KR100965163B1 - 교직 변환기의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공통 제어부를 사용하지 않고, 동시에 안정된 제어 성능이 얻어지는 교직 변환기의 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

순(順) 변환기(1A)를 제 1 제어 수단(10A)의 출력에 의해 정전압 제어하고, 역(逆) 변환기(1B)를 제 2 제어 수단(10B)의 출력에 의해 정전류 제어하여 운전함으로써, 직류 회로를 통하여 직류 전력을 송전하도록 한 교직 변환기의 제어 장치에 있어서, 제 2 제어 수단(10B)은 정전류 제어에 부여하는 전류 기준의 변화 속도를 제한하는 전류 기준 변화 억제 수단(13B)을 갖는 구성으로 한다.

직류 송전선, 교류 계통, 정여유각 제어 회로

Description

교직 변환기의 제어 장치{AC TO DC CONVERTER CONTROL DEVICE}

본 발명은 직류 송전 계통, 또는 주파수 변환 장치 등의 직류 연계 설비에 있어서, 그 단락(短絡) 용량이 비교적 작은 교류 계통에 연계되는 교직(交直) 변환기의 제어 장치에 관한 것이다.

2개의 교류 계통간의 전력의 수수(授受)를 행하기 위해서 직류 송전 계통이 사용된다. 이 직류 송전 계통의 직류 연계 설비는, 한쪽의 교류 계통(A)으로부터 변환기용 변압기(A)를 통하여 접속된 변환기(A), 다른 쪽 교류 계통(B)으로부터 변환기용 변압기(B)를 통하여 접속된 변환기(B), 변환기(A)의 직류 출력측과 변환기(B)의 직류 출력측을 각각 직류 리액터(reactor)를 통하여 접속하는 직류 송전선으로 구성되어 있는 것이 보통이다. 교류 계통(A)으로부터 교류 계통(B)에 송전할 때는 변환기(A)가 순(順) 변환 운전, 변환기(B)가 역(逆) 변환 운전을 행하지만, 교류 계통(B)으로부터 교류 계통(A)에 송전할 때는 변환기(A, B)의 변환 동작이 반대가 된다.

이러한 직류 연계 설비에서의 변환기(A, B)의 제어는, 통상, 직류 전압을 소망 전압으로 유지하기 위한 정전압 제어, 소망 전력을 융통하기 위한 정전류 제어, 또한, 변환기(A, B)가 역 변환 운전을 행하고 있을 때에 안정된 전류(轉流) 동작을 행하게 하기 위한 정(定)여유각 제어가 있으며, 이들의 제어를 조합시켜서 적절한 제어를 행하도록 하고 있다.

상기 구성에서, 수전단(受電端) 계통의 전압이 불안정해진 경우, 정여유각 제어의 제어 특성을 개선하여 전류(轉流) 실패를 방지하고, 안정된 역 변환 운전을 행하도록 하는 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2001-145374호 공보(제 4-5 페이지, 도 1 내지 도 3)

특허문헌 1에서 제안되어 있는 변환기(A, B)의 제어는, 상기 정전류 제어에 있어서, 공통 제어 수단으로부터 부여되는 전류 지령값을 사용하고 있다.

그러나, 교류 계통(A)과 교류 계통(B)의 이간 거리는 통상 크므로, 예를 들면, 변환기(A)에 사용하는 전류 지령값을 변환기(B)에서 사용하기 위해서는, 장거리의 전송 장치가 필요하게 된다.

한편, 상기와 같이 공통의 전류 지령값을 사용하지 않고, 예를 들면, 순 변환기측에서 정전압 제어, 역 변환기측에서 정전류 제어를 행하는 것이 고려되지만, 역 변환기측의 교류 계통이 비교적 약한 경우에는, 제어시에 계통 전압이 크게 저하될 우려가 있기 때문에, 정전류 제어와 정여유각 제어의 협조가 악화되어, 동작이 불안정해진다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 공통 제어부를 사용하지 않고, 동시에 안정된 제어 성능이 얻어지는 교직 변환기의 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 교직 변환기의 제어 장치는, 순 변환기를 제 1 제어 수단의 출력에 의해 정전압 제어하고, 역 변환기를 제 2 제어 수단의 출력에 의해 정전류 제어하여 운전함으로써 직류 회로를 통하여 직류 전력을 송전하도록 한 교직 변환기의 제어 장치에 있어서, 상기 제 2 제어 수단은, 상기 정전류 제어에 부여하는 전류 기준의 변화 속도를 제한하는 전류 기준 변화 억제 수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 공통 제어부를 사용하지 않고, 동시에 안정된 제어 성능이 얻어지는 교직 변환기의 제어 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 실시예 1에 따른 교직 변환기의 제어 장치를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 교직 변환기의 제어 장치의 블록 구성도이며, 도 1의 (a)에 그 전체 구성을 나타낸다. 도 1의 (a)에서 변환기(1A, 1B)의 직류측은 각각 직류 리액터(2A, 2B)를 통하여 직류 송전선(3)의 일단 및 타단에 접속되고, 각 변환기(1A, 1B)의 교류측은 변환기용 변압기(4A, 4B)를 통하여 각각 교류 계통(5A, 5B)에 접속되어 있다.

