JPS6343973B2 - - Google Patents

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JPS6343973B2
JPS6343973B2 JP214083A JP214083A JPS6343973B2 JP S6343973 B2 JPS6343973 B2 JP S6343973B2 JP 214083 A JP214083 A JP 214083A JP 214083 A JP214083 A JP 214083A JP S6343973 B2 JPS6343973 B2 JP S6343973B2
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JP
Japan
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power
phase
current
converter
cycloconverter
Prior art date
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Application number
JP214083A
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Japanese (ja)
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JPS59127531A (en
Inventor
Susumu Tadakuma
Shigeru Tanaka
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS59127531A publication Critical patent/JPS59127531A/en
Publication of JPS6343973B2 publication Critical patent/JPS6343973B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、異なる2つの電力系統間の電力潮流
量を制御する電力変換装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a power conversion device that controls the amount of power flow between two different power systems.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

わが国の電力系統は、西日本の60Hz系統と東日
本の50Hz系統とに大きく分けることができる。
Japan's power system can be broadly divided into the 60Hz system in western Japan and the 50Hz system in eastern Japan.

この2つの電力系統を結び、系統間の電力潮流
量を制御する装置としては、古くは誘導機等を使
つた回転形周波数変換機あるいは水銀整流器を用
いた静止形周波数変換装置等がある。最近では、
水銀整流器の代りにサイリスタ等の半導体制御整
流器を用いた静止形周波数変換装置が実用に供さ
れている。
Devices that connect these two power systems and control the amount of power between the systems include rotary frequency converters using induction motors and static frequency converters using mercury rectifiers. recently,
Static frequency converters using semiconductor-controlled rectifiers such as thyristors in place of mercury rectifiers are in practical use.

また、50Hz系統の中でも、いくつかの電力会社
によつて管理される種々の電力系統があり、電圧
定格や設備容量もさまざまである。これらの電力
系統を有効に結び、その系統間の電力潮流量を制
御するためにも、交流→直流→交流の変換を行な
う電力変換装置が使われている。特にその直流電
線録の距離を良くしたものは、直流送電用電力変
換装置として良く知られている。
Furthermore, within the 50Hz system, there are various power systems managed by several power companies, and their voltage ratings and equipment capacities vary. In order to effectively connect these power systems and control the amount of power flow between the systems, power converters that convert from alternating current to direct current to alternating current are used. In particular, a device with a long DC wire list is well known as a power converter for DC power transmission.

第1図は、従来の電力変換装置の構成を示すブ
ロツク図である。50Hz系統と60Hz系統を結び、当
該両系統間の電力潮流量を制御する場合を表わし
ている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a conventional power conversion device. This shows the case where a 50Hz system and a 60Hz system are connected and the power flow rate between the two systems is controlled.

第1図において、BUS1は50Hz電力系統の3相
電線路、BUS2は60Hz電力系統の3相電線路、
TR1,TR2は電源トランス、SS1,SS2はサイリ
スタブリツジ回路からなる交直電力変換器、L0
は直流リアクトル、CAP1,CAP2は高調波フイ
ルター兼用進相コンデンサ、SVC1,SVC2は無効
電力補償装置である。
In Figure 1, BUS 1 is the 3-phase power line of the 50Hz power system, BUS 2 is the 3-phase power line of the 60Hz power system,
TR 1 and TR 2 are power transformers, SS 1 and SS 2 are AC/DC power converters consisting of thyristor bridge circuits, and L 0
is a DC reactor, CAP 1 and CAP 2 are phase advance capacitors that also serve as harmonic filters, and SVC 1 and SVC 2 are reactive power compensators.

無効電力補償装置SVC1は電源トランスTR3
サイリスタ整流回路SS3、直流リアクトルL1から
構成されており、無効電力制御回路AQR1によつ
て受電端の無効電力Q1が指令値Q1 *(=0)に等
しくなるように直流リアクトルL1に流れる電流
IL1が制御される。無効電力補償装置SVC2も同様
に構成されており、無効電力制御回路AQR2によ
つて受電端の無効電力Q2が指令値Q2 *(=0)に
等しくなるように電流IL2が制御される。
The reactive power compensator SVC 1 is a power transformer TR 3 ,
It is composed of a thyristor rectifier circuit SS 3 and a DC reactor L 1 , and a reactive power control circuit AQR 1 controls the DC reactor L so that the reactive power Q 1 at the receiving end becomes equal to the command value Q 1 * (=0). Current flowing through 1
I L1 is controlled. The reactive power compensator SVC 2 is similarly configured, and the current I L2 is controlled by the reactive power control circuit AQR 2 so that the reactive power Q 2 at the receiving end becomes equal to the command value Q 2 * (=0). be done.

まず、50Hz系統の電線路BUS1から60Hz系統の
電線路BUS2に電力を送る場合を例にとつて、こ
の装置の動作を説明する。
First, the operation of this device will be explained using as an example the case where power is sent from the electric line BUS 1 of the 50 Hz system to the electric line BUS 2 of the 60 Hz system.

