JP2000014009A - 電力系統安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線路上に誘起される電圧を高速かつ任意に調
節することを可能にし、これによって線路インピーダン
スを高速に制御できる電力系統安定化装置を提供する。 【解決手段】 電力系統の連系点に一次巻線が線路と並
列に接続された並列変圧器と、一次巻線が線路に直列に
接続され、二次巻線が並列変圧器の二次巻線に接続され
た直列変圧器と、スイッチング素子のオン、オフによ
り、並列変圧器の二次巻線に誘起される電圧の大きさを
制御するチョッパ装置と、スイッチング素子をオン状態
にして直列変圧器の二次巻線電流を環流させる環流装置
と、直列変圧器の一次巻線の誘起電圧と連系される側の
線路電流とに基づいてチョッパ装置のスイッチング素子
をオン、オフ制御すると共に、チョッパ装置のスイッチ
ング素子のオフ期間に環流装置のスイッチング素子をオ
ン状態に制御する制御手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の潮流を
制御して電力系統を安定に運用する電力系統安定化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は従来の電力系統安定化装置とし
ての自励式位相調整器の回路構成図である。同図におい
て、３相交流電力系統１ａと１ｂとの連系点２の線間に
三相変圧器３の各一次巻線が並列接続されている。本明
細書では三相変圧器３を並列変圧器と称する。この並列
変圧器３の各二次巻線は切替え接続可能なタップを備え
ている。また、連系点２と３相交流電力系統１ｂとの間
の線路に、三相変圧器４の各一次巻線が直列に接続され
ている。本明細書では三相変圧器４を直列変圧器と称す
る。並列変圧器３の二次巻線の一端は共通に接続され、
さらに、直列変圧器４の二次巻線の一端も共通に接続さ
れ、このうち、直列変圧器４の二次巻線の共通接続点が
接地されている。また、並列変圧器３の二次巻線３の他
端、すなわち、タップの切替えが可能な端子はそれぞれ
直列変圧器４の対応する相の二次巻線の他端に接続され
ている。

【０００３】この場合、並列変圧器３の一次巻線は三角
（Δ）結線され、その二次巻線は星形（Ｙ）結線されて
おり、直列変圧器４の二次巻線は星形（Ｙ）結線されて
いる。そして、並列変圧器３の二次巻線と直列変圧器４
の二次巻線とは、連系点２の相電圧から見て、直列変圧
器４の一次巻線に誘起される電圧が位相的に９０度進む
ように、巻線及び極性の選択が行われる。従って、並列
変圧器３の二次巻線のタップを切替えることにより、直
列変圧器４の各一次巻線に誘起される電圧が調整され、
その誘起電圧が連系点２の相電圧に重畳されて３相交流
電力系統１ｂの各相に供給される。

【０００４】ここで、直列変圧器４から見た連系点２側
の一つの相電圧をＶa 、３相交流電力系統１ｂの相電圧
をＶb とし、この相に接続される直列変圧器４の二次巻
線に誘起される電圧をＶo とすると、これらの電圧は図
１５のベクトル図に示すように、電圧Ｖb は電圧Ｖa に
対して位相が９０度進んだ電圧Ｖo をベクトル的に加算
したものとなる。

【０００５】このように、並列変圧器３のタップを調整
することによって決まる電圧Ｖo を線路上に誘起させて
３相交流電力系統１ｂに供給することによって、電力系
統の線路インピーダンスを変化させたのと同等の効果が
得られる。これにより、電力系統の潮流が制御でき、電
力系統を安定に運用することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、並列変圧器
３のタップは機械的スイッチによって切替えられるた
め、タップ切替えの速さには限度があり、高速の電圧制
御には適用し難いという問題があった。

【０００７】また、電圧Ｖo の大きさは並列変圧器３の
タップ位置に依存していることからその大きさが複数の
種類に限定され、所望とする任意の大きさの電圧を発生
させることができないという問題もあった。

【０００８】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、線路上に誘起される電圧を高速かつ任意に
調節することを可能にし、これによって線路インピーダ
ンスを高速に制御できる電力系統安定化装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
電力系統の連系点に一次巻線が線路と並列に接続された
並列変圧器と、一次巻線が線路に直列に接続され、二次
巻線が並列変圧器の二次巻線に接続された直列変圧器
と、スイッチング素子のオン、オフにより、並列変圧器
の二次巻線に誘起される電圧の大きさを制御するチョッ
パ装置と、スイッチング素子をオン状態にして直列変圧
器の二次巻線電流を環流させる環流装置と、直列変圧器
の一次巻線の誘起電圧と、線路の電流とをそれぞれ検出
する検出手段と、検出手段の検出値に基づいて電力の送
電損失が最小になるように、チョッパ装置のスイッチン
グ素子をオン、オフ制御すると共に、チョッパ装置のス
イッチング素子のオフ期間に環流装置のスイッチング素
子をオン状態に制御する制御手段と、を備えた電力系統
安定化装置である。

