(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流リンク（Ｗ１，Ｗ２）を介して互いに接続された第１と第２の変電所（ＳＴＮ１，ＳＴＮ２'）を有する高電圧直流送電システムであって、各変電所は電圧源変換装置（ＣＯＮ１，ＣＯＮ２）を有し、
第１の変電所は直流電圧（Ｕｄｃ１）を測定するための第１の電圧測定手段（Ｍ５）と、直流電圧を制御するための制御手段を具備し、
第２の変電所は、リファレンス値（Ｐ２Ｒ，ｆ２Ｒ）に基づいて有効電力フロー（Ｐ２）を制御する有効電力制御手段（ＰＲＲＥＧ）を具備し、
前記電圧制御手段は前記直流電圧の時刻毎の測定値とそれに対応する第１の電圧リファレンス値（Ｕｄｃ１Ｒ）のみに基づいて第１の変電所の直流電圧を制御して、第１の変電所の有効電力とは独立に電圧制御を行い、
前記第２の変電所は直流電圧（Ｕｄｃ２）を測定するための第２の電圧測定手段（Ｍ６）を具備し、
第２の変電所の電力制御手段は、測定されたその時刻の直流電圧と第２の電圧リファレンス値（Ｕｄｃ２Ｒ）とに基づいて第２の変電所の直流電圧を制御する電圧制御手段（ＵｄｃＲＥＧ）を具備し、前記第２の電圧リファレンス値は第３の電圧リファレンス値（Ｕｄｃ２Ｒ'）と第２の変電所を流れる有効電力を表す値（Ｐ２，ｆ２）に基づく電圧リファレンス修正信号（ΔＵｄｃＲ）とリファレンス値（Ｐ２Ｒ、ｆ２Ｒ）に基づいて作成されたものであるシステム。
【請求項２】
第２の変電所を流れる有効電力を制御する手段が、前記電圧リファレンス修正信号を作成する制御手段（ＰＲＥＧ）を具備し、入力として前記第２の変電所を流れる有効電力を表す値とそのリファレンス信号とを受け、前記第２の電圧リファレンス値を前記電圧リファレンス修正信号と前記第３の電圧リファレンス値の合計として作成する合計手段（ＳＵＭ）を具備することを特徴とする請求項１に記載の直流電流送電システム。
【請求項３】
第２の変電所を流れる有効電力を示す前記の値が第２の変電所を流れる有効電力であることを特徴とする請求項１または２に記載された直流電流送電システム。
【請求項４】
第２の変電所を流れる有効電力を制御する手段が、当該第２の変電所が接続されている交流電流ネットワーク（Ｎ２）の電圧（ＵＬ２）と電流（Ｉｖ２）測定値に基づいて第２の変電所を流れる有効電力を示す値を算出する計算手段（ＰＣＡＬＣ）を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載された直流電流送電システム。
【請求項５】
前記第２の変電所の有効電力を示す値が、当該第２の変電所が接続されている交流ネットワーク（Ｎ２）の周波数（ｆ２）であることを特徴とする請求項１または２に記載された直流電流送電システム。
【請求項６】
前記第３の電圧リファレンス値が前記第１の電圧リファレンスと同じであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載された直流電流送電システム。
【請求項７】
直流電流リンク（Ｗ１，Ｗ２）を介して互いに接続された第１と第２の変電所（ＳＴＮ１，ＳＴＮ２'）を有する高電圧直流送電システムの有効電力制御方法であって、各変電所は電圧源変換装置（ＣＯＮ１，ＣＯＮ２）を有し、第１の変電所は直流電圧（Ｕｄｃ１）を測定するための第１の電圧測定手段（Ｍ５）と、直流電圧を制御するための制御手段を具備し、第２の変電所は、直流電圧（Ｕｄｃ２）を測定するための第２の電圧測定手段（Ｍ６）とリファレンス値（Ｐ２Ｒ，ｆ２Ｒ）に基づいて有効電力フロー（Ｐ２）を制御する有効電力制御手段（ＰＲＲＥＧ）を具備し、
前記第１の変電所の直流電圧は前記直流電圧の時刻毎の測定値とそれに対応する第１の電圧リファレンス値（Ｕｄｃ１Ｒ）のみに基づいて、したがって、第１の変電所の有効電力とは独立に電圧制御し、
前記第２の変電所の電力制御手段は、第２の変電所の直流電圧の第２のリファレンスの値（Ｕｄｃ２Ｒ）に基づいて第２の変電所の直流電圧を制御し、
