JP7146074B2 - 電力変換装置、電力変換システム、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置、電力変換システム、及びプログラムに関する。

近年、電力変換器の一つであるモジュラー・マルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）の実用化が進められている。ＭＭＣとは、直列に接続された複数の単位変換器を含むアームユニットを備え、各単位変換器の出力可能な電圧を加算することで高電圧、大容量に対応可能な電力変換器である。電力変換器は、例えば、交流系統と直流系統との間に接続され、電力を相互に変換する。

電力変換器が連系する交流系統や直流系統に事故などの異常が発生した場合、電力変換器は、交流系統の電圧や周波数の安定性を損なわないように運転継続（異常解消後に迅速に運転を再開することも含む）するか、異常の度合いによって電力変換器の故障を抑制するように保護停止するかを適切に選択することが求められる。異常発生時の電力変換器の制御・保護は、例えば、電力変換器が備える半導体素子のスイッチング制御を停止する（ゲートブロックする）方法や、電力変換器と交流系統との間に設けられる交流遮断器を開状態に切り替える方法などにより実現される。交流遮断器の開閉動作は半導体素子のスイッチング制御よりも低速であるため、電力変換器は、半導体素子のスイッチング制御を停止した場合、異常解消後に迅速に運転を再開できる（運転継続できる）が、交流遮断器を開状態に切り替えた場合、異常解消後に迅速に運転を再開することができない（運転継続できない）場合があった。

特開２０１９－２２３１３号公報

新村直人、赤木泰文：「三相モジュラー・マルチレベル・カスケード変換器（ＭＭＣＣ－ＤＳＣＣ）の非干渉制御」、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１３２、Ｎｏ．１１、ｐｐ．１０５５－１０６４（２０１２）

本発明が解決しようとする課題は、系統事故時の運転継続性を向上させることができる、電力変換装置、電力変換システム、及びプログラムを提供することである。

実施形態の電力変換装置は、交流と直流とを相互に変換可能である。電力変換装置は、電力変換器と、交流遮断器と、スイッチング制御部と、遮断制御部とを持つ。前記電力変換器は、アームを含む。アームは、直列接続された複数の単位変換器を含む。複数の単位変換器のそれぞれは、スイッチング素子によって充放電を切り替え可能なコンデンサを含む。前記交流遮断器は、前記交流を供給する交流系統と、前記電力変換器との間に接続される。前記スイッチング制御部は、前記スイッチング素子を制御する。前記遮断制御部は、前記交流遮断器を制御する。前記スイッチング制御部は、前記交流の電圧の絶対値が第１閾値より大きい、もしくは第２閾値（第２閾値は、前記第１閾値よりも小さい）より小さい場合、ゲートブロック指令を出力して前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる。前記遮断制御部は、前記絶対値が第３閾値（第３閾値は、前記第１閾値よりも大きい）より大きい場合において、前記スイッチング制御部により前記ゲートブロック指令が出力されたことに伴って前記絶対値が瞬時的に変化していない場合、前記交流遮断器を開放状態にし、前記スイッチング制御部により前記ゲートブロック指令が出力されたことに伴って前記絶対値が瞬時的に変化している場合、前記交流遮断器を開放状態にしない。

実施形態の電力変換装置１の構成の一例を示す図である。 実施形態の電力変換器１０の構成の一例を示す図である。 セルＣＬの構成の一例を示す図である。 実施形態の交流情報算出部２１０の処理の一例を模式的に示す図である。 実施形態のゲート指令部２４０の処理の一例を模式的に示す図である。 実施形態の遮断器制御部２５０の処理の一例を模式的に示す図である。 従来の電力変換装置の動作の一例を示す図である。 本実施形態の電力変換装置１の動作の一例を示す図である。 本実施形態の電力変換装置１の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎの生成に係る処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の電力変換装置１のゲートブロック指令信号ＧＢの出力に係る処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の電力変換装置１の遮断器開放指令信号ＣＢＴの出力に係る処理の一例を示すフローチャートである。 変形例１の第３フィルタ２２４の処理動作の一例を示す図である。 変形例２における電力変換装置１の構成の一例を示す図である。 変形例２に係る遮断器制御部２５０ａの構成の一例を示す図である。 変形例３における電力変換システムの構成の一例を示す図である。

以下、実施形態の電力変換装置、電力変換システム、及びプログラムを、図面を参照して説明する。

（実施形態）
［電力変換装置１の構成］
図１は、実施形態の電力変換装置１の構成の一例を示す図である。電力変換装置１は、交流系統と直流系統の連系点に設けられ、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する。電力変換装置１は、電力変換器１０と、変換器制御装置２０とを備える。

［電力変換器１０について］
電力変換器１０は、交流遮断器ＣＢを介して交流系統に接続される。交流遮断器ＣＢは、後述する変換器制御装置２０によって開状態（開放状態）、又は閉状態（開放状態ではない状態）に制御される。開状態（開放状態）は、交流遮断器ＣＢがオフ状態、又は遮断状態に制御されることであり、閉状態（開放状態ではない状態）は、交流遮断器ＣＢがオン状態、又は導通状態に制御されることである。交流遮断器ＣＢは、閉状態において、交流系統と電力変換器１０とを連系し、開状態において、交流系統と電力変換器１０とを遮断する。電力変換器１０は、変換器制御装置２０の制御に基づいて、交流電力と直流電力とを相互に変換する。電力変換器１０は、例えば、モジュラー・マルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）である。図２は、実施形態の電力変換器１０の構成の一例を示す図である。電力変換器１０は、直流系統の正極（図示する端子Ｐ）と、直流系統の負極（図示する端子Ｎ）との間に複数のレグＬＧを備える。レグＬＧの数は、例えば、交流系統が供給する交流電力の相数に対応する。本実施形態では、交流系統は、第１相（図示するＲ相）、第２相（図示するＳ相）及び第３相（図示するＴ相）の三相三線式の交流電力を供給する。このため、電力変換器１０は、Ｒ相に対応するレグＬＧｒと、Ｓ相に対応するレグＬＧｓと、Ｔ相に対応するレグＬＧｔとを備える。以降の説明において、レグＬＧｒと、レグＬＧｓと、レグＬＧｔとを互いに区別しない場合には、総称して「レグＬＧ」と記載する。

レグＬＧには、トランスＴＲを介して、交流系統が供給する交流電力の三相のうち、ある相が接続される。具体的には、レグＬＧｒには、Ｒ相が接続され、レグＬＧｓには、Ｓ相が接続され、レグＬＧｔには、Ｔ相が接続される。以降の説明において、レグＬＧｒと、Ｒ相との接続点を接続点ＣＰｒと記載し、レグＬＧｓと、Ｓ相との接続点を接続点ＣＰｓと記載し、レグＬＧｔと、Ｔ相との接続点を接続点ＣＰｔと記載する。以降の説明において、接続点ＣＰｒと、接続点ＣＰｓと、接続点ＣＰｔとを互いに区別しない場合には、単に接続点ＣＰと記載する。

また、以降の説明において、電力変換器１０が出力する直流電圧の端子Ｐと同電位となる部位を、レグＬＧの端子Ｐとも記載し、当該直流電圧の端子Ｎと同電位となる部位を、レグＬＧの端子Ｎとも記載する。また、レグＬＧの端子Ｐから各相の接続点までの間を正側アームユニットとも記載する。また、各相の接続点からレグＬＧの端子Ｎまでの間を負側アームユニットとも記載する。

