JPH05176460A - 系統連系装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、他励変換装置を用いた他励連系シ
ステムと、電圧形自励変換装置を用いた自励連系システ
ムとから成り、それぞれの長所を生かしつつ互いの弱点
を相補うことが出来る系統連系装置を提供することを目
的とする。 【構成】 交流端子がそれぞれ第１の交流系統と第２の
交流系統に接続され、直流端子間に直流コンデンサとこ
の直流コンデンサの放電電流を阻止する極性で挿入され
る結合ダイオードからなる直列回路を共通に備えた自励
転流を行う１対の電圧形自励変換装置と、交流端子がそ
れぞれ前記第１の交流系統と第２の交流系統に接続さ
れ、直流回路に前記結合ダイオードが直列に含まれ且つ
直流電流が該結合ダイオードを介して流れるように接続
された他励転流を行う１対の他励変換装置とから成る系
統連系装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、他励変換装置を用いた
系統連系システム（以下他励連系システムという）と、
電圧形自励変換装置を用いた系統連系システム（以下自
励連系システムという）とから成る系統連系装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】他励変換装置は交流から直流への変換、
或いは直流から交流への変換に広く利用されている。こ
の他励変換装置を２組用いて直流送電や異周波数連系と
いった第１の交流系統と第２の交流系統の系統間の電力
連系システムに使用されている。これが他励連系システ
ムである。しかし大形の他励連系システムでは遅れの無
効電力の補償と高調波の低減のためにリアクトルとコン
デンサからなるＬＣフィルタの設置が不可欠であるが、
ＬＣフィルタの所要設置スペースが大きいという問題の
他に、系統のリアクタンスとＬＣフィルタによる反共振
の発生、他から流入する高調波によるＬＣフィルタの過
電流などの問題がある。また他励変換装置は系統の電圧
を利用してスイッチングデバイスの転流を行わせるの
で、インバータ運転時は万一系統の電圧が低下したり電
圧歪みが加わると転流失敗を起しシステムに障害を与え
るという問題もある。

【０００３】最近、自励変換技術の進歩によりＬＣフィ
ルタに代って電圧形自励変換装置を用いた無効電力補償
装置やアクティブフィルタが登場してきた。無効電力補
償装置兼アクティブフィルタとしては例えば東芝レビュ
ー，４３巻４号，３３９ページから３４２ページに記載
された装置を初めとし、数ＭＶＡから数１０ＭＶＡクラ
スの製品が製作されている。変換回路は電圧形で自励式
である。この電圧形自励変換装置を２組直流回路を共通
にして各々の交流回路を異る系統に接続すれば他励と同
様に直流送電や異周波数連系或いは同一周波数連系など
の系統連系システムに利用できる。これが自励連系シス
テムである。しかしこの電圧形自励変換装置を使用した
方式では、直流短絡時のスイッチングデバイスの過電流
保護が最大の問題である。これを図７に示す電圧形無効
電力調整装置において説明する。

【０００４】図７において、１は交流系統、２は遮断器
で、その電源側端子は交流系統１に接続され負荷側端子
は変圧器３の電源側端子に接続される。変圧器３の負荷
側端子はリアクトル４を介して自励転流を行う逆導通形
ブリッジ接続変換器５の交流側端子に接続される。逆導
通形ブリッジ接続変換器５の正極端子６と負極端子７と
の間に直流コンデンサ８が接続され、この直流コンデン
サ８は直流電源として作用する。

【０００５】５の逆導通形ブリッジ接続変換器の具体的
構成の一例を図８に示す。図８において、１１から１６
はＧＴＯ、１７から２２はＧＴＯと逆並列に接続される
ダイオードである。

【０００６】図８においては、この他にＧＴＯのスナバ
回路やＧＴＯのゲート回路が動作上必要であるが、これ
らは一般によく知られているので、図８では省略してい
る。図７或いは図８は電圧形自励インバータとして知ら
れている回路を無効電力調整装置に使用したものなの
で、動作の説明は省略するが上記の東芝レビューにも原
理が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８の回路の問題は特
に大容量化したときに現われる。即ち、万一、ＧＴＯ１
１と１２が制御の異常等で同時にオンとなると、直流コ
ンデンサ８の電荷がＧＴＯ１１と１２を通して放電しＧ
ＴＯ１１と１２が過電流破壊する恐れがある。これを防
止するために保護ヒューズ２３，２４が挿入されてい
る。しかし保護ヒューズが高電圧になると入手出来なく
なることや、長期の信頼性確保の点から使用したがらな
い顧客もおり、これに代るものが要望されている。また
短絡電流の立上りが速いためＧＴＯの持つ電流遮断機能
を利用出来ない。従って、電圧形自励変換装置を使用し
た自励連系システムも同一の課題を抱えている。

