WO2017158891A1 - 電力変換装置および電力システム - Google Patents

Abstract

発電系統と需要地系統との間に接続されて電力変換を行う電力変換装置（３０）は、発電系統（２０）に接続され、発電系統（２０）から受電する交流電力を直流電力に変換し、直流母線（６０）を介して送電する電力変換器（３２）と、該電力変換器（３２）を制御する制御装置（３１）とを備える。制御装置（３１）は、直流母線（６０）の直流電流を検出する検出部（３８）と、この直流電流の変動に基づいて、発電系統（２０）からの受電量を抑制する保護制御を行う保護制御部（５０）とを備えて、需要地系統擾乱時において運転継続を行う。

Description

電力変換装置および電力システム

　本発明は、発電系統と需要地系統との間に接続されて電力変換を行う電力変換装置および該電力変換装置を備えた電力システムに係り、特に需要地系統擾乱時における運転継機能を備えたものである。

　電力の輸送距離が長距離となるような系統においては、高圧直流（ＨＶＤＣ：Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）送電システムが多く用いられている。このＨＶＤＣ送電システムは、ある交流系統からの電力を、順変換器を備えた電力変換装置で高電圧の直流電力へと変換して長距離ケーブルなどの直流系統母線へ送電する。そしてその直流電力を逆変換器を備えた電力変換装置で再び交流電力へと変換して、他の交流系統へ送電するものである。

　近年、電力需要地である都市部から遠方に設置される発電システムは、このＨＶＤＣ送電システムを介して需要地系統に連系されることが多い。通常、需要地系統に連系される設備は、多くの場合、需要地系統の事故等により需要地系統において瞬時的電圧低下等の系統擾乱が生じた場合においても、擾乱の度合いに応じて運転継続制御を行うＦＲＴ（Ｆａｕｌｔ　Ｒｉｄｅ　Ｔｈｒｏｕｇｈ）要件を満たすことが求められる。そのため、発電システムをＨＶＤＣ送電システムで需要地系統に連系する場合、ＨＶＤＣ送電システムと発電システムとからなる電力システム全体でＦＲＴ要件を満たすような運転継続制御を、ＨＶＤＣ送電システムが行う必要がある。

　このようなＦＲＴ要求を満たすために、非特許文献１によれば、需要地系統において電圧低下が発生した場合、需要地系統に出力可能な電力を逆変換器の制御装置が計算し、通信線でその情報を順変換器を備えた電力変換装置の制御装置に伝送する。そして、電力変換装置は、その情報をもとに順変換器の交流側端子の交流電圧を低下させる保護動作を実行する。発電システム内の電力調整装置は、順変換器の交流側端子の交流電圧の低下に応じて発電システムの出力電力を抑制する。こうして電力変換装置は、需要地系統に供給可能な電力に応じて発電システムの発電電力を抑制して、発電システムを含む電力システム全体での電力バランスを維持している。

　また、特許文献１によれば、順変換器を備える電力変換装置の制御装置は、直流系統母線の直流電圧が閾値を超えて上昇したことを検知すると、順変換器の交流側端子の交流電圧を低下させる保護動作を実行する。こうして電力変換装置は、需要地系統に供給可能な電力に応じて発電システムの発電電力を抑制して、発電システムを含む電力システム全体での電力バランスを維持している。

米国特許出願公開第ＵＳ２０１２／０３００５１０Ａ１号公報（段落［００５５］～［００８４］、図１）

Ｃ．　Ｆｅｌｔｅｓ、　Ｈ．　Ｗｒｅｄｅ、　Ｆ．　Ｋｏｃｈ、　Ｉ．　Ｅｒｌｉｃｈ、　Ｆａｕｌｔ　Ｒｉｄｅ－Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｏｆ　ＤＦＩＧ－ｂａｓｅｄ　Ｗｉｎｄ　Ｆａｒｍｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｇｒｉｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＶＳＣ－ｂａｓｅｄ　ＨＶＤＣ　Ｌｉｎｋ、　１６ｔｈ　ＰＳＣＣ、　２００８

　上記従来の非特許文献１のような電力変換装置および電力システムでは、需要地系統に接続される逆変換器の制御装置が、需要地系統に出力可能な電力の情報を、順変換器を備えた電力変換装置の制御装置に対して伝送するための長距離の通信線が必要となる。そのため、通信線を設置するためのスペース確保および費用増大が問題となる。

　また、上記特許文献１に記載された電力変換装置および電力システムでは、順変換器を備えた電力変換装置の制御装置が、直流系統母線の直流電圧が閾値を超えたことを検知することで保護動作を実行している。この場合、電力変換装置の正常運転時の定格直流電圧と上記閾値とが近いと、制御の揺らぎにより高い頻度で保護動作が働くことになる。そのため、電力変換装置の正常運転時における定格直流電圧の値と閾値との間には充分な設計余裕をもたせる必要がある。
　さらにこの閾値は、変換器の過電圧レベルおよび直流系統母線に用いるケーブルなどの絶縁耐圧より小さくする必要がある。よって、変換器の過電圧レベルおよびケーブルの絶縁耐圧と、正常運転時の定格電圧との間の設計余裕を通常よりも多く取る必要がある。そのため、設計制約が大きくなり、電力変換装置および電力システムの設計が困難になるという問題点があった。

　本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、長距離の通信線を要することなく直流母線の電圧の閾値異常に至る前に電力変換装置の保護制御が開始でき、直流母線の電圧に対する電圧設計の自由度を向上できる電力変換装置および電力システムの提供を目的とする。

　本発明に係る電力変換装置は、発電系統に接続され、前記発電系統から受電する交流電力を直流電力に変換し、直流母線を介して送電する電力変換器と、該電力変換器を制御する制御装置とを備えた電力変換装置において、前記制御装置は、前記直流母線の直流電流を検出する検出部と、この直流電流の変動に基づいて、前記発電系統からの受電量を抑制する保護制御を行う保護制御部とを備えたものである。
　また、本発明に係る電力システムは、上記のように構成された電力変換装置と、前記電力変換器からの直流電力を交流電力に変換して需要地系統に送電する逆電力変換器と、前記逆電力変換器を制御する制御装置とを備え、前記逆電力変換器の制御装置は、前記逆電力変換器の直流電圧を直流電圧指令に追従させる直流電圧制御部と、前記逆電力変換器の交流電流を交流電流指令に追従させる交流電流制御部とを備え、前記直流電圧制御部の出力および前記交流電流制御部の出力に基づいて、前記逆電力変換器の出力電圧指令を生成するものである。

　本発明に係る電力変換装置および電力システムによれば、直流母線の直流電流の変動に基づいて発電系統からの受電量を抑制する保護制御を行うため、直流母線の電圧の閾値異常に至る前に、電力変換装置の保護制御が開始できる。そのため、直流母線の電圧に対する電圧設計の自由度を向上すると共に省スペース且つ低コストで、高性能の電力変換装置および電力システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１による電力変換装置、電力システムの構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１による電力変換器の回路構成例である。 本発明の実施の形態１による電力変換器を構成する単位変換器セルの回路構成例である。 本発明の実施の形態１による電力変換器を構成する単位変換器セルの回路構成例である。 本発明の実施の形態１による電力変換器の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による電力変換器の制御装置における保護制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による逆電力変換器の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による電力変換器の制御装置の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による電力変換器の他の回路構成例である。 本発明の実施の形態１による電力変換器の制御装置における直流電流制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２による電力変換器の制御装置における保護制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による電力変換器の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による電力変換器の制御装置における直流電流制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による電力変換器の制御装置における保護制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による電力変換器の制御装置における保護制御部の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による電力変換器の制御装置における保護制御部の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４による電力変換器の制御装置における保護制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４による電力変換器の制御装置における保護制御部の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４による電力変換器の制御装置における保護制御部の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５による電力変換器の制御装置における保護制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５による逆電力変換器の制御装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態１による電力変換装置および電力システムについて図を用いて説明する。
　図１は、本発明の実施の形態１による電力変換装置３０および電力システム１００の構成を示す概略構成図である。
　図１に示すように、本実施の形態の電力システム１００は、発電系統２０と、発電系統２０と需要地系統８０との間に接続されて、発電系統２０の発電電力を需要地系統８０に供給するＨＶＤＣ送電システム７０（以下送電システム７０と称す）とを備える。送電システム７０は、交流を直流に変換する電力変換装置３０と、直流を交流に変換する電力変換装置４０と、電力変換装置３０の直流出力電力を電力変換装置４０に送電するための長距離ケーブルなどの直流母線としての直流系統母線６０とを備える。

