JPS63202229A - 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、第一の交流系統と第二の交流系統との間で電
力を融通する電力変換装置に関する。

（従来の技術） この種の電力変換装置として第１０図に示す構成のもの
が知られている。

この装置の主回路は、順変換器動作をする他励式変換器
５Ａと、逆変換器動作をする他励式変換器５Ｂの各直流
側が直流リアクトル４Ａ、４Ｂ及び直流線路８を介して
接続され、各他励式変換器５Ａ、５Ｂの交流側はそれぞ
れ変換器用変圧器３Ａ、３Ｂ及び遮断器２Ａ、２Ｂを介
して交流系統ＩＡ、ＩＢに接続される。他励式変換器５
Ａ。

５Ｂは、例えば第１１図に示すように６組６アームのサ
イリスタ５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ。

５Ｚを三相ブリッジ結線して構成される。

他励式変換器５Ａ、５Ｂを制御する制御装置は、両他励
式変換器の機能分担に従い、変換器５Ａ側に設けられた
融通電力制御系と、変換器５Ｂ側に設けられた余裕角制
御系とから成っている。

融通電力制御系は、変換器５Ｂ側の変圧器３Ｂの系統側
で計器用変圧器１３及び変流器１４を介して取出される
電圧、電流から有効電力検出器２２によって求められる
有効融通電力Ｐｄが融通電力設定器３１によって設定さ
れる融通電力基準値Ｐｄｐに一致させるのに必要な直流
電流基準値Ｉｄｐを出力する融通電力制御回路（ＡＰＣ
）４１を備えている。直流線路８の実際の直流電流Ｉ。

は直流変流器１１Ａ及び直流電流検出器２１Ａによって
検出され、これを前述の直流電流基準値Ｉｄｐに一致さ
せるべく直流電流制御回路（ＡＣＣ）４２、位相制御回
路（ＰＨＳ）４３Ａ、およびパルス増幅回路（ＰＡ）４
４Ａを介して変換器５Ａが制御される。

融通電力制御回路４１の具体構成例をｔ５１２図に示す
。第１２図の融通電力制御回路４１では、有効電力検出
器２２による有効電力検出値Ｐ、と融通電力設定器３１
による融通電力基準値Ｐｄｐとの偏差が加算器４１２で
求められ、融通電力調整器（ＡＰＲ）４１１で偏差増幅
されて、融通電力を制御するための直流電流基準値Ｉｄ
、が形成される。なお、この種の電力変換装置における
直流電圧はほぼ一定に保たれるので、定常運転時に相当
する直流電圧基準値Ｅｄｐを用い、第１３図の融通電力
制御回路４１Ａに示すように、融通電力設定器３１によ
る融通電力基準値Ｐｄｐを直流電圧設定器３２による直
流電圧基準値Ｅｄｐで割算する演算Ｐｄｐ／Ｅｄｐを割
算器４１３に実行させ、その出力信号と融通電力調整器
４１１の出力信号とを加算器４１４で加算して直流電流
基準値ｌｄｐを作ることもできる。

一方、直流電流制御回路４２の具体構成例を第１４図に
示す。図から分かるように、この制御回路４２は、直流
電流検出器２１Ａからの直流電流検出値■６と融通電力
制御回路４１からの直流電流基準値Ｉｄｐとの偏差が加
算器４２２で求められ、その偏差出力が直流電流調整器
（ＡＣＲ）４２１で偏差増幅され、その出力信号が位相
制御回路４３Ａに供給される。

位相制御回路４３Ａは直流電流制御回路４２の出力信号
に基づいて他励式変換器５Ａの制御遅れ角αを決定し、
すでに述べたようにパルス増幅回路４４Ａを介して変換
器５Ａを点弧制御する。

余裕角制御系においては、逆変換器動作をする他励式変
換器５Ｂの転流失敗を防止するための余裕角を確保すべ
く、余裕角制御回路（ＡγＣ）４５と位相制御回路４３
Ｂとから制御進み角γを決定し、パルス増幅回路４４Ｂ
を介して変換器５Ｂを点弧制御する。なお、余裕角制御
回路４５自体は例えば特公昭５８−４６９５６号公報な
どで公知の技術に属するものであり、ここでは詳細な説
明を省略する。

