JPS61199433A - 電力変換システム - 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、２つの異種電力系統間の電力潮流吊を制御り
−る電力変換システムに関する。

伐が国の電力系統は、西１］本の６０１−１７系統ど東
［１本の５０　ｌ−ｌ　ｙ系統どに人きく分けることか
できる。

これらの巽種電力系統を結び、系統間の電力超流吊を制
御Ｊ８装置どしては、古くは誘＞！９機′：ｑを使つｌ
〔回転形層波数変換機あるいは水銀整流器を用いた静１
に形周波数変換装胃等があり、まｌこ晟近では、」ノイ
リスタなどの半導体制御整流器を用いＩこ静止形周波数
変換装置が実用に供されている。

また、５０１−１　ｚ系統の中でも、いくつかの電力会
社にＪ：って管理される種々の電力系統があり、電圧定
格や設備容量も様々である。これらの電力系統を有効に
結び、各系統間の電力潮流量を制御するためにも、交流
−〉直流−ン交流の変換を行う電力変換装置ｊｆ／が使
われ−（いる。特にその直流電線路の距離を長くした一
ｂのは、直流送電用電力変換駅間どじ−（良く知られて
いる。

第５図は、従来の電力変換装置の１１４成例を示Ｊブ［
二１ツク図であり、５０　Ｌｉ　Ｚ系統ど６０１１ｚ系
統を結び、両系統間の電力潮流１ｊｌを制ｒａ−りる場
合を表わしくいる。

Ｂｕｓｌｔ、；を第１の電力系統、例えハ５０１−Ｉ　
Ｚ電力系統の３相電線路、Ｂ　Ｕ　Ｓ　２は第２の電力
系統、例えば６０旧電力系統の３相電線路、ＴＲ１゜丁
［マ、は電源１ヘランス、８８１．５Ｓ２ｔ、１、リー
イリスタブリッシ回路からなる交直電流変換器、１−０
は直流リアル１〜ル、ＣＡＰｌ　、ＣＡＰ２は高調波フ
ィルター兼用進相−］ンデンリ、５ＶＣ１゜Ｓ　Ｖ　Ｃ
２は無効電力補償装置買である。

無効電力補償装置ａ　Ｓ　Ｖ　Ｃ１は、電１１−ランス
ＴＲ３ど、リイリスク整流回路ｓｓ３と、直流リアクＩ
〜ノ日−１と、電流検出器ｃ−１−３から構成されてお
り、無効電力制御回路ΔＱＲ１にＪ、って受電端の無効
電力０１が設定器ＶＲＱ１からの指令顧Ｑ　　１”（−
０）に等しくなるＪ、うに直流リラ７り１ヘルー−１に
流れる電流’Ｌｌを制御される。無効電力補償装置５Ｖ
Ｃ２も同様に構成されており、無効電力制御回路ΔＱＲ
によ−〕で受電端の無効電力Ｑ２が指令値Ｑ２４：（−
０）に鋳しくンｊ−るように電流’１２が制御される１
゜ 次に、ト）ホのＪ、うに構成した電力変換シスナノいに
おいて、５０１−ｌ　Ｚ系統の電線路Ｂ　Ｕ　Ｓ　１か
ら６０　ｌ−１ｚ系統の電線路Ｂ　Ｕ　Ｓ　、、に電力
を送る場合の動作を説明Ｊる。

電線路Ｂ　Ｕ　Ｓ　ｌからの受電端に電流検出器ＣＴ８
□ど電圧検出器ｒ）Ｔ　８□を設置し、ご３相の電！１
、電流の瞬Ｉ１．′？値を検出Ｊる。これらの値を有効
無すｊ電力演算回路ｐｏｃ１に人力し、有効電力［）１
および無ダｊ電力Ｑ１を求める。同様に、電線路Ｂｕｓ
２からの受雷端にも電流検出器ｃＴ８２および電圧検出
器ｆ−）１−８２を設置し、有効無効雷ツノ演算回路Ｐ
　Ｑ　Ｃ、、ど合１！て、有効電力Ｐ２および無’ＡＪ
電力Ｑ２を検出する。

有効電力［）１は入ってくる方向を正、有効電力Ｐ２は
出ていく方向を止どして検出づる。また、無効電ノーＪ
Ｑ１　、Ｑ２は遅れ無効電力を１：、進み無効電力を負
どり、て検出する３、 電線路ＢＵ　Ｓ　１から電線路Ｂ　Ｕ　Ｓ　２に電力を
送る場合、交直電力変換器ｓ８１は順変換器どして動作
し、交直電力変換器ｓｓ２は逆変換器どじで動作Ｊ−る
。

電力潮流量ｔ々定器ＶＲＰによって電力指令値＊ Ｐ　〉０が与えられる。シコミッ１〜回路５１−１は電
力指令値Ｐ　”　＞　０のどぎ出力信号ＩＩ　Ｉ　ＩＩ
を発生し、スイッチＳＷ１をａ側に、またスイッチｓｗ
２をｂ側に接続する。これにより、順変換器ｓｓ１は電
力と１１流ｆｆ１Ｐ＝　（Ｐ１＋Ｐ２）／２がその指令
値＊ Ｐ　に等しくなるように出力電圧Ｖ１を制御され、逆変
換器Ｓ　Ｓ　２は出力電圧ｖ２は一定の直流電圧ｖ１８
を発生ずるように「ｊ制御される。

直流電流検出器ＣＴｏは直流リアク１〜ルー−ｏに流れ
る電流ＩＯを検出するものであり、また電力制御回路Ａ
ＰＲは両受電端の電力検出値Ｐ１どＰ２の平均値（Ｐｌ
　→Ｐ２）／２が指令値ｐ　ｉ”に等しくなるように、
前記直流電流Ｉ。を制御するものである。

Ｊ：た、定電圧制御回路Ａ　Ｖ　Ｒは逆変換器Ｓ８２の
出力電圧Ｖ　が一定値■＊になるにうに制御Ｊ−るもの
であり、またＰ　ｌ−１１，Ｐ　１−１２は各々交直電
力変換器ＳＳ　およびＳ８２の位相制御回路であす る。

