JP2994022B2

JP2994022B2 - 交直変換器の制御装置

Info

Publication number: JP2994022B2
Application number: JP2291961A
Authority: JP
Inventors: みどり大槻; 純一荒井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JPH04168977A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は電力系統において、直流送電システム、又は
周波数変換装置、又は系統連系装置に適用される交直変
換器の制御装置に関する。

（従来の技術）一般的な直流送電システム、又は周波数変換装置、又
は系統連系装置は第６図のような構成になっている。サ
イリスタブリッジで構成された変換器3,5が、夫々変換
器用変圧器2,6を介して交流母線1,7に接続されている。
又、交流母線1,7は夫々背後の交流系統とつながってい
る。

変換器3,5のうち一方は順変換器として、もう一方は
逆変換器として動作する。例えば変換器３が順変換器と
して動作する場合、順変換器３では交流電力を直流電力
に変換して、直流リアクトル４を介して逆変換器５に送
り、逆変換器５では印加された直流電力を交流電力に変
換して交流母線７の背後の交流系統へ送っている。変換
器３及び５は夫々同じ構成の制御装置により制御され動
作しているので、ここでは変換器３について説明する。
まず検出系として、直流電流検出器８により直流電流Id
etが、直流電圧検出器９により直流電圧Edetが、交流電
圧検出器10により交流電圧Vacが検出され、夫々点弧角
制御回路11に入力される。点弧角制御回路11の内部の基
本的な構成は、第２図のようになっている。直流電圧検
出値Edetと直流電圧設定値Edpをつきあわて定電圧制御
器36に入力することにより、直流電圧を一定とするよう
な点弧角αを算出し、直流電流検出値Idetと直流電流設
定値Idpをつきあわせて定電流制御器37に入力すること
により、直流電流を一定にするような点弧角αを算出
し、更に、直流電流検出値Idet,交流電圧検出値Vac,最
小余裕角設定値γ_minより、の演算を最小余裕角制御器38により行なって、最小余裕
角γ_minを確保するような点弧角αを求める。夫々求め
られた点呼角αを最小値選択回路39に入力して最小値を
とり、その結果得られた値に対しリミッター40で最大値
及び最小値のリミットをかけ、最終的に運転点呼角19を
求める。

一般に逆変換器側では、直流電流設定値として、順変
換器側の設定値Idpより10％程度小さい値Idp′を使用し
ているため、定常時の運転点は第３図（ａ）のＡ点とな
り、順変換器側では直流電流Idを、逆変換器側では直流
電圧Edを制御するような運転を行なう。第２図のリミッ
ター40のリミット値としては、順変換器運転の場合、最
小値10゜，最大値120゜，逆変換器運転の場合、最小値7
0゜，最大値160゜程度の値が使用される。変換器運転領
域としてはαが90゜以下であれば順変換器として、90゜
以上であれば逆変換器として動作する。

こうして第６図における点弧角制御回路11の出力であ
る点弧角（α）19が求められる。

変換器はサイリスタブリッジで構成されており、点弧
角制御回路11で求められた点弧角（α）19と位相検出回
路12で検出した交流系統の電圧位相（θ）20をつきあわ
せて、パルス発生回路14で点呼パルスの発生タイミング
を決め、それによってサイリスタ点呼パルス21を発生し
サイリスタの点呼が行なわれる。

このシステムでは、変換器が定常運転しているとき、
通常、送電している有効電力の60％程度の無効電力が変
換器で消費される。その無効電力を補償するため、交流
フィルタ27及び調相用コンデンサ32が投入された状態で
運転が行なわれる。

このシステムにおいて、例えば変換器３が接続された
交流系統で、地絡などの事故が発生すると、不足電圧リ
レー13によって交流母線１の電圧低下が検出されて、交
直変換器の保護回路51に事故発生信号が与えられ、保護
回路51からは変換器停止指令50が両変換器3,5に与えら
れ、それによって変換器はいったん停止する。交流系統
の事故が回復すると、変換器が再起動されて再び運転を
始める。この間、無効電力補償用の交流フィルタ27及び
調相用コンデンサ32は投入されたままの状態である。

