JP2000350367A - 直列補償装置と電力系統の直列補償システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流系統の状態によらず常に安定した状態で
系統のインピーダンスを補償すること。 【解決手段】 サイリスタ１０、１２を容量性インピー
ダンス領域で運転するときに、点弧位相角βとして０か
ら（βｌｉｍ−Δβｃ）の範囲のものを選択し、この点
弧位相角βにしたがった制御角αの点弧パルス信号でサ
イリスタ１０、１２を点弧し、サイリスタ１０、１２を
誘導性インピーダンス領域で運転するときには、点弧位
相角βとして（βｌｉｍ＋Δβｌ）から９０度の範囲内
のものを選択し、この点弧位相角βにしたがった制御角
αの点弧パルス信号でサイリスタ１０、１２を点弧す
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、直列補償装置と電
力系統の直列補償システムに係り、特に、交流送電線に
挿入された直列コンデンサと交流リアクトルにより交流
送電線のインピーダンスを補償するに好適な直列補償装
置と電力系統の直列補償システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】交流送電線で構成された交流系統におい
ては、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、交流送電線に直列に直列コンデンサを
挿入する直列補償システムが採用されている。このシス
テムは、長距離送電線の多い北欧や北米・南米を中心に
適応されている。

【０００３】直列補償システムを交流送電線に適用した
場合、補償効果を多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、発電機の軸ねじれ（ＳＳＲ）が問題と
なる。この対策として、直列コンデンサの容量をサイリ
スタで変えるサイリスタ制御直列コンデンサ（ＴＣＳ
Ｃ）がアメリカの電力研究所（ＥＰＲＩ）を中心に開発
され、実際の系統での適用が検討されている。

【０００４】一方、わが国では環境問題や送電信頼度の
向上から電力会社間の連係が進められている。しかし、
単に広域連係を行なうと、交流系統の増大に伴って事故
時には短絡容量が増大するという問題点が生じる。そこ
で、広域連係を行なうに際しては、短絡電流が６３ｋＡ
を越えるとアークの発生によって遮断器では遮断できな
いことを考慮し、交流送電線にリアクトルを入れて限流
することが考えられている。しかし、単に交流送電線に
リアクトルを挿入すると、インピーダンスが増大するた
め、系統の安定度が悪くなる。

【０００５】この対策として、サイリスタ制御直列コン
デンサを用いた制御法が提案されている。この種の制御
法としては、例えば、特開平９−７４６８２号公報に記
載されているように、交流送電線に直列に直列コンデン
サを挿入するとともに直列コンデンサと並列に交流リア
クトルと一対のサイリスタを接続し、系統の正常時に
は、安定性向上のために、交流リアクトルよりも直列コ
ンデンサに多くの電流を流し容量性インピーダンス領域
で運転して送電線の誘導性インピーダンス分を打ち消
し、系統故障時には、直列コンデンサよりも交流リアク
トルに多くの電流を流し誘導性インピーダンス領域で運
転して故障電流を抑制するようにしたものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術で
は、系統の故障時にサイリスタを誘導性インピーダンス
領域で運転する方法を採用しているが、サイリスタを点
弧位相角（制御進み角）９０度で点弧し、サイリスタを
全導通するだけであり、系統故障の内容に合わせて、誘
導性インピーダンス領域を有効に利用することについて
は十分配慮されていない。すなわち、サイリスタを誘導
性インピーダンス領域で運転する場合、サイリスタに対
する点弧位相角としては９０度よりも小さい範囲の角度
を利用することができる。

【０００７】一方、点弧位相角０度から９０度の範囲で
サイリスタを運転した場合、ある点弧位相角を境に一方
の領域では容量性インピーダンス領域となり、他方の領
域では誘導性インピーダンス領域となり、両者の領域の
境となる点弧位相角に対応した制御角でサイリスタを点
弧すると、直列コンデンサと交流リアクトルが商用周波
数と共振する。このため、サイリスタを運転するに際し
ては、系統の状態を考慮して点弧位相角を設定する必要
がある。

