JPS5821496B2 - チヨクリユウソウデン ノ セイギヨホウシキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に電力の緊急応援を行なうのに好適な直流送
電系統の制御方式に関する。

第１図に代表的な直流送電系統を示す。

図においてＡ、Ｂは交流系統、ＴＲ１、ＴＲ２はタップ
付変圧器、Ｃ０Ｎ１．ＣＯＮ２はサイリスク又は：マー
キュリーバルブによる交直変換器、ＤＣＬｌ。

ＤＣＬ２は直流リアクトル、Ｌｌ、Ｌ２は直流線路であ
る。

このような直流送電系統の制御方式としては、一般に、
順変換器は定電流制御、逆変換器は定余裕角制御方式が
とられる。

この場合、順変換器の出力端子における直流電圧Ｖｄｒ
、逆変換器の直流端子における直流電圧Ｖｄｉは、よく
知られているように次式で表わされる。

Ｖｄｒ＝１．３５Ｂ２ｒ ＣＯ５α−−ＸｒＩｄ
−（１）π ｖｃｔ ｉ ＝ １．３５ Ｅ２ｉ ｃｏｓδ−−Ｘ
ｉ Ｉｄ −（２）π ここで、Ｅ２ｒ、Ｅ２１はそれぞれ順逆変換器の変圧器
直流側線間電圧、αは順変換器の飼御角、δは逆変換器
の余裕角、Ｘｒ、Ｘｉはそれぞれ順、逆変換器に接続さ
れる変圧器のインピーダンス、Ｉｄは直流電流である。

（１）、（２）式かられかるように、変圧器直流側電圧
Ｅ２ｒ、Ｅ２１を一定とすれば、直流電圧は、直流電流
が犬きるなるに従がって低下する。

その低下中は、通常、定格電流を流したときに１０％程
度である。

直流送電系統は常時直流電圧Ｖｄ ｒ 、 Ｖｄ ｉを
一定にして運用することが望ましく、（ＩＸ２）式の第
２項３ の電圧低下分（−ＸｒＩｄ、−ＸｉＩｄ・・・これは第
１図の変圧器ＴＲ１，ＴＲ２における電圧低下である。

）の変動に対してもＶｄｒ、Ｖｄｉを一定とすべ〈従来
より変圧器ＴＲ１，ＴＲ２のタップ制御によりＥ２ｒ、
Ｅ２１を調整している。

すなわち、逆変換器側では直流電圧が低過ぎる場合はタ
ップを上げ、直流電圧が高過ぎる場合はタップを下げで
、常に直流電圧が一定となるようタップを調整する。

一方順変換器側では、変換器の制御角αを検出し、この
αが通常１０’〜２０°の範囲に入るようタップを調整
する。

尚、逆変換器は、前記のように定余裕角制御であり、こ
の場合の余裕角δの設定値は１０°〜２０°位とされて
いる。

ここで、α、δは変換器の安定運転上（安定な転流動作
の可能な運転）から余り小さい値はとれず、また、大き
な値も変換器の必要とする無効電力の増大及び変換器の
発生する高長波の増加をまわくことからとれず、通常は
１０〜２０° （電気角）の範囲に設定して運転してい
る。

このように、α、δを上記範囲内で運用することにより
安定運転ができる。

また、後述する（３）式は変換器の力率ＣＯ８とを示す
ものであるが、ここでδは１０°〜２０°の値であり、
重なり角Ｕは定格負荷のとき２５°位（但し、転流りア
クタンスが変換容量の２０％として試算）であるから、
８０％以上の高力率で運転ができる。

尚、重なり角Ｕは軽負荷となるほど小さくなるから、軽
負荷であるほど高い力率となる。

このよう。に従来方式によれば高力率でかつ安定運転で
きる。

しかしな力鴨、軽負荷時は、定格運転時に比し変圧器の
直流側電圧を１０％程度低くしているため、緊急時に一
気に定格電力まで送電することができず、定格の９０％
程度までしか増加できない。

Ｊつまり、この従来方式によれば（１） 、 （２）式
を参照して明らかなように、軽負荷時に第２項（−Ｘｒ
Ｉ ｄ 。

−ＸｉＩｄ）が小さな値となり、直流電圧Ｖａｒ。

π Ｖａｉｆ一定とするために、変圧器のタップ位置が下げ
られ変圧器直流側電圧Ｅ２ ｒｔ Ｅ２ ’も下がって
；いる。

この状態から緊急に負荷増大しようとすると、すぐには
タップが動かず、しかもＥ２ｒ、Ｅ２１は負荷増大に伴
なう変圧器内部の電圧降下により低下するため、直流電
圧Ｖａ ｒ、Ｖａ ｉは定格値よりも小さい値となる。

