JP2000517155A - 送電施設の改造方法及びこのような送電施設 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＨＶＤＣ施設が線路転流電力変換回路を備えた２つ電力変換所を有し、これらの電力変換回路は直流電圧網とこの直流電圧網の電力変換所に接続された交流電圧網との間に送電をするために整流半導体素子としてサイリスタを用い、この施設が更に他の電力変換所を追加されることによって改造される。これら２つの電力変換所の１つ（２０）において、それらのサイリスタが両方向に電流を導通する能力を有する双方向サイリスタ（ＢＣＴ）で置換されかつこのようなサイリスタが各追加された電力変換所の電力変換回路（２４）内にまた設置され、２つの電力変換所のこの１つ及び各追加された電力変換所においてそれぞれの電力変換回路を通る電流を制御することによって直流電圧網からそれぞれの電力変換所に接続された交流電圧網へ又はそれぞれの交流電圧網から直流電圧網へ給電方向の選択を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 送電施設の改造方法及びこのような送電施設 本発明の分野及び先行技術 本発明は送電施設（プラント）の改造方法に関し、この送電施設は高電圧直流 （Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ；ＨＶＤＣ）用直 流電圧網及びこれに接続された２つの電力変換所（ｓｔａｔｉｏｎ）を含み、こ れら２つの電力変換所は線路転流電力変換回路（ｌｉｎｅ ｃｏｍｍｕｔａｔｅ ｄ ｖａｌｖｅ）で以て直流電圧網に接続され、前記電力変換所は直流電圧網と そのそれぞれの電力変換所に接続された交流電圧網との間に送電するために整流 半導体素子としてのサイリスタを用いる。この方法で、改造は、更に他のこのよ うな電力変換所を直流電圧網に接続する一方、それぞれの電力変換回路を交流電 圧網から直流電圧網へ給電するために整流動作させるか又は直流電圧網から交流 電圧網へ給電するためにインバータ動作させるかのどちらかで以て、それらの電 力変換所の各々においてオプショナル方向に給電することを可能とすることを目 指し、本発明は、こればかりでなく、添付の請求の範囲の電力変換所についての 独立項の前文に従う施設に関する。 上の定義は直流電圧網に新たに接続された電力変換所が既にそこにあった直流 電圧網に接続される場合を含むだけでなく、これらの定義は、直流電圧網が、よ くあることであるが、それに追加の電力変換所を接続することを可能とするよう に延長される場合をも包含することをまた意図している。このような改造で３つ 以上の電力変換所を直流電圧網に接続するために既存の２つの直流電圧網を「一 緒に連結する」場合もまた、上の定義に包含されることを意図している。 電力変換所において直流電圧網内へ給電し及び直流電圧網から電力を取り出す （ｄｒａｉｎ）ために、いわゆる２端子ＨＶＤＣ線路、すなわち、２つの電力変 換所を備えた上述定義された施設を改造することが、ときには、関心を引く。例 えば、或る島のエネルー供給を取り計らうためにその島に新しいこのような電力 変摸所を建設するとき、直流電圧網にこのような第３の電力変換所を接続するこ とが望まれることがあり、この場合、異なる電力変換所間で直流電圧網を通じて 任意の所望の方向に給電する全自由度（ｆｕｌｌ ｆｒｅｅｄｏｍ）を持つこと が望まれる。この型式の既知のこのような２端子施設のサイリスタ及びそれゆえ 電力変換回路は１方向にしか電流を導通することができず、２つの電力変換所間 の送電の方向の変更は直流電圧網の電圧極性を変化させることによって行われる 。しかしながら、このような施設に従来の電力変換所を追加しかつその給電方向 に関してオプションの完全な権利を得ることは可能でない。それは、その電力変 換回路の構成次第で、その電流方向が他の電力変換所の給電方向に対して或る決 まった給電方向を常に与えるように決定されるからである。