변환기(1A, 1B)는, 예를 들면, 전력용 반도체 소자인 사이리스터(thyristor)를 브리지 접속한 내부 구성으로 되어 있고, 각각은 제어부(10A, 10B)에 의해 사이리스터의 제어각(αA, αB)이 각각 제어되고 있다. 그리고, 제어부(10A, 10B)에는 변환기(1A, 1B)의 교류측 전압, 직류측 전압, 직류 전류 등의 신호가 피드백 신호로서 각각 부여되어 있다.

교류 계통(1A)으로부터 교류 계통(1B)에 전력의 융통을 행할 때에는, 변환기(1A)가 송전단(送電端)이 되어 순 변환 운전, 변환기(1B)가 수전단(受電端)이 되어 역 변환 운전을 행하고, 역 방향의 전력 융통의 경우에는 2개의 변환기(1A, 1B)의 송수전의 역할이 반대가 되지만, 이하의 설명에서는, 변환기(1A)가 순 변환 운전, 변환기(1B)가 역 변환 운전을 행하는 경우에 관하여 설명한다.

도 1의 (b)에 송전단의 제어부(10A)의 내부 구성을 나타낸다. 도시하지 않은 직류 전압 설정기의 출력인 전압 기준 신호(Vdp)와, 주회로로부터의 피드백 신호인 직류 전압(Vd)의 제어 편차를 정전압 제어 회로(11A)에 입력한다. 정전압 제어 회로(11A)는 직류 전압(Vd)이 상기 전압 기준(Vdp)에 추종하도록 변환기(1A)의 사이리스터의 제어각(αA)을 출력한다.

도 1의 (c)에 수전단의 제어부(10B)의 내부 구성을 나타낸다.

정전력 제어 회로(12B)에는, 변환기(1B)가 취급하는 직류 전력(Pd)과 전력 기준 신호(Pdp)의 편차가 입력된다. 전력 기준 신호(Pdp)는 교류 계통(1B)이 필요로 하는 전력이 설정값으로서 부여된 것이며, 피드백 신호로서의 직류 전력(Pd)은 직류 전압(Vd)과 직류 전류(Id)의 곱을 연산하거나 하여 얻을 수 있다. 정전력 제어 회로(12B)는 직류 전력(Pd)이 전력 기준 신호(PdD)에 추종하도록 그 출력을 조정하여 1차 지연 회로(13B)에 부여한다. 그리고, 이 1차 지연 회로(13B)의 출력은 전류 기준(Idp)이 되고, 이 전류 기준(Idp)과 직류 전류(Id)의 편차가 정전류 제어 회로(14B)의 입력이 된다. 정전류 제어 회로(14B)는 직류 전류(Id)가 전류 기준(Idp)에 추종하도록 최소값 선택 회로(16B)를 통하여 제어각(αB)을 출력하여 변 환기(1B)를 제어한다. 즉, 직류 전류(Id)가 전류 기준(Idp)보다 작은 경우에는, 제어각을 먼저 진행시켜서, 변환기(1B)의 직류 출력 전압을 변환기(1A)의 직류 출력 전압보다 낮게 하여 전압차를 크게 하고, 직류 전류(Id)를 증가시킨다. 반대로, 직류 전류(Id)가 전류 기준(Idp)보다 큰 경우에는, 제어각(αB)을 지연시켜 변환기(1B)의 직류 출력 전압을 높임으로써 2개의 변환기의 전압차를 작게 하고, 직류 전류(Id)를 감소시킨다.

최소값 선택 회로(16B)에는 정여유각 제어 회로(15B)의 출력이 부여된다. 최소값 선택 회로(16B)는 이 정여유각 제어 회로(15B)의 출력과 상술한 정전류 제어 회로(14B)의 출력 중 작은 쪽을 선택하여, 제어각(αB)이 소정의 여유각 기준(γref)을 확보하도록 하고 있다.