【０００８】本発明の目的は、交流系統の状態によらず
常に安定した状態で系統のインピーダンスを補償するこ
とができる直列補償装置と電力系統の直列補償システム
および電力系統の直列補償方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決るための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、交流送電線に直列に挿入された直列コン
デンサと、この直列コンデンサに並列接続された交流リ
アクトルと、この交流リアクトルに直列接続されて点弧
パルス信号に応答して前記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、前記交流送電線
の電流を検出する電流検出手段と、前記交流送電線の電
圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段の検出
電流と前記電圧検出手段の検出電圧とから前記交流送電
線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段
と、容量性のインピーダンス指令値と前記インピーダン
ス算出手段の算出値との偏差に応じて前記スイッチング
素子に対する点弧位相角を算出しこの算出結果に従った
制御角の点弧パルス信号を生成して前記スイッチング素
子に出力する容量性点弧パルス信号生成手段と、誘導性
のインピーダンス指令値と前記インピーダンス算出手段
の算出値との偏差に応じて前記スイッチング素子に対す
る点弧位相角を算出しこの算出結果に従った制御角の点
弧パルス信号を生成して前記スイッチング素子に出力す
る誘導性点弧パルス信号生成手段とを備え、前記容量性
点弧パルス信号生成手段と前記誘導性点弧パルス信号生
成手段は、前記コンデンサおよび前記交流リアクトルの
インピーダンスと前記点弧位相角との関係を示すインピ
ーダンス特性の容量性インピーダンス領域と誘導性イン
ピーダンス領域との境界との間にマージンを有するリミ
ット値に従って前記点弧位相角の算出値をそれぞれ制限
してなる直列補償装置を構成したものである。

【００１０】前記直列補償装置を構成するに際しては、
容量性点パルス信号生成手段と誘導製点弧パルス信号生
成手段を、コンデンサと交流リアクトルが交流送電線の
周波数で共振するときの点弧位相角との間にマージンを
有するリミット値に従って前記点弧位相角の算出値をそ
れぞれ制限してなるもので構成することができる。

【００１１】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。

【００１２】（１）前記誘導性点弧パルス信号生成手段
は、前記容量性点弧パルス信号生成手段の生成による点
弧パルス信号よりもパルス幅の広い点弧パルス信号を生
成してなる。

【００１３】（２）容量性のインピーダンス指令値にプ
ラスの符号を付加して前記容量性点弧パルス信号生成手
段に出力し、誘導性のインピーダンス指令値にはマイナ
スの符号を付加して前記誘導性点弧パルス信号生成手段
に出力するインピーダンス指令値出力手段を備え、前記
インピーダンス算出手段は、算出したインピーダンスの
うち容量性のインピーダンスにプラスの符号を付加して
前記容量性点弧パルス信号生成手段に出力し、誘導性の
インピーダンスにはマイナスの符号を付加して前記誘導
性点弧パルス信号生成手段に出力してなる。

【００１４】（３）前記交流送電線の電気信号を取り込
みこの電気信号に同期した第１の同期基準点と第１の同
期基準点とは位相の異なる第２の同期基準点を検出する
同期基準点検出手段を備え、前記容量性点弧パルス信号
生成手段は、前記容量性インピーダンス指令値に応答し
て前記容量性点弧パルス信号の制御角に対する基準点と
して前記第１の同期基準点を選択する容量性基準点選択
手段を有し、前記誘導性点弧パルス信号生成手段は、前
記誘導性インピーダンス指令値に応答して前記誘導性点
弧パルス信号の制御角に対する基準点として前記第２の
同期基準点を選択する誘導性基準点選択手段を有してな
る。

【００１５】また、本発明は、前記いずれかの直列補償
装置と、交流送電線の直列コンデンサと直列に挿入され
た限流リアクトルとを備えてなる電力系統の直列補償シ
ステムを構成したものである。

【００１６】さらに、本発明は、交流送電線と直列に直
列コンデンサと限流リアクトルをそれぞれ挿入し、前記
直列コンデンサと並列に交流リアクトルを接続し、点弧
パルス信号に応答して前記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を前記直列コンデン
サと前記交流リアクトルとの間に挿入してなるものにお
いて、前記交流送電線の正常時に容量性のインピーダン
ス指令値を生成するとともに、前記交流送電線の電気信
号を検出して前記交流送電線のインピーダンスを算出
し、前記容量性のインピーダンス指令値と前記インピー
ダンス算出値との偏差に応じて前記スイッチング素子に
対する点弧位相角を算出するとともに、前記コンデンサ
と前記交流リアクトルとが前記交流送電線の周波数で共
振するときの点弧位相角との間にマージンを有するリミ
ット値を最大値として前記点弧位相角の算出値を制限
し、前記リミット値以下に制限された点弧位相角の算出
結果に従った制御角の点弧パルス信号を生成して前記ス
イッチング素子に出力し、前記交流送電線の異常時には
誘導性のインピーダンス指令値を生成するとともに、前
記交流送電線の電気信号を検出して前記交流送電線のイ
ンピーダンスを算出し、前記誘導性のインピーダンス指
令値と前記インピーダンス算出値との偏差に応じて前記
スイッチング素子に対する点弧位相角を算出するととも
に、前記コンデンサと前記交流リアクトルとが前記交流
送電線の周波数で共振するときの点弧位相角との間にマ
ージンを有するリミット値を最小値として前記点弧位相
角の算出値を制限し、前記リミット値以上に制限された
点弧位相角の算出結果に従った制御角の点弧パルス信号
を生成して前記スイッチング素子に出力することを特徴
とする電力系統の直列補償方法を採用したものである。

