JPS5989523A - 直流単独送電系統の起動方式 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は直流送電線に並列交流送電線のない、所謂直流
単独送電系統において、特に直流系の起動特発電機の周
波数変動を許容範囲内に抑えて直流系の最小負荷運転に
よる発電機の初負荷立上げを行なうようにした直流単独
送電系統の起動方式に関する。

〔発明の技術的背景〕

直流単独送電系統において、直流系を起動するにあたっ
ては直流電流の断続限界に余裕を持たせなければならな
いため、最小負荷に下限があシ、これは一般に定格電流
の１０％とされている。そこで直流系の起動時に低電圧
運転を導入すれば、最小負荷を定格電流の１０％以下に
することも可能になるが、この低電圧運転は次のような
理由によシ行なわれていない。すなわち、低電圧運転の
極端な例としては零力率運転があり、この零力率運転を
行なえば直流平均電圧を零にできるので、最小負荷を零
まで下げることは可能である。しかし、変換器の制御角
がほぼ９０°になって変換器に対する電圧ストレスが大
きくなシ、シたがって、かかる電圧ストレスに耐え得る
ようにするにはコスト高となる。

このようなことから変換器は通常零力率運転を考慮した
設計がなされておらず、このため過渡時を除いては零力
率運転は許されない。従って、従来では直流単独送電系
統の起動時には短時間で最小負荷を定格電流の１０％に
立上がるような制御がなされている。この場合、その立
上がシ時間は発電機の初負荷立上げに要する時間に比べ
ると非常に小さいので、直流系は殆んどステ、７°的に
最小負荷が定格電流の１０％に立上がると考えてよい。

〔背景技術の問題点〕

ところで、発電機のユニット容量と直流系の二二、トで
ある単極秤量とでは一般に後者の方が少し大きめなので
、直流系の最小負荷を定格電流の１０チに立上げること
は発電機にとっては少くとも１０％以上になる。また発
電機がタービン発電機の場合、その初負荷立上げを零よ
シ定格の１０優の出力に立上げるには少なくとも数秒の
時間が必要になる。したがって、発電機の初負荷立上げ
は直流系の最小負荷をステップ的に立上げるのと時間的
にマツチせず、このままでは直流系の起動により発電機
は大巾な周波数変動をきたすことになる。

この場合、発電機の初負荷立上げ時、発電所の所内系統
をローカルな交流系に接続して発電機を並列にしておき
、その出力が直流系の最小負荷に達した時点で、直流系
を起動することも考えられるが、これは系統構成によっ
ては常に可能とは限らず、一般的ではない。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は直流単独送電系統において、直流系を最小負荷
運転によシ起動しても発電機等が接続された交流母線の
周波数変動を許容範囲内に抑える仁とができる直流単独
送電系統の起動方式を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明はかかる目的を達成するため、直流単独送電系統
の起動時、直流系を最小負荷電力設定値による運転とし
て交流母線の定格周波数に対する周波数変化分が予定の
レベル値に達するまでの問直流系の起動、停止を間歇的
に繰返し制御することを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説、明する。第
１図は本発明による直流単独送電系統の主回路と制御回
路の構成例を示すものである。

第１図において、Ａは送電端、Ｂは受電端であり、送電
端Ａにおいては交流母線１に発電機２が昇圧変圧器３を
介して接続されており、さらに交流母線１には変換用変
圧器４を介して変換器５の入力端が接続されている。ま
た、受電端Ｂにおいては交流母線６に交流系統７が接続
されており、さらに交流母線６には唆換用変圧器８を介
して変換器９の出力端が接続されている。

そして送電端Ａの変換器５の出力端と受電端Ｂの変換器
９の入力端との間は直流送電線１０゜１１によシ接続さ
れ、また直流送電線１０の両端側にシ直流リアクトル１
２．１３を設けて主回路を構成している。一方、１４は
送電端Ａの交流母線１の電圧が電圧変成器１５を介して
入７カされその周波数ｆを検出する周波数検出器、５− １６はこの周波数検出器１４で検出された周波数ｆと定
格周波数ｆｏ　とを比較して周波数変化分Δｆを得る比
較器である。また１７は初負荷起動スイッチで、この起
動スイッチ１７はその“オン”操作にょ多制御電源Ｐの
出力をフリ。