交直電力変換器ＳＳ　およびＳ８２の出力電圧を図の矢
印の方向にどると ■１−ＫＶ　°Ｖｓ１゛ＣＯ３α１ Ｖ　　　　　＝、、−、Ｋ　　　　　−Ｖ　　Ｓ２　番
　ｃｏｓ　　　α　２ｖ どなる。たｌ、８シ、ＫＶは変換定数、Ｖ８１．Ｖ８２
は各々交直電力変換器ＳＳ１おにびＳＳ２の交流側人ノ
コ電圧である。

順変換器ＳＳ　の点弧制御角α１はＯ°〜９０°の範囲
で制御され、逆変換器Ｓ８２の点弧制御角α２＋、１９
０’−１８０°の範囲に設定される。なお、点弧制御角
α２−１８０°のどき、逆変換器Ｓ８２の交流側入力力
率は１ど４するが、自然転流を行うための転流進み角γ
だけ点弧タイミングをずらＪ必要がある。故に、点弧制
御２１１角α２−１８０°−γどイＴす、 ■　−−Ｋ　−ｖｓ２・ＣＯ３（１８０°−γ）Ｖ の出力電圧を発生ずる。転流進み角γを一定とづれば、
出力電圧Ｖ２も一定の直流電圧どなる。

直流電流Ｉ　は直流リアク１〜ルＬ。に印加される電圧
Ｖ　　−Ｖ２を変えることににって制御されす るが、出力電圧Ｖ２は＝一定に制御されるので、■　−
Ｋｖ・■ｓ１・ｃｏｓα１　　　　、を変えて制御する
ことになる。

従って、直流電流Ｉ。を増加させたい場合は、Ｖ　＞■
　どなるように点弧制御角α１を制御し、直流電流ＩＯ
を減少させたい場合は、Ｖｌ〈ｖ２どなるように点弧制
御角α１を制御する。定常点イ」近では、直流リアクト
ルＬ−ｏ１７）抵抗弁を無視すれば、Ｖｌ−＋Ｖ２の関
係が成り立ノ５、ｃｏｓα１′−−ＣＯＳα３からα１
＋γとなっている。

第６図（ａ）、（ｂ）は５０１−１　ｚ系統の電線路Ｂ
　ＬＪ　Ｓ　　ｈ’　ラ６０　ＨＺ系統ノミ線路Ｂｕｓ
２へ電力を送っているときの各交直電力変換器の交流入
力側の１相分の電圧電流ベクトルを示すもので、＝　　
７　− 同図（ａ）は変換器Ｓ８１の電圧電流ムク１−ル図、同
図（ｂ＞は変換器ＳＳ２の霜圧霜流ベク１−ル図を示す
。

直流電流Ｉ。で定常状態を考えると、■１市■　どなり
、α１・；・γの関係が成り立っている。

順変換器ＳＳ　の入力電流Ｉ　　は、電圧Ｖ８１により
位相α　だけ遅れて、その大きさはｌ５Ｓ１−に−Ｉｏ
どなっている。また、逆変換器Ｓ８２の入力電流Ｉ　　
は電圧Ｖ　より位相角α２−１８３３２　　　　　　　
　Ｓｌ ０°−Ｔだけ遅れて、その大きさはＩ　　　＝Ｋ・ＩＯ
である。

（Ｃａｌｌ　　、　　ｌＣａ１１　　は進相コンデ゛ン
サＣΔＰ１おＪ：びＣＡＰ　　に流れる電流を示し、■
　　およ２　　　　　　　　　　　　ＳＳ３ びｌ５ＳＩＩは無効電力補償装置５ＶＣ１および５ｖＣ
２に流れ込む遅れ電流を示す。

入力電流ｌ８８１を有効分Ｉ、１と無効分Ｉ、１に分り
ると ｌ−１−ＣＯ３α　−ｋ・■　ｏ−ＣＯ３α１ｐＩ　　
　ＳＳ１　　　　１ １　ｑ１＝　’　ＳＳ１”　”１ｎα　−に−１０−ｓ
ｔｎα１どなる。遅れ電流■Ｑ１”　’　３３３が進み
電流■。１，１に等しくなるように遅れ電流１　　を制
ｍ覆゛れば、Ｓ３ 電線路Ｂ　Ｕ　Ｓ　１から入る゛電流’　ＡＣｌは前記
有効分Ｉ、１だ【〕どな腫基本波力率が常に１の状態で
運転出来る。

同様に、入力電流Ｉ　　を有効分Ｉ、２と無効分Ｉｑ２
に分ＩＪると、 １　−１　　　令ｃｏｓα　＝に・ｌ　　−ＣＯ３α２
ｐ２　　　　ＳＳ２　　　　　　　２　　　　　　　０
１　−１　　−５ｉｎα−に−（−５ｉｎα２ｑ２　　
　　ＳＳ２　　　　　　２　　　　　　０どなり、Ｉｑ
２＋１８８４−■　　どなるＪ：うに遅れａｐ２ 電流ｌ８８４を制御すれば、電線路ＢＵＳ２からの入力
電流Ｉ　　は有効分Ｉ、２に等しくなる。有効へ〇２ 分Ｉ　は電圧■８２に対し−Ｕ１８０’位相がずれてい
るから、基本波力率が１で電線路ＢＬＪＳ２の方向へ電
力が戻っていることを示している。

