JP6526372B1 - 電力制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
<電力制御システムの構成例>
図1は、電力制御システムの概略構成の一例を示す図である。この電力制御システムは、単極構成の直流送電系統の電力を制御するためのシステムである。直流系統である正極側の直流送電線14Pおよび負極側の直流送電線14Nを介して、2つの交流系統80,80A間で電力が送受される。
図2は、電力変換器の概略構成図である。図2を参照して、電力変換器2は、自励式の電圧型電力変換器で構成されている。具体的には、電力変換器2は、直列接続された複数のサブモジュール7を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成されている。「サブモジュール」は、「変換器セル」とも呼ばれる。電力変換器2は、直流系統(具体的には、直流送電線14P,14N)と、交流系統80との間で電力変換を行なう。
直流電圧検出器11Aは、直流送電線14Pに接続された高電位側直流端子Npの直流電圧Vdcpを検出する。直流電圧検出器11Bは、直流送電線14Nに接続された低電位側直流端子Nnの直流電圧Vdcnを検出する。
U相用のレグ回路4uに設けられたアーム電流検出器9Aおよび9Bは、上アーム5uに流れる上アーム電流Ipuおよび下アーム6uに流れる下アーム電流Inuをそれぞれ検出する。同様に、V相用のレグ回路4vに設けられたアーム電流検出器9Aおよび9Bは、上アーム電流Ipvおよび下アーム電流Invをそれぞれ検出する。W相用のレグ回路4wに設けられたアーム電流検出器9Aおよび9Bは、上アーム電流Ipwおよび下アーム電流Inwをそれぞれ検出する。
図3は、図2の各レグ回路を構成するサブモジュールの一例を示す回路図である。図3に示すサブモジュール7は、ハーフブリッジ型の変換回路20HBと、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ24とを含む。
Zu=ΔVu/Iacu・・・(A2)
ΔVu=|ΔVu|{cos(θ1u)+isin(θ1u)}・・・(A3)
Iacu=|Iacu|{cos(θ2u)+isin(θ2u)}・・・(A4)
Ru=|Zu|cos(θ1u−θ2u)・・・(A5)
|Zu|=|ΔVu|/|Iacu|・・・(A6)
式(A3)〜(A6)において、|X|は、Xの絶対値を表わす。
Zv=ΔVv/Iacv・・・(B2)
ΔVv=|ΔVv|{cos(θ1v)+isin(θ1v)}・・・(B3)
Iacv=|Iacv|{cos(θ2v)+isin(θ2v)}・・・(B4)
Rv=|Zv|cos(θ1v−θ2v)・・・(B5)
|Zv|=|ΔVv|/|Iacv|・・・(B6)
断路器開放判定器91vは、交流母線18vと、交流端子Nvとの間の経路のインピーダンスRvが基準値TH1v以上のときに、断路器32vが開放状態であると判定して、開放判定信号Avを「1」に設定する。断路器開放判定器91vは、交流母線18vと、交流端子Nvとの間の経路のインピーダンスRvが基準値TH1v未満のときに、断路器32vが投入状態であると判定して、開放判定信号Avを「0」に設定する。
Zw=ΔVw/Iacw・・・(C2)
ΔVw=|ΔVw|{cos(θ1w)+isin(θ1w)}・・・(C3)
Iacw=|Iacw|{cos(θ2w)+isin(θ2w)}・・・(C4)
Rw=|Zw|cos(θ1w−θ2w)・・・(C5)
|Zw|=|ΔVw|/|Iacw|・・・(C6)
断路器開放判定器91wは、交流母線18uと、交流端子Nwとの間の経路のインピーダンスRwが基準値TH1w以上のときに、断路器32wが開放状態であると判定して、開放判定信号Awを「1」に設定する。断路器開放判定器91wは、交流母線18wと、交流端子Nwとの間の経路のインピーダンスRwが基準値TH1w未満のときに、断路器32wが投入状態であると判定して、開放判定信号Awを「0」に設定する。
