JPH0775250A - 交直変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、交流母線の高調波歪が大きくなって
も、送電電力を確保しつつ高調波歪による交直変換器の
転流失敗を防止する交直変換器の制御装置を提供するこ
とにある。 【構成】本発明は、余裕角を確保するために余裕角制御
回路を有する交直変換器の制御装置において、交流系統
の高調波量を検出する高調波検出手段と、前記高調波検
出手段の出力に応じて余裕角を変更する余裕角変更手段
とを備えているので、交直変換器の近辺の交流母線に高
調波が存在しても転流失敗を起こすことなく、可能な限
り送電電力を確保し、さらに消費無効電力の変動を可能
な限りおさえ、安定した運転を継続することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流送電設備や周波数変
換装置のような交直変換器の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な交流系統と交直変換器およびそ
の制御装置を図６のブロック構成図を参照して説明す
る。同図において、１および２は交直変換器、３は直流
リアクトル、４は変換器用変圧器、５はコンデンサとリ
アクトルから構成されるフィルタおよび調相用コンデン
サ、６は交流母線、７は遮断器であり、さらに交直変換
器２に接続された図示しない変換器用変圧器、交流系統
を含めて主回路が構成されている。

【０００３】また、１１は交直変換器１の極制御装置、
１２は交直変換器２の極制御装置、１３は電圧検出器、
１４は電流検出器、１５は電力検出器、１６は電力設定
器、１７は加算器、１８は電力制御器で制御装置を構成
している。１９は電圧検出器、２０は電圧歪検出器、２
１は調相設備・変圧器の制御装置、２２はシーケンス制
御回路、２３は論理和回路である。

【０００４】次に、上記図６の交直変換器とその制御装
置の作用について説明する。交直変換器１，２によって
交流直流の変換がされ、それぞれの交流母線間で電力の
融通を行う。直流リアクトル３はリップルを除去するた
めのものであり、また、変換器用変圧器４は交流電圧を
交直変換器１に都合の良い適当な電圧に変換する。フィ
ルタおよび調相用コンデンサ５は、交直変換器１より発
生する高調波を除去するとともに消費する無効電力分を
補償して力率を改善したり、交流母線６の電圧変動を小
さくするために用いられる。この交流母線６は送電線等
を介して、図示しない電源や負荷と接続されている。

【０００５】一方、直流電圧、直流電流はそれぞれ電圧
検出器１３、電流検出器１４で検出され、電力検出器１
５により運転電力Ｐd が検出される。運転電力Ｐd は電
力設定器１６で設定された電力指令値Ｐdpと加算器１７
で加算され、電力制御器１８に入力される。電力制御器
１８では運転電力Ｐd が電力指令値Ｐdpに一致するよう
極制御装置１１，１２に電圧指令値や電流指令値を与え
る。

【０００６】また、遮断器７の開閉時や、交流母線６の
近くに位置する変圧器が投入された場合、制御装置２１
よりシーケンス制御回路２２に信号が送られ、設定した
シーケンスに従い論理和回路２３に信号が送られる。電
圧歪検出器２０により設定した大きさ以上の電圧歪が検
出された場合、論理和回路２３へ信号が送られる。この
信号出力は、交流母線６における電圧歪が大きくなり、
交直変換器１において転流失敗を起こすことのないよ
う、極制御装置１１に制御指令するためのものである。
交直変換器２に対しては、図示しない変圧器、調相設備
の制御装置２１、シーケンス制御装置２２、電圧歪検出
器２０、論理和回路２３が極制御装置１２に接続され
る。

【０００７】次に、一般的な極制御装置を図７のブロッ
ク図を参照して説明すると、２４は電流制御装置、２５
は電圧制御装置、２６は余裕角演算装置、２７は最小余
裕角設定器、２８は加算器、２９は逆余弦演算器、３０
は余裕角制御装置、３１は位相進め制御装置、３２は最
小値選択回路、３３は位相検出器、３４は点弧パルス発
生装置である。なお、図６と同一部分には同一符号を付
して、その説明は省略する。

