JPH05252746A - 交直変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、交流系統の事故時でも交直変換器
が安定して運転できる条件が成立すれば交直変換器を運
転し続けることにより、事故中および事故後の過電圧を
抑制することを目的とする。 【構成】 交直変換器の制御装置において、交直変換器
の接続された交流系の対地電圧および線間電圧が低下し
たことを夫々検出する第１電圧低下検出手段および第２
電圧低下検出手段を設け、第１電圧低下検出手段が動
作、第２電圧低下検出手段が不動作のとき前記交直変換
器の運転を継続し、第１および第２の電圧低下検出手段
が共に動作したときは、交直変換器を運転停止するかバ
イパスペア運転する交直変換器の制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統において、直
流送電システム、または周波数変換装置、または系統連
系装置に適用される交直変換器の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な直流送電システム、または周波
数変換装置、または系統連系装置に適用される交直変換
器は図５のような構成になっている。

【０００３】三相交流母線１が、変換器用変圧器２を介
して、変換器３に接続されている。変換器３は順変換器
または逆変換器として動作するもので、一方の極を接地
し、他方の極を直流リアクトル４を介して対向する図示
しない変換器の非接地極に接続している。この対向する
変換器の交流入力側には変換器用変圧器がつながって、
別の交流母線が接続されており、一方の変換器が順変換
器運転して交流電力を直流電力に変換し、他方の変換器
が逆変換器運転して直流電力を交流電力に変換すること
によって、交流電力を一旦直流電力にした後、別の交流
系統へ交流電力として融通するように運転される。

【０００４】変換器３は、サイリスタブリッジで構成さ
れており、各サイリスタにゲートパルスを与えて点弧さ
せることにより運転されている。通常運転時のゲートパ
ルスは次のようにして与えられる。直流電流検出器５に
より直流電流Ｉｄを検出し、また直流電圧検出器６によ
り直流電圧Ｅｄを検出する。それぞれの検出値を点弧角
制御器７に与え、点弧角制御器７では直流電流、直流電
圧がそれぞれ設定値どおりの値になるような点弧角α信
号13を決定し出力する。一方、交流母線１に設けた交流
電圧検出器８〜10により、交流母線の各相電圧を検出し
位相検出回路11で交流電圧の位相を検出して位相角θ信
号12を出力する。パルス発生器14では、この２つの信号
12, 13から各サイリスタに与えるゲートパルスの発生タ
イミングを決めてパルス信号15を発生する。この信号15
でサイリスタが順に点弧されることにより、変換器３が
運転される。

【０００５】この変換器を交流系統事故時の外乱から保
護するために、次のような保護制御装置が設けられてい
る。交流電圧検出器16〜18により各相の対地電圧を検出
し、それぞれさらにそれぞれを絶対値回路19〜21で絶対
値化する。絶対値をとった値を最大値選択回路22に与
え、最大値選択する。これにより、交流系で１相地絡が
おきた場合のそれぞれの信号は図２のようになる。すな
わちａ相で事故が発生したとすると、ａ相対地電圧Ｖａ
が低下するので、交流電圧検出器16〜18による検出値は
図２（ａ）のような波形になる。これを絶対値にした絶
対値回路19〜21の出力信号は図２（ｂ）となる。さらに
その３つの信号の最大値をとった信号は図２（ｃ）の実
線の波形になり、これが最大選択回路22の出力である。
これに対し、レベル検出器23では、図２（ｃ）で示す保
護電圧レベルＶｏよりも最大選択回路22の出力信号の値
が下がると事故が発生したとみなし、変換器保護回路25
に対して保護動作信号24を与える。変換器保護回路25で
は、交流系統事故による外乱から変換器３を保護するた
めに、変換器３を停止するよう点弧角制御器７に対して
は、点弧角αを90°に近い値にするような指令27を与
え、一方パルス発生器14に対しては、点弧パルスの発生
を停止するような指令26を与える。この動作をゲートブ
ロックという。ゲートブロックの指令は、直流端子Ａの
先につながるもう一方の変換器に対しても与えられ、両
方の変換器が停止することにより、直流系全体が停止さ
れて直流電圧ゼロ、直流電流ゼロの状態になる。このよ
うに、従来の交直変換器では、交流系で地絡、短絡など
の事故が発生して対地電圧が低下すると変換器を停止す
るよう動作する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】交直変換器は、運転中
に、交流系統の無効電力を消費しており、それによる交
流電圧の低下を防ぐために一般に変換器の近傍に無効電
力補償用のコンデンサや交流フィルタが設置されてい
る。交流系統で事故が発生して変換器が停止した場合、
変換器の無効電力消費量はゼロになるが、調相用コンデ
ンサや交流フィルタは交流母線１に接続されたままなの
で、これらは余分な無効電力供給源となり、事故中の交
流電圧の健全相電圧や事故消去後変換器が再起動される
までの間の交流電圧は、この余分な無効電力供給が原因
で高めの値になる。場合によっては、それが機器破損に
つながるような大きな過電圧となることがある。事故除
去後の過電圧に対しては、コンデンサをトリップするこ
となどによりある程度抑えられるが、事故中の過電圧
は、事故が発生してすぐに現れる過電圧であるため、コ
ンデンサトリップなど遮断器操作を伴う対策では時間的
に間にあわない。

