JP7134306B2 - 電力変換システムおよびその制御装置 - Google Patents

Description

この開示は、電力変換システムおよびその制御装置に関する。

直流送電（ＨＶＤＣ：High Voltage Direct Current）システムは、送電容量を増やすために２つのＨＶＤＣを共通の直流帰線で接続することにより構成された双極ＨＶＤＣで運用される場合がある。

また、双極ＨＶＤＣでは、第１極ＨＶＤＣに用いられる設備と第２極ＨＶＤＣに用いられる設備が必ずしも一致しない場合がある。たとえば、設備の導入時期が異なるために、最初に導入されたＨＶＤＣが他励式ＨＶＤＣによって構成され、次に導入されたＨＶＤＣが自励式ＨＶＤＣによって構成されることがある（たとえば、特許文献１（特開２０１８－０７８７３３号公報を参照）。

特開２０１８－０７８７３３号公報

上記のようなハイブリッド型の双極ＨＶＤＣの場合、第１極ＨＶＤＣと第２極ＨＶＤＣとでは機能および特性が異なるので、その相違に応じた運用を行うことが望ましい。この課題はＨＶＤＣに限らずＢＴＢ（Back to Back）など他の双極型の電力変換システムにも当てはまる。

本開示は、上記の点を考慮してなされたものであり、その目的は、第１極と第２極とで機能および特性が異なる双極型の電力変換システムにおいて、その相違に応じてより適切に電力変換システムを運用することである。なお、自励式と他励式との違いによって第１極と第２極とで機能および特性に違いが生じる場合が典型的な例であるが、本開示は、必ずしもこの場合に限定されるものではない。

一実施形態の電力変換システムは、第１の交流電力系統と第１の直流本線および直流帰線との間に接続された第１の自励式変換器と、上記第１の交流電力系統と上記直流帰線および第２の直流本線との間に接続された第１の他励式変換器と、制御装置とを備える。制御装置は、第１の自励式変換器および第１の他励式変換器を起動する場合に、第１の自励式変換器を起動し、第１の自励式変換器の起動完了後に第１の他励式変換器を起動する。

上記の実施の形態によれば、自励式変換器を先に起動させることによって他励式変換器にない自励式変換器の機能を利用できるので、双極型の電力変換システムをより適切に運用できる。

双極型の電力変換システムの構成例を示す回路図である。 図１の制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 図１の自励式変換器のハードウェアの概略構成の一例を示す図である。 図３に示す自励式の電力変換器を構成する変換器セルの構成例を示す回路図である。 他励式変換器のハードウェア構成の一例を概略的に示す図である。 図２の共通制御装置、第１極制御装置、および第２極制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 ブラックスタートの手順を説明するタイミング図である。 実施の形態２の双極型電力変換システムにおいて、電力変換器の起動手順を示すフローチャートである。 実施の形態３の双極型電力変換システムにおいて、電力変換器の停止手順を示すフローチャートである。 実施の形態４の双極型電力変換システムにおいて、電力変換器の停止手順を示すフローチャートである。 実施の形態５の双極型電力変換システムにおいて、交流電力系統で事故が発生した場合の他励式変換器の停止手順を示すフローチャートである。 図１の電力変換システムの変形例を示す回路図である。 実施の形態６の双極型電力変換システムにおいて、第２極の電力変換器の内部で地絡事故が発生した場合の第２極の電力変換器の停止手順を示すフローチャートである。

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

実施の形態１．
［双極型電力変換システムの全体構成］
図１は、双極型電力変換システムの構成例を示す回路図である。図１を参照して、双極型電力変換システム１０は、第１極の電力変換器１１Ａ，１１Ｂと、第２極の電力変換器１２Ａ，１２Ｂと、制御装置３１Ａ，３１Ｂとを備える。

図１では、第１極の電力変換器１１Ａ，１１Ｂは自励式変換器によって構成され、第２極の電力変換器１２Ａ，１２Ｂは他励式変換器によって構成される。本開示において、第１極の電力変換器１１Ａを第１の自励式変換器とも称し、第１極の電力変換器１１Ｂを第２の自励式変換器とも称する。第２極の電力変換器１２Ａを第１の他励式変換器とも称し、第２極の電力変換器１２Ｂを第２の他励式変換器とも称する。

ここで、自励式変換器は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など自己消弧能力のある半導体スイッチング素子によって構成された電力変換器である。他励式変換器は、サイリスタなど自己消弧能力を持たない半導体スイッチング素子によって構成された電力変換器である。

第１極の電力変換器１１Ａは、交流電力系統９Ａと直流本線１３Ａおよび直流帰線１３Ｂから構成される直流線路との間に接続される。第１極の電力変換器１１Ｂは、上記の直流線路（直流本線１３Ａ、直流帰線１３Ｂ）と交流電力系統９Ｂとの間に接続される。本開示において、交流電力系統９Ａを第１の交流電力系統とも称し、交流電力系統９Ｂを第２の交流電力系統とも称する。

第２極の電力変換器１２Ａは、交流電力系統９Ａと直流本線１３Ｃおよび直流帰線１３Ｂから構成される直流線路との間に接続される。第２極の電力変換器１２Ｂは、上記の直流線路（直流本線１３Ｃ、直流帰線１３Ｂ）と交流電力系統９Ｂとの間に接続される。このように、第１極と第２極とでは直流帰線１３Ｂが共通化されることにより、直流帰線１３Ｂに流れる電流を減らすことができる。

具体的に、電力変換器１１Ａ，１２Ａが順変換器として機能し、電力変換器１１Ｂ，１２Ｂが逆変換器として機能する場合について説明する。この場合、図１に示すように、電力変換器１１Ａから出力された直流電圧Ｖ１Ａと電力変換器１１Ｂから出力された直流電圧Ｖ１Ｂとの電位差によって直流電流Ｉ１が流れる。さらに、電力変換器１２Ａから出力された直流電圧Ｖ２Ａと電力変換器１２Ｂから出力された直流電圧Ｖ２Ｂとの電位差によって直流電流Ｉ２が流れる。直流帰線１３Ｂに流れる直流電流Ｉ１と直流電流Ｉ２とは逆方向の電流になる。

図１に示すように、双極型電力変換システム１０は、さらに、交流遮断器３０Ａ，２６Ａ，２７Ａ，４０Ａと、電圧変成器２９Ａ，２４Ａ，２５Ａと、電流変成器２８Ａ，２２Ａ，２３Ａと、変圧器２０Ａ，２１Ａとを含む。

交流遮断器３０Ａは、交流電力系統９Ａを構成する三相線路に設けられる。交流遮断器２６Ａは、三相線路の分岐点１４Ａと第１極の電力変換器１１Ａとの間に接続される。交流遮断器２７Ａは、分岐点１４Ａと第２極の電力変換器１２Ａとの間に接続される。交流遮断器４０Ａは、後述する調相設備３９Ａを交流電力系統９Ａから分離するためのものである。電圧変成器２９Ａおよび電流変成器２８Ａは、交流遮断器３０Ａと分岐点１４Ａとの間に接続される。電圧変成器２４Ａおよび電流変成器２２Ａは、分岐点１４Ａと第１極の電力変換器１１Ａとの間に接続される。電圧変成器２５Ａおよび電流変成器２３Ａは、分岐点１４Ａと第２極の電力変換器１２Ａとの間に接続される。