【０００８】図７において、通常、交直変換器１が順変
換を行っているとき、最小値選択回路３２は電流制御装
置２４の出力する制御角を選択している。また、交直変
換器１が逆変換を行っているとき、最小値選択回路３２
は電圧制御装置２５の出力する制御角を選択している。
最小値選択回路３２の出力する制御角は点弧パルス発生
装置３４へ送られ、位相検出器３３から出力される位相
と比較し、点弧パルス発生器３４が点弧パルスを交直変
換器１へ送る。

【０００９】また、交直変換器１が逆変換を行っている
ときに、交流母線６の電圧が低下すると余裕角制御装置
３０の出力する制御角が小さくなり、最小値選択回路３
２により選択される。さらに、変圧器や調相設備の投入
に起因する交流母線６の電圧歪が大きいときには論理和
回路２３より信号が出力され、一時的に位相を進め交直
変換器１において転流失敗が起こらないよう位相進め制
御装置３１があらかじめ設定された制御角を出力し、そ
の制御角が最小値選択回路３２により選択される。

【００１０】さらに、直流送電設備の逆変換器制御装置
の他の従来例を図９を参照して説明する。同図に示すよ
うに、従来の逆変換器制御装置は、直流電流を一定に保
つため定電流制御７０と直流電圧を一定に保つ定電圧制
御７１と余裕角を適切な値に保つ定余裕角制御７２と、
前記３つの制御の決める制御角のうち最も小さな制御角
を選択する最小値選択回路７３とから構成されている。

【００１１】このような制御装置において、定電流制御
７０は順変換器の持つ定電流制御の電流設定値器７５の
設定値Ｉref より電流マージン設定器７４の設定値ΔＩ
ref分小さい値で直流電流を制御するように構成されて
おり、通常、直流電流は順変換器の定電流制御により制
御されているため逆変換器の定電流制御の決める制御角
は定電圧制御、定余裕角制御の決める制御角より大きな
値となるようにしている。順変換器側の交流母線５３の
電圧が低下して、順変換器側の制御が直流電流を制御で
きなくなったときに逆変換器の定電流制御は直流電流を
電流マージンΔＩref 分小さい値以下に低下しないよう
に動作する。

【００１２】定電圧制御は主回路の直流電圧検出器６３
の検出値が直流電圧設定器７６の設定値Ｅref と等しく
なるように制御角を調整する。通常この値が逆変換器の
制御角として最小値選択回路７３で選択される。

【００１３】定余裕角制御は直流電流検出器６２の検出
値Ｉd （ｐｕ）と、交流電圧検出器６０の検出実効値Ｖ
ac（ｐｕ）と、変換器用変圧器５１のリアクタンスＸか
ら余裕角設定器７７の設定値γo ’を保つのに必要な制
御角αを式（１）に従い演算している。

【００１４】

【数１】 したがって、最小値選択回路で定電流制御と定電圧制御
の決めた制御角では設定した余裕角を確保できないとき
に定余裕角制御の決めた制御角が逆変換器の制御角とし
て選択される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、変換器が逆
変換を行っているときのバルブの両端の電圧を図示する
と、図８のように示される。即ち、この図において、通
弧している状態（イ）からバルブが点弧されると転流が
行われる（ロ）。その後負の電圧がかかり（ハ）、その
後次のバルブが点弧されるまで順電圧がかかる（ニ）。
バルブは両端電圧が零になった時点（Ａ）で、充分な逆
圧が印加されることが安定運転には必要である。（ハ）
の部分が余裕角以上ないと、（Ａ）を過ぎてバルブに順
電圧がかかるときに再点弧してしまい転流失敗となる。

