JP2015142466A - Power conversion system, dc power transmission system, and control method of power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換システム、直流送電システム及び電力変換装置の保護方法に関する。
The present invention relates to a power conversion system, a DC power transmission system, and a method for protecting a power conversion device.
近年、交流を直流に或いは直流を交流に変換する電力変換装置が多く用いられている。
この種の電力変換装置は高電圧の分野にも応用されている。その場合に、例えば、半導体スイッチング素子とコンデンサを含んだ単位変換器を利用して、各単位変換器においてスイッチング素子を動作させることでコンデンサの蓄電エネルギーを出力するようにし、この単位変換器を複数直列に接続するように用いる。このような構成であれば高い電圧に耐えられる。
In recent years, power converters that convert alternating current to direct current or direct current to alternating current have been widely used.
This type of power converter is also applied to the field of high voltage. In that case, for example, by using a unit converter including a semiconductor switching element and a capacitor, each unit converter operates the switching element to output the stored energy of the capacitor. Used to connect in series. Such a configuration can withstand high voltages.
このように単位変換器を直列に接続して単位変換器群を構成したものを利用する場合、例えば、この単位変換器群を並列接続して、各々の単位変換器群の一部分に交流端子を形成し、一方、単位変換器群の並列接続端を直流端子とする。この交流端子は電力系統と接続される。そして、各単位変換器の動作を制御することで、各々単位変換器群に流れる電流を制御して、交流系統と直流端子の間で電力変換を行う。すなわち、各々の単位変換器群に交流端子が接続される交流系統の周波数に応じて決まる周期的な電流が流れるように制御することで、複数の相を扱いながら、直流端子と交流端子の間で電力変換を行う。 In the case of using a unit converter group configured by connecting unit converters in series in this way, for example, the unit converter groups are connected in parallel, and an AC terminal is provided in a part of each unit converter group. On the other hand, the parallel connection end of the unit converter group is a DC terminal. This AC terminal is connected to the power system. And by controlling the operation | movement of each unit converter, the electric current which flows through each unit converter group is controlled, and electric power conversion is performed between an alternating current system and a DC terminal. In other words, each unit converter group is controlled so that a periodic current determined according to the frequency of the AC system to which the AC terminal is connected flows between the DC terminal and the AC terminal while handling a plurality of phases. Perform power conversion with.
このような技術は、例えば、特許文献1に記載されている。
Such a technique is described in Patent Document 1, for example.
一般に、電力変換装置では、例えば、直流送電線或い電力変換装置の一部に、落雷の影響で短絡回路が形成され、短絡電流が流れた等の場合に備えて、交流系統とは遮断器を介して接続される。すなわち、単位変換器群の過電流を検出した場合、交流系統との間に接続されている遮断器を開いて保護する機能を持っている。 In general, in a power converter, for example, a short circuit is formed due to a lightning strike in a part of a DC power transmission line or a power converter, and a short circuit current flows, etc. Connected through. That is, when an overcurrent of the unit converter group is detected, the circuit breaker connected to the AC system is opened and protected.
しかし、例えば、複数並列に接続される単位変換器群のうちの1群のみ短絡した場合は、単位変換器群の間で電流のバランスを失って、交流系統側に直流電流が流れる場合がある。遮断器に直流電流が流れることにより電流が途切れなくなり、安全に遮断器を開放できないという問題があった。 However, for example, when only one group of unit converter groups connected in parallel is short-circuited, current balance may be lost among the unit converter groups, and a DC current may flow to the AC system side. . There is a problem in that the direct current flows through the circuit breaker, so that the current is not interrupted and the circuit breaker cannot be safely opened.
本発明の目的は、電力変換器或いは電力変換器の周りで発生した事故による例え単位変換器群の間で電流のバランスを失ったとしても、安全に遮断器を開放することができる電力変換システム、直流送電システム及び電力変換システムの制御方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a power conversion system capable of safely opening a circuit breaker even if the current balance is lost between unit converter groups due to an accident that occurs around the power converter or the power converter. Another object of the present invention is to provide a control method for a DC power transmission system and a power conversion system.
スイッチング素子と蓄電部を含んだ単位変換器を有し、前記単位変換器は、前記スイッチング素子の動作により前記蓄電部を充放電させるものであって、前記単位変換器を複数直列に接続して単位変換器群とし、前記単位変換器群を並列に接続し、前記並列接続部を直流端子とし、前記単位変換器群の各々を遮断器を介して第一の交流系統に接続して、第一の交流系統との間で交流/直流電力変換する第一の電力変換システムと、前記第一の電力変換システムと同様の構成で、第二の交流系統に遮断機を介して接続されている第二の電力変換システムがあり、第一・第二の電力変換システムの直流部を接続して、第一・第二の交流系統の間で電力を融通する電力変換システムにおいて、前記第一の単位変換器群に流れる直流電流分の前記単位変換器群間のアンバランスが所定以上になった場合に、直流出力端子を介して接続されている第二の電力変換システムの遮断器を遮断する信号を出力し、その後に前記第一の電力変換システム側の遮断器を遮断する信号を出力するように構成した。 A unit converter including a switching element and a power storage unit, wherein the unit converter charges and discharges the power storage unit by operation of the switching element, and a plurality of the unit converters are connected in series. A unit converter group, the unit converter group is connected in parallel, the parallel connection portion is a DC terminal, each of the unit converter group is connected to a first AC system through a circuit breaker, A first power conversion system that performs AC / DC power conversion with one AC system, and a configuration similar to that of the first power conversion system, is connected to the second AC system via a circuit breaker. There is a second power conversion system, wherein the first and second power conversion systems are connected to each other, and the first and second AC systems exchange power between the first and second power conversion systems. The unit of direct current flowing through the unit converter group When the unbalance between the converter groups becomes equal to or greater than a predetermined value, a signal for cutting off the circuit breaker of the second power conversion system connected via the DC output terminal is output, and then the first power It was configured to output a signal to shut off the circuit breaker on the conversion system side.
具体的には、保護装置は、アーム過電流検出後、単位変換器群の短絡状態を検知して、直流系統を介して接続されている他の電力変換装置を先に交流系統から遮断し、その後時間を置いてから、自らを交流系統から遮断する様にした。あるいは、上記保護装置は、アーム過電流検出後、全ての単位変換器の電圧出力をほぼ0[V]とし、全てのアームが上下短絡に近い状況になる様にした後で電力変換装置を交流系統から遮断する様にした。
Specifically, after detecting the arm overcurrent, the protection device detects the short-circuit state of the unit converter group, and first shuts off the other power conversion devices connected via the DC system from the AC system, After a while, I tried to shut myself out of the AC system. Alternatively, after the arm overcurrent is detected, the protection device sets the voltage output of all the unit converters to almost 0 [V], and makes all the arms close to the upper and lower short circuit, and then turns the power conversion device into an alternating current. It was made to cut off from the system.
本発明によれば、電力変換装置において、簡単な構成で、適切に、交流系統側に流れる電流が途切れ、電力変換装置を交流系統から遮断できることが可能になる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a power converter device, the electric current which flows into the AC system side interrupts appropriately with a simple structure, and it becomes possible to interrupt | block a power converter device from an AC system.
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態の構成) (Configuration of the first embodiment)
図1は、第1の実施形態に於ける直流送電システム100を示す概略の構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a DC power transmission system 100 according to the first embodiment.
第1の実施形態の直流送電システム100は、電力変換装置102aと電力変換装置102bと遮断器121aと遮断器121bと遮断器操作部153とを備えている。第1の実施形態の直流送電システム100は、交流系統101aと交流系統101bの間に、遮断器121aと電力変換装置102aと電力変換装置102bと遮断器121bが直列に接続され、これら4つが遮断器操作部153と接続されて構成されている。 The DC power transmission system 100 according to the first embodiment includes a power conversion device 102a, a power conversion device 102b, a circuit breaker 121a, a circuit breaker 121b, and a circuit breaker operation unit 153. In the DC power transmission system 100 of the first embodiment, a circuit breaker 121a, a power conversion device 102a, a power conversion device 102b, and a circuit breaker 121b are connected in series between an AC system 101a and an AC system 101b, and these four are disconnected. It is configured to be connected to the instrument operating unit 153.
電力変換装置102aは、正の直流端子Pa(出力端子)と負の直流端子Na(出力端子)とを備えている。電力変換装置102bは、正の直流端子Pbと負の直流端子Nbとを備えている。電力変換装置102aと電力変換装置102bとの間は、正の直流端子Paと正の直流端子Pbとが接続され、更に負の直流端子Naと負の直流端子Nbとが接続されている。これら正の直流端子Pa,Pbの接続と、負の直流端子Na,Nbとの接続とは、直流系統(直流送電線路)を構成している。ここで、直流端子Pa,Pbの電圧は、直流端子Na,Nbの電圧よりも高いものとする。直流端子Paと直流端子Naとの間には、直流電圧VDCが印加されている。直流系統には、電力変換装置102aの直流端子Paから電力変換装置102bの直流端子Pbの方向に、またはその逆方向に直流電流Idcを流すことができる。以下、電力変換装置102aの直流端子Paから電力変換装置102bの直流端子Pbの方向に直流電流Idcを流す場合について、各端子の入力・出力の呼称を付する。正の直流端子Paと負の直流端子Naとは、電力変換装置102aの直流出力部を構成している。 The power converter 102a includes a positive DC terminal Pa (output terminal) and a negative DC terminal Na (output terminal). The power conversion device 102b includes a positive DC terminal Pb and a negative DC terminal Nb. Between the power converter 102a and the power converter 102b, a positive DC terminal Pa and a positive DC terminal Pb are connected, and further, a negative DC terminal Na and a negative DC terminal Nb are connected. The connection between the positive DC terminals Pa and Pb and the connection with the negative DC terminals Na and Nb constitute a DC system (DC transmission line). Here, it is assumed that the voltages at the DC terminals Pa and Pb are higher than the voltages at the DC terminals Na and Nb. A DC voltage VDC is applied between the DC terminal Pa and the DC terminal Na. A DC current Idc can be passed through the DC system from the DC terminal Pa of the power converter 102a to the DC terminal Pb of the power converter 102b, or in the opposite direction. Hereinafter, in the case where the direct current Idc flows in the direction from the direct current terminal Pa of the power conversion device 102a to the direct current terminal Pb of the power conversion device 102b, input / output names of the respective terminals are given. The positive DC terminal Pa and the negative DC terminal Na form a DC output unit of the power converter 102a.
電力変換装置102aは、故障信号用端子Ha(出力端子)を備えている。電力変換装置102bは、故障信号用端子Hbを備えている。これらの端子は、故障信号線152aおよび152bを介して、遮断器操作部153に接続されている。 The power converter 102a includes a failure signal terminal Ha (output terminal). The power converter 102b includes a failure signal terminal Hb. These terminals are connected to the circuit breaker operation unit 153 via the failure signal lines 152a and 152b.
電力変換装置102aは、入力端子である一次側端子R,S,Tを備えている。これら一次側端子R,S,Tは、遮断器121aを介して交流系統101aの各相に接続されている。一次側端子R,S,Tは、電力変換装置102aの交流入力部を構成している。なお、遮断器121aへの遮断信号は、遮断器操作部153から、信号線154aを通して送信される。 The power converter 102a includes primary terminals R, S, and T that are input terminals. These primary side terminals R, S, and T are connected to each phase of the AC system 101a through a circuit breaker 121a. The primary side terminals R, S, and T constitute an AC input unit of the power converter 102a. Note that the breaker signal to the breaker 121a is transmitted from the breaker operation unit 153 through the signal line 154a.
電力変換装置102bは、入力端子である直流端子Pb,Nbと、出力端子である一次側端子R,S,T(不図示)とを備えている。電力変換装置102bは、これら一次側端子R,S,T(不図示)によって、遮断器121bを介して交流系統101bの各相に接続されている。なお、遮断器121bへの遮断信号は、遮断器操作部153から、信号線154bを通して送信される。 The power conversion device 102b includes DC terminals Pb and Nb that are input terminals and primary terminals R, S, and T (not shown) that are output terminals. The power converter 102b is connected to each phase of the AC system 101b via the circuit breaker 121b by these primary terminals R, S, T (not shown). In addition, the interruption | blocking signal to the circuit breaker 121b is transmitted through the signal line 154b from the circuit breaker operation part 153.
第1の実施形態の直流送電システム100は、例えば、交流系統101aの電力を交流系統101bに供給するものである。直流送電システム100は、電力変換装置102aに於いて、一次側端子R,S,Tと直流端子Pa,Naとの間で交流を直流に変換し、直流系統を介して接続される電力変換装置102bに於いて、入力端子である直流端子Pb,Nbと、出力端子である一次側端子R,S,T(不図示)との間で直流を交流に変換する。 The DC power transmission system 100 according to the first embodiment supplies, for example, the power of the AC system 101a to the AC system 101b. The DC power transmission system 100 is a power conversion device that converts AC to DC between primary terminals R, S, T and DC terminals Pa, Na in a power converter 102a and is connected via a DC system. At 102b, direct current is converted into alternating current between direct current terminals Pb and Nb which are input terminals and primary terminals R, S and T (not shown) which are output terminals.
遮断器121aは、電力変換装置102aと、交流系統101aとの間の回路を接続するか、あるいは切り離す機能を持つ。遮断器121aは、信号線154aによって遮断器操作部153に接続され、遮断器操作部153によって制御される。 The circuit breaker 121a has a function of connecting or disconnecting a circuit between the power conversion device 102a and the AC system 101a. The circuit breaker 121a is connected to the circuit breaker operation unit 153 by the signal line 154a and is controlled by the circuit breaker operation unit 153.
遮断器121bは、電力変換装置102bと、交流系統101bとの間の回路を接続するか、あるいは切り離す機能を持つ。遮断器121bは、信号線154bによって遮断器操作部153に接続され、遮断器操作部153によって制御される。 The circuit breaker 121b has a function of connecting or disconnecting a circuit between the power conversion device 102b and the AC system 101b. The circuit breaker 121b is connected to the circuit breaker operation unit 153 through the signal line 154b and is controlled by the circuit breaker operation unit 153.
なお、本実施例では遮断器121aを電力変換装置102aの外側に設けているが、電力変換装置102aの内側、変圧器103aの二次側に設けてもよい。また、遮断器121bを電力変換装置102bの外側に設けているが、電力変換装置102bの内側、変圧器103bの二次側に設けてもよい。 In this embodiment, the circuit breaker 121a is provided outside the power conversion device 102a, but may be provided inside the power conversion device 102a and on the secondary side of the transformer 103a. Moreover, although the circuit breaker 121b is provided in the outer side of the power converter device 102b, you may provide it in the inner side of the power converter device 102b and the secondary side of the transformer 103b.
