JPH0974682A

JPH0974682A - 直列コンデンサ制御装置

Info

Publication number: JPH0974682A
Application number: JP7226236A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Konishi; 博雄小西; Masahiro Watanabe; 雅浩渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】高速に容量性から誘導性、または誘導性から容
量性に制御することが出来る直列コンデンサ制御装置を
得る。【構成】直列コンデンサと並列接続されたリアクトルと
該リアクトルの電流を制御する逆並列接続されたサイリ
スタとが接続されて構成される直列コンデンサのインピ
ーダンス値を変化させるサイリスタ直列コンデンサ制御
手段，運転指令値に従ってサイリスタ直列コンデンサ制
御手段を制御するための制御手段，直列コンデンサを容
量性，誘導性で使用するかを判断する判断手段，直列コ
ンデンサの電圧に対応して並列接続されたサイリスタを
制御するパルス位相制御手段，該パルス位相制御手段は
判断手段に応じて基準位相パルスを移相することを特徴
とする。【効果】誘導性，容量性と広範囲に制御する場合に、安
定でかつ高速なインピーダンス制御可能な直列コンデン
サ制御装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は長距離送電線に適用され
る直列コンデンサ制御装置に係り、特にサイリスタ制御
される直列コンデンサの制御応答を高速にするに好適な
直列コンデンサ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力需要の増加に対して発電所の建設や
送電線の敷設が困難な状況にあり、パワーエレクトロニ
クス技術を駆使して、既存の送電設備を目一杯有効活用
して従来よりも大きな電力を安定に送るいわゆるＦＡＣ
ＴＳ（Flexible ACTransmission Systems) 構想がアメ
リカを中心に検討されている。ＦＡＣＴＳ技術の１つと
して送電線のリアクタンスを補償して、送電線を見かけ
上短くするサイリスタ制御の直列コンデンサ補償技術が
考えられている。これは従来、長距離送電線に使用され
てきた直列コンデンサ補償装置の直列コンデンサに並列
にリアクトルと逆並列接続されたサイリスタを接続し、
サイリスタの位相制御によりリアクトルに流れる電流を
制御して、直列コンデンサの等価補償容量を変化させる
ものである。サイリスタ制御を持たない従来の直列コン
デンサでは直列コンデンサと送電線のリアクタンスや発
電機のリアクタンスと直列共振を生じ、タービン−発電
機の軸ねじれ現象を生じる危険性がある。特に直列コン
デンサの補償容量を大きくすればするほど送電線のリア
クタンスが補償されることになるので、見かけ上の送電
線が短くなり、安定に送れる電力が大きくなる。しかし
補償容量が大きくなると直列共振周波数が高くなるの
で、軸ねじれを発生する周波数が低くなる。一般にター
ビン−発電機の固有振動数（軸ねじれ周波数）は低いの
で直列コンデンサの補償量を大きくすると軸ねじれが発
生しやすくなると言われている。サイリスタ制御直列コ
ンデンサでは等価的な直列コンデンサ容量をサイリスタ
を位相制御することにより変えることが出来るので、軸
ねじれが発生しやすくなるような系統条件となった場合
にも、コンデンサ容量を変えることによって共振周波数
を変えることが出来るので軸ねじれ振動は抑制できると
考えられている。図２にサイリスタ制御直列コンデンサ
装置の位相制御角に対するインピーダンの値を示す。イ
ンピーダンスの正側が容量性、負側が誘導性のインピー
ダンスを表す。制御角β＝βｃにおいてインピーダンス
が無限大となる。すなわちサイリスタ制御直列コンデン
サ装置の並列共振点を生じる。これは直列コンデンサの
値と、並列に接続されるリアクトルの値を適切に選ぶこ
とによりこのような特性を得ることができる。サイリス
タ制御直列コンデンサでは送電線のリアクタンスを補償
する場合は容量性の領域を使い、送電線事故時等、保護
動作をさせる場合は誘導性と２つの領域を有効に使いわ
けて制御が行われる。

