JPS5895936A - 直流多端子送電設備 - 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】 本発明は、複数台の変換器から成る直流多端子送電系に
おいて、いずれかの変換器を事故等によル系統から解列
しても、系統を安定に維持で龜る直流多端子送電設備に
関する。

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＜ｍまれていゐ。

第１＃Ａ紘、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〜＃は変換用変圧器、
５ｔｘｏＢ順変換鋏置、１１゜１ｊは逆変換装置、１３
〜２０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〕高度な協調制御が会費となる。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。ｔ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ｍ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。％に直流し中断器の開発が行なわれるＫつれて、
高速に故障論所を切シ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費となってきている・さて、
直流多端子の制御方式としては、特公昭４３−８６４１
　ｔ＃開１８５１−６６４５５が良く知られている。養
分１１８４３−８６４１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ＩをＲＩＣ１、Ｉ［変換装置ｌ。

をＲＥＣ２、逆変換装置１１をＩＮＶＩ、逆変換装置ｉ
　；ｔ　ヲＩＮＶ　２とし、１ｌｌｃ　１　、　ＲＥＣ
２Ｏ定電流制御回路の電流設定値をそれぞれＩすｒｌ、
Ｉｄｐｔ２及び実１１Ｋｍｌｌｃ　１　、１１Ｃ２に流
れる電流値をＩｄｒｌ　＊　Ｉｄｒ２、又ＩＮＶ　１　
、　Ｉ）ＪＶ　２の定電流制御回路の電流設定値をＩｄ
）ｉｔ　、　Ｉｄ）１２　、及び実際ＫＩＮＶ１．ＩＮ
Ｖ２に流れ？、６電流値［−１４１１゜ｒｄｓ２と略記
する。さて、第２図において、定常状１１１における各
変換装置の動作点は、ＰＩ　ｅ　ＰｌｅＰＨ、Ｐ４であ
る。即ち、ＲＩＣ２が電圧を決定し、他０ＵＣＣ１、Ｉ
ＮＶ　１　、夏ＮＶ　２　ｄ、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丸めには、次の条
件が満足されなければなら碌い。

（夏４ｐｒ１＋Ｉｄｐｒｚ）　　−（Ｉｄｐｔ、＋Ｉｄ
ｐｔ２）＝ノＩ≧０・・・■（Ｉｄｒ１＋Ｉｄｒ２）ｚ
　（Ｉｄｉ１＋Ｉｌ量２）・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■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如大でな
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、■弐におけるΔ！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、以下に述べる欠点がある０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０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、
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＠５１−６１１４５５０′！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、災に、電
圧マージンの概念を導入したものであ）、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
り４、予め定められ圧電圧マージン（以下、ａ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
、０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ＲＩＣ２が事故を起して停止す
る場合を想定すると、この方式においなる為である。又
、轟然のことながら、０式も成立しなくなる・そζで、
特開＠５１−６４１４５５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、
装置することを提案している。即ち、先の例で、Ｒ］Ｃ
Ｃｊｌが事故停止し九場合、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、残如の健
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懺不町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１ｉ１１ｉ＆
の高いｉイタ９回線などＦ１使用されておらず、信＠度
の低い、又低速の電力線搬送が一般的であシ、上動のよ
うな高信ｌ１ｉｆ１高速の伝送回線を要求することは困
難である。

＃Ｉ２の問題は、前記集中制御装置の信Ｍ＆に係わる間
總である。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あシ、例えば、逆変換装置に接続
され九交流系統の電圧低下、波形歪などがあ〕、転流失
敗は必ず無視できない確率で発生することを念］［Ｋ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〕倒らかである。諸外国の文献によれは、か
なシのＳｍ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
のが普通であシ、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Ｆｉ短時間、逆変換装置をパイノ量スペア（以下
、ＩＰＰと略記する。）で運転して自動的に通常′Ｏ１
運転に戻す方式を採用してお〕、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。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、ＲＥＣ１、ＲＩＣ
Ｃ２の電流は、すべてＩＮＶＩに流れ込むので、ＩＮＶ
Ｉは２００−の過電流となシ、ＩＮＶ２は無負荷運転と
なる０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、コスト的にも問題はない、）
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、ＩＮＶＩは、
もはや起動不能である。即ち、２００１Ｇの電流が流れ
ているので、転流重な〕角が大＠に増加し、余裕角不足
となって転流できない、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、電圧がほは零の−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、軽故障であつ九転
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。

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
止を招くことすく、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を提供する
ことにある。

