JP7224468B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

高圧直流送電（ＨＶＤＣ：High Voltage Direct Current）には、交流系統の電力を直流電力に変換する、または直流電力を交流電力に変換するための電力変換装置が採用されている。電力変換装置は、系統故障時にも高い運転継続性が求められるとともに、系統故障解消時には、速やかに通常動作に復帰することが求められる。

三相交流方式が採用される電力系統において、落雷等の地絡事故が除去されたときに、三相のうちの一相が欠相状態となる（以下、「一相欠相故障」と称す）場合がある。一相欠相故障が発生すると、健全な相から欠相状態の相に電圧が誘起されて、一相欠相故障が検出できない場合がある。そのため、特開２０１９－９２２９０号公報では、一相欠相故障の効果的な検知を図った欠相検知装置を開示している。

特開２０１９－９２２９０号公報

欠相故障状態において、電力変換器が通常通り電流を出力すると、電力変換器に過電流が流れ、電力変換器は自己を保護するために運転を停止する。一方で、欠相故障が除去された場合には、電力変換器は速やかに通常動作に復帰する（例えば、通常通り電流を出力する）ことが求められる。

本開示のある局面における目的は、欠相故障中においても運転を継続し、欠相故障が除去された場合には、速やかに通常動作に復帰することが可能な電力変換装置を提供することである。

ある実施の形態に従う電力変換装置は、複数相の交流回路と直流回路との間に接続される電力変換器と、電力変換器を制御する制御装置とを備える。制御装置は、交流回路の電圧不平衡成分または電流不平衡成分を示す不平衡成分を検出し、不平衡成分に基づいて、電力変換器と交流回路との間に流れる交流電流の大きさを制限する。

本開示に係る電力変換装置によれば、欠相故障中においても運転を継続し、欠相故障が除去された場合には、速やかに通常動作に復帰することができる。

実施の形態１に従う電力変換装置の概略構成図である。 実施の形態１に従う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。 実施の形態１に従う制御装置の内部構成を表わす図である。 実施の形態１に従う基本制御部の内部構成を示す図である。 実施の形態１に従うリミット制御部の具体的な構成例を示す図である。 実施の形態１に従う交流電力制御部および交流制御部の具体的な構成例を示すブロック図である。 実施の形態１の変形例に従う基本制御部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態２に従う基本制御部の内部構成を示す図である。 実施の形態２に従う基本制御部の詳細な構成を説明するための図である。 実施の形態２の変形例に従う基本制御部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態３に従う電力変換装置の概略構成図である。 サブモジュールの一例を示す回路図である。 実施の形態３に従う制御装置の内部構成を表わす図である。 実施の形態３に従う基本制御部の内部構成を示す図である。 実施の形態３に従う有効電力制御部の構成の一例を示すブロック図である。

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．
＜電力変換装置の全体構成＞
図１は、実施の形態１に従う電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置１は、電力変換器２と、電力変換器２を制御するための制御装置３とを含む。電力変換器２は、直流回路１４と複数相（例えば、三相）の交流回路１２との間に接続される。図１の例では、電力変換器２は、２レベル変換器とも称される交直変換器である。

電力変換器２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４ｕ，４ｖ，４ｗ（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４」と記載する）を含む。

レグ回路４は、多相交流の各相ごとに設けられ、交流回路１２と直流回路１４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。図１には交流回路１２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４ｕ，４ｖ，４ｗが設けられる。

レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器１３を介して交流回路１２に接続される。交流回路１２は、例えば、交流電源などを含む交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと変圧器１３との接続は図示していない。各レグ回路４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、直流回路１４に接続される。直流回路１４は、例えば、直流送電網等を含む直流電力系統、または他の電力変換装置の直流端子である。後者の場合、２台の電力変換装置を連結することによって定格周波数などが異なる交流電力系統間を接続するためのＢＴＢ（Back To Back）システムが構成される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有するので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。

レグ回路４ｕは、正側直流端子Ｎｐと交流端子Ｎｕとの間に接続された上アーム５と、負側直流端子Ｎｎと交流端子Ｎｕとの間に接続された下アーム６とを含む。なお、上アームは正側アームとも称され、下アームは負側アームとも称される。上アーム５と下アーム６との接続点が、交流端子Ｎｕとして変圧器１３と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流回路１４に接続される。各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗの上アーム５および下アーム６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スイッチング素子に還流ダイオード（ＦＷＤ：Freewheeling Diode）が逆並列に接続されて構成される。例えば、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子が用いられる。

図１の変圧器１３を用いる代わりに、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗは、連系リアクトルを介して交流回路１２に接続する構成であってもよい。

電力変換装置１は、さらに、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１６と、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂとを含む。これらの検出器は、電力変換装置１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３に入力される。制御装置３は、上記の各検出器によって検出された信号に基づいて、各サブモジュール７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。なお、以下の説明では、制御装置３の内部では各信号がＰＵ（Per Unit）化されているものとする。

交流電圧検出器１０は、交流回路１２のＵ相の交流電圧Ｖｓｙｓｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖｓｙｓｖ、および、Ｗ相の交流電圧Ｖｓｙｓｗを検出する。以下の説明では、Ｖｓｙｓｕ、Ｖｓｙｓｖ、および、Ｖｓｙｓｗを総称してＶｓｙｓとも記載する。電力変換器２の交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗの交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗは、変圧器１３の二次側電圧（すなわち、電力変換器２の側の電圧）に相当する。そのため、交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗは、交流電圧検出器１０で検出される交流電圧Ｖｓｙｓｕ，Ｖｓｙｓｖ，Ｖｓｙｓｗから、変圧器１３の変圧比、インピーダンス降下および結線方式を考慮して求めることができる。なお、変圧器１３に代えて連系リアクトルを用いる場合には、交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗは、交流電圧Ｖｓｙｓｕ，Ｖｓｙｓｖ，Ｖｓｙｓｗから、連系リアクトルのリアクタンスを考慮して求めることができる。以下の説明では、Ｖａｃｕ、Ｖａｃｖ、およびＶａｃｗを総称してＶａｃとも記載する。また、本実施の形態では、制御装置３が交流電圧Ｖｓｙｓを用いて制御を行なう構成について説明するが、これに代えて、交流電圧Ｖａｃを用いて制御を行なう構成であってもよい。

交流電流検出器１６は、交流回路１２のＵ相の交流電流Ｉｓｙｓｕ、Ｖ相の交流電流Ｉｓｙｓｖ、および、Ｗ相の交流電流Ｉｓｙｓｗを検出する。以下の説明では、Ｉｓｙｓｕ、Ｉｓｙｓｖ、およびＩｓｙｓｗを総称してＩｓｙｓとも記載する。

電力変換器２から交流回路１２に出力される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を総称して、交流電流Ｉａｃとも記載する。交流電流Ｉａｃは、変圧器１３の二次側電流（すなわち、電力変換器２側の電流）に相当する。図１では、交流電流検出器１６が変圧器１３の一次側電流（すなわち、交流回路１２側の電流）である交流電流Ｉｓｙｓを検出する構成であるが、交流電流検出器１６が変圧器１３の二次側電流である交流電流Ｉａｃを検出する構成であってもよい。また、交流電流Ｉａｃは、交流電流Ｉｓｙｓ、変圧器１３の変圧比および結線方式を考慮して求めることができる。なお、変圧器１３に代えて連系リアクトルを用いる場合には、交流電流Ｉａｃと交流電流Ｉｓｙｓとは一致する。本実施の形態では、制御装置３が交流電流Ｉａｃおよび交流電流Ｉｓｙｓの両方を用いて制御を行なう構成について説明するが、交流電流Ｉｓｙｓのみを用いて制御を行なう構成であってもよいし、交流電流Ｉａｃのみを用いて制御を行なう構成であってもよい。

直流電圧検出器１１Ａは、直流回路１４に接続された正側直流端子Ｎｐの直流電圧Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１Ｂは、直流回路１４に接続された負側直流端子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。

＜制御装置のハードウェア構成例＞
図２は、制御装置３のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図３には、コンピュータによって制御装置３を構成する例が示される。

制御装置３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回路７１と、マルチプレクサ（ＭＵＸ：multiplexer）７２と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器７３とを含む。さらに、制御装置３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３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有する。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３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、制御装置３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してもよい。制御装置３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。

＜制御装置の機能構成例＞
図３は、実施の形態１に従う制御装置３の内部構成を表わす図である。図３を参照して、制御装置３は、基本制御部５０２と、アーム制御部５０３とを含む。基本制御部５０２およびアーム制御部５０３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３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。

基本制御部５０２は、上記の各検出器により計測された電気量を用いて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム５および下アーム６用の３つのアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｕ，Ｋｒｅｆｖ，Ｋｒｅｆｗを生成する。以下の実施の形態１および２の説明において、３つのアームのうちのいずれのアームであるかを特定しない場合には、単にアーム電圧指令値Ｋｒｅｆと記載する。

アーム制御部５０３は、各アーム電圧指令値Ｋｒｅｆに基づいて、各アームを構成するスイッチング素子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を対応するスイッチング素子に出力する。典型的には、アーム制御部５０３は、アーム電圧指令値Ｋｒｅｆ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。例えば、キャリア信号として三角波が用いられる。

図４は、実施の形態１に従う基本制御部５０２の内部構成を示す図である。図４を参照して、基本制御部５０２は、交流電力制御部６０２と、交流制御部６０３と、指令演算部６０６と、リミット制御部６０７とを含む。

