JP3517461B2

JP3517461B2 - 電力用変換装置の起動方法および該方法を用いた電力用変換装置

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Publication number: JP3517461B2
Application number: JP26904694A
Authority: JP
Inventors: 博雄小西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 2004-04-12
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサイリスタ等の半導体素
子で構成される電圧形の電力用変換装置に関し、特に、
上記電力用変換装置を安定に起動させることに関する。

【０００２】

【従来の技術】交流を直流に変換する、もしくは、直流
を交流に変換する電力用変換装置は、電圧型と電流型に
分類することができる。従来技術に係る電圧型の電力用
変換装置を図１５に示す。本電力用変換装置は、交流系
統１と本装置との接続または切り離しを行う第１の遮断
器１１と、交流系統１から第１の遮断器１１を介して交
流を入力されて、所定の電圧の交流に変換する変圧器２
１と、変圧器２１から交流を入力されて、直流に変換す
る変換器３１と、得られた直流を平滑化する直流コンデ
ンサ６０と、本装置を起動する前にコンデンサ６０を充
電するための充電回路５９とを有する。このように、電
圧型の電力用変換装置は、直流系統に直流電圧を平滑化
するための直流コンデンサ６０を有する。そのため、直
流電圧の急激な変化を抑えることができる。商用の電力
系統では、電圧を一定に保った状態で負荷に電力を供給
することが要求されているため、電圧型の電力用変換装
置は、商用の電力系統に適しているといえる。

【０００３】電流型の電力用変換装置では、図１５の直
流コンデンサ６０を有さず、そのかわり、図の５５の位
置に直流リアクタンスが挿入されている。このように、
電流型の電力用変換装置は、直流系統に、直流電流を平
滑化するための直流リアクタンスを有する。そのため、
直流電流の急激な変化を抑えることができる。

【０００４】以下では、電圧型の電力用変換装置につい
て説明する。

【０００５】ところで、交流を直流に変換する、もしく
は、直流を交流に変換する電力用変換装置は、電圧型と
電流型に分類する以外に、自励式と他励式に分類するこ
とができる。電力用変換装置内の変換器では、転流とい
う現象が起こるが、他励式では、交流系統からの無効電
力を利用して、変換器において転流が行われる。他励式
の電力用変換装置の場合、交流系統に事故等の異常が生
じて無効電力の供給が十分に行なえなくなると、転流が
正常に行われなくなり、転流失敗により過大な電流が流
れる。これを防ぐためには、過大な電流が流れたことを
検出する電流検出回路を設けて、電力用変換装置を保護
する必要がある。

【０００６】一方、自励式には、変換器内に転流を行う
ための回路を有するものと、変換器が自己消弧素子（ゲ
ート・ターンオフ・サイリスタ（ＧＴＯ）等）から構成さ
れているものとがある。いずれも、外部からの交流によ
らず、転流が行われる。従って、交流系統の異常によ
り、転流が失敗することはない。以下では、自励式の電
圧型の電力用変換装置、特に、自己消弧素子を有する電
力用自励式変換装置について述べる。

【０００７】従来、自己消弧素子を有する電力用自励式
変換装置は、装置を構成する部品の１つである自己消弧
素子の電流容量および耐電圧が制限されていることか
ら、大電力を供給する電力系統には使われていなかっ
た。しかし、大容量高耐圧の自己消弧素子の実用化によ
り、これらの素子を使用した電力用自励式変換装置の電
力系統への適用が検討されるようになった。

【０００８】この理由は、自励式変換装置では、他励式
変換装置と異なり、転流時に外部の交流を必要としない
ため、交流系統に事故（地絡等）が生じても、転流が正
常に行われるからである。このため、転流の異常による
変換器の運転中止がなく、送電電力の減少を最小限に抑
えることができる。また、自己消弧素子のオン／オフを
制御するパルス数は、自由に変えられるため、パルス数
を増やすことにより、変換器の出力波形に含まれる高調
波を減らし、波形歪のない正弦波波形を得ることができ
る。

【０００９】このようなメリットを有することから、自
励式変換装置を、大電力を供給する電力系統へ適用する
ことが検討されている。具体的には、大電力用の自励式
無効電力補償装置や直流送電等への適用が考えられてい
る。

【００１０】従来技術に係る、電力系統用に使用されて
いる自励式変換装置について図１５により述べる。自励
式変換装置は、交流を直流に変換する変換器３１と直流
コンデンサ６０を有する。変換器３１は、６個のアーム
３１１〜３１６から構成されており、１つのアームは、
自己消弧素子ＧＴＯ１〜６と、これに並列に接続された
ダイオードＤ１〜６から構成される。

【００１１】さらに、従来は、直流コンデンサ６０を、
変換器３１の運転開始に先だって充電するための充電回
路５６が必要であった。充電回路５６は、交流系統１と
充電回路５６との接続または切り離しを行う遮断器５６
１と、絶縁変圧器５６５と、交流を直流に変換する、ダ
イオードまたはサイリスタからなる３相ブリッジ型の整
流器５６２と、充電開始時に過大電流が流れるのを防止
するリアクタンス５６３と、充電回路５６と直流コンデ
ンサ６０との接続または切り離しを行う遮断器５６４と
を有する。

【００１２】通常運転を開始するために、上記変換器３
１の交流側の遮断器１１を投入すると、変換器３１内の
のダイオードＤ１〜６を介して変換器３１の直流側のコ
ンデンサ６０が充電される。このためコンデンサ６０が
充電されていない場合は、過大な電流がダイオードＤ１
〜６に流れ、ダイオードＤ１〜６を破壊する恐れがあ
る。

【００１３】この対策のため、上記変換器３１とは別に
コンデンサを充電する充電回路５６が設けられている。
変換器３１の通常運転を開始する前に、遮断機５６１，
５６４を閉じて、充電回路５６内の整流器５６２によ
り、コンデンサ６０を充電する。その後、遮断器５６
１，５６４を開いて整流器５６２を交流系統１及び直流
系統から切り離す。最後に、上記変換器３１の交流側の
遮断器１１を閉じて変換器３１に交流を供給し、自励式
変換装置の通常運転を開始する。

【００１４】これにより、直列コンデンサ６０が充電さ
れているので、交流系統１の第１の遮断器１１を投入し
ても過大な充電電流は流れず、ダイオードＤ１〜６を破
壊することはない。

【００１５】なお、充電回路５６内には、直流コンデン
サ６０を充電する際に、整流器５６２内に過大な電流が
流れないように、リアクタンス５６３が設けられている
ため、整流器５６２内の素子に過大な電流が流れること
はない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来技術
に係る電圧型の電力用変換装置においては、通常運転を
開始する前に直流コンデンサを充電するための充電回路
が必要であった。電力系統で用いられる充電回路である
ために、この回路は大規模なものであり、多くのスペー
スとコストを必要とする。

【００１７】本発明の目的は、従来のような充電回路を
有せず、簡単な構成である、電圧型の電力用変換装置を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、交流系統から供給される交流を直流に変
換して、直流系統に出力する変換器と、上記直流系統に
接続され、上記直流系統を流れる直流を平滑化するため
の直流コンデンサとを有する電圧型の電力用変換装置に
おいて、上記変換器と上記交流系統との接続または切り
離しを行う第１の開閉手段と、上記変換器と上記直流コ
ンデンサとの間に挿入された抵抗器と、上記変換器と上
記直流コンデンサとの間に挿入され、上記抵抗器とは並
列に接続され、上記電力用変換装置の通常運転時は閉じ
られ、上記電力用変換装置の通常運転開始前の上記直流
コンデンサの充電時は開かれる第２の開閉手段と、上記
電力用変換装置の通常運転を開始する前に、上記第２の
開閉手段に電流が流れていない時点での該第２の開閉手
段を開き、かつ、上記第１の開閉手段を閉じて、上記交
流系統からの交流を上記変換器に供給する第１の開閉制
御手段と、上記供給された交流が上記変換器により直流
に変換され、得られた直流により上記直流コンデンサが
充電された時に、充電が完了したことを判断し、上記第
２の開閉手段を閉じる第２の開閉制御手段とを有するこ
ととしたものである。

