(57)【要約】【課題】電力系統母線を流れる電力の値を連続的に調整する場合、従来のタップ付変圧器や無効電力補償装置による電圧調整では微細で滑らかな調整は期待できず、また頻繁なメンテナンスのため運用コストが高くつき、相対的に損失が大きかった。【解決手段】負荷電力指令に対して、制御装置５と駆動装置４とにより位相機２の固定子２−１と回転子２−２との位相差δを連続的に調整し、この位相差δに応じて位相機２の消費電力を調整することにより電力系統母線１を流れる電力の値を調整する。【選択図】  図１
2004343984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子を抵抗負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線を通過する系統有効電力と前記位相機と前記電力系統母線間を通過する位相機有効電力と前記固定子と前記回転子間の位相差を基に、前記回転子の回転角速度指令値を生成し、前記駆動装置へ出力する制御装置とからなる電力調整装置。
【請求項２】
系統有効電力を取り込み、系統有効電力の最小変極値を検出し出力する最小変極値検出器と、前記最小変極値と有効電力設定値との比較から小さい値を選択出力する低値選択器と、系統有効電力と低値選択器の出力の差分を算出し、設定した上限値以内の値に制限出力するリミット付き差分器とを備え、前記リミット付き差分器の出力と前記位相機有効電力との差分を出力する系統有効電力平準化回路と、前記系統有効電力平準化回路の出力に応じて前記回転子の回転角速度指令値を生成する回転角速度指令値生成回路とを備え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３】
最小変極値検出器は系統有効電力を取り込み、系統有効電力の最小変極値を検出するとともに、系統有効電力の最大変極値を検出し、前記最小変極値と前記最大変極値の差分の絶対値に設定するゲインを乗じた値を前記最小変極値に加算して出力することを特徴とする請求項２に記載の電力調整装置。
【請求項４】
系統有効電力平準化回路は、位相機の固定子と回転子間の位相差が設定する位相差上限値、または位相差下限値以外の場合にリミット付き差分器の出力と位相機有効電力との差分を出力し、位相差が位相差上限値で且つ位相機有効電力を増加させる場合、または位相差下限値で且つ位相機有効電力を減少させる場合には０を出力することを特徴とする請求項２に記載の電力調整装置。
【請求項５】
回転角速度指令値生成回路は、リミット付き差分器の出力に応じて固定子と回転子間の位相差の位相差理論値を算出し、位相差理論値と、検出する位相差または電力調整装置から算出する位相差との差分に設定するゲインを乗じて回転角速度指令値に加算する非線形特性補償回路とを有することを特徴とする請求項２に記載の電力調整装置。
【請求項６】
回転角速度指令値生成回路は、電力系統から駆動装置に流れる駆動用電力検出値を入力し、系統有効電力平準化回路の出力と駆動用電力検出値の減算値に応じて回転子の回転角速度指令値を生成することを特徴とする請求項２に記載の電力調整装置。
【請求項７】
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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子をキャパシタ負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線の電圧、調整目標である電圧指令値、前記固定子と前記回転子間の位相差から前記回転子の回転角速度指令値を生成し、前記駆動装置へ出力する制御装置とからなる電力調整装置。
【請求項８】
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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子をキャパシタ負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線の電圧、調整目標である電圧指令値、前記固定子と前記回転子間の位相差から前記回転子を回転させるためのトルク指令値を生成し、前記駆動装置へ出力する制御装置とからなる電力調整装置。
【請求項９】
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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子をキャパシタ負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線の電圧、調整目標である電圧指令値、前記固定子と前記回転子間の位相差から前記回転子の位相角指令値を生成して前記駆動装置へ出力する制御装置とからなる電力調整装置。
【請求項１０】
固定子と回転子間の位相差が設定する位相差上限値以上で且つ電圧指令値が電圧検出器の電圧値以上、または、固定子と回転子間の位相差が設定する位相差下限値以下で且つ電圧指令値が電圧検出器の電圧値以下となる条件を判定する制御可否信号生成回路と、前記制御可否信号生成回路の出力と、設定した電圧指令値と電圧検出器で検出された電圧値との電圧偏差を乗じる乗算器を設け、前記乗算器の出力を基に前記回転子の回転角速度指令値を生成することを特徴とする請求項７に記載の電力調整装置。
【請求項１１】
固定子と回転子間の位相差が上限であることを検出する位相差上限リミットスイッチと、固定子と回転子間の位相差が下限であることを検出する位相差下限リミットスイッチとを位相機に設け、前記位相差上限リミットスイッチが位相差を上限以上と検出し、かつ電圧指令値が電圧検出器の電圧値以上、または、前記位相差下限リミットスイッチが位相差を下限以下と検出し、かつ電圧指令値が電圧検出器の電圧値以下の条件を判定する制御可否信号生成回路と、前記制御可否信号生成回路の出力と、設定した電圧指令値と電圧検出器で検出された電圧値との電圧偏差を乗じる乗算器を設け、前記乗算器の出力を指令値生成回路の入力とすることを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の電力調整装置。
【請求項１２】
電力系統母線に流入または流出する電力と、電力系統母線の電圧と、電力系統母線の電圧指令値と、電力系統母線に接続される線路のインピーダンスと、位相機のインピーダンスをもとに、電力系統母線の電圧を電圧指令値に調整するために必要な進相無効電力を供給する固定子と回転子間の位相差の推定値を算出する理論回転角算出部と、前記理論回転角算出部の位相差推定値と検出した固定子と回転子間の位相差の差分を求める減算器と、前記減算器の出力に係数を乗ずるゲイン要素と、前記ゲイン要素の出力を駆動装置に与える指令値に加算する加算器とを設けたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の電力調整装置。
【請求項１３】
供給される進相無効電力が最大となる固定子と回転子間の位相差を最大の状態として、位相機を前記電力系統母線に連系する遮断器に対して通常時は接点を開く指令を生成し、電力系統母線の電圧が設定する投入電圧閾値以下となると遮断機の接点を閉じる指令を生成する投入制御装置を設けたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の電力調整装置。
【請求項１４】
