JPS6082030A - 電力変換装置の定電力制御方法 - 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、順変換器と逆変換器の協調をとりながら運転
を行なう直流送電や周波数変換装置等の電力変換装置の
定電力制御方法に関する。

［発明の技術的背景］ 第１図はこの種の従来の電力変換装置の一例としての直
流２端子送電系統図である。

１０と１１は交流系統、２０と２１は変圧器、３０と３
１は変換器、４０と４１は直流り乃りトル、５０と５１
は直流線路である。

変換器３０は順変換を行ない、変換器３１は逆変換を行
なう場合を考え、変換器３０は順変換器、変換器３１は
逆変換器とする。

一般に、順変換器３０は定電流制御により運転し、直流
線路５０の電流ｉｄを決定し、逆変換器３１は定電圧制
御または定余裕角制御により運転し直流線路５０の直流
電圧Ｖｄを決定している。

このような制御を行なっている場合の制御特性図を第２
図に示す。

Ｉ−１と１−２は順変換器３０の制御特性を表わし、ｌ
ｌ−１とＩｆ−２は逆変換器３１の制御特性を示す。

順および逆変換器において第２図の制御特性を作りだす
制御装置のブロック図が第３図である。

６０はスイッチ、７０と７１は加算器、８０は定電流制
御回路、８１は定電圧制御回路、８２は定余裕角制御回
路、９０は最小値選択回路で、順変換器３０と逆変換器
３１はそれぞれこの第３図の制御装置の出力の制御角α
によって制御され、その入力が正の最大値で制御角αが
最小となりその入力が負の最小値（絶対値は最大となる
）のとき制御角αが最大として演算を行なう。

スイッチ６０は、順変換器３０では解放し、逆変換器３
１では開成されている。

したがって、逆変換器３１の制御装置では加算器７０に
より直流電流設定値Ｉｄｐが電流マージンΔＩｄｐだけ
減じられたことになり、定電流制御回路８０は第２図の
ｌｌ−２の特性を生じ、順変換器３０の定電流制御回路
８０により生じるＩ−２の特性とは電流マージンΔＩｄ
ｐの差を持つことになる。

順変換器３０のＩ−１の制御特性は順変換器の特性で決
まる制御角αの最小値で運転を行なう場合の特性である
。

定電圧制御回路８１は加算器７１からの直流電圧設定値
Ｖｄｐと直流電圧Ｖｄの差によって制御されるが、順変
換器３０では第１図の直流電圧ＶＣ＋の向きを負の値と
みるため定電圧制御回路８１がらの制御角は定電圧制御
回路８１で決まる最大値となっているから、定電流制御
回路８０からの制御角αによって制御される。

一方、逆変換器３１では第１図の直流電圧Ｖｄの向きを
正の値とみるため定電圧制御回路８１から定電圧制御（
条件によっては定余裕角制御回路８２）によって決まる
制御角αとなり、第２図のｌｌ−１の特性がつくられる
。

定余裕角制御回路８２は正常運転時に逆変換器３１が転
流失敗を起こさぬよう一定の余裕角Ｙを確保ざぜるため
の制御角を発生する回路であり、直流電流Ｉｄと交流電
圧Ｖａｃから で決定された制御角を算出している。Ｘは転流リアクタ
ンスである。

以上説明した定電流回路８０と定電圧回路８１と定余裕
角回路８２とから出力される制御角のうち最小の制御角
を最小値選択回路９０で選択し、制御角αとして順変換
器３０と逆変換器３１とを運転する。

これにより、順変換器３０では第２図Ｉ−１とＩ−２の
制御特性が得られ、逆変換器３１では■−１とＩ−２の
制御特性が得られて、第１図の直流送電系統は第２図上
のＡ点で運転されることになる。

なお、第２図の逆変換器３１の制御特性ｌｌ−１は、例
えば、交流電圧Ｖａｃが低い場合とが直流電流Ｉｄが大
きい場合は定電圧制御回路８１がらの制御角よりも定余
裕角制御回路８２がらの制御角の方が小さくなることに
より、定余裕角制御回路からの制御角によって決定され
ることもある。

これまでは、変換器３０を順変換器とし変換器３１を逆
変換器として説明してきたが、第３図のスイッチ６０を
変換器３０では開き、変換器３１では閉じると、変換器
３０は順変換器、変換器３１は逆変換器となることはあ
きらがである。第１図の直流２端子系統の順変換器３ｏ
と逆変換器３１を上記の動作により運転中に逆変換器３
ｏ、順変換器３１とすることもでき、この場合、直流電
圧Ｖｄが逆極性となるとともに、変換器３ｏがら変換器
３１へ送電されていた電力が、逆に変換器３１から変換
器３０へ送電されることになる。

