JPS61109425A - 電気ケーブルにａｃ電圧を重畳したｄｃ電圧を供給するための方法及び装置 - 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】 本発明は、電気ケーブルに、ＤＣ電圧であって、上記Ｄ
Ｃ電圧より低い値を有する低周波数ＡＣ電圧が重畳され
たＤＣ電圧を供給するだめの方法及びその関連の装置に
関する。

より詳細に述べろと、本発明の対象を構成する方法及び
装置によって、２つのターミナルステーションの間に接
続された電気ケーブルに、ＤＣ電圧であって、上記ＤＣ
電圧の値の５係〜１０％の間に含捷れるピークピーク値
及び５０Ｈ２未満、好ましくは１〜２０　Ｈｚの間に含
１れる周波数を有するＡＣ電圧成分が重畳されたＤＣ電
圧（数百ＫＶ台であり得る）を連続的に供給することが
できる。

本明細書において、「ターミナルステーション」という
用語は、ＤＣからＡＣへの電圧の変換又はその逆が起き
るケーブル用変換ステーションヲ一般的に意味する。従
って、複雑な分配ネットワークシステムにおける中間ス
テーション、すなわち、埋設ケーブル又は水中ケーブル
から高架ケーブル等への分岐点、すなわち変換点であり
得る。

上記のＤＣ電圧は、ケーブルがそれに対して設計されて
いるＤＣ運用電圧であり、あるいは、より高い、若しく
はより低い値を有し得るが、上記電圧の値は、ＡＣ電圧
より少なくとも一桁高くなっている。更に、「連続的に
」という表現は、少なくとも数時間もかけて測定可能な
期間を考えている。

従来技術の説明 高電圧ケーブル（ＨＶＤＣ）ｅ用いる現存のＤＣ電力伝
送システムは、ＡＣネットワークシステムからＤＣネッ
トワークシステム及び、この逆の電力伝送を可能にする
２つ又はそれ以上の変換ステーション（整流器及びイン
バータ）及びケーブル又は高架導電体であり得る少なく
とも１つのＤＣ電圧伝送ラインを総合的に含んでいる。

これらの変換器は、サイリスタ型であるのが好ましいパ
ルプを用いている。このパルプの導通は、このパルプへ
の制御信号を調整し且つ発生／分配するという機能を行
なう制御装置によって制御される。そして、これらのパ
ルプは、このシステムが所望の電流値及び電圧値でもっ
て動作するように作動する。

詳細に説明すると、高電圧ＤＣ電力伝送用ケーブルは、
数Ｋｍの海底横断に応用されている。何となれば、これ
まで採用されてきたＡＣ伝送技術は、ケーブルと大地の
間のキャパシタンスが非常に高いため、かなりの技術的
な問題を与えているからである。

これらのシステムの場合、特に、関連のケーブル長が数
十Ｋｍを超えた場合、全体の工事の予算から見て、ケー
ブルの経費は、かなり重要な項目となり得る。

ケーブルの経費は、縦走する海底径路の深さの関数及び
、より一般的には、ケーブルの敷設条件の関数であると
同時にケーブルの公称電流及び公称電圧の関数である。

技術的及び経済的見地から見ると、斯かる応用に最も良
く合致するケーブルの型式は、油含浸紙によって構成さ
れた絶縁を有しており、今日用いられている公称最大電
圧は、約±３００ＫｖＤＣである。

ＤＣ伝送システムの機能中、安定状態の条件において、
ケーブルに加えられろ最終電圧は、実質的にはＤＣ電圧
であるが、そのピークピーク値が数１０％台である非常
に小さな波状成分（リプル）である。