交流電力制御部６０２は、電力変換器２から出力される交流電力Ｓａｃと、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆとの偏差を０にするためのフィードバック制御により、電力変換器２から出力される交流電流の指令値である交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを生成する。交流電力Ｓａｃは、図１で説明した交流電圧Ｖｓｙｓと交流電流Ｉｓｙｓとに基づいて算出される。例えば、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆは、系統運用者等により予め設定される値である。

交流制御部６０３は、電力変換器２と交流回路１２との間に流れる交流電流Ｉａｃと、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆとの偏差を０にするためのフィードバック制御と、交流電圧Ｖｓｙｓのフィードフォワード制御とにより、交流制御指令値Ｖｒａｃを生成する。このとき、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆは、リミット制御部６０７によって決定された交流電流リミット値Ｉｍａｘに従う範囲内に制限される。交流電圧Ｖｓｙｓのフィードフォワード制御は、交流回路１２の電圧変動に対する外乱応答性を向上するために行われる。なお、交流電圧Ｖｓｙｓのフィードフォワード制御を実行しない構成であってもよく、交流電圧Ｖｓｙｓに代えて交流電圧指令値をフィードフォワードしてもよい。また、交流制御部６０３は、交流電流Ｉａｃに基づいて交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを生成するように構成されてもよい。このように構成することで、交流電流Ｉａｃが予め定められた範囲（例えば、交流電流リミット値Ｉｍａｘ以下）内である場合に、当該フィードバック制御が停止し、規定の交流電圧を出力するよう制御される。この場合、電力変換器２は交流電流Ｉａｃが予め定められた範囲内において、交流電圧源のように振る舞う。

リミット制御部６０７は、交流回路１２の電圧不平衡成分を予め定められた指令値に追従させるためのフィードバック制御演算を実行し、当該制御演算の結果に従って、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆのリミット値を示す交流電流リミット値Ｉｍａｘを設定する。

指令演算部６０６は、交流制御指令値Ｖｒａｃと、中性点電圧Ｖｓｎと、直流電圧Ｖｄｃとを受ける。指令演算部６０６は、交流制御指令値Ｖｒａｃと、中性点電圧Ｖｓｎと、直流電圧Ｖｄｃとに基づいて、各アームに対応するアーム電圧指令値Ｋｒｅｆを生成する。電力変換器２の交流側が変圧器１３を介して交流回路１２に接続される場合、中性点電圧Ｖｓｎは、交流回路１２へ影響を及ぼさない。直流電圧Ｖｄｃは、直流電圧Ｖｄｃｐと直流電圧Ｖｄｃｎとの差として算出される。なお、直流端子Ｎｐ，Ｎｎ間の電圧を直接計測し、当該計測値を直流電圧Ｖｄｃとしてもよい。

図５は、実施の形態１に従うリミット制御部６０７の具体的な構成例を示す図である。図５を参照して、リミット制御部６０７は、不平衡成分検出部６７１と、減算器６７２と、制御器６７３と、リミット設定部６７４とを含む。

不平衡成分検出部６７１は、交流電圧Ｖｓｙｓの電圧不平衡成分Ｖｕｂを検出する。ある局面では、不平衡成分検出部６７１は、各相の交流電圧Ｖｓｙｓｕ，Ｖｓｙｓｖ，Ｖｓｙｓｗの大きさ（例えば、振幅値または実効値）のうちの最大値ＶＡｍａｘと、各相の交流電圧Ｖｓｙｓｕ，Ｖｓｙｓｖ，Ｖｓｙｓｗの大きさの最小値ＶＡｍｉｎとの差分Ｄｖ（すなわち、Ｄｖ＝ＶＡｍａｘ－ＶＡｍｉｎ）を電圧不平衡成分Ｖｕｂとして検出する。

他の局面では、不平衡成分検出部６７１は、交流回路１２の逆相電圧の絶対値を電圧不平衡成分Ｖｕｂとして検出する。以下の式（１）は対称座標法による電圧成分変換式であり、定数γは式（２）で示される。

式（１）中のＶ０^＊，Ｖ１^＊，Ｖ２^＊，Ｖｓｙｓｕ^＊，Ｖｓｙｓｖ^＊，Ｖｓｙｓｗ^＊は、それぞれ交流回路１２の零相電圧成分Ｖ０、正相電圧成分Ｖ１、逆相電圧成分Ｖ２、交流回路１２のＵ相電圧Ｖｓｙｓｕ、Ｖ相電圧Ｖｓｙｓｖ、Ｗ相電圧Ｖｓｙｓｗのフェーザ表示である。不平衡成分検出部６７１は、式（１）から算出される逆相電圧成分Ｖ２の絶対値｜Ｖ２｜を電圧不平衡成分Ｖｕｂとして検出する。

減算器６７２は、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆから電圧不平衡成分Ｖｕｂを減算する。制御器６７３は、減算器６７２によって算出された、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆと電圧不平衡成分Ｖｕｂとの偏差ΔＶｕｂ（＝Ｖｕｂｒｅｆ－Ｖｕｂ）が０になるように制御演算を施し、制御演算結果を出力する。制御器６７３は、偏差ΔＶｕｂに対して比例演算および積分演算を行なうＰＩ制御器として構成されていてもよいし、さらに微分演算を行なうＰＩＤ制御器として構成されていてもよい。また、制御器６７３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ていてもよい。これにより、不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに等しくなるようにフィードバック制御される。

なお、交流回路１２の欠相故障（例えば、一相欠相故障）が発生していない通常状態の場合であっても、電圧不平衡成分Ｖｕｂは完全にゼロにはならずゼロよりも若干大きい値となる。不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆは、欠相故障時の電圧不平衡を検出するために用いられる。そのため、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆは、ゼロよりも大きい値に設定される。好ましくは、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆは、通常状態における電圧不平衡成分Ｖｕｂよりも大きく、かつ、電力変換器２の動作が可能な範囲で適切に設定される。また、さらに好ましくは、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆは、通常状態の電圧不平衡成分Ｖｕｂに基づく演算により設定される。具体的には、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆは、通常状態の電圧不平衡成分Ｖｕｂをフィルタ処理し、フィルタ処理後の値よりも規定値だけ大きい値に設定される。例えば、フィルタ処理は、想定される欠相故障の期間に対して十分長い時定数の一次遅れなどで構成される。

リミット設定部６７４は、制御器６７３の制御演算結果に基づいて、交流電流リミット値Ｉｍａｘを設定し、設定した交流電流リミット値Ｉｍａｘを出力する。ここで、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも大きい場合、偏差ΔＶｕｂは負の値となる。負の値の偏差ΔＶｕｂを補償するための制御演算結果が制御器６７３から出力される場合、リミット設定部６７４は、交流電流リミット値Ｉｍａｘを小さくする。一方、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも小さい場合、偏差ΔＶｕｂは正の値となる。正の値の偏差ΔＶｕｂを補償するための制御演算結果を制御器６７３が出力する場合、リミット設定部６７４は、交流電流リミット値Ｉｍａｘを大きくする。ただし、交流電流リミット値Ｉｍａｘは、電力変換器２の許容電流値以下に設定される。

上記より、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも大きい場合（すなわち、偏差ΔＶｕｂが負の値の場合）、交流電流リミット値Ｉｍａｘは小さく設定され、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも小さい場合（すなわち、偏差ΔＶｕｂが正の値の場合）、交流電流リミット値Ｉｍａｘは大きく設定される。

図６は、交流電力制御部６０２および交流制御部６０３の具体的な構成例を示すブロック図である。図６を参照して、交流電力制御部６０２は、減算器６２２と、制御器６２３とを含む。交流制御部６０３は、Ｉリミッタ６３１と、減算器６３２と、制御器６３３と、加算器６３４とを含む。

減算器６２２は、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆから交流電力Ｓａｃを減算する。制御器６２３は、減算器６２２によって算出された、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆと交流電力Ｓａｃとの偏差ΔＳａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを出力する。制御器６２３は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器等で構成される。

交流制御部６０３のＩリミッタ６３１は、交流電力制御部６０２から受信した交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを、リミット制御部６０７（具体的には、リミット設定部６７４）によって設定された交流電流リミット値Ｉｍａｘに従う範囲内に制限する。具体的には、Ｉリミッタ６３１は、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆが交流電流リミット値Ｉｍａｘに基づく適正範囲（すなわち、下限値：－Ｉｍａｘ、上限値：＋Ｉｍａｘ）を逸脱している場合には、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを下限値（－Ｉｍａｘ）または上限値（＋Ｉｍａｘ）に制限する。

したがって、リミット設定部６７４により交流電流リミット値Ｉｍａｘが小さく設定されるほど、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆは大きく制限される。すなわち、下限値および上限値がゼロに近づくため、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆの適正範囲が小さくなる。一方、交流電流リミット値Ｉｍａｘが大きい場合には、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆの制限は小さいため、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆの適正範囲は大きくなる。

減算器６３２は、Ｉリミッタ６３１により制限された交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆから交流電流Ｉａｃを減算する。制御器６３３は、減算器６３２によって算出された、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆと交流電流Ｉａｃとの偏差ΔＩａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果を出力する。制御器６３３は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器等で構成される。

加算器６３４は、制御器６３３の制御演算結果と交流電圧Ｖｓｙｓとを加算することにより、交流制御指令値Ｖｒａｃを生成する。すなわち、加算器６３４は、交流電圧Ｖｓｙｓのフィードフォワード制御により、交流制御指令値Ｖｒａｃを生成する。

上記のように、検出された電圧不平衡成分Ｖｕｂに応じて交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを制限することにより、電力変換装置１は、欠相故障中において運転を継続し、欠相故障が除去された場合には、速やかに通常動作に復帰できる。以下、その理由について具体的に説明する。