【００１０】請求項２に係る発明は、電力系統の連系点
に一次巻線が線路と並列に接続された複数台の並列変圧
器と、並列変圧器にそれぞれ対応して設けられ、一次巻
線がそれぞれ線路に直列に接続され、二次巻線が対応す
る並列変圧器の二次巻線に接続された複数台の直列変圧
器と、スイッチング素子のオン、オフにより、それぞれ
並列変圧器の二次巻線に誘起される電圧の大きさを制御
する複数台のチョッパ装置と、スイッチング素子をオン
状態にしてそれぞれ直列変圧器の二次巻線電流を環流さ
せる複数台の環流装置と、複数台の直列変圧器の一次巻
線に誘起される電圧の合成値と、線路の電流とをそれぞ
れ検出する検出手段と、検出手段の検出値に基づいて電
力の送電損失が最小になるように、順次異なるチョッパ
装置のスイッチング素子をオン、オフ制御すると共に、
チョッパ装置のスイッチング素子のオフ期間に対応する
環流装置のスイッチング素子をオン状態に制御する制御
手段と、を備えた電力系統安定化装置である。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の電力系統安定化装置において、連系点から見た直
列変圧器の誘起電圧が連系点の電圧に対して位相が９０
度ずれるような極性にて並列変圧器の二次巻線と直列変
圧器の二次巻線とを接続したものである。

【００１２】請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の電力系統安定化装置において、チョッ
パ装置は複数のダイオードがブリッジ接続されたダイオ
ードブリッジ回路と、ダイオードブリッジ回路の直流端
子間に接続された自己消弧形スイッチング素子とを備
え、ダイオードブリッジ回路の交流端子に並列変圧器の
二次巻線の星形結線される共通接続側端子がそれぞれ接
続され、制御手段が自己消弧形スイッチング素子をオ
ン、オフ制御するものである。

【００１３】請求項５に係る発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の電力系統安定化装置において、環流装
置は複数のダイオードがブリッジ接続されたダイオード
ブリッジ回路と、ダイオードブリッジ回路の直流端子間
に接続された自己消弧形スイッチング素子とを備え、ダ
イオードブリッジ回路の交流端子に直列変圧器の二次巻
線の星形結線された相電圧出力端子が接続され、制御手
段が自己消弧形スイッチング素子をオン、オフ制御する
ものである。

【００１４】請求項６に係る発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の電力系統安定化装置において、並列変
圧器の二次巻線にそれぞれ並列接続されたコンデンサを
備えたものである。

【００１５】請求項７に係る発明は、請求項１乃至６の
いずれかに記載の電力系統安定化装置において、環流装
置と直列変圧器との間の配線に直列に接続されたリアク
トルと、配線に並列に接続されたコンデンサとを備えた
ものである。

【００１６】請求項８に係る発明は、請求項１乃至７の
いずれかに記載の電力系統安定化装置において、環流装
置から見て直列変圧器側の配線に接続されたエネルギー
吸収装置を備えたものである。

【００１７】請求項９に係る発明は、請求項１乃至８の
いずれかに記載の電力系統安定化装置において、電力系
統で短絡事故が発生したとき、制御手段はチョッパ装置
のスイッチング素子をオフ状態とし、環流装置のスイッ
チング素子をオン状態にするものである。

【００１８】請求項１０に係る発明は、電力系統の連系
点に一次巻線が線路と並列に接続された２台の並列変圧
器と、並列変圧器にそれぞれ対応して設けられ、一次巻
線がそれぞれ線路に直列に接続され、二次巻線が対応す
る並列変圧器の二次巻線に接続された２台の直列変圧器
と、スイッチング素子のオン、オフにより、２台のうち
のいずれか一方の並列変圧器の二次巻線に誘起される電
圧の大きさを制御するチョッパ装置と、スイッチング素
子をオン状態にして一方の並列変圧器に接続された直列
変圧器の二次巻線電流を環流させる環流装置と、２台の
うちのいずれか他方の並列変圧器の二次巻線に誘起され
た交流を直流に変換するコンバータ、このコバータの出
力を交流に変換して対応する直列変圧器の二次巻線に印
加するインバータを含んでなる自励式位相調整器と、複
数台の直列変圧器の一次巻線に誘起される電圧の合成値
と、線路の電流とを検出する検出手段と、検出手段の検
出値に基づいて電力の送電損失が最小になるように、チ
ョッパ装置のスイッチング素子をオン、オフ制御すると
共に、チョッパ装置のスイッチング素子のオフ期間に環
流装置のスイッチング素子をオン状態に制御し、かつ、
自励式位相調整器を制御する制御手段と、を備えた電力
系統安定化装置である。

