(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各送電線（１２、１４）が２つの端部（１６、１８）を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流をそれら端部において搬送する少なくとも２つの送電線を含む送電系統において電力潮流を制御する電力潮流コントローラ（１０）であって、
少なくとも２つの送電線のうち第１の送電線（１２）に直列に結合された交流端子と、直流端子とを有する第１の直流−交流インバータ（２６）、
少なくとも２つの送電線のうち第２の送電線（１４）に直列に結合された交流端子と、直流端子とを有する第２の直流−交流インバータ（２８）、
第１の直流−交流インバータ（２６）により発生される基本周波数の交流電圧の大きさ及び位相角を第１の送電線（１２）を流れる電流の大きさ及び位相角に対して制御することにより、第１の送電線の実効無効インピーダンス及び実効有効インピーダンスを選択的に調整して第１の送電線の２つの端部間を搬送される有効電力を制御すると共に、第１の送電線に直列に仮想有効インピーダンスを注入して第１の直流−交流インバータ（２６）により第１の送電線（１２）から第２の直流−交流インバータ（２８）の直流端子へ搬送される有効電力を制御する第１の制御手段（３２）、
第２の直流−交流インバータ（２８）により発生される基本周波数の交流電圧の大きさ及び位相角を第２の送電線（１４）を流れる電流の大きさ及び位相角に対して制御することにより、第２の送電線の実効無効インピーダンス及び実効有効インピーダンスを選択的に調整して第２の送電線の２つの端部間を搬送される有効電力を制御すると共に、第２の送電線に直列に、第１の直流−交流インバータ（２６）により第１の送電線に直列に注入される仮想有効インピーダンスとは大きさが同じであるが極性が反対の仮想有効インピーダンスを注入して第２の直流−交流インバータ（２８）がその直流端子で受ける有効電力を第２の送電線（１４）へ搬送する第２の制御手段（３２）、及び
第１及び第２の直流−交流インバータ（２６、２８）により第１及び第２の送電線（１２、１４）に直列に注入される仮想有効インピーダンスの大きさ及び極性を選択することにより、第１の送電線と第２の送電線との間でその選択に応じた有効電力が搬送されるようにする電力等化制御手段（３２）より成る電力潮流コントローラ（１０）。
【請求項２】
各送電線（４０、４２、４４）が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流をそれら端部間において搬送するＮ個の送電線を含む送電系統において電力潮流を制御する電力潮流コントローラであって、
各々がＮ個の送電線のうちの選択された１個に直列に結合された交流端子と、直流端子とを有するＮ個の直流−交流インバータ（３４、３６、３８）、
Ｎ個の直流−交流インバータの直流端子を接続する直流リンク（４６）、
各々が、それぞれ独立に、そして協働して、Ｎ個の直流−交流インバータのうちの１つのインバータにより発生される基本周波数の交流電圧の大きさ及び位相角を該インバータが結合された送電線を流れる電流の大きさ及び位相角に対して制御することにより、該送電線の実効無効インピーダンス及び実効有効インピーダンスを選択的に調整して該送電線の２つの端部間を搬送される有効電力を制御すると共に、該送電線に直列に仮想有効インピーダンスを注入して該送電線と残りのＮ−１個の送電線との間で搬送される有効電力を制御するＮ個の制御手段、及び
Ｎ個の直流−交流インバータの各々によりそれぞれの送電線に直列に注入される仮想有効インピーダンスの大きさ及び極性を選択することにより、Ｎ個の送電線間で搬送される有効電力の和がゼロになるようにする電力等化制御手段より成る電力潮流コントローラ。
【請求項３】
各送電線（４０、４２、４４）が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流をそれら端部間において搬送するＮ個の送電線を含む送電系統において電力潮流を制御する電力潮流コントローラであって、
