JPH1189235A - 自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バランス制御装置 - Google Patents

自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バランス制御装置

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JPH1189235A
JPH1189235A JP9242887A JP24288797A JPH1189235A JP H1189235 A JPH1189235 A JP H1189235A JP 9242887 A JP9242887 A JP 9242887A JP 24288797 A JP24288797 A JP 24288797A JP H1189235 A JPH1189235 A JP H1189235A
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JP9242887A
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Tatsuto Nakajima
達人 中島
Hirokazu Suzuki
宏和 鈴木
Koji Sakamoto
幸治 坂本
Masaaki Shigeta
正昭 繁田
Hajime Yamamoto
肇 山本
Takashi Karibe
孝史 苅部
Noriko Kawakami
紀子 川上
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Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低コスト化、高信頼化、および省スペース化を
実現すること。 【解決手段】交流電圧指令信号から電圧指令ベクトルを
算出し、自励式直流送電システムの片端が全体として出
力可能な多重空間ベクトルの集合から、電圧指令ベクト
ルに距離の最も近い多重空間ベクトル（合成電圧指令ベ
クトル）を選択し、各単位変換器に割り付ける単位電圧
ベクトルに分解してその種別と個数を出力し、各単位変
換器の直流電圧の指令値と検出値との偏差を検出して、
その昇順と降順との関係を算出して割り付け順序を決定
し、出力電流ベクトルと各種の単位電圧ベクトルとから
算出された各単位変換器が発生する各種の有効電力の大
小関係と割り付け順序とを基に、各単位変換器の直流電
圧の偏差を補償する方向の単位電圧ベクトルを割り付け
し、割り付けした単位電圧ベクトルを自己消弧形素子の
ゲート信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己消弧形素子を
ブリッジ接続してなり、交流を直流に変換する複数台の
電圧形の単位変換器と、それぞれの二次巻線が複数台の
単位変換器の交流入力端子に接続され、かつそれぞれの
一次巻線が相毎に直列接続された複数台の変換器用変圧
器と、複数台の単位変換器の直流側に接続され、それぞ
れ直列接続された複数の直流コンデンサとから構成され
る自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バラン
ス制御装置に係り、特に多重化した電力変換器の各段の
単位変換器の直流側コンデンサの直流電圧を段間で均一
に制御できるようにした自励式直流送電システムにおけ
る直流電圧分担バランス制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８は、この種の従来の自励式直流送電
システムの一例を示す構成図である。図８において、シ
ステムの主回路構成は、電源１が系統２を介して主変圧
器３に接続され、主変圧器３にはそれぞれの１次巻線が
直列接続された変換器用変圧器４を介して単位変換器５
が接続され、単位変換器５の直流側には直流コンデンサ
６が接続され、直流コンデンサ６に変圧器７を介して整
流器８が接続されている。
【０００３】また、システムの制御装置は、直流電圧制
御系１０と、電圧位相検出装置１１と、電流制御系１２
と、ゲートパルス発生装置１３とからなっている。直流
電圧制御系１０は、直流電圧指令値ＶDCP と直流電圧検
出値ＶDCF との偏差を比例積分することにより、直流電
圧全体のフィードバック制御を行なう。この直流電圧制
御系１０で求められた有効電流指令値ＩQP は、電流制
御系１２に出力される。
【０００４】電圧位相検出装置１１は、主変圧器３の二
次側の線間電圧検出値ＶUV，ＶVW，ＶWUが入力され、瞬
時電圧ベクトルの大きさＶS とθV とを出力する。電流
制御系１２は、有効電流指令値ＩQPと無効電流指令値Ｉ
DPと電力変換器から系統２への出力電流ＩUF，ＩVF，Ｉ
