(57)【要約】【課題】電力潮流に応じて注入する電圧を微細に調整することができ、しかも損失が少なくかつ高調波を発生しない電力調整装置を提供する。【解決手段】系統母線２Ａ、２Ｂ間に直列巻線４−１を接続した直列変圧器４と、固定子巻線を有する固定子３−１および回転子巻線を有する回転子３−２を有し、いずれか一方の巻線端子を母線２Ａに接続し、他方の巻線端子を直列変圧器４の被励起巻線４−２を介して母線２Ａに接続した位相機３と、回転子３−２を駆動する駆動装置５と、この駆動装置に前記固定子および回転子間の位相差を所望の値に調整する指令値を与える制御装置６とを備えた。【選択図】  図１
2004328895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列巻線および被励起巻線を備えこの直列巻線を電力系統母線間の連係部に直列に接続した直列変圧器と、
固定子巻線を有する固定子および回転子巻線を有する回転子を備え且つ固定子巻線あるいは回転子巻線のうち、いずれか一方の巻線端子を前記母線に接続し、他方の巻線端子を前記直列変圧器の被励起巻線を介して前記母線に接続した位相機と、
前記回転子に軸結合しこれを駆動する駆動装置と、
前記駆動装置に前記固定子および回転子間の位相差を所望の値に調整する指令値を与える制御装置とからなる電力調整装置。
【請求項２】
前記直列変圧器の被励起巻線の巻数は、前記直列変圧器の直列巻線の巻数より多いことを特徴とする請求項１に記載の電力調整装置。
【請求項３】
前記直列変圧器の被励起巻線と前記位相機の巻線との間に、前記被励起巻線の端子に接続する前記位相機の回転子巻線端子、固定子巻線端子の接続状態を切り替える切替スイッチ回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力調整装置。
【請求項４】
前記電力系統母線と前記位相機の巻線との間に変圧器を接続したことを特徴とする請求項１記載の電力調整装置。
【請求項５】
前記位相機は、いずれか一方の巻線端子を前記送電線路の母線に接続し、他方の巻線端子を巻線端子の相とは異なる相に対応する前記直列変圧器の被励起巻線を介して前記送電線路の母線に接続したことを特徴とする請求項１記載の電力調整装置。
【請求項６】
前記直列変圧器は、前記直列巻線または前記被励起巻線のいずれか一方の巻線を２巻線構造としたことを特徴とする請求項１記載の電力調整装置。
【請求項７】
前記電力系統母線と前記位相機の巻線との間に電圧位相差を発生する移相変圧器を接続したことを特徴とする請求項１記載の電力調整装置。
【請求項８】
直列巻線および被励起巻線を備えこの直列巻線を電力系統母線間の連係部に直列に接続した直列変変圧器と、
固定子巻線を有する固定子および回転子巻線を有する回転子を備え且つ固定子巻線あるいは回転子巻線のうち、いずれか一方の巻線端子を前記母線に接続し、他方の巻線端子を前記直列変圧器の被励起巻線を介して前記母線に接続した位相機と、
前記回転子に軸結合しこれを駆動する駆動装置と、
前記駆動装置に前記固定子および回転子間の位相差を所望の値に調整する指令値を与える制御装置と、
前記母線で検出した母線電圧を入力し、この母線電圧の大きさに応じて前記回転子の回転角度の指令値を演算し、この指令値を前記制御装置に与える電圧制御系とから構成したことを特徴とする電力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力系統母線に接続した位相機および電力系統の連係部に介挿した直列変圧器とを用いて電力系統間で潮流を制御するようにした電力調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、連係している電力系統の間で潮流を調整する方法の一例として、移相変圧器を用いて送電線路に直列に注入する電圧を変化させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。この移相変圧器は、送電線路に接続された直列変圧器とこの直列変圧器の直列巻線に接続された励起巻線を持つ調整変圧器と、調整変圧器の調整巻線と直列変圧器の被励起巻線間に接続されたタップ切替器を有し、タップ切替器によりタップ値を切り替え、送電線路に注入する電圧を変化させるものである。また同文献には、２台の回転移相変圧器を利用して２つの電気領域の電圧実効移相θＰＦＣおよび電圧比ＴＰＦＣを同時に制御する技術についても記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２２９１０号公報（第２−４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、タップ切替器は電圧を離散的に切り替えるため、電圧を微細に調整する用途には不向きであった。また、タップ切り替えに時間がかかる上、タップ切替器を頻繁にメンテナンスする必要があり、運用コストがかかるという問題があった。