電線路BUS1からの受電端に電流検出器CTS1
電圧検出器PTS1を設置し、3相の電圧、電流の
瞬時値を検出する。これを、次の有効無効電力演
算回路PQC1に入力し、有効電力P1および無効電
力Q1を求める。同様に、電線路BUS2からの受電
端にも電流検出器CTS2および電圧検出器PTS2
設置し、有効無効電力演算回路PQC2と合わせて、
有効電力P2および無効電力Q2を検出する。
A current detector CT S1 and a voltage detector PT S1 are installed at the receiving end of the power line BUS 1 to detect the instantaneous values of three-phase voltage and current. This is input to the next active reactive power calculation circuit PQC 1 to obtain active power P 1 and reactive power Q 1 . Similarly, a current detector CT S2 and a voltage detector PT S2 are installed at the power receiving end from the electric line BUS 2 , and together with the active reactive power calculation circuit PQC 2 ,
Detect active power P 2 and reactive power Q 2 .

有効電力P1は入つてくる方向を正、有効電力
P2は出ていく方向を正として検出する。また、
無効電力Q1,Q2は遅れ無効電力を正、進み無効
電力を負として検出する。
Active power P 1 is positive in the incoming direction, active power
P 2 detects the exit direction as positive. Also,
For reactive powers Q 1 and Q 2 , delayed reactive power is detected as positive, and advanced reactive power is detected as negative.

電線路BUS1から電線路BUS2に電力を送る場
合、交直電力変換器SS1は順変換器として動作
し、交直電力変換器SS2は逆変換器として動作す
る。
When transmitting power from the electric line BUS 1 to the electric line BUS 2 , the AC/DC power converter SS 1 operates as a forward converter, and the AC/DC power converter SS 2 operates as an inverse converter.

電力潮流量設定器VRPによつて電力指令値P*
>0が与えられる。シユミツト回路SHは電力指
令P*>0のとき出力信号“1”を発生し、スイ
ツチSW1をa側に、またスイツチSW2をb側に接
続する。すなわち、順変換器SS1は電力潮流量P
=(P1+P2)/2がその指令値P*に等しくなるよ
うに、その出力電圧V1が制御され、逆変換器SS2
の出力電圧V2は一定の直流電圧V*を発生するよ
うに制御される。
Power command value P * by power flow rate setting device VRP
>0 is given. The Schmitt circuit SH generates an output signal "1" when the power command P * >0, and connects the switch SW 1 to the a side and the switch SW 2 to the b side. In other words, the forward converter SS 1 has a power flow rate P
Its output voltage V 1 is controlled so that = (P 1 + P 2 )/2 is equal to its command value P * , and the inverter SS 2
The output voltage V 2 of is controlled to produce a constant DC voltage V * .

CT0は直流電流検出器で、直流リアクトルL0
流れる電流I0を検出する。電力制御回路APRは
両受電端の電力検出値P1とP2の平均値(P1
P2)/2が指令値P*に等しくなるように、前記
直流電流I0を制御するものである。
CT 0 is a DC current detector that detects current I 0 flowing through DC reactor L 0 . The power control circuit APR calculates the average value (P 1 +
The DC current I 0 is controlled so that P 2 )/2 becomes equal to the command value P * .

また、定電圧制御回路AVRは逆変換器SS2
出力電圧V2が一定値V*になるように制御するも
のである。PH1,PH2は各々交直電力変換器SS1
およびSS2の位相制御回路である。
Further, the constant voltage control circuit AVR controls the output voltage V 2 of the inverse converter SS 2 to a constant value V * . PH 1 and PH 2 are each AC/DC power converter SS 1
and SS 2 phase control circuit.

交直電力変換器SS1およびSS2の出力電圧を図
の矢印の方向にとると V1=kV・VS1・cosα1 V2=−kV・VS2・cosα2 となる。ただしkVは変換定数、VS1,VS2は各々
交直電力変換器SS1およびSS2の交流側入力電圧
である。
When the output voltages of the AC/DC power converters SS 1 and SS 2 are taken in the direction of the arrow in the figure, V 1 =k V ·V S1 ·cosα 1 V 2 =−k V ·V S2 ·cos α 2 . However, kV is a conversion constant, and V S1 and V S2 are AC side input voltages of AC/DC power converters SS 1 and SS 2 , respectively.

順変換器SS1の点弧制御角α1は0゜〜90゜の範囲で
制御され、逆変換器SS2の点弧制御角α2は90゜〜
180゜の範囲に設定される。点弧制御角α2=180゜の
とき、逆変換器SS2の交流側入力力率は1となる
が、自然転流を行なうための転流進み角γだけ点
弧タイミングをずらす必要がある。故に、点弧制
御角α2=180゜−γとなり、V2=−kV・VS2・cos
(180゜−γ)の出力電圧を発生する。転流進み角
γを一定とすれば、出力電圧V2も一定の直流電
圧となる。
The firing control angle α 1 of the forward converter SS 1 is controlled in the range from 0° to 90°, and the firing control angle α 2 of the inverse converter SS 2 is controlled in the range from 90° to
Set to a range of 180°. When the firing control angle α 2 = 180°, the input power factor on the AC side of the inverter SS 2 is 1, but it is necessary to shift the firing timing by the commutation advance angle γ to perform natural commutation. . Therefore, the firing control angle α 2 =180°−γ, and V 2 =−k V・V S2・cos
Generates an output voltage of (180°-γ). If the commutation advance angle γ is constant, the output voltage V 2 will also be a constant DC voltage.

