(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択された送電線電圧と基本周波数で交流電流を運ぶ送電線路（５）の動揺を制動する能力が向上した直列線路補償装置（１１）であって、
送電線路（５）に直列に結合され、送電線路の交流電流に対する制御可能な位相角で送電線路側端と他端を選択的に接続するスイッチング電力コンバータ手段（１３）と、
少なくとも正の有効インピーダンス手段（３７）を含み、スイッチング電力コンバータ手段の他端に接続された電力交換手段（２７′、２７”）と、
スイッチング電力コンバータ手段の前記位相角を制御することにより、電力交換手段がスイッチング電力コンバータ手段を介して送電線路に選択的に接続され、選択された見掛上無効インピーダンス及び見掛上有効インピーダンスが送電線路に挿入されて、送電線路（５）の動揺が制動されるようにスイッチング電力コンバータ手段を制御する制御手段（２１）とより成る直列線路補償装置（１１）。
【請求項２】
正の有効インピーダンス手段（３７）は抵抗手段よりなる請求項１の直列線路補償装置（１１）。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は電力系統の電力動揺制動装置に関する。さらに詳細には、本発明は電力動揺を制動するために有効及び無効インピーダンスの両方を送電線路に挿入できる直列補償装置に関する。
背景情報
電力系統には、送電線路事故、線路及び負荷の切換え、設備の故障及び急激なシステム変化を生ぜしめる他の事象のような擾乱により、電力動揺がしばしば発生する。かかる電力動揺は、系統の送電可能最大電力を制限するという好ましくない効果を有する。米国特許第５，１９８，７４６号は、制御可能な６０ヘルツの電圧を送電線路電流と直角位相で注入するソリッドステート直列補償装置を開示している。注入されるこの電圧は、線路に直列に接続された可変コンデンサまたはインダクタにより得られると同じ補償効果を有する。電力動揺の制動は、補償装置が線路に直列に注入する６０ヘルツの実効無効インピーダンスを適当に変調することにより行われる。即ち、線路の送電端発電機が加速しその結果伝送角が増加して線路の電力が増加すると、線路電流よりも電気角９０度だけ遅れた注入６０ヘルツ電圧の大きさを増加することにより補償装置の容量性インピーダンスを増加させて直列補償の度合を増加させ、それにより送電可能電力を増加させる。逆に、送電端発電機が減速する結果伝送角が減少して線路電力が減少すると、注入電圧を線路電流から進ませて、実効的に誘導性出力インピーダンスを発生させ、それにより送電線路の総誘導インピーダンスを増加させる。
米国特許第５，１９８，７４６号の直列補償装置は、直流−交流コンバータを用いて直角位相電圧を発生させる。インバータの交流端子は結合変成器を介して送電線路に直列に接続される。直流端子間に接続されるコンデンサはコンバータに直流入力電圧を与える。理論上、コンバータは送電線路と無効電力を交換するだけなので、コンデンサによる電力の流出はない。しかしながら、実際には、インバータのスイッチング回路に損失が発生する。９０°よりも僅かに小さい位相角で補償電圧を発生させることにより、これらの損失を補償するに必要な有効電力を提供する。
米国特許第５，３４３，１３９号及び対応の特表平１０−５０４１７７号公報は、送電線路を流れる電力潮流を持続的に制御する汎用型電力潮流コントローラを開示している。この電力潮流コントローラも直流−交流インバータを用いて送電線路電圧に直列に電圧を注入する。しかしながら、線路電流に対する注入電圧の位相角は米国特許第５，１９８，７４６号の補償装置の場合のように実質的に９０°に限定されず、０°と３６０°の間の任意の角度に制御可能である。注入電圧の特定の位相角及び大きさは送電線路の実効インピーダンス、送電線路の２つの端部電圧間の実効位相角、及び送電線路電圧の大きさのうち任意のもの、またはそれらすべてを調整するように選択可能である。