各レグＬＧは、互いに同様の構成を備える。以降の説明において、レグＬＧｒに係る構成には、符号の末尾に「ｒ」を付し、レグＬＧｓに係る構成には、符号の末尾に「ｓ」を付し、レグＬＧｔに係る構成には、符号の末尾に「ｔ」を付す。また、いずれのレグＬＧに係る構成であるかを互いに区別しない場合には、「ｒ」、「ｓ」、又は「ｔ」を省略して示す。以下、各レグＬＧを代表してレグＬＧｒについて説明する。

レグＬＧｒは、正側アームユニットと、負側アームユニットとに、それぞれｎ個のセルＣＬ（図示するセルＣＬ１－１ｒ～ＣＬ１－ｎｒ、及びセルＣＬ２－１ｒ～ＣＬ２－ｎｒ）と、複数のリアクトルＲＴ（図示するリアクトルＲＴ１ｒ、ＲＴ２ｒ）とを備える。ｎは、自然数である。レグＬＧｒの正側アームユニットには、端子Ｐから接続点ＣＰｒに向けて、セルＣＬ１－１ｒ～ＣＬ１－ｎｒと、リアクトルＲＴ１ｒとが記載の順に直列接続される。また、レグＬＧｒの負側アームユニットには、接続点ＣＰｒから端子Ｎに向けて、リアクトルＲＴ２ｒと、セルＣＬ２－１ｒ～ＣＬ２－ｎｒとが記載の順に直列に接続される。なお、リアクトルＲＴとトランスＴＲとは、リアクトルの機能を代替するだけの漏れリアクタンスを有する特殊な巻線構造のトランスに置き換えてもよい。

なお、レグＬＧｒは、接続点ＣＰから端子Ｐに流れる正側アーム電流（図示する、Ｒ相正側電流Ｉｐｒ）を検出する電流検出器（不図示）と、端子Ｎから接続点ＣＰに流れる負側アーム電流（図示する、Ｒ相負側電流Ｉｎｒ）を検出する電流検出器と（不図示）とが設けられていてもよい。

［セルＣＬについて］
図３は、セルＣＬの構成の一例を示す図である。セルＣＬとは、例えば、ハーフブリッジ回路である。図３に示される通り、セルＣＬは、例えば、複数のスイッチング素子Ｑ（図示するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ２）と、スイッチング素子Ｑに応じた数のダイオードＤ（図示するダイオードＤ１～Ｄ２）と、コンデンサＣとを備える。スイッチング素子Ｑは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ただし、スイッチング素子Ｑは、ＩＧＢＴに限定されない。スイッチング素子Ｑは、コンバータ又はインバータを実現可能な自己消弧型スイッチング素子であれば、いかなる素子でもよい。本実施形態では、スイッチング素子ＱがＩＧＢＴである場合について説明する。

スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２とは、互いに直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１、及びスイッチング素子Ｑ２と、コンデンサＣとは、互いに並列に接続される。各スイッチング素子Ｑと、ダイオードＤとは、互いに並列に接続される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１とは、互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ２とは、互いに並列に接続される。

図３においてセルＣＬは、レグＬＧの端子Ｐ側に接続される正極端子と、端子Ｎ側に接続される負極端子とを備える。セルＣＬの正極端子は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２との接続点に接続され、セルＣＬの負極端子は、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子に接続される。以降の説明において、セルＣＬの正極端子と負極端子との間に生じる電圧を、セル電圧Ｖｃｌと記載する。

各スイッチング素子Ｑには、スイッチング素子Ｑのオン、オフを切り替える切替端子（不図示）を備え、切替端子は、変換器制御装置２０と接続され、制御信号が入力される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１には、制御信号として第１ゲート信号ｇｔｐが入力され、スイッチング素子Ｑ２には、制御信号として第２ゲート信号ｇｔｎが入力される。制御信号に基づいて各スイッチング素子Ｑがオン、又はオフに切り替えられることにより、セルＣＬが備えるコンデンサＣは、充電又は放電される。また、セルＣＬは、コンデンサＣの電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する電圧検出器（不図示）が設けられる。

スイッチング素子Ｑをオン状態にする制御信号を「１」と表現し、オフ状態にする制御信号を「０」と表現すると、セル電圧Ｖｃｌは、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、０）の場合、コンデンサ電圧Ｖｃと一致し、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、１）の場合、０［Ｖ］である。このように、各レグＬＧが備えるスイッチング素子Ｑがスイッチングされることにより、マルチレベルの波形を生成することができる。

なお、スイッチング素子Ｑを（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、１）とすることは、コンデンサＣを短絡するため、禁止である。また、スイッチング時においてスイッチング素子Ｑが過渡的に（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、１）となるのを防止するため、スイッチング素子Ｑは、通常はごく短時間、過渡的に（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態（デッドタイム）に制御される。ただし、スイッチング素子Ｑが、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態（デッドタイム）に制御される時間は、スイッチング周期に比べて十分に短時間であるため、以降の説明から省略する。また、スイッチング素子Ｑのスイッチング制御を停止する場合、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態に固定することにより、実現される。以降の説明において、第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎを（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）に固定した状態をゲートブロック状態とも記載する。

［変換器制御装置２０について］
図１に戻り、変換器制御装置２０は、制御部２００と、ゲート信号生成部３００とを備える。制御部２００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアプロセッサが記憶部（不図示）に記憶されるプログラム（ソフトウェア）を実行することにより、交流情報算出部２１０と、第１フィルタ２２０と、第２フィルタ２２２と、第３フィルタ２２４と、電圧指令値演算部２３０と、ゲート指令部２４０と、遮断器制御部２５０とを機能部として実現する。また、これらの構成要素のうち一部又は全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（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。

交流情報算出部２１０は、交流系統の各相の電圧を検出する検出器ＣＳによって検出された電圧（図示するＲ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得し、取得した情報に基づいて、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑを算出する。また、交流情報算出部２１０は、交流系統電圧に追従し、同期するための演算として、交流系統無効電圧Ｖｑの算出値が零になるように演算を繰り返す。これにより、交流情報算出部２１０は、交流周波数ｆｐｌｌ、及び交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを算出する。交流周波数ｆｐｌｌは、電力変換器１０が連系する交流系統電圧の周波数である。また、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、当該交流電圧のある基準相の位相を示す値である。交流情報算出部２１０の処理の詳細については、後述する。

第１フィルタ２２０は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値に対して第１フィルタ処理（フィルタ処理の一つ）を行い、値Ｖｄｆ１を出力する。また、第１フィルタ２２０は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統無効電圧Ｖｑに対して第１フィルタ処理を行い、値Ｖｑｆ１を取得する。第１フィルタ２２０は、例えば、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑに含まれる低域周波数成分を通過させつつ、高域周波数成分を除去する一般的な低域通過フィルタ、特定の周波数帯域を除去する帯域除去フィルタ、或いは低域通過フィルタと、帯域除去フィルタとの組合せによって実現される。

第２フィルタ２２２は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値に対して第２フィルタ処理（フィルタ処理の一つ）を行い、値Ｖｄｆ２を出力する。第２フィルタ２２２は、例えば、一般的な低域通過フィルタなどが適用できる。

第３フィルタ２２４は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値に対して第３フィルタ処理（フィルタ処理の一つ）を行い、値Ｖｄｆ３を出力する。第３フィルタ２２４は、例えば、一般的な低域通過フィルタを適用する。