交流回路１２の欠相故障が発生した場合、欠相状態となっている箇所に流れる電流の大きさ（例えば、振幅値または実効値）が大きいほど交流回路１２の電圧不平衡成分が大きくなる。すなわち、電力変換器２から出力される交流電流Ｉａｃが大きいほど、交流回路１２の電圧不平衡成分が大きくなる。

図５のリミット制御部６０７は、電圧不平衡成分Ｖｕｂが所望の不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆとなるように制御演算し、制御演算結果に基づく交流電流リミット値Ｉｍａｘを設定する。欠相故障が発生して電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも大きくなると、リミット制御部６０７は交流電流リミット値Ｉｍａｘを小さく設定するため、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆの適正範囲が小さくなる（すなわち、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆが大きく制限される）。交流制御部６０３は、制限された交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆに追従する交流電流Ｉａｃが出力されるように制御する。したがって、電力変換器２が出力する交流電流Ｉａｃが制限される（すなわち、小さくなる）。

このように、制御装置３は、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを交流電流リミット値Ｉｍａｘに従う範囲内に制限することにより、交流電流Ｉａｃの大きさを制限する。交流電流Ｉａｃが制限されると、欠相状態となっている箇所に流れる電流が小さくなり、交流回路１２の電圧不平衡成分Ｖｕｂを小さくできる。

一方、欠相故障が除去され、交流回路１２が三相平衡状態になると、電圧不平衡成分Ｖｕｂと交流電流Ｉａｃとの相関関係はなくなる。すなわち、交流電流Ｉａｃの大きさによらず、電圧不平衡成分Ｖｕｂは不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆ未満となる。この場合、リミット制御部６０７は交流電流リミット値Ｉｍａｘを最大値（例えば、許容交流電流値）に設定するため、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆの適正範囲が最大となる（すなわち、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆが制限されない）。したがって、電力変換器２は、通常動作時の交流電流Ｉａｃを出力できる。

上記によると、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂに基づいて交流電流Ｉａｃの大きさを制限する。具体的には、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂを不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従させるための制御演算結果に基づいて、交流電流Ｉａｃの大きさを制限する。そのため、欠相故障が発生して電圧不平衡成分Ｖｕｂが大きくなると、交流電流Ｉａｃが小さくなるように制御されるため、電力変換器２は過電流保護のために運転を停止（例えば、電力変換器２をゲートブロック）しなくてもよい。したがって、欠相故障中においても、電力変換器２は運転を継続できる。なお、生成された交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆがそもそも小さく、交流電流Ｉａｃが小さい場合には電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆ未満となる場合がある。この場合、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを制限することなく、電力変換器２は運転を継続する。

また、欠相故障が除去されて電圧不平衡成分Ｖｕｂが小さくなると、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆの制限が解除され、交流電流Ｉａｃが大きくなるように制御されるため、電力変換器２は通常動作に迅速に復帰できる。

＜変形例＞
図４～図６の例では、電圧不平衡成分Ｖｕｂに応じて交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを制限する構成について説明したが、実施の形態１の変形例では、電圧不平衡成分Ｖｕｂに応じて交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆを制限する構成について説明する。

図７は、実施の形態１の変形例に従う基本制御部５０２Ａの内部構成を示すブロック図である。図７を参照して、基本制御部５０２Ａは、交流電力制御部６０２Ａと、交流制御部６０３Ａと、リミット制御部６０７Ａと、指令演算部６０６とを含む。基本制御部５０２Ａは、図２に示す基本制御部５０２に対応するが、他の基本制御部との区別のため、便宜上「Ａ」といった追加の符号を付している。これは、他の実施の形態でも同様である。

リミット制御部６０７Ａは、交流回路１２の電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従するようなフィードバック制御を行なうことにより、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆの限界値である交流電力リミット値Ｓｍａｘを設定する。具体的には、リミット制御部６０７Ａは、図５のリミット制御部６０７のリミット設定部６７４をリミット設定部６７４Ａに置き換えたものである。

リミット設定部６７４Ａは、制御器６７３の制御演算結果に基づいて、交流電力リミット値Ｓｍａｘを設定し、設定した交流電力リミット値Ｓｍａｘを出力する。負の値の偏差ΔＶｕｂを補償するための制御演算結果が制御器６７３から出力される場合、リミット設定部６７４Ａは、交流電力リミット値Ｓｍａｘを小さくする。一方、正の値の偏差ΔＶｕｂを補償するための制御演算結果を制御器６７３が出力する場合、リミット設定部６７４Ａは、交流電力リミット値Ｓｍａｘを大きくする。ただし、交流電力リミット値Ｓｍａｘは、電力変換器２の許容交流電力値以下に設定される。

これにより、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも大きい場合（すなわち、偏差ΔＶｕｂが負の値の場合）、交流電力リミット値Ｓｍａｘは小さく設定され、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも小さい場合（すなわち、偏差ΔＶｕｂが正の値の場合）、交流電力リミット値Ｓｍａｘは大きく設定される。

交流電力制御部６０２Ａは、Ｓリミッタ６２４と、減算器６２２と、制御器６２３とを含む。具体的には、交流電力制御部６０２Ａは、図６の交流電力制御部６０２にＳリミッタ６２４を追加した構成を有する。

Ｓリミッタ６２４は、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆを、リミット設定部６７４Ａによって設定された交流電力リミット値Ｓｍａｘに従う範囲内に制限する。具体的には、Ｓリミッタ６２４は、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆが交流電力リミット値Ｓｍａｘに基づく適正範囲（すなわち、下限値：－Ｓｍａｘ、上限値：＋Ｓｍａｘ）を逸脱している場合には、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆを下限値（－Ｓｍａｘ）または上限値（＋Ｓｍａｘ）に制限する。

したがって、リミット設定部６７４Ａにより交流電力リミット値Ｓｍａｘが小さく設定されるほど、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆは大きく制限され、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆの適正範囲が小さくなる。一方、交流電力リミット値Ｓｍａｘが大きい場合には、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆの制限は小さいため、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆの適正範囲は大きくなる。

減算器６２２は、Ｓリミッタ６２４により制限された交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆから交流電力Ｓａｃを減算する。制御器６２３は、減算器６２２によって算出された、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆと交流電力Ｓａｃとの偏差ΔＳａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを出力する。

交流制御部６０３Ａは、減算器６３２と、制御器６３３と、加算器６３４とを含む。具体的には、交流制御部６０３Ａは、図６の交流制御部６０３からＩリミッタ６３１を削除した構成を有する。

制御器６３３は、減算器６３２によって算出された、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆと交流電流Ｉａｃとの偏差ΔＩａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果を出力する。加算器６３４は、制御器６３３の制御演算結果と交流電圧Ｖｓｙｓとを加算することにより、交流制御指令値Ｖｒａｃを生成する。

図７の構成例によると、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂを不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従させるための制御演算結果に従って、電力変換器２に対する交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆの交流電力リミット値Ｓｍａｘを設定する。そして、制御装置３は、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆを交流電力リミット値Ｓｍａｘに従う範囲内に制限することにより、交流電流Ｉａｃの大きさを制限する。

具体的には、欠相故障が発生して電圧不平衡成分Ｖｕｂが大きくなると、リミット制御部６０７Ａは交流電力リミット値Ｓｍａｘを小さく設定するため、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆの適正範囲が小さくなる。交流電力制御部６０２Ａは、制限された交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆに交流電力Ｓａｃを追従させるための交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆが生成される。交流制御部６０３Ａは、当該生成された交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆに交流電流Ｉａｃを追従させるように制御する。したがって、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆを制限することにより、電力変換器２が出力する交流電流Ｉａｃは小さくなる。

一方、欠相故障が除去され、交流回路１２が三相平衡状態になると、交流電流Ｉａｃの大きさによらず、電圧不平衡成分Ｖｕｂは不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆ未満となる。この場合、リミット制御部６０７Ａは交流電力リミット値Ｓｍａｘを最大値（例えば、許容交流電力値）に設定するため、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆの適正範囲が最大となる。したがって、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆが制限されないため、電力変換器２は、通常動作時の交流電流Ｉａｃを出力できる。

上記より、電圧不平衡成分Ｖｕｂに応じて交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆを制限する構成であっても、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを制限する構成と同様の作用効果を有する。

＜利点＞
実施の形態１によると、欠相故障中において運転を継続し、欠相故障が除去された場合には、速やかに通常動作に復帰することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、有効電力と無効電力とを独立して制限する構成について説明する。図１の全体構成、図２の制御装置３のハードウェア構成、図３の制御装置３の構成については、実施の形態２は実施の形態１と同様である。

＜基本制御部の構成＞
図８は、実施の形態２に従う基本制御部５０２Ｂの内部構成を示す図である。図８を参照して、基本制御部５０２Ｂは、交流制御部６０３Ｂと、指令演算部６０６Ｂと、リミット制御部６０７Ｂと、有効電力制御部６０８と、無効電力制御部６０９とを含む。

リミット制御部６０７Ｂは、交流回路１２の電圧不平衡成分が不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従するようなフィードバック制御を行なうことにより、有効電力指令値Ｐｒｅｆのリミット値を示す有効電力リミット値Ｐｍａｘと、無効電力指令値Ｑｒｅｆのリミット値を示す無効電力リミット値Ｑｍａｘとを設定する。

