(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流送電線の各相にそれぞれ直列に挿入された直列コンデンサと、前記各相の直列コンデンサにそれぞれ並列接続された交流リアクトルと、前記各相の交流リアクトルにそれぞれ直列接続されて各相の点弧パルス信号に応答して前記各相の交流リアクトルを流れる電流の位相を制御するスイッチング素子と、前記三相交流送電線の電気信号を基に前記三相交流送電線の電力潮流の向きが反転したことを検出する電力潮流反転検出手段と、前記三相交流送電線の電力潮流の動揺に関連する電気信号を基に前記電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値を生成するリアクタンス指令値生成手段と、前記電力潮流反転検出手段の検出出力に応答して前記リアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性にまたは誘導性から容量性に変更する指令値変更手段と、前記指令値変更手段の変更によるリアクタンス指令値に従って前記各相のスイッチング素子に対する点弧パルス信号を生成して前記各相のスイッチング素子に点弧パルス信号を出力する点弧パルス信号生成手段とを備えてなる直列補償装置。
【請求項２】
三相交流送電線の各相にそれぞれ直列に挿入された直列コンデンサと、前記各相の直列コンデンサにそれぞれ並列接続された交流リアクトルと、前記各相の交流リアクトルにそれぞれ直列接続されて各相の点弧パルス信号に応答して前記各相の交流リアクトルを流れる電流の位相を制御するスイッチング素子と、前記三相交流送電線の電気信号を基に前記三相交流送電線の電力潮流の向きが反転したことを検出する電力潮流反転検出手段と、前記三相交流送電線の電力潮流の動揺に関連する電気信号を基に前記電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値を生成するリアクタンス指令値生成手段と、前記電力潮流反転検出手段の検出出力に応答して前記リアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更する指令値変更手段と、前記指令値変更手段の変更によるリアクタンス指令値に従って前記各相のスイッチング素子に対する点弧パルス信号を生成して前記各相のスイッチング素子に点弧パルス信号を出力する点弧パルス信号生成手段とを備えてなる直列補償装置。
【請求項３】
前記点弧パルス信号生成手段は、前記指令値変更手段が前記リアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更したときに、前記各相のスイッチング素子に対する点弧パルス信号として前記各相のスイッチング素子が全導通状態となる点弧パルス信号を生成してなることを特徴とする請求項１または２に記載の直列補償装置。
【請求項４】
三相交流送電線の各相にそれぞれ直列に挿入された直列コンデンサと、前記各相の直列コンデンサにそれぞれ並列接続された交流リアクトルと、前記各相の交流リアクトルにそれぞれ直列接続されて各相の点弧パルス信号に応答して前記各相の交流リアクトルを流れる電流の位相を制御するサイリスタとを備えたサイリスタ制御直列コンデンサにおいて、
前記三相交流送電線の電気信号を基に前記三相交流送電線の電力潮流の向きが反転したことを検出する電力潮流反転検出手段と、前記三相交流送電線の電力潮流の動揺に関連する電気信号を基に前記電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値を生成するリアクタンス指令値生成手段と、前記電力潮流反転検出手段の検出出力に応答して前記リアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性にまたは誘導性から容量性に変更する指令値変更手段と、前記指令値変更手段の変更によるリアクタンス指令値に従って前記各相のサイリスタに対する点弧パルス信号を生成して前記各相のサイリスタに点弧パルス信号を出力する点弧パルス信号生成手段とを備えてなるサイリスタ制御直列コンデンサの制御装置。
【請求項５】
三相交流送電線の各相にそれぞれ直列に挿入された直列コンデンサと、前記各相の直列コンデンサにそれぞれ並列接続された交流リアクトルと、前記各相の交流リアクトルにそれぞれ直列接続されて各相の点弧パルス信号に応答して前記各相の交流リアクトルを流れる電流の位相を制御するサイリスタとを備えたサイリスタ制御直列コンデンサにおいて、
前記三相交流送電線の電気信号を基に前記三相交流送電線の電力潮流の向きが反転したことを検出する電力潮流反転検出手段と、前記三相交流送電線の電力潮流の動揺に関連する電気信号を基に前記電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値を生成するリアクタンス指令値生成手段と、前記電力潮流反転検出手段の検出出力に応答して前記リアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更する指令値変更手段と、前記指令値変更手段の変更によるリアクタンス指令値に従って前記各相のサイリスタに対する点弧パルス信号を生成して前記各相のサイリスタに点弧パルス信号を出力する点弧パルス信号生成手段とを備えてなるサイリスタ制御直列コンデンサの制御装置。
【請求項６】
