JPS5927182B2 - 整流器装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高電圧直流伝送の整流器装置の制御装置に関す
る。

整流器装置が作動を開始すると、整流器は通常、。

９００以上の比較的大きい制御角で導通される。

前記の比較的大きな制御角は制御角の下限を大きくする
ことによつて得られる。その後この下限が小さくされる
と、整流器の調整器は制御角を減少し、従つて所望の電
流又は電力が得られるまで直流電圧を増大する。然しな
がら、もし直流伝送路の他端に置かれた逆変換器が何ら
かの理由で作動を開始しないと、従つて導通状態になら
ないと、整流器装置内に直流電流が流れ始めない。

従つて調整器は所定の電流を逆変換器側に供給しようと
して整流器装置の直流電圧を増大し続ける。そしてその
直流電圧は、特に「オープン」すなわち線路の故障点で
生じる開路端で反射するので、かなりの値に達する。こ
れは伝送路を危険な過大電圧にさらすことになる。過大
電圧は架空送電線に対してよりもケーブルに対してより
重大であるから、平滑リアクトルとケーブルの対地容量
とで共振回路を形成するケーブル伝送路の場合これは最
も重大である。過大電圧の危険を防止するには、伝送路
が実際に導通するまで整流器の制御角の下限を比較的大
きくしておけば可能である。

或いは、制御信号の大きさかこの大きさの変化分を制限
しても良い。このようにして、主な過大電圧は避けられ
るが、制御速度が犠牲になる。制御速度と重大電圧とを
共に所返の限度内に位持しようとする妥協案は実現困難
なようである。そこで、本発明によつて、制御信号又は
その変化分の限度を導入し、そして特許請求の範囲に述
べたようにこの限度を制御角に依存するようにすること
が提案される。

本発明は付図を参照して一層詳細に説明される。

第１図は高電圧直流線路４３により相互に接続された整
流器局４１および逆変換器局４２を含む直流伝送路を図
示している。ポテンショメータ４６は整流器装置が伝送
路４３に供給すべき所定の直流電流に対する基準値Ｉｒ
ｌを調整器４５の一つの入力端子に供給する。変換器４
Ｔは整流器局４１従つて伝送路４３を流れる実際の電流
の検出用であり、検出された実際の電流値に対応する信
号１Ｄが調整器４５の他の一つの入力端子に供給され、
調整器４５は前述の基準値１１と変換器４ｒで検出され
た信号１Ｄとの間に差があるとき、その差の大きさに相
当する制御信号ｒ（＝Ｉｒｌ−１Ｄを出力し、このｒは
制御パルス発生器４４に入力される。制御パルス発生器
４４は通常比例積分部と整流器局４１の整流器の弁に供
給する制御パルス（点弧用パルス）の発生部とを有する
ものであり、比例積分部はこの制御信号ｒを入力とし、
出力として制御角αに対応する信号を出力する。制御パ
ルス発生部はこのａに等しい制御角で整流器局４１の整
流器の弁に制御パルスを供給する。調整器４５の出力す
なわち制御パルス発生器４４の入力にはダイオード４９
のカソードが接続され、そのアノードはポテンシヨメー
タ４８で設定される電圧が印加されている。上述の構成
において、定常状態においてはポテンシヨメータ４６が
出力する基準値に対応する電流が整流器局から出力され
ており、整流器局４１の整流器の制御角αはこの電流値
に対応した制御角で点弧されるよう調整器４５、制御パ
ルス発生器４４で制御される。

このように実際に流れる電流が基準値に対応する電流と
等しいとき制御信号ｒは零である。何らかの理由で実際
の電流が基準値に対応する電流から逸脱すると制御信号
ｒ（＝Ｉｒｌ−１Ｄ）が発生し、この制御信号ｒに対応
し実際に流れる電流を元の電流値に復帰すべく制御角α
が変化するものである。なお、ダイオード４９およびポ
テンシヨメータ４８については後述する。同様の制御装
置が逆変換器にも設けられている。整流器局における実
際の電流値が逆変換器における電流値よりも少し大きく
設定される通常の制御の原理によると、逆変換器は最大
制御角に制御され、そして線路電圧Ｕを支配する。