【００１９】

【作用】通常運転を開始する前に、直流コンデンサが変
換器により充電される。このときに、直流コンデンサの
充電は、直流側に挿入された抵抗器を介して行われる。
充電は、抵抗器を介して行われるので、過大な電流が流
れることはない。充電された後、抵抗器は、第２の遮断
器で短絡され、その後、変換器が通常の運転を行う。こ
のとき、コンデンサは、充電されているので、運転開始
時に変換器を介して過大な充電電流が流れることはな
い。従って通常運転開始時に充電電流によって変換器が
破壊することはなく、電力用変換装置の安定運転が行え
る。

【００２０】このように、充電回路を有せず、遮断器お
よび抵抗器を付加しただけの簡単な構成である電力用変
換装置を提供できる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。図１は電
力用自励式変換装置を直流送電システムに適用した場合
の実施例を示す。

【００２２】図１において、１、２は、３相の交流系統
である。本システム１００は、離れた位置にある交流系
統１と交流系統２の間を直流で送電するためのものであ
る。本システム１００は、交流系統１から交流系統２、
またはその逆に電力を送ることができるように構成され
ているものである。以下では、交流系統１から交流系統
２に電力を送る場合について、主として説明する。その
際に、起動時は、直流コンデンサ６０の充電を交流系統
１からの交流を利用して行う。なお、直流コンデンサ６
０の充電は、通常運転時の電力を送る方向とは関係無
く、第１の電力用自励式変換装置１０１、第２の電力用
自励式変換装置１０２のいずれによっても可能である。

【００２３】本システム１００は、交流系統１に接続す
る第１の電力用自励式変換装置１０１と、交流系統２に
接続する第２の電力用自励式変換装置１０２と、通常運
転時に、第１の電力用自励式変換装置１０１および第２
の電力用自励式変換装置１０２に対して運転指令を出す
運転指令回路７００とを有する。

【００２４】第１の電力用自励式変換装置１０１は、自
励式変換器３１を交流系統１に接続するための第１の遮
断器（交流側遮断器）１１と、直流コンデンサ６０を充
電する充電時と通常運転時で、２段階に出力電圧を切り
換えることができる電圧調整器２１と、ＧＴＯ等自己消
弧素子で構成され、交流を直流に変換する電圧型の自励
式変換器３１と、充電時に過大電流が流れることを防止
するための抵抗器５１と、抵抗器５１を短絡するための
第２の遮断器４１と、直流回路に設けられた電圧平滑用
の直流コンデンサ６０と、充電時に、第１の遮断器１
１、電圧調整器２１および第２の遮断機４１の制御を行
う充電制御回路７３０と、運転指令回路７００の指令に
したがって自励式変換器３１を制御するための制御パル
スを生成する変換器制御回路７１０とを有する。

【００２５】なお、第２の遮断器４１の開閉は、後述す
るように、電流が流れていないときに行われるので、電
流が流れているときに開閉することができる遮断器の替
わりに、電流が流れていないときにのみ開閉することが
できる断路器を用いてもよい。

【００２６】なお、上記直流コンデンサ６０は、直流系
統用のコンデンサであるが、交流系統に用いられるコン
デンサを用いてもよい。

【００２７】第２の電力用自励式変換装置１０２は、自
励式変換器３２を交流系統２に接続するための第１の遮
断器（交流側遮断器）１２と、直流コンデンサ６０を充
電する充電時と通常運転時で、２段階にタップを切り換
えることができる電圧調整器２２と、ＧＴＯ等自己消弧
素子で構成され、直流を交流に変換する電圧型の自励式
変換器３２と、充電時に過大電流が流れることを防止す
るための抵抗器５２と、直流回路に設けられた抵抗器５
２を短絡するための第２の遮断器４２と、起動時に、第
１の遮断器１２、電圧調整器２２および第２の遮断機４
２の制御を行う充電制御回路７４０と、運転指令回路７
００の指令にしたがって自励式変換器３２を制御するた
めの制御パルスを生成する変換器制御回路７２０とを有
する。

【００２８】なお、第２の遮断器４２の開閉は、第１の
遮断器４１と同様に、電流が流れていないときに行われ
るので、遮断器の替わりに断路器を用いてもよい。ま
た、第２の電力用自励式変換装置１０２も、第１の電力
用自励式変換装置１０１と同様に、直流コンデンサを有
することとしてもよい。

【００２９】電圧調整器２１は、交流系統１から交流系
統２に電力を送る場合、通常運転時は、交流系統１の交
流電圧Ｖ１を所定の通常運転時の交流電圧Ｖ２に変換す
る。充電時は、交流系統１の交流電圧Ｖ１を所定の充電
時の交流電圧Ｖ３に変換する。ここで、Ｖ３＞Ｖ２であ
る。このように、電圧調整器２１は、通常運転時と充電
時で出力電圧を調整する機能を有する。

【００３０】電圧調整器２１は、交流系統２から交流系
統１に電力を送る場合、通常運転時は、自励式変換器３
１が出力する交流電圧Ｖ２を交流系統１の所定の交流電
圧Ｖ１に変換する。交流系統２から交流系統１に電力を
送る場合、充電時は、電圧調整器２１は、使用しない。

【００３１】電圧調整器２２は、交流系統２から交流系
統１に電力を送る場合、通常運転時は、交流系統２の交
流電圧Ｖ１を所定の通常運転時の交流電圧Ｖ２に変換す
る。充電時は、交流系統２の交流電圧Ｖ１を所定の充電
時の交流電圧Ｖ３に変換する。ここで、Ｖ３＞Ｖ２であ
る。このように、電圧調整器２２は、通常運転時と充電
時で出力電圧を調整する機能を有する。

【００３２】電圧調整器２２は、交流系統１から交流系
統２に電力を送る場合、通常運転時は、自励式変換機３
２が出力する交流電圧Ｖ２を交流系統２の所定の交流電
圧Ｖ１に変換する。交流系統１から交流系統２に電力を
送る場合、充電時は、電圧調整器２２は、使用しない。

【００３３】次に、自励式変換器３１，３２について説
明する。電圧型の自励式変換器３１の詳細回路例を図２
に示す。図２と図１において、同じ番号のものは同じも
のを表している。電圧型の自励式変換器３１は、ダイオ
−ドＤ１〜６と、自己消弧素子例えばゲ−トタ−ンオフ
サイリスタＧＴＯ１〜６とが１個ずつ組になって逆並列
に接続されている。６個のこのような組により、３相ブ
リッジが構成されている。もし、交流系統が単相の場合
は、４個のこのような組から単相ブリッジを構成すれば
よい。

【００３４】自励式変換器３２も自励式変換器３１と同
一の構成を有する。自励式変換器３２の詳細回路例を図
３に示す。図３と図１において、同じ番号のものは同じ
ものを表している。電圧型の自励式変換器３２は、ダイ
オ−ドＤ１Ａ〜６Ａと、自己消弧素子例えばゲ−トタ−
ンオフサイリスタＧＴＯ１Ａ〜６Ａとが１個ずつ組にな
って逆並列に接続されている。６個のこのような組によ
り、３相ブリッジが構成されている。

【００３５】自励式変換器３１は、変換器制御回路７１
０から制御パルスを受けて、交流を所定の電圧の直流に
変換する。自励式変換器３２は、変換器制御回路７２０
から制御パルスを受けて、直流を所定の電圧の交流に変
換する。