【００１９】請求項１１に係る発明は、ｎを３以上の整
数として、電力系統の連系点に一次巻線が線路と並列に
接続されたｎ台の並列変圧器と、並列変圧器にそれぞれ
対応して設けられ、一次巻線がそれぞれ線路に直列に接
続され、二次巻線が対応する並列変圧器の二次巻線に接
続されたｎ台の直列変圧器と、スイッチング素子のオ
ン、オフにより、ｎ台のうちのｎ−１台の並列変圧器の
二次巻線に誘起される電圧の大きさを制御するｎ−１台
のチョッパ装置と、スイッチング素子をオン状態にして
ｎ一１台の並列変圧器に接続された直列変圧器の二次巻
線電流をそれぞれ環流させるｎ一１台の環流装置と、ｎ
台のうちの残りの１台の並列変圧器の二次巻線に誘起さ
れた交流を直流に変換するコンバータ、このコバータの
出力を交流に変換して対応する直列変圧器の二次巻線に
印加するインバータを含んでなる自励式位相調整器と、
複数台の直列変圧器の一次巻線に誘起される電圧の合成
値と、線路の電流とを検出する検出手段と、検出手段の
検出値に基づいて電力の送電損失が最小になるように、
順次異なるチョッパ装置のスイッチング素子をオン、オ
フ制御すると共に、チョッパ装置のスイッチング素子の
オフ期間に対応する環流装置のスイッチング素子をオン
状態に制御し、かつ、自励式位相調整器を制御する制御
手段と、を備えた電力系統安定化装置である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明に係る電力系統安定化装置の
第１の実施形態の主回路系統の構成を示す回路図であ
る。図中、従来装置を示す図１４と同一の要素には同一
の符号を付してその説明を省略する。ここでは、従来装
置を構成するタップ付きの並列変圧器３の代わりに、タ
ップの無い並列変圧器５が設けられている。この並列変
圧器５の一次巻線は三角結線され、連系点２の線路に並
列接続されている。この並列変圧器５の各二次巻線の一
端はチョッパ装置６に接続され、各二次巻線の他端は直
列変圧器４の二次巻線の他端、すなわち、直列変圧器４
の一次巻線に誘起される電圧が連系点２の電圧に対して
９０度進むように、一端が相互に接続されると共に接地
されてなる星形結線された直列変圧器４の二次巻線の他
端に接続されている。

【００２２】ここで、チョッパ装置６は３連のスイッチ
ング素子、例えば、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor
），ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transtor
），ＭＯＳトランジスタ等でなり、これらのスイッチ
ング素子の一端にそれぞれ並列変圧器５の二次巻線の一
端が接続され、各スイッチング素子の他端が共通接続さ
れている。また、並列変圧器５の二次巻線の他端と直列
変圧器４の二次巻線の他端とを相互に接続する各接続線
が環流装置７に接続されている。環流装置７は３連のス
イッチング素子、例えば、ＧＴＯ，ＩＧＢＴ，ＭＯＳト
ランジスタ等でなり、これらのスイッチング素子の一端
がそれぞれ並列変圧器５及び直列変圧器４の二次巻線の
相互接続線に接続され、各スイッチング素子の他端が共
通接続されている。

【００２３】図２は図１に示した主回路系統と併せて、
チョッパ装置６及び環流装置７の制御回路の構成を示し
た図である。ここで、直列変圧器４の各相の一次巻線の
誘起電圧Ｖo を検出する電圧検出手段８と、これらの一
次巻線を通して３相交流電力系統１ｂに流れる電流を検
出する電流検出手段９とが設けられ、これら各検出手段
の出力信号に基づいて制御回路１０が所定の演算を実行
し、その結果に基づいてチョッパ装置６及び環流装置７
を制御する構成になっている。

【００２４】上記のように構成された第１の実施形態の
動作について、図３のベクトル図をも参照して以下に説
明する。図１に示したチョッパ装置６の３個のスイッチ
ング素子をオン状態にすると、すなわち、並列変圧器５
の二次巻線の一端を共通接続すると、直列変圧器４から
見た連系点２側の相電圧Ｖa 、３相交流電力系統１ｂの
相電圧Ｖb 、直列変圧器４の一次巻線に誘起される電圧
Ｖo の間に図３のベクトル図で示した関係が得られる。
すなわち、電圧Ｖo は電圧Ｖa に対して位相が９０度進
み、これらの電圧をベクトル的に加算したものが電圧Ｖ
a に対して位相がφだけ進んだ電圧Ｖb になっている。

【００２５】一方、チョッパ装置６のスイッチング素子
をオン、オフさせ、かつ、オン、オフの比率を変化させ
ることによって電圧Ｖo の大きさを制御することができ
る。この場合、チョッパ装置６のスイッチング素子をオ
フ状態にすると、直列変圧器４の二次巻線電流経路が遮
断され、その一次巻線に誘起される電圧も変化する。そ
こで、環流装置７のスイッチング素子をオン状態にして
直列変圧器４の二次巻線電流の変化を抑制すると共に、
その一次巻線に誘起される電圧Ｖo の変動を抑制してい
る。

【００２６】いま、連系点２において系統電流Ｉが系統
電圧Ｖa に対して力率１で流れているとすると、誘起電
圧Ｖo が変わったことによって容量性インピーダンスが
変化する。これは線路に固有のインピーダンスを打ち消
す効果を持ち、送電電力Ｐを線路インピーダンスＸを用
いて表すと次の（１），（２）式のようになる。