今捷で判明されているように、ケーブルに加えられたＤ
Ｃ電圧の値の０．５〜１０ヂの間に含捷れろ振幅及びＩ
Ｈ２〜数十Ｈｚの間に含まれる周波数を有するＡＣ電圧
が連続的に且つケーブルの全体の長さにわたって斯かる
ＤＣ電圧に重畳されると、ケーブルの伝送特性は、明確
に改善されるという結果になる。このＤＣ電圧は、ケー
ブルの公称電圧あるいは、別の値を有することができる
が、同じオーダーの大きさであり得る。更に、この供給
は、ケーブル運用サイズの期間中、永久的に、あるいは
、間欠的に（しかし、少なくとも特定の時間あるいは特
定の日日にわたって連続的に）用いられることができ、
あるいは、このケーブルは、それが接地される前に斯か
る種類の処理に供することができる。詳細に説明すると
、通常の条件の運用の下で予想できる値を超える電圧及
び／又は電流値においてさえも、ケーブルを高い信頼性
でもって用いることができるようなケーブルの絶縁特性
の改善が行なわれる。

これは、以下のことを意味する。すなわち、任意のケー
ブル構造に利用可能な最大電圧を得るために従来の方法
（すなわち、研究開発費に余分な経費を用いないで）で
得られたケーブルは、′電力を高い割合でもって送給す
るのに用いることができる。代りに、小型のケーブルは
、より高い性能を有し且つより高い経費を併なったケー
ブルの使用を必要としたであろう予め確立された電圧値
でもって電力を送給するのに用いられる。

発明の概要 本発明は、上記のように、２つのターミナルステーショ
ンの間に接続された電気ケーブルに、ＡＣ電圧が重畳さ
れたＤＣ電圧を供給するための方法及び関連の装置に関
する。ＡＣ電圧は、この２つのターミナルステーション
の一方に通じるように発生され、このケーブルを含む閉
ループにおける交流起電力の和を零にするように、他方
のステーションにおいて補償される。Ａ　Ｃ／　Ｄ　Ｃ
変換回路及びＤ　Ｃ／　Ａ　Ｃ変換回路の制御インパル
スに作用することにより、あるいは、電圧発生器を用い
てＡ’０電圧のソース及び補償デバイスが達成される。

簡潔を期すために、本発明は特定の実施例に基づいて説
明される。しかしながら、本発明は、その絶縁が気体又
は液体圧によって補助されない全てのＤＣ高電圧ケーブ
ルに用途を見い出すものである。

本発明によると、上記に示した特徴を有するＡＣ電圧が
、それを適当な特徴を有する少なくとも１つのソースを
通して１つのターミナルステーションに通じるようにＤ
Ｃ公称電圧に重畳することによりケーブルに加えられ、
他方のターミナルステーションにおいては、ケーブルと
２つのターミナルステーションから成る閉ループにおけ
る交流起電力の和を零にするように、ソースの振幅と等
しい振幅及びソースの極性と逆の極性の電圧を発生する
ことのできる補償デバイス（能動あるいは受動）が配設
されている。前に述べたことに鑑みろと、このＤＣ電圧
は、ケーブルが使用中に実際に供されるＤＣ電圧ではあ
り得す、且つＡＣ電圧への適用の点は、単にケーブルの
端部に限定され得る。

本発明は、２つのターミナルステーションの間に接続さ
れた電気ケーブルに、ＤＣ電圧であって、上記ＤＣ電圧
より低いピークピーク値を有するＡＣ低周波数電圧が重
畳されたＤＣ電圧を連続的に供給するだめの方法におい
て、上記ターミナルステーションの一方に通じるように
ＡＣ電圧を発生し、ケーブルに循還し、且つＡＣ電圧成
分による電流を最小化するように、他方のターミナルス
テーションにおいて等しいＡＣ電圧でもってこのＡＣ電
圧を補償することを特徴とする方法から成る。

「最小化するコという用語は、ＡＣ電流の値を、前に述
べた制御装置の正規の動作に干渉しない程度に減少させ
ることを意味している。より詳細に説明すると、且つ現
在公知のシステムに関して述べると斯かる電流は、ケー
ブルに循還するＤＣ電流の５％未満という結果になる時
に最小化されたとみなされる。