電力潮流量の設定値Ｐ＊を大きくすると、直流電流■。

を増加させるために過渡的には点弧制御角α１を変化さ
せるが、 Ｐ＊＝　（Ｐｌ　＋Ｐ２　）　／２ に見合う直流電流１’（＝１近になると、（χ１　１１
７で落着く。このとき、入力側の無効分は１’＝ｋ・１
　′　・ｓｉｎα１ 〔１１０ どなり、 １　　′−Ｉ。ａｐｌ”　（１１’ を減少させれば、 １　　　　＝Ｉ　　’　＝ｋ・１０　−ＣＯ３α１ＡＣ
Ｉ　　　ｐｉ どなって、電力潮流量だｃ〕を増加させることがＣ・ぎ
る。進相１ンデンリ−ＣＡＰｌおよびＣ△［）２の電流
Ｉ　　およびＩｔよ、最大電力を潮流（＼ｔ！ｃ　ａ　
１）１　　　　　ｃ、ａ　ｐ　２るに見合つノこ分を用
意しでお（プばよい。

一方、電力潮流量の設定値Ｐ”’、ｒ狛の１１ｆ目こ段
室りるど、スイッチ５Ｗ１ｔより側に、またスイッチＳ
　Ｗ　２１；Ｌ　ａ側に接続され、今Ｉ＜ｆ　ＩＪ、　
６０１−Ｉ　Ｚ系統の電線路ｒ３　Ｕ　Ｓ　２から５０
　ｌ−（Ｚ系統の電線路Ｂｕｓ１に電力が送られるよう
になる。このとき、Ｓ８１は逆変換器として出力電圧一
定制御が行４″ｒわれ、Ｓ８２は順変換器どじで直流電
流制御が行なわれる。

〔前頭技術の問題点］ 上述した従来の電力変換装置には次のような欠点がある
。

′１ｊなわち、電力潮流柘を変化ざける場合には直流電
流１ｏを大きくしたり小さくしたつづるが、その変化に
ともなって、変換器ＳＳ１おにびＳＳ２の入力側の無効
分１ｑ１．Ｉｑ２が変化りるので、その変化に応じて無
効電力補償装置ｉｆｆ　Ｓ　Ｖ　Ｃ１およびＳＶＣｌ７
Ｘｌ雷流Ｉ　　　、Ｉ　　　を制ｔｉｌｌづる２　　　
　　ＳＳ３　　　ＳＳ４ 必要がある。

この無効電力補償装置ｆ＆ＳＶ（”　　、５ＶＣ２の容
ｈ↓は萌（こら）ホベｌこように、直流電流の最大値を
’　ｏ（ｍａｘ）どした場合は、 ｌ−ｌＣａ、１−Ｉｑｌ −ｋ”　（ＩＯ（ｎｌａＸ）　　’　Ｏ）・ｓｉｎα１
１　　　　−Ｉ　　　　　−１ ＳＳ４　　　　　ｃａｐ２　　　　ｑ２二ｋ”’Ｏ（Ｈ
川−■ｏ）ＩＩＳ１ｎα２どなる。ここで、位相角α１
キγ１位相角α２−１８０°　−γの関係を考慮し、前
記直流電流Ｉ。

がＯ〜’　０（ｍａｘ）で変化Ｊるど考えると、Ｉ　　
　”　Ｉ　　　−”　ｌ　Ｏ（ｍａｘ）””γｓｓ３　
　　　　ＳＳ４ が必要どなる。

γは前述のように電力変換器のザイリスタを自然転流さ
せるために必要４１転流進み角で、電源側のインダクタ
ンスおよびリイリスタのターンオフタイム等（こ関係す
る。特に前者は変換器のアーム短絡に備えるため、かな
り大きな値に４「る。そのため、転流進み角γは３０°
へ・４０°の舶になるのが常である。転流進み角γ−３
０°どし−Ｃも、ｓｉｎγ＝・０．５であるから、無効
電力補償装置５ＶＣ１および５ＶＣ２の容部は電力変換
器ＳＳ　およびＳ８２の容量の１／２の値にな−）てし
よう。このように、従来システｌ＼では、装置が大型化
し、高価で複信１に４ｉる欠点があった。

また従来のシステムでは変換器Ｓ８１およびＳ８２は他
励コンバータで構成されており、各々第１６３　Ｊ：び
第２の電力系統の電源電圧を利用して転流動作を行って
いる。従って、第１の電力系統ｄ５よび第２の電力系統
には交流発電機あるいはそ＝　　１２　− れに代る交流電圧源が接続されていな（）ればならない
。

しかし全てのシステムが上記条件を満足しているとは限
らない。例えば、第１の電力系統には交流発電機が接続
されているが、第２の電力系統には負荷だ＋Ｊが接続さ
れること１〕あり、その場合には、変換器ＳＳ２を転流
させることができず、このシステム自体が成り立た４【
いという欠点が生じる。

〔発明の目的］ 本発明は背■技術にお（）る上）本の如き欠点を除去づ
−べくなされたもので、従来必要であった無効電力補償
装置を用いることなく受電端の基本波力率を１に保持し
、しかしどちらか一方の電力系統に交流電圧源がない場
合でも安定した電力供給が出来る電力変換システムを提
供することを１］的とげる。

〔発明の概要） 本発明の電力変換システムは」二連の目的を達成するた
め、第１の他励コンバータの交流側を第１の電力系統に
接続し、第２の他励二１ンバータの交流側を第２の電力
系統に接続し、これら２つの他動コンバータの直流側を
直流リアク１〜ルを介して一方向のｉｒＪ流電流が流れ
るように接続してなる第１の電力変換装置ど； 前記第１の電力系統から電力供給を受（ｊ、この交流電
力を直流電力に整流づる整流器と、この整流器の直流出
力重圧を平滑化する直流平滑コンデンサど、この直流平
滑］ンデン１ノを電１干源どし、直流電力を交流電力に
変換し、前記第２の電力系統に電力を供給覆る自動イン
バータからなる第２の電力変換装置と； を偵１えることを特徴どηる。

〔発明の実施例〕

第１図および第２図は本発明の電力変換システムの一実
施例の構成を示ずブロック図である。これらの図におい
て、第４図にお【ノるど同−鍔号は同一もしくは相当部
分を表すものとＪる。