固定子と回転子間の位相差が設定する範囲内にあることを判定する判定回路と、駆動装置に与える指令値を制限するリミット回路と、前記判定回路の出力により前記リミット回路の入力または出力のどちらか一方を出力する選択回路を設けたことを特徴とする請求項７に記載の電力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相機を電力系統母線に接続し、この位相機を制御することにより、有効電力あるいは無効電力を連続的に調整する電力調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大容量負荷の電力を調整するためには、負荷自身が調整機能を有する場合を除き、サイリスタやゲートターンオフサイリスタなどのスイッチングデバイスとキャパシタバンクで構成され、キャパシタバンクの投入、遮断によって無効電力の供給量を変化させ、電圧を調整する無効電力補償装置による手段や（例えば、特許文献１参照）、あるいは、タップ付変圧器の２次側に負荷を接続し、このタップを切り替えることによって負荷に供給する電圧の大きさを変え、負荷が消費する電力を調整する手段などが考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、パワーエレクトロニクスを応用した電力変換器を用いて、高速且つ連続的に調整する手段も考えられている。
【特許文献１】特開２００３−６１２４９号公報（第２頁右欄２６行目〜第３頁左欄３２行目）
【特許文献２】特開平１１−１１１５４０号公報（第２頁左欄２２行目〜３０行目）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、キャパシタバンクの投入、遮断は開閉器により行わなくてはならず面倒であり、また、タップ付変圧器の場合は、タップ切替器により電圧を段階的に切り替えるため、いずれの手段においても系統の状態に応じて電圧を微細に調整する用途には不向きであった。
【０００５】
また、タップ付変圧器による場合、タップ切替えに時間がかかる上、タップを機械的に切り替えるので切替え回数に制限があり、このため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。  
一方、パワーエレクトロニクスを応用した機器では、コストが高く、相対的に損失が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたもので、負荷電力指令に対して電力系統母線の電圧を高い精度で微細に調整することができ、しかも損失の少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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の電力調整装置の発明は、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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子を抵抗負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線を通過する系統有効電力と前記位相機と前記電力系統母線間を通過する位相機有効電力と前記固定子と前記回転子間の位相差を基に、前記回転子の回転角速度指令値を生成し、前記駆動装置へ出力する制御装置とからなることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、制御装置による回転子の角速度指令に従って、駆動装置により回転子が回転され、固定子と回転子との間の位相角が調整されることによって、位相機のインピーダンス負荷に流れ込む電流、即ち、位相機で消費する電力の値を連続的に調整することができ、電力系統あるいは負荷側において、有効電力の値を連続的に調整することができる。
【０００９】
また、請求項７に記載の電力調整装置の発明は、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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子をキャパシタ負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線の電圧、調整目標である電圧指令値、前記固定子と前記回転子間の位相差から前記回転子の回転角速度指令値を生成し、前記駆動装置へ出力する制御装置とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、電圧指令値と検出した電圧値の差分に応じた回転角速度指令値が生成され、駆動装置に与えられることで回転子が回転し、固定子と回転子間の位相差が増減すると、位相機に接続されるキャパシタを含むインピーダンス負荷に流れる電流、即ち進相無効電力の供給量も増減する。従って、固定子と回転子間の位相差を変化させることにより、進相無効電力の供給量が連続的に調整され、電力系統母線の電圧を連続的に制御できる。
【００１１】
また、請求項８に記載の電力調整装置の発明は、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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子をキャパシタ負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線の電圧、調整目標である電圧指令値、前記固定子と前記回転子間の位相差から前記回転子を回転させるためのトルク指令値を生成し、前記駆動装置へ出力する制御装置とからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、電圧指令値と検出した電圧値の差分に応じたトルク指令値が生成され、駆動装置に与えられることで回転子が回転し、固定子と回転子間の位相差が増減すると、位相機に接続されるキャパシタを含むインピーダンス負荷に流れる電流、即ち進相無効電力の供給量も増減する。従って、固定子と回転子間の位相差を変化させることにより、進相無効電力の供給量が連続的に調整され、電力系統母線の電圧を連続的に制御できる。
【００１３】
さらに、請求項９に記載の電力調整装置の発明は、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前記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電力系統母線に接続し、他方の巻線端子をキャパシタ負荷を含むインピーダンス負荷を介して前記電力系統母線に接続した位相機と、前記回転子に軸結合し、回転子を駆動する駆動装置と、前記電力系統母線の電圧、調整目標である電圧指令値、前記固定子と前記回転子間の位相差から前記回転子の位相角指令値を生成して前記駆動装置へ出力する制御装置とからなることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、電圧指令値と検出した電圧値の差分に応じた位相角指令値が生成され、駆動装置に与えられることで回転子が回転し、固定子と回転子間の位相差が増減すると、位相機に接続されるキャパシタを含むインピーダンス負荷に流れる電流、即ち進相無効電力の供給量も増減する。従って、固定子と回転子間の位相差を変化させることにより、進相無効電力の供給量が連続的に調整され、電力系統母線の電圧を連続的に制御できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制御装置と駆動装置とにより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位相機の消費電力を調整するようにしたので、負荷電力指令に対して電力系統母線の電圧を高い精度で微細に調整することができ、しかも損失の少ない電力調整装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による電力調整装置の構成を示す回路図である。図１において、１は発電所、変電所または需要家構内等に設けられた３相交流の電力系統母線である。