その結果、線路の有効インピーダンスと無効インピーダンスの両方が調整される。インピーダンスの有効成分の調整に必要な有効電力は、交流−直流コンバータにより直流−交流コンバータへ与えられる。この交流−直流コンバータの交流端子は送電線路に並列に、またその直流端子はコンデンサを含む直流リンクを介して補償装置のコンバータ直流端子に接続されている。この電力潮流コントローラの応答は電力潮流の動的制御を可能にするほど充分に速く、電力系統に生ずる可能性のある動揺の制動にも適している。しかしながら、主として電力潮流制御用として設計されたこの装置は、米国特許第５，１９８，７４６号に記載された直列補償装置と比べて複雑且つ高価である。
電力系統の動揺を制動する改良型補償装置に対する需要がある。
さらに詳細には、電力系統の動揺を制動するために無効電力を変調するだけでなく有効電力を変調できるかかる改良型補償装置に対する需要が存在する。
発明の概要
上記及び他の需要は、送電線路の動揺を制動するために直列補償を行い、電力系統と有効及び無効電力を交換する改良型装置に関する本発明により充足される。本発明の特徴は、電力動揺発生時、発電機が加速すると、送電線路に直列に見掛け上正の有効インピーダンスを注入することにより有効電力を吸収できることである。送電線路の有効電力が減少するその動揺周期の間は、見掛上負の有効インピーダンスを送電線路に直列に挿入して系統に有効電力を供給する。この見掛上正の有効インピーダンスは、送電線路から有効電力を吸収するために選択的に接続される抵抗により与えることが可能であり、また有効電力を供給する見掛上負の有効インピーダンスはエネルギー蓄積装置により与えることができる。バッテリーまたは超電導磁石のようなエネルギー蓄積装置を用いることにより、有効電力を吸収させて見掛上正の有効インピーダンスを提供するか、または有効電力を供給させて見掛上負の有効インピーダンスを提供することができる。見掛上正及び負の有効インピーダンスの送電線路への注入は無効補償と共に行われる。スイッチング電力コンバータは、送電線路電流に対するその大きさ及び位相角が必要とされる無効インピーダンス及び見掛上の有効インピーダンスを与える補償電圧を発生させる。この電圧は、結合変成器を介して送電線路電圧に直列に注入される。
スイッチング電力コンバータは、必要とされる正の無効電力及び負の無効電力を共に内部で発生させる。有効電力は、スイッチング電力コンバータの直流端子に接続される電力交換手段により供給され、また吸収される。
正と負の両方の有効インピーダンスを与えることは必要条件ではないが、正と負の有効インピーダンスを共に送電線路に注入するとより正確な制御が可能となる。本発明において、送電線路へ正及び負の両方の有効インピーダンスを注入することは必ずしも必要条件ではないが、これは正のインピーダンスの提供が負の有効インピーダンスの提供に比べて容易であり、低コストで行えることを考えると有利な点である。
さらに詳細には、本発明は、選択された送電線路電圧と基本周波数で交流電流を運ぶ送電線路の動揺を制動する能力が向上した線路直列補償装置であって、送電線路に直列に結合されて送電線路交流電流に対するその大きさ及び位相角が制御可能な補償電圧を基本周波数で送電線路に注入する補償手段と、補償手段だけを介して送電線路に選択的に接続される電力交換手段と、補償電圧の制御可能な大きさ及び位相角を制御することにより送電線路に選択された無効インピーダンス及び見掛上の有効インピーダンスを挿入して動揺を制動し、電力交換手段を補償手段に選択的に接続することによって補償手段が見掛上の有効インピーダンスを与えることができるようにする制御手段とよりなる線路直列補償装置に関する。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面と関連させて好ましい実施例の以下の説明を読むと完全に理解できるであろう。
