JPH04506146A - 直流高圧線からの電力取り出しシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 直流高圧線からの電力取り出しシステム電力の長距離送電に直流高圧が次第に多 く用いられているが、その理由は特に配線コストが安いからである。

このシステムで大きなコストを占めるのは電流変換器および変圧器である。従っ て高圧線の各所に比較的低電力の完全な受電装置を設けることは実際的ではない 。

低電力の取り出しすなわち分岐の場合は、特に全送電電力の例えば１０％以下で は、線路電圧低下に相当する電力を取り出しまたは分岐するように直流回路に直 列に取り出し装置を接続することがこれまで提案されてきた。

最も簡単な方法は三相の電流変換器ブリッジを直流回路に直列に接続することで ある。変換器ブリッジは変圧器を介して三相回路と直接に接続される。ブリッジ は線路変換される、つまり制御素子による変換は三相回路網の交流電圧の助けに よって行われる。

この種のシステムの第一の欠点は、線路制御される変換が同期機器を必要とする ことで、小規模または中規模の回路網では高価になる。第二の欠点は、変圧器が 電力の割に高価であり、また第三の欠点は交流回路の外乱と干渉のために変換器 や主回路網の変換に乱れを生じることである。

本発明の一つの目的は、これらの欠点を持たない直列式のエネルギー取り出しシ ステムを提供することである。

他の目的は、経済的に可能な方法で、小回路網に小電力を供給出来るようなエネ ルギー取り出しシステムを提供することである。この問題は、電力会社が人口密 度の小さな地区にコストか高くつく電力線を引いて電流を供給することをなぜし ぶるのか、その理由が余り理解されない場合に非常に重要になる。

請求項１に述べる特徴を持つシステムによってこの発明を実施すれば、これらの または他の目的は達成できる。

本発明により、比較的コストの安い部品を使って大規模な直流高圧回路網から少 量のエネルギーを取り出し、妥当なコストで小電流を供給することができる。高 圧線に接続する必要があるのは、地上からオプチカル・ファイバーを使って制御 される関連変換装置を備えた変換器ブリッジと、変圧器の一次巻線だけである。

そしてその巻線が受け持つことは、取り出したすなわち分岐した電力に等しい電 圧降下だけである。

概念を理解するために、電圧＋−５００ｋＶ、最大電流１６００Ａの既知の直流 高圧回路網を考える。この回路網の電線に接続されるのは第１変換器ブリツジと 変圧器の一次巻線である。共に単相でよい。−次巻線は最高電流１６００Ａに耐 えることができ、変圧器の鉄心との絶縁耐力は５００ｋＶでなければならない。

他方取り出し電　、力に相当する電圧、例えば最大電力８０ＭＷで最大５０ｋＶ 、よりＩＶでも多く巻線にかける必要はない。また、もし取り出される交流の周 波数が通常の回路網の周波数よりも高（、例えば１２０−１５０Ｈｚであれば、 変圧器のコストは下げられる。すると変圧器の二次側からは例えば４０ｋＶ、２ ｋＡが得られ、第２変換器で４０ｋＶのローカルな直流電圧に整流されるが、こ れは強制変換とする。第３変換器の変換によってこの直流電圧から三相電圧が生 成されることが望ましいが、本例の場合にはこの変換器はローカルな送電に適し た電圧で５０または６０Ｈｚの回路網周波数に強制変換させられる。

ローカルな直流回路網はコンデンサーによって電圧を一定にすることか望ましく 、また一時的なエネルギー貯蔵のために蓄電池を任意に備えてもよい。電力出力 を制御するには、第３変換器の電力出力が増すにつれて低下し勝ちなローカル直 流電圧を検出することや、所望のローカル直流電圧を得るように第１および第２ 変換器の変換を制御することによって行うのが望ましい。

第２および第３変換器は消弧可能な制御素子例えばＧＴＯサイリスターで作るの がよく、また第１変換器はゼロクロスで消弧する種類のサイリスタを含むのが望 ましい。

直流高圧回路網は電力取り出しによって発生する高調波を除くためにフィルター 回路を含むとよい。

取り出し装置のコストは妥当なものであろう。というのは、特に高圧線からの二 つの変換子ライザー間の電圧が比較的低いので、共通のがいしを用いて変換子ラ イザーを第１および第２変換器ブリッジ間の変換器変圧器に取り付けられるから である。