【０００５】
一方、タップ切替器をサイリスタ等の半導体スイッチ素子で置き換えたものやパワーエレクトロニクスを応用した電力変換装置により、注入電圧に付加的な制御を行うようなパワーエレクトロニクス機器を用いて、高速且つ連続的に調整する方法も考えられるが、コストが高い上に、相対的に損失が大きく、高調波を発生する問題があった。
【０００６】
また、２台の回転移相変圧器を用いた技術の場合には、電圧比のみを制御する場合や、電圧実効移相のみを制御する場合に構成が冗長となり、システム自体が大きくなる欠点がある。
【０００７】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたもので、電力潮流に応じて注入する電圧を微細に調整することができ、損失が少なくかつ高調波を発生せず、しかもシステム構成が冗長にならない電力調整装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る電力調整装置の発明は、直列巻線および被励起巻線を備えこの直列巻線を電力系統母線間の連係部に直列に接続した直列変変圧器と、固定子巻線を有する固定子および回転子巻線を有する回転子を備え且つ固定子巻線あるいは回転子巻線のうち、いずれか一方の巻線端子を前記母線に接続し、他方の巻線端子を前記直列変圧器の被励起巻線を介して前記母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合しこれを駆動する駆動装置と、前記駆動装置に前記固定子および回転子間の位相差を所望の値に調整する指令値を与える制御装置とから構成した。
【０００９】
また、請求項８に係る電力調整装置の発明は、直列巻線および被励起巻線を備えこの直列巻線を電力系統母線間の連係部に直列に接続した直列変変圧器と、固定子巻線を有する固定子および回転子巻線を有する回転子を備え且つ固定子巻線あるいは回転子巻線のうち、いずれか一方の巻線端子を前記母線に接続し、他方の巻線端子を前記直列変圧器の被励起巻線を介して前記母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合しこれを駆動する駆動装置と、前記駆動装置に前記固定子および回転子間の位相差を所望の値に調整する指令値を与える制御装置と、前記母線で検出した母線電圧を入力し、この母線電圧の大きさに応じて前記回転子の回転角度の指令値を演算し、この指令値を前記制御装置に与える電圧制御系とから構成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、各実施の形態に共通する部分は同一符号または関連符号を付けて重複する説明は省く。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示す電力調整装置の構成図である。図１において、１Ａおよび１Ｂはそれぞれ電力系統を構成する三相交流の電力系統送電線路であり、２Ａおよび２Ｂは発電所、変電所または需要家構内等に設けられた前記電力系統の母線である。４はこれら母線２Ａ、２Ｂに接続され、電力系統１Ａ、１Ｂ間を連係する直列変圧器であり、母線間に介挿される直列巻線４−１とこの直列巻線４−１に磁気結合する被励起巻線４−２とから構成されている。
【００１２】
３は位相機と称するもので、巻線型誘導機あるいは回転型変圧器と同様に固定子巻線を有する固定子３−１および回転子巻線を有する回転子３−２を備えており、一方の巻線端子ｔ３−１を前記電力系統母線２Ａに接続すると共に、他方の巻線端子ｔ３−２を前記直列変圧器４の被励起巻線４−２を介して前記電力系統母線２Ａに接続されている。
【００１３】
なお、この位相機３は通常の誘導電動機または誘導発電機のように回転子を自由にする場合と、誘導電圧調整器のように回転子の回転角度を所定の範囲（例えば０°〜１８０°）内に制限する場合とが考えられるが、ここでは回転子３−２が０°〜３６０°の範囲内で自由に回転できるものとして説明する。
【００１４】
また、図１の例では固定子側の巻線端子ｔ３−１が前記電力系統母線２Ａに、回転子側の巻線端子ｔ３−２が被励起巻線４−２を介して前記電力系統母線２Ａにそれぞれ接続されるように構成しているが、この接続関係を逆の関係即ち、固定子側の巻線端子ｔ３−１を前記被励起巻線４−２を介して前記電力系統母線２Ａに、そして回転子側の巻線端子ｔ３−２を前記電力系統母線２Ａに接続するようにしても、以下に述べる作用、効果と同じ作用、効果を得ることができる。
【００１５】
５は前記位相機２の回転子３−２の軸３−３と機械的に結合され、当該回転子３−２を所定角度の範囲（前述では０°〜３６０°）で回転させるための駆動装置であり、この回転角度は、制御装置６によって調整されるようになっている。