更に、本発明は、上記の方法に従って、２つのターミナ
ルステーションの間に接続された電気ケーブルに、ＤＣ
電圧であって、上記ＤＣ電圧の値より低いビークピーク
値を有するＡＣ低周波数電圧が重畳されたＤＣ電圧を連
続的に供給するための装置において、上記ステーション
の一方に通じるように少なくとも１つのＡＣ電圧ソース
を含み且つ他方のステーションに通じるように、その端
子において、上記ＡＣ電圧に等しい電圧が得られる少な
くとも１つの補償デバイスを含むことｅ％徴とする装置
から成る。

本発明の好適な実施例によると、これらのソース及び補
償デバイスは、変換ステーションにおける値を制御する
パルスの分配を同時に時間変調することによって達成さ
れる。

第１図は、電気システム１０（図示の場合は３相）から
のＡＣ電圧がＤＣ電圧に変換され、ケーブル１に沿って
伝送されるのに用いられるＡＯ／Ｄｏ変換ステーション
の全体的な配置を詳細に示している。

この３相ライン１０は、フィルター２を含んでおり、且
つ１つ又はそれ以上の変圧器の第１次巻線に接続されて
いる。なお、これらの変圧器の１つが図面では参照数字
１３によって示されている。

ｌ） 第２次巻線は、ブリッジ整流回路に接続されており、こ
れらのブリッジ整流回路の１つが図面に参照数字２３に
よって示されている。これらのブリッジ整流回路は、サ
イリスタバルブ３２を含んでおり、このサイリスタバル
ブ３２の導通は、制御装置１８から点弧パルス及びカッ
トオフパルスを受ける電極３３によって制御される。制
御装置１８は、制御ユニット２０及び保護ユニット１９
を含んでいる。この制御装置は、ＡＯライン及びＤｏラ
インから電圧及び電流信号１５を受け、ブリッジ制御電
極にインパルス１６を生成する。これらのブリッジは、
（破線によって示されるように）互に直列に接続されて
おり、且つケーブル１に直列に接続されている。さらに
、この図面では、平滑インダクタンス２及び各サイリス
タに並列に配置された減衰回路７の１つが示されている
。これらの直列ブリッジの残りは、電極ラインＡで終わ
っている破線によって略示されている。

このケーブルの他端には、ＤＣ／ＡＣ変換ステーション
が配設されており、この変換ステーションにおいて、Ｄ
Ｃ電圧がＡＯ電圧に変換され、他の場所に伝送されるた
めに、分配ステーション及び／又は他方の変換ステーシ
ョンに送られる。

これらのバルブを制御するためのパルス’に発生し且つ
分配することは別に、この制御ユニットは、このネット
ワークのパラメータに依存するフィードバック信号１５
を処理すること、従ってタイミングを調整することと一
緒に、このシステムを所望の電流値及び電圧値でもって
動作するように駆動する。

このＤ　Ｏ／　Ａ　Ｃ変換ステーションは、実質的に類
似しているが、インバータのように接続されたブリッジ
回路によって、ＡＣ電圧全回復せしめるだめの逆の動作
のだめのものである。これらの装置のさらに詳細なこと
はニドワードダブリュー・キムバーク（ＢＪｗａｒｄ　
Ｗ、Ｋｉｍｂａｒｋ　）著（１９７１年のニューヨーク
州のニドウィリーインタサイエンス（Ｅｄ、Ｗｉｌｅｙ
−■ｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）　）の「直流伝送（Ｄ工
ＲＥＣＴ　Ｃ！ＵＲＲＥＮＴ　ＴＲＡＮＳＭ工ｓｓ工Ｏ
Ｎ　）　Ｊ　Ｖｏｌ。

１の文献に見られる。

添付図面において、図面を簡単にするために、第１図に
示されている配置に鑑みて、簡単に理解される簡単で且
つ公知のダイアグラムが用いられている。さらに、同一
の部品あるいは対応する部品を示すのに同一の参照数字
が用いられている。