第２フィルタ２２２と、第３フィルタ２２４とは、第２フィルタ２２２の時定数が、少なくとも第３フィルタ２２４の時定数よりも短くなるように設計される。時定数を短く設計するとは、第２フィルタ処理を施さず、そのまま入力を出力し、交流系統有効電圧Ｖｄを値Ｖｄｆ２として出力する場合も含む。

なお、第１フィルタ２２０の時定数は、第２フィルタ２２２の時定数、及び第３フィルタ２２４の時定数とは独立して設計される。また、第１フィルタ２２０と、第２フィルタ２２２と、第３フィルタ２２４の第３フィルタ処理は、所望の周波数成分の通過特性をソフトウェアで実現するディジタルフィルタとしてもよいし、オペアンプやキャパシタなどの部品を組み合わせて用い、ハードウェアで実現するアナログフィルタとしてもよい。また、帯域除去フィルタは、連系する交流系統条件によって特定高調波の発生が大きくなる場合、その影響を除去する目的で導入されてもよい。帯域除去フィルタは、除去したい周波数帯域とその除去レベルに応じてフィルタ定数が設計される。

ここで、通常の交流系統電圧には、５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］の定格周波数の他に、定格周波数の５倍や７倍などの高調波成分が含まれることがある。また、交流系統事故が発生すると、定格周波数を含めた振幅が急変することがある。第１フィルタ２２０の時定数が長いと、これら高調波や変動に対する電流制御の応答が遅れ、電力変換器の安定運転が困難になり、保護停止や故障につながる恐れがある。このため、第１フィルタ２２０の時定数は、必要な電流制御性能を有しつつ、ノイズ等に起因して不安定な運転状態にならないように適切に設計される。

電圧指令値演算部２３０は、電力変換器１０の各状態（例えば、正側電流Ｉｐｒ～Ｉｐｔ、負側電流Ｉｎｒ～Ｉｎｔ、及び各コンデンサ電圧Ｖｃ）と、交流情報算出部２１０によって算出された、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａと、第１フィルタ２２０によって取得された値Ｖｄｆ１、及び値Ｖｑｆ１とに基づいて、電力変換器１０の出力する有効電力ＰＥと、無効電力ＱＥとが、予め定められた有効電力指令値ＰＥ＊と、無効電力指令値ＱＥ＊とになるように、各セルＣＬのセル電圧Ｖｃｌを指示するセル電圧指令値Ｖｃｌ＊を算出する。

ここで、電圧指令値演算部２３０は、交流系統電圧が安定した正弦波の場合においては、ほぼ一定の値（直流成分）になる交流系統有効電圧Ｖｄと、ほぼ零となる交流系統無効電圧Ｖｑとに基づいて、電力変換器１０の出力する有効電力ＰＥと、無効電力ＱＥとが、あらかじめ定められた設定値に一致するように、電力変換器１０の出力すべき電圧指令値を算出する。この際、外乱となるノイズが除去された交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑとに基づいて、電力変換器１０の出力すべき電圧指令値を算出することが好ましい。電圧指令値演算部２３０は、第１フィルタ２２０が交流系統有効電圧Ｖｄと交流系統無効電圧Ｖｑの直流成分など低周波成分は通過させつつ、高周波のノイズを除去して出力した値Ｖｄｆ１と、値Ｖｑｆ１とに基づいて、適切な電力変換器１０の出力すべき電圧指令値を算出する。

ゲート指令部２４０は、第２フィルタ２２２により出力された値Ｖｄｆ２に基づいて、ゲート信号生成部３００に電力変換器１０の全てのセルＣＬに対してゲートブロック指令信号ＧＢを出力させる。ゲート指令部２４０が、ゲートブロック指令信号ＧＢを出力する際の条件については、後述する。

遮断器制御部２５０は、第３フィルタ２２４により出力された値Ｖｄｆ３に基づいて、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力する。交流遮断器ＣＢは、遮断器開放指令信号ＣＢＴが変換器制御装置２０により出力された場合、開状態に制御される。以下、変換器制御装置２０が、交流遮断器ＣＢを開状態に制御することを、「交流遮断器ＣＢを開放する」とも記載する。遮断器制御部２５０が遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力する際の条件については、後述する。

ゲート信号生成部３００は、電圧指令値演算部２３０によって算出された各セルＣＬのセル電圧指令値Ｖｃｌ＊に基づいて、セルＣＬ毎の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎを生成し、電力変換器１０に出力する。

以下、変換器制御装置２０が備える各部の処理の内容について説明する。

［交流情報算出部２１０について］
図４は、実施形態の交流情報算出部２１０の処理の一例を模式的に示す図である。交流情報算出部２１０は、変換部２１１と、ＰＩ演算部２１２と、加算部２１３と、発振器２１４とを機能部として備える。

変換部２１１は、検出器ＣＳによって検出された電圧（図示するＲ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得する。変換部２１１は、式（１）を用いて、取得したＲ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔを、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑに変換（算出）する。なお、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、後述する発振器２１４によって出力される値であり、交流系統のある基準相（この一例では、Ｒ相）の電圧位相を示す値である。

ＰＩ演算部２１２は、変換部２１１によって変換された交流系統無効電圧Ｖｑに基づいて、電力変換器１０が連系する交流系統電圧の周波数と、基準交流系統周波数ｆｓ０との周波数差（以下、周波数差Δｆｐｌｌ）を算出する。周波数差Δｆｐｌｌは、交流系統電圧の周波数が基準交流系統周波数ｆｓ０より高い場合、プラスの値をとり、基準交流系統周波数ｆｓ０より低い場合、マイナスの値をとる。基準交流系統周波数ｆｓ０は、連系する交流系統の定格周波数であり、例えば、５０［Ｈｚ］、又は６０［Ｈｚ］の定数である。周波数差Δｆｐｌｌは、ＰＩ演算部２１２に入力される交流系統無効電圧Ｖｑの算出値が零になるまで、増加、又は減少を続け、実際の交流系統周波数と基準交流系統周波数ｆｓ０との差の値に収束する。

加算部２１３は、ＰＩ演算部２１２によって算出された周波数差Δｆｐｌｌを、基準交流系統周波数ｆｓ０に加算する。

発振器２１４は、加算部２１３によって算出された交流周波数ｆｐｌｌの周波数によって、最小値０から最大値２πまでを、繰り返し単調増加する交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを出力する。なお、上述したように、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、変換部２１１の交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑの変換と、セル電圧指令値Ｖｃｌ＊の生成とに用いられる。

上述の処理によって、交流情報算出部２１０は、変換部２１１における交流系統無効電圧Ｖｑの算出値が零になるように、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａの算出を繰り返すことで、交流系統電圧に同期した交流周波数ｆｐｌｌ、及び交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを算出する。

交流系統の状態が不安定となり、周波数差Δｆｐｌｌが通常の範囲を逸脱して変動した場合、電力変換装置１が安定運転できなくなる恐れがある。これを防止するため、ＰＩ演算部２１２は、周波数差Δｆｐｌｌが、限界値（以下、限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔ）より大きい場合、周波数差Δｆｐｌｌを＋限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔとし、－限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔより小さい場合、周波数差Δｆｐｌｌを－限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔとして出力してもよい。この場合、加算部２１３は、交流周波数ｆｐｌｌを、基準交流系統周波数ｆｓ０＋限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔ～基準交流系統周波数ｆｓ０－限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔの範囲の周波数に制限することができる。限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔは、例えば、基準交流系統周波数ｆｓ０より小さい正の値である。