次に電力変換装置102a,102bの構成について説明するが、これらは、ほぼ同一構成なので、ここでは電力変換装置102aを中心に説明する。 Next, although the structure of the power converters 102a and 102b is demonstrated, since these are substantially the same structures, it demonstrates centering on the power converter 102a here.
電力変換装置102aは、変圧器103と、交流電圧センサ110と、R相レグ104Rと、S相レグ104Sと、T相レグ104Tと、制御・保護装置112と、ゲート信号線113と、コンデンサ電圧検出線114と、直流電圧センサ115とを備えている。 The power converter 102a includes a transformer 103, an AC voltage sensor 110, an R-phase leg 104R, an S-phase leg 104S, a T-phase leg 104T, a control / protection device 112, a gate signal line 113, and a capacitor voltage. A detection line 114 and a DC voltage sensor 115 are provided.
R相レグ104Rは、第1のアームである正側のアーム105RPと、第2のアームである負側のアーム105RNとを備え、これらが直列接続されている。R相の正側のアーム105RPは、単位変換器群106RPと、アーム電流センサ111と、リアクトル107RPとを備え、これらが直列接続されている。R相の負側のアーム105RNは、単位変換器群106RNと、アーム電流センサ111と、リアクトル107RNとを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群106RPと単位変換器群106RNとは、それぞれM個(Mは2以上の自然数である。)の双方向チョッパ型単位変換器108(単位変換器)が直列接続されている。各双方向チョッパ型単位変換器108は、制御・保護装置112が生成した信号によって動作する。 The R-phase leg 104R includes a positive arm 105RP that is a first arm and a negative arm 105RN that is a second arm, which are connected in series. The R-phase positive arm 105RP includes a unit converter group 106RP, an arm current sensor 111, and a reactor 107RP, which are connected in series. R-phase negative arm 105RN includes unit converter group 106RN, arm current sensor 111, and reactor 107RN, which are connected in series. The unit converter group 106RP and the unit converter group 106RN are each connected in series with M (M is a natural number of 2 or more) bidirectional chopper type unit converters 108 (unit converters). Each bidirectional chopper type unit converter 108 is operated by a signal generated by the control / protection device 112.
S相レグ104Sは、第1のアームである正側のアーム105SPと、第2のアームである負側のアーム105SNとを備え、これらが直列接続されている。S相の正側のアーム105SPは、単位変換器群106SPと、アーム電流センサ111と、リアクトル107SPとを備え、これらが直列接続されている。S相の負側のアーム105SNは、単位変換器群106SNと、アーム電流センサ111と、リアクトル107SNとを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群106SPと単位変換器群106SNとは、それぞれM個の双方向チョッパ型単位変換器108が直列接続されている。 The S-phase leg 104S includes a positive arm 105SP that is a first arm and a negative arm 105SN that is a second arm, which are connected in series. The S-phase positive arm 105SP includes a unit converter group 106SP, an arm current sensor 111, and a reactor 107SP, which are connected in series. S-phase negative arm 105SN includes unit converter group 106SN, arm current sensor 111, and reactor 107SN, which are connected in series. In the unit converter group 106SP and the unit converter group 106SN, M bidirectional chopper type unit converters 108 are connected in series.
T相レグ104Tは、第1のアームである正側のアーム105TPと、第2のアームである負側のアーム105TNとを備え、これらが直列接続されている。T相の正側のアーム105TPは、単位変換器群106TPと、アーム電流センサ111と、リアクトル107TPとを備え、これらが直列接続されている。T相の負側のアーム105TNは、単位変換器群106TNと、アーム電流センサ111と、リアクトル107TNとを備えている。単位変換器群106TPと単位変換器群106TNとは、それぞれM個の双方向チョッパ型単位変換器108が直列接続されている。 The T-phase leg 104T includes a positive arm 105TP that is a first arm and a negative arm 105TN that is a second arm, which are connected in series. The T-phase positive arm 105TP includes a unit converter group 106TP, an arm current sensor 111, and a reactor 107TP, which are connected in series. The T-phase negative arm 105TN includes a unit converter group 106TN, an arm current sensor 111, and a reactor 107TN. In the unit converter group 106TP and the unit converter group 106TN, M bidirectional chopper type unit converters 108 are connected in series, respectively.
なお、R相レグ104R、S相レグ104S、T相レグ104Tを特に区別しないときには、単にレグ104と記載する。レグ104は、交流の相ごとに設置されている。これらは基本的に同一構成である。各レグ104の後ろに付した記号R,S,Tは、交流の各相を意味している。各レグ104は、入力端子と出力端子との間で、交流を直流に、または、直流を交流に変換する変換回路である。 When the R-phase leg 104R, the S-phase leg 104S, and the T-phase leg 104T are not particularly distinguished, they are simply referred to as the leg 104. The leg 104 is installed for each AC phase. These are basically the same configuration. Symbols R, S, and T attached to the back of each leg 104 mean each phase of alternating current. Each leg 104 is a conversion circuit that converts alternating current into direct current or direct current into alternating current between an input terminal and an output terminal.
同様に、アーム105RP,105RN,105SP,105SN,105TP,105TNを特に区別しないときには、単にアーム105と記載する。単位変換器群106RP,106RN,106SP,106SN,106TP,106TNを特に区別しないときには、単に単位変換器群106と記載する。リアクトル107RP,107RN,107SP,107SN,107TP,107TNを特に区別しないときには、単にリアクトル107と記載する。 Similarly, when the arms 105RP, 105RN, 105SP, 105SN, 105TP, and 105TN are not particularly distinguished, they are simply referred to as the arm 105. When the unit converter groups 106RP, 106RN, 106SP, 106SN, 106TP, and 106TN are not particularly distinguished, they are simply referred to as the unit converter group 106. When the reactors 107RP, 107RN, 107SP, 107SN, 107TP, and 107TN are not particularly distinguished, they are simply referred to as the reactor 107.
第1の実施形態に於いて、各アーム105の単位変換器群106は、双方向チョッパ型の単位変換器が採用されている。しかし、これに限られず、各アーム105の単位変換器群106は、フルブリッジ型の単位変換器など他の型の単位変換器を採用してもよい。 In the first embodiment, the unit converter group 106 of each arm 105 employs a bidirectional chopper type unit converter. However, the present invention is not limited to this, and the unit converter group 106 of each arm 105 may employ another type of unit converter such as a full bridge type unit converter.
アーム電流センサ111の出力側は、制御・保護装置112に接続されている。アーム電流センサ111は、各アーム105に流れる電流を検知して、制御・保護装置112に出力するものである。アーム電流センサ111は、アーム105RP,105SP,105TPに流れる電流を検知する。アーム電流センサ111は、アーム105RN,105SN,105TNの各々に流れる電流を各々別々に検知する。別々に検出するためには各相毎に別々の接続線で接続してもよいし、また、シリアル通信として各相で異なるアドレスを付して識別するようにしてもよい。 The output side of the arm current sensor 111 is connected to the control / protection device 112. The arm current sensor 111 detects a current flowing through each arm 105 and outputs it to the control / protection device 112. The arm current sensor 111 detects the current flowing through the arms 105RP, 105SP, and 105TP. Arm current sensor 111 separately detects the current flowing through each of arms 105RN, 105SN, and 105TN. In order to detect separately, each phase may be connected by a separate connection line, or may be identified by assigning a different address for each phase as serial communication.
ゲート信号線113は、双方向チョッパ型単位変換器108と制御・保護装置112とを接続するものである。制御・保護装置112は、ゲート信号線113によって、双方向チョッパ型単位変換器108の動作を制御する。制御・保護装置112は、各相毎に指令を送信し、双方向チョッパ型単位変換器108は、受信した指令を搬送波と比較してPWM信号を作り出して自己のスイッチング素子をオン/オフ制御する。搬送波は、同じ相の隣り合う双方向チョッパ型単位変換器108と所定の位相差を持つように生成される。 The gate signal line 113 connects the bidirectional chopper type unit converter 108 and the control / protection device 112. The control / protection device 112 controls the operation of the bidirectional chopper type unit converter 108 by the gate signal line 113. The control / protection device 112 transmits a command for each phase, and the bidirectional chopper type unit converter 108 compares the received command with a carrier wave to generate a PWM signal to control on / off of its own switching element. . The carrier wave is generated so as to have a predetermined phase difference with the adjacent bidirectional chopper type unit converter 108 of the same phase.
コンデンサ電圧検出線114は、双方向チョッパ型単位変換器108と制御・保護装置112とを接続されている。制御・保護装置112は、コンデンサ電圧検出線114によって、双方向チョッパ型単位変換器108の状態を検知する。各コンデンサの電圧は、各双方向チョッパ型単位変換器108のアドレスを付していずれかが識別できるようにシリアル通信で制御・保護装置112に送られる。
The capacitor voltage detection line 114 is connected to the bidirectional chopper type unit converter 108 and the control / protection device 112. The control / protection device 112 detects the state of the bidirectional chopper type unit converter 108 by the capacitor voltage detection line 114. The voltage of each capacitor is sent to the control / protection device 112 by serial communication so that any one of the bidirectional chopper type unit converters 108 can be identified and identified.
交流電圧センサ110は、遮断器121aの二次側に接続されている。交流電圧センサ110の出力側は、制御・保護装置112に接続されている。交流電圧センサ110は、交流系統101aの系統電圧VGR,VGS,VGTを検知して、制御・保護装置112に出力するものである。 The AC voltage sensor 110 is connected to the secondary side of the circuit breaker 121a. The output side of the AC voltage sensor 110 is connected to the control / protection device 112. The AC voltage sensor 110 detects the system voltages VGR, VGS, and VGT of the AC system 101a and outputs them to the control / protection device 112.
変圧器103は、一次側に印加された三相交流電圧を変圧して、二次側に出力するものである。変圧器103の一次側は、遮断器121aを介して、交流系統101aに接続されている。第1の実施形態では、交流系統101a側のノードを変圧器103の一次側と定義し、一次側端子をR,S,Tと記載する。 The transformer 103 transforms the three-phase AC voltage applied to the primary side and outputs it to the secondary side. The primary side of the transformer 103 is connected to the AC system 101a via the circuit breaker 121a. In the first embodiment, the node on the AC system 101a side is defined as the primary side of the transformer 103, and the primary side terminals are described as R, S, and T.
変圧器103の2次側は、それぞれR相レグ104Rと、S相レグ104Sと、T相レグ104Tとに接続されている。第1の実施形態では、これらの接続点を、端子Ra,Sa,Taと記載する。 The secondary side of transformer 103 is connected to R-phase leg 104R, S-phase leg 104S, and T-phase leg 104T, respectively. In the first embodiment, these connection points are described as terminals Ra, Sa, Ta.
制御・保護装置112は、交流出力部の一次側端子R,S,T、または、直流出力部の正の直流端子Paと負の直流端子Naに所定の出力を得られるように、直流出力部(Pa,Na)と交流出力部(R,S,T)との間で電力変換を行う指令を生成するものである。すなわち、直流出力部の正の直流端子Paと負の直流端子Naに所定の出力を得られるように、各双方向チョッパ型単位変換器108に指令を送る。また、各アーム105に流れる電流を監視し、直流送電システム100における短絡・地絡などの故障を検出し、故障信号CBTa’を、故障信号送信線152aを介して遮断器操作部153に送信する。 The control / protection device 112 has a DC output unit so that a predetermined output can be obtained at the primary side terminals R, S, T of the AC output unit or the positive DC terminal Pa and the negative DC terminal Na of the DC output unit. A command for performing power conversion between (Pa, Na) and the AC output unit (R, S, T) is generated. That is, a command is sent to each bidirectional chopper type unit converter 108 so that predetermined outputs can be obtained at the positive DC terminal Pa and the negative DC terminal Na of the DC output unit. Further, the current flowing through each arm 105 is monitored, a fault such as a short circuit or a ground fault in the DC power transmission system 100 is detected, and a fault signal CBTa ′ is transmitted to the circuit breaker operation unit 153 via the fault signal transmission line 152a. .
なお制御・保護装置112aと112bは、信号線155を介して故障信号を相互に通信している。112aから112bには故障信号GBa(ゲートブロック)が、112bから112aには故障信号GBbが送信される。 The control / protection devices 112a and 112b communicate fault signals with each other via the signal line 155. A failure signal GBa (gate block) is transmitted from 112a to 112b, and a failure signal GBb is transmitted from 112b to 112a.
次に、遮断器操作部153について説明する。 Next, the circuit breaker operation unit 153 will be described.
遮断器操作部153は、電力変換装置102aの端子Ha、および電力変換装置102bの端子Hbと、故障信号線152aおよび152bを介して接続されている。また、遮断器121aおよび121bを動作させて回路を遮断するための信号線154aおよび154bを出力している。詳細については後述する。 The circuit breaker operation unit 153 is connected to the terminal Ha of the power conversion device 102a and the terminal Hb of the power conversion device 102b via fault signal lines 152a and 152b. Further, signal lines 154a and 154b for operating the circuit breakers 121a and 121b to interrupt the circuit are output. Details will be described later.
端子Raは、R相レグ104Rの上側のアーム105RPと下側のアーム105RNとが接続されているノード(接続ノード)に接続されている。アーム105RPの一端は、直流端子Paに接続されている。アーム105RPの他端は、アーム105RNの一端と端子Raとに接続されている。アーム105RNの他端は、直流端子Naに接続されている。交流系統101a側から端子Raに流れる電流を、系統電流IRと定義する。 The terminal Ra is connected to a node (connection node) to which the upper arm 105RP and the lower arm 105RN of the R-phase leg 104R are connected. One end of the arm 105RP is connected to the DC terminal Pa. The other end of the arm 105RP is connected to one end of the arm 105RN and the terminal Ra. The other end of the arm 105RN is connected to the DC terminal Na. A current flowing from the AC system 101a side to the terminal Ra is defined as a system current IR.
