JP7155076B2 - Controller and power conversion system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、制御装置及び電力変換システムに関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to control devices and power conversion systems.
サイリスタなどの他励式のスイッチング素子を用いた他励式電力変換器と、他励式電力変換器の動作を制御する制御装置と、を備えた電力変換装置がある。電力変換装置は、例えば、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を交流電力に戻す電力変換システムに用いられている。 2. Description of the Related Art There is a power converter that includes a separately-commutated power converter that uses a separately-commutated switching element such as a thyristor, and a control device that controls the operation of the separately-commutated power converter. A power conversion device is used, for example, in a power conversion system that converts AC power into DC power and converts DC power back into AC power.
電力変換システムは、例えば、直流電力によって送電を行う直流送電(HVDC:High Voltage Direct Current)、周波数の変換を行う周波数変換器(FC:Frequency Converter)、あるいは周波数の変換を行うことなく2つの交流電力系統を連系させるBTB(Back-To-Back)などに用いられている。 The power conversion system includes, for example, a direct current power transmission (HVDC: High Voltage Direct Current) that transmits power with direct current power, a frequency converter (FC: Frequency Converter) that performs frequency conversion, or two alternating currents without frequency conversion It is used for BTB (Back-To-Back) that interconnects electric power systems.
電力変換システムは、2つの電力変換装置を備える。2つの電力変換装置のそれぞれの制御装置は、互いに通信を行い、協調制御を行っている。例えば、一方の他励式電力変換器に事故が発生した場合には、事故端と健全端が協調を取りながら保護停止を行う。 A power conversion system includes two power converters. The controllers of the two power converters communicate with each other and perform cooperative control. For example, when an accident occurs in one of the externally-commutated power converters, protective shutdown is performed while the faulty end and healthy end cooperate.
例えば、事故端の制御装置は、他励式電力変換器に与えるゲートパルスを止めるゲートブロック(GB:Gate Block)動作を行い、健全端の制御装置は、直流回路のエネルギーを交流側に放出するゲートシフト(GS:Gate Shift)動作を行う。これにより、直流電流を直流回路から除去し、電流零点を生成することで、遮断器やフィルタなどの機器を故障させることなく保護停止することができる。 For example, the control device at the fault end performs a gate block (GB) operation to stop the gate pulse given to the separately-commutated power converter, and the control device at the sound end is a gate that releases the energy of the DC circuit to the AC side. A shift (GS: Gate Shift) operation is performed. As a result, by removing the DC current from the DC circuit and generating a current zero point, protective shutdown can be performed without causing breakdowns in devices such as circuit breakers and filters.
しかしながら、各制御装置の間で通信不良(通信機器故障や通信遅れ)が発生している場合は、事故端ではGB動作に移行することができるが、健全端では事故発生をすぐには検知できないため、運転状態を継続してしまう。また、他励式電力変換器では、GB動作を行った後も、特定のスイッチング素子で導通し続けてしまう。この場合、直流電流を直流回路から除去することができず、電流零点を生成することができない可能性がある。その結果、直流電流が流れたまま遮断器を遮断してしまう直流電流遮断という状態になり、機器故障の原因となってしまうことが懸念される。 However, if there is a communication failure (communication equipment failure or communication delay) between the control devices, the failure end can shift to GB operation, but the sound end cannot immediately detect the occurrence of an accident. Therefore, the operating state is continued. Moreover, in the externally-commutated power converter, even after performing the GB operation, a specific switching element continues to conduct. In this case, the DC current may not be removed from the DC circuit and a current zero may not be created. As a result, there is a concern that a state of direct current interruption, in which the circuit breaker is interrupted while the direct current is flowing, may cause equipment failure.
このため、別の制御装置とともに2つの他励式電力変換器を協調制御する制御装置、及びこれを用いた電力変換システムでは、別の制御装置との間に通信不良が発生している場合においても2つの他励式電力変換器を安全に保護停止できるようにすることが望まれる。 Therefore, in a control device that cooperatively controls two separately-commutated power converters together with another control device, and in a power conversion system using the same, even if a communication failure occurs with another control device, It is desirable to be able to safely shut down two separately commutated power converters.
実施形態は、別の制御装置とともに2つの他励式電力変換器を協調制御する際に、別の制御装置との間に通信不良が発生している場合においても2つの他励式電力変換器を安全に保護停止できる制御装置、及びこれを用いた電力変換システムを提供する。 In the embodiment, when the two separately-commutated power converters are cooperatively controlled together with another control device, the two separately-commutated power converters can be safely controlled even when a communication failure occurs with the other control device. Provided is a control device capable of protective shutdown and a power conversion system using the same.
実施形態に係る制御装置は、第1交流電力系統に接続された第1他励式電力変換器と、第2交流電力系統に接続された第2他励式電力変換器と、を直流回路を介して接続することにより、前記第1交流電力系統と前記第2交流電力系統とを連系させる電力変換システムに用いられ、前記第1他励式電力変換器の動作を制御するとともに、前記第2他励式電力変換器の動作を制御する別の制御装置と通信を行うことにより、前記別の制御装置とともに前記第1他励式電力変換器と前記第2他励式電力変換器との動作を協調して制御する制御装置であって、前記直流回路に流れる直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電流制御部と、前記定電流制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成し、生成した前記制御パルスを前記第1他励式電力変換器に入力することにより、前記第1他励式電力変換器の動作を制御する位相制御部と、前記第1他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算する電流最小値演算部と、前記第1他励式電力変換器を保護停止させるための保護停止依頼が入力された際に、前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値を基に、前記第1他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行するか否かを判定する移行判定部と、を備える。 A control device according to an embodiment connects a first separately-commutated power converter connected to a first AC power system and a second separately-commutated power converter connected to a second AC power system through a DC circuit. By connecting, it is used in a power conversion system that interconnects the first AC power system and the second AC power system , controls the operation of the first separately-commutated power converter, and controls the operation of the second separately-commutated power converter. Controlling the operations of the first separately-commutated power converter and the second separately-commutated power converter in cooperation with the another control device by communicating with another control device that controls the operation of the power converter. a constant current control unit for calculating a control angle for controlling the DC current flowing in the DC circuit to match the current reference; and the control angle calculated by the constant current control unit a phase control unit for controlling the operation of the first separately-commutated power converter by generating a control pulse based on the generated control pulse and inputting the generated control pulse to the first separately-commutated power converter; a current minimum value calculation unit that predicts and calculates a minimum value of the DC current flowing through the DC circuit when an operation for stopping input of the control pulse to the excitation type power converter is performed; and the first separately-commutated power converter. When a protection stop request for protective stop of the power converter is input, the control to the first separately-commutated power converter is performed based on the minimum value of the DC current calculated by the current minimum value calculation unit. a transition determination unit that determines whether or not to instantaneously transition to an operation of stopping the input of the pulse.