【００３６】自励式変換器３１は、変換器制御回路７１
０から制御パルスを受けて、直流を所定の電圧の交流に
変換することもできる。自励式変換器３２も、変換器制
御回路７２０から制御パルスを受けて、交流を所定の電
圧の直流に変換することができる。このため、交流系統
１から交流系統２に送電することおよび逆方向に送電す
ることが可能である。

【００３７】次に、図４により、通常運転時に、変換器
制御回路７１０からのパルスを受けた自励式変換器３１
が交流を直流に変える原理を説明する。図４は、自励式
変換器３１による交流を直流に変換する原理を示す説明
図である。図４（ａ）に示すように、交流系統１の出力
電圧（系統電圧）を示すベクトルをＶｓ、自励式変換器
３１の出力する電圧（変換機電圧）を示すベクトルをＶ
ｉとする。また、交流系統１と自励式変換器３１間のイ
ンピーダンス（変圧器の漏れインピーダンス）の抵抗分
をＲ、リアクタンス分をＸとする。系統電圧Ｖｓの位相
に対して変換器電圧Ｖｉの位相がδだけ遅れるように制
御されている場合の電圧／電流のベクトル関係は図４
（ｂ）のようになる。通常、ベクトルＶｓとＶｉとは、
その絶対値がほぼ等しく、抵抗分ＲはリアクタンスＸに
比して充分小さい。

【００３８】そこで、交流系統１から自励式変換器３１
へ流入する電力Ｐは、次式のように近似できる。

【００３９】Ｐ≒｜Ｖｓ｜・｜Ｖｉ｜・δ／Ｘこの式より、δ＞０のときは、交流系統１から自励式変
換器３１側に電力が流れ、δ＜０のときは、逆に自励式
変換器３１から交流系統１側に電力が流れる。すなわ
ち、δを制御することにより、電力の量およびその方向
が制御できる。後述する変換器制御回路７１０は、運転
指令回路７００から指令を受けて、自励式変換器３１の
各ＧＴＯ１〜６のゲートの点弧角の大きさを調整するこ
とにより、δの大きさと正負を制御する。

【００４０】次に、通常運転を開始する前に行われる直
流コンデンサ６０の充電について述べる。充電を行うと
きは、自励式変換器３１には、変換器制御回路７１０か
ら制御パルスは送られず、ＧＴＯ１〜６は、非導通状態
である。

【００４１】この時、後述する充電制御回路７３０によ
り、第１の遮断器１１が閉じられて、自励式変換器３１
に交流が印加され、印加された交流は、ダイオードＤ１
〜６の整流作用により直流に変換される。さらに、充電
制御回路７３０により、第２の遮断器５１が開かれてい
るので、この直流が抵抗器４１を介して直流コンデンサ
６０に加えられ、直流コンデンサ６０が図２に示すよう
に、上側が＋に、下側が−に充電される。整流作用は、
以下のように行われる。図２において、例えば、交流系
統１のＵ相の電圧がＶ相の電圧よりも高いときは、ダイ
オードＤ１から直流コンデンサ６０を介してダイオード
Ｄ５に電流が流れて、直流コンデンサ６０が充電され
る。Ｖ相の電圧がＵ相の電圧よりも高いときは、ダイオ
ードＤ２から直流コンデンサ６０を介してダイオードＤ
４に電流が流れて、直流コンデンサ６０が充電される。

【００４２】次に、図５により、通常運転時に、変換器
制御回路７２０からのパルスを受けた自励式変換器３２
が直流を交流に変える動作を説明する。図５（ａ）に、
ＧＴＯ４Ａ，ＧＴＯ１Ａ，ＧＴＯ５Ａ，ＧＴＯ２Ａ，Ｇ
ＴＯ６Ａ，ＧＴＯ３Ａのゲートに変換器制御回路７２０
から印加される制御パルスを示す。図５（ｂ）に得られ
た交流の線間電圧を示す。Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’，Ｘ’，
Ｙ’，Ｚ’は、それぞれ図３に示すＧＴＯ４Ａのカソー
ド、ＧＴＯ５Ａのカソード、ＧＴＯ６Ａのカソード、Ｇ
ＴＯ１Ａのアノード、ＧＴＯ２Ａのアノード、ＧＴＯ３
Ａのアノードを示す。図５（ｃ）に、上記のＵ’，
Ｖ’，Ｗ’各点での電圧を示す。図５（ａ）に示す制御
パルスを受けて、この制御パルスのオンおよびオフの順
序でＧＴＯ１から６がオンおよびオフされることによ
り、図５（ｂ），（ｃ）に示すような交流が得られる。

【００４３】次に、通常運転を開始する前に、直流コン
デンサ６０を充電するときの動作について述べる。この
とき、自励式変換器３２は、動作しない。

【００４４】この際、自励式変換器３１からの直流によ
り直流コンデンサ６０の充電が行われるが、自励式変換
器３１を使わずに、自励式変換器３２により交流を直流
に変えて直流コンデンサ６０を充電することとしてもよ
い。すなわち、交流系統２から交流を自励式変換器３２
に供給することができれば、直流コンデンサ６０を充電
することができる。

【００４５】この時は、以下のように自励式変換器３２
は動作する。変換器制御回路７２０から制御パルスは送
られず、ＧＴＯ１Ａ〜６Ａは、非導通状態となる。この
時、後述する充電制御回路７４０により閉じられた第１
の遮断器１２を介して自励式変換器３２に加えられた交
流は、ダイオードＤ１Ａ〜６Ａの整流作用により直流に
変換される。この直流により直流コンデンサ６０が充電
される。

【００４６】次に、電圧調整器２１，２２について説明
する。電圧調整器２１の詳細な回路例を図６に示す。本
電圧調整器２１は、充電制御回路７３０からの信号を受
けて、開閉が制御される２つの遮断器６１，６２と、２
つのタップ６３，６４を有する変圧器６５とを有する。
タップ６３，６４は、それぞれ遮断器６１，６２に接続
されている。タップ６３は充電時に用いられ、タップ６
４は、通常運転時に用いられる。タップ６３を用いたと
きの２次側と１次側の巻線比は、タップ６４を用いたと
きの２次側と１次側の巻線比よりも大きい。従って、充
電時は、通常運転時よりも高い電圧を、自励式変換器３
１を介して直流コンデンサ６０に供給することができ
る。通常運転開始時に直流コンデンサ６０の電圧を通常
運転時より高く充電し、通常運転に入ったときに、ダイ
オードＤ１〜６に流れる電流を少なくするため（電流０
が望ましい）、電圧調整器２１が充電時に出力する電圧
は、通常運転時の出力電圧よりも高く設定したものであ
る。

【００４７】なお、通常運転開始時の直流コンデンサ６
０の電圧が通常運転時の電圧より低くても、ダイオード
Ｄ１〜６を流れる電流が許容電流範囲内であり、問題が
ないと判断したときは、充電時の電圧調整器２１の出力
電圧を通常運転時の出力電圧よりも低いこととしてもよ
い。

【００４８】遮断器６１，６２は、充電制御回路７３０
により、以下のように制御される。直流コンデンサ６０
を充電するときは、充電制御回路７３０により、遮断器
６１が閉じられ、遮断器６２は、開かれて、自励式変換
器３１に通常運転時よりも高い電圧が供給される。通常
運転時は、充電制御回路７３０により、遮断器６１が開
かれ、遮断器６２は、閉じられて、通常運転時の電圧が
供給される。このように、充電時は、通常運転時より高
い電圧が自励式変換器３１を介して、直流コンデンサ６
０に供給されるので、直流コンデンサ６０の電圧は、充
電が終了したときは、通常運転時より高い電圧である。
この結果、通常運転開始時に直流コンデンサ６０を充電
するために大電流が流れることはなく、ダイオードＤ１
〜６に大電流が流れることもない。