前記点弧パルス信号生成手段は、前記指令値変更手段が前記リアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更したときに、前記各相のサイリスタに対する点弧パルス信号として前記各相のサイリスタが全導通状態となる点弧パルス信号を生成してなることを特徴とする請求項４または５に記載のサイリスタ制御直列コンデンサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列補償装置とサイリスタ制御直列コンデンサの制御装置に係り、特に、三相交流送電線のインピーダンスを各相ごとに制御するに好適な直列補償装置とサイリスタ制御直列コンデンサの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三相交流送電線で構成された交流系統においては、三相交流送電線の定態安定度と過渡安定度の向上に効果があるとして、三相交流送電線の各相に直列に直列コンデンサを挿入する直列補償装置が採用されている。この直列補償装置は、長距離送電線の多い北欧や北米・南米を中心に多く採用されている。
【０００３】
直列補償装置を交流送電線に適用した場合、補償効果を大きくするために補償量を大きくすると、送電線や発電機などのＬ（インダクタンス）と直列補償装置のＣ（容量）による電気的な共振周波数が商用周波数に近づき、発電機の軸ねじり（ＳＳＲ）が問題となる。この対策として、直列コンデンサの見かけ上の静電容量をサイリスタのスイッチング動作によって変えるサイリスタ制御直列コンデンサ（ＴＣＳＣ）による直列補償装置がアメリカの電力研究所（ＥＰＲＩ）を中心に開発され、フィールドでの実証試験が行なわれている。
【０００４】
サイリスタ制御直列コンデンサを用いた直列補償装置は、サイリスタのスイッチング動作によってリアクタンスを高速に制御することができるため、地絡故障などに伴って電力動揺が発生したときに、送電線の電力潮流を制御することで電力動揺を抑制することができる。
【０００５】
交流送電線における電力潮流（Ｐｌｉｎｅ）は、よく知られているように、送電端電圧Ｖｓ、受電端電圧Ｖｒ、送電端電圧と受電端電圧との位相差θ、送電線の誘導性リアクタンスＸｌｉｎｅ、サイリスタ制御直列コンデンサの容量性リアクタンスＸｔｃｓｃを用いて、次式で表される。
【０００６】
【数１】
Ｐｌｉｎｅ＝Ｖｓ・Ｖｒ・ｓｉｎθ／（Ｘｌｉｎｅ−Ｘｔｃｓｃ）…（１）
（１）式において、過補償にならないようにするために、一般に、ＸｔｃｓｃはＸｌｉｎｅよりも小さな値に設定されており、したがって（１）式の分母は正の値である。
【０００７】
（１）式から分かるように、サイリスタ制御直列コンデンサの設置されている送電線における電力潮流は、送電線のリアクタンスＸｌｉｎｅとサイリスタ制御直列コンデンサのリアクタンスＸｔｃｓｃとの差に反比例する。したがって、Ｐｌｉｎｅを増加させるときにはＸｔｃｓｃを大きくし、逆に、Ｐｌｉｎｅを減少させるときにはＸｔｃｓｃを小さくすればよいことになる。
【０００８】
また、サイリスタ制御直列コンデンサを用いて電力動揺を抑制する場合、文献“「サイリスタ制御直列コンデンサの模擬送電実験（II）」  藤田他５名、平成７年電気学会電力技術研究会資料，ＰＥ−９５−１２８”に記載されているように、制御装置の入力信号の位相を補償するとともに、電力系統内の安定化対象となる同期発電機の回転子角速度偏差Δωの動揺と同相になるように、サイリスタ直列コンデンサのリアクタンスＸｔｃｓｃを演算し、演算して得られたリアクタンスに応じたサイリスタの点弧角を求め、この点弧角にしたがってサイリスタを点弧し、サイリスタ制御直列コンデンサの設置されている送電線の電力潮流Ｐｌｉｎｅをサイリスタのスイッチング動作にしたがって制御して電力動揺を抑制する方式が採用されている。この方式によれば、Δωの動揺と同相になるようにリアクタンスＸｔｃｓｃを制御すると、Δωが正のとき、すなわち、電力系統内の安定化対象となる同期発電機の回転子が加速したときはＰｌｉｎｅを増加して同期発電機の加速を抑制し、逆に、Δωが負のとき、すなわち、同期発電機の回転子が減速したときにはＰｌｉｎｅを減少させて同期発電機の減速を抑制することで、同期発電機の動揺を抑制することが可能になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、サイリスタ制御直列コンデンサを用いて電力動揺を抑制するに際して、電力系統内の安定化対象となる同期発電機の回転子角速度偏差Δωの動揺と同相になるように、サイリスタ制御直列コンデンサのリアクタンスＸｔｃｓｃを制御するようにしているため、サイリスタ制御直列コンデンサの設置されている送電線の電力潮流Ｐｌｉｎｅを制御して電力動揺を抑制することができる。
【００１０】
しかし、Ｘｔｃｓｃを大きくしてＰｌｉｎｅを大きくしようとするときに、サイリスタ制御直列コンデンサの設置された送電線における電力潮流の向きが電力動揺によって反転すると、次のような問題点が生じる。
【００１１】
すなわち、同期発電機の回転子が加速してΔωが正のときに、サイリスタ制御直列コンデンサのリアクタンスＸｔｃｓｃを大きくすると、電力潮流Ｐｌｉｎｅが増加して同期発電機の加速を抑制しようとするが、電力潮流の向きが電力動揺によって反転したときに、サイリスタ制御直列コンデンサのリアクタンスＸｔｃｓｃを大きくすると、制御で想定している電力潮流とは逆向きの潮流を大きくすることになり、同期発電機の加速を助長し、逆制御となって電力系統が不安定となる。
【００１２】
本発明の目的は、三相交流送電線の電力潮流の向きが電力動揺により反転したときに、逆制御によって電力系統が不安定になるのを防止することができる直列補償装置およびサイリスタ制御直列コンデンサの制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、三相交流送電線の各相にそれぞれ直列に挿入された直列コンデンサと、前記各相の直列コンデンサにそれぞれ並列接続された交流リアクトルと、前記各相の交流リアクトルにそれぞれ直列接続されて各相の点弧パルス信号に応答して前記各相の交流リアクトルを流れる電流の位相を制御するスイッチング素子と、前記三相交流送電線の電気信号を基に前記三相交流送電線の電力潮流の向きが反転したことを検出する電力潮流反転検出手段と、前記三相交流送電線の電力潮流の動揺に関連する電気信号を基に前記電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値を生成するリアクタンス指令値生成手段と、前記電力潮流反転検出手段の検出出力に応答して前記リアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性にまたは誘導性から容量性に変更する指令値変更手段と、前記指令値変更手段の変更によるリアクタンス指令値に従って前記各相のスイッチング素子に対する点弧パルス信号を生成して前記各相のスイッチング素子に点弧パルス信号を出力する点弧パルス信号生成手段とを備えてなる直列補償装置を構成したものである。
