JPH0789716B2

JPH0789716B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH0789716B2
Application number: JP61269377A
Authority: JP
Inventors: 晴久井野口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS63124725A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は二つの交流系統の連繋あるいは直流送電に使用
される電力変換装置に関する。

（従来の技術）第９図はこの種の従来の電力変換装置の構成を示すブロ
ック図である。同図において、交流系統1aには、しゃ断
器2a及び変圧器3aを介して、順変換動作をする他励式電
力変換回路4aの交流側が接続される一方、交流系統1bに
は、しゃ断器2b及び変圧器3bを介して、逆変換動作をす
る他励式電力変換回路4bの交流側が接続されており、さ
らに、これらの電力変換回路4a,4bの各直流側が直流リ
アクトル5a,5bを挿設した直流送電線６によって相互接
続されている。そして、これらが電力変換装置の主回路
を構成している。

なお、電力変換回路4aは第10図に示すようにサイリスタ
4U,4V,4W,4X,4Y,4Zをグレーツ接続したものでなり、も
う一つの電力変換回路4bもまたこれと全く同様に構成さ
れている。

一方、電力変換回路4aを制御するために、その直流側に
設置される変流器11の出力に基いて直流電流を検出する
直流電流検出器12と、しゃ断器2b及び変圧器3b間に設置
される変成器13、変流器14の出力に基いて有効電力を検
出する有効電力検出器15と、融通電力設定器16の融通電
力基準値P_dpを一方入力、有効電力検出器15の融通電力
検出値P_dを他方入力として両者の差から直流電流基準値
I_dpを出力する融通電力制御回路17と、この直流電流基
準値I_dpを一方入力、直流電流検出器12の直流電流検出
値I_dを他方入力として両者の偏差分に対応した電流信号
を出力する直流電流制御回路18と、この電流信号から電
力変換回路4aのサイリスタ4U〜4Zの点弧タイミングを決
定して点弧パルスを発生する位相制御回路19及びこの点
弧パルスを増幅してサイリスタ4U〜4Zのゲートに与える
パルス増幅回路20とが設けられている。

また、電力変換回路4bを制御するべく、転流失敗を防止
するための余裕角を確保する余裕角制御回路21と、この
余裕角制御回路21の出力から電力変換回路4bのサイリス
タ4U〜4Zの点弧タイミングを決定して点弧パルスを発生
する位相制御回路22及びこの点弧パルスを増幅して電力
変換回路4bの各サイリスタのゲートに与えるパルス増幅
回路23とが設けられている。

第11図は融通電力制御回路17の具体的な２つの構成例で
あり、同図（ａ）に示したように、融通電力設定器16の
融通電力基準値P_dpから有効電力検出器15の有効電力検
出値P_dを引き算する加算器171と、その差分を増幅する
融通電力調整器172とで構成されたものと、同図（ｂ）
に示したように、さらに、融通電力設定器16の融通電力
基準値P_dpを直流電圧設定器25の直流電圧基準値E_dpで割
算する割算器173と、前記融通電力調整器172の出力に割
算器173の出力を加算する加算器174を付加したものとが
ある。

第12図は直流電流制御回路18の詳細な構成を示したもの
で、融通電力制御回路17の直流電流基準値I_dpから直流
電流検出器12の直流電流検出値I_dを引き算する加算器18
1と、この加算器181の出力を増幅する直流電流調整器18
2とで構成されている。

上記構成により、例えば、交流系統1aから交流系統1bへ
電力を融通するために、融通電力設定器16によって電力
量を設定すると、電力変換回路4aが電力の順変換動作
を、電力変換回路4bが電力の逆変換動作をそれぞれ行う
が、このとき、融通電力設定器16の融通電力基準値P_dp
と有効電力検出器15の有効電力検出値P_dとが融通電力制
御回路17に入力され、ここで、電力偏差分に対応する直
流電流基準値I_dpに変換される。次に、この直流電流基
準値I_dpと直流電流検出器12の直流電流検出値I_dとが直
流電流制御回路18に入力され、ここで両者の偏差分が増
幅されて位相制御回路19に加えられる。位相制御回路19
は電流偏差信号から電力変換回路4aを構成するサイリス
タの点弧タイミングを決定して点弧パルスを発生する
と、パルス増幅回路20がこの点弧パルスを増幅して電力
変換回路4aに加える。

