JP4782651B2 - 配電系統に接続される電力変換装置の制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、同じ変電所変圧器からき電された二組の配電線による交流系統に直流部が共通である二組の電圧型ＰＷＭ変換器が、変圧器を介さずにそれぞれ連系し、二組の配電線間での電力融通、各配電線の無効電力補償などを行う電力変換装置の制御に関する。特に、非接地の配電交流系統に接続される電力変換装置の制御方法および装置に関する。

６．６ｋＶなどの比較的電圧の高い交流系統に接続される電力変換装置は、スイッチング素子の耐圧が足りないため、ＰＷＭ変換器に印加される交流電圧を変圧器により降圧して系統に連系している。

しかし、近年スナバレス・スイッチング素子の直列技術により、例えば、特許文献１に開示されたように、変圧器を介さずに直接交流系統に電力変換装置を連系することが可能となった。変圧器が不要になることで、電力変換装置の小型化が期待されている。

また、非特許文献１にも、共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器について開示されている。そこには、二組の前記ＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器を備えた電力変換装置において、この電力変換装置の制御装置や制御方法が開示されている。

特開２００３−１３４８３３号公報（全体） 岡田「需要地系統におけるループコントローラの開発」電力中央研究所報告（財団法人電力中央研究所）平成１２年（２０００）１０月、Ｔ９９０７５

従来の変圧器を介して系統に連系する電力変換装置では、変圧器が非接地であれば系統から絶縁されるため、変換器から交流系統へ零相電流は流れなかった。

しかし、直流部が共通である二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器を備え、そのＰＷＭ変換器が同一の変電所変圧器によりき電される二組の交流系統へ変圧器を介さずに直接連系する電力変換装置においては、次のような問題があることが判明した。すなわち、片方のＰＷＭ変換器がゲートデブロックし、かつ残りのＰＷＭ変換器がゲートブロックしている時、ゲートブロックしている電力変換装置にはダイオードを介して系統から電流が流れてしまう。また、その電流には零相電流が含まれ、零相電流は片方のＰＷＭ変換器から交流系統を介して残りのＰＷＭ変換器に循環して流れる。

後述するように、地絡方向リレーが動作するには零相電圧と零相電流が所定の値を超える必要があるが、他系統で地絡事故が発生して零相電圧が発生した場合、地絡過電圧リレーが作動する。また、このときダイオードを介して流れる電流に含まれる零相電流が存在すると地絡方向リレーを誤動作させ、健全系統の遮断器を開放してしまう可能性がある。この現象の詳細については後述する。

本発明で解決しようとする課題は、上記地絡方向リレーの誤動作を抑制し、遮断器の誤遮断を避けることである。

本発明の第１の特徴とするところは、直流部を共有し、二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、それぞれの前記ＰＷＭ変換器の交流出力端子と連系される交流系統との間に設置される三相電磁接触器を有する電力変換装置において、片方のＰＷＭ変換器と交流系統との間の三相電磁接触器が投入され、かつ当該片方のＰＷＭ変換器がゲートデブロックされている期間中には、残りのＰＷＭ変換器と交流系統との間の三相電磁接触器が投入され、かつ当該残りのＰＷＭ変換器がゲートブロックされた状態が、所定時間以上継続しないようにすることである。

具体的には、片方のＰＷＭ変換器と交流系統との間の三相電磁接触器が投入され、かつ当該片方のＰＷＭ変換器がゲートデブロックされているとき、残りのＰＷＭ変換器を系統に連係する場合には、ゲートブロックしているＰＷＭ変換器の接続する三相電磁接触器を投入後、当該ＰＷＭ変換器をゲートデブロックするまでの時間を、所定時間未満、望ましくは、接続される交流系統の地絡検出リレーの作動に要する時間すなわち作動時間よりも短くする。

また、電力変換装置の始動時には、片方の前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器を投入後に、直流電圧を確立する当該片方のＰＷＭ変換器をゲートデブロックし、その後、残りのＰＷＭ変換器を始動する際には、残りのＰＷＭ変換器に接続される三相電磁接触器を投入した後、当該残りのＰＷＭ変換器をゲートデブロックするまでの時間を、所定時間以上継続しないように、すなわち、接続される交流系統の地絡検出リレーの作動時間よりも短くする。

