JPH09511899A - 高圧直流送電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高圧直流電流による送電を行うための装置は２つの変換機（ＳＲＩ，ＳＲII）を有し、そのおのおのは１つの交流電圧回路網（ＮＩ，ＮII）に接続され、またそれらの２つの変換機は直流接続線（Ｌ）により互いに接続されている。一方の変換機（ＳＲＩ）は整流器として制御され、他方の変換機（ＳＲII）はインバータとして制御される。一方の変換機（ＳＲＩ）は電流制御形であり、他方の変換機（ＳＲII）は電圧制御形である。上記送電装置は、上記電流制御形変換機（ＳＲＩ）の制御角（α_rect）が、所定の範囲の制限限界値（α_{max nom rect}，α_{min nom rect}）の１つに達するような変化をするとき、上記電圧制御形変換機（ＳＲII）により、上記制御角の変化が制限されるように上記送電の直流電圧（Ｕd）を制御するのに適した手段（ＶＡＲＣ_rect）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 高圧直流送電装置 技術分野 本発明は高圧直流送電装置に関し、同装置は、２つの位相角制御変換機であっ て、そのおのおのはそれぞれ１つの交流電圧回路網に接続され、かつ、それらは 直流接続線によって互いに接続されている、上記２つの位相角制御変換機と、 制御部材であって，上記変換機の１つを整流器として動作するように制御し、 かつ、上記変換機の他の１つをインバータとして動作するように制御し，上記変 換機の１つを、上記直流接続線を流れる直流の制御用の電流制御変換機として制 御し、かつ、上記変換機の他の１つを上記直流接続線の直流電圧の制御用の電圧 制御変換機として制御するように構成された上記制御部材と、 を包含している。 背景技術 上記のような装置は既に周知であり、例えば下記に記述済である。 エリッヒ ウールマン（Erich Uhlmann）著「直流送電」、スプリンガー出版 社，ベルリン−ハイデルベルク−ニューヨーク，１９７５，エケ・エクストロー ム 術協会、ストックホルム，１９９０，並びに、ジェー・アリラーガ（J.Arrilaga ）著「高圧直流送電」、ピーター・ペレグリナス社，ロンドン，１９８３。 上記のような装置においては、上記２つの変換機のおのおのは、通常自己の変 電所内に配置され、その変電所は互いに離隔して配置され、かつ、直流ケーブル および／または架空線路により相互に接続されている。ある場合、例えば、いわ ゆる背面間接続の場合には、上記２つの変換機は同一の変電所内に配置され、そ のときの直流接続線は変電所内に配設された直流母線より成る。 通常、それらの変換機は１２パルス変換機であり、それらのおのおのは、関連 する変圧器並びに制御及び保護装置を備えた２つの直列接続の６パルス・ブリッ ジより成る。 ここで述べる装置としては、単極性でもよく、その場合は、単一の直流接続線 と接地経由直流帰還とを用いるものでもよいし、あるいは、双極性でもよく、そ の場合は、２つの変換機がそれぞれの変電所内に配置され、かつ、２つの直流接 続線を有し、その１つは接地に対し正電圧を有し、他の１つは接地に対し負電圧 を有するものであってもよい。 上記のような装置においては、変換機の一方は整流器として動作し、その他方 はインバータとして動作する。そして、変換機の一方は電流を制御し、その他方 は電圧を制御するように変換機の制御は行われる。通常、整流器は電流を制御す る。すなわち、整流器は、いくらか減少された直流電圧で、かつ、電流制御器に よって影響される制御角αをもって動作し、それにより直流電流は電流基準値に 向けて制御される。一方、インバータは電圧を制御する変換機であり、該インバ ータの制御角は、その変換機が消弧角γの最小値で動作するような値に保たれる 。かくして、インバータは送電中の直流電圧を決定する。そして、この直流電圧 は、インバータ変圧器のタップ切換器の助けにより制御され、それにより直流電 圧、例えば整流器の位置における直流電圧は電圧基準値に保たれる。 これらの公知の装置においては、整流器の制御角は、例えば１５°のような公 称値を有し、整流器用変圧器のタップ切換器を制御することにより、上記整流器 の制御角は所定の範囲内に保たれる。このことは、例えば、制御角が公称値から 上記所定の範囲の最小又は最大制限限界値へと変化する場合には、上記制御角の 変化によって生じる直流電圧の変化は、タップ切換器の±１ステップに相当する 。制御角の変化範囲の制限限界値は、上記の制御角の公称値１５°に対しては、 典型的には１２．５°と１７．５°とである。タップ切換器の１つのステップは 、典型的には公称動作電圧の１．２５％の電圧変化に対応する。 変換機の無効電力消費量は制御角αの変化とともに急速に増加し、近似的にsi nαに比例する。従って、公知の装置の場合は、整流器の無効電力消費量は比較 的に大きい。 そこで、整流器は、小さい制御角で働かせたいという要望がある。しかし、大 多数の場合、いろいろな理由により、この要望は、以前は実現できなかった。し かしながら、あるタイプの変換機においては、低い制御角で動作させうることが 分かった（制御角は線電圧に関連するものと仮定する）。このことは、特に、い わゆる直列補償形のＨＶＤＣ変換機、すなわち直列コンデンサを介してそれぞれ の交流電圧回路網に接続された変換機について当てはまることが分かった。その ような変換機は、整流器として、きわめて低い制御角で、更には負の制御角をも っても動作可能である。このようにして、無効電力消費量は低く保つことができ る。 しかしながら、直列補償形変換機においては、点弧電圧と消弧電圧とは跳躍す る。すなわち、点弧及び消弧時における交換弁の両端間の急激な電圧変化は比較 的に大きく、かつ、制御角とともに増加する。従って、そのような変換機の場合 は、制御角を小さい値に保つことが重要である。 