JPH0126256B2

JPH0126256B2 -

Info

Publication number: JPH0126256B2
Application number: JP56194747A
Authority: JP
Inventors: Buichi Sakurai; Kyoshi Goto; Takami Sakai; Koji Imai; Shoichi Irokawa
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1981-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1989-05-23
Also published as: JPS5895935A

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 技術分野の説明本発明は、複数台の変換装置から成る直流多端
子送電設備において、いずれかの変換装置を事故
等により系統から解列しても、系統を安定に維持
できる直流多端子送電設備の制御装置に関する。

(b) 従来技術の説明従来の直流２端子送電の利点を更に活用する為
に、直流多端子送電の技術開発が強く望まれてい
る。

第１図は、本発明が適用し得る直流４端子送電
系統図であつて、１〜４は交流系統、５〜８は変
換用変圧器、９，１０は順変換装置、１１，１２
は逆変換装置、１３〜２０は直流しや断器であ
る。

直流多端子送電は、直流２端子送電に比較し、
各変換装置間のより高度な協調制御が必要とな
る。このために直流多端子送電においては、各変
換装置相互の情報を図示しない伝送系を介して中
央制御装置に集め監視し、これらの情報をもとに
各変換装置へ最適な運転指令値を与える必要があ
る。また、逆に緊急時には、中央制御装置及び伝
送系に頼らずに各変換装置の直流電圧、直流電流
の安定な動作点が得られるような制御方式でなく
ればならない。特に直流しや断器の開発が行なわ
れるにつれて、高速に故障箇所を切り離しても安
定に運転継続可等であるような制御方式は増々必
要となつてきている。

さて、直流多端子の制御方式としては、特公昭
43−8641号公報、特開昭51−66455号公報が良く
知られている。特公昭43−8641号公報のものは、
従来用いられている２端子送電の制御方式を多端
子送電に拡張したものであり、その特性図を第２
図に示す。以下、説明の便宜上、第１図における
順変換装置９をREC１、順変換装置１０をREC
２、逆変換装置１１をINV１、逆変換装置１２
をINV２とし、REC１、REC２の定電流制御回
路の電流設定値をそれぞれIdpr1、Idpr2及び実際
にREC１、REC２に流れる電流値をIdr1、Idr2又
INV１、INV２の定電流制御回路の電流設定値
をIdpi1、Idpi2及び実際にINV１、INV２に流れ
ている電流値をIdi1、Idi2と略記する。さて、第
２図において、定常状態における各変換装置の動
作点は、P₁，P₂，P₃，P₄である。即ち、REC２
が電圧を決定し、他のREC１、INV１、INV２
は、定電流制御を行なつている。この制御方式が
安定に運転される為には、次の条件が満足されな
ければならない。

（Idpr1＋Idpr2）−（Idpi1＋Idpi2）＝ΔI≧０ … （Idr1＋Idr2）＝（Idi1＋Idi2） … 即ち、順変換装置の電流設定値の総和は、逆変
換装置の電流設定値の総和より大でなければなら
ない。換言すれば、順変換装置の電流設定値の総
和から逆変換装置の電流設定値の総和を引いた値
（以下、電流マージンと称す。式におけるΔIで
ある。）が正又は零でなければならない。

さて、この方式には、下記のような欠点があ
る。例えば、電圧決定端子であるREC２が事故
を起して停止した場合、安定条件式が成立しな
くなる為、すべての変換器は停止しなければなら
ないことである。換言すれば、或る順変換装置の
事故が、システム停止を招くことである。

次に、特開昭51−66455号公報の特性図を第３
図に示す。

この方式は、各変換装置に定電流制御の他に定
電圧制御を備え、前述した電流マージンの概念の
他に、更に、電圧マージンの概念を導入したもの
であり、或る変換装置を電圧決定端子と決めれ
ば、その変換装置の定電圧制御の電圧設定値は、
他のすべての変換装置の電圧設定値よりも、予め
定められた電圧マージン（以下、ΔVと略記す
る。）分だけ小さい値とし、更に電流設定値に関
しては、式が成立するようにしたものである。