【００１７】前記した手段によれば、点弧パルス信号を
生成するための点弧位相角を算出するに際して、コンデ
ンサおよび交流リアクトルのインピーダンスと点弧位相
角との関係を示すインピーダンス特性の容量性インピー
ダンス領域と誘導性インピーダンス領域との境界との間
にマージンを有するリミット値に従って点弧位相角の算
出値を制限したり、コンデンサと交流リアクトルとが交
流送電線の周波数で共振するときの点弧位相角との間に
マージンを有するリミット値に従って点弧位相角の算出
値を制限するようにしたため、スイッチング素子を容量
性インピーダンス領域あるいは誘導性インピーダンス領
域で運転するときに、系統の状態によらず点弧位相角が
一定の範囲に制限することができ、スイッチング素子を
常に安定に動作させることが可能になるとともに、系統
の状態に合わせて系統のインピーダンスを補償すること
が可能になる。

【００１８】

【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、交流
系統（電力系統）の交流送電線１００には直列コンデン
サＣが直列に挿入されており、この直列コンデンサＣと
並列に、交流リアクトルＬがサイリスタ１０、１２を介
して接続されている。サイリスタ１０、１２は互いに逆
並列接続されて交流リアクトルＬと直列コンデンサＣに
それぞれ接続されている。各サイリスタ１０、１２は制
御装置１４からの点弧パルス信号に応答して交流リアク
トルＬを流れる電流の位相を制御するスイッチング素子
として構成されている。また、交流送電線１００には、
交流送電線１００の電流を検出する電流検出手段として
の交流電流変成器１６が設けられているとともに、交流
送電線１００の電圧を検出する電圧検出手段としての交
流電圧変成器１８が交流送電線１００に接続されてい
る。そして交流電流変成器１６の検出電流と交流電圧変
成器１８の検出電圧はそれぞれ制御装置１４に入力され
ている。

【００１９】制御装置１４は、交流送電線１００の実際
のインピーダンスを検出するために、図２に示すよう
に、インピーダンス検出回路２０等を備えて構成されて
いる。このインピーダンス検出回路２０は、インピーダ
ンス算出手段として、交流電流変成器１６からの電流Ｉ
ａｃ、交流電圧変成器１８からの電圧Ｖａｃとを取り込
み、入力した電流と電圧から交流送電線１００のインピ
ーダンスＺｆを算出するとともに、算出したインピーダ
ンスのうち容量性のインピーダンスにはプラスの符号を
付加し、誘導性のインピーダンスにはマイナスの符号を
付加して出力するように構成されている。

【００２０】また制御装置１４は、インピーダンス検出
回路２０の検出によるインピーダンスとインピーダンス
指令値Ｚｐに基づいて各サイリスタ１０、１２の点弧パ
ルス信号を生成するために、図３に示すように、インピ
ーダンス指令値切替回路２２、容量性インピーダンス制
御回路２４、誘導性インピーダンス制御回路２６、出力
切替回路２８、β／α変換回路３０、位相制御回路３２
を備えて構成されている。

【００２１】インピーダンス指令値切替回路２２は、イ
ンピーダンス指令値出力手段として、インピーダンス指
令値Ｚｐと指令値Ｚｓｗとを受け、容量性のインピーダ
ンス指令値として、プラスの符号が付加されたインピー
ダンス指令値を出力し、誘導性のインピーダンス指令値
として、マイナスの符号が付加されたインピーダンス指
令値を出力するようになっている。すなわち、インピー
ダンス指令値Ｚｐに対して、容量性のインピーダンス指
令値を出力するときには、プラスの符号が付加された指
令値Ｚｓｗにしたがってインピーダンス指令値Ｚｐにプ
ラスの符号を付加して容量性インピーダンス制御回路２
４に出力し、誘導性のインピーダンス指令値を出力する
ときには、インピーダンス指令値Ｚｐに対して、マイナ
スの符号が付加された指令値Ｚｓｗに従ってインピーダ
ンス指令値Ｚｐにマイナスの符号を付加して誘導性イン
ピーダンス制御回路２６に出力するようになっている。