一方、整流器を小さい制御角で動作させることは、重大な不利を必然的に伴な う。このことは、第１図に概略的に図解されているが、第１図は、整流器の皮相 電力Ｓ、有効電力Ｐ（Ｐ＝Ｓ cosα）及び無効電力Ｑ（Ｑ＝Ｓ sinα）の相互関 係を、ある電流値と２つの異なる制御角α１及びα２との場合について示してい る。整流器よりの出力直流電圧Ｕd は有効電力Ｐに比例しており、後者と同一軸 線上に示されている。上記のように、制御角はある範囲内で変えられることが必 要である。この範囲の大きさは、制御角の変化が、タップ切換器のステップの大 きさによってきまる大きさを有するある所定の直流電圧変化ΔＵd を起こさせる ような大きさのものである。より大きい制御角α２と皮相電力Ｓ２の点では、制 御角変化分Δα２は電圧変化ΔＵd を起こさせる必要がある。この制御角変化は 皮相電力の変化ΔＱ２を必然的に伴なう。より小さい制御角α１と皮相電力Ｓ１ の点では、同一の電圧変化ΔＵd を生じさせるためには、かなりより大きい制御 角変化Δα１を必要とするが、それはまた、かなりより大きい無効電力変化ΔＱ １を必然的に伴なう。更により小さい制御角の点であって、直流電圧値が最大と なるような制御角の値の点、あるいはその近傍においては、必要とされる制御角 の変化及びそれに伴なう無効電力変化は非常に大きくなる。このように、小さい 制御角の点における動作は、大きい無効電力変化を伴なうので、ある回路網の構 成においては好ましくない。これらの無効電力変化は、少なくとも部分的には、 サイリスタ切換式分路コンデンサの使用によって打消すことができることは事実 ではあるが、このやり方は、所要費用の見地からかなりの不利を伴なう。制御角 の変化、従って無効電力の変化は、タップ切換器のステップの大きさの減少によ ってもまた理論的に減らすことができるであろう。しかしながら、そのような減 らし方は、また必然的に、タップ切換器の切換操作の頻度の対応する増加を招く であろうから、それはまた、タップ切換器の損耗のかなりの増加、更に大多数の 場合には耐え難いほどの増加を招くであろう。 整流器として動作する変換機について上述したことは、適当な変更を加えるこ とにより、インバータとして動作する変換機に対しても同様に当てはまる。その ような変換機については、小さい消弧角（線電圧について値）における動作は、 例えば直列補償によって可能にされる。そして、その場合には、上記の大きい無 効電力変化は制御角の変化の時に生じる。 発明の概要 本発明の目的は、上記の序論において述べたような形式の装置を提供すること であり、そのような装置においては、小さい制御角（又は消弧角）をもって動作 中における上記の無効電力変化は大いに減少される。このように、本発明の目的 は、追加の構成部分（例えば、サイリスタ切換式分路コンデンサなど）を必要と することなく、ただ新しい制御方法のみによって、従来可能であったものと比べ て、非常により小さい制御角で、かつ、より小さい無効電力変化をもって行われ る動作を可能にすることである。その結果、変換機の無効電力消費量と、点弧及 び消弧電圧の跳躍の大きさとのそれぞれを、従来技術の制御原理と比べて大幅に 減少させることができる。 本発明による装置の特徴は、添付の請求の範囲の記載によって明らかになるで あろう。 例えば整流器のタップ切換器のステップ操作の時、又は整流器の交流電圧回路 網における電圧の変化の時には、整流器は、指定された直流を保つために、その 制御角を変化させるであろう。本発明による装置においては、直流送電の直流電 圧は、整流器の制御角の変化、従って、そのときの無効電力の変化力制限される ように変えられる。 図面の簡単な説明 以下、本発明を、添付図面の第１図より第７図までを参照して、詳細に説明す る。 上述のように、第１図は、２つの異なる制御角をもって動作中における電力の 関係を示す。 第２ａ図は、本発明による装置の総合図であり、それによれば、整流器の制御 角の変化は、インバータの制御角に対し制御角の増分値を加えることによって制 限されるようにされている。 第２ｂ図は、本発明の代替実施例を示す対応する総合図であり、それによれば 、インバータは電圧制御器を有し、更に整流器の制御角の変化は、上記電圧制御 器の基準電圧に対し増分値を与えることによって制限されるようにされている。 第３図より第７図までは、第２ａ図及び第２ｂ図に図示の装置の中の異なった ユニットの実施例を詳細に示している。 第３図は、第２ａ図及び第２ｂ図に図示の装置の中の整流器の制御角発生器を 示す。 第４ａ図は、第２ａ図に図示の装置の中の整流器の基準値発生器のための制御 ユニットを示す。 第４ｂ図及び第４ｃ図は、第２ｂ図に図示の装置の中の整流器の基準値発生器 の２つの択一的な実施例を示す。 第５ａ図は、第２ａ図に図示の装置の中の整流器のタップ切換器のための制御 装置を示す。 第５ｂ図は、第２ｂ図に図示の装置の中の整流器のタップ切換器のための同様 な制御装置を示す。 第６ａ図は、第２ａ図に図示の装置の中のインバータの制御角発生器を示す。 第６ｂ図は、第２ｂ図に図示の装置の中のインバータの制御角発生器を示す。 第７ａ図及び第７ｂ図は、それぞれ第２ａ図及び第２ｂ図に図示の装置の中の インバータのタップ切換器のための制御ユニットを示す。 発明の詳細な説明 第１図については、上述の通りである。 第２ａ図は、本発明によるＨＶＤＣ装置の一例を示す。そこには、２つの三相 電力回路網ＮＩ及びＮIIの間における送電設備が示されている。変換機ＳＲＩは 、その変換機用変圧器ＴＲＩを通って回路網ＮＩに接続されており、変換機ＳＲ IIは、その変換機用変圧器ＴＲIIを通って回路網ＮIIに接続されている。変圧器 のそれぞれには、制御信号ｔ_C Ｉ及びｔ_C IIが供給されるタップ切換器が設けら れている。本発明は、特に直列補償形変換機を使用するときに有利であるが、そ の理由は、すでに述べたように、それらの変換機は非常に小さい制御角で動作す るからである。