【００４９】電圧調整器２２も電圧調整器２１と同一の
構成である。

【００５０】次に、抵抗器５１，５２の抵抗値の設定に
ついて説明する。抵抗器５１の抵抗値は、例えば、以下
のようにして決めることができる。充電開始時には、直
流コンデンサ６０は、充電されていないため、抵抗器５
１には、交流系統からの交流電圧が全て付加される。そ
の時の電圧（電圧調整器２１により、通常運転時よりも
高い電圧が付加されている）をＶ，抵抗器５１の抵抗を
Ｒ、その時に抵抗器５１を流れる電流（ダイオードＤ１
〜６を流れる電流でもある）をＩとすると、Ｉ＝Ｖ／Ｒ
であるから、この電流値がダイオードＤ１〜６の許容値
を越えないように抵抗Ｒを設定すればよい。その際に、
交流電圧の変動、ノイズ、抵抗器５１およびダイオード
Ｄ１〜６の特性のバラツキを考慮して余裕を持たせて、
抵抗値を設定する。抵抗器５２の抵抗値も抵抗器５１と
同様に決定される。

【００５１】次に、充電制御回路７３０，７４０につい
て説明する。充電制御回路７３０は、特許請求の範囲に
記載の「第１、第２の開閉手段」の機能を有するもので
あり、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵが実行する制御
プログラム、実行時に処理するデータを格納するメモ
リ、および入出力信号を処理する入出力インタフェース
回路とを有する。

【００５２】充電制御回路７３０は、充電時に、第１の
遮断器１１の開閉と、電圧調整器２１のタップ切り換え
（具体的には、図６の遮断器６１，６２の開閉）と、第
２の遮断器４１の開閉を制御して、ダイオードＤ１〜６
を損傷することなく、直流コンデンサ６０の充電を行
う。これらの遮断器１１，４１の開閉は、充電制御回路
７３０からの出力信号を受けた各遮断器内の磁気駆動回
路により、行われる。

【００５３】充電制御回路７３０によるこれらの遮断器
の制御方法を図７のタイミングチャートにより説明す
る。時刻ｔ１に充電制御回路７３０は、第２の遮断器４
１を開くための信号１１０を信号線７３０１を介して第
２の遮断器４１に出力する。時刻ｔ２に第２の遮断器４
１の開く動作が完了する。

【００５４】時刻ｔ３に、充電制御回路７３０は、電圧
調整器２１の遮断器６１を閉じ、遮断器６２を開くた
め、および第１の遮断器１１を閉じるための信号１１１
を、信号線７３０１，７３０２を介して、遮断器６１，
６２、第１の遮断器１１に出力する。時刻ｔ４に電圧調
整器２１の遮断器６１，６２の開閉動作が完了する。時
刻ｔ５に、第１の遮断器１１の閉じる動作が完了する。
遮断器により、動作が完了するまでの時間が異なるた
め、遮断器６１，６２と第１の遮断器の動作完了時刻が
異なる。

【００５５】時刻ｔ５より直流コンデンサ６０の充電が
開始する。充電制御回路７３０は、直流コンデンサ６０
の両端の電圧を信号線６０１により監視し、時刻ｔ６に
所定の充電完了レベルまで電圧が上がったことを確認す
る。

【００５６】時刻ｔ７に電圧調整器６１の遮断器６１を
開き、遮断器６２を閉じるため信号１１２を、信号線７
３０２を介して、電圧調整器２０に出力する。時刻ｔ８
に遮断器６１，６２の開閉動作が完了する。

【００５７】さらに、時刻ｔ６から所定の時間（例え
ば、１０秒）経過した時刻ｔ９に、第２の遮断器４１を
閉じるための信号１１３を、信号線７３０１を介して、
第２の遮断器４１に出力する。時刻ｔ１０に第２の遮断
器４１の閉じる動作が完了する。

【００５８】以上で充電制御回路７３０による充電制御
が終了する。その後、交流系統２側の第１の遮断器１
２、第２の遮断器４２も閉じられて、通常運転開始のた
めの準備が完了する。この後、自励式変換器３１，３２
が通常運転を開始する。

【００５９】充電制御回路７４０は、充電制御回路７３
０と、同一の構成である。そして、自励式変換器３２で
直流コンデンサ６０を充電する場合は、充電制御回路７
３０の制御方法と同様の制御方法で、充電制御回路７４
０が、第１の遮断器１２、電圧調整器２２、および第２
の遮断器４２を制御する。

【００６０】次に、運転指令回路７００および変換器制
御回路７１０，７２０について説明する。運転指令回路
７００および変換器制御回路７１０，７２０は、通常運
転時に自励式変換器３１，３２を制御して、自励式変換
器３１，３２に交流系統１から交流系統２への送電、ま
たは交流系統２から交流系統１への送電を行わせるもの
である。充電時は、運転指令回路７００および変換器制
御回路７１０，７２０は、使用しない。

【００６１】２つの変換器制御回路７１０，７２０は、
自励式変換器３１と自励式変換器３２とを協調運転させ
ることができる。運転指令回路７００および変換器制御
回路７１０，７２０による通常運転時の自励式変換器３
１，３２の制御方法の詳細は、例えば、特開平５−２１
１７７９号公報の５頁から７頁に記載されている。この
公報により、通常運転時の運転指令回路７００および変
換器制御回路７１０，７２０による自励式変換器３１，
３２の制御方法について述べる。

【００６２】自励式変換器３１の変換器制御回路７１０
の具体的構成を図８に示す。同図において、７００は自
励式変換器３１と自励式変換器３２の両方に運転指令を
出す前記運転指令回路、１３０１は直流系統５００の直
流電圧を検出する直流電圧検出回路、１３０２は運転指
令回路７００から出力される直流電圧指令値と直流電圧
検出回路１３０１より出力される直流電圧検出値との偏
差を求める加算器、１３０３は電圧偏差増幅回路で、加
算器１３０２と電圧偏差増幅回路１３０３で直流電圧一
定制御回路１３１８を構成する。

【００６３】また、１３０４は自励式変換器３１の交流
入力の３相交流電流を２相変換し、さらにｄｑ変換（回
転座標軸変換）する電流変換回路、１３０５は電圧偏差
増幅回路１３０３の出力とｄｑ変換された電流のｄ軸成
分検出値との偏差を求める加算器、１３０６は電流偏差
増幅回路であり、加算器１３０５と電流偏差増幅回路１
３０６でｄ軸電流一定制御回路１３２０を構成する。ｄ
軸電流一定制御回路１３２０の指令値は上記直流電圧一
定制御回路１３１８の出力で与えられる。

【００６４】１３０７は電流変換回路１３０４のもう一
つの出力であるｑ軸成分電流に変換用変圧器のインピー
ダンスを掛け算する掛算器、１３０８は電流偏差増幅器
１３０６の出力と系統電圧を表す信号Ｖｓと掛算器１３
０７の出力とを図示の極性で加算する加算器、１３０９
は自励式変換器３１の交流側の電圧Ｅａと電流Ｉａから
無効電力を計算する無効電力検出回路、１３１０は前記
運転指令回路７００からの無効電力指令値と無効電力検
出値の偏差を求める加算器、１３１１は無効電力偏差増
幅器で、加算器１３１０と無効電力偏差増幅器１３１１
で無効電力一定制御回路１３１９を構成する。

【００６５】１３１２は無効電力偏差増幅器の出力を指
令値として前記電流変換回路１３０４のｑ軸成分電流と
の偏差を求める加算器、１３１３は電流偏差増幅回路で
あり、加算器１３１２と電流偏差増幅回路１３１３によ
りａ軸電流一定制御回路１３２１を構成する。