さらに、片方のＰＷＭ変換器を動作させたままで、残りのＰＷＭ変換器のみを停止させる際には、残りのＰＷＭ変換器のゲートブロックの後、当該ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器の開放までに要する時間を、所定時間未満となるように、すなわち、接続される交流系統の地絡検出リレーの作動時間よりも短く設定する。

本発明の望ましい実施態様によれば、地絡検出リレーが作動する前に零相電流の流れる回路を遮断することによって、地絡検出リレーの誤作動を回避でき、遮断器の誤遮断を回避することができる。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の説明の中で明らかにする。

まず、本発明の説明として、直流部が共通である二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器を備え、そのＰＷＭ変換器が同一の変電所変圧器によりき電される二組の交流系統へ変圧器を介さずに直接連系する電力変換装置において、明らかにした課題について説明する。

図２は、変圧器を介さずに交流系統に接続される電力変換装置を示す。電力変換装置２１は、フィルタリアクトル２１１と、ＩＧＢＴとダイオードにより構成される電圧型ＰＷＭ変換器２１２および直流コンデンサ２１３により構成される。電圧型ＰＷＭ変換器２１２の直流端子は、直流コンデンサ２１３に接続され、交流端子はフィルタリアクトル２１１を介して交流系統２２に接続される。

図３は、同図（Ａ）に変圧器を介さずに交流系統２２に連系する電力変換装置２１のゲート信号を、三角波比較により決定する場合の電圧指令値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷと、搬送波Ｃａｒｒｙの波形図を示す。また、同図（Ｂ）には、そのときの交流系統２２の中性点に対する直流部の電位との関係図である。

ＩＧＢＴが電圧指令値の三角波比較により得られるＰＷＭ信号に従いスイッチングを行うと、連系される交流系統２２の中性点電位に対して、直流部の電位が、図３（ｂ）に示すようにキャリア周波数で変動する。ここで、ＶＣは直流部のコンデンサの正側電位、ＶＤは直流部のコンデンサの負側電位、ＶＮは交流系統２２の中性点電位、Ｖｄｃは直流コンデンサ２１３の端子電圧である。

図４は、同じ変電所変圧器からき電された二組の配電線に二組のＰＷＭ変換器が変圧器を介さずにそれぞれ連系する電力変換装置を示す。これらの電力変換器は二組の配電線間での電力融通、各配電線での無効電力補償などを行う。

電力変換装置４１は、フィルタリアクトル４１１，４１２と、電圧型ＰＷＭ変換器４１３，４１４、および直流コンデンサ４１５により構成され、ＰＷＭ変換器４１３と４１４の直流部は共通であり、直流コンデンサ４１５が接続されている。交流系統４２には、変圧器４３が接続され、交流系統４４となる。電圧型ＰＷＭ変換器４１３，４１４は、フィルタリアクトル４１１，４１２を介して交流系統４４に接続される。交流系統４４には、零相電圧検出器４５が接続されている。

図５は、零相電圧検出器４５の構成図である。

零相電圧検出器４５は、中性点が接地されたスター巻線を一次側に、オープンデルタ巻線を二次側に持つ変圧器４５１と、抵抗器４５２と、この抵抗器４５２の電圧を検出する電圧検出器４５３により構成される。このため、交流系統４４は非接地ではあるが、系統事故時以外では中性点電位は大地電位となっている。一線地絡により零相電圧が発生した場合、零相電圧検出器４５に流れる零相電流は、抵抗器４５２により制限される。一般に抵抗器４５２の抵抗値は、一次側換算で数ｋΩ以上となり、事故時に零相電圧検出器４５を流れる零相電流は小さい。

通常、直流コンデンサ４１５の電圧が交流系統４４の線間電圧振幅値以上の場合、ゲートブロックしているＰＷＭ変換器には、ダイオードに逆バイアスが印加されるため電流は流れない。しかし、変圧器を介さずに交流系統へ連系する電力変換装置４１においては、直流部の電位がスイッチングにより変動するため、ダイオードが通電して交流系統へ電流が流れる。

