JPS5895935A - 直流多端子送電設備の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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シ系統か
ら解列しても、系統を安定に維持で亀る直流多端子送電
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。

＠１図は、本発明が適用し得る直流４端子送電系統図で
あって、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゜１１は逆変換装置、ＪＪ〜
２ａは直流し中断器である。

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
し危い伝送系を介して中央側−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４え
る必要がある。ｔた、逆に緊急時には、中央制御装置及
び伝送系に麺らずに各肇換装置の直流電圧、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ぐればなら
ない。特に直流し中断器の開発が行なわれるにつれて、
高速に故障箇所を切シー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ってきている。

さて、直流多端子の制御方式としては、養分Ｗｓ４３−
８６４１号会報、４１開１１１ｉ５１−６６４５５号公
報が嵐〈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
端子送電に拡張し友ものであ夛、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
−をＲＥＣＩ、順変換装置１０をＲＩＣＩ　、逆変換装
置１１をＩ）ＪＶ　Ｊ、逆変換装置１２をＩＮＶ　Ｊと
し、翼ＥＣ１、１ＬＥｃ　ｊの定電流制御回路の電流設
定値をそれぞれ夏りｒｌ　、　Ｉｄｐｒ２及び実際にＲ
ＩＣＪ　ｖＲＥＣＪに流れる電流値をＩｄｒｌ　、　！
ａｒｔ又Ｉ）ＪＶ　ｉ　。

ＩＮＶＪの定電流制御回路の電流設定値を１４ｐＨ。

Ｉｄｐｉ２及び実際ＫＩＮＶｉ、ＩＮＶＩＩＩＣ流れテ
ィる電流値をＩｄｉｌ　、　ＩｄＨ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、Ｐ、、Ｐ冨、ｐｍ、ｐ、である、即ち、ＲｆｆｉＣ
Ｊカミ圧を決定し、他（Ｄ　ＲＥＣＪ　、　ＩＮＶ　Ｊ
　、　ＩＮＶ　Ｊは、定電流制御を行なっている。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。

（■すｒｌ＋Ｉｄｐｒり−（夏りｉｔ＋ＩｊｐＨ）−ｊ
Ｉ≧０・・・■（ｌ１ｒｌ　＋　Ｉｄｒ２　）ｘ（Ｉｄ
ｉｌ　＋Ｉ！１２　）　　　　−・＝■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
を引い友値（以下、電流マージンと称す。■式における
）！であゐ、）が正又は零でなければならない。

さて、この方式に紘、下記のような欠点がある０例えば
、電圧決定端子であるＲＥＣ１が事故を起して停止した
場合、安定条件０式が成立しなくなる為、すべての変換
卦は停止しなければならないことである。換言すれば、
成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１１８ｇ＄　１−６６４５５号公報の特性図
を鮪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、前述した電流マーノンの概念の他に、更に、電
圧マージンの概念を導入したものであシ、成る変換装置
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
）も、予め定められた電圧マージン（以下、４ｖ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ＲＥＣＪ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、システム停止に散る。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５１−６６
４５５号公報では、集中制御装置を設け、この集中制御
装置に１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、ＲＩＣｊ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、残シの錐全な変換装置に、
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ｆｆ１ｌにおい
ては、立地難などの問題によシ望むべくもない。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＠線などは使用されておらず、信Ｍ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′
＆為信頼度、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
九場合には、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り夛、例えば、逆変換装
置に接続された交流系統の電圧低下、波形歪などがあシ
、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０Ｍ／外国の文献によ
れば、かなｐの調度で発生している。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夛、′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、北海道一本
州直流送電設備では、短時間、逆変換装置をパイイスペ
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
軽故障又は重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。例数なら、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、１Ｎｖ１（逆
変換装置ＪＪ）が転流失敗すると、ＲＥＣ１、ＲＩＣ！
’の電流は、すべてＩＮＶ　Ｊに流れ込むので、ＩＮＶ
Ｊは２００−の過電流となシ、ＩＮＶ　Ｊは無負荷運転
となる０問題ａ、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、コスト的にも問題表い。）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６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、ＩＮＶ　１は、
もはや起動不能である。即ち、２００１Ｃ）電流が流れ
ているので、転流重な）角が大幅に増加し、余裕角不足
となって転流できガい、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０以上のこと
は、従来の直Ｒ２端子にお１ては、軽故障であり九転流
失敗が、直流多端子におじでは、重故障となシ、且つ転
流失敗が、かなシ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
。

（４＋）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
たものであって、成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。

（−）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
ック図で、第４図は、順変換装置の制御ブロック図、第
５図は、逆変換装置の制御ブロック図である。