【００２７】

【数１】 従って、電圧Ｖo と電流Ｉの比を変えることによって、
線路インピータンスＸの調整ができ、これによって送電
損失が最小になるように潮流を制御することが可能にな
る。

【００２８】かくして、第１の実施形態によれば、線路
上に誘起される電圧を高速かつ任意に調節することが可
能となり、これによって線路インピーダンスを高速に制
御できる電力系統安定化装置が得られる。

【００２９】図４は本発明に係る電力系統安定化装置の
第２の実施形態の主回路系統の構成を示す回路図であ
る。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。これは図１に示した直列変圧器４、
並列変圧器５、チョッパ装置６及び環流装置７でなる電
力系統安定化装置を、同一の線路に３組設置した、いわ
ゆる、多重接続した例である。この場合、３台の直列変
圧器４の各一次巻線が線路に直列に接続され、連系点２
側の系統電圧をＶa 、直列変圧器４の直列接続された一
次巻線の誘起電圧の和をＶo とすると、図３のベクトル
図で示したと同様な関係が得られる。なお、図４におい
ては、チョッパ装置６及び環流装置７を含む回路をＡと
して同一の構成になる部分を破線のブロックで示してい
る。

【００３０】ここで、多重接続された電力系統安定化装
置の接続段数をｎとし、チョッパ装置６の点弧位相に３
６０度／ｎづつ位相差を与える。これにより少ないスイ
ッチング回数にて歪みの少ない電圧Ｖo を得ることがで
きる。

【００３１】図５はチョッパ装置６又は環流装置７の他
の構成例を示すスイッチング回路である。ここで、スイ
ッチング回路１８は、ダイオード１２，１３の直列接続
回路と、ダイオード１４，１５の直列接続回路と、ダイ
オード１６，１７の直列接続回路とが並列接続されて周
知の３相ダイオードブリッジ回路を形成し、この３相ダ
イオードブリッジ回路の両端すなわち直流端子間に、例
えば、ＧＴＯでなる一つの自己消弧形スイッチング素子
１１が接続され、さらに、ダイオード１２，１３の相互
接続点、ダイオード１４，１５の相互接続点及びダイオ
ード１６，１７の相互接続点すなわち交流端子に、並列
変圧器５又は直列変圧器４の二次巻線の一端が接続され
るものである。そして、制御回路１０はスイッチング素
子１１を予め計算して得られたオン、オフ期間に対応し
て点弧する。

【００３２】図６は図５に示したスイッチング回路１８
を図２に示したチョッパ装置６に適用した例で、図７は
図５に示したスイッチング回路１８を図２に示した環流
装置７に適用した例である。これらいずれの構成におい
ても、一つの自己消弧形スイッチング素子１１をオン、
オフ制御すれば良いので構成が簡易化される利点があ
る。

【００３３】なお、図５に示したスイッチング回路１８
をチョッパ装置６及び環流装置７の両方に採用すること
も可能である。

【００３４】図８は本発明に係る電力系統安定化装置の
第３の実施形態の主回路系統の構成を示す回路図であ
る。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。この実施形態は各並列変圧器５の二
次巻線の端子間にそれぞれコンデンサを接続したもの
で、これによって並列変圧器５の一次巻線に入力される
電流Ｉi の波形を改善することができる。

【００３５】図９は本発明に係る電力系統安定化装置の
第４の実施形態の主回路系統の構成を示す回路図であ
る。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。この実施形態は相互に接続される各
並列変圧器５の二次巻線の他端と各直列変圧器４の二次
巻線の他端との間にそれぞれリアクトルを接続するため
のリアクトル回路２０と、一端が共通接続された３個の
コンデンサの他端を各直列変圧器４の二次巻線の他端に
接続するためのコンデンサ回路２１とを追加したもので
ある。これによって、各直列変圧器４の一次巻線に誘起
される電圧Ｖo の波形の歪率を低減することができる。

【００３６】図１０は本発明に係る電力系統安定化装置
の第５の実施形態の主回路系統の構成を示す回路図であ
る。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。この実施形態は環流装置７から見
て、並列変圧器５の二次巻線に対する接続線にエネルギ
ー吸収回路２２を接続したものである。このエネルギー
吸収回路２２は一端が共通接続されたコンデンサの他端
を、それぞれ抵抗器を介して、並列変圧器５の二次巻線
と直列変圧器４の二次巻線との接続線に接続したもので
ある。

【００３７】以下、この実施形態の動作について説明す
る。図１０では図示を省略した制御装置がチョッパ装置
６と環流装置７とを交互にオン、オフ動作させるが、実
際の運転においてチョッパ装置６のオン、オフと、環流
装置７のオフ、オンのタイミングを一致させることはで
きない。そこで、オン、オフ状態の切替わり時に、僅か
な期間だけオン状態又はオフ状態の重なり期間を設けて
スイッチの切替えを行う必要がある。この実施形態では
コンデンサと抵抗器からなるエネルギー吸収回路２２を
チョッパ装置６と環流装置７の接続点間に接続し、両装
置のスイッチの切替わり時に僅かなオフ期間の重なり期
間を設けて運転する。

