JP6793876B1 - 電力変換システム - Google Patents

Abstract

電力変換システム（１００）は、第１交流系統（１２）と直流系統（１４）との間で電力変換を行なう自励式電力変換器（２）と、一次側が第１交流系統に接続され、二次側が自励式電力変換器に接続された第１変圧器（１３）と、第１変圧器の二次側の中性点（６２）とグランドとの間、または、第１変圧器の二次側および自励式電力変換器を接続する交流線路（６４）とグランドとの間に接続された第１インピーダンス回路（４１）とを備える。第１インピーダンス回路は、リアクトル（４３，４４，４５）および他の変圧器（４７，４９，５０）のいずれか一方を含む。

Description

本発明は、電力変換システムに関する。

複数の単位変換器がカスケード接続される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。）は、単位変換器の数を増加させることによって、高電圧化に容易に対応することができる。「単位変換器」は、「サブモジュール（sub module）」あるいは「変換器セル」とも称される。ＭＭＣ変換器は、大容量の静止型無効電力補償装置、または高圧直流送電用の電力変換装置として、送配電系統へ広く適用されている。

特開２０１５−１３０７４６号公報（特許文献１）では、ＭＭＣ変換器で構成される電力変換装置が変圧器を介して三相電力系統に連系しており、変圧器の二次側の中性点は接地されている。

特開２０１５−１３０７４６号公報

特許文献１のように、ＭＭＣ方式等の自励式の電力変換器を含む電力変換システムでは、電力変換器の対地直流電位を固定するために変圧器の二次側の中性点が接地される。しかし、特許文献１では、変圧器の二次側の中性点が直接接地されているため、例えば、電力変換器および変圧器に接続される交流線路の地絡事故、または電力変換器に接続された直流線路の地絡事故が発生した際に、中性点の接地を介して大きな事故電流が流れてしまう。

本開示のある局面における目的は、自励式の電力変換器の対地直流電位を固定しつつ、当該電力変換器の交流側または直流側で地絡事故が発生した際に流れる事故電流を低減することが可能な電力変換システムを提供することである。

ある実施の形態に従う電力変換システムは、第１交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、一次側が第１交流系統に接続され、二次側が自励式電力変換器に接続された第１変圧器と、第１変圧器の二次側の中性点とグランドとの間、または、第１変圧器の二次側および自励式電力変換器を接続する交流線路とグランドとの間に接続された第１インピーダンス回路とを備える。第１インピーダンス回路は、リアクトルおよび他の変圧器のいずれか一方を含む。

他の実施の形態に従う電力変換システムは、第１交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、一次側が第１交流系統に接続され、二次側が自励式電力変換器に接続された第１変圧器と、第１変圧器の二次側の中性点とグランドとの間、または、第１変圧器の二次側および自励式電力変換器を接続する交流線路とグランドとの間に接続された第１インピーダンス回路とを備える。第１インピーダンス回路は、他の電力変換器を含む。中性点に交流電圧が印加されている場合、他の電力変換器は、中性点およびグランド間の電圧と、他の電力変換器の出力電圧との差電圧が閾値電圧未満となるように、出力電圧を制御する。中性点に直流電圧が印加されている場合、他の電力変換器は、出力電圧をゼロ電圧に制御する。

さらに他の実施の形態に従う電力変換システムは、交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう電力変換器と、直流系統の正極側に接続された第１インピーダンス回路と、直流系統の負極側に接続された第２インピーダンス回路とを備える。第１インピーダンス回路および第２インピーダンス回路の各々は、抵抗およびコンデンサの少なくとも一方で構成されている。正極側および負極側は、それぞれ第１インピーダンス回路および第２インピーダンス回路を介して接地されている。

本開示によると、自励式の電力変換器の対地直流電位を固定しつつ、当該電力変換器の交流側または直流側で地絡事故が発生した際に流れる事故電流を低減することができる。

実施の形態１に従う電力変換システムの概略構成を示す図である。 電力変換装置の概略構成図である。 図２の各レグ回路を構成するサブモジュールの一例を示す回路図である。 インピーダンス回路として空心リアクトルを適用した例を示す図である。 インピーダンス回路として鉄心リアクトルを適用した例を示す図である。 インピーダンス回路としてギャップ付き鉄心リアクトルを適用した例を示す図である。 インピーダンス回路として鉄心リアクトルおよび抵抗の直列回路を適用した例を示す図である。 インピーダンス回路として計器用変圧器を適用した例を示す図である。 インピーダンス回路として計器用変圧器および抵抗の直列回路を適用した例を示す図である。 インピーダンス回路として計器用変圧器およびヒューズの直列回路を適用した例を示す図である。 インピーダンス回路として接地用変圧器を適用した例を示す図である。 インピーダンス回路としての電力変換器用変圧器に電力変換器を接続した例を示す図である。 インピーダンス回路としてフィルタ回路を適用した例を示す図である。 実施の形態２に従う電力変換システムの概略構成を示す図である。 実施の形態３に従う電力変換システムの概略構成を示す図である。 実施の形態４に従う電力変換システムの概略構成を示す図である。 実施の形態５に従う電力変換システムの概略構成を示す図である。 インピーダンス回路として電力変換器を適用した例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の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．
＜システムの全体構成＞
図１は、実施の形態１に従う電力変換システム１００の概略構成を示す図である。図１を参照して、電力変換システム１００は、単極構成の直流送電系統の電力を制御するためのシステムである。直流系統１４を構成する正極側の直流送電線１４Ｐおよび負極側の直流送電線１４Ｎを介して、２つの交流系統１２，１２Ａ間で電力が送受される。交流系統１２，１２Ａは、３相交流系統である。例えば、直流系統１４は、静電容量を有する直流送電線である。

図１において、電力変換システム１００がＨＶＤＣ（High Voltage Direct Current）システムに対応する場合、直流送電線１４Ｐ，１４Ｎの長さは、例えば、数十ｋｍ〜数百ｋｍである。電力変換システム１００がＢＴＢ（Back To Back）システムに対応する場合、直流送電線１４Ｐ，１４Ｎの長さは、例えば、数ｍ〜数十ｍである。なお、図１では直流系統が２端子の場合を示している。

電力変換装置１は、直流系統１４と交流系統１２との間で電力変換を行なう自励式の電力変換器２と、制御装置３とを含む。典型的には、電力変換器２はＭＭＣ変換方式の電力変換器によって構成される。ただし、電力変換器２は、ＭＭＣ変換方式以外の変換方式であってもよい。電力変換器２は、直流送電線１４Ｐ，１４Ｎに接続される。また、電力変換器２は、変圧器１３を介して交流系統１２に接続される。電力変換器２および変圧器１３は、交流線路６４を介して接続される。制御装置３は、電力変換器２の動作を制御する。また、制御装置３は、制御装置３Ａと通信可能に構成されている。

電力変換装置１Ａは、自励式の電力変換器２Ａと、制御装置３Ａとを含む。電力変換器２Ａは直流送電線１４Ｐ，１４Ｎを介して電力変換器２と接続される。電力変換器２Ａは、変圧器１３Ａを介して交流系統１２Ａに接続される。電力変換器２Ａおよび変圧器１３Ａは、交流線路６４Ａを介して接続される。制御装置３Ａは電力変換器２Ａの動作を制御する。電力変換装置１Ａは、電力変換装置１と同様の構成を有する。