【０００８】従って、本発明の目的は、上記の課題を解
決するためになされたもので、他励変換装置を用いた他
励連系システムと、電圧形自励変換装置を用いた自励連
系システムとから成り、それぞれの長所を生かしつつ互
いの弱点を相補うことが出来る系統連系装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による請求項１に記載の系統連系装置は、交流端
子がそれぞれ第１の交流系統と第２の交流系統に接続さ
れ、直流端子間に直流コンデンサとこの直流コンデンサ
の放電電流を阻止する極性で挿入される結合ダイオード
からなる直列回路を共通に備えた自励転流を行う１対の
電圧形自励変換装置と、交流端子がそれぞれ前記第１の
交流系統と第２の交流系統に接続され、直流回路に前記
結合ダイオードが直列に含まれ且つ直流電流が該結合ダ
イオードを介して流れるように接続された他励転流を行
う１対の他励変換装置から成ることを特徴としている。

【００１０】又、本発明による請求項２に記載の系統連
系装置は、結合用ダイオードブリッジの直流端子の一端
と直流コンデンサの一端が接続され前記直流コンデンサ
の他端と前記結合用ダイオードブリッジの二つの交流端
子の各々を直流端子として接続され、各々の交流端子が
それぞれ第１の交流系統と第２の交流系統に接続される
自励転流を行う１対の電圧形自励変換装置と、交流端子
がそれぞれ前記第１の交流系統と第２の交流系統に接続
され直流回路が前記結合用ダイオードブリッジの直流端
子を介して形成され且つ直流電流が該結合用ダイオード
ブリッジを介して流れるように接続された他励転流を行
う１対の他励変換装置とから成ることを特徴とするもの
である。

【００１１】

【作用】前述のように構成することにより、他励変換装
置は一方の交流系統から他方の交流系統に連続的に送電
しているなかで、電圧形自励変換装置は他励変換装置の
発生する無効電力或いは無効電力と高調波を低減しつつ
有効電力を送電する。他励変換装置と電圧形自励変換装
置は通常は互いに独立して動作しているが万一電圧形自
励変換装置の直流短絡時には結合ダイオード或いは結合
用ダイオードブリッジの導通が阻止されて他励変換装置
と電圧形自励変換装置が直列的に作用する。それによ
り、他励変換装置の定電流制御機能で、電圧形自励変換
装置側の過電流は抑制されそれ自身が持つ遮断機能で直
流短絡を解放することができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１の構成図を参照
して説明する。

【００１３】図１において、１ａと１ｂはそれぞ第１の
交流系統と第２の交流系統、１００は他励連系システ
ム、２００は自励連系システムである。他励連系システ
ム１００と自励連系システム２００の内部は、図１に示
すように交流系統１ａ側と交流系統１ｂ側とは対称的な
構成になっているので、区別するときは構成機器の番号
にそれぞれ添字ａ，ｂを付けるものとする。遮断器１０
１、２０１の電源側端子を、それぞれ交流系統１に接続
し、遮断器１０１の負荷側端子を変圧器１０２の入力端
子に、遮断器２０１の負荷側端子を変圧器２０２の入力
端子にそれぞれ接続する。変圧器１０２の出力側端子を
逆阻止形ブリッジ接続変換器１０３の交流側端子に、又
変圧器２０２の出力側端子をリアクトル２０３を介して
逆導通形ブリッジ接続変換器２０４の交流側端子に接続
する。

【００１４】１０４と１０５は逆阻止形ブリッジ接続変
換器１０３のそれぞれ正極端子と負極端子を示し、負極
端子１０５とリアクトル１０６の一端を接続し、正極端
子１０４と接合ダイオード１０７のアノードを接続す
る。接合ダイオード１０７のカソードを対となる逆阻止
形ブリッジ接続変換器１０３の負極端子１０５に接続し
正極端子１０４をリアクトル１０６の他端に接続する。

【００１５】逆導通形ブリッジ接続変換器２０４の正極
端子２０５と負極端子２０６との間に直流コンデンサ２
０７の放電を阻止する極性で、直流コンデンサ２０７と
結合ダイオード１０７の直列回路を接続する。

【００１６】逆阻止形ブリッジ接続変換器１０３には図
２にその構成の一例を示すようなサイリスタＳＵ〜ＳＺ
をブリッジ接続して構成するサイリスタ整流器が使われ
ることが多い。又、逆導通形ブリッジ接続変換器２０４
としては図８に示したものがある。他励連系システム１
００は結合ダイオード１０７が挿入されていることを除
けば、通常よく使用されている方式である。結合ダイオ
ード１０７は逆阻止形ブリッジ接続変換器１０３の直流
電流の流れる方向に接続されているので、他励連系シス
テム１００の通常の動作には影響しない。