かくして、電力変換回路4aは融通電力基準値P_dpに従っ
て交流系統1aから交流系統1bへ電力を供給する。

一方、余裕角制御回路21は、例えば特公昭58−469596号
公報等で公知であるためその詳しい説明を省略するが、
その出力に応じて位相制御回路22が点弧パルスを出力
し、パルス増幅回路23がこの点弧パルスを増幅して電力
変換回路4bに加える結果、電力変換回路4bの直流側電圧
が決定されて安定な電力変換運動が継続される。

（発明が解決しようとする問題点）上記従来の電力変換装置においては、交流系統1a,1b間
での融通電力、すなわち、有効電力の制御はできるけれ
ども、無効電力が制御できないという問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、電力の融通に際して無効電力をも制御することので
きる電力変換装置の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、交直変換（又は直交変換）する交流側が第１
の交流系統に接続された第１の電力変換回路と、直交変
換（又は交直変換）する直流側が第１の電力変換回路の
直流側に接続され、交流側が第２の交流系統に接続され
た自励式の第２の電力変換回路と、第１の交流系統から
第２の交流系統へ（又は第２の交流系統から第１の交流
系統へ）融通する電力を設定された電力基準値に追従さ
せるように第２の電力変換回路の出力電圧位相を制御す
る融通電力制御回路と、第２の電力変換回路から第２の
交流系統へ（又は第２の交流系統から第２の電力変換回
路へ）供給する無効電力を設定された無効電力基準値に
追従させるように第２の電力変換回路の制御率を制御す
る無効電力制御回路と、第１及び第２の電力変換回路間
の直流電圧を設定された定格直流電圧相当の電圧基準値
に追従させるように第１の電力変換回路の制御率を制御
する直流電圧制御回路とを備え、少なくとも第２の電力
変換回路は波形の中央に対し左右対称のパルス幅変調波
を生じるパルス幅変調制御を行うものである。

（作用）以下、本発明に係る融通電力制御、無効電力制御及び直
流電圧制御の相互の関連について説明した後で、その作
用を説明する。

融通電力は、送電端から受電端に送電する有効電力であ
る。有効電力をどの程度送電するかは系統運用の問題で
あり、一般に交流系統等では電力会社の中央給電所から
発電所にどの程度の有効電力を発電するかという指令が
発せられて運用されている。一方、無効電力は、変電所
等において交流系統の電圧を監視し、電圧が低下すれ
ば、調相設備のコンデンサを投入して電圧を上昇させて
いる。

即ち、有効電力と無効電力との間には、密接な関連があ
るわけではない。いずれも系統の運用の問題であり、直
流送電の場合も同様に、融通電力は中央給電所からの指
令、すなわち、融通電力基準値が決定される。また、無
効電力も自励式変換器の交流側の電圧を監視し、適切な
無効電力基準値が決定される。

さらに、直流電圧は定格電圧で直流送電系を運転した方
が好ましい。他励式電力変換器で構成される直流送電系
はこれらの意味からも、一定の直流電圧で運転されるの
が一般的である。

因みに、特開昭59−37848号公報では、無効電力を制御
するために、直流電圧を制御する必要があるから、無効
電力制御と直流電圧制御とは密接な関連を持つが、本発
明においては、第１の電力変換回路の制御率を制御して
直流電圧を定格直流電圧相当の基準値に制御しつつ、第
２の電力変換回路の位相角を制御して融通電力を、第２
の電力変換回路の制御率を制御して無効電力をそれぞれ
制御する構成になっているので、有効電力制御、無効電
力制御及び直流電圧制御の間の関係を考慮することなく
独立に制御することができる。

また、本発明においては、波形の中央に対し左右対称の
パルス幅変調波を生じるパルス幅変調制御により無効電
力及び有効電力を制御しているので、制御率の変化に起
因する位相の変化を抑えることができることから、無効
電力制御の有効電力に与える影響を未然に防止すること
ができる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
り、図中、第９図と同一の符号を付したものはそれぞれ
同一の要素を示している。ここで、従来装置と大きく異
なる点は、他励式電力変換回路4bの代わりにパルス幅制
御が可能な電圧形の自励式変換回路７を設け、その位相
及び制御率を制御するようにしたこと、電力変換回路4a
を直流電圧制御に用いることにある。