정여유각 제어 회로(15B)는 여유각 기준(γref)에, 변환기(1B)의 여유각(γ)이 추종하도록 동작한다. 이 정여유각 제어를 행하기 위해서, 주회로로부터 피드백되는 직류 전류(Id), 교류 전압(Vac) 및 제어 장치 내에서 설정되는 변환기용 변압기 임피던스(Xt)로부터, 여유각을 이하의 이론식(1)에 의해 추정하여 제어각(αB)을 계산한다.

αB=π-cos^-1(cosγ_ref-X_t×i_d/V_ac) (1)

여기서, γ_ref는 여유각 기준, i_d는 직류 전류를 직류 전류 정격으로 나눈 값, X_t는 변환기용 변압기의 자기 용량 베이스의 임피던스, 그리고, V_ac은 교류 전압을 교류 전압 정격으로 나눈 값이다.

다음에, 도 2에 나타낸 동작 설명도에 의해, 본 실시예의 동작에 관하여 설명한다. 이 동작 설명도는 가로축을 직류 전압(Id)으로 하고, 세로축을 직류 전압(Vd)으로 하여, 전력 기준 신호(Pdp)가 스텝 형상으로 급변하는 등의 이유로 전류 기준(Idp)이 급변했을 때의 교직 변환기의 동작을 플롯한 것이다. 도 2의 (a)는 본 실시예의 제어부(10B)에서, 1차 지연 회로(13B)를 설치하지 않은 경우의 동작 설명도이며, 도 2의 (b)는 본 발명의 동작 설명도이다.

도 2의 (a)에서, 직류 전압 100%, 직류 전류 50% 정도의 운전점(1)에서 교직 변환기가 운전되고 있다고 하자. 이 때 전류 기준이 스텝 형상으로 증가하면, 우선 변환기(1B)의 정전류 제어 회로(14B)의 동작에 의해, 제어각(αB)을 진행시켜서 변환기(1B)의 직류 출력 전압을 내리므로 직류 전압(Vd)이 저하한다. 이 운전점을 (2)로 나타낸다.

제어각(αB)이 진행되면, 변환기(1B)의 운전 역률(力率)이 악화되어, 무효 전력이 증가한다. 이 변환기(1B)에 접속하는 교류 계통(5B)의 단락 용량이 비교적 작으면, 교류 계통 전압이, 이 무효 전력 증가의 영향을 받아 크게 저하한다. 또한, 무효 전력은 직류 전류에 비례하므로, 직류 전류가 증가하는 동안, 교류 전압은 저하된 상태를 계속하고, 또한 그 저하의 정도는 직류 전류에 따라 커진다. 즉, 직류 전류(Id)와 전류 기준(Idp)의 제어 편차가 큰 상태가 계속되므로, 직류 전압(Vd)이 저하된 채의 상태로 직류 전류가 정격 전류인 100% 정도까지 상승해 간다. 이 운전점을 (3)으로 나타낸다.

직류 전류(Id)가 증가하여 운전점(3)에 접근하면, 여유각(γ)의 감소가 현저 해지기 시작한다. 여유각(γ)은 교류 전압(Vac)의 저하에 의해서도 그 감소가 진행되고 있어, 여유각 부족이 되지 않도록, 정여유각 제어 회로(15B)의 출력 신호가 작아진다. 한편, 직류 전류(Id)가 증가하여 제어 편차가 작아지므로, 정전류 제어 회로(14B)의 출력 신호는 커진다. 이 2개의 신호의 작은 쪽을 최소값 선택 회로(16B)가 선택한다.

도 2의 (a)에서 실선으로 나타낸 AγR은 정격 교류 전압에서 여유각(γ)이 일정해지는 라인이지만, 교류 전압(Vac)이 저하되면 파선으로 나타낸 AγR(Vac 저)로 라인이 이동한다. 그리고 이 파선의 라인이 정격 직류 전류에서 정격 직류 전압 이하의 점을 통과하게 되면, 도시한 바와 같이 최소값 선택 회로(16B)는 정여유각 제어 회로(15B)의 출력을 선택한다. 이 운전점을 (4)로 나타낸다.

일단, 정여유각 제어 회로(15B)의 출력 신호가 선택되면, 변환기(1B)의 제어각(αB)은 커지지 않고, 역률은 작고, 무효 전력은 증가한 상태가 계속된다. 또한, 송전단의 변환기(1A)의 직류 출력 전압과 수전단의 변환기(1B)의 직류 출력 전압의 차가 큰 상태가 계속되므로, 직류 전류(Id)는 전류 기준(Idp)을 넘어서 증가해버린다. 정여유각 제어 회로(15B)는 이 직류 전류 증가를 받아서, 출력 신호를 더 작게 하여, 제어각(αB)은 진행되므로, 직류 전압(Vd)은 더 저하, 직류 전류(Id)가 더 증가하는 악순환에 이르고, 운전점은 (4)에서 (5)로 이동하며, 게다가, 운전점 (5)를 통과하여 최후는 직류 전압 부족, 직류 전류 과부하가 되어, 직류 송전은 그 기능을 상실해버린다.