［ゲート指令部２４０について］
図５は、実施形態のゲート指令部２４０の処理の一例を模式的に示す図である。ゲート指令部２４０は、第１比較器２４２と、タイマ２４４とを機能部として備える。第１比較器２４２は、第２フィルタ２２２によって出力された値Ｖｄｆ２と、予め定められた交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈ、及び交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌとを比較する。交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈは、例えば、電力変換器１０が交流系統の電圧や周波数の安定性を損なうことなく運転継続可能な交流系統の交流電圧の最大値である。また、交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌは、例えば、電力変換器１０が交流系統の電圧や周波数の安定性を損なうことなく運転継続可能な交流系統の交流電圧の最小値である。交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈは、「第１閾値」の一例である。また、交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌは、「第２閾値」の一例である。

第１比較器２４２は、値Ｖｄｆ２が交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈよりも大きい場合、又は値Ｖｄｆ２が交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい場合、系統電圧異常信号ＥＲＲを出力する。値Ｖｄｆ２が交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈよりも大きい状態、又は交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい状態とは、例えば、交流系統に系統事故が発生し、交流系統の各相電圧の振幅が異常値を示していたり、相間が不平衡になっていたりする状態である。

なお、第１比較器２４２は、式（２）を用いて算出した合成電圧ベクトルＶｄｑｆ２と、所定の閾値とを比較し、合成電圧ベクトルＶｄｑｆ２の値が所定の上限閾値より大きい場合、又は所定の下限閾値より小さい場合に、系統電圧異常信号ＥＲＲを出力する構成であってもよい。ただし、Ｖｑｆ２は交流系統無効電圧Ｖｑに第２フィルタ２２２の第２フィルタ処理を施した値である。

タイマ２４４は、第１比較器２４２によって系統電圧異常信号ＥＲＲが出力される場合、系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されてから所定期間ＴＭ１だけ、ゲートブロック指令信号ＧＢを出力する。所定期間ＴＭ１は、例えば、一般的に交流系統事故が除去される交流数サイクル程度の時間に設定する。所定期間ＴＭ１は、ゲートブロック指令信号ＧＢが出力されてからカウントが開始される「所定の期間」の一例である。

［遮断器制御部２５０について］
図６は、実施形態の遮断器制御部２５０の処理の一例を模式的に示す図である。遮断器制御部２５０は、比較器２５２を機能部として備える。比較器２５２は、値Ｖｄｆ３と、予め定められた遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴとを比較する。遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴは、例えば、交流系統の事故などの異常の影響によって電力変換器１０が故障することを抑制するため、交流系統と電力変換器１０とを遮断する（つまり、電力変換器１０を保護する）ことが求められる場合の、交流系統の交流電圧の最大値である。遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴは、「第３閾値」の一例である。

比較器２５２は、値Ｖｄｆ３の絶対値が遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴよりも大きい場合、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力する。値Ｖｄｆ３が遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴよりも大きい状態は、例えば、交流系統に系統事故が発生し、交流系統の各相電圧の振幅が異常値を示していたり、相間が不平衡になっていたりする状態である。遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴは、交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈよりも大きい値に設定される。

なお、比較器２５２は、式（３）を用いて算出した合成電圧ベクトルＶｄｑｆ３と、所定の閾値とを比較し、合成電圧ベクトルＶｄｑｆ３の値が所定の閾値より大きい場合、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを出力する構成であってもよい。ただし、値Ｖｑｆ３は交流系統無効電圧Ｖｑに第３フィルタ２２４の第３フィルタ処理を施した値である。

交流遮断器ＣＢは、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴが入力された場合、開状態に制御され、交流系統と電力変換器１０とを遮断する（切り離す）。これは、交流系統電圧が通常範囲を逸脱して上昇し、ある値を超過した場合に、電力変換器１０が備える各セルＣＬのコンデンサＣが、セルＣＬの電圧耐量を超えて過充電されるのを防止するためである。電力変換器１０がゲートブロック状態のとき、交流系統電圧に比例するトランスＴＲの２次側（アームユニット側）の線間電圧を電圧Ｖｓ２とし、アームユニット毎のセルＣＬ直列数をｎとすると、コンデンサＣは、式（４）に示すコンデンサ電圧Ｖｃまで過充電される。

つまり、コンデンサ電圧Ｖｃは、交流系統電圧に比例して過充電される。交流系統電圧が遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴよりもさらに大きくなり、コンデンサ電圧ＶｃがセルＣＬの電圧耐量を超えると、セルＣＬは、故障する恐れがある。これを防止するため、交流遮断器ＣＢを開放して交流系統を電力変換器１０から遮断する。

［異常発生時の動作について：従来の電力変換装置］
図７は、従来の電力変換装置の動作の一例を示す図である。波形Ｗ１１は、従来の電力変換装置が交流系統、又は直流系統に融通する有効電力の経時変化を示す波形である。以下、従来の電力変換装置、及び電力変換器１０が融通する有効電力の値は、交流系統側から直流系統側に有効電力を融通している場合、正の値を示し、直流系統側から交流系統側に有効電力を融通している場合、負の値を示すものとする。以降の説明において、従来の電力変換装置、又は電力変換器１０が融通する有効電力を、単に「有効電力」とも記載する。波形Ｗ１２は、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値の経時変化を示す波形である。波形Ｗ１３はゲートブロック指令信号ＧＢの出力の有無を示す波形である。波形Ｗ１４は、遮断器開放指令信号ＣＢＴの出力の有無を示す波形である。

波形Ｗ１１が示す通り、有効電力は、時刻ｔ０までの間、一定の値（図示では－１．０［ｐｕ］）で安定している。波形Ｗ１２が示す通り、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値は、時刻ｔ０までの間、一定の値（図示では、１．０［ｐｕ］）である。また、波形Ｗ１３が示す通り、ゲートブロック指令信号ＧＢは、時刻ｔ０までの間、出力されておらず（つまり、無効であり）、波形Ｗ１４が示す通り、遮断器開放指令信号ＣＢＴは、時刻ｔ０までの間、出力されていない（つまり、無効である）。したがって、従来の電力変換装置は、交流遮断器ＣＢによって遮断されておらず、変換器制御装置２０の制御に基づいて、スイッチング制御を継続し、電力を融通する。

以下、時刻ｔ０において、異常が発生するものとする。この異常は、例えば、電力変換器１０の運転中に、従来の電力変換装置に有効電力を供給する他の電力変換器が急停止することに伴い発生する。

波形Ｗ１１が示す通り、他の電力変換器が停止する異常が発生すると、有効電力は急激に減少する。有効電力は、例えば、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間でほぼ０［ｐｕ］になる。

波形Ｗ１２が示す通り、従来の電力変換装置が融通する有効電力が減少することに応じて、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が減少する。これは、有効電力の減少が外乱となり、従来の電力変換装置が有する電圧指令値演算部２３０と同様の機能が、最適に動作できていないことが要因である。また、波形Ｗ１２が示す通り、時刻ｔ１において、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値は、交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい値となる。したがって、波形Ｗ１３に示す通り、ゲート指令部２４０は、時刻ｔ１からゲートブロック指令信号ＧＢを出力する。