【０００７】特に、変換器３の接続されている交流系
が、非接地系あるいは高抵抗接地系の場合、１相地絡時
には、コンデンサなどの入っていない状態であっても理
論的に健全相の対地電圧が定常時の約1.73倍となる。す
なわち図３に示すベクトル図において、直接接地系統で
あれば、（ａ）のように、ａ相地絡時の健全相対地電圧
Ｖｂ，Ｖｃはほぼ定常時と同じ程度の値となるが、非接
地系あるいは高抵抗接地系の場合、（ｂ）のようにａ相
電圧Ｖａがゼロすなわち大地電位となり、健全相対地電
圧Ｖｂ，Ｖｃは定常時の１．７３倍の大きさになる。機
器の絶縁設計も非接地系あるいは高抵抗接地系の場合こ
れを考慮した高めの設計になっている。ところが、直流
系が停止してコンデンサなど、多くのキャパシタ成分が
残った場合には、さらにこの健全相対地電圧が大きな値
となり、定常時の２倍以上になる可能性が高く、通常の
絶縁設計では機器の破損の可能性がある。

【０００８】すなわち、従来の交直変換器では、交流系
事故時に変換器を停止するため、系統に余分なコンデン
サが残り、事故中や事故除去後に大きな過電圧が発生す
る可能性がある。特に変換器が非接地系あるいは高抵抗
接地系の場合、１相地絡事故中の健全相対地電圧が定常
時の２倍をこえる可能性があり、機器の破損の恐れがあ
る。

【０００９】本発明は、交流系の事故時にも、変換器が
安定して運転し続けることのできる条件であれば変換器
を運転し続けることにより、事故中および事故除去後の
過電圧を抑制することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】交直変換器は、一般に図
４に示すような６相ブリッジが基本になっている。高調
波低減のため、この構成のブリッジを２つ組み合わせる
ことが多いが、基本的な動作は６相ブリッジで説明でき
る。ここで、変換器通常運転時には、サイリスタバルブ
がｕ→ｚ→ｖ→ｘ→ｗ→ｙの順に点弧を繰り返すことに
よって直流電圧Ｅｄを作っている。バルブは常にｕｖｗ
のうち１つとｘｙｚのうち１つが通電した状態になって
いる。またｕとｘなど上下のバルブが同時に通電するこ
とはない。今、たとえばバルブｕとバルブｚが通電して
いる状態を考えると、端子Ｂにはａ相電圧Ｖａが、端子
Ｃにはｃ相電圧Ｖｃがかかっている。すなわちバルブｖ
の隙間にはＶｄ−Ｖａ、バルブｗとバルブｘの極間には
Ｖｃ−Ｖａ、バルブｙの極間にはＶｃ−Ｖｂという電圧
がかかっており、これらの電圧が順方向になれば各バル
ブは点弧することができる。こうしたある相の対地電圧
から別の相の対地電圧を引いた値はすなわち線間電圧で
あり、図４に示すような構成のサイリスタブリッジを使
用した交直変換器では、転流は線間電圧によって行われ
ているといえる。したがって、もし対地電圧が事故など
で低下していても、線間電圧が低下していなければ、変
換器は正常に転流して運転することができる。そこで、
図１に示すように、従来の交流系事故検出用の対地電圧
検出器16〜18の他に、線間電圧検出器28〜30を設け線間
電圧を監視して、たとえ対地電圧が低下しても線間電圧
が低下していなければ何等かの方法、たとえば点弧角一
定で変換器を運転し、線間電圧が低下した場合には、正
常な転流ができなくてサイリスタバルブに大きなストレ
スを与える可能性があるので変換器を停止するよう、そ
れぞれ変換器保護回路40、変換器保護回路37から、点弧
角制御器７およびパルス発生器14に対し指令を出す。