　発電系統２０は、発電系統母線６１に接続される少なくとも１つの発電システム２１を備える。各発電システム２１は、少なくとも１つの発電装置２２と、発電装置２２が発電した電力の、電圧、電流を調整するための発電側電力変換装置２３を備える。発電装置２２はどのような種類の発電装置でも良く、例えば、発電装置２２が風力発電設備等の交流電力を出力するものである場合には、発電側電力変換装置２３は交流と交流との間で電力変換を行うものである。また例えば、発電装置２２が太陽光発電設備等の直流電力を出力するものである場合には、発電側電力変換装置２３は直流と交流との間で電力変換を行うものである。
　こうして各発電システム２１は、発電系統母線６１を介して電力変換装置３０に対して交流電力を供給するように構成されている。
　発電系統母線６１の構成は、ツリー型、スター型、リング型など、いずれの構成でもよく、発電系統母線６１の構成により本発明が限定されることはない。

　発電系統２０から交流電力を受電する電力変換装置３０は、主回路である電力変換器３２と、この電力変換器３２を制御する制御装置３１とを備える。電力変換器３２は、複数相交流、この場合三相交流と直流との間で電力変換を行うものであり、交流側端子は発電系統母線６１に接続され、直流側端子は直流系統母線６０に接続されている。こうして、発電系統２０から受電する交流電力を直流電力へと変換し、直流系統母線６０へ送電する。

　電力変換装置３０からの直流電力を受電する電力変換装置４０は、主回路である逆電力変換器４２と、この逆電力変換器４２を制御する制御装置４１とを備える。上記電力変換器３２と同様に逆電力変換器４２は、複数相交流、この場合三相交流と直流との間で電力変換を行うものである。そして逆電力変換器４２の直流側端子は直流系統母線６０に接続され、交流側端子は需要地系統母線６２に接続されている。こうして、電力変換器３２から受電する直流電力を交流電力へと変換し、需要地系統母線６２を介して需要地系統８０へ供給する。

　図２は、本発明の実施の形態１による電力変換器３２および逆電力変換器４２の回路構成例である。
　図３（ａ）、図３（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１による電力変換器３２および逆電力変換器４２を構成する単位変換器セル５の回路構成例である。
　図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１による電力変換器３２および逆電力変換器４２を構成する単位変換器セル５の回路構成例である。

　図２に示すように、電力変換器３２、逆電力変換器４２には、モジュラーマルチレベル変換器と呼ばれる、単位変換器セル５を複数直列に接続した各相を備えた変換器が用いられる。
　電力変換器３２、逆電力変換器４２の各相は、正側アーム６ｐと負側アーム６ｎとが直列接続され、その接続点である交流側端子Ｄ１が各相交流線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されるレグ回路７で構成される。各レグ回路７の正側アーム６ｐ、負側アーム６ｎのそれぞれは、１以上の単位変換器セル５を直列接続して備える。そして、これら各相のレグ回路７が、正負の直流母線間に並列接続されている。
　なお、図１に示す電力変換器３２は、図中左側が交流側端子Ｄ１であり、図中右側が直流側端子Ｄ２である。これは図２に示す電力変換器３２の左右と対応している。
　一方、図１に示す逆電力変換器４２は、図中左側が直流側端子Ｅ２であり、図中右側が交流側端子Ｅ１である。これは図２に示す逆電力変換器４２の左右と逆となっているが、便宜上このように図示している。

　電力変換器３２の交流側端子Ｄ１と発電系統２０との間には、連系用の変圧器８が設けられてもよく、この変圧器８の代わりに連系用のリアクトル（図示せず）が設けられても良い。同様に、逆電力変換器４２の交流側端子Ｅ１と需要地系統８０との間には、連系用の変圧器８が設けられてもよく、この変圧器８の代わりに連系用のリアクトル（図示せず）が設けられても良い。
　また、電力変換器３２の直流側端子Ｄ２と直流系統母線６０との間には連系用のリアクトル２が設けられても良く、同様に、逆電力変換器４２の直流側端子Ｅ２と直流系統母線６０との間には連系用リアクトル２が設けられても良い。
　なお、このように正側アーム６ｐと負側アーム６ｎとの接続点である交流側端子Ｄ１（Ｅ１）を各相交流線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続する構成に限定するものではなく、例えば、正側アーム６ｐと負側アーム６ｎとが直列接続され、トランスを介して各相交流線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される構成でもよい。

　次に、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す、単位変換器セル５の４つの回路構成例（単位変換器セル５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）についてそれぞれ説明する。
　図３（ａ）に示す単位変換器セル５ａは、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成である。２つの半導体素子としての半導体スイッチング素子１ｐ、１ｎを直列接続して形成した直列体に、コンデンサ３が並列接続された構成となっている。
　こうして、半導体スイッチング素子１ｎの両端子、もしくは半導体スイッチング素子１ｐの両端子を入出力端子とし、半導体スイッチング素子１ｐ、１ｎのスイッチング動作によりコンデンサ３の両端電圧、および零電圧を出力する。

　図３（ｂ）に示す単位変換器セル５ｂは、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成である。２つの半導体素子としての半導体スイッチング素子１ｐ１と１ｎ１とを直列接続して形成された直列体と、さらに２つの半導体素子としての半導体スイッチング素子１ｐ２と１ｎ２とを直列接続した直列体とが形成されている。そして、これら２つの直列体とコンデンサ３とが並列接続された構成となっている。
　半導体スイッチング素子１ｐ１と半導体スイッチング素子１ｎ１との中点と、半導体スイッチング素子１ｐ２と半導体スイッチング素子１ｎ２との中点とを単位変換器セル５の入出力端子とする。そして、半導体スイッチング素子１ｐ１、１ｎ１、１ｐ２、１ｎ２のスイッチング動作によりコンデンサ３の両端電圧、コンデンサ３の両端電圧の逆電圧、および零電圧を出力する。

　図４（ａ）に示す単位変換器セル５ｃは、図３（ｂ）に示した単位変換器セル５ｂの半導体スイッチング素子１ｐ２を、半導体素子としてのダイオード９に置き換えた回路構成となっている。半導体スイッチング素子１ｐ１、１ｎ１のスイッチング動作によりコンデンサ３の両端電圧、および零電圧を出力する。但し、単位変換器セル５ｃを通過する電流が下側から上側に流れており、かつ、半導体スイッチング素子１ｐ１、１ｎ２がオフしている場合のみコンデンサ３の両端電圧の逆電圧を出力する。

　図４（ｂ）に示す単位変換器セル５ｄは、クランプトダブルセル、あるいはダブルクランプセルと呼ばれる回路構成である。本構成では、半導体スイッチング素子１ｐ２、１ｎ２、半導体素子としての半導体スイッチング素子１ｐ３、コンデンサ３ｂ、および半導体素子としてのダイオード９ａで、図４（ａ）に示したような構成の回路を形成する。さらに、半導体スイッチング素子１ｐ１、１ｎ１、およびコンデンサ３ａでハーフブリッジ構成の回路を形成した上で、コンデンサ３ａと半導体スイッチング素子１ｐ１との接続点と、半導体スイッチング素子１ｐ３とダイオード９ａとの接続点とを接続する。そして、さらに、コンデンサ３ａと半導体スイッチング素子１ｎ１との接続点を、半導体素子としてのダイオード９ｂを介して、半導体スイッチング素子１ｐ３とコンデンサ３ｂとの接続点に接続した構成となっている。