【００１７】
２は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２−１および回転子巻線をを有する回転子２−２を備えた位相機であり、固定子側の巻線端子ｔ２−１を前記電力系統母線１に接続すると共に、回転子側の巻線端子ｔ２−２をインピーダンス負荷３を介して前記電力系統母線１に接続している。
【００１８】
なお、前記位相機２は、通常の誘導電動機又は誘導発電機のように、回転子２−２を自由に回転できるようにする場合と、誘導電圧調整器のように回転子２−２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、いずれの場合においても、回転子２−２の回転角度が検出できるか、または回転角度に制限がある場合には回転が制限に達して回転子の回転が制限されたことを制限中＝１、制限無し＝０などの２値で外部に知らせるリミットスイッチなどが付加されている。本実施の形態においては説明や理解を容易にするため、以下回転子２−２が０°〜１８０°の範囲で回転するものとして説明する。
【００１９】
また、図１の例では固定子側の巻線端子ｔ２−１が電力系統母線１に、回転子側の巻線端子ｔ２−２がインピーダンス負荷３を介して電力系統母線１にそれぞれ接続されているが、この接続関係を逆の関係、即ち固定子側の巻線端子ｔ２−１をインピーダンス負荷３を介して電力系統母線１に、回転子側の巻線端子ｔ２−２を直接電力系統母線１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。  
本発明ではインピーダンス負荷３には抵抗負荷Ｒが含まれているものとし、インピーダンス負荷３に電流が流れることにより位相機２は位相機有効電力Ｐ２を消費する。
【００２０】
４は前記位相機２の回転子２−２の軸２−３と機械的に結合され、当該回転子２−２を前述した所定角度（０°〜１８０°）の範囲で回転させるための駆動装置であり、制御装置５によって指令された回転角速度指令値Ｗrefに応じて回転速度が調整されるようになっている。
【００２１】
制御装置５は、電力系統母線１を通過する系統有効電力Ｐ１と電力系統母線１から位相機２へ流れる位相機有効電力Ｐ２、および回転子２−２の回転角度もしくは前記リミットスイッチの出力信号を取り込み、回転子２−２の回転角速度指令値Ｗrefを計算して駆動装置４へ出力する。
【００２２】
次に、第１の実施の形態の動作について図２を参照して説明する。まず、前記位相機２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、固定子２−１と回転子２−２との機械的な位相差がδの時、回転子２−２には固定子２−１の電圧と大きさが等しく且つ位相差がδである電圧を誘起する。
【００２３】
即ち、図２の等価回路に示した各電圧、電流の関係は以下の（１）〜（４）式で示される。ここで、
Ｖs：前記電力系統母線１側の電圧
Ｖ2：回転子２−２側の電圧
Ｉs：電力系統母線１と位相機２との間に流れる電流
Ｉ1：固定子２−１側に流れる電流
Ｉ2：回転子２−２側に流れる電流
Ｚ：負荷３のインピーダンスである。ここでは簡単のため、位相機２の励磁電流や漏れインピーダンス（Ｚ1）は無視している。
【００２４】
Ｉs＝Ｉ1＋Ｉ2              …（１）
Ｖ2＝Ｖs−Ｉ2・Ｚ          …（２）
Ｖ2＝Ｖs・exp(−jδ)        …（３）
−Ｉ2＝Ｉ1・exp(−jδ）    …（４）
以上の関係より、ＩsとＶsの関係に整理すると、（５）式が得られる。
【００２５】
Ｉs＝２・Ｖs／Ｚ（１−cosδ）    …（５）
したがって、電力系統母線１から位相機２に流れる位相機有効電力Ｐ２は、
Ｐ２＝２・Ｖs・Ｖs／Ｚ（１―cosδ）    …（６）
と表される。
【００２６】
即ち、この（５）式の意味するところは、出力電流Ｉsは固定子２−１と回転子２−２の位相差δに応じて図３の特性図に示すように変化するということである。（５）式が示すように、固定子２−１と回転子２−２間の位相差δが０°の場合は（５）式の右辺の括弧の中が０になるので、Ｉs＝０、即ち、インピーダンス負荷３で消費する電力がゼロであるが、位相差δが１８０°の場合は右辺の括弧の中が２となるので、Ｉs＝４・Ｖs／Ｚとなり、消費電力は最大となる。
【００２７】
この間のインピーダンス負荷３における消費電力は、位相差δ（０°〜１８０°）の調整により、図３で示すように連続的に調整できることが分かる。  
そこで本発明では、前記制御装置５により、インピーダンス負荷３で消費したい位相機有効電力Ｐ２に対する位相差δ2を逆算し、検出した実際の回転子２−２の回転角度δと、前記逆算から求めた目標とする位相差δ2との差（δ2−δ）に応じた回転角速度指令値Ｗrefを生成し、この値を駆動装置４に出力し、駆動装置４で回転角速度指令値Ｗrefに応じて回転子２−２を回転させ、回転子２−２の電圧と固定子２−１の電圧とにインピーダンス負荷３で消費する位相機有効電力量Ｐ２に応じた位相差δ2が生じるように制御する。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、電力系統母線を通過する系統有効電力Ｐ１の値と、位相機と前記電力系統母線間を通過する位相機有効電力Ｐ２の値と、回転子と固定子間の位相差δの値を制御装置５に取り込み、制御装置５により位相機２で消費させたい位相機有効電力Ｐ２に対する位相差δ2を逆算し、電力系統側の所望の電力量に対応した位相差となるごとく位相機２の回転子２−２の回転角速度指令値Ｗrefを生成し、この値に基づき駆動装置４で回転子２−２を回転させるようにしたものである。
【００２９】
したがって、タップ付変圧器のように階段的に電力を切り替えるのではなく、固定子２−１および回転子２−２間のインピーダンス３で消費する電力を連続的に制御することによって、電力系統側および負荷側において、電力を連続的に制御することができ、所要の電力量の要求に対して微細に調整することができる。また、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よりも構成がシンプルで低コストで実現することができる。
【００３０】
次に本発明の第２の実施の形態について図４乃至図６を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施の形態による電力調整装置における制御装置５の構成を示すブロック図である。  
図示のごとく、制御装置５は、系統有効電力平準化回路６と回転角速度指令値生成回路７とで構成されている。
【００３１】
系統有効電力平準化回路６は、最小変極値検出器６１と低値選択器６２とリミット付き差分器６３とで構成され、さらに最小変極値検出器６１は、周波数選択フィルタ６１−１と低側変極値検出器６１−２と位相遅れフィルタ６１−３とで構成されている。
【００３２】
系統有効電力平準化装置６には電力系統母線１を通過する系統有効電力Ｐ１と、電力系統母線１から位相機２に流れる位相機有効電力Ｐ２が入力される。  
系統有効電力平準化装置６に入力された系統有効電力Ｐ１は最小変極値検出器６１とリミット付き差分器６３にそれぞれ分かれて送られる。
【００３３】
最小変極値検出器６１ではその内部の周波数選択フィルタ６１−１でその内部に設定される周波数帯域に該当する系統有効電力Ｐ１の周波数成分が取り出され低側変極値検出器６１−２に送られる。
