JPH057927B2

JPH057927B2 -

Info

Publication number: JPH057927B2
Application number: JP59061363A
Authority: JP
Inventors: Takami Sakai; Haruhisa Inoguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1993-01-29
Also published as: EP0156396B1; EP0156396A2; EP0156396A3; US4598350A; DE3577785D1; JPS60207461A; CA1227532A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、定電力制御回路又は定周波数制御回
路と定無効電力制御回路又は定電圧制御回路とを
具備した直流送電設備における有効電力優先の変
換装置の制御装置に関する。

［発明の技術的背景と問題点］第１図に従来の直流送電設備の変換装置の制御
装置の概略ブロツク図を示す。

直流送電設備の変換装置は変換器１Ａ，１Ｂの
直流側はそれぞれ直流リアクトル２Ａ，２Ｂを介
して直流送電線路３によつて接続され、各変換器
１Ａ，１Ｂの交流側は変換器用変圧器４Ａ，４
Ｂ、しや断器５Ａ，５Ｂを介して、それぞれの交
流系統６Ａ，６Ｂに接続されるように構成されて
いる。

従来変換器１Ａ，１Ｂには、定余裕角制御回路
１１Ａ，１１Ｂ、定電流制御回路１３Ａ，１３Ｂ
が具備されており、定余裕角制御回路１１Ａ，１
１Ｂは変換器の最小余裕角を設定している。この
余裕角設定器１８Ａ，１８Ｂの出力である最小余
裕角基準値と変換装置が交流系統の無効電力制御
を行なう場合に必要となる定無効電力制御回路４
８の出力とが加算器１７Ａ，１７Ｂで加算され、
余裕角基準値に変換器１Ａ，１Ｂの余裕角を追従
させるように動作する。又、定電力制御回路４４
の出力である電流基準値と、直流電流検出器２１
Ａ，２１Ｂで検出された直流電流を電波／電圧変
換回路２２Ａ，２２Ｂによつて制御回路として取
り扱い易い値に変換した直流電流検出値とが加算
回路２３Ａ，２３Ｂに入力されその差が定電流制
御回路１３Ａ，１３Ｂに入力されることで直流送
電線路３に流れる直流電流が前記電流基準値に追
従するように制御されることになる。

スイツチ２４Ａ，２４Ｂは変換器を逆変換運転
する変換器側のみが閉となり、電流マージン設定
器２５Ａ，２５Ｂの出力である電流マージンが前
記加算回路２３Ａ，２３Ｂに入力される。

この電流マージンの機能と、前記定余裕角制御
回路１１Ａ，１１Ｂ、前記定電流制御回路１３
Ａ，１３Ｂの出力のうちその出力として変換器の
制御進み角の最も進んでいる出力のみをその出力
として選択する制御進み角優先回路２８Ａ，２８
Ｂの機能とにより、今、仮りにスイツチ２４Ｂが
閉でスイツチ２４Ａが開になつているとすると前
記制御進み角優先回路２８Ａには前記定電流制御
回路１３Ａの出力が出され、前記制御進み角優先
回路２８Ｂには前記余裕角制御回路１１Ｂの出力
が出される（今後の説明は説明の便宜上スイツチ
２４Ａが開で、スイツチ２４Ｂが閉として説明す
る）。

それぞれ前記制御進み角優先回路２８Ａ，２８
Ｂの出力は位相制御回路２９Ａ，２９Ｂに入力さ
れ、ここで変換器１Ａ，１Ｂの点弧タイミングを
決めるパルス信号に変換され、パルス増巾回路３
０Ａ，３０Ｂを介して変換器１Ａ，１Ｂにそれら
のゲートパルス信号として与えられる。

このように変換器の制御回路を構成することは
公知の技術であり、かかる直流連系設備の動作曲
線は、横軸に直流電流Id、縦軸に直流電圧Edを
とると、第２図に示すようになることも周知の事
実である。