このため緊急電力増大の際に４定格電力まで送電するこ
とができない。

その後タップの位置が回復するに従がって、電力が増加
するが、多大の時間を要する。

また、余裕角を一定に保もつと、電流の小さい範囲では
、電流の大きさにほぼ比例して皮相電力が小さくなる上
に、力率が高くなる。

このことは、重なり角をＵとすれば、変換器の力率ｃｏ
ｓψがｃｏｓψ”＝（ｃｏｓδ十ｃｏｓ（δ＋Ｕ））／
２°−（３）で表わされ、直流電流が小さくなるとＵが
小さくなることから明らかである。

また、交換器の所要無効電力は、皮相電力Ｘ ５ｉｎ（
Ｃｏｓ ’ε）で求められるが、ちなみに、前記条件下
において１０％負荷のとき重なり角Ｕは５度位であり、
このときの−力率は９５％程度である。

そして、前記のように定格負荷での力率は８０％位であ
る。

したがって、定格運転時と軽負荷時では、変換器の所要
無効電力が大巾に異なるため、直流送電系の電流の増減
に伴なう交流側の電圧変動が大きくなる欠点がある。

さらに前記したように、直流電流の増減に伴なう直流電
圧の変化を変圧器のタップで行なうため、変圧器のタッ
プ範囲が広くなる欠点がある。

本発明は、上記した従来技術の欠点をなくした直流送電
系統の制御方式を与えるものである。

本発明は、交流系統の電圧の変動があっても両端子の変
圧器直流側の無負荷電圧がそれぞれ一定値になるように
変圧器のタップを制御し、逆変換器は直流電圧が一定と
なるように制御角をコントロールし、順変換器は定電流
制御とすることにより、上記したような欠点のない直流
送電の制御方式を与えるものである。

本願の発明者は変換器の一つについてのタップ制御につ
いて、先に特願昭４７−８０８６６号によって提案した
が、本願の発明はこれをさらに発展させ直流送電システ
ムとしての制御方式にしたものである。

第２図に本発明の実施例を示す。

ここでは、Ｃ０Ｎ１を順変換器、ＣＯＮ２を逆変換器と
して示している。

図において、ＰＴｌ 、ＰＴ２は交流の電圧変成器、Ｄ
ＰＩ、ＤＰ２は直流電圧変成器、ＤＣＩ、ＤＣ２は直流
電流変成器、ＴＣｌ、Ｔｅ３はタップ制御装置、ＥＸＣ
は定余裕角制御装置、ＳＷは切替スイッチ、ＤＦｌ、Ｄ
Ｆ２は加算器、Ａ、 、 Ａ２は直流増巾器、ＡＰＩ、
Ａｒ１は自動パルス移相器、■Ｓは２つの入力のうち小
さい方の電圧を選択する電圧選択回路、Ｖｃは直流電源
電圧、Ｒは抵抗器、Ｄはダイオードである。

Ｔｅｌ。Ｔｅ３は第４図に具体例を示す回路であり、変
圧器の交流側電圧を監視しながら変圧器直流側の無負荷
電圧を一定に保もつ機能をもつ、これについて説明する
。

第４図は、変圧器２次の無負荷電圧を一定とするタップ
制御回路ＴＣの実施例を示すものである。

本発明において、無負荷二次電圧とは直流系統が定格負
荷状態（１００％負荷状態）で変換器の制御角が１０〜
２０°（電気角）となる値を言い、無負荷時の（変換用
）変圧器の２次電圧を常にこの値に保つために（変換用
）変圧器にパラに無負荷２次電圧検出用の補助電圧変成
器（第２図のＰＴｌ 、ＰＴ２ ）を設ける。

変換器動作中には、転流中に変圧器２次端子間が短絡さ
れ電圧零となるため、変圧器２次側の無負荷電圧を測定
することはできない。

第４図の実施例はタップ位置表示用の接点を用いて、タ
ップ位置によって異なる基準電圧を作り、一次側の電圧
をこの基準電圧と比較することによりタップ上げ下げの
指令を出す方法を示すものである。

同図中で、Ｓｌ、Ｓ２．・・・・・・Ｓｎはタップ位置
を示すスイッチで、タップ位置シに応じてどれが一つが
閉じているものとする。

これらのスイッチの片端子には負極性の基準直流電圧−
ＶＣＣが与えられて居り、他の端子はそれぞれ値の異な
る抵抗器Ｒ１，Ｒ２，・・・・・・Ｒｎを介して、直流
増巾器Ａ１ｏの入力端子に接続されている。