【００１６】
次に、本実施の形態の動作について図２を用いて説明する。まず、前記位相機３の固定子巻線と回転子巻線の巻数比を１：１と仮定すると、両者の機械的な位相差が（δ）の時、回転子３−２には固定子３−１の電圧と大きさが等しく且つ位相差が（δ）で電圧が誘起する。
【００１７】
すなわち、図２に示した電圧の関係は以下の（１）〜（４）式で示される。ここで、Ｖ１は前記電力系統母線２Ａ側の電圧、Ｖ２は回転子３−２側の電圧、Ｖ３は前記電力系統母線２Ｂ側の電圧である。ここでは簡単の為、位相機３の励磁インピーダンスや漏れインピーダンスを無視して説明する。また直列変圧器４の直列巻線４−１と被励起巻線４−２の巻数比率は１：ｎとし、説明を簡単にするため、励磁インピーダンスや漏れインピーダンスを無視して説明する。
直列巻線４−１の両端間の電圧をＶａｄｄ１、被励起巻線４−２の両端間の電圧をＶａｄｄ２とする。
【００１８】
Ｖ２＝Ｖ１×ｅｘｐ（−ｊδ）                    …  （１）
Ｖａｄｄ２＝Ｖ１−Ｖ２                          …  （２）
Ｖａｄｄ１＝Ｖａｄｄ２／ｎ                          …  （３）
Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖａｄｄ１                              …  （４）
以上の関係より、δとＶ３の関係を整理すると、（５）式が得られる。
Ｖ３＝  Ｖ１＋（Ｖ１／ｎ）×（１−ｅｘｐ（−ｊδ））  …（５）
この（５）式の意味するところは、電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３は、固定子３−１と回転子３−２の位相差δに応じて図３に示すように変化するということである。即ち、（５）式からわかるように、固定子３−１と回転子３−２間の位相差δが０°の場合は、（５）式の右辺の第２項が０となり、Ｖ３＝Ｖ１となるが、位相差δが１８０°の場合は右辺の第２項が２となるので、
Ｖ３＝Ｖ１＋（Ｖ１／ｎ）×２
となり、電力系統母線２Ｂの電圧は最大（＝Ｖ１とＶ３の電圧比最大）となる。また、δ＝±９０°の場合に電圧移相角θは最大となり、最大移相角θｍａｘは、
【数１】
2004328895.tif 000003
となる。
【００１９】
この間の電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３は、位相差δ（０°〜３６０°）の調整により、図３で示す半径Ｖ１／ｎの円周軌跡上を連続的に調整できることが分かる。
【００２０】
また図４は、図２の直列変圧器４の被励起巻線４−２の接続先を変更し、被励起巻線間の電圧Ｖａｄｄ２をＶａｄｄ２＝Ｖ２−Ｖ１となるように接続した構成である。
この場合、上記（２）式がＶａｄｄ２＝Ｖ２−Ｖ１となるので、Ｖ３は
Ｖ３＝  Ｖ１＋（Ｖ１／ｎ）×（ｅｘｐ（−ｊδ）−１）    …（６）
となる。
【００２１】
この（６）式の意味するところは、電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３は、固定子３−１と回転子３−２の位相差δに応じて図５に示すように変化するということである。即ち、（６）式から分かるように、固定子３−１と回転子３−２間の位相差δが０°の場合、（６）式の右辺の第２項が０となり、Ｖ３＝Ｖ１となるが、位相差δが１８０°の場合は、右辺の第２項が−２なので
Ｖ３＝Ｖ１―（Ｖ１／ｎ）×２
となり、電力系統母線２Ｂの電圧は最小となる。また、δ＝±９０°の場合に電圧移相角θは最大となり、最大移相角θｍａｘは、
【数２】
2004328895.tif 000004
となる。
【００２２】
この間の電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３は、位相差δ（０°〜３６０°）の調整により、図５で示す半径Ｖ１／ｎの円周軌跡上を連続的に調整できることが分かる。
【００２３】
そこで、本発明では、前記制御装置６により、所要の電力系統送電線路１Ａ，１Ｂの電力潮流から、電力系統母線３Ａの電圧を算出した結果に応じて、図２や図４の電力調整機の構成に応じた位相差δを（５）式または（６）式から逆算し、駆動装置５から適切なトルクを発生させて回転子３−２を所定角度だけ回転させ、回転子３−２の電圧と固定子３−１の電圧とに所望の位相差δが生じるように制御する。
【００２４】
なお、以上の実施の形態の説明では、直列変圧器４の直列巻線４−１と被励起巻線４−２の巻数比は１：ｎとして説明した。このように直列巻線４−１の巻数に比して被励起巻線４−２の巻数を大きくすると、被励起巻線４−２を通過する電流は、電力系統送電線路１を通過する電流、即ち直列巻線４−１を通過する電流のｎ分の１と小さくなる。被励起巻線４−２を通過する電流は、固定子巻線３−１や回転子巻線３−２を通過する電流に等しい。一方位相機３に加わる電圧は電力系統母線２と等価の電圧である。
