JP7051575B2 - 制御装置、自励式電力変換器の制御方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、制御装置、自励式電力変換器の制御方法、およびプログラムに関する。

近年、連系強化や再生可能エネルギー導入促進などを目的として、直流送電システムや周波数変換システムの技術開発が行われている。これらのシステムにおいて使用される、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の自己消弧型の半導体素子を利用した自励式電力変換器は、自励式電力変換器自身が交流電圧源となって電気機器へ電力を供給することができる。この特徴を生かし、自励式電力変換器は、平常時には指定した有効電力や無効電力を出力させるが、系統事故により交流電源が喪失した場合には、交流電力供給源となり、交流電圧の振幅や位相を維持し、電気機器が必要とする必要な有効電力、無効電力を供給するという用い方が可能である。自励式電力変換器が、指定された有効電力と無効電力を出力する場合と、交流電力供給源として運転する場合とでは運転モードが異なるが、電気の供給信頼度を高めるために連続的に、且つ、安定に運転モードを切り替えられることが望ましい。

しかしながら、交流電力供給源として給電する範囲が広くなり、その範囲内に大きな変圧器がある場合には、変圧器の飽和特性に起因する励磁突入電流により、給電範囲内の電圧に振動が長時間重畳するという課題があった。また、近年では、自励式電力変換器にモジュラーマルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter；ＭＭＣ）の適用が進んでいるが、ＭＭＣで上述の切替手法を適用した場合に、安定的な運転モードへの切替えをスムーズに行うことができない場合があった。

特開平８‐２４２５３９号公報

本発明が解決しようとする課題は、交流系統において電力が低下した所定状態への切替を安定的に行うことができる制御装置、自励式電力変換器の制御方法、およびプログラムを提供することである。

実施形態の制御装置は、電圧制御部と、生成部と、位相導出部とを持つ。電圧制御部は、交流系統の電圧検出値および電流検出値に基づく第１の電圧指令値と、前記交流系統の電圧を自律制御するための第２の電圧指令値とのいずれかを選択的に出力する。生成部は、前記電圧制御部により出力された前記第１の電圧指令値または前記第２の電圧指令値に基づいて、前記交流系統に接続された自励式の前記電力変換器に出力するゲート信号を生成する。位相導出部は、前記電圧検出値に基づいて導出した電圧の位相をホールドする第１のサンプルホールドから出力される前記位相と、所定の基準位相とを加算することで、前記ゲート信号の前記位相の要素を出力する。

第１の実施形態に係る制御装置１００の使用環境を示す図。 第１の実施形態の制御装置１００の構成例を示すブロック図。 交流電圧制御部１３０、位相導出部１４０、ｄｑ逆変換部１６０および３相電圧補正部１７０の構成例を示すブロック図。 偏磁解消制御部１５０の構成例を示すブロック図。 偏磁解消制御部１５０の出力する電圧の解析波形の出力例を示す図。 第１の実施形態の制御装置１００による切替制御処理の流れの一例を示すフローチャート。 図１に示す使用環境の変形例を示す図。 第２の実施形態に係る制御装置１００Ａの構成要素である交流電圧制御部１３０Ａ、位相導出部１４０、ｄｑ逆変換部１６０および３相電圧補正部１７０の構成例を示すブロック図。 第２の実施形態の制御装置１００Ａによる切替制御処理の流れの一例を示すフローチャート。

以下、実施形態の制御装置、自励式電力変換器の制御方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る制御装置１００の使用環境を示す図である。この使用環境では、電力変換器５０－１および５０－２が直流母線１（直流系統）を介して接続され、それぞれの動作を行う。電力変換器５０－１と５０－２のそれぞれは、例えば、交流と直流を相互に変換する自励式の電力変換器である。なお、図１の説明において、符号におけるハイフンおよびこれに続く数字は、いずれの交流電圧源に対応しているかを示すものとする。また、適宜、符号におけるハイフンおよびこれに続く数字を省略して説明を行う。