交流系統１２Ａから交流系統１２に電力が送電される場合、電力変換器２Ａは順変換器（ＲＥＣ：Rectifier）として動作し、電力変換器２は逆変換器（ＩＮＶ：Inverter）として動作する。具体的には、電力変換器２Ａにより交流電力が直流電力に変換され、この変換された直流電力が直流送電線１４Ｐ，１４Ｎを介して直流送電される。受電端において電力変換器２により直流電力が交流電力に変換され、変圧器１３を介して交流系統１２に供給される。電力変換器２Ａが逆変換器として動作し、電力変換器２が順変換器として動作する場合には、上記と逆の変換動作が行われる。

変圧器１３は、交流系統１２と電力変換器２との間に接続されている。具体的には、変圧器１３の一次側に交流系統１２が接続され、二次側に電力変換器２が接続されている。例えば、変圧器１３は、Ｙ−Ｙ結線の三相変圧器である。変圧器１３は、Ｙ結線された一次巻線を有しており、二次巻線の中性点６２はインピーダンス回路４１を介して接地されている。すなわち、インピーダンス回路４１は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続されている。詳細は後述するが、インピーダンス回路４１は、リアクトル、計器用変圧器、あるいは接地用変圧器等により構成されている。

変圧器１３の二次側の中性点６２をインピーダンス回路４１を介して接地することで、電力変換器２の対地直流電位を固定できる。これにより、電力変換器２の正極および負極の対地電圧に極端な不平衡が生じないため、不平衡を考慮した過大な絶縁設計を回避できる。また、中性点６２がインピーダンス回路４１を介して接地されることで、電力変換器２の直流側（例えば、直流送電線１４Ｐ，１４Ｎ）あるいは交流側（例えば、交流線路６４）での地絡事故の発生時に、グランドに流れる事故電流がインピーダンス回路４１によって低減される。したがって、電力変換器２および変圧器１３に過大な電流が流れるのを防ぐことができる。

変圧器１３Ａは、交流系統１２Ａと電力変換器２Ａとの間に接続されている。具体的には、変圧器１３Ａの一次側に交流系統１２Ａが接続され、二次側に電力変換器２Ａが接続されている。例えば、変圧器１３Ａは、Ｙ−Ｙ結線の三相変圧器である。なお、変圧器１３Ａの二次側の中性点６２Ａは、事故が発生していない通常時には接地されていない。

＜電力変換装置の構成＞
図２は、電力変換装置１をＭＭＣ変換方式により構成した場合の概略構成図である。図２を参照して、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２中の「ＳＭ」に対応）７を含むＭＭＣ変換器によって構成されている。

電力変換器２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、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路４は、交流系統１２と直流系統１４との間に接続され、両系統間で電力変換を行なう。電力変換器２には、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入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器１３を介して交流系統１２に接続される。図２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１３との接続は図示されていない。各レグ回路４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、直流系統１４に接続される。

レグ回路４ｕ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５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入力端子Ｎｕが変圧器１３と接続される。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。当該複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ａは互いに直列接続されている。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。当該複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ｂは互いに直列接続されている。

電力変換装置１は、制御に使用される電気量（例えば、電流、電圧など）を計測する各検出器として、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、各レグ回路４に設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂとを含む。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。

図１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。

交流電圧検出器１０は、交流系統１２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。交流電流検出器１６は、交流系統１２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１１Ａは、直流系統１４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１１Ｂは、直流系統１４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。

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。同様に、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。

図３は、図２の各レグ回路を構成するサブモジュールの一例を示す回路図である。具体的には、図３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、蓄電要素３２と、電圧検出器３３とを含む。直列体と蓄電要素３２とは並列接続される。電圧検出器３３は、蓄電要素３２の両端の電圧を検出する。

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蓄電要素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、蓄電要素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。図３では、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としたが、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としてもよく、その場合には、動作が反転する。

スイッチング素子３１ｐ、３１ｎは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off）サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等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（ＦＷＤ：Freewheeling Diode）が逆並列に接続されて構成される。蓄電要素３２には、フィルムコンデンサなどが主に用いられる。

上記で説明したサブモジュール７の構成は一例であって、他の構成のサブモジュール７を本実施の形態に適用してもよい。例えば、サブモジュール７は、フルブリッジ型の変換回路を用いて構成されていてもよい。

再び、図２を参照して、制御装置３は、入力された電流値および電圧値に基づいて、電力変換器２の動作を制御する。制御装置３は、典型的には、ハードウェア構成として、補助変成器、ＡＤ（Analog to Digital）変換部、演算部等を含む。演算部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。ＡＤ変換部は、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ等を含む。制御装置３は、例えば、ディジタル保護制御装置で構成される。

＜インピーダンス回路の構成＞
インピーダンス回路４１の各種の構成について説明する。

（リアクトル）
図４〜図７を参照して、インピーダンス回路４１が主にリアクトルにより構成される例について説明する。図４は、インピーダンス回路４１として空心リアクトルを適用した例を示す図である。

図４を参照して、インピーダンス回路４１としての空心リアクトル４３は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続される。ここで、リアクトルは、交流的には高インピーダンスとなるが、直流的には低インピーダンス（例えば、理想的には零）となる。そのため、空心リアクトル４３を介して中性点６２を接地することにより、直流的には低インピーダンスとなり効果的な接地を行なうことができ、交流的には高インピーダンスとなり事故電流を低減することができる。

また、３相交流系統に用いられる電力変換器２においては、出力電圧に三次高調波を重畳する方式が採用される場合がある。この方式は、三次高調波を適切に重畳することにより、線間電圧の三次高調波成分をキャンセルし、出力電圧利用率を改善するために用いられる。当該方式が採用される場合には、事故が発生していない通常時においても、三次高調波が変圧器１３の中性点に印加されることで、それに伴う電流がグランドに流れてしまう。しかし、交流的に高いインピーダンスを有する空心リアクトル４３をインピーダンス回路４１として適用することで、三次高調波によりグランドへ流れる電流を低減できる。したがってグランドに流れる電流による損失増加、および環境への影響も低減できる。

さらに、三次高調波は、電力変換器２の交流側および直流側の対地インピーダンスバランスにより、交流側と直流側のそれぞれの端子に分布する。ここで、特許文献１のように、変圧器の中性点を直接接地してしまうと、電力変換器２の直流側（すなわち、直流系統１４側）に印加される三次高調波の割合が増大する。そのため、直流送電線１４Ｐ，１４Ｎでは直流電圧に三次高調波が重畳する波形が現れ、直流送電線１４Ｐ，１４Ｎの絶縁設計、ラジオノイズ、誘導電流等の点から問題がある。しかし、インピーダンス回路４１のインピーダンスを適切に設定することで、直流側に重畳する三次高調波を低減できる。

具体的には、インピーダンス回路４１（ここでは、空心リアクトル４３）のインピーダンスＺｇは、以下の３つの条件Ａ１〜Ａ３に基づいて設定される。なお、条件Ａ１〜Ａ３は、インピーダンス回路４１として空心リアクトル４３を適用する構成だけではなく、以下に説明するインピーダンス回路４１の各種構成に共通して適用される条件である。

