(57)【要約】【課題】直流電源や直流負荷を配電系統に連系させる際の電気損失を低減させると共に交流配電系統の電流分布を均一化して電気損失を低減させることを可能とする。【解決手段】電力会社系統５０の配電用変電所５２から放射状をなして敷設された第一交流系Ａの交流配電線５７Ａと第二交流系Ｂの交流配電線５７Ｂとが、両端に少なくとも交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂを備える直流系Ｄの直流連系線６１によって直流連系されるようにした。【選択図】図１
2011239497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが、両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって直流連系されていることを特徴とする交直流配電系統。
【請求項２】
電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって直流連系されている交直流配電系統を、前記第一交流系と前記第二交流系とのいずれか一方の交流系から他方の交流系に前記直流系を介して送電される電力がΔＰD増加すると共に電流がΔＩD増加した場合の
前記一方の交流系の電気損失の増減ΔＰw1＝＋Ｒe1×ΔＩD2
前記他方の交流系の電気損失の増減ΔＰw2＝−Ｒe2×ΔＩD2
前記直流系の電気損失の増減ΔＰwD＝＋ＲeD×ΔＩD2
（ただし、Ｒe1，Ｒe2，ＲeDは各系の等価抵抗であり、＋は損失が増加を表し、−は損失が減少を表す）
の間に ΔＰw1＋ΔＰwD＜｜ΔＰw2｜ が成り立つように前記直流系のうちの前記他方の交流系側の前記交直流電力変換器の前記他方の交流系に前記送電される電力の増加ΔＰDを設定して制御することを特徴とする交直流配電系統の制御方法。
【請求項３】
電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが、両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって直流連系されていると共に、前記直流連系線の途中が少なくとも交直流電力変換器を介在させて前記配電用変電所と連系されていることを特徴とする交直流配電系統。
【請求項４】
電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって直流連系されていると共に前記直流連系線の途中が少なくとも交直流電力変換器を介在させて前記配電用変電所と連系されている交直流配電系統を、前記直流系のうち前記第一交流系との連系点から前記配電用変電所との連系点までを第一直流系，前記第二交流系との連系点から前記配電用変電所との連系点までを第二直流系とし、前記第一直流系から前記第一交流系に送電される電力がΔＰD1増加すると共に電流がΔＩD1増加した場合の前記第一交流系の等価抵抗Ｒea1と前記第一直流系の等価抵抗ＲeD1との間に Ｒea1 ＞ ＲeD1 が成り立つように前記直流系のうちの前記第一交流系側の前記交直流電力変換器の前記第一交流系に送電される電力の増加ΔＰD1を設定して制御すると共に、前記第二直流系から前記第二交流系に送電される電力がΔＰD2増加すると共に電流がΔＩD2増加した場合の前記第二交流系の等価抵抗Ｒea2と前記第二直流系の等価抵抗ＲeD2との間に Ｒea2 ＞ ＲeD2 が成り立つように前記直流系のうちの前記第二交流系側の前記交直流電力変換器の前記第二交流系に送電される電力の増加ΔＰD2を設定して制御することを特徴とする交直流配電系統の制御方法。
【請求項５】
前記第一交流系と前記第一交流系側の交直流電力変換器との間並びに前記第二交流系と前記第二交流系側の交直流電力変換器との間のそれぞれに調相設備が設けられていることを特徴とする請求項１または３に記載の交直流配電系統。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交直流配電系統並びに交直流配電系統の制御方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、直流電源や直流負荷が複数存在している場合に電力系統を構築する際に適用して特に好適な、交流配電系統と直流系統とからなる電力系統構成並びに当該電力系統の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
需要家に電力を供給するための従来の配電系統は、例えば図１１に系統構成図を示す放射状交流配電系統として構成されている。具体的には、Ａ配電用変電所１０１Ａ，Ｂ配電用変電所１０１Ｂ、並びに、変圧器を含む電圧調整装置１０２を有し、複数の配電線１０３が各電圧調整装置１０２からそれぞれ放射状に敷設されている。なお、発電所（図示省略）において発電された電力が送電線１０４によって各配電用変電所１０１Ａ，１０１Ｂに供給される。
【０００３】
そして、この交流配電系統の放射状の配電線１０３には、各々に取り付けられた変圧器や交直流変換器などからなる電力変換器を介し、例えば太陽光発電機，風力発電機，マイクロタービン，蓄電池などの直流電源（言い換えると、分散電源）１０５や、例えば交直流変換器付モータ，インバータ付空調・照明機器，電気鉄道，電気自動車用充電器などの直流負荷（図示省略）が連系されている場合がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５１７６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、各々に取り付けられた交直流電力変換器を介して直流電源１０５や直流負荷が交流配電系統に連系されている場合、各々に取り付けられた交直流電力変換器において数％から１０数％程度の割合で電気損失が生じてしまう。このため、直流電源や直流負荷ごとに交直流電力変換器を備えるようにして交流配電系統と連系させる従来の系統構成の場合には電気損失が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
また、従来の放射状交流配電系統の場合には、配電線１０３ごとの負荷は通常は不均一であり、このため、いくつかの配電線１０３に対する一括した送り出し電圧によって各配電線１０３で電圧の不安定が発生してしまうという問題がある。さらに、従来の放射状交流配電系統に分散電源１０５が接続された場合は、配電線１０３ごとの負荷不均一による潮流不均一の不確定要素が増すことになると共に、分散電源１０５が接続された配電線１０３ａ，１０３ｂの潮流が通常状態とは逆向き（矢印１０６）になるために通常状態の潮流の向き（矢印１０７）に従って各配電用変電所１０１Ａ，１０１Ｂから末端に向かって電圧が降下するという仮定に基づく配電用変電所における変圧器出口での電圧調整に支障を来すという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、直流電源や直流負荷を配電系統に連系させる際の電気損失を低減させることができる交流配電系統と直流系統とからなる電力系統構成を提供することを目的とする。さらに、本発明は、交流配電系統の電流分布を均一化して電気損失を低減させることができる交流配電系統と直流系統とからなる電力系統構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の交直流配電系統は、電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが、両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって既存の交流系統をそのまま活用して直流連系されているようにしている。
【０００９】