【００２５】
したがって、直列巻線４−１の巻数に比して被励起巻線４−２の巻数を大きくすると、位相機３の通過電流を直列変圧器４の直列巻線４−１の通過電流に比して小さくすることができるので、位相機３の機器容量を直列変圧器４の通過電力容量より小さくすることができ、位相機３をコスト面で適切な機器容量とすることができる。
【００２６】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、位相機３の固定子３−１および回転子３−２間に接続した被励起巻線４−２端子間に発生する電圧を固定子３−１および回転子３−２間の電圧の位相差δに応じて連続的に制御するように構成したので、従来方式のタップ付変圧器のように離散的に電圧を切り換えるのではなく、所望の電圧値の要求に対して微細に調整できる電力調整装置を実現することができる。
【００２７】
また、本実施の形態は位相機および直列変圧器を主要な構成部品としたので、パワーエレクトロニクスを応用した電力変換器を用いたシステムに比べて構成がシンプルであり、その分低コストでかつ高調波を発生することのない電力調整装置を実現することができる。
【００２８】
さらに、本実施の形態では１台の回転移相変圧器を利用しその結線や制御を工夫することにより電圧比制御または移相比制御に特化しするように構成したので、大型化しない電力調整装置を実現することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態を示す電力調整装置の構成図である。図６の構成が図１の構成と比べて異なるのは、位相機３の固定子巻線端子ｔ３−１および回転子巻線端子ｔ３−２と、直列変圧器４の被励起巻線４−２の端子ｔ４−２Ａおよびｔ４−２Ｂとの間に切替スイッチ回路７を介挿し接続するように構成した点にあり、その他の構成については同じなので説明は省略する。
【００３０】
切替スイッチ回路７の機能は、位相機３と直列変圧器４との接続関係を図２または図４のいずれかの状態に選択することにある。因みに切替スイッチ回路７の可動接点７−１を図示実線の位置に選択しているときは、固定子巻線端子ｔ３−１と被励起巻線４−２の端子ｔ４−２Ａとが接続され、回転子巻線端子ｔ３−２と被励起巻線４−２の端子ｔ４−２Ｂとが接続されるので、図４の接続関係が実現できる。しかし、可動接点７−１を破線の位置に選択したときは、被励起巻線４−２の端子ｔ４−２Ａとｔ４−２Ｂが切替わって図２の接続関係が実現できる。
【００３１】
このように、この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して切替スイッチ回路７を付加した構成とすることにより、図２または図４に示す結線図の構成とすることができるので、電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３の軌跡は、図３と図５とを合わせた図７の軌跡にすることが可能となる。即ち固定子３−１と回転子３−２の位相差δが１８０°の時、切替スイッチ回路７の可動接点７−１の位置により、電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３を、最大値（Ｖ１＋２・Ｖ１／ｎ）あるいは最小値（Ｖ１−２・Ｖ１／ｎ）のいずれかにすることが可能となる。
【００３２】
また、電圧Ｖ１と電圧Ｖ３間の電圧位相差θ最大値θｍａｘは、固定子３−１と回転子３−２の位相差δが±９０°の時、
【数３】
2004328895.tif 000005
または、
【数４】
2004328895.tif 000006
のどちらかとすることことが可能となる。
一方δ＝０°の場合は切替スイッチ回路７による結線によらず、Ｖ３＝Ｖ１となる。
【００３３】
以上述べたように、第２の実施の形態によれば、位相機３と直列変圧器４との間に切替スイッチ回路７を設けることにより、直列変圧器４の被励起巻線４−２の端子ｔ４−２Ａおよびｔ４−２Ｂそれぞれと接続する位相機３の回転子巻線の端子ｔ３−２と固定子巻線の端子ｔ３−１の接続を切替えることができるので、直列変圧器４の被励起巻線４−２の端子ｔ４−２Ａとｔ４−２Ｂ間の電圧を反転し、位相機３の回転子３−２の回転角度δにより調整する直列変圧器４の電圧の変化範囲を広くでき、第１の実施の形態が奏する作用効果に加えて、広い範囲の電力系統送電線路の電力潮流を調整可能とする作用効果を奏することができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図８は本発明の第３の実施の形態を示す電力調整装置の構成図である。図８の構成が図１の構成と比べて異なるのは、電力系統母線２と位相機３の間に変圧器８を介挿するように接続した点にあり、その他の構成は図１と同じなので説明は省略する。
