JPH10313541A - 送電プラント - Google Patents

送電プラント

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JPH10313541A
JPH10313541A JP10074609A JP7460998A JPH10313541A JP H10313541 A JPH10313541 A JP H10313541A JP 10074609 A JP10074609 A JP 10074609A JP 7460998 A JP7460998 A JP 7460998A JP H10313541 A JPH10313541 A JP H10313541A
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JP
Japan
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voltage
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plant
parallel
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JP10074609A
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English (en)
Inventor
Gunnar Asplund
グンナール，アスプルンド
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ABB AB
Original Assignee
Asea Brown Boveri AB
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧直流電流（ＨＶＤＣ）用の直流電圧ネ
ットワーク（１）とそこにステーションを介して接続さ
れた交流電圧ネットワーク（５）間の過電流を制限する
ことを目的とする。 【解決手段】 ステーションは直流電圧ネットワークと
交流電圧ネットワークとの間で電力の伝送を実行するよ
うに適合され、直流電圧を交流電圧にまたその逆方向に
変換するように適合された少なくとも１つのＶＳＣ変換
器（９）を含み、直流電圧ネットワーク内に少なくとも
１つの非導通型半導体素子（１４、１４’）とサージ分
流加減器（１５、１５’）とを並列接続したものを接続
して、電流が予め定められた値を超えると、半導体素子
を交互に非導通として過電流が流れないように制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高電圧直流電流（Ｈ
ＶＤＣ）用直流電圧ネットワークとそこにステーション
を通して接続された少なくとも１つの交流電圧ネットワ
ークとを含む送電プラントに係わり、ここでそのステー
ションは直流電圧ネットワークと交流電圧ネットワーク
との間の送電を実行するように適合されており、直流電
圧を交流電圧にまたその逆方向にも変換するように適合
されている少なくとも１つのＶＳＣ変換器を含む、前記
プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】この様なプラントは最近、論文”２また
は３レベル高電力電圧源変換器のＰＷＭ並びに制御”ア
ンダース・リンドバーグ（Anders Lindberg ）、クング
リガ・テクニスカ・フクスコラン（Kungliga Tekniska
Hoegskolan）著、ストックホルム、１９９５年を通して
知られてきており、この刊行物の中に高電圧直流電流
（ＨＶＤＣ）用直流電圧ネットワークを通して送電する
ためのこの様なプラントが記述されている。前記論文が
発行される以前は、高電圧直流電流用直流電圧ネットワ
ークを通して送電するためのプラントは、送電ステーシ
ョン内でライン整流ＣＳＣ（電流源変換器）変換器を使
用していた。高電圧用途のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ＝絶縁ゲートを有するバイポーラトラ
ンジスタ）が開発されそれらを変換器のバルブ内で直列
接続するのに適するようになり、これらを同時に導通お
よび遮断することが容易になったため、強制整流用ＶＳ
Ｃ（電圧源変換器）変換器がこれに代わるものとなって
きている、またそれを通して電圧が安定されている高電
圧直流ネットワークと、そこに接続されている交流電圧
ネットワーク間のこの送電方式はＨＶＤＣ内でライン整
流ＣＳＣを使用した場合に比べていくつかの重要な特長
を具備しており、その中でも有効および無効電力消費が
互いに独立して制御され、変換器内での整流が失敗する
