JPH08507672A - 直流送電のための方法および調節用装置ならびに調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 直流送電の改善された作動特性を可能にするため、付属の調節装置（１１ａ、１１ｂ）を有する調節方法において、予め設定可能な電流および電圧値（ＵＡ、ＩＡ）を有する共通の動作点（Ａ）から出発して、それぞれ三相回路網（３ａ、３ｂ）に対応付けられている変換装置（５ａ、５ｂ）のそのつどの調節装置（１１ａ、１１ｂ）にそれぞれ動作点（Ａ）への調節偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）が供給される。動作点（Ａ）に到達するためそのつどの調節偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）を最小化するべくそのつどの制御量が補正される。調節方法および付属の装置は好ましくはベクトル調節の原理により動作する。

Description

【発明の詳細な説明】 直流送電のための方法および調節用装置ならびに調節装置 本発明は２つの電力変換装置間で直流送電を行うための方法に関する。また本 発明は２つの電力変換装置間の直流送電のための調節用装置およびそのための調 節装置に関する。 ２つの交流電圧回路網間で電気エネルギーを送電するためになかんずくいわゆ る直流送電が使用される。その際に一方の交流電圧回路網に、直流電流を発生す る整流器が接続され、この直流電流は再びインバータに供給される。このインバ ータは第２の交流電圧回路網と接続されている。こうして両交流電圧回路網が直 流電流接続を介して互いに接続されている。このような直流送電はたとえば国際 特許出願公開第92/22118号明細書から公知である。エネルギーの流れ方向はその 際反転可能でもあり得る。 このような装置の作動のためにさまざまな調節方法が使用される。その一例は ヨーロッパ特許第0197352B1号明細書からも公知のいわゆるマージナル電流法で ある。この方法においては整流器およびインバータはそれぞれ電流調節器を有し 、それらの特性曲線はマージナル電流のまわりに互いにずらされている。その際 に両電力変換装置が電圧調節器を有することも通常である。こうして各電力変換 装置に、電流および電圧分岐を有する正確に定められた動作特性曲線が対応付け られている。そのつどの動作特性曲線の交点は作動中に全体装置の動作点を生ず る。目下の作動状況に応じてこのような装置では常にただ１つの調節器（電流ま たは電圧）が能動的である。その他の調節器は非能動的である。 本発明の課題は、直流送電の際の調節特性を改善する方法および調節用装置を 提供することである。さらに本発明の課題は、そのために適した調節装置を提供 することである。 この課題は、本発明によれば、そのつどの制御角を形成するためのそれぞれ１ つの調節装置が対応付けられている、特に高圧直流送電設備用の電力変換装置間 で直流送電を行うための方法において、共通の動作点から出発して予め設定可能 な電流および電圧値において各調節装置に動作点へのそれぞれ調節偏差が供給さ れ、また動作点に到達するために各調節偏差を最小化するべくそのつどの制御角 が補正されることにより解決される。 本発明により直流送電の調節挙動の本質的な改善が達成され、その際に動特性 が高められている。直流送電は高調波振動および不安定性に関して以前のものに くらべて本質的に不敏感であり、それによって送電中の安定性の向上が達成され る。本発明による方法の有利な構成は請求項２ないし６にあげられている。 そのつどの調節偏差は好ましくは少なくとも二次元の量として、特にベクトル 量または複素量として予め与えられる。調節量としては電流および電圧が使用さ れることは目的にかなっている。動作点に対する値が伝送すべき電力から導き出 されることは有利である。それによって動作点に対する目標値設定としてただ１ つの値が予め与えられるだけでよい。これらの各構成は簡単な仕方で既存の調節 量により直流送電をさらに改善することを可能にする。 課題の別の解決は、本発明によれば、電力変換装置を用いて交流回路網間で直 流送電を行うための調節用装置において、電力変換装置の各制御装置の前に制御 角を形成するための調節装置が接続されており、各調節装置に予め設定可能な電 流および電圧値を有する共通の動作点への調節偏差が供給されており、各調節装 置が各調節偏差を最小化するべくそのつどの制御角を補正することにより達成さ れる。 