端子Saは、S相レグ104Sの上側のアーム105SPと下側のアーム105SNとが接続されているノード(接続ノード)に接続されている。アーム105SPの一端は、直流端子Paに接続されている。アーム105SPの他端は、アーム105SNの一端と端子Saとに接続されている。アーム105SNの一端は、直流端子Naに接続されている。交流系統101a側から端子Saに流れる電流を、系統電流ISと定義する。 The terminal Sa is connected to a node (connection node) to which the upper arm 105SP and the lower arm 105SN of the S-phase leg 104S are connected. One end of the arm 105SP is connected to the DC terminal Pa. The other end of the arm 105SP is connected to one end of the arm 105SN and the terminal Sa. One end of the arm 105SN is connected to the DC terminal Na. A current flowing from the AC system 101a side to the terminal Sa is defined as a system current IS.
端子Taは、T相レグ104Tの上側のアーム105TPと下側のアーム105TNとが接続されているノード(接続ノード)に接続されている。アーム105TPの一端は、直流端子Paに接続されている。アーム105TPの他端は、アーム105TNの一端と端子Taとに接続されている。アーム105TNの一端は、直流端子Naに接続されている。交流系統101a側から端子Taに流れる電流を、系統電流ITと定義する。 The terminal Ta is connected to a node (connection node) to which the upper arm 105TP and the lower arm 105TN of the T-phase leg 104T are connected. One end of the arm 105TP is connected to the DC terminal Pa. The other end of the arm 105TP is connected to one end of the arm 105TN and a terminal Ta. One end of the arm 105TN is connected to the DC terminal Na. A current flowing from the AC system 101a side to the terminal Ta is defined as a system current IT.
アーム105RPに於いて、単位変換器群106RPが出力する電圧は、出力電圧VRPとする。単位変換器群106RPに流れる電流は、アーム電流IRPとする。アーム電流IRPは、アーム電流センサ111によって検知される。アーム電流IRPは、端子Raから直流端子Paの方向が正である。 The voltage output from the unit converter group 106RP in the arm 105RP is the output voltage VRP. The current flowing through the unit converter group 106RP is an arm current IRP. The arm current IRP is detected by the arm current sensor 111. The arm current IRP has a positive direction from the terminal Ra to the DC terminal Pa.
アーム105RNに於いて、単位変換器群106RNが出力する電圧は、出力電圧VRNとする。単位変換器群106RNに流れる電流は、アーム電流IRNとする。アーム電流IRNは、アーム電流センサ111によって検知される。アーム電流IRNは、直流端子Naから端子Raの方向が正である。 In the arm 105RN, a voltage output from the unit converter group 106RN is an output voltage VRN. The current flowing through the unit converter group 106RN is assumed to be an arm current IRN. The arm current IRN is detected by the arm current sensor 111. The arm current IRN has a positive direction from the DC terminal Na to the terminal Ra.
アーム105SPに於いて、単位変換器群106SPが出力する電圧を出力電圧VSPとする。単位変換器群106SPに流れる電流は、アーム電流ISPとする。アーム電流ISPは、アーム電流センサ111によって検知される。アーム電流ISPは、端子Saから直流端子Paの方向が正である。 A voltage output from the unit converter group 106SP in the arm 105SP is referred to as an output voltage VSP. The current flowing through the unit converter group 106SP is assumed to be an arm current ISP. The arm current ISP is detected by the arm current sensor 111. The arm current ISP has a positive direction from the terminal Sa to the DC terminal Pa.
アーム105SNに於いて単位変換器群106SNが出力する電圧を出力電圧VSNとする。単位変換器群106SNに流れる電流は、アーム電流ISNとする。アーム電流ISNは、アーム電流センサ111によって検知される。アーム電流ISNは、直流端子Naから端子Saの方向が正である。 A voltage output from the unit converter group 106SN in the arm 105SN is defined as an output voltage VSN. The current flowing through the unit converter group 106SN is an arm current ISN. The arm current ISN is detected by the arm current sensor 111. The arm current ISN has a positive direction from the DC terminal Na to the terminal Sa.
アーム105TPに於いて、単位変換器群106TPが出力する電圧を出力電圧VTPとする。単位変換器群106TPに流れる電流は、アーム電流ITPとする。アーム電流ITPは、アーム電流センサ111によって検知される。アーム電流ITPは、端子Taから直流端子Paの方向が正である。 The voltage output from the unit converter group 106TP in the arm 105TP is referred to as an output voltage VTP. The current flowing through the unit converter group 106TP is assumed to be an arm current ITP. The arm current ITP is detected by the arm current sensor 111. The arm current ITP is positive in the direction from the terminal Ta to the DC terminal Pa.
アーム105TNに於いて、単位変換器群106TNが出力する電圧を出力電圧VTNとする。単位変換器群106TNに流れる電流は、アーム電流ITNとする。アーム電流ITNは、アーム電流センサ111によって検知される。アーム電流ITNは、直流端子Naから端子Taの方向が正である。 In the arm 105TN, the voltage output from the unit converter group 106TN is defined as an output voltage VTN. The current flowing through the unit converter group 106TN is an arm current ITN. The arm current ITN is detected by the arm current sensor 111. The arm current ITN is positive in the direction from the DC terminal Na to the terminal Ta.
図2は、第1の実施形態に於ける電力変換装置102aの直流電流を示す波形図である。 FIG. 2 is a waveform diagram showing a direct current of the power conversion device 102a in the first embodiment.
図の縦軸は、電流値を示している。図の横軸は、時間を示している。この図は、電力変換装置102aが、交流系統101aの系統電流IR,IS,ITから得られる有効電力を、0.6[pu]の直流電流Idcに変換していることを示している。 The vertical axis in the figure indicates the current value. The horizontal axis of the figure indicates time. This figure shows that the power converter 102a converts the active power obtained from the system currents IR, IS, IT of the AC system 101a into a DC current Idc of 0.6 [pu].
図3(a),(b)は、第1の実施形態に於ける交流系統101aの電流/電圧を示す波形図である。 3A and 3B are waveform diagrams showing current / voltage of the AC system 101a in the first embodiment.
図3(a)は、第1の実施形態に於ける交流系統101aの電流の波形を示すグラフである。 FIG. 3A is a graph showing a current waveform of the AC system 101a in the first embodiment.
図3(a)の縦軸は、交流系統101aの電流値(瞬時値)を示している。図3(a)の横軸は、図3(b)と共通する時間を示している。 The vertical axis | shaft of Fig.3 (a) has shown the electric current value (instantaneous value) of AC system | strain 101a. The horizontal axis of Fig.3 (a) has shown the time common with FIG.3 (b).
図3(a)のグラフは、交流系統101aの系統電流IR,IS,ITのピーク値が0.82[pu]であることを示している。 The graph of FIG. 3A shows that the peak values of the system currents IR, IS, IT of the AC system 101a are 0.82 [pu].
図3(b)は、第1の実施形態に於ける交流系統101aの電圧の波形を示すグラフである。 FIG. 3B is a graph showing a voltage waveform of the AC system 101a in the first embodiment.
図3(b)の縦軸は、交流系統101aの電圧値(瞬時値)を示している。図3(b)の横軸は、図3(a)と共通する時間を示している。 The vertical axis | shaft of FIG.3 (b) has shown the voltage value (instantaneous value) of AC system | strain 101a. The horizontal axis of FIG.3 (b) has shown the time common to Fig.3 (a).
図3(b)のグラフは、変圧器103の2次側相電圧をVGR,VGS,VGTと定義した時のVGR,VGS,VGTの電圧波形を示している。 The graph of FIG. 3B shows voltage waveforms of VGR, VGS, and VGT when the secondary side phase voltage of the transformer 103 is defined as VGR, VGS, and VGT.
図4は、第1の実施形態に於ける双方向チョッパ型単位変換器108の回路構成を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the bidirectional chopper type unit converter 108 in the first embodiment.
ここでは、アーム105RPの中の双方向チョッパ型単位変換器108について説明する。なお、アーム105SP、アーム105TP、アーム105RN、アーム105SN、アーム105TNが備える双方向チョッパ型単位変換器108についても、アーム105RPの中の双方向チョッパ型単位変換器108と同様に構成されている。 Here, the bidirectional chopper type unit converter 108 in the arm 105RP will be described. The bidirectional chopper type unit converter 108 provided in the arm 105SP, the arm 105TP, the arm 105RN, the arm 105SN, and the arm 105TN is configured similarly to the bidirectional chopper type unit converter 108 in the arm 105RP.
アーム105RPは、単位変換器群106RPと、自身に流れるアーム電流IRPを検出するアーム電流センサ111と、リアクトル107RPとが直列接続されて構成されている。アーム105RPの一端は、端子Raに接続されている。アーム105RPの他端は、直流端子Paに接続されている。単位変換器群106RPは、複数の双方向チョッパ型単位変換器108を備え、これらが直列接続されて構成されている。 The arm 105RP includes a unit converter group 106RP, an arm current sensor 111 that detects an arm current IRP that flows through the unit converter group 106RP, and a reactor 107RP. One end of the arm 105RP is connected to the terminal Ra. The other end of the arm 105RP is connected to the DC terminal Pa. The unit converter group 106RP includes a plurality of bidirectional chopper type unit converters 108, which are connected in series.
双方向チョッパ型単位変換器108は、ハイサイドスイッチング素子201Hとハイサイド環流ダイオード202Hの並列回路と、ローサイドスイッチング素子201Lとローサイド環流ダイオード202Lの並列回路と、エネルギ蓄積手段であるコンデンサ203と、駆動部であるゲートドライバ205と、コンデンサ203の両端電圧を計測する電圧センサ204とを備えている。双方向チョッパ型単位変換器108は、ゲート信号線113と、コンデンサ電圧検出線114とを介して制御・保護装置112(図1参照)に接続されている。双方向チョッパ型単位変換器108の正側の端子208(第1の端子)は、他の双方向チョッパ型単位変換器108の負側の端子209(第2の端子)、または、直流端子Paに接続されている。双方向チョッパ型単位変換器108の負側の端子209(第2の端子)は、他の双方向チョッパ型単位変換器108の正側の端子208、または、リアクトル107RPの一端に接続されている。 The bidirectional chopper type unit converter 108 includes a parallel circuit of a high side switching element 201H and a high side freewheeling diode 202H, a parallel circuit of a low side switching element 201L and a low side freewheeling diode 202L, a capacitor 203 as energy storage means, and a drive. And a voltage sensor 204 that measures the voltage across the capacitor 203. The bidirectional chopper type unit converter 108 is connected to the control / protection device 112 (see FIG. 1) via a gate signal line 113 and a capacitor voltage detection line 114. The positive side terminal 208 (first terminal) of the bidirectional chopper type unit converter 108 is connected to the negative side terminal 209 (second terminal) of the other bidirectional chopper type unit converter 108 or the DC terminal Pa. It is connected to the. The negative-side terminal 209 (second terminal) of the bidirectional chopper type unit converter 108 is connected to the positive side terminal 208 of another bidirectional chopper type unit converter 108 or one end of the reactor 107RP. .
ハイサイドスイッチング素子201Hとハイサイド環流ダイオード202Hの並列回路と、ローサイドスイッチング素子201Lとローサイド環流ダイオード202Lの並列回路とが直列に接続されて、直列スイッチング回路を構成している。 A parallel circuit of the high side switching element 201H and the high side freewheeling diode 202H and a parallel circuit of the low side switching element 201L and the low side freewheeling diode 202L are connected in series to constitute a series switching circuit.
ハイサイドスイッチング素子201Hのコレクタは、コンデンサ203の一端と、電圧センサ204の一端とに接続されている。コンデンサ203の他端と、電圧センサ204の他端とは、負側の端子209に接続されている。すなわち、コンデンサ203の一端と他端との間には、電圧センサ204が並列に接続されている。コンデンサ203の両端に印加されている電圧は、電圧センサ204で検出され、コンデンサ電圧VCjkとして信号線114で制御・保護装置に転送される。コンデンサ電圧VCなどに付した記号jkのうち、jはアーム105の種別(j=RP,SP,TP,RN,SN,TN)を示し、kはそのアーム105に於ける順番1,2,…,Mを示している。 The collector of the high-side switching element 201H is connected to one end of the capacitor 203 and one end of the voltage sensor 204. The other end of the capacitor 203 and the other end of the voltage sensor 204 are connected to the negative terminal 209. That is, the voltage sensor 204 is connected in parallel between one end and the other end of the capacitor 203. The voltage applied to both ends of the capacitor 203 is detected by the voltage sensor 204 and transferred to the control / protection device through the signal line 114 as the capacitor voltage VCjk. Of the symbols jk attached to the capacitor voltage VC, etc., j indicates the type of arm 105 (j = RP, SP, TP, RN, SN, TN), k is the order 1, 2,... , M.
ハイサイドスイッチング素子201Hのコレクタは更に、ハイサイド環流ダイオード202Hのカソードに接続されている。ハイサイドスイッチング素子201Hのエミッタは、ハイサイド環流ダイオード202Hのアノードに接続され、更にローサイドスイッチング素子201Lのコレクタにも接続されている。 The collector of the high side switching element 201H is further connected to the cathode of the high side freewheeling diode 202H. The emitter of the high side switching element 201H is connected to the anode of the high side freewheeling diode 202H, and further connected to the collector of the low side switching element 201L.
ローサイドスイッチング素子201Lのコレクタは、ハイサイドスイッチング素子201Hのエミッタと、ローサイド環流ダイオード202Lのカソードとに接続されている。ローサイドスイッチング素子201Lのエミッタは、ローサイド環流ダイオード202Lのアノードと、負側の端子209とに接続されている。 The collector of the low side switching element 201L is connected to the emitter of the high side switching element 201H and the cathode of the low side freewheeling diode 202L. The emitter of the low-side switching element 201L is connected to the anode of the low-side freewheeling diode 202L and the negative terminal 209.
双方向チョッパ型単位変換器108の正側の端子208は、ローサイドスイッチング素子201Lのコレクタとハイサイドスイッチング素子201Hのエミッタとの接続ノードに接続されている。 The positive-side terminal 208 of the bidirectional chopper type unit converter 108 is connected to a connection node between the collector of the low-side switching element 201L and the emitter of the high-side switching element 201H.
ハイサイドスイッチング素子201Hとローサイドスイッチング素子201Lとは、端子208(第1の端子)と端子209(第2の端子)との間に、コンデンサ203に蓄積された蓄積エネルギー源を出力可能とするものである。すなわち、ハイサイドスイッチング素子201Hとローサイドスイッチング素子201Lとは、端子208(第1の端子)と端子209(第2の端子)との間に、コンデンサ203の両端電圧を出力可能とする。 The high-side switching element 201H and the low-side switching element 201L can output a stored energy source stored in the capacitor 203 between a terminal 208 (first terminal) and a terminal 209 (second terminal). It is. That is, the high-side switching element 201H and the low-side switching element 201L can output the voltage across the capacitor 203 between the terminal 208 (first terminal) and the terminal 209 (second terminal).