第４図において、２１〜２３は加算器で、各各般定値と
検出値が入力される。２４は、定電圧制御回路（以下、
ム■と略記する。）２５は、第１の定電流制御回路（以
下、ムＣＲＪと略記する。）２６は、第２の定電流制御
回路（以下、ＡＣＲＪと略記する。）でＴｏ夛、２１は
最大値選択回路であ夛、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方信号を自動的に選択
する回路であ）、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、２ｐは、２
１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り九ことを検出するレベル検
出器である。又、ＪＪ、ＪＪはスイッチで、このスイッ
チは、前記レベル検出器の出力信号に応動し、出力信号
が、ロジックレベル″″１”になったとき、即ち、前記
レベル検出器ｓｕｎ、直流ぐ− 電圧の低下を検出し九ときには、スイ゛景ツチＪ１はＯ
ＦＦ　、スイッチＪ２はＯＮとなる。第５図も、第４図
とほぼ同じ構成であシ、ＪＪ〜３５は加算器、７ｇはム
■、ＪｌはＡＣＲＪ、ｚａはムＣＲ２，３＃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４１（以
下、ＣＩＣＲと略記する。）が設叶られている。又、Ｖ
ｄｐｒ、Ｖｄｒはそれ、それ順変換装置の電圧設定値及
び電圧検出値を示し、Ｖｄｐｉ　、　Ｖｄｌ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すｒ。

Ｉｄｐｒ’　ｐ　Ｉｄｒは、それぞれ順変換装置のムＣ
ＲＪの電流設定値、ＡＣＲｊの電流設定値、電流検出値
を示し、ｌ櫨ｐｔ、を櫨ｐｉ’　ｐ　Ｉ＋ｌｌｉ線、そ
れぞれ逆変換装置０ＡＣＲＪの電流設定値、ムＣＲｊの
電流設定値、電流積、出値を示す、ｖＡＣは、交流系統
電圧である。第４図のスイッチ３１又は７７０Ｏ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／？ルスが決定される。

さて、このように構成された！ＩＩＩ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、ムＣＲ
１によりて運転させるものとする０例えば、電流ｔ−１
０００ム流すものとすれば、ＡＣＲｌのｌ１ｐｒは、１
０００ム流すのに最適な値に設定されることになる、こ
のとき、ムＶＲのＶｄｐｒとしては、例えば定格２５０
ｋＶｇ対して％　２３０ｋＶの定電圧制御を行なう様に
設定する。更にムＣＲ２のｌ１ｐｒ−は、例えば１０（
）ムの定電流制御を行なう様に設定する。上−〇ごとく
設定ｆ′れば、先ずＡ■の出力は、設定値２３０　ｋＶ
に対して、検出値が２５０　ｋＶであるので負とな、シ
（実際の設備で唸、出力リミタｌによりて、αの最小値
となる。）、−大値選択回路２ｒにより、ＡＣＲ″出力
が選択さｉる・次に・ＡＣＲ２の出力は・設定値１００
ムに対して、検出値が１０００ムであるので、αが大き
くなシ（実際の設備では、出力リミッタによって、αの
最大値となる。）、結局、最小値選択回路Ｚａの出力と
しては、ムＣＲＪの出力が選択され、最大値選択回ｙｒ
ｚｓの出力としては、ムＣＲｊの出力が選択されている
。

定常状ＩＩ（定格電圧）では、レベル検出器３０は、不
動作、従ってスイッチＪ１がオンして、スイッチＪ２が
オフであるから、結局午Ｏ変換装置はムＣＲ１によって
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、スイッチＪ２がオン、スイッチ１１
がオフとなり、今度はムＯＲｊが動作して、先の例では
、直流電流が１００ムになるように制。

御される。

第Ｓ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。

（・ｙ　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ＭＩＯ動作点をＰｉ−’−Ｐ、で
示す、第６図よシ、下記のことがわかる。

（１）電圧を決定している変換装置は、ＲＥＣＪである
。即ち、　ＲＥＣＪがＡＶＲ這転を行ない、残）の変換
装置はＡＣＲＪ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０式及び０式が成立する。

さて、いｆｉ　ＲＥＣｊが事故停止した場合を考える０
例えば、第１図のｙの地点で地絡が発生し、ト。

直流し中断器１５をし中断して、ＲＫＣｊを停止しえよ
うな場合である。このと亀動作点は、第７図の特性図に
示すＰＨｅ　Ｐ畠＃　Ｐ４となる。即ち、第７図におい
て、電圧決定端子がＩＮＶ　Ｊ　Ｋ移行し、ＲＩＣＣＪ
　、　ＩＮＶ　ｊがＡＣＲ１這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
し九■式は成立するが、０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、鯖７図に示す制御特性図をもったシステムが
安定に運転でをることをディジタルシミ為し−ジ璽ンで
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九が、安定である
為には前記■式が必要不可欠であった。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って、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って運転されるこ
とになるからである。