【００２２】容量性インピーダンス制御回路２４は、出
力切替回路２８、β／α変換回路３０、位相制御回路３
２とともに容量性点弧パルス信号生成手段として構成さ
れており、具体的には、図４に示すように、加算器３
４、容量性インピーダンス制御演算回路３６、Ｚｃ／β
変換回路３８を備えて構成されている。加算器３４に
は、インピーダンス指令値切替回路２２から、プラスの
符号が付加された容量性インピーダンス指令値Ｚｃｐが
入力されているとともに、インピーダンス検出回路２０
から、算出されたインピーダンスＺｃｆが入力されてい
る。このインピーダンスＺｃｆには、容量性のインピー
ダンスのときにはプラスの符号が、誘導性のインピーダ
ンスのときにはマイナスの符号が付加されている。加算
器３４は容量性インピーダンス指令値Ｚｃｐと算出され
たインピーダンスＺｃｆとの偏差に応じた信号を容量性
インピーダンス制御演算回路３６に出力するようになっ
ている。この制御演算回路３６は、加算器３４からの信
号、すなわち容量性インピーダンス指令値Ｚｃｐと算出
されたインピーダンスＺｃｆとの偏差を０にするための
比例積分演算を行なってインピーダンスＺｃを算出し、
この算出結果をＺｃ／β変換回路３８に出力するように
なっている。Ｚｃ／β変換回路３８は制御演算回路３６
の演算により得られたインピーダンスＺｃを点弧位相角
βに変換して出力するようになっている。この場合、本
実施形態では、Ｚｃ／β変換回路３８は、位相点弧角β
を生成する際して、点弧位相角βを一定の範囲内に制限
するリミッタとしての機能を備えて構成されている。

【００２３】具体的には、図５に示すように、サイリス
タ１０、１２に対する点弧位相角（制御進み角）βとし
ては０〜９０度の範囲で設定可能であるが、β＝０度
（制御角＝１８０度）のときにはサイリスタ１０、１２
は非導通状態で交流リアクトルＬには電流が流れないの
で、インピーダンスは直列コンデンサＣのインピーダン
スと同じ、Ｚｃ０＝１／ωＣ（ω＝２πｆ、ｆ：商用周
波数）となる。一方、点弧位相角βの値を大きくしてい
くと、サイリスタ１０、１２に流れる電流が増加すると
ともに、交流リアクトルＬに流れる電流が大きくなる。
そして点弧位相角βがβｌｉｍになると、容量性インピ
ーダンスは無限大となる。ただし点弧位相角βをβｌｉ
ｍにすると、直列コンデンサＣと交流リアクトルＬが商
用周波数で共振することになる。さらに点弧位相角βの
値をβｌｉｍより大きくすると、交流リアクトルＬに流
れる電流が直列コンデンサに流れる電流よりも大きくな
り、インピーダンスは誘導性のインピーダンスＺｌとな
る。

【００２４】そこで、容量性インピーダンスでサイリス
タ１０、１２を運転するに際しては、点弧位相角βとイ
ンピーダンスとの関係を示すインピーダンス特性のうち
容量性インピーダンス領域と誘導性インピーダンス領域
との境界を示す点弧位相角βｌｉｍとの間にマージンを
有するリミット値（βｌｉｍ−Δβｃ）を最大値とし
て、点弧位相角βの値を制限することとしている。すな
わち容量性インピーダンス領域でサイリスタ１０、１２
を運転するときには、点弧位相角βの値を０から（βｌ
ｉｍ−Δβｃ）の範囲で設定することとしている。な
お、Δβｃは、例えば１０度に設定されている。

【００２５】一方、誘導性インピーダンス制御回路２６
は、出力切替回路２８、β／α変換回路３０、位相制御
回路３２とともに誘導性点弧パルス信号生成手段として
構成されており、具体的には、図６に示すように、加算
器４０、誘導性インピーダンス制御演算回路４２、Ｚｌ
／β変換回路４４を備えて構成されている。

【００２６】加算器４０には、インピーダンス指令値切
替回路２２から誘導性のインピーダンス指令値（−Ｚｌ
ｐ）が入力されているとともに、インピーダンス検出回
路２０からマイナスの符号が付加されたインピーダンス
Ｚｌｆが入力されている。加算器４０は誘導性のインピ
ーダンス指令値（−Ｚｌｐ）と検出されたインピーダン
スＺｌｆとの偏差に応じた信号を誘導性インピーダンス
制御演算回路４２に出力するようになっている。制御演
算回路４２は、加算器４０からの信号、すなわち、誘導
性のインピーダンス指令値（−Ｚｌｐ）と検出されたイ
ンピーダンスＺｌｆとの偏差を０にするための比例積分
演算を行なって誘導性インピーダンスＺｌを算出し、算
出値をｚｌ／β変換回路４４に出力するようになってい
る。Ｚｌ／β変換回路４４は、入力された誘導性インピ
ーダンスＺｌを点弧位相角βに変換して出力するととも
に、誘導性インピーダンスＺｌを点弧位相角βに変換す
るに際して、本実施形態では、点弧位相角βの値をある
一定の範囲に制限するリミッタとしての機能を備えて構
成されている。