電力変換器５０－１には、直流端子側に直流母線１が、交流端子側に交流母線２（交流系統）が、それぞれ接続される。交流母線２は、交流送電線３および遮断部４を介して第１の交流電圧源ＡＣ－１と接続される。また、電力変換器５０－２には、交流端子側に交流母線６（交流系統）が、直流端子側に直流母線１が、それぞれ接続される。すなわち、電力変換器５０－１は、直流母線１を介して電力変換器５０－２に接続される。

制御装置１００－１は、電力変換器５０－１の出力する３相ごとの交流電流を検出する電流検出器７－１を用いて検出される検出結果（電流検出値）、および電力変換器５０－１の出力側における３相ごとの交流電圧を検出する電圧検出器８－１を用いて検出される検出結果（電圧検出値）に基づいてゲート信号を生成し、電力変換器５０－１に出力する。電力変換器５０－１は、制御装置１００－１の生成したゲート信号に基づいて、交直変換を行う。なお、電圧検出器８－１は、図１に示した設置位置に限らず、電力変換器５０－１の交流側の電圧を検出できる任意の位置に設置されてよい。

同様に、制御装置１００－２は、電力変換器５０－２の出力する３相ごとの交流電流を検出する電流検出器７－２、および電力変換器５０－２の出力側における３相ごとの交流電圧を検出する電圧検出器８－２の検出結果に基づいてゲート信号を生成し、制御装置１００－２に出力する。電力変換器５０－２は、制御装置１００－２の生成したゲート信号に基づいて、交直変換を行う。

電力変換器５０－１は、少なくとも、ＰＱ制御モードと、単独運転制御モード（ＣＶＣＦ制御モード）とを切り替えて制御される。ＰＱ制御モードとは、外部電源側（例えば、交流電圧源ＡＣ－１）の電力事情に合わせた指令値に基づいて計算した有効電力と無効電力を出力するモードである。一方、単独運転制御モードとは、電力変換器５０自身が交流系統への電力供給源となり、出力する有効電力、無効電力を自律制御するモードである。

例えば、図１の例において、電力変換器５０－１がＰＱ制御モードで運転中に遮断部４よりも第１の交流電圧源ＡＣ－１側（例えば、第１の交流電圧源ＡＣ－１や、交流送電線３）で系統事故が発生して遮断部４が開放されると、交流母線２が電力供給源を失う。電力変換器５０－１は、このような場合に、ＣＶＣＦ制御モードでの運転を開始する。電力変換器５０－１は、第１の交流電圧源ＡＣ－１の代替として、交流電力供給源として単独運転することで、交流母線２の電圧を確立し、交流母線２に接続される変圧器５およびその先の需要家（不図示）に電力の供給を続けることができる。

ただし、特に電力変換器５０－１の単独運転の開始直後には、偏磁が発生する可能性がある。偏磁とは、変圧器５の内包するコイルに直流等の一方向の電流が流れることで偏った一方向に磁化されたままになる状態である。偏磁が発生すると、偏磁に起因する励磁突入電流が流れ、この励磁突入電流が流れると電力変換器５０－１の備える半導体素子が損傷される可能性がある。したがって、電力変換器５０－１の単独運転への切替を制御する制御装置１００は、電力変換器５０－１の偏磁が抑制または解消されるよう制御する。以下、これらについて制御装置１００の構成と共に説明する。

図２は、制御装置１００の構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、例えば、ｄｑ変換部１１０および１１２と、交流電流制御部１２０と、交流電圧制御部１３０と、位相導出部１４０と、偏磁解消制御部１５０と、ｄｑ逆変換部１６０と、３相電圧補正部１７０と、パルス生成部１８０とを備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

［ＰＱ制御モードの動作］
以下、図２～図４を参照しながら、ＰＱ制御モードにおける各構成要素の動作について説明し、後に単独運転モード実行時における各構成要素の動作について説明する。ｄｑ変換部１１０は、位相導出部１４０により導出された位相情報を用いて電圧検出器８より出力された電圧検出値Ｖを３相から２相へ変換し、変換した結果である有効分電圧Ｖｄと無効分電圧Ｖｑ（を示す値；以下、各部の計算結果について同様）を交流電流制御部１２０に出力する。また、ｄｑ変換部１１２は、位相導出部１４０により導出された位相情報を用いて電流検出器７より出力された電流検出値Ｉを３相から２相へ変換し、変換した結果である有効分電流Ｉｄと無効分電流Ｉｑを交流電流制御部１２０に出力する。以降導出部１４０については後述する。