本実施形態では、別の制御装置とともに2つの他励式電力変換器を協調制御する際に、別の制御装置との間に通信不良が発生している場合においても2つの他励式電力変換器を安全に保護停止できる制御装置、及びこれを用いた電力変換システムが提供される。 In this embodiment, when cooperatively controlling two separately-commutated power converters together with another control device, the two separately-commutated power converters can be controlled even when a communication failure occurs with the other control device. A controller capable of safe protective shutdown and a power conversion system using the same are provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Also, even when the same parts are shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In addition, in the present specification and each figure, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the previous figures, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る電力変換システムを模式的に表すブロック図である。
図1に表したように、電力変換システム10は、第1電力変換装置11と、第2電力変換装置12と、直流回路14と、を備える。第1電力変換装置11は、第1他励式電力変換器21と、第1制御装置31と、を備える。第2電力変換装置12は、第2他励式電力変換器22と、第2制御装置32と、を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the power conversion system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1 , the
直流回路14は、第1電力変換装置11と第2電力変換装置12との間に設けられる。直流回路14は、より詳しくは、第1他励式電力変換器21と第2他励式電力変換器22との間に設けられる。直流回路14は、第1他励式電力変換器21と第2他励式電力変換器22とを接続する。
The
第1他励式電力変換器21は、第1交流電力系統2aと直流回路14とに接続されている。第2他励式電力変換器22は、第2交流電力系統2bと直流回路14とに接続されている。すなわち、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22は、直流回路14を介して互いに接続されている。
The first separately-
第1他励式電力変換器21は、第1交流電力系統2aから供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を直流回路14に供給する。第2他励式電力変換器22は、直流回路14から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を第2交流電力系統2bに供給する。
The first separately-
各交流電力系統2a、2bの交流電力は、例えば、三相交流電力である。各他励式電力変換器21、22は、例えば、三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を行う。各交流電力系統2a、2bの交流電力は、単相交流電力などでもよい。
The AC power of each
このように、電力変換システム10では、第1交流電力系統2aの交流電力を直流電力に変換し、再び交流電力に戻して第2交流電力系統2bに供給する。また、電力変換システム10では、上記とは反対に、第2交流電力系統2b側から第1交流電力系統2a側に電力を供給することもできる。換言すれば、電力変換システム10は、各他励式電力変換器21、22を介して各交流電力系統2a、2bを連系させる。但し、電力を供給する方向は、第1他励式電力変換器21から第2他励式電力変換器22、あるいは第2他励式電力変換器22から第1他励式電力変換器21への一方向のみでもよい。
Thus, in the
直流回路14は、正側直流母線14pと、負側直流母線14nと、直流リアクトル14xと、直流リアクトル14yと、を有する。直流リアクトル14xと直流リアクトル14yは、正側直流母線14pに設けられている。
The
電力変換システム10は、例えば、直流送電に用いられる。この場合、正側直流母線14pは、例えば、海底ケーブルなどの直流ケーブルである。負側直流母線14nは、ケーブル帰路でもよいし、大地帰路や海水帰路などでもよい。すなわち、負側直流母線14nは、必要に応じて設けられ、省略可能である。直流リアクトル14x、14yは、例えば、正側直流母線14pに設けられ、正側直流母線14p(直流回路14)に流れる電流の高調波を抑制する。
The
電力変換システム10は、送電ケーブルなどを介することなく、第1他励式電力変換器21の直流側と第2他励式電力変換器22の直流側とを直接的に接続する周波数変換器やBTBなどでもよい。この場合には、例えば、第1他励式電力変換器21の直流側と第2他励式電力変換器22の直流側とを接続するブスバーなどの配線部材を直流回路14とすればよい。この場合には、直流リアクトル14x、14yのいずれかは、省略可能である。直流リアクトル14x、14yのいずれかは、直流回路14において必要に応じて設ければよい。
The
第1制御装置31は、信号線31aを介して第1他励式電力変換器21に接続されている。第1制御装置31は、第1他励式電力変換器21による電力の変換を制御する。第1他励式電力変換器21は、例えば、ブリッジ接続された複数の他励式のスイッチング素子を有する。第1制御装置31は、例えば、信号線31aを介して第1他励式電力変換器21の各スイッチング素子に接続され、各スイッチング素子に制御パルスを入力することにより、各スイッチング素子のオンタイミングを制御する。このように、第1制御装置31は、第1他励式電力変換器21の各スイッチング素子のオンタイミングを制御することにより、第1他励式電力変換器21による電力の変換を制御する。
The
また、第1制御装置31は、第1他励式電力変換器21から制御に必要となる各種のデータ(フィードバック値)を取得する。第1制御装置31は、例えば、第1交流電力系統2aの各相の交流電圧値、直流回路14の直流電圧値、及び、直流回路14の直流電流値などを電力変換システム10内の測定器から取得する。
The
第2制御装置32は、信号線32aを介して第2他励式電力変換器22に接続されている。第2制御装置32は、第1制御装置31と同様に、第2他励式電力変換器22から各種のデータを取得し、第2他励式電力変換器22の各スイッチング素子のオンタイミングを制御することにより、第2他励式電力変換器22による電力の変換を制御する。
The
第1制御装置31及び第2制御装置32は、ネットワーク34などを介して互いに接続されている。第1制御装置31及び第2制御装置32は、互いに通信を行うことにより、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22の動作を協調して制御する。第1制御装置31及び第2制御装置32は、例えば、第1他励式電力変換器21又は第2他励式電力変換器22に故障が発生した場合に、協調を取りながら第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22を保護停止させる。
The
図2は、第1の実施形態に係る第1電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図2に表したように、第1電力変換装置11の第1他励式電力変換器21は、主回路部40と、変圧器41、42と、遮断器43と、直流リアクトル44と、を有する。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the first power converter according to the first embodiment.