ノア０ッグ回路（以下単にＦＦと略称する）１８に与え
てセ、トシ、そのセット出力にょシ補助リレー１９を励
磁するものである。２１゜２２は比較器１６から出力さ
れる周波数変化分Δｆが補助リレー１９の常開接点１９
１を介して入力されるレベル検出器で、その一方のレベ
ル検出器２１は周波数変化分Δｆが設定レベル値Δｆ１
以上である。か否かを検出し、Δｆ≧Δｆ１のとき出力
を出し、また他方のレベル検出器２２は周波数変化分Δ
ｆが設定レベル値Δｆ。

以下であるか否かを検出し、Δｆ≦Δｆ、のとき出力を
出すものである。２３．２４はレベル検出器２１．２２
の出力を一定時間遅らせる遅延回路で、その一方の遅延
回路２３の出力はＦＦ２５のセット端子に加えられ、ま
た他方の６一 遅延回路２４の出力はＦＦ２５のリセット端子に加えら
れる。さらに、２６はＦＦ２５の出力を一定時間遅らせ
る遅延回路で、この遅延回路２６の出力はＦＦ２７０セ
ツト端子に加えられる。そして、ＦＦ１ＢおよびＦＦ２
５のセット出力はアンド回路２８に加えられ、さらにこ
のアンド回路２８の出力とＦＦ２７のセット出力はオア
回路２９を介して変換器制御回路３ｏに起動、停止指令
として加えられるようになっている。また、３１は周波
数変化分Δｆが補助リレー１９の常閉接点１９５．を介
して加えられるＰＩＤ制御器、３２はＰＩＤ制御器３１
の出力に直流電力設定値を加算して電力指令値Ｐｄｐを
作る加算器で、この加算器３２から出力される電力指令
値Ｐｄｐは変換器制御回路３ｏに加えられ乙。

この場合、直流電力設定値としては最小電力設定値Ｐｄ
ｍ１ｎと通常電力設定値Ｐｄとからなシ、補助リレー１
９の常開接点１９１Ｌ２．常閉接点１９，２によシ何れ
か一方が加算器３２に与えられるよう罠なっている。

次に上記のように構成された直流単独送電系統の起動時
の作用について述べる。今、直流系の起動に際して発電
機２が初負荷をとる場合には、先ず起動スイッチ１７を
閉じてＦＦＩ　ｇをセットし、そのセット出力によシ補
助リレー１９を励磁する。すると、この補助リレー１９
の常開接点１９，１．　Ｊ　９ａ２が閉路し、また常閉
接点１９．１９ｂ２が開路するので、周波数構１ 吊器１４で検出された送電端Ａの交流母線１０周波数ｆ
と定格周波数ｆ、との周波数変化分Δｆがレベル検出器
２１．２２へ入力され、−力変換器制御回路３０に与え
られる電力指令値ＰｄｐとしてはＰＩＤ制御器３１の入
力が断たれ、また最小電力設定値Ｐ　　が選択されるの
でｍ１ｎ ｐ＝ｐ、　　となる。

ｄｐ　　　ｄｍｌｎ やがて、交流母線１の周波数が上昇し、周波数変化分Δ
ｆがレベル検出器２１に設定されているレベル設定値Δ
ｆ１以上になると、このレベル検出器２１が動作し、そ
の出力は遅延回路２３によシ一定時間遅れてＦＦ２５の
セット端子に入力する。このＦＦ２５がセットされると
、そのセット出力がアンド回路２８に加えられると同時
にこのアンド回路２８は先に加えられているＦＦ１Ｂの
セット出力とのアンＰ条件が満たされ、その出力は起動
指令としてオア回路２９を通して変換器制御回路３０に
与えられる。

したがって、この変換器制御回路３０は、電力指令値■
８．として与えられている最小電力設定値Ｐ　　にもと
すいて送電端Ａおよび受電端Ｂのｄｍｌｎ 変換器５，９を運転する。

