(57)【要約】【課題】  小容量の構成で、少ない変圧器台数で且つ任意の変換回路電圧を選定することが可能な複合電力変換装置を提供すること。【解決手段】  第1の電力系統１と第2の電力系統２の間に直接直列に接続される直列変換手段６と、前記第１の電力系統１に変圧器３を介して並列に接続される並列変換手段４と、前記並列変換手段４と前記直列変換手段６を結合するリンク手段５とで構成し、前記直列変換手段６の出力を調整することにより、前記第1の電力系統１と前記第２の電力系統２間の融通電力を制御し、前記並列変換手段４の出力を調整することにより、前記第１の電力系統１の無効電力制御を行うようにする。【選択図】  図１
2006141089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の電力系統と第2の電力系統の間に直接直列に接続される直列変換手段と、
前記第１の電力系統に変圧器を介して並列に接続される並列変換手段と、
前記並列変換手段と前記直列変換手段を結合するリンク手段と
を具備し、
前記直列変換手段の出力を調整することにより、前記第1の電力系統と前記第２の電力系統間の融通電力を制御し、
前記並列変換手段の出力を調整することにより、前記第１の電力系統の無効電力制御を行うようにしたことを特徴とする複合電力変換装置。
【請求項２】
前記第1の電力系統及び前記第2の電力系統が共に３相のとき、
前記変圧器及び前記並列変換手段を３相構成とし、
前記直列変換手段を単相構成として３組設け、この３組の出力を前記第1の電力系統と前記第2の電力系統の各相間に各々直接直列に接続するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の複合電力変換装置。
【請求項３】
前記第1の電力系統及び前記第2の電力系統が共に３相のとき、
前記変圧器を単相構成として３台設け、この単相変圧器の各々を前記第１の電力系統の３相の各線間に接続し、
前記単相変圧器の夫々の２次側に単相の前記並列変換手段を接続し、
前記並列変換手段の夫々の出力は前記リンク手段を介して単相の前記直列変換手段に接続し、
前記単相直列変換手段の出力を前記第1の電力系統と前記第2の電力系統の各相間に夫々直接直列に接続するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の複合電力変換装置。
【請求項４】
前記第1の電力系統及び前記第2の電力系統が共に３相のとき、
前記変圧器を単相構成として２台設け、この単相変圧器の各々を前記第１の電力系統の３相うちの２つの線間に接続し、
前記単相変圧器の夫々の２次側に単相の前記並列変換手段を接続し、
前記並列変換手段の夫々の出力は前期リンク手段を介して単相の前記直列変換手段に接続し、
前記単相直列変換手段の出力を前記第1の電力系統と前記第2の電力系統の３相のうちの２相間に夫々直接直列に接続するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の複合電力変換装置。
【請求項５】
前記変圧器、前記並列変換手段、前記リンク手段及び前記直列変換手段で構成される複合変換器を複数組設け、
前記各々の直列変換手段の出力を直列接続し、前記各々の変圧器の入力を並列接続したことを特徴とする請求項１に記載の複合電力変換装置。
【請求項６】
第1の電力系統と第2の電力系統の間に直接直列に接続される第１及び第２の直列変換手段と、
前記第１の電力系統に第１の変圧器を介して並列に接続される第１の並列変換手段と、
前記第２の電力系統に第２の変圧器を介して並列に接続される第２の並列変換手段と、
前記第１及び第２の並列変換手段と前記第１及び第２の直列変換手段を夫々結合する第１及び第２のリンク手段と
を具備し、
前記第１及び第２の直列変換手段の出力を調整することにより、前記第1の電力系統と前記第２の電力系統間の融通電力を制御し、
前記第１の並列変換手段の出力を調整することにより、前記第１の電力系統の無効電力制御を行い、
前記第２の並列変換手段の出力を調整することにより、前記第２の電力系統の無効電力制御を行うようにしたことを特徴とする複合電力変換装置。
【請求項７】
第1の電力系統と第2の電力系統の間に直接直列に接続される直列変換手段と、
前記第１の電力系統に第１の変圧器を介して並列に接続される第１の並列変換手段と、
前記第２の電力系統に第２の変圧器を介して並列に接続される第２の並列変換手段と、
前記第１の並列変換手段、前記第２の並列変換手段及び前記直列変換手段を結合するリンク手段と
を具備し、
前記直列変換手段の出力を調整することにより、前記第1の電力系統と前記第２の電力系統間の融通電力を制御し、
前記第１の並列変換手段の出力を調整することにより、前記第１の電力系統の無効電力制御を行い、