前記第２の電圧リファレンス値は第３の電圧リファレンス値（Ｕｄｃ２Ｒ'）と第２の変電所を流れる有効電力を表す値（ｐ２，ｆ２）とリファレンス値（Ｐ２Ｒ、ｆ２Ｒ）に基づいて作成する方法。
【請求項８】
前記第２の変電所を流れる有効電力を示す値と前記リファレンスの値は制御手段（ＰＲＥＧ）に供給されて前記制御手段の出力として前記電圧リファレンス修正信号を作成し、前記第２の電圧リファレンス値は前記電圧リファレンス修正信号と前記第３の電圧リファレンス値の合計として作成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の変電所の有効電力を示す値が第２の変電所を流れる有効電力であることを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載された方法。
【請求項１０】
第２の変電所を流れる有効電力を示す値が、第２の変電所が接続されている交流電流ネットワーク（Ｎ２）の電圧（ＵＬ２）と電流（Ｉｖ２）測定値に基づいて算出されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の変電所の有効電力を示す値が、当該第２の変電所が接続されている交流ネットワーク（Ｎ２）の周波数（ｆ２）であることを特徴とする請求項７または８に記載の方法
【請求項１２】
前記第３の電圧リファレンス値が前記第１の電圧リファレンスと同じであることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電流用リンクで相互に接続された第１と第２の変電所を有し、各変電所は電圧変換器を具備し、第１の変電所では第１の電圧基準値に基づいて直流リンクの電圧を制御し、第２の変電所では当該第２の変電所を通る有効電力を制御する高電圧直流送電システムにおける有効電力制御方法、および、当該方法を実施するための高電圧直流送電システムに関するものである。
【０００２】
電源変換器の制御システムの全般的な記述のために、Anders Lindbergによる「２または３のレベルを有する高電圧源変換器のＰＷＭと制御」、ｐｐ１、７７−１０４および付録Ａ、電力工学部、ストックホルム、１９９５年を参照する。
【０００３】
図１は、単一の線とブロック図によって、従来技術として知られている高電圧直流送電システムを示したものである。第１と第２の変電所ＳＴＮ１とＳＴＮ２はそれぞれ、２極の導体Ｗ１とＷ２とを有する直流（ｄｃ）リンクによって相互に接続されている。導体は典型的な場合はケーブルであるが、少なくとも一部は高架線であっても良い。各変電所は、図示した例ではキャパシタＣ１とＣ２と模式的に示した、２極の導体の間に設けられたキャパシタと、電源変換器ＣＯＮ１とＣＯＮ２とを具備する。変換器はそれぞれ、６−パルスブリッジ接続された３相グループの半導体バルブを２つ有する。半導体バルブは、それ自体既知であるが、ゲート入／切切替半導体エレメントの分岐、例えばいわゆるＩＧＢＴ型のパワートランジスタ、とこれらのエレメントとアンチパラレル接続されたダイオードとを有する。
【０００４】
各変換器は、位相インダクタＰＩ１とＰＩ２を介してそれぞれに対応する３相交流（ａｃ）電力ネットワークＮ１とＮ２とに接続されている。図には示していないが、変換器は、変圧器を介して３相ネットワークと接続されても良いことはこの技術分野では良く知られており、この場合は、位相インダクタは場合によっては省略することができる。フィルタ装置Ｆ１とＦ２はそれぞれ、位相インダクタと３相ネットワークの間の接続点で分岐接続されている。
【０００５】
交流ネットワークＮ１のフィルタＦ１での交流電圧はＵＬ１と表示し、測定装置Ｍ１によって測定される。変換器ＣＯＮ１における交流電流はＩｖ１と表示し、測定装置Ｍ２によって測定される。同様に、フィルタＦ２の接続点における交流電圧はＵＬ２と表示して測定装置Ｍ３で測定し、変換器ＣＯＮ２の位置での交流電圧はＩｖ２と表示して測定装置Ｍ４によって測定される。
