JPS5926178B2 - 高圧直流送電線の電力分岐変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧直流送電線により伝送される電力エネルギ
を分岐し、その地点の配電網に供給するため直流エネル
ギを交流電力エネルギに変換するための装置に関する。

特に、一本の高圧直流送電線に沿つて直列に接続された
複数の受電変電所において、必要な量のエネルギを高圧
直流送電線から分岐し、複素電力に変換するための装置
に関するものである。ここで、複素電力（ＣＯｍｐｌｅ
ｘｐＯｗｅｒ）とは、複素数で表示した電力を意味し、
負荷に供給される有効電力（ＡｃｔｉｖｅｐＯｗｅｒ）
と無効電力（ＲｅａｃｔｉｖｅｐＯｗｅｒ）分との合成
電力であつて、以下の説明によつて理解できる。

高圧直流送電線の終点に設置される直流交流変換装置は
広く知られているが、高圧直流送電方式が長距離送電方
式として一般化すると、その送電線の途中の都市にある
受電変電所で、必要な電力を送電線から分岐して交流に
変換する装置が必要になる。

従来からもこのための装置はいくつか知られているが、
特に負荷に接続された各種の交流装置で必要とする無効
電力の供給がむつかしく、このために送電線から分岐し
た電力以外に補助電源を必要としたり、あるいはこの目
的のためのみの特別の装置を必要とする等高価な装置に
なる欠点がある。

本発明はこのような背景に行なわれたもので、高圧直流
送電線に直列に接続配置される中間受電変電所の装置で
あつて、接続される交流負荷に対して必要とする無効電
力を自動的に供給することができ、しかもこの無効電力
を得るために特別の補助電源や特殊な機器を必要としな
い、経済的な電力分岐装置を提供することを目的とする
。

我々の知る限りでは、高圧直流送電線に沿つて直列に接
続されて配置された中間の受電変電所で、高圧直流送電
線からエネルギを取り出し、これを補助電力供給源を必
要とすることなく直ちに交流電力により動作する各種機
器に供給できるような複素エネルギに変換する装置はな
い。本発明は、一本の高圧直流送電線に沿つて直列に挿
入して設置することができ、その地点で直流エネルギの
一部分または大部分をその送電線より分岐することがで
き、分岐されたエネルギをその地域で使用するための交
流に変換する装置およびその送電線から分岐される電力
に相応するその装置の構成要素について開示する。

本発明は、高圧直流送電線に沿つて直列に挿入して設置
することのできる装置であつて、その送電線に伝送され
るエネルギを分岐して交流有効電力に変換する手段と、
このエネルギを分岐し交流有効電力に変換する手段およ
びその出力に接続される負荷に対して供給する無効電力
を専らその送電線の電力のみから発生し分配する手段と
、上記エネルギを分岐し交流電力に変換する手段および
この手段のみから有効電力の供給が行なわれるよう制御
するために前記発電手段に接続された制御手段とを備え
たことを特徴とする。

本発明は高圧直流送電線の中間に直列に接続されて配置
された装置であつて、その送電線に伝送される電気エネ
ルギを分岐変換するための装置に関する。

この装置は送電線に接続され高電圧を分岐し交流有効電
力に変換する分岐変換手段と、この分岐変換手段おび装
置出力に接続される負荷に対して無効電力を発生し供給
する手段とを含む。さらに、この分岐変換手段が高圧直
流送電線から分岐するエネルギ量を無効電力発生手段よ
り発生する有効電力により制御する制御手段を備えてい
る。この制御手段の制御により、負荷の必要とする有効
電力は全て分岐変換手段より得られるよう保証される。
無効電力発生手段にはその出力電圧が一定に保たれるよ
う自動電圧調整器が備えられ、これにより定常状態では
出力の有効電力が零になる。この分岐装置は全体が金属
筐体に格納されこれがその点の送電線電圧に維持される
ので、その設備の大きさは分岐されるエネルギの電圧相
当のものになる。本発明の好ましい実施例について図面
を用いて説明する。

第１図は、高圧直流送電線に沿つて順次設置される本発
明実施例分岐装置の構成図である。

第２図は、第１図に示す方式に用いられる変換器を制御
するための制御装置の構成図である。先づ第１図を参照
すると、分岐装置全体は金属筐体１に格納され、この金
属筐体１は高圧直流送電線Ｌと導線６により接続され、
送電線のこの点における電圧に維持されるよう構成され
ている。

この分岐装置は、送電線Ｌを導線２および３の間で分岐
して直列に挿入されるもので、その交流電圧の出力端子
は、導線４および５である。導線４は接地されている。
このような構成から、この分岐装置の設置工事は比較的
容易であり、短時間に行なうことができる。開閉回路Ｄ
Ａ，ＤＢおよびＤＣが図のように備えられ、開閉回路Ｄ
Ａを閉じればこの分岐装置に電力は供給されず、これを
開き開閉回路ＤＢおよびＤＣを閉じればこの分岐装置に
電力が供給される。