有効電力制御部６０８は、有効電力指令値Ｐｒｅｆと、有効電力Ｐａｃ（すなわち、交流電力Ｓａｃの有効成分）との偏差を０にするためのフィードバック制御により、電力変換器２から出力される有効電流の指令値である有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。有効電力Ｐａｃは、図１で説明した交流電圧Ｖｓｙｓと交流電流Ｉｓｙｓとに基づいて演算される。有効電力指令値Ｐｒｅｆは、例えば、系統運用者等により予め設定される値である。ただし、有効電力指令値Ｐｒｅｆは、リミット制御部６０７Ｂによって設定された有効電力リミット値Ｐｍａｘに従う範囲内に制限される。

無効電力制御部６０９は、無効電力指令値Ｑｒｅｆと、無効電力Ｑａｃ（すなわち、交流電力Ｓａｃの無効成分）との偏差を０にするためのフィードバック制御により、電力変換器２から出力される無効電流の指令値である無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを生成する。無効電力Ｑａｃは、図１で説明した交流電圧Ｖｓｙｓと交流電流Ｉｓｙｓとに基づいて演算される。無効電力指令値Ｑｒｅｆは、例えば、系統運用者等により予め設定される値である。ただし、無効電力指令値Ｑｒｅｆは、リミット制御部６０７Ｂによって設定された無効電力リミット値Ｑｍａｘに従う範囲内に制限される。

交流制御部６０３Ｂは、有効電流Ｉｑと有効電流指令値Ｉｑｒｅｆとの偏差を０にするためのフィードバック制御と、交流電圧Ｖｓｙｓの有効成分のフィードフォワード制御とにより、有効電圧指令値Ｖｒａｃｑを生成する。有効電圧指令値Ｖｒａｃｑは、実施の形態１で説明した交流制御指令値Ｖｒａｃの有効成分である。

また、交流制御部６０３Ｂは、無効電流Ｉｄと無効電流指令値Ｉｄｒｅｆとの偏差を０にするためのフィードバック制御と、交流電圧Ｖｓｙｓの無効成分のフィードフォワード制御とにより、無効電圧指令値Ｖｒａｃｄを生成する。無効電圧指令値Ｖｒａｃｄは、実施の形態１で説明した交流制御指令値Ｖｒａｃの無効成分である。

指令演算部６０６Ｂは、図４の指令演算部６０６と実質的に同一の機能を有する。指令演算部６０６Ｂは、有効電圧指令値Ｖｒａｃｑおよび無効電圧指令値Ｖｒａｃｄ（すなわち、交流制御指令値Ｖｒａｃの有効成分および無効成分）と、中性点電圧Ｖｓｎと、直流電圧Ｖｄｃとを受ける。指令演算部６０６Ｂは、有効電圧指令値Ｖｒａｃｑと、無効電圧指令値Ｖｒａｃｄと、中性点電圧Ｖｓｎと、直流電圧Ｖｄｃとに基づいて、各アームに対応するアーム電圧指令値Ｋｒｅｆを生成する。

図９は、実施の形態２に従う基本制御部５０２Ｂの詳細な構成を説明するための図である。なお、図９には、指令演算部６０６Ｂは図示されていない。図９を参照して、リミット制御部６０７Ｂは、不平衡成分検出部６７１と、減算器６７２と、制御器６７３と、リミット設定部６７５，６７６とを含む。

制御器６７３は、制御演算結果として、補償するための偏差ΔＶｕｂの大きさに応じた制御演算値Ｚ（ただし、０＜Ｚ≦２）を出力する。電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも大きい場合（すなわち、偏差ΔＶｕｂが負の値の場合）には制御演算値Ｚは小さくなり、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも小さい場合（すなわち、偏差ΔＶｕｂが正の値の場合）には制御演算値Ｚは大きくなる。

リミット設定部６７５は、制御器６７３の制御演算結果に基づいて、有効電力リミット値Ｐｍａｘを設定する。具体的には、リミット設定部６７５は、設定部６７５１と、演算部６７５２とを含む。

設定部６７５１は、制御演算値Ｚに応じた設定値α（ただし、０＜α≦１）を設定する。具体的には、１≦Ｚ≦２の場合には、設定部６７５１は、α＝１に設定する。０＜Ｚ＜１の場合には、設定部６７５１は、α＝Ｚに設定する。演算部６７５２は、許容有効電力値Ｐｓをα倍した値を、有効電力リミット値Ｐｍａｘとして出力する。

これにより、一定値未満の偏差ΔＶｕｂを補償するための制御演算値Ｚが出力される場合（例えば、１≦Ｚ≦２）には、有効電力リミット値Ｐｍａｘは、許容有効電力値Ｐｓに設定される。一方、一定値以上の偏差ΔＶｕｂを補償するための制御演算値Ｚが出力される場合（例えば、０＜Ｚ＜１）には、有効電力リミット値Ｐｍａｘは、“α×Ｐｓ”に設定される。この場合、α＝Ｚであるため、制御演算値Ｚが小さいほど、有効電力リミット値Ｐｍａｘは小さく設定され、制御演算値Ｚが大きいほど、有効電力リミット値Ｐｍａｘは大きく設定される。

リミット設定部６７６は、制御器６７３の制御演算結果に基づいて、無効電力リミット値Ｑｍａｘを設定する。具体的には、リミット設定部６７６は、減算器６７８と、設定部６７６１と、演算部６７６２とを含む。減算器６７８は、制御演算値Ｚから値“１”を減算した減算値（すなわち、Ｚ－１）を設定部６７６１に出力する。設定部６７６１は、減算値に応じた設定値β（ただし、０≦β≦１）を設定する。具体的には、（Ｚ－１）＝１の場合には、設定部６７６１は、β＝１に設定する。０＜（Ｚ－１）＜１の場合には、設定部６７６１は、β＝（Ｚ－１）に設定する。（Ｚ－１）≦０の場合には、設定部６７６１は、β＝０に設定する。演算部６７６２は、許容無効電力値Ｑｓをβ倍した値を、無効電力リミット値Ｑｍａｘとして出力する。

これにより、（Ｚ－１）＝１である場合には、無効電力リミット値Ｑｍａｘは、許容無効電力値Ｑｓに設定される。０＜（Ｚ－１）＜１である場合には、無効電力リミット値Ｑｍａｘは、“β×Ｑｓ”に設定される。この場合、β＝（Ｚ－１）であるため、制御演算値Ｚが小さいほど、無効電力リミット値Ｑｍａｘは小さく設定され、制御演算値Ｚが大きいほど、無効電力リミット値Ｑｍａｘは大きく設定される。また、負の減算値が出力される場合（例えば、（Ｚ－１）≦０）には、β＝０であるため、無効電力リミット値Ｑｍａｘはゼロになる。

具体例として、不平衡成分Ｖｕｂが非常に小さく、制御演算値Ｚが“２”である場合には、設定部６７５１は設定値αを“１”に設定し、設定部６７６１は設定値βを“１”に設定する。これにより、有効電力リミット値Ｐｍａｘおよび無効電力リミット値Ｑｍａｘが最大となるため、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆは制限されない。不平衡成分Ｖｕｂが小さく、制御演算値Ｚが“１．５”である場合には、設定部６７５１は設定値αを“１”に設定し、設定部６７６１は設定値βを“０．５”に設定する。これにより、有効電力リミット値Ｐｍａｘは最大となり制限されないが、無効電力リミット値Ｑｍａｘは許容無効電力値Ｑｓの０．５倍に制限される。

有効電力制御部６０８は、Ｐリミッタ６８１と、減算器６８２と、制御器６８３とを含む。Ｐリミッタ６８１は、有効電力指令値Ｐｒｅｆを、リミット設定部６７５によって設定された有効電力リミット値Ｐｍａｘに従う範囲内に制限する。具体的には、Ｐリミッタ６８１は、有効電力指令値Ｐｒｅｆが有効電力リミット値Ｐｍａｘに基づく適正範囲（すなわち、下限値：－Ｐｍａｘ、上限値：＋Ｐｍａｘ）を逸脱している場合には、有効電力指令値Ｐｒｅｆを下限値または上限値に制限する。

制御器６８３は、減算器６８２によって算出された、有効電力指令値Ｐｒｅｆと有効電力Ｐａｃとの偏差ΔＰａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを出力する。制御器６８３は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器等で構成される。

無効電力制御部６０９は、Ｑリミッタ６９１と、減算器６９２と、制御器６９３とを含む。Ｑリミッタ６９１は、無効電力指令値Ｑｒｅｆを、リミット設定部６７６によって設定された無効電力リミット値Ｑｍａｘに従う範囲内に制限する。具体的には、Ｑリミッタ６９１は、無効電力指令値Ｑｒｅｆが無効電力リミット値Ｑｍａｘに基づく適正範囲（すなわち、下限値：－Ｑｍａｘ、上限値：＋Ｑｍａｘ）を逸脱している場合には、無効電力指令値Ｑｒｅｆを下限値または上限値に制限する。

制御器６９３は、減算器６９１によって算出された、無効電力指令値Ｑｒｅｆと無効電力Ｑａｃとの偏差ΔＱａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを出力する。制御器６９３は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器等で構成される。

交流制御部６０３Ｂは、減算器６４１，６５１と、制御器６４２，６５２と、加算器６４３，６５３とを含む。制御器６４１，６５１は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器等で構成される。

制御器６４２は、減算器６４１によって算出された、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆと有効電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑが０になるように制御演算を施し、制御演算結果を出力する。加算器６４３は、制御器６４２の制御演算結果と交流電圧Ｖｓｙｓの有効成分Ｖｓｙｓｑとを加算することにより、有効電圧指令値Ｖｒａｃｑを生成する。

制御器６５２は、減算器６５１によって算出された、無効電流指令値Ｉｄｒｅｆと無効電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄが０になるように制御演算を施し、制御演算結果を出力する。加算器６５３は、制御器６５２の制御演算結果と交流電圧Ｖｓｙｓの無効成分Ｖｓｙｓｄとを加算することにより、無効電圧指令値Ｖｒａｃｄを生成する。

