JPH07194010A - 交直変換器制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送電事故の発生に対応して制御角を制御する
際の応答性を向上させた交直変換器制御装置を得る。 【構成】 電圧あるいは電流の測定値を直接入力しその
移動平均を観測することにより事故等による系統の変動
を検出する系統変動検出手段を備えた直流送電システム
における交直変換器制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、事故などの異常発生
時に高速に制御角を変更することにより安定した電力供
給を可能とする、独立した交流系統間を接続する直流送
電システムの交直変換器制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の交直変換器制御装置の
構成を示すブロック図である。図において１と２は夫々
独立した交流系統、３と４は変圧器、５は３相交流を直
流に変換するサイリスタブリッジからなる交直変換器、
６は直流を３相交流に変換するサイリスタブリッジから
なる交直変換器、７は３相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃを測定
する交流電圧計測器、８は変圧器３の２次側の３相電流
Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを測定する２次電流計測器、９は直流
電流計測器、１０は直流電圧計測器、１１は直流電力を
送電する直流線路、１２はリアクトルである。２９は交
直変換器制御装置であり、送電事故を検出したり送電事
故が発生したときの制御角を算出する事故検出・制御角
算出器２２、定電流制御を行なう定電流制御部（ＡＣ
Ｒ）２３、定電圧制御を行なう定電圧制御部（ＡＶＲ）
２４、定余裕角制御を行なう定余裕角制御部（ＡγＲ）
２５、算出した制御角の内で最小のものを選択する最小
値選択部２６、最小値選択部２６において選択された制
御角あるいは事故検出・制御角算出器２２において算出
した制御角を選択する制御角選択部２７、交直変換器５
のサイリスタゲートに供給するパルス信号を生成するパ
ルス発生器２８を有している。２０は定電流制御部２３
における電流を設定するための電流設定器、２１は定電
圧制御部２４における電圧を設定するための電圧設定器
である。

【０００３】図１２は、事故検出・制御角算出器２２が
有する転流失敗防止回路の構成を示すブロック図、図１
３は転流失敗が生じた後の制御角を演算する制御角演算
回路の構成を示すブロック図である。図１２において３
０は３相全波整流器、３１は脈流を除去し転流電圧ＥΔ
を出力するフィルタ、３２は転流電圧ＥΔから次に示す
式（１），（２）により制御角αあるいはβを算出する
演算器である。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【数２】

【０００６】図１３において３３は転流失敗を検出する
転流失敗検出回路であり、次に示す式（３）の判定式を
基に転流失敗を判定し検出する。

【０００７】

【数３】

【０００８】３４は転流失敗後の固定された制御角を算
出する転流失敗後制御角算出部である。

【０００９】次に動作について説明する。交直変換器５
の制御は、通常直流電流計測器９と直流電圧計測器１０
により計測された直流電流値と直流電圧値とが、電流設
定器２０と電圧設定器２１により設定された値になるよ
うに定電流制御部２３と定電圧制御部２４とが動作し、
夫々が制御角を算出する。また、余裕角不足を回避する
ために定余裕角制御部２５も独立に制御角を算出する。
最小値選択部２６は、定電流制御部２３と定電圧制御部
２４と定余裕角制御部２５の算出した制御角の内で最小
値を採用し、この制御各を基に点弧信号が生成されパル
ス発生器２８から交直変換器５に出力される。