다음에, 도 2의 (b)를 따라서 본 발명의 실시예 1의 동작을 설명한다. 최초 의 운전점 (1)은 도 1의 (a)의 경우와 동일하다.

운전점 (1)로부터 전력 기준(Pdp)이 스텝 형상으로 변화되면, 그 동작을 받아서, 정전력 제어 회로(12B)의 제어 편차가 커지고, 그 출력인 전류 기준(Idp)도 스텝 형상으로 증가하려고 한다. 그러나, 여기에서 전류 기준 변화 억제 수단인 1차 지연 회로(13B)의 동작에 의해, 전류 기준(Idp)은 주회로의 직류 전류(Id)의 응답과 동일 정도이거나 그것보다 느린 완만한 동작의 신호가 된다. 이 작용에 의해 전류 기준(Idp)과 실제의 직류 전류(Id)의 차인 제어 편차는 커지지 않고, 작은 상태를 유지한다. 따라서, 정전류 제어 회로(14B)의 출력으로 결정되는 제어각(αB)의 진행은 작은 상태를 유지한 채 운전점 (2)로 이행한다.

제어각(αB)이 그다지 진행되지 않으므로, 변환기(1B)의 운전 역률은 큰 상태를 계속, 무효 전력은 그다지 증가하지 않는다. 무효 전력 증가가 작으므로, 교류 전압(Vac)의 저하는 작다. 또한, 직류 전류(Id)가 증가해 가도, 교류 전압(Vac)의 저하가 작은 상태를 계속한다. 직류 전류(Id)가 증가하여, 운전점 (3)의 정격 직류 전류 정도에 접근하면, 여유각 부족이 되지 않도록, 정여유각 제어 회로(15B)의 출력 신호가 작아져, 정여유각 제어 회로(15B)의 출력이 최소값 선택 회로(15B)에 의해 선택될 우려가 있다.

그러나, 교류 전압(Vac)이 정격 전압 정도로 유지되어 있기 때문에, 제어 회로(10B)의 제어각(αB)의 진행은 작고, 변환기(1B)의 직류 출력 전압은 저하되지 않는다. 도시한 바와 같이 교류 전압이 약간 저하되어, 파선으로 나타낸 AγR(Vac 저)로 여유각(γ) 일정 라인이 이동하지만, 이 파선의 라인은 정격 직류 전류에서 정격 직류 전압 이하가 되지 않으므로, 최소값 선택 회로(15B)는 정여유각 제어 회로(15B)의 출력을 선택하는 경우는 없다. 따라서, 변환기(1A)의 직류 출력 전압과 변환기(1B)의 직류 출력 전압의 차는 커지지 않고, 직류 전류(Id)는 정격 전류 정도로 제어되어, 안정된 정상 상태로 목표로 하는 운전점 (4)에 정착된다.

이상의 설명에서, 변환기(1A, 1B)의 직류 출력 전압에 차가 생겨도, 직류 전류가 추종하는 데에는, 이하에 설명하는 바와 같이 약간의 시간을 요하는 것이 본 발명의 포인트로 되어 있다.

직류 전류(Id)는 송전단의 변환기(1A)와 수전단의 변환기(1B)의 직류 출력 전압의 전압차(△V)와 직류 회로의 저항(R)으로부터 결정된다. 이 저항(R)은 직류 송전선(3)의 저항, 직류 리액터(2A, 2B)의 저항 등 직류 전류가 흐르는 회로의 저항분에 더하여, 변환기(1A, 1B)의 전류 동작에 의해 발생하는 등가 저항으로 구성된다. 한편, 직류 회로에는, 직류 리액터(2A, 2B)의 인덕턴스 및 직류 송전선(3)의 부유(浮遊) 인덕턴스 등으로 이루어지는 인덕턴스(L)가 있다. 따라서, 변환기(1B)의 제어 동작에 의해 직류 전압이 변화해도, 실제의 직류 전류(Id)는 곧바로는 증가하지 않고, 직류 회로의 저항과 인덕턴스에 의해 결정되는 시정수(時定數)에 따라 완만하게 증가해 간다. 따라서, 1차 지연 회로(13B)의 시정수는 상기 직류 회로의 전류 응답의 시정수와 동일 정도이거나 그 이상으로 해 두는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 송전단이 직류 전압, 수전단이 직류 전류를 제어하는 구성의 직류 송전에 있어서, 수전단의 교류 계통의 단락 용 량이 비교적 작은 경우, 전력 기준이 급변해도, 안정된 송전이 가능하게 된다.