WFとを入力信号として、比例積分によりフィードバック
制御を行なう。
【０００５】また、有効電圧のフィードフォワード制御
と静止座標系と回転座標系間の回転変換を行なうため
に、瞬時電圧ベクトルの大きさＶS と電気角θを電圧位
相検出装置１１から入力し、比例積分して３相交流電圧
指令信号ＶUP，ＶVP，ＶWPを出力する。
【０００６】ゲートパルス発生装置１３は、電流制御系
１２からの３相交流電圧指令信号ＶUP，ＶVP，ＶWPに基
づいてＰＷＭ変調を行ない、図９に示す単位変換器の各
アームの自己消弧形素子をオン・オフするために、自己
消弧形素子を駆動するレベルまで増幅したゲート信号を
出力する。
【０００７】このゲート信号を入力した３相ブリッジ電
力変換器の各自己消弧形素子は、図１０に示すような８
通りのスイッチング状態のいずれかの状態をとる。その
結果、各単位変換器５は、そのスイッチング状態に対応
して、図１１に示す８通りの単位電圧ベクトルのいずれ
かを発生する。そして、多重化した電力変換システム全
体としては、各単位変換器５が出力する単位電圧ベクト
ルを合成した合成電圧ベクトルを発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自己消
弧形素子をブリッジ接続してなり、交流を直流に変換す
る複数台の電圧形の単位変換器５と、それぞれの二次巻
線が複数台の単位変換器５の交流入力端子に接続され、
かつそれぞれの一次巻線が相毎に直列接続された複数台
の変換器用変圧器４と、複数台の単位変換器５の直流側
に接続され、それぞれ直列接続された複数の直流コンデ
ンサ６とを備えて構成される、従来の自励式直流送電シ
ステムにおける直流電圧分担バランス制御装置では、各
単位変換器５を同一の電圧指令信号に基づいて制御して
いることから、段間の直流電圧がアンバランスになって
しまう。
【０００９】このため、段間の直流電圧を均一にするた
めに、図８に示すように各単位変換器５の直流側の直流
コンデンサ６に、変圧器７を介して整流器８を接続する
ことにより、直流電圧を安定化する必要がある。
【００１０】従って、多重度の増大に伴なって、変圧器
７と整流器８を増設することが必要となり、高コスト
化、システムの信頼性の低下、設置スペースの拡大等の
問題があった。
【００１１】本発明の目的は、多重化した電力変換器の
各段の単位変換器の直流側コンデンサの直流電圧を段間
で常時均一に制御することができ、これにより自励式直
流送電システムにおける多重化された電力変換器を構成
する場合に、変換器を伴なう整流器が不要となり、低コ
スト化、高信頼化、および省スペース化を実現すること
が可能な自励式直流送電システムにおける直流電圧分担
バランス制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、自己消弧形素子をブリッジ接続してなり、交流を
直流に変換する複数台の電圧形の単位変換器と、それぞ
れの二次巻線が複数台の単位変換器の交流入力端子に接
続され、かつそれぞれの一次巻線が相毎に直列接続され
た複数台の変換器用変圧器と、複数台の単位変換器の直
流側に接続され、それぞれ直列接続された複数の直流コ
ンデンサとを備えて構成される自励式直流送電システム
における直流電圧分担バランス制御装置において、請求
項１の発明では、静止座標系上の３相交流電圧指令信号
を入力し、電圧指令ベクトルを算出して出力する電圧指
令ベクトル算出手段と、自励式直流送電システムの片端
が全体として出力可能な多重空間ベクトルの集合から、
電圧指令ベクトル算出手段から出力される電圧指令ベク
トルに距離の最も近い多重空間ベクトルを合成電圧指令
ベクトルとして選択し、かつ当該合成電圧指令ベクトル
を各単位変換器に割り付ける単位電圧ベクトルに分解
し、当該単位電圧ベクトルの種別と個数を出力する合成
電圧指令ベクトル選択手段と、各単位変換器の直流電圧
の指令値と検出値とを入力し、当該直流電圧の指令値と
検出値との偏差を算出して出力する直流電圧偏差検出手
段と、直流電圧偏差検出手段から出力される直流電圧偏
差の昇順と降順との関係を算出し割り付け順序として出
力する割り付け順序決定手段と、合成電圧指令ベクトル
選択手段から出力される単位電圧ベクトルの種別と個数
と出力電流と割り付り順序決定手段から出力される割り
付け順序とを入力し、当該出力電流に相当するベクトル
と各種の単位電圧ベクトルとから各単位変換器が発生す
る各種の有効電力の大小関係を算出し、当該各種の有効
電力の大小関係と割り付け順序とに基づいて、各単位変
換器の直流電圧の偏差を補償する方向の単位電圧ベクト
ルを割り付ける単位変換器への割付け手段と、単位変換
器への割付け手段により各単位変換器に割り付けられた
単位電圧ベクトルを、自己消弧形素子のオン・オフ信号