第２図は、単配線伝送システム、すなわち、海あるいは
陸による帰線を有するシステムに応用される本発明を略
示している。

２つのターミナル変換ステーション４及び５、すなわち
Ａ　Ｃ／　Ｄ　ＣステーションとＤ　Ｏ／　Ａ　Ｃステ
ーションの間には、その両端における平滑インダクタン
ス２を介して電気ケーブル１が接続されている。本発明
によると、これらのステーションの１つには、ＡＣ電圧
が導入される。このＡＣ電圧は、前に示した範囲内に、
ケーブルに供給されるＤＣ運用電圧に重畳される振幅値
及び周波数値を含んでいる。

このＡＣ電圧の発生は、第２図においてＥｌで略示され
ているソースから供給される。後に詳しく説明されるよ
うに、ソースＥ１は必らずしもターミナルステーション
において物理的に明確で活性な成分でなくても良い。

他方のターミナルステーションの通信の場合、ソースＥ
２　として略示される補償デバイスが配設されている。

この補償デバイスは、その端子に、上記ＡＣ電圧と等し
く且つ同位相にある電圧を供給するように構成されてい
る。

各ソースにおいて示されている矢印は、電流循還の場合
に対抗する電圧方向を示している。この場合であっても
、ソースＥ２は、必らずしも明確な成分及び（又は）活
性型の成分ではないが、既存の回路の機能を修正するこ
とによって達成されるかあるいはこのシステムに受動部
品を付加することによって達成され得る。

上記に鑑みると、ケーブル、２つのターミナルステーシ
ョン及びアース帰線（又は海の帰線又は他に対応する導
電体）によって形成される閉ループにおいて、重ねられ
たＡＣ電圧による電流の循還は実質的にないという結果
になる。事実、ループにおけるＡＣ起電力の合計はゼロ
になる。

ｉ） 実際は、ケーブル２には重畳されたＡＣ電圧による比較
的小さなＡＣ成分が存在する。そして、これは、Ｅｌ　
とＥ２の小さな位相差のケーブル（海の帰線に対する、
あるいはアース帰線導電体に対する）の分布キャパシタ
ンスが原因である。そして、他の小さな現象も原因とな
る。

にもかかわらず、上記の交流電流は、ケーブルに循還す
る直流電流の値に対しては無視できる値であり、本発明
は、ケーブルに循還する斯かる交流電流を最小化するこ
とを提案するものである。

例えば、本発明によると、５．５　ＫＶＯ値を有するＡ
Ｃ電圧が、それぞれターミナルステーションに配量され
たソース及び補償デバイスを通して上に重ねられる約１
００ＯＡの直流電流が循還する１００ＫＶＤＣ電圧伝送
システムを考えることができる。ケーブルを循還する交
流電流の振幅は、±２ＯＡの間に含まれる、すなわち、
この制御システムが正しく機能できるような小さな範囲
となる。一般的に、且つ現在用いられている制御システ
ムでは、重畳ＡＣは、それがケーブル全循還するＤＣ成
分の５％未満の振幅範囲、好ましくは４チ未満内に限定
されると最小化される。

このようにして、２つの重要な利点が得られる。

第１の利点は、感知されるような電力消費が無いことで
あり、これは、ケーブルの伝送特性を変化させないこと
とは別に、ケーブルを、その全体の長さにわたってＡＣ
電圧に適用させたままに保持するのに大きな電力が必要
でないことを意味することである。

第２の利点は、上記の電流が、交換ステーションの通常
の制御作動に影響しないことである。上記の制御は、ケ
ーブルに存在する電流値に基づいており、従って、ＡＣ
成分の重畳が原因で感知される程度に変化するという結
果にはならない。

本発明の好適な実施例によると、第３図に示すように、
ＡＣ電圧が変換ステーションの１つに導入され、ＤＣ運
用電圧に重畳され、これにより制御回路に直接、干渉す
る。第３図では、対応する部品を示すのに、前の図面で
用いられたと同じ参照数字が用いられている。