【００１７】一方、自励連系システム２００も結合ダイ
オード１０７を除けば図７の電圧形無効電力調整装置の
組合わせと構成は同じである。結合ダイオード１０７は
図示の極性に挿入されているため直流コンデンサ２０７
は充電されるが放電のパスがない。従って、自励連系シ
ステム２００単独では動作しない。しかし他励連系シス
テム１００が動作しており、結合ダイオード１０７には
電流Ｉ1 が流れているとすると、自励連系システム２０
０は直流コンデンサ２０７に流れる放電方向の電流がＩ
1 以内であれば、あたかも結合ダイオード１０７が無い
ときと同様に動作する。しかし何らかの要因により、交
流系統１ａ側の逆導通形ブリッジ接続変換器２０４ａが
転流失敗し、端子２０５ａと２０６ｂが短絡状態になっ
た時に、直流コンデンサ２０７の放電電流が短絡点に流
入しようとして、その値がＩ1 を超えようとすると結合
ダイオード１０７の電流が０となり、結合ダイオード１
０７は逆阻止状態になる。その結果図１と同一部に同一
符号を付して示す図３のように放電電流Ｉc は他励連系
システム１００の回路を通して流れることになり、放電
電流Ｉc はＩ1 に抑制される。従って図示していない転
流失敗検出回路による信号で、健全な逆導通形ブリッジ
接続変換器２０４ｂのＧＴＯをターンオフする。同時に
故障した逆導通形ブリッジ接続変換器２０４ａのＧＴＯ
に対してもオフパルスを与えるが、その際に二つのやり
方がある。

【００１８】今、短絡を起こした箇所をｕｘポールとす
る。ｕｘポールとは図８のブリッジ接続回路でＧＴＯ１
１と１２、ダイオード１７と１８及びヒューズ２３と２
４で構成される部分を言い、１相分を形成している。短
絡を起こしたｕｘポールのＧＴＯ電流に注目すると、短
絡直前に流れていたｕ相交流電流をＩua、逆導通形ブリ
ッジ接続変換器２０４ｂの直流電流をＩdbとおくと、Ｇ
ＴＯ１１か１２の電流はＩua＋Ｉdb＋Ｉ1 に他方はＩdb
＋Ｉ1 となる。どちらのＧＴＯがＩuaだけ増加するかは
短絡直前のＵ相交流電流Ｉuaの向きと点弧しているＧＴ
Ｏとで決り、点弧していたＧＴＯにＩuaが流れていれ
ば、そのＧＴＯ電流はＩuaだけ増える。もしダイオード
側にＩuaが流れていれば、点弧していなかったＧＴＯの
電流がＩｕａだけ増加する。ここで全てのＧＴＯに一斉
にオフパルスを与えるやり方を採る場合は、ＧＴＯがゲ
ートでターンオフ可能な最大ターンオフ電流ＩTGQ が、
Ｉua＋Ｉdb＋Ｉ1 を超えないように他励連系システム１
００と自励連系システム２００全体の電流を抑えなけれ
ばならない。

【００１９】選択的にオフパルスを与える場合は短絡ポ
ール以外のＧＴＯと短絡ポールｕｘのＧＴＯのうち、Ｉ
uaだけ少ないＧＴＯをまずターンオフし、数１０μs か
ら数１００μs 後に残りのＧＴＯをオフするやり方であ
る。当然この方がシステム全体の電流を多くとれる。こ
のようにして保護動作を行い、転流失敗による過電流か
らデバイスを保護すると共に、再始動するか、自励連系
システム２００を停止して他励連系システム１００のみ
を運転するとかの選択を転流失敗の原因に応じて行い、
装置の稼動率の低下を防止する。

【００２０】図４は本発明の他の実施例を示す構成図で
あって、図１との相違点は、結合ダイオード１０７の代
りに結合用に単相ダイオードブリッジ１１０を用いてい
る点で、１１１と１１２は単相ダイオードブリッジ１１
０の直流端子、１１３と１１４は単相ダイオードブリッ
ジ１１０の交流端子である。この場合も通常の動作は図
１と変わらない。図１と同様に逆導通形ブリッジ接続変
換器２０４ａのｕｘポールで短絡が発生した場合を考え
ると、逆導通形ブリッジ接続変換器２０４ｂの直流電流
Ｉdbは単相ダイオードブリッジ１１０で流入が阻止され
るので、ｕｘポールのＧＴＯ電流の一方はＩua＋Ｉ1 、
他方はＩ1 になる。選択的にターンオフするやり方を採
る場合にはＩTGQ ＞Ｉ1 であればよいので、図１よりは
Ｉ1 を高く出来る。

【００２１】図５は本発明の更に他の実施例であって、
図１の自励連系システムを２組設ける場合の構成例であ
る。この例では、さらに連系リアクトル２０３ａと変圧
器２０２ａを一体化して高インダクタンス変圧器２０８
に置き換えられることを示している。２台の高インダク
タンス変圧器２０８は１次側の巻線を直列接続してい
る。電圧形自励変換装置では複数の逆導通形ブリッジ接
続変換器２０４の交流側の波形歪を低減するために変圧
器で電圧を合成することは通常よく行われる。