また、請求項３記載の交直流配電系統は、電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが、両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって直流連系されていると共に、前記直流連系線の途中が少なくとも交直流電力変換器を介在させて前記配電用変電所と連系されているようにしている。
【００１０】
したがって、これらの交直流配電系統によると、二つの交流系を直流系で連系するようにしているので、機器ごとの交直流電力変換器を介することなく直流電源や直流負荷が直流系に直接あるいは直流電圧変換用の簡単なチョッパ回路で連系される。
【００１１】
また、請求項２記載の交直流配電系統の制御方法は、電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって直流連系されている交直流配電系統を、前記第一交流系と前記第二交流系とのいずれか一方の交流系から他方の交流系に前記直流系を介して送電される電力がΔＰD増加すると共に電流がΔＩD増加した場合の
前記一方の交流系の電気損失の増減ΔＰw1＝＋Ｒe1×ΔＩD2
前記他方の交流系の電気損失の増減ΔＰw2＝−Ｒe2×ΔＩD2
前記直流系の電気損失の増減ΔＰwD＝＋ＲeD×ΔＩD2
（ただし、Ｒe1，Ｒe2，ＲeDは各系の等価抵抗であり、＋は損失が増加を表し、−は損失が減少を表す）
の間に ΔＰw1＋ΔＰwD＜｜ΔＰw2｜ が成り立つように前記直流系のうちの前記他方の交流系側の前記交直流電力変換器の前記他方の交流系に前記送電される電力の増加ΔＰDを設定して制御するようにしている。
【００１２】
また、請求項４記載の交直流配電系統の制御方法は、電力会社系統の配電用変電所から放射状をなして敷設された第一交流系の交流配電線と第二交流系の交流配電線とが両端に少なくとも交直流電力変換器を備える直流系の直流連系線によって直流連系されていると共に前記直流連系線の途中が少なくとも交直流電力変換器を介在させて前記配電用変電所と連系されている交直流配電系統を、前記直流系のうち前記第一交流系との連系点から前記配電用変電所との連系点までを第一直流系，前記第二交流系との連系点から前記配電用変電所との連系点までを第二直流系とし、前記第一直流系から前記第一交流系に送電される電力がΔＰD1増加すると共に電流がΔＩD1増加した場合の前記第一交流系の等価抵抗Ｒea1と前記第一直流系の等価抵抗ＲeD1との間に Ｒea1＞ＲeD1 が成り立つように前記直流系のうちの前記第一交流系側の前記交直流電力変換器の前記第一交流系に送電される電力の増加ΔＰD1を設定して制御すると共に、前記第二直流系から前記第二交流系に送電される電力がΔＰD2増加すると共に電流がΔＩD2増加した場合の前記第二交流系の等価抵抗Ｒea2と前記第二直流系の等価抵抗ＲeD2との間に Ｒea2＞ＲeD2 が成り立つように前記直流系のうちの前記第二交流系側の前記交直流電力変換器の前記第二交流系に送電される電力の増加ΔＰD2を設定して制御するようにしている。
【００１３】
したがって、これらの交直流配電系統の制御方法によると、二つの交流系を直流系で連系すると共に直流系の両端に備えられる交直流電力変換器から送電される電力を制御するようにしているので、直流系を介して二つの交流系の間で送電・受電される融通電力が電気損失を小さくする適切な値に設定される。
【００１４】
なお、本発明においては、直流系を介して二つの交流系の間で送電・受電される電力のことを融通電力と呼ぶ。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項１または３に記載の交直流配電系統において、前記第一交流系と前記第一交流系側の交直流電力変換器との間並びに前記第二交流系と前記第二交流系側の交直流電力変換器との間のそれぞれに調相設備が設けられているようにしている。この場合には、調相設備によって変圧器が高力率運転して通過電流が減少して変圧器の電気損失が減少する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１，請求項３記載の交直流配電系統によれば、機器ごとの交直流電力変換器を介することなく直流電源や直流負荷を直流系に直接または直流電圧変換用の簡単なチョッパ回路で連系させることができるので、機器ごとに交直流電力変換器を設けるようにして交流配電系統と連系させる従来の系統構成の場合と比べて電気損失を低減させることが可能になる。
【００１７】
また、請求項２，請求項４記載の交直流配電系統の制御方法によれば、直流系を介して二つの交流系の間で融通電力を送電・受電することによって交流配電系統の電流分布を均一化することができるので、配電系統の電気損失を低減させることが可能になる。
【００１８】
さらに、請求項５記載の交直流配電系統によれば、調相設備によって変圧器を高力率運転させるようにしているので、配電系統の電気損失を更に低減させるが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の交直流配電系統の第一の実施形態（ループ型交直流配電系統）を示す系統構成図である。
【図２】本発明に適用され得る交直流電力変換器（磁気回路方式）の概略構造図例である。
【図３】本発明に適用され得る連続可変型リアクトルの概略構造図である。
【図４】本発明に適用され得る円筒型の連続可変型コンデンサの概略構造図である。
【図５】本発明に適用され得る円盤型の連続可変型コンデンサの概略構造図である。
【図６】連続型及びスイッチ型のリアクトルとコンデンサとを組合せた調相設備の概略回路図である。
【図７】ループ型交直流配電系統の電力潮流及び電気損失の計算のための等価回路を説明する図である。
【図８】変圧器の通過電流の位相角を調整する電圧バランス制御方法を説明する図である。
【図９】本発明の交直流配電系統の第二の実施形態（パラレル型交直流配電系統）を示す系統構成図である。
【図１０】パラレル型交直流配電系統の電力潮流及び電気損失の計算のための等価回路を説明する図である。
【図１１】従来の放射状交流配電系統を示す系統構成図である。
【図１２】本発明に適用され得る交直流電力変換器（半導体方式）の概略構造図例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
まず、図１から図８に、本発明の交直流配電系統の第一の実施形態を示す。この第一の実施形態の交直流配電系統は、電力会社系統５０の配電用変電所５２から放射状をなして敷設された第一交流系Ａの交流配電線５７Ａと第二交流系Ｂの交流配電線５７Ｂとが、両端に少なくとも交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂを備える直流系Ｄの直流連系線６１によって直流連系されている。
【００２２】
《交直流配電系統の構成》
まず、本発明の交直流配電系統の第一の実施形態の構成について説明する。
【００２３】
本発明の第一の実施形態を説明するための図１に示す電力系統では、発電所を含む電力会社系統５０から供給される交流電力Ｐsが、交流送電線５１や配電用変電所５２内の変圧器５３などを介して配電線５４Ａと配電線５４Ｂとに供給される。これら配電線５４Ａと配電線５４Ｂとは配電用変電所５２内の変圧器５３から放射状に敷設される。なお、図１においては変圧器５３から敷設される配電線の本数は二本であるが、変圧器５３から敷設される配電線の本数は三本以上であっても構わない。また、交流送電線５１から変圧器５３に電圧が例えば６６〔ｋＶ〕或いは３３〔ｋＶ〕に調整された交流電力が供給され、変圧器５３から配電線５４Ａ，５４Ｂに電圧が例えば６．６〔ｋＶ〕或いは３．３〔ｋＶ〕に変圧された交流電力が供給される。
【００２４】
そして、配電線５４Ａに供給された電力は需要家系統の変圧器５５Ａ及び調相設備５６Ａを介して交流配電線５７Ａに供給される。また、配電線５４Ｂに供給された電力は需要家系統の変圧器５５Ｂ及び調相設備５６Ｂを介して交流配電線５７Ｂに供給される。