であるゲート信号に変換して各単位変換器へ出力する電
圧ベクトルゲート信号変換手段とを備えている。
【００１３】従って、請求項１の発明の自励式直流送電
システムにおける直流電圧分担バランス制御装置におい
ては、３相交流電圧指令をベクトルで表現される電圧指
令ベクトルに変換し、単位変換器が発生し得る８種類の
単位電圧ベクトルの組み合わせによって構成する多重化
された電力変換器が出力可能な多重空間ベクトルの集合
の内で、上記合成電圧指令ベクトルに距離の最も近い多
重空間ベクトルを、合成電圧指令ベクトルとして選択す
る。そして、この合成電圧指令ベクトルを構成する単位
電圧ベクトルと電力変換器の出力電流ベクトルとから、
各単位変換器が発生する各種の有効電力の大小関係を求
める。
【００１４】さらに、各単位変換器の直流電圧を検出
し、この直流電圧の大小関係を判断し、直流電圧の段間
での大小関係を補償するように、有効電力を発生する単
位電圧ベクトルを単位変換器に割り付ける、すなわち多
重化された電力変換器の各段の単位変換器の直流電圧の
変化を打ち消すように、単位電圧ベクトルを割り付け
る。
【００１５】これにより、直流電圧が指令値を超える場
合には、有効電力を変換器から系統へ供給して直流電圧
の増大を抑制することによって指令値への安定な追従を
図り、逆に直流電圧が指令値に満たない場合には、有効
電力を系統から注入して直流電圧の減少を抑制すること
によって指令値への安定な追従を図ることにより、多重
化した電力変換器の各段の単位変換器の直流電圧を段間
で常時均一に制御することができる。
【００１６】一方、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明における各単位変換器の直流電圧の指令値と検出
値との偏差を算出して出力する直流電圧偏差検出手段を
削除し、さらに上記割り付け順序決定手段に代えて、各
単位変換器の直流電圧の検出値に基づいて割り付け順序
を決定して出力する割り付け順序決定手段を備えてい
る。
【００１７】従って、請求項２の発明の自励式直流送電
システムにおける直流電圧分担バランス制御装置におい
ても、上記請求項１の発明の場合と同様の作用を奏す
る。以上により、前述したように、各単位変換器の直流
側の直流コンデンサに、変圧器を介して整流器を接続す
る必要がなくなるため、低コスト化、高信頼化、および
省スペース化を実現することが可能となる。
【００１８】一方、特に上記単位変換器への割付け手段
に入力する出力電流としては、例えば請求項３または請
求項４に記載したように、出力電流の検出値、または出
力電流の指令値のいずれかを用いることが好ましい。
【００１９】また、上記単位変換器への割付け手段にお
ける有効電力の大小関係を算出する方法としては、例え
ば請求項５に記載したように、出力電流に相当するベク
トルと各種の単位電圧ベクトルとのなす角の余弦値を算
出し、この余弦値の大小関係から算出することが好まし
い。
【００２０】さらに、上記単位変換器への割付け手段に
おける有効電力の大小関係を算出する方法としては、例
えば請求項６に記載したように、出力電流に相当するベ
クトルと各種の単位電圧ベクトルとから、各種の単位電
圧ベクトルを割り付けた単位変換器が発生する各種の有
効電力を算出し、この有効電力の大小関係から算出する
ことが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の
形態による自励式直流送電システムにおける直流電圧分
担バランス制御装置を示す構成図であり、前述した図８
と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、こ
こでは異なる部分についてのみ述ベる。
【００２２】図１において、システムの主回路構成は、
電源１が系統２を介して主変圧器３に接続され、主変圧
器３にはそれぞれの一次巻線が直列接続された変換器用
変圧器４を介して単位変換器５が接続され、単位変換器
５の直流側には直列コンデンサ６が接続され、各直流コ
ンデンサ６は直列に接続されている。
【００２３】また、システムの制御装置は、直流電圧制
御系１０と、電圧位相検出装置１１と、電流制御系１２
と、前記ゲートパルス発生装置１３に代えて備えられた
ＰＷＭ制御系１４とからなっている。
【００２４】ＰＷＭ制御系１４は、電圧指令ベクトル算
出装置１６と、合成電圧指令ベクトル選択装置１７と、
単位変換器への割付け装置１８と、電圧ベクトルゲート
信号変換装置１９と、直流電圧偏差検出装置２０と、割
り付け順序決定装置２１とからなる。
【００２５】電圧指令ベクトル算出装置１６は、電流制
御系１２からの静止座標系上の３相交流電圧指令信号Ｖ
UP，ＶVP，ＶWPを入力し、電圧指令ベクトルＶP を算出
して出力する。
【００２６】合成電圧指令ベクトル選択装置１７は、自