図１は、単純な電力系統の略図である。
図２は、図１に示す電力系統の送電電力と伝送角の関係を示すグラフである。
図３Ａは、図１の電力系統の本発明による部分を示す略図である。
図３Ｂは、本発明による図１の電力系統への補償電圧の注入を示すフェーザ図である。
図４Ａ−４Ｄは、本発明の動作の理解に適した波形図である。
図５は、本発明の一実施例である、図１の電力系統用の直列補償装置を示す略図である。
図６は、図１の電力系統の電力動揺を制動する直列補償装置の第２の実施例を示す略図である。
図７は、図１の電力系統の電力動揺を制動する本発明の直列補償装置の一般的構成を示す略図である。
図８は、本発明による直列補償装置のブロック図である。
図９は、本発明の直列補償装置の内部制御を示すブロック図である。
図１０は、図９の内部制御システムの部分をさらに詳細に示すブロック図である。
好ましい実施例の説明
本発明は、電力系統の電力動揺を制動する新規な直列補償装置に関する。この新規な直列補償装置の動作及び制御を説明するために、図１の単純な電力系統を参照する。この装置１は送電端発電機３と、直列の誘導性インピーダンスＸで表わされる送電線路５と、無限容量の電力バスと考えることのできる受電端の電力系統７とよりなる。送電線路５の送電端の電圧フェーザをｓ、受電端の電圧フェーザをｒとすると、送電電力Ｐeは下式で表わせる。
Ｐe＝｛Ｖs・Ｖr／Ｘ｝ｓｉｎ  δ        式（１）
Ｖs及びＶrはそれぞれ
0003936393.tif 000002
の大きさであり、δは
0003936393.tif 000003
の間の角度である。電力Ｐeを、角度δに対しＶs、Ｖr及びＸを固定してプロットしたものを図２に示す。送電可能な最大電力は
Ｐeｍａｘ＝Ｖs・Ｖr／Ｘ          式（２）
であり、これは角度が９０°で得られることが分かる。
現在の電気系統において、発電機３は通常、蒸気またはガスタービン９により与えられる機械的な入力エネルギーＰmを送電線路５に供給される電力Ｐeに変換する回転電機である。定常の運転状態のもとで、（損失を無視すると）機械的入力エネルギーＰeは電気的出力エネルギーＰeに等しく、タービン−発電機セット３、９はＰm＝Ｐeの平衡関係を満足するに必要な一定の伝送角δ0が維持されるように（図２を参照）一定速度で回転する。電力動揺は、送電線路の電力Ｐeの変化がしばしば送電線路事故及び設備故障のような予見されない突発的な事象によりほとんど瞬時的に起こるのに反して、機械的入力エネルギーＰmは回転系の機械的制御の性質及びその大きな慣性により非常にゆっくり変化できるにすぎないという事実から生じる。従って、電力系統１に送電線路事故或いは他の擾乱が生じた場合、発電機３は故障した送電系統が送電できる電力よりも大きい機械的入力エネルギーを受けることになる。その結果、発電機３が加速状態となり、伝送角が定常角δ0よりも大きくなる。加速プロセスは勿論、余分の機械的エネルギーがタービン−発電機セットの回転慣性により機械的に蓄積中であることを意味する。故障原因が除去された後定常的な平衡状態に戻るためには、この蓄えられたエネルギーを回転中の機械系から吸収しなければならない。電気−機械系全体のＱにより、この余剰エネルギーが吸収されるまでには多数の振動サイクルが必要であり、この間送電系統の電力は大きく変化する。系全体が負の制動係数をもつ場合、系の保護装置が擾乱状態にある発電機の運転を停止するまで振動が増加し続けることがある。
原理的には、この振動エネルギーをその影響下の系から除去するには２つの道があることが明らかである。１つは、発電機の加速及び減速、従って電力の正方向及び負方向の変動に協調するように送電電力を増加及び減少させることである。もう１つは、発電機が加速状態にある時は送電線路から余剰エネルギーを直接除去し、発電機が減速インターバルにある時は余剰エネルギーを消散させるか系に戻すことである。