第１に、電力変換器２の直流側あるいは交流側の地絡事故発生時において、電力変換器２に流れる事故電流をスイッチング素子３１ｐ，３１ｎの電流耐量以下にするとの条件Ａ１を満たすようにインピーダンスＺｇを設定する。

第２に、三次高調波が中性点６２に印加されることによりグランドへ流れる電流Ｉｇを電流閾値Ｉｔｈ以下にするとの条件Ａ２を満たすようにインピーダンスＺｇを設定する。

第３に、電力変換器２の直流側に印加される三次高調波の割合が全体のＸ％となるとの条件Ａ３を満たすようにインピーダンスＺｇを設定する。具体的には、電力変換器２の交流側のインピーダンスをＺａｃ、直流側のインピーダンスをＺｄｃとすると、Ｘ＝１００×｛Ｚｄｃ／（Ｚａｃ＋Ｚｄｃ）｝となる。ここで、インピーダンスＺａｃのうち、インピーダンスＺｇ以外のインピーダンスをＺａｃ０とすると、Ｚａｃ＝Ｚｇ＋Ｚａｃ０となる。そのため、インピーダンスＺｇを適切に設定することで、電力変換器２の直流側に印加される三次高調波の割合が全体のＸ％となるように調整できる。

インピーダンス回路４１として空心リアクトル４３を採用する場合には、空心リアクトル４３のインピーダンス（より具体的には、インダクタンス）を条件Ａ１〜Ａ３を満たすように設定する。これにより、地絡事故時の電流を低減し、通常時の三次高調波による電流を低減し、三次高調波の重畳による直流電圧の振動を緩和できる。

なお、空心リアクトル４３は、地絡事故時に中性点６２あるいは交流線路６４に直流電圧が重畳しても飽和する恐れがないため、飽和による大電流の懸念がないという利点を有する。

図５は、インピーダンス回路４１として鉄心リアクトルを適用した例を示す図である。図５を参照して、インピーダンス回路４１としての鉄心リアクトル４４は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続される。

ここで、電力変換器２の交流側あるいは直流側の地絡事故時の事故電流の低減効果、通常時にグランドへ流れる電流の低減効果、および直流送電線１４Ｐ，１４Ｎに重畳する三次高調波成分の低減効果は、インピーダンス回路４１のインピーダンスが大きいほど大きくなる。

鉄心リアクトル４４は、図４の空心リアクトル４３と比べて、規模を大きくすることなく容易にインダクタンスを大きく、すなわち、交流電流に対するインピーダンスの値を大きくできる。一方、インダクタンスを大きくしても、直流的にはインピーダンスが大きくならないため、対地直流電位の固定の効果が損なわれない。

したがって、上記の条件Ａ１〜Ａ３を満たすために、インピーダンス（この場合、インダクタンス）を大きくする必要がある場合には、インピーダンス回路４１として鉄心リアクトル４４を適用する構成が有利となる。

図６は、インピーダンス回路４１としてギャップ付き鉄心リアクトルを適用した例を示す図である。図６を参照して、インピーダンス回路４１としてのギャップ付き鉄心リアクトル４５は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続される。

ギャップ付き鉄心リアクトル４５は、図５の鉄心リアクトル４４よりも飽和し難い。そのため、直流系統１４あるいは交流線路６４の地絡事故時に、中性点６２あるいは交流線路６４に直流電圧が重畳した際に、飽和により事故電流が過大になることを防ぐことができる。

また、ギャップ付き鉄心リアクトル４５は鉄心を有するため、図４の空心リアクトル４３よりも容易にインダクタンスを大きくできる。したがって、上記の条件Ａ１〜Ａ３を満たすために、インダクタンスを大きくする必要がある場合には、インピーダンス回路４１として空心リアクトル４３を適用するよりもギャップ付き鉄心リアクトル４５を適用する構成が有利となる。

図７は、インピーダンス回路４１として鉄心リアクトルおよび抵抗の直列回路を適用した例を示す図である。図７を参照して、インピーダンス回路４１は、鉄心リアクトル４４と抵抗４６とが直列接続された直列回路で構成されている。

図７に示す構成によると、直流系統１４あるいは交流線路６４の地絡事故時において、中性点６２あるいは交流線路６４に直流電圧が重畳した場合、当該直流電圧が抵抗４６で分圧されるため、鉄心リアクトル４４に印加される直流電圧を低減できる。そのため、鉄心リアクトル４４が飽和し難くなる。また、仮に鉄心リアクトル４４が飽和した場合であっても、抵抗４６により事故電流を低減することができる。なお、鉄心リアクトル４４の代わりに図６に示すギャップ付き鉄心リアクトル４５を適用しても、同様の効果が得られる。すなわち、インピーダンス回路４１は、ギャップ付き鉄心リアクトル４５と抵抗４６とが直列接続された直列回路で構成されていてもよい。

このように、インピーダンス回路４１として図７に示す直列回路を適用することで、電力変換器２の直流あるいは交流側の地絡事故時の事故電流を低減でき、鉄心の飽和を発生し難くでき、仮に飽和が発生した場合であっても事故電流を低減することができる。ただし、抵抗４６の抵抗値が大きすぎると、インピーダンス回路４１が直流的に高インピーダンスになってしまい、電力変換器２の対地直流電位の固定の効果が低減してしまう。そのため、抵抗４６の抵抗値は、電力変換器２の対地直流電位の固定の効果が確保される程度に設定する必要がある。

（変圧器）
図８〜図１２を参照して、インピーダンス回路４１が変圧器により構成される例について説明する。図８は、インピーダンス回路４１として計器用変圧器を適用した例を示す図である。

図８を参照して、インピーダンス回路４１としての計器用変圧器４７は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続される。具体的には、計器用変圧器４７の一次巻線が中性点６２とグランドとの間に接続される。ここで、計器用変圧器４７は、インダクタとして機能するため、上述した鉄心リアクトル４４と同様の効果が得られる。

具体的には、中性点６２が計器用変圧器４７を介して接地されることで、直流的には低インピーダンスとなり効果的な接地を行なうことができ、交流的には高インピーダンスとなり事故電流を低減できる。また、インピーダンス回路４１として計器用変圧器４７を採用することで、中性点６２あるいは交流線路６４の対地電圧を測定できるため、別途計測用の機器を設ける必要がない。なお、上記の条件Ａ１〜Ａ３を満たすように、計器用変圧器４７のインピーダンスが設定されることが好ましい。

図９は、インピーダンス回路４１として計器用変圧器および抵抗の直列回路を適用した例を示す図である。図９を参照して、インピーダンス回路４１は、計器用変圧器４７と抵抗４６とが直列接続された直列回路で構成されている。

計器用変圧器４７の一次電流耐量は小さい。そのため、計器用変圧器４７が飽和した場合には、その際に流れる電流を低減しない限り計器用変圧器４７が焼損する恐れがある。図９に示すように、抵抗４６を計器用変圧器４７と直列に接続する構成によると、直流系統１４あるいは交流線路６４の地絡事故時に、中性点６２あるいは交流線路６４に直流電圧が重畳した場合、当該直流電圧が抵抗４６で分圧されるため、計器用変圧器４７に印加される直流電圧を低減できる。そのため、計器用変圧器４７が飽和し難くなる。また、仮に計器用変圧器４７が飽和した場合であっても、抵抗４６により事故電流を低減することができる。

