JPS6347059B2

JPS6347059B2 -

Info

Publication number: JPS6347059B2
Application number: JP56108252A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Konishi; Shoichi Sugawara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1988-09-20
Also published as: JPS5812542A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、交直連系系統における過電圧抑制装
置に係り、特に交直電圧の上昇を防止するに好適
な交直連系系統における過電圧抑制装置に関す
る。

一般に交直連系系統は、異なる交流系統間に直
連系統を介在させて接続することにより構成され
ており、たとえば直流送電系統あるいは周波数変
換所として知られている。

第１図は上述した交直連系系統の一例を示すブ
ロツク図である。この図において、符号１および
２は異なる交流系統を示したものであり、これら
交流系統１および２の間は、順変換所３、直流リ
アクトル４、直流送電線５、直流リアクトル６お
よび逆変換所７からなる直流系統８を介して接続
されている。さらに詳説すると、順変換所３は、
第一の順変換器３１を第一の変圧器３２を介して
前記交流系統１に接続するとともに、第二の順変
換器３３を第二の変圧器３４を介して前記交流系
統１に接続し、かつ運転指令装置９からの信号を
取込み、この信号に基づき前記第一および第二の
順変換器３１および３３を駆動制御する制御回路
３５および３６の出力を前記順変換器３１および
３３にそれぞれ供給するようになつており、また
交流系統１と変圧器３２，３４との接続部に、前
記順変換器３１，３３を安定に運転するに必要な
無効電力を供給する調相用キヤパシタ３７を接続
するとともに、前記順変換器３１，３３から発生
する高調波電流を吸収する交流フイルタ３８を接
続して構成されている。前記順変換所３において
直流に変換された直流電力は、直流系統８を介し
て逆変換所７に送電されるようになつている。こ
の直流系統８は、第一の順変換器３１の正負極間
に、直流リアクトル４１、直流送電線５１、直流
リアクトル６１、逆変換器７１および直流送電線
５２からなる閉回路を接続するとともに、第二の
順変換器３３の正負極間に、直流送電線５２、逆
変換器７３、直流リアクトル６２、直流送電線５
３および直流リアクトル４２からなる開回路を接
続しており、かつ送電線５２を順変換所３側で接
地して構成されている。また、逆変換所７は、第
一の逆変換器７１を第一の変圧器７２を介して別
の交流系統２に接続するとともに、第二の逆変換
器７３を第二の変圧器７４を介して前記交流系統
２に接続し、かつ運転指令装置９からの信号を取
り込み、この信号に基づいて前記第一および第二
の逆変換器７１，７３を駆動制御する制御回路７
５および７６の出力を前記逆変換器７１および７
３に供給するようになつており、また交流系統２
と変圧器７２，７４との接続部に前記逆変換器７
１，７３を安定に運転するに必要な無効電力を供
給する調相用キヤパシタ７７を接続するととも
に、前記逆変換器７１，７３から発生する高調波
電流を吸収する交流フイルタ７８を接続して構成
されている。なお、二つの変換器３１および３３
は、その直流電流値を等しくして送電するように
なつている。なお、上記順変換所３および逆変換
所７は、制御回路３５，３６，７５および７６か
ら供給する駆動パルスの位相角を変更することに
より、順・逆が容易に変換されることになる。

上記のように構成された交直連系系統の動作を
第２図および第３図を参照しながら説明する。

第２図は順変換器および逆変換器の動作特性を
示す特性図であり、横軸に直流電流I_dを、縦軸に
直流電圧I_dをそれぞれ示している。第３図は一方
の極が故障した場合の動作を説明するために示す
タイムチヤートであり、各横軸に時間ｔを、各縦
軸に各部の電圧ｅ，v_dおよび電流i_dをそれぞれ示
している。一般に順変換器３１および３３は定電
流制御され、また逆変換器７１および７３は定電
圧制御（または定余裕角制御）され、第２図中０
点で安定に運転が行われる。潮流の方向は、前述
したように２つの交流系統１および２の状態には
無関係に制御角を操作することによつて簡単に行
える。このため、順変換器３１および３３、逆変
換器７１および７３のいずれの制御回路３５，３
６，７５，７６にも定電流制御回路、定電圧制御
回路、または、および定余裕角制御回路を備えて
おり、逆変換器７１および７３の定電流制御回路
の電流設定値は順変換器３１および３３のそれよ
りも電流マージンΔI_dだけ小さく設定され、上述
した潮流の方向はこのΔI_dの操作により任意に行
える。つまり、変換器３１および３３，７１およ
び７３は、制御角を操作することにより順・逆が
変換するものである。なお、符号V_DDは順変換器
３１，３３の出力電圧を、V_IDを逆変換器７１，
７３の入力電圧を示す。

