(57)【要約】【課題】負荷の力率が１でない場合でも無効電力による電圧の変動を抑制すると共に、一方の負荷の異常や電力系統の故障に起因する異常が生じて電力変換装置がゲートブロックした場合でも、健全側の負荷の無効電力の補償を継続てきるようにすることにある。【解決手段】各有効電力検出回路１９Ａ，１９Ｂの差を零にする有効電力調節器２１の出力と、直流検出電圧を設定値に一致させる直流電圧調節器２４の出力値のゲイン倍との和と差から得られる有効電力指令値ＰＡ  ＊  ，ＰＢ  ＊  と、各無効電力検出回路２０Ａ，２０Ｂを零にする無効電力調節器２２Ａ，２２Ｂの出力から得られる無効電力指令値ＱＡ  ＊  ，ＱＢ  ＊  をパルス演算回路１６Ａ，１６Ｂへ与えて単相インバータ１０Ａ，１０Ｂを制御する。更に、故障検出器２６Ａ，２６Ｂが故障を検出すれば、直流電圧調節器２４の出力が有効電力指令値ＰＡ  ＊  ，ＰＢ  ＊  となるような切り換え指令を信号切り換え器２３Ａ，２３Ｂへ与える。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの負荷へ電力を供給している２つの電力系統に別個の電力変換装置を接続し、当該両電力変換装置の直流側同士をコンデンサを介して接続することで、電力の融通と無効電力の補償を行う電力融通装置の制御方法において、
前記両電力系統から別個に検出する有効電力の差を零にする第１調節信号と、前記コンデンサの端子電圧を所定値にする第２調節信号をゲイン倍した値との和を一方の電力変換装置の有効電力指令値とし、
前記第１調節信号と前記第２調節信号をゲイン倍した値との差を他方の電力変換装置の有効電力指令値とし、
前記両電力系統から別個に検出する無効電力を別個に零にする２つの調節信号のそれぞれを、一方と他方の電力変換装置の無効電力指令値とすることを特徴とする電力融通装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電力融通装置の制御方法において、
前記両電力系統のいずれか一方に異常を生じた場合は当該異常側電力系統に属する電力変換装置をゲートブロックし、
健全側電力変換装置に属する電力変換装置は前記第２調節信号を有効電力指令値にして運転を継続することを特徴とする電力融通装置の制御方法。
【請求項３】
２つの負荷へ別個に電力を供給している２つの電力系統のそれぞれに別個の電力変換装置を接続し、これら両電力変換装置の直流側同士を接続する回路にコンデンサを備えることで、両電力系統間の電力の融通と無効電力の補償を行う電力融通装置において、
前記２つの電力系統それぞれの有効電力と無効電力を別個に検出する２つの有効電力検出回路と２つの無効電力検出回路と、
これら両有効電力検出値の偏差を零にする第１調節信号を出力する有効電力調節器と、
前記コンデンサの端子電圧を直流電圧指令値に一致させる第２調節信号を出力する直流電圧調節器と、
この第２調節信号をゲイン倍する乗算器と、
前記第１調節信号と前記乗算器の演算値との和を演算して一方の電力変換装置の有効電力指令値とする加算器と、
前記第１調節信号と前記乗算器の演算値との差を演算して他方の電力変換装置の有効電力指令値とする別の加算器と、
前記２つの無効電力検出値のそれぞれを別個に零にする制御により、両電力変換装置へ別個の無効電力指令値を出力する２つの無効電力調節器と、
を備えることを特徴とする電力融通装置の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力融通装置の制御装置において、
前記２つの電力系統それぞれの異常を別個に検出する２つの異常検出回路と、
前記２つの電力変換装置に別個に与える有効電力指令値として、前記加算器の演算値または前記第２調節信号のいずれかの選択を別個に行う２つの信号切り換え器とを備え、
異常が発生した電力系統に属する前記異常検出回路は、異常側電力系統に属する電力変換装置へゲートブロック指令を発すると共に、健全側電力系統に属する前記信号切り換え器へ切り換え指令を発することを特徴とする電力融通装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２つの電力系統に別個に接続している電力変換装置を制御することにより電力を融通する電力融通装置の制御方法とその制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの電力系統のそれぞれに別個の負荷が接続されていて、両電力系統の電圧や位相が異なっている場合は、両電力系統を直接接続することはできない。しかし両電力系統の消費電力量の不平衡が大きいのは好ましいことではなく、両電力系統間で電力の融通を行って電力量を平衡させたい場合がある。例えば新幹線の給電線がそうである。このような場合は、それぞれの電力系統に別個の電力変換装置を接続し、両電力変換装置の直流側同士を直流コンデンサを介して接続し、これら両電力変換装置を適切に制御することにより、電力の融通を図ることができる。
