(57)【要約】【課題】電力潮流制御装置の要素機器としてストッパ装置を備えた回転形変圧器を用い、回転形変圧器の故障電流等の過渡大電流に対し大きな耐量を持ち、高調波の発生が無く、低損失で、メンテナンスフリーで低コストの電力潮流制御装置を提供する。【解決手段】回転子と固定子を有し、回転子が第１の交流電力系統と結合され、固定子が第２の交流電力系統と結合される回転形変圧器と、回転子の回転角度範囲を制限するストッパ装置と、回転子を駆動する駆動電動機と、回転形変圧器の現通過電力と所定通過電力を比較し、回転子の角速度指令値を算出する潮流制御器と、角速度指令値と回転子の角速度から駆動電動機の出力トルクを調整するトルク制御器とから構成され、回転子の回転角度を、ストッパ装置で所定の回転角度範囲に制限した状態で調整することにより、現通過電力を所定通過電力に制御する。【選択図】図１
2005253215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子を有し、前記回転子が第１の交流電力系統と結合され、前記固定子が第２の交流電力系統と結合される回転形変圧器と、
前記回転子の回転角度範囲を制限するストッパ装置と、
前記回転子を駆動する駆動電動機と、
前記回転形変圧器の現通過電力と所定通過電力を比較し、前記回転子の角速度指令値を算出する潮流制御器と、
前記角速度指令値と前記回転子の角速度から前記駆動電動機の出力トルクを調整するトルク制御器とから構成され、
前記回転子の前記固定子に対する回転角度を、前記ストッパ装置で所定の回転角度範囲に制限した状態で調整することにより、前記現通過電力を前記所定通過電力に制御可能にすることを特徴とする電力潮流制御装置。
【請求項２】
前記潮流制御器は、前記回転子と前記第１の交流電力系統を結合する第１母線の電圧の大きさと、前記固定子と前記第２の交流電力系統を結合する第2母線の電圧の大きさとを取り込み、前記所定通過電力に対応する前記第１母線と前記第２母線間の電圧位相差と、前記現通過電力に対応する前記第１母線と前記第２母線間の電圧位相差との電圧位相差偏差を算出し、前記電圧位相差偏差から前記回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
【請求項３】
前記潮流制御器は、前記回転子と前記第１の交流電力系統を結合する第１母線の電圧の大きさと、前記固定子と前記第２の交流電力系統を結合する第2母線の電圧の大きさと、前記第１母線もしくは前記第２母線を通過する無効電力値を取り込み、前記所定通過電力に対応する前記第１母線と前記第２母線間の電圧位相差と、前記現通過電力に対応する前記第１母線と前記第２母線間の電圧位相差との電圧位相差偏差を算出し、前記電圧位相差偏差から前記回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
【請求項４】
前記潮流制御器は、前記回転子の回転角度を取り込み、前記回転角度を用いて前記所定通過電力に対応する前記回転子の所定回転角度を算出し、設定する角度範囲内に前記所定回転角度を制限して出力する回転角度ソフトリミッタを有し、前記回転角度ソフトリミッタの出力と前記回転子の回転角度から前記回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【請求項５】
前記潮流制御器は、前記回転子の回転角度を取り込み、前記回転角度に比例要素またはかつ微分要素を介して算出した値を前記角速度指令値に加算し、前記角速度指令値を所定の角速度指令値範囲内の値に制限して出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【請求項６】
前記回転形変圧器が結合される交流電力系統の系統状態に応じて、前記所定通過電力の変化率制限を変化させ、変化率制限の範囲内で前記所定通過電力を出力する指令変化率制限回路を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【請求項７】
前記回転形変圧器の前記現通過電力にゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、前記所定通過電力に加算することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【請求項８】
前記回転形変圧器が結合される前記第１の交流電力系統または第２の交流電力系統の周波数を取り込み、ゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、前記所定通過電力に加算することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【請求項９】
前記回転形変圧器が結合される前記第１の交流電力系統または第２の交流電力系統の母線電圧の大きさを取り込み、ゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、前記所定通過電力に加算することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【請求項１０】
前記回転子と第１の交流電力系統との結合母線またはかつ前記固定子と第２の交流電力系統との結合母線と対地間または３相線間にコンデンサを接続したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【請求項１１】
