(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、
前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、
前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、
所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定値に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、
前記交流電力系統の母線の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、
前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、
前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、
前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、
前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、
前記交流系統の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、
前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超えたときは前記電圧制御要素の電圧設定値を小さな値にする過電流検出器と、
を備えたことを特徴とする自励式交直変換器制御装置。
【請求項２】
複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、
前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、
前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、
所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、
前記交流電力系統の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、
前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、
前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、
前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、
前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、
前記交流系統母線の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、
前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超えたときは前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする過電流検出器と、
を備えたことを特徴とする自励式交直変換器制御装置。
【請求項３】
複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、
前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、
前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、
所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定値に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、
前記電力供給システムの交流系統母線の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、
前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、
前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、
前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、
前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、
前記交流系統母線の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、
前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超えたときは前記電圧制御要素の電圧設定値を小さな値にすると共に前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする過電流検出器と、
を備えたことを特徴とする自励式交直変換器制御装置。
【請求項４】
複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、
前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、
前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、
所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定値に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、
前記電力供給システムの交流系統母線の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、
前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、
前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、
前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、
前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、
前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、
前記交流系統母線の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、
前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超え無効電力成分が進み無効電力であるときは前記交流電圧の電圧設定値を小さな値に切り換え遅れ無効電力であるときは前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする過電流検出器と、
を備えたことを特徴とする自励式交直変換器制御装置。
【請求項５】
請求項１または請求項３または請求項４に記載の自励式交直変換器制御装置において、
前記過電流検出器は、前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超え、前記交流電圧の電圧設定値を小さな値にする際に、前記電圧設定値の低減幅を前記交流出力電流の大きさおよび継続時間に応じた値とするようにしたことを特徴とする自励式交直変換器制御装置。
【請求項６】
請求項２または請求項３または請求項４に記載の自励式交直変換器制御装置において、
前記過電流検出器は、前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超え、前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする際に、前記正弦波信号の波高値に対する制限値の低減幅を前記交流出力電流の過電流の大きさおよび継続時間に応じた値とするようにしたことを特徴とする自励式交直変換器制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６に記載のいずれかの自励式交直変換器が接続されるのと同じ交流系統母線、あるいは近傍の交流系統母線に接続された変圧器の中性点と大地との間に、遮断器および高調波フィルタを直列に設置し、通常時は前記遮断器を開放状態とし、前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき前記遮断器を投入する遮断器制御回路を有し、前記高調波フィルタで高調波を抑制するようにしたことを特徴とする遮断器回路制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の遮断器回路制御装置において、
前記遮断器制御回路が前記遮断器に投入指令を与えた後に予め設定した一定時間が経過したときは前記遮断器の開放指令を出すようにしたことを特徴とする遮断器回路制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６に記載のいずれかの自励式交直変換器が接続されるのと同じ交流系統母線、あるいは近傍の交流系統母線に接続された変圧器の中性点と大地との間に、遮断器および高調波フィルタを直列に設置し、通常時は前記遮断器を開放状態とし、前記自励式交直変換器が接続される交流系統母線の零相電圧の高調波成分が一定値を超えたとき前記遮断器を投入する遮断器制御回路を有し、前記高調波フィルタで高調波を抑制するようにしたことを特徴とする遮断器回路制御装置。
【請求項１０】
請求項７または請求項９に記載の遮断器回路制御装置において、
前記遮断器が投入されている状態で、前記自励式交直変換器の交流系統母線の零相電圧の高調波の大きさが一定時間以上所定値以下である場合には、前記遮断器の開放を行うようにしたことを特徴とする遮断器回路制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の直流送電システムあるいは電力供給システムに用いられる自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置および電力系統に設置される遮断器に開放／投入の指令を与える遮断器回路制御装置に係わり、特に、自励式交直変換器が接続される交流系統の安定化を図るための自励式交直変換器制御装置および遮断器回路制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、系統周波数の異なる電力系統間で電力融通を行う場合には、各交流系統に交直変換器を設置し、それらの交直変換器の直流端子間を相互に接続する直流送電システムが用いられる。また、電池等の直流電源から交流系統へ電力を供給する場合にも交直変換器が使用される。このような電力システムで使用される交直変換器としては、従来は他励式変換器が使用されてきたが、近年、自励式交直変換器が適用されるようになってきた。
【０００３】
図３０は、電圧型の自励式交直変換器３、３Ａを使用した直流送電システムとその自励式交直変換器制御装置４７を示したものである。背後に発電機等の交流電源を含む交流系統の繋った交流系統母線１に、変換器用変圧器２を介して自励式交直変換器３が接続されている。自励式交直変換器３は、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）サイリスタおよび逆並列に接続されたダイオードによる６相あるいは１２相のブリッジ回路で構成されている。自励式交直変換器３の直流端子側にはキャパシタ４が接続され、その先に直流送電線５を介して自励式交直変換器３と同じ構成の自励式交直変換器３Ａおよびキャパシタ４Ａが接続されている。自励式交直変換器３Ａの交流端子側は変圧器２Ａを介して、別の交流系統の交流系統母線１Ａに接続されている。
【０００４】
自励式交直変換器３、３Ａのうち、一方が順変換器（交流電力を直流電力に変換）として運転され、もう一方が逆変換器（直流電力を交流電力に変換）として運転され電力の融通が行われる。以下の説明では、自励式交直変換器３が順変換器として使用される場合について説明する。また、自励式交直変換器制御装置４７および検出器６、７、８等については、両自励式交直変換器３、３Ａ共に同じ構成のものが使用されるので、図３０では自励式交直変換器３についてのみ示している。
【０００５】
自励式交直変換器３側では、直流電圧検出器６により直流電圧Ｅｄを検出し、また交流電流検出器７により検出された変換器出力の三相交流電流Ｉａと、交流電圧検出器８により検出された交流系統母線電圧Ｖａに基づいて、有効電力検出器９により自励式交直変換器３の有効電力出力Ｐａを、無効電力検出器１０により無効電力出力Ｑａを検出する。
【０００６】
直流電圧Ｅｄは直流電圧設定値Ｅｄｒｅｆと突き合わされ、その偏差（Ｅｄｒｅｆ−Ｅｄ）が直流電圧／有効電力制御回路１１の第１の入力端に入力される。有効電力Ｐａは有効電力設定値Ｐｒｅｆと突き合わされ、その偏差（Ｐｒｅｆ−Ｐａ）が直流電圧／有効電力制御回路１１の第２の入力端に入力される。
【０００７】
一方、無効電力Ｑａは無効電力設定値Ｑｒｅｆと突き合わされ、その偏差（Ｑｒｅｆ−Ｑａ）が無効電力制御回路１２に入力される。直流電圧／有効電力制御回路１１および無効電力制御回路１２は、それぞれの入力偏差信号を零にするための制御信号を出力する。この出力信号は、それぞれ、変換器出力電流の有効電力成分の設定値Ｉｄｒｅｆ、および無効電力成分の設定値Ｉｑｒｅｆとして交流電流制御回路１３に入力される。また、交流電流Ｉａはｄｑ軸変換回路１４によって直交する２軸（ｄ軸、ｑ軸）成分、すなわち有効電力成分Ｉｄと無効電力成分Ｉｑに分離され、それぞれの検出値として交流電流制御回路１３に与えられる。
【０００８】
交流電流制御回路１３では、交流電流Ｉａの有効電力成分Ｉｄおよび無効電力成分Ｉｑが、それぞれ設定値Ｉｄｒｅｆ、設定値Ｉｑｒｅｆに追従するような、制御率Ｃｍｄ、Ｃｍｑを演算し出力する。ここで、制御率Ｃｍｄ、ＣｍｑはＰＷＭ制御回路１５で使用する正弦波信号を、直交する２軸成分に分離した値であり、そのベクトル和の大きさ、すなわち、制御率Ｃｍ（Ｃｍｄの２乗と制御率Ｃｍｑの２乗との平方根）は正弦波の波高値に相当する。また、ベクトル和の角度、すなわちｔａｎ-1（Ｃｍｑ／Ｃｍｄ）は、交流系統母線１の電圧位相に対するＰＷＭ正弦波信号の相対的な位相角に相当する。さらに、このＰＷＭ正弦波信号は、自励式交直変換器３の交流出力電圧の基本波成分とほぼ比例した関係にあるので、制御率Ｃｍｄ、Ｃｍｑは、変換器出力電圧を直交する２軸成分に分解したものに相当するといえる。
【０００９】
一方、位相検出回路１６では交流電圧検出器８から得られる交流系統母線１の三相交流電圧信号Ｖａから交流電圧の位相θｖを検出し、ｄｑ軸変換回路１４およびＰＷＭ制御回路１５に与える。ｄｑ軸変換回路１４では与えられた位相θｖを基準位相として変換器出力電流の三相／二相変換およびｄｑ軸変換を行い、ＰＷＭ制御回路１５では、制御率Ｃｍｄ、Ｃｍｑおよび基準位相θｖから得られる正弦波信号と搬送波信号の突き合わせを行い、自励式交直変換器３を構成するＧＴＯサイリスタに与えるスイッチング信号の発生タイミングを決定する。自励式交直変換器３はこうして得られたパルス信号によってブリッジ回路のＧＴＯサイリスタがスイッチングを行うことにより所望の運転を行う。
【００１０】
このような自励式交直制御装置３、３Ａを使用することにより、直流送電システムにおいて、直流電圧をその設定値Ｅｄｒｅｆどおりに保ちながら、有効電力設定値Ｐｒｅｆどおりの電力を順変換器側から逆変換器側へ融通し、かつ各変換器で無効電力設定値Ｑｒｅｆどおりの無効電力を出力することができるようになっている。
【００１１】
ここで、電力供給システムの場合は、直流回路の先に相手側の自励式交直変換器３Ａの代わりに電池等の直流電源が接続されており、直流電圧制御が不要となるだけで、その他の構成は図３０に示す直流送電システムと同様である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図３０に示すような従来の自励式交直変換器制御装置４７を使用した場合には、自励式交直変換器３の接続された交流系統母線１の背後の交流系統において、交流系統母線１に接続された遮断器の開放などにより発電機が切り離された状態になった場合、交流過電圧あるいは交流電圧低下が生じ、機器の破損や負荷系統の停電などが生じることがある。これは、自励式交直変換器３は、設定値Ｐｒｅｆ、Ｑｒｅｆどおりの有効電力と無効電力とを供給し続けるよう動作するが、それらの値は必ずしも、接続された負荷系統や調相設備の容量と一致しないため、バランスがとれなくなるからである。
【００１３】
こうした場合に、負荷系統や調相設備とバランスをとった運転を行うために、例えば、公知文献（平成９年電気学会／電力・エネルギー部門大会Ｎｏ．３２０「直流連系用自励式交直変換器による単独運転方式の検討（１）」）に示されるように、自励式交直変換器３により交流系統母線が電源（発電機）と切り離されたことを検出して、交流電圧制御と、検出した電流値自体を設定値とした交流電流制御を行う方式を提案している。
【００１４】
この方式を使用すれば、負荷系統や調相設備とバランスした運転点は得られるが、その負荷系統や調相設備の容量が変換器容量より大きい場合には、過負荷系統により継続的な過電流となって自励式交直変換器３が停止し、電力供給が行われなくなって負荷系統が全面的に停電するという問題がある。