一方整流器装置は正しい直流が得られるようにその電圧
を調整する。第２図は、例えば逆変換器内の故障により
線路が遮断され直流電流が流れない場合の、整流器の電
圧が所定の線路電圧ＵＬまで増大する曲線を図示してい
る。その時電圧Ｕは通常の線路電圧より大きい値に達す
る。理想的電圧増大過程は曲線Ｃに従うものである。

すなわち、値ＵＬまで電圧が急速に土昇し、その後はそ
れ以上上昇しないものである。然しながら急激に増大す
る直流電圧をこのような開放している線路に印加すると
その開路端で直流電圧が反射し線路の電圧がかなりの値
に上昇するから、整流器装置が曲線Ｃのような急速に増
大する電圧を発生するとき必ず曲線Ａで示されるような
短時間の過大電圧を伴う。従つて曲線Ｃに示されるよう
な過大電圧を伴わない急速な電圧増大過程を実現するこ
とは困難である。過大電圧の発生を避けるために、調整
器４５の出力側にダイオード４９を介して接続されるポ
テンシヨメータ４８の形式の限界値発生器を含む制限装
置を設けることができる。

ダイオード４９はポテンシヨメータ４８の設定により決
定される量だけ整流器電流の実際の値が所望の値より小
さい場合に導通するようにされている。これを説明する
と、まず、前記したように、制御パルス発生器４４は比
例積分部分と制御パルス発生部とを有するものである。
一般に積分器は積分器への入力信号の大きさを制限すれ
ばその出力の大きさの変化率も小さく、従つて入力信号
に対する応答が遅くなる。逆変換器内の故障により線路
が遮断され直流電流が流れ得ない状態で整流器装置が動
作を開始すると制御信号ｒ（＝１ｒ１−１Ｄ）が発生す
るがその大きさの上限がポテンシヨメータ４８の設定に
より決まる値で制限され、それ以上増加できない。従つ
て制御パルス発生器への比例積分部への制御信号ｒの大
きさが制限されるため前述した理由で制御角ｄに対応す
るこの比例積分部の出力の制御信号に対する応答が遅く
なり、整流器の制御角ｄ１従つて出力の直流電圧の変化
の割合も制限される。このようにして、過大電圧の発生
は防止できるものの、第２図の線ｂで示す如く、電圧増
大速度が遅い。本発明によれば、第３図に示す如く、限
界値発生器がダイオード４９を介し制御パルス発生器４
４の入力に接続され限界値発生器の出力で制御信号ｒの
大きさの限界を制限するが、この限界値発生器の出力を
制御角ｄの大きさに依存させることにより以下に詳述す
る如く改良された整流器装置の制御装置が得られるもの
である。

更に詳しくいうと、制御角αが大きいときは制御信号ｒ
の変化できる上限値が大きく設定され、制（財）角αの
減少に伴いｒの上限値も減少するよう設定され、制御角
αが所定値より小さい範囲ではｒは一定の小さい値に設
定されるものである。従つて、例えば前述したような、
逆変換器局が故障状態で整流器局が運転開始した場合、
開始直後の制御角ｄが大きい状態では制御信号ｒの上限
．″値は大きく従つて大きな制？信号が発生でき、従
つて整流器局の応答も早く電圧が素早く上昇するが、制
御角ｄが小さくなるにつれて、すなわち出力電圧が上昇
するにつれてｒの上限値が制限されるから応答速度も遅
くなり、電圧が所定出力値直前になるとｒは一定の低い
上限値に制限されている故、非常に遅い速度で電圧は所
定値に達し、このようにして、全体として速い速度でし
かも過大電圧の発生もなく出力電圧が所定値に上昇する
ものである。

