JPS59127531A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPS59127531A
JPS59127531A JP214083A JP214083A JPS59127531A JP S59127531 A JPS59127531 A JP S59127531A JP 214083 A JP214083 A JP 214083A JP 214083 A JP214083 A JP 214083A JP S59127531 A JPS59127531 A JP S59127531A
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多田隈 進
茂 田中
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、異なる2つの電力系統間の電力潮流量を制御
する一力変換装置≦二関する。
〔発明の技術的背景とその間加点〕
わが国の電力系統は、西日本の59Hz系統と東日本の
59Hz系統と6二大きく分けることができる。
この2つの電力系統を結び、系統間の電力潮流量を制御
する装置としては、古くは誘導機等を使った回転形周波
数父換機あるいは水銀整流器を用いた静止形層波数変換
装置等がある。最近では、水銀整流器の代り≦ニチイリ
スク等の半導体制御整流器を用いた静止形層波数変換装
置が実用Iシ供されている。
また、5QHz系統の中でも、いくつかの電力会社l二
よって管理される種々の電力系統があり、電圧定格や設
備容量もさまざまである。これらの電力系統を有効(二
結び、その系統間の電力潮流量を制御するため≦二も、
交流→直流→又流の変換を行なう電力変換装置が使われ
ている。特(二七の直流電線縁の距離を良くしたものは
、直流送電用電力変換装置として良く知られている。
第1図は、従来の電力変換装置の構成を示すブロック図
である。5QHz系統と60Hz系統を結び、当該両系
統間の電力潮流量を制御する場合を表わしている。
第1図において、BUS、は5QHz  電力系統の3
相電線路、BUS2は5QHz電力系統の3相竜線路、
T、f(、、、T R1は電源トランス、ss、、ss
2はサイリスクブリッジ回路からなる交@竜力変換器、
Loは直流9アクドル、CAPl、(、”Ar1は高調
波フィルター兼用進相コンデンサ、SVC,,8VC,
は無効電力補償装置である。
無効電力補償装置5VC1は電源トランス’l、。
サイリスタ整流回路88.、直流リアクトルLlから構
成されており、無効′嘔力制御回路AQR1を二よって
受電端の無効′電力Q、が指令値Ql(=0)l=等し
くなるよう(二直流リアクトルL1(=流れる電流IL
1が制御される。無効電力補償装置svc、 ’も同様
ζ二構成されており、無効電力制御回路AQR,によっ
て受電端の無効電力Q2が指令値Qt(=o)を二等し
くな葛よう6二電流114が制御される。
まず、5QHz系統の電線路BUS1から60Hz系統
の電線路BUS、 −二電力を送る場合音物にとって、
この装置の動作を説明する。
電線路BUS、からの受電端f二電流検出器CTs□と
電圧検出器PTsI  を設置し、3相の電圧、電流の
瞬時値を検出する。これを、次の有効無効電力演算回路
PQC11二人力し、有効電力P、および無効電力Q1
を求める。同様に、電線路BUS、からの受電端≦二も
電流検出器C’I’8.および電圧検出器PTs。
を設置し、有効無効電力演算回路PQC,と合わせて、
有効電力P、および無効電力Q2を検出する。
有効電力P1は入ってくる方向ン正、有効電力P。
は出ていく方向を正として検出する。また、無効電力Q
1.Q2は遅れ無効竜カフ正、進み無効電力を負として
検出する。
電線路BUS、から電線路BUS2に電力を送る場合、
交直電力変換器SS1は順変換器として動作し、交直電
力変換器SS2は逆変換器として動作する。
電力潮流量設定器VRP+二よって電力指令値P〉0が
与えられる。シュミット回路SHは電力指令釜 P>oのとき出力信号°“1“を発生し、スイッチSW
1をa(I′IIIIニ、ま’It スイ7 チSWt
 ’l b (tt’I C4fi 続する。すなわち
、順変換器SS1は箪力潮流振P=(P1+PR) /
 2がその指令値Pt二等しくなるよう(二、その出力
電圧V、が制御され、逆変換器SS。
の出力電圧■!は一定の直流電圧V〜発生するように二
制御される。
CToは直流電流検出器で、直流リアクトルL。f電流
れる電流工oを検出する。電力側初回路APRは両受室
端の電力検出値P1とP2の平均値(p++px)/2
が指令値P”g二等しくなるように二、前記直流電流工
。を制御するものである。
また、定電圧制御回路AVRは逆変換器SSzの出力電