この開閉回路により分岐装置の挿入または除去が行なか
れても、送電線Ｌの連続的な給電が妨げられることはな
い。この分岐装置は、その機能に従つて次のように二分
して考えることができる。

すなわち、第一の部分は送電線Ｌからエネルギを分岐し
、これを交流に変換する部分である。第二の部分は、こ
の装置の安定な動作を確保するために必要な無効電力を
発生する回路からなる部分でぁる。直列に接続された変
換器Ｃ，およびＣ２は、高圧直流送電線により伝送され
た電力の一部分または全部を分岐し、交流の有効電力に
変換するためのものである。

これはブリッヂ型変換器であつて、公知の適宜の直流交
流変換器が使用される。例えば、サイリスタまたは水銀
アークランプにより構成されたグレーツ（Ｇｒａｅｔｚ
）型のインバータが適当である。このブリツヂ型変換器
の構成については、例えば、Ｊ．Ｐ．ＢＯｗｌｅｓ著「
高圧直流送電の制御方式」，ＣＥＡ，ｌ９７ｌ年３月；
等の刊行物に記述されている。変換器Ｃ１およびＣ２の
三相出力電圧Ａ，ＢおよびＣは、それぞれ変圧器Ｔのス
ター巻線Ｂ１およびデルタ巻線Ｂ２にそれぞれ接続され
ている。この変圧器Ｔは出力との結合回路であつて、そ
の二次巻線Ｂ４からスター結線またはデルタ結線により
、複素電力の出力が取り出される。この出力に接続され
る負荷に供給される有効電力に加えて、本発明の装置で
は無効電力を供給することができる。

無効電力は発電機Ｇにより発生され、三相電圧出力Ａ′
，ＷおよびＣから、変圧器Ｔのスターまたはデルタ巻線
Ｂ３に供給される。発電機Ｇは、送電線に直列に挿入さ
れた直流電動機Ｍにより機械的に駆動される。この直流
電動機Ｍには標準的な直巻電動機が使用される。安定な
状態では、この直流電動機Ｍは商用電源周波数５０Ｈｚ
または６０Ｈｚに対応する速度で回転し、この回転速度
は励磁機Ｅおよび制御回路Ｃｖから成る公知の方式によ
りＦｈｌ御されている。界磁巻線Ｌ３，Ｌ４およびＬ５
は、送電線Ｌを流れる直流電流の強さが変化しても、こ
れにかかわらず電動機Ｍの回転速度が一定に維持される
よう制御する。さらに、発電機Ｇの出力電圧は自動電圧
調整器ＡＶＲにより一定値に保たれ、これによりこの発
電機Ｇから生じる有効電力が常に零になるよう調整され
ている。発電機Ｇは変換器Ｇ，およびＧ２と出力負荷に
対して無効電力を供給するほか、これらの変換器の各々
が送電線Ｌから分岐する電力が出力負荷で必要とする電
力と一致するよう正確に制御するため、これらの装置の
点弧角（Ｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅ）を制御するよう構成
されている。

このための回路が制御回路Ｃｐであつて、入力Ｘ，Ｙ，
Ｚはそれぞれ、発電機Ｇが発生する有効電力を測定する
電圧および電流センサＬｌおよびＬ２，発電機Ｇの回転
速度センサＳから導かれている。このように、出力負荷
の有効電力に増減があると、直ちに制御回路Ｃｐを介し
て変換器Ｃ１およびＣ２の点弧角が対応して変化される
。この制御回路Ｃｐは第２図に示すものであつて、後に
さらに詳しく説明する。ここで重要な点として、ここに
開示された分岐装置の変換回路Ｃ，？よびＣ２について
は、その一方のみを運転′ｊネことによつても、分岐装
置を動作させることができる。

しかし図示された構成では、２個の変換器が使用されて
いるが、このような構成によりこれらの変換器から発生
する高調波を減少させることができる。いずれにせよ、
高調波除去用の淵波器Ｆが発電機の出力に接続されてい
て、変換器の発生する高調波が負荷端子から除かれるよ
う構成されている。発電機Ｇのみが、変換器および負荷
に対して無効ＶＡを供給するよう構成されていることを
強調しなければならない。