変圧器２０Ａは、電圧変成器２４Ａおよび電流変成器２２Ａと第１極の電力変換器１１Ａとの間に接続される。変圧器２１Ａは、電圧変成器２５Ａおよび電流変成器２３Ａと第２極の電力変換器１２Ａとの間に接続される。変圧器２０Ａ，２１Ａに代えて連系リアクトルを用いてもよい。

上記と同様に、双極型電力変換システム１０は、さらに、交流遮断器３０Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂ，４０Ｂと、電圧変成器２９Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂと、電流変成器２８Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂと、変圧器２０Ｂ，２１Ｂとを含む。交流電力系統９Ｂ側のこれらの配置は、上記で説明した交流電力系統９Ａ側の配置と同様であり、参照符号の末尾のＡをＢに置き換えればそのまま成り立つので説明を繰り返さない。なお、以下の説明において、交流電力系統９Ａ側の機器と交流電力系統９Ｂ側の機器とで共通する事項については、参照符号の末尾のＡ，Ｂを付さずに記載する。

双極型電力変換システム１０は、さらに、制御装置３１Ａ，３１Ｂと、調相設備３９Ａ，３９Ｂとを含む。

制御装置３１Ａは、電流変成器２２Ａ，２３Ａ，２８Ａから出力された電流信号および電圧変成器２４Ａ，２５Ａ，２９Ａから出力された電圧信号に基づいて、第１極の電力変換器１１Ａおよび第２極の電力変換器１２Ａの動作を制御する。同様に、制御装置３１Ｂは、電流変成器２２Ｂ，２３Ｂ，２８Ｂから出力された電流信号および電圧変成器２４Ｂ，２５Ｂ，２９Ｂから出力された電圧信号に基づいて、第１極の電力変換器１１Ｂおよび第２極の電力変換器１２Ｂの動作を制御する。さらに、制御装置３１Ａは、遮断器３０Ａ，２６Ａ，２７Ａ，４０Ａの開閉を制御し、制御装置３１Ｂは、遮断器３０Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂ，４０Ｂの開閉を制御する。

調相設備３９Ａは、他励式の電力変換器１２Ａの交流電力系統９Ａ側に接続され、調相設備３９Ｂは、他励式の電力変換器１２Ｂの交流電力系統９Ｂ側に接続される。図１の場合には、調相設備３９Ａは、交流電力系統９Ａの分岐点１４Ａに交流遮断器４０Ａを介して接続される。同様に、調相設備３９Ｂは、交流電力系統９Ｂの分岐点１４Ａに交流遮断器４０Ｂを介して接続される。

他励式変換器は、点弧位相を遅らせて所望の電圧を得るように制御されるので、電圧位相に対して電流位相が遅れる。その位相の遅れを補償するために、調相設備３９Ａ，３９Ｂは、スタティックコンデンサ（シャントキャパシタとも称する）を含む。すなわち、調相設備３９Ａ，３９Ｂの各々は、容量性の無効電力を出力することにより、対応する他励式変換器から出力される誘導性の無効電力を補償する。

［制御装置の機能的構成］
図２は、図１の制御装置の機能的構成を示すブロック図である。図２では、双極型電力変換システム１０が、ＨＶＤＣシステムである場合の例が示されている。

図２を参照して、制御装置３１Ａは、共通制御装置３２Ａと、第１極制御装置３３Ａと、第２極制御装置３４Ａとを含む。共通制御装置３２Ａは、運転指令部３５Ａと、出力電力指令部３６Ａと、出力電力分配部３７Ａとを含む。

同様に、制御装置３１Ｂは、共通制御装置３２Ｂと、第１極制御装置３３Ｂと、第２極制御装置３４Ｂとを含む。共通制御装置３２Ｂは、運転指令部３５Ｂと、出力電力指令部３６Ｂと、出力電力分配部３７Ｂとを含む。共通制御装置３２Ａと共通制御装置３２Ｂとは、通信回線３８を介して相互に情報のやり取りを行う。

具体的に、運転指令部３５Ａは、第１極制御装置３３Ａに対して第１極の電力変換器１１Ａの運転開始および運転停止を指令し、第２極制御装置３４Ａに対して第２極の電力変換器１２Ａの運転開始および運転停止を指令する。さらに、運転指令部３５Ａは、交流遮断器３０Ａの開閉を制御する。

出力電力指令部３６Ａは、電流変成器２８Ａおよび電圧変成器２９Ａの検出値に基づいて、有効電力指令値ＰｒｅｆＡおよび無効電力指令値ＱｒｅｆＡを生成する。出力電力分配部３７Ａは、有効電力指令値ＰｒｅｆＡおよび無効電力指令値ＱｒｅｆＡの各々を第１極と第２極とに分配する。第１極と第２極との機能および特性の違いがあるので、有効電力指令値ＰｒｅｆＡと無効電力指令値ＱｒｅｆＢとは、第１極と第２極とに等しく分配されるのが適切とは限らない。

第１極制御装置３３Ａは、共通制御装置３２Ａから受けた有効電力指令値ＰｒｅｆＡ１および無効電力指令値ＱｒｅｆＡ１と、電流変成器２２Ａおよび電圧変成器２４Ａの検出値とに基づいて、第１極の電力変換器１１Ａの動作を制御する。第２極制御装置３４Ａは、共通制御装置３２Ａから受けた有効電力指令値ＰｒｅｆＡ２および無効電力指令値ＱｒｅｆＡ２と、電流変成器２３Ａおよび電圧変成器２５Ａの検出値とに基づいて、第２極の電力変換器１２Ａの動作を制御する。さらに、第１極制御装置３３Ａは、交流遮断器２６Ａの開閉動作を制御し、第２極制御装置３４Ａは、交流遮断器２７Ａ，４０Ａの開閉動作を制御する。

第１極の電力変換器１１Ｂおよび第２極の電力変換器１２Ｂを制御するための制御装置３１Ｂの機能は上記と同様であり、上記の説明において参照符号の末尾のＡをＢに置き換えればよいので説明を繰り返さない。以下では、第１極の電力変換器１１Ａと１１Ｂとで共通する機能について説明する場合には、単に第１極の電力変換器１１と記載する。同様に、第２極の電力変換器１２Ａと１２Ｂとで共通する機能について説明する場合には、単に第２極の電力変換器１２と記載する。

なお、双極型電力変換システム１０がＢＴＢシステムである場合、共通制御装置３２Ａと共通制御装置３２Ｂとは共通化されていてもよい。

［自励式変換器のハードウェア構成例］
図３は、図１の自励式変換器のハードウェアの概略構成の一例を示す図である。図３では、電力変換器１１Ａの構成例が示されているが、電力変換器１１Ｂの構成も同様である。

図３を参照して、電力変換器１１Ａは、互いに直列接続された複数の変換器セル４７を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成される。なお、「変換器セル」は、「サブモジュール」または「単位変換器」とも呼ばれる。電力変換器１１Ａは、直流線路（直流本線１３Ａ、直流帰線１３Ｂ）と交流電力系統９Ａとの間で電力変換を行なう。

電力変換器１１Ａは、正極直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負極直流端子（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４４ｕ，４４ｖ，４４ｗ（総称する場合または任意のものを示す場合、レグ回路４４と記載する）を含む。