【００２７】具体的には、図５に示すように、点弧位相
角βの値をβｌｉｍと９０度の間に設定すると、サイリ
スタ１０、１２を誘導性インピーダンス領域で運転する
ことができ、β＝９０度でサイリスタ１０、１２を運転
すると、各サイリスタ１０、１２は全導通状態となり、
インピーダンスは交流リアクトルＬと直列コンデンサＣ
の並列インピーダンス値となる。すなわち誘導性のイン
ピーダンスＺｌ０となる。

【００２８】しかし、点弧位相角βの値をβｌｉｍに設
定すると直列コンデンサＣと交流リアクトルＬとが商用
周波数で共振することになる。そこで、本実施形態で
は、容量性インピーダンス領域と誘導性インピーダンス
領域の境界を示す点弧位相角βｌｉｍとの間にマージン
を有するリミット値である点弧位相角（βｌｉｍ＋Δβ
ｌ）を最小値として、点弧位相角βを（βｌｉｍ＋Δβ
ｌ）から９０度の範囲に制限することとしている。なお
Δβｌは、例えば、１０度に設定されている。

【００２９】また、点弧位相角βに対するインピーダン
スは、文献“「サイリスタ制御直列コンデンサの制御方
式の検討及び縮小モデルの開発」 電気学会論文誌Ｂ、
Ｖｏｌ．１１７、Ｎｏ．７"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の値から次式で求めら
れる。

【００３０】Ｘｔｃｓｃ＝πωＬ／（πω２ＬＣ−２β
＋ｓｉｎ２β） 図３に示す容量性インピーダンス制御回路２４、誘導性
インピーダンス制御回路２６で求められた点弧位相角β
に関する信号はそれぞれ出力回路２８に入力される。こ
の出力切替回路２８では、指令値Ｚｓｗにしたがってい
ずれか一方の点弧位相角βを選択してβ／α変換回路３
０に出力するようになっている。すなわち、出力切替回
路２８は容量性のインピーダンスが指令されたときには
容量性インピーダンス制御回路２４からの点弧位相角β
を選択し、誘導性インピーダンスが指令されたときには
誘導性インピーダンス制御回路２６からの点弧位相角β
を選択するようになっている。

【００３１】β／α変換回路３０は、入力された点弧位
相角βを制御角（制御遅れ角）αに変換するための処理
を行なうように構成されている。すなわち、点弧位相角
βの０度は制御角αの１８０度に相当し、サイリスタ１
０、１２を実際に点弧するに際しては、制御角α＝０度
を同期基準点として点弧タイミングを設定する必要があ
るので、点弧位相角βを制御角αに変換するための処理
を行なう。この場合、点弧位相角βと制御角αとの間に
は１８０度の差があるため、制御角α＝π−βの演算を
行なって制御角αを算出し、算出した制御角αに関する
信号を位相制御回路３２に出力する。

【００３２】位相制御回路３２は、制御角αにしたがっ
て容量性点弧パルス信号または誘導性点弧パルス信号を
生成して出力するようになっている。この場合、図７に
示すように、第１の同期基準点ｔ１を基準としたタイミ
ングで制御角αｃの容量性点弧パルス信号を出力し、第
２の同期基準点ｔ２を基準として制御角αｌの誘導性パ
ルス信号を出力することとしている。このため、位相制
御回路３２は、交流送電線１００から電気信号として電
流信号を取り込み、この電流信号を積分して電圧信号を
求め、この電圧信号のうち０クロス点を第１の同期基準
点ｔ１として検出し、第１の同期基準点ｔ１とは１８０
度位相の異なる点を第２の同期基準点ｔ２として検出す
る同期基準点検出手段としての同期基準点検出回路を内
蔵している。

【００３３】さらに、位相制御回路３２は、指令値Ｚｓ
ｗに応答して、指令値Ｚｓｗがプラスのときには容量性
点弧パルス信号の制御角αｃに対する基準点として第１
の基準点ｔ１を選択する容量性基準点選択手段としての
選択回路を内蔵しているとともに、指令値Ｚｓｗがマイ
ナスのときには誘導性点弧パルス信号の制御角αｌに対
する基準点として第２の同期基準点ｔ２を選択する誘導
性基準点選択手段としての選択回路を内蔵している。

【００３４】すなわち、図７（ａ）に示すように、送電
線１００を流れる電流ｉに対して、サイリスタ１０、１
２が容量性インピーダンス領域で運転されたときには直
列コンデンサＣの両端の電圧は電流ｉよりも９０度遅
れ、サイリスタ１０、１２が誘導性インピーダンス領域
で運転されたときには直列コンデンサＣの両端の電圧は
電流ｉよりも９０度進む。すなわち容量性インピーダン
ス領域におけるコンデンサＣの両端の電圧Ｖｃと誘導性
インピーダンス領域における直列コンデンサＣの両端の
電圧Ｖｌとは位相が１８０度異なる。