前記回転子巻線と第１の交流電力系統とを、長さに余裕をもつ導線で接続したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統間に回転形変圧器を用いた電力潮流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電力系統の送電部と受電部間に直列に接続し、送電部と受電部との電力潮流を調整する電力潮流制御器として、線路のリアクタンス補償を行なうことで電力潮流を調整可能とした可変直列コンデンサや、母線間の電圧位相差調整を行なうことで電力潮流を調整する位相調整器などが実用化されている。
【０００３】
例えば、A.J.F.KERI等は、可変直列コンデンサの一実施例であるスイッチドコンデンサ方式を紹介している（非特許文献１）。このスイッチドコンデンサ方式は、複数の直列コンデンサに並列接続されたサイリスタスイッチをオン、オフし線路電流の通過するキャパシタンス量を可変にしている。
【０００４】
また、A.J.F.KERI等は、可変直列コンデンサの一実施例であるサイリスタ制御直列コンデンサ方式も紹介している（非特許文献１）。このサイリスタ制御直列コンデンサ方式は、直列コンデンサにサイリスタ制御リアクトルが並列接続され、サイリスタの点弧角を制御し、キャパシタとの合成リアクタンスを連続制御している。
【０００５】
また、安海一郎等は、位相調整器の一実施例を示している。送電部と受電部間に位相調整用電圧を印加する直列変圧器と、その直列変圧器に位相調整用電圧を供給する調整変圧器と、タップ切替え機とで構成されている（非特許文献２）。
【０００６】
上述した可変直列コンデンサや位相調整器等の各電力潮流制御器で電力潮流を制御する電力潮流制御系は、電力系統内の電力潮流調整を行なう線路の電力潮流を検出して入力し、電力潮流指令値との偏差を零とし、電力潮流指令値相当の線路電力潮流を実現するために、電力潮流制御器の操作量を出力する。
【０００７】
電力潮流制御器の操作量は、例えば、スイッチドコンデンサ方式では、各サイリスタスイッチのオン、オフ信号であり、サイリスタ制御直列コンデンサ方式では、サイリスタ点弧角であり、位相調整器では、タップ点数や位相調整電圧指令値等である。
【０００８】
上述した各電力潮流制御器では、それぞれの機器に対応した電力潮流制御系が出力する操作量により、電力潮流調整が可能となる。
【０００９】
一方、近年、回転変圧器を電力系統間に用い、回転変圧器の回転速度を制御して、系統間の周波数のズレを調節する方式も報告されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−２３５８７号公報
【非特許文献１】MPROVING TRANSMISSION SYSTEM PERFORMANCE USING CONTROLLED SERIES CAPACITORS； Cigre 1992 A.J.F.KERI、 et.all
【非特許文献２】安海一郎他  「275kV、1000MVA位相調整器」電気学会 昭和６０年全国大会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の電力潮流制御において、移相調整器は、タップ切替え機によるタップ調整により電力潮流制御を実現するため、電力潮流を微細に調整する用途には不向きであり、かつ動作速度が遅いという問題があった。
【００１１】
また、タップ切替え機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もあった。
【００１２】
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、高速かつ連続的に調整する方法も考えられるが、コストが高くなり、相対的に損失が大きいという問題があった。
【００１３】
また、この電力変換器は、半導体素子のスイッチング動作により高調波が発生するため、高調波の電力系統への流出を低減する電力フィルタが必要となり、その設置用地難やコスト高になる問題があった。
【００１４】
さらに、半導体素子は、一般的に大電流の通過に不向きであるので、系統故障の際に発生する故障電流に対して、半導体素子を保護する保護装置が必要であり、かつ系統故障時に、即時の電力潮流制御が不可能であるという課題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、電力潮流制御装置の要素機器としてストッパ装置を備えた回転形変圧器を用い、回転形変圧器の故障電流等の過渡大電流に対し大きな耐量を持ち、高調波の発生が無く、低損失で、メンテナンスフリーで低コストの電力潮流制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
具体的には、電力潮流制御装置内の主要機器である回転形変圧器が、ストッパ装置を設定して回転角度範囲を制限し、限られた角度範囲の中で両方向に回転することでメンテナンスを軽減し、さらに、制御系統を強化して、回転形変圧器の回転子回転角度と回転形変圧器を通過する有効電力の非線形な関係を補償する装置や、回転子の回転角度を制限する装置や、周波数や電圧変動に対するダンピング向上制御装置等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】
