JPS6252617A

JPS6252617A - 調相設備の制御装置

Info

Publication number: JPS6252617A
Application number: JP60191566A
Authority: JP
Inventors: Takami Sakai; 堺　高見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1987-03-07
Also published as: EP0213877A2; DE3687725T2; CA1278038C; EP0213877A3; DE3687725D1; US4727466A; EP0213877B1

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、直流送Ｎ設備や周波数変換設備に具備された
調相設備の制御ｌｌ装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］先ず最初に直流送電や周波数変換の制御方式について説
明する。

第４図に従来の直流送電系統の変換装置の制御装置の概
略ブロック図を示す。

直流送電系統の変換装置は変換器１Ａ、１Ｂの直流側は
それぞれ直流リアクトル２Ａ、２Ｂを介して直流送電線
路３によって接続され、各変換器ＩＡ、ＩＢの交流側は
変換器用変圧器４Ａ、４Ｂ、しゃ断器５Ａ、５Ｂを介し
てそれぞれの交流系統６Ａ、６Ｂに接続されるように構
成されている。

従来変換器１Ａ、１Ｂには余裕角リミッタ制御装置７Ａ
、７Ｂ、定電流制御回路８Ａ、８Ｂが具備されており、
余裕角リミッタ制御回路７Ａ、７、Ｂは変換器の余裕角
が最小余裕角を設定している余裕角設定器９Ａ、９Ｂの
出力である最小余裕角基準値以下にならないようにリミ
ッタをかける回路である。又、定電力制御回路１０の出
力である電流基準値と、直流電流検出器１１Ａ、１１Ｂ
で検出された直流電流を電流／電圧変換回路１２Ａ。

１２Ｂによって制御回路として取り扱い易い値に変換し
た直流電流検出値とが加算回路１３Ａ。

１３Ｂに入力され、その差が定？！！流制御回路８Ａ。

８Ｂに入力されることで直流送ｉ！線路３に流れる直流
電流が前記電流基準値に追従するように制御されること
になる。

スイッチ１４Ａ、１４Ｂは変換器を逆変換運転する変換
器側のみが閉となり、電流マージン設定器１５Ａ、１５
Ｂの出力である電流マージンが前記加算回路１３Ａ、１
３Ｂに入力される。

この電流マージンの機能と、前記余裕角リミッタ制御回
路７Ａ、７Ｂ、前記定電流制御回路８Ａ。

８Ｂ変換装置が交流系統の無効電力制御を行なう場合に
必要となる定無効電力制御回路１６の出力のうち、その
出力として変換器の制御進み角の最も進んでいる出力の
みをその出力として選択する制御進み角優先回路１７Ａ
、１７Ｂの機能とにより、今、仮りにスイッチ１４Ｂが
閉でスイッチ１４Ａが開になっているとすると、前記制
御進み角優先回路１７Ａには前記定電流制御回路８Ａの
出力が出力され、前記制御進み角優先回路１７Ｂには前
記定無効電力制御回路１６の出力が出力される。（今後
の説明は説明の便宜上、スイッチ１４Ａが開で、スイッ
チ１４Ｂが閉として説明する。）それぞれ、前記制御進
み角優先回路１７Ａ。

１７Ｂの出力は位相制御回路１８Ａ、１８Ｂに入力され
、ここで変換器ＩＡ、１Ｂの点弧タイミングを決めるパ
ルス信号に変換され、パルス増幅回路１９Ａ、１９Ｂを
介して変換器１Ａ、ＩＢに、それらのゲートパルス信号
として与えられる。

以上説明したように、変換器の制御回路を構成すること
は公知の技術であり、かかる直流連系設備の動作曲線は
横軸に直流電流１ｄ、縦軸に直流電圧Ｅｄをとると、第
５図に示すようになることも周知の事実である。