【００３５】そこで、本実施形態においては、指令値Ｚ
ｓｗに応じて同期基準点を１８０度切り替ることとして
いる。具体的には、容量性インピーダンス領域で運転す
るときには同期基準点ｔ１を基準として制御角αｃを設
定し、誘導性インピーダンス領域で運転するときには第
２の基準点ｔ２を基準として制御角αｌを設定すること
としている。そしてサイリスタ１０、１２を容量性イン
ピーダンス領域で運転するときには、サイリスタ１０に
対しては第１の同期基準点ｔ１を基準とした制御角αｃ
のタイミングで容量性点弧パルス信号を与え、サイリス
タ１２に対しては第２の同期基準点ｔ２を基準とした制
御角αｃを与えることになる。

【００３６】一方、サイリスタ１０、１２を誘導性イン
ピーダンス領域で運転するときには、サイリスタ１０に
対しては、第２の同期基準点ｔ２を基準とした設定され
た制御角αｌのタイミングで誘導性点弧パルス信号を与
え、サイリスタ１２に対しては第２の同期基準点ｔ２よ
り１８０度位相の遅れた第１の同期基準点ｔ１を基準と
して設定された制御角αｌのタイミングで誘導性点弧パ
ルス信号を与えることになる。

【００３７】さらに、サイリスタ１０、１２に点弧パル
ス信号を与えるに際しては、容量性点弧パルス信号とし
て、例えば、サイリスタ１０、１２を点弧させるに十分
なパルス幅として、５０μｓ程度の時間幅を有する狭幅
パルス信号を与え、誘導性点弧パルス信号をサイリスタ
１０、１２に与えるときには、点弧タイミングから指令
値Ｚｓｗが切り替わるタイミングまでサイリスタ１０、
１２を導通させ続けるための広幅パルス信号を出力する
ことにしている。すなわち、誘導性インピーダンス領域
でサイリスタ１０、１２を点弧させる場合、点弧パルス
信号のパルス幅が狭いと、サイリスタ１０、１２が導通
したあと非導通状態になることがあり、サイリスタ１
０、１２に流れる電流が断続し、サイリスタ１０、１２
がオフになって誘導性のインピーダンスを示さなくなる
恐れがある。このため、本実施形態においては、誘導性
インピーダンス領域でサイリスタ１０、１２を運転する
ときには、サイリスタ１０、１２が導通すべき期間全て
サイリスタ１０、１２に誘導性点弧パルス信号を与え続
け、サイリスタ１０、１２を導通期間全て点弧させるこ
とで、誘導性インピーダンス領域でも安定に動作させる
ことができる。

【００３８】上記構成において、交流送電線の正常時、
すなわち交流送電線１００が正常状態にあるときには、
容量性のインピーダンス指令値が生成され、このインピ
ーダンス指令値とインピーダンス検出回路２０によって
検出された系統のインピーダンスとが比較され、両者の
偏差に応じた点弧位相角βが算出される。このとき、点
弧位相角βを０からリミット値（βｌｉｍ−Δβｃ）の
範囲に制限する。この後、このリミット値以下に制限さ
れた点弧位相角βにしたがった制御角αを求めるととも
に、制御角αの点弧パルス信号を生成してサイリスタ１
０、１２を順次点弧する制御が行なわれる。これにより
送電線１００のインピーダンスは容量性インピーダンス
を示すことになる。

【００３９】一方、系統の異常時、例えば、送電線１０
０で短絡事故などが生じたときには、短絡電流の検出に
伴って誘導性のインピーダンス指令値が生成され、誘導
性のインピーダンス指令値とインピーダンス検出回路２
０の検出による系統のインピーダンスとが比較され、両
者の偏差に応じて点弧位相角βが算出されるとともに、
この点弧位相角βがリミット値（βｌｉｍ＋Δβｌ）か
ら９０度の範囲に制限される。そして、リミット値以上
に制限された点弧制御角βにしたがった制御角αｌの点
弧パルス信号が生成され、この誘導性点弧パルス信号に
したがってサイリスタ１０、１２が順次点弧され、送電
線１００のインピーダンスが誘導性インピーダンスを示
すことになる。これにより送電線１００の電流が誘導性
インピーダンスによって制限され、短絡電流を限流する
ことが可能になる。