【００１４】
前記直列補償装置を構成するに際して、指令値変更手段としては、電力潮流反転検出手段の検出出力に応答してリアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更する機能を有するもので構成することができる。
【００１５】
前記各直列補償装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００１６】
（１）前記点弧パルス信号生成手段は、前記指令値変更手段が前記リアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更したときに、前記各相のスイッチング素子に対する点弧パルス信号として前記各相のスイッチング素子が全導通状態となる点弧パルス信号を生成してなる。
【００１７】
また、本発明は、三相交流送電線の各相にそれぞれ直列に挿入された直列コンデンサと、前記各相の直列コンデンサにそれぞれ並列接続された交流リアクトルと、前記各相の交流リアクトルにそれぞれ直列接続されて各相の点弧パルス信号に応答して前記各相の交流リアクトルを流れる電流の位相を制御するサイリスタとを備えたサイリスタ制御直列コンデンサにおいて、
前記三相交流送電線の電気信号を基に前記三相交流送電線の電力潮流の向きが反転したことを検出する電力潮流反転検出手段と、前記三相交流送電線の電力潮流の動揺に関連する電気信号を基に前記電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値を生成するリアクタンス指令値生成手段と、前記電力潮流反転検出手段の検出出力に応答して前記リアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性にまたは誘導性から容量性に変更する指令値変更手段と、前記指令値変更手段の変更によるリアクタンス指令値に従って前記各相のサイリスタに対する点弧パルス信号を生成して前記各相のサイリスタに点弧パルス信号を出力する点弧パルス信号生成手段とを備えてなるサイリスタ制御直列コンデンサの制御装置を構成したものである。
【００１８】
前記サイリスタ制御直列コンデンサの制御装置を構成するに際して、指令値変更手段としては、電力潮流反転検出手段の検出出力に応答してリアクタンス指令値生成手段の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更する機能を有するもので構成することができる。
【００１９】
前記サイリスタ制御直列コンデンサの制御装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００２０】
（１）前記点弧パルス信号生成手段は、前記指令値変更手段が前記リアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更したときに、前記各相のサイリスタに対する点弧パルス信号として前記各相のサイリスタが全導通状態となる点弧パルス信号を生成してなる。
【００２１】
前記した手段によれば、電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値にしたがって各相のスイッチング素子、例えばサイリスタが点弧されているときに、三相交流送電線の電力潮流の向きが反転すると、リアクタンス指令値が容量性から誘導性にまたは誘導性から容量性に変更され、変更されたリアクタンス指令値にしたがって各相のスイッチング素子またはサイリスタが点弧されるため、逆向きの電力潮流の大きさの増加が抑制され、同期発電機の加速を助長することなく、電力動揺の減衰に伴って電力系統の安定化を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す直列補償装置の全体構成図である。図１において、直列補償装置は、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１、演算制御装置１０２、交流電圧変成器１０３、交流電流変成器１０４を備えて構成されており、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が三相交流送電線１００に直列に挿入されている。サイリスタ制御直列コンデンサ１０１は、直列コンデンサＣｔｃｓｃ、交流リアクトルＬｔｃｓｃ、スイッチング素子としてのサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を備えて構成されている。直列コンデンサＣｔｃｓｃは送電線１００に直列に挿入されており、直列コンデンサＣｔｃｓｃと並列に交流リアクトルＬｔｃｓｃ、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２が接続されている。サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２はそれぞれ交流リアクトルＬｔｃｓｃに直列に接続されているとともに、互いに逆並列接続されている。そして各サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２のゲートはそれぞれ演算制御装置１０２に接続されている。演算制御装置１０２には、送電線１００の電気信号として、送電線１００の交流電流を検出する交流電流検出手段としての交流電流変成器１０４の検出電流が入力れているとともに、送電線１００の交流電圧を検出する交流電圧検出手段としての交流電圧変成器１０３の検出電圧が入力されている。