ゲートドライバ205は、ゲート信号線113を介して制御・保護装置112に接続されている。ゲートドライバ205の出力側は、ハイサイドスイッチング素子201Hのゲートとエミッタにそれぞれ接続され、更にローサイドスイッチング素子201Lのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。 The gate driver 205 is connected to the control / protection device 112 via the gate signal line 113. The output side of the gate driver 205 is connected to the gate and emitter of the high-side switching element 201H, and further connected to the gate and emitter of the low-side switching element 201L.
ゲートドライバ205は、この双方向チョッパ型単位変換器108の駆動部であり、制御・保護装置112の指令によって制御され、ハイサイドスイッチング素子201Hと、ローサイドスイッチング素子201Lのオンとオフとを切り替えることによって、正側の端子208と負側の端子209との間に、コンデンサ203の電圧を出力可能とし、出力電圧Vjkを制御するものである。ここで制御・保護装置112(図1)は、変流器207から得られた電力が所定値以上となるように指令を生成して、ゲートドライバ205を制御する。 The gate driver 205 is a drive unit of the bidirectional chopper type unit converter 108 and is controlled by a command from the control / protection device 112 to switch the high-side switching element 201H and the low-side switching element 201L on and off. Thus, the voltage of the capacitor 203 can be output between the positive terminal 208 and the negative terminal 209, and the output voltage Vjk is controlled. Here, the control / protection device 112 (FIG. 1) controls the gate driver 205 by generating a command so that the electric power obtained from the current transformer 207 becomes a predetermined value or more.
ハイサイド環流ダイオード202Hと、ローサイド環流ダイオード202Lは、コンデンサ電圧VCjkに対して電流を流さない方向に直列に接続されている。ハイサイド環流ダイオード202Hに並列に接続されたハイサイドスイッチング素子201Hと、ローサイド環流ダイオード202Lに並列に接続されたローサイドスイッチング素子201Lとは、スイッチング状態がオンの時にコンデンサ電圧VCjkを放電する方向に取り付けられている。 The high-side freewheeling diode 202H and the low-side freewheeling diode 202L are connected in series in a direction in which no current flows with respect to the capacitor voltage VCjk. The high-side switching element 201H connected in parallel to the high-side freewheeling diode 202H and the low-side switching element 201L connected in parallel to the low-side freewheeling diode 202L are attached in a direction to discharge the capacitor voltage VCjk when the switching state is on. It has been.
第1の実施形態では、既に説明の通り、コンデンサ電圧VCなどに付した記号jkのうち、jはアーム105の種別(j=RP,SP,TP,RN,SN,TN)を示し、kはそのアーム105に於ける順番1,2,…,Mを示している。 In the first embodiment, as already described, among the symbols jk attached to the capacitor voltage VC and the like, j indicates the type of the arm 105 (j = RP, SP, TP, RN, SN, TN), and k is The order 1, 2,..., M in the arm 105 is shown.
第1の実施形態では、コンデンサ203の電圧が高い方に接続されている素子は、ハイサイドと記載し、記号Hを付与する。コンデンサ203の電圧が低い方に接続されている素子を、ローサイドと記載し、記号Lを付与する。 In the first embodiment, the element connected to the higher voltage of the capacitor 203 is described as the high side and is given the symbol H. An element connected to a capacitor 203 having a lower voltage is referred to as a low side, and a symbol L is given.
ローサイドスイッチング素子201Lのコレクタとエミッタとの間には、双方向チョッパ型単位変換器108から出力される出力電圧Vjkが印加されている。 An output voltage Vjk output from the bidirectional chopper type unit converter 108 is applied between the collector and emitter of the low-side switching element 201L.
第1の実施形態に於いて、ハイサイドスイッチング素子201Hとローサイドスイッチング素子201Lには、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が採用されている。しかし、これに限られず、ハイサイドスイッチング素子201Hとローサイドスイッチング素子201Lには、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、GCT(Gate Commutated Turn-off thyristor)、GTO(Gate Turn Off thyristor)、その他のオン・オフ制御が可能な素子を採用してもよい。 In the first embodiment, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are employed for the high-side switching element 201H and the low-side switching element 201L. However, the present invention is not limited to this, and the high-side switching element 201H and the low-side switching element 201L include a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), a GCT (Gate Commutated Turn-off thyristor), and a GTO (Gate Turn Off thyristor). Other elements capable of on / off control may be employed.
双方向チョッパ型単位変換器108は、コンデンサ電圧VCjk(j=RP,SP,TP,RN,SN,TN、k=1,2,…,M)を検出する電圧センサ204を備えている。電圧センサ204の出力側は、コンデンサ電圧検出線114を介して制御・保護装置112(図1参照)に接続されている。 The bidirectional chopper type unit converter 108 includes a voltage sensor 204 that detects a capacitor voltage VCjk (j = RP, SP, TP, RN, SN, TN, k = 1, 2,..., M). The output side of the voltage sensor 204 is connected to the control / protection device 112 (see FIG. 1) via the capacitor voltage detection line 114.
双方向チョッパ型単位変換器108のゲートドライバ205は、制御・保護装置112(図1参照)からゲート信号線113を介して伝送されたゲート信号GHjkに基づき、ハイサイドスイッチング素子201Hのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加し、ゲート信号GLjkに基づいて、ローサイドスイッチング素子201Lのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加する。 The gate driver 205 of the bidirectional chopper type unit converter 108 is based on the gate signal GHjk transmitted from the control / protection device 112 (see FIG. 1) via the gate signal line 113, and the gate / emitter of the high-side switching element 201H. A gate voltage is applied between them, and a gate voltage is applied between the gate and emitter of the low-side switching element 201L based on the gate signal GLjk.
以下、双方向チョッパ型単位変換器108の出力電圧Vjkと、ハイサイドスイッチング素子201Hとローサイドスイッチング素子201Lとのオン・オフ状態との関係を説明する。 Hereinafter, the relationship between the output voltage Vjk of the bidirectional chopper type unit converter 108 and the on / off states of the high-side switching element 201H and the low-side switching element 201L will be described.
ハイサイドスイッチング素子201Hがオン状態であり、ローサイドスイッチング素子201Lがオフ状態である場合、双方向チョッパ型単位変換器108のアーム電流Ij(j=RP,SP,TP,RN,SN,TN)に関わらず、出力電圧Vjkは、概ねコンデンサ電圧VCjkと等しくなる。 When the high side switching element 201H is in the on state and the low side switching element 201L is in the off state, the arm current Ij (j = RP, SP, TP, RN, SN, TN) of the bidirectional chopper type unit converter 108 is set. Regardless, the output voltage Vjk is approximately equal to the capacitor voltage VCjk.
ハイサイドスイッチング素子201Hがオフ状態であり、ローサイドスイッチング素子201Lがオン状態である場合、アーム電流Ijに関わらず、出力電圧Vjkは、概ね零と等しくなる。 When the high side switching element 201H is in the off state and the low side switching element 201L is in the on state, the output voltage Vjk is substantially equal to zero regardless of the arm current Ij.
制御・保護装置112には、電力変換装置102a,102bの双方が備える交流電圧センサ110と、直流電圧センサ115と、各アーム電流センサ111から信号が取り込まれている。 The control / protection device 112 receives signals from the AC voltage sensor 110, the DC voltage sensor 115, and the arm current sensors 111 provided in both of the power conversion devices 102 a and 102 b.
制御・保護装置112は、コンデンサ電圧検出線114を介して、双方向チョッパ型単位変換器108のコンデンサ電圧VCjkl(j=RP,SP,TP,RN,SN,TN、k=1,2,…,M、l=a,b)を取り込んでいる。 The control / protection device 112 connects the capacitor voltage VCjkl (j = RP, SP, TP, RN, SN, TN, k = 1, 2,...) Of the bidirectional chopper type unit converter 108 via the capacitor voltage detection line 114. , M, l = a, b).
図5は、第1の実施形態に於ける制御・保護装置112の論理構成を示す図である。制御・保護装置112は、制御部300、保護部320、ゲートパルス出力部340から構成される。 FIG. 5 is a diagram illustrating a logical configuration of the control / protection device 112 according to the first embodiment. The control / protection device 112 includes a control unit 300, a protection unit 320, and a gate pulse output unit 340.
制御部300は、アーム電流IRP,ISP,ITP,IRN,ISN,ITNを取り込んで、電力変換装置102からの入力信号を所定の指令値に近づける様、ゲート信号GHjkc,GLjkcを生成し、ゲートパルス出力部340に出力する。なお、jはアーム105の種別(j=RP,SP,TP,RN,SN,TN)を示し、kはそのアーム105に於ける順番1,2,…,Mを示している。本発明は、制御部300の構成に依存しないので、制御部300の中身についての説明は省略する。 The control unit 300 takes in the arm currents IRP, ISP, ITP, IRN, ISN, and ITN, generates gate signals GHjkc and GLjkc so that the input signal from the power converter 102 approaches a predetermined command value, and generates gate pulses. Output to the output unit 340. J indicates the type of arm 105 (j = RP, SP, TP, RN, SN, TN), and k indicates the order 1, 2,..., M in the arm 105. Since the present invention does not depend on the configuration of the control unit 300, description of the contents of the control unit 300 is omitted.
保護部320は、アーム電流が閾値を越えた場合、ゲートブロック信号GBaと遮断器トリップ信号CBT’を出力する。GBaはゲートパルス出力部340および信号線155に、CBT’は信号線152に出力される。詳細については後述する。 When the arm current exceeds the threshold, the protection unit 320 outputs the gate block signal GBa and the circuit breaker trip signal CBT ′. GBa is output to the gate pulse output unit 340 and the signal line 155, and CBT ′ is output to the signal line 152. Details will be described later.
最後に、ゲートパルス出力部340の動作について説明する。 Finally, the operation of the gate pulse output unit 340 will be described.
ゲートパルス出力部340は、制御部300から送信されたゲート信号GHjkc,GLjkcをそのままゲート信号GHjk,GLjkとして信号線113に出力する。ただし、保護部320からGBa信号が出力された時、またはGBb信号を入力した場合は、GHjkc,GLjkcの出力を無視し、ゲート信号をゲート停止信号に変更して送信する。 The gate pulse output unit 340 outputs the gate signals GHjkc and GLjkc transmitted from the control unit 300 as they are to the signal line 113 as the gate signals GHjk and GLjk. However, when the GBa signal is output from the protection unit 320 or when the GBb signal is input, the outputs of GHjkc and GLjkc are ignored, and the gate signal is changed to a gate stop signal and transmitted.
次に、保護部320の構造を図9を用いて説明する。 Next, the structure of the protection part 320 is demonstrated using FIG.
絶対値演算器901および最大値演算器902は、3アームの電流最大値Imaxを(1)式にて演算する。 The absolute value calculator 901 and the maximum value calculator 902 calculate the current maximum value Imax of the three arms by the equation (1).
〔数1〕
Imax=max(|IRP|,|ISP|,|ITP|,|IRN|,|ISN|,|ITN|) … 数1
[Equation 1]
Imax = max (| IRP |, | ISP |, | ITP |, | IRN |, | ISN |, | ITN |)
比較器903は、アーム過電流閾値Ithとアーム電流最大値Imaxを比較し、ImaxがIthを上回った時に過電流信号OCを出力する。 The comparator 903 compares the arm overcurrent threshold value Ith and the arm current maximum value Imax, and outputs an overcurrent signal OC when Imax exceeds Ith.
信号保持回路904は、過電流信号OCの入力を一定時間(保持回路にリセット信号が入力されるまで)保持し、ゲートブロック信号GBaとして出力する。 The signal holding circuit 904 holds the input of the overcurrent signal OC for a certain time (until the reset signal is input to the holding circuit), and outputs it as the gate block signal GBa.
移動平均905は、各アーム電流Ijのtac[s]間の平均値を計算し、直流成分Ijdcとして出力する。なお、tac[s]は交流系統101の交流一周期分の長さとする。 The moving average 905 calculates an average value between tac [s] of each arm current Ij and outputs it as a DC component Ijdc. Note that tac [s] is a length corresponding to one AC cycle of the AC system 101.
積算器906、比較器907、論理和演算器908は、三相のアームに異なる向きで直流成分が流れているかを判定している。 The accumulator 906, the comparator 907, and the logical sum calculator 908 determine whether or not the DC component is flowing through the three-phase arm in different directions.
もしIRPdc、ISPdc、ITPdcが全て同一符号であれば、異常が無いと判断する。この時、直流系統に流れる電流が大きい場合、直流系統の異常と考えられる。この時は、906の出力が全て正、907の出力が0となる。 If IRPdc, ISPdc, and ITPdc are all the same code, it is determined that there is no abnormality. At this time, if the current flowing through the DC system is large, it is considered that the DC system is abnormal. At this time, all the outputs of 906 are positive and the output of 907 is 0.
一方、全て同一符号でない場合は、アームが短絡故障していると考えられる。この時は、906の出力が負になるものがあり、907の出力が1となるものがある。908は、P側またはN側のいずれかで、アームを構成する単位変換器群の短絡故障を検出した場合、ACflag信号を出力する。 On the other hand, when all are not the same code | symbol, it is considered that the arm has a short circuit failure. At this time, there are some in which the output of 906 becomes negative and the output in 907 becomes 1. When 908 detects a short-circuit fault in the unit converter group constituting the arm on either the P side or the N side, the AC flag signal is output.
論理積演算器909は、OCの信号保持結果GBaとACflagの論理積を演算している。即ち、アーム過電流を検出し、それがアーム短絡故障によるものであれば、信号OC2を出力する。 A logical product calculator 909 calculates a logical product of the OC signal holding result GBa and ACflag. That is, an arm overcurrent is detected, and if it is due to an arm short circuit failure, a signal OC2 is output.
信号OC2は、tac[s]遅延回路910、およびtac[s]保持回路を経て、遮断器トリップ信号CBT’として出力される。 The signal OC2 is output as a circuit breaker trip signal CBT 'via a tac [s] delay circuit 910 and a tac [s] holding circuit.
以上が、制御・保護装置112の説明である。 The above is the description of the control / protection device 112.