【００３４】
低側変極値検出器６１−２の動作については図５の波形図を参照して説明する。図５に示すように低側変極値検出器６１−２では、入力される信号を一定の時間ｔ１、ｔ２、ｔ３でサンプリングしている。このサンプリング時間は任意に設定できるものとする。
【００３５】
サンプリング時間ｔ１、ｔ２、ｔ３に該当する入力信号の振幅はそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３である。この場合のサンプリング時間の関係はｔ１＜ｔ２＜ｔ３である。この時、各サンプリング時間に対応する入力信号の振幅値大小関係にＡ２＜Ａ１且つＡ２＜Ａ３（最小振幅条件）の関係が成立する時振幅値Ａ２を出力し、次の最小振幅条件を満足するまで振幅値Ａ２を出力する。したがって、Ａ２＜Ａ１且つＡ２＜Ａ３の最小振幅条件が成立しない場合には現在の出力であるＡ２がそのまま出力される。
【００３６】
低側変極値検出器６１−２の出力は位相遅れフィルタ６１−３に送られる。位相遅れフィルタ６１−３は、例えば１次位相遅れフィルタ等が設定されており、低側変極値検出器６１−２の短時間での大きな出力変化を緩和する。なお、位相遅れフィルタ６１−３は単にゲイン１としても良い。
【００３７】
次に位相遅れフィルタ６１−３の出力は、低値選択器６２に送られる。低値選択器６２では、設定する有効電力設定値６４と最小変極値検出器６１の出力の小さい値が選択されリミット付き差分器６３へ送られる。有効電力設定値６４は前記電力系統母線１を通過する系統有効電力Ｐ１の上限値または前記電力系統母線１から位相機２に流れる位相機有効電力Ｐ２の上限値のうち小さい値を設定する。
【００３８】
リミット付き差分器６３では、減算器６３−１により系統有効電力Ｐ１から低値選択器６２の出力が減算され、０から設定する上限値Ｐmaxに出力を制限する。一般的に上限値Ｐmaxの設定値は位相機２に流れる位相機有効電力Ｐ２の最大値を設定する。
【００３９】
次に減算器６−１によりリミット付き差分器６３の出力Ｐ３から位相機有効電力Ｐ２の値が減ぜられ、系統有効電力平準化回路６から出力Ｐ４が回転角速度指令値生成回路７に送られる。回転角速度指令値生成回路７はその内部でＰＩＤ回路（比例＋積分＋微分回路）が構成されており、ＰＩＤ回路を通過した信号が制御装置５から位相機２の回転角速度指令値Ｗrefとして駆動装置４へ出力される。
【００４０】
次に本実施の形態の作用について図６を参照して説明する。図６では前記電力系統母線１を通過する系統有効電力Ｐ１と系統有効電力平準化回路６の内部で設定されている有効電力設定値６４の大小関係に応じた系統有効電力Ｐ１の波形を描画している。系統有効電力Ｐ１の最小極小値が有効電力設定値６４より小さい場合には、低値選択器６２の出力は最小変極値検出器６１が出力する系統有効電力Ｐ１の最小極小値となる。したがってリミット付き差分器６３では、系統有効電力Ｐ１から低値選択器６２の出力が減ぜられ、低値選択器６２の出力値以上となる系統有効電力Ｐ１との差分（図６の斜線部）が算出され、位相機２２に流れる最大有効電力Ｐmaxの制限内で出力される。
【００４１】
次に、系統有効電力Ｐ１の最小極小値が有効電力設定値６４より大きい場合には、低値選択器６２の出力は有効電力設定値６４となり、したがってリミット付き差分器６３では、系統有効電力Ｐ１から有効電力設定値６４の出力が減ぜられ、有効電力設定値６４以上となる系統有効電力Ｐ１との差分（図６の斜線部）が算出され、位相機２２に流れる最大有効電力Ｐmaxの制限内で出力される。
【００４２】
次に系統有効電力平準化回路６の出力として、リミット付き差分器６３の出力Ｐ３と位相機２へ流れる位相機有効電力Ｐ２との差が出力され回転角速度指令値生成回路７へ送られ、回転角速度指令値生成回路７では位相機２へ流れる位相機有効電力Ｐ２が、リミット付き差分器６３の出力と一致するような回転子２−２の回転角速度指令値Ｗrefが生成され、位相機２の回転子２−２が回転される。
【００４３】
このように本実施の形態によれば、有効電力設定値６４以下の範囲で、変動する系統有効電力Ｐ１の極小値を検出し、系統有効電力Ｐ１の極小値を超える有効電力を位相機２で消費させる回転子２−２の回転角速度指令値Ｗrefを生成し、回転子２−２の回転により位相機２に流れる位相機有効電力Ｐ２を調整できるので、系統の系統有効電力Ｐ１を有効電力設定値６４以下の系統有効電力極小値で平準化することができる。
【００４４】
次に本発明の第３の実施の形態について図７乃至図９を参照して説明する。本実施の形態においては、図４に示した第２の実施の形態における最小変極値検出器６１を図７のブロック図に示す構成としたものである。  
図７において、最小変極値検出器６１の周波数選択フィルタ６１−１には系統有効電力Ｐ１が入力される。
【００４５】
周波数選択フィルタ６１−１の出力は、低側変極値検出器６１−２と高側変極値検出器６１−４へ分かれて入力される。低側変極値検出器６１−２の出力は位相遅れフィルタ６１−３へ送られる。周波数選択フィルタ６１−１、低側変極値検出器６１−２および位相遅れフィルタ６１−３の機能は第２の実施の形態と同一の機能を有するものであり、詳細な説明を省略する。
【００４６】
高側変極値検出器６１−４は、周波数選択フィルタ６１−１の出力を入力して最大変極値を算出し、位相遅れフィルタ６１−５へ送る。  
高側変極値検出器６１−４の動作については図８の波形図を参照して説明する。図８に示すように高側変極値検出器６１−４では、入力される信号を一定の時間ｔ１、ｔ２、ｔ３でサンプリングしている。このサンプリング時間は任意に設定できるものとする。
【００４７】
サンプリング時間ｔ１、ｔ２、ｔ３に該当する入力信号の振幅はそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３である。この場合のサンプリング時間の関係はｔ１＜ｔ２＜ｔ３である。この時、各サンプリング時間に対応する入力信号の振幅値大小関係にＡ２＞Ａ１且つＡ２＞Ａ３（最大振幅条件）の関係が成立する時振幅値Ａ２を出力し、次の最大振幅条件を満足するまで振幅値Ａ２を出力する。したがって、Ａ２＞Ａ１且つＡ２＞Ａ３の最大振幅条件が成立しない場合には現在の出力であるＡ２がそのまま出力される。
【００４８】
高側変極値検出器６１−４の出力は位相遅れフィルタ６１−５に送られる。位相遅れフィルタ６１−５は、例えば１次位相遅れフィルタ等が設定されており、高側変極値検出器６１−４の短時間での大きな出力変化を緩和する。なお、位相遅れフィルタ６１−５は単にゲイン１としても良い。
【００４９】
次に減算器６１−６に位相遅れフィルタ６１−３と位相遅れフィルタ６１−５の出力が送られ、位相遅れフィルタ６１−５から位相遅れフィルタ６１−３の出力が減じられる。したがって減算器６１−６の出力は、最小変極値検出器６１に入力された前記電力系統母線１を通過する系統有効電力Ｐ１のピークツゥピークの大きさを表している。
【００５０】
次に減算器６１−６の出力は、ゲイン６１−７へ送られ、ゲイン６１−７で設定されるゲイン値を乗じて出力される。ゲイン６１−７のゲインは０〜１の値に設定するものとする。ゲイン６１−７の出力と位相遅れフィルタ６１−３の出力は加算器６１−８に入力され加算された後、最小変極値検出器６１の出力として出力される。  
したがってゲイン６１−７で設定されるゲイン値が０の場合には最小極小値検出器６１の出力は第２の実施の形態と同等である。
【００５１】
以下にゲイン６１−７で設定されるゲイン値が０の場合の作用について説明する。先に説明したように、減算器６１−６の出力は、系統有効電力Ｐ１のピークツゥピークの大きさを表している。ゲイン６１−７で設定される１以下のゲイン値に応じて、ゲイン６１−７からは系統有効電力Ｐ１のピークツゥピークの大きさを超えない値が出力され加算器６１−８で加算される。