直流電流I0は直流リアクトルL0に印加される電
圧V1−V2を変えることによつて制御される。出
力電圧V2は一定に制御されるので、V1=kV
VS1・cosα1を変えて制御することになる。直流
電流I0を増加させたい場合は、V1>V2となるよ
うに点弧制御角α1を制御し、直流電流I0を減少さ
せたい場合は、V1<V2となるように点弧制御角
α1を制御する。定常点附近では、直流リアクトル
L0の抵抗分を無視すれば、V1≒V2の関係が成り
立ち、cosα1≒−cosα2からα1≒γとなつている。
The DC current I0 is controlled by changing the voltage V1 - V2 applied to the DC reactor L0 . Since the output voltage V 2 is controlled constant, V 1 = k V
It is controlled by changing V S1・cos α 1 . If you want to increase the DC current I 0 , control the ignition control angle α 1 so that V 1 > V 2 , and if you want to decrease the DC current I 0 , control the ignition control angle α 1 so that V 1 < V 2 . Control the firing control angle α 1 . Near the steady point, the DC reactor
If the resistance of L 0 is ignored, the relationship V 1 ≒ V 2 holds true, and cos α 1 ≒ −cos α 2 makes α 1 ≒ γ.

第2図a,bは、50Hz系統の電線路BUS1から
60Hz系統の電線路BUS2へ電力を送つているとき
の各交直電力変換器の交流入力側の1相分の電圧
電流ベクトル図である。第2図aは変換器SS1
電圧電流ベクトル図、第2図bは変換器SS2の電
圧電流ベクトル図をおのおの示す。
Figure 2 a and b are from the electric line BUS 1 of the 50Hz system.
It is a voltage-current vector diagram for one phase on the AC input side of each AC/DC power converter when power is being sent to electric line BUS 2 of the 60Hz system. FIG. 2a shows a voltage-current vector diagram of the converter SS 1 , and FIG. 2b shows a voltage-current vector diagram of the converter SS 2 .

直流電流I0で定常状態を考えると、V1≒V2
なり、α1≒γの関係が成り立つている。順変換器
SS1の入力電流ISS1は、電圧VS1より位相α1だけ遅
れて、その大きさはISS1=k・I0となつている。
また、逆変換器SS2の入力電流ISS2は電圧VS1より
位相角α2=180゜−γだけ遅れて、その大きさは
ISS2=k・I0である。
Considering a steady state with a direct current I 0 , V 1 ≒V 2 and the relationship α 1 ≒γ holds. forward converter
The input current I SS1 of SS 1 lags the voltage V S1 by a phase α 1 and has a magnitude of I SS1 =k·I 0 .
In addition, the input current I SS2 of the inverter SS 2 lags the voltage V S1 by a phase angle α 2 = 180° − γ, and its magnitude is
I SS2 =k·I 0 .

Icap1,Icap2は進相コンデンサCAP1およびCAP2
に流れる電流、ISS3およびISS4は各々無効電力補償
装置SVC1およびSVC2に流れ込む遅れ電流であ
る。
I cap1 and I cap2 are phase advance capacitors CAP 1 and CAP 2
The currents I SS3 and I SS4 flowing into the reactive power compensators SVC 1 and SVC 2 are delayed currents flowing into the reactive power compensators SVC 1 and SVC 2 , respectively.

入力電流ISS1を有効分Ip1と無効分Iq1に分けると Ip1=ISS1・cosα1=k・I0・cosα1 Iq1=ISS1・sinα1=k・I0・sinα1 となる。遅れ電流Iq1+ISS3が進み電流Icap1に等し
くなるように遅れ電流ISS3を制御すれば、電線路
BUS1から入る電流IAC1は前記有効分Ip1だけとな
り、基本波力率が常に1の状態で運転できる。
If input current I SS1 is divided into effective component I p1 and reactive component I q1 , I p1 = I SS1・cosα 1 = k・I 0・cosα 1 I q1 = I SS1・sinα 1 = k・I 0・sinα 1 Become. If the lagging current I SS3 is controlled so that the lagging current I q1 + I SS3 is equal to the leading current I cap1 , the electric line
The current I AC1 that enters from BUS 1 is only the effective component I p1 , and operation can be performed with the fundamental wave power factor always being 1.