次に、遮断器操作部153の構成について図6を用いて簡単に説明する。 Next, the configuration of the circuit breaker operation unit 153 will be briefly described with reference to FIG.
遮断器操作部153は、電力変換装置102aおよび102bから遮断信号CBTa’およびCBTb’を入力し、それを元に遮断信号154aおよび154bを出力する。 The circuit breaker operation unit 153 receives the interruption signals CBTa ′ and CBTb ′ from the power converters 102a and 102b, and outputs the interruption signals 154a and 154b based on the signals.
遮断器操作部153は、論理和演算器401を2つ持ち、いずれもCBTa’とCBTb’のいずれかを入力した時に、信号を出力する。片方の論理和演算器401は信号線154aを介して信号CBTaを、もう片方は信号線154bを介して信号CBTbを出力する。 The circuit breaker operation unit 153 has two logical sum calculators 401 and outputs a signal when any of CBTa ′ and CBTb ′ is input. One OR operation unit 401 outputs a signal CBTa via a signal line 154a, and the other outputs a signal CBTb via a signal line 154b.
ただし、電力変換装置102aから遮断器121aへの信号は、遮断器121bへの信号よりtd[s]遅らせる。同様に、電力変換装置102bから遮断器121bへの信号も、遮断器121aへの信号より遅らせる。そのため、遅延回路402を設ける。 However, the signal from the power converter 102a to the circuit breaker 121a is delayed by td [s] from the signal to the circuit breaker 121b. Similarly, the signal from the power converter 102b to the circuit breaker 121b is also delayed from the signal to the circuit breaker 121a. Therefore, a delay circuit 402 is provided.
以上が、第1の実施形態の構成の説明である。 The above is the description of the configuration of the first embodiment.
なお、本実施形態は、アーム短絡事故時に健全側・事故発生側双方の遮断器を開放するが、事故発生側の遮断器開放を遅らせていることに特徴がある。 The present embodiment is characterized in that the circuit breakers on both the sound side and the accident occurrence side are opened in the event of an arm short circuit accident, but the circuit breaker opening on the accident occurrence side is delayed.
(第1の実施形態の動作の説明)
次に、第1の実施形態の動作を図5、図6、図9を用いて説明する。
(Description of operation of the first embodiment)
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
通常運転時、アーム電流Ijはいずれも閾値Ithより小さい。そのため、信号OCは出力されず、CBT、GBも出力されない。そのため、遮断器121a、121bは閉じた状態で運転し、ゲート信号GHjk,GLjkも出力される。 During normal operation, both arm currents Ij are smaller than threshold value Ith. Therefore, the signal OC is not output, and neither CBT nor GB is output. Therefore, the circuit breakers 121a and 121b are operated in a closed state, and gate signals GHjk and GLjk are also output.
ここで、1アーム短絡した場合、例えば電力変換装置102aの端子PaとRaが短絡した場合を考える。すると、PaからRaの向きに多大な短絡電流が流れ、|IRP|が大きな値となる。 Here, when one arm is short-circuited, for example, a case where the terminals Pa and Ra of the power conversion device 102a are short-circuited is considered. Then, a great amount of short-circuit current flows in the direction from Pa to Ra, and | IRP | becomes a large value.
この時、電力変換装置102aにおいて、Imax>Ithとなり、比較器903はOC信号を、保持回路904はGBa信号を出力し、ゲート信号GHjk,GLjkがオフになる(ゲートブロック)。 At this time, in the power converter 102a, Imax> Ith, the comparator 903 outputs the OC signal, the holding circuit 904 outputs the GBa signal, and the gate signals GHjk and GLjk are turned off (gate block).
また、端子Sa、TaからはPaの方向に短絡電流が流れるので、IRPの符号とISP・ITPの符号は逆になる(このように短絡電流が流れてIRPの符号とISP・ITPの符号は逆になるような現象を相間電流のアンバランスと規定する)。そのため、ACflag信号が出力され、CBT’信号も出力される。しかし、遮断器の開放はゲートブロックに比べて遅れが大きい。この遅れをtcb[s]とする。 Further, since a short circuit current flows in the direction of Pa from the terminals Sa and Ta, the sign of IRP and the sign of ISP / ITP are reversed (the short circuit current flows in this way, the sign of IRP and the sign of ISP / ITP are The reverse phenomenon is defined as the current imbalance between phases). Therefore, the ACflag signal is output and the CBT ′ signal is also output. However, the opening of the circuit breaker is delayed more than the gate block. Let this delay be tcb [s].
ゲートブロック後、セルの電流は端子209から208の一方向にのみ流れる。何故なら、スイッチング素子201H、201Lはともにオフで、ダイオード202Hにはコンデンサ203に蓄積された電圧により逆電圧がかけられているので、ダイオード202Lにしか電流が流れないためである。 After the gate block, the cell current flows only in one direction from terminals 209 to 208. This is because the switching elements 201H and 201L are both off, and a reverse voltage is applied to the diode 202H by the voltage stored in the capacitor 203, so that current flows only through the diode 202L.
そのため、短絡していないアームには、下から上、NaおよびNb端子から流入して交流端子Ra、Sa、Ta、Rb、Sb、Tbから流出する方向、および交流端子Ra、Sa、Ta、Rb、Sb、Tbから流入してPaおよびPb端子に流出する方向にしか電流が流れない。N側の端子には電流の流入元が無いため、N側アームには電流が流れない。一方、P側のアームの場合、105SPa、105TPa、105RPb、105SPb、105TPbに関しては交流端子Rb、Sb、Tb、Sa、TaからPa、Pbの方向にしか電流を流すことができない。一方105RPaは短絡しているため、双方向に電流が流れる。そのため、交流端子Rb、Sb、Tb、Sa、Taから直流端子Paを経由して交流端子Raの方向に電流が流れる。 Therefore, the arm which is not short-circuited, from bottom to top, flows from the Na and Nb terminals and flows out from the AC terminals Ra, Sa, Ta, Rb, Sb and Tb, and the AC terminals Ra, Sa, Ta and Rb. , Sb, and Tb, current flows only in the direction of flowing out to the Pa and Pb terminals. Since there is no current inflow source at the N-side terminal, no current flows through the N-side arm. On the other hand, in the case of the P-side arm, regarding 105SPa, 105TPa, 105RPb, 105SPb, and 105TPb, current can flow only in the direction from the AC terminals Rb, Sb, Tb, Sa, Ta to Pa, Pb. On the other hand, since 105RPa is short-circuited, a current flows in both directions. Therefore, current flows from the AC terminals Rb, Sb, Tb, Sa, Ta to the AC terminal Ra via the DC terminal Pa.
以上より、IRPa<0[A]であることが分かる。また、アーム105SPa、105TPaの場合、ダイオード202Lに順電圧がかけられている時にISPa>0[A]、ITPa>0[A]、逆電圧がかけられている時にISPa=0[A]、ITPa=0[A]となる。これに加え、電力変換器102dは全てのアームにおいて下から上にしか電流が流れないので、Idc<0[A]となる。 From the above, it can be seen that IRPa <0 [A]. In the case of the arms 105SPa and 105TPa, when the forward voltage is applied to the diode 202L, ISPa> 0 [A], ITPa> 0 [A], and when the reverse voltage is applied, ISPa = 0 [A], ITPa = 0 [A]. In addition, since current flows only from the bottom to the top in all arms, the power converter 102d satisfies Idc <0 [A].
系統に流れる電流は、変圧器103がY−Δ結線とし、励磁電流、損失、系統の零相電流を無視すると(3)〜(5)式で表される。 The current flowing in the system is expressed by the equations (3) to (5) when the transformer 103 is Y-Δ connected and the excitation current, loss, and zero phase current of the system are ignored.
〔数2〕
IR=(IRP−IRN)/√3−(ISP−ISN)/√3 … 数3
[Equation 2]
IR = (IRP-IRN) / √3- (ISP-ISN) / √3 Equation 3
〔数3〕
IS=(ISP−ISN)/√3−(ITP−ITN)/√3 … 数4
[Equation 3]
IS = (ISP-ISN) / √3- (ITP-ITN) / √3 Equation 4
〔数4〕
IT=(ITP−ITN)/√3−(IRP−IRN)/√3 … 数5
[Equation 4]
IT = (ITP-ITN) / √3- (IRP-IRN) / √3 Equation 5
短絡電流は、|IRP|が|ISP|、|ITP|に比べて大きいので、IR<0[A]のとき、IT>0[A]となる。また、ISの向きは時間とともに変化する。 Since | IRP | is larger than | ISP | and | ITP |, the short-circuit current is IT> 0 [A] when IR <0 [A]. Also, the IS direction changes with time.
一方、系統101b側は、アーム短絡していないので、通常の三相交流に近い波形で電流が流れる。 On the other hand, since the arm on the system 101b side is not short-circuited, a current flows with a waveform close to a normal three-phase alternating current.
以上より、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。この時、121aに流れる電流の向きは、R相が常に電力変換装置102aから交流系統101aの方向、T相がその逆方向で、S相以外は電流が途切れることがない。S相遮断後、R相・T相の電流は減衰し、電流が途切れるようになるが、長い時間を要するため耐量の大きな遮断器でなければ121aは安全に遮断することができない。 From the above, a short-circuit current flows through the arm and system after the gate block. At this time, the direction of the current flowing through 121a is such that the R phase is always from the power converter 102a to the AC system 101a, the T phase is the opposite direction, and the current is not interrupted except for the S phase. After the S phase is interrupted, the currents in the R phase and T phase are attenuated and the current is interrupted. However, since a long time is required, 121a cannot be safely interrupted unless the circuit breaker has a large withstand capability.
一方、121bには通常の三相交流に近い電流が流れるので、各相とも交流半周期に一回電流が途切れるので、安全に遮断することができる。 On the other hand, since a current close to a normal three-phase alternating current flows through 121b, the current is interrupted once every half cycle of the alternating current in each phase, and can be safely shut off.
事故発生からtcb[s]後、CBTbが出力され、遮断器121bが開放される。この時、直流回路に電流が流れなくなり、Idc=0[A]となる。ここで、アーム105Saおよび105Taのダイオード202Lに逆電圧がかけられている時、ISおよびITが0[A]となり、121aは安全に遮断することができる。 After tcb [s] from the occurrence of the accident, CBTb is output and the circuit breaker 121b is opened. At this time, no current flows through the DC circuit, and Idc = 0 [A]. Here, when a reverse voltage is applied to the diodes 202L of the arms 105Sa and 105Ta, IS and IT become 0 [A], and 121a can be safely shut off.
事故発生からtcb+td[s]後、CBTaが出力され、遮断器121aが開放される。
(第1の実施形態の効果)
After tcb + td [s] from the occurrence of the accident, CBTa is output and the circuit breaker 121a is opened.
(Effects of the first embodiment)
従来は、電力変換装置102aで内部短絡などの過電流を検出した場合、遮断器121a、121bの両方に遮断信号を出力していた。そのため、本実施例のような1アーム短絡事故の時は、遮断器の耐量が小さい時に、短絡が起きている側の遮断器121aを安全に開くことができなかった。 Conventionally, when an overcurrent such as an internal short circuit is detected by the power converter 102a, a cutoff signal is output to both of the circuit breakers 121a and 121b. For this reason, in the case of a one-arm short circuit accident as in this embodiment, the circuit breaker 121a on the side where the short circuit occurred cannot be opened safely when the withstand capability of the circuit breaker is small.
そこで本実施形態では、短絡事故の起きていない電力変換装置102bにつながる遮断器121bから先に遮断することにより、次の(A)のような効果を実現している。 Therefore, in the present embodiment, the following effect (A) is realized by first shutting off the circuit breaker 121b connected to the power converter 102b in which no short circuit accident has occurred.
(A) 直流送電システム100の電力変換装置102a、102bのどちらかでアーム短絡事故が起きた場合、短絡側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器ではなく、短絡が起きている側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器121bを先に開くことにより、安全に直流送電システム100を交流系統101aおよび101bから遮断することができる。
(第2の実施形態の構成)
(A) When an arm short circuit accident occurs in either of the power converters 102a and 102b of the DC power transmission system 100, not the circuit breaker connected to the AC terminal of the power converter on the short circuit side but the side on which the short circuit occurs By first opening the circuit breaker 121b connected to the AC terminal of the power converter, the DC power transmission system 100 can be safely disconnected from the AC systems 101a and 101b.
(Configuration of Second Embodiment)
第2の実施形態の直流送電システム100の構成を説明をする。本実施例においては、第1の実施形態と共通に用いる図1、図4についての説明は省略し、第1の実施形態と異なる点のみを図7、図8を用いて説明する。 The configuration of the DC power transmission system 100 according to the second embodiment will be described. In the present embodiment, description of FIGS. 1 and 4 used in common with the first embodiment will be omitted, and only points different from the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図7は、第2の実施形態に於ける制御・保護装置112の論理構成を示す図である。第1の実施形態の制御・保護装置112(図5参照)と同一の要素には同一の符号を付与している。 FIG. 7 is a diagram illustrating a logical configuration of the control / protection device 112 according to the second embodiment. The same elements as those of the control / protection device 112 (see FIG. 5) of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
論理積演算器311は、CBTとGLjkの論理積を演算し、CBTが出力されている時には無条件でGLjkをオンにし、CBTが出力されていない時は論理積演算器306の演算結果をそのままGLjkとして出力する。 The AND operator 311 calculates the logical product of the CBT and GLjk, turns on GLjk unconditionally when the CBT is output, and directly outputs the operation result of the AND operator 306 when the CBT is not output. Output as GLjk.
図8は、第2の実施形態に於ける遮断器操作部153の論理構成を示す図である。これは、第1の実施形態の遮断器操作部153の論理構成を示す図6に代えて用いるものである。 FIG. 8 is a diagram illustrating a logical configuration of the circuit breaker operation unit 153 according to the second embodiment. This is used instead of FIG. 6 showing the logical configuration of the circuit breaker operation unit 153 of the first embodiment.
第二の実施形態では、電力変換装置102aから受信した信号CBTa’を、そのまま遮断信号CBTaとして遮断器121aに送信する。また、電力変換装置102bから受信した信号CBTb’を、そのまま遮断信号CBTbとして遮断器121aに送信する。 In the second embodiment, the signal CBTa ′ received from the power converter 102a is transmitted as it is to the circuit breaker 121a as the circuit breaker signal CBTa. In addition, the signal CBTb ′ received from the power conversion device 102b is transmitted as it is to the circuit breaker 121a as the circuit breaker signal CBTb.