【００１６】交流系統に高調波が存在すると（ロ）の間
の波形が乱れ、高調波がない場合よりも早い時点でバル
ブの両端電圧が零となり、転流失敗となることが考えら
れるので、従来最小余裕角の設定にはマージンを考慮し
なくてはならなかった。また、前述したように交流系統
の高調波が大きく、最小余裕角設定時に考慮したマージ
ンで転流失敗を防ぐことができなくなる場合には、制御
角を強制的に進め転流失敗を防止していた。しかしなが
ら、余裕角にマージンを加え最小余裕角を大きくすると
消費無効電力は増大し、さらに制御角を強制的に進める
と消費無効電力が急増し、送電電力は急減してしまうと
いう欠点があった。

【００１７】また、従来の制御方法では余裕角γを確保
するための制御角αを、実効値を基本にした交流電圧を
もとに演算しているため、交流電圧が高調波の重畳など
で歪むことで余裕角が削られた場合に、正しい余裕角の
確保ができずに余裕角不足による転流失敗の可能性があ
った。

【００１８】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的は交流母線の高調波歪が大きくなっても、
送電電力を確保しつつ高調波歪による交直変換器の転流
失敗を防止する交直変換器の制御装置を提供することに
あり、他の目的は波形歪により余裕角が設定値より小さ
くなった場合に、適正な余裕角を保ち転流失敗の可能性
を抑える交直変換器の制御装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、交流母線の高調波の大きさ、
次数、位相を検出する高調波検出器と、前記高調波検出
器から得られたデータから、余裕角をどの程度減少する
か演算し、演算結果を高調波分のマージンを考慮してい
ない場合の余裕角に加算することで、定余裕角制御の最
小余裕角設定値を決定する手段を有することを特徴とす
る。また、本発明の請求項２は交直変換器を有する直流
送電設備の制御装置において、自端の変換器の制御角と
交流母線電圧と直流電流から余裕角を推定する余裕角推
定回路と、変換器の主回路から実際の余裕角を検出する
余裕角検出回路と、前記余裕角検出回路により検出した
余裕角と前記余裕角推定回路より推定した余裕角との差
を定余裕角設定値に加算する加算回路とを備え、前記加
算結果を設定値として用いる定余裕角制御とすることを
特徴とする。

【００２０】

【作用】本発明の請求項１によれば、交直変換器が定余
裕角制御で運転されているとき、最小余裕角の設定値に
高調波分のマージンを考慮していないので、最小余裕角
を小さくでき、交直変換器の消費無効電力を減少させる
ことができる。また、高調波がある場合はその大きさに
応じて余裕角を設定するので、転流失敗を防止しながら
送電電力を確保することができ、さらに急激な変動のな
い安定した運転を継続することができる。また本発明の
請求項２によれば、交流電圧に高調波などが重畳して波
形が歪んだことにより余裕角が削られた場合でも適正な
余裕角を確保し、転流失敗の可能性を抑えることができ
る。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の第１実施例のブロック構成図であ
り、同図において、３５は高調波検出器、３６は演算装
置、３７は余弦演算器である。なお、既に説明した図７
と同一部分は同一の符号を付して、その説明は省略す
る。

【００２２】次に、本実施例の作用について説明する。
本実施例では、高調波検出器３５で交流系統の高調波の
大きさ、次数、位相を検出し、その値を演算装置３６に
送る。演算装置３６では高調波検出器３５から送られて
くる交流系統の高調波の大きさ、次数、位相より、図８
の（Ａ）点を計算し、最小余裕角から余裕角をいくら増
やせば転流失敗とならないかを計算し、その結果を余弦
演算器３７に送る。余弦演算器３７の出力する余裕角増
加量の余弦の値と、余裕角演算装置２６の出力する余裕
角の余弦の値と、最小余裕角設定器２７の出力する最小
余裕角の余弦の値とを加算器２８で図のように加算し、
逆余弦演算器２９に送る。