【００２３】
演算制御装置１０２は、図２に示すように、演算器２０１、２０２、２０３、２０４を備えて構成されており、演算器２０４の出力側が点弧パルス発生器（図示省略）に接続されている。演算器２０１には、送電線１００の電力潮流の動揺に関連する電気信号として、電力動揺抑制制御信号ＰＳＳｉｎが入力されている。この電力動揺抑制制御信号ＰＳＳｉｎとしては、送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅを示す信号を用いることができるとともに、電力系統内の安定化対象となる同期発電機の回転子角速度偏差Δωを示す信号を用いることもできる。さらに、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が設置されている地点における周波数に関する信号であって、系統の基準周波数との周波数偏差を示す信号を用いることができる。そして演算器２０１は、電力動揺抑制制御信号ＰＳＳｉｎを入力し、入力した信号に対してフィルタリング処理や位相補償処理を行なうとともに、これらの処理が行なわれた信号を基に電力系統内の安定化対象となる同期発電機の回転子角速度偏差Δωの動揺と同相となるような指令値として、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１に対するリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１を演算し、この演算値を演算器２０３に出力するリアクタンス指令値生成手段として構成されている。
【００２４】
演算器２０２は、交流電圧変成器１０３の出力電圧と交流電流変流器１０４の出力電流を入力し、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとを基に、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続されている送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅを演算し、この演算値を演算器２０３に出力するようになっている。なお、送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅを演算するに際しては、（１）式に示したように、送電端電圧、受電端電圧を検出し、送電端電圧と受電端電圧との位相差θ、送電線１００の誘導性リアクタンスＸｌｉｎｅ、サイリスタ制御直列コンデンサ１００の容量性リアクタンスＸｔｃｓｃを用いて求めることもできる。
【００２５】
演算器２０３は、リアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１を送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅの値に応じてリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２を生成するようになっている。
【００２６】
具体的には、図３に示すように、演算器２０３は、演算器２０２から送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅに関する信号を取り込み、電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが反転したか否か、すなわちＰｌｉｎｅの値が正か否かを判定し（ステップ３０１）、電力潮流Ｐｌｉｎｅが正のときには、演算器２０１の生成によるリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１が例えば容量性のリアクタンス指令値のときには、このリアクタンス指令値をそのままリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２に決定し（ステップ３０２）、このリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２を演算器２０４に出力する。
【００２７】
一方、電力潮流Ｐｌｉｎｅが負のとき、すなわち送電線１００の電力潮流の向きが反転したと判定したときには、演算器２０１の生成による容量性のリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１を用いる代わりに、誘導性のリアクタンスＸｒｅｖをリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２に決定し（ステップ３０３）、誘導性のリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２を演算器２０４に出力する。
【００２８】
すなわち、演算器２０３は、交流電圧変成器１０３、交流電流変成器１０４、演算器２０２とともに送電線１００の電力潮流の向きが反転したことを検出する電力潮流反転検出手段を構成するとともに、電力潮流反転検出手段の検出出力に応答して、演算器２０１の生成によるリアクタンス指令値を容量性から誘導性に変更する指令値変更手段として構成されている。
【００２９】