Ｔ　Ｒ５、Ｔ　Ｒ６は３相電源トランス、ＲＦＣは３相
ブリツジ結線された整流器、１−ｄは直流リアク１〜ル
、ｃｄは直流平滑コンデンサ、ＩＮＶは直流電圧を３相
交流電圧に変換する自励インバータ、Ａ　ＣＬは交流リ
アクトル、ＣＶＣは自励インバータの制御回路を示す。

なお、ＣＴｓは３相の交流電流検出器、ＰＴｓは交流電
圧検出器、ＰＱＣは有効無効電力演算回路を示す。また
、第２図にお−いて、Ｃ−Ｃ３は比較器、Ａ１．Ａ２は
加算器、１−１　　（Ｓ）’、１−１　　（ｓ）は制御
補償回路、Ｋｏ。

Ｑ　　　　　　　　　　　ｐ Ｋ１は演算増幅器である。

本発明の電力変換システムは大きく分けて、他励コンバ
ータ（交直電力変換器）Ｓ８１．８８２によって構成さ
れる第１の電力変換装置ＰＣ１と、整流器ＲＦＣおよび
自動インバーターＮＶによって構成される第２の電力変
換装置ＰＣ２とから成り立っている。

まず、第２の電力変換装置ＰＣ２の動作を説明する。

第１の電力系統である３相交流電線路Ｂ　Ｕ　Ｓ　１−
　１５　　＝ から電源トランスＴＲ５を介して供給された電力は３相
ブリツジ結線された整流器ＲＦＣにＪ二り自流電力に変
換される。この直流型ツノは直流リアク１ヘルー−ｄを
介して直流平滑コンアン１ノＣｄに一〇蓄えられる。こ
の直流平滑」ンデンザｃｄは整流電圧の平滑化を行う役
目も果している。

自励インバーターＮＶは上記直流電力をさらに別の３相
交流電力に変換り”るもので、交流電力を交流リアクト
ルΔＣ１−おＪ：び電源トランスＴＲ６を介して、第２
の電力系統である３相交流電線路ＢＵＳ２に供給する。

自動インバーターＮＶの制御回路ＣＶＣは当該インバー
ターＮＶの出力電圧がほぼ一定値になるＪ：うに制御し
ている。このときインバータの出力周波数は第２の電力
系統の周波数に一致覆るように制御されることはいうま
でもない。

第２の電力変換装置ＰＣ２における電力の流れの方向は
一方向のみである。ｉＪなわら、第１の電力系統ＢｕＳ
　から第２の電力系統Ｂ　Ｕ　Ｓ　２に雷力供給が行な
われ、その反対方向には電力は流れない。電力を反対方
向にも潮流させるには、整流器ＲＦＣを自動インバータ
に変えなければならい。

整流器ＲＦＣはこのように電力を回生ずる能力を持たな
いが、制御する必要もなく、構成が簡単で、値段が安い
ことが特徴である。しかも、サイリスタを用いた他励コ
ンバータに比べると入力力率が良く、負荷の大小にかか
わりなく、はとんど力率−１で運転出来る利点がある。

本発明はこの特徴を生かすように構成したものである。

直流リアクトル１−ｄは、電源投入時などの急激な入力
電圧変化に対して直流平滑コンデンυＣｄに突入電力が
流れないにうに電流を抑制する役［１を果し、自励イン
バータＩＮＶの３相出力電圧は、はば一定値に制御され
る。

第２の電力系統ＢｕＳ２には負荷だけが接続されている
場合と、３相交流Ｎｍとなる発電機あるいは仙の電力変
換器等が接続され、それに負荷が接続されている場合が
考えられる。

Ｂ　Ｕ　Ｓ　２に負荷だ＋Ｊが接続されている場合に１
３Ｌ自励インバータＩＮＶの出力周波数は任意の顧（例
えば６０　Ｈｚ　＞で゛一定舶に制御され、ｆ１６：ｊ
の大小にかかわり４ｒ＜、インバータの出力型１Ｆを−
・定に保つ。勿論、インバータの出力容邑領を越える負
荷が加わった場合には、電力供給Ｆ３は限定される。

Ｂｕｓ２に交流電圧源が接続されている場合には、自励
インバータＩＮＶの出力周波数は当該交流電）１−源（
こ合ｕ゛（制ｎ＋＋され、しか０出力電ｙ王の位相も一
定の関係を持つにうに制御される。

この■含ｂ１電源トランスＴＲ６の人力※ｉ：の電圧が
ほぼ一定になるように自励インパークＩＮＶの出力型ｊ
１−を制御するので、第２の雷ツノ系統に接続されたて
負荷が大きくなれば、Ｂ　ｔ、Ｊ　Ｓ　２の重重（特に
１ヘランス丁Ｒ６の受電端電圧）が低［；シ、自励イン
バータＩＮＶから供給りる電力ら増大づる。逆に負Ｉ１
１′？１が小さくなれば、１〜ランスＴ［＜６の受電娼
；電ｊ王が４二冒Ｊ−るので、自励インバータＩＮＶか
ら供給する電力は減少Ｊ−る。′？Ｉ”ｔＫわら、自励
インバータＩＮＶの出力容量以内であれば、負荷変動に
応じて電力Ｕｌ、給吊は自動的に制御される。

一方、インバータの出力容量を越える負荷が加わった場
合１．１４；ｉ出力型ＩＪｇ　−定判ｉ１１をやめて、
電カ一定制御に切換えられる。

次に第１の電力変換装置ＰＣ１の動作を説明り−る。

第１の電力変換装Ｆｆ　Ｐ　Ｃ１は第５図に示した従来
の電力ゆ換装Ｆｌにお（Ｊると同様に、電源電圧を利用
した自然転流動作を基本にしだ他励コンバータに１、っ
て構成されているが、従来の装置では受電端に無効電力
補償装置５ｖｃ１，５ｖｃ２が接続されでいたのに対し
、本発明の第１の電力変換装置ＰＣ１にはそれがない点
が界なっている。