次に、上記変換機は、直列コンデンサＣＩ及びＣIIを介してそれ ぞれの交流電圧回路網に接続されている。それらの直列コンデンサＣＩ及びＣII は、好ましくは図示したように変換機用変圧器と変換機との間に配置されるが、 本発明による装置では、それに代えて、それらは変換機用変圧器の回路網の側に 配置されてもよい。 ２つの変換機は、ケーブルおよび／または架空線でよく、かつ、抵抗Ｒ_L を有 する高圧線Ｌによって相互に接続されている。上記高圧線Ｌ及び変換機を通って 流れる直流はＩｄによって示されている。変換機は直流測定用部材ＩＭＩ及びＩ ＭIIを有し、簡略化のために、上記直流測定用部材よりの測定された信号に対し ては、実際の直流に対して用いた名称と同一の名称のＩｄが用いられている。 別に記述しない限り、ここで説明する実施例においては、以下のことを仮定し ている。すなわち、最も通例の動作の場合が示されていること、換言すれば、Ｓ ＲＩは整流器として動作し、ＳＲIIはインバータとして動作し、またＳＲＩは電 流制御形であり、ＳＲIIは電圧制御形であり、更に装置の制御設備のいくつかの 部分であって、上記の動作状態に関係した部分のみが示されていることである。 しかしながら、通常そうであるように、変換機とその制御設備との組合せは互い に同等であり、そのため変換機のいずれの１つも整流器として動作することがで き（そのとき他方の変換機はインバータとして動作する）、また変換機のいずれ の１つも電流制御形であり得る（そのとき他方の変換機は電圧制御形である）こ とを仮定している。 各変換機の制御設備は、制御角発生器ＣＦＣ_rect及びＣＦＣ_inv，基準値発生 器ＶＡＲＣ_rect及びＶＡＲＣ_inv，並びにタップ切換器制御装置ＴＣＣ_rect及び ＴＣＣ_invを含む。更に、電流オーダＩＯをそれぞれの変換機に供給する上位制 御ユニットＳＣが設けてある。上記制御設備の種々の部分はアナログ機能式ユニ ットとして概略的に示してあるが、それらの部分は、アナログ技術又はディジタ ル技術のいずれの形式のものとしても示すことができる。 所要の制御、基準及び測定信号（例えば、Ｕd_ref ，ＩＯ等）の２つの変換機 設置場所間の伝送は、遠隔通信リンク（詳細には図示せず）の助けにより、公知 の仕方で行われる。 第２ａ図に図示の装置においては、制御角の変化の制限は、以下詳述するよう に、負又は正の制御角の増分値をインバータに供給することにより得られる。 第２ｂ図は本発明による装置の代替実施例を示し、その中では、インバータは 電圧制御器を有し、また整流器の制御角の変化は、負又は正の増分値を上記制御 器の電圧基準値に加えることにより制限される。装置の制御ユニットの中のいく つかの構成と、その間で交換される信号とを別にすれば、第２ｂ図の装置は第２ ａ図に示した装置に対応している。 第３図は、第２ａ図及び第２ｂ図に図示の装置の中の変換機ＳＲＩの制御角発 生器ＣＦＣ_rectを示している。加算器ＳＵ１は電流指令ＩＯ及び電流測定値Ｉd の供給を受けて電流偏移ΔＩ_rectを作成する。この電流偏移ΔＩ_rectは電流制御 器ＣＣＡ_rectに供給され、次に該電流制御器ＣＣＡ_rectは信号α_rectを出力する 。この信号α_rectは変換機に供給され、その制御角を制御する。制御角α_rectは 、上方及び下方で制限され、限界値α_{max rect}及びα_{min rect}を形成する。角α_{max rect} は最大許容制御角であって、最小許容整流限界に対応する。それは、第 ６ａ図の中の回路ＵＡＬにより決定される（以下の第６ａ図の説明を参照のこと ）インバータのための最大制御角α_{max inv}、と同様な仕方で限定される。限界 値α_{min rect}は、バルブのための適切な点弧電圧を確定し、最大直流電圧が得ら れる点以下には制御角が減少しないことを確実にする。 整流器の制御角α_rectは、その他の一定の状態下において、回路網ＮＩの中の 電圧により、かつ、整流器のタップ切換器の動作により、影響される。線電圧の 増加又は対応するタップ切換器の動作は、整流器の直流電圧の増加を起こさせ、 従って直流電流の増加を起こさせようとする。すると、整流器の電流制御器は制 御角を増加させて直流電流を電流基準値に維持しようとする。それと対応した仕 方で、線電圧の減少又は対応するタップ切換器の動作は、整流器の制御角の減少 を起こさせる。 第４ａ図は、第２ａ図に図示の装置の中の基準値発生器ＶＡＲＣ_rectを示して いる。該基準値発生器ＶＡＲＣ_rectは、整流器の制御角α_rectの供給を受けて信 号α_{max CCA}を発生し、該信号α_maxＣＣＡを、インバータの基準値発生器ＶＡＲ Ｃ_invを経由して、同じくインバータの制御角発生器ＣＦＣ_inv及びタップ切換器 制御装置ＴＴＣ_invに送給する。加算器ＳＵ２及びＳＵ３の中で、制御角α_rect は、制御角を定常状態に保つことが望ましい範囲を画定するための上限値α_{max nom rect} 及び下限値α_{min nom rect}のそれぞれと比較される。 基準値α_{max nom rect}は、制御角α_{nom rect}における公称直流電圧より下方に ０．５タップ切換器ステップの低下に対応した直流電圧Ｕd を与える制御角であ る。それと対応して、基準値α_{min nom rect}は、制御角α_{nom rect}における公称 直流電圧より上方に０．５タップ切換器ステップの上昇に対応した直流電圧Ｕd を与える制御角である。加算器よりの出力信号は、積分器ＩＡ１及びＩＡ２にそ れぞれ供給される。両積分器の出力信号は、インバータの公称制御角を表わす値 α_{nom inv}（制御角α_{nom inv}の定義を示した以下の第６ａ図の説明を参照のこと ）と共に、加算器ＳＵ６に供給される。 