同様に、入力電流ISS2を有効分Ip2と無効分Iq2
分けると、 Ip2=ISS2・cosα2=k・I0・cosα2 Iq2=ISS2・sinα2=k・I0・sinα2 となり、Iq2+ISS4=Icap2となるように遅れ電流ISS4
を制御すれば、電線路BUS2からの入力電流IAC2
は有効分Ip2に等しくなる。有効分Ip2は電圧VS2
対して180゜位相がずれているから、基本波力率が
1で電線路BUS2の方向へ電力が戻つていること
を示している。
Similarly, if input current I SS2 is divided into effective component I p2 and reactive component I q2 , I p2 = I SS2・cosα 2 = k・I 0・cosα 2 I q2 = I SS2・sinα 2 = k・I 0・sinα 2 , and the lagging current I SS4 so that I q2 + I SS4 = I cap2
If we control the input current I AC2 from the power line BUS 2
is equal to the effective component I p2 . Since the effective component I p2 is out of phase with the voltage V S2 by 180°, the fundamental wave power factor is 1, indicating that the power is returning in the direction of the electric line BUS 2 .

電力潮流量の設定値P*を大きくすると、直流
電流I0を増加させるために過渡的には点弧制御角
α1を変化させるが、P*=(P1+P2)/2に見合う
直流電流I′0附近になると、α1≒γで落ち着く。
このとき、入力側の無効分はIq1=k・I′0・sinα1
となり、ISS3′=Icap1−Iq1を減少させれば、IAC1
Ip1=k・I′0・cosα1となつて、電力潮流量だけ
を増加させることができる。進相コンデンサ
CAP1およびCAP2の電流Icap1およびIcap2は、最大
電力を潮流させるに見合つた分を用意しておけば
よい。
When the power flow rate set value P * is increased, the ignition control angle α 1 is transiently changed to increase the DC current I 0 , but the DC current corresponding to P * = (P 1 + P 2 )/2 is increased. When the current approaches I′ 0 , it settles down to α 1 ≒ γ.
At this time, the invalid component on the input side is I q1 = k・I′ 0・sinα 1
So, if I SS3 ′=I cap1 −I q1 is decreased, I AC1 =
I p1 =k·I′ 0 ·cosα 1 , and only the power flow amount can be increased. phase advance capacitor
The currents I cap1 and I cap2 of CAP 1 and CAP 2 should be prepared in amounts commensurate with the maximum power flowing.

電力潮流量の設定値P*を負の値に設定すると、
スイツチSW1はb側に、またスイツチSW2はa側
に接続され、今度は60Hz系統の電線路BUS2から
50Hz系統の電線路BUS1に電力が送られるように
なる。このとき、SS1は逆変換器として出力電圧
一定制御が行なわれ、SS2は順変換器として直流
電流制御が行なわれる。
If the power flow rate set value P * is set to a negative value,
Switch SW 1 is connected to the B side, and switch SW 2 is connected to the A side, and this time from the 60Hz power line BUS 2 .
Power will now be sent to the 50Hz power line BUS 1 . At this time, SS 1 is used as an inverse converter to perform constant output voltage control, and SS 2 is used as a forward converter to perform DC current control.

この従来の電力変換装置は次のような欠点があ
る。
This conventional power conversion device has the following drawbacks.

この従来の電力変換装置は、進相コンデンサ
CAP1,CAP2および無効電力補償装置SVC1
SVC2を必要とする。進相コンデンサCAP1
CAP2の容量は変換器SS1およびSS2と同程度の容
量を必要とし、無効電力補償装置SVC1,SVC2
γ=30゜として変換器SS1,SS2の1/2程度の容量
を必要とする。従つて電力変換装置全体としては
高価で複雑になる欠点がある。
This conventional power conversion device uses a phase advance capacitor
CAP 1 , CAP 2 and reactive power compensator SVC 1 ,
Requires SVC 2 . Phase advance capacitor CAP 1 ,
The capacity of CAP 2 requires the same capacity as converters SS 1 and SS 2 , and the capacity of reactive power compensators SVC 1 and SVC 2 is approximately 1/2 that of converters SS 1 and SS 2 , assuming γ = 30°. Requires. Therefore, the power conversion device as a whole has the drawback of being expensive and complicated.

また、前記電力変換装置は定電流による電力変
換が前提になつており、BUS2の側で急峻な電力
を要求しても、供給側のBUS1の設備容量の関係
で応じきれない場合が多い。
In addition, the power conversion device described above is based on constant current power conversion, so even if a steep power request is made on the BUS 2 side, it is often not possible to meet it due to the installed capacity of BUS 1 on the supply side. .

