JP3573514B2

JP3573514B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP3573514B2
Application number: JP03968095A
Authority: JP
Inventors: 博雄小西; 忠雄河合; 雅彦天野; 正盛野林; 幸司山地; 和男加藤
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Kansai Electric Power Co Inc; Shikoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Kansai Electric Power Co Inc; Shikoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH08237869A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は直流送電又は非同期連系設備の交流を直流、または直流を交流に変換する電力変換装置に係り、特に交流系統事故時又は直流系統事故時にも電力変換を停止することなく運転を可能とする電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流送電又は非同期連系設備は、通常、交流を直流に変換する順変換運転を行う電力変換装置においては規定の送電電力となるように直流回路の電流を制御し、直流を交流に変換するインバータ運転を行う電力変換装置においては直流回路の電圧を指定の値に制御するように運転が行われる。
【０００３】
そしてインバータ運転時のバックアップとして、交流系統事故により交流電圧が低下した場合や、直流送電線事故により直流電流が増加した場合に、インバータを安定動作させるために交流電圧（転流電圧）と直流電流に基づいて、転流動作に必要な最小の余裕角を保つための制御角を演算する余裕角制御回路を備えている。交流系統事故時にもインバータの運転を継続して行いできるかぎり送電を可能とするためには、インバータ運転時のこの余裕角を常時監視し、常に必要最小値に保つ制御を行う必要がある。また交流系統事故除去時の電力の回復をできるだけ高速に行うためには、事故除去時の電圧回復時に必要最小限の余裕角を保ちつつ、制御角を高速に定常状態における値まで戻すことが必要である。
【０００４】
従来、インバータの余裕角を必要最小値に保ちつつ安定運転を行うために、常時余裕角を測定し、これを一定値に保つ閉ループ余裕角制御を行うことが考えられている。しかし、閉ループ余裕角制御では余裕角の検出結果が直ちに余裕角制御に活かされるのでなく、検出結果は少なくとも１周期後の次の制御角を決定するのに活かされ、必ず制御に遅れが生じる。その結果、瞬時の電圧波形歪や、電圧の位相急変に対してインバータが転流失敗する可能性がある。これに対してインバータにかかる転流電圧とインバータに流れる電流から、開ループで最小の余裕角を保つために必要な制御角を演算する開ループ余裕角制御を行う方法が例えば特開平６−２６９１７５号のように考えられている。この制御方法では、交流電圧の変化や直流電流の変化に対して応答が早いので転流失敗をある程度防止できる。しかし、電圧波形歪や電圧の位相急変に対しても転流失敗を防止するため十分な余裕角を保つ必要があるため、制御角はある程度大きく余裕を持った値に設定しなければならないため、交流系統事故時又、直流系統事故時の送電電力が小さくなり、このため、事故除去時の送電電力の回復が遅くなるといった問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、交流系統事故時又、直流系統事故時にも電力変換装置を運転継続でき、かつできるだけたくさんの電力送電が行え、事故除去時は高速に電力送電の回復が行える電力変換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では位相制御信号を入力して、直流電力を交流電力に変換、又は交流電力を直流電力に変換する手段に、例えば他励式電力変換素子としてサイリスタ素子によるサイリスタバルブ素子等の電力変換手段を備えた電力変換装置において、電力変換手段の実際の余裕角状態を検出して、第１の位相制御情報信号を出力する閉ループ位相制御信号出力手段と，前記電力変換手段にかかる電圧状態と，前記電力変換手段に流れる電流状態とを検出して、第２の位相制御情報信号を出力する開ループ位相制御信号出力手段と，閉ループ位相制御信号出力手段からの第１の位相制御信号と，開ループ位相制御信号出力手段からの第２の位相制御信号を用いて、電力変換手段に対し、第３の位相制御信号を出力するようにしたものである。