積分器ＩＡ１よりの出力信号は、上方は加算器ＳＵ４よりの出力信号によって 決定される値に制限され、下方は零に制限される。他方、積分器ＩＡ２よりの出 力信号は、上方は零に制限され、下方は加算器ＳＵ５よりの出力信号によって決 定される値に制限される。 加算器ＳＵ４には、インバータの動的動作範囲の上限を表わす量α_{max inv}と 、上記の公称制御角α_{nom inv}とが供給される。従って、積分器ＩＡ１の出力信 号の上限は、制御角の上限値α_{max inv}と公称制御角α_{nom inv}との差に等しくな る。 加算器ＳＵ５には、インバータの定常動作範囲の下限を表わす量α_{min nom in v} と、公称制御角α_{nom inv}とが供給される。従って、積分器ＩＡ２よりの出力信 号の下限は、公称制御角α_{nom inv}と制御角の下限値α_{min nom inv}との差に等し くなる。 上記の諸量α_{nom inv}，α_{min nom inv}及びα_{max inv}は、インバータの制御角 発生器ＣＦＣ_inv より整流器の基準値発生器ＶＡＲＣ_rectに供給される。 通常は、整流器の制御角は、値α_{max nom rect}と値α_{min nom rect}とによって 決定される公称範囲内にあるであろう。加算器ＳＵ２よりの出力信号は負であり 、加算器ＳＵ３よりの出力信号は正であり、両積分器よりの出力信号は零であり 、基準値発生器ＶＡＲＣ_rectよりの出力信号α_{max CCA}は公称値α_{nom inv}を有す る。もし整流器の制御信号が、例えば、回路網ＮＩの中の電圧変化が原因となり 、もしくはタップ切換器の動作が原因となって、増加することにより、それが公 称範囲に対する上限を超過すると、積分器ＩＡＩの出力信号は正となり、更に増 加するであろう。そのため、出力信号α_{max CCA}に対し増分を与え、それにより （第６ａ図を参照して以下に説明するように）インバータの制御角の増加、従っ て直流送電の直流電圧の増加を伴ない、続いて順繰りに、整流器の制御角の変化 の制限が起きることになる。それに対応して、もし整流器の制御角が公称範囲の 下限により低下すると、積分器ＩＡ２の出力信号は負となり、更に下降するであ ろう。その結果、インバータの制御角に対し負の増分を与え、直流送電の直流電 圧の減少を伴ない、続いて整流器の制御角の変化の制限が起きることになる。 上述のようにして、整流器の制御角は、変動する動的状態を除いて、所定の公 称範囲内に保たれるであろう。 第４ｂ図は、どのようにして基準値発生器ＶＡＲＣ_rectが第２ｂ図に図示の装 置の中に設置されるかを示す。基準値発生器ＶＡＲＣ_rectは、整流器の制御角 α_rectを供給されて直流電圧基準値Ｕd _refを出力し、それを、インバータの基 準値発生器ＶＡＲＣ_invを経てインバータの制御角発生器ＣＦＣ_invの中に配設さ れた電圧制御器へ送る。この基準値発生器は、第４ａ図を参照して上述した基準 値発生器と原理的には同様な構成と機能とを有する。しかしながら、加算器ＳＵ ６には、この場合は整流器側における直流送電の公称直流電圧の基準値となる値 Ｕd _{ref nom}が供給される。 積分器ＩＡ１及びＩＡ２の出力信号の値は、零と±ΔＵd _maxとの間の値に制 限される。上述の基準値α_{max nom rect}及びα_{min nom rect}の定義をここでも準 用することにより、制限値ΔＵd _maxは、０．５タップ切換器ステップに相当す る直流電圧の変化を与える値に設定されるべきである。 常態においては、すなわち、もし整流器の制御角が公称範囲内にあれば、積分 器の出力は零であり、出力信号Ｕd _refは値Ｕd _{ref nom}を有し、送電電圧は、イ ンバータの電圧制御器によってこの値に制御される。以上の説明と同様に、もし 整流器の制御角が公称範囲を越えようとすると、積分器の１つは、値Ｕd _{ref no m} に対し（正又は負の）増分を与えるであろう。その結果、直流送電の直流電圧 の変化として、整流器の制御角変化が制限され、かつ、制御角の定常値が公称範 囲内に保たれるような上記直流電圧の変化を生じる。 第４ｃ図は、第２ｂ図に図示の装置の中の基準値発生器ＶＡＲＣ_rectの代わり の実施例を示す。第４ｂ図に図示の回路と同様に、第４ｃ図の回路は、整流器の 制御角α_rectを供給し、直流電圧基準値Ｕd _refを出力する。加算器ＳＵ７及び ＳＵ８には、整流器の制御角α_rectの上下の制限値（α_{max nom rect}，α_{min no m rec} ）と共に、小さい角、代表的には角１°に相当する固定値信号Δαが供給 される。加算器の中では、制限値（α_{max nom rect}−Δα）及び（α_{min nom re ct} ＋Δα）が形成され、次にそれらの制限値はレベル・フリップフロップＮＶ１ 及びＮＶ２の中で制御角α_rectと比較される。もしα_rectの値が、上記の２つの 制限値の中の上限値より大きく、下限値より小さくなると、制御信号が生成され 、それはＯＲ回路ＯＧ１を通ってスイッチＳＷに送られる。次に、上記制御信号 はスイッチＳＷを駆動して、基準値発生器ＶＡＲＣ_rectの出力を、計算回路ＢＣ よりの出力信号であって制限回路ＦＢ２の中で制限された上記出力信号の側に接 続する。他方、制御角α_rectの値が上記の２つの制限値の間にあるときは、スイ ッチＳＷは図示の位置にあり、その場合は、基準値発生器ＶＡＲＣ_rectの出力Ｕ d _refはＵd _{ref nom}に等しい。 整流器の制御角α_rectはリミッタＦＢＩに印加され、その中で、制限値α_{max nom rect} 及びα_{min nom rect}を用いて定常状態の公称制御角範囲内に制限される 。制限された制御角は計算回路ＢＣへ送られる。更に上記計算回路には、整流器 の最大無負荷電圧Ｕd _ioと、直流電流Ｉdとが供給される。