JP5322957B2 - 高電圧直流送電装置における電力変換器ステーションのための制御装置 - Google Patents

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本発明は、高電圧直流送電装置における電力変換器ステーションのための制御装置に関する。
高電圧直流送電においては、高電圧直流送電の動作状態の変更時に、電流方向に応じて整流器としてまたはインバータとして動作する電力変換器ステーションが規定どおりに制御されることが必要である。サイリスタを用いた電力変換器ステーションの今日における通常の構成様式において、これは一般に、電力変換器ステーションを制御する点弧角調節器が、新たな動作状態に応じて決まる予め計算された値に設定されることによって行なわれる。複数の電力変換器ステーションにおける同時の点弧パルスの釈放（点弧パルス阻止解除）後に、同時に点弧角調節器の釈放（調節器出力拘束解除）が行なわれる。引き続いてフィードバック調節回路を介して点弧角が予め計算された値から出発して定格値に到達させられる。
本発明の課題は、高電圧直流送電装置における電力変換器ステーションのための制御装置であって、比較的短い時間で初期動作状態から新たな定常動作状態への到達を可能にする制御装置を提供することにある。
この課題は、本発明によれば、整流器として動作する電力変換器ステーションを制御するための整流器制御ユニットと、インバータとして動作する他の電力変換器ステーションを制御するためのインバータ制御ユニットとを備えた高電圧直流送電装置における電力変換器ステーションのための制御装置であって、両制御ユニットがそれぞれ整流器もしくはインバータの点弧角の設定および調節のための点弧角調節器を有し、整流器制御ユニットとインバータ制御ユニットとの間に、１つの遅延要素、すなわち整流器の点弧角を調節するための整流器制御ユニット側の点弧角調節器の釈放が行なわれてから予め定められた遅延時間後に、インバータの点弧角を調節するためのインバータ制御ユニット側の点弧角調節器の釈放を可能にする遅延要素が配置されている制御装置によって解決される。
本発明に従って、インバータのための点弧角調節器が、整流器のための点弧角調節器の後に時間的に遅れて釈放されることによって、先ず整流器のための点弧角が、新たな動作状態に基づいて予め計算された値から出発して、後の準定常的な値に比較的近いところにある過渡的な値に既に調節される。この調節過程は、インバータ制御ユニットにおける過程によって影響を及ぼされることなく進行する。この遅延時間後に、インバータを制御するためのインバータ制御ユニットが、インバータ点弧角のための予め計算された初期値から出発するように投入されたときにはじめて、インバータにおける当該調節過程に整流器制御ユニットが影響を及ぼすが、そこでは調節過程が既に殆ど終えられているゆえ、長く続く整定過程が回避される。全体として、高電圧直流送電装置における初期動作状態から他の動作状態への移行のための比較的短い時間がもたらされる。
本発明の他の適切な実施形態は従属請求項の対象である。
図１は複数の電力変換器ステーションのための制御装置を有する高電圧直流送電装置を示すブロック図である。 図２は整流器制御ユニットならびにインバータ制御ユニットの幾つかの構成要素の制御のための信号を示すタイムチャートである。
以下において、図面に示す図を参照しながら実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図１は、高電圧直流送電装置１をブロック図で示す。この実施例において高電圧直流送電装置１は、それぞれ比較的太い線で示された第１の直流線路２および第２の直流線路３を持ち、直流線路３中には、必然的に発生するさまざまの損失を代表するように、象徴的に負荷４が書き込まれている。
直流線路２，３は、それぞれサイリスタを基礎する第１の電力変換器ステーションとしての整流器５ならびにサイリスタを基礎する第２の電力変換器ステーションとしてのインバータ６に接続されている。高電圧直流送電装置１を、入力側では整流器５が太線で示された第１の交流電圧線路装置７を介して第１の交流電圧系統８に結合するのに対して、出力側ではインバータ６が太線で示された第２の交流電圧線路装置９を介して第２の交流電圧系統１０に結合する。したがって、ここでは第１の交流電圧系統８から第２の交流電圧系統１０にエネルギーを伝送するように、交流電圧系統８，１０が互いに接続されている。