【００１７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の電力潮流制御装置は、回転子と固定子を有し、回転子が第１の交流電力系統と結合され、固定子が第２の交流電力系統と結合される回転形変圧器と、回転子の回転角度範囲を制限するストッパ装置と、回転子を駆動する駆動電動機と、回転形変圧器の現通過電力と所定通過電力を比較し、回転子の角速度指令値を算出する潮流制御器と、角速度指令値と回転子の角速度から駆動電動機の出力トルクを調整するトルク制御器とから構成され、回転子の固定子に対する回転角度を、ストッパ装置で所定の回転角度範囲に制限した状態で調整することにより、現通過電力を所定通過電力に制御可能としたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の電力潮流制御装置は、請求項１に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子と前記第１の交流電力系統を結合する第１母線の電圧の大きさと、固定子と前記第２の交流電力系統を結合する第2母線の電圧の大きさとを取り込み、所定通過電力に対応する第１母線と前記第２母線間の電圧位相差と、現通過電力に対応する第１母線と第２母線間の電圧位相差との電圧位相差偏差を算出し、電圧位相差偏差から回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の電力潮流制御装置は、請求項１に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子と第１の交流電力系統を結合する第１母線の電圧の大きさと、固定子と第２の交流電力系統を結合する第2母線の電圧の大きさと、第１母線もしくは第２母線を通過する無効電力値を取り込み、所定通過電力に対応する第１母線と第２母線間の電圧位相差と、現通過電力に対応する第１母線と第２母線間の電圧位相差との電圧位相差偏差を算出し、電圧位相差偏差から回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子の回転角度を取り込み、回転角度を用いて所定通過電力に対応する回転子の所定回転角度を算出し、設定する角度範囲内に所定回転角度を制限して出力する回転角度ソフトリミッタを有し、回転角度ソフトリミッタの出力と回転子の回転角度から回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子の回転角度を取り込み、回転角度に比例要素またはかつ微分要素を介して算出した値を角速度指令値に加算し、角速度指令値を所定の角速度指令値範囲内の値に制限して出力することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器が結合される交流電力系統の系統状態に応じて、所定通過電力の変化率制限を変化させ、変化率制限の範囲内で所定通過電力を出力する指令変化率制限回路を有することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器の現通過電力にゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、所定通過電力に加算することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器が結合される第１の交流電力系統または第２の交流電力系統の周波数を取り込み、ゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、所定通過電力に加算することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器が結合される第１の交流電力系統または第２の交流電力系統の母線電圧の大きさを取り込み、ゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、所定通過電力に加算することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、回転子と第１の交流電力系統との結合母線またはかつ固定子と第２の交流電力系統との結合母線と対地間または３相線間にコンデンサを接続したことを特徴とする電力潮流制御装置。
【００２７】
また、請求項１１に記載の電力潮流制御装置は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電力潮流制御装置において、回転子巻線と第１の交流電力系統とを、長さに余裕をもつ導線で接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電力潮流制御装置は、電力潮流制御装置の要素機器として回転形変圧器を用い、回転形変圧器の故障電流等の過渡大電流に対し大きな耐量を持ち、かつ高調波の発生が無く、かつ低コストで、低損失である特徴を活用した電力潮流制御装置を提供することができる。
【００２９】