【００２５】
また、交流配電線５７Ａの両端のうちの配電線５４Ａとは反対側の端部（以下、交流配電線５７Ａの末端と呼ぶ）には調相設備５８Ａが設けられ、さらに、交流配電線５７Ｂの両端のうちの配電線５４Ｂとは反対側の端部（以下、交流配電線５７Ｂの末端と呼ぶ）には調相設備５８Ｂが設けられる。
【００２６】
なお、交流配電線５７Ａ，５７Ｂには、通常は単数若しくは複数の需要家の負荷（図示省略）が連系しており、さらに、変圧器５９ａを介して交流発電装置（即ち、交流分散電源）５９が連系していても良い。また、以下においては、変圧器５５Ａから交流配電線５７Ａを経由して調相設備５８Ａまでを第一交流系Ａと呼び、変圧器５５Ｂから交流配電線５７Ｂを経由して調相設備５８Ｂまでを第二交流系Ｂと呼ぶ。
【００２７】
ここで、本発明においては、上述の構成のうち発電所を含む電力会社系統５０，交流送電線５１，配電用変電所５２及び変圧器５３，配電線５４Ａ・５４Ｂ，交流配電線５７Ａ・５７Ｂについては従来の仕組みと同様である。すなわち、本発明は、従来（言い換えると、既存）の放射状交流配電系統を現状のまま活用しながら系統全体としての信頼性や効率性を向上させるものである。
【００２８】
そして、第一の実施形態では、第一交流系Ａの交流配電線５７Ａの末端の調相設備５８Ａと第二交流系Ｂの交流配電線５７Ｂの末端の調相設備５８Ｂとの間に直流ケーブル等の直流連系線６１が挿入され、交流配電線５７Ａ・５７Ｂ同士が結合される。これにより、第一の実施形態では、配電用変電所５２内の変圧器５３〜配電線５４Ａ〜第一交流系Ａ〜直流連系線６１〜第二交流系Ｂ〜配電線５４Ｂ〜前記変圧器５３というループ状の配電系統が構成されることになる。以下においては、当該第一の実施形態の配電系統のことをループ型交直流配電系統と呼ぶ。
【００２９】
ループ型交直流配電系統においては、第一交流系Ａと第二交流系Ｂとの間に直流連系線６１を挿入させるため、第一・第二交流系Ａ・Ｂそれぞれの調相設備５８Ａ・５８Ｂと直流連系線６１の端部との間に、調相設備５８Ａ・５８Ｂ側から順に交直流変換用の変圧器６６Ａ・６６Ｂ，交直流電力変換器６０Ａ・６０Ｂ，直流リアクトル６５Ａ・６５Ｂを介在させる。以下においては、第一交流系Ａ側の変圧器６６Ａから直流連系線６１を経由して第二交流系Ｂ側の変圧器６６Ｂまでを直流系Ｄと呼ぶ。
【００３０】
直流連系線６１には、単数若しくは複数の直流負荷６２，直流発電装置（即ち直流分散電源）６３，蓄電池６４が連系している。なお、直流負荷６２としては、具体的には例えば交直流変換器付モータやインバータ付空調照明や電気鉄道や電気自動車用充電器、蓄電池などが考えられる。
【００３１】
また、直流発電装置６３としては、例えば太陽光発電や燃料電池や風力発電やマイクロタービン、蓄電池など交直変換器付発電装置が考えられる。そして、直流発電装置６３については発電機の電圧と電流とが常時計測されて発電量が算定され、本発明においては当該発電量の値が制御に用いられる。
【００３２】
このように、本発明の交直流配電系統では、交流負荷や交流発電装置５９などの交流機器は従来通りに第一・第二交流系Ａ，Ｂに連系させ、直流負荷６２や直流発電装置６３などの直流機器は直流系Ｄに連系させる。
【００３３】
なお、蓄電池６４は、直流系Ｄを介して二つの交流系Ａ，Ｂの間でやりとりされる融通電力の状況も踏まえながら、容量に空きがあれば充電を行い、必要な場合には放電（即ち、系統への電力供給）を行う。
【００３４】
本発明における交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂとしては、第一・第二交流系Ａ，Ｂに生じている電気損失を減少させるように直流系Ｄの電力潮流の調整を行うことを可能にするため、交流から直流へ（以下においては順変換とも呼ぶ）並びに直流から交流へ（以下においては逆変換とも呼ぶ）の電力変換機能を有する装置が用いられる。
【００３５】
本発明に適用され得る交直流電力変換器としては、例えば半導体方式や磁気回路方式がある。このうち、半導体方式としては、具体的には例えば図１２に示す構成のものが従来より周知であるのでここでは詳細な説明は省略する。なお、図１２において、符号１１０は交流母線，符号１１１は調相器及び交流フィルタ，符号１１２は変圧器，符号１１３は変換器回路（半導体），符号１１４は変換器制御回路，符号１１５は直流連系制御装置，符号１１６は直流リアクトル，符号１１７は直流ケーブルである。
【００３６】
一方、磁気回路方式としては、具体的には例えば、図２に示すように、直流巻線１が巻回される直流鉄心３と、該直流鉄心３を包囲するように直流鉄心３の両端に連結されて直流鉄心３を通過する二系統の環状の閉磁路を構成する交流鉄心５とで磁気回路が構成され、直流巻線１と交流巻線５とに鎖交する相互磁束１０，１１に磁気飽和を利用して或いは磁気抵抗の変化を利用して若しくはその双方を併用することにより、交流磁束成分の変化分がそのまま現れる相互磁束或いは磁気抵抗の変化に対応して磁束密度が増大する方向に変化した相互磁束（以下、これらを総称して主相互磁束１０と呼ぶ）が通過する相互磁気回路（主磁束回路）を交流鉄心５に交互に逆向きに形成することにより、交流巻線４若しくは直流巻線１のいずれか一方を一次回路として流した交流電流若しくは直流電流で発生させた相互磁束によって二次回路側の他方の巻線（即ち、直流巻線１若しくは交流巻線４）に電磁誘導で起電力を発生させて直流若しくは交流の電流を生じさせることにより電力変換するものが挙げられる（特開２００８−７２８８６，特開２００９−２３８９６６参照）。なお、説明の便宜上、主相互磁束１０に対し、鉄心の一部の飽和により交流磁束の変化分が低減された相互磁束或いは磁気抵抗の増大により磁束密度が低減した相互磁束を総称して減磁相互磁束１１と呼ぶ。
【００３７】
そして、磁気飽和を利用した交直流電力変換器は、交流鉄心５或いは直流鉄心３のいずれかにバイアス巻線２を巻回して鉄心に流れる磁束和が常時磁気飽和点になるようにバイアス直流磁束１７を流すことにより、閉磁路に重畳される交流磁束成分の磁束の方向とバイアス直流磁束１７の方向とが同じ方向となる鉄心の一部を磁気飽和点を超える磁気飽和領域８とすると共に磁束の向きが互いに逆向きとなる鉄心の一部を磁気飽和点を下回る不飽和領域９とするようにしている。そして、鉄心の一部が飽和することにより交流磁束の変化分が少なくなり、飽和していない場合は変化分がそのまま現れることから、順変換の場合には不飽和領域９を通過する交流変化分の大きな主相互磁束１０の流れが直流巻線１の部分では一定方向に通過し、逆変換の場合には直流巻線１の部分を一定方向に通過する相互磁束１０が不飽和領域９を通過して交流磁気回路側で交互に逆方向に向きが切り替えられるように磁路を変更する。例えば、図２に示す交直流電力変換器の交流巻線４に対しては左右に分配された交流巻線４に対して主相互磁束１０が交互に鎖交して二次回路側の交流巻線４に電磁誘導で起電力を発生させて交流の電流を生じさせる。
【００３８】
なお、図２に示す例では、順変換機能と逆変換機能との両方を発揮し得る装置構成を採るようにしているが、必要に応じて順変換装置或いは逆変換装置として独立した別々の構成としても良い。例えば、図２に示す交直流電力変換器において、順変換機能のみを与える場合には、交流制御巻線６を備えなくとも良い。順変換時に交流巻線４に入力される交流電流によって発生する交流磁束成分が磁気飽和点を運転開始点とするようにバイアス磁束１７が制御されているので、交流磁束成分を重畳するだけで、交流から直流あるいはその逆の電力変換が可能となる。
【００３９】
《調相設備の構造と動作原理》
次に、本発明に適用され得る調相設備の構造と動作原理とについて説明する。
【００４０】