交流電流制御部１２０には、有効電力指令値Ｐｄ＊、無効電力指令値Ｐｑ＊が入力される。交流電流制御部１２０は、ｄｑ変換部１１２により出力された有効分電流Ｉｄと、ｄｑ変換部１１０により出力された有効分電圧指令値Ｖｄと、有効電力指令値Ｐｄ＊とに基づいて、移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊を導出する。例えば、交流電流制御部１２０は、有効電力指令値Ｐｄ＊から有効分電流指令値Ｉｄｒｅｆを導出し、有効分電流Ｉｄを有効分電流指令値Ｉｄｒｅｆに近づけるように、移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊を導出する。また、交流電流制御部１２０は、ｄｑ変換部１１２により出力された無効分電流Ｉｑと、ｄｑ変換部１１０により出力された無効分電圧指令値Ｖｑと、無効電力指令値Ｐｑ＊とに基づいて、移行前有効分電圧指令値Ｖｑ＊を導出する。例えば、交流電流制御部１２０は、無効電力指令値Ｐｑ＊から無効分電流指令値Ｉｑｒｅｆを導出し、無効分電流Ｉｑを無効分電流指令値Ｉｑｒｅｆに近づけるように、移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊を導出する。交流電流制御部１２０は、導出した移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊および移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊を交流電圧制御部１３０に出力する。なお、移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊および移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊は「第１の電圧指令値」の一例である。

交流電圧制御部１３０には、更に、移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃と、移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃とが入力される。交流電圧制御部１３０は、例えば他装置から発信される単独運転移行信号Ｓを受信していない場合（すなわちＰＱ制御モードで運転を行う場合）、移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊と移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊をｄｑ逆変換部１６０に出力する。なお、制御装置１００は、電圧検出値Ｖや電流検出値Ｉの変化に基づいて自ら単独運転移行信号Ｓを生成してもよいし、他装置から入力された事故発生信号などに基づいて単独運転移行信号Ｓを生成してもよい。交流電圧制御部１３０は、「電圧制御部」の一例である。

図３は、交流電圧制御部１３０、位相導出部１４０、ｄｑ逆変換部１６０および３相電圧補正部１７０の構成例を示すブロック図である。交流電圧制御部１３０は、例えば、選択部１３１および１３２を備える。交流電圧制御部１３０は、単独運転移行信号Ｓを受信していない場合、図３に示すように、移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊をｄｑ逆変換部１６０に出力するよう選択部１３１を制御し、移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊をｄｑ逆変換部１６０に出力するよう選択部１３２を制御する。

位相導出部１４０は、例えば、ＰＬＬ（Phase Locked Loop；位相同期回路）１４１と、サンプルホールド１４２と、積分部１４３と、加算部１４４と、選択部１４５とを備える。

ＰＬＬ１４１は、電圧検出器８より出力された電圧検出値Ｖに基づいて、交流母線２の３相ごとの電圧の位相を導出し、選択部１４５に出力する。選択部１４５は、単独運転移行信号Ｓに基づいて、ＰＬＬ１４１の出力値と加算部１４４の出力値のうち、どちらをｄｑ逆変換部１６０に出力するかを切替える。選択部１４５は、例えば、単独運転移行信号Ｓを受信していない場合、ＰＬＬ１４１の出力値をｄｑ逆変換部１６０に出力し、単独運転移行信号Ｓを受信した場合、加算部１４４の出力値をｄｑ逆変換部１６０に出力するように自身の状態を切り替える。単独運転移行信号Ｓを受信した場合については、単独運転モード実行時の動作のところで説明する。

