JP2001169562A - 電圧形変換装置 - Google Patents

電圧形変換装置

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JP2001169562A
JP2001169562A JP34570599A JP34570599A JP2001169562A JP 2001169562 A JP2001169562 A JP 2001169562A JP 34570599 A JP34570599 A JP 34570599A JP 34570599 A JP34570599 A JP 34570599A JP 2001169562 A JP2001169562 A JP 2001169562A
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current
converter
reactor
voltage
capacitor
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JP34570599A
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Inventor
Nobuo Eto
伸夫 江藤
Tsutomu Irie
努 入江
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電流阻止用のダイオードが不要で、これに
よる損失をなくす。 【解決手段】 変換器5と平滑用の直流コンデンサ2の
並列回路に、可飽和リアクトル11を直列接続する。正
常時は可飽和リアクトル11が飽和していて鉄心に損失
が生じない。P点で地絡が発生すると、コンデンサ2の
電圧が可飽和リアクトル11に印加される。鉄心が逆向
きに飽和するまでの時間に遮断器8を開路する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力を直流交流
間で変換する電圧形変換装置に関するものであり、特に
直流線路短絡に対する保護に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、例えば特開昭62−10442
9号公報に示された従来の電圧形変換装置を使った直流
送電システムを示す構成図である。図7において、1は
順変換器、2は直流コンデンサ、3は非接地側の直流線
路、4は接地側の直流線路、5は電圧形の変換器、6は
Q点での接地、7は変圧器、8は遮断器、9は交流系
統、10はダイオードである。
【0003】以下図7の電圧形変換装置の動作について
説明する。正常な運転状態を考えると、順変換器1から
流れる電流Idは非接地側直流線路3を通り、接地側直
流線路4を通って順変換器1へ流入し、図7で示される
直流系統は正常な運転を行う。次に、直流線路3のP点
で地絡が発生したとすると、P点の電位は0となり、直
流コンデンサ2に蓄積された電荷が地絡事故点Pから流
れ、大地から接地6を通り、直流コンデンサ2の負極へ
流れようとする。しかしダイオード10がこの回路に設
けられていて、このダイオード10は事故電流に対して
逆極性となるので、事故電流はダイオード10により阻
止され流れない。両直流線路3、4間の短絡の場合も同
様である。このように、事故によって直流コンデンサ2
の端子電圧は低下せず、過電流が交流系統9から変換器
5を通して流れない構成として、変換器5が破壊するこ
とのないようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の変
換装置において、直流線路の地絡や短絡時に過電流が流
れるのを阻止するダイオードが必要で、またこのダイオ
ードの直流電流通電による損失が発生するという問題が
あった。この発明は、上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、過電流阻止用のダイオードが不要
で、直流電流通電時の損失を低減した電圧形変換装置を
得ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る電圧形変
換装置は、変換器、この変換器の直流側に並列接続され
て直流電圧を平滑するコンデンサ、および変換器とコン
デンサの並列回路に直列接続されたリアクトルを備え、
リアクトルは、最小直流電流の通電で飽和するようにし
たものである。請求項2に係る電圧形変換装置は、請求
項1記載のものにおいて、正常運転で通電する最小直流
電流として定められた量を、リアクトルが飽和する直流
電流の所定量としたものである。請求項3に係る電圧形
変換装置は、請求項1記載のものにおいて、リアクトル
が不飽和状態で、直流線路の正常運転時の直流電圧を、
直流線路の短絡から交流側の遮断器の開路までに要する
時間印加できるようにしたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施の形態1で
ある電圧形変換装置を含む直流送電システムを示すもの
で、図において、1は電力を直流から交流へ変換する順