As shown in FIG. 2 , the first separately-commutated
第2電力変換装置12の第2他励式電力変換器22の構成は、交流側が第2交流電力系統2bに接続される点を除いて、第1他励式電力変換器21の構成と実質的に同じである。従って、以下では、第1他励式電力変換器21の構成について説明を行い、第2他励式電力変換器22の構成については、詳細な説明を省略する。
The configuration of the second separately-commutated
主回路部40は、変換器51、52を有する。変換器51は、三相ブリッジ接続された6つのスイッチ部61u、61v、61w、61x、61y、61zを有する。同様に、変換器52は、三相ブリッジ接続された6つのスイッチ部62u、62v、62w、62x、62y、62zを有する。以下では、便宜的に、各スイッチ部61u、61v、61w、61x、61y、61zをまとめて称す場合に、「スイッチ部61」と称す。同様に、各スイッチ部62u、62v、62w、62x、62y、62zをまとめて称す場合に、「スイッチ部62」と称す。
The
各スイッチ部61は、スイッチング素子61sを有する。同様に、各スイッチ部62は、スイッチング素子62sを有する。各スイッチング素子61s、62sには、例えば、サイリスタなどの他励式のスイッチング素子が用いられる。各スイッチ部61は、例えば、直列に接続された複数のスイッチング素子61sを有する。各スイッチ部62は、例えば、直列に接続された複数のスイッチング素子62sを有する。各スイッチ部61、62は、例えば、サイリスタバルブである。
Each
変圧器41、42のそれぞれは、一次巻線41a、42aと、二次巻線41b、42bと、を有する。変圧器41、42の一次巻線41a、42aは、遮断器43を介して第1交流電力系統2aに接続されている。遮断器43は、第1制御装置31に接続されている。遮断器43の投入及び開放は、第1制御装置31によって切り替えられる。
Each of the
変圧器41の二次巻線41bは、変換器51の交流接続点に接続されている。変圧器42の二次巻線42bは、変換器52の交流接続点に接続されている。これにより、変圧器41、42で変圧された交流電力が、変換器51、52のそれぞれの交流接続点に供給される。
A secondary winding 41 b of
この例において、変圧器41、42は、三相変圧器である。変圧器41の一次巻線41aは、Y接続されている。変圧器41の二次巻線41bは、Δ接続されている。変圧器42の一次巻線42aは、Y接続されている。変圧器42の二次巻線42bは、Y接続されている。従って、変換器52に供給される交流電圧の位相は、第1交流電力系統2aの交流電圧と同相であるが、変換器51に供給される交流電圧の位相は、第1交流電力系統2aの交流電圧の位相に対して30°ずれる。
In this example,
変換器51の正側の直流出力点は、直流リアクトル44に接続され、直流リアクトル44を介して直流回路14の正側直流母線14pに接続されている。変換器52の正側の直流出力点は、変換器51の負側の直流出力点に接続されている。すなわち、変換器51、52の直流出力点は、互いに直列に接続されている。変換器52の負側の直流出力点は、直流回路14の負側直流母線14nに接続されている。
A positive side DC output point of the
すなわち、この例において、主回路部40は、いわゆる12相の交直変換回路である。主回路部40及び第1制御装置31は、各スイッチ部61、62のオンタイミングを制御することにより、第1交流電力系統2aから供給された交流電力を直流電力に変換する。主回路部40は、正側直流母線14pと負側直流母線14nとの間に直流電圧を印加する。
That is, in this example, the
第1制御装置31は、各スイッチ部61、62のそれぞれに制御パルスを入力して、各スイッチ部61、62のオンタイミングを制御することにより、主回路部40による交流電力から直流電力への変換を制御する。各スイッチ部61、62のオンタイミングは制御角とも呼ばれる。また、第1制御装置31は、各スイッチ部61、62のそれぞれに入力する制御パルス(点弧パルス)の制御角を制御することにより、直流回路14に印加される直流電圧の電圧値を制御する。
The
なお、主回路部40は、12相の交直変換回路に限ることなく、6相の交直変換回路でもよい。さらには、24相、36相、48相などのより多相の交直変換回路でもよい。また、第1交流電力系統2aの交流電力は、例えば、単相交流電力でもよい。この場合、主回路部40は、単相ブリッジ回路でもよい。
The
第1他励式電力変換器21は、電圧検出器72a、72b、72cと、電流検出器74と、電圧検出器75と、をさらに有する。
The first separately-commutated
電圧検出器72a、72b、72cは、第1交流電力系統2aの各相の交流電圧を検出し、交流電圧の検出値を第1制御装置31に入力する。
The
第1制御装置31は、電圧検出器72a、72b、72cからの検出値と、図示されていないが、変圧器41及び変圧器42のタップ位置信号から得た変圧器41及び変圧器42の変圧比を用い、変換器51、52側の交流電圧を計算する。変圧器41と変圧器42とのタップ位置は、常に同一となるように制御されるので、変圧器41と変圧器42との変換器側交流電圧は、ほぼ等しい。
The
電流検出器74は、各変換器51、52から出力される直流電流を検出する。換言すれば、電流検出器74は、直流回路14に流れる直流電流を検出する。電流検出器74は、直流電流の検出値を第1制御装置31に入力する。
A
電圧検出器75は、各変換器51、52から出力される直流電圧を検出する。換言すれば、電圧検出器75は、直流回路14の直流電圧を検出する。電圧検出器75は、直流電圧の検出値を第1制御装置31に入力する。
A
第1制御装置31は、入力された交流電流、交流電圧、直流電流、及び直流電圧のそれぞれの検出値を基に、各スイッチ部61、62のオンタイミングを制御する。第1制御装置31は、例えば、通常運転モードでは各電圧検出器72a、72b、72cによって検出された第1交流電力系統2aの交流電圧の検出値から電圧位相信号を得る。なお、変換器51は変圧器41により位相が30°ずれるので、これを考慮し、第1制御装置31は変圧器42に接続する変換器52の制御に用いる電圧位相信号を調整する。
The
図3は、第1の実施形態に係る第1制御装置を模式的に表すブロック図である。
図3に表したように第1制御装置31は、位相検出部100と、定電圧制御部102と、定電流制御部104と、最小値選択部106と、位相制御部108と、電流最小値演算部110と、移行判定部112と、を有する。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing the first control device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 3, the
位相検出部100には、各電圧検出器72a、72b、72cによって検出された第1交流電力系統2aの交流電圧の検出値が入力される。位相検出部100は、各電圧検出器72a、72b、72cによって検出された第1交流電力系統2aの交流電圧の検出値から得た電圧位相信号を位相制御部108に入力する。
The
定電圧制御部102には、電圧検出器75によって検出された直流電圧の検出値と、直流電圧の電圧基準と、が入力される。電圧基準は、予め設定された所定値でもよいし、上位のコントローラなどから入力される入力値でもよいし、操作部などを介してオペレータから手動入力される入力値などでもよい。
The constant
定電圧制御部102は、入力された直流電圧の検出値と電圧基準とを基に、主回路部40の各スイッチ部61、62のそれぞれに入力する制御パルスの制御角を演算する。すなわち、定電圧制御部102は、直流電圧が電圧基準と一致するように制御するための制御角を演算する。定電圧制御部102は、演算した制御角を最小値選択部106に入力する。
The constant
定電流制御部104には、電流検出器74によって検出された直流電流の検出値と、直流電流の電流基準と、が入力される。電流基準は、予め設定された所定値でもよいし、上位のコントローラなどから入力される入力値でもよいし、操作部などを介してオペレータから手動入力される入力値などでもよい。
The constant
定電流制御部104は、入力された直流電流の検出値と電流基準とを基に、主回路部40の各スイッチ部61、62のそれぞれに入力する制御パルスの制御角を演算する。すなわち、定電流制御部104は、直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する。定電流制御部104は、演算した制御角を最小値選択部106に入力する。
The constant
最小値選択部106は、定電圧制御部102から入力された制御角及び定電流制御部104から入力された制御角のうち、小さい方を選択し、選択した制御角を位相制御部108に入力する。
The minimum
第1制御装置31及び第2制御装置32は、互いに通信を行って協調することにより、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22の一方を順変換器として動作させ、他方を逆変換器として動作させる。この際、第1制御装置31及び第2制御装置32は、順変換器側が定電流制御を行い、逆変換器側が定電圧制御を行うようにする。定電流制御及び定電圧制御の設定は、電圧基準及び電流基準の設定によって切り替えることができる。
The
上に説明したように、逆変換器側の制御として、定電圧制御が選択されるよう、逆変換器側の電流基準は、順変換器側の電流基準よりも小さく設定する。このようにすると、逆変換器側の定電流制御の出力が大きくなり、最小値選択回路により定電圧制御の出力が選択される。しかし、何らかの要因により直流電流が小さくなり、逆変換器側の電流基準より小さくなった場合は、逆変換器側の定電流制御の出力が小さくなり、定電流制御が選択され、直流電流の断続を抑制することができる。 As described above, the current reference on the inverter side is set smaller than the current reference on the forward converter side so that the constant voltage control is selected as the control on the inverter side. By doing so, the output of constant current control on the inverter side becomes large, and the output of constant voltage control is selected by the minimum value selection circuit. However, if for some reason the DC current becomes smaller and becomes smaller than the current reference on the inverter side, the output of the constant current control on the inverter side will decrease and the constant current control will be selected, resulting in intermittent DC current. can be suppressed.