米国特許第５，１９８，７４６号は、この第１のアプローチだけを実現する新規な方法を提案している。即ち、機械の加速期間の間送電線路インピーダンスを減少させて送電電力を増加させ、また減速期間の間送電線路インピーダンスを増加させて送電電力を減少させるように直列補償装置を制御する。これは、基本周波数（６０ヘルツ）の電圧を送電線路を流れる電流と直角位相で送電線路に注入することにより行う。注入される電圧は容量性インピーダンスの場合は電流より９０°遅れ、また誘導性インピーダンスの場合は９０°進んでいる。米国特許第５，１９８，７４６号に記載した電力動揺の制動方法は直列補償装置の出力を１つの次元で変調することを基本としていることが明らかである。即ち、注入電圧は線路電流に対して本質的に直角位相に維持されるため、直列補償装置と交流系統の間で交換される電力は実質的に無効電力である。
本発明は直列補償装置の出力を２つの次元において変調することを基本とする。即ち、基本周波数（６０ヘルツ）の注入電圧と送電線路電流との間の位相角を、直列補償装置と交流系統の間で無効電力及び有効電力が共に強制的に交換されるように選ぶ。これを図３Ａ及び３Ｂに示す。図３Ａに示すように、直列補償装置１１は結合変成器１２を介して送電線路電圧ＶLと直列に補償電圧Ｖcを注入する。図３Ｂは、注入電圧Ｖc、線路電流ＩL及び系統電圧Ｖsysのフェーザを示すフェーザ図である。注入電圧Ｖcのフェーザは線路電圧と直角位相である成分Ｖciと、線路電流ＩLと同相の別の成分Ｖcrとを有する。直角位相の電圧成分Ｖciは、米国特許第５，１９８，７４６号において提案された態様で無効線路インピーダンスを補償するために直列補償装置が与える見掛上の無効インピーダンスを表わす。電圧Ｖcrの有効成分は、線路と直列の見掛上正の有効インピーダンス（抵抗）または見掛上負の有効インピーダンス（電源）を表わす。
伝送角の変化と協調させて注入無効インピーダンスまたは注入有効インピーダンスを変化させると、電力動揺を制動することができる。無効インピーダンスの注入による制動機構については、本明細書の一部を形成するものとして引用する米国特許第５，１９８，７４６号に詳細な記載がある。無効直列補償による送電電力の増加とは別に、送電端発電機３が余分の機械的エネルギーにより加速される際線路に正の有効インピーダンス（抵抗）を注入すると、余剰有効電力の一部が消散し、その結果安定な系統運転に必要な機械的入力エネルギーと電気的出力エネルギーの間の平衡状態の確立が支援される。同様に、送電端発電機が瞬時的な電力需要を満足させることができないため減速中である時、線路に負の有効インピーダンス（実際には、有効電源）を注入すると、発電機からその負担の一部が取り除かれ、それによりシステムの安定化が支援される。
一般的に、本発明が提案する全体的アプローチは、線路と直列に無効インピーダンスと有効インピーダンスの両方を同時に注入することによって高効率で電力動揺を制動することである。無効及び有効インピーダンスは共に伝送角（そしてそれに対応する電力）の変動と協調させて制御される。無効インピーダンスの制御は、送電端発電機が加速中である時は送電電力を増加させ、また発電機が減速中の時は送電電力を減少させるように行う。有効インピーダンスは、発電機が加速中は正であり、従って有効電力を消費するように制御し、発電機が減速中は負、従って有効電力を発生させるように制御する。