これを第３図を用いて詳細に説明する。

第３図は第１図の４８に相当する限界値発生器４８′を
示しており、これは第１図のようにダイオード４９を介
して接続されている。

制御パルス発生器４４には制御角αの大きさを決定する
もう１ ：つの出力端子が設けられている。限界値発生
器４８′に対し出力される信号は制御角αの現在の大き
さに各瞬間において対応する信号である。限界値発生器
４８″から出力される信号はこの各瞬間における制御角
αに対応する制御信号の大きさの限界値（Ｒｍａｘ）を
出力するもので、この出力はダイオード４９を介し制御
パルス発生器４４の入力側に接続されており、従つて制
御パルス発生器４４に入力される制御信号ｒが制御角α
に対応して設定された制御信号の大きさの限界以上に大
きくなろうとしてもダイオード４９が導通してしまうの
でこの制御信号の限界値以上大きくなることはできない
。ここで、例えば伝送線に供給されている実際の電流が
小さくなり従つてその検出値ＩＤが小さくなりｒが増加
しようとしても上述の限界値発生器４８″で決められた
限界値ＲｎｌａＸに制限されるため前述したように制御
パルス発生器４４の積分回路部への制御信号ｒが制限さ
れ整流器の制御角ｄの変化が制限される。ｄと制限値発
生器４８′の出力信号（ｒ［ＴｌａＸ）は第４図に示さ
れるような関係に設定されている。加算器５０はＫ・（
ｄ−αｏ）の信号を出力する。Ｋは定数である。ここで
α。は回路５２で出力される信号で、第４図のｄ＜！：
．ｅとの交点に相当する。もしｄ＜ＤＯなら加算器５０
からの出力は負になろうとするがポテンシヨメータ５４
で設定された値より減少することはない。従つて現在の
制両角αがα。より小さい場合制御信号ｒの大きさは大
巾に制限される（第４図のｄ）。またα〉ＤＯならｄの
増加に伴つて加算器５０及び増幅器５１からの出力はポ
テンシヨメータ５３によつて決まる値まで直線的に増加
する。（第４図の直線部分ｅ）。αが更に増加すると加
算器５０の出力は回路５３に接続されたダイオードが導
通しポテンシヨメータ５３で決まる値が増幅器５１から
出力される（第４図の直線部ｆ）。従つて、整流器装置
の電圧が大きく減少する場合、すなわち大きい制御角α
で作動する場合、調整器４５から制御パルス発生器４４
への大きい制御信号ｒが第４図の線ｆに従つて与えられ
ることが明白である。

整流器装置が、より小さい制御角で、すなわち線ｅの範
囲内で制御されるようになるに従い、線ｄに相当するＲ
ｒｎａｘの最小値に達するまで減少するｄの値によつて
制限される。一般に第１図の調整器４５は直流電流の実
際の値の外にその電流の時間に対する変化分（ＤｉＡｔ
）も感知するように構成されているから、直流電流の小
さい変動が繰返し発生する場合（即ち電流振動がある場
合）も整流器装置の電圧は変動する。この電流振動は２
つの交流回路網のいずれかにおいて１相の異常があつた
ときに生じる現象で、これにより交流成分が直流電流に
重畳される。変換器（コンバータ）においてもその整流
器の故障モードによつては同様の振動が起こる。従つて
第１図の構成の制御においては、この電流振動において
電流が増大するときは所定の電流値に制限しようとして
整流器の電圧を下げるように作動する。一方電流が減少
するときはこれを所定の電流に維持するため電圧を増大
しようとするが、制限値発生器４８の動作により制御角
ａの減少の割合従つて整流器の出力電圧の増加の割合は
制限される。このため電流振動が発生した場合電流の変
化分Ｄｉ／Ｄｔが正の期間すなわち電流が増加する期間
における電圧の減少は大きく、一方電流の変化分Ｄｉ／
Ｄｔが負の期間すなわち電流が減少する期間においては
電圧の増加はＤｉ／Ｄｔが正の期間における電圧減少値
に比較し少くなる。結果として、電流振動の場合整流器
の直流出力電圧は減少する。この電圧減少を取除くため
、αの実際の値でＲｍａｘを変える代りに、本発明を特
公昭４８−１４３３９（英国特許第１２３８７２０号）
による制御装置に適用した第５図に図示したようにαの
変化分によつてＲｒｒｌａＸを依存させることができる
。これについて以下で説明する。第５図は、その下方部
分が前述の公報の第１図と完全に対応しそして同じ参照
番号を有する制御装置を示している。