ｄｑ逆変換部１６０は、電圧指令値と位相に基づいてｄｑ逆変換を行う。ｄｑ逆変換部１６０は、交流電圧制御部１３０により出力された移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊と移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊に対して、ＰＬＬ１４１の出力値に従って２相から３相へ変換するｄｑ逆変換を行い、３相の電圧指令値Ｖ＊を導出する。単独運転移行信号Ｓを受信した場合については、単独運転モード実行時の動作のところで説明する。

３相電圧補正部１７０は、ｄｑ逆変換部１６０により出力された３相の電圧指令値Ｖ＊に、交流母線２に接続されている変圧器５の偏磁を解消するための３相の電圧補正値ΔＶを加算して補正し、電力変換器５０が最終的に出力すべき電圧指令値Ｖｆ＊を導出する。３相電圧補正部１７０は、電圧指令値Ｖｆ＊をパルス生成部１８０に出力する。

パルス生成部１８０は、３相電圧補正部１７０により出力された電圧指令値Ｖｆ＊に基づいて、電力変換器５０のスイッチング素子に与えるゲート信号を生成する。以上のようにして、制御装置１００はＰＱ制御モードにおける制御を行う。パルス生成部１８０は、「生成部」の一例である。

図４を用いて偏磁解消制御部１５０について説明する。図４は、偏磁解消制御部１５０の構成例を示すブロック図である。偏磁解消制御部１５０は、例えば、積分部１５１と、サンプルホールド１５２と、選択部１５３と、レートリミッタ１５４と、加算部１５５とを備える。単独運転移行信号Ｓを受信した場合については、単独運転モード実行時の動作のところで説明する。

［単独運転モード実行時の動作］
以下、単独運転実行時の制御装置１００の各構成要素の動作について説明する。

図２に戻り、交流電圧制御部１３０は、単独運転移行信号Ｓを受信した場合、移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃と移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃をｄｑ逆変換部１６０に出力する。移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃および移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃は、制御装置１００の運営者によって予め設定された固定の値であってもよいし、他装置からネットワーク等を介して取得した値であってもよい。なお、移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃および移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃は「第２の電圧指令値」の一例である。

位相導出部１４０は、電圧検出器８より出力された電圧検出値Ｖに基づいて電圧の位相を導出する。また、位相導出部１４０は、電力変換器５０が単独運転して電圧源として動作する場合の出力周波数ｆ（例えば、東日本であれば５０[Ｈｚ]、西日本であれば６０[Ｈｚ]）を設定することで、電力変換器５０が出力すべき電圧の位相を導出する。位相導出部１４０は、導出した電圧の位相を、ｄｑ逆変換部１６０に出力する。位相導出部１４０による位相の導出方法については後述する。

偏磁解消制御部１５０は、電圧検出器８より出力された電圧検出値Ｖに基づいて、交流母線２に接続されている変圧器５の偏磁を解消するための３相の電圧補正値ΔＶを導出し、３相電圧補正部１７０に出力する。

ｄｑ逆変換部１６０は、ＰＱ制御モードでの運転時と同様に、交流電圧制御部１３０により出力された移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃および移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃に対して、２相から３相へ変換するｄｑ逆変換を行い、３相の電圧指令値Ｖ＊を導出し、３相電圧補正部１７０に出力する。

３相電圧補正部１７０およびパルス生成部１８０の機能については、ＰＱ制御モードの場合と同様であるため説明を省略する。

以下、再度図３を用いて、交流電圧制御部１３０および位相導出部１４０の動作について説明する。

交流電圧制御部１３０は、単独運転移行信号Ｓを受信した場合、移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃をｄｑ逆変換部１６０に出力するよう選択部１３１を制御し、移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃をｄｑ逆変換部１６０に出力するよう選択部１３２を制御する。

ＰＬＬ１４１は、電圧検出器８より出力された電圧検出値Ｖに基づいて、交流母線２の電圧の位相を導出し、サンプルホールド１４２に出力する。サンプルホールド１４２は、単独運転移行信号Ｓを受信した時点の交流母線２の電圧の位相を保持する。サンプルホールド１４２は「第１のサンプルホールド」の一例である。