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、従来必要であつた無効電力補
償装置を用いることなく系統側の基本力率を1に
保持し、かつ急峻な電力変動に対応出来る電力変
換装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a power conversion device that can maintain the basic power factor on the grid side at 1 without using a conventionally necessary reactive power compensator and can cope with steep power fluctuations.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、第1の系統と第2の系統にそれぞれ
電力変換器を接続し、2つの電力変換器を系統の
周波数より高い周波数の回路で結びかつ高周波で
作動するエネルギ蓄積装置を2つの電力変換器の
間に接続して構成したことを特徴とする。
The present invention connects power converters to a first system and a second system, connects the two power converters with a circuit with a higher frequency than the system frequency, and connects an energy storage device that operates at a high frequency to the two power systems. It is characterized by being configured by being connected between converters.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第3図は本発明の一実施例を示す電力変換装置
であり、BUSAは第1の電力系統Aを表わし、
BUSBは第2の系統Bを示している。系統Aには
トランスTAが接続されており、1次巻線をW1
2次巻線をW2,W3,W4としている。同様に、
系統BにはトランスTBが接続されており、その
1次巻線をW11、2次巻線をW12,W13,W14
する。トランスTAとTBにはそれぞれサイクロコ
ンバータCCAとCCBが接続されている。サイクロ
コンバータは一般には高い周波数の交流電力を低
い周波数の交流電力へ変換する電力変換装置とし
て使用されるがこの実施例においては系統A又は
Bの周波数より高い周波数に変換し比較的小形の
エネルギ蓄積装置によつてエネルギーの充放電が
可能になるよう配慮している。従つてこの実施例
のサイクロコンバータは一般のサイクロコンバー
タの入力と出力の関係が逆になつている。サイク
ロコンバータCCAとCCBは構成および動作原理は
同じであるので以下CCAについて説明する。U相
について述べると、正群コンバータCAU1と負群コ
ンバータCAU2は詳細図は省略しているがそれぞれ
サイリスタ6アームから構成されている。正群コ
ンバータCAU1のアノード側端子と負群コンバータ
CAU2のカソード側端子の間に中間タツプ付直流リ
アクトルL1を接続する。また、正群コンバータ
CAU1のカソード側端子と負群コンバータCAU2のア
ノード側端子の間に中間タツプ付リアクトルL2
を接続する。直流リアクトルL1の中間タツプは
リアクトルL7を介してトランスのU相巻線W2
一方の端子に接続し、直流リアクトルL2の中間
タツプはU相巻線W2の他方の端子に接続する。
正群コンバータCAU1と負群コンバータCAU2のU
相、V相、W相の各アームをそれぞれ共通にして
リード線を取りだし、サイクロコンバータCCB
U相出力端子に接続する。正群コンバータCAV1
負群コンバータCAV2がV相のサイクロコンバータ
を形成しており、同様に正群コンバータCAW1
負群コンバータCAW2がW相サイクロコンバータ
を形成している。U相、V相、W相サイクロコン
バータの出力端子は各相共通に接続されサイクロ
コンバータCCBの対応する出力端子に接続され
る。
FIG. 3 shows a power conversion device showing an embodiment of the present invention, BUS A represents the first power system A,
BUS B indicates the second system B. A transformer T A is connected to system A, and the primary winding is W 1 ,
The secondary windings are W 2 , W 3 , and W 4 . Similarly,
A transformer T B is connected to the system B, and its primary winding is W 11 and its secondary windings are W 12 , W 13 , and W 14 . Cycloconverters CC A and CC B are connected to transformers T A and T B , respectively. A cycloconverter is generally used as a power conversion device that converts high frequency AC power to low frequency AC power, but in this embodiment, it converts to a higher frequency than the frequency of system A or B, and stores energy in a relatively small size. Care has been taken to ensure that the equipment can charge and discharge energy. Therefore, in the cycloconverter of this embodiment, the relationship between the input and output of a general cycloconverter is reversed. Since cycloconverters CC A and CC B have the same configuration and operating principle, CC A will be explained below. Regarding the U phase, the positive group converter C AU1 and the negative group converter C AU2 are each composed of six thyristor arms, although detailed diagrams are omitted. Anode side terminal of positive group converter C AU1 and negative group converter
Connect DC reactor L1 with intermediate tap between the cathode side terminals of C AU2 . Also, positive group converter
Reactor L 2 with an intermediate tap is placed between the cathode terminal of C AU1 and the anode terminal of negative group converter C AU2 .
Connect. The intermediate tap of DC reactor L1 is connected to one terminal of U-phase winding W2 of the transformer via reactor L7 , and the intermediate tap of DC reactor L2 is connected to the other terminal of U-phase winding W2 . do.
U of positive group converter C AU1 and negative group converter C AU2
Take out the common lead wire from each phase, V phase, and W phase arms, and connect it to the U phase output terminal of the cycloconverter CC B. The positive group converter C AV1 and the negative group converter C AV2 form a V-phase cycloconverter, and similarly, the positive group converter C AW1 and the negative group converter C AW2 form a W-phase cycloconverter. The output terminals of the U-phase, V-phase, and W-phase cycloconverters are commonly connected to each phase and connected to the corresponding output terminal of the cycloconverter CC B.

なおサイクロコンバータCCBもCCAと同様の構
成をしておりCCAとCCBの中間にエネルギ蓄積装
置としてのフライホイール装置が接続されてい
る。フライホイール装置は電動発電機としてのシ
ンクロナスモータSM、慣性体FW、シンクロナ
スモータの回転子位置検出器PS、速度発電機TG
が直結されている。
Note that cycloconverter CC B also has the same configuration as CC A , and a flywheel device as an energy storage device is connected between CC A and CC B. The flywheel device includes a synchronous motor SM as a motor generator, an inertial body FW, a rotor position detector PS of the synchronous motor, and a speed generator TG.
are directly connected.