危険が無く、従ってライン整流ＣＳＣで発生する可能性
のある、異なるＨＶＤＣリンク間で整流の失敗が伝送さ
れる危険が無いことが言える。更に弱い交流電圧ネット
ワークまたはそれ自身では発電しないネットワーク（無
効交流電圧ネットワーク）に送電することも可能性であ
る。更に別の特長もまた存在する。
【０００３】しかしながら変圧器を持たないこの新たな
型式のプラントでは、直流電圧ネットワーク内の電流を
急速に制限しまたその電流を素早く中断出来るようにす
る必要があり、それはここでは交流電圧ネットワークが
ＶＳＣ変換器を通して直流電圧ネットワークに直接接続
されているためであり、これは例えば接地故障が生じた
際に急激に非常な高電流が直流電圧ネットワークの中に
直接流れ込むことを意味している。多くの場合直流電圧
ネットワーク内に機械的遮断器を設置することは受け入
れがたい解決策であって、それは電流を遮断するのに許
容出来る時間がその様な遮断器にとって短すぎるためで
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は緒言部
で定義した型式のプラントを提供することであり、その
中で上述の問題が満足の行く方法で解決されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば、少なくとも１つの遮断型半導体素子と、この様なプ
ラントの直流電圧ネットワーク内のサージ分流加減器と
を少なくとも１つ並列接続したものを接続して実現され
ている。
【０００６】直流電圧ネットワーク内にこの様に並列接
続されたものを用意することにより、直流電圧ネットワ
ークを流れる電流を非常に速やかに制限できるが、それ
はこの様な半導体素子は必要が生じた場合に半導体素子
を非導通とすることで非常に素早く遮断出来るからであ
る。サージ分流加減器の大きさ、すなわち導通となる電
圧レベルが好適に定められているとすると、直流電圧ネ
ットワーク内の電流もまた半導体素子を非導通とするこ
とにより遮断される。この並列接続部で吸収される電気
エネルギーのほぼ全部がサージ分流加減器で吸収される
ので、半導体素子は過電流に対して保護される。
【０００７】本発明の提出された実施例によれば、この
プラントの型式は直流電圧ネットワークを通る電流が２
つの方向に流れることが可能であり、並列接続部の前記
半導体素子が２つ反対方向に直列接続され、別の整流ダ
イオードが各々の半導体素子に逆並列接続されているも
のである。この様に半導体素子、整流ダイオード並びに
サージ分流加減器を直流電圧ネットワーク内で並列接続
することにより、先に述べた優れた電流制限および電流
遮断機能が安全に実現でき、またいわゆる網状ネットワ
ークの場合の様にある瞬間に直流電圧ネットワーク内で
の電流の向きが全体としてはっきりしていないような場
合にも実現できる。従ってこの様な場合の制御、すなわ
ち２つの半導体素子の導通または非導通は同時に行われ
る。
【０００８】本発明の別の提出された実施例によれば、
このプラントは、並列接続部の半導体素子を、そこを流
れる電流が予め定められたレベルを超えた時点で非導通
にするように適合されている装置を含む。直流電圧ネッ
トワーク内での電流制限は少なくともこれによって行わ
れ、そこにかかる電圧とサージ分流加減器の大きさ応じ
て電流が遮断される。
【０００９】本発明の別の提出された実施例によれば、
直流電圧ネットワーク内の電流が予め定められたレベル
を超える際に、並列接続部の半導体素子をその直流電圧
ネットワーク内の電流が最大値を超えないように調整す
るよう適合された周波数で、交互に非導通および導通さ
せ始める。この様に半導体素子を交互に導通および非導
通とすることにより、直流電圧ネットワーク内の電流を
望ましいレベルに調整することができ、従ってその電流
は望ましい方法で制限される。電流強度は並列接続部の
半導体素子の非導通時間と導通時間の長さの関係で決ま
る。
【００１０】本発明の別の提出された実施例によれば、
このプラントは直流電圧ネットワーク内に接続された複
数の前記並列接続部を含む。この様な並列接続部複数個
設置し、この数を適切に選択することにより、直流電圧
ネットワークを流れる電流を半導体素子の数を変えて異
なる強度で制限し、これらを十分な個数だけ非導通とす
ることで電流を遮断することが可能である。
【００１１】本発明の別の提出された実施例によれば、
最後に説明した実施例を更に発展させて構成されてお
り、前記装置は直流電圧ネットワーク内の電流が予め定
められたレベルを超えた際に、異なる半導体素子を交互
に前記電流強度に依存して定められたパターンに基づい
て導通および非導通とし、直流電圧ネットワークを通る
電流が予め定められた許容最大レベルを超えないように