さらに、本発明は、電力潮流制御装置内の主要機器である回転形変圧器が、ストッパ装置を設定して回転角度範囲を制限し、限られた角度範囲の中で両方向に回転するという特徴を持たせた上に、制御系統を強化して、回転形変圧器の回転子回転角度と回転形変圧器を通過する有効電力の非線形な関係を補償する装置や、回転子の回転角度を制限する装置や、周波数や電圧変動に対するダンピング向上制御装置等を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、実施例について説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に対応する電力潮流制御装置の構成図である。図１において、回転形変圧器１０１は、回転子１０１Ｒと固定子１０１Ｓとを持ち、回転子１０１Ｒが、送電線路２０に含まれる３相線路RR、SR、TRによって、第１の交流電力系統１０に接続され、固定子１０１Ｓが、送電線路２１に含まれる３相線路RS、SS、TSによって、第２の交流電力系統１１に接続されている。
【００３２】
なお、第１の交流電力系統１０および第２の交流電力系統１１と、回転子１０１Ｒおよび固定子１０１Ｓとの接続を逆にしてもよい。図１では、第１の交流電力系統１０と第２の交流電力系統１１は、回転形変圧器１０１を介してのみ接続されているが、回転形変圧器１０１と共に、回転形変圧器１０１以外の送電線路と接続されていてもよい。
【００３３】
また、図１に示すように、第１の交流電力系統１０と第２の交流電力系統１１が、回転形変圧器１０１を介してのみ接続されている場合には、交流基本周波数は同一とするが位相は異なっていてもよい。
【００３４】
回転子１０１Ｒには、駆動電動機３０と速度検出器３２と角度検出器３３が接続されている。駆動電動機３０は、回転子１０１Ｒを直接的に駆動してもよいし、歯車を介して回転子１０１Ｒと連結されていてもよい。
【００３５】
回転子１０１Ｒと固定子１０１Ｓには、互いに係止する凸形のストッパ装置３１が設置されていて、このストッパ装置３１の設置個所を増やすことにより、回転角度を３６０度以下の設定回転角度で機械的に回転を制限することができる。
【００３６】
制御装置２００は、潮流制御器２０１とトルク制御器２０２と電力トランスデューサ２０３で構成されている。潮流制御器２０１の動作速度は、トルク制御器２０２の動作速度より低速である。すなわち、潮流制御器２０１の制御速度は、トルク制御器２０２の制御速度より低速である。
【００３７】
潮流制御器２０１は、送電線路２０から伝達される電力トランスデューサ２０３にて測定された送電線路２０の通過電力Pを表す信号を受け取る。潮流制御器２０１では、有効電力指令入力信号Prefを設定して、この電力指令入力信号Prefと通過電力Pの差分（Pref−P）を、例えば、図２に示すように、比例要素３０４ａと積分要素３０４ｂとリミッタ要素３０４ｃから構成されるＰＩ制御回路３０４を通じて処理し、トルク制御器２０２に回転速度指令信号ωrefを出力する。
【００３８】
トルク制御器２０２では、速度検出器３２からの回転子１０１Ｒの角速度ωRを受け取り、駆動電動機３０に、駆動トルク信号Tを出力する。駆動トルク信号Tの生成は、一般に用いられるモータの速度制御と同等であるので詳細な説明は省略する。
【００３９】
図３は、回転形変圧器１０１の詳細構成図である。回転形変圧器１０１は、回転子１０１Ｒと固定子１０１Ｓを含む。なお、回転子１０１Ｒおよび固定子１０１Ｓの巻線は最大電力通過が可能な定格値となっているものとする。回転子１０１Ｒは、スリップリング１０２および回転子かご形部１０３を含む。
【００４０】
第１の交流電力系統１０からの３相線路RR、SR、TRが、スリップリング１０２に接続されており、第２の交流電力系統１１からの３相線路RS、SS、TSが、固定子１０１Ｓに接続されている。回転子１０１Ｒには、その近くに速度検出器３２と角度検出器３３が取り付けられており、回転子１０１Ｒの角速度ωRと固定子１０１Ｓに対する回転子１０１Ｒの角度θRを発生する。
【００４１】
図３では、回転子１０１Ｒは、６０度間隔の回転子巻線RR+、SR+、TR＋、RR−、SR−、TR−にて、固定子１０１Ｓは、６０度間隔の固定子巻線RS＋、SS＋、TS＋、RS−、SS−、TS−にて、極対数１で図示されている。本発明の構成原理は、２相以上の回転変圧器に適用可能である。回転子１０１Ｒは、その軸線RAXを中心軸として、時計回りと反時計周りの両方向に回転可能である。回転子１０１Ｒは、回転子１０１Ｒに結合された駆動電動機３０によって回転駆動される。
【００４２】
なお、RR+とSR+とが正確に揃った時の角度θRをゼロとし、角度検出器３３の出力は、これにより校正されているものとする。
【００４３】
回転子１０１Rと固定子１０１Sには、互いに係止し合うストッパ装置３１が設置されている。図１に示すように、ストッパ装置３１は、一例として突起物形状であるとして説明する。回転子１０１Ｒの突起物と固定子１０１Ｓの突起物が接することにより、回転子１０１Ｒの回転可能な角度範囲が制限される。回転子１０１Ｒと固定子１０１Ｓ上の突起物がそれぞれ１個であれば、１回転の範囲の角度変化が可能である。駆動電動機３０は、トルク制御器２０２からの駆動トルク信号Ｔに応じて、回転子１０１Ｒを回転駆動する。駆動トルク信号Tの極性は、電力が第１の交流電力系統１０から第２の交流電力系統１１へ流れるか、あるいはその逆であるかに従う。駆動トルク信号Ｔの振幅により、駆動電動機の回転速度が増減される。
【００４４】