図7は、制御装置50のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図8は、実施の形態2における交流系統80の構成と、交流系統80と電力変換器2の間の構成を説明するための図である。
Zu=ΔVu/Iacu・・・(D2)
ΔVu=|ΔVu|{cos(θ1u)+isin(θ1u)}・・・(D3)
Iacu=|Iacu|{cos(θ2u)+isin(θ2u)}・・・(D4)
Ru=|Zu|cos(θ1u−θ2u)・・・(D5)
|Zu|=|ΔVu|/|Iacu|・・・(D6)
インピーダンス算出器96vは、制御装置50によって算出されるV相の交流電圧指令値Vacrefvと、電圧検出器81vで検出された交流母線18vの電圧V2acvと、電流検出器82vで検出された交流系統80と電力変換器2との間に流れるV相の電流Iacvとに基づいて、以下の式に従って、交流母線18vと、交流端子Nvとの間の経路のインピーダンスRvを算出する。
Zv=ΔVv/Iacv・・・(E2)
ΔVv=|ΔVv|{cos(θ1v)+isin(θ1v)}・・・(E3)
Iacv=|Iacv|{cos(θ2v)+isin(θ2v)}・・・(E4)
Rv=|Zu|cos(θ1v−θ2v)・・・(E5)
|Zv|=|ΔVv|/|Iacv|・・・(E6)
インピーダンス算出器96wは、制御装置50によって算出されるW相の交流電圧指令値Vacrefwと、電圧検出器81wで検出された交流母線18wの電圧V2acwと、電流検出器82wで検出された交流系統80と電力変換器2との間に流れるW相の電流Iacwとに基づいて、以下の式に従って、交流母線18wと、交流端子Nwとの間の経路のインピーダンスRwを算出する。
Zw=ΔVw/Iacw・・・(F2)
ΔVw=|ΔVw|{cos(θ1w)+isin(θ1w)}・・・(F3)
Iacw=|Iacw|{cos(θ2w)+isin(θ2w)}・・・(F4)
Rw=|Zw|cos(θ1w−θ2w)・・・(F5)
|Zw|=|ΔVw|/|Iacw|・・・(F6)
本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に、電流制御回路の一端側に位置する第1のノードと、電流制御回路の他端側に位置する第2のノードの間の線路のインピーダンスと、電流制御回路に流れる電流に基づいて、交流遮断器を開放することによって、限流抵抗に過大な電流が流れるのを防止することができる。本実施の形態では、さらに、1つの電圧検出器と、1つの電流検出器によってインピーダンスを求めることができるので、実施の形態1よりも電圧センサの数を減らすことができる。
図11は、実施の形態3における交流系統80の構成と、交流系統80と電力変換器2の間の構成を説明するための図である。
Zu=ΔVu/Iacu・・・(G2)
ΔVu=|ΔVu|{cos(θ1u)+isin(θ1u)}・・・(G3)
Iacu=|Iacu|{cos(θ2u)+isin(θ2u)}・・・(G4)
Ru=|Zu|cos(θ1u−θ2u)・・・(G5)
|Zu|=|ΔVu|/|Iacu|・・・(G6)
インピーダンス算出器96vは、電圧検出器83vで検出された交流端子Nvの電圧V1acvと、電圧検出器84vで検出された電流制御回路30vの他端P2vのV相の電圧V3acvと、電流検出器82vで検出された交流系統80と電力変換器2との間に流れるV相の電流Iacvとに基づいて、以下の式に従って、電流制御回路30vの他端P2vと、交流端子Nvとの間の経路のインピーダンスRvを算出する。
Zv=ΔVv/Iacv・・・(H2)
ΔVv=|ΔVv|{cos(θ1v)+isin(θ1v)}・・・(H3)
Iacv=|Iacv|{cos(θ2v)+isin(θ2v)}・・・(H4)
Rv=|Zv|cos(θ1v−θ2v)・・・(H5)
|Zv|=|ΔVv|/|Iacv|・・・(H6)
インピーダンス算出器96wは、電圧検出器83wで検出された交流端子Nwの電圧V1acwと、電圧検出器84wで検出された電流制御回路30wの他端P2wのW相の電圧V3acwと、電流検出器82wで検出された交流系統80と電力変換器2との間に流れるW相の電流Iacwとに基づいて、以下の式に従って、電流制御回路30wの他端P2wと、交流端子Nwとの間の経路のインピーダンスRwを算出する。