第4図乃至第5図を用いて第3図の実施例の動
作を説明する。サイクロコンバータCCAとCCB
入力は50or60Hzであり、出力即ちシンクロナスモ
ータの端子電圧はそれより1桁程度高い周波数が
選ばれる。電圧、電流の位相角については、入力
側では系統へ悪影響をおよぼさないよう同相即ち
力率100%で運転されることが望ましい。一方出
力側においては高周波の出力電圧によつて負荷転
流を可能にするため、電動機運転のとき進み電流
となるように発電機運転のときおくれ電流となる
ように制御される。
The operation of the embodiment shown in FIG. 3 will be explained using FIGS. 4 and 5. The input of the cycloconverters CC A and CC B is 50 or 60 Hz, and the output, ie, the terminal voltage of the synchronous motor, is selected at a frequency about one order of magnitude higher than that. Regarding the phase angle of voltage and current, it is desirable that the input side be operated in the same phase, that is, with a power factor of 100%, so as not to adversely affect the grid. On the output side, on the other hand, in order to enable load commutation using a high-frequency output voltage, control is performed so that the current is leading when the motor is operating, and the current is lagging when the generator is operating.

第4図は制御ブロツク図である。シンクロナス
モータを加速したいとき、速度指令nRと速度発電
機TGによつて検出した実速度n0の偏差nR−n0
正になる。この偏差は速度制御装置G1(S)を介
して電流ピーク値指令Inに変換される。次の乗算
器において系統のU相電圧と同期した基準信号
sinω1tと前記電流ピーク値指令Inを乗ずると入力
力率100%になるような入力電流指令I* CAU即ちIn
sinω1tが得られる。ついで入力電流指令I* CAUは実
際の入力電流検出値I* CAUと比較し、電流制御回路
G2(S)を通して正群コンバータの位相制御回路
PHAU1に与える。又同様にして得られた位相入力
信号を極性を反転して負群コンバータの位相制御
回路に与える。位相制御回路PHAU1とPHAU2はそ
れぞれ対応する正群コンバータCAU1と負群コンバ
ータCAU2にゲート信号を与えるが、転流動作は次
の様に行われる。位置検出装置PSによつて第5
図aに示すような誘起電圧の位相を検出する。出
力の角周波数をω2とするとeu=Ensin(ω2t)、ev
Ensin(ω2t−2π/3)、ew=Ensin(ω2t−4π/3)
と表わすことが出来る。このとき位相基準信号
eS1,eS2はeS1(or eS2)=sin(ω2t−k・π/3+π
/6)、 k=1、2、3、4、5、6で表わされる6個の
正弦波信号である。即ち正群コンバータCAU1にお
いては第5図bに示すように位相入力信号と基準
信号eS1の下り勾配との交点で順次転流する。負
群コンバータCAU2においては第5図cに示すよう
に基準信号eS2の上り勾配と位相入力信号との交
点で転流し、正、負両コンバータの平均電圧がU
相サイクロコンバータの出力電圧となる。
FIG. 4 is a control block diagram. When it is desired to accelerate the synchronous motor, the deviation n R −n 0 between the speed command n R and the actual speed n 0 detected by the speed generator TG becomes positive. This deviation is converted into a current peak value command I n via the speed controller G 1 (S). Reference signal synchronized with the U-phase voltage of the grid in the next multiplier
Multiplying sinω 1 t by the current peak value command I n yields an input current command I * CAU , which makes the input power factor 100%, that is, I n
sinω 1 t is obtained. Next, the input current command I * CAU is compared with the actual input current detection value I * CAU , and the current control circuit
Phase control circuit of positive group converter through G 2 (S)
Give to PH AU1 . Moreover, the polarity of the phase input signal obtained in the same manner is inverted and applied to the phase control circuit of the negative group converter. The phase control circuits PH AU1 and PH AU2 give gate signals to the corresponding positive group converter C AU1 and negative group converter C AU2 , respectively, and the commutation operation is performed as follows. The fifth position is detected by the position detection device PS.
The phase of the induced voltage as shown in Figure a is detected. If the angular frequency of the output is ω 2 , e u = E n sin(ω 2 t), e v =
E n sin (ω 2 t−2π/3), e w = E n sin (ω 2 t−4π/3)
It can be expressed as At this time, the phase reference signal
e S1 and e S2 are e S1 (or e S2 ) = sin (ω 2 t−k・π/3+π
/6), six sine wave signals represented by k=1, 2, 3, 4, 5, 6. That is, in the positive group converter C AU1 , as shown in FIG. 5b, commutation occurs sequentially at the intersection of the phase input signal and the downward slope of the reference signal e S1 . In the negative group converter C AU2 , commutation occurs at the intersection of the upward slope of the reference signal e S2 and the phase input signal, as shown in Figure 5c, and the average voltage of both the positive and negative converters becomes U.
This is the output voltage of the phase cycloconverter.