それゆえ、その電力 変換回路がこれらの電力変換所のうちの１つの或る決まった電力変換所の電力変 換回路と同じ方向に駆動されるならば、追加された電力変換所からの電力は、最 初に挙げた電力変換所におけるのと同じ方向に常に給電されることになる。した がって、２つの電力変換所を備える現存する施設の遥かに大がかりな改造が必要 とされるが、改造は、電力変換回路を切り換え可能にしかつそれゆえオプショナ ル電流方向を可能にとするために多くの機器を変更しなければならず、かつ、低 電圧ばかりでなく高電圧の新しいダクト及び開閉装置を追加しなければならない から、実施するのが非常に困難であり、かつ非常に費用を要することになる。全 ての電力変換所内の既存の制御機器のかなりの修正がまた必要とされ、これが高 費用を発生する。異なる電力変換回路内及びそれらの周囲に要求される絶縁距離 を増す結果として現存する電力変換回路室（ｖａｌｖｅ ｈａｌｌ）をまた改造 しなければならないばかりでなく、非常に高価な変圧器を改造又は交換しなけれ ばならない。 図１はいかに改造を既知の施設内で行うことができるかを示し、この図で１は ここでは単極性である高電圧直流用直流電圧網を表すが、しかし直流電圧網は大 地帰路回路を備えた双極性であってもまたよく、その場合、したがって、２つの 電力変換回路が逆並列接続された既知の方法で電力変換所を配置しかつ各々柱上 線路（ｐｏｌｅ ｌｉｎｅ）に接続することができる。ここでは、いかに３つの 電力変換所２、３、４を直流電圧網に接続するかが示されており、この図でこれ らの電力変換所は、それぞれ、電力変換回路５、６、及び７に対する記号で以て 簡略化されている。各このような電力変換回路は線路転流サイリスタで構成され 、及び交流電圧網８は変圧器９を通して各電力変換所に接続されており、この図 では、簡単のために、このことが電力変換所２についてのみ示されている。遮断 器１０〜１７を備えた開閉装置を電力変換所に配設することによって、直流電圧 網１の所与の電圧極性での電力をこれらの遮断器の位置次第でこの網に導入又は これから取り出すことができる。直流電圧網１の電流は、電力変換所２を通して 常に流れる、及びこの電力変換所に向いた方向に降下する正電位が直流電圧網上 にあるとき、電力変換回路５はインバータとして機能しかつ直流電圧網から交流 電圧網８へ送電するのに対して、直流電圧網が負電位にあって電力変換所２の方 向に負が深くなるときは反対方向に給電することができる。例えば、遮断器１０ 及び１３を閉じるが遮断器１１及び１２を開いておくならば、電力変換所３は電 力変換所２と同じ動作位置にあることになり、この状態では直流電圧網１の極性 次第でこれらの電力変換所の両方へ又はこれらの両方から給電されることになる 。それゆえ、電力変換所３及び４の１つを通る給電方向は、それぞれ、電力変換 回路６及び７の極性を反転することによって変化されることになり、それである から、上に述べた場合、遮断器１１及び１２は閉じられかつ遮断器１０及び１３ が開かれ、それによって、電流は直流電圧網の方向へ導入される。２つの電力変 換所を備えるＨＶＤＣ線路に更に電力変換所を追加する問題に対するこの解決は 、補足制御機器の必要及び絶縁距離が変化する結果の電力変換回路室の改造のた めに上に述べたように非常に費用がかさむ。 発明の要約 本発明の目的は、上記イントロダクションで定義された型式の方法ばかりでな くこの型式の施設を提供することであって、これは、前記施設に少なくとも１つ の更に他の電力変換所を追加する一方、このような施設を改造する既知の方法を 通して莫大な費用が発生するのを回避することを可能にする。 この目的は、本発明によれば、このような方法で、前記２つの電力変換所の１ つにおいてサイリスタを両方向に電流を導通させる能力を有する双方向制御サイ リスタ（ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｈｙｒｉ ｓｔｏｒ；ＢＣＴ）で置換し、かつこのようなサイリスタを各追加 された電力変換所の電力変換回路内に整流半導体素子としてまた設置し、前記２ つの電力変換所の１つ及び各追加された電力変換所においてそれぞれの電力変換 回路を通る電流方向を制御することによって直流電圧網からそれぞれの交流電圧 網へ又はそれぞれの交流電圧網から直流電圧網へ電力供給方向を選択可能とする と云う事実によって得られる。 