【０００７】
そして、また本発明の電力変換装置は、直流電力が流れる電力線の電流状態について検出し、この電流状態を入力して、さらに電力変換手段に対し位相制御情報信号を送って制御するようにしたものである。
【０００８】
また、直流電力が流れる電力線の電圧状態を検出し、この電力状態を入力して、さらに電力変換手段に対し位相制御情報信号を送ることにより制御するようにしたものである。
【０００９】
さらに、本発明の電力変換装置においては、第１の位相制御信号に第２の位相制御信号を補正するために加算して、第３の位相制御信号を作り、この信号を用いて電力変換手段を制御するようにしたものである。
【００１０】
そして、閉ループ位相制御信号出力手段は第１の位相制御信号を出力した後、徐々に第１の位相制御信号値を減少させる減衰手段を設けたようにしたものである。
【００１１】
開ループ位相制御信号出力手段においては第２の位相制御情報信号を出力したの後、徐々に第２の位相制御情報信号値を減少させる減衰手段を設けたようにしたものである。
【００１２】
また、閉ループ位相制御信号出力手段は電力変換手段が直流電力を複数相の交流電力に変換、又は複数相の交流電力を直流電力に変換する場合、検出されたそれぞれ複数相毎の余裕角のうち最小の余裕角情報を用いて第１の位相制御信号を求めるようにしたものである。
【００１３】
開ループ位相制御信号出力手段は電力変換手段が直流電力を複数相の交流電力に変換、又は複数相の交流電力を直流電力に変換する場合、検出されたそれぞれ複数相毎の電圧実効値、または前記複数相毎の電圧の最小値情報を用いて第２の位相制御信号を求めるようにしたものです。
【００１４】
次に閉ループ位相制御信号出力手段からの実際の余裕角信号と所定の位相余裕角情報とを比較して、これらの偏差が一定以上の時に、第１の位相制御情報信号に、第２の位相制御情報信号を補正するために加算するようにしたものである。さらに、スタコン，変圧器等の機器操作時またはこれとは別に、さらには同時に電力変換手段の転流失敗状態を検出した時に、前もって電力変換手段の位相制御角を進める位相制御進め手段を設け、閉ループ位相制御信号出力手段による第１の位相制御情報信号と、開ループによる第２の位相制御情報信号を用いた第３の位相制御信号にその出力信号を補正するように加算したものである。
【００１５】
また、別な発明として、電力変換手段の実余裕角状態を検出して、第２の位相制御情報信号を出力する閉ループ位相制御信号出力手段と，電力変換手段にかかる電圧状態と，電力変換手段に流れる電流状態とを検出して、第２の位相制御情報信号を出力する開ループ位相制御信号出力手段と，電力変換手段と接続されている電力線の直流電力の電流状態を検出し、この電流情報を用いて電力変換手段に対し位相制御情報信号を送る電流位相制御手段と，直流電力の電圧状態を検出し、この電圧情報を用いて電力変換手段に対し位相制御情報信号を送る電圧位相制御手段と，第１の位相制御信号と第２の位相制御信号を用いて、第３の位相制御信号を出力する位相余裕角制御手段と，この第３の位相制御信号，電圧位相制御手段からの位相制御信号と，電流位相制御手段からの位相制御信号のうちの最適な制御信号を選択する信号選択手段とを備えたものである。
【００１６】
【作用】
本発明によれば、開ループ位相制御信号出力手段からの第１の位相制御情報信号と、閉ループ位相制御信号出力手段からの第２の位相制御情報信号を用いて、電力変換手段に対し第３の位相制御信号を出力するようにしているので、開ループ位相制御信号出力手段が必要最小限の余裕角を確保する制御を行い、そして、閉ループ信号位相制御により実際の余裕角を制御するようにしているので、交流系統、又は直流系統に電圧電流波形に歪の発生や、電圧，電波の位相急変により転流失敗を防止することができるようになり、また電力変換動作中にも可能な限り電力送電が行え、事故除去時は高速に電力送電の回復をできるようにしたものである。
【００１７】