電力をフライホイール側から系統側へ戻す場合
は速度偏差nR−n0<0になりそれに見合つて位相
入力信号の位相および極性が変るが制御ブロツク
図としては何ら変更を要しない。V相サイクロコ
ンバータの制御およびW相サイクロコンバータの
動作についても全く同様である。系統Bに接続さ
れたサイクロコンバータCCBの動作もサイクロコ
ンバータCCAと同じである。第3図の実施例にお
いて、系統Bがパルス状の大電力を必要としたと
き、系統Aの負荷状態から大電力を取り得ない場
合蓄積装置であるフライホイール装置のエネルギ
ーを系統B側へ放電する。その結果としてフライ
ホイール装置の回転数が低下するが、その場合は
系統A又は系統Bの余剰エネルギで充電すること
になる。
When power is returned from the flywheel side to the grid side, the speed deviation n R -n 0 <0, and the phase and polarity of the phase input signal change accordingly, but the control block diagram does not require any changes. The same applies to the control of the V-phase cycloconverter and the operation of the W-phase cycloconverter. The operation of the cycloconverter CC B connected to the system B is also the same as that of the cycloconverter CC A. In the embodiment shown in FIG. 3, when system B requires large pulsed power, if the large power cannot be obtained due to the load condition of system A, the energy of the flywheel device, which is a storage device, is discharged to system B side. . As a result, the rotational speed of the flywheel device decreases, but in that case, the excess energy of system A or system B will be used for charging.

系統Aから系統Bへ直接電力を輸送する場合、
又はその逆の場合はフライホイール装置は単なる
転流要素として作用する。
When directly transporting power from system A to system B,
Or vice versa, the flywheel device acts simply as a commutation element.

実際に第3図の電力変換装置を運用する場合、
フライホイール本体の回転数は最低の回転数
Nminと最高の回転数Nmaxの間で使用される。
最低の回転数Nminは電動発電機の効率面から決
定され最高回転数Nmaxは慣性体の機械的強度で
きまる。通常の待機状態においては、サイクロコ
ンバータCCAに対する速度指令nA Rとサイクロコン
バータCCBに対する速度指令nB RともにNoに設定
されており、フライホイールは回転数No(Nmin
<No<Nmax)で回転しており、加速(充電)
と減速(放電)はどちらも選択できるようになつ
ている。いま系統B側で電力を必要とする場合、
サイクロコンバータCCBに対する速度指令nB Rをさ
げてやると速度偏差nB R−n0(n0はフライホイール
の回転数)は負になり、フライホイール側から系
統Bへ電力が送られる。このときフライホイール
の回転数n0は放電と共に低下していくのでサイク
ロコンバータCCAに対する速度偏差nA R−n0>0と
なり系統Aからフライホイール側へ電力が送られ
る。系統Aからとフライホイールの両方から電力
が系統Bへ伝達される。系統Bの電力が不要にな
るとサイクロコンバータCCBに対する速度指令を
再びnB R=Noに設定するとサイクロコンバータ
CCAとCCBの両方から電力が供給されフライホイ
ールは元の回転数Noに達した状態で待機する。
When actually operating the power converter shown in Figure 3,
The rotation speed of the flywheel body is the lowest rotation speed
Used between Nmin and maximum rotation speed Nmax.
The minimum rotation speed Nmin is determined from the efficiency of the motor generator, and the maximum rotation speed Nmax is determined by the mechanical strength of the inertial body. In the normal standby state, both the speed command n A R for the cycloconverter CC A and the speed command n B R for the cycloconverter CC B are set to No, and the flywheel is set to the rotation speed No (Nmin
<No<Nmax) and is rotating and accelerating (charging)
and deceleration (discharge) can both be selected. If power is currently required on the grid B side,
When the speed command n BR for the cycloconverter CC B is decreased, the speed deviation n BR −n 0 (n 0 is the number of rotations of the flywheel) becomes negative, and power is sent from the flywheel side to the system B. At this time, since the rotational speed n 0 of the flywheel decreases with discharge, the speed deviation n A R −n 0 with respect to the cycloconverter CC A becomes >0, and power is sent from the system A to the flywheel side. Power is transferred to grid B from both grid A and the flywheel. When power from system B is no longer needed, the speed command for cycloconverter CC B is set to n B R = No again, and cycloconverter
Power is supplied from both CC A and CC B , and the flywheel waits while reaching the original rotation speed No.

系統Bにおいて余剰電力が発生した場合は、サ
イクロコンバータCCBに対する速度指令nB Rを大き
くするとnB R−n0>0となり、系統Bからフライホ
イール側へ電力が送られる。当然のことながらフ
ライホイールの回転数は高くなるので、サイクロ
コンバータCCAに対する速度偏差nA R−n0<0にな
り電力はフライホイール側から系統Aへ伝達され
る。サイクロコンバータCCBの速度指令を元に戻
すとフライホイールの余剰エネルギは系統A又は
Bに送られ回転数Noにまで低下し次の動作に待
機する。
When surplus power is generated in system B, increasing the speed command n B R for the cycloconverter CC B satisfies n B R −n 0 >0, and power is sent from system B to the flywheel side. Naturally, the rotational speed of the flywheel increases, so the speed deviation n A R −n 0 <0 with respect to the cycloconverter CC A and the power is transmitted from the flywheel side to the system A. When the speed command of the cycloconverter CC B is returned to its original value, the surplus energy of the flywheel is sent to the system A or B, and the rotation speed is reduced to No. and waits for the next operation.