以上の構成により、他励式変換器５Ｂでは余裕角が確保
され、電力変換装置の直流電圧が決定され、また、他励
式変換器５Ａでは融通電力制御のために直流電流を制御
して安定な電力変換装置の運転が継続される。このよう
な制御方式は例えば特開昭５０−１０７４４３号公報な
どで公知の技術である。

（発明が解決しようとする問題点） 以１−のように構成された従来装置においては、両交流
系統間の融通電力を制御することはできても、無効電力
を制御することはできず、また、敢えて制御可能に構成
するとしても、かなり困難かつｉｔＥ雑なものであった
。

したがって本発明の目的は、融通電力の制御とともに無
効電力の制御も同時に実現しうる電力変換装置を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の電力変換装置は、第一の交流系統と第二の交流
系統との間で他励式電力変換器、直流線路、および電圧
型自励式電力変換器を介して電力を融通する主回路と、
融通電力基準値、電圧型自励式電力変換器の無効電力、
第一の交流系統の検出電圧および電圧型自励式電力変換
器と第一の交流系統との間のリアクタンスに基づいて第
一の交流系統の電圧と電圧型自励式電力変換器の交流側
電圧との間の位相差角を制御して融通電力を融通電力基
準値に追従させる融通電力制御手段と、電圧型自励式電
力変換器に対する無効電力基準値、直流線路の直流電圧
、第一の交流系統の電圧、前記リアクタンスに基づいて
電圧型自励式電力変換器のパルス幅制御の制御率を制御
して無効電力を無効電力基準値に追従させる無効電力制
御手段と、直流線路に対する直流電圧基準値に基づいて
他励式電力変換器の制御−を制御して直流線路の直流電
圧を直流電圧基準値に追従させる直流電圧制御手段とを
具備したことを特徴とする。

（作　用） 逆変換器動作をする変換器として電圧型自励式電力変換
器を用い、その無効電力を制御する手段を付加的に設け
ることにより、系統の電圧や電流などの制御機能を損な
うことなく、無効電力を変換器側から制御しながら融通
電力を安定に制御することを可能とすることができる。

（実施例） 本発明に従って構成された電力変換装置の主回路構成と
その制御装置を第１図に示す。なお、第１０図以ドの従
来例で説明した機能と同一の機能を果たすものは同一符
号を付し、その詳細な反復説明は省略する。

第１図の主回路においては、Ｂ端側の逆変換器動作をす
る変換器としてパルス幅制御の可能な電圧型自励式電力
変換器６が設けられている。この電圧型自励式電力変換
″ａ６は、たとえば第２図に示すように、６組のＧＴＯ
３子（ゲートターンオフ・サイリ不タ素子”）６ＧＵ、
６ＧＶ、６ＧＷ。

６ＧＸ、６ＧＹ、６ＧＺを三相ブリッジ結線するととも
に、各ＧＴＯ素子にそれぞれダイオード６ＤＵ、６ＤＶ
、６ＤＷ、６ＤＸ、６ＤＹ。

６ＤＺを逆並列に接続し、さらにその直流側にコンデン
サ６Ｃを並列に接続してなるものである。

順変換器動作をする他励式電力変換″ａ５Ａには直流電
圧制御回路４６が設けられている。

直流電圧制御回路４６は、たとえば第３図に示すように
構成される。第３図の装置では、直流電圧設定器３２で
設定された直流電圧基準値と直流電圧検出器２４で検出
された直流電圧検出値Ｅ。

との偏差を加算器４６１で得て、その偏差を零とするよ
うな制御信号を直流電圧調整器（ＡＶＲ）４６２が出力
する。この直流電圧調整器４６２の出力信号により位相
制御回路４３Ａおよびパルス増幅回路４４Ａを介して電
圧型自励式電力変換器６が制御される。

