JPS62107635A - 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３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は直流リアクトル、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４
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■−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４図の制御特性を作りだす
制御装置のブロック図が第５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５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では閉成されている。

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Ｉｄρが電流マージンΔ工ｄＰだけ
減じられたことになり、定電流制御回路８０は第４図の
ｌｌ−２の特性を生じ、順変換器３０の定電流回路８０
により生じる！−２の特性とは電流マージンΔＩｄｐの
差を持つことになる。

順変換器３０の１−１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３図の直流電圧Ｖｄの向きを負の値とみ
るため定電圧制御回路８１か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４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γを確保させるため
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４図１−４とＩ−２の
制御特性が得られ、逆変換器３１では■−１とｌｌ−２
の制御特性が得られて、第３図の直流送電系統は第４図
上のＡ点で運転されることになる。

なお、第４図の逆変換器３１の制御特性ｎ−１は。

例えば交流電圧Ｖａｃが低い場合とか直流電流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か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３ｏ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５図のスイッチ６０を
変換器３ｏ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
きらかである。第３図の直流２端子系統の順変換器３０
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３０から変換器
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６図の定電力制御装置に第
７図の一次遅れ制御演算回路を用いて行なわれている。

第６図の１０１．１０２は加算器、１１０は一次遅れ制
御演算回路である。第７図の１２０．１２１は演算増幅
器、１３１．１３２．１３３はそれぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ２
，Ｒ。

を表わし、１４０はコンデンサＣ１１５１は上下限リミ
ッタを表わしている。

第６図の定電力制御装置の動作を説明する。加算器１０
１では電力設定器Ｐｄρ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　　　　　　　　　　α）ここで
送電電力Ｐｄは第３図の直流電圧Ｖｄと直流電流Ｉｄの
積の絶対値であり Ｐｄ＝　ｌ　Ｖｄ　＊　Ｉｄｌ　　　　　　　　　　　
■として求められている。加算器ｌＯ１からの誤差信号
ＥＲＲは一次遅れ制御演算回路１１０に入力され一次遅
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Ｐ
ｄＰ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ＩｄＰ
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ｒｄｐ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６図の加算器１０２から出力される直流
電流設定値Ｉｄρを第５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
６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７図は一次遅れ制御演算回路１１０に用いる一
次遅れ制御回路の従来例である。

第７図の回路の伝達関数Ｇ　（ｓ）は 但し である。一般にＫは利得、Ｔ工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６図と第７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３図の直流送電系統の起動時には直流電圧Ｖｄ
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
、■式で求められる送電電力Ｐｄはある一定時間、電力
設定値Ｐｄρよりも大幅に少なくなる。それ故、■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３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ＶｄＰに等しくなり、直流電流設定値Ｉｄｐ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７図の一次遅れ制御演算回路で決定される遅
れ時定数Ｔ、＝Ｃ＊Ｒ，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ＩｄｐがＰｄｐに等
しくなるのに時間がかかり、第６図の定電力制御装置を
第３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８図は第６図
と第７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Ｉｄｐの動きを説明する図である。第８図を
用いて上記不具合を説明する。時間１＝１ｏで第３図の
直流送電系統が起動されると、時間ｔ＝し、まで送電電
力Ｐｄが電力設定値ＰｄＰまで立ちあがらないため、第
７図の一次遅れ回路で決定される時定数Ｔ工に応じて第
６図の定電力制御装置から出力される直流電流設定値Ｉ
ｄρが、最大第７図の上下限リミッタ１５１で制限され
る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７図の一次遅れ回路で決定
される時定数Ｔ１により、時間１＝１．までに直流電圧
設定値ＩｄｐはＰｄｐになる。逆変換器３１では第５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１＝１□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ｔ工とｔ２．の間は第３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７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３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Ｖｄ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６図の定電力制御装置から出力される直流電
流設定値Ｉｄｐが動揺し、潮流反転終了後、第６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。

（ハ）　上記（イ）又は（ロ）の不具合を解決する目的
で、第３図の直流送電系統の起動時あるいは潮流反転時
に、第６図のＥＲＲ信号をスイッチにてしゃ断して一次
遅れ演算回路１１０の動作を停止させる方式が考えられ
ているが、この方式だとスイッチの投入および解放時に
一次遅れ演算回路にじよう乱を発生させるのみならず、
第６図の定電力制御回路の応答を悪くするという不具合
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〕

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上下限リミッタを時間とと
もに変化させるようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下１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１図と第２図で説明する。

第１図と第２図において、第７図および第８図と同一符
号は同一もしくは相当部分を示す。

第１図の１５０はスイッチ、１５２は上下限リミッタ。

１６０は上下限リミッタ切換信号発生器である。

上下限リミッタ１５２は上下限リミッタ１５１を使用す
る場合より、そのリミッタの上限と下限の値の巾が狭く
なっている。

上下限リミッタ切換信号発生器１６０は図３の直流送電
の起動時あるいは潮流反転開始時にスイッチ１５０をｂ
側に接続するよう信号を出力するが起動後あるいは潮流
反転開始後所定時間経過するとスイッチ１５０をａ側に
接続するように信号を出力する。

第２図は、第１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１１ｏ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Ｉｄｐの動きを説
明する図である。時間１＝１゜で第３図の直流送電系統
を起動する時には、第１図のスイッチ１５０は上下限リ
ミッタ切換信号発生器１６０からの信号によりｂ側に閉
じられている。