直流部の電位が、図３に示したように、スイッチングにより変動し、直流部のプラス側の電位がＰＷＭ変換器の系統連系点における相電圧より低くなったり、直流部のマイナス側の電位がＰＷＭ変換器の系統連系点における相電圧より高くなる場合がある。したがって、このとき、ＰＷＭ変換器のダイオードが通電して交流系統へ電流が流れる。例えば、ＰＷＭ変換器４１３がゲートデブロックして直流コンデンサ端子電圧を制御しており、ＰＷＭ変換器４１４がゲートブロックしている場合、電圧型ＰＷＭ変換器４１４には、ダイオードを介して電流が流れる。このとき、導通するダイオードは、相電圧の最も高い相のダイオードと、最も低い相のダイオードとなるため、交流系統に流れる電流には系統周波数の３倍の周波数を持つ電流を含む。また、直流部の電位変動はスイッチングにより変動するため、交流系統に流れる電流には、スイッチング周波数成分も多く含まれる。

なお、３次の高調波は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で位相が等しくなるため、零相となる。

ダイオードが通電している期間、直流部のプラス側もしくはマイナス側は通電している相の交流系統電圧にクランプされ、直流部の電位変動に系統周波数の３倍で変動する周波数成分が発生する。直流部の電位が変動することにより、ゲートデブロックしているＰＷＭ変換器４１３の出力電圧に変動が発生し、系統には、系統周波数の３倍の周波数を持つ零相電流を含むひずみ電流が流れる。

以上の理由により、変圧器を介さずに直接交流系統へ連系し、直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器を備え、一方の変換器がゲートデブロックで、他方がゲートブロックしている時、ゲートブロックしている電力変換器に系統から電流が流れる。また、この電流には零相電流が含まれ、零相電流は一方の変換器から交流系統を介して他方の変換器に循環して流れる。

図６は、ゲートブロック中のＰＷＭ変換器４１４の系統電流波形の一例を示す。同図（Ａ）はＵ相系統電流Ｉｕ、同図（Ｂ）は三相分系統電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、同図（Ｃ）は各相の系統電流平均値である零相電流Ｉ０の、それぞれ系統電圧一周期分の波形を示す。Ｔｓは、交流系統電圧の周期である。系統電流には、スイッチング周波数のリプルと、３次の高調波が多く含まれることが判る。また、零相として、３次の高調波成分が発生していることも判る。

この事象は、変圧器で絶縁される従来の電力変換装置では起こり得ない事象である。また、変圧器を用いない場合でも、両ＰＷＭ変換器がゲートデブロックする場合は、ゲート信号により通電するアームが決定されるため、系統電流は、直流電位と相電圧の大小関係ではなく、ゲート信号にのみ制御され、図６に示すような系統電流は流れない。

ところで、６．６ｋＶの配電系統は一般に非接地であり、一線地絡発生時には過大な事故電流は流れない。このため、配電変電所には零相電流および零相電圧を検出して一線地絡を検出する地絡検出リレーを有する。

