(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流系統からの交流電力を直流電力に変換して直流主回路に出力する順変換器と、前記直流主回路からの直流電力を交流電力に変換して前記交流系統とは異なる交流系統に出力する逆変換器と、直流電力を発生する直流電力発生手段と、前記直流主回路と前記直流電力発生手段とを結ぶ回路を形成しこの回路を指令に応じて開閉する開閉手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に交流系統の故障が回復するまで前記順変換器の運転を停止させる順変換器制御手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に前記開閉手段に閉路を指令しそのあと開路を指令する開閉指令手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に前記直流主回路の状態に応じて前記逆変換器の変換出力を制御する逆変換器制御手段とを備えてなる直流連携システム。
【請求項２】
相互に異なる交流系統に接続されるとともに直流主回路を間にして互いに接続された一対の電力変換器のうち一方の電力変換器を順変換器として運転し、他方の電力変換器を逆変換器として運転し、前記順変換器側の交流系統の故障時に交流系統の故障が回復するまで前記順変換器の運転を停止させるとともに、前記直流主回路に接続された開閉手段を閉じて直流電源から前記直流主回路に直流電力を供給し、かつ前記直流主回路の電流に応じて前記逆変換器の変換出力を制御し、そのあと前記開閉手段を開いて前記直流電源から前記直流主回路への直流電力の供給を停止する直流連携システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流連携システムおよびその運転方法に係り、特に、直流主回路を間にして互いに接続された一対の電力変換器をそれぞれ相異なる交流系統に接続し、一方の電力変換器を順変換器として運転し、他方の電力変換器を逆変換器として運転する直流連携システムにおいて、順変換器側の交流系統の故障時に各電力変換器の運転を制御するに好適な直流連携システムおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流送電を行なうための直流連携システムとして、直流リアクトルを有する直流主回路を間にして互いに接続された一対の電力変換器（交直変換器）をそれぞれ相異なる交流系統に接続し、一方の電力変換器を順変換器（交流を直流に変換する変換器）として運転し、他方の電力変換器を逆変換器（直流を交流に変換する変換器）として運転するシステムが知られている。
【０００３】
従来、直流連携システムを運転するに際しては、逆変換器側で直流電圧を一定にする定電圧制御を実施し、順変換器側では逆変換器側よりも高い電位になるように電力変換器の点弧角を制御することで直流電流を一定にする定電流制御を実施し、一方の交流系統から他方の交流系統に電力を融通することが行なわれている。そして順変換器側の交流系統に雷撃に伴う地絡故障などが発生したときには、順変換器側の交流電圧の低下に伴って順変換器側の電圧制御が不可能となるため、順変換器を構成する三相のスイッチング素子、例えばサイリスタのうち同一相の上下のサイリスタを同時に点弧させるバイパスペア制御を行ない、交流系統と直流主回路とを切り離して順変換器の運転を停止させ、交流系統の故障が回復したあとに順変換器を再起動させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、順変換器側の交流系統に故障が発生した場合、順変換器側の交流電圧が順変換器の各サイリスタを点弧するに十分でない電圧まで低下したときには、順変換器の運転を継続することができないので、順変換器に対してバイパスペア制御を実施して順変換器の運転を停止し、交流系統と直流主回路とを切り離すことが行なわれている。順変換器の運転停止に伴って交流系統と直流主回路とが切り離されると、直流主回路の直流電流は断続することになり、直流主回路からの直流電力を用いる逆変換器の運転を停止することが余儀なくされる。このため、逆変換器の運転が停止されたあと逆変換器が再起動されるまでの間、逆変換器に接続された交流系統には電力が供給されなくなる。
【０００５】