【００５２】
本実施の形態においては最小変極値検出器６１の出力は、第２の実施の形態における最小変極値検出器６１の出力である系統有効電力Ｐ１の最小極小値に加算器６１−８の出力が加算されて出力される。最小変極値検出器６１以外は第２の実施の形態と同一である。
【００５３】
次に本実施の形態の作用について図９を参照して説明する。図９では系統有効電力Ｐ１と系統有効電力平準化回路６の内部で設定されている有効電力設定値６４との大小関係に応じた系統有効電力Ｐ１の波形を描画している。系統有効電力Ｐ１の最小極小値にゲイン６１−７の出力を加算した最小変極値検出器６１の出力が有効電力設定値６４より小さい場合には、低値選択器６２の出力は最小変極値検出器６１が出力する値となる。したがってリミット付き差分器６３では、系統有効電力Ｐ１から低値選択器６２の出力が減ぜられ、低値選択器６２の出力値以上となる系統有効電力Ｐ１との差分（図９の斜線部）が算出され、位相機２２に流れる最大有効電力Ｐmaxの制限内で出力される。
【００５４】
次に、系統有効電力Ｐ１の最小極小値が有効電力設定値６４より大きい場合は第２の実施の形態と同等であり、低値選択器６２の出力は有効電力設定値となりリミット付き差分器６３では、系統有効電力Ｐ１から有効電力設定値６４の出力が減ぜられ有効電力設定値６４以上となる系統有効電力Ｐ１との差分（図９の斜線部）が算出され、位相機２２に流れる最大有効電力Ｐmaxの制限内で出力される。
【００５５】
このように本実施の形態によれば、有効電力設定値６４以下の範囲で、変動する系統有効電力Ｐ１の極小値と極大値間の系統有効電力Ｐ１の極小値を超える任意の有効電力値を消費させる回転子２−２の回転角速度指令値Ｗrefを生成でき、系統有効電力Ｐ１を有効電力設定値６４以下の系統有効電力Ｐ１の極小値と極大値間の任意の値で部分的に平準化することができ、平準化のために電力系統１から分流させ位相機２で消費する位相機有効電力Ｐ２を小さくすることが可能で、効率的に多くの有効電力を電力系統１に流すことができる。
【００５６】
次に本発明の第４の実施の形態について図１０のブロック図を参照して説明する。本実施の形態においては、図４に示した第２の実施の形態における系統有効電力平準化回路６を図１０に示す構成としたものである。
【００５７】
図１０において、リミット付き差分器６３の出力Ｐ３から位相機有効電力Ｐ２を減じた結果その出力Ｐ４を出力スイッチ６５に送られる。出力スイッチ６５には回転子２−２の回転角情報δが入力されている。出力スイッチ６５の出力Ｐ５は、系統有効電力平準化回路６から出力され回転角速度指令値生成回路７へ送られる。  
リミット付き差分器６３、回転角速度指令値生成回路７の動作は前記第２、第３の実施の形態と同一のため詳細な説明を省略する。
【００５８】
出力スイッチ６５に送られる回転角情報δは、第１の実施の形態の説明のように回転子２−２の回転角度検出値、または回転子２−２の回転が制限されたことを制限中＝１、制限無し＝０などの２値で外部に知らせるリミットスイッチの出力などである。
【００５９】
出力スイッチ６５では、リミット付き差分器６３の出力Ｐ３から位相機有効電力Ｐ２を減じた結果Ｐ４と回転角情報δを基に、回転角度が回転角上限値と一致している場合で、且つ出力Ｐ３が正の場合で、さらに位相機有効電力Ｐ２を増やそうとする場合と、回転角度が回転角下限値と一致している場合で、且つ出力Ｐ３が負の場合で、さらに位相機有効電力Ｐ２を減じようとする場合には０を出力し、それ以外は、出力スイッチ６５に入力されるリミット付き差分器６３の出力Ｐ３から位相機有効電力Ｐ２が減じた結果Ｐ４を出力し、回転角速度指令値生成回路７へ送る。
【００６０】
このように本実施の形態によれば、位相機２の回転子２−２の回転角度が回転角度の上限値に達し、且つさらに回転角度を上限値以上に制御する場合と、回転角度の下限値に達し、且つさらに回転角度を下限値以下に制御する場合に系統安定化平準化回路６の出力は０となる。
【００６１】
したがって、回転子２−２と固定子２−１間の位相差δが位相差上限値もしくは位相差下限値となり、さらに上限値以上、または下限値以下に回転角を制御しようとする場合に回転子２−２の角速度指令値Ｗrefを０とすることで即座に回転子２−２を停止することができ回転子２−２のハード的な回転子角度リミット機構が不用になる。
【００６２】
次に本発明の第５の実施の形態について図１１のブロック図を参照して説明する。  
図１１は、系統有効電力平準化回路６の内部の一部構成と、回転角速度指令値生成回路７の構成を示している。系統有効電力平準化回路６の構成は前記第２から第４の実施の形態と同等であるのでここでは詳細な説明を省略する。
【００６３】
回転角速度指令値生成回路７には系統有効電力平準化回路６の出力Ｐ４と、系統有効電力平準化回路６内のリミット付き差分器６３の出力Ｐ３、および位相機２の回転子２−２の回転角度の検出値δを入力している。
【００６４】
系統有効電力平準化回路６の出力Ｐ４は、ＰＩＤ回路７１に送られ、加算器７６へ出力される。リミット付き差分器６３の出力Ｐ３は理論位相角算出部７３に送られ、前記出力Ｐ３に対応する回転子２−２の回転角度の理論回転角度が算出され、減算器７４に出力される。減算器７４では、理論位相角算出部７３の出力から現在の回転子２−２の回転角度が減ぜられ、理論回転角と現在の回転子２−２の回転角度の角度偏差が算出される。減算器７４で算出された前記角度偏差はゲイン７５で設定するゲインを乗じた後、加算器７６に出力され、ＰＩＤ回路７１の出力と加算後、出力を出力リミッタ７２で設定する。
【００６５】
次に理論回転角算出部７３での回転角算出方法について説明する。回転子２−２の回転角δと位相機２に流れる位相機有効電力Ｐ２の関係は、前記（６）式でインピーダンス負荷Ｚを位相機２に接続されている抵抗値Ｒとして
Ｐ２＝２・Ｖs・Ｖs／Ｒ（１―cosδ）    …（７）と表される。したがって、位相機２の接続母線電圧Ｖsを事前に設定した固定値とするか、Ｖsの検出値を利用し、リミット付き差分器６３の出力Ｐ３で（７）式のＰ２と置き換えることで、
δ＝cos-1（１−（Ｐ３・Ｒ）／（２・Ｖs・Ｖs））    …（８）
（８）式の右辺の変数Ｐ３とＲとＶSが設定できるので位相角δが算出できる。
【００６６】
また（８）式を使った計算を事前に行い、出力Ｐ３と回転角δの計算結果を数値テーブルに格納し、出力Ｐ３に応じた回転角δを数値テーブルから読み出す方法をとっても良い。
【００６７】
なお、減算器７４に入力される回転子２−２の回転角δ2は直接回転角を計測した値を入力してもよいが、（８）式と同様に考え、位相機２に流れる位相機有効電力Ｐ２を用いて
δ2＝cos-1（１−（Ｐ２・Ｒ）／（２・Ｖs・Ｖs））  …（９）
（９）式にて算出した値を利用してもよい。
【００６８】
このように本実施の形態によれば、リミット付き差分器６３が出力する電力系統母線１から位相機２へ流れる位相機有効電力Ｐ２の指令値に対応する出力Ｐ３に応じた回転子２−２の理論回転角度を事前に算出し、理論回転角度δと現在の回転子２−２の回転角δ２との差分に比例する値を回転子２−２の回転速度指令値に加算することができる。
【００６９】
よって、位相機２へ流れる位相機有効電力Ｐ２と回転子の回転角δの非線形特性補償回路が形成され、位相機２へ流れる位相機有効電力Ｐ２値の変更に対する回転角δの変更が高速に行えるので位相機２による電力平準化が高速に高精度にできる。
【００７０】
次に本発明の第６の実施の形態について図１２の回路図及び図１３のブロック図を参照して説明する。  