以上のように、第１の交流電力系統１０と第２の交流電力系統１１の間で、回転形変圧器１０１を介して、所望の電力（電力指令入力信号）Prefが伝達され、測定する電力PとPrefが一致するように、制御装置２００からトルク指令Tを与えらた駆動電動機３０が、回転形変圧器１０１の回転子１０１Ｒの固定子１０１Ｓに対する角度θRを調整する。
【００４５】
回転形変圧器１０１による電力伝達は、回転形変圧器１０１を通過する、すなわち、送電線路２０を通過する有効電力をP、送電線路２０の電圧の大きさをV1、送電線路２１の電圧の大きさをV2、電圧位相基準に対する送電線路２０の電圧の位相角をθ1、電圧位相基準に対する送電線路２１の電圧の位相角をθ2、固定子１０１Ｓに対する回転子１０１Rの位相角をθr、送電線路２０と送電線路２１の間の合計リアクタンスをXtr、回転形変圧器１０１の回転子１０１Ｒの巻線巻数に対する固定子１０１Ｓの巻線巻数の巻数比をｎとすると、有効電力Ｐは、（１）式で表される。  
P＝（ｎ×Ｖ1×Ｖ2／Xtr）sin（θ1＋θr−θ2）    （１）
なお、本発明において位相角は電気角を表すものとする。周知のように電気角と機械角との間には、
電気角＝極対数×機械角  （ただし、極対数＝極数／２）    （２）
の関係がある。
【００４６】
したがって、（１）式から分かるように、回転形変圧器１０１を通過する有効電力Pは、固定子１０１Sに対する回転子１０１Rの位相角θｒの影響を受ける特性を有するので、回転形変圧器１０１を通過する有効電力Pを測定し、所望の通過有効電力Prefとの比較量に応じて、回転子１０１Rの回転速度指令ωrefを連続的に可変調整することで通過電力を指令値Prefとすることができる。ただし（１）式の最大値Pmaxは、
Pmax＝Ｖ1×Ｖ2／Xtr    （３）
であるので、潮流制御器２０１に与える有効電力指令値Prefは、Pmax以下に制限して与えるべきである。
【００４７】
本実施例によれば、制御装置２００により、回転子１０１Ｒの固定子１０１Ｓに対する回転角度θRを調整し、可能な回転角度範囲の中で、回転形変圧器１０１の通過有効電力を連続的に微細に調整することができる。
【実施例２】
【００４８】
図４は、本発明の実施例２に対応する潮流制御器２０１の構成図である。潮流制御器２０１以外は、実施例１における説明と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
潮流制御器２０１は、有効電力指令入力信号Prefと、電力トランスデューサ２０３で測定した送電線路２０の通過電力Pと、送電線路２０の電圧の大きさV1と、送電線路２１の電圧の大きさV2とを入力し、トルク制御器２０２に、回転速度指令信号ωrefを出力する。
【００５０】
また、潮流制御器２０１は、有効電力指令入力信号Prefを、電力指令リミッタ３０１で設定する上下限値PmaxとPminの範囲内に制限して、Prefを出力し、位相差算出器302aへ伝達する。なお、一般的に、Pminは、Pmaxと逆符号でありPmaxは、(3)式で計算可能である。
【００５１】
第１の位相差算出器３０２ａは、電力指令リミッタ３０１の出力Prefと、送電線路２０の電圧の大きさV1と、送電線路２１の電圧の大きさV2を入力し、送電線路２０の電圧の位相角θ1と、送電線路２１の電圧の位相角θ2と、送電線路２０の通過有効電力がPrefである時の回転形変圧器１０１の位相角θrrefとからなる「θ1＋θrref−θ2」を（１）式と等価式である（４）式にて計算し、出力する。なお、（４）式は、（１）式を参照すれば、容易に導出できる。  
θ1＋θrref−θ2＝arc sin（Xtr×Pref／（ｎ×Ｖ1×Ｖ2））    （４）
【００５２】
電力トランスデューサ２０３で測定した送電線路２０の通過有効電力Pは、第２の位相差算出器３０２ｂへ伝達される。第２の位相差算出器３０２ｂでは、第１の位相差算出器３０２ａへ入力される送電線路２０の通過有効電力をPrefとしているが、これを送電線路２０の通過有効電力Pとしたのみの相違であり、（５）式にて送電線路２０の電圧の位相角θ1と、送電線路２１の電圧の位相角θ2と、送電線路２０の通過有効電力がPである時の回転形変圧器１０１の位相角θrとからなる「θ1＋θr−θ2」を計算し、出力する。  
θ1＋θr−θ2＝arc sin（Xtr×P／（ｎ×Ｖ1×Ｖ2））    （５）
【００５３】
第１の位相差算出器３０２aの出力から第２の位相差算出器３０２bの出力が差分されて、（６）式のΔθrが算出され、ＰＩ制御回路３０４へ伝達される。  
Δθr＝(θ1＋θrref−θ2)−（θ1＋θr−θ2）＝θrref−θr    （６）
（６）式が示すように、Δθrは、送電線路２０の通過有効電力が指令値Prefである時と送電線路２０の現通過有効電力Pである時における、それぞれの回転形変圧器１０１の回転子回転（電気的）位相、θrrefとθrの偏差を表す。
【００５４】
ＰＩ制御回路３０４では、Δθrを入力し、図２に示すように、PI制御回路３０４内の比例要素３０４ａと、積分要素３０４ｂと、リミッタ要素３０４ｃを介して回転速度指令信号ωrefを算出し、図４に示すように、回転速度指令リミッタ３０５へ伝達する。回転速度指令リミッタ３０５では、入力された回転速度指令信号ωrefを回転速度指令の上下限値ωrefmaxとωrefminの範囲内に制限して出力する。
【００５５】