【００６６】また、１３１４は電流のｄ軸成分に変圧器
のインピーダンスを掛け算する掛算器、１３１５は電流
偏差増幅器１３１３の出力と掛算器１３１４の出力を図
示の極性で加算する加算器、１３１６は前記加算器１３
０８の出力信号Ｘ及び１３１５の出力信号Ｙを次式にし
たがって、後述するＰＷＭ制御回路１３１７への入力信
号に変換するインターフェース回路である。

【００６７】

【数１】ｋ＝√（Ｘ²＋Ｙ²） … （１）

【００６８】

【数２】θ＝ｔａｎ~¹（Ｘ／Ｙ） … （２）更に１３１７は増幅指令ｋと位相指令θから自励式変換
器３１のゲートパルスを作成するＰＷＭ制御回路であ
る。以上の回路構成により直流電圧と無効電力とを独立
に制御できる。

【００６９】上記構成において自励式変換器３２の出力
のうち有効電力が増加して直流系統５００の直流電圧が
低下すると、加算器１３０２の出力が大きくなり、直流
電圧偏差増幅回路１３０３の出力が大きくなる。この出
力はｄ軸電流一定制御回路１３２０の指令値となるた
め、直流電流を増加して直流電圧を増加する。逆に直流
電圧が高くなった場合はｄ軸電流一定制御回路１３２０
の指令値が小さくなり、直流電流が減少して直流電圧が
低くなる。この際、無効電力偏差増幅回路１３１１の出
力は変わらないので、ｑ軸電流一定制御回路１３２１の
指令値は不変であり、自励式変換器３１の交流側の無効
電力は一定のまま保たれる。このようにして無効電力を
指令値の一定値に保ったままの状態で直流電圧が一定に
制御される。

【００７０】自励式変換器３２の変換器制御回路７２０
にも以上と同様の回路が備わっているが、２つの電流制
御回路、すなわちｄ軸電流一定制御回路、ｑ軸電流一定
制御回路の指令値は、直流電圧一定制御回路に代って有
効電力一定制御回路、自励式変換器３１側交流系統の無
効電力一定制御回路の代わりに逆変換装置側交流系統の
無効電力を一定に保つ制御回路から与えられる。

【００７１】次に自励式変換器３２の変換器制御回路７
２０における指令値作成部分の具体的回路構成を図９に
示す。同図において、７００は前記運転指令回路、１５
０１は交流電圧と交流電流から有効電力を算出する有効
電力検出回路、１５０２は運転指令回路７００からの有
効電力指令値と有効電力検出回路１５０１により検出さ
れる有効電力検出値との偏差を求める加算器、１５０３
は有効電力偏差増幅回路であり、加算器１５０２と有効
電力偏差増幅回路１５０３により有効電力一定制御回路
５０７を構成する。この出力は自励式変換器３１の変換
器制御回路７１０と同様に構成されるｄ軸電流一定制御
回路の指令値となる。１５０４は自励式変換器３２側の
交流系統の電圧Ｅｂと電流Ｉｂから無効電力を検出する
無効電力検出回路、１５０５は運転指令回路７００から
の無効電力指令値と無効電力検出値との偏差を求める加
算器、１５０６は無効電力偏差増幅回路であり、加算器
１５０５と無効電力偏差増幅回路１５０６により無効電
力一定制御回路１５０８を構成する。この無効電力偏差
増幅回路１５０６の出力は自励式変換器３１の変換器制
御回路７１０と同様に構成されるｑ軸電流一定制御回路
の指令値となる。以上の回路構成により有効電力と無効
電力を独立に制御できる。

【００７２】上記構成において自励式変換器３２の出力
のうち有効電力が増加すると加算器１５０２の出力が大
きくなり、有効電力偏差増幅回路１５０３の出力が大き
くなる。この出力は図示していないｄ軸電流一定制御回
路の指令値となるため、自励式変換器３２の出力交流電
圧を増加して有効電力を増加する。

【００７３】逆に有効電力が小さくなった場合はｄ軸電
流一定制御回路の指令値が小さくなり、交流電圧が減少
して有効電力が小さくなる。この際、無効電力偏差増幅
回路１５０４の出力は変わらないので、図示していない
ｑ軸電流一定制御回路の指令値は不変であり、自励式変
換器３２の出力側の無効電力は一定のままである。この
ようにして無効電力を指令値の一定値に保ったままの状
態で有効電力が一定に制御される。

【００７４】次にこのような変換器制御回路７１０，７
２０により直流送電装置における自励式変換器３１と自
励式変換器３２が安定に動作できることを次に説明す
る。自励式変換器３１側では無効電力を一定に制御しつ
つ、直流回路の電圧を一定に保つようにゲートパルスが
作られる。

【００７５】一方、逆変換装置側５では無効電力を一定
に制御しつつ、有効電力を一定に保つようにゲートパル
スが作られる。今、自励式変換器３２側の出力のうち有
効電力が小さくなった場合を考える。この場合は直流回
路の電圧が高くなり、自励式変換器３１の変換器制御回
路７１０における直流電圧一定制御回路１３１８が動作
して直流系統５００の直流電圧を一定にするように自励
式変換器３１の入力側の有効電力を減少させる。逆に自
励式変換器３２の出力側の有効電力が大きくなった場合
は直流系統５００の直流電圧が低くなり、自励式変換器
３１の変換器制御回路７１０における直流電圧一定制御
回路１３１３が動作して直流系統５００の直流電圧を一
定に保つように自励式変換器３１の入力側の有効電力を
増加させる。

【００７６】一方、自励式変換器３１側に入力される電
力のうち有効電力が低下して直流系統５００の直流電圧
が低くなると、自励式変換器３２の出力の交流電圧が低
くなるので、過渡的に有効電力が小さくなり直流電圧の
低下を抑える動作をするが、自励式変換器３２の変換器
制御回路７２０における有効電力一定制御回路１５０７
は、出力の交流電圧を高くして有効電力の低下を防ぐよ
うに動作する。このため直流電圧がさらに下がり、自励
式変換器３１ではこれを抑制するために出力電流を増加
し、直流電圧を高くする動作をして安定動作点に戻る。

【００７７】逆に自励式変換器３１側に入力される電力
のうち有効電力が増加し、直流系統５００の直流電圧が
高くなった場合は、以上とは逆の動作となり、いずれも
安定動作点に戻る。このようにして自励式変換器３１と
逆変換装置が協調をとった動作をして安定運転が行われ
る。

【００７８】次に、本直流送電システムの起動に先だっ
て行われる直流コンデンサ６０の充電方法を説明する。
従来の自励式直流送電システムに対して、本発明に係る
システムは、タップを備えた電圧調整器２１，２２、抵
抗器５１，５２、およびこれを通常運転時は短絡する第
２の遮断器４１，４２を設けている。

【００７９】通常運転が、まだ行われていないため、充
電に際し、第１の遮断器１１，１２は、開放されている
とする。まず、第２の遮断器５１を開放して抵抗器４１
を直流系統５００に接続する。第２の遮断器４１が開放
された状態で、交流系統１の第１の遮断器１１を投入し
て、充電を行う。このとき、直流系統５００に抵抗器５
１が接続された状態で、直流コンデンサ６０が充電され
るため、過大な充電電流によって素子が破壊するといっ
た現象は生じない。