【００３５】
一般に、発電所や変電所の母線電圧は大電力送電・送電損失低減の観点から非常に高い電圧の場合が多く、このような電力系統母線に直接本発明装置の位相機３を接続するのは絶縁面で不利となる。このため、本実施の形態では電力系統母線２Ａと位相機３との間に降圧用変圧器８（電力系統母線２からみれば降圧用、位相機３からみれば昇圧用）を介在させることにより、位相機３の定格電圧を低くしかも自由に選定できるようにしたものである。
【００３６】
従って、この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態が奏する作用効果に加えて、絶縁設計が容易で、かつより低コストの電力調整装置を提供することができるという特長を備えている。
【００３７】
（第４の実施の形態）
図９は本発明の第４の実施の形態を示す電力調整装置の構成図である。図９の構成が図１の構成と比べて異なるのは、図９を三相結線図として示したことと、直列変圧器４の三相の被励起巻線４−２Ｒ、４−２Ｓ、４−２Ｔと、位相機３の固定子巻線の各相端子ｔ３−１Ｒ、ｔ３−１Ｓ、ｔ３−１Ｔと、回転子巻線の各相端子ｔ３−２Ｒ、ｔ３−２Ｓ、ｔ３−２Ｔ間の接続が異なることである。
【００３８】
すなわち、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相は対称三相回路つまりＳ相はＲ相に対して１２０°遅れ、Ｔ相はＲ相に対して２４０°遅れとして説明する。図９の回路構成では、直列変圧器４のＲ相の被励起巻線４−２Ｒは、一方の端子を位相機３のＴ相の固定子巻線の端子ｔ３−１Ｔに接続され、他方の端子を回転子巻線の端子ｔ３−２Ｔに接続され、Ｓ相の被励起巻線４−２Ｓは、一方の端子を位相機３のＲ相の固定子巻線の端子ｔ３−１Ｒに接続され、他方の端子を回転子巻線の端子ｔ３−２Ｒに接続され、そしてＴ相の被励起巻線４−２Ｔは、一方の端子を位相機３のＳ相の固定子巻線の端子ｔ３−１Ｓに接続され、他方の端子を回転子巻線の端子ｔ３−２Ｓに接続されている。
【００３９】
なお、ここで説明している結線方法は一例であり、被励起巻線４−２の相と接続される固定子巻線の端子ｔ３−１および回転子巻線の端子ｔ３−２の相が異なっており、被励起巻線４−２の各相にはそれぞれ異なる位相機３の巻線相が接続されていれば良い。
【００４０】
次に図１０を参照して本実施の形態の作用について説明する。図１０は、電力系統母線２Ａ−Ｒ、２Ａ−Ｓ、２Ａ−Ｔの電圧がそれぞれ位相差が１２０°で大きさがＶ１であるＶ１−Ｒ、Ｖ１−Ｓ、Ｖ１−Ｔ時に、電力系統母線２Ｂ−Ｒ、２Ｂ−Ｓ、２Ｂ−Ｔの電圧Ｖ３−Ｒ、Ｖ３−Ｓ、Ｖ３−Ｔの電圧軌跡を位相機３の回転子３−２の回転角δ（０°〜３６０°）とした場合について図示している。
【００４１】
図１０から明らかなように、電力系統母線２Ｂ−Ｒ相には電力系統母線２Ａ−Ｒ相の電圧Ｖ１−Ｒに直列変圧器４のＲ相の直列巻線４−１Ｒに対応する被励起巻線のＲ相に印加される位相機３のＴ相から回転子３−２の回転角δに応じて生じる電圧ＶａｄｄＴが加算される。
【００４２】
また、電力系統母線２Ｂ−Ｓ相には電力系統母線２Ａ−Ｓ相の電圧Ｖ１−Ｓに直列変圧器４のＳ相の直列巻線４−１Ｓに対応する被励起巻線のＳ相に印加される位相機３のＲ相から回転子３−２の回転角δに応じて生じる電圧ＶａｄｄＲが加算される。
【００４３】
そして電力系統母線２Ｂ−Ｔ相には電力系統母線２Ａ−Ｔ相の電圧Ｖ１−Ｔに直列変圧器４のＴ相の直列巻線４−１Ｔに対応する被励起巻線のＴ相に印加される位相機３のＳ相から回転子３−２の回転角δに応じて生じる電圧ＶａｄｄＳが加算される。
【００４４】
したがって図１０のベクトル図で示すように、第１の実施の形態で説明した図３や図５のベクトル図と比較し、各相電圧の電圧位相の移相角を大きくすることができる。
【００４５】
このように第４の実施の形態によれば、位相機３の巻線の相と直列変圧器４の被励起巻線４−２の相の接続を異なる相の端子間で接続し、直列変圧器４の被励起巻線４−２の電圧に位相機３の異なる相の巻線間の電圧に比例した電圧を加えることができ、電力系統母線電圧の移相角度を大きく変化させることができるので、電力系統送電線路１Ａ，１Ｂ間の電力潮流の制御範囲を大きくすることができる。
【００４６】
（第５の実施の形態）
図１１は本発明の第５の実施の形態を示す電力調整装置の構成図である。図１１の構成が図１の構成と比較して異なるのは、図１１を三相結線図で示したことと、直列変圧器４の直列巻線４−１を２巻線構造とした点にある。ここでは、直列巻線４−１を２巻線構造として説明するが、被励起巻線４−２を２巻線構造としてもよく、さらに２巻線に接続する相は異なる２相としても良い。