励式直流送電システムの片端が全体として出力可能な多
重空間ベクトルの集合から、電圧指令ベクトル算出装置
１６から出力される電圧指令ベクトルＶP に距離の最も
近い多重空間ベクトルを合成電圧指令ベクトルＶとして
選択し、かつこの合成電圧指令ベクトルＶを各単位変換
器５に割り付ける単位電圧ベクトルに分解し、この単位
電圧ベクトルの種別と個数を出力する。
【００２７】直流電圧偏差検出装置２０は、全体の直流
電圧の指令値ＶDCP を多重度で除した値と検出値Ｖ
DC1 ，ＶDC2 ，ＶDC3 ，ＶDC4 とを入力し、この直流電
圧の指令値ＶDCP と検出値ＶDC1 ，ＶDC2 ，ＶDC3 ，Ｖ
DC4 との偏差を算出して出力する。
【００２８】割り付け順序決定装置２１は、直流電圧偏
差検出装置２０から出力される直流電圧偏差の昇順と降
順との関係を算出し、割り付け順序として出力する。単
位変換器への割付け装置１８は、合成電圧指令ベクトル
選択装置１７から出力される単位電圧ベクトルの種別と
個数と出力電流の検出値ＩUF，ＩVF，ＩWFと割り付り順
序決定装置２１から出力される割り付け順序とを入力
し、この出力電流に相当するベクトルと各種の単位電圧
ベクトルとのなす角の余弦値を算出し、各種の単位電圧
ベクトルを割り付けた単位変換器５が発生する各種の有
効電力を算出し、この各種の有効電力の大小関係と割り
付け順序とに基づいて、各単位変換器５の直流電圧の偏
差を補償する方向の単位電圧ベクトルを割り付ける。
【００２９】電圧ベクトルゲート信号変換装置１９は、
単位変換器への割付け装置１８により各単位変換器に割
り付けられた単位電圧ベクトルを、自己消弧形素子のオ
ン・オフ信号であるゲート信号に変換して各単位変換器
５へ出力する。
【００３０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バラン
ス制御装置の作用について、図２乃至図６を用いて説明
する。
【００３１】図１において、電圧指令ベクトル算出装置
１６では、電流制御系１２からの３相交流電圧指令信号
ＶUP，ＶVP，ＶWPを入力して、電圧指令ベクトルＶP が
求められる。
【００３２】次に、合成電圧指令ベクトル算出装置１７
では、図２に一例を示すように、電圧指令ベクトル算出
装置１６から入力した電圧指令ベクトルＶP に距離の最
も近い多重空間ベクトルが選択され、合成電圧指令ベク
トルＶとして出力される。
【００３３】ここでいう多重空間ベクトルとは、電力変
換器の出力可能な電圧ベクトルを指し、図２の黒丸は、
４台の単位変換器５からなる電力変換器の多重空間ベク
トルを示している。
【００３４】また、合成電圧指令ベクトル算出装置１７
では、図３に一例を示すように、上記合成電圧指令ベク
トルＶが、単位変換器５が出力する単位電圧ベクトルに
分解される。図３に示す例では、合成電圧指令ベクトル
Ｖは、単位電圧ベクトルＶ1とＶ2 とに分解される。
【００３５】単位変換器５に割り付ける単位電圧ベクト
ルとして、零電圧ベクトルをＶZ 、それ以外の単位電圧
ベクトルをＶn ，Ｖn+1 、単位電圧ベクトルＶn ，Ｖ
n+1 の種別と個数をそれぞれＳ1 ，Ｓ2 ，Ｎ1 ，Ｎ2 、
変換器の多重度をＮ、零電圧ベクトルＶZ の種別と個数
をそれぞれＳ0 とＮ0 とすると、 Ｎ＝Ｎ0 ＋Ｎ1 ＋Ｎ2 の関係が成立する。
【００３６】そして、合成指令電圧ベクトル算出装置１
７からは、このＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｎ0 ，Ｎ1 ，Ｎ2
が、単位電圧ベクトルの種別と個数として出力される。
一方、直流電圧偏差検出装置２０では、直流電圧指令値
ＶDCP と、各単位変換器５に接続されている直流コンデ
ンサ６の直流電圧検出値ＶDC1 ，ＶDC2 ，ＶDC3 ，Ｖ
DC4 とを入力して、直流電圧指令値ＶDCP を多重度で除
した値と直流電圧検出値ＶDC1 ，ＶDC2 ，ＶDC3 ，Ｖ
DC4 との差が算出され、直流電圧偏差として出力され
る。
【００３７】すなわち、直流電圧偏差検出装置２０で
は、図４に一例を示すように、多重化された電力変換器
の直流電圧指令値ＶDCP が多重度で除算されて、各単位
変換器５の直流電圧基準が得られる。そして、この直流
電圧基準と各段の直流電圧検出値ＶDC1 ，ＶDC2 ，Ｖ
DC3 ，ＶDC4 との偏差ΔＶ1 ，ΔＶ2 ，ΔＶ3 ，ΔＶ4
が算出されて、その値が割り付け順序決定装置２１に入
力される。
【００３８】次に、割り付け順序決定装置２１では、直
流電圧偏差検出装置２０から入力した直流電圧偏差ΔＶ
1 ，ΔＶ2 ，ΔＶ3 ，ΔＶ4 に対して論理演算が行なわ
れ、直流電圧の昇順と降順の関係を算出して割り付け順
序が決定される。
【００３９】すなわち、割り付け順序決定装置２１で