【０００６】
キャパシタＣ１の両側の直流電圧はＵｄｃ１と表示し記号的に表現した測定装置Ｍ５によって測定され、キャパシタＣ２の両側の直流電圧はＵｄｃ２ｄと表示し記号的に表現した測定装置Ｍ６によって測定される。
【０００７】
第１の変電所は制御装置ＣＴＲＬ１を具備し、第２の変電所は同様な制御装置ＣＴＲＬ２を具備する。
【０００８】
制御装置は従来の方法で、２相αβ−リファレンスフレームと、回転２相ｄｑ−リファレンスフレームで表現される変換３相ユニット（電圧と電流）で運転される。３相交流電力ネットワークの位相はａｂｃ−リファレンスフレームで参照する。以下の説明においてベクトルは（ｘ＊）上に線を記載して表現する。以下の明細書及び図面において、リファレンスフレームは、適当であれば、（ｘdqのように）上付き文字によって表現する。
【０００９】
制御装置ＣＴＲＬ１は直流電圧制御装置ＵｄｃＲＥＧ、交流電圧制御装置ＵａｃＲＥＧ、選択手段ＳＷ１とＳＷ２、内部変換装置電流制御装置ＩＲＥＧを具備する。
【００１０】
直流電圧制御装置は、測定された直流電圧Ｕｄｃ１とその第１電圧リファレンス値Ｕｄｃ１Ｒを供給され、実際の値Ｕｄｃ１と第１電圧リファレンス値Ｕｄｃ１Ｒの差に基づいて出力信号Ｐ１Ｃを発生する。
【００１１】
交流電圧制御装置は、測定された交流電圧ＵＬ１とその第１電圧リファレンス値ＵＬ１Ｒを供給され、実際の値ＵＬ１と第１電圧リファレンス値ＵＬ１Ｒの差に基づいて出力信号Ｑ１Ｃを発生する。
【００１２】
直流電圧制御装置と交流電圧制御装置は、対応するリファレンス値と実際の値との偏差を求める各々（図示されていない）差分作成メンバーを有し、この差分が例えば比例／積分特性を有する（図示されていない）制御メンバーに供給されて処理される。電圧制御装置は対応する電圧に対してフィードバック制御を行う。
【００１３】
変換装置ＣＯＮ１を通る有効電力フロー出力信号Ｐ１Ｃとリファレンス値Ｐ１Ｒは選択手段ＳＷ１の２つの異なる入力部に供給され、変換装置ＣＯＮ１を流れる無効電力フロー出力信号Ｑ１Ｃとリファレンス値Ｑ１Ｒは選択手段ＳＷ２の２つの異なる入力部に供給される。リファレンス値Ｐ１ＲとＱ１Ｒは手動で設定されても良く、特にリファレンス値Ｐ１Ｒは、周波数制御装置のような別の制御装置からの出力であっても良い。
【００１４】
第１モード信号ＭＤ１１に基づいて、出力信号Ｐ１Ｃとリファレンス値Ｐ１Ｒのうちのいずれかが内部変換装置電流制御装置ＩＲＥＧに有効電力オーダーの意味を有するｐref1で表示される信号の形で供給される。
【００１５】
第２モード信号ＭＤ２１に基づいて、出力信号Ｑ１Ｃとリファレンス値Ｑ１Ｒのうちのいずれかが内部変換装置電流制御装置ＩＲＥＧに無効電力オーダーの意味を有するｑref1で表示される信号の形で供給される。
【００１６】
従って、各変電所は、ｄｃ電圧制御と有効電力制御のいずれか、および、ａｃ電圧制御と無効電力制御からなる、４つの異なるモードで運転される。一般には、変電所の１つは、例えば最初のものは、ｄｃ電圧制御の元で運転され、第２の変電所（同様に、他の直流電流リンクによって第１の変電所と組み合わせられている図示していない他の変電所も）有効電力制御とａｃ電圧または無効電力制御によって制御される。
【００１７】
運転モードはオペレータが手動によって設定することもできるし、場合によっては、図示しないシーケンシャル制御システムによって自動制御することもできる。
【００１８】
内部変換装置電流制御ＩＲＥＧはそれ自体は知られた電流オーダー計算ユニットは、電流オーダー計算ユニットと変換装置制御ユニット（図示しない）を有する。
【００１９】
