JPS63302731A - 交直変換器の制御装置 - 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） 本発明は直流送電膜ｍまたは周波数変換段−に通用され
る交直変換器の１ｌＩＩＩＩｌ装置に関する。

（従来の技術） 第９図に従来の自励式逆変換器を用いた直流送Ｎ設備に
適用される変換装置の運転方式を示す。

交流系統１に変圧器２を介してアーム３０〜３ｚで構成
された他動式順変換器３が接続され、交流電力が直流電
力に変換されている。他励式順変換器３では電８！塁準
信号４に従った直流電流の定電流制御を行なっている。

直流電力は直流送Ｔｉ線。

１０、直流リアクトル１１．１２を介して自励式逆変換
器１３に印加される。自励式逆変換器１３の交流出力端
子ば変換器用変圧器１４を介して交流系統１５に接続さ
れている。逆変換器１３は、アーム１３Ｌｌ〜１３２で
構成されており、いわゆる電圧形自動インバータである
。変換＠Ｗ１３の直流端子Ａ、Ｂ間にはコンデンサ１６
と直流電圧検出Ｈ１７が設置され、自動式インバータで
はゲートパルス回路１８からゲート信号がアーム１３ｔ
Ｊ〜１３Ｚに送られ三相インバータ運転している。逆変
換器１３側から交流系統１５へ流れる交流電流が交流ｒ
４ｎ検出用変流器１９によって、また交流電圧が交２Ｉ
！電圧検出用変几器２０によって検出され、その値から
無効電力演算器２１により発生無効電力２２が演算され
る。その埴と無効電力設定値２３をつきあわせて無効電
力制御器２４に入力し無効電力制御器２４の出力信号２
５を直流電圧基準値として使用し、直流電圧検出器１７
によって検出された１１２６とつきあわせて増幅器２７
に入力する。増幅器２７の出力が逆変換器１３の出力交
流電圧と交流系統１５の電圧の位相差を検出する位相検
出器２８の入力となっている。増幅器２７からの入力信
号の大きさによって自励式逆変換器１３と交流系統１５
の位相差が大きくなったり小さくなったりする。一方、
送電電力設定値２９を直８！電圧検出器１７の検出値２
６で電流設定値演算器３０で除することにより直流電流
の設定１ｉｆｉ４を算出し順変換器側の定電流制御に使
用する。本方式は特公昭６１−１２４５７号公報「変換
装置の運転方式」により提案されているものである。

（発明が解決しようとする問題点） この従来技術では直流電圧を一定に制御していない。そ
のため交流系統１５の変動によって直流電圧が変動しや
すい。電圧形の自励式インバータではコンデンサ１６に
よって直流電圧を維持し、それを電圧源とみなして交流
電圧に変換しているため、直流電圧が変動すると逆変換
器１３側の交流系統１５の電圧が影響をうけ変動しやす
く、安定な制御が行ないにくい。特に交流系統１５が無
電源系の場合や、短絡インピーダンスが大きい場合は交
流系統１５の電圧が安定に制御されない。

最も大きな問題点は演算器３０において電力設定値を直
流電圧検出値で割るという計膵を行なって直流ｒ４流設
定値４を決めているため、直流電圧が変動すると直流電
流も変動し、特に電圧が低下した場合、直流電流設定値
が増大して直流過電流となることである。

本発明は順変換器側で直流電圧一定制御を行なうことに
より直流電圧を一定に維持し、安定な直流送電を行なう
とともに、逆変換器側ぐ定電力制御を行ない、電力設定
値に直流電流と直流電圧から算出した最大リミッタ−を
かけることにより直流電流の過電流を防止することがで
きる交直変換器の制御ｌＩｌ″ａｌｌ！を提供、するこ
とを目的とする。

［発明の構成１ （問題点を解決するための手段及び作用）第１図は本発
明による制ｍ＠Ｗ！を示す。主回路の構成は上記従来方
式と同様である。本発明では他動式順変換器３側では直
流電圧検出器４５により直流電圧を検出して定電圧制御
器３３により直流電圧一定制御を行な７ている。

