形例２では、交流系統３００の運用パターン変更時におけるキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌの振動成分を抑制するために、図６のセルキャパシタ電圧制御器３１の制御パラメータを設定する構成について説明する。なお、セルキャパシタ電圧制御器３１の制御パラメータを設定方式も、交流電圧制御器３９の制御パラメータの設定方式と基本的に同様である。
変形例２では、図７のフィードバック制御部２３０（すなわち、減算器２３１および制御器２３２）は図６のセルキャパシタ電圧制御器３１に対応する。また、制御指令値はキャパシタ電圧指令値Ｖｃａｌｌｒｅｆに対応し、実測値はキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌに対応し、制御出力値は第１有効電流指令値Ｉｄｒｅｆ１に対応する。
パラメータ記憶部２０７は、複数の振動情報の各々について、当該振動情報と自励式変換器６＿１の制御パラメータ（ここでは、セルキャパシタ電圧制御器３１の制御パラメータ）とを関連付けて記憶する。上記の交流系統３００の振動情報との区別のため、キャパシタ電圧に関する振動情報を“キャパシタ振動情報”とも称する。具体的には、パラメータ記憶部２０７は、交流電圧制御用の情報テーブル５００のように、キャパシタ電圧制御用の情報テーブルを記憶している。
キャパシタ電圧制御用の情報テーブルは、各キャパシタ振動情報と、各キャパシタ振動情報に関連付けられた制御器２３２の制御パラメータとを含む。キャパシタ振動情報は、交流系統３００の運用パターンと、当該運用パターン時においてキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌに含まれる振動成分とを含む。典型的には、この振動成分は、交流系統３００の当該運用パターン時に検出されたキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌの振動成分である。また、制御パラメータは、キャパシタ振動情報に含まれる振動成分を抑制するためのパラメータである。
取得部２０１は、交流系統３００の運用パターンを外部装置から取得する。振動検出部２０３は、キャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌの振動成分を検出する。当該振動成分は、キャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌに重畳された交流波形の一定期間あたりの振幅の実効値、交流波形の基本波成分含有率（または高調波成分含有率）等の指標値で表わされる。
判定部２０５は、パラメータ記憶部２０７に記憶された複数のキャパシタ振動情報の中に、検出されたキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌの振動成分を含む検出振動情報に類似する類似振動情報が存在するか否かを判定する。具体的には、検出振動情報は、取得部２０１により取得された交流系統３００の運用パターンと、当該運用パターン時において振動検出部２０３により検出されたキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌの振動成分とを含む。なお、検出振動情報に含まれる運用パターンは、キャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌの振動成分が検出された場合における交流系統３００の運用パターンとも言える。
例えば、検出振動情報の運用パターンと、キャパシタ振動情報Ｚ１の運用パターンとが一致しており、かつ、検出振動情報の振動成分とキャパシタ振動情報Ｚ１の振動成分とが類似している場合、キャパシタ振動情報Ｚ１は検出振動情報に類似する類似振動情報である。また、キャパシタ振動情報Ｚ１の振動成分の指標値と、検出振動情報の振動成分の指標値との差分が一定値未満である場合に、キャパシタ振動情報Ｚ１の振動成分と、検出振動情報の振動成分とは類似する。
設定部２０９は、判定部２０５により類似振動情報が存在すると判定された場合、当該類似振動情報に関連付けられた制御パラメータを、自励式変換器６＿１の新たな制御パラメータとして設定する。具体的には、セルキャパシタ電圧制御器３１の制御パラメータが新たに設定される。なお、制御パラメータの具体的な設定方式は、図９のフローチャートと基本的に同様である。図９のフローチャートにおいて、「交流電圧」を「キャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌ」に読み替えたものと同様である。