調相設備５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂとしては、リアクトルとコンデンサとを並列結合すると共に送電線・配電線と対地間とをリアクトルとコンデンサとで結合し遅れ無効電力と進み無効電力とを対地に吸収させて配電線に流れる無効電力を調整して母線電圧を許容値内に収めるようにしたり所定の値に保持したりするようにＯＮ−ＯＦＦスイッチで不連続に調整される従来の調相機を用いることもできるし、連続的で滑らかな調整が可能であって本発明の交直流配電系統による配電の効率化を図るに際してより一層適当な新たな調相機を用いることもできる。
【００４１】
無効電力を連続的に（言い換えると、無段階に滑らかに）調整することを可能にする新たな調相設備は、リアクタンス値を連続的に増減させることができるリアクトル（以下、可変リアクトル７０と呼ぶ）とコンデンサ容量を連続的に増減させることができるコンデンサ（以下、可変コンデンサ７１と呼ぶ）とを備える。
【００４２】
可変リアクトル７０は、図３に示すように、例えば合成樹脂などの非磁性体で形成された板状の非磁性固定盤７０ａと、当該非磁性固定盤７０ａに載置・固定される鉄心７０ｂと、当該鉄心７０ｂの一辺に巻回される巻線７０ｃと、鉄心７０ｂの一辺と交差するように配置される調整体７０ｄと、当該調整体７０ｄの移動を制御する調整体移動装置７０ｅとを有する。
【００４３】
鉄心７０ｂは、ロ字形のうちの一辺の中間の一部分が切り取られた空隙部分７０ｆを有するものとして（すなわち、Ｃ字形に）形成される。また鉄心７０ｂには、空隙部分７０ｆが形成されている一辺と対向する辺に巻線７０ｃが巻回される。そして、鉄心７０ｂは、空隙部分７０ｆが形成されている辺を下側にすると共に巻線７０ｃが巻回された辺を上側にして非磁性固定盤７０ａの上面に立てられて載置され固定される。
【００４４】
調整体７０ｄは、鉄心７０ｂの空隙部分７０ｆに摺動可能に挿入可能な断面を有する柱状に形成される。本実施形態では、鉄心７０ｂの空隙部分７０ｆの形状に合わせた軸直角断面を有する角柱状部材として形成されている。さらに、調整体７０ｄは、非磁性体で形成された柱状部分７０ｄnと磁性体で形成された柱状部分７０ｄmとを軸心を揃えて連接して形成される。なお、磁性体部分７０ｄmは珪素鋼板やアモルファス鉄心などで形成することが考えられ、非磁性体部分７０ｄnは合成樹脂などで形成することが考えられる。なお、非磁性体部分７０ｄnとして大気を用いるようにし、非磁性体部分７０ｄnを物理的な有形の構造としては有しないようにしても良い。
【００４５】
そして、調整体７０ｄは、鉄心７０ｂの空隙部分７０ｆに、当該空隙部分７０ｆが形成されている辺（即ち下辺）の軸心方向と直交する方向に挿入され、鉄心７０ｂと非磁性固定盤７０ａとの両方に対して摺動可能に非磁性固定盤７０ａの上面に載置される。
【００４６】
調整体移動装置７０ｅは、鉄心７０ｂの下辺に固定され、調整体７０ｄを、非磁性固定盤７０ａの上面を摺動させて調整体７０ｄの軸心方向（即ち、鉄心７０ｂの下辺と直交する方向；矢印７０ｇの方向）に往復移動させるものである。このとき、調整体７０ｄは非磁性体部分７０ｄnと磁性体部分７０ｄmとが軸心方向に連接しているので、軸心方向に移動することによって鉄心７０ｂの下辺と磁性体部分７０ｄmとの重なり量が連続的に変化することになり、これにより可変リアクトル７０のリアクタンスが連続的に増減することになる。なお、調整体移動装置７０ｅとしては具体的には例えばサーボモータなどが用いられる。
【００４７】
すなわち、図３に示す可変リアクトル７０であれば、リアクタンス値を連続的に滑らかに変化させることが可能であり、ＯＮ−ＯＦＦスイッチを用いて不連続に調整する場合と比べ、遅れ無効電力を細かく適切に調整して配電損失の発生を低減させることができる。
【００４８】
一方、可変コンデンサ７１は、図４に示す円筒型と図５に示す平盤型との二つがある。
【００４９】
円筒型は、図４に示すように、板状の絶縁固定盤７１ａと、当該絶縁固定盤７１ａに載置・固定される二つのブッシング７１ｂ，７１ｂと、当該二つのブッシング７１ｂ，７１ｂに支持される中心電極７１ｃと、当該中心電極７１ｃが貫通している誘電体７１ｄと、当該誘電体７１ｄの外周に配置された外側電極７１ｅと、誘電体７１ｄの移動を制御する誘電体移動装置７１ｆとを有する。
【００５０】
中心電極７１ｃは例えば銅やアルミ導電体によって柱状（本実施形態では円柱状）に形成される。そして、中心電極７１ｃは軸心方向の両端部がそれぞれブッシング７１ｂによって支持されて絶縁固定盤７１ａの上方位置で固定される。
【００５１】
誘電体７１ｄは、例えば合成樹脂や紙などにより、中心電極７１ｃを摺動可能に貫通させる貫通孔を軸心位置に有する円筒状に形成される。なお、誘電体７１ｄは中心電極７１ｃよりも軸方向長さが短く形成される。
【００５２】
また、外側電極７１ｅは、例えば銅やアルミ導電体により、誘電体７１ｄを摺動可能に収容可能（言い換えると、挿入可能）な中空部を有する筒状に形成される。なお、外側電極７１ｅも中心電極７１ｃよりも軸方向長さが短く形成される。そして、外側電極７１ｅは下端部が絶縁固定盤７１ａに固定される。
【００５３】
以上より、中心電極７１ｃを軸心位置に貫通させることによって当該中心電極７１ｃの外周に誘電体７１ｄが配設され、また、誘電体７１ｄを内側に収容することによって当該誘電体７１ｄの外周に外側電極７１ｅが配設される。そして、中心電極７１ｃは両端部のブッシング７１ｂ，７１ｂを介して絶縁固定盤７１ａに対して固定され、外側電極７１ｅは下端部が絶縁固定盤７１ａに固定される。一方で、誘電体７１ｄは、絶縁固定盤７１ａに固定されている中心電極７１ｃ及び外側電極７１ｅに対してこれらの間隙に摺動可能に組み込まれる。
【００５４】
そして、誘電体移動装置７１ｆは、絶縁固定盤７１ａに固定され、中心電極７１ｃ及び外側電極７１ｅに対して摺動可能に組み合わせられている誘電体７１ｄを中心電極７１ｃの軸心方向（矢印７１ｇの方向）に往復運動させて外側電極７１ｅの中空部に挿入したり引き出したりするものである。このとき、誘電体７１ｄの移動によって中心電極７１ｃと外側電極７１ｅとの間の誘電率が連続的に変化することになり、これによって可変コンデンサ７１のコンデンサ容量が連続的に増減することになる。なお、誘電体移動装置７１ｆとしては具体的には例えばサーボモータなどが用いられる。
【００５５】
また、平盤型は、図５に示すように、板状の絶縁固定盤７１ｈと、当該絶縁固定盤７１ｈに載置・固定される二枚の平板電極７１ｉ，７１ｉと、当該二枚の平板電極７１ｉ，７１ｉに挟まれる誘電体７１ｊと、当該誘電体７１ｊの移動を制御する誘電体移動装置７１ｋとを有する。
【００５６】
平板電極７１ｉは例えば銅やアルミ導電体によって板状（本実施形態では矩形板状）に形成される。そして、二枚の平板電極７１ｉ，７１ｉが対向して絶縁固定盤７１ｈに立てられて固定される。
【００５７】
誘電体７１ｊは例えば合成樹脂や紙などによって板状や直方体に形成される。そして、誘電体７１ｊは二枚の平板電極７１ｉ，７１ｉの間に摺動可能に差し込まれる。
【００５８】
そして、誘電体移動装置７１ｋは、絶縁固定盤７１ｈに固定され、二枚の平板電極７１ｉ，７１ｉの間に摺動可能に差し込まれている誘電体７１ｊを平板電極７１ｉの板面方向（矢印７１ｍの方向）に往復運動させて二枚の平板電極７１ｉ，７１ｉの間に挿入したり引き出したりするものである。このとき、誘電体７１ｊの移動によって二枚の平板電極７１ｉ，７１ｉの間の誘電率が連続的に変化することになり、これによって可変コンデンサ７１のコンデンサ容量が連続的に増減することになる。なお、誘電体移動装置７１ｋとしては具体的には例えばサーボモータなどが用いられる。
【００５９】
すなわち、本実施形態において適用されている可変コンデンサ７１であれば、コンデンサ容量を連続的に滑らかに変化させることが可能であり、ＯＮ−ＯＦＦスイッチを用いて不連続に段階的に調整する場合と比べ、進み無効電力を細かく適切に調整して配電損失の発生を低減させることができる。