【００１０】この場合、事故などにより入力値が急変し
たときには制御角演算が遅れ、結果として転流失敗など
を誘発したり転流失敗発生後も正常時と同様な動作を行
ない、過電流や過電圧を発生することになる場合があ
る。このため、転流失敗などの事故を防ぐために専用に
図１１に示す事故検出・制御角算出器２２を備え、３相
電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃを監視し、その電圧値の低下によ
り制御角を演算し、この演算結果に応じた制御角で点弧
を行ない転流失敗を回避する。また、図１３に示す制御
角演算回路では、直流電流Ｉｄｃと交流電流Ｉａｃとの
差から転流失敗検出回路３３により転流失敗を検出し、
転流失敗後制御角算出部３４であらかじめ定められた固
定の制御角を出力する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の交直変換器制御
装置は以上のように構成されており、送電事故の検出や
それに対応する制御角の算出を図１２に示す専用の転流
失敗防止回路で行なっていたが充分対応しきれていない
問題点があった。すなわち、３相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ
を検出する場合にフィルタ３１により３相全波整流器３
０の出力の脈流を除去するフィルタリングにおいて、フ
ィルタ３１の時定数により数十ミリ秒程度応答が遅れる
ことになる。また、１相のみの事故の場合３相整流して
いることから、健全相の影響により事故による影響が現
われにくくなる。このため事故の発生からその結果が制
御角αに反映されるまで１サイクル以上の時間が必要と
なることもあり、制御角αの更新が遅れ転流失敗となる
問題点がある。

【００１２】また、３相全波整流するため１相のみの事
故でも、算出した転流電圧ＥΔは３相全てに適用される
ため健全相の送電能力を低下させる問題点もあった。

【００１３】また、図１３に示す転流失敗検出回路３３
では、前記式（３）に従い交流電流値Ｉａｃと直流電流
値Ｉｄｃとの差のみから転流失敗を検出している。直流
送電では定電力制御を行なっており、直流電圧は一定な
ので電流設定値は絶えず変化して最適の制御角を演算す
ることは困難であることから、固定された制御角を出力
するので不必要に送電電力を低下させてしまう問題点が
あった。

【００１４】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、送電事故の発生に対応す
る制御角の制御における応答性を向上させた交直変換器
制御装置を得ることを目的とする。

【００１５】請求項２の発明は、測定した交流電圧ある
いは電流の移動平均の時間微分値に応じ送電事故の発生
に対応する制御角を高速に求めることで、送電事故の発
生に対応する制御角の制御における応答性を向上させた
交直変換器制御装置を得ることを目的とする。

【００１６】請求項３の発明は、測定した直流電圧の移
動平均の時間微分値に応じ送電事故の発生に対応する制
御角を高速に求めることで、送電事故の発生に対応する
制御角の制御における応答性を向上させた交直変換器制
御装置を得ることを目的とする。

【００１７】請求項４の発明は、測定した直流電流およ
び交流電流の移動平均と直流電流設定値を基に所定の変
換特性を用いて制御角を決定することで、転流失敗後の
状況に応じた最適な制御角を設定できる交直変換器制御
装置を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る交
直変換器制御装置は、電圧あるいは電流の測定値を直接
入力しその移動平均を観測することにより、事故等の発
生による系統の変動を検出する系統変動検出手段を備え
たものである。

【００１９】請求項２の発明に係る交直変換器制御装置
は、測定した交流電圧あるいは電流の移動平均を時間微
分し、その時間微分値を基にその時間微分値に応じた制
御角を求める変換手段を備えたものである。

【００２０】請求項３の発明に係る交直変換器制御装置
は、測定した直流電圧の移動平均を時間微分し、その時
間微分値を基にその時間微分値に応じた制御角を求める
変換手段を備えたものである。

【００２１】請求項４の発明に係る交直変換器制御装置
は、測定した直流電流および交流電流の移動平均と直流
電流設定値とを入力として所定の変換特性により制御角
を求めることで転流失敗後の制御角を決定する変換手段
を備えたものである。

【００２２】

【作用】請求項１の発明における交直変換器制御装置
は、時定数を有したフィルタを用いることなく直接入力
した電圧あるいは電流の測定値の移動平均から制御角が
求められるので、送電事故などの発生に対し制御角の制
御における応答性を向上させることが可能となる。