本発明の目的は、順変換器側の交流系統の故障時にも直流主回路からの直流電力を用いる機器の運転を継続することができる直流連携システムとその運転方法及び電力変換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、交流系統からの交流電力を直流電力に変換して直流主回路に出力する順変換器と、前記直流主回路からの直流電力を交流電力に変換して前記交流系統とは異なる交流系統に出力する逆変換器と、直流電力を発生する直流電力発生手段と、前記直流主回路と前記直流電力発生手段とを結ぶ回路を形成しこの回路を指令に応じて開閉する開閉手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に交流系統の故障が回復するまで前記順変換器の運転を停止させる順変換器制御手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に前記開閉手段に閉路を指令しそのあと開路を指令する開閉指令手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に前記直流主回路の状態に応じて前記逆変換器の変換出力を制御する逆変換器制御手段とを備えてなる直流連携システムを構成したものである。
【０００７】
また、本発明は、相互に異なる交流系統に接続されるとともに直流主回路を間にして互いに接続された一対の電力変換器のうち一方の電力変換器を順変換器として運転し、他方の電力変換器を逆変換器として運転し、前記順変換器側の交流系統の故障時に交流系統の故障が回復するまで前記順変換器の運転を停止させるとともに、前記直流主回路に接続された開閉手段を閉じて直流電源から前記直流主回路に直流電力を供給し、かつ前記直流主回路の電流に応じて前記逆変換器の変換出力を制御し、そのあと前記開閉手段を開いて前記直流電源から前記直流主回路への直流電力の供給を停止する直流連携システムの運転方法を採用したものである。
【０００８】
また、本発明は、交流系統からの交流電力を直流電力に変換して直流主回路に出力する順変換器と、前記直流主回路からの直流電力を指定の電力に制限して負荷に出力するリミッタと、直流電力を発生する直流電力発生手段と、前記直流主回路と前記直流電力発生手段とを結ぶ回路を形成しこの回路を指令に応じて開閉する開閉手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に交流系統の故障が回復するまで前記順変換器の運転を停止させる順変換器制御手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時にに閉路を指令しそのあと開路を指令する開閉指令手段と、前記順変換器側の交流系統の故障時に前記直流主回路の状態に応じて前記リミッタの出力を制御するリミッタ制御手段とを備えてなる電力変換装置を構成したものである。
【０００９】
前記した手段によれば、順変換器側の交流系統の故障時に、交流系統の故障が回復するまで順変換器の運転を停止させるとともに、開閉手段を閉じて直流電源（直流電力発生手段）から直流主回路に直流電力を供給し、かつ直流主回路の状態（電流）に応じて逆変換器の変換出力を制御し、順変換器側の交流系統の故障が回復する状態になったときに開閉手段を開いて直流電源（直流電力発生手段）から直流主回路への直流電力の供給を停止するようにしているため、順変換器側の交流系統の故障時に、順変換器の運転停止に伴って順変換器側の交流系統と直流主回路とが分離されても、直流電源（直流電力発生手段）からの直流電力を直流主回路に供給することができ、直流主回路からの直流電力を用いる機器、例えば逆変換器、リミッタの運転を継続することができ、交流系統の故障除去と同時にシステムを停止することなく再起動することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態を示すシステムの全体構成図である。図１において、＃１の三相交流系統１０には交流系統連携遮断機１２、変圧器１４を介して交直変換器（電力変換器）１６が接続されており、＃２の三相交流系統４８には交流系統連携遮断機４６、変圧器４４を介して交直変換器（電力変換器）４０が接続されている。交直変換器１６、４０はそれぞれスイッチング素子として、例えば図２に示すように、６個のサイリスタＱ１〜Ｑ６を備えて構成されており、制御装置５６または５８からのスイッチング制御信号により、交流電力を直流電力にあるいは直流電力を交流電力に変換できるように構成されている。