圧V、が一足値■(二なるよう≦二制御するものである
。PH,、PH2は各々交直電力変換器SS1およびS
S、の位相制御回路である。
交直電力変換器SS1およびSS2の出力電圧を図の矢
印の方向6二とると ■、 =ky 、 V8. 、 cosαIV2”” 
 ky ” V8!”Q)Sα2となる。ただしkvは
変換定数、VS、、V、、は各々交直電力変換器SS、
およびSSzの交流側入力電圧である。
順変換器S81の点弧制御角α1は00〜90°の範囲
で制御され、逆変換器8S、の点弧制御角α2は90゜
〜1800の範囲1二設定される。点弧制御角α!= 
180゜のとき、逆変換器S82の交流側入力力率は1
となるが、自然転流を行なうための転流進み角γだけ点
弧タイミングをずらす必要がある。故(二、点弧制御角
α2=180°−γとなり、V、 x= −ky −V
B 、 * crs(180°−γ)の出力電圧を発生
する。転流進み角rを一定とすれは、出力電圧V2も一
定の直流電圧となる。
直流電流工0は直流リアクトルムl二印加される電圧V
、−V、を変えること(二よって制御される。出力電圧
■2  は一定番二制御されるので、V1==kv・V
s+・低α!奢変えて制御することg二なる。直流電流
■。
を増加させたい場合は、V、>V2となるよう(二点弧
制御角αIを制御し、直流電流IOを減少させたい場合
は、V、 < V、となるようC二点弧制御角α、全制
御する。定常点附近では、直流リアクトルLoの抵抗分
を無視すれば、V、 = V2の関係が成り立ち、■α
1!?;−μsα2からα1′、rとなっている。
第2図(a) 、 (b)は、50Hz系統の電線路B
USlから5’OHz系統の電線路BU82へ電力を送
っているときの各交直電力変換器の交流入力側の1相分
の電圧電流ベクトル図である。第2図(alは変換器S
S、の電圧電流ベクトル図、第2図(blは変換器SS
、の電圧′峨流ベクトル図ンおのおのボす。
直流電流工0で定電状態を考えると、■1ζ■2 とな
り、αl−γ の関係が成り立っている。順変換器SS
1の入力電流l581  は、電圧VSIより位相α1
だけ遅れて、その大きさはl1lIII=k・Io と
なっている。また、逆変換器ss2の入力電流1552
は電圧V81  より位相角α2=180’−γだけ遅
れて、その大きさはl8S2 = k−1oテJF) 
ル。
ICapl l ICap2は進相コンデンサCA P
、およびCAP、−電流れる電流、l8S3  および
lll5.  は各々無効電力補償装ksVc1および
5Vc2に流れ込む遅れ電流である。
入力電流l5SIを有効分工p1と無効分■qlに分け
ると Ipl ””’IBB1−笥αH= k−Io−txb
a。
1q+ =Iss、 −sinαH−k ” I o@
5uffxとなる。遅れ電流■9、+Iss、75S進
み電流ICapl lユ等しくなるようC二連れ電流1
ssBを制御すれは、電線路BUS1から入る電流IA
C+は前記有効分■1.たけとなり、基本波力率が常(
二1の状態で運転できる。
同様C1入力電流1111を有効分■1.と無効分■9
.に分けると、 Ipl ””工S8! @CtSα2畦拳I(、IIa
xα2■qz=Issz ’ 5jllα2 ニk ”
 Ioe811α。
となり、Iqg +Iss+=Icapz  となるよ
うc遅れ電流工884を制御すれば、電線路BLIS2
からの入カ電流■ムC!は有効分Ip!+二等しくなる
。有効分工p2は電圧■8!に対して1800位相がす
れているから、基本波力率が1で電線路BUS、の方間
へ亀カが戻っていること乞示している。
電力潮流量の設定値Pを大きくすると、直流電流工0を
増加させるため≦二過渡的f二は点弧制碓角αlt変化
させるが、P =(P1+P2)/2に見合う直流電流
I5附近f二なると、C1−職γで落ち看く。このとき
、入力側の無効分はI、;=k・■シ・sinα、とな
り、l5hs=IcapIIqt  vm少サすれば、
IACI −Ip’1=k・■6・邸α1となって、電
力潮流量だけを増加させることができる。進相コンチン
fCAP1およびCAP、の電流ICaplおよびIc
apzは・最大篭ヵを潮流させるf二見合った分を用意
しておけはよい。
電力潮流量の設定値P を負の値に設定すると、スイッ
チSWIはb側(二、またスイッチSW2はa側C接続
され、今度は60Hz系統の電線路BUS2から50H
z系統の電線路BUS、に電力が送られるよう6二なる
。このとき、S81は逆変換器として出力電圧一定制御
が行なわれ、SS!は順変換器として直流電流制御が行
なわれる。
この従来の篭力変侵装置は次のような欠点がある。
この従来の電力変換装置は、進相コンデンサCAP1.
