JP2000175463A

JP2000175463A - 電圧形自励式交直変換器の制御装置

Info

Publication number: JP2000175463A
Application number: JP10343858A
Authority: JP
Inventors: Masato Taira; 政人平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】不平衡地絡事故中の健全相の過電圧を低減す
る交直変換器の制御装置を提供する。【解決手段】無効電力の調整により交流系統の電圧を
制御する交流電圧制御回路１０を有する制御装置に対し
て、交流系統の不平衡地絡事故検出時、交流電圧制御回
路１０の入力信号を補正する信号補正手段２５を設け、
無効電力を遅相運転方向へ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力系統間で
電力の授受を行うための直流送電システムに用いられる
電圧形自励式交直変換器（以下、変換器という）の制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】異なる交流系統間で電力を融通するため
に、各電力系統端に変換器を配置し、直流端子相互間を
直流送電線を介して接続した直流送電システムが用いら
れる。この変換器は、交流から直流へ電力を変換する順
変換器と直流から交流へ電力を変換する逆変換器から構
成されている。

【０００３】ここで、直流送電システム及び従来の変換
器の制御装置について図６を用いて説明する。図６は２
端子直流送電システムの構成例を示している。図６にお
いて、交流系統が接続される母線１Ａに変換器用変圧器
２Ａを介して変換器３Ａが接続されている。変換器３Ａ
は、各アームがＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor ）や
ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar mode Transistor）
等の自己消弧型のスイッチング素子とそれに逆並列に接
続されたダイオードとからなる、６相または１２相のブ
リッジ回路の構成になっている。変換器３Ａの直流端子
間にはコンデンサ４Ａが分路に接続され、その先に直流
送電線５を介して、相手端子の変換器３Ｂに接続され
る。相手端の変換器の直流端子側にもコンデンサ４Ｂが
接続され、変換器用変圧器２Ｂを介して別の交流系統の
母線１Ｂに接続されている。

【０００４】２端子直流送電の場合、潮流方向に応じて
給電側の変換器が順変換器として運転し、受電側の変換
器が逆変換器として運転する。制御装置及び検出装置に
ついては、双方の変換器とも同じ構成のものが適用でき
るので、図６は変換器３Ａに対してのみ記載している。

【０００５】変換器３Ａ側において、直流電圧検出器６
により直流電圧を検出している。また、交流母線１Ａと
変換器用変圧器２Ａとの間に配置された変流器１６によ
り検出された交流電流Ｉａと交流母線に設置されている
計器用変圧器１７により検出された系統電圧に基づき有
効電力検出器７により変換器端の有効電力を検出してい
る。さらに、系統電圧に基づき交流電圧検出器９により
交流電圧を検出している。

【０００６】直流電圧は、直流電圧設定値と比較され、
その結果得られる直流電圧偏差が直流電圧及び有効電力
制御回路８への入力として与えられる。また、有効電力
と有効電力設定値との比較の結果得られる有効電力偏差
も直流電圧及び有効電力制御回路８への入力として与え
られる。さらに、交流電圧と交流電圧設定値の比較の結
果得られる交流電圧偏差が交流電圧制御回路１０の入力
として与えられる。そして、これらの偏差値を零にする
ように各々の回路８，１０から制御信号が出力される。
この制御信号は、交流電流の有効電力成分であるｄ軸電
流及び無効電力成分であるｑ軸電流の設定値として、交
流電流制御回路１１の入力信号となる。