第５図において、（イ）く口）（ハ）は順変換運転をし
ている変換器１Ａ（スイッチ１４Ａを開と仮定している
ことで変換器１Ａは順変換器運転となる）の動作曲線で
（イ）（ロ）部分は変換器用変圧器４Ａを含む転流イン
ピーダンス等で決まるレギュレーション部分で（ロ）（
ハ）は定電流ＰＭ　ｌ！回路８Ａの動きによる定電流特
性の部分である。一方、（ニ）（ホ）（へ）は逆変換器
運転をしている変換器１Ｂ（スイッチ１４Ｂを閉と仮定
していることで変換器１Ｂは逆変換器運転となる）の動
作曲線で（ニ）（ホ）は前記定電流制御回路８Ｂの動き
による定電流特性部分で（ホ）（へ）は前記余裕角リミ
ッタ制御回路７Ｂの動きによる変換器１Ｂの定余裕角特
性の部分である。ここで、第５図の動作特性曲線の（ハ
）と（ニ）の点の直流電流の差が前記Ｎ流マージンに相
当している。

直流送電系の変換装置は、第５図の変換器１Ａと変換器
１Ｂの動作曲線の交点である（Ａ＞点で運転されるが、
一般に、直流送電系統は交流系統６Ａ、８Ｂの間を融通
する送電電力をｉｌＪ　Ｉｌｌするために直流送電系統
の変換装置に定電力ｔｌｌＪ１１１回路１０が具備され
ている。電力設定器２０で決まる電力基準値と送１！電
力を検出する電力検出器２１の出力である電力検出値を
極性を異にして加算器２２に入力し、その出力（差）を
定電力制御回路１０で誤差増幅した信号を前記電流基準
値とするように構成することで前記電力基準値に送電電
力が追従するように制御回路が構成されている。

即ち、第５図の特性曲線から明らかなように、逆変換運
転をしている変換器は直流電圧を決めており、順変換運
転をしている変換器は直流電流を制御して送電電力を制
御するようになる。

一方、変換器は順変換運転、逆変換運転のいづれの場合
でも、それぞれの交流系統からみると一種の遅れ負荷と
考えられ、その力率は変換器の制ｍ遅れ角又は進み角の
余弦にほぼ比例することは周知の事実である。したがっ
て無効電力を制御するために、無効電力設定器２３で決
まる無効電力基準値を無効電力を検出する無効電力検出
器２４の出力である無効電力検出値を極性を異にして加
算器２５に入力し、その出力を定無効電力制御回路１６
で誤差増幅した信号を、前記制御進み角優先回路１７Ａ
、１７Ｂに入力することによって無効電力制御回路が構
成される。

尚、ここでは図示していないが、交流系統６Ａの無効電
力を制御する場合には交流系統６Ａ、交流系統６Ｂの無
効電力を制御する場合には交流系統６Ｂの無効電力を検
出することは勿論のことであるが、今、変換器１Ａが順
変換器運転をしている場合に、交流系統６Ａの無効電力
を制御する場合であっても、定無効電力制御回路１６の
出力で変換器６Ｂの余裕角を制御すればそれに追随して
変換器１Ａの制御角が変化するので交流系統６Ａの無効
電力は当然制御されることになる。

合板りに第５図（Ａ）点で両変換装置が運転してる時に
定無効電力制御回路１６の動きで、変換器１Ｂで消費す
る遅れ無効電力を大きくするために制御遅れ角を大きく
すると直流電圧が低下してその動作特性曲線は（ニ）（
ホ）（へ）から（ニ）′（ホ）′（へ）′に移行する。

一方、定電力制御回路１０は、その送電電力を前記電力
基準値に追従させるために直流電圧の低下分を補うだけ
直流電流を増加させ、変換器１Ａの動作特性曲線は、（
イ）　（ロ）（ハ）から（イ）′（ロ）′（ハ）′に移
行し、両変換装置の動作点は（Ａ）点から（Ａ）′点に
移行する。（送電電力を直流電圧と直流転流の積と考え
れば電カ一定のカーブは双曲線となり、第５図に示すよ
うに常にこのカーブ上に両変換装置の動作点があること
になる。）さて、周知のごとく、かかる直流送電設備には、シャン
トリアクトルやシャントキャパシタが具備されている。