変換器、2は直流電圧を平滑する直流コンデンサ、3、
4は非接地側および接地側の直流線路、5は直流側が直
流コンデンサ2と並列接続された電圧形の変換器、6は
接地側の直流線路4のQ点で施した接地、7は変換器5
と接続された変圧器、8は変圧器7と接続された交流側
の遮断器、9は遮断器8と接続された交流系統、11は
変圧器5と直流コンデンサ2の並列回路に直列接続され
た可飽和リアクトルであり、直流電流の所定量の通電で
飽和するようになっている。
【0007】以下、図1の電圧形変換装置の動作につい
て説明する。正常運転状態では、順変換器1からの直流
電流Idは、最小直流電流Idmから定格電流Idrまでと
定められているものとする。ここでは、この最小直流電
流Idm、あるいはそれより小さな電流で可飽和リアクト
ル11が飽和するようにしておく。直流電流Idは非接
地側直流線路3、可飽和リアクトル11を通り、直流コ
ンデンサ2及び変換器5から接地側直流線路4を通り、
順変換器1に流れる。また、可飽和リアクトル11には
鉄心入りのタイプが用いられその直流電流−磁束密度特
性は図2に示すようになっている。ただし、Bは磁束密
度である。最小直流電流Idm及び定格直流電流Idrのと
きは、鉄心が飽和領域となるよう設計している(図2の
b点、a点)。このため、可飽和リアクトル11のイン
ダクタンス値は低くなっている。このことから正常運転
状態では、直流電流Idの変動や脈流があっても可飽和
リアクトル11に電圧が印加されず鉄損などの損失が極
めて少ない構成となっている。
【0008】次に、短絡事故について説明する。図3は
短絡時の可飽和リアクトルの電流Id1、電圧etを示す
説明図であり、tは時間、Edは事故前の直流コンデン
サ2の直流電圧である。図1のP点で直流線路3の地絡
が、図3のt1時点で発生したとすると、P点の電位は
0となり、直流コンデンサ2に蓄積された電荷は、可飽
和リアクトル11を通り、大地から接地6を通り、直流
コンデンサ2の負極に流れようとする。このとき、可飽
和リアクトル11の通過電流Id1は図3のようになり、
電流0に向かおうとする。Id1が図2のC点に対応する
dの値になると、鉄心が不飽和となり、可飽和リアクト
ル11のインダクタンスLが大きくなって電流変化(d
Id1/dt)を抑制するように働く。なお、両直流線路
3、4間の直接の短絡の場合も上記と同様である。直流
コンデンサ2の電圧はEdであるから、可飽和リアクト
ル11のインダクタンス値をLとすると、dId1/dt
=Ed/Lとなる。可飽和リアクトル11の鉄心は電圧
時間積Ed・(t3 −t1)で飽和するように設計されて
いる。
【0009】事故発生時のt1から可飽和リアクトル1
1飽和のt3までに、事故対策の保護がなされればよ
い。ここでは、t3以前のt2時点で図示していない直流
地絡検出器での地絡検出により、図1の遮断器8にトリ
ップ指令が出され遮断動作を行って開路する。これによ
り、変換器5が保護される。図2のc点で飽和から不飽
和になった鉄心が、e点を経てt3でf点に至り、再び
不飽和から飽和になる。直流コンデンサ2に蓄積されて
いる電荷が、t3時点で浮遊のインピーダンス成分を通
して一挙に放出される。
【0010】なお、以上では可飽和リアクトル11が、
最小直流電流で飽和するものとしたが、空心形リアクト
ルのような飽和しないタイプでなく、そして鉄心にギャ
ップが形成されていないタイプであれば鉄心は微小な電
流で容易に飽和する。したがって、直流送電システムと
して最小直流電流が定められておらず直流電流が0にな
ることがある場合、そのときは鉄心のヒステリシスを考
えなければ図2のe点(ヒステリシスを考えればもっと
上方)にくるが、送電が開始されれば微少な時間遅れ
で、すぐに正常な送電を行うことができる。
【0011】具体的な可飽和リアクトル11の設計定数
は次のようにして求める。図4に環状鉄心を用いた可飽
和リアクトル11を示す。12は磁路長D、断面積A、飽
和磁束密度Bs、比透磁率μsの環状鉄心、13は巻数n
のコイルである。この飽和リアクトル11のインダクタ
ンスLは、真空の透磁率をμoとすると、(1)式とな
る。 L=μo・μs・A・n2/D (1) (1)式よりμs・A・n・Dを適当に選定することで
L値を設計できる。
【0012】回路上必要とするL値は、直流線路3と4
の短絡(P点の地絡)時の等価回路から求める。等価回
路を図5に示す。t=0で電圧Edに充電した静電容量
Cの直流コンデンサ2を飽和していない可飽和リアクト
ル11(インダクタンスL)でもって短絡する。ただ
し、Sはスイッチである。このときの電流iの式は
(2)式となる。またiの波形は図6に示したようにな
る。 i=(Ed/Z)sinωt (2) 但し、Z=√(L/C)、ω=1/√(L・C) 半周期T0は(3)式となる。 T0=π√(L・C) (3) 電流を小さな値におさえる、つまり、i波形の0点付近
の領域を使うためには、経験的に図3の時間(t3−t
1)とT0の間に(t3−t1)=T0/10の関係があれ