このようにして直流系が起動されると、一般に初負荷に
おいては、発電機出力〈最小電力設定値Ｐ　５　なので
、レベル検出器２１．２２に入力ｍｌｎ される周波数変化分Δｆは下り始め、しばらくするとレ
ベル検出器２２のレベル設定値Δｆ２以下になる。する
とこのレベル検出器２２はΔｆ≦Δｆ２の条件で動作し
、その出力は遅延回路２４により一定時間遅れてＦ’Ｆ
２５のリセット端子に与えられる。このＦＦ２５がリセ
ットされると、アンド回路２８のアンＰ条件は不９− 成立となシ、その出力は停止指令としてオア回路２９を
通して変換器制御回路３ｏに与えられる。したがって、
この変換器制御回路３ｏは変換器５，９の運転を停止し
、次の起動指令を待つ。

一方、発電機出力は次第に立上げられているので、交流
母線１の周波数は増加し、再び周波数変化分Δｆがレベ
ル検出器２ノのレベル設定値Δｆ１以上になると、この
レベル検出器２１が動作し、前述同様に直流系は起動さ
れる。そして以後直流系は発電機２の出力が最小電力設
定値Ｐｄｍ１ｎ以上になるまで、前述した動作過程を経
て起動、停止が繰シ返される。

このように直流系が起動、停止を繰り返している間に発
電機２の出力が最小電力設定値以上になると、周波数変
化分Δｆは常にレベル検出器２１のレベル設定値以上に
なるので、直流系の運転は継続される。この場合、発電
機２の出力周波数は上昇傾向となるので、直流系の運転
としては最小電力設定値Ｐｄｍ１ｎから通常電力設−１
０〜 定値Ｐ、に切換える必要があるが、その切櫓えは次のよ
うにして行なわれる。すなわち、レベル検出器２２の動
作による（Δｆ≦Δｆ２による）ＦＦ２５のリセットが
遅延回路２６の設定時間以上行なわれないと、遅延回路
？６は動作し、その出力によｐＦＦｌＢがリセットされ
て補助リレー１９が無励磁となると同時にＦＦ２７がセ
ットされる。これにより、補助リレー１９の常閉接点１
９，１が閉じ、常開接点１９＆、が開となるので、ＰＩ
Ｄ制御器３１に周波数変化分Δｆが入力されるとともに
レベル検出器２１．２２への入力が断たれる。また、常
開接点１９＆２が開き、常閉接点１９，２が閉となるこ
とによシ、加算器３２に入力される直流電力設定値は最
小電力設定値Ｐ　、かも通常電力設定値Ｐ、に切換えら
ｍｘｎ れる。したがって、変換器制御回路３０には加算器３２
によシ通常電力設定値Ｐ、に周波数変化分Δｆの入力に
より得られるＰＩＤ制御器３１の出力を補正値として加
えられた電力指令値■ｄ。

が与えられると共にＦＦ２７のセット出力が起動指令と
してオア回路２９を介して与えられるので、この変換器
制御回路３０は送電端Ａおよび受電端Ｂの変換器５．９
に対し通常の電力設定値に基いた運転を行なう。

このように本実施例では直流系の起動時において、発電
機２が初負荷をとる場合には変換器制御回路３０に最小
電力設定値Ｐ　　を電力相ｍｉｎ 令値Ｐｄｐとして与えるとともに定格周波数に対する交
流母線周波数の周波数変化分Δｆをレベル検出器２１．
２２に入力してそれぞれのレベル設定値Δｆｌ　＋３１
２以上であるか否かを検出し、Δｆ≧Δｆ１であれば起
動指令を、またΔｆ≦Δｆ２であれば停止指令を変換器
制御回路３０に与えて直流系の運転、停止を発電機２の
出力が最小電力設定値Ｐｄｍいになるまで繰返して行な
い、また発電機２の出力が最小電力設定値Ｐ　　以上に
なると変換器制御回路３０にｍｉｎ 通常電力設定値Ｐ、に周波数変化分Δｆに応じた補正値
が加えられた電力指令値Ｐｄｐを与えるとともに起動指
令を継続して与えて直流系を通常運転するようにしたも
のである。したがって、直流単独送電において、単極し
かない場合に直流系を最小負荷運転によシ起動しても発
電機の周波数を許容範囲内に抑えて発電機２の初負荷立
上げを可動とすることができる〇 一般に直流系が双極の場合には１極と２極で電力方向を
逆にすることによシ直流系の電力を零にすることが可能
なので、発電機の初負荷立上げに合せて直流系の電力を
零から徐々に増して行くことは可能である。しかしこの
場合には直流系が双極でなければならず、単極の場合に
は適用でき表い。また双極の場合には制御方法も１極と
２Ｆ２の電流差によシ送電電力を増加して行かなければ
ならないので、制御が複雑になる。これに対し本実施例
では直流系の電力方向が一方向なので、発電機のモータ
リングを起すことはなく、軸ねじれの形勢に対する問題
もないと考えられる。