以上が、第2の実施形態の構成の説明である。 The above is the description of the configuration of the second embodiment.
なお、本実施形態は、遮断信号CBTが出力された時に、アーム短絡が起きた側の全てのアームのL側スイッチング素子をオンにし、全てのアームを短絡させるところに特徴がある。 The present embodiment is characterized in that when the cut-off signal CBT is output, the L-side switching elements of all the arms on the side where the arm short circuit occurs are turned on and all the arms are short-circuited.
(第2の実施形態の動作)
次に、第2の実施形態に於ける直流送電システム100cの構成並びに制御を採用したときに第1の実施形態と同様の効果が得られることについて説明する。
(Operation of Second Embodiment)
Next, it will be described that the same effect as in the first embodiment can be obtained when the configuration and control of the DC power transmission system 100c in the second embodiment are adopted.
1アーム短絡直後の動作は、第1の実施形態と同じである。1アーム短絡後、102aと102bはともにゲートブロックし、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。 The operation immediately after the one-arm short circuit is the same as that of the first embodiment. After one arm is short-circuited, both 102a and 102b are gate-blocked, and a short-circuit current flows through the arm and system after the gate block.
事故発生からtac[s]後、系統電流IR、ITが途切れることが無い状態でCBT’、GBがともに出力される。 After tac [s] from the occurrence of the accident, both CBT ′ and GB are output in a state where the grid currents IR and IT are not interrupted.
しかし、これと同時に、6アーム全てのスイッチング素子201Lが全てオンし、全てのアームが短絡する。そのため、IR、IS、ITは三相交流に近い短絡電流が流れる様になり121aを安全に遮断することができる。 However, at the same time, all the switching elements 201L of all six arms are turned on, and all the arms are short-circuited. Therefore, IR, IS, and IT can cause a short-circuit current close to three-phase alternating current to flow and 121a can be safely shut off.
本実施形態の効果は、第1の実施形態と同様である。
The effect of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
(第3の実施形態の構成) (Configuration of Third Embodiment)
図10は、第3の実施形態に於ける直流送電システムの概略の構成を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of a DC power transmission system according to the third embodiment.
第3の実施形態の直流送電システム100bは、第1の実施形態および第2の実施形態と同様に、電圧型の電力変換装置102c,102dを用いて構成されている。しかし、第3の実施形態の電力変換装置102c,102dは、回路構成が第1の実施形態および第2の実施形態の電力変換装置102a,102bとは異なる。なお、電力変換装置102c,102d以外は図1と同じであり、説明を省略する。 The DC power transmission system 100b according to the third embodiment is configured using voltage-type power converters 102c and 102d, as in the first and second embodiments. However, the power converters 102c and 102d of the third embodiment are different from the power converters 102a and 102b of the first and second embodiments in circuit configuration. Except for the power converters 102c and 102d, the configuration is the same as that shown in FIG.
次に電力変換装置102c,102dの構成について説明するが、これらは、ほぼ同一構成なので、ここでは電力変換装置102cを中心に説明する。 Next, although the structure of the power converters 102c and 102d is demonstrated, since these are substantially the same structures, it demonstrates focusing on the power converter 102c here.
電力変換装置102cは、交流電圧センサ110と、変圧器130と、各相のアーム105(R相のアーム105R、S相のアーム105S、T相のアーム105T)と、交流電流センサ140と、制御・保護装置112と、ゲート信号線113と、コンデンサ電圧検出線114と、直流電圧センサ115とを備えている。 The power conversion device 102c includes an AC voltage sensor 110, a transformer 130, an arm 105 for each phase (an R-phase arm 105R, an S-phase arm 105S, and a T-phase arm 105T), an AC current sensor 140, and a control. A protection device 112, a gate signal line 113, a capacitor voltage detection line 114, and a DC voltage sensor 115 are provided.
電力変換装置102cは、遮断器121aを介して交流系統101aに接続している。第3の実施形態では、変圧器130の交流系統101a側を1次側とし、各線を一次側端子R,S,Tとする。また、第3の実施形態では、変圧器130の各相の二次側の正側を、二次側正端子Rb,Sb,Tbとし、変圧器130の各相の二次側の中性点は、二次側負端子Nx(負側の直流端子Nc)に接続されている。 The power converter 102c is connected to the AC system 101a via the circuit breaker 121a. In the third embodiment, the AC system 101a side of the transformer 130 is a primary side, and each line is a primary side terminal R, S, T. In the third embodiment, the secondary side positive side of each phase of the transformer 130 is set as the secondary side positive terminals Rb, Sb, Tb, and the neutral point of the secondary side of each phase of the transformer 130. Is connected to the secondary negative terminal Nx (negative DC terminal Nc).
R相のアーム105Rは、単位変換器群106Rと、アーム電流センサ111とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群106Rは、M個(Mは2以上の自然数)の双方向チョッパ型単位変換器108が直列接続されている。 The R-phase arm 105R includes a unit converter group 106R and an arm current sensor 111 , which are connected in series. In the unit converter group 106R, M (M is a natural number of 2 or more) bidirectional chopper type unit converters 108 are connected in series.
S相のアーム105Sは、単位変換器群106Sと、アーム電流センサ111とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群106Sは、M個の双方向チョッパ型単位変換器108が直列接続されている。 The S-phase arm 105S includes a unit converter group 106S and an arm current sensor 111 , which are connected in series. In the unit converter group 106S, M bidirectional chopper type unit converters 108 are connected in series.
T相のアーム105Tは、単位変換器群106Tと、アーム電流センサ111とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群106Tは、M個の双方向チョッパ型単位変換器108が直列接続されている。 The T-phase arm 105T includes a unit converter group 106T and an arm current sensor 111 , which are connected in series. In the unit converter group 106T, M bidirectional chopper type unit converters 108 are connected in series.
次に、変圧器130の内部の構成について説明する。 Next, the internal configuration of the transformer 130 will be described.
変圧器130は、鉄心131R,131S,131Tと、巻線132RA,132RB,132RCと、巻線132SA,132SB,132SCと、巻線132TA,132TB,132TCとを備え、更に、一次側端子R,S,Tと、二次側正端子Rb,Sb,Tbと、二次側負端子Nxを備えている。二次側負端子Nxは、第2の直流端子である負側の直流端子Ncに接続されている。 The transformer 130 includes iron cores 131R, 131S, and 131T, windings 132RA, 132RB, and 132RC, windings 132SA, 132SB, and 132SC, and windings 132TA, 132TB, and 132TC, and further includes primary side terminals R and S. , T, secondary side positive terminals Rb, Sb, Tb, and secondary side negative terminal Nx. The secondary negative terminal Nx is connected to the negative DC terminal Nc that is the second DC terminal.
鉄心131Rには、第1の二次巻線である巻線132RBと、第2の二次巻線である巻線132SCとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心131Rには更に、一次巻線である巻線132RAが、巻線132SCと同方向に巻かれている。 A winding 132RB that is a first secondary winding and a winding 132SC that is a second secondary winding are wound around the iron core 131R by the same number of turns. Further, a winding 132RA, which is a primary winding, is wound around the iron core 131R in the same direction as the winding 132SC.
鉄心131Sには、第1の二次巻線である巻線132SBと、第2の二次巻線である巻線132TCとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心131Sには更に、一次巻線である巻線132SAが、巻線132TCと同方向に巻かれている。 A winding 132SB that is a first secondary winding and a winding 132TC that is a second secondary winding are wound around the iron core 131S by the same number of turns. Further, a winding 132SA, which is a primary winding, is wound around the iron core 131S in the same direction as the winding 132TC.
鉄心131Tには、第1の二次巻線である巻線132TBと、第2の二次巻線である巻線132RCとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心131Tには更に、一次巻線である巻線132TAが、巻線132RCと同方向に巻かれている。 A winding 132TB that is a first secondary winding and a winding 132RC that is a second secondary winding are wound around the iron core 131T by the same number of turns. Further, a winding 132TA, which is a primary winding, is wound around the iron core 131T in the same direction as the winding 132RC.
変圧器130は、これら複数の鉄心131R,131S,131Tを備えている。 The transformer 130 includes the plurality of iron cores 131R, 131S, and 131T.
以下、鉄心131R,131S,131Tを特に区別しないときには、単に鉄心131と記載する。各巻線132RA〜132TCを特に区別しないときには、単に巻線132と記載する。これらの巻線132は、各鉄心131R,131S,131Tに対して同じ方向に巻かれている。 Hereinafter, when the iron cores 131R, 131S, and 131T are not particularly distinguished, they are simply referred to as the iron core 131. When the windings 132RA to 132TC are not particularly distinguished, they are simply referred to as windings 132. These windings 132 are wound in the same direction around the iron cores 131R, 131S, and 131T.
各鉄心131に於いて、図中の二次側正端子Rb,Sb,Tbの方向にある端子を、正側端子と呼ぶ。図中の二次側負端子Nx(負側の直流端子Nc)の方向にある端子を、負側端子と呼ぶ。 In each iron core 131, the terminal in the direction of the secondary side positive terminals Rb, Sb, Tb in the drawing is called a positive side terminal. A terminal in the direction of the secondary negative terminal Nx (negative DC terminal Nc) in the figure is referred to as a negative terminal.
巻線132RA,132SA,132TAの正側端子は、それぞれ一次側端子S,T,Rに接続されている。巻線132RA,132SA,132TAの負側端子は、それぞれ一次側端子R,S,Tに接続され、デルタ結線(Δ結線)されている。すなわち、一次巻線である巻線132RA,132SA,132TAは、遮断器121aの二次側にΔ結線で接続されている。 Positive terminals of windings 132RA, 132SA, and 132TA are connected to primary terminals S, T, and R, respectively. The negative terminals of the windings 132RA, 132SA, and 132TA are connected to the primary terminals R, S, and T, respectively, and are delta-connected (Δ-connected). That is, the windings 132RA, 132SA, and 132TA, which are primary windings, are connected to the secondary side of the circuit breaker 121a by Δ connection.
第1の二次巻線である巻線132RB,132SB,132TBの正側端子は、それぞれ異なる相の鉄心131に巻かれた第2の二次巻線である巻線132RC,132SC,132TCの正側端子に接続されている。 The positive terminals of the windings 132RB, 132SB, and 132TB that are the first secondary windings are the positive terminals of the windings 132RC, 132SC, and 132TC that are the second secondary windings wound around the iron cores 131 of different phases. Connected to the side terminal.
第1の二次巻線132RB,132SB,132TBの負側端子は、それぞれ二次側正端子Rb,Sb,Tbに接続されている。 The negative side terminals of the first secondary windings 132RB, 132SB, and 132TB are connected to the secondary side positive terminals Rb, Sb, and Tb, respectively.
第2の二次巻線である巻線132RC,132SC,132TCの負側端子は、全て二次側負端子Nx(負側の直流端子Nc)に接続されている。 The negative terminals of the windings 132RC, 132SC, 132TC, which are the second secondary windings, are all connected to the secondary negative terminal Nx (negative DC terminal Nc).
ここで、二次側正端子Rb,Sb,Tbから二次側負端子Nx(負側の直流端子Nc)に向かって、同一の直流電流を流したときを考える。鉄心131Rに於いて、巻線132RBに発生する磁束と、巻線132SCに発生する磁束は、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。鉄心131Sに於いて、巻線132SBに発生する磁束と、巻線132TCに発生する磁束は、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。鉄心131Tに於いて、巻線132TBに発生する磁束と、巻線132RCに発生する磁束は、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。 Here, a case is considered where the same DC current flows from the secondary positive terminals Rb, Sb, Tb toward the secondary negative terminal Nx (negative DC terminal Nc). In the iron core 131R, the magnetic flux generated in the winding 132RB and the magnetic flux generated in the winding 132SC have opposite directions and the same strength, and thus cancel each other. In the iron core 131 </ b> S, the magnetic flux generated in the winding 132 </ b> SB and the magnetic flux generated in the winding 132 </ b> TC have opposite directions and the same strength, and thus cancel each other. In the iron core 131T, the magnetic flux generated in the winding 132TB and the magnetic flux generated in the winding 132RC are in the opposite direction and have the same strength, and thus cancel each other.
これにより、電力変換装置102c,102dは、交流系統101a,101bの系統電流とは独立に、直流系統の電流Idcを流すことができる。 Thereby, the power converters 102c and 102d can flow the current Idc of the DC system independently of the system current of the AC systems 101a and 101b.
R相のアーム105Rの一端は、変圧器130の二次側正端子Rbに接続されている。R相のアーム105Rの他端は、直流端子Pc(第1の直流端子)に接続されている。アーム105Rに於いて、単位変換器群106Rが出力する電圧は、出力電圧VRaとする。アーム105Rには、二次側正端子Rbから直流端子Pcの方向に、アーム電流IRaが流れる。出力電圧VRaとアーム電流IRaは、二次側正端子Rbから直流端子Pcの方向が正である。 One end of the R-phase arm 105R is connected to the secondary side positive terminal Rb of the transformer 130. The other end of the R-phase arm 105R is connected to a DC terminal Pc (first DC terminal). The voltage output from the unit converter group 106R in the arm 105R is the output voltage VRa. An arm current IRa flows through the arm 105R in the direction from the secondary positive terminal Rb to the DC terminal Pc. In the output voltage VRa and the arm current IRa, the direction from the secondary side positive terminal Rb to the DC terminal Pc is positive.
S相のアーム105Sの一端は、変圧器130の二次側正端子Sbに接続されている。S相のアーム105Sの他端は、直流端子Pc(第1の直流端子)に接続されている。アーム105Sに於いて、単位変換器群106Sが出力する電圧は、出力電圧VSaとする。アーム105Rには、二次側正端子Sbから直流端子Pcの方向に、アーム電流ISaが流れる。出力電圧VSaとアーム電流ISaは、二次側正端子Sbから直流端子Pcの方向が正である。 One end of the S-phase arm 105 </ b> S is connected to the secondary side positive terminal Sb of the transformer 130. The other end of the S-phase arm 105S is connected to a DC terminal Pc (first DC terminal). The voltage output from the unit converter group 106S in the arm 105S is the output voltage VSa. An arm current ISa flows through the arm 105R in the direction from the secondary positive terminal Sb to the DC terminal Pc. In the output voltage VSa and the arm current ISa, the direction from the secondary side positive terminal Sb to the DC terminal Pc is positive.