この簡単な調節器構造により直流送電の電力変換装置ステーションに対するベ クトル調節の実現が可能である。その際調節器装置の構成は驚くほど簡単である 。 １つの有利な構成では、調節用装置は各電力変換装置に対してそれぞれ２つの 調節器を有し、それらに共通の動作点への二次元の調節偏差の各対応付けられて いる成分が導かれ、それらの出力信号が制御角を形成するために加算器により演 算されている。それとは異なり、二次元の調節偏差が最初に加算され、次いで調 節器に制御角の形成のために導かれることも可能である。こうして少数の構成部 分により調節用装置の簡単な構成が与えられている。 別の課題を解決するため、本発明によれば、上記の構成に従う調節装置が、請 求項１０および１１に相応して、直流送電に用いられる。 これらの調節装置は好ましくはベクトル調節器として使用され得る。その際に 特に請求項１１による構成は迅速な調節特性を示し、それによって改善された調 節動特性が与えられている。さらに、１つの調節器しか必要とされない。 本発明は、アナログ技術でもプログラムおよび計算機を有するディジタル技術 でも有利に実現可能である。また直流送電は２つの電力変換装置ステーションに 限定されない。それは多点作動のための多数の電力変換装置を含んでいてもよい 。 以下、種々の実施例および図面により例について本発明および他の利点を一層 詳細に説明する。 図１は直流送電のための第１の装置、 図２は直流送電のための第２の装置、 図３は直流送電のための第３の装置、 図４および図５は図１ないし図３による装置に使用するための調節装置、 図６は装置の動作点のダイアグラムである。 添字ａおよびｂは以下の実施例中でそれぞれ整流器側およびインバータ側を示 す。無条件に必要でないかぎり、一般的な符号のみが添字なしで記載されている 。 図１は第１および第２の交流回路網又は三相回路網３ａ、３ｂが互いに接続さ れている直流送電のための原理的な装置１ｃを示す。装置１ｃはそのために、直 流側で直流接続７を介して互いに接続されている２つの電力変換装置５ａ、５ｂ を有する。三相側では両電力変換装置５ａ、５ｂはそれぞれ三相回路網３ａ、３ ｂの１つと接続されている。装置１ｃは電流および電圧測定値Ｉａ、Ｉｂ及びＵ ａ、ＵＡＣａ、Ｕｂ、ＵＡＣｂを形成するための詳細には示されていない測定セ ンサを予め定められた個所に有する。 直流接続７の構成に応じて全装置１ｃはたとえばバック‐ツー‐バック連結ま たは長距離送電として構成されていてよい。これは特にエネルギー網を連結する 役割をする高圧直流送電設備（ＨＧＵ）における利用の場合である。以下の実施 例では、三相回路網３ａから三相回路網３ｂへのエネルギー輸送が行われること から出発する。その際に一方の電力変換装置５ａは整流器として、また他方の電 力変換装置５ｂはインバータとしての役割をする。もちろんエネルギー反転も可 能である。以下の実施例は反転されたエネルギー方向に対しても同様に使用可能 である。 各電力変換装置５ａ、５ｂに制御装置９ａ、９ｂが対応付けられており、制御 装置９ａ、９ｂは場合によっては電力測定値ＵＡＣａ、ＵＡＣｂ及び調節装置１ １ａ、１１ｂから付属の制御信号、すなわち制御角αａ、αｂが供給される。 この構成から出発して、装置１ｃの作動のために重要なことは、両電力変換装 置５ａ、５ｂが定常的作動中に、たとえば予め定められた送電すべき電力Ｐの際 に、できるだけ無損失で同時に安定な作動を可能にするために互いに設定されて いることである。そのためにそれらは図６中に電流‐電圧ダイアグラムＩ／Ｕ中 に示されている共通の動作点Ａに設定されている。この動作点Ａは理想状態に対 して、すなわち無損失の直流接続７において成り立つ。しかし実際には、当業者 により設備状況に基づいて認識され得る２つの動作点が生ずる。共通の動作点Ａ は伝送すべき電力Ｐから出発して直流接続７に対する電流ＩＡおよび電圧ＵＡを 記述する（これについては図６の以下の説明も参照）。 伝送すべき電力Ｐは一般に、固定的に予め定められており、またすべての場合 に大きい時間間隔で変化される値である。実際には、この値はたとえば長区間伝 送において電話による通信送電により一方の電力変換装置ステーションから他方 の電力変換装置ステーションに、例えば整流器５ａからインバータ５ｂに伝えら れる。