次に本発明の他の実施例を第２図を参照して説明する。

第２図は本発明による直流単独送電１３一 系統の主回路および制御回路の構成例を示すもので、第
１図と同一部分には同一記号を付して示す。第２図に示
す主回路は送電端Ａ側の交流母線１に昇圧変圧器３を介
して交流系統３３が接続されておシ、また受電端Ｂ側の
交流母線６に電源として同期調速機３４が接続されると
ともに他の交流系統３５との連系が可能になっている以
外は第１図と同じである。また制御回路は直流系の起動
時同期調速機３４０周波数変動を適当な範囲に抑えるた
め、次のように構成される。すなわち、１４は受電端Ｂ
の交流母線６に電圧変成器１５を介して接続された交流
母線６０周波数を検出する周波数検出器、１６は周波数
検出器１４によシ検出された周波数ｆと定格周波数ｆ。

とを比較しその周波数変化分Δｆを得る比較器である。

また３６は起動スイッチで、この起動スイッチ３６は補
助リレー１９と直列にして制御電源母線Ｐ、Ｎ間に接続
されている。３７は停止スイッチで、この停止スイッチ
３７は補助リレー１９の自己保持用の常開接１４− 点１９□３と直列にして起動スイッチ３６に対し並列接
続されている。さらに２１．２２は比較器１６から得ら
れる周波数変化分Δｆが補助リレー１９の常開接点１９
ａ１を介して入力されるレベル検出器で、その一方のレ
ベル検出器２２は周波数変化分Δｆがその設定レベル以
下（Δｆ≦Δｆ２　）のとき動作し、その出力を遅延回
路２４により一定時間遅らせてＦＦ２５のセット端子に
入力するものであり、また他方のレベル検出器２１は周
波数変化分Δｆがその設定レベル以上（Δｆ≧Δｆｔ　
　）のとき動作し、その出力を遅延回路２３により一定
時間遅らせてＦＦ２５のリセット端子に入力するもので
ある。３０は変換器制御回路で、この変換器制御回路３
０には補助リレー１９の動作によりその常開接点１９．
２が閉じると最小電力設定値Ｐｄｍ１ｎが入力され、ま
たＦＦ２５からはセット時に起動指令が、リセット時に
は停止指令がそれぞれ入力されるようになっている。

次に上記のように構成きれた直流革独送電系統の起動時
の作用について述べる。今直流系の起動に際して起動ス
イッチ３６を閉じると補助リレー１９が励磁され、その
常開接点１９．３の閉路によシ自己保持回路が形成され
ると同時に常開接点１９１Ｌ、の閉路によ、！７変換器
制御回路３０に対して最小電力設定値Ｐ　、が入力され
、ｍｌ　ｎ また常開接点１９．２の閉路によシ比較器１６から出力
される周波数変化分Δｆがレベル検出器２２．２１に加
えられる。ここで周波数変化分Δｆが前述した実施例の
発電機の場合とは逆にレベル設定器２２の設定レベル値
以下のとき、つまり周波数低下によシΔｆ≦Δｆ２のと
きレベル検出器２２が動作してその出力によｐＦＦ２５
がセットされるので、変換器制御回路３０に対しては起
動指令を与える。また周波数変化分Δｆがレベル検出器
２２の設定レベル値以上のとき、つ１り周波数上昇によ
りΔｆ≧Δｆｔのときレベル検出器２２が動作してＦＦ
２５をリセットするので、変換器制御回路３０に対して
停止指令を与える。したがって、レベル検出器２１．２
２のレベル設定値Δｆ１　ｒΔｆ２を適当に選ぶことに
より変換器制御回路３０１１−ｊ：最小電力設定値Ｐｄ
１Ｔｌｉｎにもとすき、ＦＦ’２５から与えられる起動
指令、停止指令を受けて間歇動作しながら直流系を制御
することになる。これにより同期調速機３４の周波数変
化巾を所望の範囲に抑えることができる。第３図はかか
る直流系の起動時における同期調速機３４の過渡的な出
力変化と周波数変化の傾向をタイムチャートで示したも
のである。とのタイムチャートから判るように周波数検
出器１４には遅れがあるため、実際の同期調速１ｅ３４
の速度ωよりも周波数変化分Δｆは若干遅れているが、
この周波数変化分Δｆに対しレベル設定値Δｆ１＋Δｆ
２を図示するように選定してΔｆ≧Δｆ２で起動。