前記電流オーダー計算ユニットは電流オーダー計算メンバーと電流制限メンバーを有する。上述の有効及び無効電力オーダー信号、ｐref1とｑref1とは、それぞれ電流オーダー計算ユニットに供給される。電流オーダー計算メンバーでは、ｄｑリファレンスフレームでｉdrefとｉqrefと表される電流リファレンス値を電力オーダーから計算する。この計算はそれ自体は既に知られている以下の関係式を使用して行われる。
ｐref＝ｕdｉdref  ＋ｕqｉqref
ｑref＝ｕdｉqref  −ｕqｉdref
ここで、電圧ｕdとｕqは、交流電流ネットワークにおいて測定され、それ自体既に知られている方法によってｄｑリファレンスフレームに変換された電圧を表す。これらのリファレンスの値ｉdrefとｉqrefは電流制限メンバーに供給され、そこで必要であれば、送電システムのために特定された運転条件に従って制限を受ける。電流制限メンバーはこのようにして制限された値を電流ベクトルｉ＊dqrefとして変換装置制御ユニットに出力する。
【００２０】
変換装置制御ユニットは内部の交流電流制御フィードバックループを有しており、これが供給された電流ベクトルｉ＊dqrefと位相リファレンス信号に基づいて電圧リファレンスベクトルを作成する。この電圧リファレンスベクトルはパルス発生メンバーに供給され、これがこのベクトルに基づいて、一連の入／切切替命令を作成して、規定のパルス幅変調パターンに従って半導体バルブに供給される。位相リファレンス信号は、位相ロックループで従来方法で作成されて少なくとも安定な状態では、交流電流電力ネットワークのフィルタバス電圧に固定される。
【００２１】
第２の変電所に具備された制御装置ＣＴＲＬ２は既に述べたＣＴＲＬ１と同様であるが、図１においては、種々の信号に対するインデックス１が適当であればインデックス２に変わっている点のみが異なる。
【００２２】
上述のように、通常は変電所の一方が、例えば第１の変電所が、直流電圧制御で運転され、当該変電所の直流リンクの直流電圧を制御し、第２の変電所が、有効電力制御と交流電圧または無効電力制御の下で運転される。直流電圧制御の下で運転されている変電所は有効電力尤度関数を有しており、第２の変電所が要求した有効電力を供給し、直流電圧を所望の値に維持する。しかし、電力ネットワークと導電システムに対す外乱、特に直流電圧制御変電所が結合されている交流電流電力ネットワーク内の過渡的外乱、例えば、接地短絡、によって直流電流リンクに大きな直流電圧変動が発生する。この場合、第１の変電所は第２の変電所が要求する有効電力要求をバランスさせることができない可能性がある。そのような変動は、対策がとられていなければ、例えば、過電流保護や過電圧または低電圧保護によって変電所が一時的にブロックされるような、送電システムの遮断に到るほど大きなものになる可能性がある。そのような対策の一例は、第２の変電所を一時的に直流電圧制御モードに変更して直流送電システムを運転することである。外乱が排除されたら、第２の変電所の運転モードは再度有効電力制御モードに復帰して障害発生前の有効電力フローを回復させなければならない。そのような、直流電圧制御モードへのモード変更は、直流リンクでの直流過電圧を生じさせないように非常に速やかに行われる必要がある。さらに、どの時点で有効電力制御モードに復帰させるべきかに関する決定は、実際は、直流送電システムと変電所相互間の通信オペレータの中断を生じる。
【００２３】
【発明の要旨】
本発明の目的は、導入の部分で述べた種類の方法であって、従来技術に関して知られている運転モードの切替に関連した上述の不利益を排除することができる方法と、その方法を実行するための高電圧直流送電システムを提供することである。特に、変電所の直流電圧制御から有効電力制御モードへの円滑な意向を許容する方法と高電圧直流送電システムを提供することが本発明の目的である。
【００２４】