【００２３】このように交流系統に存在する高調波量に
応じた最小余裕角制御ができ、転流失敗が起こらない範
囲でできるだけ余裕角を小さくすることにより、消費無
効電力を軽減し、交流系統の高調波が大きいときでも、
可能な限り大きな電力を送電しつつ、安定した運転を継
続することができる。

【００２４】以上述べたように、本実施例によれば交流
系統の高調波量に応じた最小余裕角制御を行うことがで
き、交流系統の高調波が大きいときでも可能な限り大き
な電力を送電しつつ、安定した運転を継続することがで
きる。

【００２５】図２は本発明の第２実施例のブロック構成
図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。上記第１実施例では、演算装置３６の出
力を余弦演算器３７へ送り、余裕角の余弦値として加算
器２８により余裕角の余弦値、最小余裕角の余弦値に加
算したが、本実施例では余裕角演算装置２６の出力する
余裕角の余弦の値と、最小余裕角設定器２７の出力する
最小余裕角の余弦の値とを加算器２８で加算し、逆余弦
演算器２９に送り、その逆余弦演算器２９の出力に演算
装置３６の出力を加算器４１で図のように加算する構成
している。本実施例によると、最小値選択回路３２へ送
られる値は第１実施例と同等のものとなり、第１実施例
と同様の効果を得ることができる。

【００２６】図３は本発明の第３実施例のブロック構成
図であり、同図において、３８は総合歪検出器である。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその説明は
省略する。上記第１実施例及び第２実施例の高調波検出
は、高調波の大きさ、次数、位相を検出しているが、本
実施例では、総合歪検出器３８により交流系統の総合歪
を検出し、その値より演算装置３６で図８の（Ａ）点を
算出しても第１実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００２７】図４は本発明の第４実施例のブロック構成
図であり、同図において、３９，４０は単一調波検出器
である。なお、図３と同一部分には同一符号を付してそ
の説明は省略する。本実施例では、単一次数の高調波検
出器３９，４０により、特に影響が大きいと考えられる
一つまたはそれ以上の次数についてのみ検出を行い、そ
の大きさ、位相より図８の（Ａ）点を算出しても第１実
施例とほぼ同様の効果を得ることができる。この場合必
要であれば、最小余裕角設定器２７で設定する最小余裕
角は、検出を行わない次数の高調波に対するマージンも
考慮して設定する。

【００２８】図５は本発明の第５実施例のブロック構成
図である。現在運転中の変換器の余裕角を直流電流検出
器６２の検出値Ｉd と交流電圧検出器６０の検出値と変
換器の運転している制御角である最小値選択回路７３の
出力値αとから式（２）で推定する定余裕角推定回路７
８を持ち、

【数２】 変換器主回路電圧検出回路６１から得られる余裕角の検
出値γdet と前記定余裕角推定回路７８の推定値である
γk との差分を演算する差分回路７９を持ち、この差分
回路７９の出力Δγを定余裕角設定器７７の設定値γo
に加算する加算回路８０を持ち、この加算回路８０の出
力を余裕角設定値とする定余裕角制御７２を持つ。

【００２９】ここで、余裕角は図１０に示すように変換
器用変圧器２次電圧から成り立つ変換器の陰極陽極電圧
の負極性の期間であり、この電圧は逆方向電圧と呼ばれ
ている。したがって、交流電圧に高調波が重畳すると、
この逆方向電圧は歪み、負極性である期間が削られて余
裕角が減ることになる。なお、９１は変換器用変圧器２
次電圧波形、９２はバルブ巻線電流波形、９３は変換器
陰極陽極電圧波形である。

【００３０】図１１に逆方向電圧波形を示す。同図
（１）は高調波の重畳がない場合の逆方向電圧波形９４
であり、この電圧に同図（２）の高調波９５が重畳する
と、同図（３）に示す逆方向電圧波形９６となり、本来
γ１であった余裕角がγ２削られてγ３となっている。