交流系統６Ａ及び６Ｂにそれぞれしゃ断器２５Ａ、２５
Ｂを介して各１台のシャントリアクトル２６Ａ、２６Ｂ
、しゃ断器２７Ａ。

２７Ｂを介して各１台のシャントキャパシタ２８Ａ、２
８Ｂが接続されている。調相設備の台数や容量は、シス
テムの運用仕様に依存することは云うまでもない。

ところで従来の調相制御方式としては、第４図の電力設
定器２０の電力基準値や電力検出器２１の検出値によっ
て、調相設備のオンオフυＪｉｌｔを行なう方式が公知
である。例えば、電力基準値が３０％以下ならばシャン
トリアクトル２６Ｂのみ投入し、３ｏ％〜７０％の範囲
ではシャントリアクトル２６Ｂ、シャントキャパシタ２
８Ｂともにしゃ断し、７０％以上ならばシャントキャパ
シタ２８Ｂのみを投入するような方式である。

１ノかしながら、このような制御方式は、無効電力制御
や交流系統電圧制御を行なわない直流電圧一定制御や余
裕角一定制御の場合には、比較的簡単で問題ないと思わ
れるが、前述したような無効電力を制御するようなシス
テムでは種々の不具合が生じる。以下それを説明する。

第６図は、変換装置による無効電力の制御能力を示した
図であり、横軸は送電電力、縦軸は無効電力を示してい
る。簡単の為に、シャントリアクトル２６Ｂとシャント
キャパシタ２８Ｂは同じ容量であると仮定している。

尚、第４図には記入されていないが、変換装置は高調波
を発生するので、その高調波を吸収する為に、通常交流
フィルターが具備されている。この交流フィルターは進
みの無効電力源と考えられるので、第６図においては、
この交流フィルター分の容量を適当に仮定して描かれて
いる。

先ず第６図において、（Ａ＞−（Ｂ）−（Ｃ）−（Ｄ）
−（Ｅ）点で囲まれたハツチングを施した領域はシャン
トキャパシタ２８Ｂのみが投入されている場合で、曲線
（Ａ＞−（Ｂ）は最小余裕角（以下γ１ｎと略記する。

）における運転のＰ−〇の関係を示し、曲線（Ｄ）−（
Ｅ）は、変換器の直流電流１００％で連続運転可能に対
応する最大余裕角における運転のＰ−０曲線を示し、直
−線（Ａ）−（Ｅ）及び直線（Ｂ）−（Ｃ）はそれぞれ
送電電力の最小及び最大のリミットを示し、更に曲線（
Ｃ）−（Ｄ＞は直流電流１００％の一定運転のリミット
を示している。

尚、シャントキャパシタ２８Ｂがしゃ断されると、ハツ
チングを施した領域が下方にほぼ平行移動し、更にシャ
ントリアクトル２６Ｂが投入されると、上記領域は更に
下方にほぼ平行移動する。

即ち、シャントリアクトル２６Ｂが投入されている状態
での無効電力制御可能領域は、（Ｇ）−（Ｈ）−（Ｉ）
−（Ｊ）−（Ｋ）点で囲まれた領域である。

さて、前述した従来の制御方式では、電力基準値（出力
値）が約７４０％に相宵する（Ｄ）２点でシャントキャ
パシタ２８Ｂを投入することになるが、第６図より明ら
かなごとく、かかる開方式では（Ａ）　−（Ｂ）’　−
（Ｃ）’　−（Ｆ）　−（Ｅ）点で囲まれた領域での変
換器は運転ができなくなり、このことは変換器に備えら
れている無効電力制御可能な領域を、調相制御により大
幅に制約して減少させていることになる。

［発明の目的］本発明は、かかる不具合を解決する為になされたもので
あり、変換装置の無効電力制御可能な運転領域を大巾に
拡げる為の調相設備の制御装置を提供することを目的と
している。