第３図に示されているターミナルステーションは、ブリ
ッジ整流器２３及び２４を含んでおり、これらのブリッ
ジ整流器は、片側において干滑りアクタンス２を介して
ケーブル１に且つ他方の側において変圧器１３及び１４
を介してＡＣネットワークに接続されている。このＡＣ
ネットワークはまた、フィルタ１２を含んでいる。この
ステーションは、その働きに応じて、ＡＣ／ＤＣ変換ス
テーションあるいはＤＣ／ＡＣ変換ステーショ／であり
得る。

ブリッジバルブの制御電極３３及び３４は、これらのバ
ルブに点弧パルス及びカットオフパルスを発生する制御
ユニット２０の出力に接続されている。この制御ユニッ
トは、これらのバルブに分配されるインパルスのタイミ
ング及び期間を修正する目的で、ブロック２２で示され
ているシステムのセンサ（電圧センサ、電流センナ等）
から信号を受げる調整器２１により、運用の予想可能状
態（過負荷等）に調整するように、すでにプログラムさ
れている。

本発明のこの実施例によると、これらのバルブの点弧角
を周期的に変化させるために、１〜５０Ｈｚ、好適には
、１〜２０　Ｈｚの間に含まれる周波数を含む変調信号
がインパルス全達成し分配するユニット２０に適用され
る。この変調信号は、変調器回路２５によって発生され
、加算接合２４を介してユニット２０に適用されろ。ブ
リッジ出力に現われろ電圧は、この時点では、この変調
信号の周波数に等しい周波数及びＤＣ電圧の０５チ〜１
０係の範囲内に含まれる振幅を有するＡＣ成分を含んで
いろ。

このＡＣ成分を、このターミナルステーションに導入し
且つ（点弧角に作用するか、あるいは、本明細書におい
て後に述べられるように他の方法で）ＡＣ／ＤＣステー
ションにおける補償を行なうべく点弧角を変調すること
がより簡単であるため、第３図に示されるステーション
はＤＣ／ＡＣ変換ステーションであることが好ましい。

別の実施例によると、ＡＣ電圧のソースは、真の低周波
数電圧発生器である。第４図は、双配線　　　　。

伝送システムであり、ケーブル４１及び５１が２つのタ
ーミナルステーション４４及び４５の間に接続されてお
り、これらのステーション４４及び４５はそれぞれ、２
つのＡＣ電圧発生器Ｅ１及びＥ２　ｋ組込んでいる。上
記電圧発生器又は外部ソースによって生成される電圧は
、このネットワークに沿って配置されているセンサと（
付加的なライン又はケーブル自身に沿って送られる）フ
ィードバック信号により、中央制御装置によって同振幅
及び同位相に維持されろ。

第４図の実施例においても、この電圧発生器は、変換シ
ステムの変調、例えば、第３図に示すような変調に置き
換えることができろ。何となれば、−ＡＯ重畳′醒圧を
発生するソースの特性は実質的に無関係であるからであ
る。

ソース又は補償デバイスを達成するのに用いられる手段
の互換性は、これらの手段が活性デバイス、すなわち、
電力を供給できる成分を含むという事実から派生してい
る。

互換性が得られないという結果になる補償器に対する修
正された実施例が、第５図に示されている。この実施例
は、ターミナルステーションの１つに付加される成分り
及びＣによって略示されているインダクタンス及びキャ
パシタンスによって形成された並列共鳴回路全台んでい
′る。ＬＣネットワークを構成しているこの回路の共鳴
周波数は、適用されたＡＣ電圧の周波数に等しい。これ
は、この電圧に非常に高いインピーダンスを与え、これ
により他方のターミナルに注入される電圧に等しい電圧
を生成する範囲全達成するためである。

この場合においても、ソースＥ１は、これらのブリッジ
又は真の発生器の角度変調を制御することによって得ら
れる型式であり得る。この共鳴回路は、Ａ　Ｏ／’　Ｄ
　Ｃ変換ステーションあるいは、ＤＣ／ＡＣ変換ステー
ションに配置することができ、この場合、その対応する
ソースは、他方のターミナルステーションに配置される
。その「受動」特性に鑑みると、この振動回路は、ＡＣ
電圧のソースとして用いられるが、補償器としてしか用
いられない。