【００１１】

【作用】この動作を行えば、対地電圧が事故で低下して
いても、線間電圧は保持されているような条件、たとえ
ば非接地系または高抵抗接地系での１相地絡時には交直
変換器は運転継続され、無効電力を消費することによ
り、事故中や事故除去後に発生する過電圧を抑制するこ
とができる。一方、線間電圧が保持されておらず、サイ
リスタバルブに充分な順方向電圧がかかっていないとき
には変換器を停止することにより、無理に運転を行って
サイリスタにストレスを与えることを防止することがで
きる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明による交直変換器の制御装置
の構成の一例を示す図である。従来の制御装置と同様、
点弧角制御器７および位相制御回路14を備え、点弧角ａ
13と位相角θ12をつきあわせてパルス発生器14でタイミ
ングを決めて、交直変換器３の各サイリスタにゲートパ
ルス15を与えている。一方、交流対地電圧を交流電圧検
出器16〜18で検出した絶対値回路19〜21で絶対値をとり
最大値選択回路22で３相の絶対値の最大値をとって図２
（ｃ）のような波形を得、これに対しレベル検出器23
は、ある設定値Ｖｏ以上であるかどうかを判断して設定
値以下になった場合には出力に「１」をたてる。全く同
じようにして、交流線間電圧を交流電圧検出器28〜30で
検出し、絶対値回路31〜33で絶対値をとり最大値選択回
路34で絶対値の最大値をとる。この最大値の波形は図２
（ｃ）の対地電圧の場合と同じような波形であるが、定
常値は対地電圧の場合の１．７３倍の大きさである。こ
れに対しレベル検出器35で、ある設定値以上であるかど
うかを判断して設定値以下になった場合には出力に
「１」をたてる。設定値は、たとえば対地電圧の場合の
Ｖｏの１．７３倍程度の値とする。このレベル検出器の
出力36をＮＯＴ回路38で反転し、この反転した信号と、
レベル検出器23の出力24をＡＮＤ回路39でＡＮＤをと
り、それを変換器保護回路40に与える。変換器保護回路
40では入力信号が「１」になった場合には、通常の点弧
角制御、または何等かの保護制御によって変換器を運転
するように点弧角制御器７に対し変換器制御信号を与え
る。この保護制御としては、たとえば、点弧角を通常制
御時よりも90°に近い値にして運転する方法や、点弧角
一定の制御などがある。

【００１３】一方レベル検出器35の出力36は変換器保護
回路37に与えられ、変換器保護回路37ではその入力信号
が「１」になった場合、点弧角制御器７およびパルス発
生器14に対し、変換器を停止するよう指令26, 27を与え
る。

【００１４】図１の構成の制御装置を持つ交直変換器
が、非接地系統に接続されていて、その系統で１相地絡
事故が発生した場合について考える。地絡により事故相
の対地電圧は低下するので、交流電圧検出器16〜18およ
び絶対値回路19〜21および最大値選択回路22により得ら
れた対地電圧を全波整流した波形は低下し、レベル検出
器23の出力24はその電圧低下を検出して「１」になる。
一方、非接地系統での１相地絡時の線間電圧は、図３
（ｂ）の右側のようなベクトル図になる。大きさは定常
対地電圧の１．７３倍で位相の30°ずれ三相平衡したベ
クトル図となり、これは通常時の線間電圧のベクトル図
と全く同じである。したがって交流電圧検出器28〜30お
よび絶対値回路31〜33および最大値選択回路34により得
られた波形は定常時と全く変らず、レベル検出器の出力
36は定常時と同じく「０」のままである。信号36が
「０」なのでＮＯＴ回路38の出力は「１」となり、信号
24も「１」なので、ＡＮＤ回路39の出力は「１」とな
る。これが変換器保護回路40に与えるので、変換器保護
回路40では、たとえば点弧角αを90°にして運転するな
どの指令を点弧角制御器７に与え、変換器はそれに従っ
て運転される。信号36は「０」なので変換器保護回路37
の方は動作しない。

【００１５】また同じ系統で３相地絡事故が発生した場
合には、対地電圧の低下は当然検出され、また線間電圧
も低下するため、レベル検出器23の出力24およびレベル
検出器35の出力36の両方が「１」になる。信号36が
「１」になるため、変換器保護回路37が動作し、点弧角
制御器７とパルス発生器14に対して停止指令が出されて
変換器は停止する。定常時には信号24も信号26も「０」
なので変換器保護回路37も変換器保護回路40も動作せ
ず、変換器は点弧角制御器７による通常制御によって運
転される。