交流電源に並列に接続された交流端子と、直流端子とを有する交流−直流電力コンバータ（５８）、
各々がＮ個の送電線のうちの選択された１個に直列に結合された交流端子と、直流端子とを有するＮ個の直流−交流インバータ（４８、５０、５２）、
交流−直流電力コンバータの直流端子とＮ個の直流−交流インバータの直流端子とを接続する直流リンク（５６）、
各々が、それぞれ独立に、そして協働して、選択された１つの直流−交流インバータにより発生される基本周波数の交流電圧の大きさ及び位相角を該インバータが結合された送電線を流れる電流の大きさ及び位相角に対して制御することにより、該送電線の実効無効インピーダンス及び実効有効インピーダンスを選択的に調整して該送電線の２つの端部間を搬送される有効電力を制御すると共に、該送電線に直列に仮想有効インピーダンスを注入して交流電源と残りのＮ−１個の送電線との間で搬送される有効電力を制御するＮ個のインバータ制御手段、及び
交流電源と交流−直流コンバータとの間で交換される有効電力を制御することによりＮ個の直流−交流インバータへ有効電力を供給して該インバータがＮ個の送電線に所定の電力潮流を維持できるようにするコンバータ制御手段より成る電力潮流コントローラ。
【請求項４】
交流電源は交流系統の１または２以上の送電線により提供される請求項３の電力潮流コントローラ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、交流送電線における電力潮流の制御装置及び方法に関し、さらに詳細には、個々の送電線に対して直列無効電力補償を行うことができると同時にこれら送電線間における有効電力の転送が可能な電力潮流コントローラ及び制御方法に関する。
交流送電線を流れる電力潮流は、ラインインピーダンス、送端及び受端電圧の大きさ、及びこれら電圧間の位相角の関数である。個々の送電線の電力潮流は、固定またはサイリスタ制御の直列キャパシタを用いる無効電力直列補償によるか、あるいは移相変圧器により制御するのが一般的である。近年、ソリッドステート・スイッチングコンバータを用いる新型の電力コントローラが提案されている。米国特許第５，１９８，７４６号（発明の名称：Transmission Line Dynamic Impedance Compensation System）は、送電線電流と直角位相で被制御電圧を注入することにより無効ラインインピーダンス及び送電電力を制御できる装置を記載している。米国特許第５，３４３，１３９号（発明の名称：Generalized Fast Flow Power Controller）は、適当な電圧を注入することによって送電線インピーダンス、電圧及び位相角を同時に、または選択的に、制御して送電電力を制御できる装置を記載している。１９９４年１２月３０日付け出願の同一出願人に譲渡された米国特許出願第０８／３６６，６４６号（特表平１１−５１１９４６号公報）は、米国特許第５，１９８，７４６号に記載されたと同様な態様で送電線電流と直角位相で電圧を注入することにより無効ラインインピーダンスを制御し、さらに外部のエネルギー貯蔵手段を用いて送電線電流と同相の電圧成分を挿入することによって送電線に直列に正または負の仮想有効インピーダンスを一時的に発生させ、電力動揺の制動を支援できる改良型直列補償方法を記載している。
これら全ての電力潮流コントローラに共通する特徴は、従来式または電子式装置のいずれを使用するかには無関係に、結合された単一送電線の電力潮流を直接制御できるに過ぎないことである。しかしながら、電圧バスには通常、何本かの送電線が接続されており、それら送電線の他端は、送電回路網の構造によっては、別の共通電圧バス或いは種々のバスに接続されている。送電線は似たような或いは種々のインピーダンスをもつものである。従って、送電回路網の１本の送電線の電力潮流を制御しても、それが回路網全体を経済的に利用する最適の解法にならないであろうことが容易に分かる。例えば、複数本のラインよりなる送電線網では、１つの送電線が過負荷状態にあり、別のラインが負荷不足状態にある場合、理想的な解法は、他の送電線の電力潮流への影響を極力抑えながら、負荷不足状態の送電線の送電電力を増加させ、過負荷状態の送電線の電力を減少させることであろう。最新式の電力潮流コントローラは１つの送電線のみの電力潮流を増減できるに過ぎず、その送電線における変化が他の全ての送電線の電力潮流に影響を与える可能性がある。かくして、有効電力の負担を１つの特定の送電線から別の送電線へ直接転送することができず、所望の潮流レベルが得られるまで個々の電力潮流コントローラにより各送電線の電力潮流を間接的に変化できるに過ぎない。