【０００７】変流器１６により検出された交流電流は、
３相／２相変換回路１２により有効電力成分（ｄ軸電
流）と無効電力成分（ｑ軸電流）に変換され、交流電流
制御回路１１に与えられる。交流電流制御回路１１は、
検出された交流電流の有効電力成分と無効電力成分がそ
れぞれ直流電圧及び有効電力制御回路８の出力である有
効電力成分設定値、及び、交流電圧制御回路１０の出力
である無効電力成分設定値と等しくなるようにＰＷＭ
（Pulse Width Modulation）制御のための位相角φと制
御率Ｃｍを演算しＰＷＭ制御回路１３に与える。また、
位相検出回路１４は、系統電圧に基づいて交流母線１Ａ
の電圧位相θを検出してＰＷＭ制御回路１３に与える。
ＰＷＭ制御回路１３は、位相角φ、制御率Ｃｍ及び電圧
位相θをもとにＰＷＭのための搬送波信号と三相正弦波
のＰＷＭ制御信号を作成し、パルス発生回路１５に与え
る。パルス発生回路１５は、これらの２信号をもとにオ
ンパルス、オフパルス発生のタイミングを決定し、変換
器３Ａに対してオンパルス及びオフパルスを発生する。
このパルスにより変換器３Ａの各アームのスイッチング
素子をオン、オフすることにより、直流電圧、有効電
力、及び、交流電圧を制御している。

【０００８】このような制御装置を適用することにより
直流送電システムにおいて、有効電力設定値で設定した
大きさの電力を順変換器から逆変換器へ送電し、各変換
器は母線の交流電圧が設定値の値になるような無効電力
で運転する。一般的に、交流電圧の設定値は各変換器で
独立に持っているが、直流電圧と有効電力の設定値は各
変換器で共通の値に設定される。そして、両変換器で直
流電圧と有効電力を分担して制御し、一方の変換器側で
直流電圧を一定に保ちながら、他方の変換器側で順変換
器から逆変換器へ融通する有効電力を制御している。

【０００９】なお、説明上変換器３Ａの無効電力の向き
は、変換器が遅相運転となる方向、即ち、誘導性無効電
力を増加させる方向を正としている。従って、交流電圧
制御回路１０の入力値が正側に変化すると無効電力は遅
相運転に移行し交流電圧が低下する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の変換器の制御装
置の交流電圧制御は、交流電圧の変動時に変動を抑制す
るために変換器の無効電力量の調整を行うものであっ
た。しかし、交流電圧制御の電圧検出方式によっては、
不平衡地絡事故で生ずる交流電圧の変動を正確に検出で
きない。特に、変圧器の中性点が非接地の系統では、不
平衡地絡事故発生時に健全相で過電圧が発生する場合が
あるが、従来の制御装置では、その過電圧を検出して遅
相方向に変化させ過電圧を低減させるのではなく、逆に
進相方向に変化させ電圧をさらに大きくする可能性があ
る。これは、中性点接地では事故中でも中性点の電圧は
零であるのに対し、中性点非接地では健全時は対地電圧
と平衡しているため中性点の電圧は零になるが地絡事故
発生時には対地と中性点の間に電位差が発生する。これ
により、例えば、１相地絡事故の場合は、図７のベクト
ル図のように健全相の対地電圧が√３倍になり図７の交
流電圧波形のように過電圧となる。このとき、交流電圧
制御で使用する交流電圧検出器９が三相全波整流方式等
を採っていると健全相の過電圧を検出できず、不平衡地
絡事故中の健全相の過電圧を低減することができない。
本発明の目的は、不平衡地絡事故中の健全相の過電圧を
低減する変換器の制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、［請求項１］の発明に係る電圧形自励式交直変換器
の制御装置は、無効電力の調整により交流系統の電圧を
制御する交流電圧制御回路を有する制御装置に対して、
交流系統の不平衡地絡事故の検出により、その交流電圧
制御回路の入力信号を補正する信号補正手段を設け、無
効電力を遅相運転方向に制御することとした。

【００１２】［請求項１］の発明では、信号補正手段に
より、不平衡地絡事故検出時に交流電圧制御回路の入力
信号を補正して変換器の無効電力を遅相方向へ制御する
ため、交流電圧を低下させ、健全相の過電圧を低減する
ことができる。

【００１３】［請求項２］の発明に係る電圧形自励式交
直変換器の制御装置は、無効電力の調整により交流系統
の電圧を制御する交流電圧制御回路を有する制御装置に
対して、交流系統の不平衡地絡事故の検出により、その
交流電圧制御回路の出力信号を補正する信号補正手段を
設け、無効電力を遅相運転方向へ制御することとした。