レグ回路４４は、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路４４は、交流電力系統９Ａと直流線路１３Ａ，１３Ｂ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、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路４４ｕ，４４ｖ，４４ｗが設けられている。

レグ回路４４ｕ，４４ｖ，４４ｗにそれぞれ設けられた交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器２０Ａを介して交流電力系統９Ａに接続される。図３では、図解を容易にするために、交流入力端子Ｎｖ，Ｎｗと変圧器２０Ａとの接続は図示していない。

各レグ回路４４に共通に接続された高電位側直流端子Ｎｐおよび低電位側直流端子Ｎｎは、直流本線１３Ａおよび直流帰線１３Ｂにそれぞれ接続される。

図３の交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４４ｕ，４４ｖ，４４ｗ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４４ｕ，４４ｖ，４４ｗが変圧器２０Ａ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４８Ａ，４８Ｂとしてもよい。

レグ回路４４ｕは、高電位側直流端子Ｎｐから交流入力端子Ｎｕまでの上アーム４５と、低電位側直流端子Ｎｎから交流入力端子Ｎｕまでの下アーム４６とを含む。上アーム４５および下アーム４６の接続点である交流入力端子Ｎｕは、変圧器２０Ａと接続される。レグ回路４４ｖ，４４ｗについても同様の構成を有するので、以下、レグ回路４４ｕの構成について代表的に説明する。

上アーム４５は、カスケード接続された複数の変換器セル４７と、リアクトル４８とを含む。複数の変換器セル４７およびリアクトル４８は、直列に接続されている。同様に、下アーム４６は、カスケード接続された複数の変換器セル４７と、リアクトル４９とを含む。複数の変換器セル４７およびリアクトル４９は、直列に接続されている。リアクトル４８，４９を設けることにより、電力変換器１１Ａの内部を循環する電流を抑制することができ、さらに、交流電力系統９Ａまたは直流線路１３Ａ，１３Ｂ等の事故時における事故電流の急激な増大を抑制することができる。

電力変換器１１Ａは、さらに、制御に使用される電気量（電流、電圧など）を計測する各検出器として、電圧変成器２４Ａと、電流変成器２２Ａと、直流電圧検出器５２Ａ，５２Ｂと、各レグ回路４４に設けられた電流変成器５０，５１と、直流電流検出器５３とを含む。これらの検出器によって検出された信号は、第１極制御装置３３Ａに入力される。

なお、図３では図解を容易にするために、各検出器から第１極制御装置３３Ａに入力される信号の信号線と、第１極制御装置３３Ａおよび各変換器セル４７間で入出力される信号の信号線とは、一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとおよび変換器セル４７ごとに設けられている。各変換器セル４７と第１極制御装置３３Ａとの間の信号線は、送信用と受信用とが別個に設けられていてもよい。信号線は、たとえば光ファイバによって構成される。

次に、各検出器について具体的に説明する。

電圧変成器２４Ａは、交流電力系統９ＡのＵ相の交流電圧Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖａｃｖ、および、Ｗ相の交流電圧Ｖａｃｗを検出する。電流変成器２２Ａは、交流電力系統９ＡのＵ相の交流電流Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流Ｉａｃｖ、および、Ｗ相の交流電流Ｉａｃｗを検出する。

直流電圧検出器５２Ａは、直流本線１３Ａに接続された高電位側直流端子Ｎｐの直流電圧Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器５２Ｂは、直流帰線１３Ｂに接続された低電位側直流端子Ｎｎの直流電圧Ｖｄｃｎを検出する。直流電圧Ｖｄｃｐと直流電圧Ｖｄｃｎとの差を直流電圧Ｖｄｃとする。直流電流検出器５３は、高電位側直流端子Ｎｐまたは低電位側直流端子Ｎｎを流れる直流電流Ｉｄｃ（図１の直流電流Ｉ１に等しい）を検出する。

Ｕ相用のレグ回路４４ｕに設けられた電流変成器５０および５１は、上アーム４５に流れる上アーム電流Ｉｐｕ、および、下アーム４６に流れる下アーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。Ｖ相用のレグ回路４４ｖに設けられた電流変成器５０および５１は、上アーム電流Ｉｐｖおよび下アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路４４ｗに設けられた電流変成器５０および５１は、上アーム電流Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。

［変換器セルの構成例］
図４は、図３に示す自励式の電力変換器を構成する変換器セル４７の構成例を示す回路図である。

図４（Ａ）に示す変換器セル４７は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。この変換器セル４７は、２つのスイッチング素子６１ｐおよび６１ｎを直列接続して形成した直列体と、蓄電素子６２と、電圧検出器６３と、入出力端子Ｐ１，Ｐ２とを備える。スイッチング素子６１ｐおよび６１ｎの直列体と蓄電素子６２とは並列接続される。電圧検出器６３は、蓄電素子６２の両端間の電圧Ｖｃを検出する。

スイッチング素子６１ｎの両端子は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２とそれぞれ接続される。変換器セル４７は、スイッチング素子６１ｐ，６１ｎのスイッチング動作により、蓄電素子６２の電圧Ｖｃまたは零電圧を、入出力端子Ｐ１およびＰ２の間に出力する。スイッチング素子６１ｐがオン、かつスイッチング素子６１ｎがオフとなったときに、変換器セル４７からは、蓄電素子６２の電圧Ｖｃが出力される。スイッチング素子６１ｐがオフ、かつスイッチング素子６１ｎがオンとなったときに、変換器セル４７は、零電圧を出力する。

図４（Ｂ）に示す変換器セル４７は、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。この変換器セル４７は、２つのスイッチング素子６１ｐ１および６１ｎ１を直列接続して形成された第１の直列体と、２つスイッチング素子６１ｐ２および６１ｎ２を直列接続して形成された第２の直列体と、蓄電素子６２と、電圧検出器６３と、入出力端子Ｐ１，Ｐ２とを備える。第１の直列体と、第２の直列体と、蓄電素子６２とが並列接続される。電圧検出器６３は、蓄電素子６２の両端間の電圧Ｖｃを検出する。

スイッチング素子６１ｐ１およびスイッチング素子６１ｎ１の中点は、入出力端子Ｐ１と接続される。同様に、スイッチング素子６１ｐ２およびスイッチング素子６１ｎ２の中点は、入出力端子Ｐ２と接続される。変換器セル４７は、スイッチング素子６１ｐ１，６１ｎ１，６１ｐ２，６１ｎ２のスイッチング動作により、蓄電素子６２の電圧Ｖｃ、－Ｖｃ、または零電圧を、入出力端子Ｐ１およびＰ２の間に出力する。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）において、スイッチング素子６１ｐ，６１ｎ，６１ｐ１，６１ｎ１，６１ｐ２，６１ｎ２は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off）サイリスタなどの自己消弧型の半導体スイッチング素子にＦＷＤ（Freewheeling Diode）が逆並列に接続されて構成される。以下、スイッチング素子６１ｐ，６１ｎ，６１ｐ１，６１ｎ１，６１ｐ２，６１ｎ２を総称する場合またはいずれか１つを示す場合に、スイッチング素子６１と記載する。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）において、蓄電素子６２には、フィルムコンデンサなどのキャパシタが主に用いられる。蓄電素子６２は、以降の説明では、キャパシタと呼称することもある。以下では、蓄電素子６２の電圧Ｖｃをキャパシタ電圧Ｖｃとも称する。