まシた、抵抗器Ｒ６はスイッチを介さずにＡｌｏの入力
端子に−ＶＣＣを加えるものである。

Ａｌｏの他の入力端子は抵抗部Ｒｇで接地されている。

Ａ、ｏの出力は抵抗器Ｒｆ１によって入力端子にフィー
ドバックされているから、Ａｌｏの出力Ｅｓは
・Ｒｆ Ｒｆ Ｅｓ ＝ Ｖｃ ｃ （＝ ＋ ） ・−−・（
７）ＲＩＲ８ となる。

ここでＲｉは閉じているタップｉに相当するスイッチＳ
ｉに直列接続された抵抗値である。

したがってＥｓは同図すに示すようになるが、タップ位
置ｉにおける変圧器二次電圧■２と一次型こ圧■１の比
をＮｉ−■２／■１とし、Ｅｓ−Ｎ１＝規定値となるよ
うにｇｓを選べば二次電圧を一定とするための一次電圧
の基準値が得られたことになる。

したがって、第４図に示すような変圧器−次側の交流電
圧Ｅａを整流し、抵抗器Ｒａとコンデンサ４Ｃａにより
平滑した電圧Ｅａをレベル比較器ＬＤにより比較し、Ｅ
ａがＥｓよりも犬であれば、変圧器タップ上げ指令を出
す。

タップ位置が上ってくるとＮｉが小となってくるためＥ
ｓが段々に犬きくなり、ＥｓとＥａが等しくなるところ
でタップは停止する。

Ｅ ａ＜Ｅ ｓの場合は逆にタップ下げ指令が与えられ
ることになる。

このように、第４図の回路によれば、変圧器２次の無負
荷電圧を一定に保つ制御が可能である。

つぎに、逆変換器の制御について説明する。

逆変換器は前にも記したように、直流電圧が一定となる
ように制御されるが、過度動揺時にも転流失敗しないよ
う定余裕角制御回路ＥＸＣも付加され；ている。

定余裕角制御回路ＥＸＣの内部の具体回路例について説
明する。

第５図は定余裕角制御回路の基本的な考え方を説明する
ための特性線図であり、横軸に転流電圧、縦軸に制御進
み角γをとる。

図に破線１１で示すように、余裕角δを一定に保つため
には制御進み角γを転流電圧の低下とともに、指数関数
的に増大させることが必要である（但し直流電圧Ｉｄ一
定とする。

）従ってこれを忠実に実現するためには複雑な制御装置
を要し、その結果として装置の信頼性、転流電圧の急激
な低下に対し７ての連応性に欠けるものとなる可能性が
ある。

本実施例では、これを直線１２で近似して制御すること
を提案するものであって、かくすることによって制御装
置を簡易化することができ、同時に制御に連応性をもた
せることができる。

第６図は第５図の直線１２に示す特性を得るための制御
電圧導出回路の実施例である。

図で３１゜３２および３３は転流電圧を入力とするトラ
ンス３４．３５，３６および３７，３８，３９はコンデ
ンサおよび抵抗でトランス３１ ３２ ３３の二次電圧
を移送するための移相回路を形成する。

４０．４１および４２はブリッジ整流回路であり、トラ
ンス３１，３２．３３の二次電圧および移相された電圧
を入力とする。

４３４４・・・・・・４８は抵抗、４９，５０および５
１はコンデンサである。

この接続において、いわゆる連窓整流回路６１゜６２．
６３が構成され、結局、抵抗４６，４７および４８の両
端にはトランス３１，３２および３３に加わる転流電圧
（線間電圧）に応じた直流電圧が導出される。

各連窓整流回路６１，６２．６３の出力端の一端は共通
に接続されて接地される。

各連窓整流回路６１，６２．６３の出力端の他端はダイ
オード５３．５４および５５を介して接続点５６で共通
に接続されるとともに抵抗６４を介して適当な電源に接
続される。