発明の概要
本発明は、直列電圧注入の方法により個々の送電線の送電電力を制御できるだけでなく、１つの特定の送電線から他の１または２以上の送電線へ所定量の電力を転送することも可能な、送電線間電力潮流コントローラ（ＩＰＦＣ）において実現される。ＩＰＦＣは、個々の送電線に対して無効電力直列補償を行い、同時にこれら送電線間において有効電力を制御された態様で転送することにより電力潮流を制御する。
本発明に従って構成した電力潮流コントローラは、各送電線が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流をそれら端部間において搬送する少なくとも２つの送電線を含む送電系統の電力潮流を制御する。このコントローラは、送電線を流れる交流電流の基本周波数で、大きさが可変で且つ送電線電流に対する位相角が制御可能な、少なくとも２つの交流電圧を発生させるコンバータを含む。発生される各電圧はそれぞれ送電線のうちの１つに直列に結合される。制御装置は、発生される電圧の大きさ及び位相を制御することにより、各送電線の実効無効／有効インピーダンスを、選択的且つ独立に、調整して、送電線の２つの端部間の送電有効電力を制御し、同時に送電線間においてインバータを介して転送される有効電力の量をそれぞれ制御する。
本発明はまた、各送電線が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流をそれら端部間において搬送する少なくとも２つの送電線を含む送電系統の電力潮流を制御する方法を包含する。この方法は、送電線を流れる交流電流の基本周波数で、大きさが可変で且つ送電線電流に対する位相角が制御可能な、少なくとも２つの交流電圧を発生させ、発生した各電圧を送電線のうちの１つにそれぞれ直列に結合し、発生した各電圧の大きさ及び位相を制御して各送電線の実効無効／有効インピーダンスを調整することにより送電線の２つの端部間を送られる有効電力を制御し、同時に送電線間を転送される有効電力の量をそれぞれ制御するステップより成る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例に従って構成した送電線間電力潮流コントローラの略図である。
図２は、図１の送電線間電力潮流コントローラの動作を説明するベクトル図である。
図３は、本発明の別の実施例に従って構成した送電線間電力潮流の略図である。
図４は、本発明の別の実施例に従って構成した送電線間電力潮流コントローラの略図である。
図５は、本発明のさらに別の実施例に従って構成した送電線間電力潮流コントローラの略図である。
図６は、本発明に従って構成した送電線間電力潮流コントローラのための制御回路の略図である。
図７は、図６の制御回路の一部を示すブロック図である。
好ましい実施例の説明
図面を参照して、図１は電力系統の２つの平行な送電線１２，１４の電力潮流を制御する送電線間電力潮流コントローラ１０の略図である。この電力系統は、電圧がｖsの送端バス１６と、電圧がｖrである受端バス１８とを有する。送端バス１６は第１の電源２０に接続され、受端１８は第２の電源２２に接続されている。２つの送電線の特性は直列無効インピーダンスがＸ1及びＸ2であり、それぞれ電流ｉ1及びｉ2を運ぶものと想定する。送電線間電力潮流コントローラの電力回路は、この実施例では共通の直流リンク３０に背面結合された２つの電圧ソース型インバータ（voltage sourced inverter）２６，２８を含むコンバータ２４より成る。２つのインバータはゲートターンオフ・サイリスタか或いは他の適当な電力半導体を使用するものでよく、また出力波形を発生するための周知の方式（例えば、調波中性化またはパルス幅変調）を用いるものでよい。