JPS63124725A - 電力変換装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は交流系統の連繋あるいは直流送電に使用される
電力変換装置ｔに関する。

（従来の技術） 第９図はこの種の従来の電力変換装置の構成を示すブロ
ック図である。同図において、交流系統１ａには、しゃ
断器２ａおよび変圧器３ａを介して、順変換動作をする
他励式電力変換回路４ａの交流側が接続される一方、交
流系統１ｂには、しゃ断器２ｂおよび変圧器３ｂを介し
て、逆変換動作をする他励式電力変換回路４ｂの交流側
が接続されており、さらに、これらの電力変換回路４ａ
。

４ｂの各直流側が直流リアクトル５ａ、５ｂを挿設した
直流送電線６によって相互接続されている。

そして、これらが電力変換装置の主回路を構成している
。

なお、電力変換回路４ａは第１０図に示すようにサイリ
スタ４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ、４Ｘ、４Ｙ、４Ｚをグレーツ接
続したものでなり、もう一つの電力変換回路４ｂもまた
これと全く同様に構成されている。

一方、電力変換回路４ａを制御するために、その直流側
に設置される変流器１１の出力に基いて直流電流を検出
する直流電流検出器１２と、しゃ断器２ｂおよび変圧器
３ｂ間に設置される変成器１３、変流器１４の出力に基
いてａ動電力を検出する有効電力検出器１５と、融通電
力設定器１６の融通電力基準値Ｐｄｐを一方入力、有効
電力検出器１５の融通電力検出値Ｐ、を他方入力として
両者の差から直流電流基準値Ｉｄｐを出力する融通電力
制御回路１７と、この直流電流基準値Ｉｄｐを一方人力
、直流電流検出器１２の直流電流検出値ｌｄを他方入力
として両者の偏差分に対応した電流信号を出力する直流
電流制御回路１８と、この電流信号からサイリスタ４Ｕ
〜４Ｚの点弧タイミングを決定して点弧パルスを発生す
る位相制御回路１９およびこの点弧パルスを増幅してサ
イリスタ４Ｕ〜４Ｚのゲートに与えるパルス増幅回路１
９とが設けられている。

また、電力変換回路５ｂを制御するべく、転流失敗を防
止するための余裕角を確保する余裕角制御回路２１と、
この余裕角制御回路２１の出力からサイリスクの点弧タ
イミングを決定して点弧パルスを発生する位相制御回路
２２およびこの点弧パルスを増幅してサイリスクのゲー
トに与えるパルス増幅回路２３とが設けられている。

第１１図は融通電力制御回路１７の具体的な２つの構成
例であり、同図（ａ）に示したように、融通電力設定器
１６の融通電力基準値Ｐｄｐから有効電力検出器１５の
有効電力検出値Ｐｄを引き算する加算器１７１と、その
差分を増幅する融通電力調整器１７２とで構成されたも
のと、同図（ｂ）に示したように、さらに、融通電力設
定器１６の融通電力基準値Ｐｄｐを直流電圧設定器２５
の直流電圧基準値Ｅｄｐで割算する割算器１７３と、前
記融通電力調整器１７２の出力に割算器１７３の出力を
加算する加算器１７４を付加したものとがある。

第１２図は直流電流ｉｌ＋御回路１８の詳細な構成を示
したもので、融通電力制御回路１７の直流電流基準値■
、ｐから直流電流検出器１２の直流電流検出値！、を引
き算する加算器１８１と、この加算器１８１の出力を増
幅する直流電流コ４整器１８２とで構成されている。

上記構成により、例えば、交流系統１ａから交流系統１
ｂへ電力を融通するために、融通電力設定器１６によっ
て電力量を設定すると、電力変換回路４ａが電力の順変
換動作を、電力変換回路４ｂが電力の逆変換動作をそれ
ぞれ行うが、このとき、融通電力設定器１６の融通電力
基準値Ｐｄｐと有効電力検出器１５の有効電力検出値Ｐ
、とが融通電力制御回路１７に入力され、ここで、電力
偏差分に対応する直流電流基準値ｌｄｐに変換される。

次に、この直流電流基準値Ｉｄｐと直流電流検出器１２
の直流電流検出値Ｉ、とが直流電流制御回路１８に入力
され、ここで両者の偏差分が増幅されて位相制御回路１
９に加えられる。位相制御回路１９は電流偏差信号から
電力変換回路４ａを構成するサイリスクの点弧タイミン
グを決定して点弧パルスを発生すると、パルス増幅回路
２０がこの点弧パルスを増幅して電力変換回路４ａに加
える。