本発明基づいて、当該目的は、直流電圧制御モードで運転している第１と第２の変電所に、第１の変電所は第１の電圧リファレンス値に基づいて直流電流リンクの電圧を制御する手段を具備し、第２の変電所は第２の変電所を流れる有効電流を制御する手段を具備し、該手段は第２の電圧リファレンス値に基づいて第２の変電所の直流電圧を制御する電圧制御手段を具備し、該第２の電圧リファレンス値は第３の電圧リファレンス値と第２の変電所を流れる有効電力を表す品質とそのリファレンス値に基づいて作成された電圧リファレンス修正信号とに基づいて作成されたものである。
【００２５】
本発明の公的な実施例では、第２の変電所を流れる有効電力を制御する手段は、前記電圧リファレンス修正信号を作成するための制御手段を具備し、入力として前記第２の変電所を流れる有効電力を表す値と前記リファレンス信号を有し、前記第２の電圧リファレンス値を前記電圧リファレンス修正信号と前記第３の電圧リファレンス値との合計として作成する合計手段を具備する。
【００２６】
本発明他の好ましい実施例では、前記第２の変電所を流れる有効電力量を表す値は、前記第２の変電所が接続されている交流電流ネットワークの電圧と電流測定結果から算出される第２の変電所を流れる有効電力である。
【００２７】
本発明のその他の利点は以下の記載と請求の範囲から明らかになるであろう。
【００２８】
本発明によって、外乱を受けた際の送電システムにおける直流電圧変動が抑制され、外乱を受けた後の電力回復過程が容易でかつ高速になる。特に、特にマルチターミナルシステムにおいては非常に複雑なシステムである変電所相互間の通信システムを取り除くことができる。
【００２９】
本発明を添付の図面を参照しながらより詳細に説明するが、図面は何れも単線からなる図とブロック図によって概念を示すだけのものである。
【００３０】
【好ましい実施例の詳細な説明】
以下の記載は高電圧直流送電のための方法とシステム双方に関連し、ブロック図は信号の流れを表す図であると同時に送電システムの制御装置をあらわす図であると解釈することができる。ブロック図で示された各ブロックで行われる機能は、ハードワイア回路によるアナログ及び／またはデジタル手段か、マイクロプロセッサのプログラムとして実現されうるものである。図ではブロックがメンバー、フィルタ、装置その他として参照されるが、特にそれらの機能はマイクロプロセッサのソフトウエアとして実現することができ、これらも所望の機能を実行するための手段と解釈されなければならない。したがって、場合によっては、「信号」がまたコンピュータプログラムが作成した値を意味し、そのような形で表されるものである。以下ではブロックの機能的な表現のみを行うが、当業者にとってはこれらの機能がそれ自体は知られている方法で実現可能であることは自明である。
【００３１】
当業者にとっては自明な記述を削減するために、記載された制御装置に与えられるか処理される測定値や信号／これらの値に対応して計算された値については高電圧送電で通常使用されている表記方法を採用する。
【００３２】
図２は、簡単な線とブロック図によって、図１で示したものと類似であるが本発明に基づく制御装置が第２の変電所に設けられている高電圧直流送電システムを示すものである。第２の変電所は図２ではＳＴＮ２’と表現されており、その制御装置はＣＴＲＬ２’と表現されているが、それ以外の点に関しては両方の図面で同じ番号で同じパーツを示す。便宜上、図２では変電所ＳＴＮ１の詳細は省略する。
【００３３】
本発明に従えば、第１と第２の変電所は共に直流制御モードで運転される。制御装置ＣＴＲＬ２’は、図１で説明した内部変換電流制御装置ＩＲＥＧを具備する。該内部変換装置電流制御装置は入力として、有効電力オーダーを意味すると共に直流電圧制御装置ＵｄｃＲＥＧの出力であるｐref2で表される信号と、無効電力オーダーの意味を有するｑref2で表される信号を受け取る。信号ｑref2は、交流電圧制御装置ＵａｃＲＥＧの出力Ｑ２Ｃと、変換装置ＣＯＮ２を流れる無効電力のリファレンス値Ｑ２Ｒのうちのいずれかである。Ｑ２ＣとＱ２Ｒの値は、第２のモード信号ＭＤ２２に基づいて選択手段ＳＷ２で選択することができる。第２の変電所の直流電圧は、第２のリファレンス値Ｕｄｃ２Ｒによって制御される。さらに本発明では、第２の電圧リファレンス値が、第３の電圧リファレンス値Ｕｄｃ２Ｒ’と電圧リファレンス修正信号ΔＵｄｃＲに基づいて作成されるが、この作成過程について以下に述べる。