　半導体スイッチング素子１ｐ１と半導体スイッチング素子１ｎ１の中点と、半導体スイッチング素子１ｐ２と半導体スイッチング素子１ｎ２の中点とを、単位変換器セル５ｄの入出力端子としている。半導体スイッチング素子１ｐ１、１ｎ１、１ｐ２、１ｎ２、１ｐ３のスイッチング動作により、コンデンサ３ａまたはコンデンサ３ｂの両端電圧、両端電圧の逆電圧、および零電圧を出力する。但し、セルを通過する電流が下側から上側に流れており、かつ、半導体スイッチング素子１ｐ１、１ｎ２がオフしている場合のみ、コンデンサ３ａの両端電圧とコンデンサ３ｂの両端電圧との総和を逆電圧として出力する。

　これら半導体スイッチング素子１ｐ、１ｎ、１ｐ１、１ｎ１、１ｐ２、１ｎ２、１ｐ３は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧＣＴ（Ｇａｔｅ　Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ　Ｔｕｒｎ－ｏｆｆ）サイリスタ、等の自己消弧型の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。
　電力変換器３２、逆電力変換器４２を構成する単位変換器セル５は、図３、図４に示したどの単位変換器セル５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを用いてもよい。

　図５は、本発明の実施の形態１による電力変換器３２の制御装置３１の構成を示すブロック図である。
　図６は、図５に示す制御装置３１の保護制御部５０の構成を示すブロック図である。
　図７は、本発明の実施の形態１による逆電力変換器４２の制御装置４１の構成を示すブロック図である。

　２つの電力変換装置３０、４０の内、まず発電系統２０側に接続される電力変換装置３０の制御装置３１、即ち電力変換器３２の制御装置３１の構成について説明する。
　図５に示すように、制御装置３１は、コンデンサ電圧制御部３６と、交流電圧制御部３３と、直流電圧制御部３４と、直流電流制御部３５と、制御出力合成部３７と、直流電流Ｉｄｃを検出する検出部としての直流電流検出部３８と、保護制御部５０とを備える。以下、各部の詳細について説明する。

　直流電流検出部３８は、電力変換器３２から出力された直流系統母線６０を流れる直流電流Ｉｄｃを検出する。
　交流電圧制御部３３は、電力変換器３２の受電端（交流側端子Ｄ１）の交流電圧Ｖａｃを、一定の振幅および周波数を有する交流電圧指令Ｖａｃ＊に追従させるように制御演算を行い、交流制御指令３３ａを生成して出力する。

　コンデンサ電圧制御部３６は、電力変換器３２内の各コンデンサ３の電圧Ｖｃａｐを、コンデンサ電圧指令Ｖｃａｐ＊に追従させるように制御演算を行い、電圧バランス制御指令３６ａおよび直流電流指令Ｉｄｃ＊を生成して出力する。なお、コンデンサ電圧制御部３６は、受電電力と出力電力とに起因して変動する電力変換器３２内のコンデンサ３の電圧Ｖｃａｐに基づいて、出力する直流電流Ｉｄｃの直流電流指令Ｉｄｃ＊を生成している。

　直流電流制御部３５は、直流電流検出部３８により検出される直流電流Ｉｄｃを、直流電流指令Ｉｄｃ＊に追従させるように制御演算を行い、直流制御指令３５ａを生成して出力する。
　直流電圧制御部３４は、電力変換器３２の直流側端子Ｄ２における直流電圧を一定にする直流電圧指令Ｖｄｃ＊に基づいて直流制御指令３４ａを生成して出力する。この直流制御指令３４ａと直流制御指令３５ａとで、電力変換器３２の直流側端子Ｄ２における直流電圧が調整される。この直流側端子Ｄ２における直流電圧は、直流電流Ｉｄｃが直流系統母線６０を流れた際の電圧降下が考慮されて調整されている。

　制御出力合成部３７は、交流制御指令３３ａ、直流制御指令３４ａ、直流制御指令３５ａ、電圧バランス制御指令３６ａ、を合成して、電力変換器３２を制御するための出力電圧指令３７ａを生成する。この出力電圧指令３７ａに基づいて、図示しないゲート信号生成回路、例えばここではＰＷＭ回路により、電力変換器３２の各相の単位変換器セル５を制御するゲート信号が生成される。
　こうして、制御装置３１は、生成した出力電圧指令３７ａにより、交流側端子Ｄ１の交流電圧Ｖａｃが一定振幅、一定周波数となるように、かつ、交流側端子Ｄ１から受電した電力に基づいて直流側端子Ｄ２に出力する直流電流Ｉｄｃを調整するように、電力変換器３２を制御する。

　制御装置３１の保護制御部５０は、図６に示すように直流系統母線６０の直流電流Ｉｄｃの変動を検知する判定部５１と、インバータ５２と、オンディレイタイマである遅延器５３と、リセット入力端子Ｒ、セット入力端子Ｓ、および出力端子Ｑを備えたフリップフロップ回路５４と、乗算器５５とを備える。
　判定部５１は、直流電流Ｉｄｃが所定の範囲を超えて変動したことを検知すると、「１」を判定情報ｓ１として出力する。この判定情報ｓ１はフリップフロップ回路５４のセット入力端子Ｓに入力されて出力された後に乗算器５５により所定の定数ｃｏｎｓｔが乗算され、補正情報ｃｏｒとして保護制御部５０から出力される。この補正情報ｃｏｒが、交流電圧制御部３３に入力される交流電圧指令Ｖａｃ＊を減算する構成となっている。

　また、判定部５１は、直流電流Ｉｄｃの変動が所定の範囲内に復帰したことを検知すると「０」を判定情報ｓ１として出力する。この判定情報ｓ１は、インバータ５２により反転された後に遅延器５３により予め定められた期間遅延されて、フリップフロップ回路５４のリセット入力端子Ｒに入力される。こうして、保護制御部５０は、直流電流Ｉｄｃの変動が所定の範囲内に復帰したことを検知してから予め定められた期間を経過すると、補正情報ｃｏｒを「０」として無効にする。

　このように判定部５１が、直流電流Ｉｄｃの所定の範囲を超える変動を検知する方法として、例えば直流電流Ｉｄｃの変動量を検知する方法がある。この場合、正常運転時の電流変動範囲を超えるような直流電流Ｉｄｃの変動が生じた場合に判定部５１が検知するとしてもよい。また例えば、直流電流Ｉｄｃが変化する際の変動の速さを検知するものでもよい。この場合、直流電流Ｉｄｃの電流波形の接線における微分係数を検出するなどの方法がある。

　次に需要地系統８０側に接続される電力変換装置４０の制御装置４１、即ち逆電力変換器４２の制御装置４１の構成について説明する。
　図７に示すように、制御装置４１は、コンデンサ電圧制御部４６と、交流電流制御部４９と、直流電圧制御部４４と、制御出力合成部４７とを備える。
　直流電圧制御部４４は、逆電力変換器４２の直流側端子Ｅ２における直流電圧Ｖｄｃを、電圧が一定の直流電圧指令Ｖｄｃ＊に追従させるように制御演算を行い、直流制御指令４４ａを生成して出力する。

　コンデンサ電圧制御部４６は、逆電力変換器４２内の各コンデンサ３の電圧Ｖｃａｐｘを、コンデンサ電圧指令Ｖｃａｐｘ＊に追従させるように制御演算を行い、電圧バランス制御指令４６ａおよび交流電流指令Ｉａｃ＊を生成して出力する。なお、コンデンサ電圧制御部４６は、受電電力と出力電力とに起因して変動する逆電力変換器４２内のコンデンサ３の電圧Ｖｃａｐｘに基づいて、出力する交流電流Ｉａｃの交流電流指令Ｉａｃ＊を生成している。
　交流電流制御部４９は、逆電力変換器４２から出力する交流電流Ｉａｃを、交流電流指令Ｉａｃ＊に追従させるように制御演算を行い、交流制御指令４９ａを生成して出力する。

　制御出力合成部４７は、交流制御指令４９ａ、直流制御指令４４ａ、電圧バランス制御指令４６ａ、を合成して、逆電力変換器４２を制御するための、出力電圧指令４７ａを生成する。この出力電圧指令４７ａに基づいて、図示しないゲート信号生成回路、例えばここではＰＷＭ回路により、逆電力変換器４２の各相の単位変換器セル５を制御するゲート信号が生成される。
　こうして、制御装置４１は、生成した出力電圧指令４７ａにより、直流側端子Ｅ２の直流電圧Ｖｄｃが一定電圧となるように、かつ、直流側端子Ｅ２から受電した電力に基づいて交流側端子Ｅ１に出力する交流電流Ｉａｃを調整するように、逆電力変換器４２を制御する。