＜利点＞
実施の形態１によると、交流系統３００に自励式直流送電システム４００および他励式直流送電システム４５０が接続される場合、運用パターン変更時において発生した母線９５の交流電圧の振動成分を抑制するために、自励式変換器６＿１の制御パラメータが適切に自動的に設定される。また、作業員が制御パラメータを設定する必要がないため、作業員の作業負荷を軽減することができる。さらに、直流系統４の直流電流の振動成分を抑制するための制御パラメータ、および全セル１用のキャパシタ電圧値の振動成分の抑制するための制御パラメータも適切に自動的に設定される。
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、予め定められた式に従って制御パラメータを設定する構成について説明したが、実施の形態２では、機械学習を利用して制御パラメータを設定する構成について説明する。例えば、実施の形態２に従う制御装置５は強化学習を行なうように構成されている。
＜学習フェーズ＞
図１０は、自励式直流送電システムに関する学習装置の構成図である。学習装置２５０は、データ取得部２５１と、モデル生成部２５５とを含む。本実施の形態では、学習装置２５０は、制御装置５により実現される（例えば、内蔵される）構成について説明する。
学習装置２５０の入力パラメータは状態変数である。本実施の形態では、状態変数は、振動情報（すなわち、運用パターンおよび振動成分）と、自励式変換器６＿１の制御パラメータ（例えば、交流電圧制御器３９の制御パラメータ）とを含む。学習装置２５０の出力パラメータは行動値である。行動値は、将来的に得られる報酬が最大になるような自励式変換器６＿１の制御パラメータである。
図１０を参照して、データ取得部２５１は、振動情報と、振動情報に関連付けられた自励式変換器６＿１の制御パラメータとを含む学習用データを取得する。具体的には、振動情報は、交流系統３００の運用パターンと、当該運用パターン時において交流系統３００の交流電圧に含まれる振動成分とを含む。また、自励式変換器６＿１の制御パラメータは、交流電圧制御器３９の制御パラメータである。学習用データは、図８の情報テーブル５００から取得される。なお、シミュレーションで設定した振動情報および制御パラメータを学習用データとして取得する構成であってもよい。
モデル生成部２５５は、振動情報および制御パラメータを含む学習用データに基づいて、振動成分を抑制する最適な制御パラメータを学習する。すなわち、モデル生成部２５５は、学習用データを用いて、振動情報から最適な制御パラメータを推定するための学習済モデルを生成する。
モデル生成部２５５が用いる学習アルゴリズムは教師あり学習、教師なし学習、強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、強化学習を適用した場合について説明する。強化学習では、ある環境内におけるエージェント（すなわち、行動主体）が、現在の状態（すなわち、環境のパラメータ）を観測し、取るべき行動を決定する。エージェントの行動により環境が動的に変化し、エージェントには環境の変化に応じて報酬が与えられる。エージェントはこれを繰り返し、一連の行動を通じて報酬が最も多く得られる行動方針を学習する。強化学習の代表的な手法として、Ｑ学習（Ｑ−ｌｅａｒｎｉｎｇ）、ＴＤ学習（ＴＤ−ｌｅａｒｎｉｎｇ）等が知られている。例えば、Ｑ学習の場合、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）の一般的な更新式は、以下の式（７）で表される。
Figure 0006877671
式（７）において、ｓｔは時刻ｔにおける環境の状態を表し、ａｔは時刻ｔにおける行動を表す。行動ａｔにより、環境はｓｔ+1に変わる。ｒｔ+1はその環境の変化によってもらえる報酬を表し、γは割引率を表し、αは学習係数を表す。なお、γは０＜γ≦１、αは０＜α≦１の範囲とする。学習装置２５０の出力パラメータが行動ａｔとなり、振動情報が状態ｓｔとなり、時刻ｔの状態ｓｔにおける最良の行動ａｔを学習する。
式（７）で表される更新式は、時刻ｔ＋１における最もＱ値の高い行動ａの行動価値Ｑが、時刻ｔにおいて実行された行動ａの行動価値Ｑよりも大きければ、行動価値Ｑを大きくし、逆の場合は、行動価値Ｑを小さくする。換言すれば、時刻ｔにおける行動ａの行動価値Ｑを、時刻ｔ＋１における最良の行動価値に近づけるように、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）を更新する。これにより、ある環境における最良の行動価値が、それ以前の環境における行動価値に順次伝播していくようになる。