これは潮流反転と呼ばれている。

しかして上述の直流端子送電系統で送電電力を一定にす
る定電力制御には、従来、第４図の定電力制御装置に第
５図の１次遅れ制御演算回路を用いて行なわれている。

第４図の１０１．１０２は加算器、１１０は１次遅れ制
御演算回路である。第５図の１２０゜１２１は演算増幅
器、１３１，１３２．１３３はそれぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ２
、Ｒ３を表ワｔ、、１４０はコンデンサＣを表わしてい
る。

第４図の定電力制御装置の動作を説明する。加算器１０
１では電力設定値Ｐｄｐと直流送電の送電電力Ｐとの差
が取られ誤差信号ＥＲＲとして出力される。

ＥＲＲ＝Ｐｄｐ−Ｐｄ　（１） ここで送電電力Ｐｄは第１図の直流電圧Ｖｄと直流電流
１ｄの積の絶対値であり Ｐｄ　＝　Ｉ　Ｖｄ￥ｌｄｌ　（２） としてめられている。加算器１０１からの誤差信号ＥＲ
Ｒは１次遅れ制御演算回路１１０に入力され１次遅れ制
御演算をほどこされた後、補正信号ＤＰとして出力され
る。加算器１０２では補正信号ＤＰと電力設定値Ｐｄｐ
が加算され直流電流設定値Ｉｄｐが出力される。一般に
、直流送電では、直流電圧設定値Ｖｄｐは一定値とする
ため、直流送電電力の増減は直流電流設定値１ｄｐを増
減させて行なうことが知られている。このため電力設定
値Ｐｄｐの１００％を直流電流設定値１−ｄ、ｐの１０
０％に相当するように電力設定値Ｐｄｐが決められてい
る。それ故、第４図の加算器１０２から出力される直流
電流設定値Ｉｄｐを第３図の直流電流設定値Ｉｄｐとす
ることにより直流送電の送電電力Ｐｄが決定される。第
４図の一次遅れ制御演算回路１１０は、外乱等により直
流２端子送電の送電電力Ｐｄが電力設定値Ｐｄｐとは異
、なる送電電力になったときこれを補正するためのもの
である。第５図は１次遅れ制御演算回路１１０に用いる
１次遅れ制御回路の従来例である。

第５図の回路の伝達関数Ｇ（ｓ）は に ０（”　”’　１　＋Ｔ　１　＊　Ｓ　（３）但し ２ Ｋ　＝　−Ｔ　＝　Ｃ＊　Ｒ２（４） Ｒし である。一般にＫは利得、Ｔ１は遅れ時定数と呼ばれて
いる。Ｓはラプラスの演算子である。

［背景技術の問題点］ 以上、第４図と第５図で説明した従来の定電力制御装置
には次のような不具合があった。すなわち、 （イ）　第１図の直流送電系統の起動時には直流電圧Ｖ
ｄは零電圧から定格電圧まで立ち上がるのに長時間を要
し、（２）式でめられる送電電力Ｐｄはある一定時間、
電力設定値Ｐｄｐよりも大幅に少なくなる。それ故、（
１）式で表わされる誤差信号ＥＲＲが大きくなって、−
次遅れ制御演算回路１１０の出力である補正信号ＤＰが
大きくなる。この状態で第１図の直流送電系統の逆変換
器３１の定電圧制御回路８１の働きにより直流電圧Ｖｄ
が直流電圧設定値Ｖｄ１）に等しくなり、直流電流設定
値ｌｄｐが直流電力設定値Ｐｄｐになることで直流電力
Ｐｄが直流電力設定値Ｐｄｐに等しくなる状態になって
も、誤差信号ＤＰが第５図の一次遅れ制御演算回路で決
定される遅れ時定数Ｔ１＝Ｃ＊Ｒ２で決定される時間で
しか零にならない。このため、直流電流設定値１ｄｐが
Ｐｄｐに等しくなるのに時間がかかり、第４図の定電力
制御装置を第１図の直流送電系統に適用すると起動時の
送電電力の動揺が大きくなるという不具合である。第６
図は第４図と第５図で説明した定電力制御装置を用いた
場合の直流電流設定値１ｄｐの動きを説明する図である
。第６図を用いて上記不具合を説明する。時間ｔ＝ｔＯ
で第１図の直流送電系統が起動されると時間ｔ　＝ｔ　
１まで送電電力Ｐｄが電力設定値Ｐｄｐまで立あがらな
いため、第５図の一次遅れ回路で決定される時定数Ｔ１
に応じて第４図の定電力制御装置から出力される直流電
流設定値１ｄｐがＩ　ｄｐｌまで大きくなる。その後、
送電電力Ｐｄが電力設定値以上になると、第５図の一次
遅れ回路で決定される時定数Ｔｔにより、時間ｔ＝ｔ２
までに直流電圧設定値ＩｄｐはＰｄｐになる。逆変換器
３１では第３図の定電流制御回路８０の応答は定電圧制
御回路８１の応答に比べて速いため、時間ｔ＝ｔ１の時
点で第１図の直流送電系統の直流電圧Ｖｄが直流電圧設
定値Ｖｄｐにほぼ等しくなっている。時間ｔ１とｔ２の
間は第１図の直流送電系統が電力設定値Ｐｄｐの指示通
り電力を送電できるにもかかわらず、第５図の一次遅れ
回路を使用したため、電力設定値Ｐｄｐの指示通り電力
を送電できない期間となっている。