또한, 본 실시예에서 전류 기준의 변화 억제 회로로서 비교적 간단한 회로로 실현 가능한 1차 지연 회로(18B)를 사용했지만, 전류 기준의 변화 속도를 억제하는 다른 함수를 사용해도, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것은 분명하다.

[실시예 2]

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 교직 변환기의 제어 장치에 사용되는 수전단 변환기 제어부의 내부 구성도이다.

이 실시예 2의 각 부(部)에 대해서, 도 1의 (c)의 본 발명의 실시예 1에 따른 교직 변환기의 제어 장치에 사용되는 수전단 변환기 제어부의 내부 구성도의 각 부와 동일 부분은 동일 부호로 나타내고, 그 설명은 생략한다. 이 실시예 2가 실시예 1과 다른 점은, 제어부(10B1)에서의 1차 지연 회로(13B)를 정전력 제어 회로(12B)의 출력측이 아니고 전력 기준 신호(Pdp)의 출력측에 설치하도록 구성한 점이다.

상술한 바와 같이, 실시예 1에서의 1차 지연 회로(13B)는 1차 지연 회로(13B)의 출력인 전류 기준(Idp)이 급변하는 것을 억제하는 기능을 했지만, 이 실시예 2에서의 1차 지연 회로(13B)는 전력 기준 신호(Pdp)가 급변하는 것을 방지하고 있으므로, 결과적으로 정전력 제어 회로(12B)의 출력인 전류 기준(Idp)이 급변하는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 이 실시예 2에 의해서도, 실시예 1과 동등한 효과를 얻을 수 있다.

[실시예 3]

도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 교직 변환기의 제어 장치에 사용되는 수전단 변환기 제어부의 내부 구성도이다.

이 실시예 3의 각 부에 대해서, 도 1의 (c)의 본 발명의 실시예 1에 따른 교직 변환기의 제어 장치에 사용되는 수전단 변환기 제어부의 내부 구성도의 각 부와 동일 부분은 동일 부호로 나타내고, 그 설명은 생략한다. 이 실시예 3이 실시예 1과 다른 점은, 제어부(10B2)의 정여유각 제어 회로(17B)에 있어서, 여유각(γ)을 (1)식으로부터 연산에 의해 구하는 것이 아니고, 변환기(1B)로부터 실측된 여유각(γ)을 사용하도록 구성한 점이다.

이 여유각(γ)의 실측은, 예를 들면, 변환기(1B)에 사용되고 있는 사이리스터의 양단(兩端) 전압을 관측하여, 전류(轉流)시의 역 바이어스 기간을 전기각으로 환산하여 구한다.

여유각(γ)을 (1)식으로부터 연산에 의해 구하는 실시예 1에 대해서 이 실시예 3이 개량된 점에 관하여 이하에 설명한다.

교류 계통(5B)의 단락 용량이 비교적 작은 경우에는, 직류 전력의 증가에 따라, 변환기(1B)가 접속되는 교류 모선 전압의 위상이 크게 변화한다.

교류 계통의 위상은, 일반적으로 (2)식으로 나타낸다.

sinδ=P×X/(Vs×Vl) (2)

단, δ는 변환기(1B)가 접속되는 교류 계통(5B)의 전압 위상과 교류 계통 등가 전압원의 위상의 위상차, P는 직류 송전 전력을 정격 전력으로 나눈 값, X는 직류 송전 정격 전력을 베이스로 한 교류 계통 등가 임피던스, Vs는 변환기가 접속되 는 교류 모선 전압을 정격 전압으로 나눈 값, 그리고, Vl은 교류 계통 등가 전압원의 전압을 정격 전압으로 나눈 값이다.

여기서, 교류 계통(5B)의 단락 용량을 직류 송전 정격 용량의 2배로 하여, 직류 송전 전력(Pd)이 정격의 50%로부터 정격(100%)으로 증가하는 경우를 상정하면, 전압 위상의 진행량은 15°정도가 된다. 그 계산을 이하에 나타낸다.

(2)식에 직류 전력 변화 전의 값을 대입하여 계산하면, sinδ=0.5×0.5/(1×1)=0.25가 되고, δ=14.5°가 된다. 다음에, 직류 전력 변화 후의 값을 대입하여 계산하면, sinδ=1×0.5/(1×1)=0.5가 되고, δ=30°로 크게 변화된다. 단, 교류 전압은 직류 전력이 변화해도 정격 전압 정도로 유지되는 것으로 가정하고 있다.