上記のように、強化学習によって学習済モデルを生成する場合、モデル生成部２５５は、報酬計算部２５３と、関数更新部２５４とを含む。
報酬計算部２５３は、学習モデルの学習に用いられる報酬をどのように増減させるのかを規定する報酬基準と、振動情報と、制御パラメータとに基づいて報酬ｒを計算する。報酬基準は、振動成分が低減した場合（例えば、交流電圧の高調波成分含有率が低減した場合）に報酬を増大し、振動成分が増大した場合に報酬を低減するように設定される。具体的には、報酬計算部２５３は、取得した振動情報（すなわち、運用パターンおよび振動成分）が示す状態のときに、取得した制御パラメータを設定した場合に、当該振動成分が低減すれば報酬を増大し（例えば、「＋１」の報酬を与える）、当該振動成分が増大すれば報酬を低減する（例えば、「−１」の報酬を与える）。
関数更新部２５４は、報酬計算部２５３によって計算される報酬に従って、学習装置２５０の出力パラメータ（すなわち、制御パラメータ）を決定するための関数を更新し、学習済モデル記憶部２６０に出力する。例えば、Ｑ学習の場合、式（７）で表される行動価値関数Ｑ（ｓｔ，ａｔ）が、制御パラメータを算出するための関数として用いられる。
学習装置２５０は、以上のような学習を繰り返し実行する。学習済モデル記憶部２６０は、関数更新部２５４によって更新された行動価値関数Ｑ（ｓｔ，ａｔ）、すなわち、学習済モデルを記憶する。
図１１は、学習装置２５０の学習処理を示すフローチャートである。図１１のステップは、典型的には、ＣＰＵ７４により実行される。図１１を参照して、学習装置２５０は、振動情報および制御パラメータを学習用データとして取得する（ステップＳ５０）。学習装置２５０は、報酬基準と、振動情報および制御パラメータとに基づいて、報酬を増大させるか減少させるかを判断する（ステップＳ５２）。具体的には、学習装置２５０は、取得した振動情報（すなわち、運用パターンおよび振動成分）が示す状態のときに、取得した制御パラメータを設定した場合に、当該振動成分が低減すれば報酬を増大すると判断し、当該振動成分が増大すれば報酬を減少すると判断する。
学習装置２５０は、当該振動成分が低減した場合に報酬を増大させる（ステップＳ５４）。一方、学習装置２５０は、当該振動成分が増大した場合に報酬を減少させる（ステップＳ５６）。学習装置２５０は、計算された報酬に基づいて、学習済モデル記憶部２６０が記憶する式（７）で表される行動価値関数Ｑ（ｓｔ，ａｔ）を更新する（ステップＳ５８）。学習装置２５０は、上記のステップＳ５０〜Ｓ５８の処理を繰り返し実行し、生成された行動価値関数Ｑ（ｓｔ，ａｔ）を学習済モデルとして記憶する。
なお、学習装置２５０は、学習済モデルを学習装置２５０の外部に設けられた学習済モデル記憶部２６０に記憶するものとしたが、学習済モデル記憶部２６０を学習装置２５０の内部に設けていてもよい。
＜活用フェーズ＞
図１２は、制御パラメータを推定するための推定装置の構成図である。図１２を参照して、推定装置２７０は、自励式変換器６＿１の制御パラメータを推定する。具体的には、推定装置２７０は、情報取得部２７１と、推定部２７２とを含む。本実施の形態では、推定装置２７０は、制御装置５により実現される（例えば、内蔵される）構成について説明する。
情報取得部２７１は、振動情報（すなわち、運用パターンおよび振動成分）を取得する。典型的には、取得される振動情報は、現在の交流系統３００の運用パターンと、当該運用パターン時における交流系統３００の交流電圧の振動成分とを含む。なお、情報取得部２７１は、入出力インターフェイス７７を介して、当該運用パターンを外部装置から取得する。また、情報取得部２７１は、振動検出部２０３により検出された振動成分を取得する。
推定部２７２は、学習済モデル記憶部２６０に記憶された学習済モデルを利用して、自励式変換器６＿１の制御パラメータ（例えば、交流電圧制御器３９の制御パラメータ）を推定する。具体的には、推定部２７２は、この学習済モデルに対して、情報取得部２７１が取得した振動情報を入力することにより、制御パラメータを推定する。
なお、本実施の形態では、学習装置２５０のモデル生成部２５５で学習した学習済モデルを用いて制御パラメータを出力する構成について説明したが、他の装置から学習済モデルを取得し、当該学習済モデルを利用して制御パラメータを出力する構成であってもよい。