更に、図１から明らかな如く、高電圧直流送電装置１は中央ユニット１１を持つと共に、電力変換器制御ユニットとして、整流器５に接続された整流器制御ユニット１２と、インバータ６に接続されたインバータ制御ユニット１３とを持つ。図１においては、制御信号の伝送線路が、分かり易さの理由から、直流線路２，３ならびに交流電圧線路装置７,９に比べて非常に細く描かれている。
整流器制御ユニット１２により、釈放モジュール１４、点弧角発生器１５ならびに点弧角調節器１６を介して、以下に詳細に説明するように、整流器５が制御可能である。
これに対応して、インバータ６を制御するためのインバータ制御ユニット１３も、釈放モジュール１７、点弧角発生器１８ならびに点弧角調節器１９を備えている。
釈放モジュール１４，１７により、整流器５もしくはインバータ６のための点弧パルスが活性化可能である。点弧角発生器１５，１８は、整流器５もしくはインバータ６に初期動作状態ならびに取るべき新たな動作状態に応じて予め計算された点弧角を供給する。
典型的な動作状態変更は、例えば遮断状態から最小出力状態への移行、初期の目標出力から新たな目標出力への跳躍、あるいは逆転されたエネルギー流れ方向をともなうエネルギー方向変更およびそれにともなう電力変換器ステーションの機能変更である。
更に、この高電圧直流送電装置１は、１つの遅延装置２０を備えている。この遅延装置２０は、この実施例において、好ましくは中央ユニット１１を介して制御可能であり、かつ整流器制御ユニット１２ならびにインバータ制御ユニット１３に接続されている。遅延要素２０により、整流器５の点弧角を調節するための整流器制御ユニット１２側の点弧角調節器１６の釈放から予め定められた遅延時間後にインバータ５の点弧角を調節するためのインバータ制御ユニット１３側の点弧角調節器１９が釈放される。
定常動作状態において、例えば、点弧角調節器１６，１９の新たな定常状態の点弧角を予め計算するために必要とされる直流線路２，３における温度変化に依存した抵抗を計算するために、中央ユニット１１を介して整流器５とインバータ６との間の接続が存在する。
図２は、図１において説明した高電圧直流送電装置１の主要な構成要素に関する具体的な信号経過のタイムチャートにより、動作状態変更の一例として、遮断状態から、予め書き込まれた出力、例えば最小出力による動作状態への移行を示す。横軸としての時間軸２１には、特徴的な時点ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4を有する時間ｔがとられている。時間軸２１に対して直角方向にある縦軸としての信号軸２２には、任意単位で信号値Ｓがとられている。
図２において一番下の信号経過は、整流器制御ユニット１２の釈放モジュール１４からの点弧パルス釈放信号２３を示す。時点ｔ1までは点弧パルス釈放信号２３が阻止されているので、整流器制御ユニット１２は整流器５に点弧パルスを出力しない。時点ｔ1で点弧パルス釈放信号２３が、低レベルから持続的な高レベルに切り換えられる。この高レベルにおいては、整流器制御ユニット１２が点弧パルスを整流器５に与える。
図２において、点弧パルス釈放信号２３の直ぐ上にある信号経過は、整流器制御ユニット１２の点弧角発生器１５からの点弧角信号２４である。時点ｔ1までは点弧角信号２４は９０°の点弧角に相当する値にあるのに対して、時点ｔ1以降は後の或る時点まで整流器５の点弧角のための予め計算された値に移行させられる。
図２において点弧角信号２４の直ぐ上にある信号経過は、点弧角調節器釈放信号２５である。この点弧角調節器釈放信号２５により、点弧角信号２４を調節するための整流器制御ユニット１２側の点弧角調節器１６が、時点ｔ2で、直流回路の特性パラメータの入力後に調節器限界内において釈放される。このことが、図２による表示では、点弧角調節器釈放信号２５の中間レベルから高レベルへの変化によって示されている。したがって、点弧角調節器釈放信号２５のこのレベル変化の時点以降は、整流器５の点弧角信号２４は、定常的な動作状態でのフィードバック調節過程に基づくほんの僅かの変動をするだけである。
図２において、ある間隔をもって点弧角調節器釈放信号２５の上にある信号経過は、インバータ制御ユニット１３の釈放モジュール１７からの点弧パルス釈放信号２６である。インバータ６のための点弧パルス釈放信号２６は、時点ｔ1での整流器５のための点弧パルス釈放信号２３に対応して中間レベルから高レベルへ変化する。