【００３４】
有効電力制御装置ＰＲＥＧは入力として、第２の変電所を流れる有効電力の実際の値とそのリファレンス値Ｐ２Ｒとを受け、これらの入力の差に基づいて電圧リファレンス修正信号ΔＵｄｃＲを出力する。電圧リファレンス修正信号と第３の電圧リファレンス値Ｕｄｃ２Ｒ’は合計手段ＳＵＭに供給されて、ここでこれらの入力の合計として第２の電圧リファレンス値Ｕｄｃ２Ｒが作成される。
【００３５】
有効電力制御装置は、従来と同様（図示しない）リファレンス値と実際の値の差を求める差分算出メンバーを有し、この差は、例えば比例／積分特性を有する（図示しない）制御メンバーに送られて処理され、このようにして第２の変電所を流れる有効電力に対するフィードバック制御が行われる。このように、有効電力制御装置は電力リファレンス修正信号を作成し、これによって第２の変電所の直流電流を変換装置を流れる所望の有効電力と一致するように調節する。
【００３６】
上述のような電圧外乱が生じたときは、第１の変電所が実施している直流リンクの電圧制御が破綻し、第２の変電所の電圧が第２の変電所の電圧制御によって維持される。外乱が排除されると直ぐに、第１の変電所は再度直流電流リンクの第１の変電所による電圧制御を回復する。第２の変電所はそのとき自動的に有効電力制御に戻り、外乱の発生前に存在した有効電力運転に到達する。
【００３７】
本発明好ましい実施例では、第２の変電所を流れる有効電力の値を示す値Ｐ２が、測定されたフィルターバス電圧ＵＬ２と変換装置を流れる交流電流Ｉｖ２に基づいて計算メンバーＰＣＡＬＣによって算出される。当該計算は好ましくは測定された交流値をαβリファレンスフレームに変換してそれ自体周知の関係ｐ＝ｕαｉα＋ｕβｉβによって求める。
【００３８】
特に、有効電力が制御されていない過渡的な状態では、有効電力制御装置の出力信号、つまり、電圧リファレンス修正信号ΔＵｄｃＲを制限することが重要である。本発明の別の好ましい実施例では、第３の電圧リファレンス値Ｕｄｃ２Ｒ’が第１の変電所の第１の電圧リファレンス値Ｕｄｃ１Ｒと同じに設定される。これは、電圧リファレンス修正信号ΔＵｄｃＲが少なくとも理論的には、有効電力リファレンス値Ｐ２Ｒがゼロに設定されたときはゼロであり、その絶対値は有効電力リファレンス値が最大値になったときに最大になることを意味する。従って、直流電流リンクの抵抗値を知っていれば、有効電力制御装置の出力の減価位置は容易に決定することができる。
【００３９】
ネットワークＮ２が限られた数の有効電力発生手段しか有していないときは、第２の変電所を流れる有効電力の値を示す量は、ネットワークＮ２で測定された有効周波数ｆ２でもあり、そのリファレンス値は周波数リファレンス値ｆ２Ｒである。
【００４０】
本発明を２つのターミナルを有するシステムに基づいて説明したが、１つ以上の変電所が電圧制御変電所と組み合わせられて有効電力制御モードで運転しているような多くのターミナルを有する送電システムに本発明を適用することも、折り返し（back-to-back）システムに適用することと同様に可能である。
【００４１】
有効電力の実際の値はもちろんそれ自体知られている他の方法によって得られたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に属する高電圧直流送電システムを示す。
【図２】 電源変換装置のための本発明に基づく制御装置を示す。
【図１】
0004101515.tif 000002
【図２】
0004101515.tif 000003