【０００３】
図５は２つの電力系統に別個に接続した電力変換装置を制御して両電力系統間の電力融通を行う一般例を示したブロック回路図である。この図５は単相交流電力の融通を示す場合であって、一方の電力系統とこれに属する機器にはＡなる文字を付し、他方の電力系統とこれに属する機器にはＢなる文字を付して区別することにする。
三相交流電源１Ａ，１Ｂにスコット変圧器２Ａ，２Ｂを接続することにより、単相交流電力が得られる。これら両単相交流電力系統は、常時は開路している切り換え遮断器３を介して接続することができる。両単相交流回路には別個の負荷５Ａ，５Ｂと、電力変換装置としての単相インバータ１０Ａ，１０Ｂが接続されており、両単相インバータ１０Ａ，１０Ｂの直流側同士は直流コンデンサ１３を介して接続されている。ここで一方の負荷５Ａの大きさと他方の負荷５Ｂの大きさが異なる場合に、パルス演算回路１６Ａ，１６Ｂは有効・無効電力基準演算回路１８からの指令に基づいて単相インバータ１０Ａ，１０Ｂへ動作指令を与えることにより、両単相交流回路間で有効電力を融通し、三相交流電源１Ａ，１Ｂの電力消費量を均等化させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図６は図５の一般例回路に記載している有効・無効電力基準演算回路の構成の従来例を示したブロック回路図であって、有効電力検出回路１９Ａは一方の単相交流回路の電流検出器４Ａと電圧検出器６Ａから入力する電流・電圧で有効電力を検出し、有効電力検出回路１９Ｂは他方の単相交流回路の電流検出器４Ｂと電圧検出器６Ｂから入力する電流・電圧で有効電力を検出する。有効電力調節器２１はこれら両有効電力の差を零にするように調節動作をする。更に直流電圧調節器２４は、直流電圧検出器１４で検出された直流コンデンサ１３の端子電圧を入力し、この直流電圧検出値を、別途に設定した直流電圧設定値ＥＤ  ＊  に一致させるように調節動作をする。この直流電圧調節器２４の出力信号は、乗算器２５でゲイン倍される。この乗算器２５の演算値と有効電力調節器２１の出力信号との和が単相インバータ１０Ａの有効電力指令値ＰＡ  ＊  となってパルス演算回路１６Ａへ出力される。また乗算器２５の演算値と有効電力調節器２１の出力信号との差が単相インバータ１０Ｂの有効電力指令値ＰＢ  ＊  となってパルス演算回路１６Ｂへ出力される。更に当該有効・無効電力基準演算回路１８からは無効電力指令値ＱＡ  ＊  とＱＢ  ＊  がパルス演算回路１６Ａ，１６Ｂへ出力するが、これらの値は零である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特２００１−２８８８７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の有効・無効電力基準演算回路１８では、ここからパルス演算回路１６Ａへ出力する無効電力指令値ＱＡ  ＊  と、パルス演算回路１６Ｂへ出力する無効電力指令値ＱＢ  ＊  は、いずれも零である。よって、負荷５Ａ，５Ｂの力率が１でない場合は、無効電力による電圧変動が大きくなるため、当該負荷５Ａ，５Ｂの運転が困難になる場合を生じる。また、これらの負荷に異常が生じたり、電力系統で事故が発生したりすると、その影響で事故側の単相インバータがゲートブロックすることがある。このときに健全側の単相インバータが前述した有効電力指令値ＰＡ  ＊  またはＰＢ  ＊  に従って動作を続けると、単相インバータの直流側電圧が過電圧あるいは不足電圧になり、両単相インバータ１０Ａ，１０Ｂがともに停止してしまうことがある。
【０００７】
このような不具合を回避するために、どちらか一方の単相インバータがゲートブロックした場合に他方の単相インバータもゲートブロックすると、負荷の無効電力を補償できなくなるので、健全側の電力系統に接続している負荷の運転が困難になってしまう不具合を生じる。
そこでこの発明の目的は、負荷の力率が１でない場合でも無効電力による電圧の変動を抑制すると共に、一方の負荷の異常や電力系統の故障に起因する異常が生じて電力変換装置がゲートブロックした場合でも、健全側の負荷の無効電力の補償を継続できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の電力融通装置の制御方法とその制御装置は、