【００１５】
さらに、発電機と切り離された直後の動揺によって、自励式交直変換器３が接続された交流系統母線１の電圧波形に零相成分の高調波歪みが生じると、自励式交直変換器３の制御により高調波抑制を行うことができず、長時間にわたって歪みが継続し、接続された機器のストレスが大きくなったり、変圧器２の飽和を引き起こして新たな高調波を発生させたりするという問題がある。
【００１６】
すなわち、自励式交直変換器３と交流系統母線１とを繋ぐ変圧器２は、一般に２次側（変換器３側）巻線が△接続されており、またＹ接続の場合でも中性点は非接地である。そのため、１次側（交流系統母線１側）と２次側（変換器３側）の零相回路は互いに遮断されおり、交流系統母線１側の零相回路に発生した高調波を変換器３により抑制することはできない。
【００１７】
本発明の目的は、直流送電システムや電力供給システムに適用された自励式交直変換器が、突然、発電機などの交流電源と切り離されても運転を継続し、接続された負荷系統に適切な電力を安定に供給し続けることのできる自励式交直変換器制御装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の別の目的は、電源と切り離された交流系統の零相回路に発生する高調波歪みを抑制することのできる遮断器回路制御装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる自励式交直変換器制御装置は、複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定値に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、前記交流電力系統の母線の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、前記交流系統の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超えたときは前記電圧制御要素の電圧設定値を小さな値にする過電流検出器とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１の発明に係わる自励式交直変換器制御装置では、自励式交直変換器が接続される交流系統の遮断器が開放された場合、あるいは自励式交直変換器が接続される交流系統の周波数が一定時間以上継続してある値の範囲を逸脱した場合に、自励式交直変換器の接続された交流系統母線の電圧が設定値と等しくなるように、パルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値を調整するよう制御の切り換えを行い、かつ、直交座標軸上の２軸変数に変換された自励式交直変換器の交流出力電流のそれぞれの値に１次遅れ回路を介した値を設定値としてその値に追従するよう出力電流を制御し、その出力によって正弦波信号の値を補正するよう制御の切り換えを行う。さらに、その状態で自励式交直変換器の交流電流検出値が一定時間以上継続してある範囲を逸脱した場合には、交流電圧の設定値を小さな値に切り換える。
【００２１】
これにより、自励式交直変換器が発電機と突然切り離された場合も、交流過電圧や電圧低下を防止し、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力、無効電力を供給しながら安定に自励式交直変換器の運転を継続することができ、さらに、その負荷系統や調相設備の容量が変換器容量よりも大きい場合には、交流電圧を低めの値で運転することによって変換器の過電流を防止し、自励式交直変換器を運転継続することができる。
【００２２】
請求項２の発明に係わる自励式交直変換器制御装置は、複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、前記交流電力系統の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、
前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、前記交流系統母線の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超えたときは前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする過電流検出器とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項２の発明に係わる自励式交直変換器制御装置では、自励式交直変換器が接続される交流系統の遮断器が開放された場合、あるいは自励式交直変換器が接続される交流系統の周波数が一定時間以上継続してある値の範囲を逸脱した場合に、自励式交直変換器の接続される交流系統母線の電圧が設定値と等しくなるように、パルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値を調整するよう制御の切り換えを行い、かつ、直交座標軸上の２軸変数に変換された自励式交直変換器の交流出力電流のそれぞれの値に１次遅れ回路を介した値を設定値としてその値に追従するよう出力電流を制御し、その出力によって正弦波信号の値を補正するよう制御の切り換えを行う。さらに、その状態で自励式交直変換器の交流電流検出値が一定時間以上継続してある範囲を逸脱した場合には、パルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値に切り換える。
【００２４】
これにより、自励式交直変換器が発電機と突然切り離された状態になった場合も、交流過電圧や電圧低下を防止し、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力、無効電力を供給しながら安定に自励式交直変換器の運転を継続することができ、さらにその負荷系統や調相設備の容量が自励式交直変換器容量よりも大きい場合には、交流電圧を低めの値で運転することによって自励式交直変換器の過電流を防止し、自励式交直変換器を運転継続することができる。
【００２５】
請求項３の発明に係わる自励式交直変換器制御装置は、複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定値に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、前記電力供給システムの交流系統母線の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、
前記交流系統母線の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超えたときは前記電圧制御要素の電圧設定値を小さな値にすると共に前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする過電流検出器とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項３の発明に係わる自励式交直変換器制御装置では、自励式交直変換器が接続される交流系統の遮断器が開放された場合、あるいは自励式交直変換器が接続される交流系統の周波数が一定時間以上継続してある値の範囲を逸脱した場合に、自励式交直変換器が接続された交流系統母線の電圧が設定値と等しくなるように、パルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値を調整するよう制御の切り換えを行い、かつ、直交座標軸上の２軸変数に変換された自励式交直変換器の交流出力電流のそれぞれの値に１次遅れ回路を介した値を設定値としてその値に追従するよう出力電流を制御し、その出力によって正弦波信号の値を補正するよう制御の切り換えを行う。さらに、その状態で自励式交直変換器の交流電流検出値が一定時間以上継続してある範囲を逸脱した場合には、交流電圧の設定値を小さな値に切り換えると共に、パルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値に切り換える。
【００２７】
これにより、自励式交直変換器が発電機と突然切り離された場合も、交流過電圧や電圧低下を防止し、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力、無効電力を供給しながら安定に自励式交直変換器の運転を継続することができ、さらにその負荷系統や調相設備の容量が自励式交直変換器の容量よりも大きい場合には、交流電圧を低めの値で運転することによって自励式交直変換器の過電流を防止し、自励式交直変換器を運転継続することができる。
【００２８】
請求項４の発明に係わる自励式交直変換器制御装置は、複数の交流電力系統間で電力融通を行うために、前記各交流電力系統に電力変換を行う自励式交直変換器を設置し、前記各自励式交直変換器の直流端子間を接続する直流送電システムが用いられ、前記各自励式交直変換器を制御する自励式交直変換器制御装置において、前記自励式交直変換器の交流出力電流を直交座標軸上の有効電力成分のｄ軸および無効電力成分のｑ軸の２軸変数に変換するｄｑ軸変換回路と、前記直流送電システムの直流電圧をその設定値に保ちつつ所定の有効電力設定値を満たすような前記ｄ軸の設定値を算出する直流電圧／有効電力制御回路と、所定の無効電力設定値を満たすような前記ｑ軸の設定値を算出する無効電力制御回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流が前記ｄ軸およびｑ軸の設定値に追従するような制御率を算出する交流電流制御回路と、前記電力供給システムの交流系統母線の交流電圧位相を検出する位相検出回路と、前記位相検出回路からの交流電圧位相および前記交流電流制御回路からの制御率に基づいて直流電圧をその設定値に保ちながら設定値通りの有効電力および無効電力を出力するように前記自励式交直変換器を制御するＰＷＭ制御回路と、前記自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき動作する系統状態監視装置と、前記系統状態監視装置の動作により前記交流電流制御回路の出力を事前の運転状態の値に保持し前記ＰＷＭ制御回路に出力する信号保持回路と、前記ｄｑ軸変換回路からのｄ軸およびｑ軸の各出力電流を入力し一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流を出力する一次遅れ回路と、前記系統状態監視装置の動作によりｄ軸およびｑ軸の各出力電流と一次遅れのｄ軸およびｑ軸の出力電流との偏差に基づいて前記制御率の補正信号を演算し前記ＰＷＭ制御回路に出力する電流制御要素と、
前記交流系統母線の交流電圧がその電圧設定値より上昇した場合には絶対値が小さくなるように低下した場合には絶対値が大きくなるように前記制御率の補正を行う補正信号を前記ＰＷＭ制御回路に出力する電圧制御要素と、前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超え無効電力成分が進み無効電力であるときは前記交流電圧の電圧設定値を小さな値に切り換え遅れ無効電力であるときは前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする過電流検出器とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項４の発明に係わる自励式交直変換器制御装置では、自励式交直変換器が接続される交流系統の遮断器が開放された場合、あるいは自励式交直変換器が接続される交流系統の周波数が一定時間以上継続してある値の範囲を逸脱した場合に、自励式交直変換器の接続される交流系統母線の電圧が設定値と等しくなるように、パルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値を調整するよう制御の切り換えを行い、かつ、直交座標軸上の２軸変数に変換された自励式交直変換器の交流出力電流のそれぞれの値に１次遅れ回路を介した値を設定値としてその値に追従するよう出力電流を制御し、その出力によって正弦波信号の値を補正するよう制御の切り換えを行う。さらに、その状態で自励式交直変換器の交流電流検出値が一定時間以上継続してある範囲を逸脱した場合には、交流出力電流の無効電力成分が遅れ無効電力か進み無効電力かによって、交流電圧の設定値を小さな値に切り換えるか、あるいは、パルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を、通常より小さな値に切り換えるかのどちらかの選択を行い、それに従って切り換えを行う。
【００３０】
これにより、自励式交直変換器が発電機と突然切り離された状態になった場合も、交流過電圧や電圧低下を防止し、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力、無効電力を供給しながら安定に自励式交直変換器の運転を継続することができ、さらにその負荷系統や調相設備の容量が自励式交直変換器の容量よりも大きい場合には、交流電圧を低めの値で運転することによって自励式交直変換器の過電流を防止し、自励式交直変換器を運転継続することができる。
【００３１】
請求項５の発明に係わる自励式交直変換器制御装置は、請求項１または請求項３または請求項４に記載の自励式交直変換器制御装置において、過電流検出器は、自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超え、交流電圧の電圧設定値を小さな値にする際に、電圧設定値の低減幅を交流出力電流の大きさおよび継続時間に応じた値とするようにしたことを特徴とする。
【００３２】
請求項５の発明に係わる自励式交直変換器制御装置では、請求項１または請求項３または請求項４に記載の自励式交直変換器制御装置の過電流検出器の作用に加え、自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続してある範囲を逸脱し過電流となった場合に、切り換えを行う交流電圧の設定値の低減幅を、その過電流の大きさおよび継続時間に応じた値とする。
【００３３】
これにより、自励式交直変換器が発電機と突然切り離された状態になった場合も、交流過電圧や電圧低下を防止し、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力、無効電力を供給しながら安定に自励式交直変換器の運転を継続することができ、さらにその負荷系統や調相設備の容量が自励式交直変換器容量よりも大きい場合には、交流電圧を負荷系統や調相設備の容量に応じた低めの値で運転することによって自励式交直変換器の過電流を防止し、自励式交直変換器を運転継続することができる。
【００３４】
請求項６の発明に係わる自励式交直変換器制御装置は、請求項２または請求項３または請求項４に記載の自励式交直変換器制御装置において、前記過電流検出器は、前記自励式交直変換器の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超え、前記ＰＷＭ制御回路におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな値にする際に、前記正弦波信号の波高値に対する制限値の低減幅を前記交流出力電流の過電流の大きさおよび継続時間に応じた値とするようにしたことを特徴とする。
【００３５】
請求項６の発明に係わる自励式交直変換器制御装置では、請求項２または請求項３または請求項４に記載の自励式交直変換器制御装置の過電流検出器の作用に加え、自励式交直変換器の交流出力電流が過電流となった場合に、切り換えを行うパルス幅制御の正弦波信号の波高値に対する制限値の低減幅を、その過電流の大きさおよび継続時間に応じた値とする。
【００３６】
これにより、自励式交直変換器が発電機と突然切り離された状態になった場合も、交流過電圧や電圧低下を防止し、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力、無効電力を供給しながら安定に自励式交直変換器の運転を継続することができ、さらにその負荷系統や調相設備の容量が自励式交直変換器容量よりも大きい場合には、交流電圧を負荷系統や調相設備の容量に応じた低めの値で運転することによって自励式交直変換器の過電流を防止し、自励式交直変換器を運転継続することができる。
【００３７】
請求項７の発明に係わる遮断器回路制御装置は、請求項１乃至請求項６に記載のいずれかの自励式交直変換器が接続されるのと同じ交流系統母線、あるいは近傍の交流系統母線に接続された変圧器の中性点と大地との間に、遮断器および高調波フィルタを直列に設置し、通常時は遮断器を開放状態とし、自励式交直変換器が接続される交流系統の発電機が切り離された状態になったとき遮断器を投入する遮断器制御回路を有し、高調波フィルタで高調波を抑制するようにしたことを特徴とする。
【００３８】
請求項７の発明に係わる遮断器回路制御装置では、自励式交直変換器が接続されるのと同じ交流系統母線または近傍の交流系統母線に接続された変圧器の中性点と大地間に設置される高調波フィルタの投入／開放を行う遮断器を制御する。通常時は遮断器を開放状態とし、自励式交直変換器が交流電源と切り離されたこと、あるいは自励式交直変換器が接続される交流系統の周波数が一定時間以上継続してある範囲を逸脱したことを条件にして、高調波フィルタを変圧器の中性点と大地との間に挿入するよう遮断器に投入指令を与える。
【００３９】