電力系統の電力動揺を制動するこの方法を図４Ａ−Ｄに示す。該図において、伝送角δ、送電電力Ｐ及び、その見掛上最大容量性インピーダンス値とその見掛上最大誘導性インピーダンス値との間で制御される直列補償装置の無効出力Ｘc及びその見掛上正の最大有効インピーダンス値とその見掛上負の最大有効インピーダンス値との間で制御される直列補償装置の有効出力Ｒcは、時間を横軸としてプロットしてある。伝送角と送電電力のグラフ上の点線は制動効果が及ぶ前の動揺を、また実線は本発明による制動効果を示す。正及び負の最大値間の有効（または無効）出力の変化は有効な制動を行う上での必要条件ではないことに注意されたい。例えば、注入される有効または無効インピーダンスが零と正または負の最大値との間で変化しても有効な制動を行うことができる。叙上のように、このことは、容量性または誘導性の無効インピーダンスだけでなく見掛上正の有効インピーダンスを注入できる直列補償装置の実現は比較的簡単で低コストで行えるが、見掛上負の有効インピーダンスも注入可能な直列補償装置は比較的複雑で高コストであるため、実際、考慮すべき重要な事項である。見掛上正の有効インピーダンスだけを与える後者の例を図４Ｄに示すが、この図において見掛上負の有効インピーダンスを点線で示す。
前述したように、本発明の直列補償装置は線路に直列に見掛上の無効インピーダンスと見掛上の有効インピーダンスを同時に注入できる。これら見掛上のインピーダンスの大きさは、直列補償装置のＶＡ定格の制約内で制御可能である。この柔軟性により、種々の系統条件のもとで直列補償装置に種々の運転モードを選択できる。かくして、系統の特定の条件を満足させるように種々の制御方式を実現できる。好ましい運転方式では、主要な機能として無効線路補償により定常状態での線路インピーダンスの補償を行い、並列線路の場合は線路電流の等化を行うように直列補償装置をセットする。しかしながら、直列補償装置は、系統が動的な擾乱に遭遇すると必ず、線路に直列に見掛上有効インピーダンスの注入を実行することもできる。注入される見掛上無効インピーダンス及び見掛上有効インピーダンスの制御は、発電機の最初とそれに続く加速期間の間発電機にかかる電気的負荷を最大限にし、また減速期間では電気的負荷を最小限に抑えるようにする。この方式により、必要とされる定常状態での線路補償が行われるだけでなく過渡的（第１の変動）安定性及び動的安定性（動揺の制動）につき最大限の改善が得られる。
本発明に従って無効及び有効インピーダンス出力を発生できる直列補償装置を図５に示す。この直列補償装置１１は、ゲートターンオフ・サイリスタ１５（または他の適当な電力用半導体スイッチ）を用いて有効及び無効直列補償に必要な交流電圧Ｖcを発生させる電圧ソース型直流−交流インバータ１３よりなるスイッチング電力コンバータを含む。インバータ１３の交流端子１７は結合変成器１２に接続され、この変成器は送電線路５に直列に接続されている。変成器１２と送電線路５は明解を期して単一線路として示したが、それらは三相であることを理解されたい。制御器２１はそれぞれ、変流器２３及び計器用変圧器２５により送電線路電流及び送電線路電圧を感知する（再び、三相系統のため多相）。制御器２１は、これらの電流及び電圧をパラメータ設定値及び制御入力と共に用いてインバータ１３のスイッチ１５の点弧信号を発生させることにより、インバータが出力する電圧Ｖcで表わされる有効及び無効インピーダンスの適当な瞬時値を発生させる。
前述したように、インバータ１３は見掛上正及び負の無効インピーダンスを内部で発生することができる。見掛上有効インピーダンスを送電線路に注入するための有効電力は、インバータ１３の直流端子２９に接続した有効インピーダンス源２７よりなる電力交換装置により与えられる。図５の実施例において、有効インピーダンス源２７は、エネルギー蓄積装置３１と、エネルギー蓄積装置の充電及び放電制御を行う直流−直流コンバータ３３とよりなる。エネルギー蓄積装置３１は、例えばバッテリーバンクまたは超電導磁石により構成できる。この場合、エネルギー蓄積装置はインバータ１３を介して送電線路５から有効電力を吸収することにより、見掛上正の有効インピーダンスを送電線路に注入し、またインバータ１３を介して送電線路に有効電力を戻すことにより見掛上負の有効インピーダンスを与える。直流端子２９の両端に接続されるコンデンサ３５はインバータ１３に印加される直流電圧を安定化する。