【００４０】次に、前記実施形態における直流補償装置
を電力系統に適用したときのシステム構成を図８にした
がって説明する。

【００４１】本実施形態における電力系統の直流補償シ
ステムは、一方の交流系統４６と他方の交流系統４８と
を結ぶ交流送電線１００に直流補償装置が設けられてい
るとともに、交流送電線１００の線路中に直列コンデン
サＣと直列に限流リアクトルとして、短絡電流抑制用リ
アクトル５０が挿入されて構成されている。

【００４２】本実施形態においては、系統の正常時に
は、サイリスタ１０、１２を容量性インピーダンス領域
で運転する制御が行なわれ、系統の異常時、例えば、短
絡故障時には、サイリスタ１０、１２を誘導性インピー
ダンス領域で運転するための制御が行なわれる。この場
合リアクトル５０および交流リアクトルＬによって短絡
電流を限流することができ、短絡電流が限流された段階
で遮断器によって短絡電流を遮断することができる。こ
のあと系統が正常状態に戻ったときには、再びサイリス
タ１０、１２を容量性インピーダンス領域で運転するこ
とで、系統を安定した状態で運転することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
点弧パルス信号を生成するための点弧位相角を算出する
に際して、コンデンサおよび交流リアクトルのインピー
ダンスと点弧位相角との関係を示すインピーダンス特性
の容量性インピーダンス領域と誘導性インピーダンス領
域との境界との間にマージンを有するリミット値に従っ
て点弧位相角の算出値を制限したり、コンデンサと交流
リアクトルとが交流送電線の周波数で共振するときの点
弧位相角との間にマージンを有するリミット値に従って
点弧位相角の算出値を制限するようにしたため、スイッ
チング素子を容量性インピーダンス領域あるいは誘導性
インピーダンス領域で運転するときに、系統の状態によ
らず点弧位相角が一定の範囲に制限することができ、ス
イッチング素子を常に安定に動作させることが可能にな
るとともに、系統の状態に合わせて系統のインピーダン
スを補償することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す直流補償装置のブロ
ック構成図である。

【図２】インピーダンス検出回路のブロック構成図であ
る。

【図３】制御装置のブロック構成図である。

【図４】容量性インピーダンス制御回路のブロック構成
図である。

【図５】点弧位相角とインピーダンスとの関係を示すイ
ンピーダンス特性図である。

【図６】誘導性インピーダンス制御回路のブロック構成
図である。

【図７】図１に示す装置の作用を説明するための波形図
である。

【図８】電力系統の直流補償システムの構成を説明する
ブロック構成図である。

【符号の説明】

Ｃ 直列コンデンサ Ｌ 交流リアクトル １０、１２ サイリスタ １４ 制御装置 １６ 交流電流変成器 １８ 交流電圧変成器 ２０ インピーダンス検出回路 ２２ インピーダンス指令値切替回路 ２４ 容量性インピーダンス制御回路 ２６ 誘導性インピーダンス制御回路 ２８ 出力切替回路 ３０ β／α変換回路 ３２ 位相制御回路 ３４ 加算器 ３６ 容量性インピーダンス制御演算回路 ３８ Ｚｃ／β変換回路 ４０ 加算器 ４２ 誘導性インピーダンス制御演算回路 ４４ Ｚｌ／β変換回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 香田 勲 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20−１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 杉本 重幸 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20−１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 山崎 雄二 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20−１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 Ｆターム(参考） 5G066 DA04 FA01 FB08 FC11 5H420 BB14 CC04 DD03 EA03 EA44 EB05 FF03 FF04 FF22