ところで順・逆変換器を安定に運転するために
は一般に送電電力（有効電力）の約50〜60％の無
効電力が必要であり、このため上述した如く調相
用のキヤパシタ３７，７７および交流フイルタ３
８，７８とが各交流系統１および２に無効電力供
給用としてそれぞれ備えられている。通常、無効
電力は直流系統の運転状態によつて必要な量が異
なるため、調相用キヤパシタ３７および７７をそ
れぞれいくつかに分割して運転状態に応じてこれ
を投入したりはずしたりする。

いま、正極又は負極の一極が直流送電線５１，
５３の地絡またはその他の故障により停止した場
合を考えると、故障前は変換器の必要とする無効
電力は調相用キヤパシタ３７，７７と交流フイル
タ３８，７８のキヤパシタとから供給されバラン
スされているが、一極が故障し停止すると変換器
の必要とする無効電力が半分となり、調相用キヤ
パシタ３７，７７の投入・開放用の切換スイツチ
は瞬時には応答せず、キヤパシタ３７，７７の進
み無効電流が変換器の必要とする遅れ無効電流よ
り大きくなり、交流電圧を上昇させる。この電圧
の上昇の大きさΔVは、ΔV＝ΔQ・X_s、（ただし、
X_sは交流系統のインピーダンスであり、ΔQは無
効電力の変化分である。）と表わされ、交流系統
のインピーダンスX_sが大きい程、またΔQすなわ
ち直流系の送電電力が大きい程大きくなり、交流
系統につながれた材器の絶縁をおびやかすことに
なる。このことを具体的に説明するために直流系
統で一線地絡が生じた場合の動作を第３図に示す
タイムチヤートに基づいて説明すると、時刻t₀で
一線地絡が発生すると故障極の直流電圧は、ほぼ
零となり直流電流i_d1は一たん上昇するが制御回
路の定電流制御が動作し、設定値に戻る。一線地
絡を検出（この検知方法は公知あることからここ
では詳細は述べない）により変換器は直ちにゲー
トシフト（時刻t₁で）を行い、事故電流をしや断
する。（時刻t₂）。一方他極は何の変化もなく通常
の動作を行う。したがつて交流電圧e₂は事故発生
により一極の制御角が大きくなるため無効電力が
増え、時刻t₀〜t₁の期間は一たん低下するが時刻
t₂で故障極が停止すると、こんどはこの時刻t₂以
降で逆に電圧が上昇し、交流系統のインピーダン
スX_sが高いときにはこの電圧上昇は定格値の、
たとえば30％にも達する場合が生じる。したがつ
て、交流系統の絶縁が弱い場合は、絶縁破壊が生
じることがあつた。

本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解消
し、過電圧を抑制して安定な運転を行なえる交直
連系系統における過電圧抑制装置を提供するにあ
る。

本発明は、交直連系系統における変換器の交流
電圧を比較回路に取り込み、この比較回路におい
て前記交流電圧が所定の値を超えたときに切換指
令信号を出力するようにするとともに、前記交流
電圧、直流電圧、直流電流を制御回路に取り込
み、この制御回路はこれら信号に基づいて少なく
とも直流電流を一定に維持させるとともに、前記
比較回路からの切換指令信号を受けたときに変換
器から発生する無効電力を変更させるようにした
ものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。従来例と同一構成要素には同一の符号を付
して説明するものとする。