本発明の別の実施例を図６に示す。この例において、有効インピーダンス源２７′は、フライバックダイオード４１により分路されたスイッチ３９によりインバータ１３の直流端子２９に選択的に接続される抵抗性負荷３７よりなる。直列補償装置のこの実施例は、正負両方の無効インピーダンスを供給できるが、有効インピーダンスは正のインピーダンスだけである。しかしながら、図５の実施例よりもかなり低コストであり、しかも無効インピーダンスだけによる補償を行う米国特許第５，１９８，７４６号記載の補償装置と比べて実質的に改善された性能を与える。
図７は本発明の汎用実施例を示す。この例の有効インピーダンス源２７”よりなる電力交換装置は、インバータ１３に有効電力（負の有効インピーダンス）を与えるようにスイッチ４５より選択的に接続可能な電流源４３と、インバータ１３から有効電力を吸収する（正の有効インピーダンスを与える）ようにスイッチ４９により選択的に接続される電流シンク４７とよりなる。以下において説明する分析の目的で、結合変成器１２を三相送電線路５の各相に接続した電圧源５１ａ，ｂ，ｃとして表わす。
直列補償装置１１の機能的動作は、線路に直列に注入される電圧を発生する電力インバータ１３を適当に制御することにより実現される。従って、全体の制御システムは２つの主要な機能を有する。その１つは、所望程度の無効インピーダンスによる補償及び有効インピーダンスの挿入を行うに必要な、線路電流に対して適当な大きさ及び位相角を有する電圧を線路に直列に発生させるように、ソリッドステート・インバータ１３を同期させ且つ適宜動作させる機能であって、内部制御機能と呼ぶ。もうひとつの機能は、過渡安定性及び電力動揺の制動の点で最大限の改善を得るためにはいかなる無効直列補償及び有効直列補償が必要であるか（即ち、いかなる大きさ及び位相角の注入電圧が必要か）を決定する機能であって、外部制御機能と呼ぶ。
外部制御装置は線路の電圧、電流及び周波数または回転速度のような系統の適当な変数を測定し、インバータを内部制御するための基準信号を取り出す。無効インピーダンスの制御に関連する実際の外部制御回路の動作及びその実例については、米国特許第５，１９８，７４６号に記載がある。
外部制御回路の動作は、以下に述べる簡単なルールにより電力動揺を制動するための見掛上有効インピーダンスの挿入の制御にまで拡張することができる。直列補償装置が容量性無効インピーダンスを注入して送電電力を増加させる場合は常に、補償装置は線路に直列に正の有効インピーダンスをも注入して交流系統から有効電力が吸収されるようにする。（これは、加速中の発電機からの吸収電力が最大であり、線路の送電電力が容量性直列補償により増加し、直列補償装置がさらに有効電力を吸収することを意味する）。逆に、補償装置が送電電力を減少させるべく誘導性（無効）インピーダンスを注入するときは必ず、補償装置は同時に、負の有効インピーダンスを注入する（図５に示すようなエネルギー蓄積能力をもつ場合）かまたは零の有効インピーダンスを注入する（図６に示すように切換えられるエネルギー吸収装置（抵抗）だけが設けられている場合）。
インバータの内部制御装置は、外部制御装置により決定される系統条件に応答してインバータの交流出力電圧の大きさ及びその位相角を調整する役割を有する。図７は、内部制御装置に関する以下の説明において言及する各電気的変数の極性の取決めを示している。図７の単純化した表示において、系統の電力損失を無視し、インバータ１３を一般的に、端子電圧が送電線路に直列に表われる三相装置として見る。インバータを線路に結合する電力変成器１２の漏洩インダクタンスを、さらに別の公称インダクタンス５３ａ，５３ｂ，５３ｃで示す。