【００２３】請求項２の発明における交直変換器制御装
置は、測定した交流電圧あるいは電流の移動平均を時間
微分し、その時間微分値を基にその時間微分値に応じた
制御角を求めこの制御角により交直変換装置の点弧の制
御を行ない、送電事故の発生に対応して制御角を高速に
求めることを可能にする。

【００２４】請求項３の発明における交直変換器制御装
置は、測定した直流電圧の移動平均を時間微分し、その
時間微分値を基にその時間微分値に応じた制御角の制御
を行ない、送電事故発生に迅速に対応して制御角の制御
を行なうことを可能にする。

【００２５】請求項４の発明における交直変換器制御装
置は、測定した直流電流および交流電流の移動平均と直
流電流設定値とから所定の変換特性を用いて制御角を求
め転流失敗後の制御角を決定するので、状況に応じた最
適な制御角を設定することが可能になる。

【００２６】

【実施例】

実施例１．以下、請求項１の発明の一実施例を図につい
て説明する。図１は、本実施例の交直変換器制御装置の
基本的な動作である移動平均を求めるための説明図であ
りサンプリングおよびサンプリングされる電圧波形を示
し、Ｐ１からＰ１４はサンプリングが行なわれる時点、
Ｖはサンプリングされる電圧波形、Ｖ（１）は１回目に
サンプリングされた電圧値である。

【００２７】本実施例の交直変換器制御装置の構成は、
図１１に示す交直変換器制御装置の構成と略同一であ
り、図１１において説明した箇所と同一部分については
同一の符号を付し説明を省略する。本実施例の事故検出
・制御角算出器２２は図２に示す転流失敗防止回路を備
えている。図２において３５は３回分のサンプリング値
により各相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃに対し移動平均を行な
い、各相電圧の移動平均電圧値を算出する移動平均電圧
算出器（系統変動検出手段）であり、各サンプリング値
を順次格納する図示していないメモリを備えている。３
６は前記従来技術で説明した式（１）と式（２）に示す
演算を行なう演算器である。

【００２８】図４は一線地絡時の交流側の電圧波形であ
り、Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃは各相電圧である。９３は事故が
発生した時点であり、ａ相で事故が発生したことを示
す。９４は従来の交直変換器制御装置の図１１に示すフ
ィルタ３１の出力電圧波形、９５はフィルタ３１の出力
電圧のレベルを基に事故発生が検出される時点である。
９６は相電圧Ｅａに対し移動平均計算を行なうことによ
り得られる移動平均計算結果による電圧波形である。

【００２９】次に動作について説明する。図１に示すよ
うな３回分のサンプリング値により移動平均を行なう場
合、この移動平均により求められる電圧値Ｖ（ｎ）は次
に示す式（４）により求められる。

【００３０】

【数４】

【００３１】図３は、前記式（４）に示す電圧値Ｖ
（ｎ）、この場合相電圧Ｅａについての移動平均算出処
理を示すフローチャートである。このフローチャートに
よれば、まず相電圧Ｅａに対してサンプリングした結果
得られたサンプリング値Ｖ（ｎ），Ｖ（ｎ―１），Ｖ
（ｎ―２）を順次メモリに格納する（ステップＳＴ
１）。次に、サンプリング値Ｖ（ｎ）の直前にメモリに
格納された過去２回分のサンプリング値Ｖ（ｎ−１），
Ｖ（ｎ−２）をメモリから読み出し（ステップＳＴ
２）、これらサンプリング値Ｖ（ｎ−１），Ｖ（ｎ−
２）と前記サンプリング値Ｖ（ｎ）の平均値を算出する
（ステップＳＴ３）。そして、ステップＳＴ３において
求めた平均値を前記サンプリング値Ｖ（ｎ）を得た最新
のサンプリング時点における相電圧値Ｖ（Ｎ）とする
（ステップＳＴ４）。図４の（ハ）の実線で示す電圧波
形は、このようにして求め観察される相電圧値Ｖ（Ｎ）
による相電圧Ｅａを示している。