演算器２０４は、リアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２に応じてサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２に対する点弧角（制御進み角）βを演算し、点弧角βに関する信号を点弧パルス発生器に出力するようになっている。点弧パルス発生器は、点弧角β（β＝１８０度−α）にしたがって制御角（制御遅れ角）αに関する点弧パルス信号を生成し、この点弧パルス信号をサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２のゲートに出力するようになっている。すなわち、演算器２０４と点弧パルス発生器は点弧パルス信号生成手段として構成されている。
【００３０】
なお、演算器２０４は、地絡故障、短絡故障の発生に伴って、保護リレーから限流動作の指令信号Ｒｙを受けたときには、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を全導通状態で点弧させるための点弧角βとして９０度の信号を出力するようになっている。
【００３１】
ここで、演算器２０４において、リアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２から点弧角βを決定するに際しては、図４に示すリアクタンス特性が用いられている。
【００３２】
図４は、直列コンデンサＣｔｃｓｃ両端の電圧位相：１８０度を基準とした角度をβ（ｄｅｇ）で表したときの特性図であって、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２の点弧位相角βに関するサイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンス特性であり、図４において、容量性を正として表してある。
【００３３】
一方、サイリスタの点弧位相角β（ｒａｄ）に対するサイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃ（Ω）は、文献“「サイリスタ制御直列コンデンサの制御方式の検討および縮小モデルの開発」，加藤他６名，電気学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ  １．１１７，Ｎｏ．７，１９９７年７月”に記載されているように、送電線の基本波電圧と基本波電流を基に、直列コンデンサＣｔｃｓｃの静電容量Ｃ「Ｆ」，リアクトルｔｃｓｃのインダクタンスＬ「Ｈ」電力系統の基本周波数ω「ｒａｄ／ｓｅｃ」を用いて、次式で与えられる。
【００３４】
【数２】
Ｘｔｃｓｃ＝πωＬ／（πω２ＬＣ−２β＋ｓｉｎ２β）…（２）
図４に示す特性は（２）式に基づいたものであり、図４から分かるように、β＝０度のとき、つまり、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を導通させないときは、リアクタンスＸｔｃｓｃは直列コンデンサＣｔｃｓｃのリアクタンスＸｃとなり、β＝９０度のとき、つまり、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を全導通状態にしたときは、リアクタンスＸｔｃｓｃは誘導性の値Ｘｆｕｌｌとなる。また、リアクタンスＸｔｃｓｃはβ１を境に容量性から誘導性に切り替わり、０（ｄｅｇ）≦β≦β１（ｄｅｇ）ではリアクタンスｔｃｓｃは容量性、β１（ｄｅｇ）＜βではリアクタンスＸｔｃｓｃは誘導性となる。
【００３５】
ここで、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１のサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を点弧するに際しては、送電線１００のリアクタンスを補償するために、通常は、容量性の領域、すなわち、０（ｄｅｇ）≦β≦β１（ｄｅｇ）の範囲でサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を点弧するが、送電線１００で地絡故障あるいは短絡故障が発生した場合は、故障電流を抑制するために、誘導性の領域、すなわち、β１（ｄｅｇ）＜βサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を点弧して限流動作が行われる。
【００３６】
さらに、電力潮流反転時のリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２としてリアクタンスＸｒｅｖが誘導性リアクタンスとして用いられるが、電力潮流反転時における誘導性リアクタンスとしては、図４に示すように、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２の点弧角βが９０度となり、各サイリスタを全導通状態にしたときのサイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｆｕｌｌを用いることもできる。
また、電力潮流反転時における誘導性リアクタンスとしては、点弧角βがβ１（ｄｅｇ）＜β＜９０（ｄｅｇ）として、各サイリスタを全導通させたときよりもリアクタンスの絶対値が大きくなるようなリアクタンス、すなわちＸｆｕｌｌよりも絶対値が大きくなるリアクタンスを用いることもできる。
【００３７】
次に、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１の動作の１例を図５ないし図７にしたがって説明する。
【００３８】