これにより、自励式交直変換器が電源系統と切り離された場合に発生する零相回路の高調波電流を、変圧器の中性点に挿入された高調波フィルタにより吸収して高調波歪みを抑制することができる。
【００４０】
請求項８の発明に係わる遮断器回路制御装置は、請求項７に記載の遮断器回路制御装置において、遮断器制御回路が遮断器に投入指令を与えた後に予め設定した一定時間が経過したときは遮断器の開放指令を出すようにしたことを特徴とする。
【００４１】
請求項８の発明に係わる遮断器回路制御装置では、請求項７に記載の遮断器回路制御装置の作用に加え、通常時は遮断器を開放状態とし、自励式交直変換器が交流電源と切り離されたこと、あるいは自励式交直変換器が接続される交流系統の周波数が一定時間以上継続してある範囲を逸脱したことを条件にして、高調波フィルタを変圧器の中性点と大地との間に挿入するよう遮断器に投入指令を与え、その後、一定時間が経過したら、再度高調波フィルタを回路から切り離すよう遮断器に対して開放指令を与える。
【００４２】
これにより、自励式交直変換器が電源系統と突然切り離された場合に発生する零相回路の高調波電流を、変圧器の中性点に挿入された高調波フィルタにより吸収して高調波歪みを抑制することができ、さらに挿入された高調波フィルタにかかるストレスや損失を最小限に抑えることができる。
【００４３】
請求項９の発明に係わる遮断器回路制御装置は、請求項１乃至請求項６に記載のいずれかの自励式交直変換器が接続されるのと同じ交流系統母線、あるいは近傍の交流系統母線に接続された変圧器の中性点と大地との間に、遮断器および高調波フィルタを直列に設置し、通常時は遮断器を開放状態とし、自励式交直変換器が接続される交流系統母線の零相電圧の高調波成分が一定値を超えたとき遮断器を投入する遮断器制御回路を有し、高調波フィルタで高調波を抑制するようにしたことを特徴とする。
【００４４】
請求項９の発明に係わる遮断器回路制御装置では、自励式交直変換器が接続されるのと同じ交流系統母線あるいは近傍の交流系統母線に接続された変圧器の中性点と大地間に設置される高調波フィルタの投入／開放を行う遮断器を制御するもので、通常時は遮断器を開放状態とし、自励式交直変換器が接続された交流系統母線電圧の零相電圧の高調波成分が一定値を超えたことを条件にして、高調波フィルタを変圧器の中性点と大地との間に挿入するよう、遮断器に投入指令を与える。
【００４５】
これにより、零相回路の高調波電流を、変圧器の中性点に挿入された高調波フィルタにより吸収して高調波歪みを抑制することができる。
【００４６】
請求項１０の発明に係わる遮断器回路制御装置は、請求項７または請求項９に記載の遮断器回路制御装置において、遮断器が投入されている状態で、自励式交直変換器の交流系統母線の零相電圧の高調波の大きさが一定時間以上所定値以下である場合には、遮断器の開放を行うようにしたことを特徴とする。
【００４７】
請求項１０の発明に係わる遮断器回路制御装置では、請求項７または請求項９に記載の遮断器回路制御装置の作用に加え、高調波フィルタを変圧器の中性点と大地との間に接続する遮断器が投入されている状態で、自励式交直変換器が接続された交流系統母線の零相電圧の高調波成分が一定時間以上ある値の範囲内に入ったことを条件として、高調波フィルタを回路から切り離すよう遮断器に対して開放指令を与える。
【００４８】
これにより、零相回路の高調波電流を、変圧器の中性点に投入された高調波フィルタにより吸収して高調波歪みを抑制することができ、さらに高調波フィルタにかかるストレスや損失を最小限に抑えることができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置４７の主要部の構成図であり、図３０に示した従来例と同一要素には同一符号を付して説明は省略すると共に、主回路部分や信号検出部分で従来方式と同じ部分については、その同一構成要素の図示を省略している。
【００５０】
図１において、交流電流制御回路１３およびｄｑ軸変換回路１４は、図３０に示す従来例と同じもので、各回路へ与えられる信号も同じである。また、ＰＷＭ制御回路１５は、従来例と同様にパルス信号を自励式交直変換器３へ出力するものであるが、従来例では交流電流制御回路１３から直接、制御率信号Ｃｍｄ、Ｃｍｑを受け取るのに対し、第１の実施の形態では、交流電流制御回路１３の出力に対し補正を行った信号を入力としている。また、交流系統母線１は図３０に示した従来例の交流系統母線１と同じものであり、負荷系統１８や発電機２２が追加して図示されている。
【００５１】
交流系統母線１には、自励式交直変換器３と並列に変圧器１７を介して負荷系統１８および調相用設備１９が接続されている。また、交流送電線２０および遮断器２１、２１’を介して複数の発電機２２を含む電源系統２３が接続されている。また、系統状態監視装置としての遮断器状態監視装置２４は、送電線２０の両端の遮断器２１、２１’が投入状態か開放状態かという状態を監視しており、いずれかの遮断器２１、２１’が三相開放状態となった場合に、自励式交直変換器制御装置４７に対して制御の切り換え指令信号を出力する。
【００５２】
自励式交直変換器制御装置４７では、交流電流制御回路１３の出力である制御率Ｃｍｄ、Ｃｍｑがそれぞれ信号保持回路２５、２５’に与えられ、信号保持回路２５、２５’には、さらに保持指令信号として遮断器状態監視装置２４の出力である制御切り換え指令信号が与えられる。また、ｄｑ軸変換回路１４の出力である変換器交流出力電流の２軸成分Ｉｄ、Ｉｑは、１次遅れ回路２６、２６’に与えられ、各１次遅れ回路の出力は１次遅れを介さないＩｄ、Ｉｑ信号とそれぞれ加算器２７、２７’によって差分が演算され、スイッチ回路２８、２８’に入力される。スイッチ回路２８、２８’は通常運転時は開放状態で、遮断器状態監視装置２４の出力がスイッチ投入指令信号として与えられる。スイッチ回路２８、２８’の出力は比例積分回路から成る電流制御要素２９、２９’に与えられ、その出力は加算器３０、３０’によって信号保持回路２５、２５’の出力に加算される。
【００５３】
一方、交流電圧検出器３１により交流系統母線１の電圧の大きさＶａｃが検出される。また加算器３３、３３’によって電圧設定値Ｖｒｅｆとスイッチ回路３２の出力の偏差と検出電圧Ｖａｃの突き合わせが行われ、その結果得られた値がスイッチ回路３４に入力される。
【００５４】
ここで、電圧設定値Ｖｒｅｆとしては定格電圧１００％に近い値が与えられており、また、スイッチ回路３２の入力端子には交流電圧設定値の低減幅ΔＶｒｅｆとして、例えば定格の３０％といった値が与えられている。スイッチ回路３２は通常時は開放状態で、過電流検出器３５で変換器出力電流の過電流が検出された場合に投入が行われる。
【００５５】
図２は、過電流検出器３５の内部構成図である。過電流検出器３５に対しては、変換器出力電流の検出値を直交する２軸量に変換したＩｄ、Ｉｑの値と、遮断器状態監視装置２４の出力が入力される。ＩｄとＩｑとの値が演算回路３５１に与えられ、下記（１）式の演算を行うことにより電流Ｉの大きさが求められる。
【００５６】
【数１】
0004034458.tif 000002
【００５７】
その結果がレベル検出器３５２に与えられ、一定のレベル、例えば変換器定格電流の８０％といった値を超えた場合に「１」が出力され、ＡＮＤ回路３５３に入力される。一方、遮断器状態監視装置２４から与えられた信号もＡＮＤ回路３５３に入力され、両方の信号が「１」となった場合にＡＮＤ回路３５３の出力が「１」となり積分器３５４に与えられる。
【００５８】
ここで、遮断器状態監視装置２４は交流系統の遮断器２１、２１’が三相開放となった場合に「１」を出力するものである。積分器３５４ではＡＮＤ回路３５３の出力を積分し、その出力がレベル検出器３５５に与えられ、一定値を超えた場合には、スイッチ回路３２に対して投入指令信号が与えられる。
【００５９】
一方、図１において、スイッチ回路３４も通常時は開放状態であり、遮断器状態監視装置２４の出力が投入指令信号として与えられると、スイッチ回路３４が閉じ、その出力は電圧制御要素３６に与えられる。電圧制御要素３６は比例積分回路で構成され、その出力は加算器３７、３７’に与えられて、加算器３０、３０’の出力にさらに加算される。その結果得られた値が、補正された制御率Ｃｍｄ’、Ｃｍｑ’としてＰＷＭ制御回路１５に入力される。ＰＷＭ制御回路１５では、それらの値と位相検出器１６から得られた交流系統母線１の電圧位相θｖに基づいて自励式交直変換器３に対するパルス信号を発生する。
【００６０】
次に、自励式交直変換器制御装置４７の動作を説明する。まず、通常時は交流系統の遮断器２１、２１’は投入されているので、自励式交直変換器３は複数の発電機２２と接続された状態であり、例えば中央給電指令所などから与えられた有効電力指令値Ｐｒｅｆ、無効電力指令値Ｑｒｅｆどおりの有効電力と無効電力とを交流系統母線１に対して供給あるいは吸収しながら運転する。自励式交直変換器の近傍の負荷系統１８や調相設備１９に対しては複数の発電機２２と自励式交直変換器３の両方から有効電力および無効電力が供給されるため、自励式交直変換器３の有効電力や無効電力の出力は必ずしも負荷系統１８や調相設備１９の容量と一致していなくても、交流電圧が定格値付近に保たれ安定に運転できる。
【００６１】
一方、遮断器２１、２１’が投入状態なので遮断器状態監視装置２４の出力はオフであり、この信号により投入が行われるスイッチ回路２８、２８’、３４はすべて開放されている。また、遮断器状態監視装置２４の出力信号により入力値を事前の値に保持する信号保持回路２５、２５’は動作しておらず、交流電流制御回路１３から与えられる制御率Ｃｍｄ、Ｃｍｑがそのまま出力されている。以上の結果、加算器３０、３０’、３７、３７’に与えられる電流制御要素２９、２９’、電圧制御要素３６の出力はすべて零で、かつ信号保持回路２６、２６’の出力はそれぞれ入力値と等しい。こうした運転状態は、図３０に示す従来の自励式交直変換器制御装置を使用した場合と全く同じである。
【００６２】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、かつ自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９がその自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作を説明する。
【００６３】
遮断器２１が三相開放となることにより、交流系統母線１およびそれに接続される自励式交直変換器３、負荷系統１８、調相設備１９は、発電機２２を含む電源系統２３と完全に切り離された状態となる。従って、負荷系統１８や調相設備１９に対しては、自励式交直変換器３から適切な有効電力および無効電力を供給する必要があるが、通常運転時に使用されている有効電力設定値Ｐｒｅｆ、無効電力設定値Ｑｒｅｆは、接続された負荷系統１８や調相設備１９の大きさに見合った値ではないにもかかわらず、自励式交直変換器３は遮断器２１の開放後もそれらの設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収し続けるため、交流過電圧や電圧低下が発生し、安定な運転が行えなくなることがある。
【００６４】
そこで、第１の実施の形態のおける自励式交直変換器制御装置４７では、遮断器２１が三相開放となったことを遮断器状態監視装置２４により検出し、スイッチ回路２８、２８’、３４を投入す。また、信号保持回路２５、２５’ではそれぞれの出力値を保持指令が与えられた時点での値に保持する。
【００６５】
一方、過電流検出器３５では、接続される負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さいので、レベル検出器３５２は動作せず、積分器３５３、レベル検出器３５４の出力も「０」でありスイッチ回路３２に対する投入指令は与えられない。このため、加算器３３の出力は電圧設定値Ｖｒｅｆと等しくなる。
【００６６】
これにより、信号保持回路２５、２５’の出力は一定となり、また交流系統母線１の電圧Ｖａｃが交流設定値Ｖｒｅｆよりも大きくなると加算器３３’の出力が負となり、比例積分回路で構成される電圧制御要素３６の出力も負となる。この値が加算器３７、３７’に与えられて、補正された制御率Ｃｍｄ’、Ｃｍｑ’は補正前の値より小さくなる。
【００６７】
制御率Ｃｍ(Ｃｍｄの２乗とＣｍｑの２乗の和の平方根）は、自励式交直変換器３の交流出力電圧の大きさに相当する値である。従って、Ｃｍｄ’、Ｃｍｑ’が小さな値になることにより、自励式交直変換器３の交流出力電圧が小さくなる。交流系統母線１には他に電源が接続されておらず、母線電圧の値は自励式交直変換器３の出力電圧により決まるので、上記のように自励式交直変換器３の出力電圧が小さくなれば交流系統母線１の電圧も小さくなる。逆に交流系統母線１の電圧の大きさＶａｃが加算器３３の出力である電圧設定値Ｖｒｅｆより小さくなると、Ｃｍｄ’、Ｃｍｑ’の値が大きくなるよう補正が行われ、自励式交直変換器３の出力電圧が大きくなり、交流系統母線１の電圧も大きくなる。
【００６８】
このように動作することにより、交流系統母線１の電圧はその電圧設定値Ｖｒｅｆと等しくなるよう制御され、自励式交直変換器３の有効電力および無効電力出の力は、自動的に接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値となる。交流電流制御回路１３の出力は信号保持回路２６、２６’により固定されているので、交流電流制御回路１３に与えられる通常運転時の有効電力設定値Ｐｒｅｆ、無効電力設定値Ｑｒｅｆ、および交流電流制御回路１３の動作は無視される。
【００６９】
さらに、第１の実施の形態では、自励式交直変換器３の出力が安定化するように交流電流制御を行っている。自励式交直変換器３が突然交流電源と切り離された状態では、有効電力成分や無効電力成分のそれぞれの適切な電流設定値が不明なので、第１の実施の形態では、ｄ軸電流検出値Ｉｄに対し１次遅れ回路２６を介した値をｄ軸電流設定値、ｑ軸電流検出値Ｉｑに対し１次遅れ回路２６’を介した値をｑ軸電流設定値として使用する。
【００７０】
これは、前述したように、通常運転時の交流電流制御回路１３の出力であるＣｍｄ、Ｃｍｑを固定し、それに対して交流電圧制御で補正をかけることにより、出力電流Ｉｄ、Ｉｑは自動的に負荷系統１８や調相設備１９とバランスした値になるので、その値自体を電流設定値とするものである。
【００７１】
遮断器２１の三相開放時にはスイッチ回路２８、２８’が投入され、電流制御要素２９、２９’が動作して、変換器出力電流の有効電力成分Ｉｄ、無効電力成分Ｉｑが、それぞれ１次遅れ回路２６、２６’を介した振動成分の少ない値に追従するような補正信号が出力され、加算器３０、３０’に与えられることにより、Ｃｍｄ’、Ｃｍｑ’が有効電力や無効電力の振動を抑制するように補正される。以上の作用は、公知文献（平成９年電気学会／電力・エネルギー部門大会Ｎｏ．３２０「直流連系用自励式交直変換器による単独運転方式の検討（１）」に示されている。
【００７２】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【００７３】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は、負荷系統１８や調相設備１９が小さい場合と同様である。動作が異なるのは過電流検出器３５およびスイッチ回路３２である。大きな容量の負荷系統１８や調相設備１９に有効電力および無効電力を供給しようとすると、自励式交直変換器３の出力電流が増大し、過電流検出器３５における演算回路３５１の出力が大きくなってレベル検出器３５２が動作する。
【００７４】
また、遮断器２１が三相開放状態であり遮断器状態監視装置２４の出力も「１」状態なので、ＡＮＤ回路３５３の出力も「１」となり、この状態が一定時間続くと積分回路３５４の出力値が増加しレベル検出器３５５のレベル設定値を超え、スイッチ回路３２に投入指令信号が与えられる。
【００７５】
これにより、加算器３３に電圧設定値の低減幅ΔＶｒｅｆが負の符号で加算され、加算器３３’で電圧検出値Ｖａｃと突き合わせが行われる最終的な電圧設定値は（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ）となる。従って、交流系統母線１の電圧は、電圧制御要素３６により、通常よりもΔＶｒｅｆだけ低下した値になるよう自励式交直変換器３の制御が行われる。その他の作用は負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さい場合と同様である。
【００７６】
ここで、交流電圧を下げることにより自励式交直変換器３の出力電流値を低減する原理について、図３により説明する。図３で交流系統母線電圧をＶｓ、負荷系統のインピーダンスをＺとすると流れる電流Ｉは、下記の（２）式で与えられる。
【００７７】
Ｉ＝Ｖｓ／Ｚ  …（２）
また、母線電圧Ｖｓは自励式交直変換器３の出力電圧Ｖｉを大きくすれば大きくなり、小さくすれば小さくなる。負荷系統容量が大きい、すなわちインピーダンスＺが小さいと、（２）式の電流Ｉが大きくなり過電流が発生する。この過電流Ｉを抑制するには、インピーダンスＺを大きくするか、母線電圧Ｖｓを小さればよい。第１の実施の形態では、自励式交直変換器３の出力電圧Ｖｉを下げることにより母線電圧Ｖｓを下げて、電流Ｉを低減し過電流が抑制される。
【００７８】
電圧を長時間低下させたままの状態で運転すると停電などが発生する可能性があるので、最終的には負荷系統遮断あるいは調相設備のトリップが必要になるが、そうした操作を行うまでの間、高速に動作する自励式交直変換器３の制御により過電流を抑制すれば、停電させる負荷系統を必要最小限にすることができる。
【００７９】