第４図は本発明の基礎となる動作を説明するた
めに示す説明図である。この図において、横軸に
は直流電流I_dを、縦軸には交流電圧ｅを示すもの
であり、また、点線が単極運転を、実線が多極運
転をそれぞれ示している。

この図は、変換所３および７の無効電力供給用
の交流フイルタ３７，７７および調相用キヤパシ
タ３８，７８の値を直流系統８の定格運転時の値
に設定し、直流系統の送電電力、すなわち定電圧
制御運転を行つている場合において、直流電流の
値を変えたときの交流電圧の変化の様子を示すも
のである。

まず、定格運転時においては多極運転なので図
中実線の範囲中にあり、直流電流I_d＝I_d0で、この
ときの交流電圧はe₀である。通常制御角はα＝19
度、（逆変換器ではα＝140度）で運転され、動作
点はα_nio＝10度（逆変換器ではα＝160度）から
α_nax＝90度（逆変換器ではα＝90度）の間とな
る。この状態で一極停止すると動作点O₁となり
（すなわち、図中、点線の範囲となり）、交流系統
のインピーダンスX_sにより異なるが、たとえば、
ΔVだけ電圧が上昇する。この状態で健全極の制
御角をα_nax近くまで大きくすると動作点はO₁′と
なり、電圧上昇は抑えられる。また、直流電流を
I_d2′まで（またはこれ以上）増やすことにより交
流電圧ｅは定格値e₀のままに保つことができる。
もちろん、この場合の動作点はO₂′又はO₂とな
る。

本発明は、上述した点に着目してなされたもの
で、交流電圧の上昇を検出して交流電圧の大きさ
に応じて制御角又は及び直流電流を換えて交流電
圧の上昇を抑えるようにしたものである。

第５図は、本発明に係る交直連系系統における
過電圧抑制装置の第一実施例を示すブロツク図で
ある。この図において、一端の変換所の一変換器
の制御回路のみ示しているが、同じ回路が他の変
換器にも備わつているものとする。さらに、第１
図と同一構成要素には同一の符号を付して説明す
る。

第５図において、比較回路１００は、交流系統
１の電圧を検出する交流電圧検出回路１１０を介
して交流系統１に接続され、交流系統１の電圧を
取り込めるようになつており、この交流電圧の大
きさが所定の値を超えたときに論理“１”なる切
換指令信号S₁₀₀を出力するようになつている。ま
た、制御回路２００は、直流系統の電流を検出し
この大きさに比例した電圧を出力する（以後、制
御回路はすべて電圧に変換された形で動作するも
のとする。）直流電流検出回路１２０からの電気
信号を取り込むとともに運転指令装置９からの指
令値I_dp取り込んで直流系統の電流を一定値に保
つための定電流制御回路２０１と、直流系統の電
圧を検出する直流電圧検出回路１３０からの電圧
信号を取り込むとともに、運転指令装置９からの
指令値V_dpを取り込んで直流系統の電圧を一定値
に保つための定電圧制御回路２０２と、交流電圧
検出回路１１０からの電圧信号および直流電流検
出回路１２０からの電圧信号を取り込んで、前記
直流系統の電流と交流電圧とから変換器３３が逆
変換器運転のとき転流に必要な最小の余裕角に相
当する電圧を出力する定余裕角制御回路２０３
と、前記定電流制御回路２０１、定電圧制御回路
２０２、定余裕角制御回路２０３からの信号を取
り込み、これらのうち変換器３３の運転に最も適
した回路の出力電圧を選択する最低電圧検出回路
２０４と、この最低電圧検出回路２０４の出力電
圧から、出力電圧の大きさに比例した制御角をも
つたパルスに変換する自動パルス移相器２０７と
を備えて構成されている。関数発生回路２０５
は、交流電圧の大きさに応じて制御角を遅らせる
（順変換器運転時）、または進ませる（逆変換器運
転時）ようにした回路であり、遅れ進みの切換え
は前記運転指令装置９からの指令Prにより行な
うようになつている。この関数発生器２０５とし
ては単に比例特性のものでもよいし、アークコサ
イン等非線形特性をもつたものでもいずれでも良
く、その特性および回路例は後に詳述する。そし
て、比較回路１００は、交流電圧の大きさがある
レベルを越えたとき論理“１”なる切換指令信号
S₁₀₀を出力するようになつており、比較回路１０
０の出力が論理“０”のときはスイツチ回路２０
６は最低電圧検出回路２０４に接続されており、
比較回路１００の切換指令信号が論理“１”のと
きは関数発生回路２０５に接続されて、その選択
された信号の値を出力するようになつている。