【００１４】［請求項２］の発明では、信号補正手段に
より、不平衡地絡事故検出時に交流電圧制御回路の出力
信号を補正して変換器の無効電力を遅相方向に制御する
ため、交流電圧を低下させ、健全相の過電圧を低減する
ことができる。

【００１５】［請求項３］の発明に係る電圧形自励式交
直変換器の制御装置は、［請求項１］または［請求項
２］の制御装置において、送電線地絡相の遮断器復帰指
令により信号補正手段を通常運転状態に戻すこととし
た。

【００１６】［請求項３］の発明では、送電線地絡相の
遮断器復帰指令により信号補正手段の出力が通常運転状
態に戻るため、事故回復時に交流電圧制御の出力を元に
戻すことができる。

【００１７】［請求項４］の発明に係る電圧形自励式交
直変換器の制御装置は、［請求項３］の制御装置におい
て、前記信号補正手段は、送電線地絡相の遮断器復帰指
令より一定時間後に通常運転状態に戻すこととした。
［請求項４］の発明では、送電線地絡相の遮断器復帰指
令から一定時間後に通常運転状態に戻すため、事故回復
時、交流電圧制御の出力の回復が安定する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図５を用いて説明する。各図において同一符号は、
同一部分または相当部分を示しており、既に説明した部
分の説明は省略する。なお、交流系主回路の中性点は非
接地とする。

【００１９】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態による変換器の制御装置について図１を用いて説
明する。本実施の形態による変換器の制御装置は、図６
に示した従来の構成に対し、交流電圧制御回路１０の入
力補正値と、入力補正のオン、オフを行うスイッチ１
９、スイッチ１９を入切するための交流系統不平衡地絡
事故検出信号とホールド回路１８を追加している。な
お、入力補正値はあらかじめ解析・試験等で得られた値
を固定値として設定する。

【００２０】次に、本実施の形態による変換器の制御装
置の動作について説明する。定常運転中に交流系統で不
平衡地絡事故が発生すると中性点非接地系であるため、
前述したように健全相で交流過電圧となる。事故発生
時、保護リレー等により出力される交流系統不平衡地絡
事故検出信号がホールド回路１８で保持される。そし
て、このホールド回路１８の出力により、スイッチ１９
がオンとなり、入力補正値が交流電圧制御回路１０の入
力に加算される。交流電圧制御回路１０は、入力値が正
の方向に変化することにより出力が大きくなり、変換器
の無効電力は遅相運転方向に移行される。これにより交
流系統において健全相の電圧が低下する。

【００２１】なお、交流系統不平衡地絡事故検出信号と
して、保護リレーからの地絡相の遮断器動作指令を用い
ることもできる。また、ホールド回路１８に一定時間後
に出力をオフするよう時限タイマ機能を持たせることも
できる。この場合は、例えば落雷等による瞬時的な地絡
事故に効果がある。

【００２２】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、不平衡地絡事故の発生により、変換器の無効電力が
遅相方向に制御され交流電圧が低下する。これにより、
第１の実施の形態と同様に健全相の交流過電圧を低減す
ることができる。

【００２３】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態による変換器の制御装置について図２を用いて説
明する。本実施形態による変換器の制御装置は、図６に
示した従来の構成に対し、交流電圧制御回路１０の指令
値に乗じる値（１．０）と乗算器２３、乗算値を零にす
るためのスイッチ１９と加算器２４、スイッチ１９を入
切するための交流系統不平衡地絡事故検出信号とホール
ド回路１８を追加している。

【００２４】次に、本実施の形態による変換器の制御装
置の動作について説明する。不平衡地絡事故発生時、保
護リレー等により出力される交流系統不平衡地絡事故検
出信号がホールド回路１８で保持される。そして、この
ホールド回路１８の出力により、スイッチ１９がオンと
なり、加算器２４の出力は零となる。このため、交流電
圧制御回路１０の設定値は乗算器２３により零を乗じら
れ、交流電圧制御回路１０の入力値としては正の方向に
変化する。交流電圧制御回路１０は、入力値が正の方向
に変化することにより出力が大きくなり、変換器の無効
電力は遅相運転方向に移行される。これにより交流系統
において健全相の電圧が低下する。