図７は、地絡検出リレーの一例ブロック図である。

交流系統７１は、電圧調整可能な変圧器７２からフィーダ７３１〜７３３および遮断器７４１〜７４３を介して図示しない負荷に電力を供給している。地絡検出リレー７５の出力である地絡過電圧リレー７５１と地絡方向リレー７５２の出力の論理積が真の時、論理積回路７５３を介して遮断器７４１〜７４３は開放される。地絡方向リレー７５２は、零相電流検出器７６と零相電圧検出器７７の検出値により、地絡検出リレーが設置されたフィーダ、例えば７３３に地絡事故が発生したのか、他のフィーダ７３１，７３２で発生したのかを判定する。零相電流検出器７６の出力値は、ローパスフィルタ７５２０に入力され、ローパスフィルタ７５２０の出力値はバンドパスフィルタ７５２１に入力される。これにより、零相電流の商用周波数成分が抽出される。同様に、零相電圧検出器７７の出力値はローパスフィルタ７５２２に入力され、ローパスフィルタ７５２２の出力値はバンドパスフィルタ７５２３に入力され、零相電圧の商用周波数成分が抽出される。バンドパスフィルタ７５２１の出力値は、方向演算器７５２３と実効値算出器７５２４に入力される。バンドパスフィルタ７５２５の出力値は、位相補正器７５２６と実効値算出器７５２７に入力される。位相補正器７５２６の出力値は、方向演算器７５２３に入力される。方向演算器７５２３は、バンドパスフィルタ７５２１の出力値と、位相補正器７５２６の出力値の積を算出し、その積を周期積分し、所定の判定値と比較する。これにより、接続されたフィーダにおいて地絡が発生したのかを判定する。接続されるフィーダで地絡が発生した場合、方向演算器７５２３の出力は真となり、その出力は論理積演算器７５２８に出力される。

また、実効値算出器７５２４および７５２７は、零相電圧と零相電流の商用周波数成分の実効値を算出し、所定の判定値と比較する。実効値算出器７５２４および７５２７の出力値は論理積演算器７５２８に出力される。論理積演算器７５２８は、実効値算出器７５２４，７５２７および方向演算器７５２３の出力の論理積を算出し、タイマー７５２９に出力する。タイマー７５２９は、論理積算出器７５２８の出力が真である期間が所定の時間以上継続した場合、接続されるフィーダに地絡が発生したと判断し、地絡方向リレーとしての出力値を真とする。

上記の理由から、タイマー７５２９の判定時間は、地絡方向リレーの作動に要する時間、すなわち作動時間となる。一般に、この判定時間は商用周波数２サイクル程度である。

地絡過電圧リレー７５１は、地絡方向リレーと同様に、零相電圧検出器７７の出力にローパスフィルタとバンドパスフィルタを施して零相電圧実効値を求め、その実効値が所定値以上である期間が所定の期間以上となったとき、出力を真とする。

以上のように、地絡方向リレーが動作するには零相電圧と零相電流が所定の値を超える必要があるが、他系統で地絡事故が発生して零相電圧が発生した場合、地絡過電圧リレーが作動する。また、このときダイオードを介して流れる電流に含まれる零相電流が存在すると地絡方向リレーを誤動作させ、健全系統の遮断器を開放してしまう可能性があることが判明した。

以下に、この誤動作を防止する、本発明による配電系統に接続される電力変換装置およびその制御方法の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１による配電系統に接続される電力変換装置の全体構成図である。電力変換装置１００は、電圧型ＰＷＭ変換器１０１、１０２の直流部が共通である電力変換装置である。共通である直流部の端子には直流コンデンサ１０３が接続される。電圧型ＰＷＭ変換器１０１、１０２の交流端子は、フィルタリアクトル１０４，１０５および電磁接触器１０６，１０７を介して交流系統１０８，１０９に接続される。

交流系統１１０から分岐するこれら交流系統１０８，１０９は非接地であり、零相電流検出器１１１，１１２、零相電圧検出器１１３，１１４が接続され、それぞれの出力値は地絡検出リレー１１５，１１６に入力される。地絡検出リレー１１５，１１６は、検出された零相電流および零相電圧に基づき遮断器１１７，１１８を開放する。

電力変換装置１００は、シーケンス制御器１０００と波形制御器１１００により制御される。シーケンス制御器１０００は、電圧型ＰＷＭ変換器１０１の始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ１がハイになると電磁接触器１０６に投入指令ＣＢＣ１を出力し、その後、電圧型ＰＷＭ変換器１０１のゲートデブロック信号ＧＤＢ１を波形制御器１１００に出力する。

交流系統電圧Ｖｕｖ１，Ｖｗｖ１は電圧検出器１１９で検出され、交流系統電流Ｉｕ１，Ｉｗ１は電流検出器１２０，１２１で検出され、さらに、直流コンデンサ１０３の端子電圧Ｖｄｃは電圧検出器１２２で検出される。なお、前記交流系統１０８，１０９は、交流系統１１０から同一の変圧器１２３を介して連系している。また、前記残りのＰＷＭ変換器１０２出力電流Ｉｕ２，Ｉｗ２は、電流検出器１２４，１２５で検出され、交流系統電圧Ｖｕｖ２，Ｖｗｖ２は電圧検出器１２６で検出される。