自励式逆変換Ｓ１３．ｌでは変圧器２０と変流器１９に
より交流電圧と交流Ｔｉ流を検出して電力演算器３７お
よび無効電力演算器２１により、それぞれ有効出力電力
検出値７３８０、無効電力検出値２２を算出して、定電
力制御および定無効電力制御を行なう。この場合、定電
力制御の設定１ｉｉ３９に対して、リミッタ−回路４９
において送電容量による最大値リミットをかけるととも
に直流電流窓＠ｆｌＩ３５と直流電圧検出値４６の積を
リミット値として使用することにより、出力電力設定値
を直流過電流とならないよう、かつ送電容量を超えない
よう制限する。この制御装置により直流電圧を一定に維
持し、直流″ｉ雷電流ならないような変換器運転を行な
うことができる。

（実施例） 第１図により本発明の一実施例について説明する。

交流系統１に変圧器２を介してアーム３Ｕ〜３ｚで構成
された他動式順変換器３が接続され、交流電力が直流電
力に変換されている。他励式順変換器３ではＩＮ流電圧
検出器４５による直流電圧検出ｌ！［４６と交８！電圧
設定値（Ｅ　ｒｅｆ）３２をつきあわせ、定電圧制御器
３３により制御角３４に変換する。制御角３４はゲート
パルス回路７に入力される。一方、位相検出器６によっ
て検出された交流系統１の電圧位相がゲートパルス回路
に入力さされ、ゲートパルス回路７ではゲート信号を発
生し、順変換器３の各アーム３Ｕ〜３Ｚに送られ三相１
流器運転を行なう。順変換器３により交流電力が直流電
力に変換され、直流電力は直流送電ｔｉ１１０と直流リ
アクトル１１．１２を介して自励式逆変換器１３に印加
される。自励式逆変換器１３の交流出力端子は変圧器１
４を介して交流系統１５に接続されている。逆変換器１
３はアーム１３Ｕ〜１３２で構成されており、いわゆる
電圧形自励インバータである。逆変換器１３の直流端子
Ａ、Ｂ間にはコンデンサ１６が設置され、逆変換器１３
ではゲートパルス回路１８からゲート伺号がアーム１３
ｔＪ〜１３Ｚに与えられ、三相インバータ運転している
。

ここで、電圧形自励インバータの動作と制御変数につい
て説明する。第２図は電圧形自動インバータを使用した
逆変換器と、それが接続された交流系の系統偶成である
。直流側端子には直流電圧Ｅｄｉが得られている。アー
ムＵ−２はそれぞれダイオードと、ＧＴｏなど自己消弧
機能をもつ素子が逆並列接続された構成になっていて、
出力電圧■ｉを発生している。Ｖｉは交流系電圧■ａに
対しθの位相差をもっている。このθを位相角という。

変換器により変換された有効電力および無効電力出力は
インピーダンスＲ＋ｊＸの変圧器１４を介し交流系統１
５にそれぞれＰ、Ｑという大きさで与えられる。

、アームＵ−２の動作モードを第３図に示す。第３図（
ａ＞は各アームの通電状態、第３図（１））は変換器出
力の各相電圧、第３図（Ｃ）は線間電圧である。ＵとＸ
１ＶとＹ％Ｗと２の各ペアで常にどちらか一方のアーム
を通電状態にすること椛より電流の転流を行なう。この
場合、１８０°通電を基本として通電期間の中央で制御
角ψの間だけもう一方のアームを通電させることにより
各相電圧ＶＲｓ　Ｖｓ　、ＶＴは１８０°矩形波の中央
でψの間だけ電圧の正負が逆転する波形になる。この動
作を各ベアで１２０°ずつずらして行なうことにより、
第３図（Ｃ）に示すような線間電圧が得られる。この波
形をフーリエ分解すると、となる。