従って、電力Ｐはいわば定常的な作動電力を表す。 いまの場合、この動作点Ａは二次元の量として考察され、それは両電力変換装 置５ａおよび５ｂから共同作用により到達されるべきである。そのために両調節 装置１１ａ、１１ｂに多次元の調節偏差ΔＡ、特にΔＡａ、ΔＡｂが供給される 。このベクトル的な考察の仕方により、そのつどの電力変換装置５ａ、５ｂが可 能なかぎり直接的な経路で動作点に到達し、したがって可能なかぎり迅速に動作 点Ａにおいて作動することが達成される。各電力変換装置５ａ、５ｂがそれ自体 は自立的に動作点Ａを駆動するとしても、これは共通に動作点Ａに到達するとい う全体目的のもとにある。すなわち共通の接近が行われ、その際に常に両電力変 換装置５ａ、５ｂが寄与する。従来の技術ではただ１つの電力変換装置において 調節干渉が行われるのにくらべて、両電力変換装置５ａ、５ｂにおいて同時に調 節干渉が行われる。 この動作の仕方を図６のダイアグラムを参照して一層詳細に説明する。図６に は電流電圧ダイアグラムＩ／Ｕのなかに到達すべき予め定められた動作点Ａが示 されている。目下の動作点はＡｉｓｔで示されている。これらの両動作点はベク トル量ＡおよびＡｉｓｔとして示されている。これらの両ベクトルの差から調節 偏差ΔＡが生ずる。このベクトルΔＡの投影は従来の技術での電流または電圧調 節器の調節偏差に相当する調節偏差ΔＡＵおよびΔＡＩを発生する。動作点Ａを （電力変換装置制御信号の追随により）得るためには、調節偏差ΔＡの大きさ｜ ΔＡ｜が零に調節されることが必要である。すなわちΔＡＵおよびΔＡＩが同時 に零でなければならない。このことから、この調節課題は選択的に１つまたは２ つの調節器により実行され得ることが明らかになる。このような調節器の実施例 は図４および図５により詳細に説明されている。 図２は、一般的な調節偏差ΔＡが電力変換装置枝路ごとにΔＡＩおよびΔＡＵ により二次元的に予め設定ざれている別の装置１ｄを示す。これらの調節偏差Δ ＡＩおよびΔＡＵは電力変換装置５ａ、５ｂにおける実際に測定された量、すな わちＵａ、ＩａまたはＵｂ，Ｉｂと、動作点Ａから計算により生じたＵＡおよび ＩＡの値との間の差を比較器Ｖ４ａ、Ｖ５ａまたはＶ４ｂ、Ｖ５ｂにより形成す ることにより求められる。もちろん二次元の量を他の仕方で、たとえばベクトル または複素量として予め設定することも可能である。値ΔＡＵおよびΔＡＩは動 作点Ａへのベクトル的偏差の投影とも呼ばれ得る。従って調節装置１ａ、１１ｂ はいわばベクトル調節器またはベクトル調節装置と呼ばれ得る。 図３は、図２による装置１ｄに上乗せしてそのつどの調節装置１１ａおよび１ １ｂの前に調節装置１５ａおよび１５ｂが接続されている別の装置１ｅを示す。 これらは主として、送電すべき電力Ｐから出発して、また直流接続７上および（ または）三相回路網３ａおよび３ｂ内の現在の作動状態の顧慮のもとに、可能な かぎり迅速に共通の動作点Ａに到達する役割をする。先ず以下に整流器側の測定 直流処理について説明する。予め設定された電力Ｐから出発して調節装置１５ａ において電流および電圧に対する固定の値ＩＡＦおよびＵＡＦが関数発生器Ｆａ および除算器Ｄａにより求められる。詳細には示されていないが電力変換装置枝 路ごとに既存の電流および電圧測定値Ｉａ、ＵａまたはＩｂ、Ｕｂから求められ る目下の測定された電力Ｐａが電力Ｐと比較器Ｖ３ａにおいて比較される。比較 器Ｖ３ａの出力信号は電力調節器Ｌに供給される。これは固定の値ＩＡＦおよび （または）ＵＡＦに加算器Ｓ１ａを介して、また選択的にＳ２ａを介して影響を 与えるための補正値ＫＰを供給する。後段に接続されているストラテジー要素１ ７ａａおよび１７ａｂは、たとえば故障の場合にまたは偏差する作動状態でどの ように振る舞うべきかを定める機能、特に方策および戦術を含んでいる。ストラ テジー要素１７ａａおよび１７ａｂにはそのためにそれぞれ整流器５ａの目下の 直流および交流電圧Ｕａ、ＵＡＣａが供給される。これは特に迅速に反応されな ければならない故障の場合の取り扱いのために特に重要である。すなわちいわば 故障の場合には電力変換装置５ａ、５ｂに対して、可能なかぎり迅速に到達され るべき新しい動作点が定められる。