このような構成によれば、送電線路２０の通過有効電力設定値Prefと通過有効電力Pに対して、（１）式で示した正弦関数（sin）の非線形の関係にある回転形変圧器１０１において、回転子１０１Ｒの固定子１０１Ｓに対する位相角の偏差Δθrを算出して、この位相角偏差Δθrをゼロに近づけるよう制御することが可能であり、位相角θrの大きな変化範囲で送電線路２０の通過電力Pと回転子１０１Ｒの位相角θrの非線形特性の影響を受けることなく、一定の制御性能を得ることが可能となる。
【実施例３】
【００５６】
図５は、本発明の実施例３に対応する潮流制御器２０１の構成図である。実施例２との相違は、図５に示す第１の位相差算出器３０２ｃと第２の位相差算出器３０２ｄと送電線路２０の通過無効電力Qの取り込みである。Rtrを送電線路２０と送電線路２１の間の合計抵抗とし、送電線路２０の通過無効電力をQとすると、（１）式で示した送電線路２０の通過有効電力Pは、さらに詳細に（７）式で表される。  
P＝（ｎ×Ｖ1×Ｖ2／Xtr）sin（θ1＋θr−θ2）＋（Rtr／Xtr）×Q    （７）
【００５７】
第１の位相差算出器３０２ｃは、電力指令リミッタ３０１の出力Prefと、送電線路２０の電圧の大きさV1と、送電線路２１の電圧の大きさV2と、送電線路２０の通過無効電力Qとを入力し、送電線路２０の電圧の位相角θ1と、送電線路２１の電圧の位相角θ2と、送電線路２０の通過有効電力がPrefである時の回転形変圧器１０１の位相角θrrefとからなる「θ1＋θrref−θ2」を、（７）式と等価式である（８）式にて計算し、出力する。  
θ1＋θrref−θ2＝arc sin（（Xtr×Pref−Rtr×Q）／（ｎ×Ｖ1×Ｖ2））    （８）
【００５８】
電力トランスデューサ２０３で測定した送電線路２０の通過有効電力Pは、第２の位相差算出器３０２ｄへ伝達される。第２の位相差算出器３０２ｄでは、第１の位相差算出器３０２ｃへ入力される送電線路２０の通過有効電力をPrefとしているが、これを送電線路２０の通過有効電力Pとしたのみの相違であり、（９）式にて送電線路２０の電圧の位相角θ1と、送電線路２１の電圧の位相角θ２と、送電線路２０の通過有効電力がPである時の回転形変圧器１０１の位相角θrとからなる「θ1＋θr−θ2」を計算し、出力する。  
θ1＋θr−θ2＝arc sin（（Xtr×P−Rtr×Q）／（ｎ×Ｖ1×Ｖ2））    （９）
【００５９】
このような構成によれば、送電線路２０の通過有効電力設定値Preｆおよび通過有効電力Pに対して、（７）式で示した正弦関数（sin）の非線形の関係にある回転形変圧器１０１の回転子１０１Ｒの固定子１０１Ｓに対する位相角の偏差Δθrを算出して、位相角の偏差Δθrをゼロに近づけるよう制御することが可能であり、回転形変圧器１０１の漏れインピーダンスに含まれる抵抗分や送電線路の抵抗分が大きい場合においても、位相角θrの大きな変化範囲で、送電線路２０の通過電力Pと回転子１０１Ｒの位相角θr間の非線形特性の影響を受けることなく、一定の制御性能を得ることが可能となる。
【実施例４】
【００６０】
図６は、本発明の実施例４に対応する潮流制御器２０１の構成図である。実施例２及び実施例３との相違点は、図６に示すように、回転角度ソフトリミッタ３０６と、回転角度変換ゲイン３０７と、回転形変圧器１０１の回転子１０１Ｒ近辺に接続された角度検出器３３で検出した回転角度θRの取り込みである。なお、角度検出器３３では、回転子１０１Ｒの機械角度θRを検出するものとして説明を行う。
【００６１】
回転角度変換ゲイン３０７に、角度検出器３３で検出した回転子１０１Ｒの機械角度
θRを入力する。回転角度変換ゲイン307では、当該回転形変圧器１０１の極数に応じ、式（２）にて回転子１０１Ｒの電気的な回転角度（位相角）θrを算出する。回転角度θｒは、実施例２の第１の位相差算出器３０２ａと第２の位相差算出器３０２ｂとの差分Δθrまたは実施例３の第１の位相差算出器３０２ｃと第２の位相差算出器３０２ｄとの差分Δθrに加算され、（θr＋Δθr）が、回転角度ソフトリミッタ３０６に入力される。
【００６２】
回転角度ソフトリミッタ３０６に入力される（θr＋Δθr）は、Δθrが実施例２で説明した（６）式のように表されるため、送電線路２０の通過有効電力Ｐが、指令値Prefである時における回転形変圧器１０１の回転子回転（電気的）位相θrrefと等価である。
【００６３】
回転角度ソフトリミッタ３０６では、その内部で設定されている（電気的）回転子回転位相の上下限値θrrefmax、θrrefminの範囲内に入力信号（θr＋Δθr）を制限して出力する。回転角度ソフトリミッタ３０６の出力値から回転角度変換ゲイン３０７の出力値が減算された減算値は、第２の実施例または第３の実施例におけるＰＩ制御回路３０４へ入力される。
【００６４】
このような構成によれば、送電線路２０の通過有効電力Ｐが指令値Prefである時における回転形変圧器１０１の回転子回転（電気的）位相θrrefを算出し、回転角度ソフトリミッタ306で回転位相θrrefを設定範囲内に制限して回転位相θrを制御することが可能となるので、ストッパ装置３１で回転角度を制限する際の機械的な衝撃を緩和し、ストッパ装置３１の寿命やメンテナンス周期を延ばし運用コストを低減することが可能となる。
【実施例５】
【００６５】