積分部１４３は、所定の出力周波数（例えば、東日本であれば５０[Ｈｚ]、西日本であれば６０[Ｈｚ]）の疑似信号の信号値を積分することで、基準位相を導出し、加算部１４４に出力する。

加算部１４４は、サンプルホールド１４２の保持する位相と、積分部１４３により出力された基準位相とを加算し、加算した値を出力する。これにより、加算部１４４が出力する位相は、単独運転移行時に電力変換器５０が出力すべき電圧の位相となる。

選択部１４５は、単独運転移行信号Ｓを受信した場合、加算部１４４の出力値をｄｑ逆変換部１６０に出力するように自身の状態を切り替える。なお、交流電圧制御部１３０の選択部１３１、１３２および位相導出部１４０の選択部１４５は、単独運転移行信号Ｓを受信したタイミングで同時に状態が切り替わる。

単独運転モードの開始直後は、ＰＬＬ１４１の導出した移行前の位相のみに基づいて出力位相を導出すると、出力位相が欠損してしまう可能性がある。そのような可能性を踏まえ、位相導出部１４０は、積分部１４３の導出する位相およびサンプルホールド１４２の保持する位相を基準として、出力位相を制御する。

上述の構成によって、位相導出部１４０は、単独運転移行後に適切な電圧振幅・位相の電圧を出力できるようになり、且つ、モード切替による電圧の振幅、位相の変化量を小さくすることができることから、安定的かつ連続的なモード切替を行うことができる。

以下、再度図４を用いて、単独運転モード実行時の偏磁解消制御部１５０の行う偏磁解消処理を説明する。積分部１５１は、電圧検出器８より出力された電圧検出値Ｖを所定の期間について積分することで、交流母線２に接続されている変圧器５の各相の磁束を推定する。積分部１５１は、各相の推定磁束をサンプルホールド１５２に出力する。サンプルホールド１５２は、単独運転移行信号Ｓを受信すると、その時点で積分部１５１により出力された、各相の推定磁束をホールドし、以降、その値を出力する。これによって、１５１は、偏磁解消制御を有効にする。サンプルホールド１５２は「第２のサンプルホールド」の一例である。

選択部１５３は、例えば、所定の条件を満たす場合に出力を切り替える。例えば、選択部１５３は、単独運転移行信号Ｓを受信した場合、図４に示すようにサンプルホールド１５２により出力された、各相の推定磁束をレートリミッタ１５４および加算部１５５に選択的に出力する。なお、選択部１５３は、単独運転移行信号Ｓを受信し、各相の推定磁束をレートリミッタ１５４および加算部１５５に出力してから、偏磁が解消する程度に十分な時間経過した場合には、ゼロ値をレートリミッタ１５４に出力するようにしてもよい。

レートリミッタ１５４は、選択部１５３により出力された推定磁束に所定の処理を行って加算部１５５に出力する。所定の処理とは、例えば、選択部１５３によりサンプルホールド１５２により出力された、各相の推定磁束が出力された場合、その値をそのまま加算部１５５に出力するのではなく、徐々にサンプルホールド１５２により出力された各相の推定磁束の値に近づける処理のことである。加算部１５５は、選択部１５３の出力とレートリミッタ１５４との出力を加算して出力することで各相の電圧補正量を出力することができる。

なお、図４の例では、レートリミッタ１５４を用いる例を示したが、例えば、レートリミッタ１５４を、ローパスフィルタに置き換えてもよい。電圧の積算が磁束となるため、系統事故などによって一時的に電圧が低下すると磁束が大きい状態が維持され、その後単独運転で電圧が正常値に戻るような場合には変圧器５が偏磁してしまう。図４の偏磁解消制御部１５０は、そのような偏磁を相殺するように作用する。