以下、電線路１３　Ｕ　Ｓ　１からＢ　Ｕ　Ｓ　２の方
向に電力を送る揚台つまり、Ｓ８１が順変換器どして、
またＳ８２が逆変換器どじて動作している場合を例に取
って説明−する。

まず直流電流１０は次のように制御される。

直流電流検出器０丁　によって油流電流Ｉ。を検出し、
第２図の比較器Ｃ２によって直流電流の指＝）＝ ９値Ｉ　　ど比較り−る。その偏差 ：エ　　：４ニー ６２’Ｏ’０ を演ｔ１増幅器Ｋ。に」、って増幅し、位相制御Ｉｎ１
ｉ路ｒ〕Ｈ１おＪ−び旧−１２に人力号−る。位相制御
回路［］１１１および門−リはその人力ε５およσε６
に比例した電１■−を変換器ＳＳ　おＪ：びＳＳ２から
発生させるＪ、うに制御Ｊる。

故に、 Ｃ 直流電流の（指令値）Ｉ　　〉（検出値）ｌ。

の揚台（よ、偏差ε２〉Ｏどｈす、 ε５−８６−８２・ＫＯ が位相制御回路旧−１およびＰ　Ｈ２に入ることにより
、変換器Ｓ８１の出力電圧Ｖ１は第′１図の矢印の向き
に、また変換器Ｓ８　　の出力型１「Ｖ２は第１図の矢
印どｔよ反対の向き１こ、偏差ε２に比例した大きさで
生じる。

従って、直流リアクトルＬｏに印加される電圧はＶ　　
−Ｖ　　＞Ｏどなり、直流電圧Ｉ。を増加させる１、 逆に、 ＊ 直流電流のく指令ｆ１１１　　　＜（検出値）１゜にな
ると、偏差ε　〈０どなり、出ノｊ電圧Ｖ１−Ｖ２〈Ｏ
どなって直流電流■。を減少させる。

結果的には、直流電流Ｔ＝ｌｏ”どなって落着く。この
とぎ、直流リアクトルし。の抵抗弁が十分小さりれば、
Ｖ１→・Ｖ２どなっている。

第２図は第１図の変換器ＳＳ　　Ｓ８２の点弧１　・ 制御角を演算−りる点弧制御角演算回路を示す。ま１こ
第３図は、第１図の実施例におりる受電端の１相分の電
圧電流ベタ１〜ル図を示し、同図（ａ）は変換器Ｓ８１
の受電端のベクトル図、同図（ｂ）は変（り器ＳＳ２の
受電端のベクＩ〜ル図である。

次に、これらの図を参照しながら電力潮流量のＷｉｌ制
御動作および無効電力制御の動作を説明り−る。

３相交流雷流検出器ＣＴ８によって、変換器Ｓ８１の受
電端の電比および電流の瞬時値を検出１−る。これを有
効無効電力演負回路ＰＱＣに入力し、有効電力Ｐおよび
無効電力Ｑを求める。有効電力Ｐは電線路Ｂ　Ｕ　、Ｓ
　１から電線路Ｂｕｓ、、に向かう潮流方向を正の値と
Ｊ−る。

第２図の比較器Ｃ１は前記無効電力Ｑどその指＊ ９値Ｑ　を比較するもので、ぞの出力偏差ε１−Ｑ＊−
〇は次の制御補償回路１」（ｓ）によって積分される。

制御補償回路Ｈ０（Ｓ）の出力信号＊　　　　− Ｉｏ　が前記直流電流ＩＯの指令価どなる。比較器Ｃの
出力ε２は増幅器Ｋ。で増幅された後、加算器Ａ、’Ａ
２に人力される。

また、比較器Ｃ３は前記有効電力［）とその指令（直Ｐ
　を比較するもので、その偏差ε　−、−ｐ　＊−＊ Ｐは次の制御補償回路１１　、　（ｓ　）によって積分
Ｊ：たは増幅される。制御補償回路ｌ−１，（ｓ）の出
力信号εは加算器Ａ１を介して位相制御回路Ｐ　ｌ−１
１に入力されると共に反転増幅器に１おにび加算器Ａ２
を介して位相制御回路Ｐ　Ｈ２に入力される。

従って、位相制御回路日−１の入力ε５おにび位相制御
回路Ｐ　ｌ−１２の入力ε６は次のように表すことがで
きる。

ε　−ε　十ε　令に ε　−−ε４＋ε２脅Ｋ。

説明の便宜−１−１Ｉ”＝ＩＯとなっている場合を考え
ると、ε２−０どなり、偏差ε５−ε４゜ε　−−ε　
の関係が成り立ち、出力電圧Ｖ１−Ｖ２どなる。

ここで変換定数をＫ　、交流側入力電圧を■。

■ ＝Ｖｓｌ−■ｓ２とすれば ■１−ＫＶ−ＶＳＣＯ８α１へε４ ｙ、、　−−ＫＶ’−ｙＳ−ｃｏｓ　（ｘ２°ｃ’−６
６ｏｃ　５４ど４Ｔす、変換器Ｓ８１の点弧制御角α１
の余弦値は偏差ε　に比例し、また変換器Ｓ８２の点弧
制仰角α　の余弦値は偏差ε４のマイナス値に比例する
。故に変換器Ｓ８１の点弧制御角α１に対し変換器Ｓ８
２の点弧制御角α２は ｒｘ２＝１８０°−α１ ＊ の関係がある。直流電流１　　　＝＃Ｔｏとなって偏差
ε　≠Ｏどなるど、点弧制御角α２＝１８０゜一α１の
関係（，１崩れて、出力電圧Ｖ１≠Ｖ２と（２直流電流
Ｉ。を増減ざＵる。定富的には出力電圧Ｖ１＋■２どな
ることは前に述べた。