内部制御方式を説明するためには、直列補償装置の数学的モデルを最初に定義する必要がある。この数学的モデルは、インバータの交流側の三相電圧及び電流セットを表わすために瞬間ベクトルの概念を用いる。この概念を用いると、３つの線路電流は直角成分ｉds、ｉqsを有する単一のベクトルで瞬時的に説明される。実際の線路電流による電流ｉds、ｉqsの定義は下記の通りである。
0003936393.tif 000004
これらの式３−５において、θは座標系のｄｓ軸に対する電流ベクトルの角度であり、ｉは電流ベクトルの瞬時的大きさである。同様に、注入される直列電圧を（ｄｓ、ｑｓ）座標でベクトル表示し、その後ｄ軸が線路電流ベクトルと常に一致する回転基準フレーム（ｄ、ｑ）に変換する。電圧のこの変換を下記のように定義する。
0003936393.tif 000005
この基準フレームにおいて、直列電圧ベクトルの成分ｅd、ｅqはそれぞれ線路から引き出される瞬時的有効電力及び無効電力に該当する。これら電力成分の式を下記の通りである。
有効電力（Ｐ）＝３／２  ｉｅd             式（７）
無効電力（Ｑ）＝３／２  ｉｅq             式（８）
図８において、これらの定義を用いて直列補償装置（即ち、被制御系統）のブロック図を形成する。この図では、インバータ１３が発生する調波電圧が無視されており、インバータの交流側電力と直流側電力の間の瞬時的平衡状態が想定されている。５３，５５，５７，５９で示すように、定数ＫIは直流コンデンサ電圧Ｖcとインバータの交流側ピーク相電圧ｅd、ｅqの間の比率と定義する。制御角βは、インバータ電圧ベクトル（即ち、注入直列電圧ベクトル）が線路電流ベクトルと比べて進んでいる角度として定義する。この角度は制御器により設定するが、迅速に且つ任意に変更可能である。図８に示すように、それが５３及び５７において注入電圧の瞬時値を設定する。
線路電流ベクトルｉの大きさに対するｅqの比率は補償装置が線路に対して与える瞬時的「リアクタンス」であり、ｉに対するｅdの比率は瞬時的「抵抗」である。さらに、線路電流は実質的に外部的要因により決定され、従って電流はその系統への独立した入力と考えると仮定する。
図８において、制御角βは、５７及び５９に示すようにｅdに直接影響を与えるため、６１及び６３においてｅd及び線路電流ｉから求められるインバータの交流端子電力Ｐacに対し影響を与えることが分かる。インバータの交流側電力は、６５においてコンデンサの瞬時充電電流ｉ1を決定する等しい直流側電力と釣り合う。さらに別の充電電流ｉ2が直流有効電力源／シンク２７により与えられる。これらの充電電流の和は６７で示すコンデンサ３５により積分され、これにより直流コンデンサ電圧が変化し、かくしてｅd、ｅqがそれに応じて変化する。
図９は提案された内部制御方式のブロック図である。外部制御装置６９は（送電線路電流及び電圧の測定値から求められる）送電線路条件の観察及び電力系統の種々の要件に基づいてリアクタンスの要求値Ｘ*及び抵抗の要求値Ｒ*を発生させる。これらは７１で結合されてインピーダンスの大きさの要求値Ｚ*が形成される。このリアクタンス要求値Ｘ*と調整された抵抗の要求値Ｒ1*を用いて制御角βが計算される。インピーダンスの大きさの要求値を７３において線路電流ベクトルｉの大きさと掛け合わせることにより、所望の直列電圧ｅ*の大きさを求める。直流コンデンサ電圧Ｖcの大きさが直列交流電圧の大きさを直接決定するため、Ｖcの値を調整するようにフィードバック制御ループ７５を設ける。７７においてｅ*と、７９においてＶcと定数ＫIを掛け合わせた結果得られたｅの差としてエラー電圧が計算され、それがコントローラ８１へ送られ、このコントローラは所望の直流コンデンサ電圧からの偏移を補正するため適宜、直流電源４３或いは電力シンク４７を作動させる。図９において、このコントローラ８１を単純なヒステリシス（バングバング）型として示したが、実際は線形コントローラを用いてもよい。