電力変換器１０は、ゲート指令部２４０によりゲートブロック指令信号ＧＢが出力されることに応じて、ゲートブロック状態に制御される。これに伴い、波形Ｗ１２が示す通り、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が急峻に上昇し、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回る。したがって、波形Ｗ１４が示す通り、遮断器制御部２５０は、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力し、交流遮断器ＣＢが開放され、従来の電力変換装置は、交流系統から遮断される。交流遮断器ＣＢが開放されると、少なくとも交流遮断器ＣＢを再投入するまでの間は、運転を再開できない。また、交流遮断器ＣＢの開放は、一般には電力変換器１０を接続できない重大な故障と認識されるため、自動的に再投入されず、運用者による確認が必要になる場合もある。このように、電力変換器１０が長時間に亘って運転を停止すると、交流系統の電圧や周波数の安定性を損ない、広範囲において電力供給が停止する恐れもある。

以上、有効電力が減少することに応じて、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が減少し、その後、ゲートブロック状態に切り替わること伴い、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が急峻に上昇する一連の事象は、電力変換器１０の応動によって交流系統の電圧が大きく変動することに起因し、特に、連系する交流系統の規模が小さく、短絡容量が小さい場合に発生しやすい。短絡容量が小さい場合、連系点から発電機までの系統上位側の背後インピーダンスが大きいため、連系点の交流系統の電圧は、電力変換器１０の出力電圧変動の影響を受けやすい。従来、大容量の電力変換器１０は、短絡容量の大きな基幹系統に連系されるものであったが、今後は再生可能エネルギーの導入増加に伴い、小規模な発電機群などが連系する小規模系統に連系される場合がある。この場合、上述したような、ゲートブロック状態に切り替わることに伴い、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が急峻に上昇する事象がさらに顕在化することが予想される。したがって、従来の電力変換装置では、広範囲において電力供給が停止する恐れがある。

［異常発生時の動作について：電力変換装置１］
図８は、本実施形態の電力変換装置１の動作の一例を示す図である。波形Ｗ２１は、電力変換装置１が交流系統、又は直流系統に融通する有効電力の経時変化を示す波形である。波形Ｗ２２は、第３フィルタ２２４が出力する値Ｖｄｆ３の経時変化を示す波形である。図８において、波形Ｗ２２は、波形Ｗ１２に重畳して示されている。波形Ｗ２３はゲートブロック指令信号ＧＢの出力の有無を示す波形である。波形Ｗ２４は、遮断器開放指令信号ＣＢＴの出力の有無を示す波形である。

波形Ｗ２１～Ｗ２４は、時刻ｔ０までの間、上述した波形Ｗ１１～Ｗ１４と同様の変化を示す。

波形Ｗ２１が示す通り、時刻ｔ０において、他の電力変換器が停止する異常が発生すると、有効電力は急激に減少する。有効電力は、例えば、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間でほぼ０［ｐｕ］になる。

波形Ｗ２２が示す通り、電力変換装置１が融通する有効電力が減少することに応じて、値Ｖｄｆ３が減少し、時刻ｔ１´において、交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい値となる。ここで、波形Ｗ２２が示す通り、値Ｖｄｆ３は、波形Ｗ２１が示す交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値と比して、高周波成分が除かれているため、時刻ｔ１´は、時刻ｔ１と同時、又は時刻ｔ１よりも後の時刻である。波形Ｗ２３に示す通り、ゲート指令部２４０は、時刻ｔ１´からゲートブロック指令信号ＧＢを出力する。

電力変換器１０は、ゲート指令部２４０によりゲートブロック指令信号ＧＢが出力されることに応じて、ゲートブロック状態に制御される。これに伴い、波形Ｗ２２が示す通り、値Ｖｄｆ３は、第３フィルタ２２４の第３フィルタ処理によって交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値のように急峻に上昇しないため、瞬時的にでも遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回らない。したがって、遮断器制御部２５０は、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力せず、交流遮断器ＣＢが開放されない。この場合、電力変換装置１は、異常の解消後、ゲートブロック指令信号ＧＢを解除するのみで交流遮断器ＣＢの再投入をすることなく、運転を再開できる。

［動作フロー］
図９は、本実施形態の電力変換装置１の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎの生成に係る処理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、例えば、常時、又は所定の時間間隔毎に繰り返し実行される。まず、交流情報算出部２１０は、検出器ＣＳから交流系統の各相の電圧（Ｒ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得する（ステップＳ１００）。交流情報算出部２１０は、取得した交流系統の各相の電圧に基づいて、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑに変換する（ステップＳ１０２）。次に、第１フィルタ２２０は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑの絶対値に対して第１フィルタ処理行い、値Ｖｄｆ１、及び値Ｖｑｆ１を出力する（ステップＳ１０４）。

次に、電圧指令値演算部２３０は、電力変換器１０の各状態（例えば、正側電流Ｉｐｒ～Ｉｐｔ、負側電流Ｉｎｒ～Ｉｎｔ、及び各コンデンサ電圧Ｖｃ）と、交流情報算出部２１０によって算出された、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａと、第１フィルタ２２０によって取得された値Ｖｄｆ１、及び値Ｖｑｆ１とに基づいて、電力変換器１０の出力する有効電力ＰＥと、無効電力ＱＥとが、予め定められた有効電力指令値ＰＥ＊と、無効電力指令値ＱＥ＊とになるように、各セルＣＬのセル電圧Ｖｃｌを指示するセル電圧指令値Ｖｃｌ＊を算出する（ステップＳ１０６）。次に、ゲート信号生成部３００は、電圧指令値演算部２３０によって算出された各セルＣＬのセル電圧指令値Ｖｃｌ＊に基づいて、セルＣＬ毎の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎを生成し、電力変換器１０に出力する（ステップＳ１０８）。

図１０は、本実施形態の電力変換装置１のゲートブロック指令信号ＧＢの出力に係る処理の一例を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、例えば、常時、又は所定の時間間隔毎に繰り返し実行される。まず、交流情報算出部２１０は、検出器ＣＳから交流系統の各相の電圧（Ｒ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得する（ステップＳ２００）。交流情報算出部２１０は、取得した交流系統の各相の電圧に基づいて、交流系統有効電圧Ｖｄに変換する（ステップＳ２０２）。次に、第２フィルタ２２２は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値に対して第２フィルタ処理を行い、値Ｖｄｆ２を出力する（ステップＳ２０４）。

次に、ゲート指令部２４０は、第２フィルタ２２２によって出力された値Ｖｄｆ２が、交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈを超えるか（上回るか）否かを判定する（ステップＳ２０６）。ゲート指令部２４０は、値Ｖｄｆ２が交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈを超えると判定した場合、ゲートブロック指令信号ＧＢを出力する（ステップＳ２０８）。ゲート指令部２４０は、値Ｖｄｆ２が交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈを超えないと判定した場合、値Ｖｄｆ２が交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌを下回るか否かを判定する（ステップＳ２１０）。ゲート指令部２４０は、値Ｖｄｆ２が交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌを下回ると判定した場合、ゲートブロック指令信号ＧＢを出力する（ステップＳ２０８）。ゲート指令部２４０は、値Ｖｄｆ２が、交流系統電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈ以下、且つ交流系統電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌ以上の値である場合、ゲートブロック指令信号ＧＢを出力せず、処理を終了する。