以下、図５を用いて、偏磁解消制御部１５０の出力する電圧値の遷移の例を示す。図５の上図は、偏磁解消制御部１５０による偏磁解消制御が行われなかった場合の電圧の解析波形の出力例であり、図５の下図は、偏磁解消制御部１５０による偏磁解消制御が行われた場合の電圧の解析波形の出力例である。偏磁解消制御部１５０は、系統事故などによって一時的（例えば、図５の上図および下図のＴｃ１～Ｔｃ２）に電圧が低下し、その後単独運転で電圧が正常値に戻るような場合に変圧器５が偏磁してしまうが、それを相殺するように作用する。なお、単独運転への切替は、例えば図５のＴｃ２のタイミングで行われる。

図５に示すように、図５の上図と比較して、図５の下図の方が、交流母線２の電圧変動が早く解消され、偏磁解消制御部１５０により、変圧器５の偏磁に起因して流れる励磁突入電流を抑制でき、励磁突入電流に起因する電圧変動の解消を早めることができる。

図６は、第１の実施形態の制御装置１００による切替制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

ｄｑ変換部１１０および１１２は、電流検出値Ｉおよび電圧検出値Ｖをｄｑ変換する（ステップＳ１００）。次に、交流電流制御部１２０は、移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊と移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊を導出する（ステップＳ１０２）。次に、交流電圧制御部１３０は、単独運転移行信号Ｓの受信状態を確認する（ステップＳ１０４）。単独運転移行信号Ｓを受信した場合、交流電圧制御部１３０は、移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃と移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃を出力し（ステップＳ１０６）、位相導出部１４０は、移行後電圧位相を導出する（ステップＳ１０８）。単独運転移行信号Ｓを受信しなかった場合、交流電圧制御部１３０は、交流電流制御部１２０により導出された移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊と移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊を出力し（ステップＳ１１０）、位相導出部１４０は、移行前電圧位相を導出する（ステップＳ１１２）。

ステップＳ１０８またはＳ１１２の処理の後、ｄｑ逆変換部１６０は、ｄｑ逆変換を行い、３相の電圧指令値Ｖ＊を導出する（ステップＳ１１４）。次に、３相電圧補正部１７０は、電圧指令値Ｖ＊を偏磁解消制御部１５０の導出したΔＶで補正して電圧指令値Ｖｆ＊を導出する（ステップＳ１１６）。次に、パルス生成部１８０は、電圧指令値Ｖｆ＊に基づいて、電力変換器５０に出力するゲート信号を生成する（ステップＳ１１８）。以上、本フローチャートの処理を終了する。

なお、図１で示した第１の実施形態の使用環境では、直流母線１の双方に直流電圧源ＡＣが接続される例を示したが、一方の電力変換器５０を二次電池や燃料電池といった直流電圧源ＤＣに置き換える構成であってもよい。図７は、図１に示す使用環境の変形例を示す図である。図７に示す使用環境は、交流電圧源ＡＣ－２および交流電圧源ＡＣ－２に対応付けられた構成要素の代替として、直流電圧源ＤＣを備える。

上述したように第１の実施形態の制御装置１００によれば、ｄｑ逆変換部１６０が３相の電圧指令値Ｖ＊を導出し、ｄｑ逆変換部１６０が導出した電圧指令値Ｖ＊を偏磁解消制御部１５０および３相電圧補正部１７０によって補正されて導出された電圧指令値Ｖｆ＊に基づいて、パルス生成部１８０が電力変換器５０に出力するためのゲート信号を生成することで、電力変換器５０がＰＱ制御モードからＣＶＣＦ制御モードへの切替をシームレスに行うことができる。また偏磁解消制御部１５０により、変圧器５の偏磁に起因して流れる励磁突入電流を早期に抑制でき、励磁突入電流に起因する電圧変動の解消タイミングを早めることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る制御装置１００Ａについて説明する。以下の説明において、第１の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。

図８は、制御装置１００Ａの構成要素である交流電圧制御部１３０Ａ、位相導出部１４０、ｄｑ逆変換部１６０および３相電圧補正部１７０の構成例を示すブロック図である。図７の交流電圧制御部１３０Ａは、図３の交流電圧制御部１３０と比較して、ローパスフィルタ１３３および１３６と、選択部１３４および１３７と、レートリミッタ１３５および１３８とを備える点が異なる。したがって、以下では図３と図８の差異を中心に説明する。