第３図は出力電圧ｖ１＋Ｖ２にａ３ける受電端の電圧電
流ベタ１ヘル図を示Ｊ゛もので、変換器Ｓ８１の入力電
流Ｉ　　は人きざがｋＩｏ′ｃ電圧ｖ、１ｓＩ Ｊ：り角度α１だ【プ近れて流れでいる。まｌこ、変換
器Ｓ８２の入力電流Ｉ、８２は大きさかに−Ｉｏで電圧
Ｖｓ２より角度α２÷１８０°−α１だり遅れて流れて
いる。電流Ｉ　　を有効分Ｉ、１おにび無Ｓ１ 効力■ｑ１に分けると １　−１　　−ｃｏｓα１＝に争１ｏＩＩｃｏｓα１ｐ
ｌ−５Ｓ１ １　　１　　　’　Ｓｊｎ　α１”’Ｋ　”　１０　Φ
Ｓｊｎ　（１’１（＋１　　　３３１ となる、３また、電流Ｉ　　を有効分Ｉ、２および無効
力Ｉｑ２にわｌプるど １　−Ｉ　　　・ｃｏｓα２　＝に−ＩＯ・ＣＯ３α２
ｐ２−　　３３２ １　−Ｉ　　　−５ｉｎ　ａ　　＝に−１０−ｓｉｎ　
ａ２ｑ２　　　３３２　　　　　　　２ どなる。位相制御角α２：、−１８０°−α１の関係入
れると Ｔ　、２−−１　ｐｉ Ｉ　ｑ２＝　Ｉ　ｑｉ どなる。なお、前記遅れ無効電力Ｔ、１＝Ｉｑ２は、進
相コンデンサＣΔＰ１おにびＸＡＰ２の進み無効電力’
　Ｃａｐｌ”　ｃａｐ２に等しく制御されている。

この状態から、第２図の電力潮流量の指令値ｐ　”！”
を増加させた場合を考える。

偏差ε　−Ｐ＊−Ｐ＞Ｏとなり、制御補償回路１−１．
（Ｓ）の出力ε４が増加する。故に変換器ＳＳ　および
ＳＳ　の出力電圧Ｖ１＋Ｖ２が増加し、ＣＯＳα１およ
び−ＣＯＳα２も増加する。従って、Ｉ、１４−Ｉ、２
が増加し、有効電力Ｐが増大しでいき、最終的にＰ＝Ｐ
”＆なる。

有効電力Ｐ＝Ｐ＊になる過程において、変換器ＳＳ　お
よびＳＳ　の点弧制御角α１おＪ：びα２が変化するた
め、受電端の無効電力制御にも影響を与える。すなわち
、ＣＯＳα　および−ＣＯＳα２が大きくなるど、ｓｉ
ｎα１およびｓｉｎα２が減少し、 １　　＝ｋＩ　　−５ｉｎα１　〈１ｃａｐｌｑ１　　
　　　　０ ｊ　　＝に−１−５ｉｎ　Ｑ１２＜１．．２ｑ２　　　
　　　０ どなる。従って受電※ｉ１１の無効電力Ｑは進みとイｆ
つて負の値を検出する。故に、偏差ε　−Ｑ””　　Ｑ
〉０ど４１で）で、次の制御補償回路１−１　ｑ（Ｅう
）の出１； 力である直流電流指令値Ｉ　　を増加させる。直流電流
ＩＯの制御は前に述べた通りで、Ｉｏ−ＩＯ＊に４ｆる
Ｊ：うに制御される、１この結果、無効分Ｉ　およびＩ
（１２か増大し、最終的には無効電力Ｑ　”　−Ｑ　−
０になるＪ：うに制御される。

しかし、直流電流Ｉ。が増７１１＋　１−るど有効分■
１］１シｌ； ＝−’　ｐ２も増加し、前記有効電力Ｐは指令値Ｐより
人ぎ＜＜ｒる。故に今度はＣＯ３α１および−ＣＯ８α
２を減少ざ１↓るにうに動作し、前記自ｉ％ｆ電流Ｉｏ
も若干減少りる。

ηなわ１う、電力潮流ハ１の指令値Ｐ１＝　＜＝増加さ
け一！ご場合は、電力変換器８８　　ＪシよびＳＳ２の
出力電圧ｖ、Ｖ２および直流電流ＩＯが変化しながら有
効電力制御および無効電力制御が同時に行イ”Ｌわれ、
最終的にはイ１−効電力ｐ＝ｐ＊、無効電力Ｑ４； Ｑ　ど４する」；うな、出力電圧Ｖ１　Ｖ２ど直流電流
Ｉ。のｌ１ｆｉになる。第３図（ａ＞、（ｂ）のべり１
−ル図において、前記電力潮流１■の指令値Ｐ＊を増加
さけた結果、変換器Ｓｓ１の入力電流はＩ　　から１　
　′に変化し、にた、変換器５Ｓ３３１　　　　　　５
Ｓ１ ２の入力電流は■　　から■　　′に変化して、ＳＳ２
　　　　　　３８２ 有効分だ４ｊがＴ−Ｔ　　が１　　’−−■’にｐｉ　
　　　ｐ２　　　ｐｌ　　　　　ｐ２増加したことを示
している。

有効電力指令値Ｐ１？を減少させた場合にも同様に制御
され、最終的に有効分１’　−Ｐ　＊、無効分Ｑ：ｌ； ＝−Ｑ　　＝＝　Ｏど４ｚるような直流電流■。および
出力電圧Ｖ　半Ｖ２どイｒる。

以上は無効電力指令値Ｑ　：ＩＣ＝　Ｏどして受電端の
無効電力Ｑが零になるように、Ｊ−なわら、入力基本波
力率が１になるように制御する例に゛っき述べたが、ｏ
”＜ｏに設定しても同様に制御される事は言うまでもイ
ｒい。

まｌこ、右効電ノｊ指令４Ｔｈ　Ｐ　”を負の値に設定
する事により、電力の流れを反転さけることができる。

リ４ｆわら、第２の電力系統ＢＵＳ２から第１の電力系
統１３　Ｕ　Ｓ　１に゛出力が戻され、」■ネル１゛−
の有効利用が図れる。この場合でＬ〕仙励コンバータＳ
８１およびＳ８２の各受電９１１：の入力力率は１に保
持される。