波形制御器１１００は、ゲートデブロック信号ＧＤＢ１が入力されると、交流系統電圧検出値Ｖｕｖ１、Ｖｗｖ１と、交流系統電流検出値Ｉｕ１、Ｉｗ１、並びに、直流コンデンサ１０３の端子電圧検出値Ｖｄｃを入力する。そして、直流コンデンサ電圧Ｖｄｃを一定に保つように、系統電流Ｉｕ１、Ｉｗ１を制御するためのゲート信号ＧＳ１を出力する。

次に、本発明の特徴であるゲートブロック中の残りの電圧型ＰＷＭ変換器１０２の始動停止シーケンスについて説明する。

図８は本発明の実施例１によるシーケンス制御回路の始動停止シーケンス制御ブロック図であり、図９はその動作タイムシーケンスである。これらの図面を参照しながら、本発明の実施例１の動作を説明する。

電圧型ＰＷＭ変換器１０２の始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２は、電磁接触器投入信号発生器１００１と遅延回路１００２と論理インバータ１００３に入力される。電磁接触器投入信号発生器１００１は、始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２がハイになる、つまり始動指令が入ると、電磁接触器１０７に投入指令ＣＢＣ２を出力する。

電磁接触器１０６や１０７は、一般に、投入指令が入力されてから実際に投入されるまで、１０ｍｓ程度の時間遅れがある。電磁接触器１０７が開放された状態で、ＰＷＭ変換器１０２をゲートデブロックすると、ＰＷＭ変換器１０２から電磁接触器１０７までの配線浮遊容量により、電磁接触器１０７の端子に定格の２倍以上の電圧が発生する可能性がある。このため、電磁接触器１０７が投入されるまで、ゲートブロック状態でＰＷＭ変換器１０２を待機させることが望ましい。そこで、次のようにして、この課題を解決する。

始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２がハイになると、論理インバータ１００３の出力はローになり、遅延回路１００２のリセットが解除される。したがって、遅延回路１００２の遅延機能が回復し、ＲＵＮ＿ＣＭＤ２がハイになった１０ｍｓ後に、電圧型ＰＷＭ変換器１０２のゲートデブロック信号ＧＤＢ２をハイにする。このゲートデブロック信号ＧＤＢ２は、図１に示すように、波形制御器１１００に入力され、ゲートブロックが解除される。したがって、この実施例１では、結果的に、電磁接触器１０７の投入動作と、ゲート信号ＧＳ２による電圧型ＰＷＭ変換器１０２のゲートデブロックとが、図９に示すように、ほぼ同時期に行われる。

配電変電所の地絡方向リレーの動作時間は、前述したように、５０Ｈｚ系統の場合、２サイクル程度であるから４０ｍｓ程度である。本実施例の始動シーケンスでは、電力変換器１０２から零相電流が流れ得る時間は、最悪１０ｍｓであるため、地絡方向リレーの誤動作を確実に回避できる。

始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２がロー、つまり停止指令が入ると、電磁接触器投入信号発生器１００１は、電磁接触器１０７に開放指令を出力する。論理インバータ１００３は、出力がハイになり、遅延回路１００２がリセットされ、遅延回路１００２の出力であるゲートデブロック信号ＧＤＢ２が即時にローとなり、波形制御器１１００に入力され、ゲートブロックとなる。

電磁接触器１０７の開放にも、投入と同様に、１０ｍｓ程度の遅延が発生する。シーケンス制御器１０００および波形制御器１１００は、電磁接触器１０７の開放指令とゲートブロック信号を同時に出力するが、電磁接触器１０７の遅延により１０ｍｓ程度の遅れがある。しかし、配電変電所の地絡方向リレーの動作時間は、前述したように、５０Ｈｚ系統の場合４０ｍｓ程度である。本実施例の停止シーケンスでは、電力変換器１０２から零相電流が流れ得る時間は最悪１０ｍｓであり、地絡方向リレーの誤動作を確実に回避できる。