位相制御部108は、位相検出部100から入力された電圧位相信号、及び最小値選択部106から入力された制御角を基に、主回路部40の各スイッチ部61、62のそれぞれの制御パルスを生成する。位相制御部108は、例えば、電圧位相と制御角が一致した時に、制御パルスを発生させる。位相制御部108は、生成した制御パルスを各スイッチ部61、62に入力する。これにより、定電圧制御部102による定電圧制御又は定電流制御部104による定電流制御を行うことができる。
Based on the voltage phase signal input from the
電流最小値演算部110は、主回路部40への制御パルスの入力を停止するゲートブロック動作を行った際に、直流回路14に流れる直流電流の最小値を予測演算する。ゲートブロック動作を行った際とは、換言すれば、主回路部40を定電流制御又は定電圧制御で動作させた状態から主回路部40の動作を停止させる状態に切り替えた際である。電流最小値演算部110は、演算した直流電流の最小値を移行判定部112に入力する。
The current minimum
電流最小値演算部110には、電圧検出器72a~72cと変圧器41、42の変圧比から計算した変圧器41、42の二次側の交流電圧と、電流検出器74によって検出された直流電流の検出値と、第1他励式電力変換器21の動作パラメータと、が入力される。
The current
移行判定部112には、電流最小値演算部110によって演算された直流電流の最小値が入力されるとともに、第1他励式電力変換器21を保護停止させるための保護停止依頼が入力される。保護停止依頼は、上位のコントローラあるいは変換器の保護装置などから入力してもよいし、操作部などを介してオペレータから手動入力してもよいし、電圧や電流の検出値に基づいて第1制御装置31の内部で生成してもよい。第1制御装置31は、例えば、各検出器によって検出された電流や電圧が所定の値を超えた際に、保護停止依頼を移行判定部112に入力する異常判定部をさらに有してもよい。
図4は、第1の実施形態に係る移行判定部を模式的に表すブロック図である。
図4に表したように、移行判定部112は、保護停止依頼が入力された際に、電流最小値演算部110によって演算された直流電流の最小値及び通信不良の検出結果を基に、主回路部40への制御パルスの入力を停止するゲートブロック動作(GB動作)に瞬時に移行するか、直流回路14内のエネルギーを減少させる制御を行った後にゲートブロック動作に移行するか、を切り替える。
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a transition determination unit according to the first embodiment;
As shown in FIG. 4 , when the protection stop request is input, the
移行判定部112は、動作中に第2制御装置32との通信不良の監視を行い、監視結果に基づいて保護停止依頼時の保護連動の態様を変化させる。移行判定部112は、第2制御装置32との通信状態が正常か否かを判定する。移行判定部112は、例えば、所定の確認信号を第2制御装置32に送信し、所定時間以内に第2制御装置32からの応答が有った場合に、第2制御装置32との通信状態が正常であると判定し、所定時間以内に第2制御装置32からの応答が無い場合に、第2制御装置32との通信状態が不良であると判定する。なお、第2制御装置32との通信状態が正常か否かの判定は、移行判定部112とは別の部分で行い、通信不良の検出結果のみを移行判定部112に入力してもよい。
The
移行判定部112は、第2制御装置32との通信状態が正常である場合、ゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定するとともに、保護連動動作の依頼を第2制御装置32に送信する。
When the communication state with the
移行判定部112は、ゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定した場合、ゲートブロック動作の実行を位相制御部108に指示する。位相制御部108は、ゲートブロック動作の実行を移行判定部112から指示された場合、主回路部40への制御パルスの入力を停止する。
When the
第2制御装置32は、保護連動動作の依頼を受信した場合、直流回路14内のエネルギーを減少させる制御を行った後、ゲートブロック動作を行う。これにより、通信状態が正常である場合には、直流電流を実質的に零にし、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22の各スイッチ部61、62をターンオフさせることができる。第1制御装置31及び第2制御装置32は、直流電流が実質的に零になった後、遮断器43を開放する。これにより、通信状態が正常である場合には、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22を安全に保護停止させることができる。
When the
移行判定部112は、第2制御装置32との通信が正常であるか、電流最小値演算部110によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きいかを判定する。
移行判定部112は、第2制御装置32との通信が正常であり、かつ電流最小値演算部110によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合にゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定する。そして、第2制御装置32との通信が異常である、あるいは電流最小値演算部110によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合に、直流回路14内のエネルギーを減少させる制御を行った後にゲートブロック動作に移行する。
The
直流回路14内のエネルギーを減少させる制御は、例えば、直流回路14のエネルギーを交流側に放出するゲートシフト動作である。以下では、直流回路14内のエネルギーを減少させる制御をゲートシフト動作として説明を行う。但し、直流回路14内のエネルギーを減少させる制御は、ゲートシフト動作に限ることなく、直流回路14内のエネルギーを減少させることが可能な任意の制御でよい。
The control for reducing the energy in the
移行判定部112は、ゲートブロック動作に瞬時に移行すると判定した場合、ゲートブロック動作の実行を位相制御部108に指示し、主回路部40への制御パルスの入力を停止する。これにより、直流電流を実質的に零にし、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22の各スイッチ部61、62をターンオフさせることができる。
When the
一方、移行判定部112は、ゲートシフト動作を行うことを判定した場合、ゲートシフト動作の実行を位相制御部108に指示する。位相制御部108は、ゲートシフト動作の実行を移行判定部112から指示された場合、ゲートシフト動作に対応する制御パルスを主回路部40に入力する。位相制御部108は、主回路部40を逆変換器として動作させ、直流回路14のエネルギーを交流側に放出する。
On the other hand, when the
移行判定部112は、ゲートシフト動作を行った後、例えば、電流最小値演算部110によって演算された直流電流の最小値が零以下となった際に、ゲートブロック動作の実行を位相制御部108に指示する。例えば、移行判定部112は、ゲートシフト動作を行った後、直流電流が零になった後に、ゲートブロック動作の実行を位相制御部108に指示してもよい。これにより、直流電流を実質的に零にし、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22の各スイッチ部61、62をターンオフさせることができる。第1制御装置31及び第2制御装置32は、直流電流が実質的に零になった後、遮断器43を開放する。これにより、通信状態が不良である場合にも、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22を安全に保護停止させることができる。
After performing the gate shift operation, the
次に、電流最小値演算部110による直流電流の最小値の予測演算の一例について説明する。
ここで、解析対象回路は、図1及び図2に表した回路(12相の交直変換回路)とする。第1電力変換装置11を順変換器側とし、第2電力変換装置12を逆変換器側とする。順変換器の第1電力変換装置11では、定電流制御を行い、逆変換器の第2電力変換装置12では、定電圧制御を行う。そして、順変換器側でゲートブロック動作を行った際の直流電流挙動を解析し、直流電流最小値を演算する。
Next, an example of prediction calculation of the minimum value of the direct current by the current minimum