まづ第５図の下方部分の構成及び動作を以下に述べる。

同図において静止形コンバータ１０は直流回路網１を交
流回路網２に接続する。

静止形コンバータは６個の整流器１１−１６を持つダイ
オードブリツジと変換トランス（ＣＯｎｖｅｒｔｅｒ−
Ｔｒａｎ−ＳｆＯｒｍｅｒ）１７とを有する。加算器４
は素子５及び素子６に接続されている。素子６は交流回
路網２の周期Ｔを発生するための周期発生器であり、こ
れは交流回路網２の相電圧の連続する２つの零，．
Ｔ点間の間隔を測定することにより半周期−
を測定しこれにより周期Ｔが得られるものである。

回路網２から計器用変圧器６１を介し線電圧が得られる
。周期Ｔの値は常に最新のものであることが重要であり
、計器用変圧器６１からの電圧は位相シフト器６２を適
切に経由して回路網２自身の各線電圧よりある時間だけ
先行して零点を経過するようにする。素子６において半
周期ｗはＷに変換される。即ち、周期はコンバータのパ
ルス数ｎで分割される。素子６の出力信号は負符号であ
り適切には加算器４に接続される。素子５は単に時間計
測器であり、例えばコンデンサと、これに対する一定充
電電圧と、コンデンサの電荷の放電回路とで構成される
。言いかえれば素子５は整流器の各トリガ時において短
時間内に強制的に零にされる積分増幅器の形式をとる。
このようにして、素子５の出力信号はパルス発生器１８
からの最終の制御パルスからの時間ｔに対応する。それ
故、ある時刻にセいて、素子５からの信号は素子６から
の信号に等しく、そして加算器４から比較器７への出力
信号はそれ故零になる。比較器７は信号を発生し、その
信号はゲートである素子８と９を経由し制御パルス発生
器１８に供給される。制御パルス発生器１８の制御パル
スは連続的にリングカウンタ１９から整流器１１−１６
の制御電極に供給される。リングカウンタは多数の負荷
に対し、共通の電源から順次１つの負荷から他の負荷へ
電圧を切り換え接続する回路である。制御パルス発生器
１８は、このようにして、工ｎに等しい周期の一定の間
隔でパルスを発生する。

図の場合パルス数は６であり、交流回路網２の各６０場
の期間毎に制御パルスが発生される。静止形コンバータ
を所望の運転強度値で、例えば一定の直流値で制御する
ために、例えば図で示される電流調整器のような調整器
３が必要である。この電流調整器はポテンシヨメータ形
式の所望値発生器３３と直流可飽和リアクトル（Ｄ．Ｃ
．ＰｒｅｓａｔｕｒａｔｅｄｒｅａｃｔＯｒ）として知
られる計測トランスダクタ（ＴｒａｎｓｄｕｃｔＯｒ）
形式の実際値検出器３０とを有し、実際値検出器３０は
変換器（ＣＯｎｖｅｒｔｅｒ）の直流導体を流れる直流
によりＤＣ励磁され、実際仙検出器３０は交流源から供
給を受け整流ブリツジによつて電流調整器３に接続され
ている。この整流ブリツジの出力電圧は抵抗３２を介し
制御増幅器３１の入力側に供給される、又、別の抵抗３
４を介し基準値発生器３３もこの入力側に接続されてい
る。この２つの入力信号の差は制脚増幅器３１、後述の
素子１００を介して加算器４に供給される。基準値発生
器３３で設定された電流値が直流電流測定値に等しいか
ぎり、増幅器３１の入出力信号は零に等しく、変換器は
一定不変の制御角で運転される。他方、もし、基準設定
値から逸脱すると調整器は△ｔという信号を発生し、加
算器４においてこの△ｔは素子５と６からの信号に加算
される。このようにして加算器４の出力電圧の零点通過
時刻は変化を受け、制御パルス発生器で発生する制御パ
ルス列の制御パルス間の時間間隔、整流器の刻々の制御
角αなども変化を受ける。通常増幅器３１の出力信号△
ｔは抵抗３２と３４を介した２つの入力信号の差との関
係において負である。それ故、設定電流値よりも実際の
電流が大きい場合は、制御角ｄは増加しなければならな
い。この付加分△ｔは負であり、加算器４からの出力信
号が零になるまでの時間ｔは長くなる。しかしながら、
もし変換器の直流値が小さすぎる場合は、増幅器３１の
入力側への差信号は負になり、△ｔは従つて正になり、
後続する各転流の間の時間ｔは減少し、従つて制御角α
も減少する。制御角αの変化により、変換器の内部直流
電圧Ｄ１・ＣＯＳαは又変化する。