図２においてインバータ６のための点弧パルス釈放信号２６の直ぐ上に示された信号経過は、インバータ制御ユニット１３の点弧角発生器１８からの点弧角信号２７である。時点ｔ1で点弧角信号２７が初期レベルからインバータ６の初期制御のための予め計算された値に相当するレベルに切り換えられる。これは高電圧直流送電装置１の新たな動作状態における動作特性を考慮して予め計算されていた値である。
図２においてインバータ６のための点弧角信号２７の直ぐ上にある信号経過は、インバータ制御ユニット１３の点弧角調節器１９の釈放のための点弧角調節器釈放信号２８である。この点弧角調節器釈放信号２８は、時点ｔ3でインバータ制御ユニット１３の点弧角調節器１９の釈放のために、低レベルから高レベルへ切り換えられるので、時点ｔ3以降は、インバータ制御ユニット１３の点弧角調節器１９が、インバータ６のための点弧角をフィードバック調節する。この遅延時間Δｔ＝ｔ3−ｔ2は遅延要素２０によって決定される。
時点ｔ3の後の遅れた時点ｔ4で、高電圧直流送電装置１が新たな定常の動作状態になる。
典型的には、時点ｔ1から時点ｔ4までの時間が約２５０ミリ秒であるのに対して、従来技術による動作状態の切換は約１秒続く。
本発明による試み、すなわち、「インバータ６として動作する電力変換器ステーションのための点弧角調節器釈放信号２８の釈放への切換を、整流器５として動作する電力変換器ステーションのための点弧角調節器釈放信号２５の釈放への切換よりも、整流器５のための点弧角信号２４が、予め定められた調節器下限と予め定められた調節器上限との範囲内で比較的僅かにしか変動しない点弧角をもたすように十分に遅れて行なうこと」が、例えばエネルギー方向変更のような他の動作変更において、相応に使用可能であることは自明のことである。
１ 高電圧直流送電装置
２ 第１の直流線路
３ 第２の直流線路
４ 負荷
５ 整流器
６ インバータ
７ 第１の交流電圧線路装置
８ 第１の交流電圧系統
９ 第２の交流電圧線路装置
１０ 第２の交流電圧系統
１１ 中央ユニット
１２ 整流器制御ユニット
１３ インバータ制御ユニット
１４ 釈放モジュール
１５ 点弧角発生器
１６ 点弧角調節器
１７ 釈放モジュール
１８ 点弧角発生器
１９ 点弧角調節器
２０ 遅延要素
２１ 時間軸
２２ 信号軸
２３ 点弧パルス釈放信号
２４ 点弧角信号
２５ 点弧角調節器釈放信号
２６ 点弧パルス釈放信号
２７ 点弧角信号
２８ 点弧角調節器釈放信号

Claims (3)

  1. 整流器（５）として動作する電力変換器ステーションを制御するための整流器制御ユニット（１２）と、インバータ（６）として動作する他の電力変換器ステーションを制御するためのインバータ制御ユニット（１３）とを備えた高電圧直流送電装置（１）における、前記電力変換器ステーション（５，６）のための制御装置であって、
    前記整流器制御ユニット（１２）および前記インバータ制御ユニット（１３）がそれぞれ、前記整流器（５）および前記インバータ（６）における各々の点弧角の設定および調節のための点弧角調節器（１６,１９）を有しており、かつ
    前記整流器制御ユニット（１２）と前記インバータ制御ユニット（１３）との間に、前記整流器（５）の点弧角を調節する前記整流器制御ユニット（１２）側の前記点弧角調節器（１６）の釈放（調節器出力拘束解除；以下同様）が行なわれてから前記点弧角が少なくとも所定の過渡的な値に調節されるまでに要する時間として予め定められた遅延時間の経過後に、前記インバータ制御ユニット（１３）側の前記点弧角調節器（１９）を釈放して前記インバータ（６）の点弧角の調節を開始させる、遅延要素（２０）を備えた
    ことを特徴とする制御装置。
  2. 前記整流器（５）として動作する電力変換器ステーションと、前記インバータ（６）として動作する他の電力変換器ステーションとが、中央ユニット（１１）を介して、互いに接続されている
    ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
  3. 前記遅延要素（２０）は、前記中央ユニット（１１）を介して制御されて前記遅延時間を変更することが可能である
    ことを特徴とする請求項２記載の制御装置。
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