まず、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００の電力潮流の向きが反転しない場合のサイリスタ制御直列コンデンサ１０１の動作を図５にしたがって説明する。図５において、定常時は、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅは定常時の値Ｐ０になっている。この場合、電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きに変化がないため、演算制御装置１０２は、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２に対して点弧を行わず、リアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１がそのままリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２となり、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃは、直列コンデンサＴｔｃｓｃのリアクタンスＸｃとなっている。今、時刻ｔ１において、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００で三相地絡故障が発生し、時刻ｔ２で故障が除去されたと仮定する。
【００３９】
時刻ｔ１で三相地絡故障が発生し、時刻ｔ２で地絡故障が除去されるまでの間、電力潮流Ｐｌｉｎｅはほぼ０となり、電力系統内の安定化対象となる同期発電機は加速を開始し、同期発電機の回転子角速度偏差Δωは正の値となる。また、このとき、演算器２０４に対して、保護リレーから限流動作の指令信号Ｒｙが入力されるため、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１は限流動作となる。すなわちサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を全導通状態とさせるために、点弧角βが９０度に設定され、リアクタンスＸｔｃｓｃ＝Ｘｆｕｌｌとなる。
【００４０】
時刻ｔ２において地絡故障が除去されたあと、同期発電機は動揺を開始し、同時に、サイリスタ直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅも動揺する。このとき電力潮流ＰｌｉｎｅとΔωとの間には９０度の位相差があるため、演算器２０１において、電力動揺抑制制御信号ＰＳＳｉｎを基に、Δωと同位相の動揺となるようにリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１が演算され、このリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１がそのままリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２となって演算器２０４に出力され、この演算器２０４においてリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２にしたがった点弧角βが求められ、この点弧角βにしたがった点弧パルスがサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２に出力される。そして各サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２のスイッチング動作により、同期発電機が加速してΔωが正となったときには、リアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１が大きくなって電力潮流Ｐｌｉｎｅを大きくして同期発電機の加速を抑制する。一方、同期発電機が減速してΔωが負となったときには、リアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１が小さくなって、電力潮流Ｐｌｉｎｅを小さくして、同期発電機の減速を抑制する。そしてこのような制御が継続されることで、電力潮流Ｐｌｉｎｅは減衰し、定常値Ｐ０に収束する。
【００４１】
次に、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００の電力潮流の向きが反転した場合のサイリスタ制御直列コンデンサ１０１の動作を図６と図７にしたがって説明する。なお、図６は、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが反転したときにもサイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃを容量性のままとして、同期発電機のΔωと同位相に制御したときのサイリスタ制御直列コンデンサ１０１の動作を示しており、図７は、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００の電力潮流の向きが反転したときに、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃを容量性から誘導性に変更したときの動作を表している。また図６と図７において、定常時における電力潮流Ｐｌｉｎｅの値はＰ０’に設定されている。この定常時の値Ｐ０’は、電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが容易に反転するように、Ｐ０’がＰ０よりも小さく設定されている。それ以外は図５と同様に、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃは直列コンデンサｔｃｓｃのリアクタンスＸｃに設定されており、時刻ｔ１で三相地絡故障が発生し、時刻ｔ２で地絡故障が除去されるまでの間は、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１は、保護リレーからの限流動作の指令信号Ｒｙに応答して限流動作となり、リアクタンスＸｔｃｓｃ＝Ｘｆｕｌｌになっている。
【００４２】