そして、本発明の電力変換装置によれば直流電力の電流状態について検出しているので、電流を所定の一定値に保つための制御角を出力するので、電力変換状態に応じて直流電力の電流状態を優先的に定まるよう制御することが可能になる。
【００１８】
さらに、直流電力の電圧状態について検出しているので電圧状態を所定状態に保つための制御角を出力するので、電力変換状態に応じて直流電力の電圧状態を優先的に定まるように制御することが可能になる。
【００１９】
また、本発明によれば電力変換手段を制御する位相制御信号を、第１の位相制御信号と第２の位相制御信号とを補正するために加算して求めることにより、最適な位相制御信号を算出するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明によれば閉ループ位相制御信号出力手段は第１の位相制御信号を出力した後、徐々に第１の位相制御信号値を減少させるようにしているので、事故時に高速に電力送電を回復するようにした場合でも、過渡的な電力送電の変動を抑えることが可能になる。
【００２１】
また、本発明によれば閉ループ位相制御信号出力手段は第１の位相制御信号を出力した後、徐々に第１の位相制御信号値を減少させるようにしているので、事故時に高速に電力送電を回復するようにした場合でも、過渡的な電力送電の変動を抑えることが可能になる。
【００２２】
また、本発明によれば電力変換手段が直流電力を複数相の交流電力に変換、又は複数相の交流電力を直流電力に変換する場合において、閉ループ位相制御信号出力手段が検出されたそれぞれ複数相毎の余裕角のうち最小の余裕角情報を用いて第１の位相制御信号を求めるようにしているので、各相を変換している電力変換素子のうち、最小の余裕角の素子が変換失敗することになるが、この素子が変換失敗しないように制御するものである。
【００２３】
また、本発明によれば電力変換手段が直流電力を複数相の交流電力に変換、又は複数相の交流電力を直流電力に変換する場合において、開ループ位相制御信号出力手段が検出されたそれぞれ複数相毎の電圧実効値、または前記複数相毎の電圧の最小値情報を用いて第２の位相制御信号を求めるようにしたので、各相を変換している電力変換素子のうち、最小の余裕角状態となっている素子が変換失敗することになるが、この素子が変換失敗しないように制御するものである。
【００２４】
定電流制御手段は、電力変換装置が順変換運転時に直流回路の電流を指定の一定に保つための制御角を指令する。定電圧制御手段は、電力変換装置がインバータ運転時に直流回路の電圧を指定の一定値に保つための制御角を指令する。余裕角制御手段は、電力変換装置がインバータ運転となったときに、余裕角を常に最小余裕角である規定の一定値に保つための制御角を指令する。信号選択手段は電力変換装置が順変換運転、またはインバータ運転に応じて、前記定電流制御手段、または前記定電圧制御手段の選択を行う。また、電力変換装置がインバータ運転時に余裕角が不足した場合に前記余裕角制御手段の出力を選択する。
【００２５】
前記余裕角制御手段は、閉ループ余裕角制御手段と開ループ余裕角制御手段とからなる。実余裕角検出手段はサイリスタバルブの各相の余裕角を検出する。閉ループ余裕角制御手段は、検出された各相の余裕角のうちの最小の余裕角が前もって設定された最小余裕角以下とならないように制御角の不足分を出力する。開ループ余裕角制御手段は、電力変換装置に流れる電流と電力変換装置にかかる転流電圧とから規定の余裕角を保つために必要な制御角を演算し出力する。余裕角不足検出手段は、閉ループ余裕角制御手段の出力で、実余裕角が不足した場合にのみ実余裕角を規定の最小余裕角以上に保つための、不足分の制御進め角量を出力する。第１の加算手段は前記余裕角不足検出手段の出力を前記開ループ余裕角制御手段の出力に補正値として加え、実余裕角が不足時に制御角進め角を大きくして実余裕角の不足を補う。
【００２６】
また、本発明においては、スタコン，変圧器等の機器操作時またはこれとは別に、そしてこれとは同時に転流失敗を検出したときに、前もって定められた角度だけ変換手段の位相制御角を進め、波形歪による電力変換手段の転流失敗を防止するようにしたものである。
【００２７】
さらに、本発明においては、開ループ位相制御信号出力手段と，閉ループ位相制御信号出力手段からの制御情報信号と，電流位相制御手段からの制御信号と，電圧位相制御手段からの制御信号のうち最適な制御信号を選択するようにしたことにより、変動状態に応じて最適な制御信号を得られるようにしたものである。