は、図４に一例を示すように、直流電圧偏差ΔＶ1 ，Δ
Ｖ2 ，ΔＶ3 ，ΔＶ4 の大小関係が比較され、この直流
電圧偏差ΔＶ1 ，ΔＶ2 ，ΔＶ3 ，ΔＶ4 を昇順と降順
に並び変えた結果（直流電圧比較結果）が、割り付け順
序として出力される。
【００４０】これにより、多重化された電力変換器の全
体の直流電圧指令値の平均値を基準値としているので、
直流電圧の大小関係を正確に決定することができる。一
方、単位変換器への割付け装置１８では、出力電流の検
出値ＩUF，ＩVF，ＩWF（出力電流指令値でも良い）と、
合成指令電圧ベクトル選択装置１７からの単位電圧ベク
トルの種別と個数Ｓ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｎ0 ，Ｎ1 ，Ｎ2
と、割り付け順序決定装置２１からの割り付け順序とを
入力する。
【００４１】そして、単位変換器への割付け装置１８で
は、出力電流（３相電流）の検出値ＩUF，ＩVF，ＩWFか
ら、出力電流ベクトルＩが算出される。また、単位変換
器への割付け装置１８では、上記各種の単位電圧ベクト
ルＶ1，Ｖ2 と出力電流ベクトルＩとから、それぞれの
大きさとなす角の余弦値が算出され、各単位電圧ベクト
ルＶ1 ，Ｖ2 を割り付けた場合に単位変換器５が発生す
る有効電力が算出される。
【００４２】例えば、出力電流ベクトルＩと各単位電圧
ベクトルＶ1 ，Ｖ2 が、図５に示すような位相関係であ
る場合には、単位電圧ベクトルＶ1 が割り付けられた単
位変換器５は、有効電力の符号は正となり、単位変換器
５から系統２に正の有効電力を供給するため、単位変換
器５の直流電圧が下がる。
【００４３】また、単位電圧ベク卜ルＶ2 が割り付けら
れた単位変換器５は、有効電力の符号が負となり、系統
２から有効電力を注入するため、単位変換器５の直流電
圧が上がる。
【００４４】すなわち、単位変換器への割付け装置１８
では、各単位電圧ベクトルＶ1 ，Ｖ2 と出力電流ベクト
ルＩとのなす角をそれぞれθ1 ，θ2 とすると、単位変
換器５が発生する有効電力Ｐ1 ，Ｐ2 は、それぞれ次式
にて表わすことができる。
【００４５】 Ｐ1 ＝Ｖ1 ・Ｉ＝｜Ｖ1 ｜・｜Ｉ｜・ｃｏｓθ1 Ｐ2 ＝Ｖ2 ・Ｉ＝｜Ｖ2 ｜・｜Ｉ｜・ｃｏｓθ2 ここで、以下の関係が成り立つ。
【００４６】｜Ｖ1 ｜＝｜Ｖ2 ｜より｜Ｖ1 ｜・｜Ｉ｜
＝｜Ｖ2 ｜・｜Ｉ｜ よって、各種の有効電力Ｐ1 ，Ｐ2 の大小関係は、出力
電流ベクトルＩと各単位電圧ベクトルＶ1 ，Ｖ2 とのな
す角θ1 ，θ2 のそれぞれの余弦値ｃｏｓθ1，ｃｏｓ
θ2 の大小関係から算出することができる。すなわち、
有効電力の大小関係を判別することができる。
【００４７】従って、単位電圧ベクトルと出力電流ベク
トルとのなす電気角を特定することによって、単位変換
器５に割り付ける電圧ベクトルによる有効電力の大小関
係を特定することができる。
【００４８】なお、電気角を検出するには、公知の位相
検出技術を適用することが可能である。さらに、単位変
換器への割付け装置１８では、上記各種の有効電力の大
小関係と割り付け順序とに基づいて、各段の単位変換器
５の直流電圧変化を補償する方向の単位電圧ベクトルと
割り付ける単位変換器５の組み合わせが、割り付け電圧
ベクトル情報として出力される。
【００４９】次に、電圧ベクトルゲート信号変換装置１
９では、単位変換器への割付け装置１８から入力した割
り付け電圧ベクトル情報に基づいて、指定された単位変
換器５に対する単位電圧ベクトルがスイッチングパター
ンに変換され、これがゲートパルスとして増幅されて、
各単位変換器５へのゲート信号として出力される。
【００５０】図６は、本実施の形態により制御を行なっ
た場合の直流コンデンサ６の電圧波形の一例を示す図で
ある。これにより、多重変換器の直流コンデンサ６の直
流電圧を段間で均一に制御することができ、その結果、
多重化変換器の直流電圧の高圧化を実現することができ
ると共に、多重化された電力変換器を構築する場合に変
換器を伴なう整流器の増設が不要となり、低コスト化、
高信頼性化、および省スペース化を実現することができ
る。
【００５１】上述したように、本実施の形態の直流電圧
分担バランス制御装置では、自励式直流送電システムに
おいて、多重化された電力変換器の各段の単位変換器５
の直流電圧の変化を打ち消すように単位電圧ベクトルを
割り付けるようにしているので、各段の直流コンデンサ
６の直流電圧を検出して、直流電圧が指令値を超える場
合には、有効電力を変換器から系統２へ供給して直流電
圧の増大を抑制することにより直流電圧の指令値への安
定な追従を図り、逆に直流電圧が指令値に満たない場合
には、有効電力を系統２から注入して直流電圧の減少を
抑制することにより直流電圧の指令値への安定な追従を