交流系統への結合を除き、ＩＰＦＣのインバータ構造は、米国特許第５，３４３，１３９号（発明の名称：Generalized Fast Flow Power Controller）に記載されたものと実際に同一であろう。しかしながら、ＩＰＦＣの２つのインバータの出力を交流系統に結合する回路構成には、この汎用型高速電力潮流コントローラに用いるものとは基本的な相違がある。ＩＰＦＣでは、両方のインバータの交流出力が送電線に直列に結合される。さらに詳しく説明すると、インバータ２６と２８の出力はそれぞれ、挿入変圧器Ｔｒ1，Ｔｒ2を介して送電線１２、１４に直列に結合される。米国特許第５，３４３，１３９号に示される汎用型高速電力潮流コントローラの回路構成では、両方のインバータが同一送電線に結合される。さらに、１つのインバータの出力が送電線に直列に結合され、もう一つのインバータがその送電線に並列に結合される。従って、米国特許第５，３４３，１３９号に開示された汎用型高速電力潮流コントローラは、本発明の主要目的である、電力系統の２または３以上の送電線間の電力潮流及びそれらの間における電力転送を制御できるものではない。
図１の２つのインバータ２６，２８は、各送電線の送電可能電力を、２つの無効補償インピーダンス基準信号Ｘc1及びＸc2により命令される個々の直列無効電力補償と、有効電力基準信号Ｐ12により命令される送電線１２、１４間の有効電力転送により、変化させるように、制御装置３２により作動される。送電線電流のような系統変数の測定値を表わす信号は、ラインｍｖ1，ｍｖ2，ｍｖ3を介して制御装置へ送られる。
図１において、各インバータは制御可能な交流出力電圧を交流電力系統の基本周波数で発生させる。各出力電圧は、直列挿入変圧器Ｔｒ1，Ｔｒ2を介して個々の送電線に結合される。各インバータの出力は、それが制御する特定の送電線の電流と同期される。インバータ電圧の大きさだけでなく送電線電流に関するインバータ電圧の位相は、直列に注入される電圧が送電線電流と直角位相の適当な成分と、それと同相の別の成分とを有するように調整される。直角位相成分はその送電線に対して直列無効電力補償を行い、また同相成分はその送電線から吸収することが望まれる量の有効電力を吸収するか或いはその送電線のために発生することが望まれる量の有効電力を発生する。（過負荷状態の送電線から電力が吸収されるか或いは負荷不足状態の送電線へ電力が供給されるかのいずれかにより正または負の）有効電力は、電力需要として、問題のインバータの直流端子へ転送される。別の送電線（または複数の送電線）を制御する別の選択されたインバータ（またはインバータ・セット）の出力電圧は、その結果得られる同相成分（または同相成分の和）により、問題の過負荷または負荷不足状態の送電線と有効電力を交換するインバータが要求する有効電力と大きさが同一であるが方向が反対の有効電力が転送されるように調整される。このようにして、選択した送電線間の有効電力の転送をインバータを介して行うことができ、それと同時に、各インバータは個々の送電線に対して独立に制御された無効電力補償を継続して行う。
図１において、インバータ２６は送電線１２を流れる電流ｉ1と同期される（電流と電圧の小文字は瞬時値を表わすが、大文字はＲＭＳ値及びフェーザを表わす）。即ち、インバータ２６は電力系統の基本周波数で交流電圧ｖpq1を発生するが、その大きさは０とインバータ２６の定格で決まる最大値との間で制御可能であり、その角度位置は送電線電流ｉ1の角度位置に対して０から３６０°の間で変化させることができる。この電圧ｖpq1は変圧器Ｔｒ1を介して送電線１２に直列に挿入される。