（ロ）　また、第１図の直流送電系統で潮流反転を行な
う場合、潮流反転の開始から終了までの間、直流電圧Ｖ
ｄの絶対値が直流電圧設定値Ｖｄｐ以下になり、送電電
力Ｐｄが大きく変動する。このため起動時と同様に第４
図の定電力制御装置から出力される直流電流設定値１ｄ
ｐが動揺し、潮流反転終了後、第４図の定電力制御が早
急に適正動作を行なわないという不具合がある。

［発明の目的］ 従って、本発明は、従来装置の不具合を解決するために
なされたもので、直流送電の起動、潮流反転等で送電電
力を大きく変動させる一定時間の間、定電力制御装置が
決定する直流電流設定値の変動を規制することにより、
定電力制御装置の応答を速くするように構成した電力変
換装置の定電力制御方法を提供することを目的とする。

［発明の概要コ 本発明は、順変換器と逆変換器の協調をとりながら運転
を行なう直流送電や周波数変換装置等の電力変換装置に
用いる定電力制御装置において、電力変換装置の起動や
潮流反転等で送電電力を変化させる際に、一定時間の量
定電力制御装置の制御演算の時定数を定常運転中に用い
る時定数とは異なる時定数に切換えるようにしたことを
特徴と［発明の実施例］ 以下、本発明による電力変換装置の定電力制御装置の一
実施例を第７図と第８図で説明する。

第７図と第８図において、第５図および第６図と同一符
号は同一もしくは相当部分を示す。

第７図中１３４は抵抗Ｒ４であり、１５０と１５１はス
イッチである。スイッチ１５０とスイッチ１５１は連動
しており、スイッチ１５０がａ側に閉じているときはス
イッチ１５１もａ側に閉じており、スイッチ１５０がｂ
側に閉じているときはスイッチ１５１もｂ側に閉じてい
る。第７図は一次遅れ制御演算回路である。スイッチ１
５０と１５１がａ側に閉じている時には、この伝達関数
は（３）式および（４）式で表わされ、第５図の一次遅
れ制御演算回路と同じ伝達関数となる。しかし、スイッ
チ１’５０と１５１がｂ側に閉じている時には、この伝
達関数は（３）式と以下の（５）式で表わされる。

（４）式と（５）式から分かる様に、第５図のスイッチ
１５０ど１５１がａ側に閉じている時とｂ側に閉じてい
る時とでは、伝達関数の利得には同じで、遅れ時定数Ｔ
Ｉが異っている。

ここで抵抗Ｒ４１３４は抵抗Ｒ２１３２より大きくして
いる。

Ｒ４＞Ｒ２（６） このため、スイッチ１５０と１５１がｂ側に閉じている
時の遅れ時定数ＴＩ　＝Ｃ＊Ｒ４は、ａ側に閉じている
時の遅れ時定数Ｔ１＝Ｃ＊Ｒ２よりも大きくなっている
。

本発明は、第７図の一次遅れ制御演算回路を第４図の一
次遅れ制御演算回路１１０として用いるもので、起動時
あるいは副流反転時等で第１図の直流送電の送電電力を
変化させようとするときには、スイッチ１５０と１５１
をａ側に閉じておき、送電電力が電力設定値Ｐｄｐにほ
ぼ等しくなった時点で、スイッチ１５０と１５１をｂ側
に切換えるよう構成されている。

第８１図は、第７図の一次遅れ制御演算回路を第４図の
一次遅れ制御演算回路１１０とした本発明による定電力
制御回路から出力される直流電流設定値１ｄｐの動きを
説明する図である。時間［−ｔｏで第１図の直流送電系
統を起動する時には、□第７図のスイッチ１５０と１５
１はｌ）側に閉じられており、第７図の一次遅れ制御回
路の時定数７１＝Ｃ＊Ｒ４は第５図の一次遅れ時定数Ｔ
１＝Ｃ＊　Ｒ２よりも大きくなっている。このため第７
図の補正信号ＤＰは、時間ｔ＝ｔ’１の間でさほど大き
くはならない。