図ることによって、多重化した電力変換器の各段の単位
変換器５の直流コンデンサ６電圧を段間で常時均一に制
御することができる。
【００５２】これにより、自励式直流送電システムにお
ける多重化された電力変換器を構成する場合に、前述し
た従来のように、各単位変換器５の直流側の直流コンデ
ンサ６に、変圧器７を介して整流器８を接続する必要が
なくなる（変換器を伴なう整流器の増設が不要となる）
ため、低コスト化、高信頼化、および省スペース化を実
現することが可能となる。
【００５３】（他の実施の形態） （ａ）上記実施の形態では、単位変換器への割付け装置
１８に入力する出力電流としては、出力電流の検出値Ｉ
UF，ＩVF，ＩWFを用いる場合について説明したが、これ
に限らず、単位変換器への割付け装置１８に入力する出
力電流として、出力電流の指令値を用いるようにしても
よい。
【００５４】（ｂ）上記実施の形態では、直流電圧偏差
検出装置２０を備えて、各単位変換器５の直流電圧の指
令値ＶDCP と検出値ＶDC1 ，ＶDC2 ，ＶDC3 ，ＶDC4 と
の偏差を算出し、この直流電圧偏差に基づいて、割り付
け順序決定装置２１で割り付け順序を決定して出力する
場合について説明したが、これに限らず、図１における
上記直流電圧偏差検出装置２０を削除し、さらに上記割
り付け順序決定装置２１に代えて、各単位変換器５の直
流電圧の検出値ＶDC1 ，ＶDC2 ，ＶDC3 ，ＶDC4 に基づ
いて割り付け順序を決定して出力する割り付け順序決定
装置を備えるようにしてもよい。
【００５５】（ｃ）上記実施の形態では、単位変換器へ
の割付け装置１８における有効電力の大小関係を算出す
る方法としては、出力電流ベクトルと各種の単位電圧ベ
クトルとのなす角の余弦値を算出し、この余弦値の大小
関係から算出する場合について説明したが、これに限ら
ず、単位変換器への割付け装置１８における有効電力の
大小関係を算出する方法として、出力電流ベクトルと各
種の単位電圧ベクトルとから、各種の単位電圧ベクトル
を割り付けた単位変換器５が発生する各種の有効電力を
算出し、この有効電力の大小関係から算出するようにし
てもよい。
【００５６】すなわち、この場合には、変換器の出力電
流の検出値ＩUF，ＩVF，ＩWFから、出力電流ベクトルＩ
を算出する。そして、この出力電流ベクトルＩと単位電
圧ベクトルＶ1 ，Ｖ2 とから、有効電力Ｐ1 ，Ｐ2 を次
式により算出する。
【００５７】Ｐ1 ＝Ｖ1 ・Ｉ Ｐ2 ＝Ｖ2 ・Ｉ 図７は、この場合における有効電力の比較原理（出力電
流ベクトルＩと各単位電圧ベクトルＶ1 ，Ｖ2 との位相
関係）の一例を示す概念図である。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、自
励式直流送電システムにおいて、多重化された電力変換
器の各段の単位変換器の直流電圧の変化を打ち消すよう
に単位電圧ベクトルを割り付けるようにしたので、多重
化した電力変換器の各段の単位変換器の直流側コンデン
サの直流電圧を段間で常時均一に制御することができ、
これにより自励式直流送電システムにおける多重化され
た電力変換器を構成する場合に、変換器を伴なう整流器
が不要となり、低コスト化、高信頼化、および省スペー
ス化を実現することが可能な自励式直流送電システムに
おける直流電圧分担バランス制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自励式直流送電システムにおける
直流電圧分担バランス制御装置の一実施の形態を示す構
成図。
【図２】同一実施の形態の直流電圧分担バランス制御装
置における合成電圧指令ベクトルの選択原理を説明する
ための概念図。
【図３】同一実施の形態の直流電圧分担バランス制御装
置における合成電圧指令ベクトルの分解原理を説明する
ための概念図。
【図４】同一実施の形態の直流電圧分担バランス制御装
置における直流電圧偏差検出および割り付け順序決定の
原理を説明するための機能ブロック図。
【図５】同一実施の形態の直流電圧分担バランス制御装
置における有効電力の比較原理を説明するための概念
図。
【図６】同一実施の形態の直流電圧分担バランス制御装
置における直流コンデンサの電圧波形の一例を示す図。
【図７】本発明の他の実施の形態による直流電圧分担バ
ランス制御装置における有効電力の比較原理を説明する
ための概念図。
【図８】従来の自励式直流送電システムの一例を示す構
成図。
【図９】自励式直流送電システムにおける単位変換器の
構成例を示す回路図。
【図１０】自励式直流送電システムにおける単位電圧ベ
クトルとスイッチング状態との関係を示す図。
【図１１】自励式直流送電システムにおける単位変換器
の出力電圧ベクトルを示す図。
【符号の説明】