【００８０】その後、電圧調整器２１のタップを通常運
転の状態に切り替え、第２の遮断器４１を閉じる。

【００８１】上記の充電時に、電圧調整器２１により、
通常運転時よりも高い電圧を直流コンデンサ６０に印加
することとしている。これは、通常運転開始時に、抵抗
器５１短絡用の第２の遮断器４１を介して交流系統１か
ら電圧を印加するため、通常運転時よりも高い電圧を直
流コンデンサ６０に印加しておかないと、抵抗器５１の
電圧降下分によって直列コンデンサ６０に、過大な充電
電流が流れるからである。即ち、直列コンデンサ６０充
電時にコンデンサ６０の充電電圧が交流系統１の電圧に
よって充電されるよりも少なくとも抵抗降下分だけ高い
電圧に充電しておくためのものである。従って起動時に
電圧調整器２１のタップを自励式変換器３１へ入力され
る交流電圧が高くなる位置に設定しておき、直列コンデ
ンサ６０の充電が完了した時点で通常運転時のタップ位
置に戻す操作を行う。

【００８２】また、電圧調整器２１のタップ切り替え時
には、直列コンデンサ６０への充電は完了しており、充
電電流が流れることはないので、電流を流した状態での
タップ切り替えはない。また、タップの段数も最小限充
電のためだけでよいので、タップ切り替えの機構は簡単
に構成でき、タップ付き変圧器の構造も複雑なものとは
ならない。

【００８３】なお、直流コンデンサ６０の充電は、交流
系統１，２の両方を用いて行ってもよい。このときは、
起動に際し第２の遮断器４１，４２を開放して、抵抗器
５１，５２を直流系統５００に接続する。次に、交流系
統１，２の第１の遮断器１１，１２を投入する。

【００８４】なお、図１には２つの抵抗器５１と５２及
び遮断器４１と４２を設け、いずれの交流系統１、２か
らも直列コンデンサを充電できる構成としている。しか
し、直列コンデンサ６０の充電を一方の交流系統からの
み行う場合には、どちらか一方のみを設けることとすれ
ばよい。

【００８５】なお、直流コンデンサを図１では、第１の
電力用自励式変換装置１０１内のみに設けることとして
いるが、第２の電力用自励式変換装置１０２内にも設け
ることとしてよい。

【００８６】本実施例によれば、従来のように付属の充
電回路を設けることなく、簡単な回路構成で、自励式変
換器を有する直流送電システムの安定な起動が行える。

【００８７】次に、一方の自励式変換器のみを運転して
交流系統の無効電力を調整する、即ち自励式無効電力補
償装置として直流送電システムを使用するものに、本発
明を適用した第２の実施例を、図１０により説明する。
この場合、抵抗器５１，５２に直列に、図１の５１１，
５２１の位置に遮断器を挿入して、この遮断器と前記第
２の遮断器４１，４２により、停止する自励式変換器を
直流系統５００からきりはなす。

【００８８】図１０は、図１のシステムを自励式無効電
力補償装置としても使用できるようにしたものである。

【００８９】図１０のシステムは、図１のシステムに、
抵抗器５１，５２を直流系統から切り離すための遮断器
５３１，５４１を追加し、変換器制御回路７１１，７２
１は、直流送電を行うために変換器３１，３２を制御す
る機能に加えて、無効電力補償を行うために変換器３
１，３２を制御する機能を有することとしたものであ
る。以下では、交流系統２の無効電力を自励式変換器３
２で補償し、自励式変換器３１、抵抗器５１は、第２の
遮断器４１および遮断器５４１により、直流系統から切
り離すこととする。本システムを直流送電に用いる場合
の動作は、図１と同様であるので、詳細説明は、省略す
る。

【００９０】図１０において、１０２は、自励式無効電
力補償装置である。２は、無効電力を補償すべき、図示
しない負荷を含んだ交流系統である。本装置１０２に
は、自励式無効電力補償装置１０２を交流系統２に接続
する第１の遮断器（交流側遮断器）１２と、タップ付き
の電圧調整器２２と、電圧型自励式変換器３２と、抵抗
器５２と、抵抗器５２を短絡する第２の遮断器（直流側
に設けられた遮断器であり、直流電流を切るためのもの
ではないので断路器でもよい）４２と、抵抗器５２を直
流系統から切り離すための遮断器５３１と、直流コンデ
ンサ６０と、自励式無効電力補償装置の運転指令回路７
０１と、運転指令回路７０１の指令値に基づき前記自励
式変換器３２を制御するパルスを出力する変換器制御回
路７１１とを有する。

【００９１】遮断器５３１は、自励式変換機３１により
交流系統１の無効電力を補償する場合に、抵抗器５２を
直流系統から切り離すためのものである。自励式変換機
３２により交流系統２の無効電力を補償する場合、第２
の遮断器４２により抵抗器５２は短絡されているため、
遮断器５３１は開いた状態でも閉じた状態でもどちらで
もよい。無効電力を補償する動作に先だって起動をする
際は、抵抗器５２を直流系統に接続する必要があるた
め、遮断器５３１は、閉じておく。

【００９２】図１０に示す構成要素のうち、図１に示す
構成要素と同一の符号を有するものは、同一の構成／機
能を有するため、詳細説明は省略する。

【００９３】自励式無効電力補償装置１０２による、通
常運転時における無効電力補償の原理について、図１
１，１２により説明する。図１１は、無効電力補償の原
理を示す図であり、Ｖｓは、交流系統２の電圧であり、
Ｒは、交流系統２の有する抵抗であり、Ｘは、交流系統
２の有するリアクタンスである。１０２１は、無効電力
補償装置１０２のうち直流コンデンサ６１を除いた部分
（インバータ）である。Ｖｇは、無効電力補償装置１０
２の出力電圧、Ｖｄは、直流コンデンサ６０の電圧であ
る。Ｉａは、ＶｇとＶｓの差により交流系統２に流れる
電流である。リアクタンスＸのため、Ｉａは、ＶｇとＶ
ｓの差の電圧に対して、９０度の進みまたは遅れがあ
る。

【００９４】交流系統２の無効電力を補償する（力率を
改善する）には、Ｖｓに対して９０度の進みまたは遅れ
を有する電流を交流系統に流せばよいので、上記Ｉａ
は、この位相に関する条件を満たす。従って、交流系統
２に流れる電流Ｉａの向き（９０度進んでいるか遅れて
いるか）および大きさを制御することができればよい。
ＶｇとＩａの間には、抵抗Ｒを無視すると、Ｖｇ＝Ｖｓ
＋ｊＸＩａ（ｊは虚数単位）の関係がある。これを図１
２（ａ），（ｂ）に示す。図１２（ａ）に示すように、
交流系統２の電圧Ｖｓに対して、Ｖｇを大きくすると、
進み電流が流れる。また、図１２（ｂ）に示すように、
交流系統２の電圧Ｖｓに対して、Ｖｇを小さくすると、
遅れ電流が流れる。従って、無効電力補償装置１０２で
は、その出力電圧Ｖｇを制御することにより、無効電力
の制御が可能である。なお、実際の交流系統２には、抵
抗分Ｒがあるため、Ｖｇ＝Ｖｓ＋（Ｒ＋ｊＸ）Ｉａを満
たすように電流Ｉａが流れる。すなわち、Ｖｇ＞Ｖｓの
場合は、図１２（ｃ）のように進み電流が流れ、Ｖｇ＜
Ｖｓの場合は、図１２（ｄ）のように遅れ電流が流れ
る。ＶｇはＶｓよりもわずかに位相が遅れる。抵抗によ
る損失分は、交流系統２より供給される。

【００９５】変換器制御回路７１１は、図１２（ｃ），
（ｄ）に示す状態を実現するために、以下のように、通
常運転時は、制御を行う。直流電圧Ｖｄの大きさは、Ｖ
ｓに対するＶｇの位相差を自励式変換器３２のＧＴＯの
ゲート制御により調整することにより制御できる。そし
て、電流Ｉａの基準値を運転指令回路７０１から受け
て、電流Ｉａが基準値になるようにインバータ１０２１
の出力電圧Ｖｇを制御する。