【０００３】図３にこの時の送電線に流れる電流ｉｌと
直列コンデンサ両端の電圧Ｖｃを示す。サイリスタの位
相制御により、サイリスタ制御直列コンデンサ装置のイ
ンピーダンスが容量性のときには流れる電流ｉｌに対し
てコンデンサ両端の電圧は遅れの電圧Ｖｃ１となる。一
方、誘導性のときは進みのＶｃ２となる。すなわち位相
制御を行う位相の基準点が容量性の場合と誘導性の場合
とで１８０度異なることになる。基準点が１８０度異な
るものであるため、誘導性から容量性、またはその逆に
インピーダンスを制御しようとすると応答が遅くなる問
題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記し
た従来技術における問題点を解決し、高速に容量性から
誘導性、または誘導性から容量性に制御することが出来
る直列コンデンサ制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の直列コンデンサ
制御装置は上述の目的を達成するため電力送電線のリア
クタンスを補償する直列コンデンサと、この直列コンデ
ンサに対して並列に接続されたリアクトルと、このリア
クトルに流れる電流を制御する逆並列接続されたサイリ
スタとを備えた直列コンデンサのインピーダンス値を可
変にするサイリスタ直列コンデンサ制御手段と、運転指
令を入力してサイリスタ直列コンデンサ制御手段を制御
する制御指令値を出力する制御指令出力手段、サイリス
タ直列コンデンサ制御手段を容量性で使用するか、誘導
性で使用するかを判断する判断手段、直列コンデンサの
両端電圧を検出する電圧検出手段、この電圧検出手段に
より検出された電圧から直列コンデンサに並列接続され
たサイリスタを制御する基準位相パルスを作成し、制御
指令出力手段の出力信号に応じて基準位相パルスを移相
するパルス位相制御手段、このパルス位相制御手段は判
断手段に対応して基準位相パルスを移相する機能を持っ
て構成されることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】サイリスタ制御直列コンデンサ手段は並列に接
続されたリアクトルに流れる電流を制御することによっ
て図２に示すようにインピーダンス値を変化させること
ができる。制御手段は外部の運転指令値に従って該サイ
リスタ制御直列コンデンサ手段のインピーダンス値をい
くらにするかを演算する。判断手段は該サイリスタ制御
直列コンデンサのインピーダンスを容量性で使用する
か、誘導性で使用するかを判断し、パスル位相制御手段
にパルスの移相量を出力する。パルス位相制御手段は直
列コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出手段から直
列コンデンサに並列接続されたサイリスタを制御するた
めの基準位相パルスを作成し、前記制御回路手段の出力
信号に応じて該基準位相パルスを移相すると共に、該サ
イリスタ制御直列コンデンサ手段のインピーダンスが容
量性から誘導性、または誘導性から容量性に切り替わっ
た場合に前記判断手段の出力に基づいて、基準位相パル
スを移相させる。従って外部運転指令値から該サイリス
タ制御直列コンデンサ手段のインピーダンス値を容量性
か誘導性かで高速に基準パルス位相の切り替えが行える
ので制御回路からの指令に従って適切な位相のパルスが
得られ、該サイリスタ制御直列コンデンサ手段の高速な
応答を得ることができる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図において
１０は発電所または発電所を含む交流系統、２０は負荷
系統、３０は交流系統１０と負荷系統２０を結ぶ交流送
電線、３１は交流送電線３０のリアクタンス、４０は送
電線のリアクタンス３１を補償する直列コンデンサ、４
１は直列コンデンサの等価容量を変えるための直列コン
デンサの並列リアクトル、４２，４３は並列リアクトル
に流れる電流位相を制御するためのサイリスタで、直列
コンデンサ４０と並列リアクトル４１及び逆並列に接続
されたサイリスタによりサイリスタ制御直列コンデンサ
を構成する。４４は直列コンデンサ４０の両端の電圧を
検出する電圧検出器、４００は該サイリスタ制御直列コ
ンデンサを外部運転指令値Ｚｐに基づいた動作状態とす
るための制御指令値を作成，出力するための制御指令出
力装置、４０１は前記直列コンデンサ両端の電圧検出器
４４から検出された電圧から、サイリスタを制御するた
めの基準位相パルスを作成し、制御指令出力装置からの
指令値に応じて基準位相パルスを移相した制御パルスを
出力するパルス位相制御装置、４０２は判断回路で外部
運転指令値ＣＯＭに応じて該サイリスタ制御直列コンデ
ンサを容量性インピーダンスで使うか、誘導性で使うか
を判断し、容量性から誘導性に変化させる場合は１８０
度位相を進め、誘導性から容量性に変化させる場合は１
８０度遅らせる信号を前記パルス位相制御装置４０１に
出力する。