（発明が解決しようとする課題）上記のような従来方式では、交流系統の事故除去時に
は変換器は止まった状態であり、無効電力を消費しない
にもかかわらず、無効電力補償用の交流フィルタ及び調
相用コンデンサは入ったままであるため、無効電力が余
分に供給されていることになる。そのため、事故除去時
及び事故除去後に交流系統に大きな過電圧が発生して機
器を損傷したり、変換器の再起動が行なえなかったりす
るという欠点がある。

又、それを防止するために変換器を停止しないで運転
し続けようとすると、事故による電圧歪みや電圧波形の
不平衡，低下などがあるために、逆変換器運転していれ
ば転流失敗が発生し、かえって大きな過電圧が発生し、
直流系が安定に運転できないという欠点がある。又、直
流系を介して事故側系統の動揺が健全側交流系統に伝わ
り、健全側交流系が弱小系統の場合は過電圧が発生した
り運転が不安定となったりする可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、相手
端の健全な交流系統に動揺を与えないで、事故除去時及
び事故除去後の事故側交流系統に発生する過電圧を抑制
することの可能な交直変換器の制御装置を提供すること
を目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明では第１図に示すように、交流系統１の事故を
不足電圧リレー13で検出した場合、その信号によって健
全側の相手端変換器５に対してバイパスペア指令を与
え、事故側変換器３には保護動作を行なう指令を与えず
に運転を継続させることにより、変換器５がバイパスペ
ア運転した状態で事故側変換器３の運転を継続するよう
構成する。

（作用）これにより健全側即ち変換器側５では、直流電圧Edが
ゼロとなり、又、直流電流が交流系統７側へ流れださな
い状態となるため、健全側交流系統７からみると変換器
は停止されたのと同様の状態となる。そのため、事故側
交流系及び直流系の動揺や歪みなどは全く健全側交流系
統７へは影響を与えない状態となる。

又、直流電圧が健全側で決まるため、事故側の変換器
は直流電流を一定に制御する運転となるが、直流電圧が
ほぼゼロになっているため、点弧角は90゜に近い値とな
る。そのため転流失敗は発生せず、又、無効電力消費量
が大きくなるので事故側交流系統の過電圧を抑制するこ
とができる。

（実施例）第１図は本発明による交直変換器の制御装置の構成の
一例である。本実施例では従来の制御装置と同様、点弧
角制御回路11及び位相検出回路12を備え、点弧角（α）
19と位相角（θ）20をつきあわせてパルスタイミングを
決め、パルス発生回路14で点弧パルスを作って変換器３
の点弧を行なっている。

相手端でも点弧角制御回路16で点弧角（α）22を算出
し、位相検出回路17で交流母線７の電圧位相角（θ）23
を検出し、得られた点弧角（α）22と位相角（θ）23を
つきあわせてパルス発生タイミングを決め、パルス発生
回路18で点弧パルスを作って変換器５の点弧を行なって
いる。

ここで、交流母線１側の交流系統で事故が発生する
と、交流母線１の電圧が低下し、それを不足電圧リレー
13で検出して事故発生信号を変換器保護回路51に与え
る。その信号によって変換器保護回路51からは健全な交
流系に接続されている方の変換器５に対してバイパスペ
ア指令25が与えられ、変換器５はバイパスペア運転を行
なう。事故側変換器３はそのまま運転継続する。