図１３は、推定装置の処理手順を示すフローチャートである。図１３のステップは、典型的には、ＣＰＵ７４により実行される。図１３を参照して、推定装置２７０は、振動情報を取得する（ステップＳ１０２）。推定装置２７０は、学習済モデル記憶部２６０に記憶された学習済モデルに振動情報を入力し、自励式変換器６＿１の制御パラメータを推定する（ステップＳ１０４）。推定装置２７０は、推定した制御パラメータを図７のフィードバック制御部２３０（例えば、交流電圧制御器３９）に出力する（ステップＳ１０６）。交流電圧制御器３９は、当該制御パラメータを用いて、フィードバック制御を実行する。
＜変形例＞
上述の実施の形態２では、振動情報が、交流系統３００の運用パターンおよび交流系統３００の交流電圧に含まれる振動成分であり、推定される制御パラメータが交流電圧制御器３９の制御パラメータである構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、実施の形態１の＜変形例１＞のように、振動情報は、直流系統振動情報（すなわち、直流系統４の運用パターン、および当該運用パターン時において直流系統４の直流電流に含まれる振動成分）であってもよい。また、推定される制御パラメータは、直流電流制御器３５の制御パラメータであってもよい。
この場合、データ取得部２５１は、直流系統振動情報および制御パラメータ（例えば、直流電流制御器３５の制御パラメータ）とを含む学習用データを取得する。モデル生成部２５５は、この学習用データを用いて、直流系統振動情報から当該制御パラメータを推定するための学習済モデルを生成する。また、推定部２７２は、この学習済モデルに、情報取得部２７１が取得した直流系統振動情報を入力することにより、直流電流制御器３５の制御パラメータを推定する。
同様に、実施の形態１の＜変形例２＞のように、振動情報は、キャパシタ振動情報（すなわち、交流系統３００の運用パターン、および当該運用パターン時において全セル１用のキャパシタ電圧値Ｖｃａｌｌに含まれる振動成分）であってもよい。また、推定される制御パラメータは、セルキャパシタ電圧制御器３１の制御パラメータであってもよい。
この場合、データ取得部２５１は、キャパシタ振動情報および制御パラメータ（例えば、セルキャパシタ電圧制御器３１の制御パラメータ）とを含む学習用データを取得する。モデル生成部２５５は、この学習用データを用いて、キャパシタ振動情報から当該制御パラメータを推定するための学習済モデルを生成する。また、推定部２７２は、この学習済モデルに、情報取得部２７１が取得したキャパシタ振動情報を入力することにより、セルキャパシタ電圧制御器３１の制御パラメータを推定する。
＜利点＞
実施の形態２によると、機械学習を用いて、振動成分を抑制するための自励式変換器６＿１の制御パラメータを求めることができる。
その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態では、振動情報が“運用パターン”と“振動成分”とを含む構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、振動情報は、“振動成分”のみを含み、“運用パターン”を含まない構成であってもよい。
（２）実施の形態２では、推定部２７２が用いる学習アルゴリズムに強化学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、強化学習以外にも、教師あり学習、教師なし学習、又は半教師あり学習等を適用することも可能である。また、モデル生成部２５５に用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習（Deep Learning）を用いることもでき、他の公知の方法、例えばニューラルネットワーク、遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。
（３）実施の形態２では、学習装置２５０および推定装置２７０は、制御装置５に内蔵される構成について説明したが、当該構成に限られない。学習装置２５０および推定装置２７０は、例えば、ネットワークを介して制御装置５に接続され、制御装置５とは別個の装置であってもよい。さらに、学習装置２５０および推定装置２７０は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