図４に、第１の実施の形態を適用した場合のディジタルシミュレーション結果の波形を示す。このシミュレーションは、自励式交直変換器３が交流電源と繋がった状態で有効電力１００％の逆変換器運転（交流側へ電力供給）している状態から、電源と切り離され自励式交直変換器３の定格の１．５倍の容量のキャパシタが接続された状態になったときの変換器出力電流と交流系統母線１の母線電圧の波形を示したものである。
【００８０】
図４（ａ）は、制御の切り換えを行った後に、過電流を検出して交流電圧設定値Ｖｒｅｆを通常の１００％から７０％へ低減した場合の特性を示しており、図４（ｂ）は、制御の切り換えのみを行って交流電圧設定値Ｖｒｅｆの低減を行わない場合の特性である。交流電圧設定値Ｖｒｅｆを低減することによる過電流抑制効果があることが判る。
【００８１】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、通常運転時は中央給電指令所などから与えられる設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収するよう運転を行い、自励式交直変換器３が突然交流電源から切り離された状態になった場合には、交流系統母線１の母線電圧を一定に維持するよう制御する。
【００８２】
これにより、自励式交直変換器３の接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値の有効電力と無効電力とを自動的に出力でき、さらに出力電流の有効電力成分や無効電力成分に対し、１次遅れを介した値を設定値として出力電流を制御することにより、有効電力や無効電力の変動を抑制し、より安定な運転を継続することができる。さらに、接続された負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量より大きく、その変換器出力が過電流になる場合には、交流電圧を低め運転するよう自励式交直変換器３を制御することによって過電流を抑制し、自励式交直変換器３を運転継続し、停電を必要最小限にすることができる。
【００８３】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図である。この第２の実施の形態が図１に示した第１の実施の形態と異なる点は、制御の切り換え指令信号として交流系統母線１の電圧の周波数変化の検出信号を使用するようにした点である。
【００８４】
すなわち、図１における遮断器状態監視装置２４の代わりに、系統状態監視装置として、交流電圧検出器３８、周波数偏差検出器３９、レベル検出器４０、リセット付き積分器４１、レベル検出器４２とを設ける。交流電圧検出器３８により交流系統母線１の母線電圧を検出し、周波数偏差検出３９では、検出した交流電圧の周波数と予め設定した一定の周波数値（例えば、交流系統の定格周波数）との偏差分を演算する。レベル検出器４０では与えられた周波数偏差が一定のレベルを超えている場合に「１」を出力し、超えていない場合には「０」を出力してリセット付き積分器４１に与える。リセット付き積分器４１では入力値が「１」の場合はそれを積分し、入力値が「０」となった場合には出力をゼロリセットする。レベル検出器４２ではリセット付き積分器４１から与えられた値が予め設定された一定値を超えた場合には、制御切り換え指令信号としてスイッチ回路２８、２８’、３４に投入指令を、信号保持回路２５、２５’に対して信号保持指令を与える。その他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同じである。
【００８５】
次に動作を説明する。通常時は交流系統の遮断器２１、２１’は投入されているので、交流系統母線１は電源系統２３の発電機２２と接続された状態であり、交流系統母線１の周波数も発電機２２の回転速度により決まるので、ほぼ定格値に保たれる。これにより周波数偏差検出器３９の出力値は小さな値となり、レベル検出器４０、リセット付き積分器４１、レベル検出器４２の出力はそれぞれ「０」である。従ってスイッチ回路２８、２８’、３４に投入指令は与えられず各スイッチは開放状態となる。また、信号保持回路２５、２５’に保持指令信号は与えられないので、信号保持回路２５、２５’は入力値Ｃｍｄ、Ｃｍｑをそのまま出力する。こうした運転状態は、図３０に示す従来の自励式交直制御装置を使用した場合と全く同じである。
【００８６】
次に、遮断器２１が三相開放となった場合の動作を説明する。遮断器２１が三相開放となることにより、交流系統母線１およびそれに接続される自励式交直変換器３、負荷系統１８、調相設備１９は、発電機２２を含む電源系統２３と完全に切り離された状態となる。このため、交流系統母線１の周波数を決める要素がなくなり周波数が変化する。また第１の実施の形態で説明したのと同様、負荷系統１８や調相設備１９の容量と自励式交直変換器３の出力とのバランスが崩れ、交流過電圧や電圧低下が発生し、安定な運転が行えなくなることがある。
【００８７】
そこで、第２の実施の形態では、交流系統母線１の母線電圧の周波数が変動することを検出し、自励式交直変換器３が接続される交流系統の発電機２２が切り離された状態になったと判定する。すなわち、交流系統母線１の母線電圧の周波数が変動すると周波数偏差検出器３９の出力値が大きな値となり、これによってレベル検出器４０の出力が「１」となる。発電機２２が切り離された状態が継続すればこの状態が続くので、積分器４１の出力値が時間と共に大きくなり、一定時間が経過するとその値がレベル検出器４２の設定レベルを超え、レベル検出器４２は「１」を出力する。この信号が、スイッチ回路２８、２８’、３４にそれぞれ投入指令として与えられ、また信号保持回路２５、２５’に対しては保持指令信号とした与えられる。さらに、接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きい場合には、過電流検出器３５が動作してスイッチ回路３２が投入され、これらの動作により、ＰＷＭ制御回路１５へ与えられる制御率信号Ｃｍｄ’、Ｃｍｑ’は、第１の実施の形態の場合と同じように動作する。
【００８８】
この第２の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、通常運転時は中央給電指令所などから与えられる設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収するよう運転を行い、自励式交直変換器３が突然交流電源から切り離された状態になった場合には、交流系統母線１の母線電圧の周波数が継続して通常運転時の値から大きく逸脱したことを条件にして、交流電圧を一定に維持するよう制御する。これにより自励式交直変換器３の接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値の有効電力と無効電力とを自動的に出力できる。さらに、出力電流の有効電力成分および無効電力成分に対し、１次遅れを介した値を設定値として出力電流を制御することにより、有効電力や無効電力の変動を抑制し、より安定な運転を継続することができる。さらに、接続された負荷系統や調相設備が変換器の容量より大きく、変換器出力が過電流になる場合には、交流電圧を低め運転するよう自励式交直変換器３を制御することによって過電流を抑制し、自励式交直変換器３を運転継続し、停電を必要最小限にすることができる。
【００８９】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置４７の構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示すの第１の実施形態に係る自励式交直変換器制御装置３から、スイッチ回路３２と加算器３３とを削除し、過電流検出器３５の出力をＰＷＭ制御回路１５に直接与える構成としたものである。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付しその説明を省略する。
【００９０】
第３の実施の形態における過電流検出器３５は、自励式交直変換器３の交流出力電流が一定時間以上継続して所定値を超えたときは、ＰＷＭ制御回路１５におけるパルス幅制御で使用する正弦波信号の波高値に対する正弦値を通常より小さな値にする。これにより、自励式交直変換器３が発電機２２と突然切り離された状態になった場合も、交流過電圧や電圧低下を防止し、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力および無効電力を供給しながら安定に自励式交直変換器の運転を継続する。
【００９１】
図７は、第３の実施の形態におけるＰＷＭ制御回路１５の内部構成の構成図である。制御率Ｃｍｄ’、Ｃｍｑ’が演算回路１５１に入力され、ＰＷＭ制御で使用する正弦波信号の波高値Ｃｍ（Ｃｍｄ’の２乗とＣｍｑ’の２乗との平方根）が演算され、下記（３）式により、交流系統母線１の位相θｖに対する相対的な位相角φに変換される。
【００９２】
φ＝ｔａｎ-1（Ｃｍｑ’／Ｃｍｄ’）  …（３）
正弦波信号の波高値Ｃｍは、リミッタ回路１５２を介して正弦波発生回路１５３へ与えられ、位相角φは加算器１５４で交流系統母線位相θｖに加算されて瞬時変化する絶対位相（θｖ＋φ）に変換されて正弦波発生回路１５３へ与えられる。正弦波発生回路１５３では、下記（４）式により瞬時変化する正弦波信号を発生する。
【００９３】
Ｃｍ（ｔ）＝Ｃｍ・ｃｏｓ（θｖ（ｔ）＋φ）  …（４）
一方、搬送波発生回路１５５では、交流系統母線１の位相θｖに同期した波高値一定の搬送波を発生する。それぞれの波形がレベル比較回路１５６へ与えられ、その大小関係によってオンパルスまたはオフパルスを発生し、自励式交直変換器３の半導体素子のオン／オフを行う。
【００９４】
ここで、リミッタ回路１５２で使用するリミット値は、通常、一定の値であり、搬送波の波高値の９０〜９５％程度の値である。このリミッタは正弦波波高値が大きくなり、搬送波波高値と同じかそれ以上になると正常なスイッチングが行えなくなるために設けられているものである。
【００９５】
図８にＰＷＭ制御の各波形とスイッチングタイミングの関係を示す。搬送波は正弦波より高い周波数で波高値一定の三角波として発振する。正弦波は変換器出力電圧の基本波成分に相当する信号で、発生させたい出力電圧に応じた波高値を使用する。正弦波と搬送波との突き合わせを行って、その大小関係によりスイッチングタイミングを決める。
【００９６】
ここで、正弦波の波高値が搬送波よりも小さい場合には、図８（ａ）に示すように、例えば搬送波が正弦波の３倍の周波数であれば正弦波１サイクル間に各３回のオン／オフが行われる。次に、正弦波の波高値が搬送波よりも大きくなると、図８（ｂ）のようにスイッチングがオンオフ各１回ずつとなり正常な動作が行われない。そこで、正弦波の波高値に搬送波よりも若干小さな、例えば搬送波波高値の９０〜９５％といった値のリミットをかけ、図８（ｃ）のような波形として各３回のスイッチングを行うよう制御する。
【００９７】
ここで図７に示す、ＰＷＭ制御回路１５ではスイッチ回路１５７を設け、入力端子の一方には通常時使用する搬送波波高値の９０〜９５％程度の値をＣｍａｘ１として与えておく。他方の入力端子にはそれより小さな例えば搬送波の７０％といった値をＣｍａｘ２として与えておく。過電流検出器３５により過電流が検出された場合には、スイッチ回路１５７を切り換えてＣｍａｘ２を選択し、それをリミッタ回路１５２で使用するリミット値とする。
【００９８】
次に動作を説明する。通常時、および交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作は、第１の実施形態と全く同じである。ＰＷＭ制御回路１５では正弦波信号に対するリミット値として搬送波の９０〜９５％程度の値であるＣｍａｘ１を使用している。
【００９９】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が変換器容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【０１００】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は負荷系統１８や調相設備１９が小さい場合と同様である。動作が異なるのは過電流検出器３５およびＰＷＭ制御回路１５内のスイッチ回路１５７、リミッタ回路１５２である。大きな容量の負荷系統１８や調相設備１９に有効電力および無効電力を供給しようとすると変換器出力電流が増大し、図２における過電流検出器３５のレベル検出器３５２が動作する。また遮断器状態監視装置２４の出力も「１」状態なのでＡＮＤ回路３５３の出力も「１」となり、この状態が一定時間続くと積分回路３５４の出力値が大きくなってレベル検出器３５５のレベル設定値を超え、ＰＷＭ制御回路１５内のスイッチ回路１５７に切り換え指令信号が与えられる。
【０１０１】
これにより、リミッタ回路１５２で使用するＰＷＭ正弦波信号波高値に対するリミット値が通常時よりも小さな値Ｃｍａｘ２に切り換えられ、正弦波発生回路１５３により発生する正弦波信号は小さな値に制限される。この信号は変換器出力電圧に比例するため、変換器出力電圧が小さな値に制限される。
【０１０２】
ここで、第１の実施の形態で説明したように、交流電圧を下げることにより変換器出力電流値を低減することができる。電圧を長時間低下させたままの状態で運転すると停電などが発生する可能性があるので最終的には負荷系統１８の遮断あるいは調相設備１９のトリップが必要になるが、そうした操作を行うまでの間、高速に動作する自励式交直変換器３の制御により過電流を抑制すれば、停電させる負荷系統１８を必要最小限にすることができる。
【０１０３】
図９に、第３の実施の形態を適用した場合のディジタルシミュレーション結果の波形を示す。このシミュレーションは、自励式交直変換器３が交流電源と繋がった状態で有効電力１００％の逆変換器運転（交流側へ電力供給）している状態から、電源と切り離され自励式交直変換器３の定格の２．５倍の容量のリアクトルが接続された状態になったときの変換器出力電流と交流系統母線電圧との波形を示したものである。
【０１０４】
図９（ａ）は制御の切り換えを行った後に、過電流を検出してＰＷＭ正弦波リミットを通常の９５％から５０％へ低減した場合の特性を示しており、図９（ｂ）は制御の切り換えのみを行ってリミッタ値の低減を行わない場合の特性を示している。これら特性曲線からリミッタ値を低減することによる過電流抑制効果が明かである。
【０１０５】
この第３の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、通常運転時は中央給電指令所などから与えられる設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収するよう運転を行い、自励式交直変換器３が突然交流電源から切り離された状態になった場合には、交流系統母線１の電圧を一定に維持するよう制御することにより、自励式交直変換器３の接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値の有効電力と無効電力とを自動的に出力でき、さらに出力電流の有効電力成分および無効電力成分に対し、１次遅れを介した値を設定値として出力電流を制御することにより、有効電力や無効電力の変動を抑制し、より安定な運転を継続することができる。さらに、接続された負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量より大きく、変換器出力が過電流になる場合には、交流電圧を低め運転するよう自励式交直変換器３を制御することによって過電流を抑制し、自励式交直変換器３を運転継続し、停電を必要最小限にすることができる。
【０１０６】
なお、第３の実施の形態においても、自励式交直変換器３が交流電源と切り離されたことを検出する手段として、遮断器２１、２１’の状態監視信号を使用する代わりに、周波数変動が一定時間以上継続してある範囲を逸脱したことを検出するようにしても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
また、図７のＰＷＭ制御回路１５において、リミッタ回路１５２を正弦波発生回路１５３の入力部分に置く代わりに、正弦波発生回路１５３の出力に対して同様のリミッタ回路を設け、スイッチ回路１５７から与えられたリミット値Ｃｍａｘ１またはＣｍａｘ２を使用して正弦波信号の波高値を制限する構成としても同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図１０は第４の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置４７の主要部の構成図である。この第４の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に係る自励式交直変換器制御装置で、過電流検出器３５の出力をスイッチ回路３２に投入指令信号として与えると共に、第３の実施の形態と同様に、過電流検出器３５の出力をＰＷＭ制御回路１５内のスイッチ回路１５７に対しても切り換え指令として与える構成としたものである。その他の構成は、第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付しその説明は省略する。
【０１０９】