【００２２】遮断器２０１ａは他励連系システム１００
の変圧器１０２ａの２次側に接続してその２次側と逆阻
止形ブリッジ接続変換器１０３ａの間にリアクトル１０
８が挿入されている。これは逆阻止形ブリッジ接続変換
器１０３ａが発生する高調波と交流系統１ａ側において
発生する電圧降下を自励連系システム２００で低減さ
せ、高調波電流の系統への流出低減と逆阻止形ブリッジ
接続変換器１０３ａの転流失敗頻度の低減を意図してい
る。図６は図４の自励連系システムを２組使用する場合
の構成例を示している。ここでも変圧器２０２の１次側
は直列に接続している。

【００２３】これまでの説明では、逆導通形ブリッジ接
続変換器２０４としては図８に示すようなＧＴＯを用い
ているが、他のデバイスも使用可能である。またデバイ
ス転流の変換器以外にインパルス転流あるいは他の自励
転流方式の変換器が適用出来る。又図１から図６の実施
例において結合ダイオードやスイッチングデバイスは一
つのシンボルで示しているが、これらは回路の電圧或い
は電流に応じて適宜直並列にて使用される。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自励連系システムは他励連系システムの弱点である無効
電力と高調波の発生を低減し、系統電圧の低下や歪みに
よる転流失敗を防止し、一方他励連系システムは自励連
系システムの弱点である直流短絡時の過電流破壊を防止
することになり、他励連系システムと自励連系システム
とを単に並列的に設置する場合には得ることができない
効果を奏し、特に大形の自励連系システムの実用化に寄
与する効果は多大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す系統連系装置の構成
図。

【図２】逆阻止形ブリッジ接続変換器の一例を示す構成
図。

【図３】逆導通形ブリッジ接続変換器の直流短絡時の電
流の流れる経路を示した図。

【図４】本発明の他の実施例を示す系統連系装置の構成
図。

【図５】本発明の他の実施例を示す系統連系装置の構成
図。

【図６】本発明の他の実施例を示す系統連系装置の構成
図。

【図７】電圧形無効電力調整装置の一例を示す構成図。

【図８】逆導通形ブリッジ接続変換器の一例を示す構成
図。

【符号の説明】

１ …交流系統 ２，１０１，２０１ …遮断器 ３，１０２，２０２，２０８…変圧器 ４，１０８，１０６，２０３…リアクトル ５，２０４ …逆導通形ブリッジ接続変
換器 ６，２０５ …逆導通形ブリッジ接続変
換器の正極端子 ７，２０６ …逆導通形ブリッジ接続変
換器の負極端子 ８，２０７ …直流コンデンサ １１〜１６ …ＧＴＯ １７〜２２ …ダイオード ２３〜２８ …保護ヒューズ １０６ …直流リアクトル １００ …他励連系システム １０４ …逆阻止形ブリッジ接続変
換器の正極端子 １０５ …逆阻止形ブリッジ接続変
換器の負極端子 １０７ …結合ダイオード １１０ …結合用ダイオードブリッ
ジ １１１，１１２ …結合用ダイオードブリッ
ジの直流端子 １１３，１１４ …結合用ダイオードブリッ
ジの交流端子 ２００ …自励連系システム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流端子がそれぞれ第１の交流系統と第
   ２の交流系統に接続され、直流端子間に直流コンデンサ
   とこの直流コンデンサの放電電流を阻止する極性で挿入
   される結合ダイオードからなる直列回路を共通に備えた
   自励転流を行う１対の電圧形自励変換装置と、交流端子
   がそれぞれ前記第１の交流系統と第２の交流系統に接続
   され、直流回路に前記結合ダイオードが直列に含まれ且
   つ直流電流が該結合ダイオードを介して流れるように接
   続された他励転流を行う１対の他励変換装置とから成る
   系統連系装置。
2. 【請求項２】 結合用ダイオードブリッジの直流端子の
   一端と直流コンデンサの一端が接続され前記直流コンデ
   ンサの他端と前記結合用ダイオードブリッジの二つの交
   流端子の各々を直流端子として接続され、各々の交流端
   子がそれぞれ第１の交流系統と第２の交流系統に接続さ
   れる自励転流を行う１対の電圧形自励変換装置と、交流
   端子がそれぞれ前記第１の交流系統と第２の交流系統に
   接続され直流回路が前記結合用ダイオードブリッジの直
   流端子を介して形成され且つ直流電流が該結合用ダイオ
   ードブリッジを介して流れるように接続された他励転流
   を行う１対の他励変換装置とから成る系統連系装置。