변환기(1B)의 제어는, 도 1의 (a)에는 도시되어 있지 않지만, 교류 전압의 위상을 검출하고, 그 위상에 의거하여, 변환기에 부여하는 점호(点弧) 펄스 타이밍을 결정하여 행한다. 그러나, 교류 전압의 파형(波形) 왜곡 등에 영향을 받지 않도록, 안정되게 위상 검출을 행하도록 구성되어 있기 때문에, 상기와 같은 직류 송전의 전력 변화에 의한 급속한 위상 변화에는 추종할 수 없는 우려가 있다. 그 경우, 제어 회로(10B)의 제어각(αB)으로부터 이상적으로 결정되는 타이밍과 실제의 점호 타이밍의 사이에 상대적인 오차가 발생하여, 실제의 점호 타이밍의 위상이 상대적으로 지연된다.

사이리스터 변환기가 역 변환 운전하는 경우, 점호 타이밍이 15° 변화하면, 여유각은 그 1.5 내지 2배 정도 변화하므로, 20° 내지 30° 여유각이 감소되어 버린다. 원래, 여유각 기준값은 20° 정도이므로, 이와 같이 위상이 급히 진행되면, 실시예 1에서 나타낸 (1)식에 의해 제어각을 계산하는 원리를 이용한 정여유각 제어 회로(15B)의 동작에서는, 여유각의 확보가 불충분하게 되어, 전류(轉流) 실패가 발생해버릴 우려가 있다.

이에 대해서, 이 실시예 2와 같이 여유각(δ)을 실측하여 정여유각 제어를 행하도록 하면, 제어부가 검출하는 위상과 실제의 교류 전압 위상의 사이에, 상대적인 오차가 있어도, 그 오차를 포함해서 제어하는 것이 가능하게 되기 때문에, 상술한 교류 전압의 위상의 변화에 영향을 받는 일은 없다. 즉, 위상 검출 오차에 의해, 실제의 점호 타이밍이 지연되어, 여유각이 감소하는 것을 피드백하여 제어하므로, 오차를 포함하여 제어각을 진행시키기 때문에, 여유각은 기준값으로 유지된다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시예 3에 의하면, 송전단이 직류 전압, 수전단이 직류 전류를 제어하는 구성의 직류 송전에 있어서, 교류 계통의 단락 용량이 예를 들면, 직류 송전과 동등 정도로 작은 경우, 직류 전력이 급변해도 여유각을 유지하여, 전류(轉流) 실패하는 일이 없는 안정된 송전이 가능하게 된다.

[실시예 4]

도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 교직 변환기의 제어 장치에 사용되는 제어부의 내부 구성도이며, 도 5의 (a)가 송전단의 제어부의 내부 구성도, 도 5의 (b)가 수전단의 제어부의 내부 구성도이다.

이 실시예 4에서의 도 5의 (a)의 각 부에 대해서, 도 1의 (b)의 본 발명의 실시예 1에 따른 교직 변환기의 제어 장치에 사용되는 송전단 제어부의 내부 구성 도의 각 부와 동일 부분은 동일 부호로 나타내고, 그 설명은 생략한다. 이 실시예 4가 실시예 1과 다른 점은, 제어부(10A1)에서의 정전압 제어 회로(11A)의 출력인 제어각(αA)을, 최대값 선택 회로(19A)를 통하여 출력하도록 한 점, 직류 전압(Vd)을 입력으로 하는 전류 기준 저감 회로(18A) 및 정전류 제어 회로(14A)를 설치하여, 전류 기준 저감 회로(18A)의 출력과 직류 전류(Id)의 편차를 정전류 제어 회로(14A)에 부여하고, 이 편차가 작아지도록 정전류 제어 회로(14A)의 출력을 조정하여 최대값 선택 회로(19A)에 부여하도록 구성한 점이다.

또한, 이 실시예 4에서의 도 5의 (b)의 각 부에 대해서, 도 4의 본 발명의 실시예 3에 따른 교직 변환기의 제어 장치에 사용되는 수전단 제어부의 내부 구성도의 각 부와 동일 부분은 동일 부호로 나타내고, 그 설명은 생략한다. 이 실시예 4가 실시예 3과 다른 점은, 제어부(10B3)에서의 1차 지연 회로(13B)의 출력측에 직류 전압(Vd)에 따라 동작하는 전류 기준 저감 회로(18B)를 설치하고, 이 전류 기준 저감 회로(18B)의 출력을 전류 기준(Idp)으로 하도록 구성한 점이다.