図３に示されるように、変換器セル４７はカスケード接続されている。図４（Ａ）および図４（Ｂ）の各々において、上アーム４５に配置された変換器セル４７では、入出力端子Ｐ１は、隣の変換器セル４７の入出力端子Ｐ２または高電位側直流端子Ｎｐと接続され、入出力端子Ｐ２は、隣の変換器セル４７の入出力端子Ｐ１または交流入力端子Ｎｕと接続される。同様に、下アーム４６に配置された変換器セル４７では、入出力端子Ｐ１は、隣の変換器セル４７の入出力端子Ｐ２または交流入力端子Ｎｕと接続され、入出力端子Ｐ２は、隣の変換器セル４７の入出力端子Ｐ１または低電位側直流端子Ｎｎと接続される。

上記で例示した構成以外の変換器セル、たとえば、クランプトダブルセルと呼ばれる回路構成などを適用した変換器セルを用いてもよく、スイッチング素子および蓄電素子も上記の例示に限定されるものではない。

［他励式変換器のハードウェア構成例］
図５は、他励式変換器のハードウェア構成の一例を概略的に示す図である。図５（Ａ）は、順変換器として用いられる図１の電力変換器１２Ａの構成例を示し、図５（Ｂ）は、逆変換器として用いられる図１の電力変換器１２Ｂの構成例を示す。さらに、図５（Ａ）および図５（Ｂ）では、変圧器２１Ａ，２１Ｂの構成例も示される。

図５（Ａ）を参照して、他励式の電力変換器１２Ａは、直流帰線１３Ｂと接続点７４の間に互いに並列に接続されたサイリスタユニット７１Ｐ，７２Ｐ，７３Ｐを含む。各サイリスタユニット７１Ｐ，７２Ｐ，７３Ｐは、それぞれ、サイリスタ７１Ｐ１と７１Ｐ２の直列回路、サイリスタ７２Ｐ１と７２Ｐ２の直列回路、サイリスタ７３Ｐ１と７３Ｐ２の直列回路で構成されている。

電力変換器１２Ａは、さらに、接続点７４と直流本線１３Ｃの間に互いに並列に接続されたサイリスタユニット７１Ｎ，７２Ｎ，７３Ｎを並列に接続している。各サイリスタユニット７１Ｎ，７２Ｎ，７３Ｎは、それぞれ、サイリスタ７１Ｎ１と７１Ｎ２の直列回路、サイリスタ７２Ｎ１と７２Ｎ２の直列回路、サイリスタ７３Ｎ１と７３Ｎ２の直列回路で構成されている。

ここで、各サイリスタは、いずれも、直流帰線１３Ｂ側がカソードに直流本線１３Ｃ側がアノードに接続されている。第２極制御装置３４Ａは、各サイリスタを制御するためのゲートパルス信号を各サイリスタに与える。

変圧器２１Ａは、デルタ巻線２１Ａ１、Ｙ巻線２１Ａ２、およびデルタ巻線２１Ａ３を含む。デルタ巻線２１Ａ１、Ｙ巻線２１Ａ２、およびデルタ巻線２１Ａ３は互いに磁気結合されている。交流電力系統９Ａのｕ相、ｖ相、ｗ相の各々はデルタ巻線２１Ａ１に接続されている。また、サイリスタ７１Ｐ１と７１Ｐ２との接続点、サイリスタ７２Ｐ１と７２Ｐ２との接続点、サイリスタ７３Ｐ１と７３Ｐ２との接続点の各々はＹ巻線２１Ａ２に接続されている。サイリスタ７１Ｎ１と７１Ｎ２との接続点、サイリスタ７２Ｎ１と７２Ｎ２との接続点、サイリスタ７３Ｎ１と７３Ｎ２との接続点の各々はデルタ巻線２１Ａ３に接続されている。

逆変換器として用いられる他励式の電力変換器１２Ｂの回路構成は、図５（Ｂ）に示される。図５（Ｂ）の電力変換器１２Ｂは、各サイリスタのアノードが直流帰線１３Ｂ側にカソードが直流本線１３Ｃ側に接続されている点で、図５（Ａ）の電力変換器１２Ａと異なる。図５（Ｂ）の電力変換器１２Ｂのその他の点は、図５（Ａ）の場合と同様であるので、対応する構成要素には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

また、変圧器２１Ｂは、デルタ巻線２１Ｂ１、Ｙ巻線２１Ｂ２、およびデルタ巻線２１Ｂ３を含む。図５（Ｂ）のデルタ巻線２１Ｂ１、Ｙ巻線２１Ｂ２、およびデルタ巻線２１Ｂ３は、図５（Ａ）のデルタ巻線２１Ａ１、Ｙ巻線２１Ａ２、およびデルタ巻線２１Ａ３にそれぞれ対応する。デルタ巻線２１Ｂ１と交流電力系統９Ｂとの接続、ならびにＹ巻線２１Ｂ２およびデルタ巻線２１Ｂ３と各サイリスタとの接続は、図５（Ｂ）の場合と同様であるので説明を繰り返さない。

［自励式変換器と他励式変換器の機能上の違い］
以下、自励式変換器と他励式変換器の機能上の違いについて説明する。

自励式変換器は、出力する有効電力と無効電力とを独立して制御できる点に特徴がある。自励式変換器では、出力電圧の大きさと位相を自由に制御できるからである。具体的に、第１極制御装置３３Ａおよび第２極制御装置３４Ａの各々は、共通制御装置３２Ａから受けた有効電力指令値および無効電力指令値に従って対応する電力変換装置を制御する。

たとえば、図３および図４で説明したＭＭＣの場合、第１極制御装置３３Ａおよび第２極制御装置３４Ａの各々は、各相の交流電圧実測値と各相の交流電流実測値とから有効電流値および無効電流値を計算する。第１極制御装置３３Ａおよび第２極制御装置３４Ａの各々は、有効電力指令値から計算した有効電流指令値と上記の有効電流値との偏差に基づいて（たとえば、偏差に対して比例積分演算を施すことにより）有効電圧指令値を算出する。同様に、第１極制御装置３３Ａおよび第２極制御装置３４Ａの各々は、無効電力指令値から計算した無効電流指令値と上記の無効電流値との偏差に基づいて（たとえば、偏差に対して比例積分演算を施すことにより）無効電圧指令値を算出する。次に、第１極制御装置３３Ａおよび第２極制御装置３４Ａの各々は、算出された有効電圧指令値および無効電圧指令値に対して２相／３相変換を施すことにより、各相のアーム電圧指令値を算出する。２相／３相変換は、たとえば、逆パーク（Park）変換と逆クラーク（Clarke）変換とによって実現できる。もしくは、２相／３相変換は、逆パーク変換と空間ベクトル変換とによっても実現できる。第１極制御装置３３Ａおよび第２極制御装置３４Ａの各々は、算出した各相のアーム電圧指令値に基づいて各相アームに設けられた変換器セル４７の出力を制御する。