前記第２の並列変換手段の出力を調整することにより、前記第２の電力系統の無効電力制御を行うようにしたことを特徴とする複合電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に設置され、複数の系統間の電力融通制御と設置点での無効電力制御を行う複合機能を有する複合電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の系統間での電力融通及び無効電力制御を行う方法として、ＢＴＢ方式がある。これは、送電側の第1の電力系統から、変圧器、送電用変換器、リンク手段、受電用変換器、及び受電側変圧器を介して受電側の第２の電力系統に接続する方式である。送電用変換器や受電用変換器には、電圧形自励式変換器などが用いられる。このような構成は、変換器が背中合わせになる構成からback-to-back（ＢＴＢ）と称されている。
【０００３】
電圧形自励式変換器は、自己消弧素子、制御保護装置及びその他の付帯設備から構成される。リンク手段は、直流コンデンサなどから構成される。
【０００４】
このようなＢＴＢ方式においては、送電用変換器は、交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力は、リンク手段を経由し、受電用変換器に送電される。受電用変換器は直流電力から交流電力に逆変換する。このようにして、送電側の第１の電力系統から受電側の第２の電力系統に電力が送電される。また、このＢＴＢ方式では設置点での無効電力補償を行うことが可能となる。
【０００５】
ＢＴＢ方式においては、第１の電力系統あるいは第２の電力系統の交流電圧は通常、数ｋＶから数百ｋＶであるのに対し、一般的に使用される自励式半導体素子の定格電圧は、せいぜい１ｋＶ程度であるため、第１の電力系統と送電用変換器、また、第２の電力系統と受電用変換器との間に変圧器を設置しており、システムを構成する機器の数が多く、また、変圧器の構成から寸法が大きく、質量が大きくなるという問題があった。また、２つの電力系統の電力融通を行うためには、ＢＴＢ方式の定格電力は、融通する電力以上の大きさが必要であり、装置が大きくなり、質量が大きくなるという問題があった。
【０００６】
これらの問題点を解消するため、第１の電力系統に並列に接続した送電用変換器から
直流リンク、受電用変換器、及び変圧器を介し、受電用変換器が第２の電力系統に直列に接続される構成とする提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特表２００１−５１７０５７号公報（第１１−１３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に示された手法によれば、２つの電力系統の電力融通を融通する電力以下の容量の変換器で行うことが可能であるが、変換器の回路電圧が第１の電力系統の回路電圧となり、従って変換器に用いるパワーデバイスを直列構成にする必要があり、変換器の回路構成が複雑となるという問題があった。また、この問題を回避するため、第１の電力系統と送電用変換器との間にも変圧器を挿入する手法もあるが、変圧器が２台となってしまい、装置が大型となるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み為されたもので、その目的は、小容量の構成で、少ない変圧器台数で且つ任意の変換回路電圧を選定することが可能な複合電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の複合電力変換装置は、第1の電力系統と第2の電力系統の間に直接直列に接続される直列変換手段と、前記第１の電力系統に変圧器を介して並列に接続される並列変換手段と、前記並列変換手段と前記直列変換手段を結合するリンク手段とを具備し、前記直列変換手段の出力を調整することにより、前記第1の電力系統と前記第２の電力系統間の融通電力を制御し、前記並列変換手段の出力を調整することにより、前記第１の電力系統の無効電力制御を行うようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小容量の構成で、少ない変圧器台数で且つ任意の変換回路電圧を選定することが可能な複合電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
以下、図１及び図２を参照して本発明の複合電力変換装置を説明する。図1は、本発明の実施例１に係る複合電力変換装置のブロック構成図である。
【００１３】