整流器の公知の主回 路の方程式を用いて、上記計算回路は次の計算を行う。 Ｕd ＝ｆ（Ｕd _io，Ｉd，α_rect） すなわち、現在の動作状態（Ｕd _io，Ｉd）において、上記計算回路に供給さ れる制御角（α_rect）に対応する直流電圧の値を算出する。上記計算回路よりの 出力信号は、Ｕd _{ref comp}と呼称され、次の制限回路ＦＢ２に送られ、そこで信 号Ｕd _{ref comp}は、上限値は（Ｕd _{ref nom}＋ΔＵd _max）に、下限値は（Ｕd _{re f nom} −ΔＵd _max）に制限される（これらの量の定義については、上記の第４ ｂ図の説明を参照のこと）。 第４ｃ図に図示の基準値発生器の機能は、すべて本質的に、第４ｂ図について 上述した機能に対応する。もし整流器の制御角α_rectが加算器ＳＵ７及びＳＵ８ により決定される範囲の制限値のいずれかに達すると、スイッチＳＷは駆動され た状態になる。計算回路ＢＣは、リミッタＦＢＩより得られる制限された制御角 に対応する直流電圧値を計算する。そしてこの値はスイッチＳＷにより直流電圧 基準値Ｕd _refとして送り出される。このことは、制御角が値α_{max nom rect}よ りも大きくなること、あるいはα_{min nom rect}よりも小さくなることはないよう な値に向かっての、直流送電の直流電圧Ｕd の変化を意味する。制御角α_rectが 加算器ＳＵ７及びＳＵ８によって決定される範囲内にもどるや否や、スイッチＳ Ｗはリセットされ、直流電圧基準値Ｕd _refは値Ｕd _{ref nom}にもどる。 第４ｃ図に示された基準値発生器は、第４ｂ図による基準値発生器よりも少な い１つのフィードバックループを有するが、変換機の主回路方程式の解を求める ために、より高い計算能力を要求する。 第５ａ図は、第２ａ図に示された装置の中のタップ切換器制御装置ＴＣＣ_rect を示す。この制御装置には、整流器の制御角α_rectと、信号α_{max CCA}，α_{max i nv} 及びα_{min nom inv}とが供給される。レベル・フリップフロップＮＶ３及びＮ Ｖ４の中で、整流器の制御角α_rectは、定常状態における制御角の値を保つこと が望まれる範囲を画定する制限値α_{max nom rect}及びα_{min nom rect}のそれぞれ と比較される。もしα_rectの値が値α_{max nom rect}まで上昇すると、ＮＶ３の回 路から正の出力信号が得られ、他方、もしα_rectの値が値α_{max nom rect}まで下 降すると、ＮＶ４の回路から正の出力信号が得られる。ＥＣ１及びＥＣ２の回路 の中で、信号α_{max CCA}は、公称直流電圧±０．５タップ切換器ステップにそれ ぞれ対応する制御角制限値α_{max inv}及びα_{min nom inv} と比較される。 もし、下記の２つの式 α_{max CCA} ＝α_{max inv} が成立すると、ＡＮＤ回路ＡＧＩは電圧減少信号ｔ_cdＩを出力して変圧器ＴＲＩ のタップ切換器に送給する。それによりタップ切換器は１ステップだけステップ ダウンされる。 もし、下記の２つの式 α_{max CCA} ＝α_{min nom inv} が成立すると、ＡＮＤ回路ＡＧ２は電圧増加信号ｔ_cuＩを出力して変圧器ＴＲＩ のタップ切換器に送給する。それによりタップ切換器は１ステップだけステップ アップされる。 タップ切換器に送給される上記２つの制御信号ｔ_cdＩ及びｔ_cuＩは、第２ａ図 及び第５ａ図の中では、共通して信号ｔ_c Ｉと呼称されている。 タップ切換器の複数のステップは、１つのステップが適切な大きさの電圧変化 を与えるように適合させてある。１ステップ当りの電圧変化の代表的な値は公称 電圧の１．２５％である。 かくして、タップ切換器制御装置の機能は、インバータの制御角の変化の範囲 は十分に活用されるという条件の下に、制御角が所定の範囲を越えるときにステ ップ動作を行うことを指図することである。 第５ｂ図は、第２ｂ図に示された装置の中のタップ切換器制御装置ＴＣＣ_rect を示す。この制御装置には、整流器の制御角α_rectと電圧基準値Ｕd _refとが供 給される。レベル・フリップフロップＮＶ３及びＮＶ４の中で、整流器の制御角 α_rectは、定常状態における制御角の値を保つことが望まれる範囲を画定する制 限値α_{max nom rect}及びα_{min nom rect}のそれぞれと比較される。もしα_rectの 値が値α_{max nom rect}まで上昇すると、ＮＶ３の回路から正の出力信号が得られ 、他方、もしα_rectの値が値α_{min nom rect}まで下降すると、ＮＶ４の回路から 正の出力信号が得られる。ＥＣ１及びＥＣ２の回路の中で、電圧基準値Ｕd _ref は、 公称直流電圧±０．５タップ切換器ステップにそれぞれ対応する値Ｕd _{ref nom} ±ΔＵd _maxと比較される。 もし、下記の２つの式 Ｕd _ref ＝Ｕd _{ref nom}＋ΔＵd _max が成立すると、ＡＮＤ回路ＡＧ１は電圧減少信号ｔ_cdＩを出力して変圧器ＴＲＩ のタップ切換器に送給する。それによりタップ切換器は１ステップだけステップ ダウンされる。 もし、下記の２つの式 Ｕd _ref ＝Ｕd _{ref nom} −ΔＵd _max が成立すると、ＡＮＤ回路ＡＧ２は電圧増加信号ｔ_cuＩを出力して変圧器ＴＲＩ のタップ切換器に送給する。それによりタップ切換器は１ステップだけステップ アップされる。 タップ切換器に送給される上記２つの制御信号ｔ_cdＩ及びｔ_cuＩは、第２ｂ図 及び第５ｂ図の中では、共通して信号ｔ_c Ｉと呼称されている。 タップ切換器の複数のステップは、１つのステップが適切な大きさの電圧変化 を与えるように適合させてある。１ステップ当りの電圧変化の代表的な値は公称 電圧の１．２５％である。 