送電線電流ｉ1は直列変圧器Ｔｒ1を流れて、注入電圧ｖpq1と相互作用する。一般的に、この相互作用は送電線１２とインバータ２６の間における有効及び無効電力の交換を意味する。この電力の交換をフェーザ図である図２に示す。図２から分かるように、電流ｉ1と同相の電圧成分、Ｖpq1RによりＰ12＝Ｉ1Ｖpq1Rの有効電力が得られ、また電流ｉ1と直角位相の電圧成分、Ｖpq1Q、によりＱC1＝Ｉ1Ｖpq1Qの無効電力が得られる。これらの式の形は単一相の量を意味することに注意されたい。しかしながら、ＩＰＦＣの思想は単一相の電力系統に適用可能であるが、実際には、三相電力系統に関連して通常、使用されることを理解されたい。しかしながら、これらの式は、それらが関連相の量、例えば線−中性電圧及び線電流を表わすものとすることにより、またそれらをただ単に３重にすることにより、平衡三相系統にとっても成り立つようにすることができるため、この本明細書の記載全体を通して前の簡略化した形を保持する。
電圧ソース型インバータの理論から知られるように、そして米国特許第５，３４３，１３９号に説明されているように、インバータ２８だけでなくインバータ２６も、交換される無効電力Ｑc1を発生または吸収することができる。しかしながら、インバータ２６は有効電力Ｐ12を変換してその直流端子へ転送する。この直流端子では、それはＶDCＩDCの形の有効電力需要（正または負）が提供されるように見える。ＶDCは共通直流リンクの電圧であり、ＩDCはそのリンクにより供給されまたは吸収されるべき電流である。
量（１／Ｉ1）Ｖpq1Qは、インバータが既存のラインインピーダンスＸ1を補償するために発生させてそれにより送電電力を増減する仮想無効インピーダンスを表わす。この補償用インピーダンスは、注入電圧Ｖpq1Qが送電線電流に対して９０°遅れているか進んでいるかにより、送電電力を増加させるために容量性であるか、或いは送電電力を減少させるために誘導性である。補償用インピーダンスがＸc1であれば（Ｘc1＝（１／Ｉ1）Ｖpq1Q）、送電線１２を送られる電力はＸ1−Ｘc1により与えられるインピーダンスの差に逆比例する。Ｘc1は送電線１２の電力潮流をＩＰＦＣ制御装置が調整するための基準量である。インバータ２６により注入されるべき所望の直角位相電圧は、送電線電流Ｉ1が分かっておればこれから容易に導き出すことができる。即ち、Ｖpq1Q＝Ｘc1Ｉ1である。
量（１／Ｉ1）Ｖpq1Rは、インバータが発生する仮想有効インピーダンスＲ1を表わす。このインピーダンスは、注入電圧成分Ｖpq1Rが送電線電流Ｉ1と同相か反対位相かにより、正（この場合、有効電力が送電線から吸収される）または負（この場合、無効電力が送電線のために発生される）である。第１のケースでは、有効電力、Ｐ12＝Ｉ1Ｖpq1R＝（Ｉ1）2Ｒ1、が送電線から吸収されてインバータ２６及び２８の共通の直流端子へ転送される。第２のケースでは、Ｐ12がインバータ２６により共通直流端子から吸収されて送電線１２の交流端子に送られる。送電線１２の観点から、これは有効電力定格がＰ12である別の発電機が送端電圧源に直列に接続されて送電線１２への全電力入力を増加させるケースと等価である。
ＩＰＦＣのインバータ２８が、インバータ２６が送電線１２に直列に注入するのと大きさが等価で符号が反対の仮想有効インピーダンスを送電線１４に直列に注入しながら、独立に制御可能な仮想無効インピーダンスを注入するように作動されると、２つの仮想有効インピーダンスのうちいずれが正であるか負であるかにより、有効電力Ｐ12が、送電線１２から送電線１４へ、またはその逆方向に転送されると共に、両方の送電線がそれぞれ独立に制御された直列無効電力補償を受けることが容易に分かる。これを実現するため、インバータ２８は送電線１４を流れる電流Ｉ2と同期される。即ち、インバータ２８は電力系統の周波数で交流電圧Ｖpq2を発生するが、その大きさは０とインバータ２８の定格により決まる最大値の間で制御可能であり、その角度位置は電流Ｉ2の角度位置に関して０から３６０°の間で変化できる。この電圧Ｖpq2は変圧器Ｔｒ2により送電線１４と直列に挿入される。