従つて、負荷が大きくなつてさらに有効電力を要求する
場合には、センサＬｌ，Ｌ２およびＳＶＣ応じて、制御
回路Ｃｐが変換器の点弧角を調整し、負荷の必要とする
有効電力が変換器のみから供給されるよう制御する。そ
の結果発電機から供給される有効電力は零になる。本発
明の分岐変換装置に使用される各部装置は、分岐される
電力ずなわち高圧直流送電線の電圧降下分に対応する設
備となる。接地は変成器Ｔの二次巻線Ｂ４のみに施され
ていて、この巻線Ｂ４には直流線路から異常高圧が混入
することのないよう遮蔽１が施されている。この分岐装
置は、直流５００ｋＶで約５００Ａを伝送する送電線か
ら、約７ＭＷの電力を分岐することができる。

この場合、変換器Ｃ，およびＣ２の電圧降下分はそれぞ
れ約７ｋＶで、全体で約１４ｋＶである。このように変
換器の電圧降下分は比較的小さいので、各変換器は６個
の直列接続：；；゛止；＝：盈−[■■電圧降下分の約
半分に当る４ｋＶになる。一方、直流直巻電動機Ｍは、
定常状態でこれらの装置を駆動するために全分岐電力の
約１０％を必要とし、これは５００Ａで約０．４ＭＷに
なる。このため電動機の両端子間に約８００Ｖの電圧降
下が生じる。このような条件下で、この分岐装置は約７
ＭＷの電力を分岐することができる。この分岐装置が送
電線に挿入される際の手順としては、はじめに開閉回路
ＤＢおよびＤＣを閉じ、次いで開閉回路ＤＡを開く。

これにより、はじめはこの分岐装置に進入する電流も短
絡されている。電動機Ｍが規定速度（５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚ１ｔｃ対応する速度）に加速され、制御回路Ｃｖ
および励磁機Ｅによりこの規定速度が維持される。この
電動機Ｍにより駆動される発電機Ｇが電動機Ｍに同期す
ると、開閉回路ＤＤおよびＤＥが自動的に開く。発電機
Ｇに接続された制御回路Ｃｐの有効電力測定回路は、変
換器Ｃ，およびＣ２の点弧角を適当に調節して発電機Ｇ
の発生する有効電力を零にする。開閉回路ＤＤおよびＤ
Ｅが開かれることにより、直流電流は変換器Ｃ１および
Ｃ２を流れ、これにより負荷で必要な有効電力が供給さ
れ、一方負荷と変換器で必要な無効電力は発電機Ｇから
供給される。このように、この装置は負荷の要求する変
化に自動的に応答して動作する。第２図は、第１図に示
す制御回路Ｃｐの実施例構成図である。

この制御回路は、変換器Ｃ１およびＣ２のそれぞれの点
弧角を制御するものである。入力Ｘ，Ｙはそれぞれ電流
および電圧センサＬ１およびＬ２より得られ、電力測定
回路７に与えられている。これは電力計であつてこの出
力には発電機で発生する有効電力が限われる。この電力
値は、図示しない母線によつて与えられる等値のＮ個の
出力を有する積分器８において積分される。すなわち、
実際上は、出力の数は、変換器Ｃ，およびＣ２において
用いられる変換素子の数に対応する。もし、１個のコン
バータブリツヂが６個の変換素子で構成されているなら
ば、積分器８は、１２個の出力を有する。すなわち、ブ
リッヂあたり６個の出力である。次に、６個の出力端子
のそれぞれに現れる信号は、互いに６００ずつ位相が置
換されてぃる。一方、回転計１０は電動機Ｍおよび発電
機Ｇの機械的な連結軸に結合されたセンサＳからの信号
Ｚを受け、この連結軸の回転数に対応する信号を発生す
る。この信号は鋸歯状波発生器１１の入力に与えられる
。この鋸歯状波発生器１１は前述の積分器８の出力と同
数Ｎ個の出力を備えている。積分器８の出力および鋸歯
状波発生器１１の出力は比較器９で比較され、必要なら
ば、両出力の差に対応するパルス信号をそれぞれＮ個の
出力に送出する。比較器９から送出されたこれらのパル
スは、コンバータブリツデＣ１とＣ２の全ての素子に対
して同時に供給され、各々の素子の点弧角を調節する。
これにより負荷の要求に応じて直流エネルギから交流エ
ネルギへの変換が行なわれる。第２図に示す制御回路に
より、このため、全ての変換素子の点弧角は、出力負荷
の要求する有効電力に従いグループとして自動的に調整
されることになる。ここに述べた分岐装置の構成要素は
全て市販されているものであり、その特性も既知のもの
である。

従つてこの装置の製造組立は安価である。ささに、遮蔽
１は変成器Ｔの巻線Ｂ４と他の巻線との絶縁を保証する
もので、これにより変換装置の故障、被雷等により送電
線の電圧が出力に現われる恐れを最小限に抑圧すること
ができる。さらに、この装置の無効電力は全て送電線か
ら得られる電力により駆動される電動発電機により得ら
れるので、この装置を運転するために一切他の補助電源
の供給を必要とすることがない。