一方、逆変換器動作をする電圧型自励式電力変換器６に
は融通電力を制御するための融通電力制御回路５１、及
び変換器自体の無効電力を制御するための無効電力制御
回路５２が設けられている。

融通電力制御回路５１は、有効電力検出器２２によって
検出された融通電力検出値Ｐ４、融通電力設定器３１に
よって設定された融通電力基準値Ｐ　　１無効電力設定
器３３によって設定されたｐ 電圧型自励式電力変換器６の無効電力基準値Ｑ　　１お
よび交流電圧検出器２５によって検出ｐ された交流系統ＩＢの交流電圧ｖｓｄに基づいて位相に
角δを演算する。無効電力制御回路５２は、無効電力検
出器２３によって検出された電圧型自励式電力変換器６
の無効電力値Ｑ１、無効電力設定器３３によって設定さ
れた無効電力基準値Ｑ　　１直流電圧検出器２４によっ
て検出されたｐ 直流電圧検出値Ｅ　　及び交流電圧検出器２５にｄゝ よって検出された交流電圧検出値ｖｓｄに基づいて制御
率Ｍを演算する。

融通電力制御回路５１によって求められた位相差角δ、
及び無効電力制御回路５２によって求められた制御率Ｍ
に基づいて、パルス幅位相制御回路５３はパルス幅制御
用のゲートタイミング信号を発生する。このゲートタイ
ミング信号の一例を第７図に示す。第７図に示すように
、電圧型自励式電力変換器６の出力電圧の基本波成分の
位相が交流系統ＩＢの交流電圧に対し位相差角δだけ進
んだ波形となり、制御率Ｍによって電圧零の期間２ψが
　Ｍ＝（１−２ｓｉｎψ）の関係で変化するように構成
される。パルス幅位相制御回路５３から出力されるゲー
トタイミング信号によりオンオフパルス増幅回路５４を
介して電圧型自励式電力変換器６が第７図に示す波形の
電圧を出力するように制御される。

融通電力制御回路５１の具体的な構成例を第４図に、無
効電力制御回路５２の具体的な構成例を第５図にそれぞ
れ示す。

融通電力制御回路５１においては、第４図に示すように
、融通電力設定器３１で設定された融通電力基準値Ｐｄ
ｐと有効電力検出器２２で検出された融通電力検出値Ｐ
、との偏差を加算器５１１で得て、その偏差を零とする
ような融通電力制御信号Ｐ　　　を融通電力調整器５１
２が出力する。

ｐｃ この融通電力制御信号Ｐ　　　と、無効電力設定ｐｃ 器３３で設定された無効電力基準値Ｑ、。と、交流電圧
検出器２５で検出された交流電圧Ｖｓｄとが位相差角演
算回路５１３に導入される。位相差角演舞回路５１３は
前記の各入力信号と、電圧型自励式電力変換器６および
交流系統１８間のリアクタンスＸ（たとえば変換器用変
圧器３Ｂのリアクタンス）とから、式 ％式％） に従って位相差角δを演算する。

無効電力制御回路５２においては、第５図に示すように
、無効電力設定器３３で設定された無効電力基準値Ｑｄ
ｐと無効電力検出器２３で検出された無効電力検出値Ｑ
ｄとの偏差から無効電力調整器５２２を通して得られた
無効電力制御信号Ｑ　　　と、直流電圧検出器２４で検
出された直ｐｃ 流電圧Ｅｄと、交流電圧検出器２５で検出された交流電
圧ｖｓｄとが制御率演算回路５２３に導入される。制御
率演算回路５２３は前記の各入力信号とリアクタンスＸ
とから、式 ％式％（ に従って制御率Ｍを演算する。