상기 구성에 있어서, 동일한 직류 전압(Vd)에 대해서, 수전측의 전류 기준 저감 회로(18B)의 출력(Idp)이 송전측의 전류 기준 저감 회로(18A)의 출력(IdpA)보다 항상 작아지도록 설정하면, 교류 계통의 사고 등에 의해 수전단의 전압이 일단 저하된 후 사고 원인이 제거되어 전압이 복구되는 경우라도 안정된 제어가 가능해진다. 이 이유에 관하여 이하에 설명한다.

수전단의 교류 계통(5B)의 사고 등으로, 교류 전압이 저하되고, 변환기(1B)에 전류(轉流) 실패가 발생한 경우, 변환기(1B)의 직류 출력 전압은 거의 0이 된 다. 한편, 송전단의 변환기(1A)는 정전압 제어 회로(11A)의 동작에 의해 직류 전압(Vd)을 유지하려고 하기 때문에, 송전단과 수전단 사이의 전압차가 커져, 직류 전류(Id)가 정격 전류의 수 배 정도까지 증가해버려, 직류 송전의 기능을 다할 수 없게 된다.

이러한 상황에 대응하기 위해서, 직류 전압(Vd)이 정격 전압으로부터 크게 저하되면, 송전단의 변환기(1A)로부터 유입되는 직류 전류를 제한하는 제어로서, 전류 기준 저감 회로(18A)가 설치되어 있다. 여기서, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이 변환기(1A)에는, 정전류 제어 회로(11A), 최대값 선택 회로(19A)가 구비되고, 상기 상태에서는 정전압 제어 회로(11A)의 출력 대신에, 정전류 제어 회로(13A)의 출력이 선택된다. 따라서, 직류 전압이 저하되면 전류 기준 저감 회로(18A)가 변환기(1A)용의 전류 기준(IdpA)을 감소시키고, 그 동작에 의해, 직류 전류는 정격 전류 정도 이하로 제한된다.

그 후, 교류 계통 사고가 제거되어, 수전단의 교류 전압이 복귀하면, 변환기(1B)의 직류 출력 전압이 회복되어, 재차 전류 제어가 가능해진다. 그러나, 이 때의 변환기(1B)에 부여되는 전류 기준(Idp)이, 변환기(1A)에 부여되는 전류 기준(IdpA)보다 크면, 변환기(1B)의 정전류 제어 회로(13B)는 전류를 증가시키려고 하여 제어각(αB)을 진행시킨다. 이 때문에, 역률이 좋지 않은 운전 상태가 되고, 교류 전압이 저하된 상태가 계속된다. 직류 전압이 조금 회복되어 변환기(1A)측의 전류 기준 저감 회로(18A)가 전류 기준을 서서히 크게 해 가면, 직류 전류는 증가해 가지만, 이 때 역 변환기측 전류 기준(Idp)은 실제의 전류보다 큰 상태를 계속 하므로 제어각(αB)이 진행되어 역률이 좋지 않은 운전 상태를 계속한다. 이 때문에, 실시예 1의 도 2의 (a)에서 설명한 상황에 빠져, 안정된 운전을 할 수 없는 우려가 있다.

이에 대해서, 변환기(1B)에 부여되는 전류 기준(Idp)이, 변환기(1A)에 부여되는 전류 기준(IdpA)보다 항상 작아지도록 해 두면 상기 문제는 해소되어, 안정된 운전에 도달하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예 4에 의하면, 송전단이 직류 전압, 수전단이 직류 전류를 제어하는 구성의 직류 송전에 있어서, 교류 계통 사고 등으로 일단 직류 전압이 저하되어도, 사고가 복구된 후, 원 상태의 운전점에 안정되게 복구하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 교직 변환기의 제어 장치의 블록 구성도.

도 2는 본 발명의 동작 설명도.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 교직 변환기의 제어 장치의 수전단 제어부의 블록 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 교직 변환기의 제어 장치의 수전단 제어부의 블록 구성도.

도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 교직 변환기의 제어 장치의 제어부의 블록 구성도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1A, 1B : 변환기 2A, 2B : 직류 리액터

3 : 직류 송전선 4A, 4B : 변환기용 변압기

5A, 5B : 교류 계통 10A, 10B : 제어부

11A : 정전압 제어 회로 12B : 정전력 제어 회로

13B : 1차 지연 회로 14A, 14B : 정전류 제어 회로

15B : 정여유각 제어 회로 16B : 최소값 선택 회로

17B : 정여유각 제어 회로(피드백 방식)

18A, 18B : 전류 기준 저감 회로

19A : 최대값 선택 회로

Claims (7)

1. 삭제
2. 순(順) 변환기를 제 1 제어 수단의 출력에 의해 정전압 제어하고, 역(逆) 변환기를 제 2 제어 수단의 출력에 의해 정전류 제어하여 운전함으로써 직류 회로를 통하여 직류 전력을 송전하도록 한 교직(交直) 변환기의 제어 장치로서,