CAP、および無効電力補償装置SVC,。
5VC2を必要とする。進相コンデンサCAP、 、C
AP。
の容量は変換器SS、およびSS2と同程度の容量を必
要とし、無効電力補償装置svc、、5vc2はγ=3
0°として変換器ss1.ss、の1/2程度の容量を
必要とする。従って電力変換装置全体としては晶価で複
雑(二なる欠点がある。
また、前記電力変換装置は定電流3二よる電力変換が前
提区ニなっており、BUS、の側で急峻な電力を要求し
ても、供給側のBUSlの設備容量の関係で応じきれな
い場合が多い。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来必要であった無効電力補償装置を
用いることなく系統側の基本力率を1に保持し、かつ急
峻な電力変動≦二対応出来る電力変換装置を提供するこ
とメニある。
〔発明の概要〕
本発明は、第1の系統と第2の系統l二それぞれ電力変
換器を接続し、2つの電力変換器を系統の周波数より高
い周波数の回路で結びがっ冒周波で作動するエネルギ蓄
積装置を2つの電力変換器の間C二接続して構成しπこ
とt特徴とする。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明の一実施例を示す電力変換装置であり、
BUSAは第lの電力系統囚を表わし、BUSBは第2
の系統(B)を示している。系統へにはトランスT人が
接続されており、1次巻線なWl、2次巻線をWt  
、 Ws 、W4  としている。同様に、系統B(二
はトランスTBが接続されており、その1次巻線’a’
W+s、2次巻線’a’ W+! 、 W+3 、W+
4  トする。
トランスTAとTB+二はそれぞれサイクロコンバータ
OCAとCCBが接続されている。サイクロコンバータ
は一般(二は高い周波数の交流電力を低い周波数の交流
電力へ変換する電力変換装置として使用されるがこの実
施例(二おいては系統A又はBの周波数より高い周波数
g:変換し比較的小形のエネルギ蓄積装置g二よってエ
ネルギーの充放電が可能(二なるよう配慮している。従
ってこの実施例のサイクロコンバータは一般のサイクロ
コンバータの入力と出力の関係が逆【二なっている。サ
イクロコンバータCCAとCCBは構成および動作原理
は同じであるので以下CCA+二ついて説明する。U相
(二ついて述べると、正群コンバータCAUI・と負群
コンバータCADIは詳細図は省略しているがそれぞれ
サイリスタ6アームから構成されている。正群コンバー
タCAUIのアノード側端子と負群コンバータCAU2
のカソード側端子の間に中間タップ付直流すアクトルL
+%’接続する。また、正群コンバータC肌、のカソー
ド側端子と負群コンバータCAU 2のアノード側端子
の間C二中間タップ付リアクトルL!を接続する。直流
リアクトルL1の中間タップはりアクドルL?を介して
トランスのU相巻線W2の2方の端子(二接続し、直流
リアクトルL2の中間タップはU相巻線W2の他方の端
子に接続する。正群コンバータCAUIと負群コンバー
タCAU2のU相、■相、W相の各アームをそれぞれ共
通にしてリード線を取りだし、サイクロコンバータCC
BのU相出力端子g二接続する。正群コンバータCAJ
Iと負群コンバータCAV2がV相のサイクロコンバー
タを形成しており、同様g二正群コンバータCAW1と
負群コンバータCAW2がW相すイクロコンバータを形
成している。U相、V相、W相チイクロコンバータの出
力端子は各相共通に接続されサイクロコンバータCCB
の対ル6する出力端子C二接続される。
なおサイクロコンバータCCBもOCAト同様の構成を
しておりOCAとCCBの中間番ニエネルギ蓄積装置と
してのフライホイール装置が接続されている。
フライホイール装置は電動発電機としてのシンクロナス
モータSM、慣性体F W 、シンクロナスモータの回
転子位置検出器PS、速度発電機TGが筐結されている
第4図乃至第5図を用いて第3図の実施例の動作を説明
する。サイクロコンバータCCAとCCBの入力は50
 or 60Hzであり、出力即ちシンクロナスモータ
の端子電圧はそれより1桁程度高い周波数が選ばれる。
電圧、電流の位相角C二ついては、入力側では系統へ悪
影響をおよぼさないよう同相即ち力率100%で運転さ
れるととが望ましい。一方出力側(二おいては高周波の