次に動作を説明する。通常時、および交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【０１１０】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【０１１１】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は負荷系統１８や調相設備１９が小さい場合と同様である。負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さいときと比べ動作が異なるのは、スイッチ回路３２、加算器３３、３３’、過電流検出器３５およびＰＷＭ制御回路１５内のスイッチ回路１５７、リミッタ回路１５２である。大きな容量の負荷系統１８や調相設備１９に有効電力および無効電力を供給しようとすると自励式交直変換器３の出力電流が増大し、過電流検出器３５が動作してスイッチ回路３２が投入される。
【０１１２】
これにより、交流電圧設定値として使用される加算器３３’に与えられる値が通常時のＶｒｅｆから（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ）へと低下する。また、過電流検出器３５が動作してＰＷＭ制御回路１５の中のスイッチ回路１５７の切り換えが行われ、リミッタ回路１５２で使われるリミット値が通常のＣｍａｘ１からそれよりも小さな値Ｃｍａｘ２へと切り換えられる。
【０１１３】
これらにより、電圧制御要素３６では交流系統母線１の電圧が定格より小さな値となるような補正制御を行い、さらにＰＷＭ制御回路１５では正弦波信号の波高値がＣｍａｘ２以上にならないよう制限するので、交流系統母線１の電圧を下げ、自励式交直変換器３の出力電流値を低減することができる。
【０１１４】
すなわち、交流電圧を下げて運転するための方策として、第１の実施の形態および第２の実施の形態では交流電圧制御で使用する電圧設定値を低減し、第３の実施の形態ではＰＷＭ正弦波信号の波高値を小さな値に制限するのに対し、この第４の実施の形態では、その両方を行うものである。接続されている負荷系統１８や調相設備１９が全体として容量性、すなわちキャパシタ量が大きい場合には、電圧を下げる方策として交流電圧制御で使用する電圧設定値を低減するのがより効果的であり、逆に接続されている負荷系統１８や調相設備１９が全体として誘導性、すなわちリアクトル量が大きい場合には、電圧を下げる方策としてＰＷＭ正弦波信号を小さく制限する方法がより効果的である。
【０１１５】
このため、自励式交直変換器３の近傍に設置されている調相設備１９がどちらかに集中している場合には、片方の操作で充分な効果が得られるが、いろいろな調相設備１９が設置されている場合には、どちらの特性の調相設備１９にも対応できるように、この第４の実施の形態のように両方の操作を行うと、より電圧低減による過電流抑制の確実性が増す。
【０１１６】
この第４の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、通常運転時は中央給電指令所などから与えられる設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収するよう運転を行い、自励式交直変換器３が突然交流電源から切り離された状態になった場合には、交流系統母線１の母線電圧を一定に維持するよう制御することにより、自励式交直変換器３に接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値の有効電力と無効電力とを自動的に出力できる。
【０１１７】
さらに、出力電流の有効電力成分および無効電力成分に対し、１次遅れを介した値を設定値として出力電流を制御することにより、有効電力や無効電力の変動を抑制し、より安定な運転を継続することができる。また、接続された負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量より大きく、自励式交直変換器３の出力が過電流になる場合には、交流電圧を低め運転するよう自励式交直変換器３を制御することによって過電流を抑制し、自励式交直変換器３を運転継続し、停電を必要最小限にすることができる。
【０１１８】
なお、第４の実施の形態においても、自励式交直変換器３が交流電源と切り離されたことを検出する手段として、遮断器２１、２１’の状態監視信号を使用する代わりに、周波数変動が一定時間以上継続してある範囲を逸脱したことを検出するようにしても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図１１は第５の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置４７の主要部の構成図である。この第５の実施の形態は、図１０に示す第４の実施の形態に係る自励式交直変換器制御装置に、レベル検出器４３、ＡＮＤ回路４４、ＮＯＴ回路４５、ＡＮＤ回路４６を追加したものである。その他の構成は、図１０に示す第４の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付しその説明は省略する。また、過電流検出器３５の内部構成は図２で説明したのと同じ構成であり、ＰＷＭ制御回路１５の内部は図７で説明したのと同じ構成である。
【０１２０】
レベル検出器４３は、ｄｑ軸変換回路１４の出力で自励式交直変換器３の出力電流の無効電力成分であるＩｑが入力され、それが零よりも大きいか否か、すなわち正の値であるか負の値であるかを判定する。ここで、Ｉｑ＞０の場合は無効電力出力が容量性であることを示し、Ｉｑ＜０の場合は無効電力出力が誘導性であることを示している。
【０１２１】
Ｉｑ＞０の場合（容量性の場合）は、レベル検出器４３は「１」を出力しＡＮＤ回路４４とＮＯＴ回路４５に入力する。ＮＯＴ回路４５では１／０信号の反転を行いＡＮＤ回路４６へ与える。一方、過電流検出器３５で過電流を検出すると、信号「１」がＡＮＤ回路４４、ＡＮＤ回路４６に与えられ、ＡＮＤ回路４４では入力信号の双方が「１」となった場合、スイッチ回路３２に対し投入指令を与える。ＡＮＤ回路４６では入力信号の双方が「１」となった場合、ＰＷＭ制御回路１５内のスイッチ回路１５７に対し切り換え指令信号を与える。
【０１２２】
次に動作を説明する。通常時、および交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作は、第４の実施の形態と同じである。
【０１２３】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９の容量が自励式交直変換器３の容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【０１２４】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さい場合と同様である。負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きく自励式交直変換器３の出力が過電流になると、過電流検出器３５の出力が「１」となる。また、調相設備１９としてキャパシタが接続されている場合には出力電流が容量性（進み電流）となり、ｄｑ軸変換回路１４の出力である無効電力成分の電流がＩｑ＞０となる。
【０１２５】
これにより、レベル検出器４３の出力は「１」、それを反転するＮＯＴ回路４５の出力は「０」となり、それぞれＡＮＤ回路４４、４６に与えられる。各ＡＮＤ回路のもう一方の入力信号である過電流検出器３５の出力は「１」になっているので、ＡＮＤ回路４４の出力は「１」、ＡＮＤ回路４６の出力は「０」となる。従って、スイッチ回路３２が投入されて交流電流設定値が低減される。ＰＷＭ制御回路１５内のスイッチ回路１５７の切り換えは行われない。
【０１２６】
一方、調相設備１９としてリアクトルが接続されている場合には、出力電流が誘導性（遅れ電流）となり、ｄｑ軸変換回路１４の出力である無効電力成分の電流がＩｑ＜０となる。これにより、レベル検出器４３の出力は「０」、それを反転するＮＯＴ回路４５の出力は「１」となり、それぞれＡＮＤ回路４４、４６に与えられる。各ＡＮＤ回路４４、４６のもう一方の入力信号である過電流検出器３５の出力は「１」になっているので、ＡＮＤ回路４４の出力は「０」、ＡＮＤ回路４６の出力は「１」となる。
【０１２７】
これにより、ＰＷＭ制御回路１５内のスイッチ回路１５７の切り換えが行われて、ＰＷＭ正弦波信号波高値に対するリミット値が通常より小さな値Ｃｍａｘ２に切り替わりＰＷＭ正弦波が小さな値に制限される。また、図１１のスイッチ回路３２の投入は行われず、交流電圧設定値の切り換えは行われない。
【０１２８】
これらにより、自励式交直変換器３の出力が容量性過電流の場合には、交流系統母線１の電圧が通常より小さな値となるように、電圧制御要素３６で使用する交流電圧設定値の低減を行い、自励式交直変換器３の出力が誘導性過電流の場合には、ＰＷＭ制御回路１５で使用する正弦波信号の波高値に対する制限値を通常より小さな制限値に切り換えるので、自励式交直変換器３の出力の過電流が容量性か誘導性かという性質に応じた適切な方法で交流系統母線１の電圧を下げ、自励式交直変換器３の出力電流値を低減することができる。
【０１２９】
この第５の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、通常運転時は中央給電指令所などから与えられる設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収するよう運転を行い、自励式交直変換器３が突然交流電源から切り離された状態になった場合には、交流系統母線１の母線電圧を一定に維持するよう制御することにより、自励式交直変換器３の接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値の有効電力と無効電力とを自動的に出力できる。
【０１３０】
さらに、出力電流の有効電力成分および無効電力成分に対し、１次遅れを介した値を設定値として出力電流を制御することにより、有効電力や無効電力の変動を抑制し、より安定な運転を継続することができる。また、接続された負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量より大きく過電流が発生する場合には、交流電圧を低め運転するよう自励式交直変換器３を制御することによって過電流を抑制し、自励式交直変換器３を運転継続し、停電を必要最小限にすることができる。
【０１３１】
なお、第５の実施の形態においても、自励式交直変換器３が交流電源と切り離されたことを検出する手段として、遮断器２１、２１’の状態監視信号を使用する代わりに、周波数変動が一定時間以上継続してある範囲を逸脱したことを検出するようにしても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
また、自励式交直変換器３の出力電流が容量性であるか誘導性であるかを判定するために、レベル検出器４３に入力する信号として、ｄｑ軸変換回路１４の出力Ｉｑの代わりに１次遅れ回路２６’の出力信号を使用しても同等の効果を得ることができる。
【０１３３】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。図１２は第６の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置４７の主要部の構成図である。この第６の実施の形態は、図１に示した第１の実施形態に係る自励式交直変換器制御装置において、スイッチ回路３２’を追加し、スイッチ回路３２、スイッチ回路３２’それぞれに電圧設定値の低減値ΔＶｒｅｆ１、ΔＶｒｅｆ２を与えておき、過電流検出器３５からの別々の投入指令信号ａ、ｂにより投入を行う構成としたものである。その他の構成は図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付しその説明は省略する。
【０１３４】
また、図１３は第６の実施の形態における過電流検出器３５の内部構成を示すブロック図であり、図２に示す第１の実施形態における過電流検出器３５に対して、レベル検出器３５２’、ＡＮＤ回路３５３’、積分器３５４’、レベル検出器３５５’を追加したものである。レベル検出器３５２と３５２’には、それぞれ異なるレベルの電流値Ｉ１、Ｉ２（Ｉ１＜Ｉ２）を設定しておき、演算回路３５１で得られた電流の大きさが各設定レベルを超えた場合に「１」をＡＮＤ回路３５３、３５３’に与える構成とする。図１３におけるその他の構成は、図２に示す過電流検出器３５と同一であるので、同一要素には同一符号を付しその説明は省略する。
【０１３５】
次に動作を説明する。通常時、および交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作は、の第１の実施形態と同じである。
【０１３６】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９の容量が自励式交直変換器３の容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【０１３７】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さい場合と同様である。負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きく自励式交直変換器３の出力電流Ｉが、過電流検出器３５のレベル検出器３５２の設定レベルＩ１を超え、レベル検出器３５２’の設定レベルＩ２よりは小さい場合（Ｉ２＞Ｉ＞Ｉ１）、この状態が一定時間継続すると図１３におけるレベル検出器３５５が動作し、出力信号ａが「１」となる。一方、レベル検出器３５２’が動作しないので、レベル検出器３５５’も動作せず、信号ｂは「０」のままである。
【０１３８】
これにより、図１２の第６の実施の形態において、スイッチ回路３２は投入されスイッチ回路３２’は開放のままとなる。スイッチ回路３２が投入されることにより、加算器３３にΔＶｒｅｆ１が負の符号で加算されるので、電圧制御要素３６で使用される交流電圧設定値は、過電流が発生していない場合のＶｒｅｆよりも小さな（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅ１）という値になり、交流系統母線１の電圧が通常時よりも小さな値となるように制御が行われる。
【０１３９】
負荷系統１８や調相設備１９の容量がさらに大きく、自励式交直変換器３の出力電流Ｉが、過電流検出器３５のレベル検出器３５２の設定レベルＩ１およびレベル検出器３５２’の設定レベルＩ２の両方を超える場合（Ｉ＞Ｉ２＞Ｉ１）、この状態が一定時間継続すると図１３におけるレベル検出器３５５、３５５’の両方が動作し、出力信号ａ、ｂが「１」となる。
【０１４０】
これにより、図１２のスイッチ回路３２、スイッチ回路３２’の両方が投入される。スイッチ回路３２、３２’が投入されることにより、加算器３３にΔＶｒｅｆ１およびΔＶｒｅｆ２が負の符号で加算されるので、電圧制御要素３６で使用される交流電圧設定値は、Ｉ２＞Ｉ＞Ｉ１の場合よりさらに小さな（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅ１−ΔＶｒｅｆ２）という値になり、交流電圧はさらに低下するように制御が行われる。
【０１４１】
図３で説明したように、自励式交直変換器３の出力電流Ｉは（２）式で与えられる。負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きいほどインピーダンス値Ｚが小さくなるため、電流Ｉを一定値以下に抑制しようとする場合には、電圧ＶｓをＺに応じて下げる必要があるが、この第６の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置を使用すると、負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きいほど、小さな値の交流電圧設定値が使われるので、自励式交直変換器３の過電流が適切に抑制される。
【０１４２】
図１４は、第６の実施の形態における自励式交直変換器制御装置で使用する過電流検出器３５の他の一例を示す構成図である。図１４に示す過電流検出器３５は、図２に示した第１の実施の形態に係る過電流検出器３５に対して、レベル検出器３５５”を追加したものである。
【０１４３】
レベル検出器３５５、３５５”には、それぞれ異なるレベルの時限ｔ１、ｔ２（ｔ１＜ｔ２）を設定しておき、積分回路３５４の出力、すなわち過電流がレベル検出器３５２の設定レベルを超えている時間の長さが各設定レベルを超えた場合に「１」を出力する構成とする。
【０１４４】
次に動作を説明する。通常時、および交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作は、第１の実施の形態と全く同じである。
【０１４５】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９の容量が自励式交直変換器３の容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【０１４６】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さい場合と同様である。負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きく、自励式交直変換器３の出力電流Ｉが過電流検出器３５のレベル検出器３５２の設定レベルを超えた場合、この状態がレベル検出器３５５で設定された時間ｔ１以上継続すると、出力信号ａが「１」となる。
【０１４７】