本実施例では、遅延回路１００２により、ＰＷＭ変換器１０２のゲートデブロックと電磁接触器１０７の投入指令に時間差を設けたが、ソフトウェアによりゲートデブロック信号の出力時間を遅らせても良い。

本実施例によれば、変圧器を介さずに交流系統に接続され、二組の電圧型ＰＷＭ変換器を有する電力変換装置において、始動時および停止時に発生する零相電流が交流系統に流出する時間を制限することができ、地絡検出リレーの誤作動を確実に回避できる。

図１０は、本発明の実施例２による配電系統に接続される電力変換装置の全体構成図である。実施例１と実施例２との差は、フィルタ回路にコンデンサを含み、電圧型ＰＷＭ変換器２４の始動方法を同期投入とした点である。これにより、電圧型ＰＷＭ変換器１０２を系統に連系するときに、交流系統からフィルタ回路に流れ込む振動電流を抑制することができる。以下、先の実施例１と異なる点のみ説明する。また、図１０において、図１と同一機能部は同一符号をつけ、重複説明を防ぐ。

電力変換器の損失低減のため、キャリア周波数を下げると、系統高調波が増加する。系統電流高調波が大きいと、系統に接続される進相コンデンサなどの焼損の原因となるため、系統電流高調波は可能な限り抑制する必要がある。

一方、高調波抑制フィルタ回路として、リアクトルのみではなく、フィルタリアクトルとコンデンサなどを用いた高調波フィルタがある。本フィルタによりスイッチングによる高調波は交流フィルタ内部で流れ、系統には流出しにくい。

図１０の高調波フィルタ回路１２７，１２８は、コンデンサに対して、リアクトルと抵抗器の並列体を直列に接続したフィルタである。本フィルタは、キャリア周波数において低インピーダンスになるよう設計することで、系統にキャリア周波数成分を有する電流が流出することを防ぐことができる。

また、ダンピング抵抗があるため、その抵抗値を適切に選ぶことにより、電磁接触器１０７が開放している場合に、電圧型ＰＷＭ変換器１０２がゲートデブロックしても、電磁接触器１０７の端子に過電圧は発生しない。

図１１は、本発明の実施例２によるシーケンス制御回路の始動停止シーケンス制御ブロック図であり、図１２はその動作タイムシーケンスである。これらの図面を参照しながら、本発明の実施例２の動作を説明する。

本実施例２のシーケンス制御器１２００と、実施例１のシーケンス制御器１０００の動作における差は、電圧型ＰＷＭ変換器１０２の始動をゲートデブロック後に電磁接触器１０７を投入する方式とした点である。同期投入とすることにより、高調波フィルタに流れ込む振動電流を抑制することができ、始動時の系統に与える電圧変動を抑制することができる。

電圧型ＰＷＭ変換器１０２の始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２は、遅延回路１００４に入力される。また、始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２は、そのまま、電圧型ＰＷＭ変換器１０２のゲートデブロック信号ＧＤＢ２となる。

まず、始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２がローの場合、そのまま、ゲートデブロック信号ＧＤＢ２となるため、電圧型ＰＷＭ変換器１０２はゲートブロックとなっている。

始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２がローからハイになった場合、ゲートデブロック信号ＧＤＢ２は、即座にハイとなり、電圧型ＰＷＭ変換器１０２はゲートデブロックとなる。論理インバータ１００５の出力がローとなるので、遅延回路１００４のリセットが解除され、遅延時間、例えば、１００ｍｓの後に、接触器投入信号発生器１００１の出力である電磁接触器１０７の投入指令ＣＢＣ２もハイとなる。電磁接触器１０７の投入は、既述の通り、約１０ｍｓ遅れる。したがって、遅延回路１００４の遅延時間と、電磁接触器１０７の投入遅れの和の時間の間、電磁接触器１０７が開放したまま、電圧型ＰＷＭ変換器１０２がゲートデブロックとなる。しかし、この実施例２では、前述したように、図１０に示す高調波フィルタ回路１２７，１２８内にダンピング抵抗があるため、電磁接触器１０７の端子に過電圧が発生する恐れは無い。