Here, the circuit to be analyzed is the circuit shown in FIGS. 1 and 2 (a 12-phase AC/DC conversion circuit). Let the
直流回路14の直流リアクトル14xの電圧は、以下の(1)式で表すことができる。
(1)式において、Ldcは、直流回路14のインダクタンスである。この例において、直流回路14のインダクタンスLdcは、例えば、直流リアクトル14xのインダクタンスLdcxと直流リアクトル14yのインダクタンスLdcyとの和(Ldc=Ldcx+Ldcy)である。Idcは、直流回路14に流れる直流電流である。VR(t)は、第1他励式電力変換器21から出力される直流電圧である。VI(t)は、第2他励式電力変換器22に入力される直流電圧である(いずれも図1参照)。
The voltage of the
(1), Ldc is the inductance of the
順変換器側は、ゲートブロック動作後、特定のスイッチ部61、62で導通し続ける。順変換器(第1他励式電力変換器21)の直流電圧VR(t)は、以下の(2)式で表すことができる。
(2)式において、vHI(t)は、変換器51の直流電圧である。vLOW(t)は、変換器52の直流電圧である。V2nは、変圧器41、42の直流巻線側(二次側)の線間電圧の実効値である(いずれも図2参照)。V2nは、換言すれば、電圧検出器72a~72cと変圧器41、42の変圧比から計算した変圧器41、42の二次側の交流電圧である。ωは、角周波数である。αは、ゲートブロック動作時の各スイッチ部61、62の制御角である。
On the rectifier side,
In equation (2), v HI (t) is the DC voltage of
逆変換器側(第2他励式電力変換器22側)は、ゲートブロック動作の直前において、定格電圧、定格電流で定電圧制御をしているとする。この場合、逆変換器の直流電圧VI(t)は、以下の(3)式で表すことができる。
(3)式において、xtは、変圧器41、42のリアクタンスXをpu換算したものである。
It is assumed that the inverter side (second separately-commutated
In the equation (3), xt is the reactance X of the
(1)、(2)、(3)式から電流値の時間応答を計算すると、以下の(4)式及び(5)式で表すことができる。(4)式において、Idは、ゲートブロック動作時の直流電流である。Idは、換言すれば、電流検出器74によって検出された直流電流の検出値である。第1他励式電力変換器21の動作パラメータは、例えば、直流回路14のインダクタンスLdc、変圧器41、42のリアクタンスxt、角周波数ω、及び制御角αである。
各スイッチ部61、62がターンオフするかを判別するためには、(4)式の第1極小値を調べればよい。極小値においては、dIdc/dt=0であるため、(4)式の積分中の中括弧内が零になる必要がある。すなわち、以下の(6)式の条件が必要となる。
(6)式により、直流電流最小値に達する時刻t’を算出し、時刻t’を(5)式に代入することで、直流電流最小値を計算することができる。この直流電流最小値が零以下となった場合には、直流電流の電流零点が生成されるため、瞬時にゲートブロック動作を行っても良いと考えることができる。
When the time response of the current value is calculated from the formulas (1), (2), and (3), it can be expressed by the following formulas (4) and (5). In equation (4), Id is the DC current during gate block operation. Id is, in other words, the detected value of the direct current detected by the
In order to determine whether the
The DC current minimum value can be calculated by calculating the time t' at which the DC current reaches the minimum value using the equation (6) and substituting the time t' into the equation (5). When the DC current minimum value becomes zero or less, the current zero point of the DC current is generated, so it can be considered that the gate block operation may be performed instantaneously.
以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換システム10、第1電力変換装置11、及び第1制御装置31では、電流最小値演算部110が、ゲートブロック動作を行った際に、直流回路14に流れる直流電流の最小値を予測演算し、この直流電流の最小値が零以下である場合に、ゲートブロック動作に移行するとともに、直流電流の最小値が零よりも大きい場合には、直流回路14内のエネルギーを減少させる制御を行った後にゲートブロック動作に移行する。
As described above, in the
これにより、本実施形態に係る電力変換システム10、第1電力変換装置11、及び第1制御装置31では、第2制御装置32との通信状態が不良である場合にも、直流電流を実質的に零にし、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22の各スイッチ部61、62をターンオフさせ、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22を安全に保護停止させることができる。
As a result, in the
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る第2制御装置を模式的に表すブロック図である。
なお、上記第1の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
図5に表したように第2電力変換装置12の第2制御装置32は、位相検出部200と、定電圧制御部202と、定電流制御部204と、最小値選択部206と、位相制御部208と、電流最小値演算部210と、移行判定部212と、無効化部214と、を有する。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a block diagram schematically showing the second control device according to the second embodiment.
It should be noted that the same reference numerals are given to elements that are substantially the same as those of the first embodiment in terms of function and configuration, and detailed description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 5, the
位相検出部200、定電圧制御部202、定電流制御部204、最小値選択部206、位相制御部208、電流最小値演算部210、及び移行判定部212のそれぞれは、上記第1の実施形態に関して説明した位相検出部100、定電圧制御部102、定電流制御部104、最小値選択部106、位相制御部108、電流最小値演算部110、及び移行判定部112のそれぞれと実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。
The
無効化部214は、定電流制御部204と最小値選択部206との間に設けられている。無効化部214には、定電流制御部204によって演算された定電流制御のための制御角が入力されるとともに、電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が入力される。
The
図6は、第2の実施形態に係る無効化部を模式的に表すブロック図である。
図6に表したように、無効化部214には、定電流制御部204によって演算された定電流制御のための制御角ACR-αが入力されるとともに、制御角αの最大値αmaxが設定されている。
FIG. 6 is a block diagram schematically showing an invalidation unit according to the second embodiment.