［ＰＱ制御モードの動作２］
以下、図８を用いて、第１の実施形態のＰＱ制御モードにおける各構成要素の動作と差異がある部分について説明し、後に第１の実施形態の単独運転モード実行時における各構成要素の動作と差異がある部分について説明する。

ローパスフィルタ１３３は、交流電流制御部１２０により出力された移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊をフィルタリングし、フィルタ済移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊！を導出する。ローパスフィルタ１３３は、例えば、１サイクルの移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊の移動平均値を取得することで、系統事故に由来する電圧の歪みを除去する。ローパスフィルタ１３３は、フィルタ済移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊！を選択部１３４に出力する。

選択部１３４は、単独運転移行信号Ｓを受信しなかった場合、ローパスフィルタ１３３により出力されたフィルタ済移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊！を出力すると選択する。選択部１３４は、選択した電圧指令値をレートリミッタ１３５へ出力する。

レートリミッタ１３５は、選択部１３４により出力された電圧指令値に所定の処理を行って導出した値を出力する。所定の処理とは、例えば、一定期間の電圧指令値を平均化して出力することである。また、レートリミッタ１３５は、一次遅れに置き換える等の処理を行ってもよい。

同様に、ローパスフィルタ１３６は、フィルタ済移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊！を導出し、選択部１３７に出力する。選択部１３７は、単独運転移行信号Ｓを受信しなかった場合、ローパスフィルタ１３６により出力されたフィルタ済移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊！を出力すると選択する。選択部１３７は、選択した電圧指令値をレートリミッタ１３８へ出力する。レートリミッタ１３８は、選択部１３７により出力された電圧指令値に所定の処理を行って導出した値を出力する。レートリミッタ１３８は、レートリミッタ１３５と同様に、一次遅れに置き換える等の処理を行ってもよい。なお、交流電圧制御部１３０Ａによって導出される電圧指令値は「第３の電圧指令値」の一例である。

［単独運転モード実行時の動作２］
以下、単独運転モード実行時の制御装置１００の各構成要素の動作の差異について説明する。

選択部１３４は、単独運転移行信号Ｓを受信した場合、移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃を出力すると選択する。選択部１３４は、選択した電圧指令値をレートリミッタ１３５へ出力する。レートリミッタ１３５は、ＰＱ制御モード時と同様に、選択部１３４により出力された電圧指令値に所定の処理を行って導出した値を出力する。同様に、選択部１３７は、単独運転移行信号Ｓを受信した場合、移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃を出力する。選択部１３７は、選択した電圧指令値をレートリミッタ１３８へ出力する。レートリミッタ１３８は、選択部１３７により出力された電圧指令値に所定の処理を行って導出した値を出力する。

図９は、第２の実施形態の制御装置１００Ａによる切替制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図６のフローチャートと比較してステップＳ１１０がステップＳ１１８に置換されている点が異なる。したがって、以下ではステップＳ１１８について説明する。

ステップＳ１０４において単独運転移行信号Ｓを受信しなかった場合、交流電圧制御部１３０は、フィルタ済移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＃！およびフィルタ済移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＃！を出力する（ステップＳ１１８）。以上、本フローチャートの説明を終了する。