本実施の形態において、図２に示す第１の実施の形態と異なる点は、駆動装置４の駆動用電力ＰＷを電力系統母線１から得ており、且つ駆動用電力ＰＷを計測して制御装置５へ入力している。
【００７１】
図１３の制御装置５においては、回転角速度指令値生成回路７に駆動用電力ＰＷの検出値が入力され、回転角速度指令値生成回路７に入力される系統有効電力平準化回路６の出力Ｐ４から減算器７７により減ぜられた後ＰＩＤ回路７１に送られている。
【００７２】
このように本実施の形態によれば、系統安定化電力平準化回路６で算出した系統有効電力Ｐ１の平準化のために位相機２が消費する位相機有効電力Ｐ２の指令値に対して、駆動装置４が位相機２の回転子２−２の回転駆動に要して電力系統１から取り込む電力ＰＷを加えるようにしている。
【００７３】
これにより、駆動装置４による位相機２の回転子２−２駆動に利用する有効電力をも考慮した電力系統母線１の系統有効電力Ｐ１の平準化が可能となるので、高精度な平準化制御ができる。
【００７４】
次に本発明の第７の実施の形態について図１４を参照して説明する。図１４は本実施の形態による電力調整装置の構成を示す回路図であり、図１に示す第１の実施の形態と異なる点は、本実施の形態におけるインピーダンス負荷３にはキャパシタＣが含まれており、インピーダンス負荷３に電流Ｉ２が流れることにより電力系統母線１に進相無効電力Ｑ2を供給する。  
８０は電力系統母線１の電圧Ｖsを制御装置５に取り込むための電圧検出器で、その他の構成は図１に示す第一の実施の形態と同一であるので詳細な説明は省略する。
【００７５】
次に、本実施の形態の作用について図を参照して説明する。まず、前記位相機２における電圧、電流の関係は前記（１）〜（５）式で示されものと同様である。  
ここで、説明の簡単化のためインピーダンス負荷３をキャパシタＣのみと考えると、位相機２から電力系統母線１に供給される進相無効電力Ｑ2は下記（１０）式となる。ω0は基本周波数をf0としたときω0＝２・π・f0である。  
Ｑ2＝２・Ｖs・Ｖs・ω0Ｃ・（１−cosδ）    …（１０）
即ち、この(１０)式の意味するところは、固定子２−１と回転子２−２間の位相差δが０°の場合は右辺の括弧の中が０となるので供給される進相無効電力はゼロであるが、位相差δが１８０°の場合は右辺の括弧の中が２となるので、Ｉs＝４・Ｖs・ω0Ｃとなり、供給される進相無効電力Ｑ2は最大となる。この間の進相無効電力Ｑ2の供給量は図３に示す電流Ｉsと電力系統母線１の電圧Ｖsの積であり、位相差δ（０°〜１８０°）の調整により連続的に調整することができる。それによって、電力系統母線１の電圧Ｖsを連続的に調整することができる。
【００７６】
そこで本実施の形態においては、制御装置５により、目標である電圧指令値Ｖrefと実際の電圧との差分に応じた回転子２−２の回転角速度指令値Ｗrefを生成し、この値を駆動装置４に出力し、駆動装置４で回転角速度指令値Ｗrefに応じて回転子２−２を回転させ、回転子２−２の巻線に誘導される電圧と固定子２−１の巻線に誘導される電圧の間の位相差が、電圧調整に必要な進相無効電力Ｑ2を生じさせる位相差δとなるように制御される。
【００７７】
制御装置５の例を図１５のブロック図に示す。制御装置５は減算器８１と回転角速度指令値生成回路８２から成り、回転角速度指令値生成回路８２はＰＩＤ回路（比例＋積分＋微分回路）８３とリミット回路８４とから成る。
【００７８】
減算器８１は設定した電圧指令値Ｖrefと電圧検出器８０で検出した実際の電圧値から電圧偏差ΔＶを出力し、回転角速度指令値生成回路８２は減算器８１の出力値ΔＶを０とするように回転子２−２の回転角速度指令値Ｗrefを生成し、位相機２の回転子２−２を回転させ、位相機２の固定子２−１と回転子２−２の位相差を調整するように作用する。
【００７９】
このように、本実施の形態によれば、タップ付変圧器を用いた電圧調整器やキャパシタバンクのような段階的な電圧調整ではなく、位相機２の固定子２−１と回転子２−２の巻線間のキャパシタＣを含むインピーダンス負荷３に流れる電流を連続的に制御することによって、進相無効電力Ｑ2の電力系統母線１への供給量を連続的に調整し、その結果電力系統母線１の電圧を連続的に制御することができる。  
また、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よりも構成がシンプルで低コストで実現することができる。
【００８０】
次に本発明の第８の実施の形態について図１６を参照して説明する。  
図１６は本実施の形態による電力調整装置の制御装置を示すブロック図で、設定した電圧指令値Ｖrefと電圧検出器８０で検出された電圧値から電圧偏差ΔＶを計算する減算器８１と、トルク指令値生成回路８５とから成り、トルク指令値生成回路８５は電圧偏差ΔＶを入力とするＰＩＤ回路８３と、ＰＩＤ回路８３の出力を入力とするリミット回路８４とで構成される。
【００８１】
トルク指令値生成回路８５により生成されたトルク指令値Ｔrefは駆動装置４に与えられ、位相機２の回転子２−２を回転させ、位相機２の固定子２−１と回転子２−２の位相差を調整するように作用する。  
本実施の形態においても前記第７の実施の形態と同様の作用、効果が得られる。
【００８２】
次に本発明の第９の実施の形態について図１７を参照して説明する。  
図１７は本実施の形態による電力調整装置の制御装置を示すブロック図で、設定した電圧指令値Ｖrefと電圧検出器８０で検出された電圧値から電圧偏差ΔＶを計算する減算器８１と、位相角指令値生成回路８６とから成り、位相角指令値生成回路８６は電圧偏差ΔＶを入力とするＰＩＤ回路８３と、ＰＩＤ回路８３の出力を入力とするリミット回路８４とで構成される。
【００８３】
位相角指令値生成回路８６により生成された位相角指令値δrefは駆動装置４に与えられ、位相機２の固定子２−１と回転子２−２の位相差を調整するように作用する。  
本実施の形態においても前記第７の実施の形態と同様の作用、効果が得られる。
【００８４】
次に本発明の第１０の実施の形態について図１８を参照して説明する。  
図１８は本実施の形態による電力調整装置の制御装置を示すブロック図で、図１５に示す制御装置との相違は、減算器８１とＰＩＤ回路８３との間に乗算器８７が追加され、乗算器８７には減算器８１の出力と制御可否信号生成回路８８の出力が与えられる構成となっている点である。
【００８５】
制御可否信号生成回路８８は位相機２の固定子２−１と回転子２−２との位相差δを入力とする比較器８９−１、８９−２と、減算器８１で算出された電圧偏差ΔＶを入力とする比較器８９−３、８９−４と、比較器８９−１と比較器８９−３の出力を入力とする論理和回路９０−１と、比較器８９−２と比較器８９−４の出力を入力とする論理和回路９０−２と、論理和回路９０−１および９０−２の出力を入力とする論理積回路９１とで構成される。
【００８６】
比較器８９−１の出力は位相差δ＜位相差上限値の時真(１)となり、それ以外は偽(０)となる。比較器８９−２の出力は位相差δ＞位相差下限値の時真(１)となり、それ以外は偽(０)となる。比較器８９−３の出力は電圧偏差ΔＶ＜０、即ち電圧指令値Ｖref＜電力系統母線１の電圧値の時真(１)となり、それ以外は偽(０)となる。比較器８９−４の出力は電圧偏差ΔＶ＞０、即ち電圧指令値Ｖref＞電力系統母線１の電圧値の時真(１)となり、それ以外は偽(０)となる。
【００８７】