これにより、図１２に示すスイッチ回路３２が投入され、加算器３３にΔＶｒｅｆ１が負の符号で加算されるので、電圧制御要素３６で使用される交流電圧設定値は、過電流が発生していない場合のＶｒｅｆよりも小さな（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅ１）という値になり、交流系統母線１の電圧を下げるように制御が行われる。
【０１４８】
電圧低減幅ΔＶｒｅｆ１が過電流抑制に充分なものであれば、この操作により過電流が解消され、図１４のレベル検出器３５２の出力が「０」となる。これにより積分器３５４の出力はそれ以上大きな値にはならない。従って、レベル検出器３５５”は動作せず、交流電圧設定値は（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ１）の状態で運転が継続される。
【０１４９】
一方、電圧低減幅ΔＶｒｅｆ１が過電流抑制に不充分だと、この操作を行っても過電流状態が継続し、図１４のレベル検出器３５２の出力が「１」のままになる。これにより積分器３５４の出力が増加し続け、レベル検出器３５５”が動作して出力が「１」となり出力信号ｂとして、図１２におけるスイッチ回路３２’に投入指令が与えられる。過電流検出器３５が以上のように動作することにより、交流電圧設定値はさらに低下し、（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ１−ΔＶｒｅｆ２）の状態で運転が継続される。これにより、負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きいほど、小さな値の交流電圧設定値が使われるので、自励式交直変換器３の過電流が適切に抑制される。
【０１５０】
図１５は、本発明の第６の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置における過電流検出器のさらに別の他の一例を示す構成図である。図１５に示す過電流検出器３５は、図２に示した第１の実施の形態に係る過電流検出器３５に対して、ＡＮＤ回路３５６、積分器３５７、レベル検出器３５８を追加したものである。ＡＮＤ回路３５６にはＡＮＤ回路３５３とレベル検出器３５５の出力が入力され、その結果が積分器３５７、レベル検出器３５８を介して、図１２におけるスイッチ回路３２’に対する投入指令信号ｂとして出力される。
【０１５１】
次に動作を説明する。通常時、および交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作は第１の実施形態と全く同じである。
【０１５２】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９の容量が自励式交直変換器３の容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【０１５３】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さい場合と同様である。負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きく、自励式交直変換器３の出力電流Ｉが過電流検出器３５のレベル検出器３５２の設定レベルを超えた場合、この状態がレベル検出器３５５で設定された時間以上継続すると、出力信号ａが「１」となる。
【０１５４】
これにより、図１２のスイッチ回路３２が投入され、加算器３３にΔＶｒｅｆ１が負の符号で加算されるので、電圧制御要素３６で使用される交流電圧設定値は、過電流が発生していない場合のＶｒｅｆよりも小さな（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅ１）という値になり、交流系統母線１の電圧を下げるように制御が行われる。
【０１５５】
電圧低減幅ΔＶｒｅｆ１が過電流抑制に充分なものであれば、この操作により過電流が解消され、図１５のレベル検出器３５２、ＡＮＤ回路３５３の出力が「０」となる。これにより、ＡＮＤ回路３５６、積分器３５７、レベル検出器３５８の出力も「０」となり、スイッチ回路３２’に対しては投入指令は与えられない。従って、交流電圧設定値は（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ１）の状態で運転が継続される。
【０１５６】
一方、電圧低減幅ΔＶｒｅｆ１が過電流抑制に不充分だと、この操作を行っても過電流状態が継続し、図１５のレベル検出器３５２の出力が「１」のままになる。これによりＡＮＤ回路３５３、３５６の出力が「１」の状態が継続し、レベル検出器３５８が動作して出力が「１」となり、出力信号ｂとして、図１２におけるスイッチ回路３２’に投入指令が与えられる。過電流検出器３５が以上のように動作することにより、交流電圧設定値はさらに低下し、（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ１−ΔＶｒｅｆ２）の状態で運転が継続される。これにより、負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きいほど、小さな値の交流電圧設定値が使われるので、変換器の過電流が適切に抑制される。
【０１５７】
この第６の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器が、通常運転時は中央給電指令所などから与えられる設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収するよう運転を行い、自励式交直変換器３が突然交流電源から切り離された状態になった場合には、交流系統母線３の母線電圧を一定に維持するよう制御することにより、自励式交直変換器３の接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値の有効電力と無効電力とを自動的に出力できる。
【０１５８】
さらに、出力電流の有効電力成分および無効電力成分に対し、１次遅れを介した値を設定値として出力電流を制御することにより、有効電力や無効電力の変動を抑制し、より安定な運転を継続することができる。また、接続された負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量より大きく過電流が発生する場合には、その負荷系統１８や調相設備１９の容量に応じた割合で交流電圧を低め運転するよう自励式交直変換器３を制御することによって過電流を抑制し、自励式交直変換器３を運転継続し、停電を必要最小限にすることができる。
【０１５９】
なお、第６の実施の形態においても、自励式交直変換器３が交流電源と切り離されたことを検出する手段として、遮断器２１、２１’の状態監視信号を使用する代わりに、周波数変動が一定時間以上継続してある範囲を逸脱したことを検出するようにしても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
また、負荷系統１８や調相設備１９の容量に応じた電圧設定値の低減を行うために、過電流の大きさによって値の切り換えを行い、または、過電流の継続時間によって値の切り換えを行うようにしたが、この両方を組み合わせる構成としても同様の効果を得ることができる。
【０１６１】
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。図１６は、第７の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置４７の主要部の構成図である。この第７の実施の形態は、図６に示した第３の実施の形態に係る自励式交直変換器制御装置において、過電流検出器３５からＰＷＭ制御回路１５へ与える信号をａ、ｂの２通りにしたものである。ここで、過電流検出器３５としては、図１３、図１４、図１５に示すもののうちいずれかを使用する。
【０１６２】
一方、図１７は、図１６に示す第７の実施の形態おけるＰＷＭ制御回路１５の構成図であり、第３の実施の形態における図７に示すＰＷＭ制御回路１５に対して、論理演算回路１５８を追加し、また入力が２端子のスイッチ回路１５７の代わりに、Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの入力端子にそれぞれ異なる値の制限値Ｃｍａｘ１、Ｃｍａｘ２、Ｃｍａｘ３（Ｃｍａｘ１＞Ｃｍａｘ２＞Ｃｍａｘ３）が与えられているスイッチ回路１５７’を使用する構成のものである。
【０１６３】
論理演算回路１５８の内部ロジックを図１８に示す。図１８（ａ）に示すように、ＮＯＴ回路１５８Ａには入力信号ｂが、ＡＮＤ回路１５８Ｂには入力信号ａとＮＯＴ回路１５８Ａの出力とが与えられる。さらにＯＲ回路１５８ＣにはＡＮＤ回路１５８Ｂと入力信号ｂとが、ＮＯＴ回路１５８ＤにはＯＲ回路１５８Ｃの出力が与えられる。
【０１６４】
図１８（ｂ）は、入力信号ａ、ｂに対する端子Ｘ、Ｙ、Ｚの選択状態を示したものであり、ＮＯＴ回路１５８Ｄの出力が「１」の場合、スイッチ回路１５７’の端子Ｘ、ＡＮＤ回路１５８Ｂの出力が「１」の場合、スイッチ回路１５７’の端子Ｙ、入力信号ｂの値が「１」の場合、スイッチ回路１５７’の端子Ｚを選択するよう、スイッチ回路１５７’に対して指令を与える。
【０１６５】
次に動作を説明する。通常時、および交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、自励式交直変換器３に接続される負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量に比べ小さい場合の動作は第３の実施形態と同じである。
【０１６６】
次に、交流系統において遮断器２１が三相開放となった場合で、変換器に接続される負荷系統や調相設備の容量が変換器容量に比べ大きい場合の動作を説明する。
【０１６７】
スイッチ回路２８、２８’、３４および信号保持回路２５、２５’の動作は負荷系統１８や調相設備１９の容量が小さい場合と同様である。負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きく、自励式交直変換器３の出力電流Ｉが、図１３、図１４、図１５における過電流検出器３５のレベル検出器３５２の設定レベルを超えた場合、第６の実施の形態で説明したように信号ａが「１」となる。
【０１６８】
さらに、過電流の大きさが大きい場合や、交流電圧設定値をある程度低減しても過電流が充分抑制できない場合には信号ｂも「１」となる。信号ａ、ｂが以上の動作を行うと、図１８（ｂ）に示すように、論理演算回路１５８では、信号ａも信号ｂも「０」、すなわち過電流が発生していないときは、スイッチ回路１５７’の端子Ｘを選択し、信号ａが「１」で信号ｂが「０」すなわち過電流は発生するが、それが図１３のレベル検出器３５２’の設定レベル以下である、または電圧設定値を（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ１）まで低減することにより過電流が抑制される場合には、スイッチ回路１５７’の端子Ｙを選択し、信号ａも信号ｂも「１」すなわち過電流が発生しそれが図１３のレベル検出器３５２’の設定レベルを超えたとき、または電圧設定値を（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ１）まで低減しても過電流が抑制されない場合には、スイッチ回路１５７’の端子Ｚを選択するような信号を発生して、スイッチ回路１５７’に与える。
【０１６９】
スイッチ回路１５７’の端子Ｘ、Ｙ、Ｚには、それぞれ通常の運転状態で使用するＰＷＭ正弦波の制限値Ｃｍａｘ１、それより小さなＣｍａｘ２、さらに小さなＣｍａｘ３が与えられているので、ＰＷＭ正弦波の波高値は過電流の大きさに応じた値に制限される。
【０１７０】
図３で説明したように、自励式交直変換器３の出力電流Ｉは（２）式で与えられる。負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きいほどインピーダンス値Ｚが小さくなるため、電流Ｉを一定値以下に抑制しようとする場合には、電圧Ｖｓをインピーダンス値Ｚに応じて下げる必要があるが、第７の実施の形態では、負荷系統１８や調相設備１９の容量が大きいほど、ＰＷＭ正弦波の波高値すなわち自励式交直変換器３の出力電圧が小さな値に制限されるので、自励式交直変換器３の過電流が適切に抑制される。
【０１７１】
なお、第７の実施の形態においても、自励式交直変換器３が交流電源と切り離されたことを検出する手段として、遮断器２１、２１’の状態監視信号を使用する代わりに、周波数変動が一定時間以上継続してある範囲を逸脱したことを検出するようにしても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
【０１７２】
また、負荷系統１８や調相設備１９の容量に応じたＰＷＭ正弦波信号波高値リミッタの低減を行うために、過電流の大きさあるいは過電流の継続時間によって低減値の切り換えを行う構成としたが、この両方を組み合わせる構成としても同様の効果を得ることができる。
【０１７３】
また、交流電圧を低減させる手段として、電圧設定値とＰＷＭ正弦波リミット値との両方を低減する、あるいは自励式交直変換器３の出力電流が容量性であるか誘導性であるかによって電圧設定値の低減かＰＷＭ正弦波リミット値の低減かを選択する方式としても同様の効果を得ることができる。
【０１７４】
第７の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、通常運転時は中央給電指令所などから与えられる設定値どおりの有効電力および無効電力を供給あるいは吸収するよう運転を行い、自励式交直変換器３が突然交流電源から切り離された状態になった場合には、交流系統母線１の母線電圧を一定に維持するよう制御することにより、自励式交直変換器３の接続された負荷系統１８や調相設備１９の容量に見合った値の有効電力と無効電力とを自動的に出力できる。
【０１７５】
さらに、出力電流の有効電力成分や無効電力成分に対し、１次遅れを介した値を設定値として出力電流を制御することにより、有効電力や無効電力の変動を抑制し、より安定な運転を継続することができる。
【０１７６】
また、接続された負荷系統１８や調相設備１９が自励式交直変換器３の容量より大きく過電流が発生する場合には、その負荷系統１８や調相設備１９の容量に応じた割合で交流電圧を低め運転するよう自励式交直変換器３を制御することによって過電流を抑制し、自励式交直変換器３を運転継続し、停電を必要最小限にすることができる。
【０１７７】
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。図１９は第８の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。
【０１７８】
交流系統母線１には変圧器２を介して自励式交直変換器３が接続されており、自励式交直変換器制御装置４７により制御されて運転が行われる。自励式交直変換器制御装置４７は、第１の実施の形態乃至第７の実施の形態のいずれかのものが適用され、遮断器２１、２１’の開放などにより電源系統２３と切り離された状態になっても自励式交直変換器３は運転され続ける。
【０１７９】
ここで、第８の実施の形態の電力系統では、調相設備１９の接続された変圧器１７の１次側（交流系統母線１側）をＹ結線とし、その中性点と大地間に遮断器４９を介して高調波フィルタ５０を設置する。遮断器４９は通常時は開放状態である。高調波フィルタ５０は、図２０に示すように、キャパシタＣ、リアクトルＬ、抵抗Ｒを組み合わせたもので、図２０（ａ）に示すハイパス型、あるいは図２０（ｂ）に示す同調型の構成である。これらは一般に電力系統で高調波抑制用に使用されるもので、下記の（５）式に示す次数ｎの高調波電流を通過させて高調波電圧を抑制するものである。
【０１８０】
【数２】
0004034458.tif 000003
【０１８１】
遮断器状態監視装置２４では、遮断器２１あるいは遮断器２１’が三相開放状態になった場合に「１」信号を遮断器制御回路４８へ与える。一方、自励式交直変換器制御装置４７からは自励式交直変換器３が運転中であることの信号を遮断器制御回路４８へ与える。遮断器制御回路４８では、遮断器状態監視回路２４からの信号が「１」で、かつ自励式交直変換器３が運転中であることを条件として、遮断器４９に投入指令信号を与える。
【０１８２】
次に動作を説明する。通常時は交流系統の遮断器２１、２１’は投入されているので、交流系統母線１および自励式交直変換器３、変圧器１７等は複数の発電機２２を含む電源系統２３に接続されている。電源からは三相正弦波の交流電圧が与えられるので、交流系統母線１の高調波電圧は小さい。遮断器状態監視装置２４の出力は「０」なので遮断器制御回路４８は遮断器４９に対して投入指令は与えず、遮断器４９が開放状態で、変圧器１７は１次側中性点非接地の状態で運転される。高調波フィルタ５０は回路から切り離されている。
【０１８３】
次に、自励式交直変換器３が運転中に交流系統において遮断器２１が突然三相開放となった場合の動作を説明する。遮断器２１が開放状態となって、自励式交直変換器３の出力と接続される負荷系統１８や調相設備１９の容量が一時的にバランスがとれなくなることにより、動揺が発生し交流系統母線１に接続された回路では高調波歪みが生じる。発生した高調波のうち、正相成分や逆相成分のものについては、自励式交直変換器３がｄｑ軸電流の振動を抑えるよう電流制御を行うことによって抑制される。
【０１８４】
しかし、交流系統母線１の電圧の零相成分の高調波は自励式交直変換器３により抑制することはできない。これは、一般に変圧器の１次側と２次側との零相回路は遮断されており、変圧器２の２次側に接続される自励式交直変換器３によって１次側に接続される交流系統母線１の零相回路には影響を与えることができないためである。従って、発生した零相高調波は漏れキャパシタンスなどを介して循環し、回路の抵抗分によりわずかずつしか減衰しないので継続時間が長い。