【００２８】
【実施例】
本発明の実施例を図１に示す。番号に従って説明すると、１０は交流系統例えば係数の交流相として３相交流を有する交流系統１、２０は同様の交流系統２、１１，２１は変換用変圧器、１２，２２は交流を直流または直流を交流に変換する電力変換手段として電力変換素子のサイリスタ素子、３１，３２は直流電流を平滑する直流リアクトル、４０は直流送電線（非同期連系設備の場合は電力変換装置１２，２２を接続する単なる接続線）、１００は交流系統１の電圧を検出する交流電圧変成器、１０１は直流回路の電流を検出する直流電流変成器、１１０は直流電流変成器１０１の出力を受けて、電力変換装置１２に流れる電流を規定の値に保つための定電流制御回路、１０２は電力変換装置のうちの交流を直流に変換する順変換運転の直流リアクトルの送電線側の直流電圧を検出する直流電圧変成器で、この場合は電力変換装置２２が順変換運転している場合を例にとり示している。１２０はこの直流電圧検出値を受けて、この電圧を規定の一定値に保つための定電圧制御回路、１３０はインバータの余裕角を一定に保つための余裕角制御回路で、以下に説明する開ループ余裕角制御回路１３０１と閉ループ余裕角制御回路１３０４及び加算回路１３０５とから構成される。開ループ余裕角制御回路１３０１は直流電流変成器１０１の直流電流検出値と交流電圧変成器１００の交流電圧検出値に基づいて開ループで必要最小限の余裕角を保つための制御角を演算し、第１の位相制御信号α１を出力する。閉ループ余裕角制御回路１３０４は、不記の実余裕角検出装置からの余裕角実測値γｍｅｓと余裕角の設定値γｒｅｆとから余裕角を設定値以上の値に制御するために、余裕角実測値γｍｅｓと余裕角設定値γｒｅｆの偏差を求める余裕角偏差検出回路１３０２と、余裕角が不足した場合にのみ不足した余裕角を確保するための制御進め角量を出力する余裕角補正信号作成回路１３０３から構成される。開ループ余裕角制御回路１３０１の出力と余裕角補正信号作成回路１３０３からの出力である第２の位相制御信号α２は加算回路１３０５で加算され、余裕角制御回路１３０の出力となる。ここで余裕角制御回路１３０の入力信号である交流電圧Ｅａｃは変圧器のＹＹ，ＹΔ巻線の各相の電圧実効値、または各相電圧の大きさの最小の値を取る。また図示していない実余裕角検出回路は各相の電力変換素子にかかる電圧差、又電流状態から直接余裕角を測定することもできるし、交流電圧と直流電流から求めることもできる。入力信号の実余裕角γｍｅｓは測定された各相の余裕角実測値の最小値を用いて上記した演算を行う。これは最小の余裕角の電力変換素子（サイリスタバルブ）が転流失敗することになるので、余裕角制御回路としてこのバルブが転流失敗しないように制御すべきためである。
【００２９】
１４０は前記定電流制御回路１１０の出力と定電圧制御回路１２０と余裕角制御回路１３０の出力信号を受け、このうちの適切な出力として、例えば最小の余裕制御信号を選択する信号選択回路、１５０は信号選択回路１４０で選択された出力信号の大きさに比例した位相のパルスを出力するパルス位相制御回路である。
【００３０】
これと同じ制御回路が相手端の電力変換手段２２にも備わっているものとする。ここでは電力変換装置１２が直流を交流に変換する逆変換（インバータ）運転、電力変換装置２２が交流を直流に変換する順変換運転する場合を例に取って説明する。
【００３１】
通常運転時は従って、電力変換手段２２では詳細の制御装置は不記であるが、電力変換装置１２の制御装置のうちの定電流制御回路１１０に相当する制御出力が信号選択回路１４０に相当する信号選択回路で選択され、直流送電線の電流を制御する。一方、インバータ運転の電力変換装置１２では定電圧制御回路１２０の出力が信号選択回路１４０で選択され、直流送電線の直流電圧を制御する。通常運転時、インバータは上記したように定電圧制御されており、定電圧制御時の制御角は、余裕角制御時の制御角よりも制御角が小さい（制御進み角が大きい）ので十分余裕角は確保されている。ここで制御角と制御進み角の関係を明確にするためにパルス位相制御回路の特性に基づいて説明する。
【００３２】