As shown in FIG. 6, the control angle ACR-α for constant current control calculated by the constant
また、無効化部214には、電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が入力されるとともに、第1制御装置31との通信不良の検出結果と、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であるか否かを示す信号と、が入力される。通信不良の検出結果は、移行判定部112に関して説明したように、外部から入力してもよいし、無効化部214の内部で生成してもよい。
In addition, the minimum value of the DC current calculated by the current minimum
無効化部214は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合には、制御角αの最大値αmaxを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力する。
When the second separately-commutated
また、無効化部214は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合にも、制御角αの最大値αmaxを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力する。
Further, even when the second separately-commutated
そして、無効化部214は、第2他励式電力変換器22が順変換器運転状態である場合、及び第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、制御角ACR-αを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力する。
When the second separately-commutated
制御角αの最大値αmaxを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力した場合には、最小値選択部206において常に定電圧制御部202で演算された制御角が選択されるようになる。従って、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、逆変換器として動作する第2他励式電力変換器22が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制することができる。すなわち、逆変換器側の定電流制御を実質的に無効化することができる。
When the maximum value αmax of the control angle α is input to the minimum
例えば、順変換器側がゲートブロック動作を行い、直流回路14への電流供給を止めた場合に、逆変換器側が定電圧制御から定電流制御に移行してしまうと、逆変換器側が直流電流を維持しようとしてしまう。このため、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合にも、直流電流の電流零点を生成できなくなってしまう可能性が生じる。
For example, when the rectifier side performs a gate block operation and stops the current supply to the
これに対し、本実施形態に係る第2電力変換装置12及び第2制御装置32では、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、制御角αの最大値αmaxを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力し、逆変換器として動作する第2他励式電力変換器22が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制する。
On the other hand, in the second power conversion device 12 and the
本実施形態に係る第2電力変換装置12及び第2制御装置32では、位相制御部208が、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ第1制御装置31との通信不良が検出されている場合には、直流電流が低下した場合にも、定電圧制御部202によって演算された制御角を基に制御パルスを生成し、定電圧制御を行うことにより、第2他励式電力変換器22から直流回路14へのエネルギーの供給を抑制するように、第2他励式電力変換器22の動作を制御する。
In the second power conversion device 12 and the
これにより、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合に、直流電流の電流零点をより確実に生成することができる。従って、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22をより安全に保護停止させることができる。
As a result, the current zero point of the direct current can be generated more reliably when the forward converter side performs the gate block operation or the gate shift operation. Therefore, the first separately-commutated
最大値αmaxは、例えば、160°程度である。但し、最大値αmaxは、160°程度に限ることなく、定電圧制御部202で演算された制御角を選択させることが可能な任意の制御角でよい。
The maximum value αmax is, for example, about 160°. However, the maximum value αmax is not limited to about 160°, and may be any control angle that allows selection of the control angle calculated by the constant
なお、無効化部214の構成は、上記に限定されるものでない。無効化部214は、例えば、定電流制御部204の入力側に設けられ、定電流制御部204に入力される電流基準を切り替える構成でもよい。
Note that the configuration of the
無効化部214は、例えば、第2他励式電力変換器22が順変換器運転状態である場合、及び第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、定電流制御を行うための通常の電流基準を定電流制御部204に入力する。
For example, when the second separately-commutated
そして、無効化部214は、例えば、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ第1制御装置31との通信不良が検出されている場合に、定電流制御部204に入力される電流基準を通常の電流基準よりも小さくすることにより、定電流制御部204によって演算された制御角が最小値選択部206において選択されることを無効化する。
Then, for example, when the second separately-commutated
このように、電流基準を小さくした場合にも、逆変換器として動作する第2他励式電力変換器22が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制することができる。例えば、電流基準を実質的に零とすることにより、逆変換器として動作する第2他励式電力変換器22が定電圧制御から定電流制御に切り替わってしまうことを抑制することができる。
Thus, even when the current reference is reduced, it is possible to prevent the second separately-commutated
図7は、第2の実施形態に係る第2制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図7に表したように、この例では、無効化部214が、時定数設定部216に置き換えられている。
FIG. 7 is a block diagram schematically showing a modification of the second control device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 7 , in this example, the
図8は、第2の実施形態に係る時定数設定部を模式的に表すブロック図である。
図8に表したように、時定数設定部216は、第2他励式電力変換器22が順変換器運転状態である場合、及び第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、定電流制御部204によって演算された制御角ACR-αを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力する。
FIG. 8 is a block diagram schematically showing a time constant setting section according to the second embodiment.
As shown in FIG. 8, the time
一方、時定数設定部216は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、定電流制御部204によって演算された制御角ACR-αの変動を緩やかにする時定数を設定し、時定数を設定した後の制御角ACR-αを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力する。
On the other hand, when the second separately-commutated
時定数設定部216は、例えば、制御角ACR-αを1/(1+sT)で表される一次遅れの伝達関数に入力し、伝達関数から出力された制御角ACR-αを制御角ACR-α’として最小値選択部206に入力する。
The time
このように、この例では、制御角ACR-αに一次遅れを設けることで、事故発生などによる制御角ACR-αの変動を緩やかにする。これにより、逆変換器側の定電流制御の影響を抑え、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合に、直流電流の電流零点をより確実に生成することができる。 Thus, in this example, by providing the first-order lag to the control angle ACR-α, fluctuations in the control angle ACR-α due to the occurrence of an accident or the like are moderated. As a result, the influence of the constant current control on the inverter side can be suppressed, and the current zero point of the direct current can be generated more reliably when the forward converter side performs the gate block operation or the gate shift operation.
このように、時定数設定部216を設けた場合にも、位相制御部208は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ第1制御装置31との通信不良が検出されている場合に、第2他励式電力変換器22から直流回路14へのエネルギーの供給を抑制するように、第2他励式電力変換器22の動作を制御することができる。
Thus, even when the time
従って、第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22をより安全に保護停止させることができる。時定数Tは、例えば、逆変換器側の定電流制御の電流断続の抑制に必要な追従速度などを考慮し、適宜設定すればよい。
Therefore, the first separately-commutated
図9は、第2の実施形態に係る第2制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図9に表したように、この例では、無効化部214や時定数設定部216に代えて、リミッタ218が新たに設けられている。
FIG. 9 is a block diagram schematically showing a modification of the second control device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 9, in this example, a
リミッタ218は、最小値選択部206と位相制御部208との間に設けられている。リミッタ218には、最小値選択部206から出力された制御角が入力される。リミッタ218は、最小値選択部206から入力された制御角が、上限値以上及び下限値以下とならないように上限値と下限値との間の範囲に制御角を制限する。また、リミッタ218には、電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が入力される。
図10は、第2の実施形態に係るリミッタを模式的に表すブロック図である。
図10に表したように、リミッタ218は、最小値選択部206から入力された制御角αが、上限値以上である場合には、制御角αを上限値に制限し、上限値を最終的な制御角α’として位相制御部208に入力する。また、リミッタ218は、最小値選択部206から入力された制御角αが、下限値以下である場合には、制御角αを下限値に制限し、下限値を最終的な制御角α’として位相制御部208に入力する。
FIG. 10 is a block diagram schematically showing a limiter according to the second embodiment.