【００６０】
上述のように、非磁性体部分７０ｄnと磁性体部分７０ｄmとが連接する調整体７０ｄを鉄心７０ｂの空隙部分７０ｆで往復移動させることによって遅れ無効電力を調整する可変リアクトル７０と、誘電体７１ｄ，７１ｊを電極間で往復移動させることによって進み無効電力を調整する可変コンデンサ７１とを組み合わせて無効電力を連続的に制御することができる新たな調相設備を用いることによって本発明の効果をより向上させることができる。なお、この方法では、遅れ無効電力は可変リアクトル７０で調整され、進み無効電力は可変コンデンサ７１が主体となって可変型リアクトルが補完的に調整する。したがって、最大調整幅は、遅れ無効電力については磁性体を完全挿入したときであり、進み無効電力についてはコンデンサの全容量である。
【００６１】
なお、上述の可変リアクトル７０や可変コンデンサ７１と従来のＯＮ−ＯＦＦスイッチ型のリアクトルやコンデンサとを組み合わせるようにしても良い。具体的には、本実施形態のようにリアクトルもコンデンサも連続可変型のものを用いるようにしても良いし（図６（Ａ））、同図（Ｂ）に示すように可変リアクトル７０とＯＮ−ＯＦＦスイッチ型コンデンサ６８とを組み合わせるようにしても良いし、同図（Ｃ）に示すようにＯＮ−ＯＦＦスイッチ型リアクトル６９と可変コンデンサ７１とを組み合わせるようにしても良い。同図（Ｂ）や（Ｃ）のようにＯＮ−ＯＦＦスイッチ型と組み合わせることによって、一定の幅を超える大きな変化に対してはスイッチの切り替えによって無効電力を一気に調整することと、一定の幅に収まる変化に対しては調整体７０ｄや誘電体７１ｄ，７１ｊの移動によって無効電力を連続的に細かく調整することとを組み合わせることができるので、連続的な調整として必要とされる調整幅が小さくて済み、すなわち調整体７０ｄや誘電体７１ｄ，７１ｊの移動の幅が小さくて済むので無駄のない装置設計が可能になる。なお更に言えば、連続可変型のリアクトルやコンデンサを用いることなく、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ型コンデンサ６８とリアクトル６９とを用いて調相設備５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂを構成するようにしても良い（同図（Ｄ））。
【００６２】
なお、リアクトルを連続可変型に構成するためには鉄心７０ｂと調整体７０ｄとの相対位置が変化すれば良いので、調整体を固定した上で鉄心を移動させるようにしても良いし、調整体と鉄心との両方を移動させるようにしても良い。また、コンデンサを連続可変型に構成するためには電極７１ｃ・７１ｅ，７１ｉ・７１ｉと誘電体７１ｄ，７１ｊとの相対位置が変化すれば良いので、誘電体を固定した上で電極を移動させるようにしても良いし、誘電体と電極との両方を移動させるようにしても良い。
【００６３】
また、第一交流系Ａの両端の調相設備５６Ａ，５８Ａのうちの少なくとも一方のみ、また、第二交流系Ｂの両端の調相設備５６Ｂ，５８Ｂのうちの少なくとも一方のみを連続可変型とすることにより、無効電力を細かく適切に調整して配電損失の発生を低減させることができる。
【００６４】
《電流均一化制御》
従来の交流配電系統においては、放射状系統であるため、負荷や自家発電の変動に対して電力会社からの購入電力が決まり、送電線・配電線の電流分布は負荷変動に対して一義的に定まる。これに対して二つの放射状交流系統の端部を直流系統で結合する本発明の交直流配電系統では、直流系Ｄの電力を制御することによって二つの交流系Ａ，Ｂの交流配電線５７Ａ，５７Ｂや変圧器５５Ａ，５５Ｂの電気損失の総和を最小化する電流均一化制御を行うことが可能になる。この方法は交流配電線５７Ａ，５７Ｂ同士を直流連系線６１によって直流結合するという本発明特有の構成に基づいて可能になるものである。
【００６５】
まず、図１は、二つの負荷地点を有する放射状交流配電系統同士が各々の末端の負荷地点において直流系によって連系される例を示したものである。本図における符号が表す内容は次の通りである。なお、交流系の電力，電圧，電流は複素ベクトル量であり、直流系の電力，電圧，電流はスカラー量である。
Ｐs：電力会社系統５０から供給される電力
Ｐs1：第一交流系Ａの受電電力または送電電力
Ｐs2：第二交流系Ｂの受電電力または送電電力
ＰL11，ＰL12：第一交流系Ａの負荷（抵抗負荷と調相負荷との合計）
ＰL21，ＰL22：第二交流系Ｂの負荷（抵抗負荷と調相負荷との合計）
Ｐ1：第一交流系Ａと直流系Ｄとの間の交直流変換用の変圧器６６Ａを通過する電力
Ｐ2：第二交流系Ｂと直流系Ｄとの間の交直流変換用の変圧器６６Ｂを通過する電力
Ｐg1：第一交流系Ａの発電（複数の交流発電装置５９が連系しているときは合計値）
Ｐg2：第二交流系Ｂの発電（複数の交流発電装置５９が連系しているときは合計値）
Ｐb：蓄電池電力（蓄電池６４が複数連系しているときは合計値）
ＰgD：直流系Ｄの発電（直流発電装置６３が複数連系しているときは合計値；
放電する蓄電池６４の電力Ｐbも合計に加える）
ＰLD：直流系Ｄの負荷（複数の直流負荷６２が連系しているときは合計値；
充電する蓄電池６４の電力Ｐbも合計に加える）
ＰD1：第一交流系Ａ側の交直流電力変換器６０Ａの直流側端子の電力
ＰD2：第二交流系Ｂ側の交直流電力変換器６０Ｂの直流側端子の電力
ＶD1：第一交流系Ａ側の交直流電力変換器６０Ａの直流側端子の電圧
ＶD2：第二交流系Ｂ側の交直流電力変換器６０Ｂの直流側端子の電圧
【００６６】
直流系Ｄに纏わる直流電力制御としては、電力を送り出す順変換器側は送電電力（ＰD1又はＰD2）を目標として維持する定電力制御を行い、電力を受ける逆変換器側は電圧（ＶD1又はＶD2）を目標として維持する定電圧制御を行う制御方法を用いる。そして、本発明ではこの制御方法を用いて定電力制御や定電圧制御の設定値を次のように算定する。
【００６７】
本実施形態では、電力会社系統５０から第一交流系Ａに電力Ｐs1が送電されると共に第二交流系Ｂに電力Ｐs2が送電される（なお、電力会社系統５０から供給される電力Ｐs＝Ｐs1＋Ｐs2となる）。そして、以下では、第一交流系Ａは直流系Ｄへ電力ＰD1を送電し、第二交流系Ｂは直流系Ｄから電力ＰD2を受電している場合を例に挙げて説明する。すなわち、具体的には、第一交流系Ａが電力過剰になっていて第一交流系Ａ側の交直流電力変換器６０Ａは交流→直流変換（即ち順変換）を行って第一交流系Ａから直流系Ｄへと送電を行い、第二交流系Ｂ側の交直流電力変換器６０Ｂは直流→交流変換（即ち逆変換）を行って直流系Ｄから第二交流系Ｂへと送電を行う場合を例に挙げて説明する。なお、電力会社系統５０から交流系Ａ，Ｂに対して電力Ｐs1，Ｐs2が送電される場合が通常であるが、交流系Ａ，Ｂに連系している発電設備による発電の状況等によっては交流系Ａ，Ｂから電力会社系統５０に対して送電される（この場合は、逆潮流になる）場合もある。
【００６８】
上記の前提に基づくと、第一交流系Ａは、発電が交流分散電源５９の発電電力Ｐg1＋電力会社供給電力Ｐs1であると共に負荷がＰL11＋ＰL12＋Ｐ1である単純放射状系統であり、また、第二交流系Ｂは、発電が交流分散電源５９の発電電力Ｐg2＋電力会社供給電力Ｐs2＋Ｐ2であると共に負荷がＰL21＋ＰL22である単純放射状系統であると考えることができる。
【００６９】
そうすると、ループ型交直流配電系統の各交流系の電流分布と電気損失とは、図７（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）の順に考えて導出される（Ｃ）に示す等価回路によって表現することができ、電力会社連系点８０の電圧を共通にした分割系統の電力方程式を解くことによって計算することができる。
【００７０】