上記のように構成された実施例の作用について
以下に説明する。

この実施例において、いま他極が故障を起し停
止した場合を考えると、交流電圧が上昇する。こ
の電圧がある所定の値を超えると比較回路１００
が動作しスイツチ回路２０６が関数発生回路２０
５の出力の方に切り換わる。このため、変換器３
３が順変換器運転のときは交流電圧の大きさに応
じて制御角を遅らせ、一方、逆変換器運転のとき
は制御角を進ませ、変換器の必要とする遅れ無効
電力が大きくなるので、交流フイルタ１８、調相
用キヤパシタ３７等による進みの無効電力が補償
され、交流系統の電圧の上昇は抑制される。ある
時間経過後、調相用キヤパシタ３７の切換スイツ
チ（図示せず）が動作し、キヤパシタ３７の一部
が切り離されると交流電圧が低下するので比較回
路１００の指令信号出力は論理“０”となり、再
びスイツチ回路２０６は最低電圧検出回路２０４
の方に切り換わる。なお、この動作を確実なもの
とするため、比較回路１００の特性としては単に
所定の値以上で論理“１”、それ以下で論理“０”
という動作をさせるのではなく、ヒステリシス特
性をもたせ、“０”→“１”、又は“１”→“０”
への切換わりを異つた値で行なうようにするのが
望ましい。

上述のように動作することにより、変換器３３
が瞬時に停止することによつて、交流系統の電圧
が上昇するのを抑制することができるものであ
り、機器の絶縁及びアレスタの動作責務を軽くす
ることができる利点がある。

ここで、第６図および第７図を用いて関数発生
器２０５の詳細について説明する。第６図は逆変
換器運転における関数発生器２０５の特性を説明
するために示す特性図である。同図は交流電圧
に対する制御角β（＝π−α）の関係を示す図で
あり、同図は交流電圧に対する制御角αの関係
を示す図である。同図は交流電圧の変化分に対
する制御角αの関係を示す図である。これらの図
において、曲線l₁は直流電圧を定格値１〔ｐ・ｕ〕
一定に保つための制御角、l₂は余裕角の最小値を
r_nio＝17度一定に保つための制御角を示すもので
ある。

ところで、逆変換器運転時に変換器が安定に運
転できるためには交流電圧に対して制御進み角β
は、曲線l₂より上の制御角でなければならない。
通常は直流電圧一定で運転されているため、交流
電圧が約１〔ｐ・ｕ〕以上では曲線l₁に沿つて制
御角は変り、定格運転時の動作点はＯである。ま
た、交流電圧が、１〔ｐ・ｕ〕より小さい範囲で
は変換器の必要とする無効電力を最小とするた
め、曲線l₂に沿つて制御角βが制御される。

図を制御遅れ角αで表わしたものが図であ
る。そして、交流電圧の１〔ｐ・ｕ〕より高い部
分についての詳細を図に示す。図において通
常運転時には制御角αは破線l₁上であり、過電圧
抑制のための制御角の増加は例えば実線で示すよ
うな特性のものとすることが望ましい。

一方、変圧器が順変換器運転時には交直連系点
の交流電圧に対して変換器の制御角は第７図のよ
うになる。図において、l₁は直流電圧を定格値
１〔ｐ・ｕ〕一定に保つための制御遅れ角αを示
し、定格状態での動作点はＯである。図に交流
電圧が１〔ｐ・ｕ〕より高い部分についての詳細
を示し、過電圧抑制のための制御角の増加は例え
ば図中実線で示すような特性のものとすればよ
い。