かくして、タップ切換器制御装置の機能は、電圧基準値の制御範囲は十分に活 用されるという条件の下に、制御角が所定の範囲を越えるときにステップ動作を 行うことを指図することである。 第６ａ図は、第２ａ図に図示の実施例におけるインバータの制御角発生器ＣＦ Ｃ_invの実施例を示す。第６ａ図に図示のインバータの制御角発生器ＣＦＣ_invは 、電圧制御器ＣＣＡ_inv，加算器ＳＵ９及びレベル・フリップフロップＮＶ５を 有する。 電流オーダＩＯは加算器ＳＵ９に送られる。加算器ＳＵ９の中では、公知の仕 方で、電流マージンΔＩが電流オーダＩＯから差引かれる。従って実際の電流Ｉ d は、整流器が電流制御を行っている限り、演算結果の電流オーダ（ＩＯ−Δ Ｉ）よりも大きいであろう。そして、電流制御器ＣＣＡ_invの出力信号α_invはそ の上限値まで駆動される。この作用は、整流器の基準値発生器ＶＡＲＣ_rectより 送られる信号α_{max CCA}により制御される。また、電流制御器ＣＣＡ_invの出力信 号α_invは、下方では値α_{min inv}に制限される。この値α_{min inv}は、代表的に は、インバータが動的に整流器作用を行うように変化することを防止するために 、９０°の直上の値を有する。 電流制御器ＣＣＡ_invの出力信号α_invはインバータＳＲIIに供給され、その制 御角を決定する。 レベル・フリップフロップＮＶ５よりの出力信号ＩＣＣは、整流器が電流制御 作用を行っている限りは零であり、従って、α_invはその上限値α_{max CCA}にある 。もし、インバータが、一時的に電流制御作用を行うように変化すると仮定する と、その制御角α_inv は、通常、上限値α_{max CCA} より低く下降するでろあうし 、信号ＩＣＣは「１」になるであろう。それにより、インバータは電流制御作用 を行っていることを示す。 量α_{max inv} ，α_{min nom inv}及びα_{nom inv}は、回路ＵＡＬにより作成される 。 回路ＵＡＬは、インバータの制御角に対する上限値α_{max inv}を、２つの判定 基準に則って決定する。それは、一方では、公知のように、ある所定の整流マー ジンが得られるところの制御角を超過してはならないことである。また、他方で は、インバータの（負の）直流電圧は制御角を増加させてももはや増加しないよ うな制御角を超過してはならないことであり、そのわけは、もしこの基準を守ら ないと、電圧制御は、２つの動作点を持つ可能性があり得るからである。 下限値α_{min nom inv}は、α_inv＝α_{max inv}のときに得られる直流電圧に関し て、１つのタップ切換器ステップに相当するインバータ直流電圧の減少を与える ような制御角である。 インバータの公称動作点は、α_inv＝α_{max inv}のときの電圧よりも０．５タッ プ切換器ステップだけ低いインバータ電圧が得られるような制御角α_{nom inv}に よる動作点である。 第６ｂ図は、第２ｂ図の実施例の中のインバータの制御角発生器ＣＦＣ_invを 示しており、この場合、上記制御角発生器ＣＦＣ_invは、電圧制御器を有し、直 流送電の直流電圧は上記電圧制御器の電圧基準値の制御により影響される。電圧 制御器ＶＣＡ_invは、整流器の基準電圧発生器ＶＡＲＣ_rectより電圧基準値Ｕd _{r ef} を供給され、また整流器の直流電圧の測定値Ｕd _rectを供給される。上記電圧 制御器ＶＣＡ_invは出力信号α_VCAを発生し、それを電流制御器ＣＣＡ_invと、イ ンバータ変圧器のタップ切換器のための制御装置ＴＣＣ_invとに送給する。 電流制御器ＣＣＡ_invの出力信号α_invは、整流器が電流制御を行っている時に 、その上限値に押し上げられる。それは、電圧制御器ＶＣＡ_invによって、値α_{V CA} に向けて制御される。電圧制御器の出力信号の値は、上方向においては値α_{ma x inv} に制限され、下方向においては値α_{min nom inv}に制限される。これらの値 は、第６ａ図を参照して上述したように、回路ＵＡＬから得られる。 上記のように、電圧制御器の入力信号は、その一方は電圧基準値Ｕd _refによ り形成され、その他方は直流送電の直流電圧Ｕd _rectの測定値により形成される 。これらの電圧基準値及び測定値は、両方とも直流送電の整流器側の電圧に関し 、整流器側から通信用連絡線を介して送信される。測定値は、上記の代わりに、 インバータの制御設備の中で、インバータの直流電圧に対し、直流電流と線路の 既知の抵抗値との積を加算することにより形成することも可能である。 第７ａ図は、インバータの制御角に対し、直流電圧を変えるための増分が与え られる実施例の中の、インバータのタップ切換器のための制御ユニットＴＣＣ_{in v} を示す。直流送電の直流電圧Ｕd _rectは、公称直流電圧±１つのタップ切換器 ステップに相当する基準値Ｕd _{max a}及びＵd _{min a}と共に、レベル・フリップフ ロップＮＶ６及びＮＶ７に供給される。もし、式（Ｕd _rect＞Ｕd _{max a}）が成 立するならば、ＮＶ６からは、タップ切換器をステップダウンさせるための信号 が得られ、また、もし、式（Ｕd _rect＜Ｕd _{min a}）が成立するならば、ＮＶ７ からは、タップ切換器をステップアップさせるための信号が得られる。 これらの信号は、ＡＮＤ回路ＡＧ３及びＡＧ４を通ってタップ切換器に送られ るが、ステップダウン信号の場合は、更にＯＲ回路ＯＧ２を経て送られる。最終 的に送り出されるステップダウン信号はｔ_cdIIと呼称され、同ステップアップ信 号はｔ_cuIIと呼称され、また、これら２つの信号は共通の称呼としてｔ_c IIを用 いて示されている。 もし、インバータが一時的に電流制御作用を行ったときは、インバータの制御 角発生器ＣＦＣ_invより供給される信号ＩＣＣは「１」になる。