【０１８５】
ここで、図１９に示す第８の実施の形態の遮断器回路制御装置では、遮断器状態監視装置２４の出力が「１」となることにより、遮断器制御回路４８から遮断器４９に対して投入指令が与えられる。これにより、高調波フィルタ５０が変圧器１７の１次側中性点に投入される。Ｙ接続の回路の中性点に発生する電圧は零相電圧であり、高調波フィルタ５０が中性点に投入されることによって零相高調波成分の電流が高調波フィルタ５０に流れその抵抗分Ｒのダンピング効果によって零相高調波が解消される。
【０１８６】
図２１は、変圧器中性点に高調波フィルタ５０を投入することによる零相高調波抑制効果をシミュレーションにより検証した結果である。図２１（ａ）は対策なしの場合であり、電源が切り離された後、発生した交流系統母線１の母線電圧の高調波が継続したままである。この場合、零相電圧の周波数をみると３次で振動している。また、自励式交直変換器３の出力ＰＱの振動は収束しており、自励式交直変換器３の運転と交流系統母線１の母線電圧の歪みが無関係であることがわかる。
【０１８７】
図２１（ｂ）は同じケースで、途中で調相用変圧器１７の中性点に３次フィルタを投入した場合である。交流系統母線１の母線電圧の歪みは投入直後から急速に小さくなっており、零相電圧も小さい。一方、自励式交直変換器３の出力は投入なしの場合と全く変わらない。このシミュレーション結果から、零相高調波発生時に中性点へ高調波フィルタ５０を投入することの歪み抑制効果が明かである。また、これによる自励式交直変換器３の運転への影響がないことも確認できている。
【０１８８】
この第８の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、突然交流電源から切り離された状態になった場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ高調波フィルタ５０を投入するよう、遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１の零相回路に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波フィルタ５０を常時、回路に接続しておかないので高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減することができる。
【０１８９】
次に、本発明の第９の実施の形態を説明する。図２２は第９の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。この第９の実施の形態は、図１９に示した第８の実施の形態が、定常状態において交流系統母線１の接続される電力系統が中性点非接地の場合のものであるのに対し、定常状態において交流系統母線１の接続される電力系統が中性点直接接地の場合のものである。
【０１９０】
図２２において、変圧器１７の中性点には遮断器４９および高調波フィルタ５０と並列に遮断器５２が設置され、その片端は接地されている。遮断器４９は第８の実施の形態と同様に定常時開放状態で遮断器制御回路４８からの指令により投入される。これに対して、遮断器５２は定常時は投入されており、遅延回路５１からの指令信号により開放される。遅延回路５１は遮断器制御回路４８から投入信号を受取り、それを反転させて一定時間遅延させた後、遮断器５２に対して開放指令を与えるものである。
【０１９１】
次に動作を説明する。通常時は交流系統の遮断器２１、２１’は投入されているので、交流系統母線１および自励式交直変換器３、変圧器１７等は複数の発電機２２を含む電源系統２３に接続されている。電源からは三相正弦波の交流電圧が与えられるので、交流系統母線１の高調波電圧は小さい。遮断器状態監視装置２４の出力は「０」なので遮断器制御回路４８は遮断器４９に対して投入指令は与えず、遮断器４９が開放状態である。一方、遮断器５２は投入状態なので変圧器１７は１次側中性点直接接地の状態で運転される。高調波フィルタ５０は回路から切り離されている。
【０１９２】
次に、自励式交直変換器３が運転中に交流系統において遮断器２１が突然三相開放となった場合の動作を説明する。遮断器２１が開放状態となると、第８の実施の形態の場合と同じように、交流系統母線１の母線電圧の零相成分の高調波は、自励式交直変換器３により抑制することができず歪みが継続する。中性点が接地されているため非接地に比べ高調波電圧は小さいが、変圧器インピーダンスなどが零相インピーダンスの一部として作用するため無視できない程度の高調波電圧が発生する。発生した零相高調波は漏れキャパシタンスなどを介して循環し、回路の抵抗分によりわずかずつしか減衰しないので継続時間が長い。
【０１９３】
そこで、第９の実施の形態では、遮断器状態監視装置２４の出力が「１」となることにより、遮断器制御回路４８から遮断器４９に対して投入指令が与えられる。これにより、高調波フィルタ５０が変圧器１７の１次側中性点に投入される。この状態では遮断器５２が投入状態で中性点電流がこちらの回路を流れてしまうため、高調波フィルタ５０に電流が流れず、ダンピング効果が得られないため高調波は減衰しない。それから、一定時間が経つと遅延回路５１が動作し、遮断器５２が開放される。これにより、中性点電流が高調波フィルタ５０を流れその抵抗分によって振動が減衰し高調波が抑制される。
【０１９４】
この第９の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、突然交流電源から切り離された状態になった場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ高調波フィルタ５０を投入するよう、遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波フィルタ５０を常時、回路に接続しておかないので高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減することができる。
【０１９５】
次に、本発明の第１０の実施の形態を説明する。図２３は第１０の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。この第１０の実施の形態は、中性点非接地の場合に適用されるもので、図１９に示した第８の実施の形態に対し、遅延回路５３とリセット回路５と４を追加したものである。
【０１９６】
遅延回路５３では遮断器制御回路４８から投入指令が与えられると、それから一定時間後に、それをリセット指令信号としてリセット回路５４へ与える。リセット回路５４は遮断器制御回路４８から投入指令を受け取ると、それをそのまま遮断器４９に対して指令信号として与えるが遅延回路５３からのリセット信号が「１」になると遮断器４９の投入指令を解除し開放指令とする。
【０１９７】
次に、動作を説明する。通常時の動作は第８の実施の形態と同じである。次に、自励式交直変換器３が運転中に交流系統において遮断器２１が突然三相開放となった場合の動作は、以下の通りである。遮断器２１が開放状態となることにより動揺が発生し、交流系統母線１に接続された回路では高調波歪みが生じる。発生した高調波のうち零相成分の高調波は変換器により抑制することはできないため継続する。
【０１９８】
そこで、第１０の実施の形態では、遮断器状態監視装置２４の出力が「１」となることにより、遮断器制御回路４８からリセット回路５４を介して遮断器４９に対して投入指令が与えられる。これにより、高調波フィルタ５０が変圧器１７の１次側中性点に投入される。Ｙ接続の回路の中性点に発生する電圧は零相電圧であり、高調波フィルタ５０が中性点に投入されることによって零相高調波成分は高調波フィルタ５０に吸収され、高調波フィルタ５０中の抵抗のダンピング効果により減衰し零相高調波が解消される。この状態で一定時間が経つと、遅延回路５３が動作し、リセット回路５４によって投入指令信号がリセットされ開放指令信号となり、遮断器４９は開放される。
【０１９９】
これにより、中性点回路は通常の状態に戻り、高調波フィルタ５０は切り離された状態になる。零相回路に発生する高調波は循環電流によるもので能動的なものではないので、いったん減衰すればそれが再び増幅することはない。
【０２００】
図２４に、高調波フィルタ５０を投入した後、一定時間後に再度開放した場合のシミュレーション波形を示す。高調波フィルタ５０を投入することにより交流系統母線１の母線電圧の歪みが解消し、その後に高調波フィルタ５０が開放されても歪みが再発する現象は現れていない。また、高調波フィルタ５０の投入／開放による自励式交直変換器３の運転への影響もない。
【０２０１】
第１０の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３が、突然交流電源から切り離された状態になった場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ一定時間のみ高調波フィルタ５０を投入するよう、遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波フィルタ５０を回路に接続しておく時間を必要最小限にするので高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減し、小さな定格の高調波フィルタ５０にすることができる。
【０２０２】
次に、本発明の第１１の実施の形態を説明する。図２５は第１１の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。この第１１の実施の形態は、中性点直接接地の場合に適用されるもので、図２２に示した第９の実施の形態に対し、遅延回路５３、５５とリセット回路５４、５６とを追加したものである。
【０２０３】
遮断器制御回路４８の出力は、リセット回路５４を介し遮断器４９に対して投入指令として与えられる。また遅延回路５１では遮断器制御回路４８から投入指令が与えられると、それから一定時間後に、それを反転させてリセット回路５６を介して遮断器５２に開放指令を与える。遅延回路５１の出力はさらに遅延回路５５を介してリセット回路５６に対するリセット指令として与えられ、これが与えられるとリセット回路５６の出力は「開放」から「投入」へ反転する。さらに遅延回路５５の出力は遅延回路５３を介してリセット回路５４に対するリセット指令として与えられ、これが与えられるとリセット回路５４の出力は「投入」から「開放」へ反転する。
【０２０４】
次に、動作を説明する。通常時の動作は第９の実施の形態と同じである。次に、自励式交直変換器３が運転中に交流系統において遮断器２１が突然三相開放となった場合の動作を説明する。遮断器２１が開放状態となることにより動揺が発生し交流系統母線１に接続された回路では高調波歪みが生じる。発生した高調波のうち零相成分の高調波は変換器により抑制することはできないため継続する。
【０２０５】
そこで、図２５に示す第１１の実施の形態では、遮断器状態監視装置２４の出力が「１」となることにより、遮断器制御回路４８からリセット回路５４を介して遮断器４９に対し投入指令が与えられる。これにより、高調波フィルタ５０が変圧器１７の１次側中性点に投入される。この時点では高調波フィルタ５０と並列に接続されている遮断器５２が投入されている状態なので、中性点は直接接地され中性点電流（零相電流）は遮断器５２を介して大地へ流れている。この状態から一定時間が経過すると遅延回路５１が動作し、リセット回路５６を介して遮断器５２に開放指令が与えられて遮断器５２が開放され、変圧器１７の中性点は高調波フィルタ５０のみによって接地された状態になる。
【０２０６】
これにより零相高調波成分はフィルタに吸収され、フィルタ中の抵抗のダンピング効果により減衰し零相高調波が解消される。さらにこの状態で一定時間がたつと、遅延回路５５が動作し、リセット回路５６によって開放指令信号がリセットされ、遮断器５２が再投入される。また、遅延回路５３が動作し、リセット回路５４によって投入指令信号がリセットされ、遮断器４９が開放される。従って、中性点回路は通常の状態に戻り、高調波フィルタ５０は切り離された状態になる。零相回路に発生する高調波は循環電流によるもので能動的なものではないので、一旦減衰すればそれが再び増幅することはない。
【０２０７】
この第１１の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器が、突然交流電源から切り離された状態になった場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ一定時間のみ高調波フィルタ５０を投入するよう、遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波フィルタ５０を回路に接続しておく時間を必要最小限にするので高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減し、小さな定格の高調波フィルタ５０にすることができる。
【０２０８】
次に、本発明の第１２の実施の形態を説明する。図２６は第１２の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。この第１２の実施の形態は、中性点非接地の場合に適用されるもので、図１９に示した第８の実施の形態に対し、系統状態監視装置として、遮断器状態監視装置２４の代わりに、交流電圧検出器５７、零相電圧検出器５８、高調波検出器５９、レベル検出器６０、積分器６１、レベル検出器６２を設けたものである。
【０２０９】
交流電圧検出器５７で検出した三相交流電圧から、零相電圧検出器５８および高調波検出器５９により零相成分の高調波電圧の大きさを検出してレベル検出器６０へ入力する。それが一定値を超えた場合、レベル検出器６０の出力が「１」となり積分器６１へ与えられる。さらに積分器６１の出力が一定レベルを超えた場合、レベル検出器６２の出力が「１」となって遮断器制御回路４８へ与えられる。その他の構成は、図１９に示す第８の実施の形態と同じである。
【０２１０】
次に、動作を説明する。通常時の動作は第８の実施の形態と同じである。次に、自励式交直変換器３が運転中に、遮断器２１の三相開放などにより突然交流電源と切り離された場合の動作を説明する。交流電源と切り離されることにより動揺が発生し交流系統母線１に接続された回路では高調波歪みが生じる。発生した高調波のうち零相成分の高調波は自励式交直変換器３により抑制することはできないため継続する。
【０２１１】
そこで、第１２の実施の形態では、三相交流電圧を、交流電圧検出器５７、零相電圧検出器５８、高調波検出器５９により処理することによって、上記のように発生した零相高調波電圧を検出し、レベル検出器６０へ与える。与えられた零相高調波電圧の大きさが一定レベルを超えていると、レベル検出器６０は「１」を出力する。それが積分回路６１で積分され、その大きさが一定レベルを超える、すなわち零相高調波が継続するとレベル検出器６２が動作して出力「１」を遮断器制御回路４８に与える。
【０２１２】
これにより、遮断器制御回路４８から遮断器４９に対して投入指令が与えられ、高調波フィルタ出力５０が変圧器１７の１次側中性点に投入される。Ｙ接続の回路の中性点に発生する電圧は零相電圧であり、高調波フィルタ５０が中性点に投入されることによって零相高調波成分は高調波フィルタ５０に吸収され、高調波フィルタ５０中の抵抗のダンピング効果により減衰し零相高調波が解消される。
【０２１３】
第１２の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３の接続された交流系統で、零相高調波電圧が増大した場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ高調波フィルタ５０を投入するよう遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波フィルタ５０を常時、回路に接続しておかないので高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減することができる。
【０２１４】
次に、本発明の第１３の実施の形態を説明する。図２７は第１３の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。この第１３の実施の形態は、中性点直接接地の場合に適用されるもので、図２２に示した第９の実施の形態に対し、系統状態監視装置として、遮断器状態監視装置２４の代わりに、交流電流検出器６３、高調波検出器６４、レベル検出器６０、積分器６１、レベル検出器６２を設けたものである。
【０２１５】
交流電流検出器６３、高調波検出器６４により変換器用変圧器２の１次側中性点から大地へ流れる電流の高調波成分を検出してレベル検出器６０に与え、それが一定値を超えた場合、レベル検出器６０の出力が「１」となり積分器６１へ与えられる。さらに積分器６１の出力が一定レベルを超えた場合、レベル検出器６２の出力が「１」となって遮断器制御回路４８へ与えられる。その他の構成は、図２２に示す第９の実施の形態と同じである。
【０２１６】
次に、動作を説明する。通常時の動作は第９の実施の形態と同じである。次に、自励式交直変換器３が運転中に、遮断器２１の三相開放などにより突然交流電源と切り離された場合の動作を説明する。交流電源と切り離されることにより動揺が発生し交流系統母線１に接続された回路では高調波歪みが生じる。発生した高調波のうち零相成分の高調波は自励式交直変換器３により抑制することはできないため継続する。中性点が直接接地されている場合には、中性点から大地に対して零相高調波電流が流れる。