第２図において、イ，ロ，ハは順変換器運転を
している変換器１Ａ（スイツチ２４Ａを開と仮定
していることで変換器１Ａは順変換器運転とな
る）の動作曲線でイ，ロ部分は変換器用変圧器４
Ａを含む転流インピーダンス等で決まるレギユレ
ーシヨン部分でロ，ハは定電流制御回路１３Ａの
働きによる定電流特性の部分である。一方ニ，
ホ，ヘは逆変換器運転をしている変換器１Ｂ（ス
イツチ２４Ｂを閉と仮定していることで変換器１
Ｂは逆変換器運転となる）の動作曲線でニ，ホは
前記定電流制御回路１３Ｂの働きによる定電流特
性部分でホ，ヘは前記定余裕角制御回路１１Ｂの
働きによる変換器１Ｂの定余裕角特性の部分であ
る。ここで、第２図の動作特性曲線のハとニの点
の直流電流の差が前記電流マージンに相当してい
る。

直流送電系の変換装置は、第２図の変換器１Ａ
と変換器１Ｂの動作曲線の交点であるＡ点で運転
されるが、一般に、直流送電系統は交流系統６
Ａ，６Ｂの間を融通する送電電力を制御するため
に直流送電系統の変換装置に定電力制御回路４４
が具備されている。電力設定器４１で決まる電力
基準値と送電電力を検出する電力検出器４３の出
力である電力検出値を極性を異にして加算器４２
に入力し、その出力（差）を定電力制御回路４４
で誤差増巾した信号を前記電流基準値とするよう
に構成することで前記電力基準値に送電電力が追
従するように制御回路が構成されている。

即ち、第２図の特性曲線から明らかなように、
逆変換器運転をしている変換器は直流電圧を決め
ており、順変換運転をしている変換器は直流電流
を制御して送電電力を制御するようになる。

一方無効電力を制御するためには、変換器は順
変換運転、逆変換運転のいずれの場合でも、それ
ぞれの交流系統からみると一種の遅れ負荷と考え
られ、その力率は変換器の制御遅れ角又は進み角
にほぼ比例することは周知である。従つて無効電
力を制御するために無効電力設定器４５で決まる
無効電力基準値と無効電力を検出する無効電力検
出器４７の出力である無効電力検出値を極性を異
にして加算器４６に入力し、その差を定無効電力
制御回路４８で誤差増巾した信号を前記最小余裕
角基準値と加算器１７Ａ，１７Ｂで加算して余裕
角基準値を制御するように無効電力制御回路が構
成される。

尚、ここでは図示していないが交流系統６Ａの
無効電力を制御する場合には、交流系統６Ａ、交
流系統６Ｂの無効電力を制御する場合には交流系
統６Ｂの無効電力を検出することは勿論のことで
あるが今、変換器１Ａが順変換器運転をしている
場合に、交流系統６Ａの無効電力を制御する場合
であつても、無効電力制御回路４８の出力で変換
器１Ｂの余裕角を制御すればそれに追随して変換
器１Ａの制御角が変化するので交流系統６Ａの無
効電力は当然制御されることになる。

今仮りに、第２図Ａ点で運転している時に定無
効電力制御回路４８の働きで変換器１Ｂで消費す
る遅れ無効電力を大きくするために余裕角基準値
が大きくなると、直流電圧が低下してその動作特
性曲線はニ，ホ，ヘからニ′，ホ′，ヘ′に移行し
たとする。一方、定電力制御回路４４はその送電
電力を前記電力基準値に追従させるために直流電
圧の低下分を補うだけ直流電流を増加させるよう
に働き変換器１Ａの動作特性曲線はイ，ロ，ハか
らイ′，ロ′，ハ′に移行し変換装置の動作点はＡ
点からA′点に移行する（送電電力を直流電圧と
直流電流の積と考えれば電力一定のカーブは双曲
曲線となり、第２図に示すようになり、常にこの
カーブ上に動作点があることになる）。

ところで一般に変換器には電流定格があるため
定格以上の直流電流を流すことはできない。従つ
て第１図のブロツク図では、図示されていない
が、直流電流が定格以上流れないように、定電力
制御回路４４の出力は直流電流が100％以上流れ
ないようにリミツト回路が具備されている。

従つて無効電力を制御するために、さらに余裕
角を大きくしていくと送電電力を制御するために
直流電流が増加していくわけであるが、直流電流
が100％以上流れようとするリミツトがかかり第
２図に示すようにロ′，ハ′の定電流特性部分が直
流電流100％に相当しているとすると直流電流は
100％でリミツトがかかり、余裕角のみ大きくな
るので逆変換器の動作曲線はニ′，ホ″，ヘ″とな
り、変換装置の動作点はA″点に移行する。この
ことは、A″点は電力一定の曲線上にないので当
然のことながら、直流送電系統の送電電力が低下
すると云う不具合が生じることになる。