［発明の概要］本発明は、上記目的を達成する為に、変換器の運転時、
定無効電力制御回路の出力電圧が、余裕角リミッタ制御
回路の出力電圧に達すると、シャントリアクトルをしゃ
断又はシャントキャパシタを投入し、定無効電力制御回
路の出力電圧が、γ１ｎにおけるＰ−０曲線よりΔＱの
差だけをもった曲線に対応する制纒遅れ角に達するとシ
ャントリアクトルを投入又はシャントキャパシタをしゃ
断する調相設備の制御装置を提案するものである。

［発明の実施例］第１図は、本発明の要部のみを示す一実施例のブロック
図で、シャントリアクトル（以下ＳＨＲと略記する。）
及びシャントキャパシタ（以下、ＳＣと略記する。）が
それぞれ１台具備されているものとする。

第１図において、定無効電力制御回路（以下、ＡＱＲと
略記する。）１６の出力値と余裕角リミッタＩ！！ＩＩ
ＩＮ回路（以下、ＣＥＲと略記する。）７Ｂの出力値は
、比較器２９に送られ、比較器２９は、ΔＱＲ１６の出
力値がＣＥＲ７Ｂの出力値以上に達したときロジックレ
ベル“１″の出力信号を発生し、比較器３０は、ＡＱＲ
１６の出力が、関数発生器３１（後述する。）の値以下
に達したときロジックレベル゛１″の出力信号を発生す
るものであり、３２．３３はモノマルチ、３４．３５は
オンリレー・タイマー、３６．３７はアンド素子である
。

第２図は、第６図の一部を以下の説明の為に抜き書きし
たものである。

第２図において、今変換装置の運転点を＜Ａ）点と仮定
する。即ち５ＨＲ２６Ｂ、５Ｃ２ＢＢはともにしゃ断状
態である。この状態で何らかの原因により変換装置を（
Ｂ）点で運転する必要が生じたとする。この場合、運転
員は、第４図における無効電力設定器２３の設定値をＱ
ＡからＱＦ３に変更することになる。この設定変更によ
りＡＱＲ１６の動作によって、γは減少しくＣ）点に達
する。（Ｃ）点に達すると、第４図におけるＣＥＲ７Ｂ
の出力値がＡＱＲ１６の出力値の代りに制御進み角優先
回路１７Ｂによって選択されて、ＡＱＲ１６の出力値が
ＣＥＲ７Ｂの出力値に一致する。この時、第１図のモノ
マルチ３２がロジックレベル“１”の出力信号を発生す
るが、既にＳ　ＨＲ２−６Ｂはしゃ断状態であるからア
ンド素子３６の出力信号がロジックレベル゛１″となっ
て、５Ｃ２８Ｂの投入指令が発生して、５Ｃ２８Ｂが投
入される。

尚、オンリレー・タイマー３４は、過渡的に５ＨＲ２６
Ｂ及び５０２８Ｂが続けて、しゃ断及び投入される不具
合を防止する為に設けられている。

さて、５Ｃ２８Ｂが投入されると、第２図にお−ける運
転点は一旦（Ｃ）点から（Ｄ）点に移動するが、最終的
には、ＡＱＲ１６によって運転点は（Ｂ）点となる。

さて、全有効電力をＰ、無効電力をＱ、制御遅れ角をα
、力率をＣＯＳφとすれば、次の関係式がある。

Ｑ−ｐ−ｔａｎφ　　　　　　　　　　・（１）ｔ（１）式及び（２）式より（３）式において、今γをγ１ｎとすれば、γ１ｎにお
けるＰ−０曲線よりΔＱの差をもった曲線に対応するα
はＰの値がわかれば算出できる。

従って、第１図の関数発生器３１としては、第４図にお
ける電力検出器２１の電力検出値Ｐｄを入力として、そ
の電力検出１１Ｐｄに対応するαを出力するものである
。

第３図は、γｌｌ１ｉｎに対応するＰ−０曲線より、Δ
Ｑの差をもった曲線に対応するＰｄ−α曲線を示したも
のであり、第３図より明らかなごとく、はぼ２本の直線
で近似できる。従って、このＰｄ−α曲線は、演算増幅
器等で容易に構成することができる。