　以下、本実施の形態１による電力変換装置３０、送電システム７０および電力システム１００における、需要地系統８０の系統擾乱時の運転継続機能について説明する。
　需要地系統８０において系統擾乱が発生すると、逆電力変換器４２の交流側端子Ｅ１における交流電圧が低下し、逆電力変換器４２が需要地系統８０に出力できる交流電力が低下する。その結果、逆電力変換器４２に流入する直流電力が低下するため、直流電流Ｉｄｃが低下する。

　前述したように、電力変換装置３０が備える保護制御部５０の判定部５１は、直流電流Ｉｄｃの所定の範囲を超える変動を検知するものである。この場合、保護制御部５０は、電力変換器３２の直流電流Ｉｄｃの所定の範囲を超える低下を検知して補正量としての補正情報ｃｏｒを出力する。出力された補正情報ｃｏｒが、交流電圧制御部３３に入力される交流電圧指令Ｖａｃ＊を減算する。こうして、補正情報ｃｏｒによって減算された交流電圧指令Ｖａｃ＊に基づいて、電力変換器３２の交流側端子Ｄ１における交流電圧Ｖａｃの振幅が低下する。
　このように、電力変換装置３０は、補正情報ｃｏｒにより交流電圧指令Ｖａｃ＊を減算することで、電力変換器３２の交流側端子Ｄ１における交流電圧Ｖａｃの振幅を低下させて発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。

　発電システム２１の発電側電力変換装置２３は、接続されている発電系統母線６１の電圧低下に対するＦＲＴ機能を有する。そのため、保護制御による電力変換装置３０の交流側端子Ｄ１の交流電圧の振幅低下に応じて発電側電力変換装置２３の出力側の交流電圧が低下すると、このＦＲＴ機能が作用し、発電側電力変換装置２３は出力電力を抑制して継続運転を行う。

　こうして、需要地系統８０における系統擾乱に起因する電力変換装置４０の出力電力の低下に応じて、発電系統２０における出力電力が抑制される。これにより、系統擾乱時においても送電システム７０、電力システム１００における電力バランスが維持された状態で、需要地系統８０に対する電力供給が継続される。

　前述したように、直流電流Ｉｄｃの変動が所定の範囲内に復帰すると、保護制御部５０は予め定められた期間の経過後、補正情報ｃｏｒを無効とし、これにより保護制御は停止される。こうして、発電系統２０における発電電力の抑制が解除され、正常状態で供給すべき電力を需要地系統８０に供給する正常運転が再開される。

　上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置３０によると、発電系統２０側に接続される電力変換装置３０は、電力変換器３２から出力される直流電流Ｉｄｃの変動に基づいて電力変換器３２の出力側に連系される他の系統の電圧異常等を検知し、発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。そのため保護制御を行うための情報を他の電気設備から受信する必要がなく、電力変換装置３０単体で保護制御を行うことができる。また、保護制御を行うための情報伝送に起因する遅延が生じないため、他の系統の電圧異常の検知から迅速に保護制御を開始できる。これにより、電力変換器３２における受電電力と出力電力との不均衡を抑制して、早急に電力変換器３２を安定化させることができる。
　また、所定の範囲を超える直流電流Ｉｄｃの変動のみを検知することで、電力変換装置３０の定格範囲内の直流電流Ｉｄｃの変動を誤検知して保護制御を行うことを防止することができる。

　また、電力変換装置３０は、出力側の系統の異常時において、出力側の直流電圧が閾値異常に至る前に、先に変動する直流電流Ｉｄｃを検知するものなので、出力側の直流電圧の電圧を定格動作範囲内に留めたまま出力側の系統の電圧異常等を検知できる。そのため、電力変換器３２の定格動作電圧と電力変換器３２の過電圧レベルとの間の設計余裕を小さくすることができる。これにより、設計制約の少ない高性能の電力変換装置３０を提供することができる。

　また、本電力変換装置３０を、直流系統母線６０と逆電力変換器４２を備える電力変換装置４０とを介して都市部などの需要地系統８０に連系した場合では、需要地系統８０における事故等による系統擾乱の検知が、直流電流Ｉｄｃの変動検知により可能になる。この場合においても、直流系統母線６０の電圧を定格動作範囲内に留めたまま、需要地系統８０における系統擾乱を検知できる。そのため、電力変換器３２、逆電力変換器４２の過電圧レベルおよび直流系統母線６０の絶縁耐圧と、正常運転時の定格電圧との間の設計余裕を小さくすることができる。これにより、設計制約の少ない高性能の電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００を提供することができる。

　またこの場合においても、電力変換装置３０と電力変換装置４０との間の長距離の通信線を不要として、送電システム７０および電力システム１００の省スペース化、低コスト化が可能になる。また、保護制御を開始するための情報伝送に起因する遅延が生じないため、需要地系統８０における系統擾乱の検知から迅速に発電系統２０における発電電力の抑制を行うことができる。これにより、送電システム７０における電力バランス、電力システム１００全体における電力バランスを早急に安定化させることが可能になる。
　また、直流電流Ｉｄｃの変動が所定の範囲内に復帰すると、保護制御部５０は予め定められた期間の経過後に保護制御を停止する。このように予め定めた期間を設けることで、意図しない保護制御の頻繁な開始、停止を抑止し、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の動作を安定化させることができる。

　また、系統擾乱時において直流電流Ｉｄｃは減少する傾向であるため、直流電流Ｉｄｃの変動を系統擾乱の検知に使用する場合でも、電力変換器３２、逆電力変換器４２、および直流系統母線６０に用いられるケーブルなどの直流電流耐量を増やす必要がない。
　また、電力変換装置３０の保護制御部５０が系統擾乱の判定に用いる情報である直流電流Ｉｄｃは、電力変換装置３０が正常運転時の制御においても用いる情報である。そのため、系統擾乱を検知するための検知器を新たに設ける必要がない。

　また、制御装置３１は、補正情報ｃｏｒにより、電力変換器３２ａの交流側端子Ｄ１の交流電圧Ｖａｃの振幅を低下させることで、発電システム２１からの受電量を抑制する。こうして、電力変換装置３０と発電システム２１との間の通信線を不要として、さらなる小スペース化、低コスト化を図ることができる。

　図８は、図５に示す制御装置３１とは異なる構成の制御装置３１ａの構成を示すブロック図である。
　前述した制御装置３１と同様に、保護制御部５０は、電力変換器３２の直流電流Ｉｄｃの低下を検知すると補正情報ｃｏｒを出力する。この補正情報ｃｏｒは、発電系統２０が備える各発電システム２１に対して送信される。

　各発電システム２１の発電側電力変換装置２３は、保護制御部５０の保護制御に対するＦＲＴ機能を有する。そのため、保護制御部５０から補正情報ｃｏｒを受信すると、このＦＲＴ機能が作用して、出力する電力の振幅を低下させて出力電力を抑制し、継続運転を行う。このように電力変換装置３０は、補正情報ｃｏｒを発電システム２１に送信することで、発電系統２０からの受電量を抑制する。
　こうして制御装置３１ａは、補正情報ｃｏｒを発電システム２１に送信し、発電システム２１は、補正情報ｃｏｒの受信と共に迅速に出力電力の抑制制御を開始することができる。これにより、需要地系統８０における系統擾乱の検知から迅速に発電電力の抑制制御を開始でき、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の電力バランスを早急に安定化させることができる。

　図９は、図２に示す電力変換器３２、逆電力変換器４２とは異なる構成の電力変換器３２ａ、逆電力変換器４２ａの回路構成例である。図９では、各相をハーフブリッジ構成のレグで構成し、直流母線間にコンデンサ３ｃを備え、さらに高調波を抑制するローパスフィルタ回路１０を交流出力側に備えた三相構成の電力変換器３２ａ（逆電力変換器４２ａ）を示す。
　上記で用いた電力変換器３２、逆電力変換器４２は、単位変換器セル５を複数直列に接続した各相を備えたモジュラーマルチレベル変換器を示したが、図９に示すような２レベル変換器と呼ばれる構成の電力変換器３２ａ、逆電力変換器４２ａを用いるものでもよい。
　以上、複数相構成の電力変換器３２、３２ａ、逆電力変換器４２、４２ａを用いて説明したが、複数相に限定するものではなく単相構成でもよい。