すなわち、第１図の直流送電系統の送電電力Ｐｄが電力
設定値Ｐｄｐまで立上がる時間１＝１゜から１　＝１　
、の間で第４図の定電力制御装置からの直流電流設定値
１ｄｐはＩ　ｄｐ２となり、第６図で説明した時間ｔ　
＝ｔ　１での直流電流設定値１　ｄｐｌよりも小さくな
る。第８図の時間ｔ　＝ｔ　１で第７図のスイッチ１５
０と１５１をａ側からｂ側に切換えると第７図の遅れ時
定数はＴｌ＝Ｃ＊Ｒ４がらＴＬ＝Ｃ＊Ｒ，２と切替わり
時定数は第５図の一次遅れ制御演算回路と同じものにな
り、時定数Ｔ１は時間ｔ＝ｔ１を境にして大きくなる。

それ故、直流電流設定値ｌｄｐは時間ｔ＝ｔ３でＰｄｐ
に等しくなり、第４図の定電力制御回路は第６図で説明
した時間ｔ＝ｔ２よりもずっと速い時間で適正な制御を
始められることになる。

次に潮流反転時の本発明による定電力制御装置の動作を
説明する。潮流反転を開始する前は、第７図のスイッチ
１５０と１５１はａ側に閉じており、第５図の一次遅れ
制御回路と同じ動作をしているが、潮流反転を開始する
時点で第７図のスイッチ１５０と１５１をｂ側に閉じ、
潮流反転が終了した時点でスイッチ１５０と１５１を再
びａ側に閉じる。これにより、潮流反転を行っている一
定時間の間は遅れ時定数がＴ１＝Ｃ＊Ｒ２からＴ１＝Ｃ
＊Ｒ４と大きくなり、潮流反転にともなう送電電力Ｐｄ
の変動による第４図の定電力制御装置からの直流電流設
定値Ｉｄｐの増大が抑制されるとともに、潮流反転終了
後、遅れ時定数がＴ１＝Ｃ＊Ｒ４からＴｔ＝Ｃ＊Ｒ２と
なるので、第４図の直流電流設定値Ｉｄｐがすぐに電力
設定値Ｐｄｐに近い値となり、定電力制御装置は早急に
適正な制御ができるようになる。

ところで、以上では第４図の定電力制御装置と第７図の
一次遅れ制御演算回路をハードウェアで構成するよう説
明したが、コンピュータを使用すればソフトウェアで実
現できることは明らかである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、順変換器と逆変換器の協
調をとりながら運転を行なう直流送電や周波数変換装置
等の電力変換装置に用いる定電力制御装置において、制
御演算回路の時定数を、上記電力変換装置の起動あるい
は潮流反転等を行なう一定時間の間、定常運転中に用い
る時定数とは異なる時定数に切替えて使用するよう構成
したので、電力変換装置の起動あるいは潮流反転時等で
電力設定値と送電電力が大幅に異なる場合があっても、
定電力制御装置の応答を調節できるため、直流送電や周
波数変換装置に与える擾乱を少なくすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電力変換装置の一例としての直流２端子送電系
統図、第２図はその制御特性図、第３図はその制御装置
のブロック図、第４図は定電力制御装置の一例を説明す
る図、第５図は第４図に用いる１次遅れ制御回路の従来
回路図、第６図（ま第５図の従来例による第４図の定電
力制御装置の動作を説明する図、第７図は本発明による
定電力＄制御回路の一実施例を示す１次遅れ制御回路図
、第８図は本発明による定電力制御装面の動作を説明す
る図である。 １２０．１２１・・・演算増幅器、１３１〜１３４・・
・抵抗器、１４０・・・コンデンサ、１５０，１５１・
・・スイッチ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 （ 第２図 ｄ ｏｐ 第３図 第４図 ｄ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 順変換器と逆変換器の協調をとりながら運転を行なう、
   直流送電や周波数変換装置等の電力変換装置に用いる定
   電力制御装置において、電力設定値と送電電力との偏差
   を検出して送電電力が電力設定値に等しくなるように制
   御する制御演算回路の時定数を、上記電力変換装置の起
   動あるいは潮流反転等で電力設定値と送電電力との偏差
   が大きくなる一定時間の間、定常運転中に用いる時定数
   とは異なる時定数に切換えることを特徴とする電力変換
   装置の定電力制御方法。