【００３１】本発明によればγ推定回路７８の推定値γ
k が図１１のγ１に相当し、変換器主回路検出回路６１
から得られる余裕角γdet がγ３に相当する。したがっ
て、本来必要とした余裕角γo を余裕角設定器７７で設
定することで、定余裕角制御７２の余裕角設定γo ”は
式（３）となり、波形の歪により削られた分を補償する
こととなる。

【００３２】

【数３】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
交直変換器の近辺の交流母線に高調波が存在しても転流
失敗を起こすことなく、可能な限り送電電力を確保し、
さらに消費無効電力の変動を可能な限りおさえ、安定し
た運転を継続することができる。また、交流電圧に高調
波が重畳して余裕角が削られた場合でも適正な余裕角を
確保し、転流失敗の可能性を抑える直流送電設備を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のブロック構成図。

【図２】本発明の第２実施例のブロック構成図。

【図３】本発明の第３実施例のブロック構成図。

【図４】本発明の第４実施例のブロック構成図。

【図５】本発明の第５実施例のブロック構成図。

【図６】従来の交直変換器の制御装置を示すブロック構
成図。

【図７】従来の交直変換器の極制御装置のブロック構成
図。

【図８】変換器のバルブの両端電圧を示す図。

【図９】従来技術の構成図。

【図１０】一般的な余裕角を説明するための図。

【図１１】高調波が重畳した場合の余裕角を説明するた
めの図。

【符号の説明】 １，２…交直変換器、３…直流リアクトル、４…変換器
用変圧器、５…フィルタおよび調相用コンデンサ、６…
交流母線、７…遮断器、１１，１２…極制御装置、１３
…電圧検出器、１４…電流検出器、１５…電力検出器、
１６…電力設定器、１７…加算器、１８…電力制御器、
１９…電圧検出器、２０…電圧歪検出器、２１…調相設
備・変圧器の制御装置、２２…シーケンス制御回路、２
３…論理和回路、２４…電流制御装置、２５…電圧制御
装置、２６…余裕角演算装置、２７…最小余裕角設定
器、２８…加算器、２９…逆余弦演算器、３０…余裕角
制御装置、３１…位相進め制御装置、３２…最小値選択
回路、３３…位相検出器、３４…点弧パルス発生装置、
３５…高調波検出器、３６…演算装置、３７…余弦演算
器、３８…結合歪検出器、３９，４０…単一調波検出
器、４１…加算器、５０…変換器、５１…変換器用変圧
器、５２…直流リアクトル、５３…交流母線、５４…交
流電圧変成器、５５…直流電圧変成器、５６…直流電流
変流器、６０…交流電圧検出器、６１…変換器主回路電
圧検出器、６２…直流電流検出器、６３…直流電圧検出
器、７０…定電流制御、７１…定電圧制御、７２…定余
裕角制御、７３…最小値選択回路、７４…電流マージン
設定器、７５…直流電流設定器、７６…直流電圧設定
器、７７…余裕角設定器、７８…余裕角推定回路、７９
…差分回路、８０…加算回路、８１…パルス発生装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 余裕角を確保するために余裕角制御回路
   を有する交直変換器の制御装置において、交流系統の高
   調波量を検出する高調波検出手段と、前記高調波検出手
   段の出力に応じて余裕角を変更する余裕角変更手段とを
   備えたことを特徴とする交直変換器の制御装置。
2. 【請求項２】 交直変換器を有する直流送電設備の制御
   装置において、自端の変換器の制御角と交流母線電圧と
   直流電流から余裕角を推定する余裕角推定回路と、変換
   器の主回路から実際の余裕角を検出する余裕角検出回路
   と、前記余裕角検出回路により検出した余裕角と前記余
   裕角推定回路より推定した余裕角との差を定余裕角設定
   値に加算する加算回路とを備え、前記加算結果を設定値
   として用いる定余裕角制御とすることを特徴とする交直
   変換器の制御装置。