　電力変換器３２ａ、逆電力変換器４２ａは、前述したようにＩＧＢＴやＧＣＴサイリスタ等の自己消弧型のスイッチング素子から成る自励式電力変換器であればよく、図２、図３、図４および図９に示した回路構成は本発明を限定するものではない。
　また、電力変換装置３０に用いられる電力変換器３２、３２ａと、電力変換装置４０に用いられる逆電力変換器４２、４２ａは必ずしも同じ回路構成である必要はなく、例えば、一方の変換器がモジュラーマルチレベル変換器、もう一方の変換器が２レベル変換器といった構成でも良い。

　なお、電力変換装置３０の制御装置３１における直流電流制御部３５は、以下のような構成のものでもよい。
　図１０は、本発明の実施の形態１による電力変換装置３０の制御装置３１における直流電流制御部３５の構成例を示すブロック図である。
　図１０に示すように、直流電流制御部３５は、直流電流指令Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの偏差を入力として制御量を演算する制御器９１と、直流電流制御部３５の出力９１ａを所定の制限値で制限する出力リミッタ９０とを備える。

　前述したように、電力変換装置３０の直流側端子Ｄ２における直流電圧は、制御装置３１の直流電圧制御部３４から出力される直流制御指令３４ａと、直流電流制御部３５から出力される直流制御指令３５ａとにより調整される。そのため、直流電流制御部３５に、直流電流制御部３５の出力を所定の制限値で制限する出力リミッタ９０を設けることで、電力変換装置３０の直流側端子Ｄ２における直流電圧が所望の電圧以上に上昇することを抑制することができる。これにより、電力変換装置３０の直流側端子Ｄ２における直流電圧が、定格動作範囲以上に上昇することを確実に抑制できる。そのため、系統擾乱時における電力変換装置４０の出力電力低下に起因して電力変換装置４０の直流側端子Ｅ２の直流電圧が上昇する場合でも、この直流電圧の上昇に伴う電力変換装置３０側の直流側端子Ｄ２における定格動作範囲以上の直流電圧の上昇を制限することができる。こうして、直流系統母線６０の電圧を確実に定格動作範囲内に留めたままの系統擾乱の検知が可能となる。

　なお、上記では、発電系統２０と送電システム７０とを備えたものを電力システム１００として示したが、発電系統２０を除いた送電システム７０のみで電力システムを構成するものでもよい。

実施の形態２．
　以下、本発明の実施の形態２を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
　図１１は、本発明の実施の形態２による電力変換装置３０の制御装置３１における保護制御部２５０の構成を示すブロック図である。
　本実施の形態の保護制御部２５０の判定部２５１は、電力変換器３２の直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差に対して設定された第１閾値Ｔ１を有する。そして、判定部２５１は、直流系統母線６０の直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差が、設定された第１閾値Ｔ１を超えたことを検知すると「１」を判定情報ｓ１として出力する。そして実施の形態１と同様に、保護制御部２５０は交流電圧指令Ｖａｃ＊の振幅を低下させる補正情報ｃｏｒを出力して、発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。
　また、判定部２５１は、直流電流指令Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの偏差が第１閾値Ｔ１以下となったことを検知すると「０」を判定情報ｓ１として出力する。そして保護制御部２５０は、この検知から予め定められた期間を経過すると、補正情報ｃｏｒを「０」として無効にし、保護制御を停止する。

　以下、本実施の形態２による保護制御部２５０を備えた電力変換装置３０における、需要地系統８０の系統擾乱時の運転継続機能について説明する。
　需要地系統８０において系統擾乱が発生すると、実施の形態１にて述べたように直流系統母線６０を流れる直流電流Ｉｄｃが低下する。保護制御部２５０は、この直流電流Ｉｄｃの低下を、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差が第１閾値Ｔ１を超えたことにより検知して保護制御を実行する。保護制御の実行により電力変換器３２が受電する交流電力が抑制され、電力変換器３２は受電する交流電力に応じた電力を出力するように、直流電流指令Ｉｄｃ＊を減少させるように調整する。こうして直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差が第１閾値Ｔ１以下となり、予め定められた期間が経過した後に保護制御が停止されて正常運転が再開される。

　需要地系統８０における系統擾乱は、多くの場合瞬時的な擾乱であるため、このように保護制御を実行してから予め定められた期間を経過した後に保護制御を停止して正常運転を再開するようにしている。この定められた期間は、需要地系統８０において生じる系統擾乱の一般的な期間を考慮して予め定めればよい。
　正常運転を再開してから、需要地系統８０における系統擾乱が除去されていれば、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００は、そのまま正常運転を継続する。電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００が正常運転を再開してからも系統擾乱が除去されていない場合は、保護制御部２５０が系統擾乱を再検知して、保護制御が再度行われる。

　上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置３０によると、上記実施の形態１と同様の効果を奏し、電力変換装置３０は、直流電流Ｉｄｃの変動に基づいて、電力変換器３２の出力側に連系される他の系統の電圧異常等を検知し、発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。そのため保護制御を行うための情報を他の電気設備から受信する必要がなく、電力変換装置３０単体で保護制御を行うことができる。また、電力変換装置３０は、出力側の直流電圧の電圧を定格動作範囲内に留めたまま、出力側の系統の電圧異常等を検知できる。これにより、設計制約の少ない高性能の電力変換装置３０を提供することができる。また、本実施の形態の電力変換装置３０を備える送電システム７０、電力システム１００においても、省スペース化、低コスト化が可能になると共に設計制約を少なくすることができる。

　また保護制御部２５０の判定部２５１は、この直流電流Ｉｄｃの変動を、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差により検知する。実施の形態１で説明したように、直流電流指令Ｉｄｃ＊は、電力変換器３２が受電する交流電力に基づいて出力する直流電力を調整するように生成される指令値であり、固定値ではない。そのため、判定部２５１は、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の正常運転時における定格範囲内の直流電流Ｉｄｃの変動を、系統擾乱に起因する変動と誤検知するものではない。こうして意図しない保護制御の開始を抑制して、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の運転をより安定化させることができる。

実施の形態３．
　以下、本発明の実施の形態３を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
　図１２は、本発明の実施の形態３による電力変換器３２を制御する制御装置３３１の構成を示すブロック図である。
　図１３は、図１２に示す制御装置３３１における直流電流制御部３３５の構成を示すブロック図である。
　図１４は、図１２に示す制御装置３３１における保護制御部３５０ａの構成を示すブロック図である。

　図１２に示すように、本実施の形態の制御装置３３１では、直流電流制御部３３５が内部変数ｘＩｄｃ（以下にて詳細を説明）を出力し、出力された内部変数ｘＩｄｃが保護制御部３５０ａに入力される構成となっている。
　図１３に示すように、直流電流制御部３３５は、直流電流指令Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの偏差を入力として、制御量としての内部変数ｘＩｄｃを演算する制御器９１を備える。内部変数ｘＩｄｃは、電力変換装置３０の正常運転時において、直流電流指令Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃとの偏差を小さくするように制御器９１により調整されるものである。制御器９１から出力された内部変数ｘＩｄｃの値に、出力リミッタ９０により所定のリミッタ値を乗算して制限した値が直流制御指令３３５ａとなる。このように出力リミッタ９０を設けることで、電力変換器３２から出力する直流電圧を定格運転範囲内に留めることができる。なお、制御器９１には、ＰＩ制御器等が用いられる。

　図１４に示す保護制御部３５０ａの判定部３５１ａは、電力変換器３２の正常運転時の内部変数ｘＩｄｃの調整範囲を示す第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２を有する。
　そして判定部３５１ａは、入力された内部変数ｘＩｄｃが設定された第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２を超えたことを検知すると「１」を判定情報ｓ１として出力し、これにより保護制御が行われる。また、判定部３５１ａは、入力された内部変数ｘＩｄｃが第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２以下となったことを検知すると「０」を判定情報ｓ１として出力し、この検知から予め定められた期間を経過すると保護制御が停止される。