【０２１７】
そこで、第１３の実施の形態では、変換器用変圧器２の中性点に設けた、交流電流検出器６３、高調波検出器６４により零相高調波電流を検出し、レベル検出器６０へ与える。与えられた零相高調波電流の大きさが一定レベルを超えているとレベル検出器６０は「１」を出力する。それが積分回路６１で積分され、その大きさが一定レベルを超えるとレベル検出器６２が動作して出力「１」を遮断器制御回路４８に与える。これにより、遮断器制御回路４８から遮断器４９に対して投入指令が与えられ、高調波フィルタ出力５０が変圧器１７の１次側中性点に投入される。また、遮断器制御回路４８からの信号が遅延回路５１を介して一定時間後に開放指令として遮断器５２に与えられ、遮断器５２が開放される。
【０２１８】
これにより、零相電流が高調波フィルタ５０を流れるようになり、零相高調波成分はフィルタに吸収され、フィルタ中の抵抗のダンピング効果により減衰し零相高調波が解消される。
【０２１９】
この第１３の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３の接続された交流系統で、零相高調波成分が増大した場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ高調波フィルタ５０を挿入するよう遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波フィルタ５０を常時、回路に接続しておかないので高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減することができる。
【０２２０】
次に、本発明の第１４の実施の形態を説明する。図２８は第１４の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。この第１４の実施の形態は、中性点非接地の場合に適用されるもので、図２３に示した第１０の実施の形態に対し、遅延回路５３の代わりに、交流電圧検出器５７、零相電圧検出器５８、高調波検出器５９、レベル検出器６５、積分器６１’、レベル検出器６２’を設けたものである。
【０２２１】
交流電圧検出器５７で検出した三相交流電圧から、零相電圧検出器５８および高調波検出器５９により零相成分の高調波電圧の大きさを検出してレベル検出器６５へ入力する。それが一定値Ｖｎ以下の場合、レベル検出器６５の出力が「１」となり積分器６１’へ与えられる。さらに積分器６１’の出力が一定レベルを超えた場合、すなわち零相高調波が小さい状態が継続した場合、レベル検出器６２’の出力が「１」となってリセット回路５４に対しリセット指令信号として与えられる。これにより、リセット回路５４が「１」すなわち投入状態の場合、それがリセットされて開放指令が遮断器４９へ与えられる。その他の構成は、図２３に示した第１０の実施の形態と同じである。
【０２２２】
次に、動作を説明する。通常時の動作は第１０の実施の形態と同じである。次に、自励式交直変換器３が運転中に、遮断器２１の三相開放などにより突然交流電源と切り離された場合の動作を説明する。交流電源と切り離されることにより動揺が発生し、交流系統母線１に接続された回路では高調波歪みが生じる。発生した高調波のうち零相成分の高調波は変換器により抑制することはできないため継続する。
【０２２３】
そこで、第１４の実施の形態では、遮断器状態監視装置２４の動作によって、遮断器制御回路４８から遮断器４９に対して投入指令が与えられ、高調波フィルタ５０が変圧器１７の１次側中性点に投入される。Ｙ接続の回路の中性点に発生する電圧は零相電圧であり、高調波フィルタ５０が中性点に投入されることによって零相高調波成分はフィルタに吸収され、高調波フィルタ５０中の抵抗のダンピング効果により減衰し零相高調波が解消される。
【０２２４】
一方、交流電圧検出器５７、零相電圧検出器５８、高調波検出器５９により交流系統母線１の母線電圧の零相高調波成分を検出しているが、上記の遮断器操作により零相高調波成分が低減されると、この検出値がレベル検出器６５の設定レベルＶｎより小さくなり、レベル検出器６５が動作する。この状態が続くと積分器６１’の出力が増加し、一定時間を超えるとレベル検出器６２’が動作してリセット回路５４にリセット指令が与えられ、これにより、遮断器４９が開放されて、高調波フィルタ５０が切り離され、中性点回路はもとの状態に戻る。零相回路に発生する高調波は循環電流によるものなので、一旦減衰すればそれが再び増幅することはなく、高調波の小さい状態が継続できる。
【０２２５】
第１４の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３の接続された交流系統で、零相高調波電圧が増大した場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ高調波フィルタ５０を投入するよう遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波が抑制されたことを検出して高調波フィルタ５０を開放するので、高調波フィルタ５０を投入しておく時間を最小限にすることができ、高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減することができる。
【０２２６】
次に、本発明の第１５の実施の形態を説明する。図２９は第１５の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図である。この第１５の実施の形態は、中性点非接地の場合に適用されるもので、図２８に示す第１４の実施の形態に対し、系統状態監視装置として、遮断器状態監視装置２４の代わりに、交流電圧検出器５７、零相電圧検出器５８、高調波検出器５９、レベル検出器６０、積分器６１、レベル検出器６２を介した信号により、遮断器制御回路４８に対し投入指令信号を与える構成としたものである。
【０２２７】
すなわち、図２６に示した第１２の実施の形態の回路と同じ回路により遮断器４９に対する投入指令を与え、図２８に示した第１４の実施の形態の回路と同じ回路により遮断器４９に対する開放指令を与える構成としたものである。
【０２２８】
次に、動作を説明する。通常時の動作は第１４の実施の形態と同じである。次に、自励式交直変換器３が運転中に、遮断器２１の三相開放などにより突然交流電源と切り離された場合の動作を説明する。電源が切り離されることにより動揺が発生し交流系統母線１に接続された回路では高調波歪みが生じる。発生した高調波のうち零相成分の高調波は自励式交直変換器３により抑制することはできないため継続する。
【０２２９】
この零相高調波の増大を検出してレベル検出器６２が動作し、遮断器回路制御装置４８およびリセット回路５４を介して遮断器４９に投入指令が与えられ、高調波フィルタ５０が変圧器１７の中性点に投入される。高調波フィルタ５０の投入により零相高調波が低減すると、今度はレベル検出器６２’が動作してリセット回路５４にリセット指令が与えられることにより、遮断器４９が開放されて、高調波フィルタ５０が切り離され、中性点回路はもとの状態に戻る。零相回路に発生する高調波は循環電流によるものなので一旦減衰すればそれが再び増幅することはなく、高調波の小さい状態が継続できる。
【０２３０】
第１５の実施の形態によれば、直流送電システムや直流電源システムに適用される自励式交直変換器３の接続された交流系統で、零相高調波成分が増大した場合に、変圧器１７の母線側中性点回路へ高調波フィルタ５０を投入するよう遮断器４９を制御することにより、自励式交直変換器３の運転に影響を与えることなく、交流系統母線１に発生した高調波歪みを高速に抑制することができる。また、高調波が抑制されたことを検出して高調波フィルタ５０を開放するので、高調波フィルタ５０を投入しておく時間を最小限にすることができ、高調波フィルタ５０にかかるストレスを軽減することができる。
【０２３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１乃至請求項４に係わる自励式交直変換器制御装置によれば、通常運転時には与えられた設定値どおりの有効電力および無効電力を出力し、自励式交直変換器が突然交流電源と切り離された場合には、交流電圧を一定に保ちつつ、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力および無効電力を自動的に供給しながら、安定に自励式交直変換器の運転を継続することができる。
【０２３２】
さらに、接続された負荷系統や調相設備の容量が大きく、自励式交直変換器の出力が過電流になる場合には交流電圧を低減させて運転することにより、過電流を防止し自励式交直変換器の運転を継続させて負荷系統の停電を最小限にすることができる。
【０２３３】
請求項５乃至請求項６に係わる自励式交直変換器制御装置によれば、通常運転時には与えられた設定値どおりの有効電力および無効電力を出力し、自励式交直変換器が突然交流電源と切り離された場合には、交流電圧を一定に保ちつつ、接続された負荷系統や調相設備に見合った値の有効電力および無効電力を自動的に供給しながら、安定に変換器の運転を継続することができる。
【０２３４】
さらに、接続された負荷系統や調相設備の容量が大きく、自励式交直変換器の出力が過電流になる場合には、その過電流の大きさや継続時間に応じた低減幅で交流電圧を低減させて運転することにより、必要最小限の交流電圧低下で過電流を防止し変換器の運転を継続させて負荷系統の停電を最小限にすることができる。
【０２３５】
請求項７乃至請求項１０に係わる遮断器回路制御装置によれば、自励式交直変換器が接続された交流系統が交流電源と切り離されるなどの原因により、零相高調波が発生して交流電圧に大きな歪みが生じた場合に、回路の中性点に一時的に高調波フィルタを挿入するよう遮断器の操作を行うことにより、高調波を抑制して高調波による機器のストレスや変圧器の飽和などを防止し、また、常時は高調波フィルタを回路に接続しないようにすることによって、高調波フィルタのストレスを低減し、小さな容量定格の高調波フィルタとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置における過電流検出器の一例を示す構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態において交流電圧を低減することによる自励式交直変換器の過電流抑制の原理を説明するための主回路単線結線図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置を適用したことによる過電流抑制効果を示すシミュレーション波形図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置におけるＰＷＭ制御回路の内部構成を示す構成図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置でのＰＷＭ制御における正弦波信号と搬送波信号との関係を説明する波形図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置を適用したことによる過電流抑制効果を示すシミュレーション波形図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図。
【図１３】本発明の第６の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置における過電流検出器の一例を示す構成図。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置における過電流検出器の他の一例を示す構成図。
【図１５】本発明の第６の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置における過電流検出器のさらに別の他の一例を示す構成図。
【図１６】本発明の第７の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置の主要部の構成図。
【図１７】本発明の第７の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置におけるＰＷＭ制御回路の構成図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態に係わる自励式交直変換器制御装置におけるＰＷＭ制御回路の中の論理演算回路の内部ロジック図。
【図１９】本発明の第８の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図２０】本発明の第８の実施の形態における高調波フィルタの主回路結線図。
【図２１】本発明の第８の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置を適用することによる零相高調波抑制効果を示すシミュレーション波形図。
【図２２】本発明の第９の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図２３】本発明の第１０の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図２４】本発明の第１０の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置を適用することによる零相高調波抑制効果を示すシミュレーション波形図。
【図２５】本発明の第１１の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図２６】本発明の第１２の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図２７】本発明の第１３の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図２８】本発明の第１４の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図２９】本発明の第１５の実施の形態に係わる遮断器回路制御装置の構成図。
【図３０】一般的な直流送電システムに適用された従来の自励式交直変換器制御装置の構成図。
【符号の説明】
１、１Ａ  交流系統母線
２、２Ａ  変換器用変圧器
３、３Ａ  自励式交直変換器
５  直流送電線
６  直流電圧検出器
７  交流電流検出器
８  交流電圧検出器
９  有効電力検出器
１０無効電力検出器
１１  直流電圧／有効電力制御回路
１２  無効電力制御回路
１３  交流電流制御回路
１４  ｄｑ軸変換回路
１５  ＰＷＭ制御回路
１６  位相検出回路
２４  遮断器状態監視装置
２５、２５’  信号保持回路
２６、２６’  １次遅れ回路
２７、２７’  加算器
２８、２８’  スイッチ回路
２９、２９’  電流制御要素
３０、３０’  加算器
３１  交流電圧検出器
３２、３２’  スイッチ回路
３３、３３’  加算器
３４  スイッチ回路
３５  過電流検出器
３６  電圧制御要素
３７、３７’  加算器
３９  周波数偏差検出器
４１  リセット付き積分器
４８  遮断器制御回路
４９  遮断器
５０  高調波フィルタ
５１  遅延回路
５２  遮断器
５３  遅延回路
５４  リセット回路
５５  遅延回路
５６  リセット回路
５７  交流電圧検出器
５８  零相電圧検出器
５９  高調波検出器
６０  レベル検出器
６１、６１’  積分器
６２、６２’  レベル検出器
６３  交流電流検出器
６４  高調波検出器
６５  レベル検出器
３５１  演算回路
【図１】
0004034458.tif 000004
【図２】
0004034458.tif 000005
【図３】
0004034458.tif 000006
【図４】
0004034458.tif 000007
【図５】
0004034458.tif 000008
【図６】
0004034458.tif 000009
【図７】
0004034458.tif 000010
【図８】
0004034458.tif 000011
【図９】
0004034458.tif 000012
【図１０】
0004034458.tif 000013
【図１１】
0004034458.tif 000014
【図１２】
0004034458.tif 000015
【図１３】
0004034458.tif 000016
【図１４】
0004034458.tif 000017
【図１５】
0004034458.tif 000018
【図１６】
0004034458.tif 000019
【図１７】
0004034458.tif 000020
【図１８】
0004034458.tif 000021
【図１９】
0004034458.tif 000022
【図２０】
0004034458.tif 000023
【図２１】
0004034458.tif 000024
【図２２】
0004034458.tif 000025
【図２３】
0004034458.tif 000026
【図２４】
0004034458.tif 000027
【図２５】
0004034458.tif 000028
【図２６】
0004034458.tif 000029
【図２７】
0004034458.tif 000030
【図２８】
0004034458.tif 000031
【図２９】
0004034458.tif 000032
【図３０】
0004034458.tif 000033