次に、２つの電力変換装置Ｐ０１ど［）Ｃ２の相りの関
係を次に説明り−る。

第１の電力変換装置ＰＣ１を構成りる他励コンバータＳ
Ｓ　　、ＳＳ２は自然転流動作を行うＩこめ交流側に電
圧源が必要どなる。

通常、少イＴくどもとららか一プラの電力系統は理想的
な交流型■；源と考え−てに＜、この場合、第１の電力
系統［３Ｕ　Ｓ　１を上記理想的な交流電ｆ上諒とＪる
。従って他励−１ンバータＳＳ１は電源電圧にＪ、る自
然転流が可能で゛ある。

これに対し、第２の電力系統Ｂｕｓ２は理想的イｒ交流
電ｆｆ源に接続され′Ｃいること６あれば、電圧変動の
大きい、リ−なわｌう、容量の小さい父流雷１丁源に接
続されＣいること０ある５、さらに（ま、Ｂ　Ｕ　Ｓ　
２には負荷だ４ＴＪシか接続されていない場合も考えら
れる。従って、他励コンバータＳＳ２を自然転流さμる
には、かならずしも理想的な交流電圧源どはなり得ない
。

本発明で′は自励インバーターＮＶが他動＝ｌインバー
タ８２の転流に必要な交流電圧源どなっている。しかし
、他励コンバータＳＳ２の受電端の入力力率は前にも説
明したように常に１に保持されているため、他励コンバ
ータＳＳ２の転流のために、自励インバータＩＮＶに大
ぎなΩ担をかりることはイｒい。

一方、第２の電力変換装置Ｐ０２は第２の電力系統Ｂ　
ｔＪ　Ｓ　２から第１の電力系統Ｂｕｓ１に電力を戻ず
事はでき４ｔい。この場合箱１の電力変換装置ｐｃ１に
よってＢｕｓ　　２からＢ　Ｕ　Ｓ　１に電力を戻づこ
とになる。

第１の電力変換装置ＰＣ１の有効電力指令値４て Ｐ　を第２の電力変換装置ＰＯ２が供給している電力に
比例し゛（増減さ１！れば、両変換装置の負荷分担の割
合を一定にできる。

例えば、第２の電力変換装置ＰＣ２によつ−Ｃ供給され
る有効電力Ｐ２を検出し、第１の電力変１りｊ＊ ＆　ｊＭｌ、　Ｐ　Ｃが供給づる有効電力Ｐ１の指令１
ｉｆｊ　Ｐに選べば、ｐ　　＝ｐ２ど４１つて制御され
、両変換装置ＰＣおよびＰＯ２の負荷分担は賓しくなる
。

次に、回生運転時（系統ＢＩＪＳ２からＢ　Ｕ　Ｓ　１
に電力を戻り一場合）の動作を説明り゛る。

第４図は第１の電力変換装置ＰＣ１の他励コンバータＳ
Ｓ　おＪ、びＳＳ２の受電端の電圧電流べりし・ルを示
ｉものて゛、（ａ）はカ行運転時（系統ＢｕＳ　からＢ
ｕｓ２に電力を供給する場合）のベタ１〜ル図、（ｂ）
は回生運転時のべり１−ル図であり、３相交流の中の１
相分を示している。

図中、■８１（ＶＳ２）は電源電圧、■８８１は他励コ
ンバータＳＳ　の入力電流、１　　は他励二１ンＩ　　
　　　　　　ＳＳ２ バークＳ８２の入力電流、■、１は’　ｓｓｌの有効分
、■、２は１８８２有効分、’Ｑ　’−ＩＱ１＝　’Ｑ
２はｌ５Ｓ１またはＩ　　の無効分（罪れ）、Ｉ　　　
＝１３３２　　　　　　　　　　　Ｃａｐ　　　ｃａｐ
ｌ＝Ｉ　　は各受電端の進相］ンデンリに流れる進ａｐ
２ み電流である。またα１．α２は他励コンバータＳＳ　
おＪ：びＳＳ　の点弧位相角、β　、β２は転流進み角
である。定常状態においては、他励コンバータＳＳ　お
よびＳＳ２の直流側電圧■１どＶ２はつり合っており、 α　−β２＝１８０°−α２ の関係が成り立つ。

カ行運転の場合、電力はＢＵＳｌからＢｕｓ２に供給さ
れ、他励コンバータＳＳ１は順変換器となり、点弧制御
角α１はＯ°〜９０°の間のある値になる。このどぎ他
励コンバータＳＳ２は逆変換器どなり、その点弧制御角
α２は９０°〜１８０°の間のある値になる。逆変換器
Ｓ８２を転流させるには、ある最小の転流進み角β２　
　（ｌｉｍｉｔ　）以下にはできない。従つでβ２≧β
２（ｌｉｍｉｔ　）で運転しなりればならない。第４図
（ａ）はβ２＝β２（ｌｉｍｌｔ）までもってきたとぎ
のベクトル図を表す。故に、有効電流の最大値は’ｐｉ
−−ＩＤ２となる。

回生運転の場合、電力はＢｕｓ２から１３　Ｕ　Ｓ　１
に戻される。他励コンバータＳＳ１は逆変換器に、また
Ｓ８２は順変換器どなり、点弧制御角α１′は９０°へ
・１８０°の間に制御され、Ｓ８２の点弧制御角α２′
はＯ°〜９０°の間にｉｌｉ制御される。

このどき順変換動作を行っている他励コンバータＳ８２
の転流余裕角は十分に大ぎな値どなり心配はいらない。

しかし、逆変換動作を行っている他励コンバータＳＳ　
を転流させるに必要な転流進み角β１′＝１８０’　−
α　′は最小の転流進み角β１′（１１ｍ１ｔ　）以下
にづることはできない。故に０１′≧β１　’　　（１
１ｍ１ｔ）で運転しなりればｈらない。