以上の説明では、変換装置の制御方式として、
定電力制御と定無効電力制御との組み合せである
が、定電力制御を系統周波数を一定に制御する定
周波数制御、定無効電力制御を系統電圧を一定に
制御する定電圧制御に置き換えても同じことが云
える。

即ち、第１図における定電力制御回路４４を定
周波数制御回路に置き換え、定無効電力制御回路
４８を定電圧制御回路に置き換えれば良い。尚、
当然のことながらそれぞれ基準値と検出値も置き
換える必要がある。例えば、交流系統６Ａの周波
数及び電圧を一定に制御する定周波数制御回路と
定電圧制御回路を具備した変換装置の制御装置に
おいて、何らかの原因で交流系統６Ａの電圧が上
昇したとする。このとき、上記定電圧制御回路
は、上記電圧を制御する為に、余裕角を大きくし
て無効電力を増加させる。すると送電電力が減少
する。即ち、交流系統６Ａの周波数が低下するの
で、周波数を一定に保持しようとして、直流電流
を増加させる。しかしながら直流電流が100％リ
ミツトに達すると、もうそれ以上直流電流を増加
させることができないので、周波数を一定に制御
できなくなる。以上の説明であきらかなごとく、
かかる不具合は、下記のような制御モードの組み
合せで発生する。

定電力制御−定無効電力制御定電力制御−定電圧制御定周波数制御−定無効電力制御定周波数制御−定電圧制御更に、上記の説明では、順変換器側で定電力制
御又は定周波数制御に従属した定電流制御、逆変
換器側では、定無効電力制御又は定電圧制御に従
属した定余裕角制御を採用したが、逆に逆変換器
側で定電力制御又は定周波数制御に従属した定電
流制御を、順変換器側で定無効電力制御又は定電
圧制御を採用しても同じである。逆変換器側で、
定電流制御を行なつた場合の第２図に対応する動
作曲線を第３図に示す。

即ち、第３図においては、Ａ点で運転している
ときに、定無効電力制御が遅れ無効電力を大きく
するように制御遅れ角αを大きくすると、直流電
圧が低下してその動作特性曲線はイ，ロ，ハから
イ′，ロ′，ハ′に移行する。一方、定電力制御は
送電電力を一定に維持するように働くので直流電
圧が低下した分に対応して直流電流を増加させる
のでその動作特性曲線はニ，ホ，ヘからニ′，
ホ′，ヘ′と移行し、最終的に動作点ＡはA′とな
る。この状態で更に定無効電力制御により制御遅
れ角αが増加すると、前述した如くロ′，ハ′の特
性曲線が直流電流100％に相当すると、これ以上
直流電流は流せないので制御遅れ角αのみが増加
して、動作点A′はA″に移行して、もはや定電力
制御を行なうことができなくなる。以上述べたご
とく逆変換器側で定電流制御を行なう場合には、
順変換器側で定電流制御を行なう場合と同様な不
具合を生じる。

［発明の目的］本発明は以上述べた不具合を解消し、変換器が
運転中に所望の電力が得られなくなつた場合でも
送電電力や周波数を一定に制御して安定な電力融
通を行うことができる変換装置の制御装置を提供
しようとするものである。

［発明の概要］上記の目的を達成するために本発明では、定電
力制御回路又は定周波数制御回路と、定無効電力
制御回路又は定電圧制御回路とを備えた直流送電
設備における変換装置の制御装置において、定電
力制御回路又は定周波数制御回路の出力信号と、
定無効電力制御回路又は定電圧制御回路の出力信
号とを導入し、制御遅れ角を大きくする方の出力
信号を選択する制御遅れ角優先回路と、変換装置
が所望の有効電力を融通出来なくなることを直流
送電路の電流で判別して、定電力制御回路又は定
周波数制御回路の出力信号を制御遅れ角優先回路
に導入する手段とを備え、制御遅れ角優先回路の
出力信号に応じて、順変換器側の制御遅れ角を小
さくするか、又は逆変換器側の余裕角を小さくす
るように制御する。