【００３８】もし、エネルギー吸収回路２２を接続しな
い状態でチョッパ装置６又は環流装置７のスイッチをオ
フ状態にすると、直列変圧器４の二次側を流れていた電
流が強制的に遮断されるため、オン状態からオフ状態に
変化するスイッチに非常に大きな電圧が発生する。この
電圧がスイッチの許容電圧を越えて過大になるとスイッ
チは破壊する。そこで、エネルギー吸収回路２２をチョ
ッパ装置６と環流装置７の接続点間に接続して過電圧の
発生を防いでいる。

【００３９】ところで、図７に示した実施形態におい
て、電力系統で短絡事故が発生した場合、系統電流は増
大する。この短絡事故を検出し、事故時にチョッパ装置
６をオフ状態に、環流装置７をオン状態にれば、直列変
圧器４の漏れインダクタンスの存在により、電力系統に
リアクトルを直列に接続したことになり、系統事故時の
限流装置として作用させることができる。従って、電力
系統で短絡事故を検出したとき、図１０では図示を省略
した制御回路にその機能を持たせることによって電力系
統の保護機能を高めることができる。

【００４０】図１１は本発明に係る電力系統安定化装置
の第６の実施形態の主回路系統の構成を示す回路図であ
る。図中、図１又は図２と同一の要素には同一の符号を
付してその説明を省略する。この実施形態は図１又は図
２に示した並列変圧器５、直列変圧器４、チョッパ装置
６及び環流装置７でなる電力系統安定化装置と、コンバ
ータ及びインバータを含んでなる自励式位相調整器とを
組合わせたものである。自励式位相調整器は並列変圧器
５ａ、コンバータ２３、平滑用の直流コンデンサ２５、
インバータ２４及び直列変圧器４ａによって構成されて
いる。

【００４１】このうち、並列変圧器５ａの一次巻線の一
端は共通接続されると共に接地され、その他端すなわち
星形接続された他端が３相交流電力系統１ａの連系点２
の各線路に接続され、二次巻線は三角接続されてその相
互接続点にコンバータ２３が接続されている。コンバー
タ２３はそれぞれ環流ダイオードが逆並列接続された６
個のＩＧＢＴが三相ブリッジ接続されたものでなり、そ
の直流出力端にインバータ２４と平滑用の直流コンデン
サ２５とが接続されている。インバータ２４もまたそれ
ぞれ環流ダイオードが逆並列接続された６個のＩＧＢＴ
が三相ブリッジ接続されたものでなり、その出力端に直
列変圧器４ａの二次巻線が接続されている。直列変圧器
４ａの一次巻線はそれぞれ３相交流電力系統１ｂに連系
する線路に接続されるが、その二次巻線はΔ接続されて
相互接続点がインバータ２４の交流出力端に接続されて
いる。

【００４２】この実施形態は自励式位相調整器を構成す
る直列変圧器４ａの一次巻線に誘起された電圧と、図２
に示した電力系統安定化装置を構成する直列変圧器４の
一次巻線に誘起された電圧とを合成した電圧Ｖo が３相
交流電力系統１ａの電圧に重畳されて３相交流電力系統
１ｂに供給される。

【００４３】上述した自励式位相調整器は誘起電圧Ｖo
の大きさ及び電圧位相を同時に調整できる利点を有する
反面、使用するスイッチング素子の数が多いため制御系
統の構成が複雑であった。これに対して、図２に示した
電力系統安定化装置は誘起電圧Ｖo 大きさの制御はでき
るが、その位相は並列変圧器５の結線状態で決まる固定
位相である。図１１に示した実施形態はこの両者を組合
わせることによって、自励式位相調整器に電圧Ｖo の位
相調整を主に行わせて制御系統の構成を簡易化すると同
時に、図２に示した電力系統安定化装置によって電圧Ｖ
o の大きさの調整を行わせることができる。

【００４４】図１２は図１１に示した電力系統安定化装
置の電圧、電流の関係を示すベクトル図であり、斜線部
が電圧Ｖo の可変範囲を示している。すなわち、誘起電
圧Ｖo の位相を制御することにより系統電流Ｉに対して
位相の進み角を９０度を中心にする範囲に調整し、そこ
で、誘起電圧Ｖo の大きさを制御すると、恰も系統に可
変の直列コンデンサを接続したような動作をさせること
ができる。直列コンデンサは系統のインピーダンスを減
少させる働きをするもので、直列コンデンサの容量を制
御できることは電力潮流に対して大きな効果が得られ
る。系統電圧と系統電流の位相差が少なく、力率の高い
電力系統では、コンバータ及びインバータを備える自励
式位相調整器の容量は小さくなり、スイッチング素子の
数が少ないけれども制御性能の高い系統安定化装置が得
られる。