パルス位相制御回路１５０の入力信号Ｅｃに対する、出力パルスの位相角特性の一例を図２に示す。横軸に入力信号、縦軸に出力パルスの位相角（制御角）αを示している。Ｅｃｍｉｎ（αｍｉｎ）からＥｃｍａｘ（αｍａｘ）の範囲において線形な特性の例を示している。ここにαｍｉｎは５度、αｍａｘは１７０度程度の値である。通常、順変換運転時は位相制御角でαｍｉｎから９０度の範囲で運転される。インバータ運転時は９０度からαｍａｘの範囲で運転される。ここで制御角αはα＝０度からの値を言い、制御進み角βはインバータ運転時の制御角を表わし、α＝１８０度からの値を言う。従ってαとβの間にはα＝π−βの関係がある。上述の定電圧制御時の制御角は、余裕角制御時の制御角よりも制御角αは小さい、従って制御進み角βは大きい値である。
【００３３】
次にインバータ運転時の余裕角制御回路について説明する。余裕角制御は交流系統事故等により交流電圧が低くなる、または直流電流が直流送電線事故により過大となったときに定電圧制御が効かなくなった場合に動作する。即ち、交流電圧が低下したために制御進み角βを小さくして直流送電線の直流電圧を規定値に保とうとするが、制御進み角を小さくすると余裕角が小さくなり、定電圧制御できなくなるので余裕角制御が動作する。同様な現象は直流電流が過大となった場合にも生じる。制御進み角と余裕角の関係は次式で表わされる。
【００３４】
【数１】

【００３５】
ここに β ：制御進み角
γ ：余裕角
Ｘ：転流リアクタンス
Ｉｄ：直流電流
Ｅａｃ：交流電圧
上式から、交流電圧が低くなると規定の余裕角を保つために必要な制御進み角は大きくなる。また、電流が大きくなると同じ交流電圧に対しても制御進み角は大きくなる。
【００３６】
交流電圧の変化及び直流電流の変化に対して余裕角を確保するための余裕角制御のうちの、開ループ余裕角制御回路１３０１の特性例を図３に示す。横軸に交流電圧の大きさ、縦軸に制御進み角β（＝π−α）を取って表した図である。パラメータは直流電流Ｉｄである。この曲線は上述の数式でγ＝γｍｉｎ（最小余裕角）と置いた以下の式に基づいている。従って、制御進み角βもβｍで示している。
【００３７】
【数２】

【００３８】
ここに βｍ：最小余裕角γｍｉｎを保つに必要な制御進み角
演算方法は、γｍｉｎ，Ｘが固定の一定値であるから、交流電圧Ｅａｃと直流電流Ｉｄの検出値から上式に基づいて計算することにより最小余裕角を確保するための制御進み角βｍが求まるので、このため前もって交流電圧と直流電流に基づき制御進み角を計算し、テーブル化しておき、交流電圧Ｅａｃと直流電流Ｉｄの検出値からテーブル索引によって制御進み角βｍを求めることが出来る。また、図３の曲線を直線近似して求まった直線の方程式から交流電圧Ｅａｃと直流電流Ｉｄの検出値に基づき計算するようにしてもよい。また、上式に従って直接、交流電圧と直流電流の大きさに従って計算することもできる。
【００３９】
次に交流系統事故時の制御回路の動作を図４にもとづいて説明する。
【００４０】
図４にはインバータが接続される交流系統の電圧（各相のうちの最小の電圧）Ｅａｃ，開ループ余裕角制御回路からの第１の位相制御信号の出力信号α１，実余裕角γｍｅｓと余裕角基準値γｒｅｆとの差Δγ，余裕角補正信号作成回路からの第２の位相制御信号の出力信号α２，余裕角制御回路からの第３の位相制御信号の出力信号α３（＝α１＋α２）を示す。直流電流については順変換運転を行う電力変換装置の動作により事故期間中も一定に制御されているものと仮定するが、変動していても以下の説明に相違は生じない。
【００４１】
今、電力変換装置１２が直流を交流に変換するインバータ運転している場合を考える。交流系統で事故発生前の時刻ｔ０では、インバータは定電圧制御回路の出力が余裕角制御回路の出力より制御角は小さく（制御進み角は大きく）、信号選択回路では定電圧制御回路の出力が選択されておりインバータは定電圧制御されている。時刻ｔ１でインバータ側交流系統で事故が発生し交流電圧が低下すると、インバータでは直流電圧を規定の値に制御できなくなる。開ループ余裕角制御回路では交流電圧低下時に規定の最小余裕角を保つために、図３の特性に従って制御角を小さくする。このため余裕角制御回路が選択され、インバータは余裕角制御動作となる。事故による瞬時の交流電圧の低下に対して開ループ余裕角制御回路は電圧検出の遅れ、制御動作の遅れ等により瞬時には動作できないので、制御角指令が遅れてインバータは転流失敗する。転流失敗が発生すると実余裕角は零となり、余裕角補正信号作成回路の出力α２が現われる。