さて、先と同じく、いまREC２が事故を起し
て停止する場合を想定すると、この方式において
も何らかの処置を施さないと、システム停止に致
る。何故なら、電圧決定端子が存在しなくなる為
である。又、当然のことながら、式も成立しな
くなる。そこで、特開昭51−66455号公報では、
集中制御装置を設け、この集中制御装置に、すべ
ての変換装置の情報を集め、処置することを提案
している。即ち、先の例で、REC２が事故停止
した場合、その情報を集中制御装置に伝送し、集
中制御装置では、その情報により、残りの健全な
変換装置に、新たな電圧設定値、電流設定値の指
令を与えて、システム停止を防止することを提案
している。

確かに、この方式は、理論的には全く問題ない
と思われるが、この方式を用いて、実設備を製作
する場合には、種々の問題がある。

第１の問題は、多量の情報を、非常に高速に伝
送することのできる伝送回線が必要不可欠である
と云うことである。このような伝送回線は、将来
の我が国においては、立地難などの問題により望
むべくもない。又、諸外国においては、我が国で
現在使用されている信頼度の高いマイクロ回線な
どは使用されておらず、信頼度の低い、又低速の
電力線搬送が一般的であり、上記のような高信頼
度、高速の伝送回線を要求することは困難であ
る。

第２の問題は、前記集中制御装置の信頼度に係
わる問題である。即ち、もし前記集中制御装置に
不具合が発生した場合には、このシステムは停止
する恐れがある為に、この集中制御装置は、非常
に高信頼度を有したものでなければならない。こ
のことは、非常にコスト高を招くことになる。

第３の問題は、転流失敗に係わる問題である。
転流失敗が発生する要因は多数あり、例えば、逆
変換装置に接続された交流系統の電圧低下、波形
歪などがあり、転流失敗は必ず無視できない確率
で発生することを念頭におかなければならない。
このことは、過去の２端子送電の運転実績より明
らかである。諸外国の文献によれば、かなりの頻
度で発生している。転流失敗は、２端子送電にお
いては、恐い事故ではなく、単発の転流失敗で収
まるのが普通であり、例え連続的に発生しても変
換装置を停止することはしないで、例えば、北海
道−本州直流送電設備では、短時間、逆変換装置
をバイパスペア（以下、BPPと略記する。）で運
転しており自動的に通常の運転に戻す方式を採用
しており、転流失敗は、通常軽故障又は中故障と
して処置している。しかしながら、直流多端子に
おける転流失敗は、システム停止を招く恐れがあ
る。何故なら、例えば、第１図において、います
べての変換装置が定格運転しているとき、INV
１（逆変換装置１１）が転流失敗すると、REC
１、REC２の電流は、すべてINV１に流れ込む
ので、INV１は200％の過電流となり、INV２は
無負荷運転となる。問題は、200％の過電流値で
はない。（予め、変換器を短時間過負荷運転可能
なように設計すれば良く、短時間ならば、コスト
的にも問題ない。）即ち、例えば、先の転流失敗
が一時的な交流系統電圧低下に帰因するものであ
れば、交流系統電圧回復後、直ちに定常状態に復
帰させたいわけであるが、INV１は、もはや起
動不能である。即ち、200％の電流が流れている
ので、転流重なり角が大幅に増加し、余裕角不足
となつて転流できない。もし、このとき、十分な
余裕角を確保する為に、制御進み角を大きくすれ
ば、転流できる可能性はあるが、電圧がほぼ零の
謂ゆる零力率運転を行なうことになり、問題は全
く解決しない。以上のことは、従来の直流２端子
においては、軽故障であつた転流失敗が、直流多
端子においては、重故障となり、且つ転流失敗
が、かなりの頻度で発生することを考えると、年
に何度もシステム停止する恐れがあると云うこと
である。

(c) 発明の目的本発明の目的は、このような欠点を除去する為
になされたものであつて、或る変換装置の事故停
止がシステム停止を招くことなく、伝送回線や集
中制御装置への依存度を極力低減し、更に転流失
敗によるシステム停止を防止することができる新
しい直流多端子送電設備の制御装置を提供するこ
とにある。