（４）上述の実施の形態として例示した構成は、本開示の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 変換器セル、１ａ，１ｂ スイッチング素子、１ｃ，１ｄ ダイオード、１ｅ キャパシタ、１ｎ，１ｐ 入出力端子、３ 変圧器、４，１２２ 直流系統、５，１２５ 制御装置、６ 自励式変換器、７ａ，７ｂ リアクトル、８ｕ，８ｖ，８ｗ レグ回路、９ａ，９ｂ アーム電流検出器、１０ 交流電圧検出器、１１ａ，１１ｂ 直流電圧検出器、１３ｕ，１３ｖ，１３ｗ 正側アーム、１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ 負側アーム、１５ 交流電流検出器、２１ 有効電力算出器、２３ セルキャパシタ電圧算出器、２５ 有効電力制御器、２７ 無効電力算出器、２９ 交流電圧実効値算出器、３１ セルキャパシタ電圧制御器、３３ 直流電圧制御器、３５ 直流電流制御器、３７ 無効電力制御器、３９ 交流電圧制御器、４１，４３ 選択器、４５ 指令生成部、５０ ゲートパルス生成部、６０ セル主回路、６１ セル個別制御器、６２ 通信装置、７０ 入力変換器、７１ サンプルホールド回路、７２ マルチプレクサ、７４ ＣＰＵ、７５ ＲＡＭ、７６ ＲＯＭ、７７ 入出力インターフェイス、７８ 補助記憶装置、７９ バス、９４，９５，９６，９７，９８，９９ 母線、１００，１０５ 電力変換装置、１１０，１１２，１１３ 発電機、１２０ 他励式変換器、２０１ 取得部、２０３ 振動検出部、２０５ 判定部、２０７ パラメータ記憶部、２０９ 設定部、２１０ 制御パラメータ設定部、２３０ フィードバック制御部、２３２ 制御器、２５０ 学習装置、２５１ データ取得部、２５３ 報酬計算部、２５４ 関数更新部、２５５ モデル生成部、２６０ 学習済モデル記憶部、２７０ 推定装置、２７１ 情報取得部、２７２ 推定部、３００，３１０，３２０ 交流系統、４００ 自励式直流送電システム、４５０ 他励式直流送電システム、５００ 情報テーブル。

Claims (14)

  1. 交流系統に接続される自励式直流送電システムに含まれる電力変換装置であって、
    前記交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式変換器と、
    前記自励式変換器の動作を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、複数の第１振動情報の各々について、当該第１振動情報と前記自励式変換器の第１制御パラメータとを関連付けて記憶する記憶部を含み、
    前記第１振動情報は、前記交流系統の交流電圧に含まれる第１振動成分を含み、前記第１振動情報に関連付けられた前記第１制御パラメータは、前記第１振動成分を抑制するためのパラメータであり、
    前記制御装置は、
    前記交流系統の交流電圧の振動成分を検出する振動検出部と、
    前記記憶部に記憶された前記複数の第１振動情報の中に、検出された前記交流系統の交流電圧の振動成分を含む第１検出振動情報に類似する第１類似振動情報が存在するか否かを判定する判定部と、
    前記第１類似振動情報が存在する場合、前記第１類似振動情報に関連付けられた前記第１制御パラメータを、前記自励式変換器の新たな制御パラメータとして設定する設定部とをさらに含む、電力変換装置。
  2. 前記第１振動情報は、前記交流系統の運用パターンをさらに含み、
    前記第１振動成分は、前記交流系統の運用パターン時において前記交流系統の交流電圧に含まれる振動成分であり、
    前記第１検出振動情報は、前記交流系統の交流電圧の振動成分が検出された場合における前記交流系統の運用パターンをさらに含む、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記新たな制御パラメータが設定された後に、前記振動検出部により前記交流系統において振動成分が検出された場合、前記設定部は、前記新たな制御パラメータを予め定められた式に従って変更する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記新たな制御パラメータの変更後に、前記振動検出部により前記交流系統の交流電圧の振動成分が検出されなかった場合、前記設定部は、前記第１検出振動情報を前記複数の第１振動情報に追加するとともに、前記第１検出振動情報と当該変更後の前記新たな制御パラメータとを関連付けて前記記憶部に記憶する、請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記新たな制御パラメータの変更後に、前記振動検出部により前記交流系統において振動成分が検出された場合、前記設定部は、前記交流系統における振動成分を抑制できなかった制御パラメータとして、当該変更後の前記新たな制御パラメータを前記第１検出振動情報に関連付けて前記記憶部に記憶する、請求項３に記載の電力変換装置。