ここにおいてＤ。は回路網２の交流電圧値に比例する量
であり、もし、この直流電圧値が直流回路網１における
直流電圧との関数において所望の電流値が得られるよう
な電圧に到達すれば、増幅器３１からの信号は消滅し変
換器は新たに一定の制御角αで運転をつづける。しかし
ながらもしそのような均衡が得られないとき、増幅器３
１の出力信号は出つづけて制御角αは連続的に減少又は
増加する。もし特に何の手段もとられなければ、制御角
ｄは遅かれ早かれ負になるか又は１８０、を超えること
になり、いずれの場合でも交流回路網２と制御システム
との同期は失なわれ、コンバータの運転は異常になる。
これを避けるため制御角を制限する装置が必要である。
素子８１は最小のそして素子９１は最大の制御角αの限
界を設定する。ｄの最小限界装置はアンドゲート８を介
しシステムに接続されるが、このことは比較器ｒからの
信号はある最小制御角ａが経過して始めて制御パルス発
生器１８に送られることを意味する。素子９１はオアゲ
ート９を介してシステムに接続されていて、このことは
比較器７からの制御角が大きすぎ、制御角αに対する限
界に達したとき素子９１は制御パルス発生器１８に信号
を供給することを意味する。もし回路網２の交流電圧Ｒ
，．Ｓｌが完全に対称なら、調整器３からの介入により
、全ての整流器は実質的に同時に上限又は下限の制御角
限界に達する。

他方、もし回路網２の電圧が非対称なら、整流器の制御
角の限界も又非対称であり、これは非対称制御を起こす
、即ち、連続するトリガパルス間の期間が様々になる。
図に示すように、このことは制限値素子８１と９１が調
整器３の遮断素子８２−８３又は９２−９３をそれぞれ
動作させることで避けられる。前述したように、変換器
の電流が小さすぎると正の調整電圧△ｔを発生し変換器
の整流器の制御角αの減少を引き起こす。このようにし
て、制御角ｄがかなり減少すると制限値素子８１は整流
器に対し能動状態となり、電子スイツチ８２を動作させ
、スイツチはダイオード８３を介しいかなる正の調整電
圧△ｔをも一定時間、適切には交流回路網２の半周期ま
で放電させる。このようにして、調整器３が前述の期間
において２つの連続する整流器を対称トリガの場合より
も早くトリガすることは防止される。コンバータの直流
が所望値から逸脱した場合、コンバータの内部直流電圧
は電流逸脱に比例した量だけ変化しなければならない。

今まで説明した制御プロセスにおいては、電流逸脱は制
御角の比例的な負の変化を起こすが、しかしながら、こ
のことは電圧変化は制御角の余弦（ＣＯｓｌｎｅ）にお
ける変化に比例することを意味するものであり、従つて
電流逸脱に比例するものではない。しかしながら実際の
転流電圧で制御増幅器３１の出力電圧△ｔを除算するこ
とにより電流逸脱と電圧変化との比例性は得られる。

素子１００はこのことを達成するための除算器であり制
御増幅器３１と加算器４は素子１００を介して接続され
ている。上述の構成をもつ制御装置に第１図及び第３図
の４８及び４８″に相当する限界値発生器８１が第１図
及び第３図の４９に相当するダイオード４９Ｉを介して
制御増幅器３１の出力端子に接続されている。

前記制御増幅器３１の入力側には直流電流の実際の値及
び所望の値が与えられている。第１図の制御パルス発生
器４４に相当する制御パルス発生器は加算器４、素子５
および６、および比較器７で構成される発振器の形式を
とり、素子５の助けをもつて、最終転流からの時間を測
定し、この時間が整流器装置のパルス数によつて割られ
た交流回路網Ｒ，Ｓ，Ｖの周期に等しくなるとき静止動
作において次の制御パルスを発生する。第１図の信号ｒ
に相当する制御増幅器３１からの制脚信号は時間△ｔを
示すものであり、素子５により測定された時間ｔに加え
られ又はそれから差引かれる性質のものであり、制御パ
ルス間の時間従つて整流器１１−１６の制御角は、時間
Δｔが時間ｔに加えられ又はそれから差し引かれること
により変えられる。素子１００において、時間信号△ｔ
は電圧が増減する場合、電圧と電流の変化分とが比例す
るように変化する。素子１００からの信号は、素子１０
０からの正の信号△ｔが制（財）パルス間の間隔の短縮
、従つて、制御角の減少すなわち負の△ｄを意味するた
め、谷転流時に生じる制御角の変化分△αの負の値に相
当する。