図１１は、本実施形態の電力変換装置１の遮断器開放指令信号ＣＢＴの出力に係る処理の一例を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートは、例えば、常時、又は所定の時間間隔毎に繰り返し実行される。まず、交流情報算出部２１０は、検出器ＣＳから交流系統の各相の電圧（Ｒ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得する（ステップＳ３００）。交流情報算出部２１０は、取得した交流系統の各相の電圧に基づいて、交流系統有効電圧Ｖｄに変換する（ステップＳ３０２）。次に、第３フィルタ２２４は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値に対して第３フィルタ処理を行い、値Ｖｄｆ３を出力する（ステップＳ３０４）。

次に、遮断器制御部２５０は、第３フィルタ２２４によって出力された値Ｖｄｆ３が、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを超えるか（上回るか）否かを判定する（ステップＳ３０６）。遮断器制御部２５０は、値Ｖｄｆ３が遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを超えると判定した場合、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力する（ステップＳ３０８）。遮断器制御部２５０は、値Ｖｄｆ３が遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを超えないと判定した場合、処理を終了する。

［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の電力変換装置１は、交流系統有効電圧Ｖｄに、低域通過フィルタである第３フィルタ２２４の第３フィルタ処理を施した値Ｖｄｆ３に基づいて、交流遮断器ＣＢの開放の要否を判定する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、セルＣＬのゲートブロックに起因した瞬時的な系統過電圧による不要な交流遮断器ＣＢの開放を防止し、運転再開までに要する時間を短縮しつつ、系統事故時の運転継続性を向上させることができる。

また、本実施形態の電力変換装置１は、第３フィルタ２２４の整定時定数を超える比較的長時間の系統過電圧が発生した場合には、第３フィルタ２２４が出力する値Ｖｄｆ３が、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回るため、交流遮断器ＣＢを開放することができる。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、セルＣＬのコンデンサＣが過充電されることに伴い、コンデンサ電圧ＶｃがセルＣＬの電圧耐量を超えることを抑制することができる。

また、本実施形態の電力変換装置１は、交流系統有効電圧Ｖｄに第２フィルタ２２２の処理を施した値Ｖｄｆ２に基づいて、電力変換器１０のゲートブロックを判定する。第２フィルタ２２２の処理は、第３フィルタ２２４の処理と独立しており、且つ第２フィルタ２２２の時定数は、第３フィルタ２２４の時定数よりも短く、又は値Ｖｄｆ２として入力された交流系統有効電圧Ｖｄを直接出力している。このため、本実施形態の電力変換装置１は、系統電圧に異常が発生している際に、値Ｖｄｆ２が即座に応答し、電力変換器１０をゲートブロック状態に移行し、コンデンサ電圧Ｖｃを正常運転可能な範囲に維持できなくなる状態や、変換器電流（正側電流Ｉｐ、や負側電流Ｉｎ）の急変に伴い電力変換器１０の動作が停止される状態を抑制することができる。特に、変換器電流は、コンデンサ電圧Ｖｃと比較して応答時定数が短いため、本実施形態の電力変換装置１が、系統電圧に異常が発生したことに伴い、即座にゲートブロック状態に移行することで、電流を遮断し、より適切に電力変換器１０の動作が停止されるのを抑制することができる。

また、本実施形態の電力変換装置１は、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑに第１フィルタ２２０の第１フィルタ処理を施した値Ｖｄｆ１、及び値Ｖｑｆ１に基づいて、電力変換器１０の電圧、及び電流を制御する。第１フィルタ２２０の第１フィルタ処理は、第２フィルタ２２２の第２フィルタ処理や、第３フィルタ２２４の第３フィルタ処理とは独立している。このため、本実施形態の電力変換装置１は、必要な制御性能を有しつつ、ノイズ等に起因して不安定な運転状態にならないように任意の特性に第１フィルタ２２０を設計することにより、交流系統電圧に高調波成分が含まれている場合や交流系統事故が発生し、交流系統電圧の振幅が急変した場合などにも安定な運転をすることができる。

以上より、本実施形態の電力変換装置１は、通常運転時、系統事故時の運転性能を損なうことなく維持しつつ、電力変換器１０の保護に寄与しない交流遮断器ＣＢの開放を抑制できるため、系統事故時の運転継続性を向上させることができる。

（変形例１）
以下、図面を参照して変形例１の第３フィルタ２２４の処理について説明する。実施形態では、第３フィルタ２２４は、一般的な低域通過フィルタであり、交流系統有効電圧Ｖｄについて、ゲートブロック時の瞬間的な過電圧信号を除去した値Ｖｄｆ３を出力する場合について説明した。変形例１の第３フィルタ２２４では、瞬間的な過電圧信号をアルゴリズム的に除去する場合について説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１２は、変形例１の第３フィルタ２２４の処理動作の一例を示す図である。波形Ｗ４１は、交流系統有効電圧Ｖｄの経時変化の一例を示す波形である。波形Ｗ４２は、交流系統有効電圧Ｖｄの経時変化の他の例を示す波形である。波形Ｗ４３は、値Ｖｄｆ３の経時変化の一例を示す波形である。波形Ｗ４４は、値Ｖｄｆ３の経時変化の他の例を示す波形である。波形Ｗ４２と波形Ｗ４４は、第１事象に係る波形であり、波形Ｗ４１と波形Ｗ４３は、第２事象に係る波形である。

変形例１の第３フィルタ２２４は、交流系統有効電圧Ｖｄが遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを超過しない場合、又は交流系統有効電圧Ｖｄが第３フィルタ処理の実行回数においてｍ回以上、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを連続で超過した場合に、交流系統有効電圧Ｖｄを値Ｖｄｆ３として出力し、交流系統有効電圧Ｖｄが第３フィルタ処理の実行回数においてｍ回以上、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを超過するまで（つまり、ｍ－１回まで）は、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを超過する直前の交流系統有効電圧Ｖｄ（以下、前回値有効電圧Ｖｄ_ｔ－１）を値Ｖｄｆ３として出力する。第３フィルタ２２４は、第３フィルタ処理を、所定周期Ｔｄ毎に繰り返し実行する。ここで、ｍは、１以上、且つ、ｍ×所定周期Ｔｄによって示される時間が、コンデンサＣの過充電される時間よりも短い時間になるように設定される。以下、ｍ＝３である場合について説明する。

まず、第１事象の場合を説明する。波形Ｗ４２が示す通り、交流系統有効電圧Ｖｄは、時刻ｔ１１までの間、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを下回り、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回り、時刻ｔ１４以降は、再び遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを下回っている。

この場合、時刻ｔ１２において交流系統有効電圧Ｖｄは、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回っているものの、上回っている状態が第３フィルタ処理の実行回数において３回以上継続していない（時刻ｔ１２は、１回目。）。したがって、波形Ｗ４４に示す通り、第３フィルタ２２４は、時刻ｔ１２では、時刻ｔ１１における交流系統有効電圧Ｖｄ（つまり、前回値有効電圧Ｖｄ_ｔ－１）を値Ｖｄｆ３として出力する。

また、時刻ｔ１３において交流系統有効電圧Ｖｄは、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回っているものの、上回っている状態が第３フィルタ処理の実行回数において３回以上継続していない（時刻ｔ１３は、２回目。）したがって、波形Ｗ４４に示す通り、第３フィルタ２２４は、時刻ｔ１３では、前回値有効電圧Ｖｄ_ｔ－１を、再び値Ｖｄｆ３として出力する。