Δｆ≦Δｆ１で停止とすることによｐ１同期調速機３４
の出力ＰＣは過渡的に負（電動機）と正（発電機）にス
テップ的に振れる。したがって、このようなレベル設定
値Δｆ１ｓΔｆ２にもとすく間歇起動としても同期調速
機３４の回１７− 転角度ω自体は慣性によシ急変しないので、周波数変化
分Δｆの検出遅れがあっても何んら問題はない。

このようにして直流系を最小負荷による間歇起動により
同期調速機３４の周波数変化巾を所望の範囲に抑え、同
期調速機３４と交流系統３５との連系が終れば、上記の
ような直流系の間歇起動は不要となるので、停止スイッ
チ３７によシ補助リレー１９の励磁を解けばその常開接
点１９ａ１が開となシ、レベル検出器２１゜２２への入
力は断たれる。

このように上記実施例では受電端Ｂ側に電源として同期
調速機３４のみしかない場合に直流系の間歇起動によっ
て同期調速機３４の周波数の変動範囲を適当に抑えて運
転することができるので、他の交流系統３５との連系ま
でその状態を保つことが可能である。すなわち、常時交
流系統に接続されている逆変換器は系統分離により同期
調速機のみの孤立系統になる場合があシ、このような場
合、直流系の最小負荷電力に１８− よる間歇起動によって同期調速機と主回路の損失を供給
することで同期調速機の周波数を許容範囲に抑えた運転
が可能となる。

なお、上記実施例において、図示してはいないが、通常
電力設定値Ｐｄに周波数変化分Δｆによる補正値を加え
た、いわゆるＡＦＣ制御を併用できるようにしておけば
、同期調速機のみによる直流系の低負荷運転が可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、直流単独送電系統に
おいて、直流系を最小負荷運転により起動しても発電機
等が接続された交流母線の周波数変動を許容範囲内に抑
えることができる直流単独送電系統の起動方式が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直流単独送電系統の一実施例を示
す主回路および制御回路の構成図、第２図は本発明によ
る直流単独送電系統の他の実施例を示す主回路および制
御回路の構成図、第３図は同実施例において直流系の起
動、停止による交流母線周波数、同期調速機の速度と出
力変化を示すタイムチャートである。 １．６・・・交流母線、２・・・発電機、５．９・・・
変換器、７・・・交流系統、１０　、　Ｉ　Ｊ−・直流
送電線、１４・・・周波数検出器、１７・・・起動スイ
ッチ、１Ｂ、２５，２ｖ・・・フリッグフロッゾ回路、
１９・・・補助リレー、２１．２２・・・レベル検出器
、２３．２４．２６・・・遅延回路、２８・・・アンド
回路、２９・・・オア回路、３０・・・変換器制御回路
、３１・・・ＰＩＤ制御器、３２・・・加算器、３３．
３５・・・交流系統、３４・・・同期調速機、３６・・
・起動スイッチ、３７・・・停止スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 送電端または受電端の交流母線に発電機または同期調速
   機が他の交流系統と連系されない状態で接続される直流
   単独送電系統において、直流系の起動待最小負荷運転と
   するとともに前記交流母線の定格周波数に対する周波数
   変化分が予定のレベル値に達しているか否かを判別し、
   周波数変化分が予定のレベル値に達していない場合には
   そのレベル値に達するまで前記直流系を起動および停止
   を繰返して間歇的に制御することを特徴とする直流単独
   送電系統の起動方式。