(d) 発明の構成以下、本発明を図面を参照して説明する。

第４図及び第５図は、本発明の一実施例を示す
制御ブロツク図で、第４図は、順変換装置の制御
ブロツク図、第５図は、逆変換装置の制御ブロツ
ク図である。

第４図において、２１〜２３は加算器で、各各
設定値と検出値が入力される。２４は、定電圧制
御回路（以下、AVRと略記する。）２５は、第１
の定電流制御回路（以下、ACR１と略記する。）
２６は、第２の定電流制御回路（以下、ACR２
と略記する。）であり、２７は最大値選択回路で
あり、制御遅れ角（以下、αと略記する。）が大
きい方の制御回路の出力信号を自動的に選択する
回路であり、２８は、αが小さい方の制御回路の
出力信号を自動的に選択する最小値選択回路、２
９は、２７と同じ最大値選択回路、３０は、直流
電圧を入力とし、その値が所定値以下になつたこ
とを検出するレベル検出器である。又、３１，３
２はスイツチで、このスイツチは、前記レベル検
出器の出力信号に応動し、出力信号が、ロジツク
レベル“１”になつたとき、即ち、前記レベル検
出器３０が、直流電圧の低下を検出したときに
は、スイツチ３１はOFF、スイツチ３２はONと
なる。第５図も、第４図とほぼ同じ構成であり、
３３〜３５は加算器、３６はAVR、３７はACR
１、３８はACR２、３９は最大値選択回路、４
０は最小値選択回路を示す。逆変換装置側には、
更に余裕角を一定に制御する定余裕角制御４１
（以下、CERと略記する。）が設けられている。
又、Vdpr、Vdrはそれぞれ順変換装置の電圧設
定値及び電圧検出値を示し、Vdpi、Vdiはそれぞ
れ逆変換装置の電圧設定値と電圧検出値を示す。
Idpr、Idpr′、Idrは、それぞれ順変換装置のACR
１の電流設定値、ACR２の電流設定値、電流検
出値を示し、Idpi、Idpi′、Idiは、それぞれ逆変
換装置のACR１の電流設定値、ACR２の電流設
定値、電流検出値を示す。V_ACは、交流系電圧で
ある。第４図のスイツチ３１又は３２のの出力信
号、第５図の最小値選択回路４０の出力信号は、
位相制御回路へ送られ、点弧パルスが決定され
る。

さて、このように構成された制御回路の動作に
ついて以下説明する。

まず、第４図において、いま定常状態におい
て、ACR１によつて運転させるものとする。例
えば、電流を1000A流すものとすれば、ACR１
のIdprは、1000A流すのに最適な値に設定される
ことになる。このとき、AVRのVdprとしては、
例えば定格250kVに対して、230kVの定電圧制御
を行なう様に設定する。更にACR２のIdpr′は、
例えば100Aの定電流制御を行なう様に設定する。
上記のごとく設定すれば、先ずAVRの出力は、
設定値230kVに対して、検出値が250kVであるの
で負となり（実際の設備では、出力リミツタによ
つて、αの最小値となる。）、最大値選択回路２７
により、ACR１の出力が選択される。次に、
ACR２の出力は、設定値100Aに対して、検出値
が1000Aであるので、αが大きくなり（実際の設
備では、出力リミツタによつて、αの最大値とな
る。）、結局、最小値選択回路２８の出力として
は、ACR１の出力が選択され、最大値選択回路
２９の出力としては、ACR２の出力が選択され
ている。

定常状態（定格電圧）では、レベル検出器３０
は、不動作、従つてスイツチ３１がオンして、ス
イツチ３２がオフであるから、結局この変換装置
はACR１によつて運転されていることになる。
このような状態で、何らかの事故が発生して、直
流電圧が低下すると、レベル検出器３０が動作し
て、スイツチ３２がオン、スイツチ３１がオフと
なり、今度はACR２が動作して、先の例では、
直流電流が100Aになるように制御される。

第５図についても、同様の考え方を適用すれば
良いので、説明は省略する。

(e) 発明の作用さて、第４図及び第５図を第１図の直流４端子
送電に適用した場合の特性図を第６図に示す。即
ち、第２図、第４図に対応するものである。第６
図における定常状態の動作点をP₁〜P₄で示す。
第６図より、下記のことがわかる。

(1) 電圧を決定している変換装置は、REC２で
ある。即ち、REC２がAVR運転を行ない、残
りの変換装置はACR１運転を行なう。

(2) 電流設定値及び各変換器に流れる電流値に関
しては、前記した式及び式が成立する。

さて、いまREC２が事故停止した場合を考え
る。例えば、第１図のＦの地点で地絡が発生し、
直流しや断器１５をしや断して、REC２を停止
したような場合である。このとき動作点は、第７
図の特性図に示すP₁，P₃，P₄となる。即ち、第
７図において、電圧決定端子がINV１に移行し、
REC１、INV２がACR１運転を行なうことにな
る。このとき、第７図における電流設定値に関し
ては、前記した式は成立するが、式は成立し
なくなる。しかしながら、このシステムは安定に
運転可能である。出願者は既に、第７図に示す制
御特性図をもつたシステムが安定に運転できるこ
とをデイジタルシミユレーシヨンで実証済であ
る。以下、この理由について説明する。