【０００８】図２にサイリスタ制御直列コンデンサの制
御角（制御パルス位相）に対するインピーダンスを示
す。制御角βが０の時はサイリスタはオフの状態であ
り、サイリスタ制御直列コンデンサのインピーダンスは
直列コンデンサの値である。制御角βを大きくして並列
リアクトルに流れる電流を大きくしていくと、直列コン
デンサに流れる誘導性の電流が増加しサイリスタ制御直
列コンデンサの等価的な容量性インピーダンスが増加す
る。制御角がβｃのところでは系統の周波数における共
振点となり、サイリスタ制御直列コンデンサのインピー
ダンスは無限大に大きくなる。制御角がβｃよりさらに
大きくなると直列コンデンサに流れる電流は誘導性の電
流の方が大きくなりサイリスタ制御直列コンデンサのイ
ンピーダンスは誘導性となる。制御角βが９０度に近づ
くとサイリスタ制御直列コンデンサのインピーダンスは
誘導性で小さくなり、９０度では直列コンデンサと並列
リアクトルの合成インピーダンスとなり、一般に並列リ
アクトル値が直列コンデンサの値よりも小さくなるの
で、図示のような誘導性のインピーダンスとなる。βｃ
の値は直列コンデンサと並列リアクトル値の組合せによ
って変わってくる。リアクトル値を大きく取るとβｃは
９０度以上の値となり、制御範囲では共振点は現れなく
なる。

【０００９】図３にサイリスタ制御直列コンデンサの制
御の方法を示す。サイリスタに電流が流れないβ＝０の
場合を示す。ここで制御角βは直列コンデンサ両端の電
圧が正から負となる時点が図１において正側サイリスタ
４２の基準パルス位相βｐ＝０点、負から正となる時点
が負側サイリスタ４３の制御角の基準パルス位相βｎ＝
０点ととり、β＝０からの角度を制御角（進み制御角）
と定義する。図において送電線、即ち直列コンデンサに
流れる電流をｉｌ、直列コンデンサ両端の電圧をＶｃと
すると、サイリスタ制御直列コンデンサが容量性のイン
ピーダンスの時はＶｃ２、誘導性の時はＶｃ１となる。
即ち基準位相パルスの位相が誘導性と容量性で１８０度
位相することを表している。この状態は制御角を変更し
てサイリスタ制御直列コンデンサを容量性で制御する場
合と誘導性で制御する場合でパルスの基準点が変わり、
制御に応じて基準点が変わることを表している。容量性
から誘導性、また誘導性から容量性に制御しようとした
場合に安定に制御することが難しくなることを表してい
る。このため本発明では判断回路４０２を設けて、誘導
性から容量性、またはその逆にインピーダンス値を変え
る場合にパルス位相制御装置の基準パルス位相を移相さ
せて安定な応答を得る構成としている。