異なる電力変換所を整流器又はインバータとして駆動する可能性に関する充分 な融通性を持つ施設がこの目的を通して得られる。それは、直流電圧網の極性（ ｒｅｍａｉｎｅｄ ｐｏｌａｒｉｔｙ）をそのままにしておいても、双方向制御 サイリスタを備えた電力変換回路の動作はこれらの電力変換回路を通る電流を切 り換えることによって決定することができるからである。それゆえ、その電力変 換回路内に正規線路転流サイリスタを備える電力変換所の電力供給方向を選択す ることによって、他の電力変換所の電力供給方向を、同じ電流方向を選択するこ とによって、最初に述べた電力変換所におけるのと同じに決定することができ、 最初の変換所におけるように又は反対電流方向に選択することを通して反対に、 直流電圧網へ又はこれから給電することができる。これは、「正規（ｎｏｍａｌ ）」線路転流サイリスタ、すなわち、１方向にのみ電流を導通する能力を有する サイリスタが配置されていた場所に双方向制御サイリスタ（ＢＣＴ）を挿入する ことによって行うことができ、それにより改造の要件が非常に低くなる。このよ うな電力変換所の制御機器を僅かな低程度修正することが必要であるだけであり 、それであるから問題の双方向制御サイリスタの逆並列に接続された２つのサイ リスタ半部が各々点弧チャネルを通して点弧信号を受け取るが、この場合、しか しながら、「サイリスタ容器（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｃａｎ）」内のそれぞれの 半部上で点弧信号を分割するユニットに組み込むことも可能である。この結果に 従う電力変換所は、従来の電力変換所のように容易に建設されることになり、そ こでは電流が直流電圧網へ及びこれからのどちらか一方向のみであってよい。こ のようにして電力変換回路（バルブ）を通して電流方向を変化させることによっ て電力方向を変化させる可能性を帯びた電力変換所を除いて全ての電力変換所を 設計するのに際して、特別余分の絶縁距離の必要、それゆえ、そこに既にあった 電力変換回路室の改造又は不必要に大きな寸法を持った新しい電 力変換回路室の建設に対する要求はなくなることになる。双方向制御サイリスタ は、例えば、ＤＥ４４ ３９ ０１２ Ａ１に説明された型式のサイリスタであ って、かつこれらはときには２方向サイリスタと呼ばれる。 本発明はまた、添付の請求の範囲の施設についての独立項に従う施設に関連し 、かつこのような施設の利点は本発明に従う方法について上に論じたことから明 らかである。 本発明の更に他の利点及び好適特徴は、次の説明及び請求の範囲の他の従属項 から明らかである。 図面の簡単な説明 添付図面を参照して、下に、例として挙げる本発明の好適実施例を説明する。 これらの図面で、 図１は、３つ以上の電力変換所を有する施設を異なる電力変換所間の給電方向 の融通性選択のために先行技術に従って改造しなければならない方法を示す極く 概略的な回路図である。 図２は、２つの電力変換所間の給電方向のオプションを伴う本発明に従う施設 の図１に対応する概略回路図である。 本発明の好適実施例の詳細な説明 送電施設の構造が図２に極く概略的にかつ簡単に示されており、前記施設は高 電圧直流（ＨＶＤＣ＝高電圧直流）用直流電圧網１８及びこれに接続された３つ の電力変換所１９、２０、２１を含み、これらの電力変換所は電力変換回路２２ 、２３、２４で以て表示されかつこれらの各々に電力変換所１９についてのみ表 示された交流電圧網２５が変圧器２６を通して接続されている。施設が更に遠く の直流電圧網に接続された更に他の電力変換所を有することがあることは、直流 電圧網が電力変換所２１を通り過ぎて続くことによって表示されており、これら 他の電力変換所は下に続く説明に従って電力変換所２０及び２１として指示され る。 高電圧網１８は、大地２７に対して典型的に１０〜５００ｋＶの電位差を有す る。 