As shown in FIG. 10, the
リミッタ218には、制御角αの第1下限値αmin1と第2下限値αmin2とが設定されている。第2下限値αmin2は、第1下限値αmin1よりも大きい値に設定される。第2下限値αmin2は、90°よりも大きい値に設定される。
A
リミッタ218は、第2他励式電力変換器22が順変換器運転状態である場合、及び第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態で通信状態が正常であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零以下である場合には、第1下限値αmin1を設定する。
The
一方、リミッタ218は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ通信不良が検出されている場合には、第2下限値αmin2を設定する。
On the other hand, the
第2他励式電力変換器22が逆変換器として動作している場合に、定電流制御となり、制御角αが90°を下回ることで、逆変換器側から直流回路14側へエネルギーが供給される。従って、定電流制御を選択していても、制御角αが90°を下回らないようにすることで、直流回路14側のエネルギーを減少させることができる。
When the second separately-commutated
この例では、電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、通信不良が検出されている場合に、90°よりも大きい第2下限値αmin2を設定する。これにより、定電流制御が選択された場合に、最終的な制御角α’が、第2下限値αmin2となったまま運転させることができる。最終的な制御角α’が、第2下限値αmin2となりながらも、第2下限値αmin2は、90°よりも大きいため、直流回路14のエネルギーを減少させ続けることができる。
In this example, when the minimum value of the DC current calculated by the current
このように、リミッタ218を設けた場合にも、位相制御部208は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ電流最小値演算部210によって演算された直流電流の最小値が零よりも大きい場合、又は、第2他励式電力変換器22が逆変換器運転状態であり、かつ第1制御装置31との通信不良が検出されている場合に、第2他励式電力変換器22から直流回路14へのエネルギーの供給を抑制するように、第2他励式電力変換器22の動作を制御することができる。
Thus, even when the
従って、逆変換器側の定電流制御の影響を抑え、順変換器側がゲートブロック動作やゲートシフト動作を行った場合に、直流電流の電流零点をより確実に生成することができる。第1他励式電力変換器21及び第2他励式電力変換器22をより安全に保護停止させることができる。
Therefore, the influence of the constant current control on the inverter side can be suppressed, and the current zero point of the direct current can be generated more reliably when the forward converter side performs gate block operation or gate shift operation. The first separately-commutated
(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態に係る第1電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 図11表したように、この例では、変圧器42及び主回路部40の変換器52が省略され、変換器51の負側の直流出力点が、直流回路14の負側直流母線14nに接続されている。すなわち、この例において、主回路部40は、いわゆる6相の交直変換回路である。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a block diagram schematically showing the first power conversion device according to the third embodiment. As shown in FIG. 11, in this example, the
6相構成の主回路部40の場合、第1他励式電力変換器21を順変換器として動作させた場合の直流電圧VR(t)は、以下の(7)式で表すことができる。
また、6相構成の主回路部40の場合、第2他励式電力変換器22を逆変換器として定格電圧、定格電流で定電圧制御させた場合の直流電圧VI(t)は、以下の(8)式で表すことができる。
(1)、(7)、(8)式から電流値の時間応答を計算すると、以下の(9)式及び(10)式で表すことができる。
各スイッチ部61、62がターンオフするかを判別するためには、(9)式の第1極小値を調べればよい。極小値においては、dIdc/dt=0であるため、(9)式の積分中の中括弧内が零になる必要がある。すなわち、以下の(11)式の条件が必要となる。
(11)式により、直流電流最小値に達する時刻t’を算出し、時刻t’を(10)式に代入することで、直流電流最小値を計算することができる。この直流電流最小値が零以下となった場合には、直流電流の電流零点が生成されるため、瞬時にゲートブロック動作を行っても良いと考えることができる。
In the case of the
In the case of the
Calculating the time response of the current value from the equations (1), (7), and (8) can be expressed by the following equations (9) and (10).
In order to determine whether the
The DC current minimum value can be calculated by calculating the time t' at which the DC current reaches the minimum value using the equation (11) and substituting the time t' into the equation (10). When the DC current minimum value becomes zero or less, the current zero point of the DC current is generated, so it can be considered that the gate block operation may be performed instantaneously.
このように、主回路部40を6相構成とした場合にも、電流最小値演算部110、210は、電圧検出器72a~72cと変圧器41の変圧比から計算した変圧器41の二次側の交流電圧と、電流検出器74によって検出された直流電流の検出値と、第1他励式電力変換器21又は第2他励式電力変換器22の動作パラメータと、を基に、直流電流の最小値を予測演算することができる。
In this way, even when the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included within the scope and spirit of the invention, and are included within the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof. Moreover, each of the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.
2a 第1交流電力系統、 2b 第2交流電力系統、 10 電力変換システム、 11 第1電力変換装置、 12 第2電力変換装置、 14 直流回路、 14n 負側直流母線、 14p 正側直流母線、 14x、14y 直流リアクトル、 21 第1他励式電力変換器、 22 第2他励式電力変換器、 31 第1制御装置、 32 第2制御装置、 34 ネットワーク、 40 主回路部、 41 変圧器、 42 変圧器、 43 遮断器、 44 直流リアクトル、 51 変換器、 52 変換器、 61 スイッチ部、 61s スイッチング素子、 62 スイッチ部、 62s スイッチング素子、 72a、72b、72c 電圧検出器、 74 電流検出器、 75 電圧検出器、 100 位相検出部、 102 定電圧制御部、 104 定電流制御部、 106 最小値選択部、 108 位相制御部、 110 電流最小値演算部、 112 移行判定部、 200 位相検出部、 202 定電圧制御部、 204 定電流制御部、 206 最小値選択部、 208 位相制御部、 210 電流最小値演算部、 212 移行判定部、 214 無効化部、 216 時定数設定部、 218 リミッタ
2a first
Claims (12)
前記直流回路に流れる直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電流制御部と、
前記定電流制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成し、生成した前記制御パルスを前記第1他励式電力変換器に入力することにより、前記第1他励式電力変換器の動作を制御する位相制御部と、
前記第1他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算する電流最小値演算部と、
前記第1他励式電力変換器を保護停止させるための保護停止依頼が入力された際に、前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値を基に、前記第1他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行するか否かを判定する移行判定部と、
を備えた制御装置。 By connecting the first separately-commutated power converter connected to the first AC power system and the second separately-commutated power converter connected to the second AC power system via a DC circuit, the first Used in a power conversion system that interconnects an AC power system and the second AC power system , and controls the operation of the first separately-commutated power converter and the operation of the second separately-commutated power converter. A control device that cooperatively controls operations of the first separately-commutated power converter and the second separately-commutated power converter together with the another control device by communicating with another control device,
a constant current controller that calculates a control angle for controlling the direct current flowing in the direct current circuit to match a current reference;
By generating a control pulse based on the control angle calculated by the constant current control unit and inputting the generated control pulse to the first separately-commutated power converter, a phase control unit that controls the operation;
a current minimum value calculation unit that predicts and calculates the minimum value of the DC current flowing through the DC circuit when an operation of stopping the input of the control pulse to the first separately-commutated power converter is performed;
When a protection stop request for protectively stopping the first separately-commutated power converter is input, the first separately-commutated power converter is calculated based on the minimum value of the direct current calculated by the current minimum value calculation unit. a transition determination unit that determines whether or not to instantaneously transition to an operation of stopping the input of the control pulse to the power converter;
control device with
前記直流回路の直流電圧が電圧基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電圧制御部と、
前記直流回路に流れる直流電流が電流基準と一致するように制御するための制御角を演算する定電流制御部と、
前記直流電流が通常運転時の場合は前記定電圧制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成するとともに、前記直流電流が低下した場合は前記定電流制御部によって演算された前記制御角を基に制御パルスを生成し、生成した前記制御パルスを前記第2他励式電力変換器に入力することにより、前記第2他励式電力変換器の動作を制御する位相制御部と、
前記第2他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる前記直流電流の最小値を予測演算する電流最小値演算部と、
を備え、
前記位相制御部は、前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合には、前記第2他励式電力変換器から前記直流回路へのエネルギーの供給を抑制するように、前記第2他励式電力変換器の動作を制御する制御装置。 By connecting the first separately-commutated power converter connected to the first AC power system and the second separately-commutated power converter connected to the second AC power system via a DC circuit, the first Used in a power conversion system that interconnects an AC power system and the second AC power system , and controls the operation of the second separately-commutated power converter and the operation of the first separately-commutated power converter. A control device that cooperatively controls operations of the first separately-commutated power converter and the second separately-commutated power converter together with the another control device by communicating with another control device,
a constant voltage control unit that calculates a control angle for controlling the DC voltage of the DC circuit to match a voltage reference;
a constant current controller that calculates a control angle for controlling the direct current flowing in the direct current circuit to match a current reference;
When the DC current is during normal operation, a control pulse is generated based on the control angle calculated by the constant voltage control unit, and when the DC current decreases, the control pulse calculated by the constant current control unit is generated. a phase control unit that controls the operation of the second separately-commutated power converter by generating a control pulse based on the control angle and inputting the generated control pulse to the second separately-commutated power converter;
a current minimum value calculation unit that predicts and calculates the minimum value of the DC current flowing through the DC circuit when an operation of stopping the input of the control pulse to the second separately-commutated power converter is performed;
with
When the second separately-commutated power converter is in an inverter operating state and the minimum value of the direct current calculated by the minimum current value calculation unit is greater than zero, or When the second separately-commutated power converter is in a reverse converter operation state and a communication failure with the other control device is detected, a line from the second separately-commutated power converter to the DC circuit is A control device that controls the operation of the second separately-commutated power converter so as to suppress the supply of energy.