特公昭43−8641号公報のものは、安定条件を確
保する為に電流マージンの概念を導入したが、安
定である為には前記式が必要不可欠であつた。
即ち、前記式が成立しなくなると云うことは、
逆変換装置が必要としている電流値を順変換装置
が供給できなくなつて、逆変換装置が自から己れ
の電圧を立ち下げて必要な電流を確保しようとし
て最終的にシステムの直流電圧を零にしてしまう
為である。このことは、換言すれば、順、逆変換
装置を問わず、すべての変換装置が定電流制御を
行ない、全く協調のとれない電流設定値によつて
運転されることになるからである。

次に、特開昭51−66455号公報のものは、電流
マージンと云う概念に更に電圧マージンと云う概
念を付加したが、制御特性図第２図及び第３図を
比較すれば明らかなごとく、本質的には同じもの
である。即ち、第２図においては、電圧を決定す
る端子（REC２）の変換用変圧器の２次側電圧
をタツプ制御により、他のすべての端子の変換用
変圧器の２次側電圧よりも小さくすることにより
電圧決定端子を決定しているが、第３図は、タツ
プ制御によらず、定電圧制御回路を設けて、電圧
を決定する端子（REC２）の電圧設定値を他の
すべての端子の電圧設定値より小さくすることに
より電圧決定端子を決定すると云うことであるの
で、特開昭51−66455号公報も、特公昭43−8641
号公報と同じ理由によりシステム不安定となる。
特開昭51−66455号公報と特公昭43−8641号公報
の相違点は、通常タツプ制御は、１タツプ動作さ
せるのに数秒かかるのに対して、伝送回線を用い
て集中制御すれば、高速制御できると仮定してい
る点である。

しかしながら、本発明では、各端子の電圧設定
値は各々異なる為に、第７図の特性図より明白な
ごとく、例えば、電圧決定端子（REC２）が事
故停止しても、INV１が、自動的に電圧決定端
子となつて、定電圧制御を行なう為に、特公昭43
−8641号公報や特開昭51−66455号公報のように、
すべての変換装置が全く協調のとれない電流設定
値によつて定電流制御を行なうことはないので安
定である。

このことは、本発明の制御装置においては、或
る変換装置などの事故停止がシステム停止を招く
ことがなく、高速の伝送回線は必ずしも必要な
く、又、集中制御装置の不具合によりシステム停
止することもないと云うことを意味している。

次に、転流失敗について考案する。いま、第１
図において、逆変換装置１１（INV１）に接続
された交流系統３の電圧が、何らかの要因で低下
して、その結果INV１が転流失敗したとする。
このとき、前述したごとく、特公昭43−8641号公
報、特開昭51−66455号公報の方式ではREC１及
びREC２の電流は、すべてINV１に流れ込み、
INV１は過電流となつて、例え交流系統３の電
圧が回復してもINV１は起動不能となる。しか
しながら、本発明においては、INV１は全く問
題無く起動することができる。この理由を第６図
の制御特性図を用いて説明する。INV１が転流
失敗すると、REC１及びREC２の電流が、すべ
てINV１に流れ込むが、転流失敗は、直流短絡
と同じであるので、直流電圧はほぼ零である。こ
のことは、第６図の制御特性図において、すべて
の変換装置は、ACR２運転へ移行し、直流電圧
は、ほぼ零となつて、INV１には、最大Idpr′1と
Idpr′2との総和に等しい電流しか流れないと云う
ことである。従つて、Idpr′1及びIdpr′2として電
流が断続しない程度の小さな値を予め設定してお
けば、交流系統３の電圧回復とともにINV１は
起動することができる。即ち、電流値が小さい為
に、転流重なり角が小さく、従つて、十分な余裕
角を確保することができる。このことは、INV
２についても同様である。このことは、小さな電
流が流れていると云う条件を除けば、全く電流が
流れていない状態から、システムを起動する、即
ち最初にシステムを起動することと同じことであ
るので全く問題なく起動することができる。