【００１０】図４に具体的なパルス位相制御装置の一実
施例を示す。ＣＡＬ４５０は直列コンデンサ両端の電圧
検出器４４からの３相電圧信号を使って基準となる相の
電圧位相θａを計算する演算回路、ＡＤ１（４５２）は
求まった電圧位相θａと内部で作られたこれと同相の位
相θｂの位相差を求める第１の加算器、ＡＭＰ４５４は
位相差の出力信号をフィルタリングし増幅する演算増幅
器、ＡＤ２(４５６)は演算増幅器の出力に判断回路から
の出力を加算する第２の加算器、ＩＮＴ(458）は第２の
加算器の出力を積分する積分器で、積分器の出力の値が
２π相当の値以上となった場合にこの積分器はリセット
する機能を備えている。この積分器出力は前記第１の加
算器ＡＤ１（４５２）の２入力のうちの１つの入力に導
かれる。第１の加算器ＡＤ１（４５２），演算増幅器Ａ
ＭＰ４５４，積分器ＩＮＴ４５８で欲しられたフェーズ
ロックトループ（ＰＬＬ）を構成する。この回路構成に
より電圧位相θａと同相の位相信号θｂを得ることがで
きる。ＰＳ４６０は得られたθｂと前記制御指令出力装
置４００からの制御指令値から制御パルスを作成するパ
ルス位相回路である。

【００１１】この回路の動作を図５を用いて説明する。
sinθ は直列コンデンサ両端の電圧１相分の規格化され
た基準電圧を示す。演算回路ＣＡＬ４５０ではsinθ と
同位相で０から２πを繰り返しとする鋸波θａが作成さ
れる。θａは内部で作られた位相信号θｂと第１の加算
器で位相差が計算される。この位相差はＡＭＰ４５４で
フィルタリング増幅され、平滑された直流分の位相差Δ
θを得る。Δθは積分器ＩＮＴ４５８で積分されθが作
られる。積分器は２π相当となったときリセットされθ
ｂの鋸波θａと同位相の位相が作られる。これが制御パ
ルスを作る基準パルス位相を与える信号となる。ＰＳで
は鋸波θｂと制御指令出力装置４００からの制御指令Ｅ
ｃとを比較し、一致したところで制御パルスを出力す
る。他相の基準パルス位相はθｂを必要な角度だけ移相
することによって得られる。パルス位相制御装置４０１
は演算回路ＣＡＬ４５０，第１の加算器ＡＤ１(４５
２)，演算回路ＡＭＰ４５４，積分器ＩＮＴ４５６及び
位相器ＰＳ４６０で構成される。図６に判断回路４０２
の動作を含めたパスル位相制御装置の動作説明を示す。
外部の運転指令回路ＣＯＭからｔｏにおいてサイリスタ
制御直列コンデンサを容量性から誘導性に変更した場合
を考える。容量性から誘導性に変更した場合は基準パル
スの位相が１８０度遅れることになる。このため判断回
路４０２では180度の遅れに相当する信号−Ｖｃを第２
の加算器ＡＤ２（４５６）に出力する。このため平滑化
直流量に変換された位相差Δθに−Ｖｃが加算され、積
分器INT458ではｔｏ時点において位相が１８０度遅れた
鋸波θｂが得られる。移相した鋸波から制御パルスは位
相回路ＰＳ４６０で制御指令出力装置４００からの制御
指令値Ｅｃと比較することにより作られる。

【００１２】誘導性から容量性への変更が有った場合は
基準パルス位相が１８０度進むことになるので、この場
合は判断回路４０２では１８０度の進みに相当する信号
Ｖｃを第２の加算器ＡＤ２（４５６）に出力する。第２
の加算器で加算された信号Δθが積分器ＩＮＴ４５８で
積分され１８０度進んだ鋸波θｂが得られる。なお、第
２の加算器の出力は積分器ＩＮＴ４５８の入力となるの
で、位相を変化させるときのみ移相させる±１８０度相
当分だけ加算し、移相が完了した時点では積分器の入力
はもとの値に戻す必要がある。

【００１３】容量性から誘導性またはこの逆に変更した
場合、直列コンデンサ両端の電圧検出器４４から作られ
る基準位相θａは、サイリスタ制御直列コンデンサの制
御パルスが変更され、これに伴って図３に示したように
両端の電圧位相が変化して変わっていくことになり短い
時間の後、１８０度進みまたは遅側に移相して定常状態
に達する。

【００１４】本発明の直列コンデンサ制御装置の使用例
として、送電線にサイリスタ制御直列コンデンサを挿入
し起動する場合は、最初容量性で起動するとコンデンサ
への充電電流が流れて、種々の悪影響を与える。従って
起動時は誘導性として起動するのがよい。このような場
合判断回路４０２で誘導性として起動し、起動終了後は
容量性に変更し、必要な補償容量で運転するようにする
のが好適である。