【００４５】図１３は本発明に係る電力系統安定化装置
の第７の実施形態の主回路系統の構成を示す回路図であ
る。図中、図４と同一の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。この実施形態は図４に示した直列変
圧器４、並列変圧器５、チョッパ装置６及び環流装置７
でなる電力系統安定化装置を、同一の線路に多重接続し
たものと、図１１に示した並列変圧器５ａ、コンバータ
２３、直流コンデンサ２５、インバータ２４及び直列変
圧器４ａでなる自励式位相調整器を組合わせたものであ
る。この実施形態によれば、３相交流電力系統１ａの電
圧Ｖa に重畳させて３相交流電力系統１ｂの電圧Ｖｂと
する電圧Ｖo の大きさと位相が調整でき、少ないスイッ
チング回数で歪みの少ない電圧Ｖo が得られる効果があ
る。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、電力系統
の連系点に一次巻線が線路と並列に接続された並列変圧
器の二次巻線と、一次巻線が線路に直列に接続された直
列変圧器二次巻線とを相互に接続し、電力系統の潮流を
抑制するように、並列変圧器の二次巻線に誘起される電
圧の大きさをチョッパ装置により制御すると共に、チョ
ッパ装置のオフ期間に直列変圧器の二次巻線電流を環流
装置により環流させるので、チョッパ装置のオン、オフ
期間を適切に決定することによって、線路上に誘起され
る電圧を高速かつ任意に調節することができ、これによ
って線路インピーダンスを高速に制御できる効果が得ら
れる。

【００４７】請求項２に係る発明によれば、請求項１に
記載の制御系統を複数組備え、順次異なるチョッパ装置
をオン、オフ制御するので、少ないスイッチング回数に
て歪みの少ない誘起電圧が得られる効果もある。

【００４８】請求項３に係る発明によれば、連系点から
見た直列変圧器の誘起電圧が連系点の電圧に対して位相
が９０度ずれるような極性にて並列変圧器の二次巻線と
直列変圧器の二次巻線とを接続したので、線路の容量性
インピーダンスを変化させることができ、線路の固有イ
ンピーダンスを打ち消す効果も得られる。

【００４９】請求項４に係る発明によれば、チョッパ装
置として、複数のダイオードがブリッジ接続されたダイ
オードブリッジ回路の直流端子間に自己消弧形スイッチ
ング素子が接続されたものを用いるので、一つの自己消
弧形スイッチング素子をオン、オフ制御すれば済むため
制御回路の構成が簡易化される利点がある。

【００５０】請求項５に係る発明によれば、環流装置と
して、複数のダイオードがブリッジが接続されたダイオ
ードブリッジ回路の直流端子間に自己消弧形スイッチン
グ素子接続されたものを用いるので、一つの自己消弧形
スイッチング素子をオン、オフ制御すれば済むため制御
回路の構成が簡易化される利点もある。

【００５１】請求項６に係る発明によれば、並列変圧器
の二次巻線に並列に接続されたコンデンサを備えている
ので、並列変圧器の一次巻線に入力される電流波形を改
善できる効果もある。

【００５２】請求項７に係る発明によれば、環流装置と
直列変圧器との間の配線に直列に接続されたリアクトル
と、配線に並列に接続されたコンデンサとを備えている
ので、各直列変圧器の一次巻線に誘起される電圧波形の
歪率を低減することができるという効果も得られる。

【００５３】請求項８に係る発明によれば、チョッパ装
置と環流装置との間にエネルギー吸収装置を接続してい
るので、チョッパ装置又は環流装置を構成するスイッチ
ング素子を過電圧に伴う破壊から保護する利点もある。

【００５４】請求項９に係る発明によれば、電力系統で
短絡事故が発生したとき、制御手段はチョッパ装置をオ
フ状態とし、環流装置を環流状態にするので、直列変圧
器を限流装置として作用させることができ、これによっ
て電力系統の保護機能を高めることができる効果も得ら
れる。

【００５５】請求項１０に係る発明によれば、対応する
二組の並列変圧器及び直列変圧器のうち、一組の並列変
圧器及び直列変圧器を自励式位相調整器とするので、直
列変圧器に誘起される電圧の大きさ及び位相を同時に制
御でき、これによつて、電力系統の安定化性能がさらに
高めることができる効果が得られる。

【００５６】請求項１１に係る発明によれば、対応する
複数組の並列変圧器及び直列変圧器のうち、一組の並列
変圧器及び直列変圧器を自励式位相調整器とするので、
直列変圧器に誘起される電圧の大きさ及び位相を同時に
制御でき、これによつて、電力系統の安定化性能をさら
に高めることができ、さらに、順次異なるチョッパ装置
をオン、オフ制御するので、少ないスイッチング回数に
て歪みの少ない誘起電圧が得られる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力系統安定化装置の第１の実施
形態の主回路系統の構成を示す回路図。