以下、本発明を図面を参照して説明する０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。

設定値と検出値などが入力盾れる。２６は反転アンプ、
２７はり建ツタ回路、２８は、定電圧制御回路（以下、
ＡｖＲと略記する。）、２９は、第１の定電流制御回路
（以下、ＡＣＲＩと略記する。）、３０は、第２の定電
流制御回路（以下、ＡＣＲ２と略記する。）であシ、３
１．３２は最小値選択回路であり、制御遅れ角（以下、
αと略記する。）が小さ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る。第５図も、第４図とは埋同
じ構成であシ、３３〜３５は加算器、３６はＡＶＩ、３
Ｆ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
に余裕角を一定圧制御する定電圧制御回路４１（以下、
ＣＢＲ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　、　Ｉｄｐｌ　、　Ｉｄｒ　　は、それぞれ
順変換装置ノ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、Ｉｄｐ
ｊ。

Ｉｄｐｒ　、　Ｉｄ鳳　は、それぞれ逆変換装置のＡＣ
Ｒ１（７）　［渡設定値、ＡＣＲ２の電流設定値、電流
検出値を示す。■ＡＣは、交流系統電圧である。第４図
の最小値選択回路３２の出力信号、＃Ｉ５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
ｉ４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、いま定常状態において、ＡＣＲ
Ｉによって運転させるものとする０例えば、電流を１０
００人流すものとすれば、人ＣＲＩのＩｄｐｒ　は、１
００ＯＡ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２５０
　ｋＶに対して、２３０ｋＶ　　の定電圧制御を行なう
様に設定する０ＩＫＡＣＲ２のＩｄｐ；は、例えば１０
０Ａ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ＡＶＨの出力は、設定値２３０　ｋＶ
に対して、検出値が２５０ｋＶであるのでαが非常に大
きくなり（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。）、最小値選択回路Ｓ１によｐ、ＡＣ
ＲＩの出力が選択される。

次に、ＡＣＲ２の出力は、設定値１００人に対して、検
出値が１００ＯＡであるので、αが大きくなり（実際の
設備では、出力り建ツタによって、ｑの最大値となる。

）、結局、最小値選択回路３２の出力としては、ＡＣＲ
Ｉの出力が選択されるＯ さて、定常状態（定格電圧）では、電圧基準値Ｖｏ　　
よりも検出値Ｖｄｒの方が大きいので、リミッタ回路２
７の出力電圧は零である。従って、装置はＡＣＲ１によ
って運転されていることになる。仁のような状態で、何
らかの事故が発生して、直流電圧が大幅に低下すると、
電圧基準値Ｖｏの方が検出値Ｖｄｒよシも大きくなるの
で、リミッタ回路２１の出力電圧は正となり、この正の
出力電圧は、加算器２２，１１４に印加されるので、あ
たかもＡＶＲ、ＡＣＲ１の検出値が増加した形となって
、ＡＶＲ、ＡＣＲ１の出力は大きくなる。その結果ＡＣ
Ｒ２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０ 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。

さて、第４図及び第５図を第１図の直流４端子送電に適
用し九場合の特性図を第６図に示九第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、ＲＩ！ｉｃ２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０式が成立する０さて、いｆｉ　
ＲＥＣ２が事故停止し九場合を考える。例えば、第１図
のＦの地°点で地絡が発生し、厘流し中断器１５をし中
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Ｐ、＃Ｐ、、Ｐ、
となる。即ち、第７図において、電圧決定端子がＩＮＶ
Ｉに移行し、ＲＩＣ１、ＩＮＶ２カムＣ１１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■式祉成立するが、■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っ
たシステムが安定に運転できることをディジタルシミ、
レージ。

ンで実証績である。以下、この理由について説明する。

特公昭４３−８６４１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けて
必要な電流を確保しようとじて最終的にシステムの直流
電圧を零にしてし櫨う為である。このことは、換言すれ
ば、職、逆変換装置を問わず、すべての変換装置が定電
ｌＸ１ｌＪ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−１＠５１−６６４５５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
Ｗ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、ｊｌＩ２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次側電圧をタッグ制御によシ、他のすべての端子の
変換用変圧器の２次側電圧よシ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、ｊｌＩ３図は、タッグ
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（ｉｇｃ　２　）の電圧設定値を他のすべての端
子の電圧設定値よプ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１８５１−６６
４５５も、特公昭４３−８６４１と同じ理由によりシス
テム不安定となる。特開昭５１−６６４５５と特公昭４
３−８６４１の相違点は、通常タッグ制御は、ｌり、ｆ
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
、電圧決定亀子（ＲＥＣ２）が事故停止しても、ＩＮＶ
Ｉが、自動的に電圧決定端子となって、定電圧制−を行
なう為に、特公昭４３−８６４１や特開昭５１−６６４
５５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各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、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、系中制御装置の
不具合によシステム停止す゛ることもないと云うことを
意味している。