第１図に示した装置の動作を説明する前に、まず一般的
な説明をしておく。

第８図に示すように、電圧Ｖ　ｔ　、　Ｖ　、の２つの
交流系統ＡＳＩとＡＳ２とがあって、これら２つの交流
系統がリアクタンスＸを介して接続されているとする。

このときのベクトル図が、交流系統ＡＳＩからの電流を
１１両交流電圧間の位相差角をδとして、第９図に示す
ようであるとすれば、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑが Ｐ−（Ｖ　　＊Ｖ、参ｓｉｎδ）／Ｘ ・・・（３） Ｑ−（Ｖ　　２−Ｖ’壷Ｖ、−ｃｏｓδ）／ＸＳ　　　
　　　　　８１ ・・・（４） となることは周知である。

ここで電圧ｖ１を電圧型自励式電力変換器の出力電圧で
あるとすれば、第１図において電圧型自励式電力変換器
６は交流系統ＩＢに対し、変換器用変圧器３Ｂのリアク
タンス分をＸとすると、上記（３）、（４）式で表され
る有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを発生していることにな
る。

いま−例として第７図に示されているようなパルス幅制
御された。波形の出力電圧であったとすると、その電圧
の基本波成分は、 Ｖ、−Ｍ−に−Ｅ、ｃ　　　　・・・（５）となる。

ここで、Ｅｄｏは直流電圧の値、Ｍは制御率、ｋは定数
であって、 Ｍ＝（１−２ｓｉｎδ）　　　　　−（６）ｋ−Ｊ石フ
′π　　　　　　　　　・・・（７）となる。

（３）式と（４）式とから位相差角δは、δ−ｔａｎ−
１（Ｘ−Ｑ／（Ｖｓ２＋Ｘｌ；）））・・・（８） となる。

また、（４）式と（５）式とから Ｍ−（Ｖ　　　＋Ｘ−Ｑ）／（ｋ−Ｅｄｏ−Ｖ　・ＣＯ
Ｓδ） ・・・（９） となる。

そこで本発明においては、直流線路８の電圧すなわち直
流電圧Ｅ、が他励式電力変換器５Ａに設けられた直流電
圧制御回路４６の作用により直流電圧設定値Ｅｄｐに追
従するように制御されるとともに、融通電力制御回路５
１により位相差角δを（１）式に従って演算し、また無
効電力制御回路５２により制御率Ｍを（２）式に従って
演算する。（１）式から明らかなように融通電力制御回
路５１の位相差角演算回路５１３は位相差角δを演算し
て電圧型自励式電力変換器６が無効電力を発生しながら
融通電力Ｐ　　　を発電するようにｐｃ 機能することを意味している。すなわち融通電力Ｐ　　
　は融通型カニＡ整器５１２の出力であるのｐｃ で、この融通電力調整器５１２の作用により電圧型自励
式電力変換器６は融通電力基準値Ｐｄｐに追従するよう
に位相差角δを制御して運転されていることになる。

一方、無効電力制御回路５２においても制御率Ｍは（５
）式から明らかなように電圧型自励式電力変換器６の出
力電圧に対応しているので、電圧型自励式電力変換器６
の出力電圧すなわち制御率Ｍを制御して無効電力基準値
Ｑｄｐに追従するように運転されていることになる。

このようにして交流系統間の融通電力の制御とともに無
効電力の制御を同時に実現することができる。

以上述べた実施例においては、位相差角δを（１）式に
従って演算したが、位相差角δの値が小さい場合には一
般に数学的に次の（１ｏ）式が成立つので、この（１０
）式を用いて演算を行ってもよい。

δ−Ｘ−Ｐｄｐｃ／（Ｘ−Ｑ＋ｖ２） ｄｐ　　　ｓｄ ・・・（１０） さらに」−記実施例においては、位相差角δを求めるの
に無効電力基準値Ｑｄｐを用いたが、無効電力調整器５
２２の出力すなわち信号Ｑ　　　をｐｃ 用いて演算してもよいことは明らかである。