かくして、電力変換回路４ａは融通電力基準値Ｐｄｐに
従って交流系統１ａから交流系統１ｂへ電力を供給する
。

一方、余裕角制御回路２１は、例えば特公昭５８−４６
９５６号公報等で公知であるためその詳しい説明を省略
するが、その出力に応じて位相制御回路２２が点弧パル
スを出力し、パルス増幅回路２３がこの点弧パルスを増
幅して電力変換回路４ｂに加える結果、電力変換回路４
ｂの直流側電圧が決定されて安定な電力変換運転が継続
される。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の電力変換装置においては、交流系統１ａ、ｌ
ｂ間での融通電力、すなわち、有効電力の制御はできる
けれども、無効電力が制御できないという問題点があっ
た。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、電力の融通に際して無効電力をも制御することのでき
る電力変換装置の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、交直変換（または直交変換）する交流側が第
１の交流系統に接続された第１の電力変換回路と、直交
変換（または交直変換）する直流側が前記第１の電力変
換回路の直流側に接続され、交流側がリアクタンス成分
を含む電気機器を介して第２の交流系統に接続された第
２の電力変換回路と、前記第２の交流系統電圧と前記第
２の電力変換回路の交流側電圧との位相差を変えて前記
第１の交流系統から前記第２の交流系統へ（または前記
第２の交流系統から前記第１の交流系統へ）融通する電
力を基準値に追従させるように前記第２の電力変換回路
の位相角信号を発生する融通電力制御回路と、前記第２
の電力変換回路の無効電力を基準値に追従させるように
前記第２の電力変換回路の制御率信号を発生する無効電
力１す御回路と、前記第１および第２の電力変換回路間
の直流電圧を基準値に追従させるように前記第１の電力
変換回路の制御角信号を発生する直流電圧制御回路とを
備えたことを特徴としている。

（作　用） この発明においては、融通電力制御回路を設けて第２の
電力変換回路の位相角制御して融通電力を制御し、無効
電力制御回路を設けて第２の電力変換回路の制御率を制
御して無効電力を制御する一方、直流電圧制御回路によ
って第１の電力変換回路の制御遅れ角を制御して直流電
圧および融通電力量の安定化を図っている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
り、図中、第９図と同一の符号を付したものはそれぞれ
同一の要素を示している。ここで、従来装置と大きく異
なる点は、他励式電力変換回路４ｂの代わりにパルス幅
制御が可能な電圧形の自励式変換回路７を設け、その位
相および制御率を制御するようにしたこと、電力変換回
路４ａを直流電圧制御に用いることにある。

このうち、電力変換回路７は第２図に詳細な構成を示す
ように、ダイオード７ＤＵ、７ＤＶ。

７ＤＷ、７ＤＸ、７ＤＹ、７Ｄｌ＜それぞれ逆並列接続
されたＧＴＯ素子７ＧＵ、７ＧＶ、７ＧＷ。

７　Ｇ　Ｘ、　７　Ｇ　Ｙ、　７　Ｇ　Ｚをグレーツ接
続したものでなり、さらに、その直流側の端子間にコン
デンサ７Ｃが接続されている。

また、電力変換回路４ａを制御するために、その直流端
子間に接続された醒流電圧編成器８の出力に基いて直流
電圧を検出する直流電圧検出器２４が設けられている。

そして、直流電圧設定器２５の電圧基準値Ｅｄｐを一方
入力とする直流電圧制御回路２６の他方入力として直流
電圧検出器２４の電圧検出値Ｅ、が加えられている。ま
た、直流電圧制御回路２６には前述した位相制御回路１
つおよびパルス増幅回路２０がこの順に接続され、パル
ス増幅回路２０の出力パルスが電力変換回路４ａのサイ
リスタに加えられる。

一方、電力変換回路７を制御するために、前述した有効
電力検出器１５の他に、無効電力検出器２７も設けられ
ている。このうち、有効電力検出器１５は融通電力設定
器１６とともに融通電力制御回路２８に接続されている
。この融通電力制御回路２８は両者の出力差を増幅して
出力する。

また、無効電力検出器２７は無効電力設定器２９ととも
に無効電力制御回路３０に接続されている。この無効電
力制御回路３０は両者の出力差を増幅して出力する。

次に、融通電力制御回路２８および無効電力制御回路３
０は、電力変換回路７０オンパルス、オフパルスのタイ
ミングを決定するためのパルス幅位相制御回路３１に接
続され、このパルス幅位相制御回路３１の出力がパルス
増幅回路２３を介して電力変換回路７に加えられるよう
になっている。

第３図は直流電圧制御回路２６の詳細な構成を示すブロ
ック図で、直流電圧設定器２５の電圧基準値Ｅｄｐから
直流電圧検出器２４の電圧検出値Ｅｄを引き算する加算
器２６１と、その差分を増幅して出力する直流電圧：Ｊ
！Ｊ整器２６２とで構成されている。