【００４７】
図１１において、位相機３のＲ相の巻線端子ｔ３−１Ｒとｔ３−２Ｒとはそれぞれ直列変圧器４の巻数Ｎ１のＲ相被励起巻線４−２Ｒの両端子に接続されており、この被励起巻線４−２Ｒは巻数１のＲ相直列巻線４−１Ｒ１と巻数Ｎ２のＳ相直列巻線４−１Ｓ２とに対応している。
【００４８】
位相機３のＳ相の巻線端子ｔ３−１Ｓとｔ３−２Ｓとは、直列変圧器４の巻数Ｎ１のＳ相被励起巻線４−２Ｓに接続されており、この被励起巻線４−２Ｓは巻数１のＳ相直列巻線４−１Ｓ１と巻数Ｎ２のＴ相直列巻線４−１Ｔ２とに対応している。
【００４９】
同様に、位相機３のＴ相の巻線端子ｔ３−１Ｔとｔ３−２Ｔとは、直列変圧器４の巻数Ｎ１のＴ相被励起巻線４−２Ｔに接続されており、この被励起巻線４−２Ｔは巻数１のＴ相直列巻線４−１Ｔ１と巻数Ｎ２のＲ相直列巻線４−１Ｒ２とに対応している。
【００５０】
次に図１２を参照して本実施の形態の作用を説明する。図１２は電力系統母線２Ａ−Ｒ、２Ａ−Ｓ、２Ａ−Ｔの電圧がそれぞれ位相差が１２０°で大きさがＶ１であるＶ１−Ｒ、Ｖ１−Ｓ、Ｖ１−Ｔ時に、電力系統母線２Ｂ−Ｒの電圧Ｖ３−Ｒについて位相機３の回転子３−２の回転角δ＝ｘ°とした場合について図示している。
【００５１】
第１の実施の形態の図２を用いた作用との相違は、この第５の実施の形態の構成により、直列変圧器４の巻数１のＲ相直列巻線４−１Ｒ１が巻数Ｎ１のＲ相被励起巻線４−２Ｒと、巻数Ｎ２のＲ相直列巻線４−１Ｒ２が巻数Ｎ１のＴ相被励起巻線４−２Ｔと対応しているので、第１の実施の形態で説明した（１）式から（４）式と同様に、直列巻線４−１Ｒ１ではＲ相の電圧ベクトルＶ１−Ｒにδ＝０°時に接する半径Ｖ１／Ｎ１の円の円周上でδ＝ｘ°の点を結ぶ電圧ベクトルＶａｄｄ−Ａと、Ｔ相の電圧ベクトルＶ１−Ｔにδ＝０°時に接する半径Ｖ１×Ｎ２／Ｎ１の円の円周上でδ＝ｘ°の点であるＶ１−ＴからのベクトルＶａｄｄ−Ｂとをベクトル加算したものが電力系統母線２ＢのＲ相２Ｂ−Ｒの電圧ベクトルＶ３−Ｒとなる。電力系統母線２ＢのＳ相およびＴ相の電圧ベクトルも同様な手順で求められるため、説明を省略する。
【００５２】
以上述べたように、第５の実施の形態によれば、直列変圧器４の直列巻線４−１または被励起巻線４−２の各相を２相成分からなる２巻線構造としたことにより、位相機３の回転子巻線と固定子巻線間の２相分の電圧を合成して電力系統母線２Ｂの電圧とすることができる。
【００５３】
この結果、位相機３の回転子３−２の回転角度δに対して発生する直列変圧器４の端子間の電圧を直列変圧器４の２巻線に接続する位相機３の相の組合せやそれぞれの巻数比に応じた値として、直列変圧器４で発生する電圧比や電圧移相の精度を高くすることができ、電力系統母線電圧や電力系統母線を通過する電力潮流を精度高く調整することが可能となる。
【００５４】
（第６の実施の形態）
図１３は本発明の第６の実施の形態を示す電力調整装置の構成図である。本実施の形態の構成は、第３の実施の形態で説明した図８の構成とほぼ同じであり、唯一異なるのは変圧器８を移相変圧器９に置き換えたことである。
【００５５】
移相変圧器９は１次巻線、２次結線の結線をΔ―Ｙなどにして移相角θ°を固定してもよいし、あるいはタップ値を変更して移相角θ°を変更できるようにしても良い。ここでは移相角をθ°とし、電力系統母線２Ａの電圧Ｖ１に対して移相変圧器９の位相機３側の電圧をＶ１ｅｘｐ（ｊθ）とする。その他の構成は第１の実施の形態の場合と同等である。
【００５６】
次に本実施の形態の作用を図１４を用いて説明する。図１４は電力系統母線２Ａの電圧Ｖ１と電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３のベクトルを図示したものである。位相機３にかかる電圧Ｖ２は、電力系統母線２Ａの電圧Ｖ１を移相変圧器９で角度θ°移相した電圧  Ｖ１ｅｘｐ（ｊθ）である。第１の実施の形態と同様にＶ２のベクトルに対し位相機３の回転子３−２の回転角度δに応じた電圧Ｖａｄｄを直列変圧器４の被励起巻線４−２に発生する。被励起巻線４−２は対応する直列巻線４−１に直列変圧器４の巻数比に応じてＶａｄｄに比例した電圧を、電力系統母線２Ａの電圧Ｖ１にベクトル加算するので、電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３はＶ１に対して、移相変圧器９による移相角θに対応した電圧ベクトルＶ２と位相器３の回転子角度δに対応した電圧ベクトルＶａｄｄに比例した電圧を加算したものとなる。
【００５７】
このように第６の実施の形態によれば、電力系統母線２Ａの電圧Ｖ１に対して位相差θの電圧を移相変圧器９で発生させて位相機３に与えるようにしたので、位相機３の回転子３−２の回転角度δに対する直列変圧器４の直列巻線４−１間の電圧に移相変圧器９による移相角θ分を加えて変えることができる。