  6. 前記第１類似振動情報が存在しない場合、前記設定部は、前記自励式変換器の現在の制御パラメータを予め定められた式に従って変更する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
  7. 前記交流系統の交流電圧の振動成分を検出することは、前記交流系統の交流電圧の高調波成分含有率が第１閾値以上となったこと、および、前記交流系統の交流電圧の交流電圧の基本周波数の振幅の実効値に対する高調波の振幅の実効値の比率が第２閾値以上となったことのうちの少なくとも一方を含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記振動検出部は、前記直流系統の直流電流の振動成分をさらに検出し、
    前記記憶部は、複数の第２振動情報の各々について、当該第２振動情報と前記自励式変換器の第２制御パラメータとを関連付けてさらに記憶し、
    前記第２振動情報は、前記直流系統の直流電流に含まれる第２振動成分を含み、前記第２振動情報に関連付けられた前記第２制御パラメータは、前記第２振動成分を抑制するためのパラメータであり、
    前記判定部は、前記記憶部に記憶された前記複数の第２振動情報の中に、検出された前記直流系統の直流電流の振動成分を含む第２検出振動情報に類似する第２類似振動情報が存在するか否かをさらに判定し、
    前記第２類似振動情報が存在する場合、前記設定部は、前記第２類似振動情報に関連付けられた前記第２制御パラメータを、前記自励式変換器の新たな第２制御パラメータとして設定する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 前記第２振動情報は、前記直流系統の運用パターンをさらに含み、
    前記第２振動成分は、前記直流系統の運用パターン時において前記直流系統の直流電流に含まれる振動成分であり、
    前記第２検出振動情報は、前記直流系統の直流電流の振動成分が検出された場合における前記直流系統の運用パターンをさらに含む、請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 前記第１振動情報と前記第１制御パラメータとを含む第１学習用データを取得するデータ取得部と、
    前記第１学習用データを用いて、前記第１振動情報から前記第１制御パラメータを推定するための第１学習済モデルを生成するモデル生成部とをさらに含む、請求項８または請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 前記データ取得部は、前記第２振動情報と前記第２制御パラメータとを含む第２学習用データをさらに取得し、
    前記モデル生成部は、前記第２学習用データを用いて、前記第２振動情報から前記第２制御パラメータを推定するための第２学習済モデルをさらに生成する、請求項１０に記載の電力変換装置。
  12. 前記第１振動情報を取得する情報取得部と、
    前記第１学習済モデルに、前記情報取得部が取得した前記第１振動情報を入力することにより前記第１制御パラメータを推定する推定部とをさらに備える、請求項１１に記載の電力変換装置。
  13. 前記情報取得部は、前記第２振動情報をさらに取得し、
    前記推定部は、前記第２学習済モデルに、前記情報取得部が取得した前記第２振動情報を入力することにより前記第２制御パラメータを推定する、請求項１２に記載の電力変換装置。
  14. 交流系統に接続される自励式直流送電システムに含まれる自励式変換器の制御パラメータを推定するための推定装置であって、
    前記交流系統の交流電圧に含まれる振動成分を有する振動情報を取得する情報取得部と、
    前記振動情報から、前記振動成分を抑制する前記自励式変換器の制御パラメータを推定するための学習済モデルに、前記情報取得部が取得した前記振動情報を入力することにより前記制御パラメータを推定する推定部とを備える、推定装置。
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