【図２】図１に示した第１の実施形態を構成する要素の
制御回路図。

【図３】図１に示した第１の実施形態の動作を説明する
ためのベクトル図。

【図４】本発明に係る電力系統安定化装置の第２の実施
形態の主回路系統の構成を示す回路図。

【図５】図１に示した第１の実施形態又は図４に示した
第２の実施形態を構成する要素の他の構成を示すスイッ
チング回路。

【図６】図１に示した第１の実施形態を構成するチョッ
パ装置に図５に示したスイッチング回路を適用した回路
図。

【図７】図１に示した第１の実施形態を構成する環流装
置に図５に示したスイッチング回路を適用した回路図。

【図８】本発明に係る電力系統安定化装置の第３の実施
形態の主回路系統の構成を示す回路図

【図９】本発明に係る電力系統安定化装置の第４の実施
形態の主回路系統の構成を示す回路図

【図１０】本発明に係る電力系統安定化装置の第５の実
施形態の主回路系統の構成を示す回路図

【図１１】本発明に係る電力系統安定化装置の第６の実
施形態の主回路系統の構成を示す回路図

【図１２】図１１に示した第６の実施形態の動作を説明
するためのベクトル図。

【図１３】本発明に係る電力系統安定化装置の第７の実
施形態の主回路系統の構成を示す回路図。

【図１４】従来の電力系統安定化装置としての位相変圧
器の回路構成図。

【図１５】図１４に示した位相変圧器の動作を説明する
ためのベクトル図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ ３相交流電力系統 ２ 連系点 ３，５，５ａ 並列変圧器 ４，４ａ 直列変圧器 ６ チョッパ装置 ７ 環流装置 ８ 電圧検出手段 ９ 電流検出手段 １０ 制御回路 １１ 自己消弧形スイッチング素子 １２〜１７ ダイオード １８ スイッチング回路 ２０ リアクトル回路 ２１ コンデンサ回路 ２２ エネルギー吸収回路 ２３ コンバータ ２４ インバータ ２５ 直流コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G066 DA01 5H420 BB02 BB12 BB13 BB14 CC04 DD03 EA03 EA20 EA27 EA37 EA45 EA47 EB04 EB05 EB38 FF03 FF04 FF24 FF25 LL02 5H750 BA01 BA08 BA09 BB16 CC02 CC03 CC11 DD25 FF02 FF05 GG02 GG04