この信号は開ループ余裕角制御回路出力α１に加算さる。開ループ余裕角制御回路出力α１と余裕角補正信号作成回路出力α２によって必要な余裕角が確保されると、転流失敗は回復し、時刻ｔ２で余裕角偏差Δγは正となる。余裕角補正信号作成回路はこの時点で出力は零となるが、実際適用に際しては図４に示すように、減衰手段としてある時定数回路を持たせて零に戻す特性とするのが新たな転流失敗を防止する上で好ましい。従って、余裕角補正信号作成回路では、余裕角が確保された場合には瞬時に制御角α２を戻すのでなく、徐々に第２の位相制御信号を戻す特性も備えている。時刻ｔ３で交流系統事故が除去されると交流電圧が回復し、これにより開ループ余裕角制御回路出力α１も元の制御角値にもどる。この場合も、交流電圧の低下に対して制御角を進める（制御進め角を大きくする）場合は瞬時特性とするが、戻す場合は減衰手段として時定数回路を持たせて戻すのが実際に適用する場合には転流失敗を防止する上で好ましい。この特性を実現するための具体的な交流電圧検出回路の一実施例を図５に示す。入力の交流電圧Ｅａｃは、各相ごとの交流電圧実効値または交流電圧の大きさ検出値の最小値である。１３１０は一次遅れ回路で、この回路の遅れ時定数を設定することにより、交流電圧回復時の制御角の戻りを設定できる。１３１１は最小値選択回路で交流電圧検出値と一次遅れ回路出力のうちの小さい方の値が出力される。従って、交流電圧低下時は交流電圧検出値がそのまま出力され、交流電圧回復時は一次遅れ回路を介した信号が出力され、上記した特性が実現できる。この出力Ｅａｃ′を使って図３で説明した演算を行うことにより、図４に示した制御角指令α１の特性が得られる。交流電圧の回復により実余裕角も大きくなり余裕角偏差Δγも正に大きくなる。事故除去後の制御角の戻りは開ループ余裕角制御により、電圧の回復に応じて高速に戻るので、電力の回復を早めることができる。
【００４２】
このように開ループ余裕角制御で交流電圧や直流電流の変化に対して高速に制御角を制御し、閉ループ余裕角制御で連続した転流失敗を防止する余裕角制御特性とすることにより、交流系統事故時にも転流失敗を防止して安定な送電をすることができると共に、交流系統事故除去時の電力の回復を高速にすることができる。開ループ余裕角制御で必要最小源の余裕角を確保する制御特性とし、閉ループ余裕角制御で余裕角不足時は制御角を大きくして余裕角を確保することにより、事故中の送電電力を最大とすることができると共に、交流系統事故除去時の電力の回復を高速にすることができる。
【００４３】
本発明の他の実施例を図６に示す。図には余裕角制御回路の部分だけを記入していて、その他の部分は図１と同様の構成である。図には変圧器，スタコン等、機器の操作や転流失敗等により交流電圧波形歪が生じる場合に、機器操作指令や図示していない転流状態を監視する転流監視回路からの転流失敗検出信号等により前もってインバータの制御角を進めるための回路を備えた制御装置の実施例を示している。図１と同じ番号のものは同じ機能を示すので、新しい番号について説明する。１３２１は変圧器，スタコン等の機器操作指令や転流失敗検出信号により、ある設定された制御角だけ余裕角制御回路の出力を進める信号を出力する制御角進め回路、１３２２は前記余裕角制御回路の出力にこの制御角進め回路の出力を加算する第２の加算回路である。加算回路の出力は前記信号選択回路１４０につながる。この回路により、機器操作時や転流失敗発生時に前もって設定された制御角、例えば１５度だけ現在の余裕角制御回路の出力である制御角指令値に加算されるので、交流電圧波形歪による転流失敗発生を前もって防止できる。
【００４４】
もう一つの実施例を図７に示す。図７ではインバータ運転時の制御である定電圧制御回路と余裕角制御回路に第２の信号選択回路を設け、この回路の出力に上記制御角進め回路の出力を加算する構成としたものである。図中１３３１は定電圧制御回路１２０と余裕角制御回路の出力を入力とし、両者のうちの制御角の小さい（制御進み角の大きい）方の出力を選択する第２の信号選択回路、１３３２は前記制御角進め回路１３２１の出力と第２の信号選択回路１３３１の出力を加算する第３の加算回路である。この構成によっても、インバータの制御角指令値が交流電圧波形歪の発生時に規定の制御角だけ前もって進められるので、図６同様に転流失敗発生を防止できる。
【００４５】
【発明の効果】