【００１６】これにより、交流系統で事故が発生して
も、交流線間電圧が低下しなければ、変換器は運転を接
続し、無効電力を消費し続ける。そのため、たとえば非
接地系や高抵抗接地系での１相地絡時に、事故中の健全
相対地電圧が、理論的に発生する１．７３倍程度より大
きくなるのを防止し過電圧を抑制することができる。さ
らに、同じように交流系統で短絡や地絡が発生した場合
でも、それによって線間電圧が低下した場合には、変換
器の運転を停止することにより、変換器の各サイリスタ
バルブに充分な順方向電圧がかからない状態で無理に運
転を接続して電流断続やバルブ過電圧などの異常現象が
発生するのを防止することができる。

【００１７】なお、図１の実施例では、対地電圧のみが
低下し線間電圧が低下しない場合には、変換器３が事前
に順変換器運転しているか逆変換器運転しているかにか
かわらず、同じ何等かの保護制御を変換器保護回路40に
よりかけて変換器制御信号41を点弧角制御器に与えてい
た。それに対し、変換器３の事前運転状態が順変換器で
あるか逆変換器であるかによって、異なる保護制御を行
っていても同様の効果が得られる。

【００１８】また、図１の実施例では、線間電圧が低下
したことを検出した場合には、バルブに無理な転流をさ
せて素子の破損などをひきおこすのを防ぐために変換器
の運転を停止していた。しかしたとえば図４のｕ相とｘ
相を通電しつづけるいわゆるバイパスペア運転であれ
ば、転流する必要はなく、線間電圧が低下していてもか
まわない。従って図１の例では、線間電圧の低下を検出
したことにより、変換器を停止していたが、停止するか
わりに、バイパスペア運転など、線間電圧が低下しても
問題ない運転方式で運転しても図１と同様の効果が得ら
れる。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
交直変換器が接続された交流系統で事故が発生した場合
に、それが交流対地電圧は低下しても交流線間電圧の低
下を伴わない事故条件であれば、変換器を運転し続ける
ことにより、交流過電圧を抑制することができると同時
に、交流線間電圧が低下しサイリスタバルブにかかる極
間電圧が低下するような事故条件であれば、変換器を停
止または転流の伴わない運転を行うことにより、電流断
続やサイリスタバルブの極間過電圧などの異常現象を防
止して変換器を構成する機器を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した交直変換器の制御装置の実施
例を示す構成図。

【図２】図１および図５の交流電圧検出器、絶対値回
路、最大値選択回路の出力波形と設定電圧レベルの関係
を説明する図。

【図３】直接接地系および非接地系で１相地絡事故が発
生した場合の対地電圧と線間電圧のベクトル図。

【図４】交直変換器に一般に使用されるサイリスタブリ
ッジの構成と動作の原理を説明する図。

【図５】従来の交直変換器の制御装置の構成図。

【符号の説明】

１…交流母線 ２…変換器用変圧器 ３…交直変換器 ４…直流リアクトル ５…直流電流検出器 ６…直流電圧検出器 ７…点弧角制御器 ８〜10…交流電圧検出器 11…位相検出回路 14…パルス発生器 15…点弧パルス 16〜18…交流電圧検出器 19〜21…絶対値回路 22…最大値選択回路 23…レベル検出器 24…保護動作信号 25…変換器保護回路 26…変換器停止指令 27…変換器停止指令 28〜30…交流電圧検出器 31〜33…絶対値回路 34…最大値選択回路 35…レベル検出器 36…保護動作信号 37…変換器保護回路 38…ＮＯＴ回路 39…ＡＮＤ回路 40…変換器保護回路 41…変換器制御信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交直変換器の制御装置において、交直変
   換器の接続された交流系の対地電圧が低下したことを検
   出する第１電圧低下検出手段と、交直変換器の接続され
   た交流系の線間電圧が低下したことを検出する第２電圧
   低下検出手段とを設け、前記第１電圧低下検出手段が動
   作し、かつ第２電圧低下検出手段が不動作の場合には交
   直流変換器を運転し続け、前記第１電圧低下検出手段お
   よび第２電圧低下検出手段が共に動作した場合には、交
   直変換器を運転停止するか、バイパスペア運転するよう
   動作する回路を設けることを特徴とする交直変換器の制
   御装置。