それぞれの負荷へ電力を供給している２つの電力系統に別個の電力変換装置を接続し、当該両電力変換装置の直流側同士をコンデンサを介して接続している電力融通装置の制御方法において、前記両電力系統から別個に検出する有効電力の差を零にする第１調節信号と、前記コンデンサの端子電圧を所定値にする第２調節信号をゲイン倍した値との和を一方の電力変換装置の有効電力指令値とし、
前記第１調節信号と前記第２調節信号をゲイン倍した値との差を他方の電力変換装置の有効電力指令値とし、前記両電力系統から別個に検出する無効電力を別個に零にする２つの調節信号のそれぞれを、一方と他方の電力変換装置の無効電力指令値とする。
【０００９】
または、前記両電力系統のいずれか一方に異常を生じた場合は当該異常側電力系統に属する電力変換装置をゲートブロックし、健全側電力変換装置に属する電力変換装置は前記第２調節信号を有効電力指令値にして運転を継続する。
または、前記２つの電力系統それぞれの有効電力と無効電力を別個に検出する２つの有効電力検出回路と２つの無効電力検出回路と、これら両有効電力検出値の偏差を零にする第１調節信号を出力する有効電力調節器と、前記コンデンサの端子電圧を直流電圧指令値に一致させる第２調節信号を出力する直流電圧調節器と、この第２調節信号をゲイン倍する乗算器と、前記第１調節信号と前記乗算器の演算値との和を演算して一方の電力変換装置の有効電力指令値とする加算器と、前記第１調節信号と前記乗算器の演算値との差を演算して他方の電力変換装置の有効電力指令値とする別の加算器と、前記２つの無効電力検出値のそれぞれを別個に零にする制御により、両電力変換装置へ別個の無効電力指令値を出力する２つの無効電力調節器と、を備える。
【００１０】
または、前記２つの電力系統それぞれの異常を別個に検出する２つの異常検出回路と、前記２つの電力変換装置に別個に与える有効電力指令値として、前記加算器の演算値または前記第２調節信号のいずれかの選択を別個に行う２つの信号切り換え器とを備え、異常が発生した電力系統に属する前記異常検出回路は、異常側電力系統に属する電力変換装置へゲートブロック指令を発すると共に、健全側電力系統に属する前記信号切り換え器へ切り換え指令を発する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例である有効・無効電力基準演算回路の構成を表したブロック回路図であって、有効電力検出回路１９Ａ，１９Ｂ，有効電力調節器２１と、直流電圧調節器２４と乗算器２５とで有効電力指令値ＰＡ  ＊  ，ＰＢ  ＊  を出力するのは、図５で既述の従来例回路の場合と同じであるから、この部分の説明は省略する。
本発明では、電流検出器４Ａ，４Ｂと電圧検出器６Ａ，６Ｂ（図１参照）が検出する電流・電圧検出値を使って、無効電力検出回路２０Ａ，２０Ｂが無効電力を検出しており、無効電力調節器２２Ａ，２２Ｂがこの無効電力検出値を零にするべき無効電力指令値ＱＡ  ＊  ，ＱＢ  ＊  をパルス演算回路１６Ａ，１６Ｂへ出力することで、単相インバータ１０Ａ，１０Ｂを制御する。よって負荷５Ａ，５Ｂの力率が１でない場合でも、この無効電力指令値ＱＡ  ＊  ，ＱＢ  ＊  によって両電力系統の力率を１に制御するから、電圧変動を抑制できる。
【００１２】
図２は２つの電力系統に別個に接続した電力変換装置を制御して両電力系統間の電力融通を行う本発明の第２実施例を表したブロック回路図であって、図５で既述の従来例回路に故障検出器２６Ａ，２６Ｂを追加していることと、有効・無効電力基準演算回路１８に代わって有効・無効電力基準演算回路３８を使用している点が、図５で既述の従来例回路とは異なる。また図３は図２の第２実施例に図示している有効・無効電力基準演算回路の構成を表したブロック回路図であって、図１で既述の第１実施例回路に信号切り換え器２３Ａ，２３Ｂを追加した構成である。更に、図４は図２の第２実施例に図示している故障検出器の構成を表したブロック回路図である。これらの図２，図３，図４により、本発明の第２実施例を以下で説明する。
【００１３】
図２において、図示している一方の故障検出器２６Ａが負荷５Ａの異常や電力系統の故障に起因する異常を検出すると、その異常信号をパルス演算回路１６Ａへ与えて、一方の単相インバータ１０Ａをゲートブロックする。これと同時にこの異常信号は有効・無効電力基準演算回路３８へも入力し、図３に図示のように、他方すなわち健全側の単相インバータ１０Ｂへは直流電圧調節器２４の出力が有効電力指令値ＰＢ  ＊  となるように、信号切り換え器２３Ｂへ切り換え信号が与えられる。この切り換え動作は単相インバータ１０Ａがゲートブロックされている期間中継続するが、ゲートブロックが解除されれば信号切り換え器２３Ｂは元の状態に戻る。他方の単相インバータ１０Ｂやその電力系統故障に起因する異常の場合は、前述とは逆の各装置が、前述と同様の動作をするが、その説明は省略する。