図９の構成例によると、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂを不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従させるための制御演算結果に従って、電力変換器２に対する有効電力指令値Ｐｒｅｆの有効電力リミット値Ｐｍａｘと、電力変換器２に対する無効電力指令値Ｑｒｅｆの無効電力リミット値Ｑｍａｘを設定する。そして、制御装置３は、有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定された有効電力リミット値Ｐｍａｘに従う範囲内に制限することにより、交流電流Ｉａｃの有効成分（すなわち、有効電流Ｉｑ）の大きさを制限する。また、制御装置３は、無効電力指令値Ｑｒｅｆを設定された無効電力リミット値Ｑｍａｘに従う範囲内に制限することにより、交流電流Ｉａｃの無効成分（すなわち、無効電流Ｉｄ）の大きさを制限する。

具体的には、欠相故障が発生して電圧不平衡成分Ｖｕｂが大きくなると、リミット制御部６０７Ｂは有効電力リミット値Ｐｍａｘおよび無効電力リミット値Ｑｍａｘを小さく設定するため、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆが制限される（すなわち、適正範囲が小さくなる）。

有効電力制御部６０８は、制限された有効電力指令値Ｐｒｅｆに有効電力Ｐａｃを追従させるための有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。無効電力制御部６０９は、制限された無効電力指令値Ｑｒｅｆに無効電力Ｑａｃを追従させるための無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを生成する。交流制御部６０３Ｂは、生成された有効電流指令値Ｉｑｒｅｆに有効電流Ｉｑを追従させるように制御し、生成された無効電流指令値Ｉｄｒｅｆに無効電流Ｉｄを追従させるように制御する。したがって、有効電力指令値Ｐｒｅｆを制限することにより、電力変換器２が出力する有効電流Ｉｑは小さくなり、無効電力指令値Ｑｒｅｆを制限することにより、電力変換器２が出力する無効電流Ｉｄは小さくなる。これにより、欠相状態となっている箇所に流れる電流が小さくなり、交流回路１２の電圧不平衡成分Ｖｕｂを小さくできる。

一方、欠相故障が除去され、交流回路１２が三相平衡状態になると、交流電流Ｉａｃの有効成分および無効成分の大きさによらず、電圧不平衡成分Ｖｕｂは不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆ未満まで小さくなる。この場合、例えば、リミット制御部６０７Ｂは有効電力リミット値Ｐｍａｘおよび無効電力リミット値Ｑｍａｘを最大値に設定するため、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆが制限されない。したがって、電力変換器２は、通常動作時の有効電流Ｉｑおよび無効電流Ｉｄを出力できる。

また、図９に示すリミット設定部６７５，６７６の構成によると、有効電力リミット値Ｐｍａｘは許容有効電力値Ｐｓのα倍に設定され、無効電力リミット値Ｑｍａｘは許容無効電力値Ｑｓのβ倍に設定される。また、上記のように、設定値αは制御演算値Ｚに基づいて設定されるが、設定値βは減算値（すなわち、Ｚ－１）に基づいて設定されるため、設定値βは設定値α以下の値となる。したがって、有効電力指令値Ｐｒｅｆよりも無効電力指令値Ｑｒｅｆが優先的に制限される。例えば、無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ：Static synchronous compensator）のように、無効電力補償を目的とした電力変換器では、図１に示す直流回路１４がコンデンサなどの蓄電要素で構成され、交流電流の有効成分によって蓄電要素の電圧制御が行われる。このような場合には、有効電力指令値Ｐｒｅｆを制限すると、直流回路１４の蓄電要素の電圧制御ができなくなるため、無効電力指令値Ｑｒｅｆを優先的に制限する。

図９の構成例以外の他の例として、無効電力指令値Ｑｒｅｆよりも有効電力指令値Ｐｒｅｆが優先的に制限される構成であってもよい。この場合、リミット制御部６０７Ｂは、無効電力リミット値Ｑｍａｘを許容無効電力値Ｑｓのα倍に設定し、有効電力リミット値Ｐｍａｘを許容有効電力値Ｐｓのβ倍に設定する。例えば、直流回路１４が他の電力変換装置または蓄電池等で構成された場合には、交流電流の有効成分は自由に設定できる。また、交流回路１２と電力変換器２との間に電力フィルタ、調相設備等が設けられる場合には、それらに無効電力を供給すると安定して運転継続できる場合がある。そのため、このような場合には、有効電力指令値Ｐｒｅｆを優先的に制限する。

さらに他の例として、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆを予め定められた比率で制限する構成であってもよい。例えば、リミット設定部は、有効電力リミット値Ｐｍａｘを許容有効電力値ＰｓのＸ倍（ただし、０≦Ｘ≦１）に設定し、無効電力リミット値Ｑｍａｘを許容無効電力値ＱｓのＹ倍（ただし、０≦Ｙ≦１）に設定するように構成されていてもよい。また、有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆのうちのいずれか一方のみを制限する（例えば、ＸまたはＹを０にする）構成であってもよい。このことから、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂを不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従させるための制御演算結果に従って、有効電力リミット値Ｐｍａｘおよび無効電力リミット値Ｑｍａｘの少なくとも一方を設定するように構成されていてもよい。

＜変形例＞
図８および図９の例では、電圧不平衡成分Ｖｕｂに応じて有効電力指令値Ｐｒｅｆおよび無効電力指令値Ｑｒｅｆを制限する構成について説明したが、実施の形態２の変形例では、電圧不平衡成分Ｖｕｂに応じて有効電流指令値Ｉｑｒｅｆおよび無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを制限する構成について説明する。

図１０は、実施の形態２の変形例に従う基本制御部５０２Ｃの内部構成を示すブロック図である。図１０を参照して、基本制御部５０２Ｃは、交流制御部６０３Ｃと、リミット制御部６０７Ｃと、有効電力制御部６０８Ｃと、無効電力制御部６０９Ｃとを含む。なお、図１０では、図８に示す指令演算部６０６Ｂは図示されていない。

リミット制御部６０７Ｃは、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘおよび無効電流リミット値Ｉｄｍａｘを設定する点において、図９のリミット制御部６０７Ｂと異なる。具体的には、リミット制御部６０７Ｃは、図９のリミット制御部６０７Ｂのリミット設定部６７５，６７６をそれぞれリミット設定部６７５Ｃ，６７６Ｃに置き換えたものである。

リミット設定部６７５Ｃは、制御器６７３の制御演算結果に基づいて、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘを許容有効電流値Ｉｑｓのα倍に設定する。具体的には、リミット設定部６７５Ｃは、設定部６７５１Ｃと、演算部６７５２Ｃとを含む。

１≦Ｚ≦２の場合には、設定部６７５１Ｃは、α＝１に設定する。０＜Ｚ＜１の場合には、設定部６７５１Ｃは、α＝Ｚに設定する。演算部６７５２Ｃは、許容有効電流値Ｉｑｓをα倍した値を、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘとして交流制御部６０３Ｃに出力する。

これにより、１≦Ｚ≦２の場合には、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘは、許容有効電流値Ｉｑｓに設定される。一方、０＜Ｚ＜１の場合には、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘは、“α×Ｉｑｓ”に設定される。この場合、制御演算値Ｚが小さいほど、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘは小さく設定され、制御演算値Ｚが大きいほど、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘは大きく設定される。

リミット設定部６７６Ｃは、制御器６７３の制御演算結果に基づいて、無効電流リミット値Ｉｄｍａｘを許容無効電流値Ｉｄｓのβ倍に設定する。具体的には、リミット設定部６７６Ｃは、減算器６７８と、設定部６７６１Ｃと、演算部６７６２Ｃとを含む。減算器６７８は、減算値（すなわち、Ｚ－１）を設定部６７６１Ｃに出力する。（Ｚ－１）＝１の場合には、設定部６７６１Ｃは、β＝１に設定する。０＜（Ｚ－１）＜１の場合には、設定部６７６１Ｃは、β＝（Ｚ－１）に設定する。（Ｚ－１）≦０の場合には、設定部６７６１Ｃは、β＝０に設定する。演算部６７６２Ｃは、許容無効電流値Ｉｄｓをβ倍した値を、無効電流リミット値Ｉｄｍａｘとして交流制御部６０３Ｃに出力する。

これにより、（Ｚ－１）＝１の場合には、無効電流リミット値Ｉｄｍａｘは、許容無効電流値Ｉｄｓに設定される。０＜（Ｚ－１）＜１の場合には、無効電流リミット値Ｉｄｍａｘは、“β×Ｉｄｓ”に設定される。この場合、制御演算値Ｚが小さいほど、無効電流リミット値Ｉｄｍａｘは小さく設定され、制御演算値Ｚが大きいほど、無効電流リミット値Ｉｄｍａｘは大きく設定される。（Ｚ－１）≦０の場合には、β＝０であるため、無効電流リミット値Ｉｄｍａｘはゼロになる。

有効電力制御部６０８Ｃは、図９の有効電力制御部６０８からＰリミッタ６８１を削除した構成を有する。制御器６８３は、減算器６８２によって算出された、有効電力指令値Ｐｒｅｆと有効電力Ｐａｃとの偏差ΔＰａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを出力する。

無効電力制御部６０９Ｃは、図９の無効電力制御部６０９からＱリミッタ６９１を削除した構成を有する。制御器６９３は、減算器６９２によって算出された、無効電力指令値Ｑｒｅｆと無効電力Ｑａｃとの偏差ΔＱａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを出力する。