【００５８】
この結果、電力系統母線２Ｂの電圧を位相機３の回転子３−２の回転角度δと移相変圧器９の移相角θに応じて精度高く連続的に変化でき、電力系統母線を通過する電力潮流を精度高く制御することができる。
【００５９】
（第７の実施の形態）
図１５は本発明の第７の実施の形態を示す電力調整装置の構成図である。本実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対して、電力系統母線２Ａに接続された電圧変成器１０およびこの電圧変成器１０の出力信号１０ａを入力する電圧制御系１１を追加し、この電圧制御系１１の出力信号１１ａにより制御装置６を制御するように構成したものである。他の部分については同じなので説明を省略する。
【００６０】
図１６は前記電圧制御系１１の一例を示すブロック図である。図１６において、電圧変成器１０から出力された母線電圧Ｖ１ａｂｓは、電圧算出部１２および回転角算出部１４に入力される。電圧算出部１２では直列変圧器４を通過する有効電力の指令設定値Ｐｒｅｆ、電力系統母線２Ｂの電圧の大きさの設定値Ｖ３ａｂｓｒｅｆおよび前記母線電圧Ｖ１ａｂｓの入力を用いて電力系統母線２Ｂの電圧ベクトル（大きさと電圧Ｖ１に対する位相差）指令値Ｖ３ｒｅｆ１を算出し、選択回路１３に出力する。
【００６１】
この選択回路１３にはこの電圧ベクトル指令値Ｖ３ｒｅｆ１の他に外部で設定する電圧ベクトル指令値Ｖ３ｒｅｆ２を入力し、選択信号ＳＥによりこの入力信号のうちのいずれか一方を選択し、選択結果をＶ３ｒｅｆとして出力するように構成されている。この選択出力Ｖ３ｒｅｆは回転角算出部１４に入力される。
【００６２】
回転角算出部１４では前記母線電圧Ｖ１ａｂｓと選択出力Ｖ３ｒｅｆとを入力し、位相機３により電力系統母線２Ｂの母線電圧を、Ｖ３ｒｅｆに近い電圧とするように、位相機３の回転子３−２の回転角δを算出し、この回転角δを電圧制御系１１の出力信号１１ａとして前記制御装置６へ送出する。
【００６３】
次に電圧算出部１２の動作について説明する。電圧算出部１２では、直列変圧器４の直列巻線４−１の漏れインピーダンス値Ｚ、有効電力の指令設定値Ｐｒｅｆ、電力系統母線２Ａの電圧の大きさＶ１ａｂｓ、電力系統母線２Ｂの電圧の大きさの設定値Ｖ３ａｂｓｒｅｆを用いて、有効電力の指令設定値Ｐｒｅｆ（有効電力の向きは電力系統母線２Ａから２Ｂへを正とする）相当の有効電力を直列変圧器４を通過させるに必要な電力系統母線２Ａと２Ｂ間の位相差θを次の（７）式で算出する。
【００６４】
【数５】
2004328895.tif 000007
電圧算出部１２では（７）式の位相θと大きさＶ３ａｂｓｒｅｆなるベクトル
Ｖ３ａｂｓｒｅｆ∠θをＶ３ｒｅｆ１として出力する。
（７）式のＶ３ａｂｓｒｅｆの大きさで、前記直列巻線４−１の端子間電圧の位相差がθとなれば、直列巻線４−１の通過有効電力はＰｒｅｆが実現される。
【００６５】
次に、回転角算出部１４の動作について説明する。回転角算出部１４では、電力系統母線２Ａの電圧の大きさＶ１ａｂｓと選択回路１３から出力された電圧ベクトルＶ３ｒｅｆとを入力し、位相機３の回転子３−２の回転角δを出力する。回転角δの算出方法については図１７を利用して説明する。
【００６６】
直列変圧器４と位相機３の構成と接続を特定すると、図１５の構成の場合、第１の実施の形態で説明したように、電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３の位相機３の回転子３−２の回転角δの変化による軌跡は（５）式で算出される。（５）式はｅｘｐ（ｊθ）を含む複素関数であるので（８−１）、（８−２）式のように実部Ａ（ＹＡ）と虚部Ａ（ＸＡ）に分離できる。図１７では実部成分をｙ軸に、虚部成分をｘ軸とした場合、回転角δ（０°〜３６０°）に対する電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３の軌跡を示している。
ＸＡ＝Ｖ１ａｂｓ／ｎ×（ｓｉｎδ）                  …（８−１）
ＹＡ＝Ｖ１ａｂｓ＋Ｖ１ａｂｓ／ｎ×（１−ｃｏｓδ）        …（８−２）
【００６７】
一方、選択回路１３の出力であるＶ３ｒｅｆは大きさＶ３ａｂｓと電圧Ｖ１との位相差θからなるベクトル量であるので、（９−１）、（９−２）式のように実部Ｂ（ＹＢ）と虚部Ｂ（ＸＢ）とに分離できる。
ＸＢ＝Ｖ３ａｂｓ・ｓｉｎ（θ）                    …（９−１）
ＹＢ＝Ｖ３ａｂｓ・ｃｏｓ（θ）                    …（９−２）
【００６８】
次にＸＡ、ＹＡとＸＢ，ＹＢの距離ＤＩＳが最小となるδを（１０）式で求める。
【数６】
2004328895.tif 000008