遅延回路１００４は、高調波フィルタ回路の電圧が定常状態になるまで、電磁接触器１０７の投入を避けるため、始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２を所定の時間遅延させるためのものである。定常状態になるまでの時間は、フィルタ回路定数によるが、数十ｍｓ程度であり、遅延時間は１００ｍｓ程度で良い。

次に、始動・停止指令ＲＵＮ＿ＣＭＤ２がロー、つまり停止指令が入ると、ゲートデブロック信号ＧＤＢ２が即時にローとなり、波形制御器１１００に入力され、ゲートブロックとなる。一方、論理インバータ１００５は、出力がハイになり、遅延回路１００４がリセットされ、遅延回路１００４の出力が即時にローとなり、電磁接触器投入信号発生器１００１は、電磁接触器１０７に開放指令を出力する。しかし、電磁接触器１０７の開放にも、投入と同様に、１０ｍｓ程度の遅れが発生する。シーケンス制御器１０００および波形制御器１１００は、電磁接触器１０７の開放指令とゲートブロック信号を同時に出力するが、電磁接触器１０７の遅延により１０ｍｓ程度の間だけ、ゲートブロックのまま、電磁接触器１０７の投入状態が継続する。しかし、配電変電所の地絡方向リレーの動作時間は、前述したように、５０Ｈｚ系統の場合４０ｍｓ程度である。本実施例２の停止シーケンスでは、電力変換器１０２から零相電流が流れ得る時間は最悪１０ｍｓであり、地絡方向リレーの誤動作を確実に回避できる。

本実施例２の停止シーケンスでは、電力変換装置から零相電流が流れうる時間は、最悪１０ｍｓであるため、地絡方向リレーの誤動作を回避できる。

本実施例２によれば、変圧器を介さずに交流系統に接続され、二組の電圧型ＰＷＭ変換器を有する電力変換装置において、始動時および停止時に発生する零相電流が交流系統に流出する時間を制限することができ、地絡方向リレーの誤動作を回避することができる。

さらに、系統に連系する際に同期投入が可能であり、始動時の交流系統に与える擾乱を抑制することができる。

本発明は、同一変電所変圧器によりき電される二組の交流系統へ変圧器を介さず接続する二組の電圧型ＰＷＭ変換器を有し、配電線間の潮流制御を行う電力変換装置に適用可能である。一方の変換器をゲートデブロック、他方をゲートブロックした場合、ゲートブロックした変換器のダイオードを介して流れる零相電流を抑制でき、地絡検出リレーの誤作動を回避でき、遮断器の誤遮断を回避することができる。

本発明の実施例１による配電系統に接続される電力変換装置の全体構成図。 本発明の原理説明用の変圧器を介さずに交流系統に接続される電力変換装置の回路構成図。 本発明の原理説明用の変圧器を介さずに交流系統に接続される電力変換装置の各部電圧波形と交流系統の中性点に対する直流部の電位関係図。 本発明の原理説明用の同じ変電所変圧器からき電された二組の配電線に二組のＰＷＭ変換器が変圧器を介さずにそれぞれ連系する電力変換装置の回路構成図。 本発明の原理説明用の零相電圧検出器の回路構成図。 本発明の原理説明用のゲートブロック中のＰＷＭ変換器の系統電流波形図。 本発明の原理説明用の地絡方向リレーの機能ブロック図。 本発明の実施例１によるシーケンス制御回路の始動停止シーケンス制御ブロック図。 本発明の実施例１による図８の動作タイムシーケンス図。 本発明の実施例２による配電系統に接続される電力変換装置の全体構成図。 本発明の実施例２によるシーケンス制御回路の始動停止シーケンス制御ブロック図。 本発明の実施例２による図１１の動作タイムシーケンス図。