送電線電流Ｉ2は直列変圧器Ｔｒ2を流れ、注入された電圧Ｖpq2と相互作用する。相互作用は、叙上のように、送電線１４とインバータ２８との間における有効電力と無効電力の交換を意味する。さらに詳しく説明すると、電流Ｉ2と同相の電圧成分Ｖpq2Rが送電線１４とインバータ３０との間で交換される有効電力を決定し、電流Ｉ2と直角位相の電圧成分Ｖpq2Qが送電線１４とインバータ３０との間で交換される無効電力を決定する。背面結合されたインバータの共通直流リンク３０を介する送電線１２と１４の間の有効電力の転送命令を満足させるためには、送電線２４とインバータ２８の間の有効電力の交換は送電線１２とインバータ２６の間で交換される有効電力と大きさが等しく符号が反対でなければならない。即ち、Ｉ1Ｖpq1R＋Ｉ2Ｖpq2R＝０である。送電線１４とインバータ２８の間で交換される無効電力はＱc2＝Ｉ2Ｖpq2Qにより決まり、電線１２とインバータ２６の間で交換される電力、Ｑc1＝Ｉ1Ｖpq1Q、とは独立に制御可能である。量、（１／Ｉ2）Ｖpq2Q、は、インバータが既存の送電線インピーダンスＸ2を補償して送電線１４の送電有効電力を増減させるために発生させる仮想無効インピーダンスを表わす。この補償用インピーダンスは、インバータ２６により発生される仮想補償用インピーダンスと同様、注入電圧Ｖpq2Qが送電線電流に対して９０°遅れているか或いは進んでいるかにより、送電電力を増加させるための容量性か或いは送電電力を減少させるための誘導性である。補償用インピーダンスがＸc2である場合（Ｘc2＝（１／Ｉ2）Ｖpq2Q）、送電線１４を介して送電される電力はインピーダンスの差、Ｘ2−Ｘc2、に逆比例する。このＸc2はまた、ＩＰＦＣ制御装置３２が送電線１４の電力潮流を調整するための基準量でもある。インバータ２８により注入されるべき所望の直角位相電圧は、送電線電流Ｉ2が分かればこれから簡単に導くことができる。即ち、Ｖpq2Q＝Ｘc2Ｉ2である。
上記のＩＰＦＣの実施例は、図３に示すようなＮ個（Ｎは整数）の複数送電線に容易に拡張できることが分かる。図３において、複数（Ｎ個）の直流−交流インバータ３４，３６，３８が変圧器Ｔｒ1′、Ｔｒ2′、Ｔｒnを介して送電線４０，４２，４４へそれぞれ直列に結合されている。直流リンク４６はインバータへ共通直流入力電圧を与える。このシステムが作動するため必要条件は、全てのインバータにより交換される有効電力の和が０でなければならないことである。Ｉ1Ｖpq1R＋Ｉ2Ｖpq2R＋．．．＋ＩnＶpqnR＝０。そうでなければ、インバータの動作に必要な交流電圧を維持することができない。図３の交流−直流インバータは、他のタイプの電力コンバータ、例えば、直流リンクの代わりに交流リンクにより結合される交流−交流コンバータで置き換えることが可能であり、これも本発明の技術的範囲に含まれる。
ＩＰＦＣの別の一般化した構成を図４に示す。この実施例において、全て直流バス５６に接続されたＮ個の直列インバータ４８，５０，５２がＮ本の送電線を補償する。分流コンバータ５８の形の別のコンバータも直流バスに接続される。分流インバータの交流端子は変圧器Ｔｒsを介して交流系統の適当なバスに接続される。図４はまた、Ｎ本の送電線のうちの２本に給電する単一の交流バス６０を示す。勿論、ＩＰＦＣは送電系統のバス構成によりいかなる制限を受けるものではない。直列インバータを介して給電される送電線は、任意数の関連するまたは関連しないバスからそれぞれ単独で或いはそれらの群から給電されることもある。分流インバータの目的は、全ての直列インバータにより交換される有効電力の合計が０でなければならないという叙上の要件を取り除くことである。この場合、交換される有効電力の和、即ちＩ1Ｖpq1R＋Ｉ2Ｖpq2R＋．．．＋ＩnＶpqnR＝Ｐdiffは、分流インバータにより共通交流バスへ再循環される。換言すれば、この分流インバータは所望の直流端子電圧を維持するように制御され、そうすることによって、電力（正または負）、Ｐdiff＝ＶbusＩinv-real、を交流バスと交換する。この式、ＶbusＩinv-real、のＶbusは交流バスの線−中性電圧であり、Ｉinv-realは分流インバータにより引き出されるＶbusと同相の電流成分である。分流インバータは個々の送電線の補償及び電力転送制御における自由度を増加させるため、この構成は数本の送電線を含む複雑な送電系統において電力の転送を首尾よく行なうのに好適である。