調整するように適合されている。直流電圧ネットワーク
内の電流はこれにより高い信頼性をもって許容最大レベ
ルを超えないように制限される。半導体素子を交互に導
通および非導通とし、これによって半導体素子およびサ
ージ分流加減器を通る電流を交互に導通させることで、
同時に例えば接地故障の際に直流電圧ネットワークに伝
送されるはずの大量の電気エネルギーをサージ分流加減
器で処理することが可能である。
【００１２】本発明の別の提出された実施例によれば、
この装置は直流電圧ネットワーク内の電流が予め定めら
れたレベルを超えると、この様に非常に多数の半導体素
子を非導通とするように適合されており、これと同じ数
のサージ分流加減器が直流電圧ネットワークで取り扱わ
れる電圧を制御し、直流電圧ネットワーク内の電流が遮
断される。この様にして直流電圧ネットワーク内で接続
されている複数の前記並列接続部を有するプラント内の
十分多数の半導体素子を非導通とすることにより、直流
電圧ネットワーク内で非常に高速な電流遮断が実現出来
る、これは故障が発生した際に必要なものである。
【００１３】本発明の別の提出された実施例によれば、
この装置は前記導通および非導通をｋＨｚ領域の周波数
で実施するように適合されている。適切な電流制限効果
を実現するために、半導体素子の前記交互の導通および
非導通を、ＶＳＣ変換器の電流バルブ内の半導体素子が
制御される周波数とほぼ同一レベルに位置しているこの
様な周波数で実施することは有効である。これはこの装
置がＶＳＣ変換器に取って代わりうるものであり、直流
電圧ネットワークを流れる電流を適切に制限出来ること
を意味している。
【００１４】本発明の特長的な特徴と同様更に別の特長
が以下の説明およびその他の添付の請求項から明らかと
なろう。
【００１５】添付図を参照して、例として提示された本
発明の提出された実施例を以下に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の第一の提出された実施例
に基づく送電用プラントの構造が、非常に図式的にかつ
簡単に図１に図示されており、この中で本発明に基づく
機能に直接関係する異なる構成部品のみが主として図に
示されており、これは本発明の理解を助けるためであ
る。このプラントは高電圧直流電流（ＨＶＤＣ＝High V
oltage Direct Current ）用の直流電圧ネットワーク１
を含み、これは２極導体またはライン２、３および直流
電圧ネットワークにステーション４を通して接続された
交流電圧ネットワーク５を有し、前記交流電圧ネットワ
ークは今回の例では三相６、７、８を有する。このステ
ーションは直流電圧ネットワーク１と交流電圧ネットワ
ーク５との間で送電を実施するように設計されており、
この中で電力は交流電圧ネットワークから直流電圧ネッ
トワークの中へ供給されるかまたは直流電圧ネットワー
クから交流電圧ネットワークへ送り出される。従って交
流電圧ネットワークは発電機を有するかまたはその消費
者にのみ接続されているかである。このステーションは
少なくとも１つのＶＳＣ変換器９を含み、これは直流電
圧を交流電圧に、またはその逆方向に変換するように適
合されている。しかしながら、ステーションがこの様な
変換器を複数含むことも完全に可能である。ＶＳＣ変換
器は従来からのやり方で、二つのいわゆる電流バルブ１
０、１１を具備した各々の位相に対して１つの位相脚を
含み、これは好適にＩＧＢＴの形式で直列接続されてい
る、導通および非導通型の遮断器１２の分岐を構成し、
またダイオード１３がそこに逆並列接続されている。続
いて非常に多数のＩＧＢＴが１つの単独バルブの中で直
列接続され、同時に導通および非導通とされて１つの単
独遮断器と同じ機能を果たすように構成されており、こ
れによってバルブに掛かる電圧が直列接続された異なる
遮断器の中に分散されるようになっている。遮断器の制
御は従来の方法ではパルス幅変調（ＰＷＭ）で行われて
いる。
【００１７】このプラントは、そこを流れる電流を遮断
する機能を有するものであれば、例えばＩＧＢＴ，ＧＴ
Ｏ，ＭＯＳＦＥＴ等どの様な型式でも構わない遮断型の
半導体素子１４と、サージ分流加減器１５とを並列接続
し直流電圧ネットワークに接続されたものを含む。整流
ダイオード１６がまた半導体素子１４に逆並列接続され
ている。直流電圧ネットワークの二極導体を有するこの
型式のプラントの場合、図１には示されていないが第二
極導体もまたこの様な並列接続を有する。サージ分流加
減器１５は酸化亜鉛分流加減器の様な従来型型式のもの
であって、これは通常非常に少ない電流を流すが、そこ
に掛かる電圧があるレベルを超えると急激に電流を増加
させる。このプラントはまた装置１７を含み、これはそ