そして各交直変換器１６、４０は互いに直流主回路１８を間にして互いに接続されており、各交直変換器１６、４０は、直流連携システムの１要素として、交流系統１０から直流主回路１８を介して交流系統４８に電力を供給するときには、交直変換器１６を順変換器として運転し、交直変換器４０を逆変換器として運転し、逆に、交流系統４８から直流主回路１８を介して交流系統１０に電力を供給するときには、交直変換器４０を順変換器として運転し、交直変換器１６を逆変換器として運転し、交流系統１０と交流系統４８との間で相互に電力の融通が行なえるようになっている。
【００１２】
直流主回路１８は直流リアクトル３０を主要素として構成されており、直流リアクトル３０の両端がそれぞれ交直変換器１６、４０の一端にそれぞれ接続されている。なお、交直変換器１６、４０の他端はそれぞれ接地されている。また、直流リアクトル３０の両側には開閉手段として開閉遮断機２２、３２が接続されている。開閉遮断機２２はコンデンサ２４、バッテリー２６を介して開閉遮断機２８に接続され、開閉遮断機３２はバッテリー３４、コンデンサ３６を介して開閉遮断機３８に接続され、各開閉遮断機２８、３８の一端は接地されている。コンデンサ２４、バッテリー２６は直流電源（直流電力発生手段）として互いに並列に接続され、各開閉遮断機２２、２８とは互いに直列に接続されている。またバッテリー３４、コンデンサ３６は直流電源（直流電力発生手段）として互いに接続され、開閉遮断機３２、３８とは互いに直列に接続されている。開閉遮断機２２、２８は直流主回路１８とコンデンサ２４とを結ぶ回路を形成し、制御装置５８からの指令に応答して回路を開閉するように構成されている。また開閉遮断機３２、３８は、直流主回路１８とコンデンサ３６とを結ぶ回路を形成し、制御装置５６からの指令に応答して回路を開閉するように構成されている。すなわち、開閉遮断機２２、２８、３２、３８は、通常の運転時にはそれぞれ回路を開き（開放状態）、交流系統１０の故障時には開閉遮断機２２、２８のみが回路を閉じ（投入状態）、交流系統４８の故障時には開閉遮断機３２、３８のみが回路を閉じるようになっている。
【００１３】
制御装置５６はプロテクションリレー５４に接続されており、プロテクションリレー５４は変流器５０、変圧器５２を介して変圧器１４の一次側に接続されている。そして交流系統１０において地絡などの故障が発生したときには、プロテクションリレー５４から故障検知信号が制御装置５６に入力されるようになっている。また制御装置５８は、プロテクションリレー６４に接続されており、プロテクションリレー６４は変流器６０、変圧器６２を介して変圧器４４の一次側に接続されている。そして交流系統４８において地絡のなどの故障が発生したときに、プロテクションリレー６４から故障検知信号が制御装置５８に入力されるようになっている。なお、各制御装置５６、５８は同一の構成であるため、以下制御装置５８の具体的構成についてのみ説明する。
【００１４】
制御装置５８は制御装置５６と相互に接続されているとともに、直流主回路１８の電圧を検出する電圧センサ２０と、直流主回路１８の電流を検出する電流センサ４２に接続されている。そして制御装置５８は、制御装置５６からのペア制御信号１００、電圧センサ２０と電流センサ４２からの信号にしたがって交直変換器４０の変換出力を制御するとともに、開閉遮断機２２、２８の開閉を制御するために、電圧検出部６６、ＡＮＤゲート６８、制御演算部７０、最適点呼指令値選択部７２、電流検出部７４、切替部７６、ＡＮＤゲート７８を備えて構成されている。
【００１５】
電圧検出部６６は、電流センサ４２の検出による電流が設定レベル以上であることを条件に（直流主回路１８に設定レベル以上の電流が流れていることを条件に）、電圧センサ２０の検出による電圧が設定レベル以下に低下したときに、直流主回路１８に異常が生じたとして“１”の信号をＡＮＤゲート６８に出力するようになっている。なお、この直流電圧の設定レベル（設定値）には不感帯が設けられており、通常の運転時や各交直変換器１６、４０の起動時に直流電圧が変動しても、この変動に伴ってレベルの変化を誤検出しないようになっている。
【００１６】