第２図に戻って、変換Ｈｆ１ｆｆの運転点を逆に（Ｂ）
点から（Ａ）点に変更する場合には、第４図における電
力設定器２０をＱｅからＱＡに変更すればＡＱＲ１６の
出力値は減少し、減少していく過程で、第１図における
比較器３０、モノマルチ３３がロジックレベル゛′１”
となって自動的に５Ｃ２８Ｂがしゃ断されて最終的に（
Ａ＞点に達する。

ΔＱの差をもたせた理由は、投入、しゃ断の指令が同一
のＱ（又はγ）で発生した場合に予想されるひんばんな
開閉動作を防止する為のものである。

本発明では、交流系統の無効電力を制御するとして説明
したが、交流系統の交流電圧を制御する場合にも、交流
電圧の変化分は無効電力の変化分と交流系統のりアクタ
ンス分の積にほぼ等しいので、本発明の無効電力制御を
交流系統電圧制御に置き換えるだけで他は全く同一の構
成、作用で行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明によれば、変換装置の無効電力
制御可能な運転領域を調相設備により制約されることな
く、変換装置の無効電力制御を有効に活用することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図及び第
３図は本発明を説明する為の送電電力と変換段端の無効
電力の関係図及び送電電力と制御角の関係図、第４図は
直流送電系統の概略ブロック図、第５図は変換装置の特
性曲線図、第６図は送電電力と無効電力の関係図である
。ＩＡ、１Ｂ・・・変換器、２Ａ、２Ｂ・・・直流リアク
トル、３・・・直流送電線路、４Ａ、４Ｂ・・・変換器
用変圧器、５Ａ、５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、２７Ａ。２７Ｂ・・・しゃ断器、６Ａ、６Ｂ・・・交流系統、７
Ａ。７Ｂ・・・余裕角リミッタ制御回路、８Ａ、８Ｂ・・・
定電流制御回路、９Ａ、９Ｂ・・・余裕角設定器、１０
・・・定電力制御回路、ＩＩＡ、１１Ｂ・・・直流電流
検出器、１２Ａ、１２Ｂ・・・電流／電圧変換回路、１
３Ａ、１３Ｂ・・・加算回路、１４Ａ、１４Ｂ・・・ス
イッチ、１５Ａ、１５Ｂ・・・電流マージン設定器、１
６・・・定無効電力制御回路、１７Ａ、１７Ｂ・・・制
御進み角優先回路、１８Ａ、１８Ｂ・・・位相制御回路
、１９Ａ、１９Ｂ・・・パルス増幅回路、２０・・・電
力設定器、２１・・・電力検出器、２２・・・加算回路
、２３・・・無効電力設定器、２４・・・無効電力検出
器、２６Ａ、２６Ｂ・・・シャントリアクトル、２８△
。２８Ｂ・・・シャントキャパシタ、２９．３０・・・比
較器、３１・・・関数発生器、３２．３３・・・モノマ
ルチ、３４．３５・・・オンリレー・タイマー、３６．
３７・・・アンド素子。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１ｔｉ４第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

調相設備が具備された直流送電設備或は周波数変換設備
において、変換装置は少くとも余裕角リミッタ制御回路
及び無効電力制御回路又は交流系統電圧制御回路を有し
、上記無効電力制御回路又は交流系統電圧制御回路の出
力値が、上記余裕角リミッタ制御回路の出力値又は近傍
に達したとき、調相設備のうち、遅れ無効電力を供給す
る設備を投入、又は進み無効電力を供給する設備をしや
断し、同無効電力制御回路又は同交流系統電圧制御回路
の出力値が、同余裕角リミッタ制御回路で、変換装置を
運転したときの無効電力量よりも所定の値だけ小さい値
に対応する制御遅れ角に達した時に、遅れ無効電力を供
給する設備をしや断、又は、進み無効電力を供給する設
備を投入することを特徴とする調相設備の制御装置。