ただし、図７の構成と同様に、抵抗４６の抵抗値が大きすぎると、インピーダンス回路４１は直流的に高インピーダンスになってしまい、電力変換器２の対地直流電位の固定の効果が低減してしまう。そのため、抵抗４６の抵抗値は、電力変換器２の対地直流電位の固定の効果が確保される程度に設定する必要がある。

図１０は、インピーダンス回路４１として計器用変圧器およびヒューズの直列回路を適用した例を示す図である。図１０を参照して、インピーダンス回路４１は、計器用変圧器４７とヒューズ４８とが直列接続された直列回路で構成されている。

図１０に示すように、ヒューズ４８を計器用変圧器４７と直列に接続する構成によると、直流系統１４あるいは交流線路６４の地絡事故時に、中性点６２あるいは交流線路６４に直流電圧が重畳した際に計器用変圧器４７が飽和した場合であっても、事故電流が過大になる前にヒューズ４８により事故電流を遮断できる。これにより、計器用変圧器４７が焼損するのを防止できる。なお、ヒューズ４８は、計器用変圧器４７の電流耐量以下で切断されるように構成される。

このように、図１０の構成では、通常時においては計器用変圧器４７を用いて、直流的に低インピーダンスとなり効果的な接地を行なうことができ、交流的には高インピーダンスとなり事故電流を低減する。また、事故時においては、事故電流が過大になる前にヒューズ４８が切断されるため、計器用変圧器４７をより精度よく保護することができる。

図１１は、インピーダンス回路４１として接地用変圧器を適用した例を示す図である。図１１を参照して、インピーダンス回路４１としての接地用変圧器４９は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続される。具体的には、接地用変圧器４９の一次巻線が中性点６２とグランドとの間に接続される。接地用変圧器４９は、インダクタとして機能するため、上述した鉄心リアクトル４４と同様の効果が得られる。

具体的には、中性点６２が接地用変圧器４９を介して接地されることで、直流的には低インピーダンスとなり効果的な接地を行なうことができ、交流的には高インピーダンスとなり事故電流を低減できる。また、一般的に、接地用変圧器４９は、計器用変圧器４７よりも電流耐量が大きい。そのため、仮に、直流系統１４あるいは交流線路６４の地絡事故時に接地用変圧器４９が飽和した場合であっても、計器用変圧器４７よりも接地用変圧器４９の方が焼損し難いという利点を有する。

図１２は、インピーダンス回路４１としての電力変換器用変圧器に電力変換器を接続した例を示す図である。図１２を参照して、インピーダンス回路４１としての電力変換器用変圧器５０は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続される。具体的には、電力変換器用変圧器５０の一次巻線が中性点６２とグランドとの間に接続される。電力変換器用変圧器５０はインダクタとして機能するため、上述した鉄心リアクトル４４と同様の効果が得られる。

電力変換器用変圧器５０は、電力変換用の単相変圧器であり、その一次巻線が中性点６２とグランドとの間に接続され、二次巻線が電力変換器５１に接続される。電力変換器５１は、電圧を制御できる機能を有していればよく、自励式および他励式のいずれの電力変換器であってもよい。

また、制御装置５５は、電力変換器５１の動作を制御する。典型的には、制御装置５５は、制御装置３と同様のハードウェア構成を有しており、例えば、ディジタル保護制御装置で構成される。電圧検出器５４は、中性点６２およびグランド間の対地電圧である電圧Ｖоを検出する。制御装置５５は、電圧検出器５４により検出された電圧Ｖоの入力を受け付け、電圧Ｖｏを常時監視している。

通常時においては、制御装置５５は、電力変換器５１を運転させずに待機させる。しかし、直流系統１４あるいは交流線路６４の地絡事故が発生すると、制御装置５５は、電圧Ｖоの増大を検出して、電圧Ｖоの対向電圧を出力するように電力変換器５１を制御する。具体的には、制御装置５５の指示に従って、電力変換器５１は、電圧Ｖоと、電力変換器用変圧器５０の一次側電圧Ｖ１（すなわち、電圧Ｖоの対向電圧）との差電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となるように、電力変換器用変圧器５０の二次側電圧Ｖ２を制御する。例えば、差電圧は、電圧Ｖоの振幅値と一次側電圧Ｖ１の振幅値との差分、または、電圧Ｖоの実効値と一次側電圧Ｖ１の実効値との差分である。これにより、電力変換器用変圧器５０に流れる事故電流を低減できる。

したがって、図１２の構成によると、通常時においては電力変換器用変圧器５０を用いて、直流的には低インピーダンスとなり効果的な接地を行なうことができ、交流的には高インピーダンスとなり事故電流を低減できる。また、事故時においては、中性点６２の対地電圧に対する対向電圧（すなわち、一次側電圧Ｖ１）を出力するように、電力変換器用変圧器５０の二次側電圧Ｖ２が制御されるため事故電流を低減することができる。

（フィルタ回路）
図１３は、インピーダンス回路４１としてフィルタ回路を適用した例を示す図である。図１３を参照して、インピーダンス回路４１としてのフィルタ回路５６は、リアクトル５８と、コンデンサ５７とを並列接続した並列回路である。なお、リアクトル５８は、上述した空心リアクトル４３、鉄心リアクトル４４およびギャップ付き鉄心リアクトル４５のいずれであってもよい。

電力変換器２において、出力電圧に三次高調波を重畳する方式を採用している場合、通常時および地絡事故時のいずれにおいても、変圧器１３の中性点６２に三次高調波が印加される。また、地絡事故時においては、基本波も中性点６２に印加される。そのため、グランドに流れる電流を低減するためには、インピーダンス回路４１としては、少なくとも基本波および三次高調波の各周波数の電圧に対して高インピーダンスであることが好ましい。

そこで、図１３の構成では、電力変換器２の出力電圧の基本波成分および三次高調波成分に対して高インピーダンスとなるようなフィルタ回路５６を中性点６２とグランドとの間に接続する。これにより、通常時および地絡事故時にグランドへ流れる、基本波および三次高調波に起因する電流を低減することができる。具体的には、フィルタ回路５６は、電力変換器２の出力電圧の基本波成分および三次高調波成分を減衰させるように構成される。例えば、フィルタ回路５６は、基本波成分に対応する周波数（すなわち、基本周波数）以上の周波数に対応する電圧を減衰させるローパスフィルタであってもよい。

リアクトル単体で基本波成分および三次高調波成分に対して高インピーダンスを実現する場合には規模が大きくなってしまうが、フィルタ回路５６によると規模を小さくすることができる。また、フィルタ回路５６によると、リアクトル５８のインダクタンスとコンデンサ５７の静電容量とを調整することで、規定の次数に対して高いインピーダンスを実現できる。さらに、フィルタ回路５６は、リアクトル５８およびコンデンサ５７の並列回路により構成されているため、直流電流はリアクトル５８を介して流れる。そのため、直流的にはインピーダンスが大きくならず、電力変換器２の対地直流電位を固定することができる。