尚、第６図における、右下がりの直線ａ，ｂ
は、第４図には、図示していないαの最小値リミ
ツタによるものであり、直線ｃ，ｄは定余裕角制
御によるものである。

(f) 変形例第８図は、第１図における逆変換装置１１
（INV１）が定電圧制御（AVR）運転を行ない、
残りのすべての変換装置が第１の定電流制御
（ACR１）によつて運転される場合の制御特性図
である。動作点はP₁〜P₄の点である。このよう
な場合にも、先に述べたことと全く同様の効果を
有することは明らかであろう。

又、これまでは、第１図の直流４端子送電系統
図を用いて説明を行なつたが、本発明が直流４端
子に限定されるものではなく、一般的に多端子と
云う系統構成、更に、変換器並列の２端子送電に
も適用可能であることは云うまでもない。更に
又、従来の２端子送電にも適用可能である。この
ことは、多端子の建設過程を考慮すると本発明が
非常に有効であることを意味するものである。

更に、又、第４図において、直流電圧が所定値
以下に低下したときにACR２を選択させる手段
としては、種々の方法が考えられる。例えば、ス
イツチ３１，３２、最大値選択回路２９などは設
けず、直流電圧の低下を検出したら、加算器２
１，２２にαが大となる方向に、バイアスを加え
る方法もある。いずれにしても、本発明の主旨
は、第６図のような制御特性を実現することにあ
るのでその実現手段は前述実施例に限定するもの
ではない。

(g) 総合的な効果以上説明したように、本発明によれば、すべて
の変換装置に、第１及び第２の定電流制御回路、
定電圧制御回路を設け、更に逆変換装置には、定
余裕角制御回路を付加し、定電圧制御を行なう変
換装置以外のすべて変換装置の定電圧制御回路の
電圧設定値は、前記定電圧制御を行なう変換装置
の電圧設定値よりも小さく設定し、且つ各々の電
圧設定値は互いに異なる値に設定するとともに、
第２の定電流制御回路は少なくとも、定常状態に
おける直流電圧値以下の直流電圧値でのみ動作す
るように構成することにより、或る変換装置の事故停止に伴なうシステム停
止が防止できる。

直流しや断器を有効に活用できる。

伝送回線への依存度を低減することができ
る。

集中制御装置への依存度を低減するこができ
る。

転流失敗に伴なうシステム停止が防止でき
る。

と云う、多数の著しい効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、直流４端子送電系統図、第２図は、
従来の制御特性図、第３図は、従来の他の制御特
性図、第４図、第５図は、本発明の一実施例を示
す制御ブロツク図、第６図、第７図、第８図は、
本発明の制御特性図を示す。１〜４……交流系統、５〜８……変換用変圧
器、９〜１０……順変換装置、１１〜１２……逆
変換装置、１３〜２０……直流しや断器、２１〜
２３……加算器、２４……定電圧制御回路、２５
〜２６……定電流制御回路、２７……最大値選択
回路、２８……最小値選択回路、２９……最大値
選択回路、３０……レベル検出回路、３１，３２
……スイツチ、３３〜３５……加算器、３６……
定電圧制御回路、３７〜３８……定電流制御回
路、３９……最大値選択回路、４０……最小値選
択回路、４１……定余裕角制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１複数台の変換装置から成る直流多端子送電設
備において、全変換装置がそれぞれ定電圧制御装
置を具備し、順変換装置として動作する変換装置
の定電圧設定値の最小値を、逆変換装置として動
作する変換装置の定電圧設定値の最大値よりも大
きく設定し、且つ順変換装置として動作する変換
装置は、定電圧設定値よりも低い電圧に対し電流
が第１の定電流設定値以上にならないように制御
する第１の定電流制御装置及び前記定電圧設定値
よりも高い電圧及び所定の直流電圧値以下に対し
電流が第２の定電流設定値以下にならないように
制御する第２の定電流制御装置、及び逆変換装置
として動作する変換装置は、定電圧設定値より高
い電圧に対し電流が前記とは異なる第１の定電流
設定値以上にならないように制御する前記とは別
の第１の定電流制御装置及び前記定電圧設定値よ
りも低い電圧に対し電流が前記とは異なる第２の
定電流設定値以下にならないように制御する前記
とは別の第２の定電流制御装置を具備することを
特徴とする直流多端子送電設備の制御装置。