また、時刻ｔ１４以降、交流系統有効電圧Ｖｄが遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを超過しないため、第３フィルタ２２４は、値Ｖｄｆ３として、交流系統有効電圧Ｖｄを出力する。

次に、第２事象の場合を説明する。波形Ｗ４１が示す通り、交流系統有効電圧Ｖｄは、時刻ｔ１１までの間、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを下回り、時刻ｔ１２以降、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回る。

この場合、波形Ｗ４３が示す通り、第３フィルタ２２４は、時刻ｔ１２からｔ１３の間は、第１事象と同様に、前回値有効電圧Ｖｄ_ｔ－１を、値Ｖｄｆ３として出力する。

また、時刻ｔ１４以降、交流系統有効電圧Ｖｄは、遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回り、且つ上回っている状態が第３フィルタ処理の実行回数において３回以上継続している（時刻ｔ１４は、３回目。）。したがって、波形Ｗ４３が示す通り、第３フィルタ２２４は、時刻ｔ１４以降、交流系統有効電圧Ｖｄを値Ｖｄｆ３として出力する。

［変形例１のまとめ］
以上説明したように、変形例１の電力変換装置１に係る第３フィルタ２２４は、予め設定された実行回数ｍ×所定周期Ｔｄ未満の瞬間的な遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回る過電圧信号を除去し、遮断器制御部２５０に出力する。これにより、変形例１の電力変換装置１は、電力変換器１０の保護に寄与しない交流遮断器ＣＢの開放を抑制できる。また、変形例１の電力変換装置１に係る第３フィルタ２２４は、予め設定された実行回数ｍ×所定周期Ｔｄ以上の比較的長時間の遮断器開放閾値Ｖ＿ＣＢＴを上回る系統過電圧が発生した場合には、遮断器制御部２５０に遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力させ、電力変換器１０が備えるコンデンサＣの過充電を抑制することができる。

また、変形例１の電力変換装置１は、交流系統有効電圧Ｖｄに、瞬間的な過電圧信号をアルゴリズム的に除去する第３フィルタ２２４の処理を施した値Ｖｄｆ３に基づいて、交流遮断器ＣＢの開放を判定する。これにより、変形例１の電力変換装置１は、電力変換器１０がゲートブロック状態に遷移することに起因した、コンデンサＣに対する充電エネルギーが小さい瞬時的な系統過電圧等により、電力変換器１０の保護に寄与しない交流遮断器ＣＢの開放を抑制し、運転継続性を向上させることができる。

（変形例２）
以下、図面を参照して変形例２の電力変換装置１について説明する。上述した実施形態、及び変形例１の遮断器制御部２５０は、値Ｖｄｆ３に基づいて、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力するか否かを判定する場合について説明した。変形例２の遮断器制御部２５０は、値Ｖｄｆ３と、ゲートブロック指令信号ＧＢに基づいて、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力するか否かを判定する場合について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１３は、変形例２における電力変換装置１の構成の一例を示す図である。変形例２の電力変換装置１は、遮断器制御部２５０に代えて、遮断器制御部２５０ａをそなえる。また、変形例２のゲート指令部２４０は、ゲートブロック指令信号ＧＢをゲート信号生成部３００、及び遮断器制御部２５０ａに出力する。

図１４は、変形例２に係る遮断器制御部２５０ａの構成の一例を示す図である。遮断器制御部２５０ａは、比較器２５２と、立ち上がり検出部２５４と、タイマ２５６と、論理演算部２５８とを機能部として備える。

立ち上がり検出部２５４は、ゲート指令部２４０によりゲートブロック指令信号ＧＢが出力されたか否かを検出する。立ち上がり検出部２５４は、ゲート指令部２４０によりゲートブロック指令信号ＧＢが出力されたことを検出した場合、検出したことを示す信号をタイマ２５６に出力する。

タイマ２５６は、立ち上がり検出部２５４により検出したことを示す信号が出力された場合、所定期間ＴＭ２の間、「１」を出力し、それ以外の間は、「０」を出力する。所定期間ＴＭ２は、例えば、ゲートブロック指令信号ＧＢが出力されてから瞬間的な交流系統過電圧が発生し、系統電圧が正常範囲に戻るまでに要する十分な時間（たとえば、数ｍｓ程度）に設定される。所定期間ＴＭ２は、ゲートブロック指令信号ＧＢが出力されからカウントが開始される「所定の期間」の一例である。

論理演算部２５８は、タイマ２５６の出力を反転した値と、比較器２５２の比較結果（遮断器開放指令信号ＣＢＴ；出力有り「１」、出力無し「０」）とに基づいて、論理積を算出し、算出した論理積を遮断器開放指令信号ＣＢＴ（遮断器開放指令信号ＣＢＴ；出力有り「１」、出力無し「０」）として出力する。

［変形例２のまとめ］
以上説明したように、変形例２の電力変換装置１は、ゲート指令部２４０によりゲートブロック指令信号ＧＢが出力されてから、所定期間ＴＭ２の間、比較器２５２によって遮断器開放指令信号ＣＢＴが出力されていても、遮断器制御部２５０から遮断器開放指令信号ＣＢＴが出力されないようにする（つまり、マスクする）ことができる。なお、変形例２の電力変換装置１に係る第３フィルタ２２４は、上述したように、所定期間ＴＭ２の間、比較器２５２の出力の有無に関わらず、遮断器開放指令信号ＣＢＴが無効化されるため、入力された交流系統有効電圧Ｖｄをそのまま値Ｖｄｆ３として出力してもよい。これにより、変形例２の電力変換装置１は、ゲートブロック指令信号ＧＢに基づいて、遮断器開放指令信号ＣＢＴを一時的に無効化し、ゲートブロックに起因した瞬時的な系統過電圧による電力変換器１０の保護に寄与しない交流遮断器ＣＢの開放を抑制し、運転継続性を向上させることができる。

（変形例３）
以下、図面を参照して変形例３の電力変換装置１について説明する。上述した実施形態、及び変形例では、値Ｖｄｆ３、及びゲートブロック指令信号ＧＢに基づいて、遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力するか否かを判定する場合について説明した。変形例３の電力変換システムでは、電力変換装置１に連系される系統のうち、直流側に接続される他の電力変換装置１から出力されるゲートブロック指令信号ＧＢに基づいて、自装置に係る交流遮断器ＣＢに遮断器開放指令信号ＣＢＴを出力するか否かを判定する場合について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１５は、変形例３における電力変換システムの構成の一例を示す図である。変形例３において、直流系統の一端と、他端とには、それぞれ電力変換装置１αと、電力変換装置１βとが対向して接続される。電力変換装置１αは第１交流系統と、直流系統との連系点に設けられ、第１交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する。電力変換装置１βは、第２交流系統と、直流系統との連系点に設けられ、第２交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する。以降の説明において、電力変換装置１αと、電力変換装置１βとを互いに区別しない場合には、単に「電力変換装置１」と記載する。

変形例３の電力変換装置１に係るゲート指令部２４０は、ゲートブロック指令信号ＧＢをゲート信号生成部３００、及び他の電力変換装置１（この場合、電力変換装置１αから電力変換装置１β、又は電力変換装置１βから電力変換装置１α）に出力する。また、変形例３の電力変換装置１に係る遮断器制御部２５０ａは、他の電力変換装置１により出力されたゲートブロック指令信号ＧＢを取得する。