出力電圧C二よって負荷転流を可能にするため、電動機
運転のとき進み電流となるように発電機運転のときおく
れ電流となるようg二制御される。
第4図は制御ブロック図である。シンクロナスモータン
加速したいとき、速度指令nHと速度発電機TG+二よ
って検出した実速度n。の偏差11Rnoは正直二なる
。この偏差は速度制御装置G+(S)を介して電流ピー
ク値指令Im l二変換される。次の乗算器≦二おいて
系統のU相電圧と同期した基準信号5LrIω、tと削
杷電流ピーク値指令工mを乗すると入力力率100%(
二なるような入力電流指令ICAU  即ちlm5u1
ω、tが得られる。ついで入力電流指令ICAUは実際
の入力電流検出値ICAUと比較し、電流制御回路G2
 (S) Y 洲して正群コンバータの位相制御回路P
HA、1 を二与える。又同様−二して得られた位相入
力信号を極性を反転して負群コンバータの位相制御回路
C1勾える。位相制御回路PHAUIとPHAU7まそ
れぞれ対応する正群コンバータCAUIと負群コンバー
タcAUl’ニゲート信号を勾えるが、転流動作は次の
様に1行われる。位置検出装置PS+二上って第5図(
a)(二示すような誘起電圧の位相を検出する。
出力の角周波数をω2とするとeu−ElnSIn(ω
zU、e v =gm ”’ (ω2t−2π/3)、
ew=EmSIn(ω2t−4π/3)と表わすことが
出来る。このとき位相基準信号esles2はesI 
(or es2)ミIJ1(o)2t i−7十、 )
、k−1゜2.3.4.5.6で表わされる6例の正弦
波信号である。即ち正群コンバータCAU+’二おいて
は第    □5図(b)−二示すよう(二位相入力信
号と基準信号e81の下り勾配との交点で順次転流する
。負群コンバータCAU2−おいては第5図(cl+二
示すよう【二基4s伯号eszの上り勾配と位相入力信
号との交点で転流し、正、負荷コンバータの平均電圧が
U相すイクロコンバータの出力′電圧となる。
電力をフライホイール側から系統側へ戻す場合は速度偏
差n1− n(、< 0 になりそれc二見会って位相
入力信号の位相および極性が変るが制御ブロック図とし
ては何ら変更ン要しない。■相すイクaコンバータの制
御およびW相すイクロコンバータの動作i二ついても全
く同様である。系統(B) を二接続されたサイクロコ
ンバータCCBの動作もサイクロコンバータCCムと同
じである。第3図の実施例(二おいて、系統(B)がパ
ルス状の大電力を必要としたとき、系統(A)の負荷状
態から大電力!取り得ない場合蓄積装置であるフライホ
イール装置のエネルギーを系統(H)側へ放電する。そ
の結果としてフライホイール装置の回転数が低下するが
、その場合は系統(A)又は系統(B)の余剰エネルギ
で充電すること≦二なる。
系統(A)から系統(B)へ直接箪カを輸送する場合、
又はその逆の場合はフライホイール装置は単なる転流要
素として作用する。
実際≦1弟3図の電力変換装置ビ運用する場合、フライ
ホイール本体の回転数は最低の回転数Nm i nと最
高の回転数Nmaxの間で使用される。最低の回転数N
m1n)(ま電動突部1機の効率面から決定され最高回
転数Nma xは慣性体の機械的強度できまる。通常の
待機状態C二おいては、サイクロコンバータCCA−二
対する速度指令n とサイクロコンバータCCB≦二対
する速度指令n ともにNor二設定されており、フラ
イホイールは回転数No(Nmin <N。
< Nmax )で回転しており、加速(充電)と減速
(放電)はどちらも選択できるよう(二なっている。
いま系統(B)側で電力を必要とする場合、サイクロコ
ンバータCCBに対する速度指令n をさげてやると速
度偏差n  −nO(”Oはフライホイールの回転数)
は負≦二なり、フライホイール側から系統(B)へ電力
が送られる。このときフライホイールの回転数noは放
電と共に低下していくのでサイクロコンバータCCAに
対する速度偏差nA−110>0となり系統(A)から
フライホイール側へ電力が送られる。
系統(A)からとフライホイールの両方から電力が系統
(B)へ伝達される。系統(B)の電力が不要f二なる
とサイクロコンバータCCB に対する速度指令を再び
nR= N□ を二設定するとサイクロコンバータOC
AとCCBの両方から電力が供給されフライホイールは