このうち、電力変換回路７は第２図に詳細な構成を示す
ように、ダイオード7DU,7DV,7DW,7DX,7DY,7DZがそれぞ
れ逆並列接続されたGTO素子7GU,7GV,7GW,7GX,7GY,7GZを
グレーツ接続したものでなり、さらに、その直流側の端
子間にコンデンサ7Cが接続されている。

また、電力変換回路4aを制御するために、その直流端子
間に接続された直流電圧変成器８の出力に基いて直流電
圧を検出する直流電圧検出器24が設けられている。そし
て、直流電圧設定器25の電圧基準値E_dpを一方入力とす
る直流電圧制御回路26の他方入力として直流電圧検出器
24の電圧検出値E_dが加えられている。また、直流電圧制
御回路26には前述した位相制御回路19及びパルス増幅回
路20がこの順に接続され、パルス増幅回路20の出力パル
スが電力変換回路4aのサイリスタに加えられる。

一方、電力変換回路７を制御するために、前述した有効
電力検出器15の他に、無効電力検出器27も設けられてい
る。このうち、有効電力検出器15は融通電力設定器16と
ともに融通電力制御回路28に接続されている。この融通
電力制御回路28は両者の出力差を増幅して出力する。

また、無効電力検出器27は無効電力設定器29とともに無
効電力制御回路30に接続されている。この無効電力制御
回路30は両者の出力差を増幅して出力する。

次に、融通電力制御回路28及び無効電力制御回路30は、
電力変換回路７のオンパル、オフパルスのタイミングを
決定するためのパルス幅位相制御回路31に接続され、こ
のパルス幅位相制御回路31の出力がパルス増幅回路23を
介して電力変換回路７に加えられるようになっている。

第３図は直流電圧制御回路26の詳細な構成を示すブロッ
ク図で、直流電圧設定器25の電圧基準値E_dpから直流電
圧検出器24の電圧検出値E_dを引き算する加算器261と、
その差分を増幅して出力する直流電圧調整器262とで構
成されている。

第４図は融通電力制御回路28の詳細な構成を示すブロッ
ク図で、融通電力設定器16の融通電力基準値P_dpから有
効電力検出器15の電力検出値P_dを引き算する加算器281
と、その差分を増幅して出力する融通電力調整器282と
で構成されている。

第５図は無効電力制御回路30の詳細な構成を示すブロッ
ク図で、無効電力設定器29の無効電力基準値Q_dpから無
効電力検出器27の無効電力検出値Q_dを引き算する加算器
301と、その差分を増幅して出力する無効電力調整器302
とで構成されている。

上記の如く構成された本実施例の動作を、第６図、第７
図のベクトル図及び第８図のタイムチャートをも参照し
て以下に説明する。

先ず、第６図（ａ）に示すように、２つの交流電源101,
102がリアクトル103を介して接続され、このうち交流電
源101の電圧をｅ、交流電源102の電圧をe_s、リアクトル
103のリアクタンスをｘとして、交流電源101から交流電
源102に有効電力が供給されていたとすると、これらの
間の電圧及び電流は第６図（ｂ）のベクトル図で示す関
係にある。また、交流電源101から交流電源102に遅れ無
効電力が供給されていたとすると、これらの間の電圧及
び電流は第６図（ｃ）のベクトル図で示す関係にある。
しかして、交流電源101を電力変換回路７、交流電源102
を交流系統1b、リアクトル103を変圧器3bとし、電力変
換回路７から交流系統1bへ有効電力を供給するとすれば
第６図（ｂ）のベクトル図から明らかなように、電力変
換回路７の交流側電圧の位相を交流系統1bの電圧位相よ
りδだけ進ませればよく、遅れ無効電力を供給するため
には第６図（ｃ）のベクトル図から明らかなように、電
力変換回路７の交流側電圧を交流系統1bの電圧より大き
くすればよいことが判る。