こを流れる電流が予め定められたレベルを超えた際に半
導体素子１４を非導通とするように適合されている。更
に正確に言うと、半導体素子は通常動作中は導通状態で
あるがプラント内に何らかの故障、例えば直流電圧ネッ
トワーク内での接地故障が発生し直流電圧ネットワーク
全体の電圧降下がそこを流れる高電流によって大きくな
ると、装置１７は半導体素子１４を比較的高い周波数
（数ｋＨｚの範囲）で交互に導通および非導通とし始め
るので、直流電圧ネットワークを通る電流Ｉが半導体素
子１４とサージ分流加減器１５との間で整流され、これ
によって電流制限効果が得られる。その結果流れる電流
強度は半導体素子１４の非導通時間と導通時間の長さの
関係に依存する。残存電圧とサージ分流加減器１５の大
きさによって装置１７は半導体素子１４を永久に非導通
とする事により直利有電圧ネットワーク内の電流Ｉを遮
断することが出来る。
【００１８】図１に示す並列接続に代わるものが図２に
示されており、これの図１に示すものとの相違は、逆方
向に導通する２つの半導体素子１４’が直列接続れてい
ることと、別の整流ダイオード１６’が各々の半導体素
子に逆並列接続されている点である。２つの半導体素子
１４’は同時に非導通および導通となるように意図され
ており、これは図１に関連して説明した並列接続の機能
を直流電圧ネットワーク１を流れる電流の向きに関係な
く実現することを可能としている。この型式の並列接続
は直流電圧ネットワークを通る電流が２方向に流れる可
能性がある場合、すなわちいわゆる網状ネットワークの
場合のように電流の流れる方向を特定出来ない場合に構
成される。
【００１９】本発明の第三の提出された実施例に基づく
プラントが図３に図示されており、これは図１に比べて
少し簡略化されている。このプラントと図１に基づくプ
ラントとの間の実際の違いは、図３のプラントは半導体
素子１４、サージ分流加減器１５と整流ダイオード１６
を並列接続したものを複数個直流電圧ネットワークに接
続して有する。システムの全抵抗は抵抗器１８で図示さ
れている。このプラント内の直流電圧ネットワークは１
極導体２のみを有する。直流電圧ネットワークの電圧Ｖ
ｄはキャパシタ１９に掛かっている。図式的に示す接地
故障の様な、故障事態が発生すると、ステーションと接
地故障との間の直流電圧ネットワークに掛かる電圧は非
常に高くなり、半導体素子１４が導通の場合は原理的に
抵抗器１８で表現されるシステムの抵抗値で定められ
る。図には示されていないが先に説明した方法で装置１
７を通し、高い周波数で別々の半導体素子を電圧の大き
さに基づく予め定められたパターンで交互に導通および
非導通とする事により過電流、直流電圧ネットワークを
通る電流が許容可能なレベルに制限できる。十分多数の
半導体素子を同時に非導通とすることにより、直流電圧
ネットワークを流れる電流を完全に遮断出来る。
【００２０】図４には直流電圧ネットワークを流れる電
流が直列接続されているサージ分流加減器の数、すなわ
ち同時に非導通となる半導体素子の数に応じて変化する
様を示している。全ての半導体素子が非導通で無い場
合、この電流は電圧Ｖｄ／Ｒに等しく、ここでＲは抵抗
器１８の抵抗値である。従って図４の場合、直流電圧ネ
ットワーク内の電流を完全に遮断するためには、同時に
７つの半導体素子を非導通にする必要がある。
【００２１】本発明に基づくプラントの前記並列接続を
好適に制御して、過渡的な故障の場合電流を制限し、も
しもこれらの故障が持続する場合はその電流を遮断す
る。これらの並列接続は主としてステーション内で制御
装置の制御を行うために構成され、またステーションの
変換器の制御を調整するために使用されるが、ステーシ
ョン外のまさに直流電圧ネットワーク内、特にいわゆる
網状ネットワーク内で直接使用されることも意図してい
る。
【００２２】勿論本発明は如何なる意味でも上記の提出
された実施例に制限されるわけでは無く、それらに対し
て多くの変更が可能なことは当業者にとって、請求の範
囲で定められている本発明の基本的な考えから逸脱する
ことなく行えることは明らかである。
【００２３】図２に図示された型式の並列接続は、例え
ば図３で示される型式の特にいわゆる網状ネットワーク
内で使用されるプラント内で使用することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第一の提出された実施例に基づ
くプラントの一部の非常に簡単な図式図である、
【図２】図２は本発明の第二の提出された実施例に基づ
くプラントの詳細図である、
【図３】図３は本発明の第三の提出された実施例に基づ
くプラントの一部を、図１に対比して簡略化した図であ
る、
【図４】図４は図３に基づくプラント内の直流電圧ネッ