第４図は融通電力制御回路２８の詳細な構成を示すブロ
ック図で、融通電力設定器１６の融通電力基準値Ｐｄｐ
から有効電力検出器１５の電力検出値Ｐ、を引き算する
加算器２８１と、その差分を増幅して出力する融通型カ
ニＡ整器２８２とで構成されている。

第５図は無効電力制御回路３０の詳細な構成を示すブロ
ック図で、無効電力設定器２９の無効電力基準値Ｑｄｐ
から無効電力検出器２７の無効電力検出値Ｑ、を引き算
する加算器３０１と、その差分を増幅して出力する無効
電力調整器３０２とで構成されている。

上記の如く構成された本実施例の動作を、第６図、第７
図のベクトル図および第８図のタイムチャートをも参照
して以下に説明する。

先ず、第６図（ａ）に示すように、２つの交流電源１０
１，１０２がリアクトル１０３を介して接続され、この
うち交流電源１０１の電圧をｅ１交流電源１０２の電圧
をｅ　１リアクトル１０３のりアクタンスをＸとして、
交流電源１０１から交流電源１０２に有効電力が供給さ
れていたとすると、これらの間の電圧および電流は第６
図（ｂ）のベクトル図で示す関係にある。また、交流電
源１０１から交流電源１０２に遅れ無効電力が供給され
ていたとすると、これらの間の電圧および電流は第６図
（ｂ）のベクトル図で示す関係にある。

しかして、交流電源１０１を電力変換回路７、交流電源
１０２を交流系統１ｂ、リアクトル１０３を変圧器３ｂ
とし、電力変換回路７から交流系統１ｂへ有効電力を供
給するとすれば第６図（ｂ）のベトクル図から明らかな
ように、電力変換回路７の交流側電圧の位相を交流系統
１ｂの電圧位相よりδだけ進ませればよく、遅れ無効電
力を供給するためには第６図（Ｃ）のベクトル図から明
らかなように、電力変換回路７の交流側電圧を交流系統
１ｂの電圧より大きくすればよいことが判る。

かかる制御を行うべく、融通電力設定器１６の融通電力
！！、準値Ｐｄｐとａ動電力検出器１５の融通電力検出
値Ｐｄとが融通電力制御回路２６に入力されると、加算
器２６１によって融通電力基準値Ｐ　から融通電力検出
値Ｐｄを引き算し、次いで、ｐ 融通電力調整器２６２がその差分を増幅して上述の位相
差δを示す信号をパルス幅位相制御回路３１に加える。

パルス幅位相制御回路３１は、位相差δに対応したタイ
ミングでオンパルス、オフパルスを発生する。これらの
パルスはオン、オフパルス増幅回路２３によって増幅さ
れて電力変換回路７を構成するＧＴＯ素子６ＧＵ〜６Ｇ
Ｚに加えられる。

第８図は電力変換回路７の交流側の線間電圧を示したも
のであるが、融通電力基準値Ｐｄｐが増加したときには
、電力変換回路７はその交流側電圧位相が交流系統１ｂ
の電圧位相よりもさらに進むように制御され、逆に融通
電力基準値Ｐｄｐが減少したときには、電力変換回路７
はその交流側電圧位相が交流系統１ｂの電圧位相よりも
進み側に小さくなるように制御される。

この結果、電力変換装置の融通電力は融通電力の基準値
Ｐｄｐに追従するように制御される。

次に、無効電力の制御について説明する。第８図に示す
ように、電力変換回路７の直流側電圧をＥｄ、パルス幅
制御を行っている区間をφとすれば、この電力変換回路
７の交流側電圧はπ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　２となる。

今、交流系統１ｂに供給すべき無効電力を設定する無効
電力設定器２９の出力、すなわち、無効電力基準値Ｑｄ
ｐと、交流系統１ｂに供給されている無効電力を検出す
る無効電力検出器２７の出力すなわち、無効電力検出値
Ｑ、とが無効電力制御回路３０に加えられると、第５図
に示すように、加算器３０１で加算されてその偏差分が
無効電力調整器３０２に入力される。無効電力調整器３
０２は無効電力基準値Ｑｄｐと無効電力検出値Ｑ、との
偏差分を増幅してパルス幅位相制御回路３１に加える。

パルス幅位相制御回路３１は電力変換回路７の交流側の
電圧の大きさを制御するため、すなわち、第８図に示し
たパルス幅φを決定するためのオンパルス、オフパルス
のタイミングを決定し、オン、オフパルス増幅回路２３
を介して電力変換回路７を構成ＧＴＯ素子７ＧＵ〜７Ｇ
Ｚにオンパルス信号、オフパルス信号を送出する。ここ
で、無効電力基準値Ｑｄｐが大きくなったときには第８
図に示すパルス幅φが小さくなるように、すなわち、交
流側電圧が大きくなるように制御され、反対に、無効電
力基準値Ｑｄｐが小さくなったときにはパルス幅φが大
きくなるように、すなわち、交流側電圧が小さくなるよ
うに制御される。

