JPS6040254B2 - 無効電力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交直変換器の制御装置に係り、特に、交流系統
の無効電力制御を行うのに好適な制御装置に関する。

交直変換装置は通常の電力変換を行う運転の他に、交流
系統の無効電力の制御や周波数の制御にも役立つ。

この無効電力制御が可能なのは、交直変換装置を調整可
能な遅れ力率負荷と考えることができるからである。変
換器が必要とする無効電力は近似的に Ｑ＝小２−守ｉｄＳｉｎの 【１） で表わされる。

ここにｅ２：交流電圧 ｉｄ：直流電流 少＝のす・（９瓜Ｑ＋箸Ｓ（Ｑ＋ｕ）） ■＝のす・
（９凪ｙ壱…Ｓ８） 【３’Ｑ：制御遅れ角、３＝
汀−Ｑ：制御進み角、ｕ：重なり角、ｙ＝８一ｕ：余裕
角したがって、上式の関係よりｅ２，ｉｄを一定とした
ときこの無効電力Ｑは制御角Ｑ（または余裕角ｙ）が大
きくなる程大きくなる。

しかし、無効電力の調整範囲を大きくするために制御角
（または余裕角）をいくらでも大きくできるわけではな
く、バルブの熱的な許容値から制限される。

このため無効電力を広範囲にわたって制御することは難
かしい。本発明の目的は変換器用変圧器のタップ位置を
調整し、且つ制御角を許容範囲内の最大値とすることに
より、バルブ等の容量を大きくすることなく広範囲の無
効電力制御が可能な無効電力制御装置を提供することで
ある。

本発明の原理を第１図〜第３図により説明する。

第１図は交流電圧０．９ｐｕ、直流電流ｌｐｕのとき制
御角（または余裕角）の最大値を４０度とし、このとき
のバルブ損失を変えない範囲で直流電流を変えたときの
制御角（余裕角）の最大許容値を示す図である。パラメ
ータは交流電圧主２である。この図から制御角（余裕角
）の最大許容値は交流電圧及び直流電流の変化に対して
ほぼ直線的に変ることがわかる。この図で示す範囲で制
御遅れ角ば（または余裕角ｙ）が変化でき、制御角がこ
の範囲の最大値ををとるとして、どの電圧を選んだとき
変換装置が必要とする無効電力が最も大きくなるかを示
すのが第２図である。第２図において機軸は順変換器側
交流電圧、縦軸は逆変換器側有効電力に対する順変換器
側及び逆変換器側の無効電力である。パラメータは逆変
換器側の交流電圧である。なお、このときのの直流電流
はｌｐｕである。図から順変換器側の交流電圧を一定と
したとき、無効電力は逆変換器の交流電圧を低くする程
大きくなることが判る。ここで、変換器用変圧器のタッ
プの調整範囲で可能な限り最も低い電圧を０．８８ｐｕ
とすると、逆変換器側の交流電圧が０．８８ｐｕ、日頃
変換器側の交流電圧が約０．９５ｐｕとなるようなタッ
プ位置を選ぶと変換器が必要とする無効電力は最大とな
る。第３図はこの交流電圧値にして無効電力が最大とな
る運転を行ったときと通常の運転を行ったときの無効電
力を逆変換器側の有効電力（横軸）に対して示す図であ
る。但し、数値はすべて変換容量に対する値でる。図中
パラメータは直流電流値（ｐｕ）であり、台形内が無効
電力の調整可能な範囲を示している。図から逆変換器側
有効電力をたとえば０．６５一定としたとき、無効電力
は０．４５（通常運転時）〜０．７５（無効電力最大運
転時）まで調整できる。すなわち、変換器のタップ位置
及び直流電流を変えると、通常運転時の約６０％増まで
無効電力を調整できることが判る。以上の例から明らか
なように、変換器の諸定数を考慮し前もって第１図から
第３図に示す図を求めておき、これに従い制御角を調整
すると、より広範囲の無効電力制御ができる。