次に作用について説明する。

第１図において、交流系統１で事故が発生すると変換
器５がバイパスペア運転する。第４図は変換器５のサイ
リスタブリッジの構成を示す図である。一般には12パル
スブリッジが使われることが多いが、ここでは説明しや
すいよう基本となる６パルスブリッジとして説明する。
このサイリスタブリッジによる変換器にバイパスペア指
令25が与えられると、６相のサイリスタバルブ41〜46の
うち、直列につながる２つのバルブのみに点弧パルスが
与えられ、その２つのバルブが通電状態となる。例え
ば、Ｕ相バルブ41とＸ相バルブ44に点弧パルスが与えら
れ、この２つのバルブが通電すると直流短絡の状態とな
り、変換器端の直流電圧Edはゼロになる。又、電流は端
子Ａからバルブ44,バルブ41を通って端子Ｂへ流れ込
み、直流回路の中を循環し、健全側交流系へ流れ込まな
い。従って、健全側交流系統からみると、直流系から流
れ込む有効電力，無効電力はともにゼロになり、直流系
が停止しているのと同様の状態となる。そのため事故中
や事故除去後に事故側変換器３が運転し続けている最中
に、事故側交流系統や直流系統に振動や歪みなどの動揺
が発生しても、健全側交流系統に対しては何等影響を与
えない。

一方、事故側変換器３は第２図に示すような構成の点
弧角制御回路11により得られた点弧角（α）19によって
運転を継続する。ここでは、直流電流は相手端変換器５
がバイパスペア運転することにより、強制的にほぼゼロ
に近い値に低下する。従って、第２図のEdetが小さくな
るため、＋Edp−Edetの信号は定常時に比べかなり大き
くなり、定電圧制御器36の入力及び出力は大きな値とな
るため、最小値選択回路39では選択されなくなる。又、
最小余裕角制御は逆変換器運転時に転流に必要な最小限
の余裕角を確保するための制御であり、従って出力値も
α＝130゜〜140゜程度の逆変換器領域の点弧角となる。
ところが相手端がバイパスペア運転していれば、相手端
から直流電力が供給されるような動作は行なわれず、事
故側変換器がα＝130゜〜140゜といった逆変換器領域で
運転を継続することはない。従って最終的に最小値選択
回路39では、定電流制御器37の出力を選択し、事故側変
換器３は定電流制御による運転が行なわれる。又、その
ときの点弧角αは90゜に近い値となる。

即ち、第３図の変換器動作領域を示す図において、定
常時は（ａ）図で示すように、順変換器動作領域48と逆
変換器動作領域49が交わるＡ点で動作している。ここ
で、事故側が逆変換器運転であれば、事故が発生して相
手端の順変換器がバイパスペア運転となり直流電圧が低
下すると、（ｂ）図のＢ点へ動作点が移る。逆に事故側
が順変換器運転であれば、相手端の逆変換器側がバイパ
スペア運転となり、直流電圧が低下し（ｃ）図のＣ点へ
動作点が移る。

以上のように、相手端バイパスペアとなると、直流電
圧はほぼゼロで直流電流は事故側変換器の設定値どおり
に流れるような運転となる。ここで、直流電圧Edと点弧
角αの間には概ね次のような関係がある。

ただし、Ｖは変換器２次側交流電圧値である。この式
ではEdがほぼゼロとなるためには、点弧角αは90゜に近
い値となる。α＝90゜に近い運転であれば余裕角γは充
分大きな値となるので、転流失敗は発生しない。又、変
換器で消費する無効電力は概ね、という式で求められる。ここでである。Ed0は交流電圧の大きさで決まる値であり、事
故除去後は定常時とほとんど同じ程度の大きさとなり、
又、、直流電流Idは定電流制御により運転されているた
め、ほぼ一定の値に保たれている。従ってEdがほぼゼロ
の運転をすることにより、変換器が消費する無効電力は
大きな値となり、交流電圧を下げるような作用をする。

上記実施例によれば、交流系統１側で地絡などの事故
が発生した場合、相手端の健全側変換器５をバイパスペ
ア運転させ、事故側変換器を定電流制御により運転継続
させることにより、事故側交流系の歪みや振動などの動
揺が健全側交流系統に影響するのを防ぐことができる。
さらにバイパスペアにより直流電圧をほぼゼロとするた
め事故側変換器がα＝90゜に近い運転となって、大きな
無効電力を消費することにより、事故側交流系統で事故
除去後に発生する過電圧を抑制することができる。