１…電源、 ２…系統、 ３…主変圧器、 ４…変換器用変圧器、 ５…単位変換器、 ６…直流コンデンサ、 １０…直流電圧制御系、 １１…電圧位相検出装置、 １２…電流制御系、 １４…ＰＷＭ制御系、 １６…電圧指令ベクトル算出装置、 １７…合成電圧指令ベクトル選択装置、 １８…単位変換器への割付け装置、 １９…電圧ベクトルゲート信号変換装置、 ２０…直流電圧偏差検出装置、 ２１…割り付け順序決定装置、 ＶUP，ＶVP，ＶWP…３相交流電圧指令信号、 ＶP …電圧指令ベクトル、 Ｖ…合成電圧指令ベクトル、 Ｖ1 ，Ｖ2 …単位電圧ベクトル、 ＶZ …零電圧ベクトル、 Ｖn ，Ｖn+1 …単位電圧ベクトル、 Ｓ1 ，Ｓ2 …単位電圧ベクトルの種別、 Ｎ1 ，Ｎ2 …単位電圧ベクトルの個数、 Ｎ…変換器の多重度、 Ｓ0 …零電圧ベクトルの種別、 Ｎ0 …零電圧ベクトルの個数、 ＶDCP …直流電圧指令値、 ＶDC1 ，ＶDC2 ，ＶDC3 ，ＶDC4 …直流電圧検出値、 ΔＶ1 ，ΔＶ2 ，ΔＶ3 ，ΔＶ4 …直流電圧偏差、 ＩUF，ＩVF，ＩWF…出力電流の検出値、 θ1 ，θ2 …各単位電圧ベクトルＶ1 ，Ｖ2 と出力電流
ベクトルＩとのなす角、 Ｐ1 ，Ｐ2 …有効電力、 ｃｏｓθ1 ，ｃｏｓθ2 …角θ1 ，θ2 の余弦値。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 幸治 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社内 (72)発明者 繁田 正昭 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 山本 肇 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 苅部 孝史 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 川上 紀子 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自己消弧形素子をブリッジ接続してな
    り、交流を直流に変換する複数台の電圧形の単位変換器
    と、 それぞれの二次巻線が前記複数台の単位変換器の交流入
    力端子に接続され、かつそれぞれの一次巻線が相毎に直
    列接続された複数台の変換器用変圧器と、 前記複数台の単位変換器の直流側に接続され、それぞれ
    直列接続された複数の直流コンデンサと、 を備えて構成される自励式直流送電システムにおける直
    流電圧分担バランス制御装置において、 静止座標系上の３相交流電圧指令信号を入力し、電圧指
    令ベクトルを算出して出力する電圧指令ベクトル算出手
    段と、 前記自励式直流送電システムの片端が全体として出力可
    能な多重空間ベクトルの集合から、前記電圧指令ベクト
    ル算出手段から出力される電圧指令ベクトルに距離の最
    も近い多重空間ベクトルを合成電圧指令ベクトルとして
    選択し、かつ当該合成電圧指令ベクトルを前記各単位変
    換器に割り付ける単位電圧ベクトルに分解し、当該単位
    電圧ベクトルの種別と個数を出力する合成電圧指令ベク
    トル選択手段と、 前記各単位変換器の直流電圧の指令値と検出値とを入力
    し、当該直流電圧の指令値と検出値との偏差を算出して
    出力する直流電圧偏差検出手段と、 前記直流電圧偏差検出手段から出力される直流電圧偏差
    の昇順と降順との関係を算出し割り付け順序として出力
    する割り付け順序決定手段と、 前記合成電圧指令ベクトル選択手段から出力される単位
    電圧ベクトルの種別と個数と出力電流と前記割り付り順
    序決定手段から出力される割り付け順序とを入力し、当
    該出力電流に相当するベクトルと各種の単位電圧ベクト
    ルとから前記各単位変換器が発生する各種の有効電力の
    大小関係を算出し、当該各種の有効電力の大小関係と前
    記割り付け順序とに基づいて、前記各単位変換器の直流
    電圧の偏差を補償する方向の単位電圧ベクトルを割り付
    ける単位変換器への割付け手段と、 前記単位変換器への割付け手段により各単位変換器に割
    り付けられた単位電圧ベクトルを、自己消弧形素子のオ
    ン・オフ信号であるゲート信号に変換して前記各単位変
    換器へ出力する電圧ベクトルゲート信号変換手段と、 を備えて成ることを特徴とする自励式直流送電システム
    における直流電圧分担バランス制御装置。
  2. 【請求項２】 自己消弧形素子をブリッジ接続してな
    り、交流を直流に変換する複数台の電圧形の単位変換器
    と、 それぞれの二次巻線が前記複数台の単位変換器の交流入
    力端子に接続され、かつそれぞれの一次巻線が相毎に直