（１０）式のＤＩＳは回転角δのみが未知変数であるので最小となるδが唯一導出される。導出されたδは（１６）式では、Ｖ３ベクトルとＶ３の軌跡である円の中心（Ｖ１＋Ｖ１／ｎ）とを結ぶ線とＶ３の軌跡の交点に対応する回転角δが算出されることと等価である。
【００６９】
以上述べた本実施の形態では、電力調整機の直列変圧器４と位相機３の接続を図１５に示した構成で説明したが、第２の実施の形態（図６）、第４の実施の形態（図９）、第６の実施の形態（図１３）のいずれにも電力系統母線２Ｂの電圧Ｖ３の軌跡を表す式から上記（８−１）、（８−２）に該当する式を利用することにより本実施の形態と同様に算出することができる。
【００７０】
このような構成によると、電圧制御系１１で設定する有効電力の指令設定値Ｐｒｅｆおよび電力系統母線２Ｂの電圧の大きさＶ３ａｂｓｒｅｆ、もしくは外部で設定する電力系統母線２Ｂの電圧ベクトル指令値Ｖ３ｒｅｆ２の２値から選択した電力系統母線２Ｂの電圧ベクトル指令値Ｖ３ｒｅｆにより、電圧ベクトル設定値Ｖ３ｒｅｆを実現もしくは電圧ベクトル設定値Ｖ３ｒｅｆに近い系統母線電圧Ｖ３を実現する位相機３の回転子３−２の回転角δを算出できる。
【００７１】
この実施の形態によれば、直列変圧器４により電力系統送電線路１に注入する電圧を調整することで、電力系統の電力系統母線２Ｂの電圧や直列変圧器４を通過する有効電力潮流を制御できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、制御装置による指令に従って駆動装置にトルクを発生させ、このトルクによって１台の位相機の固定子と回転子との位相差を連続的に調整し、この位相差に応じて電力系統の連係部に設置した直列変圧器の発生電圧を調整するように構成したので、系統母線電圧指令に対して微細に電圧比や電圧移相を調整することができ、しかも大型化せずに低コストな電力調整装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】第１の実施の形態の電圧の関係を説明する第１の結線図。
【図３】図２の結線図による電圧の関係を説明する電圧ベクトル図。
【図４】第１の実施の形態の電圧の関係を説明する第２の結線図。
【図５】図３の結線図による電圧の関係を説明する電圧ベクトル図。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す構成図。
【図７】第２の実施の形態の電圧の関係を説明する電圧ベクトル図。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す構成図。
【図９】本発明の第４の実施の形態を示す構成図。
【図１０】第４の実施の形態の電圧の関係を説明する電圧ベクトル図。
【図１１】本発明の第５の実施の形態を示す構成図。
【図１２】第５の実施の形態の電圧の関係を説明する電圧ベクトル図。
【図１３】本発明の第６の実施の形態を示す構成図。
【図１４】第６の実施の形態の電圧の関係を説明する電圧ベクトル図。
【図１５】本発明の第７の実施の形態を示す構成図。
【図１６】第７の実施の形態で採用した電圧変動抑制制御装置を示す図。
【図１７】第７の実施の形態の電圧の関係を説明する電圧ベクトル図。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ…電力系統送電線路、２Ａ、２Ｂ…電力系統母線、３…位相機、３−１…固定子、３−２…回転子、３−３…回転子軸、４…直列変圧器、４−１…直列巻線、４−２…被励起巻線、５…駆動装置、６…制御装置、７…切替スイッチ回路、８…変圧器、９…移相変圧器、１０…電圧変成器、１０ａ…電圧変成器の出力信号、１１…電圧制御系、１１ａ…電圧制御系の出力、１２…電圧算出部、１３…選択回路、１４…回転角算出部。
【図１】
2004328895.tif 000009
【図２】
2004328895.tif 000010
【図３】
2004328895.tif 000011
【図４】
2004328895.tif 000012
【図５】
2004328895.tif 000013
【図６】
2004328895.tif 000014
【図７】
2004328895.tif 000015
【図８】
2004328895.tif 000016
【図９】
2004328895.tif 000017
【図１０】
2004328895.tif 000018
【図１１】
2004328895.tif 000019
【図１２】
2004328895.tif 000020
【図１３】
2004328895.tif 000021
【図１４】
2004328895.tif 000022
【図１５】
2004328895.tif 000023
【図１６】
2004328895.tif 000024
【図１７】
2004328895.tif 000025