T相のアーム105Tの一端は、変圧器130の二次側正端子Tbに接続されている。T相のアーム105Tの他端は、直流端子Pc(第1の直流端子)に接続されている。アーム105Tに於いて、単位変換器群106Tが出力する電圧は、出力電圧VRaとする。アーム105Tには、二次側正端子Tbから直流端子Pcの方向に、アーム電流ITaが流れる。出力電圧VTaとアーム電流ISaは、二次側正端子Tbから直流端子Pcの方向が正である。 One end of the T-phase arm 105T is connected to the secondary-side positive terminal Tb of the transformer 130. The other end of the T-phase arm 105T is connected to a DC terminal Pc (first DC terminal). The voltage output from the unit converter group 106T in the arm 105T is assumed to be the output voltage VRa. An arm current ITa flows through the arm 105T in the direction from the secondary positive terminal Tb to the DC terminal Pc. In the output voltage VTa and the arm current ISa, the direction from the secondary side positive terminal Tb to the DC terminal Pc is positive.
第3の実施形態では、各アーム105の他端が第1の直流端子である直流端子Pcに接続され、変圧器130の二次側負端子Nxが第2の直流端子である負側の直流端子Ncに接続されている。しかし、これに限られず、各アーム105の他端が負側の直流端子Ncに接続され、変圧器130の二次側負端子Nxが正側の直流端子Pcに接続されていてもよい。 In the third embodiment, the other end of each arm 105 is connected to a DC terminal Pc that is a first DC terminal, and the secondary negative terminal Nx of the transformer 130 is a negative DC terminal that is a second DC terminal. It is connected to the terminal Nc. However, the present invention is not limited to this, and the other end of each arm 105 may be connected to the negative DC terminal Nc, and the secondary negative terminal Nx of the transformer 130 may be connected to the positive DC terminal Pc.
次に、制御・保護装置112の動作について簡単に説明する。なお、本実施形態では、変圧器130の巻数比(巻線132RA,132RB,132TC)、(巻線132SA,132SB,132RC)、(巻線132TA,132TB,132SC)が、それぞれ2:1:1である場合を想定して説明する。しかし、これに限られず、巻数比は、(X:1:1)であってもよい。これにより、電力変換装置102c,102dは、系統電流IR,IS,ITを流すことなく、アーム105R,105S,105Tに零相成分の電流を流すことができる。 Next, the operation of the control / protection device 112 will be briefly described. In the present embodiment, the turns ratio (windings 132RA, 132RB, 132TC), (windings 132SA, 132SB, 132RC), and (windings 132TA, 132TB, 132SC) of the transformer 130 are 2: 1: 1, respectively. This will be described assuming the case. However, the present invention is not limited to this, and the turn ratio may be (X: 1: 1). As a result, the power converters 102c and 102d can cause the zero-phase component current to flow through the arms 105R, 105S, and 105T without flowing the system currents IR, IS, and IT.
制御・保護装置112には、電力変換装置102c,102dの双方が備える交流電圧センサ110と、直流電圧センサ115と、各アーム電流センサ111と、交流電流センサ140から信号が取り込まれている。 The control / protection device 112 receives signals from the AC voltage sensor 110, the DC voltage sensor 115, each arm current sensor 111, and the AC current sensor 140 included in both of the power conversion devices 102 c and 102 d.
制御・保護装置112は、コンデンサ電圧検出線114を介して、双方向チョッパ型単位変換器108のコンデンサ電圧VCjkl(j=R,S,T、k=1,2,…,M、l=c,d)を取り込んでいる。 The control / protection device 112 receives the capacitor voltage VCjkl (j = R, S, T, k = 1, 2,..., M, l = c of the bidirectional chopper type unit converter 108 via the capacitor voltage detection line 114. , D).
制御・保護装置112の基本的な機能は、第1の実施形態と同様である。詳細については、後記する図11で詳細に説明する。 The basic functions of the control / protection device 112 are the same as those in the first embodiment. Details will be described in detail later with reference to FIG.
制御・保護装置112dの機能構成は、制御・保護装置112cと同一なので、以降の説明を省略する。 Since the functional configuration of the control / protection device 112d is the same as that of the control / protection device 112c, the following description is omitted.
図11は、第3の実施形態に於ける制御・保護装置112cの論理構成を示す図である。112cは、制御部300、保護部3320、ゲートパルス出力部340から構成される。 FIG. 11 is a diagram illustrating a logical configuration of the control / protection device 112c according to the third embodiment. 112c includes a control unit 300, a protection unit 3320, and a gate pulse output unit 340.
制御部300は、電力変換装置102cからの入力信号を所定の指令値に近づける様、ゲート信号GHjkc,GLjkcを生成し、ゲートパルス出力部3340に出力する。なお、jはアーム105の種別(j=R,S,T)を示し、kはそのアーム105に於ける順番1,2,…,Mを示している。本発明は、制御部300の構成に依存しないので、制御部300の中身についての説明は省略する。 The control unit 300 generates the gate signals GHjkc and GLjkc so as to bring the input signal from the power conversion device 102c close to a predetermined command value, and outputs the gate signals GHjkc and GLjkc to the gate pulse output unit 3340. J indicates the type of arm 105 (j = R, S, T), and k indicates the order 1, 2,..., M in the arm 105. Since the present invention does not depend on the configuration of the control unit 300, description of the contents of the control unit 300 is omitted.
次に、保護部3320の動作について図13を用いて説明する。 Next, the operation of the protection unit 3320 will be described with reference to FIG.
絶対値演算器901および最大値演算器902は、3アームの電流最大値Imaxを(6)式にて演算する。 The absolute value calculator 901 and the maximum value calculator 902 calculate the current maximum value Imax of the three arms by the equation (6).
〔数5〕
Imax=max(|IRa|,|ISa|,|ITa|) … 数6
[Equation 5]
Imax = max (| IRa |, | ISa |, | ITa |)
比較器903は、アーム過電流閾値Ithとアーム電流最大値Imaxを比較し、ImaxがIthを上回った時に過電流信号OCを出力する。 The comparator 903 compares the arm overcurrent threshold value Ith and the arm current maximum value Imax, and outputs an overcurrent signal OC when Imax exceeds Ith.
信号保持回路904は、過電流信号OCの入力を一定時間(保持回路にリセット信号が入力されるまで)保持し、ゲートブロック信号GBaとして出力する。 The signal holding circuit 904 holds the input of the overcurrent signal OC for a certain time (until the reset signal is input to the holding circuit), and outputs it as the gate block signal GBa.
移動平均905は、各アーム電流Ijのtac[s]間の平均値を計算し、直流成分Ijdcとして出力する。なお、tac[s]は交流系統101の交流一周期分の長さとする。 The moving average 905 calculates an average value between tac [s] of each arm current Ij and outputs it as a DC component Ijdc. Note that tac [s] is a length corresponding to one AC cycle of the AC system 101.
積算器906、比較器907、論理和演算器908は、アームに異なる向きで直流成分が流れているかを判定している。 The accumulator 906, the comparator 907, and the logical sum calculator 908 determine whether a DC component is flowing in the arm in different directions.
もしIRadc、ISadc、ITadcが全て同一符号であれば、異常が無いと判断する。このとき、直流系統に流れる電流が大きい場合、直流系統の異常と考えられる。この時は、906の出力が全て正、907の出力が0となる。 If IRadc, ISadc, and ITadc are all the same code, it is determined that there is no abnormality. At this time, if the current flowing through the DC system is large, it is considered that the DC system is abnormal. At this time, all the outputs of 906 are positive and the output of 907 is 0.
一方、全て同一符号でない場合は、アームが短絡故障していると考えられる。この時は、906の出力が負になるものがあり、907の出力が1となるものがある。908は、アーム短絡故障を検出した場合、ACflag信号を出力する。 On the other hand, when all are not the same code | symbol, it is considered that the arm has a short circuit failure. At this time, there are some in which the output of 906 becomes negative and the output in 907 becomes 1. When an arm short circuit failure is detected, 908 outputs an ACflag signal.
論理積演算器909は、OCの信号保持結果GBaとACflagの論理積を演算している。即ち、アーム過電流を検出し、それがアーム短絡故障によるものであれば、信号OC2を出力する。 A logical product calculator 909 calculates a logical product of the OC signal holding result GBa and ACflag. That is, an arm overcurrent is detected, and if it is due to an arm short circuit failure, a signal OC2 is output.
信号OC2は、tac[s]遅延回路910、およびtac[s]保持回路を経て、遮断器トリップ信号CBT’として出力される。 The signal OC2 is output as a circuit breaker trip signal CBT 'via a tac [s] delay circuit 910 and a tac [s] holding circuit.
ゲートパルス出力部3340の動作については、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。 The operation of the gate pulse output unit 3340 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted.
以上が、制御・保護装置112cの説明である。 The above is the description of the control / protection device 112c.
なお、本実施形態は、アーム短絡事故時に健全側・事故発生側双方の遮断器を開放するが、事故発生側の遮断器開放を遅らせていることに特徴がある。
The present embodiment is characterized in that the circuit breakers on both the sound side and the accident occurrence side are opened in the event of an arm short circuit accident, but the circuit breaker opening on the accident occurrence side is delayed.
(第3の実施形態の動作の説明)
(Description of operation of the third embodiment)
以下、第3の実施形態の動作について、図11、図13を用いて説明する。なお、101aの線間電圧実効値を1[pu]、周波数を60[Hz]、変圧器130aの巻線比3:1:1、二次側定格相電圧を0.33[pu]、直流定格電圧を0.63[pu]とし、アーム短絡事故前は電力融通無し、即ちIdc=0[A]とする。 Hereinafter, the operation of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 13. Note that the effective value of the line voltage of 101a is 1 [pu], the frequency is 60 [Hz], the winding ratio of the transformer 130a is 3: 1: 1, the secondary-side rated phase voltage is 0.33 [pu], DC The rated voltage is 0.63 [pu], and there is no power interchange before an arm short circuit accident, that is, Idc = 0 [A].
また、過電流判定値Ith=9[pu]、遮断器121aおよび121bの遮断にかかる時間tcb[s]を70[ms]、事故発生側の故障信号出力遅れ時間td[s]を33[ms]とする。 Further, the overcurrent determination value Ith = 9 [pu], the time tcb [s] required for breaking the circuit breakers 121a and 121b is 70 [ms], and the failure signal output delay time td [s] on the accident occurrence side is 33 [ms]. ]
通常運転時、アーム電流Ijはいずれも閾値Ithより小さい。そのため、信号OCは出力されず、CBT、GBも出力されない。そのため、遮断器121a、121bは閉じた状態で運転し、ゲート信号GHjk,GLjkも出力される。この時の波形を、図14・図15の(a)に示す。 During normal operation, both arm currents Ij are smaller than threshold value Ith. Therefore, the signal OC is not output, and neither CBT nor GB is output. Therefore, the circuit breakers 121a and 121b are operated in a closed state, and gate signals GHjk and GLjk are also output. The waveforms at this time are shown in FIGS.
ここで、1アーム短絡した場合、例えば電力変換装置102aの端子PcとRbが短絡した場合を考える。すると、PcからRbの向きに多大な短絡電流が流れ、|IRa|が大きな値となる。 Here, when one arm is short-circuited, for example, a case where the terminals Pc and Rb of the power converter 102a are short-circuited is considered. Then, a great amount of short-circuit current flows in the direction from Pc to Rb, and | IRa | becomes a large value.
この時、電力変換装置102aにおいてImax>Ithとなり、比較器903はOC信号を出力し、ゲート信号GHjk,GLjkがオフになる(ゲートブロック)。 At this time, Imax> Ith in the power converter 102a, the comparator 903 outputs an OC signal, and the gate signals GHjk and GLjk are turned off (gate block).
また、端子Sa、TaからはPaの方向に短絡電流が流れるので、IRPの符号とISP・ITPの符号は逆になる。そのため、ACflag信号が出力され、CBT’信号も出力される。しかし、遮断器の開放はゲートブロックに比べて遅れが大きい。 Further, since a short-circuit current flows in the direction of Pa from the terminals Sa and Ta, the signs of IRP and ISP / ITP are reversed. Therefore, the ACflag signal is output and the CBT ′ signal is also output. However, the opening of the circuit breaker is delayed more than the gate block.
ゲートブロック後、セルの電流は端子209から208の一方向にのみ流れる。何故なら、スイッチング素子201H、201Lはともにオフで、ダイオード202Hにはコンデンサ203に蓄積された電圧により逆電圧がかけられているので、ダイオード202Lにしか電流が流れないためである。 After the gate block, the cell current flows only in one direction from terminals 209 to 208. This is because the switching elements 201H and 201L are both off, and a reverse voltage is applied to the diode 202H by the voltage stored in the capacitor 203, so that current flows only through the diode 202L.
そのため、短絡していないアームには、下から上、NcおよびNd端子から流入してPcおよびPd端子から流出する方向にしか電流が流れない。短絡した105RPaから電流が流出するため、交流端子Sb、Tbから直流端子Paを経由して交流端子Raの方向に電流が流れる。 Therefore, a current flows through the arm that is not short-circuited only from the bottom to the top, flowing in from the Nc and Nd terminals and flowing out from the Pc and Pd terminals. Since the current flows out from the shorted 105RPa, the current flows from the AC terminals Sb and Tb through the DC terminal Pa in the direction of the AC terminal Ra.
以上より、IRa<0[A]であることが分かる。また、アーム105Sa、105Taの場合、ダイオード202Lに順電圧がかけられている時にISa>0[A]、ITa>0[A]、逆電圧がかけられている時にISa=0[A]、ITa=0[A]となる。これに加え、電力変換器102dは全てのアームにおいて下から上にしか電流が流れないので、Idc<0[A]となる。 From the above, it can be seen that IRa <0 [A]. In the case of the arms 105Sa and 105Ta, ISa> 0 [A], ITa> 0 [A] when a forward voltage is applied to the diode 202L, and ISa = 0 [A], ITa when a reverse voltage is applied. = 0 [A]. In addition, since current flows only from the bottom to the top in all arms, the power converter 102d satisfies Idc <0 [A].
系統に流れる電流は、励磁電流と損失を無視すると(7)〜(9)式で表される。そのため、IR<0[A]となる一方、IS>0[A]、IT>0[A]となる。ここでRは、変圧器130の一次側に対する二次側電圧の比で、本実施例においてはR=1[pu]である。 The current flowing through the system is expressed by equations (7) to (9) when the excitation current and the loss are ignored. Therefore, while IR <0 [A], IS> 0 [A] and IT> 0 [A]. Here, R is a ratio of the secondary side voltage to the primary side of the transformer 130, and in this embodiment, R = 1 [pu].