第４図（ｂ）は０１′−〇　′（１１ｍ１ｔ　）　＊で
もってきたどぎのベタ１〜ル図を表ず。

さて、（ｌ！！励コンバータｓｓ　　およびＳＳ２の：
転流進み角の限界飴β　’　（１１ｍ１ｔ　）どβ２（
ｌｉ　ｍ１ｔ）を比較した場合、β　’　（１１ｍ１ｔ
　）くβ２（ｌｉｍｉｔ）どなる。

なぜなら、第１の電力系統Ｂ　Ｕ　Ｓｌは理想的／ｉ交
流電圧源であるため、電圧変動も小さくβ１′（１１ｍ
１ｔ　）を少なく出来るのに対し、第２の電力系統Ｂ　
ｔＪ　Ｓ　２の電力源の容量は少なく、負荷変動によっ
て電圧変動も大きくなり、転流進み角の限界値β２（ｌ
ｉｌｎｉｔ）は大きくせざるを得ないからである。

内生運転時の転流進み角の限界値β　′（ｌｉｍｉｔ）
をカ行運転時の転流進み角の限界値β２　（ｌｉｍｉｔ
）に合せて運転することも考えられるが、ここでは合え
てβ　’　　（ｌｉｍｉｔ）　＜β２（ｌｉｍｉｔ　）
にした。

こうすることによって、第１の電力変換装置ＰＣ１によ
って授受出来る電力はカ行運転（ＢｕｓｌからＢｕｓ２
に電力供給する）時の電力Ｊこり、回生運転（Ｂｕｓ　
　からＢＵＳｌに電力を戻す）時の電力のほうを大きく
することができる。

従って第２の雷ノＪ変換装置ＰＣ２が回生運転をできな
い分だけ、ＰＣｌが受持つことが可能どなり、整流器Ｒ
ＦＣを自励インバータに置ぎ換える必要がなくなる。

〔発明の効果〕

以−にのように、本発明の電力変換システムにＪ：れば
、従来、必要とされた無効電力補１は装置を用いること
なく、両系統からの受電端の基本波力率を常に１に保持
することができ、しから両系統間の電力潮流量を自由に
制御でさる。また、片方の電力系統の電圧源が弱い場合
で゛し安定した運転ができ、信頼性のあるシステムを提
供できる。ざらに２つの電力変換装置ＰＣＪ５よびＲ０
２のｊ１イｊ１分担の割合いを自由に変えることができ
、効率の良い運転が可能と４する。

また、第１の電力系統に接続された他励コンバータＳＳ
１の転流進み角の限界値を第２の電力系統に接続された
他励コンバータの転流進み角の限界値にり小さく設定す
ることにより、回生運転時の能力を増大さけることがで
きるようになり、第２の電力変換装置ＰＣ２どして、自
励インバータは１つで済ませることができ、粁済的イ〕
゛システ１１を構成出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電力変換システムの実施例を示づ一ブ
ロック図、第２図は第１図のシステムで使用される点弧
制御角演算回路を例示覆るブロック図、第３図おにび第
４図は第１図のシステムの作動を説明するための受電端
の電圧・電流ベタ１〜ル図、第５図は従来の電力変換装
置のブ１］ツク図、第６図は第５図のシステムの動作を
説明するための受電端の電圧・電流ベクトル図である。 Ｂｕｓｌ・・・第１の電力系統の電線路、Ｂ　Ｕ　Ｓ　
２・・・第２のミノＪ系統の電線路、ＴＲ，ＴＲ２゜Ｔ
Ｒ５，１−Ｒ６・・・電源１〜ランス、ＰＣｌ・・・第
１の電力変換装置、ＰＯ２・・・第２の電力変換装置、
ＳＳ１．ｓｓ２・・・他励コンバータ（交直電力変換器
）、ＲＥＣ・・・整流器、ＩＮＶ・・・自励インバータ
、Ｌｏ、Ｌｄ・・・直流リアク１〜ル、ｃｄ・・・直流
平滑コンデンサ、Ａ　ＣＬ・・・交流リアクトル、ＣＡ
Ｐ、。 ＣＡ　Ｉ−’　２・・・進相コンデンサ、ＣＴ３．ＣＴ
ｏ・・・電流検出器、ＰＴ８・・・電圧検出器、ＰＱＣ
・・・有効前効電力演粋回路、Ｈｑ（ｓ）、ｌ−１ｐ（
ｓ＞−＝制御補償回路、　Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・比較
器、Ａ１゜Ａ２・・・加算器、ＫＯ，に１．、、演算増
幅器、Ｉ’１１１゜Ｐ　ｌ−１２−・・Ｉｕ相制御回路
、ｃｖｃ・・・自励インバータの制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の他励コンバータの交流側を第１の電力系統に
   接続し、第２の他励コンバータの交流側を第２の電力系
   統に接続し、これら２つの他励コンバータの直流側を直
   流リアクトルを介して一方向の直流電流が流れるように
   接続してなる第１の電力変換装置と； 前記第１の電力系統から電力供給を受け、この交流電力
   を直流電力に整流する整流器と、この整流器の直流出力
   電圧を平滑化する直流平滑コンデンサと、この直流平滑
   コンデンサを電圧源とし、直流電力を交流電力に変換し
   、前記第２の電力系統に電力を供給する自励インバータ
   からなる第２の電力変換装置と； を備えることを特徴とする電力変換システム。 ２、第１の電力変換装置によって授受される有効電力の
   値に応じて２つの他励コンバータの直流電流値および直
   流電圧値を同時に制御することにより、これら２つの他
   励コンバータの交流側の無効電力がほぼ一定値になるよ
   うに制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電力変換システム。 ３、第１の電力系統に接続された他励コンバータの転流
   進み角の限界値を第２の電力系統に接続された他励コン
   バータの転流進み角の限界値より小さく設定したことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電力変換システ
   ム。 ４、第１の電力変換装置によって授受される有効電力の
   値を第２の電力変換装置によって授受されている有効電
   力値に基づいて制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の電力変換システム。