そのため、両方 のＡＮＤ回路ＡＧ３及びＡＧ４はタップ変換機の作用を阻止する。この動作の場 合に、インバータは余りにも小さい制御角では動作しないことを確実にするため に、もし式（α_inv＜α_{min nom inv}）が成立するならば、レベル・フリップフロ ップＮＶ８もしくはＡＮＤ回路ＯＧ２の助けによって、無条件のステップダウン 信号が更に生成される。 第７ｂ図は、インバータは電圧制御器を有し、かつ、直流送電の直流電圧は上 記電圧制御器の電圧基準値を制御することにより影響されるような実施例におけ るインバータのタップ切換器のための制御ユニットＴＣＣ_invを示す。 電圧基準値Ｕd _refの助けによる直流電圧の上記制御は、公称電圧±０．５タ ップ切換器ステップに相当するＵd _{max b}及びＵd _{min b}の間の範囲内で直流電圧 を変化させるであろうから、上記制御ユニットＴＣＣ_invは、一方では整流器に よって起こされるこれらの電圧変動の間の識別をすることができる必要があると ともに、他方ではインバータの交流電圧回路網の中の電圧変化によって起こされ るような電圧変動の間の識別をすることもできなければならない。このことは、 比較回路ＥＣ３及びＥＣ４と、上述したレベル・フリップフロップＮＶ８、ＡＮ Ｄ回路ＡＧ３及びＡＧ４、並びにＯＲ回路ＯＧ２の助けにより達成される。 比較回路ＥＣ３及びＥＣ４のそれぞれは、もし、量α_VCAが制限値のα_{max inv} 又はα_{min nom inv}のいずれかにあるならば、信号「１」を出力する。もし、イ ンバータが電流制御作用を行っているならば、インバータの制御角は量α_VCAに 等しい。このことは、信号α_VCA、従って制御角が上記制限値の間にある限り、 インバータの電圧制御器ＶＣＡ_invのみが直流電圧の偏移に対して反作用を行う ことを意味する。電圧制御器の制御可能力が、比較回路ＥＣ３及びＥＣ４のいず れかより出力される信号「１」により表わされるように、消尽される場合にのみ 、タップ切換器に対して動作信号が送られるであろう。 以上、多くの本発明の実施例を説明したが、勿論本発明の範囲はこれらの実施 例に限定されることはない。 本発明による制御方法の成果は、整流器又はインバータのＵd_io（最大無負荷 電圧）の±１タップ切換器ステップに達する変化が起きた場合には、整流器の制 御角は、制限値α_{max nom rect}及びα_{min nom rect}の間に保たれるであろう。更 に、インバータの制御角は、制限値α_{max inv}及びα_{min nom inv}の間に保たれる であろう。両方の場合、それにより、±０．５タップ切換器ステップに相当する 最大制御角変化を与える。制御角変化のこの制限は、上記の仕方で直流送電の直 流電圧を制御することにより達成される。かくして、最大制御角変化は、従来技 術の装置及び制御方法と比較してほぼ半減される。これは、整流器及びインバー タの両方の無効電力消費量の変化の対応する減少を伴う。この無効電力消費量の 変化は、整流器及びインバータの間に等しく分散されるであろう。 ±１タップ切換器ステップに対応する電圧変化よりも大きい整流器のＵd _ioの 値の変化は、整流器の制御角を所定範囲外に変移させる。そのためタップ切換器 を動作させ、それにより制御角と直流電圧とを公称値に復元させる。 タップ切換器の制御中に起きうる不安定性を避けるためには、直流送電の２つ の変電所（変換機）の間でタップ切換器のステップ操作を同期化すること、すな わち、一方の変電所においてステップ操作を命令しているときは、他方の変電所 におけるステップ操作は、前者の変電所におけるステップ操作が完了するまでお くらせることが有益であろう。 線電圧の変化の最大幅を上記のようにほぼ半減させることは、タップ切換器の ステップの大きさは不変のまま、従ってタップ切換操作頻度及びタップ切換器の 損耗は全く増加させないで達成された。 上述の説明は、２つの交流電圧回路網の間の送電のために設けられた装置に関 する。しかしながら、本発明は、いわゆる多変電所間送電、すなわち、その中に おいて、複数の変換機及び１つの共通直流電圧接続線の助けにより、３つ以上の 交流電圧回路網が互いに接続されている複数の装置に対してもまた適用可能であ る。 その一方、整流器は電圧制御形であってもよく、インバータは電流制御形であ ってもよい。この場合にもまた、本発明によれば、電流制御形変換機（この場合 はインバータ）の制御角変化に対しては、電圧制御形変換機をして直流送電の直 流電圧を変化させることにより制御角変化が反作用を受けるようにして、上記制 御角変化は減少させられる。 上記の実施例においては、制御設備の中で用いられる制限値は、制御角の変化 、従って無効電力の変化が、電流制御形変換機と電圧制御形変換機との間に均等 に分布されるように選定される。この分布の状態は、もし２つの電力回路網がほ ぼ等しい強さを持つならば適切であろう。もし、一方の電力回路網が強く、他方 の電力回路網が弱ければ、前者は、ある一定のレベルの電圧変化に対しては、よ り大きい無効電力の変化に耐えられる。そこで、送電の制御に当っては、強い回 路網は制御角変化のより大きい部分を受け持ち、弱い回路網はそのより小さい部 分を受け持つように制御することが適当であろう。