それぞれの電力変換回路は、従来の方法で、例えば、いわゆる１２パルス・ブ リッジで以て形成され、この電力変換回路ではサイリスタの形をした一連の整流 半導体素子が直列に接続されるが、それは、これらの半導体素子がターンオフ状 態では各々が正規には１〜５ｋＶにしか耐えることができず、従ってこの電力変 換回路にかかるかなり高電圧は異なるサイリスタ間に分散しなければならないか らである。 電力変換回路２２のサイリスタは従来の型式のものである、すなわち、これら のサイリスタ、それゆえ、電力変換回路がまた電流を一方向に、すなわち、直流 電圧網１８から電力変換所１９の方向にしか導くことができない。 しかしながら、２つの他の電力変換所内の電力変換回路２３及び２４は、前記 サイリスタをいわゆるＢＣＴ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏ ｌｌｅｄ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、すなわち、双方向制御サイリスタで置換する ことによって違った方法で構成されており、これらのＢＣＴは同じディスクの互 いに逆並列接続された２つの半部によって形成され、その電力変換回路（バルブ ）に属するこれらのサイリスタは、その電力変換回路を通る電流の方向を、電力 変換回路２２を通る電流に対する直流電圧網の現存する極性と無関係に、電力変 換回路２３について表示された装置２８によって選択され得る。 電力変換所１９及び電力変換所２０と２１のうちの１つが初めからそこにあり 、その１つの電力変換所は電力変換所１９ののものと同じ型式のサイリスタを持 つていたが、しかしその施設がこれに更に他の電力変換所を接続するために改造 されたとき、それらのサイリスタをＢＣＴで置換されたと仮定する。 異なる電力変換所間の給電方向に関する完全な融通性を得るために、このよう な改造を通して、既存のかつ再建された電力変換所の制御機器の最少の修正しか 必要でなくかつ電力変換回路室（バルブホール）の改造はしなくて済む。それは 、それらの絶縁距離が不変のままであるからである。なお更に、図１に従う電力 変換回路を実際に物理的に切り換えることを可能とするための追加外部切り換え 器を必要とすることは、ここではもはやなくなる。 図２に示された施設の機能は、上の説明から技術の熟練者に明白であるが、こ こに簡単にそれを要約する。 電力変換所１９での電流は常に直流電圧網１８から電力変換所１９へ向けられ ており、直流電圧網から交流電圧網へ給電しようとするとき、したがって電力変 換回路２２をインバータ動作で駆動しなければならないときは、直流電圧網１８ は正極性を与えられ、そして直流電圧網が負極性を与えられ、その大きさは電力 変換所２３及び／又は２４におけるよりも電力変換所１９で大きく、反対方向に 給電するときと電力変換回路２２を通る電流方向が同じであるのにかかわらず、 電力変換所２３及び／又は２４では電流が電力変換所１９におけるのと違う方向 を取って、電力変換所１９から直流電圧網へ給電する。電力変換所２０及び２１ の給電方向は、直流電圧網１８の電圧極性とは無関係であってよく、それゆえ、 制御装置２８で以てそれそぞの電力変換回路２３、２４を通る所望電流方向を選 択することによって整流器又はインバータとしての電力変換回路２２の機能が選 択され、それであるから電力変換回路２２を通るのと同じに電力変換回路２３及 び２４の１つを通る電流方向を選択するとき、電力変換回路２２におけるのと同 じ電力給電方向が直流電圧網に対して得られ、及び反対電流方向では、反対方向 の電力給電が得られる。例えば、電力変換所２１から電力変換所２０及び１９へ 電力給電することが望まれるならば、直流電圧網の正極性が選択され、これに伴 って電力変換所１９及び２０でよりも電力変換所２１で高い電位であるばかりで なく、電力変換所１９の電流方向に関しては電力変換所２０の直流電圧網から電 力変換所２１の直流電圧網へ向となる。 本発明は、もとより、上に説明された実施例にいずれにしても限定されるので はなく、その修正への多くの可能性が本発明の基本的着想に反することなく技術 の熟練者に明らかであろう。 施設の電力変換所又は端末の数は、例えば、３より多くともよい。 