［発明の実施例］以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

第４図は、本発明による直流送電設備における
変換装置の制御装置の構成例を示す概略制御ブロ
ツク図であり、第４図において第１図と同一機能
のものは同一符号を記し、説明を省略する。

すなわち、本実施例の変換装置の制御装置は、
直流電流検出値が100％に達したと云うことを検
出する比較器５０と、この比較器５０の出力信号
に連動するスイツチ５１、定電力制御回路４４と
定無効電力制御４８の出力信号を入力信号とし
て、制御遅れ角の大きい方を選択する制御遅れ角
優先回路５２を付加して構成される。

前述の回路を付加することにより、直流電流が
100％以下の場合には、定無効電力制御回路４８
の働きで余裕角が変化して無効電力を制御しても
定電力制御回路４２の制御範囲内であるので問題
は無い。

一方余裕角が大きくなつて、定電力制御回路４
２が制御限界に達したとき、即ち直流電流が100
％に達したときには、比較器５０の出力信号によ
りスイツチ５１が投入される。

この状態で、所望の電力基準値に対応する電力
が得られない場合には、定電力制御回路４４の偏
差が増大して、制御遅れ角優先回路５２によつ
て、定無効電力制御回路４８の出力偏差の代りに
定電力制御回路４４の出力偏差が選択され、制御
遅れ角を大きく、従つて余裕角を小さくするの
で、最終的に所望の電力が得られることになる。

即ち第２図において、前述したごとくロ′，
ハ′の特性曲線を直流電流100％に相当する部分と
すれば、動作点ＡがA′に移行すると、A′点は直
流電流が100％流れている点であるので、この
A′点に達した段階で、定無効電力制御回路４８
は実質的に効力をもたなくなり、動作特性曲線
ニ′，ホ′，ヘ′はニ′，ホ″，ヘ″に移行することは
なく、変換装置の動作点は送電電力が一定の曲線
上にあるA′点に維持される。

逆変換器側で定電流制御を行なう場合にも同様
な効果が得られる。即ち、第３図において本発明
に適用すれば、動作特性曲線はイ′，ロ′，ハ′か
らイ″，ロ″，ハ″に移行することはあり得ず、変
換装置の動作点は直流電流値が100％で送電電力
が一定のA′点に維持されることになる。

尚、かかる作用を行なつているときに変換装置
にハンチング等の現象が生じないように、比較器
５０の出力信号にオンリレータイマーやオフリレ
ータイマー或いは、定電力制御回路４４とは異つ
た伝達関数をもつた別の電力一定制御回路を具備
することも考えられる。

本方式は、前述したごとく、定電力制御と定無
効電力制御との組み合せモードのみならず、定周
波数制御や定電圧制御等の組み合せモードでも効
果を有する。

第１図においては、図示されていないが、一般
には直流送電系統設備にはシヤントキヤパシタや
シヤントリアクトルによる調相設備が備えつけら
れている。従つて、所望の電力が得られなくなつ
た場合にはシヤントキヤパシタをしや断或いはシ
ヤントリアクトルを投入しても同じ効果が得られ
る。

即ち、第１図において定電力制御回路４４の出
力偏差が増加した場合には、それを比較器等によ
つて検出して強制的にシヤントリアクトルを投入
する。するとシヤントリアクトルの無効電力が増
加するので、定無効電力制御回路４８は余裕角を
小さくする方向に動作し、定電力制御回路４４は
電力を一定に制御することができるようになる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば変換装置
が運転中に所望の電力が得られなくなつた時に
は、定電力制御や定周波数制御の出力信号で定無
効電力制御や定電圧制御の出力信号を修正するよ
うにしたので、送電電力や周波数を一定に制御し
て、安定な電力融通を行なうことが可能な極めて
信頼性の高い変換装置の制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流送電設備における変換装置
の概略制御ブロツク図、第２図、第３図は変換装
置の動作特性曲線図、第４図は本発明の直流送電
設備における変換装置の概略制御ブロツク図であ
る。１Ａ，１Ｂ……変換器、２Ａ，２Ｂ……直流リ
アクトル、３……直流送電線路、４Ａ，４Ｂ……
変換器用変圧器、５Ａ，５Ｂ……しや断器、６
Ａ，６Ｂ……交流系統、１１Ａ，１１Ｂ……定余
裕角制御回路、１３Ａ，１３Ｂ……定電流制御回
路、１７Ａ，１７Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，４２，４
６……加算器、１８Ａ，１８Ｂ……最小余裕角設
定器、２２Ａ，２２Ｂ……電流・電圧変換回路、
２４Ａ，２４Ｂ，５１……スイツチ、２５Ａ，２
５Ｂ……電流マージン設定器、２１Ａ，２１Ｂ…
…直流電流検出器、２８Ａ，２８Ｂ……制御進み
角優先回路、２９Ａ，２９Ｂ……位相制御回路、
３０Ａ，３０Ｂ……パルス増幅器、４１……電力
設定器、４３……電力検出器、４４……定電力制
御回路、４５……無効電力設定器、４７……無効
電力検出器、４８……定無効電力制御回路、５０
……比較器、５２……制御遅れ角優先回路。