Zw=ΔVw/Iacw・・・(I2)
ΔVw=|ΔVw|{cos(θ1w)+isin(θ1w)}・・・(I3)
Iacw=|Iacw|{cos(θ2w)+isin(θ2w)}・・・(I4)
Rw=|Zw|cos(θ1w−θ2w)・・・(I5)
|Zw|=|ΔVw|/|Iacw|・・・(I6)
実施の形態3のインピーダンスRu,Rv,Rwは、対象となる経路が相違するため、実施の形態1のインピーダンスRu,Rv,Rwと相違するが、実施の形態3でも、実施の形態1と同様にして、断路器開放判定器91u,91v,91wで用いる基準値TH1u,TH1v,TH1wが設定される。
図15は、実施の形態4における交流系統80の構成と、交流系統80と電力変換器2の間の構成を説明するための図である。
Zu=ΔVu/Iacu・・・(J2)
ΔVu=|ΔVu|{cos(θ1u)+isin(θ1u)}・・・(J3)
Iacu=|Iacu|{cos(θ2u)+isin(θ2u)}・・・(J4)
Ru=|Zu|cos(θ1u−θ2u)・・・(J5)
|Zu|=|ΔVu|/|Iacu|・・・(J6)
インピーダンス算出器96vは、制御装置50によって算出されるV相の交流電圧指令値Vacrefvと、電圧検出器84vで検出された電流制御回路30vの他端P2vのV相の電圧V3acvと、電流検出器82vで検出された交流系統80と電力変換器2との間に流れるV相の電流Iacvとに基づいて、以下の式に従って、電流制御回路30vの他端P2vと、交流端子Nvとの間の経路のインピーダンスRvを算出する。
Zv=ΔVv/Iacv・・・(K2)
ΔVv=|ΔVv|{cos(θ1v)+isin(θ1v)}・・・(K3)
Iacv=|Iacv|{cos(θ2v)+isin(θ2v)}・・・(K4)
Rv=|Zv|cos(θ1v−θ2v)・・・(K5)
|Zv|=|ΔVv|/|Iacv|・・・(K6)
インピーダンス算出器96wは、制御装置50によって算出されるW相の交流電圧指令値Vacrefwと、電圧検出器84wで検出された電流制御回路30wの他端P2wのW相の電圧V3acwと、電流検出器82wで検出された交流系統80と電力変換器2との間に流れるW相の電流Iacwとに基づいて、以下の式に従って、電流制御回路30wの他端P2wと、交流端子Nwとの間の経路のインピーダンスRwを算出する。
Zw=ΔVw/Iacw・・・(L2)
ΔVw=|ΔVw|{cos(θ1w)+isin(θ1w)}・・・(L3)
Iacw=|Iacw|{cos(θ2w)+isin(θ2w)}・・・(L4)
Rw=|Zw|cos(θ1w−θ2w)・・・(L5)
|Zw|=|ΔVw|/|Iacw|・・・(L6)
実施の形態4のインピーダンスRu,Rv,Rwは、対象となる経路が相違するため、実施の形態1のインピーダンスRu,Rv,Rwと相違するが、実施の形態4でも、実施の形態1と同様にして、断路器開放判定器91u,91v,91wで用いる基準値TH1u,TH1v,TH1wが設定される。
上述の実施形態では、電流検出器82u,82v,82wは、電流制御回路30u,30v,30wの他端P2u,P2v,P2wと変圧器13との間に配置されるものとしたが、これに限定されるものではない。たとえば、交流遮断器12と変圧器13との間に配置されるものとしてもよい。
インピーダンス算出器96uは、断路器32uに投入を指示するためにスイッチ信号SWuが「0」に設定されたときに限り、インピーダンスRuを算出するものとしてもよい。インピーダンス算出器96vは、断路器32vに投入を指示するためにスイッチ信号SWvが「0」に設定されたときに限り、インピーダンスRvを算出するものとしてもよい。インピーダンス算出器96wは、断路器32wに投入を指示するためにスイッチ信号SWwが「0」に設定されたときに限り、インピーダンスRwを算出するものとしてもよい。
Claims (12)
- 1以上のスイッチング素子をそれぞれ有する第1アームおよび第2アームを含み、直流系統と交流系統との間で電力変換を行なう自励式の電力変換器と、