次に、特開昭５１−６６４１）Ｓ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、餉御特性図第２図及び・第３図を比較すれば
明らか表ごとく、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（ＲＫＣＪ　）の
変換用変圧器の２次側電圧をタップ制御によシ、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
ることによシミ圧決定端子を決定しているが、第３図は
、タップ制御によらず、定電圧制御回路を設けて、電圧
を決定する端子（ＲＥＣｊ）の電圧設定値を他のすべて
の端子の電圧設定値よシ小さくすることＫよシミ圧決定
端子を決定すると云うことであるので、特開昭５１−６
６４５５号公報も、特公昭４３−８６４１号公報と同じ
理由によシシステム不安定となる。４Ｇ開昭５１−６６
４５５号公報と養分１１ｆｉ４３−８６４１号公報の相
違点は、通常タップ制御は、１タップ動作させるのに数
秒かかるＯ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蝋している点である。

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図の特性図よシ明白なごとく、例え
ば、電圧決定端子（ＲＥＣ２）が事故停止しても、ＩＮ
Ｖｚが、自動的に電圧決定端子となって、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って定電流制御を行なう
ことはない６で安定である。

このことは、本発明の制御装置においては、成る変換装
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本々いと云うことを
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Ｊ　Ｊ　（ＩＮＶ　Ｊ　）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ＩＮＶ　１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ＲＥＣＪ及びＲＥＣ１の電
流は、すべてＩＮＶ　Ｊに流れ込み、ＩＮＶ　Ｊは過電
流となって、例え交流系統３の電圧が回復して、もＩＮ
ＶＪは起動不能となる。しかしながら、本発明において
は、ＩＮ′ｖ１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。　Ｉ
ＮＶ　Ｊが転流失敗すると、ＲＥＣ１及びＲＥＣ１の電
流が、すべてＩＮＶ　Ｊに流れ込むが、転流失敗は、直
流短絡と同じであるので、直流電圧はは埋零である。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、ＡＣＲ１運転へ移行し、直流電圧は、ｔｌぼ零
となって、ＩＮＶ　Ｊには、最大１１ｐｒ’１とＩｄｐ
ｒ’２との総和に等しい電流しか流れないと云う仁とで
ある。従って、Ｉ纏ｐｒ’ｌ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Ｊの電圧回復とともＫ　ＩＮＶ　Ｊは起動する
ことができる。即ち、電流値が小さい為に、転流重なシ
角が小さく、従って、十分な余裕角を確保することがで
きる。このことｄ、ＩＮＶＪについてもＭａｌ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
おるので全く間組なく起動することができる。

尚、第６図における、右下がシの直線■、■は、第４図
には、図示していないαの最小値リミッタによるもので
あル、直線ω、■は定余裕角制御によるものである。

（１）変形例 第８図は、第１図における逆変換装置１１（ＩＮＶ　Ｊ
　）が定電圧制御（ムＶＲ）運転を行ない、残シのすべ
ての変換装置が第１の定電流制御（ムｅｌｌ　１　）に
よって運転される場合の制御４Ｇ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、雛１図の直流４端子送電系統図を用い
て説明を行なりたが、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％、、変
換器着列の２端子・送電にも適用可能であることは云う
までもな−。

更に又、従来の２端子送電にも適用可能である。

この仁とは、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
下したときにムＣＲＪを選択させる手段としては、種々
の方法が考えられる０例えば、スイッチＪＩｔ１２、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ｚｘ、ｘｘ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。

（ｆ）ａ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、定電圧制御を行危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シも小さく設定し、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
することによ如、 ■成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。

■直流し中断器を有効に活用できる。

■伝送（２）線への依存度を低減することがで自る。

■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１ＷＪ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
、１５図は、本発明の一実施例を示す制御ブロック図、
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・・・直流し中断器、２１〜２Ｊ・・・加
算器、２４・・・定電圧制御回路、２５〜２６・・・定
電流制御回路、２１−・最大値選択回路、２＃・・・最
小値選択回路、ｘｍ−・・最大値選択回路、１０・・・
レベル検出回路、３１．３２・・・スイッチ、３１〜ｓ
ｉ・−加算器、Ｓ＃・・・定電圧制御回路、ＪＦ〜Ｊ＃
・・・定電流制御回路、３ｆｔ・・・最大値選択回路、
４０−・最小値選択回路、４１・・・定余裕角制御回路
。 第１図 第２図 （ＲＥＣｌ）　　［ＲＦｅ５）　　　（ＩＮＶｌ）　　
　［ＩＮＶ２）第３図 （ＲＥＣｌ）　　　（ＲＦｅ５）　　　（ＩＮＶＩＩ　
　　　［ＩＮＶ２］第４図 第５図 第６図 ［ＲＥＣ１］　　（ＲＥＣ２］　　（ＩＮＶＩＩ　　　
［ＩＮＶ２１第７０ ［ＲＥＣ１］　　　［ＲＥＣ２］　　（ＩＮＶＩ）　　
［ＩＮＶ２１第８図

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）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
   シ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
   定電流制御装置を具備することを％像とする直流多端子
   送電設備６制御装置。