変形例３における遮断器制御部２５０ａの立ち上がり検出部２５４には、ゲート指令部２４０に代えて他の電力変換装置１により出力されたゲートブロック指令信号ＧＢが入力される。

なお、上述では、２つの電力変換装置１が直流系統の一端と、他端とに接続される場合について説明したが、これに限られない。電力変換装置１は、例えば、２以上の電力変換装置１と直流系統を介して接続されてもよい。この場合、立ち上がり検出部２５４には、２以上の電力変換装置１に係るゲート指令部２４０により出力されたゲートブロック指令信号ＧＢが入力される。

［変形例３のまとめ］
以上説明したように、変形例３の電力変換装置１は、他の電力変換装置１から取得したゲートブロック指令信号ＧＢに基づいて、遮断器開放指令信号ＣＢＴを一時的に無効化し、他の電力変換装置１のゲートブロックによる有効電力急減、及び自装置のゲートブロックに起因した瞬時的な系統過電圧による電力変換器１０の保護に寄与しない交流遮断器ＣＢの開放を抑制し、運転継続性を向上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、１α、１β…電力変換装置、１０…電力変換器、２０…変換器制御装置、２００…制御部、２１０…交流情報算出部、２１１…変換部、２１２…ＰＩ演算部、２１３…加算部、２１４…発振器、２２０…第１フィルタ、２２２…第２フィルタ、２２４…第３フィルタ、２３０…電圧指令値演算部、２４０…ゲート指令部、２４２…第１比較器、２４４…タイマ、２５０、２５０ａ…遮断器制御部、２５２…比較器、２５４…検出部、２５６…タイマ、２５８…論理演算部、３００…ゲート信号生成部、ＣＢ…交流遮断器、ＣＢＴ…遮断器開放指令信号、ＥＲＲ…系統電圧異常信号、ＧＢ…ゲートブロック指令信号、ＴＭ１、ＴＭ２…所定期間、Ｖ＿ＣＢＴ…遮断器開放閾値、Ｖｔｈ＿Ｈ…交流系統電圧上限値、Ｖｔｈ＿Ｌ…交流系統電圧下限値、Ｖｄｆ１…値、Ｖｄｆ２…値、Ｖｄｆ３…値

Claims (10)

1. 交流と直流とを相互に変換可能な電力変換装置であって、
   スイッチング素子によって充放電を切り替え可能なコンデンサを含む単位変換器が直列接続された一以上のアームを含む電力変換器と、
   前記交流を供給する交流系統と、前記電力変換器との間に接続された交流遮断器と、
   前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御部と、
   前記交流遮断器を制御する遮断制御部とを備え、
   前記スイッチング制御部は、
   前記交流の電圧の絶対値が第１閾値より大きい、もしくは第２閾値（第２閾値は、前記第１閾値よりも小さい）より小さい場合、ゲートブロック指令を出力して前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、
   前記遮断制御部は、前記絶対値が第３閾値（第３閾値は、前記第１閾値よりも大きい）より大きい場合において、
   前記スイッチング制御部により前記ゲートブロック指令が出力されたことに伴って前記絶対値が瞬時的に変化していない場合、前記交流遮断器を開放状態にし、
   前記スイッチング制御部により前記ゲートブロック指令が出力されたことに伴って前記絶対値が瞬時的に変化している場合、前記交流遮断器を開放状態にしない、
   電力変換装置。
2. 前記スイッチング制御部は、前記絶対値に第１フィルタ処理を行った値と、予め定められた有効電力値と、予め定められた無効電力値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧指令値を算出し、算出した前記電圧指令値に基づいて、前記スイッチング素子を制御する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記スイッチング制御部は、前記絶対値に第２フィルタ処理を行った値が、前記第１閾値より大きい、もしくは前記第２閾値より小さい場合、前記ゲートブロック指令を出力して前記スイッチング素子を停止させ、
   前記遮断制御部は、前記絶対値に第３フィルタ処理を行った値が、前記第３閾値より大きい場合、前記交流遮断器を開放状態にする、
   請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第３フィルタ処理の時定数は、前記第２フィルタ処理の時定数よりも短い、
   請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記スイッチング制御部は、前記絶対値に第１フィルタ処理を行った値と、予め定められた有効電力値と、予め定められた無効電力値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧指令値を算出し、算出した前記電圧指令値に基づいて、前記スイッチング素子を制御すると共に、前記絶対値に第２フィルタ処理を行った値が、前記第１閾値より大きい、もしくは前記第２閾値より小さい場合、前記ゲートブロック指令を出力して前記スイッチング素子を停止させ、
   前記遮断制御部は、前記絶対値に第３フィルタ処理を行った値が、前記第３閾値より大きい場合、前記交流遮断器を開放状態にし、
   前記第１フィルタ処理、前記第２フィルタ処理、および前記第３フィルタ処理のうち、少なくとも１つは、ディジタルフィルタによって実現される、
   請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記スイッチング制御部は、前記絶対値に第１フィルタ処理を行った値と、予め定められた有効電力値と、予め定められた無効電力値とに基づいて、前記電力変換器が出力する電圧指令値を算出し、算出した前記電圧指令値に基づいて、前記スイッチング素子を制御すると共に、前記絶対値に第２フィルタ処理を行った値が、前記第１閾値より大きい、もしくは前記第２閾値より小さい場合、前記ゲートブロック指令を出力して前記スイッチング素子を停止させ、
   前記遮断制御部は、前記絶対値に第３フィルタ処理を行った値が、前記第３閾値より大きい場合、前記交流遮断器を開放状態にし、
   前記第１フィルタ処理、前記第２フィルタ処理、および前記第３フィルタ処理のうち、少なくとも１つは、アナログ回路によって実現される、
   請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記第３フィルタ処理は、前記絶対値の瞬時的な異常値を除去するアルゴリズムで実現される、
   請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置。
8. 前記遮断制御部は、前記スイッチング制御部により前記ゲートブロック指令が出力されてから所定の期間は、前記交流遮断器を開放状態にしない、
   請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の電力変換装置を二つ以上備え、前記二つ以上の電力変換装置の直流側が互いに接続されて構成される電力変換システムであって、
   前記遮断制御部は、自装置の直流側に接続される他の電力変換装置からゲートブロック指令が出力されてから所定の期間は、前記交流遮断器を開放させない、
   電力変換システム。
10. スイッチング素子によって充放電を切り替え可能とされたコンデンサを含む単位変換器が直列接続されたアームを含む電力変換器を備え、交流と直流とを相互に変換可能な電力変換装置を実現するコンピュータに、
    前記スイッチング素子を制御させ、
    前記交流を供給する交流系統と、前記電力変換器との間に接続された交流遮断器を制御させ、
    前記交流の電圧の絶対値が第１閾値より大きい、もしくは第２閾値（第２閾値は、前記第１閾値よりも小さい）より小さい場合、ゲートブロック指令を出力して前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、
    前記絶対値が第３閾値（第３閾値は、前記第１閾値よりも大きい）より大きい場合において、前記ゲートブロック指令が出力されたことに伴って前記絶対値が瞬時的に変化していない場合、前記交流遮断器を開放状態にさせ、
    前記ゲートブロック指令が出力されたことに伴って前記絶対値が瞬時的に変化している場合、前記交流遮断器を開放状態にさせない、
    ことを実行させるプログラム。

Images