ばよい。このことから(3)式より T0=π√(L・C)=10(t3−t1) (4) 故に π2L・C={10(t3−t1)}2 (5) L={10(t3−t1)/π}2/C (6) となる。また、電磁誘導の式として、誘導起電力eは e=n(dφ/dt) (7) であり、さらに磁束密度をBとすると磁束φはφ=B・
Aであるので、(7)式の両辺をt1からt3まで時間積
分すると
【0013】
【数1】
【0014】 A=Ed・(t3−t1)/(2・n・Bs) (9) となり、適当なn値、使用鉄心材料に依存するBs値を
選ぶことで可飽和リアクトル11の鉄心の必要な断面積
Aを得ることができる。以上で可飽和リアクトル11の
設計に必要な基本データがそろい、製作可能なことを確
認できた。
【0015】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1に係
る電圧形変換装置によれば、変換器とコンデンサの並列
回路に直列接続されたリアクトルを備え、このリアクト
ルは直流電流の所定量の通電で飽和するようにしたの
で、過電流阻止のためのダイオードが不要で、また、そ
のために直流通電時損失を低減できる。
【0016】請求項2に係る電圧形変換装置によれば、
最小直流電流として定められた電流でリアクトルが飽和
するようにしたので、正常運転状態では損失がほとんど
発生しない。また、請求項3に係る電圧形変換装置によ
れば、直流線路の短絡から交流側の遮断器の開路まで、
リアクトルに直流電圧を印加できるので、変換器に過電
流が流れるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1の電圧形変換装置を使った直流
送電システムの構成図である。
【図2】 可飽和リアクトルの直流電流−磁束密度特性
図である。
【図3】 図1における地絡発生時の動作波形図であ
る。
【図4】 可飽和リアクトルの構成図である。
【図5】 地絡時の等価回路図である。
【図6】 図5の回路の電流波形図である。
【図7】 従来の電圧形変換装置を使った直流送電シス
テムの構成図である。
【符号の説明】
2 直流コンデンサ、3,4 直流線路、5 変換器、
8 遮断器、11 可飽和リアクトル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G013 AA01 AA02 AA04 AA11 BA01 CA20 5G053 AA01 AA02 AA06 CA04 EA07 EB01 FA02 5H006 CA03 CC08 FA02 HA84 5H007 AA17 BB02 CB02 DA05 FA03 FA12 FA19 5H740 BA01 BB08 BC01 BC02 MM16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力を直流と交流の間で変換する電圧形
    変換装置において、変換器、この変換器の直流側に並列
    接続されて直流電圧を平滑するコンデンサ、および上記
    変換器とコンデンサの並列回路に直列接続されたリアク
    トルを備え、上記リアクトルは、直流電流の所定量の通
    電で飽和するようにしたことを特徴とする電圧形変換装
    置。
  2. 【請求項2】 リアクトルが飽和する直流電流の所定量
    は、正常運転で通電する最小直流電流として定められた
    量であることを特徴とする請求項1記載の電圧形変換装
    置。
  3. 【請求項3】 リアクトルは不飽和状態で、直流線路の
    正常運転時の直流電圧を、直流線路の短絡から交流側の
    遮断器の開路までに要する時間印加できるようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の電圧形変換装置。
JP34570599A 1999-12-06 1999-12-06 電圧形変換装置 Pending JP2001169562A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210308829A1 (en) * 2018-09-20 2021-10-07 Siemens Energy, Inc. Method of cleaning a component having a thermal barrier coating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210308829A1 (en) * 2018-09-20 2021-10-07 Siemens Energy, Inc. Method of cleaning a component having a thermal barrier coating
US11839951B2 (en) * 2018-09-20 2023-12-12 Siemens Energy, Inc. Method of cleaning a component having a thermal barrier coating

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