トワークを通る電流を図示するグラフであり、複数の半
導体素子が非導通となるときの機能、すなわち直流電圧
ネットワーク内に直列接続されたサージ分流加減器の機
能を図示する。
【符号の説明】
１ 直流電圧ネットワーク ２、３ ライン ４ ステーション ５ 交流電圧ネットワーク ６、７、８ ３相交流 ９ ＶＳＣ変換器 １０、１１ 電流バルブ １２ 遮断器 １３、１６、１６’ ダイオード １４、１４’ 半導体素子 １５ サージ分流加減器 １７ 装置 １８ 抵抗器 １９ キャパシタ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高電圧直流電流（ＨＶＤＣ）用の直流電
    圧ネットワーク（１）と、そこにステーションを通して
    接続された少なくとも１つの交流電圧ネットワーク
    （５）とを含む送電用プラントであって、この中でステ
    ーションは直流電圧ネットワークと交流電圧ネットワー
    クとの間で電力の伝送を実行するように適合され、直流
    電圧を交流電圧にまたその逆方向に変換するように適合
    された少なくとも１つのＶＳＣ変換器（９）を含む前記
    送電用プラントであって、直流電圧ネットワーク内に少
    なくとも１つの非導通型半導体素子（１４、１４’）と
    サージ分流加減器（１５、１５’）とを並列接続したも
    のが接続されていることを特徴とする前記送電用プラン
    ト。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のプラントで、直流電圧ネ
    ットワーク（１）を流れる電流が２方向に流れる可能性
    が考えられる前記プラントであって、並列接続の前記半
    導体素子（１４’）が２つ有り、反対向きの導通方向に
    直列接続され、個別の整流ダイオード（１６’）が各々
    の半導体素子に逆並列接続されていることを特徴とする
    前記プラント。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載のプラントであっ
    て、並列接続の半導体素子（１４、１４’）をそこを流
    れる電流が予め定められたレベルを超えた際に非導通と
    するように適合されている装置（１７）を含むことを特
    徴とする前記プラント。
  4. 【請求項４】 請求項３記載のプラントであって、直流
    電圧ネットワークを流れる電流が予め定められたレベル
    を超えた時に、前記装置（１７）が直流電圧ネットワー
    ク内の電流が最大レベルを超えないように調整するよう
    に適合された周波数で並列接続の半導体素子（１４、１
    ４’）を交互に非導通および導通とし始めるように適合
    されていることを特徴とする前記プラント。
  5. 【請求項５】 請求項１−４のいずれかに記載のプラン
    トであって、直流電圧ネットワーク内に接続された複数
    の前記並列接続を含む前記プラント。
  6. 【請求項６】 請求項３および５記載のプラントであっ
    て、直流電圧ネットワークを流れる電流が予め定められ
    たレベルを超えた時に、前記装置（１７）が直流電圧ネ
    ットワーク内の電流が最大レベルを超えないように調整
    するように、前記電流の強度に基づいて定められたパタ
    ーンで並列接続の半導体素子（１４、１４’）を交互に
    非導通および導通するように適合されていることを特徴
    とする前記プラント。
  7. 【請求項７】 請求項３記載のプラントであって、装置
    （１７）が並列接続の半導体素子（１４、１４’）を流
    れる電流が予め定められたレベルを超えた際に、直流電
    圧ネットワーク内の電流を遮断するために半導体素子
    （１４、１４’）を非導通とすることを特徴とする前記
    プラント。
  8. 【請求項８】 請求項３および５記載のプラントであっ
    て、直流電圧ネットワークを流れる電流が予め定められ
    たレベルを超えた時に、前記装置（１７）が多数の半導
    体素子（１４、１４’）を非導通として、それに相当す
    る数のサージ分流加減器が直流電圧ネットワークの電圧
    を受け持ち、直流電圧ネットワーク内の電流を遮断する
    ように適合されていることを特徴とする前記プラント。
  9. 【請求項９】 請求項４または６記載のプラントであっ
    て、装置（１７）が導通および非導通をｋＨｚの範囲の
    周波数で実行するように適合されていることを特徴とす
    る前記プラント。
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