本発明の一実施例を第４図に示す。

ＩＡ，ＩＢは交流系統、２Ａ，２Ｂはタップ付変換器用
変圧器、３Ａ，３Ｂは交道変換器、４Ａ，４Ｂは直流リ
アクトル、５は直流線路、６は順逆両変換器の運転状態
を指令する中央運転指令回路、７は直流線路５を流れる
電流を検出する直流電流変成器、８は中央運転指令回路
６の出力である電流指令値と直流電流変成器７の出力信
号を受けて直流電流を一定に制御するための定電流制御
回路、９は直流回路の電圧を検出する直流電圧変成器、
１川ま中央運転指令回路６の母力である電圧指令（無効
電力指令も含む）値と直流電圧変成器９の出力信号を受
けて直流電圧を一定に制御するための定電圧制御回路、
１１‘ま前記タップ付変換器用変圧器２Ａ及び補助変圧
器１２のタップ位置を連動で変更し変圧器２Ａの直流側
電圧を変圧器１２で検出するための変圧器タップ駆動回
路、１３は直流電流変成器７の出力信号と補助変圧器１
２の出力信号とから交道変換器３Ａが安定運転できるた
めの最小制御角を与える定余裕角制御回路、１４は定電
流制御回路８と定電圧制御回路１０と定余裕角制御回路
１３の出力信号のうち最小制御角を与える電圧を検出す
る最低電圧選択回路である。通常運転時、日頃変換器側
では定電流制御回路、逆変換器側では定電圧制御回路ま
たは定余裕角制御回路の電圧が選択される。１５は後で
詳細を述べるが、直流電流変成器７の出力信号と補助変
圧器１２の出力信号を受けて、交直変換器３が逆変換器
運転のとき許容できる制御角８の最大値に相当する電圧
を出力する関数発生器、１６は交直変換器３が逆変換器
運転のときのみ中央運転指令回路６からの指令により閉
じるスイッチである。

１７Ａ，１７Ｂはダイオードで関数発生器１５の出力電
圧と最低電圧選択回路１４の出力電圧のうち電圧の高い
方（制御遅れ角の大きい方）を検出する。

１８はダイオード１７Ａ，１７Ｂの出力電圧を受け、こ
の電圧の大きさに応じて交直変換器３を構成するサィリ
スタのゲートのパルスを作る自動パルス移相器、１９は
ゲートロジックである。

次に関数発生器１５の詳細を説明する。第５図は変換器
の転流リアクタンスを２０％（変圧器自己容量ベース）
とし、第１図から制御角８のとりうる最大許容制御角の
値を求め描いた図である。図中曲線より上が制御角８の
禁止領域下が許容領域である。この特性をもつ回路は、
特性曲線を直線近似して、第６図に示す簡単な回路で実
現できる。図中、ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３は演算増幅器
であり、入出力低抗Ｒ，〜Ｒ，２とでそれぞれ加算器を
構成する。第４図に戻って、この回路の動作を説明する
。

変換器３Ｂが順変換器運転、変換器３Ａが逆変換器運転
を行っているものとする。従ってスイッチ１６は閉じて
いる。この状態で無効電力制御を行う場合、中央運転指
令回路の指令により、既に決められた交流電圧となる位
置に変圧器のタップが順・逆変換器側とも合わされる一
方、定電圧制御回路の指令値が無効電力制御を行うため
に下げられる。このとき順変換器側では定電流制御回路
が働き、逆変換器側では定電圧制御回路の指令値が下げ
られたから、最低電圧選択回路では定電圧制御回路の出
力が選択され、ダイオード１７Ａ，１７Ｂ部ではこの出
力電圧と関数発生器１５の出力の電圧値のうち高い方（
制御進み角８の小さい方）が出力される。無効電力制御
を行う場合は、最低電圧選択回路１４の出力は関数発生
器１５の出力よりも一般に低い値となっているので、関
数発生器１５の出緑電圧が選ばれ（通常このような状態
となるよう電圧指令値指定する）、後続の自動パルス移
相器１８の入力信号となる。このため、逆変換器側では
制御角８は最大許容値（バルブ容量から制限される制御
角最大値運転すなわち無効電力最大の条件）で運転され
ることになる。

この状態で無効電力を変化させる場合、逆変換器側変圧
器のタップ位置（交流電圧）を変えると、逆変換器側有
効電力を略一定に保つたままで変化できる。但し、直流
電流は中央運転指令回路６に内蔵されている有効電力一
定制御指令を受けて、順変換器の定電流制御回路８によ
り制御されているものとする。また、逆変換器側の有効
電力には無関係に無効電力を変えたい場合、電流指令値
または電圧設定値（無効電力指令値）を変えると実現で
きる。従って、簡単な回路を追加するだけで、バルフ容
量等を大きくせず、無効電力を広範囲に制御できる。