素子１００からの信号は、加算器１０１、接続素子１０
２、及び積分器１０３を含む限界値発生器８″ の入力
端子に供給される。

接続素子１０２は、各制？パルス毎に、素子１００から
の信号が素子１０２を通過し、そしてその信号パルスが
累計されるところの積分器１０３に送られるように、素
子１８からのパルスにより制御される。積分器１０３は
、制御角の変化分の和Σ△ｄが常に正の符号で現われる
ように負の入力を有する。積分器１０３の出力側にはΣ
△αの上限値を決定し従つて第３図の回路５３にほぼ対
応する制限素子１０４が設けられる。制御増幅器３１か
らの制御信号のため限界値△ＴｒｒｌａＸは加算器１０
５及びダイオード４９１を介して制御増幅器３１の出力
端子側に接続されている。△Ｔｍｌａｘの下限の値は加
算器１０５に接続された第３図の回路５４にほぼ対応す
るポテンシヨメータ１０６の助けにより決定される。ポ
テンシヨメータ１０７により積分器１０３に対し永久的
微小入力信号が確保され、△ＴｒｒｌａＸが減少する。
然しながら、整流器装置の電圧の減少はΣ△ｄの増加、
従つて△Ｔｒ］１ａｘの増加を含み、一方電圧の増加は
△Ｔｒｒｌａｘの減少を含む。回路１０３は都合良く約
９０ｒのΣ△αで飽和するように設計されている。素子
１００からの信号△ｔを入力１０１に接続する代りに、
調整器５と素子６の信号の差を加算器１０８で得ること
ができる。

この差の信号は素子１００からの信号と数値的に等しく
なる。上述の構成によれば、制御角αが増加又は減少し
ようとするとき、制御角ｄの変化分Σ△ｄに対応して第
１図および第３図の差信号ｒに相当する△ｔの土限△Ｔ
ｍａｘが制限素子１０４により設定され、第３図の限界
値発生器４８″の特性に見られるような差信号の変化に
対する大巾な制限（第４図の線ｄの部分）を受けること
なく△ｔは変化できるので、出力電圧の増加、減少共に
急速に行なわれ、第３図の回路で問題となつた電流振動
時の出力平均電圧の減少は避けられるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流伝送路における整流器装置の制御を限定す
る基本原理、第２図は制御の作動を表わす図表、第３図
は本発明による過大電圧を生ずることのない急速かつ十
分な制御を限定する実施例、第４図は第３図による限界
値指示装置の動作図表、そして第５図は第３図と同様の
本発明による別の実施例をそれぞれ示す。 ４１・・・・・・整流器局、４３・・・・・・直流伝送
線路、４４・・・・・・制御パルス発生器、４５・・・
・・・調整器、４８・・・・・・限界値発生器、５０・
・・・・・加算器、１０３・・・・・・積分器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 整流器装置の弁用の制御パルス発生器４４と、前記
   制御パルス発生器の制御角を設定するための制御信号を
   前記制御パルス発生器に出力する調整器４５にして、前
   記調整器の出力側に、より小さい制御角に対応して前記
   整流器装置の電圧が増加されるとき前記制御信号を上限
   値（ｒ＿ｍ＿ａ＿ｘ）に制限するための信号制限装置４
   ８′が設けられている前記調整器と、を有する高電圧直
   流伝送４３用整流器装置４１の制御装置であつて、前記
   制御パルス発生器と前記信号制限装置との間に接続され
   て、前記制御パルス発生器の制御角（α）を感知し、前
   記制御角（α）の減少と共に前記制御信号（ｒ）の大き
   さの前記上限値を減少するための感知装置５０を有する
   ことを特徴とする上記整流器装置の制御装置。