従って接続点５６の電圧について見れば、図の接続では
、最も小さい転流電圧に対応した直流電圧が得られるこ
とになる。

（抵抗４６．４７，４８の値は抵抗６４より充分／Ｊ’
ｉさいものとすることは当然である。

）５７はトランジスタ、５８は抵抗であり、エミッタフ
ォロワ回路を構成する。

トランジスタ５７のベースに接続点５６の電位を加える
と端子５９には最も小さい転流電圧に応じた電圧が得ら
れる。

自動パルス移相器は第３図に示すような、制御人力Ｅｃ
と制御遅れ角α（以下制御角とのみいう。

）が直線関係のものを用いるものとする。

スイッチＳＷは説明の便宜のために記したもので、実際
には１か２のいずれかに固定的に接続されるものである
。

制御の目的にしたがって、順変換器側の直流電圧を一定
に保もとうとする場合には１に、逆変換器側の直流電圧
を一定に保もとうとする場合は、２に接続する。

いずれの場合も動作は同様であるから、ここでは、２に
接続されているものとして説明する。

直流電圧変成器ＤＰ２によって検出される直流電圧は加
算器ＤＦ２に加えられる。

ＤＦ２の他の入力には端子Ｔ２より、直流電圧設定値が
負の記号で与えられている。

したがってＤＦ２出力は直流電圧と直流電圧設定値の差
となる。

この差は、直流増巾器Ａ２で増巾されて、パルス移送器
ＡＰ２に加えられる。

電圧選択回路■Ｓには、定余裕角制御回路ＢＸＣの出力
と、直流増巾器Ａ２の出力の入力として印加されるが、
通常はＡ２の出力が選択される。

その理由を下記に説明する。

変圧器のタップ位置は前に述べたように、直流側巻線の
無負荷直流電圧Ｅ２１が一定になるように制御されるが
、その値は定格電流ＩｄＮを流し、余裕角を規定値δ。

としたときに直流電圧が定格値となる何＜（２）式で決
るＥ２盲の値とする。

したがって、この場合の逆変換器の制御角αはよく知ら
れた式、 。

。５δ。−ｃｏｓ （１８０’ −、、＝□ ＋＋＋
（３璽２１ より決まる値となる。

したがって、ＥＸＣの出力は、このαに相当する制御電
圧となっている。

直流電流が定格値以下の場合は、（２）式かられかるよ
うに直流電圧を一定に保もつために、余裕角δをδ。

よりも大きくしなければならない。この場合、制御角α
は、余裕角δ。

を得るための値よりも小さな値きなる。

したがって、直流電圧を一定に保もつループである。

直流増巾器Ａ２の出力電圧は、ＥＸＣの出力電圧よりも
低くなる。

したがって、電圧選択回路■Ｓの２つのダイオードのう
ちＤ２が導通しｖＳの出力電圧はＡ２の出力電圧に等し
くなり、ダイオードＤ１は逆バイアスさ）れ非導通とな
る。

以上のように通常時は直流電圧を一定に保つループが優
先して動作する。

即ち通常、ＤＦ２の出力はわずかに正であり、これがＡ
２により増巾されて、先程の（４）式で決まるαの値に
相当する（第３図参照）値となっている。

具体的には、α＝１３０°〜１６０°となるのが普通で
ある。

いま直流電圧が何等かの理由で上昇するとＤＦ２の出力
の正の値が小さくなり、αが小となって直流電圧を下げ
る働きをする。

直流電圧が低下した場合は上記したのとは逆でαが犬と
なり、直流電圧を上昇させる力が働らく。

通常は以上のように、直流電圧を一定とするループが働
らくが、過渡的には、定余裕角制御回路が必要な場合も
ある。

例えば、直流電流が過渡的に定規値よりも大きくなった
場合であるが、このような場合に、直流電圧を一定に保
もつためには、（２）式かられかるように余裕角をδ。

よりも小さくしなければならないから、前記したＡ２の
出力はそのように変化するが、一般にδ。

は安定連帳可能な最小値に選ばれるから、余裕角をδ。

よりも小とすると転流失敗の危険がある。

第２図の回路では、ＥＸＣの出力として余裕角δ０を得
るためのαに相当する電圧が与えられている。

この値はＡ２の出力（δ０よりも小さなδを得るための
αに相当する電圧）よりも低い値となるから、ｖＳによ
り、ＥＸＣの出力が選択されＡ２出力はリジェクトされ
る。

したがって、いかなる場合も余裕角がδ。

なる値よりも小さくなることはなく、安定な運転が保障
される。

順変換器は定電流制御である。

すなわち、ＤＦ１Ｆ１出力常わずかに正値となっており
、これがＡ１によって増巾されて、パルス移相器ＡＰ１
に与えられている。

その値は通常制御角α＝１０°〜２０゜に相当する値で
ある。

何等かの理由で直流電流が増加すると、ＤＦ１の出力が
増加し、αが犬となって、順変換器出力直流電圧が低下
し、電流が減少させる力が働らく直流電流が減少した場
合はこの逆の動作で電流を増加させる力が働らく結果的
に直流電流は一定に保もたれる。