　以下、本実施の形態３による保護制御部３５０ａを備えた電力変換装置３０における需要地系統８０の系統擾乱時の運転継続制御機能について説明する。
　需要地系統８０において系統擾乱が発生すると、前述したように、直流系統母線６０を流れる直流電流Ｉｄｃが低下する。直流電流制御部３３５の制御器９１は、前述したように、直流電流Ｉｄｃが直流電流指令Ｉｄｃ＊に追従するように内部変数ｘＩｄｃを生成する。保護制御部３５０ａは、内部変数ｘＩｄｃが、第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２を超えたことを検知すると、保護制御を行う。この保護制御により電力変換器３２が受電する交流電力が抑制され、電力変換器３２は受電する交流電力に応じた直流電力を出力するように、直流電流指令Ｉｄｃ＊を減少させるように調整する。こうして、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差が抑制され、内部変数ｘＩｄｃは第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２以下となり、予め定められた期間が経過した後に保護制御が停止される。

　図１５は、図１４に示す保護制御部３５０ａと異なる構成の保護制御部３５０ｂの構成を示すブロック図である。
　図１５に示す保護制御部３５０ｂの判定部３５１ｂは、第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２と、この第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２より小さい値に設定された下限閾値ｘＩｄｃｔｈ－ｌｏｗとを有する。
　そして、判定部３５１ｂは、入力された内部変数ｘＩｄｃが第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２を超えたことを検知すると「１」を判定情報ｓ１として出力し、これにより保護制御が行われる。また、判定部３５１ｂは、入力された内部変数ｘＩｄｃが下限閾値ｘＩｄｃｔｈ－ｌｏｗ以下となったことを検知すると「０」を判定情報ｓ１として出力し、この検知から予め定められた期間を経過すると保護制御が停止される。

　図１６は、図１４、図１５に示す保護制御部３５０ａ、３５０ｂとは異なる構成の保護制御部３５０ｃの構成を示すブロック図である。
　図１６に示す保護制御部３５０ｃは、検出した直流電流Ｉｄｃの値に応じて補正情報ｃｏｒの補正量を調整する補正量調整部３５６を有する。本実施の形態では、補正量調整部３５６は、直流電流Ｉｄｃの値に応じた３段階の補正値（１、　０．７，　０．４）を有している。こうして、補正量調整部３５６は、フリップフロップ回路５４からの出力５４ａを、乗算器５５により直流電流Ｉｄｃの値に応じて補正して、補正情報ｃｏｒの補正量を調整する。

　上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置３０によると、上記実施の形態１と同様の効果を奏し、電力変換装置３０は、直流電流Ｉｄｃを調整する内部変数ｘＩｄｃに基づいて、電力変換器３２の出力側に連系される系統の電圧異常等を検知し、発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。内部変数ｘＩｄｃは、電力変換装置３０の制御装置３３１内で演算される値であり、保護制御を行うための情報を他の電気設備から受信する必要がなく、電力変換装置３０単体で保護制御を行うことができる。

　また、電力変換装置３０は、出力側の直流電圧が閾値異常に至る前に、先に変動する直流電流Ｉｄｃに基づく内部変数ｘＩｄｃを用いて、出力側の系統の電圧異常を検知するものなので、出力側の直流電圧の電圧を定格動作範囲内に留めたまま、出力側の系統の電圧異常等を検知できる。これにより、設計制約の少ない高性能の電力変換装置３０を提供することができる。また、本実施の形態の電力変換装置３０を備える送電システム７０、電力システム１００においても、省スペース化、低コスト化が可能になると共に設計制約を少なくすることができる。

　また、保護制御部３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃは、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の正常運転時における定格範囲内の直流電流Ｉｄｃの変動に基づいた内部変数ｘＩｄｃの変動を、系統擾乱に起因する変動と誤検知するものではない。そのため、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の運転をより安定化させることができる。

　また、このように、保護制御の開始、停止の判定に用いる閾値に対して、異なる閾値（第２閾値ｘＩｄｃｔｈ２、下限閾値ｘＩｄｃｔｈ－ｌｏｗ）を用いてヒステリシス幅を設けておく。これにより、意図しない保護制御の開始、停止を抑止し、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の動作をより安定化させることができる。
　また、直流電流Ｉｄｃの値に応じて補正情報ｃｏｒの補正量を調整できるため、系統擾乱の度合いに応じて発電系統２０からの受電量を調整することができる。
　なお、図１３に示す直流電流制御部３３５には、制御器９１の出力を制限する出力リミッタ９０を設けたが、この出力リミッタ９０を設けない構成の直流電流制御部３３５でもよい。

実施の形態４．
　以下、本発明の実施の形態４を、上記実施の形態１、２、３と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１、２、３と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
　実施の形態１の図５に示した制御装置３１の保護制御部５０の変形例を示す。
　図１７は、本発明の実施の形態４による保護制御部４５０ａの構成を示すブロック図である。
　図１８は、図１７に示す保護制御部４５０ａとは異なる構成の保護制御部４５０ｂの構成を示すブロック図である。
　通常、電力変換装置３０が正常運転をしている場合は、直流電流Ｉｄｃと内部変数ｘＩｄｃとは比例関係にあるが、需要地系統８０において系統擾乱が発生し、直流電流Ｉｄｃが低下している場合はこの比例関係が崩れる。本実施の形態の保護制御部４５０ａ、４５０ｂは、直流電流Ｉｄｃと内部変数ｘＩｄｃとの関係が、所定の比例関係を超えて変動した場合に、保護制御を行うものである。

　まず、図１７に示す保護制御部４５０ａの制御について説明する。
　保護制御部４５０ａは、正常運転時の直流電流Ｉｄｃと内部変数ｘＩｄｃとの比例関係を表す比例定数Ｋを有する。また、判定部４５１ａは、電力変換器３２の正常運転時の前記比例関係の誤差に対して設定された第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３を有する。
　そして、判定部４５１ａは、Ｋ×ＩｄｃとｘＩｄｃとの偏差が第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３を超えたことを検知すると「１」を判定情報ｓ１として出力し、これにより保護制御が行われる。また、判定部４５１ａは、Ｋ×Ｉｄｃと内部変数ｘＩｄｃとの偏差が第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３以下となったことを検知すると「０」を判定情報ｓ１として出力し、この検知から予め定められた期間を経過すると保護制御が停止される。

　次に図１８に示す保護制御部４５０ｂの制御について説明する。
　保護制御部４５０ｂの判定部４５１ｂは、内部変数ｘＩｄｃを直流電流Ｉｄｃで除算した値が、設定された第４閾値ｘＩｄｃｔｈ４を超えたことを検知すると「１」を判定情報ｓ１として出力し、内部変数ｘＩｄｃを直流電流Ｉｄｃで除算した値が第４閾値ｘＩｄｃｔｈ４以下となったことを検知すると「０」を判定情報ｓ１として出力する。
　このように、上記保護制御部４５０ａ、４５０ｂは、直流電流Ｉｄｃと内部変数ｘＩｄｃとの比例関係を用いて、保護制御の開始、停止を行うものである。

　さらに、保護制御部は以下のように構成されるものでもよい。
　図１９は、本発明の実施の形態４による電力変換器３２の制御装置における保護制御部４５０ｃの構成を示すブロック図である。
　保護制御部４５０ｃの判定部４５１ｃは、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差が第１閾値Ｔ１を超えたことを検知すると「１」を判定情報ｓ１として出力する。また、判定部４５７は、Ｋ×ＩｄｃとｘＩｄｃとの偏差が第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３を超えたことを検知すると「０」を判定情報ｓ２として出力する。この判定情報ｓ１は、フリップフロップ回路５４のセット入力端子Ｓに入力されると共に、インバータ１１により反転された後にＡＮＤ回路１２の一方の端子にも入力される。また、判定情報ｓ２は、ＡＮＤ回路１２の他方の端子に入力される。ＡＮＤ回路１２の出力は、遅延器５３により予め定められた期間遅延されて、フリップフロップ回路５４のリセット入力端子Ｒに入力される。こうして、保護制御部４５０ｃは、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差が第１閾値Ｔ１を超え、且つ、Ｋ×ＩｄｃとｘＩｄｃとの偏差が第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３を超えたことを検知すると、補正情報ｃｏｒを出力して発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。