Claims

【特許請求の範囲】１交流系統より入力される交流電力を直流電力
に変換する順変換器およびこの順変換器より直流
送電線路を通して送電された直流電力を交流電力
に変換して交流系統に出力する逆変換器を備えた
電力変換装置の制御装置において、無効電力基準
値と前記交流系統の無効電力検出値との偏差が入
力されこの偏差に応じた信号を出力する定無効電
力制御回路と、電力基準値と直流送電電力検出値
との偏差が入力されこの偏差に応じた信号を出力
する定電力制御回路と、前記直流送電線路の直流
電流検出値が定格値に達しているか否かを判別す
る判別手段と、この判別手段により直流電流検出
値が定格値に達していないと判別されると前記定
無効電力制御回路の出力信号を選択し、前記判別
手段により直流電流検出値が定格値に達している
と判別されると前記定電力制御回路の出力信号を
選択して出力する制御遅れ角優先回路と、この制
御遅れ角優先回路で選択された出力信号と余裕角
基準値とが加算されて入力され前記順変換器およ
び逆変換器の余裕角に追従させるように動作する
定余裕角制御回路と、前記定電力制御回路より出
力される電流基準値と前記直流送電線路の直流電
流検出値との偏差が入力され前記直流送電線路に
流れる電流が前記電流基準値に追従するように動
作する定電流制御回路と、前記定余裕角制御回路
および定電流制御回路の出力信号のうち前記順変
換器および逆変換器の制御進み角の最も進んでい
る出力信号を選択して前記順変換器および逆変換
器の制御信号として出力する制御進み角優先回路
とを備えたことを特徴とする変換装置の制御装
置。２交流系統より入力される交流電力を直流電力
に変換する順変換器およびこの順変換器より直流
送電線路を通して送電された直流電力を交流電力
に変換して交流系統に出力する逆変換器を備えた
電力変換装置の制御装置において、電圧基準値と
前記交流系統の電圧検出値との偏差が入力されこ
の偏差に応じた信号を出力する定電圧制御回路
と、周波数基準値と交流系統の周波数検出値との
偏差が入力されこの偏差に応じた信号を出力する
定周波数制御回路と、前記直流電線路の直流電流
検出値が定格値に達しているか否かを判別する判
別手段と、この判別手段により直流電流検出値が
定格値に達していないと判別されると前記定電圧
制御回路の出力信号を選択し、前記判別手段によ
り直流電流検出値が定格値に達していると判別さ
れると前記定周波数制御回路の出力信号を選択し
て出力する制御遅れ角優先回路と、この制御遅れ
角優先回路で選択された出力信号と余裕角基準値
との加算値が入力され前記順変換器および逆変換
器の余裕角に追従させるように動作する定余裕角
制御回路と、前記定周波数制御回路の出力信号と
前記直流送電線路の直流電流検出値との偏差が入
力され前記直流送電線路に流れる電流が前記電流
基準値に追従するように動作する定電流制御回路
と、前記定余裕角制御回路および定電流制御回路
の出力信号のうち前記順変換器および逆変換器の
制御進み角の最も進んでいる出力信号を選択して
前記順変換器および逆変換器の制御信号として出
力する制御進み角優先回路とを備えたことを特徴
とする変換装置の制御装置。