方法についての独立項は、次のように解釈されることを意図している、すなわ ち、３つ以上の電力変換所への改造が２電力変換所施設から開始してよく、オプ ショナル電流方向を得るためにこれらの電力変換所の１つが双方向制御サイリス タの形をしたサイリスタを既に備えており、したがって施設に追加される電力変 換所はその電力変換回路内にこのようなサイリスタを単に配設され、この方法で は、２電力変換所施設の初期構造が更に他の電力変換所を施設に追加するように 準備されており、まさに改造がこの初期構造において既に開始されている。 もとより、電力変換所を２つの現存する電力変換所間に追加するように配置す ることもまた充分に可能である。 本発明に従う施設を、単極性施設について上に説明したがこれに相当する方法 で互いに反対電圧極性で逆並列に配置された２つの直流電圧網で構成し、それゆ え、いわゆる双極性ＨＶＤＣ送電を形成することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 送電施設が高電圧直流（ＨＶＤＣ）用直流電圧網（１８）と該直流電圧 網に接続された２つの電力変換所とを含み、前記２つの電力変換所が線路転流電 力変換回路で以て前記直流電圧網に接続され、前記電力変換回路が前記直流電圧 網と該直流電圧網のそれぞれの電力変換所に接続された交流電圧網（２５）との 間に送電をするために整流半導体素子としてサイリスタを用い、前記施設の改造 方法において前記改造が更に他のこのような電力変換所を前記直流電圧網に接続 する一方、前記それぞれの電力変換回路を前記交流電圧網から前記直流送電へ給 電するために整流動作させるか又は前記直流電圧網から前記交流電圧網へ給電す るためにインバータ動作させるかのいずれかで以て前記電力変換所の各々でオプ ショナル方向に給電することを可能とすることを目的とする前記改造方法であっ て、前記２つの電力変換所の１つ（２０、２１）において前記サイリスタが両方 向に電流を導通する能力を有する双方向サイリスタ（ＢＣＴ）で置換され、かつ このようなサイリスタが前記各追加された電力変換所の電力変換回路（２３、２ ４）内の整流半導体素子として設置されて、前記２つの電力変換所の内の前記１ つの電力変換所と各追加された電力変換所とにおいて前記それぞれの電力変換回 路を通る電流を制御することによって前記直流電圧網から前記それぞれの交流電 圧網へ又は前記それぞれの交流電圧網から前記直流電圧網への給電方向を選択可 能にすることを特徴とする改造方法。 ２． 請求項１記載の方法であって、前記施設が前記２つの初めからの電力変 換所に更に他の電力変換所を追加することによって改造されることを特徴とする 方法。 ３． 送電施設が高電圧直流（ＨＶＤＣ）用直流電圧網（１８）と該直流電圧 網に接続された少なくとも３つの電力変換所（１９〜２１）とを含み、前記少な くとも３つの電力変換所が線路転流電力変換回路で以て前記直流電圧網に接続さ れ、前記電力変換回路が前記直流電圧網と前記電力変換所に接続された交流電圧 網（２５）との間の送電をするために整流半導体素子としてサイリスタを用いる 前記施設であって、１つの電力変換所（１９）を除く少なくとも全ての前記電力 変換所が前記整流サイリスタとして２方向のうち所望の方向にオプショナルに電 流を導通することができるように適合した双方向制御サイリスタ（ＢＣＴ）を有 することと、双方向制御サイリスタを備えた前記電力変換所が前記電力変換所の 電力変換回路を通る電流方向を制御することによって前記直流電圧網から前記そ れぞれの交流電圧網へ又は前記それぞれの交流電圧網から前記直流電圧網へ給電 方向をオプショナルに決定するために前記双方向制御サイリスタを制御するよう に適合した装置（２８）を有することを特徴とする施設。 ４． 請求項３記載の施設であって、前記電力変換所の１つ（１９）ｂＳ前記 整流半導体素子として１方向にのみ電流を通過させる機能を有するサイリスタを 有することを特徴とする施設。 ５． 請求項３又は４記載の施設であって、前記施設の電力変換所（１９〜２ １）の数が３であることを特徴とする施設。