前記交流系統と前記電力変換器との間の経路上に直列に接続された交流遮断器と電流制御回路とを備え、
前記電流制御回路は、並列接続された限流抵抗と、断路器とを含み、
前記電力変換器の初期充電後において、前記断路器に投入を指示するとともに、前記電流制御回路の一端側に位置する第1のノードと、前記電流制御回路の他端側に位置する第2のノードとの間の線路のインピーダンスが第1の閾値以上であり、かつ前記電流制御回路に流れる一定時間内の電流の累積値が第2の閾値以上の場合に、前記交流遮断器を開放する制御装置をさらに備えた、電力制御システム。 - 前記第1のノードは、前記電力変換器の交流端子と接続し、
前記第1のノードの電圧を検出する第1の検出器をさらに備える、請求項1記載の電力制御システム。 - 前記制御装置は、前記第1の検出器が検出した前記第1のノードの電圧に基づいて、前記電力変換器の交流電圧指令値を生成する、請求項2記載の電力制御システム。
- 前記第1のノードは、前記電力変換器の交流端子と接続し、
前記第1のノードの電圧は、前記電力変換器の交流電圧指令値である、請求項1記載の電力制御システム。 - 前記第2のノードは、第1の交流系統母線と接続し、
前記第2のノードの電圧を検出する第2の検出器をさらに備える、請求項1記載の電力制御システム。 - 前記第2の検出器が検出した前記第2のノードの電圧に基づいて、前記第1の交流系統母線と第2の交流系統母線とを接続する送電線に流れる電流を導通または遮断する保護装置をさらに備える、請求項5記載の電力制御システム。
- 前記第2のノードは、前記電流制御回路の他端と直接接続し、
前記第2のノードの電圧を検出する第2の検出器をさらに備える、請求項1記載の電力制御システム。 - 前記電流制御回路に流れる電流を検出する電流検出器をさらに備える、請求項1記載の電力制御システム。
- 前記制御装置は、前記電流検出器が検出した電流に基づいて、前記電力変換器の交流電圧指令値を生成する、請求項8記載の電力制御システム。
- 前記制御装置は、さらに、前記電力変換器の初期充電時において、前記断路器に開放を指示するとともに、前記電流制御回路に流れる前記一定時間内の電流の累積値が前記第2の閾値以上の場合に、前記交流遮断器を開放する、請求項1記載の電力制御システム。
- 前記制御装置は、前記電力変換器の前記初期充電時において前記断路器に開放を指示するときに、前記断路器へのスイッチ信号を第1のレベルに設定し、前記電力変換器の前記初期充電時後において前記断路器に投入を指示するときに、前記断路器へのスイッチ信号を第2のレベルに設定し、
前記第1のノードと、前記第2のノードの間の線路のインピーダンスを算出するインピーダンス算出器と、
前記算出されたインピーダンスが前記第1の閾値以上であるときに、開放判定信号を第1のレベルに設定し、前記算出されたインピーダンスが前記第1の閾値未満であるときに、開放判定信号を第2のレベルに設定する断路器開放判定器と、
前記スイッチ信号と前記開放判定信号との論理演算を実行する第1の論理回路と、
前記電流制御回路に流れる前記一定時間内の電流の累積値が前記第2の閾値以上のときに、過電流判定信号を第1のレベルに設定し、前記電流制御回路に流れる前記一定時間内の電流の累積値が前記第2の閾値未満のときに、前記過電流判定信号を第2のレベルに設定する過電流判定器と、
前記過電流判定信号と、前記第1の論理回路の出力信号との論理演算を実行する第2の論理回路とを備える、請求項10記載の電力制御システム。 - 前記交流系統が、U相、V相、およびW相の3相交流系統であり、
前記電流制御回路、前記インピーダンス算出器、前記断路器開放判定器、前記第1の論理回路、前記過電流判定器、および前記第2の論理回路は、それぞれ、U相、V相、およびW相について設けられ、
前記制御装置は、
U相の前記第2の論理回路の出力と、V相の前記第2の論理回路の出力と、W相の前記第2の論理回路の出力のうち少なくとも1つが第1のレベルのときに、前記交流遮断器を開放するトリップ信号を出力するトリップ指示回路を備える、請求項11記載の電力制御システム。
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