前記説明の中で、電力系統Aから系統Bへ電力
を送る場合系統Aの負荷状態からみて系統Bへ送
る余裕がない場合がある。この場合はエネルギ蓄
積装置であるフライホイールから大部分の電力を
供給することになる。また逆に系統Bから系統A
へ電力を送る場合、系統Aが軽負荷で電圧上昇を
まねく場合がある。このときはサイクロコンバー
タCCAの電力をしぼることによつて大部分の電力
がフライホイールの回転エネルギーとして蓄わえ
られる。
In the above description, when sending power from power system A to system B, there are cases where there is no margin for sending power to system B considering the load condition of system A. In this case, most of the power will be supplied from the flywheel, which is an energy storage device. Conversely, from system B to system A
When transmitting power to grid A, a light load on grid A may cause a voltage rise. At this time, most of the electric power is stored as rotational energy of the flywheel by restricting the electric power of the cycloconverter CC A.

フライホイールの回転数が上限Nmax又は下限
Nminの状態にあるときは、放電又は充電の一方
向のみしか利用できないので若干運用が限定され
る。従つて電力系統AとBの特性、動作責務を考
えてエネルギ蓄積装置の容量を選ぶ必要がある。
Flywheel rotation speed is upper limit Nmax or lower limit
When in the Nmin state, only one direction of discharging or charging can be used, so operation is somewhat limited. Therefore, it is necessary to select the capacity of the energy storage device in consideration of the characteristics and operational duties of power systems A and B.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は系統Aと系統Bとの間にエネルギ蓄積
装置という1つの緩衝装置をおくことによつて単
なる電力の輸送にとどまらず、余剰エネルギーの
有効利用も可能にしたもので、系統側における力
率は常に100%に維持することが出来る。
By placing a single buffer device called an energy storage device between system A and system B, the present invention is not only capable of simply transporting electric power, but also enables effective use of surplus energy. The rate can always be maintained at 100%.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の電力変換装置のブロツク図、第
2図a,bは第1図の動作を説明するための受電
端の電圧、電流ベクトル図、第3図は本発明の電
力変換装置の一実施例の構成図、第4図、第5図
は第3図の実施例を説明するための制御ブロツク
図と位相制御回路の動作説明図である。 BUSA,BUSB…電力系統、TA,TB…電源トラ
ンス、W1,W11…電源トランスの1次巻線、
W2,W3,W4,W12,W13,W14…電源トランス
の2次巻線、CAU1,CAU2,CAV1,CAV2,CAW1
CAW2…電力変換器、CBU1,CBU2,CBV1,CBV2
CBW1,CBW2…電力変換器、L1,L2……LG…リア
クトル、L11,L12……LG…リアクトル、CCA
CCB…サイクロコンバータ、SM…同期電動機、
FW…フライホイール装置、PS…位置検出器、
TG…速度発電機。
Figure 1 is a block diagram of a conventional power converter, Figures 2a and b are voltage and current vector diagrams at the receiving end to explain the operation of Figure 1, and Figure 3 is a diagram of the power converter of the present invention. The configuration diagram of one embodiment, FIGS. 4 and 5, are a control block diagram and an operation explanatory diagram of the phase control circuit for explaining the embodiment of FIG. 3. BUS A , BUS B ...Power system, T A , T B ...Power transformer, W 1 , W 11 ...Primary winding of power transformer,
W 2 , W 3 , W 4 , W 12 , W 13 , W 14 ... Secondary winding of power transformer, C AU1 , C AU2 , C AV1 , C AV2 , C AW1 ,
C AW2 ...Power converter, C BU1 , C BU2 , C BV1 , C BV2 ,
C BW1 , C BW2 ... Power converter, L 1 , L 2 ... L G ... Reactor, L 11 , L 12 ... L G ... Reactor, CC A ,
CC B ...cycloconverter, SM...synchronous motor,
FW...Flywheel device, PS...Position detector,
TG…Speed generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1の系統と第2の系統を有し、それぞれの
系統に第1と第2の電力変換器を接続し、2つの
電力変換器を第1および第2の系統の周波数より
高い周波数の回路で結び、かつ高周波で作動する
エネルギ蓄積装置を2つの電力変換器の間に接続
したことを特長とする電力変換装置。
1 It has a first system and a second system, the first and second power converters are connected to each system, and the two power converters are connected to a frequency higher than that of the first and second systems. A power conversion device characterized in that an energy storage device connected by a circuit and operating at a high frequency is connected between two power converters.
JP214083A 1983-01-12 1983-01-12 Power converter Granted JPS59127531A (en)

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