一方、他励式変換器は、有効電力の制御は可能であるが、出力される無効電力の値は有効電力に応じて決まる。前述のように、他励式変換器は、点弧位相を遅らせて所望の電圧を得るように制御されるので、出力電圧の大きさは自由に制御できるが、出力電圧の位相は自由に制御できない。具体的に、電圧位相に対して電流位相が遅れる。したがって、他励式変換器は、有効電力の出力に応じた大きさの誘導性の無効電力を出力する。

［共通制御装置、第１極制御装置、および第２極制御装置のハードウェア構成例］
図６は、図２の共通制御装置、第１極制御装置、および第２極制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図６には、コンピュータによって各制御装置を構成する例が示される。

図６を参照して、各制御装置は、１つ以上の入力変換器８０と、１つ以上のサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路８１と、マルチプレクサ（ＭＵＸ）８２と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器８３とを含む。さらに、各制御装置は、１つ以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）８４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）８５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）８６とを含む。さらに、各制御装置は、１つ以上の入出力インターフェイス８７と、補助記憶装置８９とを含む。特に、共通制御装置３２は、図２の通信回線３８を介して通信（すなわち、情報の送受信）を行うための通信装置８８を含む。各制御装置は、さらに、上記の構成要素間を相互に接続するバス９０を含む。

入力変換器８０は、入力チャンネルごとに補助変成器（図示せず）を有する。各補助変成器は、図１の各電流変成器および電圧変成器などによる検出信号を、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８１は、入力変換器８０ごとに設けられる。サンプルホールド回路８１は、対応の入力変換器８０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８２は、複数のサンプルホールド回路８１に保持された信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器８３は、マルチプレクサ８２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８３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。

ＣＰＵ８４は、制御装置全体を制御し、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ＲＡＭ８５および不揮発性メモリとしてのＲＯＭ８６は、ＣＰＵ８４の主記憶として用いられる。ＲＯＭ８６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８９は、ＲＯＭ８６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８７は、ＣＰＵ８４および外部装置の間で通信する際のインターフェイス回路である。

なお、図６の例とは異なり、各制御装置の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）および、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の回路を用いて構成することも可能である。すなわち、図３に記載された各機能ブロックの機能は、図６に例示された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。また、各機能ブロックの機能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可能である。

［双極型電力変換システムの動作］
次に、双極型電力変換システム１０の特徴的な動作について説明する。実施の形態１では、交流電力系統９Ａが停電した場合のブラックスタートの手順について説明する。ブラックスタートとは、ブラックアウトの状態から停電解消のための電力供給を行うことである。

図７は、ブラックスタートの手順を説明するためのタイミング図である。図７では、上から順に交流電力系統９Ｂの電圧実効値、自励式の電力変換器１１Ｂの運転状態、他励式の電力変換器１２Ｂの運転状態、交流電力系統９Ａの電圧実効値、自励式の電力変換器１１Ａの運転状態、他励式の電力変換器１２Ａの運転状態を示す。

時刻ｔ１において、交流電力系統９Ａにおいて停電（ブラックアウト）が生じたとする。このため、交流電力系統９Ａに接続された自励式の電力変換器１１Ａおよび他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂは停止する。このとき、交流電力系統９Ｂでは停電が生じていないので、電圧実効値は定格電圧Ｖｒに等しい（または定格範囲内にある）。交流電力系統９Ｂに接続された自励式の電力変換器１１Ｂは運転状態のままである。

より詳細には、第１極制御装置３３Ａは、電圧変成器２４Ａの検出値に基づいて交流電力系統９Ａの電圧が０電圧（または閾値以下）であることを検知すると、交流遮断器２６Ａを開放させるとともに、自励式の電力変換器１１Ａを構成する各変換器セル４７の各スイッチング素子をオフ状態に制御する。これによって、自励式の電力変換器１１Ａは停止する。なお、自励式の電力変換器１１Ａを構成する各変換器セル４７の蓄電素子６２の電圧は、直流線路１３Ａ，１３Ｂを介した自励式の電力変換器１１Ｂからの電圧供給によって維持される。

第２極制御装置３４Ａは、電圧変成器２５Ａの検出値に基づいて交流電力系統９Ａの電圧が０電圧（または閾値以下）であることを検知すると、交流遮断器２７Ａを開放させるとともに、他励式の電力変換器１２Ａを構成する各サイリスタに供給するゲート電圧を０にする。これによって、他励式の電力変換器１２Ａは停止する。第２極制御装置３４Ａは、他励式の電力変換器１２Ａを停止させたことを、共通制御装置３２Ａに通知する。

交流電力系統９Ｂ側の共通制御装置３２Ｂは、通信回線３８を介して交流電力系統９Ａ側の共通制御装置３２Ａから他励式の電力変換器１２Ａが停止したという情報を受信すると、第２極制御装置３４Ｂに対して、他励式の電力変換器１２Ｂの停止指令を発行する。第２極制御装置３４Ｂは、他励式の電力変換器１２Ｂの停止指令を受けると、交流遮断器２７Ｂを開放させるとともに、他励式の電力変換器１２Ｂを構成する各サイリスタに供給するゲート電圧を０にする。これによって、他励式の電力変換器１２Ｂは停止する。

次の時刻ｔ２において、共通制御装置３２Ａは、自励式の電力変換器１１Ａの運転を開始する。自励式の電力変換器１１Ａは、自励式の電力変換器１１Ｂから直流線路１３Ａ，１３Ｂを介して受けた有効電力によって起動可能である。一方、他励式の電力変換器１２Ａは、交流電力系統９Ａが停電中の場合には起動できない。

より詳細には、第１極制御装置３３Ａは、共通制御装置３２Ａからの運転開始指令に従って、交流遮断器２６Ａを閉路するともに、自励式の電力変換器１１Ａを構成する各変換器セル４７のスイッチング素子６１をスイッチングさせることにより、交流電力系統９Ａに対して交流電力の供給を開始する。第１極制御装置３３Ａは、電圧変成器２４Ａによって検出された交流電圧が定格電圧Ｖｒ（または定格範囲内）に達すると、第１極の電力変換器１１Ａの起動が完了したと判定する。

その次の時刻ｔ３において、共通制御装置３２Ａは、自励式の電力変換器１１Ａの起動が完了すると、他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂの起動を開始する。自励式の電力変換器１１Ａの起動が完了した時刻ｔ３では、交流電力系統９Ａの電圧実効値が定格電圧Ｖｒ（または定格範囲内）に戻っているので、他励式の電力変換器１２Ａを起動できる。

より詳細には、交流電力系統９Ａの交流電圧が定格電圧Ｖｒ（または定格範囲内）に達すると、共通制御装置３２Ａは第２極制御装置３４Ａに対して他励式の電力変換器１２Ａの起動指令を発行し、共通制御装置３２Ｂは第２極制御装置３４Ｂに対して他励式の電力変換器１２Ｂの起動指令を発行する。第２極制御装置３４Ａは、他励式の電力変換器１２Ａの起動指令を受けると、交流遮断器２７Ａを閉路するとともに、他励式の電力変換器１２Ａを構成する各サイリスタにゲートパルスを供給することにより各サイリスタを動作させる。同様に、第２極制御装置３４Ｂは、他励式の電力変換器１２Ｂの起動指令を受けると、交流遮断器２７Ｂを閉路するとともに、他励式の電力変換器１２Ｂを構成する各サイリスタにゲートパルスを供給することにより各サイリスタを動作させる。