一つの実施例および多くの変形を図面と共に以下に説明する。直流高圧送電に関 する既知の技術の詳細は述べないので、この分野の文献例えばＥ、ウールマン（ Ｕｈｌｍａｎｎ　）の「直流送電（シュブリンガー（ｓｐｒｉｎｇｅｒ）出版社 １９７５年）」を参照されたい。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の原理に従って構成されたシステムのブロック図である。

第２図、第３図は回路の更に詳細な図示である。

第４図は、例示の取り出しシステム用の制御システムの構成を図示するブロック 図である。

第１図のブロック図は相互に異なった四つの電圧システムを持った主要な構成を 示す。すなわちエネルギーを取り出すすなわち分岐する例えば５００ｋＶの高圧 システムと、望ましくは標準回路網周波数の２−４倍の周波数を持つ第１交流シ ステムＡＣＩと、例えば４０ｋＶの直流電圧システムＤＣと、回路網の周波数を 持ちローカルの配電回路網を供給／構成する第２交流システムＡＣ２とである。

エネルギーはこれらのシステムの間を、変換器ブリッジを通して送られる。第１ 交流システムは単相システムであってもよいが、第２図に示すように三相回路網 であってもよい。

電力取り出しの制置範囲を広くするために、直流高圧回路に複数の起動および停 止できる変換器ブリッジを入れてもよい。各ブリッジはそれぞれ交流を伝えるか 、その電力は例えば各第１変圧器の一次巻線に電流を供給することによって結合 される。このようにして、寸法を適当に選べば、整流用サイリスター０点弧角を 大き過ぎないようにし、点弧角が大きい場合に起こるよく知られた問題を防ぐこ とができる。

高圧側に必要なサイリスターは４個だけだから、明らかに単相回路のコストが一 番安い。これらのサイリスターはシステムにかかる高圧電流の最大電圧低下に耐 えさえすればよく、変圧器４では高圧絶縁をされた巻線はただ一つだけでよい。

これは寸法の問題であり、第２図に示したように電力取り出しすなわち分岐が増 えた場合は、いくつかの変換器１．１’を直列に接続することができ、また一般 の要求に合わせた更に高価な１２パルス変換などを行うことができる。しかし中 規模から小規模の取り出しの場合には、変圧器４をより低コストで作ることがで きるので、単相で周波数は１２０−１５０Ｈｚとするのが望ましい。取り出し電 力すなわち分岐電力が制御できるように周波数を変更してもよい。

第２図は直流高圧線の端局Ａ、Ｂ、および回路中の一つの電線に接続された電力 取り出しシステムを含む全回路網を図式的に示したものである。この電線は一対 （図示せず）の架空線から成っていてもよい。

第２図および第３図に図示したシステムは変換器２および３のサイリスター制御 素子を含めたもので、これらの制御素子は電流パルス（ＧＴＯタイプ）で消弧で きる。

第２図に示す変換器２は定電圧の強制変換型であることを示している。変換器ｌ と２の少なくとも一つは強制変換型でなければならない。変換器２は次に直流結 合によって変換器３に接続されるが、これは強制変換型であり、配電用の交流回 路網に直接に接続されている。直流電圧が比較的に一定であれば、エネルギー貯 蔵用の蓄電池に接続することもできる。この蓄電器は「休止中の」交流回路網を 立ち上げるのに用いられ、また直流回路の短期の外乱が交流回路網を乱したりま たはその逆が起こることを防ぐ。変換器３が強制変換型であれば接続された回路 網は同期機器を含まなくてもよい。

ローカル回路網が他の電源を持たない場合は、回路網の周波数は、これも強制変 換型の変換器３の変換周波数だけによって制御される。最も簡単な変形では、変 換器３は方形波電流変換器として制御される。交流電圧の基比例係数Ｋ。は方形 波変換器の定数であるが二つの位相変位６パルスブリツジ、いわゆるＮＰＣ結合 を用いてパルス幅変調によって制御してもよい。これはエクストロームの文献、 「高電力エレクトロニクスＨＶＤＣ５ＶＣＪ　（ストックホルム１９８９年）に 記述されている。

以下に述べるのにはＫ　ａｌが一定、交流電圧がＵ　ｖ＋で、ローカル交流電圧 回路網の電圧が操向電圧Ｕ、で制御される簡単な操向および制御システムである 。他方、Ｋ。

が制御できるようにシステムが構成されていれば、直流電圧結合における電圧Ｕ 、は、蓄電器を結合電圧に接続できるような一定値に操向される。

第４図は第１図で示したシステムの操向および制御システムをブロック図で示し たものである。この場合変換器２と変換器３の点火システムは特に簡単である。

なぜならこれらの変換器は周波数ｆ４とｆＬの所望の値を与えるように完全に操 向されているからである。例えば、制御システム５および６はそれぞれ２＊ｆ４ および６＊ｆＬの周波数を持ったパルスによってトリガーされるリングカウンタ ーの形でよい。