【００２５】本実施の形態によれば、不平衡地絡事故の
発生により、変換器の無効電力が遅相方向に制御され交
流電圧が低下する。これにより、健全相の交流過電圧を
低減することができる。また、本実施の形態は、交流電
圧制御回路１０の出力値を補正するため、交流電圧制御
回路１０のオフセット、ゲインの精度等の影響を受けな
いため、第１または第２の実施の形態に比べ精度の良い
制御が可能である。

【００２６】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態による変換器の制御装置について図３を用いて説
明する。本実施の形態による交直変換器の制御装置は、
図６に示した従来の構成に対し、交流電圧制御回路１０
の出力を補正し一定値へ強制的に設定するための出力補
正値、補正のオン、オフを行うスイッチ１９、スイッチ
１９を入切するための不平衡地絡事故検出信号とホール
ド回路１８、交流電圧制御回路１０の出力値との差分を
得るための加算器２０、及び、交流電圧制御回路１０の
出力に対し補正するための加算器２１を追加している。
なお、出力補正値は交流電圧制御回路１０の出力上限値
とする。

【００２７】次に、本実施の形態による変換器の制御装
置の動作について説明する。不平衡地絡事故発生時、保
護リレー等により出力される交流系統不平衡地絡事故検
出信号がホールド回路１８で保持される。そして、この
ホールド回路１８の出力により、スイッチ１９がオンと
なり、出力補正値と交流電圧制御回路１０の出力との差
分が加算器２１により交流電圧制御回路１０の出力に加
算される。したがって、出力補正値がそのまま交流電圧
制御回路１０の出力に置き換わり、出力上限値となるの
で、変換器の無効電力は遅相方向に移行される。これに
より交流系統において健全相の電圧が低下する。

【００２８】本実施の形態によれば、不平衡地絡事故の
発生により、変換器の無効電力が遅相方向に制御され交
流電圧が低下する。これにより、健全相の交流過電圧を
低減することができる。

【００２９】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態による変換器の制御装置について図４を用いて説
明する。本実施の形態による変換器の制御装置は、図１
に示した本発明の第１の実施の形態の構成に対し、ホー
ルド回路１８に送電線地絡相の遮断器復帰指令によりリ
セット入力を与える機能を追加している。

【００３０】次に、本実施の形態による変換器の制御装
置の動作について説明する。不平衡地絡事故発生時の動
作は、本発明の第１の実施の形態と同様である。不平衡
地絡事故が回復すると、送電線地絡相の遮断器が復帰す
る。この遮断器復帰指令によりホールド回路１８をリセ
ットし、スイッチ１９をオフにする。これにより、交流
電圧制御回路１０の入力補正が解除され、交流電圧制御
回路１０は通常の入力値で運転される。

【００３１】本実施の形態によれば、不平衡地絡事故の
回復と同時に交流電圧制御回路１０は通常の入力値で運
転されるので、交流電圧は不平衡地絡事故前の電圧が維
持される。

【００３２】なお、他の実施の形態として、本発明の第
２の実施の形態あるいは第３の実施の形態の制御装置の
ホールド回路１８に送電線地絡相の遮断器復帰指令によ
りリセット入力を与える機能を追加することも可能であ
る。この場合も上記と同様の効果を得ることができる。

【００３３】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態による変換器の制御装置について図５を用いて説
明する。本実施の形態による変換器の制御装置は、図１
に示した本発明の第１の実施の形態の構成に対し、ホー
ルド回路１８に送電線地絡相の遮断器復帰指令を無駄時
間遅れ回路２２を介してリセット入力に与える機能を追
加している。

【００３４】次に、本実施の形態による変換器の制御装
置の動作について説明する。不平衡地絡事故発生時の動
作は、本発明の第１の実施の形態と同様である。不平衡
地絡事故が回復すると、送電線地絡相の遮断器が復帰す
る。この遮断器復帰指令を無駄時間遅れ回路２２で一定
時間遅らせた後、ホールド回路１８をリセットしてスイ
ッチ１９をオフにする。これにより、交流電圧制御回路
１０の入力補正が解除され、交流電圧制御回路は通常の
入力値で運転される。なお、無駄時間遅れ回路２２の遅
れ時間としては、例えば遮断器復帰指令が出されてから
実際に遮断器が動作するまでの時間等が考えられる。