ＡＮＤゲート６８は、電圧検出部６６から“１”の信号が出力されたとき、制御装置５６からペア制御信号１００が入力されたことを条件に交流系統１０に事故が生じたとして遮断機２２、２８に対して投入指令８０を出力するようになっている。すなわち、交流系統１０で故障が発生し、制御装置５６から交直変換器１６に対してバイパスペア制御が実施されたときに、バイパスペアが実施されたことを示すペア制御信号１００の入力と電圧検出部６６から“１”の信号が発生したことを条件に遮断機２２、２８に対して投入指令８０が出力されるようになっている。
【００１７】
制御演算部７０は、電圧センサ２０の検出電圧と電流センサ４２の検出電流を受け、交直変換器４０の各サイリスタに対する点弧指令値（点弧角）として通常運転時（交流系統１０、４８の健全時）における点弧指令値を生成し、生成した点弧指令値を切替部７６に出力するようになっている。最適点弧指令値選択部７２は、電流センサ４２の検出による電流に応じた最適点弧指令値（点弧角）を選択し、選択した点弧指令値を切替部７６に出力するようになっている。この最適点弧指令値は、例えば、電流の増加に応じて点弧角が大きくなる値に設定されている。そして通常の運転時には、制御演算部７０からの点弧指令値が切替部７６によって選択され、一方、ペア制御信号１００が入力されたことおよびＡＮＤゲート６８から“１”の信号が出力されたことを条件に、最適点弧指令値選択部７２によって選択された点弧指令値が選択され、選択された点弧指令値８２が交直変換器４０の各サイリスタに出力されるようになっている。
【００１８】
電流検出部７４は、電流センサ４２の検出による電流のレベルが交直変換器４０の各サイリスタを点弧し得るレベルになったときに、“１”の信号をＡＮＤゲート７８に出力するようになっている。ＡＮＤゲート７８は、ＡＮＤゲート６８から“１”の信号が発生したことを条件に、電流検出部７４から“１”の信号が出力されたときに、交流系統１０の事故が回復することを予測して遮断機２２、２８に対して開放指令８４を出力するようになっている。
【００１９】
上記構成において、交流系統１０から交流系統４８に電力を供給する場合、交直変換器１６を順変換器として運転し、交直変換器４０を逆変換器として運転する制御が行なわれる。このとき、制御装置５６は順変換器制御手段として機能し、制御装置５８は逆変換器制御手段として機能するとともに開閉指令手段として機能することになる。
【００２０】
交直変換器１６が順変換器として運転され、交直変換器４０が逆変換器として運転されているときに、交流系統１０において雷撃に伴う地絡１０２などの故障が発生すると、交直変換器１６に供給される交流電圧が低下する。そして変流器５０、変圧器５２からの信号によってプロテクションリレー５４から故障検知信号が制御装置５６に入力されると、制御装置５６から交直変換器１６に対してバイパスペア制御が実施される。この場合、図２に示すように、同一相の上下のサイリスタＱ１、Ｑ２が同時に点弧され、交直変換器１６の交流側と直流主回路１８とが分離される。さらに制御装置５６によってバイパスペア制御が実施されたときには、制御装置５６から制御装置５８に対してペア制御信号１００が出力される。そして交直変換器１６の運転が停止されたことに伴って、直流主回路１８の電圧および電流が徐々に低下する過程で、電圧検出部６６から“１”の信号が出力されると、ＡＮＤゲート６８から“１”の信号が出力される。この信号は投入指令８０として遮断機２２、２８に対して出力される。これにより、遮断機２２、２８が投入され、バッテリー２６によって充電されたコンデンサ２４から放電電流Ｉｃが直流リアクトル３０を介して交直変換器４０に供給される。
【００２１】
すなわち、直流主回路１８には、交直変換器１６からの直流電力が供給されなくなったあと、バッテリー２６、コンデンサ２４からの直流電力が供給されることになる。さらに、系統故障が検出されると、制御演算部７０によって算出された点弧指令値８２に代わって、最適点弧指令値選択部７２によって選択された点弧指令値８２が切替部７６によって選択され、選択された点弧指令値８２が交直変換器４０に出力される。このため、直流主回路１８の電流は通常の運転時よりも低下するが、バッテリー２６、コンデンサ２４からの直流電流に基づいて各サイリスタの点弧角が制御され、交直変換器４０から交流系統４８に対して継続して電力を供給することができる。
【００２２】