すると、制御可否信号生成回路８８の出力である論理積回路９１の出力は、位相差δが上限且つ電圧偏差ΔＶ≧０、即ち位相差δが上限でさらに位相差δを増加させる条件、または、位相差δが下限且つ電圧偏差ΔＶ≦０、即ち位相差δが下限でさらに位相差δを減少させる条件のとき偽(０)となり、それ以外は真(１)となる。制御可否信号生成回路８８の出力を電圧偏差ΔＶに乗ずることにより、位相差δが上下限値であり、且つ位相差δを増減させられないとき、ＰＩＤ回路８３の入力が０となり、駆動装置４に与える指令値も０となって位相機２の回転子２−２は停止する。
【００８８】
このように、本実施の形態によれば、位相機２の固定子２−１と回転子２−２間の位相差δが位相差上下限値に達し、さらに動作範囲外、例えば０°未満や１８０°超過に推移するような駆動装置４への指令値が生じた場合、制御可否信号生成回路８８の出力が０となることで、回転角速度指令値が０となって回転子２−２は停止するので、回転子２−２のハード的な回転子角度リミット機構が不要になる。
【００８９】
次に本発明の第１１の実施の形態について図１９のブロック図を参照して説明する。  
本実施の形態における制御可否信号生成回路８８は、電圧偏差ΔＶを入力とする比較器８９−３、８９−４と、位相差δが上限値以上であることを検出する位相差上限リミットスイッチ９２−１と、位相差上限リミットスイッチ９２−１の出力をセット信号、比較器８９−３の出力をリセット信号とするフリップフロップ回路９３−１と、位相差δが下限値以下であることを検出する位相差下限リミットスイッチ９２−２と、位相差下限リミットスイッチ９２−２の出力をセット信号、比較器８９−４の出力をリセット信号とするフリップフロップ回路９３−２と、フリップフロップ回路９３−１および９３−２の出力を入力とする論理和回路９０−３、論理和回路９０−３の出力を入力とするＮＯＴ回路９４とから構成される。なお、フリップフロップ回路９３−１、９３−２はリセット優先の回路とする。
【００９０】
位相差上限リミットスイッチ９２−１の出力は、位相機２の回転子２−２がリミットスイッチの設置位置に達すると真(１)となり、それ以外は偽(０)となる。回転子２−２の位置、即ち回転角は固定子２−１と回転子２−２間の位相差δと等しいものとし、位相差上限リミットスイッチ９２−１は位相差δが上限値であることを検出するものとする。
【００９１】
位相差下限リミットスイッチ９２−２の出力は、位相機２の回転子２−２がリミットスイッチの設置位置に達すると真(１)となり、それ以外は偽(０)となる。回転子２−２の位置、即ち回転角は固定子２−１と回転子２−２間の位相差δと等しいものとし、位相差下限リミットスイッチ９２−２は位相差δが下限値であることを検出するものとする。
【００９２】
位相差上限リミットスイッチ９２−１が位相差δの上限値到達を検出すると、フリップフロップ回路９３−１がセット状態（出力１）となり、論理和回路９０−３の出力も真(１)となり、ＮＯＴ回路９４の出力、即ち制御可否信号生成回路８８の出力は偽(０)となる。
【００９３】
位相差下限リミットスイッチ９２−２が位相差δの下限値到達を検出すると、フリップフロップ回路９３−２がセット状態（出力１）となり、論理和回路９０−３の出力も真(１)となり、ＮＯＴ回路９４の出力、即ち制御可否信号生成回路８８の出力は偽(０)となる。ただし、位相差δが上限となりフリップフロップ回路９３−１がセット状態（出力１）でも、位相差δを減少方向へ動作させる条件である電圧偏差ΔＶ＜０が成立する場合は比較器８９−３の出力が真(１)となり、フリップフロップ回路９３−１がリセットされ、制御可否信号生成回路８８の出力は真(１)となる。
【００９４】
位相差δを増加方向へ動作させる条件である電圧偏差ΔＶ＞０が成立する場合も同様に、位相差δが下限となりフリップフロップ回路９３−２がセット状態（出力１）でも、比較器８９−４の出力が真(１)となり、フリップフロップ回路９３−２がリセットされ、制御可否信号生成回路８８の出力は真(１)となる。  
制御可否信号生成回路８８の出力が０ならばＰＩＤ回路８３の入力が０となり、駆動装置４に与える指令値も０となって位相機２の回転子２−２は停止する。
【００９５】
このように、本実施の形態によれば、固定子２−１と回転子２−２間の位相差δが上限値または下限値に達した場合、駆動装置４に与える回転角速度指令値が０となって回転子２−２は停止するので、回転子２−２のハード的な回転子角度リミット機構が不要になる。
【００９６】
次に本発明の第１２の実施の形態について図２０のブロック図及び図２１の回路図を参照して説明する。  
本実施の形態において図１５、図１６、図１７に示す前記第７、８、９の実施の形態と異なる点は、回転角速度指令値生成回路８２またはトルク指令値生成回路８５または位相角指令値生成回路８６に、理論回転角算出部９５と、減算器９６と、ゲイン要素９７と、加算器９８を追加している点である。
【００９７】
電力系統母線1の電圧を電圧指令値Ｖrefに調整するのに要する回転子２−２の回転角、即ち位相差δ1を理論回転角算出部９５で計算し、計測した位相差δとの差分を減算器９６で求め、これにゲイン要素９７を乗じてＰＩＤ回路８３の出力値に加算し、リミット回路８４で設定した上下限値で制限したものを駆動装置４に指令値として出力する。
【００９８】
次に、理論回転角算出部９５における理論回転角の算出方法を説明する。図２１の回路において、電力系統母線１の電圧をＶs、短絡インピーダンス１００の値をＲ＋ｊＸ、無限大母線１０１の電圧をＶ、短絡インピーダンス１００を流れる電力をＰ＋ｊＱとすると（１１）式が成り立ち、（１１）式を電圧Ｖについて解くと（１２）式となる。なお、以下の式における無効電力はすべて遅相方向を正とする。
【数１】
2004343984.tif 000003
【００９９】
電圧ＶとＶsの位相差は大きくないものと仮定し、（１２）式から近似式を導くと（１３）式となり、（１３）式を短絡インピーダンス１００の無効電力Ｑについて解くと（１４）式となる。
【数２】
2004343984.tif 000004
【０１００】
位相機２の無効電力Ｑ2は、固定子２−１と回転子２−２間の位相差δにより生じる無効電力をＱT、励磁インピーダンスにより生じる無効電力をＱMとすると（１５）式で表され、短絡インピーダンス１００の無効電力Ｑは（１６）式となる。ここで、Ｑ1は負荷１０２の無効電力である。
【０１０１】
Ｑ2＝ＱT−ＱM    …  （１５）
Ｑ＝Ｑ1＋Ｑ2＝Ｑ1＋ＱT−ＱM    …  （１６）
（１６）式を無効電力ＱTについて解き、（１４）式を代入すると（１７）式となる。ここで、Ｘmは位相機２の励磁リアクタンスである。
【数３】
2004343984.tif 000005
【０１０２】
電力系統母線１の電圧Ｖsを電圧指令値Ｖrefとするために必要な無効電力を求める式は、（１７）式のＶsをＶrefに置き換えた（１８）式となる。
【数４】
2004343984.tif 000006
【０１０３】
また、電圧Ｖを（１３）式で置き換えた（１９）式でもＱTを求めることができる。
【数５】
2004343984.tif 000007
【０１０４】
そして、ＱTを（１０）式に代入し、変形すると位相差δ1を求める（２０）式となる。
【数６】
2004343984.tif 000008
【０１０５】
このように本実施の形態によれば、電力系統母線１の電圧を電圧指令値Ｖrefに調整するのに要する位相差δ1を事前に計算でき、計算した位相差δ1と計測した位相差δの偏差に比例した値を駆動装置４に与える指令値、即ち回転角速度指令値またはトルク指令値または位相角指令値に加算することで、電力系統母線１の電圧を電圧指令値Ｖrefとするための位相差に高速に制御することができる。
【０１０６】
次に本発明の第１３の実施の形態について図２２の回路図を参照して説明する。  
