JP3212738B2 - 電圧形自励式変換システム - Google Patents
電圧形自励式変換システムInfo
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Description
無効電力制御などをおこなう自励式無効電力調整装置、
あるいは、直流送電・周波数変換により電力融通を行う
自励式電力変換システムに関する。
であり、3相系統連系用変圧器3を介して交流系統4に
連系する電圧形自励式電力変換器(以下単に変換器と称
する)1と、その制御装置を示している。すなわち、2
は直流コンデンサ、8,9および10は変流器(C
T)、11は変換器出力電圧基準算出回路、12は同期
検出回路、13は有効電流設定器、14は無効電流設定
器、15はPWMゲート制御回路、20は変換器1の保
護回路である。
子、例えばGTO(ゲートターンオフサイリスタ)や電
力用トランジスタやSIサイリスタなどの自己消弧能力
のあるパワーエレクトロニクス素子GU,GV,GW,
GX,GY,GZと、各自己消弧素子にそれぞれ並列に
接続されたダイオードDU,DV,DW,DX,DY,
DZにより構成されている。
素子GU,GV,GW,GX,GY,GZの通電期間を
変化させることにより、変換器1の3相の出力電圧を制
御することができる。変換器1の3相の出力電圧の位相
と振幅を、交流系統4の系統電圧VR,VS,VTの位
相と振幅に応じて調整することにより、系統連系用変圧
器3のインピーダンスを介して交流系統4と授受する電
流を制御する。これにより、変換器1と直流コンデンサ
2と系統連系用変圧器3で構成される電圧形自励式変換
システムは、直流電力を有効電力に変換して交流系統4
と融通する、あるいは交流系統4の無効電力を調整する
ことができる。
出回路12と有効電流設定器13と無効電流設定器14
とPWMゲート制御回路15とは、電圧形自励式変換シ
ステムによる有効電力と無効電力を制御する制御装置を
構成している。同期検出回路12は3相交流系統4の系
統電圧VR,VS,VTの系統電圧位相θを検出する。
電流設定器13からの有効電流基準値iqcと無効電流
設定器14からの無効電流基準idcに応じて、変流器
8〜10で検出される変換器出力交流電流を調整するよ
う変換器1の3相の出力電圧を決定する変換器出力電圧
基準VRc,VSc,VTcを算出する。この変換器出
力電圧基準VRc,VSc,VTcの算出では、交流系
統4の系統電圧VR,VS,VTの位相に対してその位
相を決定するため、同期検出回路12で検出される系統
電圧位相θを使用する。
圧基準VRc,VSc,VTcと三角波搬送信号とを比
較して、変換器1の自己消弧素子GU,GV,GW,G
X,GY,GZの通電期間を決定するゲート信号を出力
する。
護リレー要素からの保護信号により、過電流、過電圧等
から変換器を保護するため、PWMゲート制御回路15
のゲート信号を停止し、自己消弧素子GU,GV,G
W,GX,GY,GZをすべてターンオフさせる。
形自励式変換システムにあっては、下記のような問題点
があった。すなわち、直流コンデンサ2の投入、あるい
は、変圧器3の投入などにより交流電圧が歪むと、変換
器1の出力電圧と交流電圧とがかけ離れるため、変換器
1の出力交流電流が増加し過電流となる場合がある。こ
のような時には、図には示されていない過電流リレーが
動作し、保護回路20により自己消弧素子GU,GV,
GW,GX,GY,GZがすべてターンオフする。
いる。図4において破線は、保護動作直前の電流の流れ
を示しており、例えばR相電流は交流系統からダイオー
ドDUを通して変換器1の+側直流母線Pに向かって流
れ込んでいる。PWM制御により自己消弧素子GVはタ
ーンオンしており、S相電流は自己消弧素子GVを通し
て交流系統に戻っている。T相電流は、直流コンデンサ
2から−側直流母線N、ダイオードDZを通して交流系
統に戻っている。
なると、図3の保護回路20の動作により自己消弧素子
GU,GV,GW,GX,GY,GZがすべてターンオ
フする。この時、S相電流は自己消弧素子GVを通して
流れることができなくなり、+側直流母線P、直流コン
デンサ2、ダイオードDYを通して交流系統にもどるよ
うになる。この電流の流れを実線で示している。
コンデンサ2を充電する方向である。この充電電流は、
図示しない過電流リレーが動作する程度の大電流なの
で、直流電圧は著しく上昇する。このため、直流過電圧
が発生し、変換器1あるいは直流母線P,Nに接続する
機器が損傷するおそれがある。
器の保護動作により、かえって、直流過電圧を発生させ
るおそれがある。元々、半導体素子の過電圧耐量は過電
流耐量に比べ小さく、瞬時でも耐量を越えると破損す
る。従って、保護動作をしたことで逆に変換器を損傷す
るおそれが多々ある。従って、電圧波形歪が収まった
後、電圧形自励式変換システムを再起動することができ
ないおそれがあり、システムの本来の目的である電力系
統の電圧制御・無効電力制御あるいは電力融通が不可能
になる。
されたもので、直流電圧を上昇させずに電圧形自励式電
力変換器を安全に保護停止させることができる自励式電
圧形変換システムを提供することにある。
め、請求項1に対応する発明は、少なくとも、系統連系
用変圧器と、+側直流母線と−側直流母線の間に、複数
の自己消弧素子がブリッジ接続され、該各自己消弧素子