　判定部４５１ｃは、保護制御の実行によって直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差が第１閾値Ｔ１以下となったことを検知すると「０」を判定情報ｓ１として出力する。また、判定部４５７は、Ｋ×ＩｄｃとｘＩｄｃとの偏差が第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３以下となったことを検知すると「１」を判定情報ｓ２として出力する。ＡＮＤ回路１２の出力は遅延器５３により予め定められた期間遅延されて、フリップフロップ回路５４のリセット入力端子Ｒに入力される。こうして、判定部４５１ｃと判定部４５７によるこの検知から、予め定められた期間を経過すると、保護制御部４５０ｃは、補正情報ｃｏｒを「０」として無効にし、保護制御を停止する。

　上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置３０によると、上記実施の形態１と同様の効果を奏し、電力変換装置３０は、直流電流Ｉｄｃを調整する内部変数ｘＩｄｃの比例関係に基づいて電力変換器３２の出力側に連系される系統の電圧異常等を検知し、発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。内部変数ｘＩｄｃは、電力変換装置３０の制御装置３３１内で演算される値であり、保護制御を行うための情報を他の電気設備から受信する必要がなく、電力変換装置３０単体で保護制御を行うことができる。

　また、電力変換装置３０は、出力側の直流電圧が閾値異常に至る前に、先に変動する直流電流Ｉｄｃに基づく内部変数ｘＩｄｃの比例関係を用いて、出力側の系統の電圧異常をを検知するものなので、出力側の直流電圧の電圧を定格動作範囲内に留めたまま、出力側の系統の電圧異常等を検知できる。これにより、設計制約の少ない高性能の電力変換装置３０を提供することができる。また、本実施の形態の電力変換装置３０を備える送電システム７０、電力システム１００においても、省スペース化、低コスト化が可能になると共に設計制約を少なくすることができる。

　保護制御部４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃは、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の正常運転時における定格範囲内の直流電流Ｉｄｃの変動に応じた内部変数ｘＩｄｃの比例関係の変動を、系統擾乱に起因する変動と誤検知するものではない。そのため、電力変換装置３０、送電システム７０、１００の運転をより安定化させることができる。

　また、保護制御の開始、停止のそれぞれの判定において、複数の閾値である第１閾値Ｔ１および第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３を用いることで、信頼度の高い系統擾乱の検知が可能になり、誤検知を抑制することができる。また、２つの異なる閾値（第１閾値Ｔ１、第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３）を用いてヒステリシス幅を設けておくことで、意図しない保護制御の開始、停止を抑止する。これにより、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の動作をより安定化させることができる。

　なお、保護制御部４５０ｃでは、出力側の系統の電圧異常を検知するために、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差、およびＫ×ＩｄｃとｘＩｄｃとの偏差、の２つの条件を用いたが、この２つの条件の組み合わせに限定するものではない。例えば、内部変数ｘＩｄｃを直流電流Ｉｄｃで除算した値、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令Ｉｄｃ＊との偏差、の２つの条件の組み合わせでもよく、組み合わせは適宜選択可能である。

実施の形態５．
　以下、本発明の実施の形態５を、上記実施の形態１、２、３、４と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１、２、３、４と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
　実施の形態１の図５に示した制御装置３１の保護制御部５０の変形例を示す。
　図２０は、本発明の実施の形態５による保護制御部５５０の構成を示すブロック図である。
　図２１は、本発明の実施の形態５による逆電力変換器４２の制御装置５４１の構成を示すブロック図である。

　図２０に示す保護制御部５５０は、実施の形態４の図１７に示した保護制御部４５０ａにおいて、インバータ５２と、遅延器５３と、フリップフロップ回路５４とを除いた構成となっている。そのため、判定部４５１ａが、Ｋ×ＩｄｃとｘＩｄｃとの偏差が、設定された第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３以下となったことを検知すると、予め定めた期間を経過することなく即座に補正情報ｃｏｒを無効にして保護制御が停止される構成となっている。

　図２１に示す逆電力変換器４２の制御装置５４１は、実施の形態１に示した制御装置４１に対して、調整部としての直流電流調整部５５１と、直流電流制御部５４５とを加えた構成となっている。

　直流電流調整部５５１は、需要地系統８０において系統擾乱が発生したことを、逆電力変換器４２内のコンデンサ３の電圧Ｖｃａｐｘの変動に基づいて検知するように構成されている。そして、直流電流調整部５５１は、系統擾乱が発生したことを検知した場合に、逆電力変換器４２内に流入する直流電流Ｉｄｃを抑制するように、直流電圧指令Ｖｄｃ＊および直流電流指令Ｉｄｃ＊を補正する。
　また、直流電流調整部５５１は、需要地系統８０における系統擾乱の収束を、逆電力変換器４２内のコンデンサ３の電圧Ｖｃａｐｘの変動の収束に基づいて検知する。こうして、直流電流調整部５５１は、系統擾乱の収束を検知すると、直流電圧指令Ｖｄｃ＊および直流電流指令Ｉｄｃ＊の補正を停止する。

　直流電流制御部５４５は、逆電力変換器４２に流入する直流電流Ｉｄｃを、補正後の直流電流指令Ｉｄｃ＊に追従させるように制御演算を行い、直流制御指令５４５ａを生成して出力する。なお、この直流電流制御部５４５は、直流電流調整部５５１により需要地系統８０における系統擾乱が検知された場合にのみ動作するような構成となっている。
　直流電圧制御部４４は、逆電力変換器４２に入力される、直流側端子Ｅ２における直流電圧Ｖｄｃを、補正後の直流電圧指令Ｖｄｃ＊に追従させるように制御演算を行い、直流制御指令４４ａを生成して出力する。こうして、補正後の直流電圧指令Ｖｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃ＊とを用いて生成された直流制御指令４４ａと直流制御指令５４５ａとにより、直流電流Ｉｄｃが抑制される。

　以下、本実施の形態５による電力変換装置３０における、需要地系統８０の系統擾乱時の運転継続制御機能について説明する。
　需要地系統８０において系統擾乱が生じると、需要地系統８０側に接続される電力変換装置４０の直流電流調整部５５１がこの系統擾乱を検知する。そして直流電流調整部５５１は、逆電力変換器４２内に流入する直流電流Ｉｄｃを抑制するように、直流電圧指令Ｖｄｃ＊および直流電流指令Ｉｄｃ＊を補正する。これにより直流電流Ｉｄｃが抑制される。

　通常、電力変換装置３０が正常運転をしている場合は、直流電流Ｉｄｃと内部変数ｘＩｄｃとは比例関係にあるが、電力変換装置４０がこのように直流電流Ｉｄｃを抑制している制御を行っている場合は、この比例関係が崩れる。この場合、電力変換装置３０の保護制御部５５０の判定部４５１ａは、実施の形態４の判定部４５１ａと同様に、Ｋ×ＩｄｃとｘＩｄｃとの偏差が、設定された第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３を超えたことを検知して「１」を判定情報ｓ１として出力し、保護制御が行われる。

　電力変換装置４０の直流電流調整部５５１による直流電圧指令Ｖｄｃ＊および直流電流指令Ｉｄｃ＊の補正は、需要地系統８０における系統擾乱が生じている間は継続され、系統擾乱の収束が検知されることにより停止される。直流電圧指令Ｖｄｃ＊および直流電流指令Ｉｄｃ＊の補正が停止されて直流電流Ｉｄｃの抑制制御が停止されると、電力変換装置３０の判定部４５１ａは、Ｋ×Ｉｄｃと内部変数ｘＩｄｃとの偏差が設定された第３閾値ｘＩｄｃｔｈ３以下となったことを検知し、これにより即座に保護制御が停止される。