前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記定電流制御部によって演算された前記制御角を最大値に設定して前記最小値選択部に入力することにより、前記定電流制御部によって演算された前記制御角が前記最小値選択部において選択されることを無効化する無効化部と、
をさらに備えた請求項6記載の制御装置。 selecting a smaller one of the control angle calculated by the constant voltage control unit and the control angle calculated by the constant current control unit, and selecting a minimum value for inputting the selected control angle to the phase control unit; Department and
When the second separately-commutated power converter is in an inverter operating state and the minimum value of the direct current calculated by the current minimum value calculation unit is greater than zero, or the second separately-commutated power When the converter is in the inverter operating state and a communication failure with the other control device is detected, the control angle calculated by the constant current control unit is set to the maximum value and the minimum value is set. an invalidation unit for invalidating selection of the control angle calculated by the constant current control unit in the minimum value selection unit by inputting to the value selection unit;
7. The controller of claim 6, further comprising:
前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記定電流制御部に入力される前記電流基準を小さくすることにより、前記定電流制御部によって演算された前記制御角が前記最小値選択部において選択されることを無効化する無効化部と、
をさらに備えた請求項6記載の制御装置。 selecting a smaller one of the control angle calculated by the constant voltage control unit and the control angle calculated by the constant current control unit, and selecting a minimum value for inputting the selected control angle to the phase control unit; Department and
When the second separately-commutated power converter is in an inverter operating state and the minimum value of the direct current calculated by the current minimum value calculation unit is greater than zero, or the second separately-commutated power By decreasing the current reference input to the constant current control unit when the converter is in an inverter operation state and a communication failure with the other control device is detected, the constant current an invalidation unit that invalidates selection of the control angle calculated by the control unit in the minimum value selection unit;
7. The controller of claim 6, further comprising:
前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記定電流制御部によって演算された前記制御角の変動を緩やかにする時定数を設定し、前記時定数を設定した後の前記制御角を前記最小値選択部に入力する時定数設定部と、
をさらに備えた請求項5記載の制御装置。 selecting a smaller one of the control angle calculated by the constant voltage control unit and the control angle calculated by the constant current control unit, and selecting a minimum value for inputting the selected control angle to the phase control unit; Department and
When the second separately-commutated power converter is in an inverter operating state and the minimum value of the direct current calculated by the current minimum value calculation unit is greater than zero, or the second separately-commutated power When the converter is in the inverse converter operating state and a communication failure with the another control device is detected, a time constant is set to moderate fluctuations in the control angle calculated by the constant current control unit. a time constant setting unit configured to input the control angle after setting the time constant to the minimum value selection unit;
6. The controller of claim 5, further comprising:
前記最小値選択部と前記位相制御部との間に設けられ、前記最小値選択部から入力された前記制御角を上限値と下限値との間の範囲に制限し、前記上限値と前記下限値との間の範囲の前記制御角を前記位相制御部に入力するリミッタと、
をさらに備え、
前記リミッタは、前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記電流最小値演算部によって演算された前記直流電流の前記最小値が零よりも大きい場合、又は、前記第2他励式電力変換器が逆変換器運転状態であり、かつ前記別の制御装置との通信不良が検出されている場合に、前記下限値を90°よりも大きくする請求項5記載の制御装置。 a minimum value selection unit that selects the smaller one of the control angle calculated by the constant voltage control unit and the control angle calculated by the constant current control unit;
provided between the minimum value selection unit and the phase control unit for limiting the control angle input from the minimum value selection unit to a range between the upper limit value and the lower limit value; a limiter that inputs the control angle in the range between the value to the phase control unit;
further comprising
The limiter operates when the second separately-commutated power converter is in an inverter operation state and the minimum value of the DC current calculated by the minimum current value calculation unit is greater than zero, or the second 6. The control device according to claim 5, wherein the lower limit value is made larger than 90 degrees when the two separately-commutated power converter is in an inverter operation state and a communication failure with the another control device is detected. .
第2交流電力系統に接続された第2他励式電力変換器と、
前記第1他励式電力変換器と前記第2他励式電力変換器とを接続する直流回路と、
制御パルスを入力することによって前記第1他励式電力変換器の動作を制御する第1制御装置と、
制御パルスを入力することによって前記第2他励式電力変換器の動作を制御するとともに、前記第1制御装置と通信を行うことにより、前記第1制御装置とともに前記第1他励式電力変換器と前記第2他励式電力変換器との動作を協調して制御する第2制御装置と、
を備え、
前記第1制御装置は、前記第1他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作を行った際に、前記直流回路に流れる直流電流の最小値を予測演算し、前記第1他励式電力変換器を保護停止させるための保護停止依頼が入力された際に、前記直流電流の前記最小値を基に、前記第1他励式電力変換器への前記制御パルスの入力を停止する動作に瞬時に移行するか否かを判定する電力変換システム。 a first separately-commutated power converter connected to the first AC power system;
a second separately-commutated power converter connected to a second AC power system;
a DC circuit connecting the first separately-commutated power converter and the second separately-commutated power converter;
a first control device that controls the operation of the first separately-commutated power converter by inputting a control pulse;
By inputting a control pulse to control the operation of the second separately-commutated power converter and by communicating with the first control device, the first separately-commutated power converter and the first separately-commutated power converter together with the first control device a second control device that cooperatively controls operations with the second separately-commutated power converter;
with
The first control device predicts and calculates a minimum value of a DC current flowing through the DC circuit when an operation of stopping the input of the control pulse to the first separately-commutated power converter is performed. stopping the input of the control pulse to the first separately-commutated power converter based on the minimum value of the DC current when a protection stop request for protectively stopping the separately-commutated power converter is input; A power conversion system that determines whether to switch to operation instantaneously.
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