主な問題は、ローカル回路網か所望の交流電圧Ｕ　ｄ　ｅになるようにＵＬを操 向することである。最も簡単な変形では、この回路網は図４に示すようにフィー ドバックシステムを構成することができる。ここでは測定電圧ＵＬが所望電圧Ｕ 　Ｌ　ｒ　＊　Ｉと比較されている。測定電圧が非常に低い場合には、電圧調整 器７が入力電力Ｐに加えるべき適切な値を計算して、変換器ｌの制御器８に与え る。測定電圧Ｕ４はまた制御器８にも入力される。制御器は、エクストロームの 前記の文献の第７章に記載の、直流高圧変換器の図示した方法で構成してもよい 。この変換器の点火パルスは、Ｐが正なら遅れ、Ｐが負なら早くなるようになっ ている。点火パルスが変換器１に遅れて与えられると、点弧角が増して消弧角が 減り、それが更に一定の交流電圧Ｕ４で変換器１にかかる直流電圧Ｕ　ｄｉを増 加させる。直流電流１　ｄｌが一定ならば、Ｕｄｌが増加すれば直流電圧と結合 されたコンデンサーＣに供給される電力も増加し、従って前記のコンデンサーに かかる電圧ＩＬｄＣも増加する。変換器ｌの変換誤差を防ぐために、前記のエク ストロームの文献に記述された直流高圧変換器の制御システムと同様な制御シス テム８が与えられるが、その消弧角は予定の最小値より決して小さくならないと いう限界がある。

本発明の範囲に入り、本技術に精通した人なら実現できるような各種の応用例は 数多く考えられる。個々の場合の取り出しすなわち分岐電力の大きさによって、 複雑さの程度は大きく異なる。上述の例は主として取り出し電力が比較的低い場 合であり、本発明が持つ利点は最も大きいと考えられる。しかし前記のように、 第１変換器として三相／６バルス変換器を用いたり単に１２パルス変換器を用い たりすれば、高圧側にフィルターを設けたり外乱を取り除いたりするような問題 が少なくなるので、本システムは高電力の取り出しにもかなりの程度応用される 。

Ｆｌ（１，１ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直流電流線（直流高圧）が第１変換器ブリッジ（１）と第１変圧器（４）の 一次巻線とに直列に接続された直流高圧送電線からローカル回路網に電力を取り 出すシステムで、第１変圧器の二次巻線は第２変換器ブリッジ（２）に接続され 、これが二次直流電圧回路網に接続され、更にローカル回路網（Ｌ）の交流電流 を発生する第３変換器ブリッジ（３）が接続されていることを特徴とするシステ ム。 ２．直流高圧線に接続される第１変換器ブリッジは単相ブリッジであり、第１変 圧器は単相変圧器であることを特徴とする、請求項１記載のシステム。 ３．第１変換器ブリッジは電気信号で点弧され、電流のゼロクロシングだけで消 弧される半導体制御素子から成り、第２および第３変換器ブリッジは電気的に点 弧および消弧できる半導体制御素子で構成することを特徴とする、請求項１およ び請求項２記載のシステム。 ４．第２変換器ブリッジ（２）は電圧一定になるように構成され、前記のブリッ ジの直流電圧出力は安定化コンデンサーで分路されていることを特徴とする、前 記の各請求項記載のシステム。 ５．安定化コンデンサーは蓄電池に並列に接続されていることを特徴とする、請 求項４記載のシステム。 ６．第１変換器ブリッジ（１）および第２変換器ブリッジ（２）は通常の回路網 周波数より２−４倍高い周波数で変換するように構成され、第３変換器ブリッジ （３）は通常の回路網周波数で変換するように構成することを特徴とする、前記 の各請求項記載のシステム。 ７．直流高圧の直流電流線が複数の変換器ブリッジ（１，１′）に直列に接続さ れ、各ブリッジは少なくとも部分的に停止することができ、各ブリッジは第１変 圧器（４）に供給される電力に違った影響を与える個々の交流電流を供給できる ことを特徴とする、前記の各請求項記載のシステム。