交流系統事故時にも電力変換装置を停止することなく運転を継続できる。さらに、開ループ余裕角制御で必要最小源の余裕角を確保する制御特性とし、余裕角不足時は閉ループ余裕角制御で制御角を大きくして余裕角を確保することにより、電力変換装置による事故中の送電電力を最大とすることができると共に、交流系統事故除去時の電力の回復を高速にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力変換装置の制御装置を備えた直流送電装置。
【図２】図１のパルス位相制御装置の特性の一例。
【図３】図１の開ループ余裕角制御回路の特性。
【図４】本発明の電力変換装置の制御装置の動作を説明するための図。
【図５】交流電圧検出回路の一実施例。
【図６】制御回路の他の実施例。
【図７】制御回路の他の実施例。
【符号の説明】
１０…交流系統１、２０…交流系統２、１１，２１…変換用変圧器、１２，２２…電力変換装置、３１，３２…直流リアクトル、４０…直流送電線、１００…交流電圧変成器、１０１…直流電流変成器、１１０…定電流制御回路、１０２…直流電圧変成器、１２０…定電圧制御回路、１３０…余裕角制御回路、１３０１…開ループ余裕角制御回路、１３０２…余裕角偏差検出回路、１３０３…余裕角補正信号作成回路、１３０４…閉ループ余裕角制御回路、１３０５…加算回路、１４０…信号選択回路、１５０…パルス位相制御回路、１３２１…制御角進め回路、１３２２…第２の加算回路、１３１０…一次遅れ回路、１３１１…最小値選択回路、１３３１…第２の信号選択回路、１３３２…第３の加算回路、Ｅａｃ…交流系統の電圧、α１…開ループ余裕角制御回路の出力信号、Δγ…実余裕角 γｍｅｓと余裕角基準値γｒｅｆとの差、α２…余裕角不足検出回路出力、α３（＝α１＋α２）…余裕角制御回路出力。

Claims

位相制御信号を入力して直流電力を交流電力に変換、又は交流電力を直流電力に変換する電力変換手段を備えた電力変換装置において、
前記電力変換手段にかかる電圧及び前記電力変換手段に流れる電流を検出して第１の位相制御信号を出力する第１の位相制御信号出力手段と、前記電力変換手段の余裕角を検出して第２の位相制御信号を出力する第２の位相制御信号出力手段と、前記第１の位相制御信号出力手段からの第１の位相制御信号及び前記第２の位相制御信号出力手段からの第２の位相制御信号を入力に用いて、前記電力変換手段に対し第３の位相制御信号を出力する位相余裕角制御手段とを備え、
前記位相余裕角制御手段は、前記第２の位相制御信号の値が負の場合に、前記第１の位相制御信号及び第２の位相制御信号を加算した値を前記電力変換手段を制御する位相制御信号として出力することを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記直流電力の電流を検出し、該電流を用いて前記電力変換手段に対して位相制御信号を送る定電流制御手段を備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１または請求項２の何れかに記載の電力変換装置において、
前記直流電力の電圧を検出し、該電圧を用いて前記電力変換手段に対して位相制御信号を送る定電圧制御手段を備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記第１の位相制御信号出力手段からの第１の位相制御信号、前記第２の位相制御信号出力手段からの第２の位相制御信号、前記定電流制御手段からの位相制御信号、及び前記定電圧制御手段からの位相制御信号を用いて前記電力変換手段に対して位相制御信号を出力する位相制御信号出力手段を備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記第３の位相制御信号、前記定電流制御手段からの位相制御信号及び前記定電圧制御手段からの位相制御信号を入力して、各位相制御信号のうちの最適な位相制御信号を前記電力変換手段に対して出力する信号選択手段を備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第２の位相制御信号出力手段は、前記電力変換手段の実際の余裕角を常時検出することを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記電力変換手段は、直流電力を複数相の交流電力に変換、又は複数相の交流電力を