【００９６】以上を要約すると、電圧形自励式変換器３
２は等価的に電圧源で表すことができ、電圧源の電圧の
大きさを制御する、即ち自励式変換器３２の出力電圧の
大きさを制御することにより、進みから遅れの無効電力
を任意に発生させることができるということである。

【００９７】次に、本装置１０２の直流コンデンサ６０
の充電方法について説明する。従来の無効電力補償装置
では、起動に先だって行われる充電時に、別に設けた充
電回路を用いて直流コンデンサ６０を充電した後、交流
系統２へ接続する第１の遮断器１２を投入し、最後に、
自励式変換器３２を起動していた。

【００９８】本発明では、充電制御回路７３１により、
充電時は、第２の遮断器４２を開放し、遮断器５３１を
閉じる。さらに、電圧調整器２２のタップを自励式変換
器３２への出力電圧が高電圧側になるように切り替え
る。抵抗器５２が直流系統に挿入されている状態で、交
流系統２の第１の遮断器１２を投入する。

【００９９】遮断器１２の投入により自励式変換器３２
のダイオ−ドを介して直列コンデンサ６０が充電され
る。規定の値に充電されたことを充電制御回路７３１が
検知すると、充電制御回路７３１は、遮断器４２を閉
じ、電圧調整器２２のタップを通常運転時のタップに切
り替える。その後、遮断器５３１は閉じたままで、運転
指令回路７０１の指示を受けた変換器制御回路７１１に
制御されて、自励式変換器３２により無効電力の補償が
開始される。

【０１００】本実施例においても、充電開始時の過大電
流抑制用の抵抗器５２があることにより、直列コンデン
サ６０の充電完了時の電圧が抵抗器５２なしで充電した
場合の電圧より低下していることの対策として、抵抗器
５２による電圧低下に相当する分を電圧調整器２２のタ
ップを切り替えることにより、自励式変換器３２への入
力交流電圧を充電時は、上げておくのがよい。電圧調整
器２２は、第１の実施例で説明したように、このための
タップを備えている。電圧調整器２２のタップは、直列
コンデンサ６０を充電するときは、電圧調整器２２が自
励式変換器３２に出力することができる２つの交流電圧
値のうち、高い交流電圧値を出力するように、切り替え
られる。直列コンデンサ６０の充電が完了したときに、
通常運転時に使用するタップに切り替えられる。

【０１０１】この場合も、前記同様に、タップ切り替え
は充電電流が流れている状況では行わないので、タップ
切り替え用の遮断器に電流容量をもたせる必要はない。
また、タップの位置は何段も設ける必要もなく、充電用
のタップ位置と通常運転用のタップ位置の２つのみでよ
いので、タップ付き変圧器は簡単な構成となる。

【０１０２】本実施例によれば、従来のように付属の充
電回路を設けることなく、簡単な回路構成で、自励式無
効電力補償装置の安定な起動が行え、通常運転の準備が
できる。

【０１０３】次に、本発明の第３の実施例を図１３によ
り説明する。図１３は、第３の実施例に係る直流送電シ
ステム１０３のブロック図を示す。

【０１０４】本システムでは、充電時に自励式変換器３
１に通常運転時よりも高電圧を供給するための電圧調整
器として、電力用コンデンサ６２，６３を用いる。

【０１０５】１４，１５は、電力用コンデンサ６２，６
３を、充電時にのみ、交流系統４００，４０１に接続す
るための遮断器（交流側遮断器）である。遮断器１４，
１５は、直流コンデンサ６０の充電時に、充電制御回路
７３１，７４１からの信号により、閉じられる。充電完
了後、充電制御回路７３１，７４１により、開かれる。
遮断器１４，１５を用いて、充電時のみ、交流系統４０
０，４０１に電力用コンデンサ６２，６３を接続するこ
とにより、充電時は、変圧器２４，２５に通常運転時よ
りも高い交流電圧を供給することができる。従って、直
流コンデンサ６０に、抵抗器５１，５２による電圧降下
を考慮しても、通常運転時の電圧以上の電圧を供給する
ことができる。

【０１０６】図１４に遮断器１４、電力用コンデンサ６
２の詳細な結線図を示す。図１４（ａ）は、図１３に示
す結線の詳細図である。図１４（ｂ）は、他の結線例を
示す。

【０１０７】２４，２５は、タップ切り替え器を有しな
い変圧器である。第１の実施例と異なり、本実施例で
は、電力調整は、電力用コンデンサ６２，６３で行うた
め、変圧器２４，２５の巻線比は、一定でよく、タップ
切り替えが不要だからである。

【０１０８】図１３に示す構成要素のうち、図１と同じ
符号を付した構成要素については、その構成／機能は、
第１の実施例で述べた構成／機能と同一であるため、詳
細説明は省略する。

【０１０９】次に、直流送電システム１０３の、起動に
先だって行われる充電動作について説明する。充電制御
回路７３１により、第２の遮断器４１を開放することに
より、直流系統５００に抵抗器５１を挿入する。さら
に、充電制御回路７３１は、遮断器１４を閉じる。その
後、充電制御回路７３１は、交流系統１の第１の遮断器
１１を投入する。遮断器１４が投入され、電力用コンデ
ンサ６２が系統４００につながっているので、変圧器２
４に入力される交流電圧は、通常時に変圧器２４に入力
される交流電圧よりも高い値となっている。

【０１１０】この状態で自励式変換器３１のダイオ−ド
を介して直列コンデンサ６０が充電される。充電が完了
したことを信号線６０１を介して送られてくる直流コン
デンサ６０の電圧から充電制御回路７３１は検知する。
充電が完了したことを検知した充電制御回路７３１は、
遮断器１４を開放して、電力用コンデンサ６２を系統４
００から切り離す。その後、充電制御回路７３１は、第
２の遮断器４１を閉じる。運転指令回路７００は、変換
器制御回路７１０，７２０に通常運転の開始を指示し、
直流送電システム１０３は、通常運転に入る。

【０１１１】上記の第３の実施例においては、電力用コ
ンデンサを電圧調整器として、用いたが、直流コンデン
サ６０を充電する時に、自励式変換器の入力交流電圧を
高めるためには、他の電圧調整器、例えば同期調相機等
を用いてもよい。同期調相器を用いるときは、第３の実
施例において、電力用コンデンサ６２，６３の替わり
に、系統４００，４０１に遮断器１４，１５を介して、
同期調相器を接続すればよい。

【０１１２】なお、上記の実施例においては、直流コン
デンサの充電は、充電制御回路により、行うこととした
が、本発明は、これに限られるものではなく、充電制御
回路が行う各機器の制御を、例えば、図７のタイミング
にしたがって、ユーザが行うこととしてもよい。

【０１１３】本発明によれば、従来のように付属の充電
回路を設けることなく、簡単な回路構成で、自励式変換
器を有する直流送電システムの安定な起動が行える。

【０１１４】

【発明の効果】本発明によれば、従来のように直流コン
デンサを充電するための付属の充電回路を設けることな
く、簡単な回路構成で、自励式変換器を有する自励式直
流送電システムや自励式無効電力補償装置の安定な起動
が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る、自励式変換器を
有する直流送電システムの構成を示すブロック図。