第６図および第７図の実線で示す特性をも
つた関数発生器を作る場合の具体的な回路を第８
図に示す。

第８図において、関数発生器２０５は、次のよ
うに構成されている。交流電圧｜E₂｜は、抵抗
R₁を介して演算増幅器OP₀の出力端と入力端との
間には抵抗R₂が接続されてインバータ回路INV
が構成されている。このインバータ回路INVの
出力端子は抵抗R₃を介して演算増幅器OP₁の正入
力端に接続されている。この演算増幅器OP₁の正
入力端には、可変抵抗VR₁で設定された基準電圧
が抵抗R₄を介して供給されるようになつている。
この演算増幅器OP₁の入力端と出力端との間に
は、抵抗R₅が接続され、その出力端子は前記運
転指令装置からの指令P₂によつて切り換れるス
イツチSWの一端に接続されている。このように
構成された関数発生回路が、逆変換器として運転
する場合に用いるものである。また、交流電圧｜
E₂｜は、抵抗R₆を介して演算増幅器OP₂の正入
力端に接続されており、この演算増幅器OP₂の正
入力端には可変抵抗器VR₂で設定された基準電圧
が抵抗R₇を介して供給されるようになつており、
また該演算増幅器OP₂の入力端子と出力端子との
間には抵抗R₈が接続されて、その出力端子をス
イツチSWの他端に接続している。このように構
成された関数発生回路が、変換器として運転する
場合に用いられるものである。

なお、第６図および第７図に示す直線の傾
きは、演算増幅器OP₁およびOP₂における利得
R₅／R₂およびR₇／R₈の値を任意に変ることによ
り得られるものである。なお、R₁＝R₂、R₃＝
R₄、R₆＝R₇なる関係をもたせてある。

第９図は本発明に係る交直連系系統における過
電圧抑制装置の第二実施例を示すブロツク図であ
る。この図において、第５図と同一構成要素には
同一の符号を付して説明する。

第９図の実施例が第５図の実施例と異なるとこ
ろは、制御回路２００において、関数発生回路２
０５からの信号が比較回路１００からの切換指令
信号によつて切り換わるスイツチ回路２０６を介
して加算回路２０８に供給されるようにするとと
もに、この加算回路２０８に運転指令装置９から
の電流指令I_dpを供給し、その加算結果を定電流
制御回路２０２に供給するようにし、かつ最低電
圧検出回路２０４の出力を直接自動パルス移相器
２０７に供給するようにした点にあり、他の構成
には変更はない。

すなわち、第５図の実施例では交流電圧の大き
さに応じて制御角を変えるものであるのに対し
て、この実施例では直流電流の大きさを変えて無
効電力を増加させ過電圧を抑制するものである。

このように構成された実施例の動作を以下に説
明する。

ここで、いま他極が事故により停止し、交流電
圧が上昇すると、比較回路１００の指令信号S₁₀₀
の出力が“１”となりスイツチ回路２０６がオン
となり、運転指令装置９からの電流指令I_dpと関
数発生回路２０５からの信号とを加算器２０８に
おいて加算させて、定電流制御回路２０１に入力
させる。すると、直流電流が増加することにな
り、無効電力も増加することになる。この結果、
交流電圧の上昇は抑制されることになる。この
際、定電流制御系には電流リミツタを設け過電流
による機器の破壊を防止するよう対策を施してお
くことが望ましい。そして、過電圧抑制のための
電流の増加量と過電流抑制のためのリミツタ値と
は前もつて協調をとつておくのがよい。

このような実施例によつても交流電圧の上昇は
抑制されるものである。このように交流電圧の上
昇を抑制したので、機器の絶縁及びアレスタの動
作責務を軽減できる利点がある。なお、過電圧抑
制のために直流電流を増加する時間は調相用キヤ
パシタ３７の開閉スイツチが動作するまでの極め
て短かい時間であり、このため設備をすべて大き
くしておく等の必要はない。

第１０図は第９図において用いる関数発生器２
０５が備える一特性例を示す特性図であり、横軸
に交流電圧変化分（ｐ・ｕ）を、縦軸に直流電流
指令値（ｐ・ｕ）をそれぞれ示したものである。