［実施の形態１の効果］
上記の実施の形態１の双極型電力変換システム１０では、自励式の電力変換装置によってブラックスタートを実行することによって、その後に他励式の電力変換装置を起動できる。他励式の電力変換器のみから構成される双極型電力変換システムでは、ブラックスタートができないが、ハイブリッドの双極型電力変換システム１０では、ブラックスタートが可能である。

実施の形態２．
実施の形態２では、双極型電力変換システム１０において、電力変換器１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの通常時の起動手順について説明する。この起動手順によれば、調相設備３９Ａ，３９Ｂを設けなくてもよいというメリットがある。なお、図１～図６を参照して説明した双極型電力変換システム１０の構成は、調相設備３９Ａ，３９Ｂ以外の点では実施の形態２の場合も同様であるので、説明を繰り返さない。

図８は、実施の形態２の双極型電力変換システムにおいて、電力変換器の起動手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１０において、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂおよび他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂは停止状態であるとする。電力変換器１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの起動を開始する場合、共通制御装置３２Ａ，３２Ｂは、ステップＳ３０に処理を進める。

ステップＳ３０において、共通制御装置３２Ａは自励式の電力変換器１１Ａの起動を開始させ、共通制御装置３２Ｂは自励式の電力変換器１１Ｂの起動を開始させる。より詳細には、第１極制御装置３３Ａは、共通制御装置３２Ａからの運転開始指令に従って、交流遮断器２６Ａを閉路し、第１極制御装置３３Ｂは、共通制御装置３２Ｂからの運転開始指令に従って、交流遮断器２６Ｂを閉路する。これにより、自励式の電力変換器１１Ａを構成する各変換器セル４７の蓄電素子６２の充電が開始され、自励式の電力変換器１１Ｂを構成する各変換器セル４７の蓄電素子６２の充電が開始される。第１極制御装置３３Ａは、各蓄電素子６２の電圧値が規定値に達すると、各変換器セル４７のスイッチング素子６１をスイッチングさせることにより、電力変換器１１Ａに電力変換動作を開始させる。同様に、第１極制御装置３３Ｂは、各蓄電素子６２の電圧値が規定値に達すると、各変換器セル４７のスイッチング素子６１をスイッチングさせることにより、電力変換器１１Ｂに電力変換動作を開始させる。これにより、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂの起動が完了する。

自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂの起動が完了すると（ステップＳ４０でＹＥＳ）、共通制御装置３２Ａ，３２Ｂは処理をステップＳ５０に進める。

ステップＳ５０において、共通制御装置３２Ａは他励式の電力変換器１２Ａを起動させ、共通制御装置３２Ｂは他励式の電力変換器１２Ｂを起動させる。より詳細には、第２極制御装置３４Ａは、共通制御装置３２Ａからの運転開始指令に従って、交流遮断器２７Ａを閉路するとともに、他励式の電力変換器１２Ａを構成する各サイリスタにゲートパルスを供給することにより各サイリスタを動作させる。同様に、第２極制御装置３４Ｂは、共通制御装置３２Ｂからの運転開始指令に従って、交流遮断器２７Ｂを閉路するとともに、他励式の電力変換器１２Ｂを構成する各サイリスタにゲートパルスを供給することにより各サイリスタを動作させる。

次のステップＳ６０において、共通制御装置３２Ａは、自励式の電力変換器１１Ａによって容量性の無効電電力を交流電力系統９Ａに出力させる。また、共通制御装置３２Ｂは、自励式の電力変換器１１Ｂによって容量性の無効電力を交流電力系統９Ｂに出力させる。この場合の容量性の無効電力は、他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂが起動したときの出力電圧の位相に対する出力電流の位相の遅れを補償するものである。

より詳細には、共通制御装置３２Ａは、電圧変成器２９Ａおよび電流変成器２８Ａによって検出された交流電力系統９Ａの電圧値および電流値に基づいて、他励式の電力変換器１２Ａから交流電力系統９Ａに出力されている誘導性の無効電力を計算する。共通制御装置３２Ａは、この誘導性の無効電力を打ち消すのに必要な容量性の無効電力を無効電力指令値として第１極制御装置３３Ａに与える。第１極制御装置３３Ａは、与えられた無効電力指令値に従って、自励式の電力変換器１１Ａを制御する。

同様に、共通制御装置３２Ｂは、電圧変成器２９Ｂおよび電流変成器２８Ｂによって検出された交流電力系統９Ｂの電圧値および電流値に基づいて、他励式の電力変換器１２Ｂから交流電力系統９Ｂに出力されている誘導性の無効電力を計算する。共通制御装置３２Ｂは、この誘導性の無効電力を打ち消すのに必要な容量性の無効電力を無効電力指令値として第１極制御装置３３Ｂに与える。第１極制御装置３３Ｂは、与えられた無効電力指令値に従って、自励式の電力変換器１１Ｂを制御する。

他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂの起動が完了すると（ステップＳ７０でＹＥＳ）、共通制御装置３２Ａ，３２Ｂは双極型電力変換システム１０の起動処理を終了する。

実施の形態２によれば、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂを先に起動させ、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂによって交流電力系統９Ａ，９Ｂに容量性の無効電力を出力させる。これによって、他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂの起動および運転に必要な調相設備３９Ａ，３９Ｂ（スタティックコンデンサおよびシャントリアクトルなど）が必要でなくなるので、双極型電力変換システム１０の低コスト化が可能になる。

実施の形態３．
実施の形態３では、双極型電力変換システム１０において、電力変換器１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの通常時の停止手順について説明する。この停止手順によれば、他励式変換器の停止時に調相設備（特に、スタティックコンデンサ）の影響で系統電圧が上昇したとしても、双極型電力変換システム１０を安定的に停止できる。なお、図１～図６を参照して説明した双極型電力変換システム１０の構成は、実施の形態３の場合も同様であるので説明を繰り返さない。

図９は、実施の形態３の双極型電力変換システムにおいて、電力変換器の停止手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂおよび他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂは運転状態であるとする。電力変換器１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの停止を開始する場合（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、共通制御装置３２Ａ，３２Ｂは処理をステップＳ１３０に進める。

ステップＳ１３０において、共通制御装置３２Ａは自励式の電力変換器１１Ａを停止し、共通制御装置３２Ｂは自励式の電力変換器１１Ｂを停止する。より詳細には、第１極制御装置３３Ａは、共通制御装置３２Ａからの停止指令に従って、交流遮断器２６Ａを開放させるとともに、自励式の電力変換器１１Ａを構成する各変換器セル４７の各スイッチング素子をオフ状態に制御する。これによって、自励式の電力変換器１１Ａは停止する。同様に、第１極制御装置３３Ｂは、共通制御装置３２Ｂからの停止指令に従って、交流遮断器２６Ｂを開放させるとともに、自励式の電力変換器１１Ｂを構成する各変換器セル４７の各スイッチング素子をオフ状態に制御する。これによって、自励式の電力変換器１１Ｂは停止する。

自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂの停止が完了すると（ステップＳ１４０でＹＥＳ）、共通制御装置３２Ａ，３２Ｂは処理をステップＳ１５０に進める。