したがって、図１３の構成によると、インピーダンス回路４１の規模を低減しつつ、通常時および地絡事故時のグランド電流を低減することができる。

＜インピーダンス回路のインダクタンス＞
図４〜図１３において、インピーダンス回路４１の構成例について説明した。ここでは、インピーダンス回路４１のインダクタンスの設定方式について説明する。

電力変換システム１００に存在する電力変換器２とグランドとの間、および直流系統１４とグランドとの間には浮遊の静電容量が存在する。そのため、各浮遊静電容量と、中性点６２およびグラント間に接続されるインピーダンス回路４１のインダクタンスＬｓとから規定される共振周波数が存在する。一方、制御装置３は、予め定められた制御周波数Ｆｓで電力変換器２を制御する。そのため、電力変換器２を制御するための制御周波数Ｆｓが共振周波数を中心とする一定範囲内に存在してしまうと、共振が発生して電力変換器２の動作が不安定になる可能性がある。

そこで、インピーダンス回路４１のインダクタンスＬｓは、上記共振が発生しないように設定される。具体的には、電力変換器２とグランドとの間の浮遊静電容量Ｃ１、および直流系統１４とグランドとの間の浮遊静電容量Ｃ２を予め見積もっておく。次に、浮遊静電容量Ｃ１とインダクタンスＬｓとから規定される共振周波数ｆ１、浮遊静電容量Ｃ２とインダクタンスＬｓとから規定される共振周波数ｆ２を算出する。

そして、共振周波数ｆ１と制御周波数Ｆｓとの差分である差分周波数が閾値Ｆｔｈ（例えば、制御周波数Ｆｓの２倍）以上との条件Ｙ１と、共振周波数ｆ２と制御周波数Ｆｓとの差分周波数が閾値Ｆｔｈ以上との条件Ｙ２とを満たすように、インピーダンス回路４１のインダクタンスＬｓを設定する。

また、電力変換器２の周辺機器（例えば、冷却装置）とグランドとの間に存在する浮遊静電容量を考慮する構成であってもよい。この場合、周辺機器とグランドとの間の浮遊静電容量Ｃ３とインダクタンスＬｓとから規定される共振周波数ｆ３を算出する。そして、インダクタンスＬｓは、条件Ｙ１およびＹ２に加えて、さらに、共振周波数ｆ３と制御周波数Ｆｓとの差分が閾値Ｆｔｈ以上との条件Ｙ３を満たすように設定されてもよい。

なお、電力変換器２の動作に対する影響に応じて、条件Ｙ１〜Ｙ３のいずれかのみを考慮してインダクタンスＬｓを設定する構成であってもよい。例えば、条件Ｙ１のみを満たすようにインダクタンスＬｓを設定してもよいし、条件Ｙ２のみを満たすようにインダクタンスＬｓを設定してもよい。

上記のようにインピーダンス回路４１のインダクタンスを設定することで、電力変換器２を安定的に動作させることができる。また、上述した条件Ａ１〜Ａ３と、条件Ｙ１〜Ｙ３とを満たすようなインピーダンス回路４１を設計することで、地絡事故時の電流の低減、通常時の三次高調波による電流の低減、直流電圧の振動緩和、共振の発生防止を実現することができる。

＜利点＞
実施の形態１によると、変圧器１３の中性点６２をインピーダンス回路４１を介して接地することにより、自励式の電力変換器２の対地直流電位を固定しつつ、電力変換器２の交流側または直流側で地絡事故が発生した際に流れる事故電流を低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、図１に示すように変圧器１３の中性点６２にインピーダンス回路４１を接続する構成について説明した。実施の形態２では、変圧器１３の中性点６２および変圧器１３Ａの中性点６２Ａにインピーダンス回路を接続する構成について説明する。

図１４は、実施の形態２に従う電力変換システム１００Ａの概略構成を示す図である。図１４を参照して、電力変換システム１００Ａは、図１の電力変換システム１００に、開閉器６１，６１Ａと、中性点６２Ａに接続されるインピーダンス回路４１Ａとを追加した構成に相当する。典型的には、インピーダンス回路４１Ａは、インピーダンス回路４１と同様の構成を有する。インピーダンス回路４１Ａは、中性点６２Ａとグランドとの間に接続される。

開閉器６１は、インピーダンス回路４１と直列接続される。具体的には、開閉器６１は、インピーダンス回路４１とグランドとの間に接続される。ただし、開閉器６１は、中性点６２とインピーダンス回路４１との間に接続されていてもよい。開閉器６１Ａは、インピーダンス回路４１Ａと直列接続される。具体的には、開閉器６１Ａは、インピーダンス回路４１Ａとグランドとの間に接続される。ただし、開閉器６１Ａは、中性点６２Ａとインピーダンス回路４１Ａとの間に接続されていてもよい。

ＢＴＢまたはＨＶＤＣは、２台以上の電力変換器２を直流送電線によって接続することで実現される。電力変換システム１００Ａにおいて、電力変換器２，２Ａの対地直流電位を固定するためには、変圧器１３の中性点６２あるいは変圧器１３Ａの中性点６２Ａのいずれか一方をインピーダンス回路を介して接地すればよい。逆に、中性点６２および中性点６２Ａをインピーダンス回路を介して接地すると、中性点６２、グランド、および中性点６２Ａを介してループ電流が流れてしまい、損失増加および環境影響の観点から好ましくない。

一方で、ＢＴＢまたはＨＶＤＣでは、事故発生時あるいはメンテナンス時に、電力変換器２および２Ａのいずれか一方が運転不能となった際にも、健全な電力変換器のみでの運転を要求される場合がある。二端子のＢＴＢまたはＨＶＤＣにおいても、直流送電線（すなわち、直流系統１４）に設けられた開閉器（図示しない）を開路し、運転不能な電力変換器を健全な電力変換器から切り離して、無効電力のみを系統に出力する運転が想定される。このような場合、健全な電力変換器の対地直流電圧を固定するためには、健全な電力変換器に接続された変圧器の中性点がインピーダンス回路を介して接地されている必要がある。

そのため、通常時においては、電力変換器２，２Ａのいずれか一方に接続された変圧器の中性点のみをインピーダンス回路を介して接地し、他方の中性点は非接地としておく。そして、接地された中性点を有する変圧器に接続された電力変換器が運転不能になった場合、他の電力変換器に接続された変圧器の中性点が、インピーダンス回路を介して接地できるように構成されていることが好ましい。

そこで、電力変換システム１００Ａでは、中性点６２がインピーダンス回路４１および開閉器６１を介して接地されるとともに、中性点６２Ａがインピーダンス回路４１Ａおよび開閉器６１Ａを介して接地される。通常時においては、開閉器６１，６１Ａを制御することにより、中性点６２，６２Ａのいずれか一方のみをインピーダンス回路４１または４１Ａを介して接地しておく。すなわち、開閉器６１および開閉器６１Ａのうちの一方は閉路されており、他方は開路される。これにより、電力変換器２，２Ａの対地直流電位を固定することができ、通常時に中性点６２，６２Ａおよびグランドを介したループ電流が流れることもない。