上記実施例では、交流系で事故が発生すると、相手端
の健全側変換器に対しバイパスペア指令を出してバイパ
スペア運転させることにより、事故側交流系の過電圧を
抑制し、健全側へ事故側の動揺の影響を与えないような
動作をさせていたが、相手端変換器５にバイパスペア運
転させる代りに、バイパスバルブを設けて、そのサイリ
スタバルブに点弧指令を与えても同様の効果が得られ
る。

即ち、健全側変換器５を第５図のような構成にし、従
来の変換器に対し直流端子AB間にバイパスバルブ47を設
置する。通常運転時はこのバイパスバルブは通電を行な
わず、Ｕ相〜Ｚ相のサイリスタバルブ41〜46のみが点弧
を行なう。反対側の交流系統で事故が発生した場合に
は、このバイパスバルブ47に点弧指令を与え、これが通
電することにより健全側直流回路は短絡され直流電圧Ed
はゼロになる。又、直流電流は端子Ａからバイパスバル
ブ47を通って端子Ｂへ流れ込み、直流回路を循環して交
流系統側へは流れ出さない。つまり、第４図における変
換器でバイパスペア運転を行なったのと全く同じ状態に
なる。従って、バイパスペア運転する代りに、第５図に
示すようにバイパスバルブを設けて、それを通電させる
ことによっても第１図に示す実施例を全く同じ効果が得
られる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明によれば交直変換器の接
続された交流系統で事故が発生した場合に、その事故の
検出信号によって相手端の健全側交流系統に接続された
変換器をバイパス運転させるよう構成したので、事故側
交流系統で事故除去後に発生する過電圧を制御するとと
もに、事故側交流系統の動揺が直流系を介して健全側交
流系統に影響を与えるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明を適用した交直変換器の実施例を示す構
成図、第２図は第１図及び第６図中の点弧角制御回路の
内部構成を説明するブロック図、第３図は交直変換器の
定常時及び本発明を適用したときの動作点について説明
する図、第４図は第１図及び第６図中の変換器の構成及
び動作を説明する図、第５図は他の実施例としてバイパ
スバルブを使用するときの変換器の構成及び動作を説明
する図、第６図は従来の交直変換器の構成図である。 1,7……交流母線 2,6……変換器用変圧器 3,5……交直変換器、４……直流リアクトル８……直流電流検出器、９……直流電圧検出器 10,15……交流電圧検出器 11,16……点弧角制御回路 12,17……位相検出器、13……不足電圧リレー 14,18……パルス発生器、19,22……点弧角α 20,23……位相角θ、21,24……点弧パルス 25……バイパスペア指令 26,28,31,34……しゃ断器 27,29……交流フィルタ 30,33……調相用変圧器 32,35……調相用コンデンサ 36……定電圧制御器、37……定電流制御器 38……最小余裕角制御器、39……最小値選択回路 40……リミッター 41〜46……サイリスタバルブ 47……バイパスバルブ、48……順変換器動作領域 49……逆変換器動作領域、50……停止指令 51……変換器保護回路 Edet……直流電圧検出値 Edp……直流電圧設定値 Idet……直流電流検出値 Idp……直流電流設定値 Vac……交流電圧検出値 γ_min……最小余裕角設定値

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの交流系統に接続された各電源端側か
ら変換器用変圧器を介して対応する２つの交直変換器に
夫々接続し、前記各交直変換器の間を直流回路にて接続
した交直変換器の制御装置において、前記各交直変換器
の制御装置は対応する交流系統の電圧低下を検出する回
路と、当該回路により電圧低下を検出することにより健
全側の交流系統に接続された相手端交直変換器をバイパ
スペア運転状態にするための信号を出力する保護回路と
を備えたことを特徴とする交直変換器の制御装置。