直流電力に変換し、前記第２の位相制御信号出力手段は、検出された前記複数相毎の余裕角のうち最小の余裕角を用いて前記第２の位相制御信号を求めることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記電力変換手段は、直流電力を複数相の交流電力に変換、又は複数相の交流電力を直流電力に変換し、前記第１の位相制御信号出力手段は、検出された前記複数相毎の電圧実行値、又は前記複数相毎の電圧の最小値を用いて前記第１の位相制御信号を求めることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１の位相制御信号出力手段は、前記第１の位相制御信号の値を減少させる減衰手段を備え、該減衰手段は所定の時定数を有する回路からなることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第２の位相制御信号出力手段は、前記第２の位相制御信号の値を減少させる減衰手段を備え、該減衰手段は所定の時定数を有する回路からなることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記電力変換手段の余裕角と所定の余裕角とを比較し、これらの偏差が一定以上で、かつ、前記第２の位相制御信号の値が負の場合に、前記位相余裕角制御手段は前記第１の位相制御信号と前記第２の位相制御信号とを加算することを特徴とする電力変換装置。
請求項１から請求項１１の何れかに記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置を構成する機器の操作時、又は電力変換手段の転流失敗時に前記電力変換手段の位相を進める位相進み信号を出力する制御角進み回路を備え、該制御角進み回路からの位相進み信号を前記第３の位相制御信号に加算することを特徴とする電力変換装置。
請求項１２に記載の電力変換装置において、
前記定電圧制御手段からの位相制御信号、前記第２の位相制御信号出力手段及び前記第１の位相制御信号出力手段による前記第３の位相制御信号のうちの最適値を選択する第２の信号選択回路と、該第２の信号選択回路からの位相制御信号に前記制御角進み回路からの信号を加算し、該加算した位相制御信号と前記定電流制御手段からの位相制御信号とを選択する信号選択回路とを備え、前記信号選択回路からの制御信号により前記電力変換手段を制御することを特徴とする電力変換装置。
請求項１２又は請求項１３の何れかに記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置を構成する機器として、スタコンと変圧器とを備えることを特徴とする電力変換装置。
位相制御信号を入力して直流電力を交流電力に変換、又は交流電力を直流電力に変換する電力変換手段を備えた電力変換装置において、
前記電力変換手段にかかる電圧及び前記電力変換手段に流れる電流を検出して第１の位相制御信号を出力する第１の位相制御信号出力手段と、前記電力変換手段の余裕角を検出して第２の位相制御信号を出力する第２の位相制御信号出力手段と、前記直流電力の電流を検出し、該電流を用いて前記電力変換手段に対して位相制御信号を送る定電流制御手段と、前記直流電力の電圧を検出し、該電圧を用いて前記電力変換手段に対して位相制御信号を送る定電圧制御手段と、前記第１の位相制御信号出力手段からの第１の位相制御信号と前記第２の位相制御信号出力手段からの第２の位相制御信号とを入力して、前記電力変換手段に対して第３の位相制御信号を出力する位相余裕角制御手段と、前記第３の位相制御信号及び前記定電圧制御手段からの位相制御信号と、前記定電流制御手段からの位相制御信号のうちの最適な制御信号を選択する信号選択手段とを備え、
前記位相余裕角制御手段は、前記第２の位相制御信号の値が負の場合に、前記第１の位相制御信号及び前記第２の位相制御信号を加算した値を前記電力変換手段を制御する位相制御信号として出力することを特徴とする電力変換装置。
請求項１又は請求項１５の何れかに記載の電力変換装置において、
前記電力変換手段として他励式電力変換素子を備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１６に記載の電力変換装置において、
前記他励式電力変換素子としてサイリスタ素子を備えていることを特徴とする電力変換装置。