ｎ＝１を代入してアームの電圧降下分を考慮し基本波成
分を求めると −ｚｆ　−ｒ　−Ｉｄ　　　　　　・（２）が得られる
。ｌｄは直流電流、ｒはアームの電圧降下分抵抗である
。この値が逆変換器１３の出力電圧■ｉとなる。以上の
ように直゛流電圧Ｅｄｉと出力交流電圧Ｖｉは制御角ψ
によって関係づけられる。次に出力交流電圧、Ｖｉと交
流系電圧■ａの関係を求める。変圧器１４のインピーダ
ンスを２−Ｒ＋ｊＸとし、ｙａに対するＶｉの位相差を
位相角θとする。交流系への出力を有効電力Ｐ、無効電
力Ｑとすると、 Ｐ　＝　　■８（Ｒ・Ｖ　ｉ　−ｃｏｓθ−Ｒ−ＶａＲ
ｆｆｉ　　＋ｘ２ ＋Ｘ−Ｖｉ　　−５ｉｎ　　θ）　　　　　　　−（３
）Ｑ＝Ｖａ（Ｘ　・Ｖｉ　−ｃｏｓ　ｅ−Ｘ−ｖａＲ２
＋　Ｘ　ｔ −Ｒ−ｙｔ−ｓｔｎ　　θ＞、　　　　　　−（４）の
関係が得られる。従って電圧形自動式インバータでは！
ｌ１ＩＩＩｐ角ψと位相角θの２変数によりて交流出力
Ｐ１無効電力出力Ｑ１交流側電圧■ａを制御できる。

このように電圧形自動式インバータでは２変敗制御によ
り有効電力と無効電力、有効電圧と交流電圧といった複
数の系統諸量を制御できる。

本発明による実施例では、第１図において、変流器１９
により交流電流を、また変圧器２０により交ＦＥＷ圧を
検出し、これらの値を使用して電力演算器３７．２１に
よりそれぞれ交流出力電力検出値３８、無効電力検出１
２２を弾出する。定電力制御器４４では演算器３７の出
力と電力設定値５０から電力信号値４７を粋出する。こ
こで電圧設定値５０を決めるときに指定した電力［１３
９に対してリミッタ−回路４９により、リミットをかけ
電力設定Ｉ［５０がある値以上にならないように制限す
る。リミッタ−回１４９の内部を第４図に示す。指定し
た電力設定１３９に対し直流Ｎ流値３５と直流電圧検出
値４６をかけあわせたＩＣを最大リミット値として制限
を行なう。その出力・５１に対し、設備容量りを最大リ
ミット値として制限を行なって定電力制御を行なうため
の電力設定値５０を決める。このリミッタ−をかけるこ
とにより直流電圧の変動に応じた電力設定値が選択され
る。

変換器の運転特性について第５図、Ｗｉ６図により説明
する。第５図は直２１１Ｅ　７＠流定格値と直流電圧運
転値の積によるリミッタ−をかけない場合で線ＥＦが順
変換器３側の定電圧特性、ＩＧＨが逆変換器１３側の定
電力特性である。Ｉｄｐは直流Ｍ流定格値である。今、
Ｉｄ＜Ｉｄｐという運転点！かうＩｉＩ流電圧電圧下し
［’ｄになった場合、運転点は点Ｊに移る。この点にお
ける直流電流１°ｄは定格Ｉｄｐより大きい値であり、
過電流領域での運転となる。そこで、先に述べたように
直ＦＥ　Ｗ流定格値と直８！電圧運転値の積によるリミ
ッタ−を定電力制御の設定値にかけると運転特性は第６
図のようになり、逆変換器側ではＩＩＧＫ間は定電力特
性、！ｉＫＭ間は定電流特性となり、直流電圧がＥ′ｄ
に　　　−低下した場合には運転点は点しに移り定格１
ｄｐをこえることはない。リミッタ−回路つきの定電力
ＩｔｌｌＪＩＩＩ装置は以上のような作用をする。一方
定無効電力制御器２４では、演算器２１の出力と無効電
力設定値２３から無効電力信号値２５を算出する。