このＡＣ電圧は、電気機械過渡特性（下限の下）又は準
同期共鳴（上限の上）に典型的な周波数値を避けろべく
、２１０Ｈｚの間に含捷れる周波数を有する正弦型であ
ることが好ましい。ソースと補償器の間には特定の度合
の位相シフＩｆ認めることができるが、ケーブルに沿っ
て循還する交流電流の値がケーブルを循還する一定の直
流電流の値の５％未満にまで低くできることを条件とし
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知の変換ステーションの一般的す配置ヲ示
す図。第２図は、単配線伝送システムの本発明の略図、
第３図は、より詳細に示したターミナルステーションの
図。第４図は、本発明の双配線伝送システムに対する好
適な実施例の略図。 第５図は、これもまた本発明の双配線システムの代わり
の変更例を示す図。 １０・・・電気システム、１２・・・フィルタ、１８・
・・制御装置、２３・・・ブリッジ整流回路（外５名） ｍ−Ｊ ｒ　−一一一一−−、；−−−−−−コし−Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）２つのターミナルステーションの間に接続された電
   気ケーブルに対し、ＤＣ電圧であって、上記ＤＣ電圧よ
   り小さいピークピーク値を有するＡＣ低周波数電圧が重
   畳されたＤＣ電圧を連続的に供給するための方法におい
   て、上記ケーブルに循還し且つ上記ＡＣ電圧成分による
   電流を最小化するように、上記ターミナルステーション
   の一方に斯かるＡＣ電圧が送られるように発生し且つこ
   のＡＣ電圧を等しいＡＣ電圧でもって他方のターミナル
   ステーションにおいて補償することを特徴とする方法。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の方法によって、２つ
   のターミナルステーションの間に接続された電気ケーブ
   ルに対し、ＤＣ電圧であって、上記ＤＣ電圧の値より低
   いピークピーク値を有するＡＣ低周波数電圧が重畳され
   たＤＣ電圧を連続的に供給するための装置において、上
   記ステーションの一方に通じる少なくとも１つのＡＣ電
   圧ソースを含み且つ他方のステーションに通じる上記Ａ
   Ｃ電圧に等しい電圧が得られる端子を有する少なくとも
   １つの補償デバイスを含むことを特徴とする装置。 ３）上記ステーションの一方は、整流器のように接続さ
   れたブリッジ回路を含むＡＣ／ＤＣ変換ステーションで
   あり、他方のステーションは、インバータのように接続
   されたブリッジ回路を含むＤＣ／ＡＣ変換ステーション
   であり、各ステーションには、これらのブリッジに対応
   の点弧パルス及びカットオフパルスを発生するための制
   御ユニットが配設されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の装置。 ４）上記ソースが、上記制御ユニットによって発生され
   る制御パルスの分配を時間変調する上記変換ステーショ
   ンの一方の制御ユニットに接続された変調器によって達
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の装置。 ５）上記ソースが、上記ＤＣ／ＡＣ変換ステーションに
   配設されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の装置。 ６）上記ソースが、上記ＡＣ／ＤＣ変換ステーションに
   配設されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の装置。 ７）上記補償デバイスが、上記制御ユニットによって発
   生された制御パルスの分配を時間変調する上記変換ステ
   ーションの一方の制御ユニットに接続された変調器によ
   って達成されることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の装置。 ８）上記補償デバイスが、上記ＤＣ／ＡＣ変換ステーシ
   ョンに配設されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載の装置。 ９）上記補償デバイスが、上記ＡＣ／ＤＣ変換ステーシ
   ョンに配設されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載の装置。 １０）上記ＡＣ電圧ソースが、電圧発生器であることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の装
   置。 １１）上記補償デバイスが、電圧発生器であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の装置
   。 １２）上記補償デバイスは、その共鳴周波数が上記ＡＣ
   電圧の周波数に等しいＬＣネットワークであることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の装置
   。