図６および図７において、時刻ｔ２において故障が除去された後は、同期発電機は動揺を開始し、同時に、電力潮流Ｐｌｉｎｅも動揺するが、動揺の過程において、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけては、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１が接続された送電線１００の電力の向きが反転し（電力潮流Ｐｌｉｎｅが正から負に移る。）、電力潮流Ｐｌｉｎｅの値は負となっている。
【００４３】
このとき、送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが反転したときにも、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃを容量正のまま、同期発電機のΔωと同位相となるように各サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を制御すると、図６に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて逆向きの電力潮流の大きさが増加し、同期発電機の加速を助長し、Δωが大きくなり、最悪の場合は、同期発電機を脱調させることになる。
【００４４】
したがって、本実施形態においては、図７に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて、送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが反転したときには、リアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ１を用いる代わりに、誘導性リアクタンスＸｒｅｖをリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２とし、このリアクタンス指令値Ｘｔｃｓｃ２に従った点弧角βとして、サイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を全導通状態にするための点弧角を求めるともに、点弧パルス信号を生成し、この点弧パルス信号にしたがってサイリスタＴｈｙ１、Ｔｈｙ２を制御する。すなわち、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃを誘導性として、逆向きの電力潮流の大きさの増加を抑制することとしている。これにより、同期発電機の加速を助長することなく、時刻ｔ４以降では、電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが元に戻った後に、再びサイリスタ制御直列コンデンサ１０１の電力動揺抑制制御が働き、動揺は減衰する。その後、時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて再び送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが反転しても、時刻ｔ３から時刻ｔ４の場合と同様な動作を繰り返すことにより、電力動揺は収束し、電力系統は安定になる。
【００４５】
このように、本実施形態においては、送電線１００の電力潮流Ｐｌｉｎｅの向きが反転したときには、サイリスタ制御直列コンデンサ１０１のリアクタンスＸｔｃｓｃを容量性から誘導性に変更するようにしたため、電力動揺抑制制御が逆制御となるのを防止し、電力系統を確実に安定化することができる。
【００４６】
なお、前記実施形態においては、電力潮流の向きが反転したときに、リアクタンスＸｔｃｓｃを容量性から誘導性に変更する場合について述べたが、電力潮流の向きが反転したときに、リアクタンスＸｔｃｓｃが誘導性であったときには、誘導性から容量性に変更しても、電力潮流の向きの反転時における電力動揺抑制制御が逆制御となるのを防止することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力潮流の動揺を抑制するためのリアクタンス指令値にしたがって各相のスイッチング素子またはサイリスタが点弧されているときに、三相交流送電線の電力潮流の向きが反転すると、リアクタンス指令値が容量性から誘導性にまたは誘導性から容量性に変更され、変更されたリアクタンス指令値にしたがって各相のスイッチング素子またはサイリスタが点弧されるため、逆向きの電力潮流の大きさの増加が抑制され、同期発電機の加速を助長することなく、電力動揺の減衰に伴って電力系統の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す直列補償装置の全体構成図である。
【図２】演算制御装置のブロック構成図である。
【図３】演算制御装置の作用を説明するためのフローチャートとである。
【図４】サイリスタの点弧位相角βに対するサイリスタ制御直列コンデンサのリアクタンス特性を示す図である。
【図５】送電線の電力潮流の向きが反転しないときの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】送電線の電力潮流の向きが反転したときに、リアクタンスを容量性のままにしたときの制御を説明するためのタイムチャートである。
【図７】送電線の電力潮流の向きが反転したときにリアクタンスを容量性から誘導性に変更したときの作用を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１００  送電線
１０１  サイリスタ制御直列コンデンサ
１０２  演算制御装置
１０３  交流電圧変成器
１０４  交流電流変成器
２０１、２０２、２０３、２０４  演算器
Ｃｔｃｓｃ  直列コンデンサ
Ｌｔｃｓｃ  交流リアクトル
Ｔｈｙ１、Ｔｈｙ２  サイリスタ
【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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