演算器４０では直８！電圧検出器１７により検出された
直流電圧値（Ｅｄｉ）４８および変流器４１により検出
された直流電流値（Ｉｄ）４２および変圧器２０により
検出された交ＦＥ　Ｗ圧（Ｖａ）４９’、および定電力
制御器４４の出力ＣＰ＞４７、および定無効電力制御器
２４の出力（Ｑ）２５を使用して前述したＶ、Ｐ、Ｑ、
θ、φの関係式（２）〜（４）から制御角φと位相角θ
を算出する。位相検出器２８は位相比較器、フィルター
、増幅器、電圧制ｍ＋発振器から構成されたいわゆるフ
ェイズ・ロック・ループを構成して交流系統１５の電圧
位相を検出している。位相検出Ｂ２８による検出位相と
、演算器４０で算出されたθ、φからゲートパルス回Ｍ
１８においてゲートパルス信号が発生され、１３Ｕ〜１
３Ｚのアームパルスが与えられる。

本発明の実施例によれば、順変換器３ｇ！ｌで、定常運
転時には直流電圧一定制御を行なうことに占り、逆変換
器１３１１１直流系統に設置されたコンデンサ１６の両
端の電圧が一定に保持されてこのコンデンサ１６から順
変換器３側は定電圧源とみなすことができる。逆変換器
１３の直流電圧［ｄｉが一定に保たれることは、前述の
式（２）で示した逆変換器出力電圧ＶｌがＥｄｌに依存
しないことであり、Ｖｌ、Ｐ、Ｑが制御角φ、位相角θ
という制御出力によって制御されることになり、直流系
を安定に！ＩｉＩＩｗできるという効果がある。最も大
きな効果は、直流電力設定値に対して直流電流定格値と
直流電圧運転値の積を最大リミット値とするリミッタ−
をかけることにより、直流電流の過電流を防止すること
ができるという効果である。

第１図における実施例では、逆変換器１３側で定電力１
ｌＩＩＪ１１１と定無効電力制御を行なっており、その
定電力ａｉｌＪＩＩＩ器４４の電力設定値に対してリミ
ッタ−をかけたが、定無効電力制御を行なわず、かわり
に定電力制御と、交流系電圧を一定に制御する定電圧１
１１１Ｊ６１１を行ない、その定電力制御回路の電力設
定値に対して第１図における実施例と全く同じリミッタ
−をかけることにより、第１図の実施例と同等の効果が
得られる。

また、第１図における実施例では第４図に示すリミット
回路を用いたが、第７図に示すリミッタ−回路４９を用
いることもできる。第７図のりミツター回路では直流電
圧運転値（Ｅｄ）４６の他の直Ｗｔ１：圧制限値（Ｅ’
ｄ＞５２を使用する。この制ｗ１１１５２は設備容量を
定格Ｔｉ流（Ｉｄｐ＞で割った一定値である。運転［１
４６と制限値５２を最小Ｉ１３！！択回路５４により選
択し、その小さい方の値と定格電流（Ｉｄ）３５をかけ
たものを定電力制御器の電力設定値４４の最大リミット
値として使用しリミッタ−回路４９によって制限する。