こうして、新たな動作点に向けられた方策が 臨界的な作動状態の抑制のためにも又は特別な条件のもとでの動作点の切換のた めにも特に有効である。 好ましくは、ストラテジー要素１７ａａ、１７ａｂにおいて、もちろん、その つどの変換装置５ａまたは５ｂおよび場合によっては対向ステーションの別の影 響量または作動測定値も検出され、また重み付けられた観点に従って処理され得 る。その際にたとえばファジー要素も使用される。これらは特別な場合に特に迅 速なものとして優れており、そのためにそれらは特に故障ストラテジーに傑出し て適している。すべての調節がいわば自己学習により行われ、従ってまた反復す る作動状況が一層良好に制御されるように、ニューロン的な動作の仕方も考えら れる。調節装置１５ａはその出力端にベクトル調節のために必要とされる値ＵＡ ａおよびＩＡａを供給する。 インバータ５ｂに対する調節装置１５ｂにおける測定値処理は、固定の値ＵＡ ＦおよびＩＡＦに関して整流器５ａにおける上記の処理と類似して行われる。し かし、ここでは、実際に測定された電力Ｐａの代わりに、予め設定された消弧角 γと実際の消弧角γｂとの間の差がガンマ調節器Ｇにおいて処理される。消弧角 γｂは、詳細には示されていないが、同じくそのつどの電流および電圧測定値Ｉ ｂ、ＵｂまたはＵＡＣｂから求められる。別の測定値処理は先に整流器５ａにつ いて説明したと同様に行われる。 個々のモジュールまたは調節要素に代るまたは付加した接続が、当業者により 必要の際に設けられ得る接続Ｗにより示されている。図３によるいまの構成では 、整流器の固定の動作点電流ＩＡＦが、所望の電力が送電されるように計らう上 位の電力調節器Ｌの補正値ＫＰと（Ｐａの供給のもとに）結び付けられる。 インバータの固定の動作点電圧は上位のガンマ調節器Ｇから（γｂの供給のも とに）同じく補正信号ＫＧを介して、所望の消弧角が設定されるように変更され る。整流器における上位の調節システム、電力調節器＋ベクトル調節器、および インバータにおける上位の調節システム、γ調節器＋ベクトル調節器を介して、 所望の電力Ｐが最高の効率で送電される 図４および図５は調節器の実施例１５ｃ、１５ｄが、どのようにして図２およ び図３中の調節装置１１ａおよび１１ｂにおいてベクトル調節器として使用され 得るかを示す。それらは、等しい機能が達成されるように、それらの調節器１９ ａ、１９ｂ、１９ｃなしに図１中の調節装置１１ａ、１１ｂの前に同じように接 続されていてもよい。 図４による実施例は、それぞれ調節偏差ΔＡＵ、ΔＡＩを供給される２つの調 節器１９ａ、１９ｂを有する。それらの出力信号は、制御角信号αが発生される ように、加算器２１により互いに加算される。この実施例は特定の場合にのみ使 用可能である。図５による実施例は、ただ１つの調節器１９ｃしか必要とされな いことにより優れている。実際に、この実施例は特別な場合にも十分良好に、ま た特に迅速に動作することが示されている。 以下に、図面中に使用されているすべての符号をその説明と共に列挙しておく 。 １ｃ、１ｄ、１ｅ 装置 ３ａ、３ 第１および第２の三相回路網 ５ａ、５ｂ 電力変換装置（整流器またはインバータ） ７ 直流接続 ９ａ、９ｂ 制御装置 １１ａ、１１ｂ 調節装置 １５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 調節装置 １７ａａ、１７ａｂ、１７ｂａ、１７ｂｂ ストラテジー要素 １９ａ、１９ｂ、１９ｃ 調節器 ２１ 加算器 α 制御角信号 αａ、αｂ 制御角 Ａ 動作点 Ｕａ、Ｕｂ 電圧測定値 Ｉａ、Ｉｂ 電流測定値 Ｐａ、Ｐｂ 測定された電力 Ｐ 予め設定された電力 ΔＡ、ΔＡａ、ΔＡｂ、ΔＡＵ、ΔＡＵａ ΔＡＵｂ、ΔＡＩ、ΔＡＩａ、ΔＡＩｂ 調節偏差 ＵＡ、ＵＡａ、ＵＡｂ 動作点電圧 ＩＡ、ＩＡａ、ＩＡｂ 動作点電流 ＵＡＣａ、ＵＡＣｂ 交流電圧測定値 ＩＡＣａ、ＩＡＣｂ 交流電流測定値 γ 予め設定された消弧角 γｂ 測定された消弧角 Ｗ 接続、作用線 ＵＡＦ 固定の動作点電圧 ＩＡＦ 固定の動作点電流 ＫＧ、ＫＰ 補正値 Ｌ 電力調節器 Ｇ ガンマ調節器 Ｆａ、Ｆｂ 関数発生器 Ｓ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ 加算器 Ｖ１ａ、Ｖ２ａ、Ｖ３ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ｂ、Ｖ３ｂ 比較器 Ｄａ、Ｄｂ 除算器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．