交流制御部６０３Ｃは、図９の交流制御部６０３ＢにＩｑリミッタ６４５およびＩｄリミッタ６５５を追加した構成を有する。Ｉｑリミッタ６４５は、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを、リミット設定部６７５Ｃによって設定された有効電流リミット値Ｉｑｍａｘに従う範囲内（すなわち、下限値：－Ｉｑｍａｘ、上限値：＋Ｉｑｍａｘ）に制限する。減算器６４１は、Ｉｑリミッタ６４５により制限された有効電流指令値Ｉｑｒｅｆから有効電流Ｉｑを減算する。制御器６４２および加算器６４３の機能は、図９で説明した機能と同様である。

Ｉｄリミッタ６５５は、無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを、リミット設定部６７６Ｃによって設定された無効電流リミット値Ｉｄｍａｘに従う範囲内（すなわち、下限値：－Ｉｄｍａｘ、上限値：＋Ｉｄｍａｘ）に制限する。減算器６５１は、Ｉｄリミッタ６５５により制限された無効電流指令値Ｉｄｒｅｆから無効電流Ｉｄを減算する。制御器６５２および加算器６５３の機能は、図９で説明した機能と同様である。

図１０の構成例によると、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂを不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従させるための制御演算結果に従って、電力変換器２に対する有効電流指令値Ｉｑｒｅｆの有効電流リミット値Ｉｑｍａｘおよび電力変換器２に対する無効電流指令値Ｉｄｒｅｆの無効電流リミット値Ｉｄｍａｘを設定する。そして、制御装置３は、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを設定された有効電流リミット値Ｉｑｍａｘに従う範囲内に制限することにより、有効電流Ｉｑの大きさを制限する。また、制御装置３は、無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを設定された無効電流リミット値Ｉｄｍａｘに従う範囲内に制限することにより、無効電流Ｉｄの大きさを制限する。

具体的には、欠相故障が発生して電圧不平衡成分Ｖｕｂが大きくなると、リミット制御部６０７Ｃは有効電流リミット値Ｉｑｍａｘおよび無効電流リミット値Ｉｄｍａｘを小さくするため、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆおよび無効電流指令値Ｉｄｒｅｆの適正範囲が小さくなる。交流制御部６０３Ｃは、制限された有効電流指令値Ｉｑｒｅｆに有効電流Ｉｑを追従させ、制限された無効電流指令値Ｉｄｒｅｆに無効電流Ｉｄを追従させるように制御する。したがって、電力変換器２が出力する交流電流Ｉａｃの有効成分（すなわち、有効電流Ｉｑ）および無効成分（すなわち、無効電流Ｉｄ）は小さくなる。これにより、交流回路１２の電圧不平衡成分Ｖｕｂを小さくできる。

一方、欠相故障が除去され、交流回路１２が三相平衡状態になると、電圧不平衡成分Ｖｕｂは不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆ未満となる。この場合、リミット制御部６０７Ｃは、例えば、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘおよび無効電流リミット値Ｉｄｍａｘを最大値に設定するため、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆおよび無効電流指令値Ｉｄｒｅｆが制限されない。したがって、電力変換器２は、通常動作時の有効電流Ｉｑおよび無効電流Ｉｄを出力できる。

なお、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂを不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従させるための制御演算結果に従って、有効電流リミット値Ｉｑｍａｘおよび無効電流リミット値Ｉｄｍａｘの少なくとも一方を設定するように構成されていてもよい。

＜利点＞
実施の形態２によると、実施の形態１の利点に加えて、交流電流の有効成分および無効成分を独立して制限できる。そのため、電力系統の運用に応じて、有効成分および無効成分の出力制限の優先度を変更することができる。

実施の形態３．
実施の形態１および２では、電力変換器２が２レベル変換器である構成について説明したが、実施の形態３では、電力変換器２がモジュラーマルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ変換器とも称する。）である構成について説明する。

＜電力変換装置の全体構成＞
図１１は、実施の形態３に従う電力変換装置１の概略構成図である。図１１を参照して、実施の形態３に従う電力変換装置１は、互いに直列接続された複数のサブモジュール（図１１中の「ＳＭ」に対応）７を含むモジュラーマルチレベル変換方式の電力変換器によって構成されている。そのため、図１１に示す電力変換器２は、図１に示す電力変換器２と比較して、レグ回路４の構成が異なる。なお、サブモジュールは、「単位変換器」あるいは「変換器セル」とも称される。

実施の形態３に従う電力変換器２のレグ回路４ｕは、正側直流端子Ｎｐから交流端子Ｎｕまでの上アーム５と、負側直流端子Ｎｎから交流端子Ｎｕまでの下アーム６とを含む。上アーム５と下アーム６との接続点である交流端子Ｎｕが変圧器１３と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流回路１４に接続される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有するので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。

上アーム５は、カスケード接続された複数のサブモジュール７と、リアクトル８Ａとを含む。上アーム５において、複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ａは直列に接続されている。同様に、下アーム６は、カスケード接続された複数のサブモジュール７と、リアクトル８Ｂとを含む。下アーム６において、複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ｂは直列に接続されている。

リアクトル８Ａが挿入される位置は、レグ回路４ｕの上アーム５のいずれの位置であってもよく、リアクトル８Ｂが挿入される位置は、レグ回路４ｕの下アーム６のいずれの位置であってもよい。リアクトル８Ａ，８Ｂ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。上アーム５のリアクトル８Ａのみ、もしくは、下アーム６のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。

なお、図１１の変圧器１３を用いる代わりに、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗは、連系リアクトルを介して交流回路１２に接続する構成であってもよい。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗ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４ｕ，４ｖ，４ｗが変圧器１３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。すなわち、レグ回路４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４ｕ，４ｖ，４ｗ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）に交流回路１２に接続される構成であればよい。

実施の形態３に従う電力変換装置１には、交流電圧検出器１０、交流電流検出器１６、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂに加えて、さらにアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂが設けられている。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置３に入力される。制御装置３は、上記の各検出器によって検出された信号に基づいて、各サブモジュール７の動作を制御するためのゲート制御信号を出力する。また、制御装置３は、各サブモジュール７から内部情報を受信する。内部情報は、サブモジュール７のキャパシタの電圧値、サブモジュール７の状態を示す状態情報等を含む。

図１１では図解を容易にするために、各検出器から制御装置３に入力される信号の信号線と、制御装置３および各サブモジュール７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サブモジュール７ごとに設けられている。各サブモジュール７と制御装置３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。

Ｕ相用のレグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、上アーム５に流れる上アーム電流Ｉｐｕ、および下アーム６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４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂ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４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂ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。

ここで、実施の形態３に従う電力変換器２において、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗと、直流回路１４から流入する直流電流Ｉｄｃは、各アーム電流を用いて式（３）～（６）で表される。

Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ－Ｉｎｕ …（３）
Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ－Ｉｎｖ …（４）
Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ－Ｉｎｗ …（５）
Ｉｄｃ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ＋Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ＋Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２ …（６）
交流回路１２および直流回路１４を経路に含まない電力変換器２の閉回路に流れるＵ相の循環電流Ｉｚｕ、Ｖ相の循環電流Ｉｚｖ、Ｗ相の循環電流Ｉｚｗは、以下の式（７）～（９）で表される。

Ｉｚｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２－Ｉｄｃ／３ …（７）
Ｉｚｖ＝（Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ）／２－Ｉｄｃ／３ …（８）
Ｉｚｗ＝（Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２－Ｉｄｃ／３ …（９）
＜サブモジュールの構成＞
図１２は、サブモジュールの一例を示す回路図である。図１２（ａ）に示すサブモジュール７は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。このサブモジュール７は、２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎを直列接続して形成した直列体と、エネルギー蓄積器としてのキャパシタ３２と、電圧検出器３３とを含む。直列体とキャパシタ３２とは並列接続される。電圧検出器３３は、キャパシタ３２の両端の電圧である電圧Ｖｃを検出する。

図１２（ｂ）に示すサブモジュール７は、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。このサブモジュール７は、２つのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を直列接続して形成された第１の直列体と、２つのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を直列接続して形成された第２の直列体と、キャパシタ３２と、電圧検出器３３とを含む。第１の直列体と、第２の直列体と、キャパシタ３２とが並列接続される。電圧検出器３３は、電圧Ｖｃを検出する。

図１２（ａ）における２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎと、図１２（ｂ）における４つのスイッチング素子３１ｐ１、３１ｎ１、３１ｐ２、３１ｎ２とは、例えば、ＩＧＢＴ、ＧＣＴサイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの自己消弧型の半導体スイッチング素子に還流ダイオードが逆並列に接続されて構成される。また、図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、キャパシタ３２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。

以下の説明では、スイッチング素子３１ｐ，３１ｎ，３１ｐ１，３１ｎ１，３１ｐ２，３１ｎ２をスイッチング素子３１とも総称する。また、スイッチング素子３１内の半導体スイッチング素子のオンオフを、単に「スイッチング素子３１のオンオフ」と記載する。

図１２（ａ）を参照して、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。スイッチング素子３１ｐ、３１ｎのスイッチング動作によりキャパシタ３２の両端電圧、および零電圧を出力する。例えば、スイッチング素子３１ｐがオン、かつスイッチング素子３１ｎがオフとなったときに、キャパシタ３２の両端電圧が出力される。スイッチング素子３１ｐがオフ、かつスイッチング素子３１ｎがオンとなったときに、零電圧が出力される。