例えば、中性点６２のみがインピーダンス回路４１を介して接地されている場合に電力変換器２が運転不能になった際には、直流系統１４に設けられた開閉器（図示しない）を開路することで当該電力変換器２を系統から切り離す。さらに、開閉器６１を開路し、開閉器６１Ａを閉路することで、中性点６２Ａをインピーダンス回路４１Ａを介して接地する。これにより、健全な電力変換器２Ａの対地直流電位を固定することができる。なお、開閉器６１の開閉は制御装置３によって制御され、開閉器６１Ａの開閉は制御装置３Ａによって制御される。直流系統１４に設けられた開閉器の開閉は、制御装置３または３Ａによって制御される。

以下、処理手順の一例を説明する。ここでは、初期状態において、中性点６２がインピーダンス回路４１を介して接地され、中性点６２Ａは接地されていないものとする。制御装置３は、電力変換器２の交流側または直流側で事故が発生した場合（あるいは、電力変換器２のメンテナンス時期が到来した場合）、電力変換器２の運転を停止させる。また、制御装置３は、交流系統１２および変圧器１３との間に設けられた交流遮断器（図示しない）を開路し、直流系統１４に設けられた開閉器を開路することで当該電力変換器２を系統から切り離す。さらに、制御装置３は、開閉器６１を開路する。

制御装置３は、各検出器（例えば、交流電流検出器１６、交流電圧検出器１０、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂ）から取得した電気量に基づいて、制御演算を実行し、演算値が整定値を上回っている場合に事故が発生したと判断してもよいし、外部装置から事故が発生した旨の通知を受け付けてもよい。また、制御装置３は、予め内部メモリに予め記憶された情報に基づいてメンテナンス時期の到来を判断してもよいし、外部装置からメンテナンス時期の到来を示す通知を受け付けてもよい。

制御装置３Ａは、制御装置３から電力変換器２の運転停止の通知を受信すると、開閉器６１Ａを閉路する。これにより、中性点６２Ａはインピーダンス回路４１を介して接地される。

＜利点＞
実施の形態２によると、各中性点６２，６２Ａにインピーダンス回路４１および開閉器を直列接続することにより、通常時および事故発生時のいずれの場合においても、１つの中性点のみをインピーダンス回路４１を介して接地することができる。そのため、ループ電流を防止しつつ、各電力変換器２，２Ａの対地直流電位を固定することができる。

実施の形態３．
上述した実施の形態１では、中性点６２とグランドとの間にインピーダンス回路４１を接続する構成について説明した。実施の形態３では、交流線路６４とグランドとの間にインピーダンス回路を接続する構成について説明する。

図１５は、実施の形態３に従う電力変換システム１００Ｂの概略構成を示す図である。図１５を参照して、電力変換システム１００Ｂは、図１の電力変換システム１００のように中性点６２にインピーダンス回路４１を接続するのではなく、交流線路６４にインピーダンス回路４１を接続するように構成される点で、電力変換システム１００と異なる。電力変換システム１００Ｂのそれ以外の構成については電力変換システム１００と同様である。

具体的には、交流線路６４の各相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）とグランドとの間にインピーダンス回路４１が接続される。これにより、図１に示す電力変換システム１００のように中性点６２をインピーダンス回路４１を介して接地する構成と同様に、電力変換器２の対地直流電位を固定することができる。

また、電力変換システム１００Ｂのように、交流線路６４の各相をインピーダンス回路４１を介して接地する構成によると、変圧器１３として、二次側に中性点を設けない結線を有する変圧器を採用できる。例えば、変圧器１３としてＹ−Δ結線の三相変圧器を採用することができる。

一般的に、電力変換器２の出力電圧に三次高調波を重畳する構成では、三次高調波の交流系統１２への流出を防止するため、変圧器１３のいずれかの巻線にΔ結線が適用される。また、交流系統１２が超高圧系統である場合には、変圧器１３の一次巻線はＹ結線される場合が多い。このような状況を鑑みると、図１に示す電力変換システム１００の場合には、中性点を設けるために変圧器１３の二次巻線をＹ結線にし、かつΔ結線の三次巻線を新たに設けることが好ましい。そのため、変圧器１３としてＹ−Ｙ−Δ結線の三相変圧器を採用する必要がある。一方、電力変換システム１００Ｂでは、電力変換システム１００と比較してインピーダンス回路４１の個数は増加するが、変圧器１３としてＹ−Δ結線の三相変圧器を採用できるため、変圧器１３のコストを低減できる。

なお、図１５に示す各インピーダンス回路４１には、図４〜図１３に示すインピーダンス回路４１と同様の構成を採用できる。なお、図１５に示す各インピーダンス回路４１に、図１２に示すインピーダンス回路４１の構成を採用する場合には、各相の交流電圧を検出するための電圧検出器５４と、各相の電圧を制御するための電力変換器５１とが設けられる。この場合、制御装置５５の指示に従って、各相に対応する電力変換器５１は、交流線路６４とグランドとの間の交流電圧と、電力変換器用変圧器５０の一次側電圧Ｖ１との差電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となるように二次側電圧Ｖ２を制御する。

また、実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせた構成であってもよい。この場合、インピーダンス回路４１Ａは、交流線路６４Ａとグランドとの間に接続される。より具体的には、交流線路６４の各相にインピーダンス回路４１および開閉器６１を直列接続するとともに、交流線路６４Ａの各相にインピーダンス回路４１Ａおよび開閉器６１Ａを直列接続する。そして、交流線路６４の各相、あるいは交流線路６４Ａの各相がインピーダンス回路４１を介して接地されるように、開閉器６１，６１Ａの開閉が制御される。例えば、各開閉器６１が閉路され、交流線路６４の各相がインピーダンス回路４１を介して接地されている場合、各開閉器６１Ａは開路されており、交流線路６４Ａの各相は接地されていない。

＜利点＞
実施の形態３によると、変圧器１３の構成を制限することなく、実施の形態１と同様の利点が得られる。

実施の形態４．
上述した実施の形態では、電力変換器２の交流側（例えば、中性点６２および交流線路６４の各相）をインピーダンス回路４１を介して接地する構成について説明した。実施の形態４では、電力変換器２の直流側をインピーダンス回路を介して接地する構成について説明する。

図１６は、実施の形態４に従う電力変換システム１００Ｃの概略構成を示す図である。図１６を参照して、電力変換システム１００Ｃは、図１の電力変換システム１００のように中性点６２にインピーダンス回路４１を接続するのではなく、直流系統１４にインピーダンス回路を接続するように構成される点で、電力変換システム１００と異なる。電力変換システム１００Ｃのそれ以外の構成については電力変換システム１００と同様である。

具体的には、正極側の直流送電線１４Ｐにインピーダンス回路７１が接続され、負極側の直流送電線１４Ｎにインピーダンス回路７２が接続される。インピーダンス回路７１およびインピーダンス回路７２を接続する線路は接地されている。インピーダンス回路７１，７２は、通常時および事故時に流れる電流を低減するため、直流的に高インピーダンスである必要がある。そのため、インピーダンス回路７１，７２は、抵抗およびコンデンサの少なくとも一方により構成される。したがって、インピーダンス回路７１，７２は、直流的に低インピーダンスとなる上記のインピーダンス回路４１とは異なる。

上記構成により、電力変換器２の対地直流電位を固定しつつ、通常時および事故時に流れる電流を低減できる。なお、図１６の例では、インピーダンス回路７１およびインピーダンス回路７２を接続する線路を接地す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、インピーダンス回路７１とインピーダンス回路７２とを接続せずに、インピーダンス回路７１および７２の各々を直接接地する構成であってもよい。このことから、正極側の直流送電線１４Ｐがインピーダンス回路７１を介して接地され、負極側の直流送電線１４Ｎがインピーダンス回路７２を介して接地される構成であればよい。