【００３２】このように、現在のサンプリング値と現在
までの過去２回分のサンプリング値を平均する。この移
動平均を用いるとたとえ１回異常入力があっても他の２
回分のサンプリング値が正常な値を示しているので、算
出した平均移動値には大きな変化はなく、フィルタリン
グを行なった場合と同様な結果が得られる。図２に示す
移動平均電圧算出器３５は、相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃを
個別に入力し独立に移動平均を行ない相電圧値Ｖ（Ｎ）
を算出する。

【００３３】図４に示すように、ａ相のみ地絡事故を起
こした場合、従来の交直変換器制御装置では３相全波整
流器３０により整流しているため他の２相が健全である
と出力にその影響が現われ難く、さらにフィルタ３１を
介しているため応答は遅れ、図４の（ロ）に示す出力電
圧波形９４のようになるのに対し、本実施例の交直変換
器制御装置では各相個別に検出するので健全相の影響を
受けることがない。またフィルタを介していないため図
４の（ハ）に示すような電圧波形として観察され高速に
応答することが可能である。

【００３４】演算器３６では、移動平均電圧算出器３５
において算出した夫々の電圧値より前記式（１）と式
（２）に従って制御角を演算し、この制御角により直交
変換器５を制御する。

【００３５】以上説明したように本実施例においては、
各相電圧をサンプリングして得られた夫々の電圧値にお
ける現在および現在に至るまでの直前の過去２回分の電
圧値の移動平均値から、地絡事故などが発生したときの
制御角を算出し、フィルタなどの遅れ要素を排除するよ
うにしたので、地絡事故などが発生したときの制御角の
制御における応答性を向上させることができる。なお、
以上説明した実施例では３回分の移動平均を求めるもの
として説明したが、３回に限らないことはいうまでもな
い。

【００３６】実施例２．実施例１では、各サンプリング
毎に移動平均化した電圧値を用いて制御角を算出するよ
うに構成したが、移動平均化した電圧の微分係数を用い
て制御角を決定することも可能である。

【００３７】図５は、請求項２記載の交直変換器制御装
置の一実施例における事故検出・制御角算出器２２が有
する転流失敗防止回路の構成を示すブロック図である。
この転流失敗防止回路は、相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃを個
別に入力し独立に移動平均を行ない電圧値を算出する移
動平均算出器３７と微分器３８と、図６に示す特性４０
を有した微分係数―制御角変換器３９を備えている。図
６においてβは制御進め角であり、制御角αへは前記式
（２）により変換する。なお、移動平均算出器３７と微
分器３８と微分係数―制御角変換器３９は変換手段に対
応している。

【００３８】この実施例では、夫々の相電圧に対する移
動平均算出器３７の出力を微分器３８により微分し微分
係数を求め、図６に示す特性から制御角を求めるので、
健全な相の影響を受けることなく地絡事故などが発生し
たときの制御角の制御における応答性を向上させること
ができる。

【００３９】実施例３．実施例１では、各サンプリング
毎に移動平均化した夫々の相電圧を用いて制御角を算出
するように構成したが、直流線路１１側の直流電圧を移
動平均化し、さらにその移動平均化した直流電圧の低下
の度合いを基に制御角を決定することも可能である。

【００４０】図７は、請求項３記載の交直変換器制御装
置の一実施例における事故検出・制御角算出器２２が有
する転流失敗防止回路の構成を示すブロック図である。
この転流失敗防止回路は、直流電圧計測器１０の出力を
移動平均し電圧値を算出する移動平均算出器６５と、移
動平均算出器６５から出力される直流電圧の変化の度合
いを制御角に変換するＶｄｃ（ｔ）―制御角変換器６６
を備えている。なお、移動平均算出器６５とＶｄｃ
（ｔ）―制御角変換器６６は変換手段に対応している。