かかる制御を行うべく、融通電力設定器16の融通電力基
準値P_dpと有効電力検出器15の融通電力検出値P_dとが融
通電力制御回路28に入力されると、加算器281によって
融通電力基準値P_dpから融通電力検出値P_dを引き算し、
次いで、融通電力調整器282がその差分を増幅して上述
の位相差δを示す信号をパルス幅位相制御回路31に加え
る。パルス幅位相制御回路31は、位相差δに対応したタ
イミングで、かつ、波形の中央に対し左右対称のパルス
幅変調波を生じるように、オンパルス、オフパルスを発
生する。これらのパルスはオン，オフパルス増幅回路23
によって増幅されて電力変換回路７を構成するGTO素子7
GU〜7GZに加えられる。

第８図は電力変換回路７の交流側の線間電圧を示したも
のであるが、融通電力基準値P_dpが増加したときには、
電力変換回路７はその交流電圧位相が交流系統1bの電圧
位相よりもさらに進むように制御され、逆に融通電力基
準値P_dpが減少したときには、電力変換回路７はその交
流電圧位相が交流系統1bの電圧位相よりも進み側に小さ
くなるように制御される。

この結果、電力変換装置の融通電力は融通電力の基準値
P_dpに追従するように制御される。

次に、無効電力の制御について説明する。自励式の電力
変換回路７の交流側には、この電力変換回路７を構成す
るGTO素子7GU〜7GZのオン状態、オフ状態に応じて、直
流電圧が表れる。従って、交流側の電圧波形には直流電
圧が断片的に現れ、第８図に示すように矩形波の集合体
となる。従って、交流電圧の大きさは直流電圧E_dに依存
する。また、電力変換回路７を構成するGTO素子7GU〜7G
Zのオン状態、オフ状態を制御しているで、オン状態に
なる時間によっても交流電圧は変化する、いま、半サイ
クル時間に対するイオン状態の比率を制御率ｋと定義す
れば、電力変換回路７の交流側電圧ｅは次式で表され
る。

ｅ＝ｋ・E_d …（１）そこで、第８図に示すように、半サイクル中に二つ現れ
るオフ状態の区間をφ（度）とすれば、電力変換回路７
の交流側電圧ｅは次式で表される。

今、交流系統1bに供給すべき無効電力を設定する無効電
力設定器29の出力、すなわち、無効電力基準値Q_dpと、
交流系統1bに供給されている無効電力を検出する無効電
力検出器27の出力すなわち、無効電力検出値Q_dとが無効
電力制御回路30に加えられると、第５図に示すように、
加算器301で加算されてその偏差分が無効電力調整器302
に入力される。無効電力調整器302は無効電力基準値Q_dp
と無効電力検出値Q_dとの偏差分を増幅してパルス幅位相
制御回路31に加える。パルス幅位相制御回路31は電力変
換回路７の交流側の電圧の大きさを制御するため、すな
わち、第８図に示したパルス幅φを決定するためのオン
パルス、オフパルスのタイミングを決定し、オン，オフ
パルス増幅回路23を介して電力変換回路７を構成するGT
O素子7GU〜7GZにオンパルス信号、オフパルス信号を送
出する。ここで、無効電力基準値Q_dpが大きくなったと
きには第８図に示すパルス幅φが小さくなるように、す
なわち、交流側電圧が大きくなるように制御され、反対
に、無効電力基準値Q_dpが小さくなったときにはパルス
幅φが大きくなるように、すなわち、交流側電圧が小さ
くなるように制御される。

かくして、無効電力は無効電力基準値に追従するように
制御される。

次に、直流電圧設定器25の電圧基準値E_dpと直流電圧検
出値E_dとが直流電圧制御回路26の加算器261に加えられ
ると、その差分が直流電圧調整器262に入力され、ここ
で増幅されて前述の位相制御回路19に加えられる。この
位相制御回路19は電圧偏差信号から電力変換回路4aを構
成するサイリスタの点弧タイミングを決定して点弧パル
スを発生する。そして、パルス増幅回路20はこの点弧パ
ルスを増幅して電力変換回路4aに供給する。