位相差角δの演算式としては、（３）式から、　　−１ δ−８１ｎ　（（ｖｓ・ｖｌ）／（Ｘ・Ｐ））となるの
で、これを若干変形し、 δ−８ｉｎ　　（（Ｖ、ｄ＃Ｍ’ｋ”Ｅｄ）／（Ｘ−Ｐ
　　　　）） ｐｃ ・・・（１１） または δ≧（Ｖ　　　−Ｍ−に−Ｅｄ）／ ｄ （Ｘ拳Ｐ　　　） ｐｃ ・・・（１２） として位相差角δを演算してもよい。

融通電力制御回路５１は第４図に示す構成のもののほか
に、融通電力基準値の変化に対して連応性を持たせるた
めに、第６図に示すような加算器５１４を付加してフィ
ードフォワード機能を持たせてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、系統の一端側に設けた電圧型自励式電
力変換器の位相差角制御により融通電力を制御しながら
制御率制御により無効電力を制御することにより、他端
の変換器で直流電圧を制御するこにより、融通電力を安
定に両方向に融通制御することの可能な電力変換装置を
提供することができる。

また、本発明によれば、従来の他励式電力変換器で構成
された直流送電系用型力変換装置に、流入する有効電力
および無効電力を制御する、本発明に従って構成された
電圧型自励式電力変換器を追加設置することにより、容
易に多端子構成のものに拡張することができるという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における主回路の系統構成図
および制御装置のブロック図、第２図は第１図における
電圧型自励式電力変換器の内部接続図、第３図は第１図
における直流電圧制御回路の内部構成図、第４図は第１
図における融通電力制御回路の内部構成図、第５図は第
１図における無効電力制御回路の内部構成図、第６図は
融通電力制御回路の変形例を示す内部構成図、第７図は
パルス幅制御された電圧型自励式電力変換器の出力電圧
波形の一例を示す波形図、第８図は本発明を適用する電
力系統の原理的構成図、第９図は第８図の電力系統のベ
クトル図、第１０図は従来装置の主回路の系統構成図お
よび制御装置のブロック図、第１１図は第１０図におけ
る他励式電力変換器の内部接続図、第１２図は第１１図
における融通電力制御回路の内部構成図、第１３図は融
通電力制御回路の他の構成例を示す内部構成図、第１４
図は第１１図における直流電流制御回路の内部構成図で
ある。 ＩＡ、ＩＢ・・・交流系統、３Ａ、３Ｂ・・・変換器用
変圧器、５Ａ・・・他励式電力変換器、６・・・電圧型
自励式電力変換器、８・・・直流線路、２２・・・有効
電力検出器、２３・・・無効電力検出器、２４・・・直
流電圧検出器、２５・・・交流電圧検出器、３１・・・
融通電力設定器、３２・・・直流電圧設定器、３３・・
・無効電力設定器、４６・・・直流電圧制御回路、５１
，５１Ａ・・・融通電力制御回路、５２・・・無効電力
制御回路。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 も２図 第９図 第）０図 ｄ 第１１図 第１３図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第一の交流系統と第二の交流系統との間で他励式電力変
   換器、直流線路、および電圧型自励式電力変換器を介し
   て電力を融通する主回路と、融通電力基準値、前記電圧
   型自励式電力変換器の無効電力、前記第一の交流系統の
   検出電圧および前記電圧型自励式電力変換器と前記第一
   の交流系統との間のリアクタンスに基づいて前記第一の
   交流系統の電圧と前記電圧型自励式電力変換器の交流側
   電圧の間の位相差角を制御して前記融通電力を前記融通
   電力基準値に追従させる融通電力制御手段と、 前記電圧型自励式電力変換器に対する無効電力基準値、
   前記直流線路の直流電圧、前記第一の交流系統の電圧、
   前記リアクタンスに基づいて前記電圧型自励式電力変換
   器のパルス幅制御の制御率を制御して無効電力を前記無
   効電力基準値に追従させる無効電力制御手段と、 前記直流線路に対する直流電圧基準値に基づいて前記他
   励式電力変換器の制御角を制御して前記直流線路の直流
   電圧を前記直流電圧基準値に追従させる直流電圧制御手
   段と を具備したことを特徴とする電力変換装置。