それは、制御設備の中で用い られる制限値の適切な選定により達成される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高圧直流電流による送電を行うための装置であって、 おのおのが１つの交流電圧回路網（ＮＩ，ＮII）に接続され、かつ、直流接続 線（Ｌ）により互いに接続された２つの位相角制御変換機（ＳＲＩ，ＳＲII）と 、 制御手段（ＳＣ，ＣＦＣ_rect，ＣＦＣ_inv）であって、前記変換機の一方（Ｓ ＲＩ）を整流器として働かせ、前記変換機の他方（ＳＲII）をインバータとして 働かせるように制御し、また、前記一方の変換機を前記直流接続線（Ｌ）の中を 流れる直流電流（Ｉd）を制御するための電流制御形変換機（ＳＲＩ）として制 御し、前記他方の変換機を前記直流接続線（Ｌ）の直流電圧（Ｕd）を制御する ための電圧制御形変換機（ＳＲII）として制御するようにされた前記制御手段と を含む前記高圧直流電流による送電装置において、 前記制御手段は構成要素（ＶＡＲＣ_rect）を含み、前記構成要素（ＶＡＲＣ_{re ct} ）は、前記電流制御形変換機（ＳＲＩ）の制御角（α_rect）を検出し、かつ、 前記制御角（α_rect）が変化してその所定の破壊（α_{max nom rect}−α_{min no m rect} ）の制限限界値の１つに達すると、前記電圧制御形変換機（ＳＲII）によ り前記制御角（α_rect）の変化が制限されるようにして、前記送電の前記直流電 圧（Ｕd）を制御するようにされたこと を特徴とする高圧直流電流による送電を行うための装置。 ２．請求項１記載の装置において、前記制御手段は、 前記電圧制御形変換機（ＳＲII）の制御角（α_inv）のための制御信号（α_{max CCA} ）であって、前記電流制御形変換機（ＳＲＩ）の制御角（α_rect）に依存す る前記制御信号（α_{max CCA}）を発生するようにされた手段（ＶＡＲＣ_rect）、 及び 前記制御信号（α_{max CCA}）に従って、前記電圧制御形変換機（ＳＲII）の制 御角（α_inv）を制御するようにされた手段（ＣＣＡ_inv） を含むことを特徴とする高圧直流電流による送電を行うための装置。 ３．請求項２記載の装置において、前記電圧制御形変換機（ＳＲII）は、タッ プ切換器を備えた変圧器（ＴＲII）を通してその交流電圧回路網（ＮII）に接続 されており、前記制御手段は、前記タップ切換器の２つのタップ切換器ステップ に相当する電圧変化より小さい電圧範囲に対応する制御角範囲（α_{max inv} −α_{min nom inv} ）内に、前記電圧制御形変換機（ＳＲII）の制御角（α_inv）を制限 するための手段（ＳＵ４，ＳＵ５）を含むことを特徴とする高圧直流電流による 送電を行うための装置。 ４．請求項１記載の装置において、前記制御手段は、 前記電流制御形変換機（ＳＲＩ）の制御角（α_rect）に依存して、前記送電の 前記直流電圧（Ｕd）に対する基準電圧（Ｕd _ref）を発生するようにされた手段 と、 前記基準電圧を供給され、かつ、該基準電圧に従って前記送電の前記直流電圧 （Ｕd）を制御するために、前記電圧制御形変換機（ＳＲII）の制御角（α_inv） に対して影響を与えるようにされた制御角決定手段（ＶＣＡ_inv）と を含むことを特徴とする高圧直流電流による送電を行うための装置。 ５．請求項４記載の装置において、前記制御手段は、手段（ＢＣ，ＳＷ）を含 んでおり、該手段（ＢＣ，ＳＷ）は、もし前記制御角（α_rect）が前記所定の範 囲の制限限界値の１つに達すると、最初の電流制御形変換機（ＳＲＩ）の主回路 の方程式に基いて、前記所定の範囲の制限限界値以内に存在する制御角に対応す る直流電圧値（Ｕd _{ref comp}）を算出し、この直流電圧値を電圧基準値（Ｕd _{re f} ）として前記制御角決定手段（ＶＣＡ_inv）に供給するようにされたことを特徴 とする高圧直流電流による送電を行うための装置。 ６．請求項４記載の装置において、前記電圧制御形変換機（ＳＲII）は、タッ プ切換器を備えた変圧器（ＴＲII）を通してその交流電圧回路網（ＮII）に接続 されており、前記制御手段は、前記タップ切換器の２つのタップ切換器ステップ に相当する電圧変化より小さい電圧範囲に対応する制御角範囲（α_{max inv} −α_{min nom inv} ）内に、前記電圧制御形変換機（ＳＲII）の制御角（α_inv）を制限 するための手段（ＵＡＬ，ＶＣＡ_inv）を含むことを特徴とする高圧直流電流に よる送電を行うための装置。 ７．請求項６記載の装置において、前記制御手段は、前記電圧制御形変換機 （ＳＲII）の制御角（α_inv）が前記制御角範囲内にある限り、前記タップ切換 器による操作を阻止するようにされた手段（ＥＣ３，ＥＣ４）を含むことを特徴 とする高圧直流電流による送電を行うための装置。 ８．請求項１記載の装置において、前記電流制御形変換機（ＳＲＩ）は、タッ プ切換器を備えた変圧器（ＴＲＩ）を通してその交流電圧回路網（ＮＩ）に接続 されており、前記所定の制御角範囲（α_{max nom rect}−α_{min nom rect}）は、前 記電流制御形変換機（ＳＲＩ）の制御角（α_rect）の、前記所定の制御角範囲の 中心とその制限限界値の１つとの間における変化が、前記タップ切換器のタップ 位置の１つのステップの変化により起こされる直流電圧の変化よりも小さい前記 変換機の直流電圧の変化に対応するように選定されることを特徴とする高圧直流 電流による送電を行うための装置。 ９．請求項８記載の装置において、前記制御手段は、前記電流制御形変換機の 制御角（α_rect）に依存して、前記電圧制御形変換機の１つの変数（α_{max CCA} ，Ｕd）を、１つの上限値及び１つの下限値により画定される１つの制御範囲（ α_{max inv} −α_{min nom inv} ；Ｕd _{ref nom} ±ΔＵd _max）内に制御するように された手段（ＶＡＲＣ_rect）と、前記変数が前記制御範囲内に存在する期間内に 限り、前記タップ切換器の操作を阻止するようにされた手段（ＥＣ１，ＥＣ２， ＡＧ１，ＡＧ２）とを含むことを特徴とする高圧直流電流による送電を行うため の装置。 10．請求項１−９のいずれかに記載の装置であって、前記変換機の少なくとも 一方は、直列コンデンサ（ＣＩ，ＣII）を通して、その交流電圧回路網に接続さ れていることを特徴とする高圧直流電流による送電を行うための装置。