当業者にとっては、本発明の他の実施例及び用途が実現可能であることが明らかであろう。例えば、ＩＰＦＣは、図１の実施例に示す交流−直流電圧ソース型インバータの代わりに、交流−直流電流ソース型インバータ、或いは共振リンクにより作動されるインバータを用いて実現することが可能である。同様に、交流−交流コンバータまたは周波数変換装置ような他のタイプの電力コンバータを用いてＩＰＦＣを構成することも可能である。交流リンクを用いる場合、そのリンクに受動共振回路を結合することができる。また、好ましい実施例に用いたＩＰＦＣインバータ直流端子を、図５に示すように、大型の蓄積キャパシタ、バッテリーバンク、超電導磁石蓄積手段等のようなエネルギー源またはエネルギー蓄積装置６２に結合してもよい。電圧ソース型インバータは、リンクが電圧ソース型特性を有する場合（例えば、リンクがバッテリーまたはキャパシタバンクに接続されている場合）に使用されるであろうし、電流ソース型インバータはリンクが電流ソース型特性を有する場合（例えば、リンクが回転機械または誘導性エネルギー蓄積装置に接続されている場合）に用いられるであろう。図５の実施例において、エネルギー蓄積装置は、結合回路６４を介して直流リンク５６に結合される。この構成によれば、図３に示す基本的なＩＰＦＣシステムに対して規定される、全てのインバータにより交換される有効電力の和が０でなければならない、という条件に短期間であれば違反してもよい。このように、ＩＰＦＣは、１本（または規定本数）の送電線だけの擾乱に対処できるように定格を定められた単一のエネルギー蓄積装置を用いることにより、接続送電線の任意の１本における電圧低下、電力動揺、次同期動揺等の過渡的な擾乱を封じ込めるように使用できる。エネルギー蓄積装置を有するＩＰＦＣシステムの重要な用途のひとつは、配電系統の給電線で起こる電圧低下の動的補償または復旧である。
ＩＰＦＣの電力回路の特定実施例及びそれらの種々の用途上の特徴を説明したが、当業者にとっては、上記の記載全体に照らして、さらに別の設計変更、変形例及び新たな用途を想到できるであろう。従って、叙上の構成は例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものと見なすべきではない。例えば、図５のエネルギー源は回転電機装置であってもよい。
図１に示すような２本の送電線を含む例に用いるＩＰＦＣの制御装置を図６に示す。インバータ２６及び２８を制御する２つの本質的に同一の制御装置がある。各装置は、送電線１２と１４の直列無効電力補償の度合を決定するために、独立の無効インピーダンス基準入力（制御ユニット６６はＸc1*、制御ユニット６８はＸc2*）により作動される。１つの送電線からもう１つの送電線へ転送される有効電力を決定する有効電力基準Ｐ12*は、制御装置６５ではその極性が反対である点を除き２つの制御装置にとって共通である。このようにして、Ｐ12*の基準値が正であることは、有効電力の転送が送電線１４から送電線１２へ行われることを意味し、基準値が負であることは有効電力の転送が送電線１２から送電線１４の方向であることを意味する。
制御装置は、１９９４年１２月３０日付け出願の同一出願人が所有する米国特許出願第０８／３６６，６４６号に明解に解説されるように、周知のベクトル制御方式及び機能ブロックを用いる。
図６、特に制御装置６８を参照して、この装置はインバータ２８を作動して送電線１４と直列に電圧ｖpq2を注入する。ｖpq2の大きさ及び角度は、送電線電流ｉ2と直角位相の成分ｖpq2Qが基準Ｘc2*により決まる仮想無効インピーダンス、Ｘc2＝Ｖpq2R／Ｉ2、を表わし、電流ｉ2と同相の成分ｖpq2Rが基準Ｐ12*により決まる有効電力、Ｐ12＝Ｉ22Ｒ2、を与える仮想有効インピーダンス、Ｒ2＝Ｖpq2R／Ｉ2、を表わすようなものでなければならない。
制御装置６８のブロック図が示すように、送電線１４の三相電流の瞬時値は２軸ｄ／ｑ座標系の電流ベクトルにより表わされている。この電流ベクトルは大きさの瞬時値がｉ2で、位相角の瞬時値がΘ2である。これらの量は、３つの制御ブロック、即ちベクトルレゾルバ７０、ベクトル位相ロックループ７２及びベクトル大きさ計算手段７４により導かれる。これら制御ブロックの詳細を図７に示すが、それらの動作は同業者によく理解されるものである。さらに説明が必要であれば、同一出願人に譲渡された米国出願第０８／３６６，６４６号を参照されたい。