そのつどの制御角を形成するためのそれぞれ１つの調節装置（１１ａ、１１ ｂ）が対応付けられている、特に高圧直流送電設備用の電力変換装置（５ａ、５ ｂ）間で直流送電を行うための方法において、 −予め設定可能な電流および電圧値（ＵＡおよびＩＡ）における共通の動作点（ Ａ）がら出発して各調節装置（１１ａ、１１ｂ）に動作点へのそれぞれ１つの調 節偏差（ΔＡａおよびΔＡｂ）が供給され、また −動作点（Ａ）に到達するために各調節偏差（ΔＡａおよびΔＡｂ）を最小化す るべくそのつどの制御角（αａ、αｂ）が補正される ことを特徴とする直流送電のための方法。 ２．そのつどの偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）が二次元の量として予め設定されること を特徴どする請求項１記載の方法。 ３．そのつどの制御偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）がベクトル量または複素量として予 め設定されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．そのつどの制御偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）が電圧および電流偏差（ΔＡＵ、Δ ＡＵａ、ΔＡＵｂおよびΔＡＩ、ΔＡｌａ、ΔＡＩｂ）の予設定により予め設定 ざれることを特徴とずる請求項２記載の方法。 ５．動作点（Ａ）に対する値が伝送すべき電力（Ｐ）から導き出されることを特 徴とずる請求項１ないし４の１つに記載の方法。 ６．各調節偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）がそのつどの実際の電流および電圧測定値（ Ｕａ、Ｉａ、Ｕｂ、Ｉｂ）および予め設定された電流および電圧値（ＵＡａ、Ｉ Ａａ、ＵＡｂ、ＩＡｂ）から形成されることを特徴とする請求項１ないし５の１ つに記載の方法。 ７．電力変換装置（５ａ、５ｂ）を用いて交流回路網（３ａ、３ｂ）間で直流送 電を行うための調節用装置において、 −電力変換装置（５ａ、５ｂ）の各制御装置（９ａ、９ｂ）の前に制御角（α、 αａ、αｂ）を形成するための調節装置（１１ａ、１１ｂ）が接続されており、 −各調節装置（１１ａ、１１ｂ）に予め設定可能な電流および電圧値（ＵＡ、Ｉ Ａ）を有ずる共通の動作点（Ａ）への調節偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）が供給されで おり、また −各調節装置（１１ａ、１１ｂ）が各調節偏差（ΔＡａ、ΔＡｂ）を最小化する べくそのつどの制御角（αａ、αｂ）を補正する ことを特徴とする直流送電のための調節用装置。 ８．２つの調節器（１９ａ、１９ｂ）に共通の動作点（Ａ）への二次元の調節偏 差（ΔＡＵ、ΔＡＩ）のそれぞれ対応付けられている成分が供給され、それらの 出力信号が制御角（αａ、αｂ）を形成するために加算器（２１）により演算さ れていることを特徴とする請求項７記載の装置。 ９．調節器（１９ｃ）の前に加算器（２１）が接続されており、この加算器に共 通の動作点（Ａ）の２つの調節偏差（ΔＡＵ、、ΔＡＩ）が供給されており、調 節器（１９ｃ）が制御角（αａ、αｂ）を形成することを特徴とする請求項７記 載の装置。 １０．請求項１ないし９の１つに記載の方法および装置に使用するための制御角 （αａ、αｂ）を形成するための調節装置（１１ａ、１１ｂ）において、２つの 調節器（１９ａ、１９ｂ）に共通の動作点（Ａ）への二次元の調節偏差（ΔＡＵ 、ΔＡＩ）のそれぞれ対応付けられている成分が供給され、それらの出力信号が 制御角（αａ、αｂ）を形成するために加算器（２１）により演算されているこ とを特徴とする調節装置。 １１．請求項１ないし９の１つに記載の方法および装置に使用するための制御角 （αａ、αｂ）を形成するための調節装置（１１ａ、１１ｂ）において、調節器 （１９ｃ）の前に加算器（２１）が接続されており、この加算器に共通の動作点 （Ａ）の２つの調節偏差（ΔＡＵ、ΔＡＩ）が供給ざれており、調節器（１９ｃ ）が制御角（αａ、αｂ）を形成することを特徴とする調節装置。