このとき、　−次遅れ回路１１１の出力信号である補正
信号ＤＰは上下限リミッタ１５２により値を制限される
ため、第１図の定電力制御回路から出力される直流電流
設定値ＩｄρはＩ　ｄｐ２以上にならない。

その後第３図の直流送電系統の直流送電電力が電力設定
値Ｐｄｐまで立上がった時点ｔ＝ｔ１で第１図のスイッ
チ１５０は上下限リミッタ切換信号発生器１６０からの
信号により、　ａ側に閉じられる。このとき、−次遅れ
回路１１１の出力信号である補正信号ＤＰは上下限リミ
ッタ１５１により値を制限され、第１図の定電力制御回
路から出力される直流電流設定値Ｉｄｐの最大値はＩｄ
Ｐ２がらＩｄｐ□まで広げられることになる。すなわち
時間１＝１１以降では第１図の定電力制御回路は、第７
図の一次遅れ回路をもちいたものと同様に電力設定値Ｐ
ｄｐの値に応じて直流？Ｉ！流設定設定値ｐがＩ　ｄｐ
ｔ　まで広げられる。

本実施例には次の如き効果がある。すなわち。

第３図の直流送電系統の起動時、直流電圧Ｖｄは零電圧
から定格電圧まで立上がるのに長時間を要し、送電電力
Ｐｄがある一定時間、電力設定値Ｐｄｐよりも大巾に少
なくなる。これにより第２図の時間１＝１ｏからｔｌま
での間に第１図の一次遅れ回路１１１の出力である補正
信号が増加して上下限リミットの上限値までになる。　
しかし時間１＝１゜からｔｌまでの間は、通常運転時の
上下限リミッタ１５１よりも上下限中の小さい上下限リ
ミッタ１５２で上限値が制限されている。このため直流
送電電圧Ｖｄが定格電圧まで立上がり、定格直流電流設
定値で送電電力Ｐｄが電力設定値Ｐｄρとなる時点し＝
ｊ、で定電力制御回路第１図の出力である直流電流設定
値Ｉｄｐは直ちに定格直流電流設定値まで下がる。第２
図では時間１＝１１から１＝１．で定格直流電流となっ
ており、第８図で説明した時間１＝１２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１図のスイッチ
１５０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
１図のスイッチ１５０をｂ側に閉じ、潮流反転が終了し
た時点でスイッチ１５０を再びａ側に閉じる。　これに
より、潮流反転を行なっている一定時間の間は第１図の
一次遅れ回路１１１から出力される補助信号ＤＰは上下
限リミッタ１５２により上限値を制限されるため、第１
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。また、潮流反転終了後は、−次遅゛れ回
路１１１の上下限リミッタとして、上下限リミッタ１５
１が使われ第１図の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１以上では第１図の定電力制御装置をハードウ
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。

コンピュータで（３）式の一次遅れ演算を具現する場合
一定のサンプリング周期毎に下記の差分方程式■を演算
することにより、■式の一次遅れ演算が具現できる。

添字ｎは今回のサンプリング時の値をあられし、ｎ−１
は前回のサンプリング時の演算値を表わしている。信号
ＥＲＲおよびＤＰは第６図に示す信号である。Ｔ□は一
次遅れ演算の時定数、ＬＭＸは演算の上限リミット値、
ＬＭＮは演算の下限リミット値を表わしている。ＥＲＲ
Ｉ、ＤＰＩは演算のための途中結果を表わしている。

■式は一次遅れ演算の上限リミット値ＬＭＸと下限リミ
ット値ＬＭＮがサンプリング周期毎に操作できることを
示している。すなわち第１図の直流送電系統を起動する
時直流電圧Ｖｄが定格直流電圧となるまでの期間とそれ
以降の期間で変化ささせることが大変容易となることを
示している。

コンピュータを用いれば、０式の上限リミッタＬＭＸお
よび下限リミッタＬＭＮをサンプリングの度毎に徐々に
変化させることができるため、第１図の直流送電系統の
起動および潮流反転時に従来例（ハ）で説明したように
一次遅れ演算を急に停止したりするといったことがない
ため、直流送電系統に動揺を小さくすることもできる。

〔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、電
力設定値と送！？！！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にその
出力値の上限と下限の値を制限する上下限リミッタを付
けるとともに、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、上記上下限リミッタの上限と下限の値を時間
とともに変化させるようにしたことにより電力変換装置
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図は本発明による定電力制御回路の一実施例を示す
図、第２図は本発明による定電力制御装置の動作を説明
する図、第３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４図はその制御特性図、第５図はその
制御装置のブロック図、第６図は定電力制御装置の一例
を説明する図、第７図は第６図に用いる一次遅れ制御回
路の従来回路図、第８図は第７図の従来例による第６図
の定電力制御装置の動作を説明する図である。 １．２０．１２１・・・演算増幅器　１３１〜１３４・
・抵抗器１４０・・・コンデンサ　　　　１５０・・・
スイッチ１５１、１５２・・・上下限リミッタ 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 １ｄｐ 第２図 第３図 ｃｔ 第４図 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
   力変換制御装置において、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
   制御する制御演算にその出力値の上限と下限の値を制限
   する上下限リミッタを付けるとともに、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、上記上下限リミッタ
   の上限と下限の値を時間とともに変化させるようにした
   ことを特徴とする電力変換装置の定電力制御方法。