かくして、無効電力は無効電力基準値に追従するように
制御される。

次に、直流電圧設定器２５の電圧基準値Ｅｄｐと直流電
圧検出値Ｅｄとが直流電圧制御回路２６の加算器２６１
に加えられると、その差分が直流電圧調整器２６２に入
力され、ここで増幅されて前述の位相制御回路１９に加
えられる。この位相制御回路１９は電圧偏差信号から電
力変換回路４ａを構成するサイリスクの点弧タイミング
を決定して点弧パルスを発生する。そして、パルス増幅
回路２０はこの点弧パルスを増幅して電力変換回路４ａ
に供給する。

この結果、電力変換回路４ａ、７間の直流電圧が直流電
圧設定器２５で決定される直流電圧基準値Ｅｄｐに追従
するように制御される。

なお、ここまでは説明の便宜上、電力変換回路７から交
流系統１ｂにを動電力を供給する例を示したが、逆に、
交流電力１ｂから電力変換回路７にを動電力を供給する
場合の電圧と電流との関係を示すベクトル図は第７図の
ようになる。このことから、交流系統１ｂから電力変換
回路７に、すなわち、交流系統１ｂから交流系統１ａへ
電力を融通するには、電力変換回路７の交流側電圧位相
を交流系統１ｂの電圧位相より遅らせればよいことが判
る。このことは、融通電力基準値Ｐｄｐを負にすればよ
く、換言すれば、融通電力を制御するためには電力変換
回路７の交流側電圧と交流系統１ｂの交流電圧との位相
差を上述の如く制御すればよいことになる。ただし、電
力の融通を受ける系統の電力変換回路の向きは極性切換
器等で正負を入れ替える必要がある。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
直流側を相互に接続する第１および第２の電力変換回路
のうち、例えば、第２の電力変換回路の交流側を、リア
クタンス分を含む電気機器を介して交流系統に接続する
と共に、第２の電力変換回路の位相差角を変えて融通電
力を制御する融通電力制御回路、第２の電力変換回路の
制御率を変えて無効電力を制御する無効電力制御回路、
第１の電力変換回路の制御角を変えて直流側電圧を制御
する直流電圧制御回路を備えているので、荷動電力と併
せて無効電力をも安定に制御することができる。

また、本発明は、有効電力および無効電力の両方を制御
する構成になっているので、従来の他励式電力変換回路
で構成された直流送電系統に、電圧形自励式電圧変換回
路を追設するだけで容易に多端子構成に拡張できるとい
う付随的な効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図乃至第５図は同実施例の主要素の詳細な構成を示す
ブロック図または回路図、第６図および２７図は同実施
例の動作を説明するための説明図、第８図は同実施例の
動作を説明するためのタイムチャート、第９図は従来の
電力変換装置の構成を示すブロック図、第１０図乃至第
１２図はこの電力変換装置の主要素の詳細な構成を示す
回路図である。 ｌａ、ｌｂ・・・交流系統、３ａ、３ｂ・・・変圧器、
４ａ、７・・・電力変換回路、２６・・・直流電圧制御
回路、２８・・・融通電力制御回路、３０・・・無効電
力制御回路、３１・・・パルス幅位相制御回路。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ち　ＩＣ ６２圀 芭３　図 ８４　図 ５　１Ｕ ― 馬６　図 島７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交直変換（または直交変換）する交流側が第１の交
   流系統に接続された第１の電力変換回路と、直交変換（
   または交直変換）する直流側が前記第１の電力変換回路
   の直流側に接続され、交流側がリアクタンス成分を含む
   電気機器を介して第２の交流系統に接続された第２の電
   力変換回路と、前記第２の交流系統電圧と前記第２の電
   力変換回路の交流側電圧との位相差を変えて前記第１の
   交流系統から前記第２の交流系統へ（または前記第２の
   交流系統から前記第１の交流系統へ）融通する電力を基
   準値に追従させるように前記第２の電力変換回路の位相
   角信号を発生する融通電力制御回路と、前記第２の電力
   変換回路の無効電力を基準値に追従させるように前記第
   ２の電力変換回路の制御率信号を発生する無効電力制御
   回路と、前記第１および第２の電力変換回路間の直流電
   圧を基準値に追従させるように前記第１の電力変換回路
   の制御角信号を発生する直流電圧制御回路とを備えたこ
   とを特徴とする電力変換装置。 ２、前記第１の電力変換回路は他励式で、前記第２の電
   力変換回路は自励式であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電力変換装置。 ３、前記リアクタンス成分を含む電気機器は変圧器であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の電力変換装置。