本実施の形態においては、図1４、図１５に示す本発明の第７の実施の形態において、位相機２を電力系統母線１に連系する遮断器１０３と、その開閉指令を生成する投入制御回路１０４が追加された構成となっている。そして、投入制御回路１０４は、電力系統母線１の電圧値Ｖsを入力とする比較器１０５と、比較器１０５の出力を入力とするオフディレイ１０６と、オフディレイ１０６の出力を入力とするＮＯＴ回路９４と、固定子２−１と回転子２−２の位相差δを入力とする比較器８９と、ＮＯＴ回路９４と比較器８９の出力を入力とする論理積回路９１と、論理積回路９１の出力を入力とするゲイン要素９７とから成り、オフディレイ１０６の出力が投入指令として遮断器１０３に与えられる。
【０１０７】
比較器１０５は、電圧検出器８０で検出された電力系統母線１の電圧Ｖsと位相機２の投入電圧閾値Ｖthを比較し、電力系統母線１の電圧Ｖsが投入電圧閾値Ｖth以下ならば真(１)、投入電圧閾値Ｖth超過ならば偽(０)を出力する。
【０１０８】
オフディレイ１０６の出力、即ち遮断器１０３に対する投入指令は電力系統母線１の電圧Ｖsが投入電圧閾値Ｖthを超えてから設定時間が経過すると偽(０)となり、遮断器１０３の接点は開き、位相機２は電力系統母線１から遮断された状態となる。このとき、ＮＯＴ回路９４の出力は真(１)であり、位相差δが位相差上限値未満であれば比較器８９の出力も真(１)となり、論理積回路９１の出力が真(１)となる。
【０１０９】
これにゲイン要素９７を乗じた値がＰＩＤ回路８３の出力に加算されるので駆動装置４に与えられる指令値は正の数となり、位相差上下値に達するまで固定子２−１と回転子２−２の位相差δは増加する。つまり、遮断器１０３が開となる条件においては位相差δが最大の状態に保持される。
【０１１０】
逆に、電力系統母線１の電圧が投入電圧閾値Ｖth以下ならばオフディレイ１０６の出力、即ち遮断器１０３に対する投入指令は真(１)となり、遮断器１０３の接点は閉じ、電力調整機は電力系統母線１に連系され、電圧を電圧指令値Ｖrefとするように制御される。
【０１１１】
そして、電力系統母線１の電圧が回復して投入電圧閾値Ｖthを超えた時点から設定時間が経過するとオフディレイ１０６の出力が偽(０)となり、遮断器１０３の接点は開き、電力調整機は位相差δ最大の待機状態に戻る。
【０１１２】
このように本実施の形態によれば、系統事故等により電圧系統母線１の電圧が一定値以上低下したとき、固定子２−１と回転子２−２の位相差が最大、即ち進相無効電力の供給量が最大となる状態で待機していた電力調整機が投入されることで電圧が回復するとともに、電圧が電圧指令値Ｖrefに制御されることで電力系統の安定度の向上が図られる。
【０１１３】
次に本発明の第１４の実施の形態について図２３のブロック図を参照して説明する。  
本実施の形態においては、図１４、図１５に示す本発明の第７の実施の形態において、位相差δを入力とする比較器１０７−１、１０７−２と、比較器１０７−１、１０７−２の出力を入力とする論理和回路１０８と、リミット回路８４の出力を入力とするリミット回路１０９と、論理和回路１０８の出力によってリミット回路８４またはリミット回路１０９の出力のいずれか一方を選択して出力する選択回路１１０とを加え、選択回路１１０の出力を駆動装置４に指令値として入力する構成になっている。
【０１１４】
位相機２の固定子２−１と回転子２−２の位相差δが設定する上側閾値以上の条件を満たすと比較器１０７−１の出力は真(１)となり、位相差δが下側閾値以下の条件を満たすと比較器１０７−２の出力は真(１)となる。逆に、比較器１０７−１、１０７−２は前記条件を満たさないとき偽(０)となる。
【０１１５】
前記上側閾値は位相差上限値より多少小さい値、例えば位相差上限値を１８０°とすれば１７０°などとなる。前記下側閾値は位相差下限値より多少大きい値、例えば位相差下限値を０°とすれば１０°などとなる。
【０１１６】
比較器１０７−１、１０７−２の出力を入力とする論理和回路１０８の出力は、位相差δが上側閾値以上または下側閾値以下のとき真(１)となる。論理和回路１０８の出力が真(１)のとき選択回路１１０は、上下限値がリミット回路８４より狭いリミット回路１０９の出力を選択するので、リミット回路８４の出力より低値が駆動装置４への指令値として出力される。
【０１１７】
このように本実施の形態によれば、位相差δが設定する上側閾値以上または下側閾値以下、即ち位相差δの上下限付近では回転角速度指令値またはトルク指令値がより低値に制限されるので、回転子２−２の回転速度が低下し、回転子２−２がハード的な回転角度のリミット機構に当たって停止する場合の衝撃を緩和でき、ハード的なリミット機構にかかるストレスを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を説明するための等価回路図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の作用を説明する特性図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を説明するための波形図。
【図６】本発明の第２の実施の形態を説明するための波形図。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図８】本発明の第３の実施の形態を説明するための波形図。
【図９】本発明の第３の実施の形態を説明するための波形図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図１１】本発明の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図１２】本発明の第６の実施の形態を示す回路図。
【図１３】本発明の第６の実施の形態を示すブロック図。
【図１４】本発明の第７の実施の形態を示す回路図。
【図１５】本発明の第７の実施の形態を示すブロック図。
【図１６】本発明の第８の実施の形態を示すブロック図。
【図１７】本発明の第９の実施の形態を示すブロック図。
【図１８】本発明の第１０の実施の形態を示すブロック図。
【図１９】本発明の第１１の実施の形態を示すブロック図。
【図２０】本発明の第１２の実施の形態を示すブロック図。
【図２１】本発明の第１２の実施の形態を示す回路図。
【図２２】本発明の第１３の実施の形態を示す回路図。
【図２３】本発明の第１４の実施の形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１１９】
１…電力系統母線、２…位相機、２−１…固定子、２−２…回転子、３…インピーダンス負荷、４…駆動装置、５…制御装置、６…系統有効電力平準化回路、７…回転角速度指令値生成回路、６１…最小変極値検出機、６１−１…周波数選択フィルタ、６１−２…低側変極値検出器、６１−３…位相遅れフィルタ、６１−４…高側変極値検出器、６１−５…位相遅れフィルタ、６１−６…減算器、６１−７…ゲイン、６１−８…加算器、６２…低値選択器、６３…リミット付き差分器、６４…有効電力設定値、６５…出力スイッチ、７１…ＰＩＤ回路、７２…出力リミッタ、７３…理論回転角算出部、７４…減算器、７５…ゲイン、７６…加算器、７７…減算器、８０…電圧検出器、８１…減算器、８２…回転角速度指令値生成回路、８３…ＰＩＤ回路、８４…リミット回路、８５…トルク指令値生成回路、８６…位相角指令値生成回路、８８…制御可否信号生成回路、１０４…投入制御回路、Ｖref…電圧指令値、Ｗref…回転角速度指令値、ｄ…固定子と回転子の位相差、Ｖth…投入電圧閾値、Ｔref…トルク指令値、δref…位相角指令値。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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