この分岐装置の主旨を変更することなく、他の附加装置
、例えば電動発電機および変換器から発生する熱を排除
するためのフアン等を設ける構成が可能であることは言
うまでもない。以上述べたように本発明によれば、高圧
直流送電線の中間点に任意に直列に設置することができ
、その点で必要な電力をその送電線から分岐し、しかも
その交流負荷に対して必要なだけの無効電力を自動的に
供給することのできる装置が得られる。

しかも、・本発明の装置ではこの無効電力を得るために
特別な補助電源や特殊な機器を必要とせず、全体の構成
が簡単であつて送電線に挿入するための設置工事も簡単
である優れた特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例装置の構成図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧直流送電線に直列に挿入された前記送電線によ
   り送電されるエネルギーの一部を分岐して変換し、これ
   を出力負荷に対して一定の有効電力および無効電力から
   なる複素電力として供給する装置であつて、前記装置は
   、高圧直流送電線の高電圧の一部を分岐し、且つ出力負
   荷による有効電力の要求に応じて前記高電圧を変換する
   手段と、前記変換手段を制御する手段とを含み、更に、
   必要な無効電力を発生しかつそれを変換手段Ｃ＿１、Ｃ
   ＿２、Ｂ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿４及び装置の出力端に接続
   された負荷に供給するために直流送電線Ｌによつてのみ
   電力が供給される手段Ｍ、Ｅ、Ｇ、Ｃ＿ｖ、Ｌ＿５、Ｂ
   ＿３を含み、更に、前記無効電力発生手段が、前記変換
   手段を制御する前記手段Ｃ＿ｐ、Ｓ、Ｌ＿１、Ｌ＿２に
   よつて制御されることを特徴とする高圧直流送電線の電
   力分岐変換装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記分
   岐変化手段がすくなくとも１個のインバータブリッヂお
   よびこのインバータブリッヂと前記無効電力発生手段と
   を結合する結合回路とから成ることを特徴とする高圧直
   流送電線の電力分岐変換装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、インバ
   ータブリッヂが２個直列に接続され、一方のインバータ
   ブリツヂの出力はデルタ結線により他方のインバータブ
   リッヂの出力はスター結線によりそれぞれ前記結合回路
   に接続され、かつ前記無効電力発生手段はこの結合回路
   にデルタもしくはスター結線のいずれかにより結合され
   たことを特徴とする高圧直流送電線の電力分岐変換装置
   。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、前記結
   合回路に負荷と接続するための二次巻線とその二次巻線
   を絶縁する直流絶縁遮蔽とを備え、かつその二次巻線の
   一端およびその遮蔽が接地されたことを特徴とする高圧
   直流送電線の電力分岐変換装置。 ５ 結合回路が変成器により構成された特許請求の範囲
   第４項記載の高圧直流送電線の電力分岐変換装置。 ６ 無効電力発生手段が電動発電機ユニットで構成され
   た特許請求の範囲第１項記載の高圧直流送電線の電力分
   岐変換装置。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の装置において、電動機
   は送電線に直列に挿入されかつ一定速度で回転する直流
   電動機であつて、その一定速度は速度制御回路の結合さ
   れた励磁機により保証されるよう構成されたことを特徴
   とする高圧直流送電線の電力分岐変換装置。 ８ 発電機に結合された自動電圧調整器により、その発
   電機の発生する有効電力が零になるよう制御されること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の高圧直流送電
   線の電力分岐変換装置。 ９ 特許請求の範囲第６項記載の装置において、発電機
   の出力に前記分岐変換手段が発生する高調波を濾波する
   ための回路が挿入されたことを特徴とする高圧直流送電
   線の電力分岐変換装置。 １０ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   無効電力発生手段が定速度電動機を含み、前記制御手段
   が前記電動発電機の回転速度に対応する信号と前記発電
   機の発生する電力の測定値に対応する信号とを比較しか
   つ前記分岐変換手段の構成要素を格別に制御するパルス
   を送出する比較手段とを備えたことを特徴とする高圧直
   流送電線の電力分岐変換装置。 １１ 特許請求の範囲第１０項記載の装置において、発
   電機の発生する電力の測定は、電力に対応する信号を比
   較回路に送出するように接続された積分器により行うこ
   とを特徴とする高圧直流送電線の電力分岐変換装置。 １２ 特許請求の範囲第１０項記載の装置において、電
   動発電機の回転速度に対応する信号は電動発電機の回転
   軸に連結されたセンサから得た信号を入力としその出力
   を比較回路に送出するよう接続された鋸歯状波発生器か
   ら得ることを特徴とする高圧直流送電線の電力分岐変換
   装置。 １３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、装置
   全体が金属筐体に格納され、その金属筐体の電位が送電
   線の高圧に維持されたことを特徴とする高圧直流送電線
   の電力分岐変換装置。