図１と図７とにおいて同じ符号は同じものを表す。ただし、図７における符号Ｖsは電力会社連系点８０の電圧を表す。また、同図（Ｃ）では、第一交流系Ａと第二交流系Ｂとを識別するための添字を省略している。
【００７１】
まず、図７(Ｃ)に示す交流系Ａ，Ｂの回路の電圧等は数式１のようにそれぞれ表すことができる。ここで、以降の数式において、太字の変数は複素ベクトル量であり、添字ｒは実数を表し、添字ｘは虚数を表す。また、＊が付されている変数は共役複素ベクトルである。なお、複素ベクトル量を数式中では太字表記して区別する一方で本文中では通常字体で表記するが、交流系の電力，電圧，電流は複素ベクトル量であり、直流系の電力，電圧，電流はスカラー量である。
【数１】
2011239497.tif 000003
ただし、  ｊ：虚数単位
電力の式中  Ｐ：有効電力，Ｑ：無効電力
インピダンスの式中  Ｒ：抵抗分，Ｘ：リアクタンス分
をそれぞれ表す。
【００７２】
そして、発電負荷の電力式として数式２−１が成り立ち、これから数式２−２が導かれる。なお、以降の数式は図１のループ型交直流配電系統から導出される図７(Ｃ)の等価表現系統に対して定立されるものであり図７(Ｃ)と同様に第一交流系Ａと第二交流系Ｂとを識別するための添字を省略している。
【数２】
2011239497.tif 000004
ただし、  ＰL1：交流系の負荷（抵抗負荷と調相負荷との合計）
Ｖ1，ＩL1：ＰL1に対応する電圧，電流
Ｐg：交流系の発電（複数の交流発電装置が連系しているときは合計値）
Ｖg，Ｉg：Ｐgに対応する電圧，電流
ＰL2：交流系の負荷（抵抗負荷と調相負荷との合計）
Ｖ2，ＩL2：ＰL2に対応する電圧，電流
ＰD：交直流電力変換器の電力設定値（送電時、即ち順変換運転時に設定）
ＶD：交直流電力変換器の電圧設定値（充電時、即ち逆変換運転時に設定）
ＩD：ＰD，ＶDに対応する電流
をそれぞれ表す。
【００７３】
また、送電線・配電線の電圧式として数式３−１が成り立ち、この数式３−１に数式２−２を代入すると数式３−２が導かれる。ここで、Ｚs，Ｚ1，Ｚ2は交流系の各地点間の変圧器を含む線路インピーダンスであり、ＺDは交直流変換用の変圧器６６Ａ，６６Ｂのインピーダンスである。
【数３】
2011239497.tif 000005
【００７４】
そして、数式３−２を整理すると数式４が得られる。
【数４】
2011239497.tif 000006
【００７５】
さらに、送電線・配電線の電流式として数式５−１が成り立ち、これから数式５−２が導かれる。なお、数式５−１，数式５−２においては、送電線・配電線の電流Ｉs1及びＩs2については、電力会社系統５０から交流系Ａ，Ｂへの注入時は発電であり符号＋で表し、流出時は負荷であり符号−で表す。また、直流連系線６１の電流ＩD1及びＩD2については、直流系Ｄから交流系Ａ，Ｂへの注入時は発電であり符号＋で表し、流出時は負荷であり符号−で表す。ここで、ここでの説明は、第一交流系Ａは直流系Ｄへ電力ＰD1を送電し、第二交流系Ｂは直流系Ｄから電力ＰD2を受電している場合を例に挙げて説明しており、数式５−２は第一交流系Ａについての電流式である。第二交流系Ｂについての電流式の場合には、数式５−２のＩDの符号は＋と−とが逆になる。
【数５】
2011239497.tif 000007
【００７６】
そして、数式４に数式５−２を代入すると、送電線・配電線の電力方程式として数式６が得られる。
【数６】
2011239497.tif 000008
【００７７】
数式６において、交流系Ａ，Ｂの発電電力Ｐg，負荷ＰL1及びＰL2，直流系Ｄの電力ＰD、連系点の電圧Ｖsは既知であり、未知数は交流系Ａ，Ｂの電流Ｉg及びＩL1及びＩL2，直流系Ｄの電流ＩDの四つである。そうすると、式の個数も四つであるから、数式６に示される送電線・配電線の電力方程式は解くことができる。
【００７８】
数式６に示される電力方程式は非線形代数式であるので、収束計算を適用することによって求められる。そして、得られた交流系Ａ，Ｂの電流Ｉg，ＩL1，ＩL2，直流系Ｄの電流ＩDを用いて交流系統の電気損失ＰWは数式７によって計算される。
（Ｉg，ＩL1，ＩL2，ＩDはいずれも複素ベクトル量，Ｉ＊はその共役ベクトルである。）
【数７】
2011239497.tif 000009
【００７９】
電力会社系統５０と直流連系点８１Ａ，８１Ｂとを結ぶループ型交直流配電系統において、第一交流系Ａから第二交流系Ｂへの直流連系電力（即ち、融通電力）がΔＰD増加すると共に電流がΔＩD増加した場合に第一交流系Ａ，第二交流系Ｂ，直流系Ｄの各々の電気損失の増減ΔＰw1，ΔＰw2，ΔＰwDは数式８のようになる。なお、第一・第二交流系Ａ，Ｂのそれぞれの、電力会社系統５０（電力会社連系点８０）から交直流電力変換器６０Ａ・６０Ｂの交流系統側端子までの、交直流変換用の変圧器６６Ａ・６６Ｂを含む線路抵抗の合計値を等価抵抗Ｒe1とＲe2とする。また、直流系Ｄの、両交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂの間の、直流リアクトル６５Ａ・６５Ｂ及び交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂの内部抵抗を含む線路抵抗の合計値を等価抵抗ＲeDとする。
【数８】
2011239497.tif 000010
【００８０】
数式８より、送電側の第一交流系Ａ及び直流系ＤではΔＰw1，ΔＰwDだけそれぞれ損失が増加するものの、受電側の第二交流系Ｂでは電力会社系統５０からの電力が減少するのでΔＰw2だけ損失が減少する。これらの増減差が交流系Ａ，Ｂ及び直流系Ｄの系統全体の電気損失増減の要因となり、ループ型交直流配電系統では数式９の条件が成り立つときに本発明の直流連系による電流均一制御の効果が現れる。
（数９）  ΔＰw1＋ΔＰwD ＜ ΔＰw2
【００８１】
以上より、数式９を満たす融通電力ＰDを解析し、その時のＩDを用いて数式２−１の第４式によりＶDを算出し、当該ＶDで電力を送り出すように順変換器として働く交直流電力変換器６０Ａ若しくは６０Ｂを制御する。具体的には、交直流電力変換器の点弧角を制御することによって直流連系による電力を調整するようにし、順変換器（即ち、交流系から直流系に電気を送る側）として働く交直流電力変換器では直流線路電流ＩDが一定になるように変換器の点弧制御を行い、逆変換器（即ち、直流系から交流系に電気を送る側）として働く交直流電力変換器では直流端子電圧ＶDが一定にるように変換器の点弧制御を行う。そして、これら二つの制御回路によって直流系Ｄの電力を変更する場合には、ＰD＝ＶD×ＩDの関係に基づいてＰDになるように、順変換器側の電流の設定値のフィードバック制御が行われる。また、必要な場合には、直流系Ｄの電力潮流の向きを適宜切り替える。
【００８２】
《変圧器の高力率化制御》
次に、交直流配電系統内の電気抵抗損の低減に寄与し得る方法としての変圧器の高力率化について説明する。
【００８３】
交流系統における電気損失には機器の導線の電気抵抗による銅損と鉄心に生じる渦電流による鉄損とがあり、配電系統では特に変圧器における銅損及び鉄損や配電線の銅損が主要因となり、損失量は電流の二乗に比例する。
【００８４】
一方、交流線路や機器を流れる電力や電圧、電流は複素ベクトル量で数式１０のように表される。ただし、添字ｒは実数を表し、添字ｘは虚数を表す。
【数１０】
2011239497.tif 000011
ただし、  ｊ：虚数単位
電力ベクトルの式中  Ｐr：有効電力，Ｑx：無効電力
をそれぞれ表す。
【００８５】
電力Ｐは電圧Ｖ(複素ベクトル量)と電流の共役ベクトルＩ＊との積として数式１１で表される。
【数１１】
2011239497.tif 000012
【００８６】