この主要な制御作用とは別に、電力シンク４７だけ、或いは電力源４５だけが含まれる（両方一緒はない）可能性をカバーするため別の作用が与えられる。直流電圧エラー信号が大きさの設定限界を越えると、８３において増幅信号を発生させ、これは８５において電流で割算することによりインピーダンスに変換される。その商は８７においてスケーリングされた後、８９において抵抗要求値Ｒ*に加算され、調整済み抵抗要求値Ｒ1*が形成される。これにより、直流源及び／又は直流シンクによる調整が不可能な時はいつも、直流電圧を調整するために送電線路に対する有効電力の受け渡しが確実に行われる。実際、この別の作用は、インバータが受け渡しできる以上の有効電力を要求されないため、外部制御装置からの抵抗要求値をオーバーライドする。
角度βが９１において線路電流ベクトルの角度θに加算される結果、直列電圧ベクトルの全角度φが得られ、この角度はインバータ１３のスイッチ１５の状態を判定するために９３において使用される。スイッチ状態の選択は、順次保存され、ただ直列電圧ベクトルの所望角度φの関数としてアクセスされるスイッチ状態の探索表により行われる。探索表の内容は当然、インバータの可能なトポロジー及び調波削減方式の違いにより異なるが、いづれにしても、その入力は角度φであり、出力は１組のスイッチ状態であって、このスイッチ状態は実際のスイッチング装置１５を制御するゲート駆動回路へ送られる。フィードバック信号ｉ及びθは実際の電流測定値から発生される。ベクトル位相ロックループ９５は、ベクトルレゾルバ９７が三相電流から発生させる三相電流を表わす単一ベクトルの直交成分ｉds、ｉqsから角度θを算出する。ベクトルの大きさ計算手段９９もまた直交成分ｉds、ｉqsを用いて電流の大きさｉを算出する。ブロック１０１は、割算ブロック８５へ送る前にその大きさｉに対する正の下限を与えるリミッタである。これにより、ブロック８５の出力が大きくなりすぎることがない。
図１０は、ベクトルレゾルバ９７、ベクトル位相ロックループ９５及びベクトルの大きさ計算手段９９をさらに詳細に示す。ベクトルレゾルバ９７は、相電流ｉa、ｉb、ｉcの測定値から回転基準系の電流ベクトルの実数成分ｉds及び虚数成分ｉqsを発生させる。これは、上記式（３）を実行することにより行う。ベクトルの大きさ計算手段９９は上記式（５）を実行することにより単一電流ベクトルの大きさｉを発生させる。
線路電流の角度θは、本発明の好ましい実施例では、式（４）のアークタンジェントの計算によっては求まらないが、ベクトルレゾルバ９７が与える成分ｉds、ｉqsにより表わされる電流ベクトルの角回転をぴったりと追跡するベクトル位相ロックループ９５により求められる。実数成分ｉdsは、１０５で得られる角度θの正弦値と１０３で掛け合わせる。この積を、電流の虚数成分ｉqsと１１１で求めた角度θの余弦値との積（１０９で計算）から、差接続点１０７において減算する。この差に１１３において比例プラス積分制御を適用し、１１５において積分して角度θを求める。
本発明は、制御可能な直列無効線路補償と、見掛上有効インピーダンスの挿入により、送電系統における過渡的安定性と動揺制動能力を劇的に改善する。
本発明の特定の実施例を詳細に述べたが、本明細書及び図面の開示全体から当業者であれば種々の変形例及び設計変更が可能であろうことが分かる。従って、図示説明した特定の構成は例示の目的をもつものに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでなく、本発明の技術的範囲は後記の特許請求の範囲及びその均等物の全幅を与えられるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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