【図２】第１の実施例に係る自励式変換器の構成を示す
ブロック図。

【図３】本発明の第１、２の実施例に係る自励式変換器
３２の構成を示すブロック図。

【図４】交流を直流に変換する原理の説明図。

【図５】本発明の第１、２の実施例に係る自励式変換器
３２の動作を示す図。

【図６】本発明の第１、第２の実施例に係る電圧調整器
の構成を示すブロック図。

【図７】本発明の第１の実施例に係る充電制御回路の動
作を示す図。

【図８】本発明の第１、２、３の実施例に係る変換器制
御回路の構成を示すブロック図。

【図９】本発明の第１、２、３の実施例に係る変換器制
御回路の構成を示すブロック図。

【図１０】本発明の第２の実施例に係る、自励式変換器
を有する無効電力補償装置の構成を示すブロック図。

【図１１】本発明の第２の実施例に係る無効電力補償の
原理を説明する図。

【図１２】本発明の第２の実施例に係る無効電力補償の
原理を説明する図。

【図１３】本発明の第３の実施例に係る、自励式変換器
を有する直流送電システムの構成を示すブロック図。

【図１４】本発明の第３の実施例に係る電力用コンデン
サおよび遮断器の結線を示す図。

【図１５】従来技術に係る、自励式変換器を有する直流
送電システムの構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１，２：交流系統、１１，１２，１４，１５：第１の遮
断器、２１，２２：タップ付き電圧調整器、２４，２
５：変圧器、３１，３２：自励式変換器、４１，４２：
第２の遮断器、５１，５２：抵抗器、６０：直流コンデ
ンサ、６２，６３：電力用コンデンサ、７００：運転指
令回路、７１０，７２０：変換器制御回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流系統から供給される交流を直流に変換
して、直流系統に出力する変換器と、上記直流系統に接
続され、上記直流系統を流れる直流を平滑化するための
直流コンデンサとを有する電圧型の電力用変換装置にお
いて、上記変換器と上記交流系統との接続または切り離しを行
う第１の開閉手段と、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入された抵
抗器と、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入され、上
記抵抗器とは並列に接続され、上記電力用変換装置の通
常運転時は閉じられ、上記電力用変換装置の通常運転開
始前の上記直流コンデンサの充電時は開かれる第２の開
閉手段と、上記電力用変換装置の通常運転を開始する前に、上記第
２の開閉手段に電流が流れていない時点での該第２の開
閉手段を開き、かつ、上記第１の開閉手段を閉じて、上
記交流系統からの交流を上記変換器に供給する第１の開
閉制御手段と、上記供給された交流が上記変換器により直流に変換さ
れ、得られた直流により上記直流コンデンサが充電され
た時に、充電が完了したことを判断し、上記第２の開閉
手段を閉じる第２の開閉制御手段とを有することを特徴
とする電力用変換装置。
【請求項２】交流系統から供給される交流を直流に変換
して、直流系統に出力する変換器と、上記直流系統に接
続され、上記直流系統を流れる直流を平滑化するための
直流コンデンサとを有する電圧型の電力用変換装置にお
いて、上記電力用変換装置の通常運転を開始する前の上記直流
コンデンサの充電時に、上記変換器と上記交流系統とを
接続するために、閉じられる第１の開閉手段と、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入され、上
記充電時に、上記直流コンデンサへの充電電流を制限す
る抵抗器と、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入され、上
記抵抗器とは並列に接続され、上記電力用変換装置の通
常運転時は閉じられて上記抵抗器を短絡し、上記充電の
開始時で電流が流れていないときに開かれる第２の開閉
手段とを有することを特徴とする電力用変換装置。
【請求項３】直流系統から供給される直流を交流に変換
して、交流系統に出力する変換器と、上記直流系統に接
続され、上記直流系統における直流を平滑化するための
直流コンデンサとを有し、上記変換器は、上記変換器の
通常運転を開始する前の上記直流コンデンサの充電時
に、上記交流系統から交流を入力されて、直流に変換す
ることが可能である電圧型の電力用変換装置において、上記充電時に、上記変換器と上記交流系統とを接続する
ために、閉じられる第１の開閉手段と、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入され、上
記充電時に、上記直流コンデンサへの充電電流を制限す
る抵抗器と、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入され、上
記抵抗器とは並列に接続され、上記電力用変換装置の通
常運転時は閉じられ、上記充電の開始時で電流が流れて
いないときに開かれる第２の開閉手段とを有することを
特徴とする電力用変換装置。
【請求項４】請求項１、２または３記載の電力用変換装
置において、上記変換器の交流系統側に設けられ、上記交流系統から
上記変換器に入力される交流の電圧を、少なくとも２段
階に調整可能であり、上記充電時は上記２段階の電圧の
うち高い方に上記交流の電圧を調整し、充電終了後の通
常運転時は、低い方の電圧に上記交流の電圧を調整する
電圧調整器を有することを特徴とする電力用変換装置。
【請求項５】請求項４記載の電力用変換装置において、上記電圧調整器は、上記交流系統から交流を入力されて、上記変換器に出力
する交流の電圧を少なくとも２段階に切り換えることが
できるように、上記切り換え段数に応じた数のタップを
有する変圧器と、上記タップごとに設けられ、上記交流系統からの交流を
上記タップに供給する開閉手段とを有することを特徴と
する電力用変換装置。
【請求項６】請求項４記載の電力用変換装置において、上記電圧調整器は、電力用コンデンサと、上記電力用コンデンサと上記交流
系統との接続および切り離しを行う開閉手段とを有する
ことを特徴とする電力用変換装置。
【請求項７】交流系統から供給される交流を直流に変換
して、直流系統に出力する変換器と、上記直流系統に接
続され、上記直流系統を流れる直流を平滑化するための
直流コンデンサとを有する電圧型の電力用変換装置の起
動方法であって、上記電力用変換装置の通常運転を開始する前に、上記変
換器と上記交流系統とを接続して、上記交流系統から上
記変換器に交流を供給し、上記変換器は、上記供給された交流を直流に変換し、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入された抵
抗器と、該抵抗器に並列接続された断路器とのうち、上
記電力用変換装置の通常運転開始前で且つ該断路器に電
流が流れていないときに、該断路器を開いて、上記変換
器からの直流を該抵抗器を介して、上記直流コンデンサ
に供給し、供給された上記直流により、上記直流コンデンサを充電
し、充電後、上記断路器を閉じて上記抵抗器を短絡すること
により、上記変換器と上記直流コンデンサとの間を直接
接続して、上記変換器の通常運転を行い、交流を直流に
変換することを特徴とする電圧型の電力用変換装置の起
動方法。
【請求項８】交流系統から供給される交流を直流に変換
して、直流系統に出力する変換器と、上記直流系統に接
続され、上記直流系統を流れる直流を平滑化するための
直流コンデンサとを有する電圧型の電力用変換装置の起
動方法であって、出力電圧を複数段階に切り替え可能なように複数のタッ
プを有する変圧器の高い方の電圧を出力するための上記
タップを介して、上記電力用変換装置の通常運転を開始
する前に、上記変換器と上記交流系統とを接続し、上記変圧器により上記変換器に通常運転時よりも高い電
圧の交流を供給し、上記変換器は、上記供給された交流を直流に変換し、上記変換器と上記直流コンデンサとの間に挿入された抵
抗器と、該抵抗器に並列接続された断路器とのうち、上
記電力用変換装置の通常運転開始前で且つ該断路器に電
流が流れていないときに、該断路器を開いて、上記変換
器からの直流を該抵抗器を介して、上記直流コンデンサ
に供給し、供給された上記直流により、上記直流コンデンサを充電
し、充電後、上記断路器を閉じて上記抵抗器を短絡すること
により、上記変換器と上記直流コンデンサとの間を直接
接続し、上記変圧器の低い方の電圧を出力するための上記タップ
を介して、上記変換器と上記交流系統とを接続し、上記変換器に、通常運転時の電圧を有する交流を供給し
て、上記変換器の通常運転を行い、交流を直流に変換す
ることを特徴とする電圧型の電力用変換装置の起動方
法。