電力ベクトルＰの実数部Ｐrは仕事をする有効電力虚数部Ｑxは電界・磁界を形成する無効電力である。なお、無効電力は、＋を遅相電力といい、−を進相電力という。電圧に対して電流が遅れれば遅相電力となり、逆に電流が進めば進相電力となる。そして、この遅れや進みの時間は、１サイクルを360度とみて時間を角度で表現し、角度θを位相角といい、cosθを力率という。
【００８７】
電圧と電流との積が変わらなくても位相角θによって有効と無効電力との大きさは増減する。例えば、電圧と電流とが同相（即ち、θ＝０，力率＝１）のときは無効電力がゼロになり、電流と電圧との積の全てが有効電力になる。同じ電圧と有効電力とでも位相角が大きく電圧と電流とのずれが大きいと電流は大きくなり電流の二乗で増加する電気損失は大きく増大する。したがって、送電線・配電線や変圧器の電気損失を少なくするには電圧と電流との位相角ゼロ（即ち力率＝１）に近づけて無効電力をなくして有効電力だけを効率よく送ることが重要になる。この電圧と電流との位相角を調整して無効電力を減少させて電気損失を最小化することを高力率運転制御という。
【００８８】
図８は変圧器の通過電流の位相角を調整する高力率運転制御方法の説明である。変圧器の母線電圧Ｖtを基準にして（即ち、位相角θ＝０）変圧器に出入りする電流ベクトルは変圧器を通過するＩt，負荷に分岐するＩL，変圧器定圧側の線路Ｉsがある（同図(Ｃ)の数式参照）。
【００８９】
変圧器の通過電流ＩtとＶtとを同相にして高力率の運転によって電流の大きさを最小にして電気損失を最小化するにはＩtの虚部をゼロとすればよいので、変圧器の高圧側（同図(Ａ)）又は低圧側（同図(Ｂ)）にコンデンサやリアクトルを挿入してｊＩtx＝０になるように高力率運転制御を実施する。具体的には、変圧器の力率運転状態によって次の方法によって制御する。
【００９０】
１）遅相力率運転
変圧器電流Ｉtの虚部がＩtx＞０の遅相電流が流れている場合、これを打ち消すようにコンデンサを挿入しＩtの虚部にＩtx＜０の進み電流Ｉcxを流し虚部をゼロに近づける。このとき母線電圧は上昇するので、許容値（例えば定格の＋５％）を超えない範囲で制御する。
【００９１】
２）進相力率運転
変圧器電流Ｉtの虚部がＩtx＜０の進相電流が流れている場合、これを打ち消すようにリアクトルを挿入してＩtx＞０の遅相電流を流して虚部をゼロに近づける。このとき母線電圧は降下するので、許容値（例えば定格の−５％）を超えない範囲で制御する。
【００９２】
次に、図９及び図１０を用いて本発明の交直流配電系統の第二の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二の実施形態において上述の第一の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９３】
第二の実施形態の交直流配電系統は、電力会社系統５０の配電用変電所５２から放射状をなして敷設された第一交流系Ａの交流配電線５７Ａと第二交流系Ｂの交流配電線５７Ｂとが、両端に少なくとも交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂを備える直流系Ｄの直流連系線によって直流連系されていると共に、直流連系線の途中が少なくとも交直流電力変換器６０Ｃを介在させて配電用変電所５２と連系されている。
【００９４】
まず、この第二の実施形態と上述の第一の実施形態とでは、従来（言い換えると既存）の放射状交流配電系統としての第一交流系Ａ及び第二交流系Ｂの構成は全く同じである。
【００９５】
また、第一の実施形態の直流系Ｄの構成のうち、当該直流系Ｄの両端に設けられる交直流変換用の変圧器６６Ａ・６６Ｂ，交直流電力変換器６０Ａ・６０Ｂ，直流リアクトル６５Ａ・６５Ｂも第二の実施形態と第一の実施形態とで同様である。なお、第二の実施形態においても、第一交流系Ａ側の変圧器６６Ａから第二交流系Ｂ側の変圧器６６Ｂまでを直流系Ｄと呼ぶ。
【００９６】
そして、第二の実施形態は、直流系Ｄの直流リアクトル６５Ａと直流リアクトル６５Ｂとの間に設けられる直流連系線が、当該直流連系線の途中地点において、変圧器６６Ｃと交直流電力変換器６０Ｃと直流リアクトル６５Ｃとを介して配電用変電所５２内の変圧器５３と連系している点が第一の実施形態と異なる。
【００９７】
本実施形態では、第一交流系Ａ側の直流リアクトル６５Ａから、直流系Ｄと配電用変電所５２内の変圧器５３との連系点に設けられた直流リアクトル６５Ｃまでを第一直流連系線６１Ａとし、また、第二交流系Ｂ側の直流リアクトル６５Ｂから直流リアクトル６５Ｃまでを第二直流連系線６１Ｂとする。
【００９８】
このように、第二の実施形態では、第一交流系Ａの交流配電線５７Ａと直流系Ｄの第一直流連系線６１Ａとが対応して設けられ、また、第二交流系Ｂの交流配電線５７Ｂと直流系Ｄの第二直流連系線６１Ｂとが対応して設けられる。以下においては、当該第二の実施形態の配電系統のことをパラレル型交直流配電系統と呼ぶ。
【００９９】
第二の実施形態では、また、直流系Ｄに対して放電したり直流系Ｄから受電したりする蓄電池６４が設けられる。そして、第二の実施形態では、電力会社等からの電力を蓄電池６４に一旦貯蔵し、直流系Ｄはこの蓄電池６４から受電する（即ち、電力の供給を受ける）ことを基本とするが、蓄電池６４が空になっている時は直流系Ｄは電力会社等から直接受電する。なお、図９に示す例では直流系Ｄと直流リアクトル６５Ｃとの連系点に蓄電池６４が設けられるようにしているが、これは当該位置であれば一つの蓄電池を第一交流系Ａと第二交流系Ｂとで共用することができるので蓄電池の設置数が節約されることを考慮した例であり、蓄電池６４が設けられる位置は図９の例における位置には限られない。すなわち、第一直流連系線６１Ａの中間点と第二直流連系線６１Ｂの中間点とのそれぞれに蓄電池６４を設けるようにしても良い。
【０１００】
また、第二の実施形態では、第一直流連系線６１Ａと第二直流連系線６１Ｂとの各々に、直流負荷６２Ａ，６２Ｂが連系すると共に直流発電６３Ａ，６３Ｂが連系する。
【０１０１】
《電流均一化制御》
続いて、第二の実施形態における、直流系Ｄの電力を制御することによって交流系Ａ，Ｂの配電線５７Ａ，５７Ｂや変圧器５５Ａ，５５Ｂの電気損失の総和を最小化する電流均一化制御について説明する。
【０１０２】
まず、図９における符号が表す内容は次の通りである。なお、交流系の電力，電圧，電流は複素ベクトル量であり、直流系の電力，電圧，電流はスカラー量である。
Ｖs：電力会社連系点８０の電圧
Ｐs：電力会社系統５０から供給される電力
Ｐs1：第一交流系Ａの受電電力または送電電力
Ｐs2：第二交流系Ｂの受電電力または送電電力
ＰL11，ＰL12：第一交流系Ａの負荷（抵抗負荷と調相負荷との合計）
ＰL21，ＰL22：第二交流系Ｂの負荷（抵抗負荷と調相負荷との合計）
Ｐ1：第一交流系Ａと直流系Ｄとの間の交直流変換用の変圧器６６Ａを通過する電力
Ｐ2：第二交流系Ｂと直流系Ｄとの間の交直流変換用の変圧器６６Ｂを通過する電力
Ｐg1：第一交流系Ａの発電（複数の交流発電装置５９が連系しているときは合計値）
Ｐg2：第二交流系Ｂの発電（複数の交流発電装置５９が連系しているときは合計値）
Ｐb：蓄電池電力（蓄電池６４が電力会社との連系点に複数連系のときは合計値）
ＰgD1：第一直流連系線６１Ａの発電（直流発電装置６３Ａが複数連系しているときは合計値；中間点にある放電する蓄電池の電力も合計に加える）
ＰgD2：第二直流連系線６１Ｂの発電（直流発電装置６３Ｂが複数連系しているときは合計値；中間点にある放電する蓄電池の電力も合計に加える）
ＰLD1：第一直流連系線６１Ａの負荷（複数の直流負荷６２Ａが連系しているときは合計値；中間点にある充電する蓄電池の電力も合計に加える）
ＰLD2：第二直流連系線６１Ｂの負荷（複数の直流負荷６２Ｂが連系しているときは合計値；中間点にある充電する蓄電池の電力も合計に加える）
ＰD1：第一交流系Ａ側の交直流電力変換器６０Ａの直流側端子の電力
ＰD2：第二交流系Ｂ側の交直流電力変換器６０Ｂの直流側端子の電力