ステップＳ１５０において、共通制御装置３２Ａは他励式の電力変換器１２Ａを停止し、共通制御装置３２Ｂは他励式の電力変換器１２Ｂを停止する。より詳細には、第２極制御装置３４Ａは、共通制御装置３２からの停止指令に従って、交流遮断器２７Ａを開放させるとともに、他励式の電力変換器１２Ａを構成する各サイリスタに供給するゲート電圧を０にする。これによって、他励式の電力変換器１２Ａは停止する。同様に、第２極制御装置３４Ｂは、共通制御装置３２からの停止指令に従って、交流遮断器２７Ｂを開放させるとともに、他励式の電力変換器１２Ｂを構成する各サイリスタに供給するゲート電圧を０にする。これによって、他励式の電力変換器１２Ｂは停止する。

実施の形態３の双極型電力変換システム１０によれば、他励式変換器の停止時に調相設備（特に、スタティックコンデンサ）の影響で系統電圧が上昇したとしても、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂは既に停止しているので、系統電圧の上昇の影響を受けない。

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態３の変形例を示す。なお、図１～図６を参照して説明した双極型電力変換システム１０の構成は、実施の形態４の場合も同様であるので説明を繰り返さない。

図１０は、実施の形態４の双極型電力変換システムにおいて、電力変換器の停止手順を示すフローチャートである。

ステップＳ２１０において、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂおよび他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂは運転状態であるとする。電力変換器１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの停止を開始する場合（ステップＳ２２０でＹＥＳ）、共通制御装置３２Ａ，３２Ｂは処理をステップＳ２３０に進める。

ステップＳ２３０において、共通制御装置３２Ａは他励式の電力変換器１２Ａの停止を開始し、共通制御装置３２Ｂは他励式の電力変換器１２Ｂの停止を開始する。より詳細には、図９のステップＳ１５０と同様であるので、説明を繰り返さない。

次のステップＳ２４０において、共通制御装置３２Ａは自励式の電力変換器１１Ａに誘導性の無効電力を出力させ、共通制御装置３２Ｂは自励式の電力変換器１１Ｂに誘導性の無効電力を出力させる。上記の誘導性の無効電力の出力は、他励式変換器の停止時に調相設備（特に、スタティックコンデンサ）の影響で系統電圧が上昇することを抑制するためである。

より詳細には、共通制御装置３２Ａは、電圧変成器２９Ａおよび電流変成器２８Ａによって検出された交流電力系統９Ａの電圧値および電流値に基づいて、調相設備３９Ａから交流電力系統９Ａに出力されている容量性の無効電力を計算する。共通制御装置３２Ａは、この容量性の無効電力を打ち消すのに必要な誘導性の無効電力を無効電力指令値として第１極制御装置３３Ａに与える。第１極制御装置３３Ａは、与えられた無効電力指令値に従って、自励式の電力変換器１１Ａを制御する。

同様に、共通制御装置３２Ｂは、電圧変成器２９Ｂおよび電流変成器２８Ｂによって検出された交流電力系統９Ｂの電圧値および電流値に基づいて、調相設備３９Ｂから交流電力系統９Ｂに出力されている容量性の無効電力を計算する。共通制御装置３２Ｂは、この容量性の無効電力を打ち消すのに必要な誘導性の無効電力を無効電力指令値として第１極制御装置３３Ｂに与える。第１極制御装置３３Ｂは、与えられた無効電力指令値に従って、自励式の電力変換器１１Ｂを制御する。

共通制御装置３２Ａ，３２Ｂは、他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂの停止が完了すると（ステップＳ２５０でＹＥＳ）、処理をステップＳ２６０に進める。

ステップＳ２６０において、共通制御装置３２Ａは自励式の電力変換器１１Ａを停止し、共通制御装置３２Ｂは自励式の電力変換器１１Ｂを停止する。より詳細には、図９のステップＳ１３０と同様であるので、説明を繰り返さない。

実施の形態４の双極型電力変換システム１０によれば、他励式変換器の停止時に調相設備（特に、スタティックコンデンサ）の影響で系統電圧が上昇したとしても、自励式の電力変換器１１Ａ，１１から誘導性の無効電力を出力しているので、系統電圧の上昇の影響を抑制できる。

実施の形態５．
実施の形態５の双極型電力変換システム１０では、交流電力系統９Ａで事故が発生した場合について説明する。

図１１は、実施の形態５の双極型電力変換システムにおいて、交流電力系統９Ａで事故が発生した場合の他励式変換器の停止手順を示すフローチャートである。

ステップＳ３１０において、自励式の電力変換器１１Ａ，１１Ｂおよび他励式の電力変換器１２Ａ，１２Ｂは運転状態である。

次のステップＳ３２０において、交流電力系統９Ａで事故が発生したとする（ステップＳ３２０でＹＥＳ）。具体的には、第２極制御装置３４Ａは、電圧変成器２５Ａによって検出された電圧値の異常（閾値以下の低下または電圧振幅の急変など）もしくは電流変成器２３Ａによって検出された電流値の異常（過電流など）を検出する。この場合、第２極制御装置３４Ａは、以下のステップＳ３３０およびＳ３４０を実行する。これらのステップＳ３３０およびＳ３４０は同時並行的に実行してもよい。

具体的に、Ｓ３３０において、第２極制御装置３４Ａは、他励式の電力変換器１２Ａを停止する。より詳細には、第２極制御装置３４Ａは、交流遮断器２７Ａを開放させるとともに、他励式の電力変換器１２Ａを構成する各サイリスタに供給するゲート電圧を０にする。これによって、他励式の電力変換器１２Ａは停止する。

ステップＳ３４０において、第２極制御装置３４Ａは、交流遮断器４０Ａを開放することにより、調相設備３９Ａを交流電力系統９Ａから切り離す。もしくは、第２極制御装置３４Ａは、調相設備３９Ａを停止させてもよい。

次のステップＳ３５０において、交流電力系統９Ａの事故が除去される。予め調相設備３９Ａを交流電力系統９Ａから切り離しておくことによって、系統事故復帰時に系統電圧が上昇するために、一時的な過電圧が自励式の電力変換器１１Ａに生じることを防止できる。この結果、自励式の電力変換器１１Ａの故障を防止できる。

実施の形態６．
実施の形態６では、他励式の電力変換器１２Ａの内部で地絡事故が発生した場合について説明する。特に、実施の形態６では、交流電力系統９Ａの健全相においてゼロミスが発生した場合について説明する。

なお、実施の形態６における他励式変換器の停止手順は、ハイブリッドの双極型電力変換システム１０に限らず、第１極および第２極ともに自励式変換器の場合にも用いることができる。

図１２は、図１の電力変換システムの変形例を示す回路図である。図１２の双極型電力変換システム１０は、第２極の電力変換器１５Ａ，１５Ｂが自励式変換器で構成されている点で図１の双極型電力変換システム１０と異なる。さらに、図１２の双極型電力変換システム１０では、第１極および第２極ともに自励式変換器によって構成されるので、調相設備３９Ａ，３９Ｂと、調相設備３９Ａ，３９Ｂを交流電力系統９Ａ，９Ｂからそれぞれ切り離すための交流遮断器４０Ａ，４０Ｂとは設けられていない。図１２のその他の点は図１と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