電力系統１は電力系統２と電力の融通を相互に行う。変圧器３は電力系統1と並列変換器４とを絶縁すると同時に、並列変換器４に適した交流電圧に電圧を変換する。図１の例では並列変換器４は、電圧形自励式変換器であり、パワーデバイス４１とこれに逆並列に接続されたダイオードを１アームとし、４アームをブリッジ接続して構成している。並列変換器４の出力は直流リンク５を介して直列変換器６に供給され、直列変換器６の交流出力は電力系統２に直列に接続されている。直流リンク５は直流コンデンサなどで構成される。また図１の例では直列変換器６は並列変換器４と同様に電圧形自励式変換器で構成されている。尚、並列変換器４及び直列変換器６は電流形変換器で構成しても良い。その場合、直流リンク５は直流リアクトルで構成する。
【００１４】
直列変換器６は、電力系統１と電力系統２との間に、図示されていない制御装置からの指令に応じ、その容量範囲内で任意の位相及び振幅の交流電圧を発生させることができる。電力系統1と電力系統２との間に電圧差を生じさせることにより、系統間で電力の融通を行うことが可能となり、その電力量は、後述するように直列変換器６の電圧の大きさと位相により調整が可能である。
【００１５】
また、並列変換器４は、直列変換器６に電力を供給すると同時に、その交流出力電圧を調整することにより、接続点の無効電力調整を行うことができる。即ち、第１の電力系統の電圧に対し、並列変換器４の発生する交流出力電圧を高くすると、第１の電力系統と送並列変換器４との間で、接続点の交流電圧に対し位相が進んだ電流が流れ、進相無効電力を出力できる。逆に、並列変換器４の交流出力電圧を低くすると、遅相無効電力を出力できる。
【００１６】
以下、図２を参照して、直列変換器６の動作の詳細を説明する。図２（ａ）は電力融通を行っている状態の等価回路、図２（ｂ）はそのときのベクトル図である。
【００１７】
Ｖ１は電力系統1の電圧ベクトル、Ｖ２は電力系統２の電圧ベクトルを示す。電力系統１と電力系統２は、夫々インピーダンスＺ１、Ｚ２を介し、無限大母線に接続していると考え、無限大母線の電圧ベクトルをＶとする。説明の簡単化のため、このインピーダンスＺ１及びＺ２はリアクタンス分であるとする。
【００１８】
今、無限大母線の電圧ベクトルＶと同相の電流Iを流そうとする場合を考える。このような電流Ｉが流れると電力系統1の電圧ベクトルＶ１は、無限大母線電圧Ｖに対し、Ｚ１＊Ｉだけ進んだ電圧となる。また、電力系統２の電圧ベクトルＶ２は、無限大母線電圧Ｖに対し、Ｚ２＊Ｉだけ遅れた電圧となる。ということは逆に、直列変換器６が、ΔＶ＝（Ｚ１＋Ｚ２）＊Ｉの電圧を発生するようにすれば、電力系統１と電力系統２との間に電流Iを流すことができ、このときの融通電力は、ほぼＶ＊Ｉとなる。
【００１９】
通常、電力系統のインピーダンスＺ１及びＺ２は非常に小さいので、ΔＶ<<Ｖとなり、小さな電圧により、大きな融通電力を制御できることが分かる。即ち、直列変換器６の容量は、ほぼΔＶ＊Ｉで良い。従って、この直列変換器６に電力を供給する変圧器３、並列変換器４及び直流リンク５の容量も、同程度で良いことになる。
【００２０】
以上のようにして本発明によれば、小さな容量の装置により、大きな融通電力を制御できる。また、装置に必要な変圧器台数は1台で良く、装置構成を簡素化できる。更に、変換器の電圧を適切に選定することにより、一般に入手可能な電圧定格のパワーデバイスが適用でき、経済的な装置が実現できる。
【００２１】
尚、図１は単相の例を示したが、３相システムの場合は変圧器３及び並列変換器４を３相構成とし、直列変換器を単相３台の構成にして各々の出力を電力系統２の各相に直列に接続するようにすれば良い。
【実施例２】
【００２２】
図３は本発明の実施例２に係る複合電力変換装置のブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る複合電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が、実施例１と異なる点は、系統を３相システムとし、電力系統１側の３相の各線間に変圧器３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを接続し、変圧器３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの２次側を並列変換器４Ａ、４Ｂ及び４Ｃ、直流リンク５Ａ、５Ｂ及び５Ｃを夫々介し、直列変換器６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに接続し、この直列変換器６Ａ、６Ｂ及び６Ｃの出力を電力系統２側の３相の各相に各々直列に接続するようにした点である。
【００２３】
このように構成することにより、３相システムの電力融通を小容量の変換器構成で実現可能となり、また並列変換器４を各相で独立した構成としているので、電力系統１側の相アンバランスを吸収することが可能となる。