＜利点＞
実施の形態４によると、直流送電線１４Ｐ，１４Ｎをそれぞれインピーダンス回路７１，７２を介して接地することにより、自励式の電力変換器２の対地直流電位を固定しつつ、通常時および事故時に流れる電流を低減することができる。

実施の形態５．
図１７は、実施の形態５に従う電力変換システム１００Ｄの概略構成を示す図である。図１７を参照して、電力変換システム１００Ｄでは、電力変換器２の直流側の対地インピーダンスが正極および負極で平衡するように構成される。

一般的に、電力変換器２には冷却装置等が付帯されており、当該付帯機器とグランドとの間には、浮遊の静電容量および絶縁抵抗等の対地インピーダンスが存在する。また、ケーブル系統ＨＶＤＣの場合、直流系統１４には線路長に応じた対地静電容量が存在する。対地インピーダンス８１は、電力変換器２の正極側の直流端子および直流送電線１４Ｐと、グランドとの間に存在する対地インピーダンスである。対地インピーダンス８２は、電力変換器２の負極側の直流端子および直流送電線１４Ｎと、グランドとの間に存在する対地インピーダンスである。

対地インピーダンス８１と対地インピーダンス８２とが平衡していれば（すなわち、同じであれば）、電力変換器２の対地直流電位を固定できる。そのため、対地インピーダンス８１と対地インピーダンス８２とが平衡するように、対地インピーダンスを有する機器等を設計する。なお、構成上、対地インピーダンス８１と対地インピーダンス８２とが平衡しない場合には、正極および負極で対地インピーダンスが平衡するように、インピーダンス回路８３を直流送電線１４Ｐまたは１４Ｎに追加する。図１７の例では、インピーダンス回路８３を直流送電線１４Ｎに接続されている。これにより、電力変換器２の対地直流電位を固定できる。

＜利点＞
実施の形態５によると、電力変換器２の正極側および負極側の対地インピーダンスを平衡をとるように設計することで、電力変換器２の対地直流電位を固定することができる。

その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態１では、インピーダンス回路４１の各種構成例について説明したが、当該構成に限られない。例えば、インピーダンス回路４１として電力変換器を用いる構成であってもよい。

図１８は、インピーダンス回路として電力変換器を適用した例を示す図である。図１８を参照して、インピーダンス回路４１としての電力変換器９１は、変圧器１３の二次側の中性点６２とグランドとの間に接続される。

制御装置９３は、電力変換器９１の動作を制御する。典型的には、制御装置９３は、制御装置３と同様のハードウェア構成を有しており、例えば、ディジタル保護制御装置で構成される。電圧検出器５４は、中性点６２およびグランド間の対地電圧である電圧Ｖоを検出する。制御装置９３は、電圧検出器５４により検出された電圧Ｖоの入力を受け付け、電圧Ｖｏを常時監視している。

通常時においては、電力変換器９１は、制御装置９３の指示に従って、中性点６２からみてインダクタと等価となるように出力電圧を制御する。制御装置９３は、電圧Ｖоに基づいて、中性点６２に交流電圧が印加されているのか、中性点６２に直流電圧が印加されているのか、あるいは、中性点６２に交流電圧および直流電圧の両方が印加されているのかを判定する。具体的には、制御装置９３は、中性点６２に印加される電圧の極性が周期的に変化し、かつ当該電圧が正負で対称であるとの条件Ｂ１を満たす場合には、中性点６２に交流電圧が印加されていると判定する。また、制御装置９３は、中性点６２に印加される電圧の極性が一定であり、かつ当該電圧の振幅が変化しないとの条件Ｂ２を満たす場合には、中性点６２に直流電圧が印加されていると判定する。さらに、制御装置９３は、中性点６２に印加される電圧が条件Ｂ１および条件Ｂ２のいずれも満たさない場合には、中性点６２には交流電圧および直流電圧の両方が印加されていると判定する。

制御装置９３は、中性点６２に交流電圧が印加されていると判定した場合、電力変換器９１から電圧Ｖоの対向電圧を出力させる。具体的には、制御装置９３の指示に従って、電力変換器９１は、電圧Ｖоと、電力変換器９１の出力電圧Ｖｓ（すなわち、電圧Ｖоの対向電圧）との差電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となるように出力電圧Ｖｓを制御する。例えば、差電圧は、電圧Ｖоの振幅値と出力電圧Ｖｓの振幅値との差分、または、電圧Ｖоの実効値と出力電圧Ｖｓの実効値との差分である。これにより、グランドに流れる交流電流を低減できる。

一方、制御装置９３は、電圧Ｖоに基づいて中性点６２に直流電圧が印加されていると判定した場合、電力変換器９１からゼロ電圧を出力させる。具体的には、制御装置９３の指示に従って、電力変換器９１は、出力電圧Ｖｓをゼロ電圧に制御する。これにより、電流がグランドへ流れる。

さらに、制御装置９３は、電圧Ｖоに基づいて中性点６２に交流電圧および直流電圧が印加されていると判定した場合、電力変換器９１から、電圧Ｖоの交流成分のみに対する対向電圧を出力させる。具体的には、制御装置９３は、電圧Ｖоから交流成分のみを抽出した交流電圧Ｖоａｃを生成する。制御装置９３の指示に従って、電力変換器９１は、交流電圧Ｖоａｃと、電力変換器９１の出力電圧Ｖｓとの差電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となるように出力電圧Ｖｓを制御する。この場合、出力電圧Ｖｓは、電圧Ｖоの交流成分（すなわち、交流電圧Ｖоａｃ）の対向電圧に相当する。これにより、グランドに流れる交流電流成分を低減しつつ直流電流成分をグランドに流すことができる。

事故が発生していない通常時において、上記のような制御動作を行なうことにより、電力変換器９１は等価的にインダクタとみなすことができ、上述した鉄心リアクトル４４による接地と同様の効果が得られる。

また、直流系統１４あるいは交流線路６４の地絡事故時においては、中性点６２に交流電圧が印加される。そのため、制御装置９３は、電力変換器９１から電圧Ｖоの対向電圧を出力させる。具体的には、制御装置９３の指示に従って、電力変換器９１は、電圧Ｖоと出力電圧Ｖｓとの差電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となるように出力電圧Ｖｓを制御する。これにより、グランドに流れる事故電流を低減できる。

上記のような電力変換器９１の制御動作によって、通常時においては、電力変換器９１を用いて直流的には低インピーダンスとなり効果的な接地を行なうことができ、交流的には高インピーダンスとなり電流を低減できる。また、事故時においては、中性点６２の対地電圧に対する対向電圧（すなわち、出力電圧Ｖｓ）を出力するように、電力変換器９１が制御されるため事故電流を低減することができる。

なお、図１５に示す各インピーダンス回路４１に、図１８に示すインピーダンス回路４１の構成を採用する場合には、各相の交流電圧を検出するための電圧検出器５４と、各相の電圧を制御するための電力変換器９１とが設けられる。この場合、制御装置９３の指示に従って、各相に対応する電力変換器９１は上記のような制御動作を実行する。