    列接続された複数台の変換器用変圧器と、 前記複数台の単位変換器の直流側に接続され、それぞれ
    直列接続された複数の直流コンデンサと、 を備えて構成される自励式直流送電システムにおける直
    流電圧分担バランス制御装置において、 静止座標系上の３相交流電圧指令信号を入力し、電圧指
    令ベクトルを算出して出力する電圧指令ベクトル算出手
    段と、 前記自励式直流送電システムの片端が全体として出力可
    能な多重空間ベクトルの集合から、前記電圧指令ベクト
    ル算出手段から出力される電圧指令ベクトルに距離の最
    も近い多重空間ベクトルを合成電圧指令ベクトルとして
    選択し、かつ当該合成電圧指令ベクトルを前記各単位変
    換器に割り付ける単位電圧ベクトルに分解し、当該単位
    電圧ベクトルの種別と個数を出力する合成電圧指令ベク
    トル選択手段と、 前記各単位変換器の直流電圧の検出値を入力し、当該直
    流電圧の検出値に基づいて割り付け順序を決定して出力
    する割り付け順序決定手段と、 前記合成電圧指令ベクトル選択手段から出力される単位
    電圧ベクトルの種別と個数と出力電流と前記割り付け順
    序決定手段から出力される割り付け順序とを入力し、当
    該出力電流に相当するベクトルと各種の単位電圧ベクト
    ルとから前記各単位変換器が発生する各種の有効電力の
    大小関係を算出し、当該各種の有効電力の大小関係と前
    記割り付け順序とに基づいて、前記各単位変換器の直流
    電圧の偏差を補償する方向の単位電圧ベクトルを割り付
    ける単位変換器への割付け手段と、 前記単位変換器への割付け手段により各単位変換器に割
    り付けられた単位電圧ベクトルを、自己消弧形素子のオ
    ン・オフ信号であるゲート信号に変換して前記各単位変
    換器へ出力する電圧ベクトルゲート信号変換手段と、 を備えて成ることを特徴とする自励式直流送電システム
    における直流電圧分担バランス制御装置。
  3. 【請求項３】 前記請求項１または請求項２に記載の自
    励式直流送電システムにおける直流電圧分担バランス制
    御装置において、 前記単位変換器への割付け手段に入力する出力電流とし
    ては、出力電流の検出値を用いるようにしたことを特徴
    とする自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バ
    ランス制御装置。
  4. 【請求項４】 前記請求項１または請求項２に記載の自
    励式直流送電システムにおける直流電圧分担バランス制
    御装置において、 前記単位変換器への割付け手段に入力する出力電流とし
    ては、出力電流の指令値を用いるようにしたことを特徴
    とする自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バ
    ランス制御装置。
  5. 【請求項５】 前記請求項１または請求項２に記載の自
    励式直流送電システムにおける直流電圧分担バランス制
    御装置において、 前記単位変換器への割付け手段における有効電力の大小
    関係を算出する方法としては、 前記出力電流に相当するベクトルと各種の単位電圧ベク
    トルとのなす角の余弦値を算出し、当該余弦値の大小関
    係から算出するようにしたことを特徴とする自励式直流
    送電システムにおける直流電圧分担バランス制御装置。
  6. 【請求項６】 前記請求項１または請求項２に記載の自
    励式直流送電システムにおける直流電圧分担バランス制
    御装置において、 前記単位変換器への割付け手段における有効電力の大小
    関係を算出する方法としては、 前記出力電流に相当するベクトルと各種の単位電圧ベク
    トルとから、前記各種の単位電圧ベクトルを割り付けた
    単位変換器が発生する各種の有効電力を算出し、当該有
    効電力の大小関係から算出するようにしたことを特徴と
    する自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バラ
    ンス制御装置。
JP9242887A 1997-09-08 1997-09-08 自励式直流送電システムにおける直流電圧分担バランス制御装置 Pending JPH1189235A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN103997054A (zh) * 2014-05-30 2014-08-20 贵州电力试验研究院 一种轻型直流输电设备高压直流侧电容充电方法

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