第４図においては制御回路の最大値を指令する関数発生
器１５は逆変換器運転を行う変換器の制御装置につけて
も同様の効果が得られることは明らかである。

この場合の関数発生器の特性は第１図となる。但し、ダ
イオード１７Ａ，１７Ｂの向きは逆となり、関数発生器
１５の出力電圧と最低電圧選択回路１４の出力電圧のう
ち低い方を検出する回路構成となる。ところで、上述の
無効電力制御を行っているときに転流失敗とか直流短絡
等の事故が発生した場合はこの制御角の許容最大値を越
えて制御する必要が生じる。

このことを考慮したのが第７図の実施例である。この図
では順逆変換器両方に制御角の最大許容値を指定する関
数発生器１５Ａ，１５Ｂを備えている。図中第４図と同
じ番号の部分は同じ働きをするので、異る部分のみにつ
いて説明する。２川ま無効電力制御を行なう場合、変換
器３Ａが順逆いずれの変換を行っているかによってスイ
ッチ１６Ａ，１６Ｂのいずれを閉じるかの指令を出し、
直流系事故または故障発生時は中央運転指令回路６の指
令により一時的に開く指令を出すスイッチ駆動回路、２
１Ａ，２１Ｂはダイオードである。

本実施例によれば、制御角の許容最大値を指令する信号
が事故や故障発生時にオフとなるため、通常運転と同様
に制御角の最大値を越えて制御と保護動作を行うことが
できる。

本発明によれば変換装置バルブ容量を増やすことなく、
無効電力を広範囲に制御可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明を原理的に説明する特性図、
第４図は本発明の一実施例を示すブロック図、第５図は
第４図における関数発生器１５の特性を示す図、第６図
は第５図の特性を持つ関数発生器の一例を示す回路図、
第７図は本発明の他の実施例を示すブロック図である。 ２Ａ，２８・・・…変換器用変圧器、３Ａ，３Ｂ・・・
・・・交直変換器、６・・・・・・中央運転指令回路、
８・…・・定電流制御回路、１０・・・・・・定電圧制
御回路、１１…・・・変圧器タップ駆動回路、１２・…
・・補助変圧器、１３・・・・・・定余裕角制御回路、
１４・・・…最低電圧選択回路、１５・…・・関数発生
器、１８・・…・自動パルス移相器、１９・・・・・・
ゲートロジック、２０・・・．・１スイッチ駆動回路。
繁ー図第２図 宅３図 第４図 繁Ｓ図 劣５図 劣７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タツプ付き変換器用変圧器を備え、交流を直流にま
   たは直流を交流に変換する交直変換装置において、変換
   器用変圧器のタツプを調整する第１手段、変換器用変圧
   器の直流側の交流電圧を検出する第２手段、交直変換装
   置の変換器の直流電流を検出する第３手段、前記第２手
   段および第３手段から変換器運転時の制御角の最大許容
   値を求める第４手段、及び第１手段により変圧器のタツ
   プ位置を定めかつ変換器が必要とする無効電力を制御す
   る第５手段を備えたことを特徴とする無効電力制御装置
   。 ２ 制御角の最大許容値を求める第４手段を逆変換器運
   転する交直変換器のみに備えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の無効電力制御装置。 ３ 制御角の最大許容値を求める第４手段を順変換器運
   転及び逆変換器運転をする両方の交直変換器に備えたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無効電力制
   御装置。 ４ 第５手段は逆変換器用変圧器の直流側の交流電圧が
   許容される範囲で最も低い電圧となるよう変圧器のタツ
   プ位置を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第３項のいずれか一項に記載の無効電力制御装置
   。 ５ 第５手段は順変換器用変圧器の直流側の交流電圧が
   許容される範囲で最も高い電圧となるよう変圧器のタツ
   プ位置を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第３項記載の無効電力制御装置。 ６ 第５手段は系統事故時、故障発生時には第４手段の
   出力を一時的に無効にする手段を備えることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一項に記
   載の無効電力制御装置。