符号の説明

１００，２１，４１…電力変換装置、１０４，１０５，２１１，４１１，４１２…フィルタリアクトル、１０６，１０７…三相電磁接触器、１２７，１２８…コンデンサを含むフィルタ回路、１０１，１０２，２１２，４１３，４１４…三相電圧型ＰＷＭ変換器、１０３，２１３，４１５…直流コンデンサ、１０８〜１１０，２２，４２，４４，７１…交流系統、１２３，４３，７２…変圧器、１１７，１１８…遮断器、１１３，１１４，４５，７７…零相電圧検出器、１１９，１２６…電圧検出器、１１１，１１２，７６…零相電流検出器、１２０，１２１，１２４，１２５…電流検出器、１１９，１２６…電圧検出器、７５２…地絡方向リレー、７５１…地絡過電圧リレー、７５，１１５，１１６…地絡検出リレー、１０００…シーケンス制御器、１１００，１２００…波形制御器、１００１…電磁接触器投入信号発生器、１００２，１００４…遅延回路、１００３，１００５…論理インバータ。

Claims (10)

1. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御方法において、片方の前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器が投入され、かつ片方の前記ＰＷＭ変換器がゲートデブロックしている状態では、残りの前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器が投入され、かつ残りの前記ＰＷＭ変換器をゲートブロックしている状態が所定時間以上継続することを禁止することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
2. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御方法において、片方の前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器が投入され、かつ片方の前記ＰＷＭ変換器がゲートデブロックしている状態で、ゲートブロックしている残りの前記ＰＷＭ変換器を系統に連系するとき、当該ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器を投入するとともに、この投入後の所定時間以内に、当該ＰＷＭ変換器をゲートデブロックすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
3. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御方法において、該電力変換装置の始動手順を、片方の前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器を投入後に、当該ＰＷＭ変換器をゲートデブロックし、その後、残りの前記ＰＷＭ変換器をゲートデブロックし、その後、残りの前記三相電磁接触器を投入することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
4. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御方法において、二組の前記三相電磁接触器が投入され、かつ双方の前記ＰＷＭ変換器がゲートデブロックしている状態から、片方の前記ＰＷＭ変換器を停止するとき、停止する当該ＰＷＭ変換器のゲートブロックの後、当該ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器の開放までに要する時間を、所定時間以内とすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記所定時間を、連系される交流系統の地絡検出リレーの作動時間未満とすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
6. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御装置において、片方の前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器が投入され、かつ片方の前記ＰＷＭ変換器がゲートデブロックしている状態で、残りの前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器が投入され、かつ残りの前記ＰＷＭ変換器をゲートブロックしている状態が所定時間以上継続することを禁止する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
7. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御装置において、片方の前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器が投入され、かつ片方の前記ＰＷＭ変換器がゲートデブロックしている状態で、ゲートブロックしている残りの前記ＰＷＭ変換器を系統に連系するとき、当該ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器を投入する手段と、この投入後の所定時間以内に、当該ＰＷＭ変換器をゲートデブロックする手段を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
8. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御装置において、該電力変換装置の始動手段を、片方の前記ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器を投入後に、当該ＰＷＭ変換器をゲートデブロックする手段と、その後、残りの前記ＰＷＭ変換器をゲートデブロック後に、残りの前記三相電磁接触器を同期投入する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
9. 共通の変電所変圧器に接続された二組の交流系統に変圧器を介さずにそれぞれ連系するとともに直流部を共有する二組の三相電圧型ＰＷＭ変換器と、これら二組のＰＷＭ変換器の交流出力端子と二組の前記交流系統との間にそれぞれ設置された二組の三相電磁接触器とを有する電力変換装置の制御装置において、二組の前記三相電磁接触器が投入され、かつ双方の前記ＰＷＭ変換器がゲートデブロックしている状態から、片方の前記ＰＷＭ変換器を停止するとき、停止する当該ＰＷＭ変換器のゲートブロックの後、当該ＰＷＭ変換器と前記交流系統との間の前記三相電磁接触器を、所定時間以内に開放する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
10. 請求項６〜９のいずれかにおいて、前記所定時間を、連系される交流系統の地絡検出リレーの作動時間未満とすることを特徴とする電力変換装置の制御装置。

Images