　上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置３０によると、上記実施の形態１と同様の効果を奏し、電力変換装置３０は、直流電流Ｉｄｃを調整する内部変数ｘＩｄｃの比例関係に基づいて電力変換器３２の出力側に連系される系統の電圧異常等を検知し、発電系統２０からの受電量を抑制する保護制御を行う。内部変数ｘＩｄｃは、電力変換装置３０の制御装置３３１内で演算される値であり、保護制御を行うための情報を他の電気設備から受信する必要がなく、電力変換装置３０単体で保護制御を行うことができる。

　また、電力変換装置３０は、出力側の直流電圧が閾値異常に至る前に、先に変動する直流電流Ｉｄｃに基づく内部変数ｘＩｄｃの比例関係を用いて、出力側の系統の電圧異常を検知するものなので、出力側の直流電圧の電圧を定格動作範囲内に留めたまま、出力側の系統の電圧異常等を検知できる。これにより、設計制約の少ない高性能の電力変換装置３０を提供することができる。また、本実施の形態の電力変換装置３０を備える送電システム７０、電力システム１００においても、省スペース化、低コスト化が可能になると共に設計制約を少なくすることができる。

　保護制御部５５０は、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の正常運転時における定格範囲内の直流電流Ｉｄｃの変動に応じた内部変数ｘＩｄｃの比例関係の変動を、系統擾乱に起因する変動と誤検知するものではない。そのため、電力変換装置３０、送電システム７０、電力システム１００の運転をより安定化させることができる。

　また、需要地系統８０側に接続される電力変換装置４０が、需要地系統８０における系統擾乱を検知して直流電流Ｉｄｃを抑制させるため、直流電流Ｉｄｃが自然に減少するよりもよりも早い段階で直流電流Ｉｄｃを減少させることができる。そのため、電力変換装置４０による系統擾乱の検知から、電力変換装置３０による迅速な保護制御の開始が可能となる。これにより、電力変換装置４０において受電する直流電力と出力する交流電力のアンバランスな状態を迅速に抑制して、電力変換装置４０を安定的に動作させることができる。

　実施の形態１では、需要地系統８０の系統擾乱が収束するまでに要する期間を予め定め、その期間の経過後に保護制御を停止していた。本実施の形態では、電力変換装置４０が需要地系統８０の系統擾乱の収束を検知し、系統擾乱が生じている間にのみ直流電流Ｉｄｃを抑制する。そのため、上記の予め定められた期間が不要となり、系統擾乱の収束の検知から、正常運転を再開するまでに要する時間を短縮することができる。

　なお、上記では電力変換装置４０の直流電流調整部５５１が、逆電力変換器４２内のコンデンサ３の電圧Ｖａｃｘの変動に基づいて系統擾乱を検知していたが、これに限定するものではない。例えば、直流電流調整部５５１が、逆電力変換器４２の交流側端子Ｅ１の交流電圧の情報に基づいて系統擾乱を検知してもよい。また例えば、コンデンサ３の電圧変動と交流側端子Ｅ１の交流電圧との両方の情報に基づいて検知するものでもよい。

　また、本実施の形態５の保護制御部５５０は、実施の形態４の図１７に示した保護制御部４５０ａにおいて、インバータ５２、遅延器５３、フリップフロップ回路５４を除いた構成を示したが、図１４、１５、１６、１８、１９、２０に示す保護制御部３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、４５０ｂ、４５０ｃに対して同様に上記回路を除いた構成の保護制御部を用いてもよい。

　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (19)

1. 発電系統に接続され、前記発電系統から受電する交流電力を直流電力に変換し、直流母線を介して送電する電力変換器と、該電力変換器を制御する制御装置とを備えた電力変換装置において、
   前記制御装置は、前記直流母線の直流電流を検出する検出部と、この直流電流の変動に基づいて、前記発電系統からの受電量を抑制する保護制御を行う保護制御部とを備えた、
   電力変換装置。
2. 前記制御装置は、前記電力変換器の受電端の交流電圧を、周波数および振幅が一定の交流電圧指令に追従させる交流電圧制御部と、前記直流電流を直流電流指令に追従させる直流電流制御部とを備え、前記交流電圧制御部の出力および前記直流電流制御部の出力に基づいて、前記電力変換器の出力電圧指令を生成する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記保護制御部は、前記直流電流と前記直流電流指令との偏差が、設定された第１閾値を超えた場合に、前記保護制御を行う、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記直流電流制御部は、前記直流電流指令と前記直流電流との偏差を入力として制御量を演算する制御器を備え、
   前記保護制御部は、前記制御量が設定された第２閾値を超えた場合に、前記保護制御を行う、
   請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記直流電流制御部は、前記直流電流指令と前記直流電流との偏差を入力として制御量を演算する制御器を備え、
   前記保護制御部は、前記直流電流と前記制御量との関係が、所定の比例関係を超えて変動した場合に、前記保護制御を行う、
   請求項２に記載の電力変換装置。
6. 前記保護制御部は、前記保護制御において、前記交流電圧指令の振幅を低下させて、前記発電系統からの受電量を抑制する、
   請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記直流電流制御部は、該直流電流制御部の出力を所定の制限値で制限する出力リミッタを備えた、
   請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記電力変換器は、それぞれ正側アームと負側アームとが直列接続され、各相交流線に接続される複数のレグ回路を正負の直流母線間に並列接続して備え、
   前記各レグ回路の前記正側アーム、前記負側アームのそれぞれは、互いに直列接続された複数の半導体素子の直列体と、この直列体に並列接続されたコンデンサとから成る単位変換器セルを複数直列接続して備えるものであり、
   前記制御装置は、前記各単位変換器セル内の前記コンデンサの電圧を、コンデンサ電圧指令に追従させるように前記直流電流指令を生成する、
   請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記保護制御部は、前記直流電流の前記変動の復帰に応じて、前記保護制御を停止する、
   請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
10. 前記保護制御部は、
    前記直流電流指令と前記直流電流との偏差、前記直流電流指令と前記直流電流との偏差を入力として演算される制御量、前記直流電流と前記制御量との比例関係、のいずれかがそれぞれに設定された範囲内となった場合に、前記保護制御を停止する、
    請求項２に記載の電力変換装置。
11. 前記保護制御部は、前記保護制御の停止を、前記直流電流の前記変動の復帰から設定された期間を経過した後に行う、
    請求項９に記載の電力変換装置。
12. 前記保護制御部は、前記保護制御の停止を、前記制御量、前記直流電流と前記制御量との比例関係、のいずれかのそれぞれに設定された範囲内への復帰から設定された期間を経過した後に行う、
    請求項１０に記載の電力変換装置。
13. 前記電力変換器からの送電電力は、直流電力を交流電力に変換する逆電力変換器を介して需要地系統に供給される、
    請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
14. 請求項１３に記載の前記電力変換装置と、前記逆電力変換器と、前記逆電力変換器を制御する制御装置とを備え、
    前記逆電力変換器の制御装置は、
    前記逆電力変換器の直流電圧を直流電圧指令に追従させる直流電圧制御部と、前記逆電力変換器の交流電流を交流電流指令に追従させる交流電流制御部とを備え、前記直流電圧制御部の出力および前記交流電流制御部の出力に基づいて、前記逆電力変換器の出力電圧指令を生成する、
    電力システム。
15. 前記逆電力変換器の制御装置は、前記直流電流を調整する調整部を備えた、
    請求項１４に記載の電力システム。
16. 前記調整部は、前記逆電力変換器の出力側の交流電圧の変動に基づいて、前記直流電流を調整する、
    請求項１５に記載の電力システム。
17. 前記逆電力変換器は、
    互いに直列接続された複数の半導体素子の直列体と、この直列体に並列接続されたコンデンサとを有する変換器を少なくとも１つ備え、
    前記調整部は、
    前記逆電力変換器内の前記コンデンサの電圧変動に基づいて、前記直流電流を調整する、
    請求項１５または請求項１６に記載の電力システム。
18. 少なくとも１つの発電装置と、該発電装置の発電電力を調整する発電側電力変換装置とを有する前記発電系統を備え、
    前記発電側電力変換装置は、
    前記保護制御部による前記保護制御に応じて、前記発電装置の発電電力の調整を行う、
    請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載の電力システム。
19. 前記発電側電力変換装置は、出力側の交流電圧が低下した際に、前記発電装置の発電電力の調整を行う、
    請求項１８に記載の電力システム。

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