に逆並列にダイオードが接続された電力変換器と、直流
コンデンサとからなる電圧形自励式変換システムにおい
て、前記電力変換器の交流電流が過電流になったことを
検出する保護リレー手段と、前記保護リレー手段からの
保護信号により、前記電力変換器の+側直流母線に直接
接続されている全ての自己消弧素子をターンオンさせる
第1の保護手段と、前記保護リレー手段からの保護信号
により、前記電力変換器の−側直流母線に直接接続され
ている全ての自己消弧素子をターンオフさせる第2の保
護手段と、前記第1及び第2の保護手段が動作した後
に、前記電力変換器の交流電流がほぼ零になったことを
検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号によ
り前記電力変換器の自己消弧素子の全てをターンオフさ
せる第3の保護手段と、を具備した電圧形自励式変換シ
ステムである。
線に接続される電力変換器の自己消弧素子をターンオン
させる第1の保護手段と、−側直流母線に接続される電
力変換器の自己消弧素子をターンオフさせる第2の保護
手段を備えているので、保護回路からの保護信号によ
り、電力変換器の+側直流母線に接続される自己消弧素
子はターンオンする。また、−側直流母線に接続される
自己消弧素子はターンオフする。この結果、直流コンデ
ンサには電流が流れ込まず、ターンオンした自己消弧素
子のいずれかを通して電流が交流系統にもどる。従っ
て、直流コンデンサは充電されず、直流電圧は上昇しな
い。
て説明する。図1は本発明の一実施例を示す回路図であ
り、図3の従来例と異る点のみを説明する。
保護信号により電力変換器1の+側直流母線Pに接続さ
れる自己消弧素子GU,GV,GWをターンオンさせる
第1の保護手段を構成する第1の保護回路、22は図示
しない保護リレー要素からの保護信号により変換器1の
−側直流母線Nに接続される自己消弧素子GX,GY,
GZをターンオフさせる第2の保護手段を構成する第2
の保護回路、23は図示しない保護リレー要素からの保
護信号が有る条件で変換器交流電流がほぼ零になったこ
とを検出する検出回路である。
果について説明する。図2の破線は、保護直前の変換器
1の電流通電状態を示しており、これは従来例の作用を
説明するための図4の破線と同じである。
なると、図1には示されなていない保護リレーからの保
護信号により、まず、保護回路21により、変換器1の
+側直流母線Pに接続される自己消弧素子GU,GV,
GWはターンオンし、保護回路22により−側直流母線
Nに接続される自己消弧素子GX,GY,GZはターン
オフする。
流れる電流は、ターンオンした自己消弧素子GV,GW
を通して電流が交流系統にもどる。従って、直流コンデ
ンサ2は充電されず、直流電圧は上昇しない。この状況
を図2の実線で示している。
さくなった所で、検出回路23が信号を出力し、保護回
路20により自己消弧素子GU,GV,GWを含むすべ
ての自己消弧素子がターンオフし、保護が完了する。以
上説明したように本実施例によれば、電圧形自励式変換
器1の保護停止に当たって、直流電圧が上昇することが
ない。
換器1について述べたが、単相の電圧形自励式変換器に
ついても同様に本発明を適用できる。また、系統連系用
変圧器、電圧形自励式変換器、直流コンデンサの組み合
わせからなる電圧形自励式変換システムは一式で説明し
たが、系統連系用変圧器、電圧形自励式変換器が複数接
続された電圧形自励式変換システムであっても同様であ
る。
システムによれば、電圧形自励式変換器の保護停止に当
たって、直流電圧が上昇することなく、該変換器を安全
に停止することができ、従って、交流電圧波形歪による
過電流等により一度停止したとしても再起動することが
でき、システムの本来の目的である電力系統の電圧制御
・無効電力制御あるいは電力融通を継続し、電力系統の
安定化に寄与できるという効果がある。
明するための図。
統連系用変圧器、4…交流系統、8〜10…変流器(C
t)、11…変換器出力電圧基準算出回路、12…同期
検出回路、13…有効電流設定器、14…無効電流設定
器、15…PWMゲート制御回路、20,21,22…
変換器の保護回路、23…検出回路。
Claims (1)
- 【請求項1】 少なくとも、系統連系用変圧器と、+側
直流母線と−側直流母線の間に、複数の自己消弧素子が
ブリッジ接続され、該各自己消弧素子に逆並列にダイオ
ードが接続された電力変換器と、直流コンデンサとから
なる電圧形自励式変換システムにおいて、 前記電力変換器の交流電流が過電流になったことを検出
する保護リレー手段と、 前記保護リレー手段からの保護信号により、前記電力変
換器の+側直流母線に直接接続されている全ての自己消
弧素子をターンオンさせる第1の保護手段と、 前記保護リレー手段からの保護信号により、前記電力変
換器の−側直流母線に直接接続されている全ての自己消
弧素子をターンオフさせる第2の保護手段と、前記第1及び第2の保護手段が動作した後に、前記電力
変換器の交流電流がほぼ零になったことを検出する検出
手段と 、前記検出手段からの検出信号により前記電力変換器の自
己消弧素子の全てをターンオフさせる第3の保護手段
と、 を具備した電圧形自励式変換システム。
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