図７は、本発明の実施例５に対応する制御装置２００の構成図である。制御装置２００は、実施例１乃至５での潮流制御器２０１と、トルク制御器２０２と、電力トランスデューサ２０３に加え、比例・微分(ＰＤ)制御回路３０８とで構成されている。
【００６６】
比例微分制御回路３０８には、角度検出器３３で検出した回転角度θRを取り込み、比例要素と微分要素を並列に通過した値を加算し、出力する。潮流制御器２０１の出力ωrefから比例微分制御回路３０８の出力値を減算した値を、トルク制御器２０２に伝達する。
【００６７】
このような構成によると、トルク制御器２０２と、駆動電動機３０と、回転形変圧器１０１に対し、比例微分制御回路３０８でフィードバック補償ループを構成したものとなっている。よって、比例微分（ＰＤ）制御回路３０８の比例ゲインや微分要素ゲインの調整により、トルク制御器２０２と駆動電動機３０と回転形変圧器１０１の動特性を変更することが可能となる。
【００６８】
潮流制御器２０１の制御速度は、トルク制御器２０２の制御速度より遅く、本実施例によると、トルク制御器２０２の動特性を潮流制御器２０１の動特性に影響することなく調整可能となる。したがって、潮流制御器２０１の動特性と、トルク制御器２０２と駆動電動機３０と回転形変圧器１０１の動特性とを協調させた調整が可能となり、電力潮流制御装置の動特性が向上し、制御性能の高い電力潮流制御装置が得られる。
【実施例６】
【００６９】
図８は、本発明の実施例６に対応する潮流制御器２０１の構成図である。実施例１乃至実施例３との相違点は、有効電力指令入力信号Prefが、変化率制限回路４００に入力され、変化率制限回路４００の出力が、実施例１乃至実施例３における有効電力指令入力信号Prefに変更されていることである。
【００７０】
また、変化率制限回路４００には、第１の交流電力系統１０またはかつ第２の交流電力系統１１の系統状態を表す信号が入力されている。系統状態を表す信号は、例えば、電力系統内の遮断機の開閉状況等である。変化率制限回路４００には、予め設定した系統状態に対する変化率が保存されており、変化率制限回路４００に入力される系統状態を表す信号に応じて、保存されている変化率が適用される。なお、変化率は単位時間当たりの入力信号の変化率を意味する。
【００７１】
このような構成によれば、有効電力指令入力信号Prefの変化率を、系統状態の変化に応じて変化させ、系統状態に応じたPrefの変更速度を可変にでき、電力潮流制御装置の見かけ上の有効電力指令入力信号Prefの変化に対する電力潮流制御速度を可変にすることが可能となる。例えば、電力系統内の特定線路が開放されて、系統安定度の面で潮流制御装置による電力潮流制御を低速に行った方がよい場合には、変化率を小さく設定して低速な電力潮流制御を実現し、電力潮流制御を高速に行った方がよい場合には、変化率を大きく設定していくというような系統安定度を考慮した電力潮流制御が可能であり、電力潮流制御による系統安定度への影響を低減することが可能となる。
【実施例７】
【００７２】
図９は、本発明の実施例７に対応する潮流制御器２０１の構成図である。実施例１乃至３または実施例６との相違点は、変動抑制回路４０１を備え、この変動抑制回路４０１の出力が、有効電力指令入力信号Prefに加算されることである。
【００７３】
変動抑制回路４０１は、不完全微分要素４０１ａと、位相進み遅れ要素４０１ｂと、ゲイン要素４０１ｃと、リミット要素４０１ｄとが直列接続されている。入力信号は、電力トランスデューサ２０３で測定検出した送電線路２０の通過電力Pを表す信号である。不完全微分要素４０１ａでは、入力信号の直流分が除去され、入力信号の変化分が取り出され、位相進み遅れ要素４０１ｂに送られる。位相進み遅れ要素４０１ｂにて、設定した定数による周波数帯域に対する位相進みまたは遅れ補正がなされ、ゲイン要素４０１ｃにて、設定するゲインが乗じられる。なお、位相進み遅れ補償は、１要素のみならず複数要素を活用してもよい。ゲイン要素４０１ｃの出力は、リミッタ要素４０１ｄで設定する上下限値の範囲に制限され、リミッタ要素４０１ｄの出力である変動抑制回路４０１の出力は、有効電力指令入力信号Prefに加算される。
【実施例８】
【００７４】
実施例８では、変動抑制回路４０１の構成は、実施例７と同様であり、変動抑制回路４０１の入力信号は、第１の交流電力系統１０または第２の交流電力系統１１内の母線で計測する周波数である。
【実施例９】
【００７５】
実施例９では、変動抑制回路４０１の構成は、実施例７と同様であり、変動抑制回路４０１の入力信号は、第１の交流電力系統１０または第２の交流電力系統１１内の母線で計測する電圧の大きさである。
【００７６】
このような構成によれば、変動抑制回路４０１の入力信号の変動分を検出し、位相進み・遅れ補償を施して入力信号の位相を補正し、有効電力指令入力信号Prefに加算することが可能なので、送電線路２０の電力潮流を、電力指令値Prefに調整しながら変動抑制回路４０１の入力信号の減衰を促進させることが可能となる。より具体的には、実施例７では、送電線路２０の電力潮流の変動に対する減衰を促進でき、実施例８では、第１の交流電力系統１０または第２の交流電力系統１１の周波数変動に対する減衰を促進でき、実施例９では、第１の交流電力系統１０または第２の交流電力系統１１内の母線で計測する電圧変動に対する減衰を促進できる。
【００７７】
したがって送電線路の電力潮流を一定に制御しながら、かつ電力潮流の変動または周波数の変動または電圧変動を迅速に制御することができる。