   상기 제 2 제어 수단은,

   상기 정전류 제어에 부여하는 전류 기준의 변화 속도를 제한하는 전류 기준 변화 억제 수단과,

   소망 전력을 얻기 위한 전력 기준 신호에 상기 역 변환기의 전력이 추종하도록 제어하는 정전력 제어 수단과,

   상기 정전력 제어 수단의 출력인 전류 기준에 상기 역 변환기의 직류 출력 전류가 추종하도록 상기 역 변환기의 사이리스터(thyristor)의 제어각을 출력하는 정전류 제어 수단을 가지며,

   상기 전류 기준 변화 억제 수단을 상기 정전력 제어 수단의 출력측에 삽입한 것을 특징으로 하는 교직 변환기의 제어 장치.
3. 순(順) 변환기를 제 1 제어 수단의 출력에 의해 정전압 제어하고, 역(逆) 변환기를 제 2 제어 수단의 출력에 의해 정전류 제어하여 운전함으로써 직류 회로를 통하여 직류 전력을 송전하도록 한 교직(交直) 변환기의 제어 장치로서,

   상기 제 2 제어 수단은,

   상기 정전류 제어에 부여하는 전류 기준의 변화 속도를 제한하는 전류 기준 변화 억제 수단과,

   소망 전력을 얻기 위한 전력 기준 신호에 상기 역 변환기의 전력이 추종하도록 제어하는 정전력 제어 수단과,

   상기 정전력 제어 수단의 출력인 전류 기준에 상기 역 변환기의 직류 출력 전류가 추종하도록 상기 역 변환기의 사이리스터의 제어각을 출력하는 정전류 제어 수단을 가지며,

   상기 전류 기준 변화 억제 수단을 상기 전력 기준 신호의 출력측에 삽입한 것을 특징으로 하는 교직 변환기의 제어 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 2 제어 수단은,

   소망 전력을 얻기 위한 전력 기준 신호에 상기 역 변환기의 전력이 추종하도록 제어하는 정전력 제어 수단과,

   상기 정전력 제어 수단의 출력인 전류 기준에 상기 역 변환기의 직류 출력 전류가 추종하도록 상기 역 변환기의 사이리스터의 제어각을 출력하는 정전류 제어 수단과,

   상기 역 변환기의 전류 여유각 기준 신호에 상기 역 변환기의 전류 여유각이 추종하도록 상기 역 변환기의 사이리스터의 제어각을 출력하는 정(定)여유각 제어 수단과,

   상기 정전류 제어 수단과 상기 정여유각 제어 수단의 출력 중 최소값을 실제의 상기 역 변환기의 사이리스터의 제어각으로서 선택하는 최소값 선택 수단을 구비하고,

   상기 역 변환기의 전류 여유각은 상기 역 변환기로부터 실측(實測)하여 얻도록 한 것을 특징으로 하는 교직 변환기의 제어 장치.
5. 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 제어 수단은,

   소망 전력을 얻기 위한 전압 기준 신호에 상기 순 변환기의 직류 전압이 추종하도록 제어하는 정전압 제어 수단과,

   상기 순 변환기의 직류 전압의 저감에 따라 저감된 전류 기준을 출력하는 제 1 전류 기준 저감 수단과,

   상기 전류 기준 저감 수단의 출력에 직류 전류가 추종하도록 제어하는 순 변환기 정전류 제어 수단과,

   상기 정전압 제어 수단의 출력과 상기 순 변환기 정전류 제어 수단의 출력 중 최대값을 실제의 상기 순 변환기의 사이리스터의 제어각으로서 선택하는 최대값 선택 수단을 구비하는 동시에,

   상기 제 2 제어 수단은,

   상기 역 변환기의 직류 전압의 저감에 따라 상기 전류 기준을 저감하는 제 2 전류 기준 저감 수단을 가지며,

   상기 제 1 전류 기준 저감 수단의 전류 기준이 항상 상기 제 2 전류 기준 저감 수단의 전류 기준보다 커지도록 한 것을 특징으로 하는 교직 변환기의 제어 장치.
6. 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전류 기준 변화 억제 수단에 1차 지연 함수를 사용하는 것을 특징으로 하는 교직 변환기의 제어 장치.
7. 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전류 기준 변화 억제 수단에서의 전류 기준의 변화 속도는, 상기 직류 회로의 전류 응답과 동등하거나, 보다 느리게 제한하도록 한 것을 특징으로 하는 교직 변환기의 제어 장치.

Images