【００４１】定電力制御では、電流設定値の変更により
制御を行なうため直流電圧設定値は固定であり、このた
め直流送電線は一定電圧に保たれている。従って、事故
などにより直流送電線路の直流電圧が低下するときに
は、その低下の状況は事故の程度により異なったものと
なる。

【００４２】図８は、事故が発生したときの直流線路１
４側の移動平均化した直流電圧波形を示す波形図であ
り、直流電圧値が低下し始めてから所定のレベルになる
までの時間は直流電圧波形６１ではｔ４ｓｅｃ、直流電
圧波形６０ではｔ５ｓｅｃであり、ｔ４＜ｔ５であるこ
とから直流電圧波形６１は直流電圧波形６０よりも大き
い事故の発生を示している。従って、この直流電圧波形
の低下の度合いから制御角を制御する。このためＶｄｃ
（ｔ）―制御角変換器６６は、図６に示すような変換特
性を有し、これにより制御角を決定することができる。
この直流電圧波形の低下の度合いは、図８に示す直流電
圧波形を微分することによっても求めることが出来、こ
の場合微分器が必要であることはいうまでもない。

【００４３】この実施例では、事故による直流線路１１
側の直流電圧に対する移動平均算出器６５の出力の電圧
低下の度合いから制御角を求めるので、地絡事故などが
発生したときの制御角の制御における応答性を向上させ
ることができる。

【００４４】実施例４．図９は、請求項４記載の交直変
換器制御装置の一実施例における事故検出・制御角算出
器２２が有する転流失敗発生後の制御角を算出する制御
角算出回路の構成を示すブロック図である。図において
７０は次に示す式（５）に従って演算を行なう演算器、
７１は演算器７０の演算結果Ｉｎを制御角βに変換する
変換器である。この変換器７１は、図１０に示す特性を
備えている。なお、演算器７０と変換器７１は変換手段
に対応している。

【００４５】

【数５】

【００４６】従来の交直変換器制御装置では、前記式
（３）に示すように直流電流値Ｉｄｃと交流電流値Ｉａ
ｃとの差が所定値Ｋを越えたか否かを判断することで転
流失敗を判定していたので、電流設定値が常に更新され
ることを考慮すると転送失敗後更新される制御角は固定
されたものにならざるを得なかった。これに対し本実施
例の交直変換器制御装置では演算器７０は前記式（５）
に示す演算を実行する。式（５）においてｆ（Ｉｒｅ
ｆ）は、送電システムの特性に依存する補正係数であり
簡略化する場合には定数でもよい。そして、電流設定値
が可変であることを考慮し、式（５）に示すように電流
設定値Ｉｒｅｆに対しどの程度直流電流値Ｉｄｃと交流
電流値Ｉａｃとの差があるかを評価する。さらに式
（５）の演算結果Ｉｎを変換器７１の図１０に示す特性
により適切な制御角に変換する。

【００４７】このように本実施例によれば、制御角は固
定されたものではなく、電流設定値に対しどの程度直流
電流値Ｉｄｃと交流電流値Ｉａｃとの差があるかを評価
し、式（５）の演算結果に応じて適切な制御角を求める
ことが出来、状況に応じた最適な制御角が設定でき、従
来のように不必要に送電電力を低下させてしまうことが
なくなる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば
電圧あるいは電流の測定値を直接入力しその移動平均を
観測するように構成したので、送電事故などの発生に対
応して制御角の制御を行なう際の応答性が向上する効果
がある。

【００４９】請求項２の発明によれば、測定した交流電
圧あるいは電流の移動平均を時間微分し、その時間微分
値を基にその時間微分値に応じた制御角を求めるように
構成したので、送電事故などの発生に対応して制御角の
制御を行なう際の応答性が向上する効果がある。

【００５０】請求項３の発明によれば、測定した直流電
圧の移動平均を時間微分し、その時間微分値を基にその
時間微分値に応じた制御角を求めるように構成したの
で、送電事故などの発生に対応する制御角の制御におけ
る応答性が向上する効果がある。