【実施例１０】
【００７８】
図１０は、本発明の実施例１０に対応する電力潮流制御装置の構成図である。回転形変圧器１０１と第１の交流電力系統１０との接続母線２０ｂおよび回転形変圧器１０１と第２の交流電力系統１１との接続母線２１ｂから対地に対して、コンデンサ６００が接続されている。なお、接続母線２０ｂおよび接続母線２１ｂに接続されるコンデンサ６００はどちらか一方であってもよい。
【００７９】
接続母線２０bおよび接続母線２０bのどちらか一方にコンデンサ６００を接続する場合には、コンデンサ６００のインピーダンス −ｊXcを回転形変圧器１０１の励磁インピーダンスｊXmと同一の絶対値を持つ値、すなわち、「ｊXc＝−ｊXm」とする。接続母線20bおよび接続母線21bの両方にコンデンサ６００を接続する場合には、各コンデンサインピーダンスｊXcを「ｊXc=−ｊXm／２」と設定する。
【００８０】
このような構成によれば、回転形変圧器１０１の励磁インピーダンスの遅れ無効電力消費による電圧低下に対し、コンデンサインピーダンスによる進み無効電力の発生で打ち消すことが可能となり、回転形変圧器１０１の設置による電圧低下を防止することが可能となる。
【００８１】
ここでは、母線から対地に対してコンデンサを接続する場合について説明したが、３相母線の線間それぞれにコンデンサを接続してもよい。３相線間にインピーダンスを接続する場合は、前記対地間に接続したコンデンサインピーダンス値の３倍のインピーダンス値を持つコンデンサを３相線間に接続するとよい。
【実施例１１】
【００８２】
図１１は、本発明の実施例１１に対応する回転形変圧器１０１の構成図である。図２による実施例２での説明との相違点は、回転子１０１Rが回転子かご形部１０３のみでありスリップリング１０２が無いことである。第１の交流電力系統１０からの３相線路RR,SR,TRが３本の導線５００を介して、回転子かご形部１０３の各対応相に接続されている。本発明の回転形位相変圧器１０１は、両方向に回転するが、回転は１回転以内に限定されているため、長さに余裕をもつ３本の導線５００にて回転子１０１Ｒに接続しても回転子１０１Ｒの回転変化が不可となることはない。
【００８３】
このような構成によれば、回転子１０１Ｒのスリップリングを省略することが可能であるので、メンテナンスが容易となりメンテナンス周期を長くし、電力潮流制御装置の信頼性を高くし、かつ運用コストを低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の電力潮流制御装置は、系統の安定化のために、電力系統の規模の大小によらず、利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施例１に対応する電力潮流制御装置の構成図である。
【図２】実施例１に対応する潮流制御器の構成図である。
【図３】電力潮流制御装置の回転形変圧器の構成図である。
【図４】実施例２に対応する潮流制御器２０１の構成図である。
【図５】実施例３に対応する潮流制御器２０１の構成図である。
【図６】実施例４に対応する潮流制御器２０１の構成図である。
【図７】実施例５に対応する制御装置２００の構成図である。
【図８】実施例６に対応する潮流制御器２０１の構成図である。
【図９】実施例７乃至９に対応する潮流制御器２０１の構成図である。
【図１０】実施例１０に対応する電力潮流制御装置の構成図である。
【図１１】実施例１１に対応する電力潮流制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０…第１の交流電力系統、１１…第２の交流電力系統、１０１…回転形変圧器、１０１R…回転子、１０１S…固定子、１０２…スリップリング、１０３…回転子かご形部、２０（RR,SR,TR）…送電線路、２１（RS,SS,TS）…送電線路、３０…駆動電動機、３１…ストッパ装置、３２…速度検出器、３３…角度検出器、２００…制御装置、２０１…潮流制御器、２０２…トルク制御器、２０３…電力トランスデューサ、３０１…電力指令リミッタ、３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ…位相差算出器、３０４…PI制御回路、３０４ａ…比例要素、３０４ｂ…積分要素、３０４ｃ…リミッタ要素、３０５…回転速度指令リミッタ、３０６…回転角度ソフトリミッタ、３０７…回転角度変換ゲイン、３０８…比例微分制御回路、４００…変化率制限回路、４０１…変動抑制回路、４０１ａ…不完全微分要素、４０１ｂ…位相進み遅れ要素、４０１ｃ…ゲイン要素、４０１ｄ…リミット要素、５００…電力線、６００…コンデンサ
【図１】
2005253215.tif 000003
【図２】
2005253215.tif 000004
【図３】
2005253215.tif 000005
【図４】
2005253215.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005253215.tif 000008
【図７】
2005253215.tif 000009
【図８】
2005253215.tif 000010
【図９】
2005253215.tif 000011
【図１０】
2005253215.tif 000012
【図１１】
2005253215.tif 000013