インバータ２８の動作は４つの変数Ｘc2*、Ｐ12*、ｉ2及びΘ2により本質的に決まる。図６から分かるように、電力基準が瞬時有効基準：Ｒ2*＝Ｐ12*／ｉ22に変換される。送電線１４の電流ベクトルに対する所望の直列電圧ベクトルの大きさｅ2*及び角度β2*は、簡単な演算により基準量Ｘc2*、Ｒ2*、及び電流の大きさｉ2から導かれる。角度β2*は所望の直列電圧ベクトルの相対的な角度位置を決定するため、この電圧ベクトルの全瞬時位相角、従ってインバータ２８により発生されるべき電圧の位相角は式、φ2＝Θ2＋β2*、で与えられる。インバータ２８により発生される出力電圧の大きさは、ｅ2*／ＶDCとして定義されるパラメータτ2により制御される。ここで、ｅ2*は出力電圧の振幅、ＶDCは直流リンクの電圧である。従って、所望の直列電圧ｅ2*／ＶDCの大きさに対する直流電圧の比率は、インバータ２８を作動させるに必要なτ2の瞬時値を決定する。かくして、量φ2及びτ2を用いてスイッチ状態の探索表によりインバータ２８を作動できる。この探索表は、規定された組のτ2の値につき逐次蓄積され量φ2の関数として評価可能なスイッチ状態を表にしたものである。
図６に示すように、制御装置６６は制御装置６８と同じ構造を有し、同じように作動してインバータ２６のスイッチにゲート信号を与えるための制御変数φ1、τ1導出する。しかしながら、基準Ｒ1*（Ｒ1*＝Ｐ12*／ｉ12）の符号が、送電線１４からインバータ２８により吸収される（正の）有効電力がインバータ２６により直流リンクを介して送電線１２へ確実に送られるようにするために逆転（−１を乗算）されることに注意されたい。
Ｒ1*はＲ2*と同じ電力を表わすため、またその符号は反対であるため、２つのインバータは、理論的には、直流リンク電圧が安定であれば滑らかな電力潮流を提供するはずである。しかしながら、２つのインバータの電力回路の損失または制御精度に小さな差が現実に存在すると、微妙な有効電力のバランスに小さな差が生じて直流リンク電圧が揺動或いは激減することになる。直流リンク電圧を安定化するため、特殊な電力等化制御装置７８を閉ループ回路構成で用いる。再び図６を参照すると、基準入力Ｒ2*及び−Ｒ1*がそれぞれエラー信号△Ｒ2及び△Ｒ1加えることにより修正されて、制御角β2*及びβ1*を発生させるためのＲ2r*及びＲ1r*が得られることが分かる。エラー信号△Ｒ1及び△Ｒ2はそれぞれ、注入電圧Ｖpq1、Ｖpq2の必要とされる大きさ信号ｅ1*及びｅ2*を比較して大きい方ｅmax*を選択することにより開始されるプロセスにより導びかれる。これは機能ブロックｍａｘ（ｅ1*、ｅ2*）により行われる。信号ｅmax*はその後、直流リンク電圧ＶDCの適当にスケーリングされた値（ｋDC）と比較される。得られる電圧エラーはｉ1ｃｏｓβ1*及びｉ2ｃｏｓβ2*（それぞれ注入電圧Ｖpq1、Ｖpq2と同相である送電線電流ｉ1、ｉ2の成分）により割算されて正または負の有効インピーダンスの差が得られるが、この差は所望の最大送電線無効電力補償及び有効電力転送を容易にするために直流電圧を増加する必要性または減少する可能性を示す。これらのエラーは、適当な増幅（ｋ1、ｋ2）を施した後、−Ｒ1*及びＲ2*へ加算されるとＲ1r*及びＲ2s*が得られ、それらがβ1*及びβ2*を変化させる。正のエラーはをβ2*増加させ、β1*を減少させて、直流リンク電圧を増加させるが、負のエラーは反対の作用を及ぼして直流リンク電圧を減少させることが分かる。
本発明の特定実施例を詳細に説明したが、当業者は本明細書の記載全体から種々の変形例及び設計変更を想到できるであろうことが分かる。従って、開示した特定の構成は例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものにあらず、本発明の技術的範囲としては請求の範囲の全幅及びその均等の範囲を全て与えられるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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