第７図に示したリミッタ−回路４９を第１図の実施例に
使用した場合、第４図に示したリミッタ−回路４９を使
用した場合と全く同等に効果が得られる。

また、第１図における実施例で第４図に示すリミッタ−
回路４９のかわりに第８図に示すリミッタ−回路を用い
ることもできる。第４図の実施例では、直流電流定格値
３５と直流電圧運転値４ｑをかけたものをそのままリミ
ット値Ｃとして使用した。しかしこのリミットＭＣは順
変換器３＃！ｌの直流電流に相当しており、一方、定電
力制御で制御するのは逆変換器側１３の交流電力である
。変換器回路には直流送電線、直流リアクトル、変換器
の素子、変換器用変圧器などにおける抵抗損失があり、
そのため、逆変換器１３側の交流電力は順変換器３１１
ｍの直流電力よりやや小さくなる。そこで第８図のリミ
ッタ−回路では、補正回路５６によりｌａｄとＩｄｐを
かけた１ｉｆｉ５５に対し損失分を考慮した補正を行な
って電力設定値のリミット値Ｃを郷出する。第８図に示
したリミッタ−回路を第１図の実施例に使用した場合、
゛第４図に示したリミッタ−回路を使用した場合と同等
に効果が僻られる。

また、第１図における実施例では、リミット値を算出す
るための直流電圧として順変換器３側の検出ｗｉ４６を
使用したが、このかわりに逆変換器１３側の直流電圧検
出ｌ［４８、または直流電圧設定値３２を直流運転電圧
として用い、第４図、第７図、第８図のＥｄとしてリミ
ッタ−回路を構成した場合にも第１図における実施例と
同等の効果ををることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば直流送電設備ま
たは周波数変換設備における交直変換システムとして、
順変換器側で直流電圧一定制師を行ない、一方、逆変換
ａｌｌでは自励式変換器を用い、有効出力電力と無効出
力電力、あるいは有効出力電力と交流系電圧の一定制御
を行い、有効雷り制御回路において、電力設定値に直流
電流定格と直流運転電圧から得られる最大値リミツクー
をかけることにより安定した直流送電または周波数変換
を行なうことができ、直流回路の過電流を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実唐１９１を示す構成図、第２図は
本発明の説明に用いられた電圧形自動インパークの構成
を示す図、第３図は本発明で使用される電圧形自励イン
パークの動作を説明する図、第４図は第１図の一実施例
の電力設定値リミッター回路を示す構成図、第５図は本
発明による電力設定値リミッタ−回路を用いない場合の
変換器運転特性を示す図、第６図は本発明による電力設
定値リミッタ−回路を用いた場合の変換器運転特性を示
す図、第７図は第４図に対して異なる他の実施例の電力
設定値リミックー回路を示す構成図、第８図は第４図に
対して異なる他の実１ｔｉｉ例の電力設定値りミツクー
回路を示す構成図、第９図は従来装置の構成図である。 ２．１４・・・変換器用変圧器、３・・・順変換器、６
゜２８・・・位相検出器、７．１８・・・ゲートパルス
回路、１３・・・自励式逆変換器、２１・・・無効電力
滴譚器、２４・・・定無効電力制御器、３３・・・定電
「制御器、３５・・・直ＦＩｔ電流定＠値、３７・・・
電力演舞器、３９゜５０・・・電力設定値、４０・・・
制御角および位相角演算器、４４・・・定電力制御ＩＩ
器、４６・・・直５！電圧検出嬢、４９・・・リミック
ー回路、Ｃ−・・電圧と電流の積により電力設定値のリ
ミット値、Ｄ・・・ｇ２備￥Ｉ曇による電力設定値のリ
ミット値。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第５０ 第６０ ４ビ 第７　口 嵯 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電力を順変換装置により直流電力に変換し、その直
   流電力を自励式逆変換装置によつて交流電力に変換する
   システムにおいて、前記順変換装置側では直流電圧を一
   定に制御する定電圧制御回路を設け、前記自励式逆変換
   装置側では交流出力電力を一定に制御する定電力制御回
   路と無効電力出力を一定に制御する回路または交流出力
   電力を一定に制御する定電力制御回路と逆変換装置側交
   流電圧を一定に制御する定電圧制御回路を設け、前記定
   電力制御回路に使用する電力設定値の最大リミット値と
   して直流電流定格値に直流電圧運転値をかけあわせた値
   を使用することを特徴とする交直変換器の制御装置。