【００１４】
図４に図示の一方の故障検出器２６Ａは、単相インバータ１０Ａの電流を電流検出器８Ａで検出し、これと過電流レベルとをコンパレータ２８Ａで比較する。また単相インバータ１０Ａ，１０Ｂの電圧を電圧検出器１５Ａで検出し、実効値演算器２９Ａを経て不足電圧レベル３０Ａとの比較をコンパレータ３１Ａで行う。これらのコンパレータ２８Ａと３１Ａの出力は論理和素子３２Ａを経てラッチ回路３３Ａでラッチされる。このラッチ回路３３Ａは、一定時間でアップするタイマ３４Ａの出力でリセットされる。なお、他方の故障検出器２６Ｂも同じ回路構成であるから、その図示と説明は省略する。
【００１５】
本発明の実施例は単相回路の場合で説明したが、三相回路の場合は有効電力と無効電力の演算回路が異なるだけであり、それ以外は同じ回路を適用できるのは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
従来は、電圧や位相などが異なっている２つの電力系統を直接結合することはできないけれども、それぞれの電力系統に接続している電力変換装置の直流側同士を直流コンデンサを介して接続することで、両電力系統間の電力の融通を図ることができる。しかしながら負荷の力率が１でない場合は、無効電力による電圧変動が大きくなる不具合を生じるし、事故などで一方の電力変換装置がゲートブロックしたことが原因で全停電となるような不具合を生じることがある。これに対して本発明では、無効電力調整器を備えることで、負荷の力率に関係無く安定した電力を供給することができる効果が得られるし、負荷の異常や電力系統の故障などが原因で、一方の電力変換装置がゲートブロックした場合でも、健全側の負荷の無効電力の補償を継続して、事故が復旧すれば電力の融通や無効電力補償を再開できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である有効・無効電力基準演算回路の構成を表したブロック回路図
【図２】２つの電力系統に別個に接続した電力変換装置を制御して両電力系統間の電力融通を行う本発明の第２実施例を表したブロック回路図
【図３】図２の第２実施例に図示している有効・無効電力基準演算回路の構成を表したブロック回路図
【図４】図２の第２実施例に図示している故障検出器の構成を表したブロック回路図
【図５】２つの電力系統に別個に接続した電力変換装置を制御して両電力系統間の電力融通を行う一般例を示したブロック回路図
【図６】図５の一般例回路に記載している有効・無効電力基準演算回路の構成の従来例を示したブロック回路図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ                  三相交流電源
２Ａ，２Ｂ                  スコット変圧器
４Ａ，４Ｂ，８Ａ，８Ｂ      電流検出器
５Ａ，５Ｂ                  負荷
６Ａ，６Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ  電圧検出器
１０Ａ，１０Ｂ                電力変換装置としての単相インバータ
１３                          直流コンデンサ
１４                          直流電圧検出器
１６Ａ，１６Ｂ                パルス演算回路
１８，３８                    有効・無効電力基準演算回路
１９Ａ，１９Ｂ                有効電力検出回路
２０Ａ，２０Ｂ                無効電力検出回路
２１                          有効電力調節器
２２Ａ，２２Ｂ                無効電力調節器
２３Ａ，２３Ｂ                信号切り換え器
２４                          直流電圧調節器
２５                          乗算器
２６Ａ，２６Ｂ                故障検出器
２８Ａ，３１Ａ                コンパレータ
２９Ａ                        実効値演算器
３２Ａ                        論理和素子
３３Ａ                        ラッチ回路
３４Ａ                        タイマ
【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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