ＶD1：第一交流系Ａ側の交直流電力変換器６０Ａの直流側端子の電圧
ＶD2：第二交流系Ｂ側の交直流電力変換器６０Ｂの直流側端子の電圧
【０１０３】
パラレル型交直流配電系統は、交流配電線５７Ａ，５７Ｂと直流連系線６１Ａ，６１Ｂとが並列して交流と直流との連系点が両端にある。しかしながら、電力会社との連系点に結合する変換器６６Ｃの電圧は、直流系Ｄや蓄電池６４との電力の出し入れがあっても結合する交流側容量が大きく母線電圧Ｖsをほぼ一定に保持できる無限大母線とみなせるので、第一・第二交流系Ａ・Ｂや蓄電池６４との相互干渉することが少なく独立系統として分けて解析することができる。このことから、各々の交流系統側からみた等価表現系統はループ型交直流配電系統の場合と同一構成になる。
【０１０４】
具体的には、図１０（Ａ）→（Ｂ）の順に考えて導出される（Ｂ）に示す等価回路によって表現することができ、
【０１０５】
なお、連系点から第一・第二交流系Ａ・Ｂに電力や電流が注入される場合を発電と考えて電流式では＋Ｉsとして計算する。すなわち、以下のようにする。
Ｐs1，Ｐs2：電力会社系統５０から交流系Ａ，Ｂへ注入する場合は発電で＋Ｉsとし、逆の場合は負荷で−Ｉsとする。
ＰD1，ＰD2：直流系Ｄから交流系Ａ，Ｂに注入する場合は発電で＋ＩDとし、逆の場合は負荷で−ＩDとする。
【０１０６】
ここで、第一の実施形態のループ型交直流配電系統の場合には、数式５−１で表される電流式で、第一交流系Ａについては当該第一交流系Ａから直流系Ｄに流れるので、−ＩDとなり、第二交流系Ｂについては直流系Ｄから第二交流系Ｂに流れるので＋ＩDとなる。
【０１０７】
そして、パラレル型交直流配電系統では、交流系Ａ，Ｂの電気損失は第一の実施形態の場合の第二交流系Ｂと常に同様となり、注入電流ＩsとＩDとが打ち消し合って損失を少なくする。以上より、各系統毎に以下のようにして電流均一化制御の効果が算定される。
【０１０８】
すなわち、交流系Ａ，Ｂの電力方程式から得られた電流ＩL1，Ｉg，ＩL2，ＩDを用いてその系統の電気損失Ｐwはループ系統と同様にして数式で算定される。ここで、以降の数式において、太字の変数は複素ベクトル量である。なお、複素ベクトル量を数式中では太字表記して区別する一方で本文中では通常字体で表記するが、交流系の電力，電圧，電流は複素ベクトル量であり、直流系の電力，電圧，電流はスカラー量である。
【数１２】
2011239497.tif 000013
【０１０９】
数式１２の損失計算の対象になる基幹送電線・配電線は、電力会社系統５０から交流配電線５７Ａ，５７Ｂを通して各負荷に送電する交流基幹線と、電力会社系統５０から直流連系線６１Ａ，６１Ｂで迂回して交流配電線５７Ａ，５７Ｂの各負荷に送電する直流基幹線との二ルートがある。直流系Ｄを介して送る電力がΔＰD増加すると共に電流がΔＩD増加した場合、電気損失は交流基幹線での電流はほぼΔＩD減少すると共に直流線の電流がΔＩD増加するので、両方の線路での損失増減ΔＰwは数式１３の通りになる。なお、第一・第二交流系Ａ，Ｂの、電力会社系統５０（電力会社連系点８０）から交直流電力変換器６０Ａ・６０Ｂの交流系統側端子までの、交直流変換用の変圧器６６Ａ・６６Ｂを含む線路抵抗の合計値を等価抵抗Ｒeaとする。また、直流系Ｄの、両交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂの間の、直流リアクトル６５Ａ・６５Ｂ及び交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂの内部抵抗を含む線路抵抗の合計値を等価抵抗ＲeDとする。
【数１３】
2011239497.tif 000014
【０１１０】
以上より、パラレル型交直流配電系統では、交流と直流送電線の等価抵抗ＲeaとＲeDが数式１４の条件を満たす場合に電流均一化制御の効果が現れる。
（数１４）  Ｒea ＞ ＲeD
【０１１１】
以上より、数式１４を満たす融通電力ＰDを第一の交流系Ａと第二の交流系Ｂ毎に解析し、その時のＩDを用いて数式２−１の第４式によりＶDを算出し、当該ＶDで電力を送り出すように順変換器として働く交直流電力変換器６０Ａ若しくは６０Ｂを制御する。具体的には、交直流電力変換器の点弧角を制御することによって直流連系による電力を調整するようにし、順変換器（即ち、交流系から直流系に電気を送る側）として働く交直流電力変換器では直流線路電流ＩDが一定にるように変換器の点弧制御を行い、逆変換器（即ち、直流系から交流側に電気を送る側）として働く交直流電力変換器では直流端子電圧ＶDが一定になるように変換器の点弧制御を行う。そして、これら二つの制御回路によって直流系Ｄの電力を変更する場合には、ＰD＝ＶD×ＩDの関係に基づいてＰDになるように、順変換器側の電流の設定値のフィードバック制御が行われる。また、必要な場合には、直流系Ｄの電力潮流の向きを適宜切り替える。
【０１１２】
《変圧器の高力率化制御》
第二の実施形態のパラレル型交直流配電系統においても、第一の実施形態のループ型交直流配電系統で説明した変圧器の高力率化制御を適用することができる。
【０１１３】
以上のように構成された本発明の交直流配電系統並びに交直流配電系統の制御方法によれば、機器ごとの交直流電力変換器を介することなく直流電源や直流負荷を直流系に直接連系させることができるので、機器ごとに交直流電力変換器を設けて交流配電系統と連系させる従来の系統構成の場合と比べて電気損失を低減させることができる。また、直流系を介して二つの交流系の間で融通電力を送電・受電することによって交流配電系統の電流分布を均一化することができる。
【０１１４】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、第一の実施形態及び第二の実施形態では直流系Ｄを第一・第二交流系Ａ，Ｂの末端に結合するようにしているが、これに限られず、直流系Ｄを第一・第二交流系Ａ，Ｂの途中に結合するようにしても良い。すなわち、交流系同士を直流系によって連系するという本発明の目的は、直流系に電流をパイパスさせることによって交流系の多段の変圧器の損失を減少させることである。このため、交流系の末端寄りの部分の損失が大きくなる場合には、損失減少に対して最も効果的な地点でバイパスとしての直流系を挿入するようにする。なお、既存の交流系同士のどの地点に直流系を挿入するかについては、代表系統の計算によって電気損失を事前に計算して最適点を導き出すようにする。
【０１１５】
また、上述の実施形態では、第一交流系Ａと第二交流系Ｂとの二つの交流系を一つの直流系Ｄで直流連系するようにしているが、場合によっては、三つ以上の交流系を二つ以上の直流系で直流連系するようにしても良い。
【０１１６】
また、本発明で用いられ得る交直流電力変換器６０Ａ，６０Ｂ並びに調相設備５６Ａ，５６Ｂ及び調相設備５８Ａ，５８Ｂは、上述で説明したものには限られない。すなわち、本発明における交直流電力変換器は、交流から直流へ並びに直流から交流への電力変換機能を有する装置であれば、上述の実施形態として説明したものには限られない。また、本発明における調相設備は、遅れ無効電力と進み無効電力とを対地に吸収させて配電線に流れる無効電力を調整して母線電圧を許容値内に収めるようにしたり所定の値に保持したりする機能を有する装置であれば、上述の実施形態として説明したものには限られない。
【符号の説明】
【０１１７】
Ａ  第一交流系
Ｂ  第二交流系
Ｄ  直流系
５０  電力会社系統
５２  配電用変電所
５７Ａ，５７Ｂ  交流配電線
６０Ａ，６０Ｂ  交直流電力変換器
６１  直流連系線
【図１】
2011239497.tif 000015
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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