【００３５】本実施の形態によれば、第４の実施の形態
に比べて、より安定に通常の運転状態に戻すことができ
る。なお、他の実施の形態として、本発明の第２の実施
の形態あるいは第３の実施の形態の制御装置のホールド
回路１８に送電線地絡相の遮断器復帰指令を無駄時間遅
れ回路２２を介してリセット入力に与える機能を追加す
ることも可能である。この場合も上記と同様の効果を得
ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至４記
載の発明では、中性点非接地の交流系統において通常運
転中に不平衡地絡事故が発生した際、変換器の無効電力
を遅相方向に変化させ健全相の過電圧を低減することが
できる。特に請求項３または４記載の発明では、事故回
復後において、交流電圧制御を通常運転に戻し、交流電
圧を事故発生前の値に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による変換器の制御
装置を含む直流送電システムのブロック図

【図２】本発明の第２の実施の形態による変換器の制御
装置を含む直流送電システムのブロック図

【図３】本発明の第３の実施の形態による変換器の制御
装置を含む直流送電システムのブロック図

【図４】本発明の第４の実施の形態による変換器の制御
装置を含む直流送電システムのブロック図

【図５】本発明の第５の実施の形態による変換器の制御
装置を含む直流送電システムのブロック図

【図６】従来技術による直流送電システムのブロック図

【図７】中性点非接地系における１相地絡事故時の交流
電圧のベクトル及び３相波形図

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…交流母線、２Ａ，２Ｂ…変換器用変圧器、
３Ａ，３Ｂ…自励式交直変換器、４Ａ，４Ｂ…直流コン
デンサ、５…直流送電線、６…直流電圧検出器、７…有
効電力検出器、８…直流電圧及び有効電力制御回路、９
…交流電圧検出器、１０…交流電圧制御回路、１１…交
流電流制御回路、１２…３相／２相変換回路、１３…Ｐ
ＷＭ制御回路、１４…位相検出回路、１５…パルス発生
回路、１６…変流器、１７…計器用変圧器、１８…ホー
ルド回路、１９…スイッチ、２０…差分用加算器、２１
…交流電圧制御回路出力補正用加算器、２２…無駄時間
遅れ回路、２３…乗算器、２４…乗算値補正加算器、２
５・・・信号補正手段２６…制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G066 CA04 5H007 BB02 CA01 CA05 CB05 CC12 CC23 CC32 DA04 DA06 DC02 DC04 DC05 EA03 FA01 FA03 GA08 5H750 AA06 BA09 BB16 DD14 DD18 FF02 FF05 FF09 GG02 GG17 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中性点非接地の交流系統を連系する直流
送電システムに適用され、無効電力の調整により交流系
統の電圧を制御する交流電圧制御回路を有する電圧形自
励式交直変換器の制御装置において、交流系統の不平衡
地絡事故の検出により前記交流電圧制御回路の入力信号
を補正する信号補正手段を備え、前記不平衡地絡事故時
は無効電力を遅相運転方向へ制御することを特徴とする
電圧形自励式交直変換器の制御装置。
【請求項２】中性点非接地の交流系統を連系する直流
送電システムに適用され、無効電力の調整により交流系
統の電圧を制御する交流電圧制御回路を有する電圧形自
励式交直変換器の制御装置において、交流系統の不平衡
地絡事故の検出により前記交流電圧制御回路の出力信号
を補正する信号補正手段を備え、前記不平衡地絡事故時
は無効電力を遅相運転方向へ制御することを特徴とする
電圧形自励式交直変換器の制御装置。
【請求項３】前記信号補正手段は、送電線地絡相の遮
断器復帰指令により通常運転状態に戻すことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の電圧形自励式交直変換
器の制御装置。
【請求項４】前記信号補正手段は、送電線地絡相の遮
断器復帰指令より一定時間後に通常運転状態に戻すこと
を特徴とする請求項３記載の電圧形自励式交直変換器の
制御装置。