【００１５】また一般の電力系統の系統事故時に容量性
で運転すると事故電流が大きくなることが考えられる。
この場合も電力系統に本発明の直列コンデンサ制御装置
を挿入して、誘導性として動作させることにより事故電
流を抑えることが有効であり、このような運転も本発明
によれば容易に行える。

【００１６】また系統事故時に図面には記載していない
が、直列コンデンサがアレスタ等保護装置により短絡さ
れ直列コンデンサ両端の電圧が検出できないとか電圧が
低下して検出できない場合にはパルスの基準点が得られ
ない。このような場合には位相記憶手段を持ったパルス
位相制御装置を使って運転するのが好適である。即ち、
事故前の位相に基づいて制御パルスを作り運転すること
が事故除去時の電力回復を早くすることが可能となる。

【００１７】さらに、図７に本発明の制御装置を適用し
た場合の実施例を示す。２回線送電線のうちの１回線の
インピーダンスをサイリスタ制御直列コンデンサで制御
する場合を示す。１は発電所、２は負荷の交流系統、３
は昇圧用変圧器、４１，４２は発電所１の電力を負荷２
に送電する２回線からなる送電線、４１１，４１２は送
電線のインダンクタンス、４０１〜４０４は送電線のイ
ンダンタンス補償用のサイリスタ制御直列コンデンサ
で、詳細は４０３に示された構成と同等である。各々の
サイリスタ制御直列コンデンサは以下から構成される。
４０３１，4032は直列補償用コンデンサ、４０５１，４
０５２はリアクトル、ＴＨ１〜ＴＨ４はリアクトルの電
流を位相制御するサイリスタ、４０６０は送電線４２を
流れる電流を検出する交流電流変成器、４０７１，４０
７２は直列コンデンサ４０３１と４０３２の両端の電圧
を検出する交流電圧変成器である。５０はサイリスタ制
御直列コンデンサ４０３の運転指令装置、５１は交流電
流変成器４０６０と交流電圧変成器４０７１と４０７２
とからサイリスタ制御直列コンデンサのインピーダンス
を演算するインピーダンス演算回路、５２は運転指令装
置５０からのインピーダンス指令値とインピーダンス演
算値との偏差を求める加算器、５３は偏差増幅回路、５
４，５５は偏差増幅回路の出力、運転指令装置５０から
の運転指令値及び直列コンデンサの両端の電圧からサイ
リスタ制御直列コンデンサを指令値に応じたインピーダ
ンスに制御するためのパルスを出力する位相制御回路で
ある。サイリスタ制御直列コンデンサを送電線に投入す
るときを一例に、本装置による動作を説明する。

【００１８】送電線に直列コンデンサを投入するとき直
列コンデンサのインピーダンスは零で投入するのが送電
線電流を乱さないので好ましい。このため直列コンデン
サ４０３１はリアクトル（誘導性インピーダンス）、４
０３２はコンデンサ（容量性インピーダンス）として動
作させ、２つのサイリスタ制御直列コンデンサのトータ
ルのインピーダンスを出来るだけ零に近づける。即ち、
直列コンデンサ4031のサイリスタＴＨ１，ＴＨ２は全導
通状態として誘導性インピーダンスとする。一方直列コ
ンデンサ４０３２のサイリスタはオープン状態として容
量性インピーダンスとする。サイリスタ制御直列コンデ
ンサのトータルのインピーダンスは（容量性−誘導性）
のインピーダンスとなる。従って、装置設計時点でこの
容量性インピーダンス（直列コンデンサのインピーダン
ス）＝誘導性インピーダンスと設計しておけば投入時の
インピーダンスを理論上、零とすることができる。この
動作を行わせるため、運転指令装置から位置制御装置５
４にはサイリスタを全導通とし、リアクトルとして動作
させる点弧角を指令する。一方の位相制御回路５５には
サイリスタをブロックする（パルスを出さない）指令を
出す。その後、サイリスタ制御直列コンデンサ４０３２
をデブロック（起動）して、容量性インピーダンスとし
て動作させ、さらに４０３１の動作を容量性インピーダ
ンスとしてトータルインピーダンスが必要なインピーダ
ンスとなるように制御する。またサイリスタ制御直列コ
ンデンサ４０３２をデブロックするときに誘導性インピ
ーダンス、即ち全導通状態でデブロックすると同時に、
サイリスタ制御直列コンデンサ４０３１を容量性インピ
ーダンスに制御する。この後、サイリスタ制御直列コン
デンサ４０３２も容量性インピーダンスに制御して必要
な容量性インピーダンスとする。