上述したように第２の実施形態の制御装置１００Ａによれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、ローパスフィルタ１３３および１３６によって系統事故に起因する電圧歪みの影響を小さくすることができ、電力変換器５０の運転継続性を高めることができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、単独運転移行信号Ｓに基づいて第１の電圧指令値である移行前有効分電圧指令値Ｖｄ＊と移行前無効分電圧指令値Ｖｑ＊、または第２の電圧指令値である移行後有効分電圧指令値Ｖｄ＊＃と移行後無効分電圧指令値Ｖｑ＊＃を選択的に出力するよう制御する交流電圧制御部１３０と、電力変換器５０に出力するゲート信号を生成するパルス生成部１８０とを持つことにより、交流系統において電力が低下した所定状態への切替を安定的に行うことができる。また、位相導出部１４０によれば、制御装置１００の制御対象である電力変換器５０がＰＱ制御モードからＣＶＣＦ制御モードへモード変更する際の切替をシームレスに行わせることができる。また、偏磁解消制御部１５０によれば、励磁突入電流に起因する電圧変動の解消を早めることができ、ＣＶＣＦ制御モードへの切り替え後の電圧を安定化させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…直流母線、２、６…交流母線、３…交流送電線、４…遮断部、５…変圧器、７、７－１、７－２…電流検出器、８、８－１、８－２…電圧検出器、５０－１、５０－２…電力変換器、１００、１００－１、１００－２…制御装置、１１０、１１２…ｄｑ変換部、１２０…交流電流制御部、１３０、１３０Ａ…交流電圧制御部、１３１、１３２、１４５、１５３…選択部、１３３、１３６…ローパスフィルタ、１３５、１３８、１５４…レートリミッタ、１４０…位相導出部、１４１…ＰＬＬ、１４２、１５２…サンプルホールド、１４３、１５１…積分部、１４４、１５５…加算部、１５０…偏磁解消制御部、１６０…ｄｑ逆変換部、１７０…３相電圧補正部、１８０…パルス生成部

Claims (6)

1. 交流系統の電圧検出値および電流検出値に基づく第１の電圧指令値と、前記交流系統の電圧を自律制御するための第２の電圧指令値とのいずれかを選択的に出力する電圧制御部と、
   前記電圧制御部により出力された前記第１の電圧指令値または前記第２の電圧指令値に基づいて、前記交流系統と直流系統とに接続された自励式電力変換器に出力するゲート信号を生成する生成部と、
   前記電圧検出値に基づいて導出した電圧の位相をホールドする第１のサンプルホールドから出力される前記位相と、所定の基準位相とを加算することで、前記ゲート信号の前記位相の要素を出力する位相導出部と、
   を備える制御装置。
2. 前記電圧制御部が前記第２の電圧指令値を出力する場合、前記電圧検出値に基づいて、前記交流系統の偏磁を抑制または解消する補正を行う偏磁解消制御部を更に備える、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記偏磁解消制御部は、
   前記電圧検出値を積分して得られる磁束をホールドする第２のサンプルホールドから出力される前記磁束を、レートリミッタによって段階的に変動することを抑制することで、前記交流系統の偏磁を抑制または解消する補正を行う、
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記第１の電圧指令値をローパスフィルタおよびレートリミッタを適用することで得られる第３の電圧指令値と、前記第２の電圧指令値とを切替える、
   請求項３に記載の制御装置。
5. １以上の自励式電力変換器を制御する制御装置が、
   前記自励式電力変換器が接続される交流系統の電圧検出値および電流検出値に基づく第１の電圧指令値と、前記交流系統の電圧を自律制御するための第２の電圧指令値とのいずれかを選択し、
   前記選択した第１の電圧指令値または前記第２の電圧指令値に基づいて、前記交流系統と直流系統とに接続された前記自励式電力変換器に出力するゲート信号を生成し、
   前記電圧検出値に基づいて導出した電圧の位相をホールドする第１のサンプルホールドから出力される前記位相と、所定の基準位相とを加算することで、前記ゲート信号の前記位相の要素を出力する、
   自励式電力変換器の制御方法。
6. １以上の自励式電力変換器を制御する制御装置に、
   前記自励式電力変換器が接続される交流系統の電圧検出値および電流検出値に基づく第１の電圧指令値と、前記交流系統の電圧を自律制御するための第２の電圧指令値とのいずれかを選択させ、
   前記選択された第１の電圧指令値または前記第２の電圧指令値に基づいて、前記交流系統と直流系統とに接続された自励式の前記自励式電力変換器に出力するゲート信号を生成させ、
   前記電圧検出値に基づいて導出した電圧の位相をホールドする第１のサンプルホールドから出力される前記位相と、所定の基準位相とを加算することで、前記ゲート信号の前記位相の要素を出力させる、
   プログラム。

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