番 次に、転流失敗について増産する。

いま、第１図において、逆変換装置１１（ＩＮＶ　１　
）に接続された交流系統Ｓの電圧薫何もかの豊凶で低下
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、養分Ｆ＠４３−８６４１．特開
昭５１−６６４５５の方式ではＲｌｉ：Ｃ１及びＲＩＣ
２の電流は、すべてＩ　ＮＶ　１に流れ込み、ＩＮＶ　
１は過電流となって、例え交流系統３の電圧が回復して
もＩＮＶＩは起動不能となる。しかしながら、本発明に
おいては、ＩＮＶＩは全く問題無く起動することができ
る。

この理由を第６−の制御特性図を用いて脱明する。ＩＮ
Ｖ　１が転流失敗すると、ＲＥＣ１及びＲＩＣＣ２の電
流が、すべてＩＮＶ　１に流れ込むが、転流性図におい
て、すべての変換装置は、ムＣＲ２這転へ移行し、直流
電圧は、はは零となりて、ＩＮＶ　Ｉ　Ｋは、最大１ｄ
ｐｒ１とＩｄｐｒ２との総和に等しい電流しか流れない
と云うことである。従りて、Ｉｄｐｒｌ及びＩｄｐｒ２
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１の電圧回復とと４に１１ｊｉＶ１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、卸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、右下がシの直１１１ω、■は、第
４図には、図示していないαの最小値リミ、メによるも
のであり、直線■、■は定余裕角制御によるものである
。

第８図は、第１図における逆変換装置１１（ＩＮＶ　１
　）が定電圧制＠（ムＶＲ）運転を行ない、残如のすべ
ての変換装置が第１の定電流制御（ムＣＲＩ）Ｋよりて
運転される場合の制＠特性図である。動作点は、Ｐ、〜
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
て説明を行なったが、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のである。

以上説明したように、本発明によれば、■　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。

■　直流しゃ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０ ■　集中制御装置への依存度を低減することができる。

［Ｆ］　転流失敬に伴なうシステム停止が防止できる０ 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図は従来装置の制
御特性図、第３図は従来装置の他の制御特性図、第４図
、第５図は本発明の一実施例を示す制御ブロック図、第
６図、第７図、鮪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・・・順変換器、１１〜１２・・・逆変換器、Ｉ
Ｓ〜２０・・・直流し中断器、２１〜２５・・・加算器
、２６°°°反転アンプ、２１・・・リミッタ回路、２
８・・・定電圧制御ｎ畔、７９〜３０・・・定電流制御
回路、３１・・・最小値選択回路、３２・・・最小値選
択回路、３３〜３５・・・加算器、３６・・・定電圧゛
制御回路、３１〜Ｓ８・・・定電流制御回路、３９・・
・最大値選択回路、４０・・・最小値選択回路、４１か
・・定電流制御回路。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦才１ｗＪ （ＲＥＣＩＩ　　　　（ＲＥＣ２）　　　　（ＩＮＶＩ
）　　　　　（ＩＮＶ２）才３　ｍ ［ＲＥＣｌ）　　　　（ＲＥＣ２）　　　　（ＩＮＶＩ
Ｉ　　　　（ＩＮＶ２）Ｉｄｐｒ１１ｄｐｒ２１ｄｐｌ
　１１ｄｐｉ　２第４図 １Ｆ５ｍ 牙６図 （ＲＥＣＩ）　　　　（ＲＥＣ２）　　　　（ＩＮＶＩ
）　　　　（ＩＮＶ２）（ＲＥＣＩ）　　　　　　　　
　　　　　（ＩＮＶＩＩ　　　　（ＩＮＶ２］ＪＩ／−
８図 （ＲＥＣＩ）　　　　（ＲＥＣ２）　　　　（ＩＮＶｌ
）　　　（ＩＮＶ２）■に

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数台の変換装置が直流送電系統によって連結される直
   流多端子送電設備において、前記複数台の変換装置は、
   定電圧制御回路と、前記直流送電系統の電圧が前記定電
   圧制御回路で設定される電圧以上となりたとき動作する
   １ｇｌの定電流制御回路と、前記直流送電系統の電圧が
   前記定電圧制御回路で設定される電圧以下となりたとき
   動作する第２の定電流制御回路をそれぞれ其債し、前記
   第２０定電流制御回路の電流設定値は前記第１の定電流
   制御回路の電流設定値よ）小さい値としたことを特徴と
   する直流多端子送電設備。