【００１９】本発明では上述したようにサイリスタ制御
直列コンデンサのインピーダンスが誘導性と容量性いず
れも高速に行えるので、直列コンデンサの送電線への投
入も安定に行える。

【００２０】

【発明の効果】サイリスタ制御直列コンデンサを容量性
から誘導性、また誘導性から容量性と広範囲に制御する
場合に、安定でかつ高速なインピーダンス制御可能なサ
イリスタ制御直列コンデンサ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御装置を備えたサイリスタ制御直列
コンデンサの一実施例。

【図２】サイリスタ制御直列コンデンサのインピーダン
ス特性。

【図３】サイリスタ制御直列コンデンサの動作を説明す
るための図。

【図４】図１のパルス位相制御装置の詳細ブロック。

【図５】パルス位相制御装置の動作説明図。

【図６】パルス位相制御装置の動作説明図。

【図７】本発明の直列コンデンサの一実施例。

【符号の説明】

１０…交流系統、２０…負荷系統、３０…交流送電線、
３１…交流送電線３０のリアクタンス、４０…直列コン
デンサ、４１…並列リアクトル、４２，４３…サイリス
タ、４４…電圧検出器、４００…制御指令出力装置、４
０１…パルス位相制御装置、４０２…判断回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力送電線のリアクタンスを補償する直列
コンデンサと、該直列コンデンサに対して並列に接続されたリアクトル
と、該リアクトルに流れる電流を制御する逆並列接続された
サイリスタとを備えた前記直列コンデンサのインピーダ
ンス値を可変にするサイリスタ直列コンデンサ制御手
段、運転指令を入力して前記サイリスタ直列コンデンサ制御
手段を制御する制御指令値を出力する制御指令出力手
段、前記サイリスタ直列コンデンサ制御手段を容量性で使用
するか、誘導性で使用するかを判断する判断手段、前記直列コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出手
段、該電圧検出手段により検出された電圧から前記直列コン
デンサに並列接続されたサイリスタを制御する基準位相
パルスを作成し、前記制御指令出力手段の出力信号に応
じて前記基準位相パルスを移相するパルス位相制御手
段、該パルス位相制御手段は前記判断手段に対応して前記基
準位相パルスを移相する機能を持って構成される直列コ
ンデンサ制御装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項の直列コンデンサ制
御装置において、前記判断手段は外部運転指令値からのインピーダンス指
令が容量性から誘導性または誘導性から容量性に変化し
た場合のみ前記パルス位相制御手段の基準パルス位相を
移相することを特徴とする直列コンデンサ制御装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項の直列コンデンサ制
御装置において、前記サイリスタ直列コンデンサ制御手段は誘導性インピ
ーダンスとして起動し、起動した後の所定の時間経過
後、必要な補償容量に制御して容量性に変更することを
特徴とする直列コンデンサ制御装置。
【請求項４】特許請求の範囲第１項の直列コンデンサ制
御装置において、前記電力系統に事故が発生したときは前記サイリスタ直
列コンデンサ制御手段は誘導性インピーダンスとなるこ
とを特徴とする直列コンデンサ制御装置。
【請求項５】特許請求の範囲第１項の直列コンデンサ制
御装置において、前記電力系統の事故時に前記パルス位相制御手段の基準
位相パルスとして事故前の値を用いて前記サイリスタ直
列コンデンサ制御手段のインピーダンスを制御すること
を特徴とする直列コンデンサ制御装置。