〔数6〕
IR=(IRa−Idc/3)・R … 数7
[Equation 6]
IR = (IRa−Idc / 3) · R Equation 7
〔数7〕
IS=(ISa−Idc/3)・R … 数8
[Equation 7]
IS = (ISa−Idc / 3) · R Equation 8
〔数8〕
IT=(ITa−Idc/3)・R … 数9
[Equation 8]
IT = (ITa−Idc / 3) · R Equation 9
以上より、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。この時、121aには常に電流が流れ続け、途切れることが無い。そのため、121aは安全に遮断することができない状態である。この時の波形を、図14の(b)に示す。 From the above, a short-circuit current flows through the arm and system after the gate block. At this time, the current always flows through 121a and is not interrupted. Therefore, 121a is in a state where it cannot be safely blocked. The waveform at this time is shown in FIG.
一方、121bには通常の三相交流に近い電流が流れるので、各相とも交流半周期に一回電流が途切れるので、安全に遮断することができる。波形を、図15の(b)に示す。 On the other hand, since a current close to a normal three-phase alternating current flows through 121b, the current is interrupted once every half cycle of the alternating current in each phase, and can be safely shut off. The waveform is shown in FIG.
事故発生からtcb[s]後、CBTbが出力され、遮断器121bが開放される。この時、直流回路に電流が流れなくなり、Idc=0[A]となる。ここで、アーム105Saおよび105Taのダイオード202Lに逆電圧がかけられている時、ISおよびITが0[A]となり、121aは安全に遮断することができる。この時の波形を図14・15の(c)に示す。 After tcb [s] from the occurrence of the accident, CBTb is output and the circuit breaker 121b is opened. At this time, no current flows through the DC circuit, and Idc = 0 [A]. Here, when a reverse voltage is applied to the diodes 202L of the arms 105Sa and 105Ta, IS and IT become 0 [A], and 121a can be safely shut off. The waveform at this time is shown in FIG.
事故発生からtcb+td[s]後、CBTaが出力され、遮断器121aが開放される。この時の波形を図14・15の(d)に示す。
(第3の実施形態の効果)
After tcb + td [s] from the occurrence of the accident, CBTa is output and the circuit breaker 121a is opened. The waveform at this time is shown in FIG.
(Effect of the third embodiment)
従来は、電力変換装置102cで内部短絡などの過電流を検出した場合、遮断器121a、121bの両方に遮断信号を出力していた。そのため、本実施例のような1アーム短絡事故の時は、遮断器の耐量が小さい時に、短絡が起きている側の遮断器121aを安全に開くことができなかった。 Conventionally, when an overcurrent such as an internal short circuit is detected by the power converter 102c, a cutoff signal is output to both of the circuit breakers 121a and 121b. For this reason, in the case of a one-arm short circuit accident as in this embodiment, the circuit breaker 121a on the side where the short circuit occurred cannot be opened safely when the withstand capability of the circuit breaker is small.
そこで本実施形態では、短絡事故の起きていない電力変換装置102dにつながる遮断器121bから先に遮断することにより、次の(A)のような効果を実現している。 Therefore, in the present embodiment, the following effect (A) is realized by first shutting off the circuit breaker 121b connected to the power converter 102d in which no short circuit accident has occurred.
(A) 直流送電システム100bの電力変換装置102c、102dのどちらかでアーム短絡事故が起きた場合、短絡側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器ではなく、短絡が起きている側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器121bを先に開くことにより、安全に直流送電システム100bを交流系統101aおよび101bから遮断することができる。
(第4の実施形態の構成)
(A) When an arm short circuit accident occurs in one of the power conversion devices 102c and 102d of the DC power transmission system 100b, the side where the short circuit is occurring, not the circuit breaker connected to the AC terminal of the power conversion device on the short circuit side By first opening the circuit breaker 121b connected to the AC terminal of the power converter, the DC power transmission system 100b can be safely disconnected from the AC systems 101a and 101b.
(Configuration of Fourth Embodiment)
第4の実施形態の直流送電システム100cの構成を説明をする。本実施例においては、第3の実施形態と共通に用いる図10、および図2の実施形態と共通に用いる図8についての説明は省略し、第2・第3の実施形態と異なる点のみを図12を用いて説明する。 A configuration of a DC power transmission system 100c according to the fourth embodiment will be described. In this example, the description of FIG. 10 used in common with the third embodiment and FIG. 8 used in common with the embodiment of FIG. 2 is omitted, and only the differences from the second and third embodiments are omitted. This will be described with reference to FIG.
図12は、第4の実施形態に於ける制御・保護装置112の論理構成を示す図である。第3の実施形態の制御・保護装置112(図11参照)と同一の要素には同一の符号を付与している。 FIG. 12 is a diagram illustrating a logical configuration of the control / protection device 112 according to the fourth embodiment. The same elements as those of the control / protection device 112 (see FIG. 11) of the third embodiment are denoted by the same reference numerals.
論理積演算器311は、CBTとGLjkの論理積を演算し、CBTが出力されている時には無条件でGLjkをオンにし、CBTが出力されていない時は論理積演算器306の演算結果をそのままGLjkとして出力する。 The AND operator 311 calculates the logical product of the CBT and GLjk, turns on GLjk unconditionally when the CBT is output, and directly outputs the operation result of the AND operator 306 when the CBT is not output. Output as GLjk.
以上が、第2の実施形態の構成の説明である。 The above is the description of the configuration of the second embodiment.
なお、本実施形態は、遮断信号CBTが出力された時に、アーム短絡が起きた側の全てのアームのL側スイッチング素子をオンにし、全てのアームを短絡させるところに特徴がある。 The present embodiment is characterized in that when the cut-off signal CBT is output, the L-side switching elements of all the arms on the side where the arm short circuit occurs are turned on and all the arms are short-circuited.
(第4の実施形態の動作)
次に、第4の実施形態に於ける直流送電システム100bの構成並びに制御を採用したときに第3の実施形態と同様の効果が得られることについて説明する。
(Operation of Fourth Embodiment)
Next, it will be described that the same effect as in the third embodiment can be obtained when the configuration and control of the DC power transmission system 100b in the fourth embodiment are adopted.
1アーム短絡直後の動作は、第3の実施形態と同じである。1アーム短絡後、102cと102dはともにゲートブロックし、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。 The operation immediately after the one-arm short circuit is the same as that of the third embodiment. After one arm is short-circuited, both 102c and 102d are gate-blocked, and a short-circuit current flows through the arm and system after the gate block.
事故発生からtac[s]後、系統電流が途切れることが無い状態でCBT’、GBがともに出力される。 After tac [s] from the occurrence of the accident, both CBT ′ and GB are output in a state where the grid current is not interrupted.
しかし、これと同時に、3アーム全てのスイッチング素子201Lが全てオンし、全てのアームが短絡する。そのため、IR、IS、ITは三相交流に近い短絡電流が流れる様になり121aを安全に遮断することができる。 However, at the same time, all the switching elements 201L of all three arms are turned on, and all the arms are short-circuited. Therefore, IR, IS, and IT can cause a short-circuit current close to three-phase alternating current to flow and 121a can be safely shut off.
本実施形態の効果は、第3の実施形態と同様である。 The effect of this embodiment is the same as that of the third embodiment.
100,100b,100c 直流送電システム
101 交流系統
101a 交流系統 (第1の交流系統)
101b 交流系統 (第2の交流系統)
102a,102b 電力変換装置
102c 電力変換装置 (第1の電力変換装置)
102d 電力変換装置 (第2の電力変換装置)
103 変圧器
104 レグ
105RP,105SP,105TP アーム (第1のアーム)
105RN,105SN,105TN アーム (第2のアーム)
105R,105S,105T アーム
106 単位変換器群
107 リアクトル
108 双方向チョッパ型単位変換器
110 交流電圧センサ
111 アーム電流センサ
112,112a,112c,112d 制御部
113 ゲート信号線
114 コンデンサ電圧検出線
115 直流電圧センサ
120 初充電装置
121 遮断器
130 変圧器
131 鉄心
132RA,132SA,132TA 巻線 (一次巻線)
132RB,132SB,132TB 巻線 (第1の二次巻線)
132RC,132SC,132TC 巻線 (第2の二次巻線)
140 交流電流センサ
150,150c 制御・保護装置
201H,201L スイッチング素子
202H,202L 環流ダイオード
203 コンデンサ (エネルギ蓄積手段)
204 電圧センサ
205 ゲートドライバ (制御部)
208 端子
209 端子
Pa,Pb,Pc,Pd 正側の直流端子 (第1の直流端子:直流出力部)
Na,Nb,Nc,Nd 負側の直流端子 (第2の直流端子:直流出力部)
R,S,T 一次側端子 (交流出力部)
100, 100b, 100c DC power transmission system 101 AC system 101a AC system (first AC system)
101b AC system (second AC system)
102a, 102b Power converter 102c Power converter (first power converter)
102d Power converter (second power converter)
103 transformer 104 leg 105RP, 105SP, 105TP arm (first arm)
105RN, 105SN, 105TN Arm (second arm)
105R, 105S, 105T Arm 106 Unit converter group 107 Reactor 108 Bidirectional chopper type unit converter 110 AC voltage sensor 111 Arm current sensors 112, 112a, 112c, 112d Control unit 113 Gate signal line 114 Capacitor voltage detection line 115 DC voltage Sensor 120 Initial charging device 121 Circuit breaker 130 Transformer 131 Iron core 132RA, 132SA, 132TA Winding (Primary winding)
132RB, 132SB, 132TB Winding (first secondary winding)
132RC, 132SC, 132TC Winding (secondary winding)
140 AC current sensor 150, 150c Control / protection device 201H, 201L Switching element 202H, 202L Free-wheeling diode 203 Capacitor (energy storage means)
204 Voltage sensor 205 Gate driver (control unit)
208 terminal 209 terminals Pa, Pb, Pc, Pd Positive DC terminal (first DC terminal: DC output section)
Na, Nb, Nc, Nd Negative DC terminal (second DC terminal: DC output unit)
R, S, T Primary side terminal (AC output section)
Claims (10)
A unit converter including a switching element and a power storage unit, wherein the unit converter charges and discharges the power storage unit by operation of the switching element, and a plurality of the unit converters are connected in series. A unit converter group, the unit converter group is connected in parallel, the parallel connection portion is a DC terminal, each of the unit converter group is connected to a first AC system through a circuit breaker, A first power conversion system that performs AC / DC power conversion with one AC system, and a configuration similar to that of the first power conversion system, is connected to the second AC system via a circuit breaker. There is a second power conversion system, wherein the first and second power conversion systems are connected to each other, and the first and second AC systems exchange power between the first and second power conversion systems. The unit of direct current flowing through the unit converter group When the unbalance between the converter groups becomes equal to or greater than a predetermined value, a signal for cutting off the circuit breaker of the second power conversion system connected via the DC output terminal is output, and then the first power A power conversion system that outputs a signal for interrupting a circuit breaker on the conversion system side.
2. The AC system according to claim 1, wherein the AC system is an AC voltage having a predetermined cycle, and a moving average of the current flowing through one unit converter group for the predetermined cycle flows through another unit converter group. A power conversion system that outputs the signal to be cut off when the current is in a direction opposite to the moving average of the predetermined period.
3. The unit converter group according to claim 2, wherein the number of unit converter groups is three, and the product of the moving averages of two of the unit converter groups is calculated, and the signal to be cut off is output based on the calculation. Power conversion system characterized by
4. The power storage unit according to claim 1, wherein the power storage unit is a capacitor, the switching element is configured as a first switching element and a second switching element, and the unit converter includes a first terminal and A second terminal, wherein the first switching element is capable of outputting a stored energy source stored in the capacitor between the first terminal and the second terminal; The second switching element is capable of short-circuiting the first terminal and the second terminal, and when the current flowing through the unit converter group exceeds a predetermined value, either all or a predetermined A power conversion system, characterized in that a selected unit converter sends a command to the second switching element so as to short-circuit the first terminal and the second terminal.
5. The method according to claim 4, wherein the unbalance between the unit converter groups corresponding to the direct current flowing through the unit converter group is greater than or equal to a predetermined value, and the current flowing through the unit converter group exceeds a predetermined value. The power conversion system outputs the signal to be cut off and sends a command to the second switching element so that the unit converter short-circuits the first terminal and the second terminal. .
6. The power conversion device according to claim 1, wherein a sensor that detects a voltage of a power storage unit of the unit converter is provided, and the unit converter is controlled based on an output of the sensor.
In Claim 1, the said DC terminal was comprised from the 1st DC terminal and the 2nd DC terminal, and the primary winding, the 1st secondary winding, and the 2nd secondary winding were wound. A transformer having a plurality of iron cores and the primary winding are connected to a first AC system via the circuit breaker, one end of the unit converter group is connected to the first DC terminal, Each end is connected to one end of the first secondary winding, and the other end of the first secondary winding is connected to one end of the second secondary winding wound around a different phase iron core. The other end of the second secondary winding is connected to the second DC terminal, and the second power winding system has the same configuration as the first power conversion system. There is a second power conversion system that is connected to the AC system via a circuit breaker, and the DC section of the first and second power conversion systems is connected. In the power conversion system for accommodating power between the first and second AC systems, when the current flowing through the unit converter group exceeds a predetermined value, the AC circuit breaker on the second power conversion system side After outputting the signal which opens | releases, the interruption | blocking signal which opens the said circuit breaker by the side of a 1st power conversion system is output, The power converter device characterized by the above-mentioned.
2. The power converter according to claim 1, wherein each of the AC systems is connected to a midpoint of the unit converter group.
A unit converter including a switching element and a power storage unit, wherein the unit converter charges and discharges the power storage unit by operation of the switching element, and a plurality of the unit converters are connected in series. A unit converter group, the unit converter group is connected in parallel, the parallel connection portion is a DC terminal, each of the unit converter groups is connected to an AC system via a circuit breaker, and the DC terminal is the other A DC power transmission system that is connected to another power conversion device via a circuit breaker and transmits the power of the AC system to another power converter via the DC terminal, the DC flowing through the unit converter group Signal that shuts off the AC system side circuit breaker to which another power converter connected via the DC output terminal is connected when the unbalance between the unit converter groups for the current exceeds a predetermined value. Output, then before DC transmission system and outputs a signal to cut off the circuit breaker.
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