次に、図１２（ｂ）を参照して、スイッチング素子３１ｐ１とスイッチング素子３１ｎ１との中点と、スイッチング素子３１ｐ２とスイッチング素子３１ｎ２との中点とをそれぞれサブモジュール７の入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。図１２（ｂ）に示すサブモジュール７は、スイッチング素子３１ｎ２をオンとし、スイッチング素子３１ｐ２をオフとし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態とすることによって、正電圧または零電圧を出力する。また、図１２（ｂ）に示すサブモジュール７は、スイッチング素子３１ｎ２をオフし、スイッチング素子３１ｐ２をオンし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態にすることによって、零電圧または負電圧を出力できる。

以下の説明では、サブモジュール７を図１２（ａ）に示すハーフブリッジセルの構成とし、半導体スイッチング素子、およびエネルギー蓄積要素としてのコンデンサを用いた場合を例に説明する。しかし、サブモジュール７を図１２（ｂ）に示すフルブリッジ構成としてもよい。また、上記で示した構成以外のサブモジュール、例えば、図１２（ｂ）のスイッチング素子３１ｐ２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回路構成を適用したサブモジュールを用いてもよい。

＜制御装置＞
図１３は、実施の形態３に従う制御装置３の内部構成を表わす図である。図１３を参照して、制御装置３は、基本制御部５０２Ｄと、アーム制御部５０３Ｄとを含む。基本制御部５０２Ｄは、Ｕ相基本制御部５０２ＤＵと、Ｖ相基本制御部５０２ＤＶと、Ｗ相基本制御部５０２ＤＷとを含む。アーム制御部５０３Ｄは、Ｕ相上アーム制御部５０３ＤＵＰと、Ｕ相下アーム制御部５０３ＤＵＮと、Ｖ相上アーム制御部５０３ＤＶＰと、Ｖ相下アーム制御部５０３ＤＶＮと、Ｗ相上アーム制御部５０３ＤＷＰと、Ｗ相下アーム制御部５０３ＤＷＮとを含む。

基本制御部５０２Ｄは、上記の各検出器により計測された電気量を用いて、各相の上アーム５および下アーム６用の２つのアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｐ，Ｋｒｅｆｎを生成する。以下の説明において、２つのアームのうちのいずれのアームであるかを特定しない場合には、単にアーム電圧指令値Ｋｒｅｆと記載する。

アーム制御部５０３Ｄは、各相の各アーム用のアーム電圧指令値Ｋｒｅｆに基づいて、アームを構成する各サブモジュール７に設けられたスイッチング素子３１ｐ，３１ｎ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を各サブモジュール７に出力する。

図１４は、実施の形態３に従う基本制御部５０２Ｄの内部構成を示す図である。図１４を参照して、基本制御部５０２Ｄは、各相の上アーム５のアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｐと、各相の下アーム６のアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｎと、各相の上アーム５のキャパシタ電圧指令値Ｖｃｒｅｆｐと、各相の下アーム６のキャパシタ電圧指令値Ｖｃｒｅｆｎとを出力する。具体的には、基本制御部５０２Ｄは、アーム電圧指令生成部６０１と、キャパシタ電圧指令生成部６１１とを含む。

キャパシタ電圧指令生成部６１１は、上アーム内のサブモジュール７のキャパシタ３２の電圧Ｖｃを受信し、下アーム内のサブモジュール７のキャパシタ３２の電圧Ｖｃを受信する。

キャパシタ電圧指令生成部６１１は、上アームに含まれるサブモジュール７のキャパシタ３２のキャパシタ電圧指令値Ｖｃｒｅｆｐを算出する。キャパシタ電圧指令生成部６１１は、下アームに含まれるサブモジュール７のキャパシタ３２のキャパシタ電圧指令値Ｖｃｒｅｆｎを算出する。例えば、キャパシタ電圧指令値Ｖｃｒｅｆｐは、上アーム内のサブモジュール７のキャパシタ３２の平均電圧であり、キャパシタ電圧指令値Ｖｃｒｅｆｎは、下アーム内のサブモジュール７のキャパシタ３２の平均電圧である。以下の説明では、ＶｃｒｅｆｐとＶｃｒｅｆｎとを総称してＶｃｒｅｆと記載する。

アーム電圧指令生成部６０１は、上アーム５のアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｐと、下アーム６のアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｎとを算出する。具体的には、アーム電圧指令生成部６０１は、交流制御部６０３Ｂと、直流制御部６０４と、循環電流制御部６０５と、指令演算部６０６Ｄと、リミット制御部６０７Ｄと、有効電力制御部６０８Ｄと、無効電力制御部６０９とを含む。図１４のリミット制御部６０７Ｄは、図８のリミット制御部６０７Ｂと実質的に同一である。また、交流制御部６０３Ｂおよび無効電力制御部６０９の機能は、図８，図９で説明した機能と同様である。

循環電流制御部６０５は、循環電流Ｉｚを、予め設定された循環電流指令値Ｉｚｒｅｆ（例えば、０）に追従制御するための循環制御指令値Ｖｒｚを算出する。

有効電力制御部６０８Ｄは、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを直流制御部６０４に出力する点において、図８の有効電力制御部６０８と異なる。

図１５は、実施の形態３に従う有効電力制御部６０８Ｄの構成の一例を示すブロック図である。図１５を参照して、有効電力制御部６０８Ｄは、Ｐリミッタ６８１と、減算器６８２と、制御器６８６と、演算器６８７とを含む。Ｐリミッタ６８１および減算器６８２の機能は図９で説明した機能と同様である。

制御器６８６は、減算器６８２によって算出された、有効電力指令値Ｐｒｅｆと有効電力Ｐａｃとの偏差ΔＰａｃが０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを直流制御部６０４に出力する。この点において、制御器６８６は、図９の制御器６８３と異なる。

演算器６８７は、制限された有効電力指令値Ｐｒｅｆを有効電流指令値に換算するための予め定められた演算を実行することにより有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。演算器６８７は、当該生成した有効電流指令値Ｉｑｒｅｆを交流制御部６０３Ｂに出力する。

なお、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆは、有効電力指令値Ｐｒｅｆと有効電力Ｐａｃとの偏差ΔＰａｃが０になるような制御演算に従って生成されてもよい。この場合、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆは、Ｐリミッタ６８１により制限された有効電力指令値Ｐｒｅｆを直流電流指令値に換算するための予め定められた演算により生成される。

再び、図１４を参照して、直流制御部６０４は、直流電流Ｉｄｃを直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆに追従させる直流電流制御を行なう。典型的には、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆと直流電流Ｉｄｃとの偏差を０にするためのフィードバック制御により、直流制御指令値Ｖｒｄｃを生成する。具体的には、直流制御部６０４は、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆと直流電流Ｉｄｃとの偏差を算出し、当該偏差が０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての直流制御指令値Ｖｒｄｃを生成する。あるいは、直流制御部６０４は、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに追従させる直流電圧制御を基本とし、直流電流が予め定められた上限値を超えた場合に、直流電流制御をするように構成されてもよい。典型的には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと直流電圧Ｖｄｃとの偏差を０にするためのフィードバック制御により、直流制御指令値Ｖｒｄｃを生成するとともに、直流電流が上限値を超えた場合には上記の直流電流制御を実行する。具体的には、直流制御部６０４は、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと直流電圧Ｖｄｃとの偏差を算出し、当該偏差が０になるように制御演算を施し、制御演算結果としての直流制御指令値Ｖｒｄｃを生成する。

指令演算部６０６Ｄは、有効電圧指令値Ｖｒａｃｑと、無効電圧指令値Ｖｒａｃｄと、循環制御指令値Ｖｒｚと、直流制御指令値Ｖｒｄｃと、中性点電圧Ｖｓｎとを受ける。指令演算部６０６Ｄは、これらの入力に基づいて、上アーム５、および下アーム６がそれぞれ出力分担する電圧を算出する。指令演算部６０６は、算出した電圧から上アーム５、下アーム６内のインダクタンス成分による電圧降下分をそれぞれ差し引くことによって、上アーム５のアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｐ、および下アーム６のアーム電圧指令値Ｋｒｅｆｎを決定する。

図１３に示すＭＭＣ変換器では、交流電流と直流電流とをそれぞれ制御する場合がある。一方、直流電力と有効電力のバランスが崩れると、サブモジュール７のキャパシタ電圧が変動し、電力変換器２が安定に運転を継続できない場合がある。

図１４の構成例によると、制御装置３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂを不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆに追従させるための制御演算結果に基づいて、交流電流Ｉａｃの大きさを制限するとともに、電力変換器２と直流回路１４との間を流れる直流電流Ｉｄｃの大きさを制限する。

具体的には、欠相故障が発生して電圧不平衡成分Ｖｕｂが大きい場合には、有効電力制御部６０８Ｄは、有効電力リミット値Ｐｍａｘにより制限された有効電力指令値Ｐｒｅｆに基づく有効電流指令値Ｉｑｒｅｆと直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを生成する。また、無効電力制御部６０９は、無効電力リミット値Ｑｍａｘにより制限された無効電力指令値Ｑｒｅｆに基づく無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを生成する。したがって、有効電流Ｉｑおよび無効電流Ｉｄが制限されるとともに、直流電流Ｉｄｃも制限される。すなわち、電力変換器２が出力する交流電流Ｉａｃの有効成分（すなわち、有効電流Ｉｑ）および無効成分（すなわち、無効電流Ｉｄ）は小さくなり、直流電流Ｉｄｃも小さくなる。したがって、欠相故障時においても、電力変換器２のキャパシタ電圧の変動が抑制され、電力変換器２は運転を継続することができる。