次に、バッテリー２６、コンデンサ２４からの電流によって直流主回路１８の電流が増加し、この電流が一定レベルを越えたときには、電流検出部７４から“１”の信号が出力され、ＡＮＤゲート７８から“１”の信号が出力される。この信号は開放指令８４として遮断機２２、２８に出力され、開放指令８４により遮断機２２、２８が開放される。すなわち、交直変換器１６の運転停止後、直流主回路１８の電流が設定レベルまで回復したときには、コンデンサ２４、バッテリー２６からの電流が不要となるため、遮断機２２、２８をコンデンサ２４、バッテリー２６から切り離す制御を行なう。このあと故障が回復すると、制御装置５６からの指令によって交直変換器１６が再起動され、通常運転時の制御に移行することになる。
【００２３】
このように、交流系統１０において地絡１０２などの瞬時の故障が発生したときには、交直変換器１６の運転を停止しても、コンデンサ２４、バッテリー２６からの直流電力を交直変換器４０に供給することで交直変換器４０の運転を継続することができる。このため、本実施形態においては、交流系統１０において故障が生じても、交直変換器４０の運転を継続することができ、交流系統４８に常に電力を供給することができるとともに、交流系統１０の故障除去（故障回復）と同時にシステムを停止することなく再起動することができる。
【００２４】
前記実施形態においては、開閉手段として遮断機２２、２８、３２、３８を用いたものについて述べたが、遮断機２２、２８、３２、３８の代わりに高速スイッチング素子を用いることもできる。
【００２５】
また、前記実施形態においては、交流系統１０から交流系統４８に電力を供給する場合について述べたが、交流系統４８から交流系統１０に電力を供給する運転をしているときに、交流系統４８に故障が発生したときでも、交直変換器１６の運転を継続することができる。この場合、制御装置５６が逆変換器制御手段および開閉指令手段として機能し、制御装置５８が順変換器制御手段として機能することになる。また、この場合には、遮断機２２、２８の代わりに、遮断機３２、３８の開閉が制御され、バッテリー３４、コンデンサ３６からの電流が交直変換器１６に供給されることになる。
【００２６】
前記実施形態においては、直流連携システムに本発明を適用した場合について述べたが、交直変換器４０の代わりに直流主回路１８からの直流電力を指定の電力に制限して負荷に出力するリミッタを設け、リミッタの出力を制御装置５８によって制御する電力変換装置を構成することもできる。この場合、制御装置５８がリミッタ制御手段として機能し、直流主回路１８からは遮断機３２、３８、バッテリー３４、コンデンサ３６は取り除かれる。すなわち、交直変換器１６、遮断機２２、２８、コンデンサ２４、バッテリー２６、直流リアクトル３０、リミッタ、変流器５０、変圧器５２、プロテクションリレー５４、制御装置５６、５８、電圧センサ２０、電流センサ４２によって電力変換装置が構成されることになる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、順変換器側の交流系統の故障時に交流系統の故障が回復するまで順変換器の運転を停止させるとともに、直流主回路に直流電力を供給し、直流主回路の状態（電流）に応じて逆変換器の変換出力を制御するようにしたため、順変換器側の交流系統の故障時に、直流主回路からの直流電力を用いる機器の運転を継続することができ、順変換器側の交流系統の故障除去と同時にシステムを停止することなく再起動することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステムの全体構成図である。
【図２】交直変換器の構成説明図である。
【符号の説明】
１０  交流系統
１２  交流系統連携遮断機
１４  変圧器
１６  交直変換器
１８  直流主回路
２０  電圧センサ
２２  遮断機
２４  コンデンサ
２６  バッテリー
２８  遮断機
３０  直流リアクトル
３２  遮断機
３４  バッテリー
３６  コンデンサ
３８  遮断機
４０  交直変換器
４２  電流センサ
４４  変圧器
４６  交流系統連携遮断機
４８  交流系統
５０  変流器
５２  変圧器
５４  プロテクションリレー
５６、５８  制御装置
６０  変流器
６２  変圧器
６４  プロテクションリレー
６６  電圧検出部
６８  ＡＮＤゲート
７０  制御演算部
７２  最適点弧指令値選択部
７４  電流検出部
７６  切替部
７８  ＡＮＤゲート
【図１】
0003899446.tif 000002
【図２】
0003899446.tif 000003