したがって順変換器側の直流出力電圧は先に説明した定
電圧制御される逆変換器の電圧よりも直流線路による電
圧降下分だけ高い値となる。

順変換器側の変圧器タップは、（１）式より、逆変換器
によって決められる直流電圧に対して、線路抵抗も考慮
し、定格直流電流を十分流し得る直流側巻線電圧を常に
保もつように制御される。

以上述べた本発明によれば、前記（２）式のｖｄｉを逆
変換器の定電圧制御により定め、Ｅ２ ＋ 、 Ｅ２
ｒを無負荷二次電圧一定の考えによりタップ制御する。

軽負荷のときＥ２ｒ、Ｅ２１は変圧器内部の電圧降下分
だけ高くなっており、かつこの式の第２項が小さいが、
制御角αと余裕角δが定格時よりも大きな角度とされる
ことでｖｄｉ、Ｖｄｒが一定に保持されている。

この方式では一定格負荷のときの変圧。器直流側電圧Ｅ
２１がその定格値となるように常時の直流側電圧Ｅ２１
がタップ制御によって定められているから、緊急電力増
大の際に直流電圧Ｖｄ ｉが低下せず一定である。

このことは定格電力までの増大が変換器の点弧角制御の
みで行なえることをシ意味しており、タップをも使用す
る場合に較べ高速である。

また本発明では変圧器のタップ段数が少なくてよいとい
う効果がある。

従来方式では交流電圧の変動と前記（１） 、 （２）
式の第２項の増減に対応して、Ｊｖｃｔ ｉ 、ｖｃｔ
ｒを一定にできるだけのタップ数が必要であったが、
本発明では交流電圧の変動に対して、Ｅ２ｒ、Ｅ２１の
無負荷電圧を一定に保持できればよＧ）。

ちなみに、交流電圧の変動は５％程度であり、（１）
、 （２）式の第２項による電圧変動は１０％程である
。

また、軽負荷時と定格負荷時とで余裕角δの変化中を小
さくできるため、負荷変更時における無効電力変動を小
さなものにできる。

以上の説明は逆変換器側の直流電圧を一定に保もつ方式
について説明したが、第２図のＳＷを１・に倒し、順変
換器側の直流電圧を一定に保もつ方式としても、前に説
明した効果が十分得られる。

尚、本発明では定格運転時の所要無効電力が従来方式の
ものと同じになるように（変換用）変圧器の無負荷２次
電圧を設定することで定格運転時における無効電力は従
来のものと差異は生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流送電系統を示す図面、第２図は本発明の実
施例、第３図は第２図で用いるパルス移相器の特性を示
す図面、第４図は変圧器２次の無負荷電圧を一定とする
タップ制御回路の実施例を示す図、第５図は定余裕角制
御回路の特性を説明する図、第６図は制御電圧導出回路
の一例を示す図である。 符号の説明、ＰＴｌ、ＰＴ２・・・・・・電圧変成器、
ＤＰＩ、ＤＰ２・・・・・・直流電圧変成器、ＤＣＩ。 ＤＣ２・・・・・・直流電流変成器、ＴＣｌ、Ｔｅ３・
・・・・・タップ制御装置、ＳＷ・・・・・・切替スイ
ッチ、ＥＸＣ・・・・・・定余裕角制御回路、ＤＦＩ、
ＤＦ２・・・・・・加算器、Ａ１．Ａ２・・・・・・直
流増巾器、ＡＰｌ、ＡＰ２・・・・・・自動パルス移相
器、ｖＳ・・・・・・電圧選択回路、Ｖｃ・・・・・・
直流電源電圧、Ｒ・・・・・・抵抗器、Ｄｌ、Ｄ２・・
・・・・ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流送電線路の両端に設けられた交直変換装置の夫
   々の交流端子をタップ付変圧器を介して交流系統へ接続
   するとともに、順変換運転側の交直変換装置においては
   直流電流一定制御を、又逆変換運転側の交直変換装置に
   おいては直流電圧一定制御を行なうようにされた直流送
   電の制御方式において、前記両端のタップ付変圧器を、
   この変圧器が無負荷となったときの交直変換装置側電圧
   が所定の無負荷電圧にほぼ一定となるように常時よりタ
   ップ制御するとともに、この一定値とは、定格運転時の
   交直変換装置側電圧をほぼその定格値とするべく定めた
   ことを特長とする直流送電の制御方式。