JPH0127654B2 - - Google Patents

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
子送電系において、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系統の定電流制御装置に関す
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は支流系統、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け
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
定に運転継続可能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REC2、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I_dpr1、I_dpr2及び実際にREC1、REC2
に流れる電流値をI_dr1、I_dr2又INV1、INV2の定
電流制御回路の電流設定値をI_dpi1、I_dpi2及び実際
にINV1、INV2に流れてる電流値をI_di1、I_di2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。

（I_dpr1＋I_dpr2）−（I_dpi1＋I_dpi2）＝ΔI≧０ … （I_dr1＋I_dr2）＝（I_di1＋I_di2） … 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、システム停止に到
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、INV1（逆
変換装置１１）が転流失敗すると、REC1、
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、変換装置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。）長ち、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系統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、各々
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と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、２９
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、３１，３２
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、３
３〜３５は加算器、３６はAVR、３７はACR1、
３８はACR2、３９は最大値選択回路、４０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回路４１（以
下、CERと略記する。）が設けられている。又、
V_dpr、V_dr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、V_dpi、V_di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。I_dpr、
I_dpr′、I_drは、それぞれ順変換装置のACR1の電流
設定値、ACR2の電流設定値、電流検出値を示
し、I_dpi、I_dpi′、I_di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、交流系統電圧である。第
４図のスイツチ３１、又は、３２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。

先ず、第４図において、いま定帯状態におい
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
I_dpr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V_dpr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I_dpr′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２
９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、本発明の制御方式においては、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察する。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
I_dpr′₁とI_dpr′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、I_dpr′₁及びI_dpr′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、
INV2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，
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，は定余裕角制
御によるものである。

さて、ここでもつと詳細に考察する。いま、第
６図において、下記の式が成立しているとする。

I_dpr′₁＋I_dpr′₂＜I_dpi′₁＋I_dpi′₂… この状態において、先の例と同じく交流系統３
の電圧が低下して、その結果INV1が転流失敗し
た場合を想定する。このとき先に述べたごとく、
直流電圧は、ほぼ零となつて、すべての変換装置
は、ACR2運転に移行するが、式の条件が成立
している為にINV1、INV2は、REC領域に移行
して、そのまま安定状態となる。この状態で、前
記交流系統３の電圧が回復しても、この安定状態
からは、自動的にはもはや抜け出せず、例えば、
一般的にI_dpr′₁、I_dpr′₂を増加させなければ、元に
復帰できない。しかしながら、上記のごとく一時
的にI_dpr′₁、I_dpr′₂を増加させる方式は、増加させ
るタイミングが非常にむつかしく、伝送系などに
依存せざるを得ない形となり好ましくない。そこ
で、下記の式が成立するように、I_dpr′₁、I_dpr′₂、
I_dpi′₁、I_dpi′₂を設定する。

I_dpr′₁＋I_dpr′₂＞I_dpi′₁＋I_dpi′₂… このようにすれば、先の転流失敗時には、問題
なく元に復帰することができる。しかしながら、
例えば第７図に示すごとく、REC2は事故停止し
たような場合には、前記式では不十分である。
即ち、REC2を事故停止した場合、 I_dpr′₁＜I_dpi′₁＋I_dpi′₂ … となる可能性がある。従つて、下記の式が成立す
るようにI_dpr′₁、I_dpr′₂、I_dpi′₁、I_dpi′₂を設定す
る。

I_dpr′₁≧I_dpi′₁＋I_dpi′₂ … I_dpr′₂≧I_dpi′₁＋I_dpi′₂ … このようにすれば、転流失敗時にも、REC端
子の事故停止時にも全く問題ない。

(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。

(g) 統合的な効果 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の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
作するように構成し、各順変換装置の第２の定電
流制御装置の定電流設定値は、各逆変換装置の第
２の定電流制御装置の定電流設定値の総和よりも
大きく設定することにより、 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とがで
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 (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数台の変換装置から成る直流多端子送電系
   統において、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て電
   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とと
   もに、少なくとも各順変換装置の第２の定電流制
   御装置の定電流設定値は、各逆変換装置の第２の
   定電流制御装置の定電流設定値の総和よりも大き
   く設定することを特徴とする直流多端子送電系統
   の定電流制御装置。