なお、実施の形態２の変形例で説明したように、実施の形態３でも、電圧不平衡成分Ｖｕｂに応じて有効電流指令値Ｉｑｒｅｆおよび無効電流指令値Ｉｄｒｅｆを制限する構成であってもよい。この場合、実施の形態３に従うリミット制御部６０７Ｄは、図１０のリミット制御部６０７Ｃのように動作する。

具体的には、リミット制御部６０７Ｄは、Ｉｑリミッタ６４５に有効電流リミット値Ｉｑｍａｘを出力し、Ｉｄリミッタ６５５に無効電流リミット値Ｉｄｍａｘを出力する。さらに、リミット制御部６０７Ｄは、直流制御部６０４内のＩｄｃリミッタに直流電流リミット値Ｉｄｃｍａｘを出力する。例えば、リミット制御部６０７Ｄは、制御器６７３（図１０参照）の制御演算結果に基づいて、直流電流リミット値Ｉｄｃｍａｘを許容直流電流値のα倍に設定する。そのため、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも大きい場合には直流電流リミット値Ｉｄｃｍａｘが小さく設定され、電圧不平衡成分Ｖｕｂが不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆよりも小さい場合には直流電流リミット値Ｉｄｃｍａｘが大きく設定される。

Ｉｄｃリミッタは、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを、直流電流リミット値Ｉｄｃｍａｘに従う範囲内（すなわち、下限値：－Ｉｄｃｍａｘ、上限値：＋Ｉｄｃｍａｘ）に制限する。これにより、直流制御部６０４は、制限された直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆと直流電流Ｉｄｃとの偏差を０にするためのフィードバック制御と、直流電圧Ｖｄｃのフィードフォワード制御とにより、直流制御指令値Ｖｒｄｃを生成する。

＜利点＞
実施の形態３によると、実施の形態１の利点に加えて、欠相故障時においても、ＭＭＣ方式で構成される電力変換器２のキャパシタ電圧の変動を抑制し、運転を継続することができる。

その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態では、交流回路１２の不平衡成分として、交流電圧の不平衡成分を用い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、交流回路１２の不平衡成分として、交流回路１２の電流不平衡成分を用いる構成であってもよい。この場合、図５の不平衡成分検出部６７１は、交流電流Ｉｓｙｓの電流不平衡成分Ｉｕｂを検出する。

ある局面では、不平衡成分検出部６７１は、各相の交流電流Ｉｓｙｓｕ，Ｉｓｙｓｖ，Ｉｓｙｓｗの大きさ（例えば、振幅値または実効値）のうちの最大値ＩＡｍａｘと、各相の交流電流Ｉｓｙｓｕ，Ｉｓｙｓｖ，Ｉｓｙｓｗの大きさのうちの最小値ＩＡｍｉｎとの差分Ｄｉ（すなわち、Ｄｉ＝ＩＡｍａｘ－ＩＡｍｉｎ）を電流不平衡成分Ｉｕｂとして検出する。他の局面では、不平衡成分検出部６７１は、交流回路１２と電力変換器２との間に流れる逆相電流の絶対値を電流不平衡成分Ｉｕｂとして検出する。したがって、不平衡成分検出部６７１は、交流回路１２の電圧不平衡成分または電流不平衡成分を検出するように構成されていればよい。なお、不平衡成分検出部６７１が電流不平衡成分を検出する構成である場合、制御器６７３は、不平衡成分指令値Ｉｕｂｒｅｆと電流不平衡成分Ｉｕｂとの偏差ΔＩｕｂ（＝Ｉｕｂｒｅｆ－Ｉｕｂ）が０になるように制御演算を施し、制御演算結果を出力する。不平衡成分指令値Ｉｕｂｒｅｆは、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆと同様に設定される。具体的には、不平衡成分指令値Ｉｕｂｒｅｆは、ゼロよりも大きい値に設定される。好ましくは、不平衡成分指令値Ｉｕｂｒｅｆは、欠相故障が発生していない通常状態の電流不平衡成分Ｉｕｂに基づく演算により設定される。

（２）上述した実施の形態では、制御器６７３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂの大きさに関わらず、不平衡成分指令値Ｖｕｂｒｅｆと電圧不平衡成分Ｖｕｂとの偏差ΔＶｕｂが０になるように制御演算を施し、制御演算結果を出力する構成について説明した。他の例として、制御器６７３は、電圧不平衡成分Ｖｕｂが閾値Ｔｈ以上となった場合に上記制御演算を実行するように構成されていてもよい。当該構成によると、電圧不平衡成分Ｖｕｂが閾値Ｔｈ以上の場合には各種指令値（例えば、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆ、交流電力指令値Ｓａｃｒｅｆ、有効電力指令値Ｐｒｅｆ、無効電力指令値Ｑｒｅｆ、有効電流指令値Ｉｑｒｅｆ、無効電流指令値Ｉｄｒｅｆ）は制限されるが、電圧不平衡成分Ｖｕｂが閾値Ｔｈ未満の場合には各種指令値は制限されない。

（３）実施の形態３では、電力変換器２がＭＭＣ変換器である構成について説明したが、当該構成に限られない。実施の形態１，２においても電力変換器２がＭＭＣ変換器であってもよい。

（４）上述した実施の形態では、交流回路１２における欠相故障として、三相のうちの一相が欠相する構成について説明したが、交流回路１２の二相以上が健全で、一相以上が欠相であればよく、欠相故障の形態は上記構成に限られない。例えば、交流回路１２が四相で構成される場合には、一相が欠相する形態であってもよいし、二相が欠相する形態であってもよい。

（５）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 電力変換装置、２ 電力変換器、３ 制御装置、４ｕ，４ｖ，４ｗ レグ回路、５ 上アーム、６ 下アーム、７ サブモジュール、８Ａ，８Ｂ リアクトル、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、１２ 交流回路、１３ 変圧器、１４ 直流回路、１６ 交流電流検出器、３２ キャパシタ、３３ 電圧検出器、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、７３ Ａ／Ｄ変換器、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、５０２ 基本制御部、５０３ アーム制御部、６０１ アーム電圧指令生成部、６０２ 交流電力制御部、６０３ 交流制御部、６０４ 直流制御部、６０５ 循環電流制御部、６０６ 指令演算部、６０７ リミット制御部、６０８ 有効電力制御部、６０９ 無効電力制御部、６１１ キャパシタ電圧指令生成部、６７１ 不平衡成分検出部、６７４ リミット設定部。

Claims (11)

1. 複数相の交流回路と直流回路との間に接続される電力変換器と、
   前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記交流回路の電圧不平衡成分または電流不平衡成分を示す不平衡成分を検出し、
   前記不平衡成分を不平衡成分指令値に追従させるための制御演算を実行し、
   前記制御演算の結果に基づいて、前記電力変換器と前記交流回路との間に流れる交流電流の大きさを制限するためのリミット値を設定し、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合に設定される前記リミット値に従って、前記交流電流を小さくし、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合に設定される前記リミット値に従って、前記交流電流を大きくする、電力変換装置。
2. 前記不平衡成分指令値は、ゼロよりも大きい、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記不平衡成分指令値は、欠相故障が発生していない通常状態の前記交流回路の電圧不平衡成分または電流不平衡成分に基づく演算により設定される、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記リミット値は、前記電力変換器に対する交流電流指令値の第１リミット値を含み、
   前記制御装置は、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第１リミット値を小さくし、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第１リミット値を大きくし、
   前記第１リミット値に従う範囲内に制限された前記交流電流指令値に基づいて、前記交流電流の大きさを制御する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記リミット値は、前記電力変換器に対する交流電力指令値の第２リミット値を含み、
   前記制御装置は、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第２リミット値を小さくし、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第２リミット値を大きくし、
   前記第２リミット値に従う範囲内に制限された前記交流電力指令値に基づいて、前記交流電流の大きさを制御する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記リミット値は、前記電力変換器に対する有効電流指令値の第３リミット値と前記電力変換器に対する無効電流指令値の第４リミット値とを含み、
   前記制御装置は、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第３リミット値および前記第４リミット値のいずれか一方を小さくし、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第３リミット値および前記第４リミット値のいずれか一方を大きくし、
   前記第３リミット値に従う範囲内に制限された前記有効電流指令値に基づいて、前記交流電流の有効成分の大きさを制御し、
   前記第４リミット値に従う範囲内に制限された前記無効電流指令値に基づいて、前記交流電流の無効成分の大きさを制御する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記リミット値は、前記電力変換器に対する有効電力指令値の第５リミット値と前記電力変換器に対する無効電力指令値の第６リミット値とを含み、
   前記制御装置は、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも大きい場合、前記第５リミット値および前記第６リミット値のいずれか一方を小さくし、
   前記不平衡成分が前記不平衡成分指令値よりも小さい場合、前記第５リミット値および前記第６リミット値のいずれか一方を大きくし、
   前記第５リミット値に従う範囲内に制限された前記有効電力指令値に基づいて、前記交流電流の有効成分の大きさを制御し、
   前記第６リミット値に従う範囲内に制限された前記無効電力指令値に基づいて、前記交流電流の無効成分の大きさを制御する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御装置は、前記有効電力指令値の前記第５リミット値に従う範囲内に制限された前記有効電力指令値に基づいて、前記電力変換器に対する直流電流指令値を生成する、請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記電圧不平衡成分は、前記交流回路の各相電圧の大きさの最大値と最小値との差分であり、
   前記電流不平衡成分は、前記交流回路の各相電流の大きさの最大値と最小値との差分である、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記電圧不平衡成分は、前記交流回路の逆相電圧の絶対値であり、
    前記電流不平衡成分は、前記交流回路と前記電力変換器との間に流れる逆相電流の絶対値である、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記電力変換器は、モジュラーマルチレベル変換方式の電力変換器である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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