【実施例３】
【００２４】
図４は本発明の実施例３に係る複合電力変換装置のブロック構成図である。この実施例３の各部について、図３の実施例２に係る複合電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が、実施例２と異なる点は、３相システムにおいて１相分の変圧器３Ｃ、並列変換器４Ｃ、直流リンク５Ｃ及び直列変換器６Ｃを省いた点である。
【００２５】
系統における３相の相バランスがとれている状態であれば、このうちの２相について上述した電力融通制御を行うことにより制御を簡略化しシステムを簡易化することが可能となる。
【実施例４】
【００２６】
図５は本発明の実施例４に係る複合電力変換装置のブロック構成図である。この実施例４の各部について、図１の実施例１に係る複合電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が、実施例１と異なる点は、電力系統1に並列に変圧器３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆを設け、この変圧器３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆの２次側に並列変換器４Ｄ、４Ｅ及び４Ｆを夫々接続し、直流リンク５Ｄ、５Ｅ及び５Ｆを介して直列変換器６Ｄ、６Ｅ及び６Ｆに夫々接続し、この直列変換器６Ｄ、６Ｅ及び６Ｆの交流出力を直列に接続して電力系統２側に直列に接続するようにした点である。
【００２７】
この実施例４のような構成により、多重化した複合電力変換装置を実現することができる。
【実施例５】
【００２８】
図６は本発明の実施例５に係る複合電力変換装置のブロック構成図である。この実施例５の各部について、図１の実施例１に係る複合電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例５が、実施例１と異なる点は、電力系統２側に変圧器３Ｇを設け、この２次側を並列変換器４Ｇ、直流リンク５Ｇを介して直列変換器６Ｇに接続し、直列変換器６Ｇの出力を、直流変換器６の出力と直列に接続するようにした点である。
【００２９】
この実施例５の構成のように、電力系統２側にも並列変換器を接続すれば、電力系統２側の無効電力制御も行うことが可能な複合電力変換装置を提供することができる。
【実施例６】
【００３０】
図７は本発明の実施例６に係る複合電力変換装置のブロック構成図である。この実施例６の各部について、図６の実施例５に係る複合電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例６が、実施例５と異なる点は、直列変換器６及び６Ｇの機能を１台の直列変換器６Ｆに置き換え、併せて直流リンク５及び５Ｇに代えて直流リンク５Ｆを設けるようにした点である。
【００３１】
この実施例６によれば、直列変換器及び直流リンクが１台の構成で電力系統２側の無効電力制御も行うことが可能な複合電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１に係る複合電力変換装置のブロック構成図。
【図２】本発明の動作原理の説明図。
【図３】本発明の実施例２に係る複合電力変換装置のブロック構成図。
【図４】本発明の実施例３に係る複合電力変換装置のブロック構成図。
【図５】本発明の実施例４に係る複合電力変換装置のブロック構成図。
【図６】本発明の実施例６に係る複合電力変換装置のブロック構成図。
【図７】本発明の実施例７に係る複合電力変換装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００３３】
１  第１の電力系統
２  第２の電力系統
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ  変圧器
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ  並列変換器
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ  直流リンク
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ，６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ  直列変換器
４１  パワーデバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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