（２）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明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、本発明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。本発明の範囲は、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。

１，１Ａ 電力変換装置、２，２Ａ，５１，９１ 電力変換器、３，３Ａ，５５，９３ 制御装置、４，４ｕ，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，５８ 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、１２，１２Ａ 交流系統、１３，１３Ａ 変圧器、１４ 直流系統、１６ 交流電流検出器、４１，４１Ａ，７１，７２，８３ インピーダンス回路、４３ 空心リアクトル、４４ 鉄心リアクトル、４５ ギャップ付き鉄心リアクトル、４６ 抵抗、４７ 計器用変圧器、４８ ヒューズ、４９ 接地用変圧器、５０ 電力変換器用変圧器、５６ フィルタ回路、５７ コンデンサ、６１，６１Ａ 開閉器、６２，６２Ａ 中性点、６４，６４Ａ 交流線路、８１，８２ 対地インピーダンス、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 電力変換システム。

Claims (13)

1. 第１交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
   一次側が前記第１交流系統に接続され、二次側が前記自励式電力変換器に接続され、かつ当該二次側がＹ結線された第１変圧器と、
   前記第１変圧器の二次側の中性点とグランドとの間に接続された第１インピーダンス回路とを備え、
   前記第１変圧器の二次側の中性点は直接接地されておらず、
   前記第１インピーダンス回路は、リアクトルを含むがコンデンサを含まない第１の回路で構成されるか、または他の変圧器を含む、電力変換システム。
2. 前記リアクトルは、空心リアクトル、鉄心リアクトルまたはギャップ付き鉄心リアクトルである、請求項１に記載の電力変換システム。
3. 前記第１インピーダンス回路は、前記第１の回路で構成され、
   前記リアクトルは、鉄心リアクトルまたはギャップ付き鉄心リアクトルであり、
   前記第１の回路は、前記鉄心リアクトルと抵抗とが直列接続された直列回路、または、前記ギャップ付き鉄心リアクトルと前記抵抗とが直列接続された直列回路で構成されている、請求項１に記載の電力変換システム。
4. 前記第１インピーダンス回路は、前記他の変圧器を含み、
   前記他の変圧器は、計器用変圧器である、請求項１に記載の電力変換システム。
5. 前記第１インピーダンス回路は、前記計器用変圧器と抵抗とが直列接続された直列回路で構成されている、請求項４に記載の電力変換システム。
6. 前記第１インピーダンス回路は、前記計器用変圧器とヒューズとが直列接続された直列回路で構成されている、請求項４に記載の電力変換システム。
7. 前記第１インピーダンス回路は、前記他の変圧器を含み、
   前記他の変圧器は、接地用変圧器である、請求項１に記載の電力変換システム。
8. 第１交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
   一次側が前記第１交流系統に接続され、二次側が前記自励式電力変換器に接続された第１変圧器と、
   前記第１変圧器の二次側の中性点とグランドとの間、または、前記第１変圧器の二次側および前記自励式電力変換器を接続する交流線路と前記グランドとの間に接続された第１インピーダンス回路とを備え、
   前記第１変圧器の二次側の中性点は直接接地されておらず、
   前記第１インピーダンス回路は、リアクトルおよび他の変圧器のいずれか一方を含み、
   一次側が第２交流系統に接続された第２変圧器と、
   前記自励式電力変換器と前記直流系統を介して接続され、かつ前記第２変圧器の二次側に接続された他の自励式電力変換器と、
   前記第２変圧器の二次側の中性点とグランドとの間、または、前記第２変圧器の二次側および前記他の自励式電力変換器を接続する交流線路と前記グランドとの間に接続された第２インピーダンス回路と、
   前記第１インピーダンス回路と直列接続された第１開閉器と、
   前記第２インピーダンス回路と直列接続された第２開閉器とをさらに備え、
   前記第２変圧器の二次側の中性点は直接接地されておらず、
   前記第２インピーダンス回路は、前記リアクトルおよび前記他の変圧器のいずれか一方を含み、
   前記第１開閉器および前記第２開閉器のうちの一方は閉路されており、他方は開路されている、電力変換システム。
9. 第１交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
   一次側が前記第１交流系統に接続され、二次側が前記自励式電力変換器に接続された第１変圧器と、
   前記第１変圧器の二次側の中性点とグランドとの間、または、前記第１変圧器の二次側および前記自励式電力変換器を接続する交流線路と前記グランドとの間に接続された第１インピーダンス回路とを備え、
   前記第１変圧器の二次側の中性点は直接接地されておらず、
   前記第１インピーダンス回路は、他の変圧器を含み、
   前記他の変圧器の二次側に接続された他の電力変換器をさらに備え、
   前記他の変圧器の一次側が前記中性点と前記グランドとの間に接続される場合、前記他の電力変換器は、前記中性点および前記グランド間の電圧と、前記他の変圧器の一次側電圧との差電圧が閾値電圧未満となるように、前記他の変圧器の二次側電圧を制御する、電力変換システム。
10. 第１交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
    一次側が前記第１交流系統に接続され、二次側が前記自励式電力変換器に接続された第１変圧器と、
    前記第１変圧器の二次側の中性点とグランドとの間、または、前記第１変圧器の二次側および前記自励式電力変換器を接続する交流線路と前記グランドとの間に接続された第１インピーダンス回路とを備え、
    前記第１変圧器の二次側の中性点は直接接地されておらず、
    前記第１インピーダンス回路は、他の電力変換器を含み、
    前記中性点に交流電圧が印加されている場合、前記他の電力変換器は、前記中性点および前記グランド間の電圧と、前記他の電力変換器の出力電圧との差電圧が閾値電圧未満となるように、前記出力電圧を制御し、
    前記中性点に直流電圧が印加されている場合、前記他の電力変換器は、前記出力電圧をゼロ電圧に制御する、電力変換システム。
11. 第１交流系統と直流系統との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
    一次側が前記第１交流系統に接続され、二次側が前記自励式電力変換器に接続された第１変圧器と、
    前記第１変圧器の二次側の中性点とグランドとの間、または、前記第１変圧器の二次側および前記自励式電力変換器を接続する交流線路と前記グランドとの間に接続された第１インピーダンス回路とを備え、
    前記第１変圧器の二次側の中性点は直接接地されておらず、
    前記第１インピーダンス回路は、リアクトルおよび他の変圧器のいずれか一方を含み、
    前記第１インピーダンス回路のインダクタンスと、予め定められた静電容量とから規定される共振周波数と、前記自励式電力変換器を制御するための制御周波数との差分である差分周波数が閾値以上となるように、前記インダクタンスが設定され、
    前記予め定められた静電容量は、前記自励式電力変換器が接続される前記直流系統と前記グランドとの間の浮遊静電容量、または、前記自励式電力変換器と前記グランドとの間の浮遊静電容量である、電力変換システム。
12. 前記第１インピーダンス回路は、前記リアクトルとコンデンサとが並列接続されたフィルタ回路で構成されており、
    前記フィルタ回路は、前記自励式電力変換器の出力電圧の基本波成分および三次高調波成分を減衰させる、請求項８または請求項１１に記載の電力変換システム。
13. 前記自励式電力変換器は、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〜請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換システム。

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