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力系統の連系点に一次巻線が線路と並列
   に接続された並列変圧器と、 一次巻線が前記線路に直列に接続され、二次巻線が前記
   並列変圧器の二次巻線に接続された直列変圧器と、 スイッチング素子のオン、オフにより、前記並列変圧器
   の二次巻線に誘起される電圧の大きさを制御するチョッ
   パ装置と、 スイッチング素子をオン状態にして前記直列変圧器の二
   次巻線電流を環流させる環流装置と、 前記直列変圧器の一次巻線の誘起電圧と、前記線路の電
   流とをそれぞれ検出する検出手段と、 前記検出手段の検出値に基づいて電力の送電損失が最小
   になるように、前記チョッパ装置のスイッチング素子を
   オン、オフ制御すると共に、前記チョッパ装置のスイッ
   チング素子のオフ期間に前記環流装置のスイッチング素
   子をオン状態に制御する制御手段と、 を備えた電力系統安定化装置。
2. 【請求項２】電力系統の連系点に一次巻線が線路と並列
   に接続された複数台の並列変圧器と、 前記並列変圧器にそれぞれ対応して設けられ、一次巻線
   がそれぞれ前記線路に直列に接続され、二次巻線が対応
   する前記並列変圧器の二次巻線に接続された複数台の直
   列変圧器と、 スイッチング素子のオン、オフにより、それぞれ前記並
   列変圧器の二次巻線に誘起される電圧の大きさを制御す
   る複数台のチョッパ装置と、 スイッチング素子をオン状態にしてそれぞれ前記直列変
   圧器の二次巻線電流を環流させる複数台の環流装置と、 複数台の前記直列変圧器の一次巻線に誘起される電圧の
   合成値と、前記線路の電流とをそれぞれ検出する検出手
   段と、 前記検出手段の検出値に基づいて電力の送電損失が最小
   になるように、順次異なる前記チョッパ装置のスイッチ
   ング素子をオン、オフ制御すると共に、前記チョッパ装
   置のスイッチング素子のオフ期間に対応する前記環流装
   置のスイッチング素子をオン状態に制御する制御手段
   と、 を備えた電力系統安定化装置。
3. 【請求項３】前記連系点から見た前記直列変圧器の誘起
   電圧が前記連系点の電圧に対して位相が９０度ずれるよ
   うな極性にて前記並列変圧器の二次巻線と前記直列変圧
   器の二次巻線とを接続した請求項１又は２に記載の電力
   系統安定化装置。
4. 【請求項４】前記チョッパ装置は複数のダイオードがブ
   リッジ接続されたダイオードブリッジ回路と、前記ダイ
   オードブリッジ回路の直流端子間に接続された自己消弧
   形スイッチング素子とを備え、前記ダイオードブリッジ
   回路の交流端子に前記並列変圧器の二次巻線の星形結線
   される共通接続側端子がそれぞれ接続され、前記制御手
   段が前記自己消弧形スイッチング素子をオン、オフ制御
   する請求項１乃至３のいずれかに記載の電力系統安定化
   装置。
5. 【請求項５】前記環流装置は複数のダイオードがブリッ
   ジ接続されたダイオードブリッジ回路と、前記ダイオー
   ドブリッジ回路の直流端子間に接続された自己消弧形ス
   イッチング素子とを備え、前記ダイオードブリッジ回路
   の交流端子に前記直列変圧器の二次巻線の星形結線され
   た相電圧出力端子が接続され、前記制御手段が前記自己
   消弧形スイッチング素子をオン、オフ制御する請求項１
   乃至４のいずれかに記載の電力系統安定化装置。
6. 【請求項６】前記並列変圧器の二次巻線にそれぞれ並列
   接続されたコンデンサを備えた請求項１乃至５のいずれ
   かに記載の電力系統安定化装置。
7. 【請求項７】前記環流装置と前記直列変圧器との間の配
   線に直列に接続されたリアクトルと、 前記配線に並列に接続されたコンデンサとを備えた請求
   項１乃至６のいずれかに記載の電力系統安定化装置。
8. 【請求項８】前記環流装置から見て前記直列変圧器側の
   前記配線に接続されたエネルギー吸収装置を備えた請求
   項１乃至７のいずれかに記載の電力系統安定化装置。
9. 【請求項９】電力系統で短絡事故が発生したとき、前記
   制御手段は前記チョッパ装置のスイッチング素子をオフ
   状態とし、前記環流装置のスイッチング素子をオン状態
   にする請求項１乃至８のいずれかに記載の電力系統安定
   化装置。
10. 【請求項１０】電力系統の連系点に一次巻線が線路と並
    列に接続された２台の並列変圧器と、 前記並列変圧器にそれぞれ対応して設けられ、一次巻線
    がそれぞれ前記線路に直列に接続され、二次巻線が対応
    する前記並列変圧器の二次巻線に接続された２台の直列
    変圧器と、 スイッチング素子のオン、オフにより、２台のうちのい
    ずれか一方の前記並列変圧器の二次巻線に誘起される電
    圧の大きさを制御するチョッパ装置と、 スイッチング素子をオン状態にして前記一方の並列変圧
    器に接続された前記直列変圧器の二次巻線電流を環流さ
    せる環流装置と、 ２台のうちのいずれか他方の前記並列変圧器の二次巻線
    に誘起された交流を直流に変換するコンバータ、このコ
    バータの出力を交流に変換して対応する前記直列変圧器
    の二次巻線に印加するインバータを含んでなる自励式位
    相調整器と、 複数台の前記直列変圧器の一次巻線に誘起される電圧の
    合成値と、前記線路の電流とを検出する検出手段と、 前記検出手段の検出値に基づいて電力の送電損失が最小
    になるように、前記チョッパ装置のスイッチング素子を
    オン、オフ制御すると共に、前記チョッパ装置のスイッ
    チング素子のオフ期間に前記環流装置のスイッチング素
    子をオン状態に制御し、かつ、前記自励式位相調整器を
    制御する制御手段と、 を備えた電力系統安定化装置。
11. 【請求項１１】ｎを３以上の整数として、電力系統の連
    系点に一次巻線が線路と並列に接続されたｎ台の並列変
    圧器と、 前記並列変圧器にそれぞれ対応して設けられ、一次巻線
    がそれぞれ前記線路に直列に接続され、二次巻線が対応
    する前記並列変圧器の二次巻線に接続されたｎ台の直列
    変圧器と、 スイッチング素子のオン、オフにより、ｎ台のうちのｎ
    −１台の前記並列変圧器の二次巻線に誘起される電圧の
    大きさを制御するｎ−１台のチョッパ装置と、 スイッチング素子をオン状態にして前記ｎ一１台の並列
    変圧器に接続された前記直列変圧器の二次巻線電流をそ
    れぞれ環流させるｎ一１台の環流装置と、 ｎ台のうちの残りの１台の前記並列変圧器の二次巻線に
    誘起された交流を直流に変換するコンバータ、このコバ
    ータの出力を交流に変換して対応する前記直列変圧器の
    二次巻線に印加するインバータを含んでなる自励式位相
    調整器と、 複数台の前記直列変圧器の一次巻線に誘起される電圧の
    合成値と、前記線路の電流とを検出する検出手段と、 前記検出手段の検出値に基づいて電力の送電損失が最小
    になるように、順次異なる前記チョッパ装置のスイッチ
    ング素子をオン、オフ制御すると共に、前記チョッパ装
    置のスイッチング素子のオフ期間に対応する前記環流装
    置のスイッチング素子をオン状態に制御し、かつ、前記
    自励式位相調整器を制御する制御手段と、 を備えた電力系統安定化装置。