元の回転数N0に連した状態で待機する。
系統(B)≦二おいて余剰幅カが発生した場合は、サイ
クロコンバータCCB≦ニ対する速度指令n−吠きくす
るとn  −n(、>0となり、系統(B)からフライ
ホイール側へ電力が送られる。当然のことなからフライ
ホイールの回転数は高くなるので、サイクロコンバータ
CCAに対する速度偏差n   no (Oに二なり電
力はフライホイール側から系統(A)へ伝達される。サ
イクロコンバータCcBの速度指令を元(二戻すとフラ
イホイールの余剰エネルギは系統(A)又は(B)−二
送られ回転数N□+二まで低下し次の動作5二待機する
前記説明の中で、電力系統(A)から系統(B)へ電力
を送る場合系統(A)の負荷状態からみて系統(B)へ
送る余裕がない場合がある。この場合はエネルギ蓄積装
置であるフライホイールから大部分の電カン供給するこ
とになる。また逆に二系統(B)から系統(A)へ電力
を送る場合、系統(A)が軽負  荷で電圧上昇をまね
く場合がある。このときはサイクロコンバータCC人の
電カンしほることC二よって大部分の電力がフライホイ
ールの回転エネルギーとして蓄わえられる。
フライホイールの回転数が上限NmaX又は下限Nm1
nの状態(二あるときは、放電又は充電の一方向のみし
か利用できないので若干連用が限定される。
従って電力系統(A)と(B)の粘性、動作貢物を考え
てエネルギ蓄積装置の8鼠を選ぶ必要がある。
〔発明の効果〕
本発明は系統(A)と系統(B)との間にニエネルギ蓄
積装置という1つの緩衝装置をおくことl二よって単な
る電力の輸送5二とどまらず、余剰エネルギーの有効利
用も可能にしたもので、系統側≦二おける力率は常l二
100%5二維持することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電力変換装置のブロック図、第2図(a
l (blは第1因の動作を説明するための受電端の電
圧、電流ベクトル図、第3図は本発明の′磁力変換装置
の一実施例の構成図、第4図、第5図は第3図の実施例
を説明するための制御ブロック図と位相制御回路の動作
説明図である。 BUSA、BUSB・・・電力系統 TA、  Ts・・・電源トランス W、 、 Wll・・・電源トランスの1次巻線Wl 
、 W3.冑いW1□、 Wl、 、 Wl、・・・岨
諒トランスの2次@線 CA IJI + cAU2 + ’−A Vl + 
cAV! + ”AWI + CAN! ’・・電力変
換器CB Ul + CB Ut+ CB Vl + 
CBVI + CBWI + CBW2 ”’ kカ変
換器り、 、 L2・・・・・・LG・・・リアクトル
L11 + L12・・・・・・LG・・・リアクトル
CCム、CCB・・・サイクロコンバータ8M・・・同
期電動機   FW・・・フライホイール装置    
     PS・・・位随検出器TG・・・速度発電機
。 (7317)代理人 弁理士 則 近 憲 佑第1図 う・ で乙 2 (検出) 第2図 VS。 S2 才

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 弗1の系統と第2の系統を有し、そnぞれの系統に第1
    と$2の電力変換器を接続し、2つの電力変換器を第1
    および第2の系統の周波数より高い周波数の回路で結び
    、かつ高周波で作動するエネルギ蓄積装置を2つの箪力
    銑換器の間に接続したことを特長とする電力変換装置。
JP214083A 1983-01-12 1983-01-12 電力変換装置 Granted JPS59127531A (ja)

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JP214083A JPS59127531A (ja) 1983-01-12 1983-01-12 電力変換装置

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JPS59127531A true JPS59127531A (ja) 1984-07-23
JPS6343973B2 JPS6343973B2 (ja) 1988-09-02

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