【００５１】請求項４の発明によれば、測定した直流電
流および交流電流の移動平均と直流電流設定値を基に所
定の変換特性を用いて制御角を決定するように構成した
ので、転流失敗後の状況に応じた最適な制御角を設定で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例の交直変換器制御装
置で行なわれる移動平均を求めるための基本的な動作を
示す説明図である。

【図２】請求項１の発明の一実施例の交直変換器制御装
置における転流失敗防止回路を示すブロック図である。

【図３】請求項１の発明の一実施例の交直変換器制御装
置における相電圧Ｅａについての移動平均算出処理を示
すフローチャートである。

【図４】一線地絡事故を起こしたときの交流側の電圧波
形および本発明の一実施例の交直変換器制御装置におい
て相電圧Ｅａに対し移動平均計算を行なうことにより得
られる電圧波形などを示す波形図である。

【図５】請求項２の発明の一実施例の交直変換器制御装
置における転流失敗防止回路を示すブロック図である。

【図６】請求項２の発明の一実施例の交直変換器制御装
置における転流失敗防止回路の微分係数―制御角変換器
が有する変換特性を示す特性図である。

【図７】請求項３の発明の一実施例の交直変換器制御装
置における転流失敗防止回路の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】請求項３の発明の一実施例の交直変換器制御装
置における転流失敗防止回路の動作を説明するための発
生した事故に応じた直流電圧波形を示す波形図である。

【図９】請求項４の発明の一実施例の交直変換器制御装
置における転流失敗発生後の制御角を算出する制御角算
出回路の構成を示すブロック図である。

【図１０】請求項４の発明の一実施例の交直変換器制御
装置における制御角算出回路の変換器が有する変換特性
を示す特性図である。

【図１１】従来の交直変換器制御装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図１２】従来の交直変換器制御装置における転流失敗
防止回路の構成を示すブロック図である。

【図１３】従来の交直変換器制御装置における転流失敗
発生後の制御角を算出する制御角算出回路の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１，２ 交流系統 ５，６ 交直変換装置 １１ 直流線路 ２９ 交直変換器制御装置 ３５ 移動平均電圧算出器（系統変動検出手段） ３７ 移動平均算出器 ３８ 微分器 ３９ 微分係数―制御角変換器（変換手段） ６５ 移動平均算出器 ６６ Ｖｄｃ（ｔ）―制御角変換器（変換手段） ７０ 演算器 ７１ 変換器（変換手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２組の独立した交流系統間を接続する直
   流送電システムにおける交流と直流間の変換を行なう交
   直変換装置の制御角を制御する交直変換器制御装置にお
   いて、電圧あるいは電流の測定値を直接入力しその移動
   平均を観測することにより事故等の発生による系統の変
   動を検出する系統変動検出手段を備えたことを特徴とす
   る交直変換器制御装置。
2. 【請求項２】 ２組の独立した交流系統間を接続する直
   流送電システムにおける交流と直流間の変換を行なう交
   直変換装置の制御角を制御する交直変換器制御装置にお
   いて、測定した交流電圧あるいは電流の移動平均を時間
   微分し、その時間微分値を基にその時間微分値に応じた
   制御角を求める変換手段を備えたことを特徴とする交直
   変換器制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の交直変換器制御装置にお
   いて、測定した直流電圧の移動平均を時間微分し、その
   時間微分値を基にその時間微分値に応じた制御角を求め
   る変換手段を備えたことを特徴とする交直変換器制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の交直変換器制御装置にお
   いて、測定した直流電流および交流電流の移動平均と直
   流電流設定値とを入力し、これらの入力値から所定の変
   換特性を基に制御角を求めることで転流失敗後の制御角
   を決定する変換手段を備えたことを特徴とする交直変換
   器制御装置。