以下の説明において、第１極の電力変換器１１Ａ，１１Ｂは自励式変換器であるとし、第２極の電力変換器１２Ａ，１２Ｂ（１５Ａ，１５Ｂ）は自励式でも他励式でもいずれでもよい。

図１３は、実施の形態６の双極型電力変換システムにおいて、第２極の電力変換器の内部で地絡事故が発生した場合の第２極の電力変換器の停止手順を示すフローチャートである。

ステップＳ４１０において、第１極の電力変換器１１Ａ，１１Ｂおよび第２局の電力変換器１２Ａ，１２Ｂ（１５Ａ，１５Ｂ）は運転状態である。

次のステップＳ４２０において、第２局の電力変換器１２Ａ（１５Ａ）の内部で地絡事故が発生したとする（ステップＳ４２０でＹＥＳ）。具体的には、第２極制御装置３４Ａは、電圧変成器２５Ａによって検出された電圧値の異常（閾値以下の低下または電圧振幅の急変など）もしくは電流変成器２３Ａによって検出された電流値の異常（過電流など）を検出する。

その次のステップＳ４３０で、第２極制御装置３４Ａは、第２極の電力変換器１２Ａ（１５Ａ）を停止する。具体的には、第２極制御装置３４Ａは、他励式の電力変換器１２Ａを構成する各サイリスタに供給するゲート電圧を０にする。

その次のステップＳ４４０において、共通制御装置３２Ａは、電流変成器２８Ａの検出結果に基づいて、交流電力系統９Ａの健全相でゼロミスが発生したことを検知する。ゼロミスとは電流が零点を有さないことをいう。ゼロミスが発止したために、交流遮断器２７Ａを開放することができない。

その次のステップＳ４５０において、共通制御装置３２Ａは、第１極制御装置３３Ａに対して指令することにより、第１極の電力変換器１１Ａから交流電力系統９Ａに直流成分を出力させる。直流成分の出力は、たとえば、上アームの電圧指令値と下アームの電圧指令値とを異ならせることによって実現できる。共通制御装置３２Ａは、この直流成分の出力によってゼロミスを解消させる。

その次のステップＳ４６０において、第２極制御装置３４Ａは、共通制御装置３２Ａからの指令に基づいて、交流遮断器２７Ａを開放する。

その次のステップＳ４７０において、共通制御装置３２Ａは、第１極制御装置３３Ａに対して指令することにより、第１極の電力変換器１１Ａから交流電力系統９Ａへの直流成分の出力を停止させる。

実施の形態６の双極型電力変換システム１０によれば、第１極の電力変換器１１Ａから直流成分を出力することによって、交流電力系統９Ａにおける健全相のゼロミスを解消させることができる。これによって、第２極の電力変換器１２Ａ（１５Ａ）の交流系統側に設けられた交流遮断器２７Ａを開放させることができるので、地絡故障が生じた第２極の電力変換器１２Ａ（１５Ａ）を停止するまでの時間を短縮できる。

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ないと考えられるべきである。この出願の範囲は上記した説明ではなくて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。

９ 交流電力系統 、１０ 双極型電力変換システム 、１１，１５ 自励式の電力変換器 、１２ 他励式の電力変換器 、１３Ａ，１３Ｃ 直流本線 、１３Ｂ 直流帰線 、１４ 分岐点 、２０，２１ 変圧器 、２１Ａ１，２１Ａ３，２１Ｂ１，２１Ｂ３ デルタ巻線 、２１Ａ２，２１Ｂ２ Ｙ巻線 、２２，２３，２８，５０，５１ 電流変成器 、２４，２５，２９ 電圧変成器 、２６，２７，３０，４０ 交流遮断器 、３１ 制御装置 、３３ 第１極制御装置（第１の制御装置） 、３４ 第２極制御装置（第２の制御装置） 、３２ 共通制御装置 、３５ 運転指令部 、３６ 出力電力指令部 、３７ 出力電力分配部 、３８ 通信回線 、３９ 調相設備 、４４ レグ回路 、４５ 上アーム 、４６ 下アーム 、４７ 変換器セル 、４８，４９ リアクトル 、５２ 直流電圧検出器 、５３ 直流電流検出器 、６１ スイッチング素子 、６２ 蓄電素子 、６３ 電圧検出器 、７１Ｎ，７１Ｐ，７２Ｎ，７２Ｐ，７３Ｎ，７３Ｐ サイリスタユニット 、７１Ｎ１，７１Ｐ１，７２Ｎ１，７２Ｐ１，７３Ｎ１，７３Ｐ１ サイリスタ 、７４ 接続点 、８０ 入力変換器 、８１ サンプルホールド回路 、８２ マルチプレクサ 、８３ Ａ／Ｄ変換器 、８４ ＣＰＵ 、８５ ＲＡＭ 、８６ ＲＯＭ 、８７ 入出力インターフェイス 、８８ 通信装置 、８９ 補助記憶装置 、９０ バス 、Ｉ１，Ｉ２，Ｉｄｃ 直流電流 、Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ 交流電流 、Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗ 下アーム電流 、Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗ 上アーム電流 、Ｎｎ 低電位側直流端子 、Ｎｐ 高電位側直流端子 、Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗ 交流入力端子 、Ｐ１，Ｐ２ 入出力端子 、ＰｒｅｆＡ，ＰｒｅｆＡ１，ＰｒｅｆＡ２ 有効電力指令値 、ＱｒｅｆＡ，ＱｒｅｆＡ１，ＱｒｅｆＡ２，ＱｒｅｆＢ 無効電力指令値 、Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，Ｖｄｃ 直流電圧 、Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ 交流電圧 、Ｖｃ キャパシタ電圧 、Ｖｒ 定格電圧。

Claims (2)

1. 第１の交流電力系統と第１の直流本線および直流帰線との間に接続された自励式の第１の電力変換器と、
   前記第１の交流電力系統と前記直流帰線および第２の直流本線との間に接続された自励式または他励式の第２の電力変換器と、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第２の電力変換器の内部で地絡事故発生を検知し、かつ、前記第１の交流電力系統の健全相でゼロミスが発生していることを検知した場合に、前記第１の電力変換器によって前記第１の交流電力系統に前記ゼロミスを解消するための直流成分を出力させ、その後、前記第２の電力変換器を前記第１の交流電力系統から切り離すための交流遮断器を開放させる、電力変換システム。
2. 電力変換システムの制御装置であって、
   前記電力変換システムは、
   第１の交流電力系統と第１の直流本線および直流帰線との間に接続された自励式の第１の電力変換器と、
   前記第１の交流電力系統と前記直流帰線および第２の直流本線との間に接続された自励式または他励式の第２の電力変換器と、
   前記第２の電力変換器と前記第１の交流電力系統との間に接続された交流遮断器とを備え、
   前記制御装置は、
   前記第１の電力変換器を制御する第１の制御装置と、
   前記第２の電力変換器を制御する第２の制御装置と、
   共通制御装置とを備え、
   前記共通制御装置は、前記第２の電力変換器の内部で地絡事故発生を検知し、かつ、前記第１の交流電力系統の健全相でゼロミスが発生していることを検知した場合に、前記第１の電力変換器によって前記第１の交流電力系統に前記ゼロミスを解消するための直流成分を出力させるように前記第１の制御装置に指令し、その後、前記交流遮断器を開放させる、電力変換システムの制御装置。
   

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