この図は交流電圧の定格値１〔ｐ・ｕ〕からの
高い部分（二交流電圧変化分）に対する電流指令
値を示したものであつて、交流電圧が上昇した場
合、上昇した変化量に比例して直流電流指令値を
うることができる。この値は運転指令装置からの
指令値I_dpに加算されるので直流電流が増加し、
変換器の必要とする無効電力を大きくすることが
できる。第１０図に示した特性の関係発生器は第
１１図に示す簡単な回路で得ることができる。

第１１図において、関数発生回路２０５は、交
流電圧｜E₂｜を抵抗R₉を介して演算増幅器OP₃
の正入力端子に供給するとともに、この入力端子
に可変抵抗器VR₃を介して得た基準電圧を抵抗
R₁₀を介して供給するようにし、かつ演算増幅器
OP₃の入力端子と出力端子との間に抵抗R₁₁を接
続し、この出力端子から関数信号を取り出すよう
に構成したものである。このような構成であるの
で、当然、第１０図のような特性を備えた信号が
出力されるものである。なお、この実施例では、
R₉＝R₁₀の関係をもたせてある。

なお、第三の実施例として、第５図の構成と第
９図の構成とを組み合せて過電圧を抑制する過電
圧抑制装置が考えられるが、この場合、順変換器
側で電流設定値を変え、逆変換器側で制御角を変
えるように動作させる方が運転上好ましい。この
ように動作させることにより、制御角の変化を直
流電流の変化による相乗効果により広範囲に無効
電力が変更でき、交流電圧の上昇を抑えることが
できる。

また、上述の実施例は交流電圧の上昇から直流
電流値又は制御角を変えるように構成したもので
あるが、従来備わつている変換器瞬時停止に至る
事故検出信号を切換指令信号として使用しても同
様の効果が期待できる。

以上述べたように、本発明によれば、交直連系
系統において、交流電圧の上昇が所定値を超えた
際に、変換器から発生する無効電力を変えるよう
にしたので、交流電圧の過電圧を抑圧して安定な
運転を行ない得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交直連系系統を示すブロツク
図、第２図は第１図の動作特性を示す動作特性
図、第３図は第１図の構成において一線地絡地の
動作状態を示すタイムチヤート、第４図は本発明
の基礎となる動作を説明するために示す説明図、
第５図は本発明の第一実施例を示すブロツク図、
第６図は本発明の第一実施例における逆変換器運
転に用いる関数発生器の特性を示す特性図、第７
図は同順変換器運転に用いる関数発生器の特性を
示す特性図、第８図は第６図および第７図の特性
を備えた関数発生器の具体的回路例を示す回路
図、第９図は本発明の第二実施例を示すブロツク
図、第１０図は第二実施例にて用いる関数発生器
が備える特性を示す特性図、第１１図は第１０図
の特性を備える関数発生器の具体的回路を示す回
路図である。１，２……交直系統、３，７……順変換所、
４，６……直流リアクトル、５……送電綱、８…
…直流系統、１００……比較回路、２００……制
御回路。

Claims

【特許請求の範囲】１交流から直流に変換する順変換器および直流
から交流に変換する逆変換器により少なくとも二
つの交流系統に接続される交直連系統において、
前記交流系統における交流電圧を取り込み、この
交流電圧が所定の値を超えたときに切換指令信号
を出力する比較回路と、直流系統における直流電
圧、直流電流および前記交流系統における交流電
圧を取り込み、少なくとも前記変換器からの直流
電流を一定に維持するとともに、前記比較回路か
らの切換指令信号を取り込んだときに前記変換器
からの無効電力を変更させるようにする制御回路
とを備えてなる交直連系系統における過電圧抑制
装置。２前記制御回路は、前記比較回路からの切換指
令信号により、交流電圧の値に応じて交直交換器
の制御角を変える関数発生器からの信号を自動パ
ルス移相器を介して前記変換器に供給できるよう
に構成してなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の交直連系系統における過電圧抑制装
置。３前記制御回路は、前記比較回路からの切換信
号により、交流電圧の値に応じて電流設定値を可
変できる関数発生器からの信号を定電流制御装置
に取り込まれる電流設定値に加算されるように構
成してなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の交直連系系統における過電圧抑制装置。