この結果、電力変換回路4a,7間の直流電圧が直流電圧設
定器25で決定される直流電圧基準値E_dpに追従するよう
に制御される。

なお、ここまでは説明の便宜上、電力変換回路７から交
流系統1bに有効電力を供給する例を示したが、逆に、交
流電力1bから電力変換回路７に有効電力を供給する場合
の電圧と電流との関係を示すベクトル図は第７図のよう
になる。このことから、交流系統1bから電力変換回路７
に、すなわち、交流系統1bから交流系統1aへ電力を融通
するには、電力変換回路７の交流側電圧位相を交流系統
1bの電圧位相より遅らせればよいことが判る。このこと
は、融通電力基準値P_dpを負にすればよく、換言すれ
ば、融通電力を制御するためには電力変換回路７の交流
側電圧と交流系統1bの交流電圧との位相差を上述の如く
制御すればよいことになる。ただし、電力の融通を受け
る系統の電力変換回路の向きは極性切換器等で正負を入
れ替える必要がある。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
直流側を相互に接続する第１及び第２の電力変換回路を
用い、例えば、第１の電力変換回路の交流側が接続され
る第１の交流系統から、第２の電力変換回路の交流側が
接続される第２の交流系統へ電力を融通するに際し、第
２の電力変換回路として自励式のものを用いると共に、
直流電圧を設定された定格直流電圧相当の電圧基準値に
追従させるように第１の電力変換回路の制御率を制御
し、電力基準値に追従させるように第２の電力変換回路
の出力電圧位相を制御し、無効電力基準値に追従させる
ように第２の電力変換回路の制御率を制御するようにし
たので、有効電力と併せて無効電力をも安定に制御する
ことができる。

また、本発明によれば、波形の中央に対し左右対称のパ
ルス幅変調波を生じるパルス幅変調制御により無効電力
及び有効電力を制御しているので、制御率の変化に起因
する位相の変化を抑えることができることから、無効電
力制御の有効電力に与える影響を未然に防止することが
できる。

さらに、第２の電力変換回路の交流側に接続された第２
の交流系統に対する無効電力を第２の電力変換回路の制
御率を変えて制御しているので、例えば、第２の交流系
統に対する無効電力を第１の電力変換回路を制御する場
合と比較すれば、第２の電力変換回路から第１の電力変
換回路まで無効電力の検出値を送信する通信系の障害対
策が不要になり、また、直流電圧を低くしたことに起因
する電力損失の増加を抑える効果がある。

さらにまた、本発明は、有効電力及び無効電力の両方を
制御する構成になっているので、従来の他励式電力変換
回路で構成された直流送電系統に、電圧形自励式電圧変
換回路を追設するだけで容易に多端子構成に拡張できる
という付随的な効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図乃至第５図は同実施例の主要素の詳細な構成を示す
ブロック図又は回路図、第６図及び第７図は同実施例の
動作を説明するための説明図、第８図は同実施例の動作
を説明するためのタイムチャート、第９図は従来の電力
変換装置の構成を示すブロック図、第10図乃至第12図は
この電力変換装置の主要素の詳細な構成を示す回路図で
ある。 1a,1b……交流系統、3a,3b……変圧器、4a,7……電力変
換回路、26……直流電圧制御回路、28……融通電力制御
回路、30……無効電力制御回路、31……パルス幅位相制
御回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交直変換（又は直交変換）する交流側が第
１の交流系統に接続された第１の電力変換回路と、直交
変換（又は交直変換）する直流側が前記第１の電力変換
回路の直流側に接続され、交流側が第２の交流系統に接
続された自励式の第２の電力変換回路と、前記第１及び
第２の電力変換回路間の直流電圧を設定された定格直流
電圧相当の電圧基準値に追従させるように前記第１の電
力変換回路の制御率を制御する直流電圧制御回路と、前
記第１の交流系統から前記第２の交流系統へ（又は前記
第２の交流系統から前記第１の交流系統へ）融通する電
力を設定された電力基準値に追従させるように前記第２
の電力変換回路の出力電圧位相を制御する融通電力制御
回路と、前記第２の電力変換回路から前記第２の交流系
統へ（又は前記第２の交流系統から前記第２の電力変換
回路へ）供給する無効電力を設定された無効電力基準値
に追従させるように前記第２の電力変換回路の制御率を
制御する無効電力制御回路とを備え、少なくとも前記第
２の電力変換回路は波形の中央に対し左右対称のパルス
幅変調波を生じるパルス幅変調制御を行うものである電
力変換装置。