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流送電線に直列に挿入された直列コン
   デンサと、この直列コンデンサに並列接続された交流リ
   アクトルと、この交流リアクトルに直列接続されて点弧
   パルス信号に応答して前記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、前記交流送電線
   の電流を検出する電流検出手段と、前記交流送電線の電
   圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段の検出
   電流と前記電圧検出手段の検出電圧とから前記交流送電
   線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段
   と、容量性のインピーダンス指令値と前記インピーダン
   ス算出手段の算出値との偏差に応じて前記スイッチング
   素子に対する点弧位相角を算出しこの算出結果に従った
   制御角の点弧パルス信号を生成して前記スイッチング素
   子に出力する容量性点弧パルス信号生成手段と、誘導性
   のインピーダンス指令値と前記インピーダンス算出手段
   の算出値との偏差に応じて前記スイッチング素子に対す
   る点弧位相角を算出しこの算出結果に従った制御角の点
   弧パルス信号を生成して前記スイッチング素子に出力す
   る誘導性点弧パルス信号生成手段とを備え、前記容量性
   点弧パルス信号生成手段と前記誘導性点弧パルス信号生
   成手段は、前記コンデンサおよび前記交流リアクトルの
   インピーダンスと前記点弧位相角との関係を示すインピ
   ーダンス特性の容量性インピーダンス領域と誘導性イン
   ピーダンス領域との境界との間にマージンを有するリミ
   ット値に従って前記点弧位相角の算出値をそれぞれ制限
   してなる直列補償装置。
2. 【請求項２】 交流送電線に直列に挿入された直列コン
   デンサと、この直列コンデンサに並列接続された交流リ
   アクトルと、この交流リアクトルに直列接続されて点弧
   パルス信号に応答して前記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、前記交流送電線
   の電流を検出する電流検出手段と、前記交流送電線の電
   圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段の検出
   電流と前記電圧検出手段の検出電圧とから前記交流送電
   線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段
   と、容量性のインピーダンス指令値と前記インピーダン
   ス算出手段の算出値との偏差に応じて前記スイッチング
   素子に対する点弧位相角を算出しこの算出結果に従った
   制御角の点弧パルス信号を生成して前記スイッチング素
   子に出力する容量性点弧パルス信号生成手段と、誘導性
   のインピーダンス指令値と前記インピーダンス算出手段
   の算出値との偏差に応じて前記スイッチング素子に対す
   る点弧位相角を算出しこの算出結果に従った制御角の点
   弧パルス信号を生成して前記スイッチング素子に出力す
   る誘導性点弧パルス信号生成手段とを備え、前記容量性
   点弧パルス信号生成手段と前記誘導性点弧パルス信号生
   成手段は、前記コンデンサと前記交流リアクトルとが前
   記交流送電線の周波数で共振するときの点弧位相角との
   間にマージンを有するリミット値に従って前記点弧位相
   角の算出値をそれぞれ制限してなる直列補償装置。
3. 【請求項３】 前記誘導性点弧パルス信号生成手段は、
   前記容量性点弧パルス信号生成手段の生成による点弧パ
   ルス信号よりもパルス幅の広い点弧パルス信号を生成し
   てなる請求項１または２記載の直列補償装置。
4. 【請求項４】 容量性のインピーダンス指令値にプラス
   の符号を付加して前記容量性点弧パルス信号生成手段に
   出力し、誘導性のインピーダンス指令値にはマイナスの
   符号を付加して前記誘導性点弧パルス信号生成手段に出
   力するインピーダンス指令値出力手段を備え、前記イン
   ピーダンス算出手段は、算出したインピーダンスのうち
   容量性のインピーダンスにプラスの符号を付加して前記
   容量性点弧パルス信号生成手段に出力し、誘導性のイン
   ピーダンスにはマイナスの符号を付加して前記誘導性点
   弧パルス信号生成手段に出力してなる請求項１、２また
   は３記載の直列補償装置。
5. 【請求項５】 前記交流送電線の電気信号を取り込みこ
   の電気信号に同期した第１の同期基準点と第１の同期基
   準点とは位相の異なる第２の同期基準点を検出する同期
   基準点検出手段を備え、前記容量性点弧パルス信号生成
   手段は、前記容量性インピーダンス指令値に応答して前
   記容量性点弧パルス信号の制御角に対する基準点として
   前記第１の同期基準点を選択する容量性基準点選択手段
   を有し、前記誘導性点弧パルス信号生成手段は、前記誘
   導性インピーダンス指令値に応答して前記誘導性点弧パ
   ルス信号の制御角に対する基準点として前記第２の同期
   基準点を選択する誘導性基準点選択手段を有してなる請
   求項１、２、３または４記載の直列補償装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４または５記載の直
   列補償装置と、前記交流送電線に直列コンデンサと直列
   に挿入された限流リアクトルとを備えてなる電力系統の
   直列補償システム。
7. 【請求項７】 交流送電線と直列に直列コンデンサと限
   流リアクトルをそれぞれ挿入し、前記直列コンデンサと
   並列に交流リアクトルを接続し、点弧パルス信号に応答
   して前記交流リアクトルを流れる電流の位相を制御する
   スイッチング素子を前記直列コンデンサと前記交流リア
   クトルとの間に挿入してなるものにおいて、 前記交流送電線の正常時に容量性のインピーダンス指令
   値を生成するとともに、前記交流送電線の電気信号を検
   出して前記交流送電線のインピーダンスを算出し、前記
   容量性のインピーダンス指令値と前記インピーダンス算
   出値との偏差に応じて前記スイッチング素子に対する点
   弧位相角を算出するとともに、前記コンデンサと前記交
   流リアクトルとが前記交流送電線の周波数で共振すると
   きの点弧位相角との間にマージンを有するリミット値を
   最大値として前記点弧位相角の算出値を制限し、前記リ
   ミット値以下に制限された点弧位相角の算出結果に従っ
   た制御角の点弧パルス信号を生成して前記スイッチング
   素子に出力し、 前記交流送電線の異常時には誘導性のインピーダンス指
   令値を生成するとともに、前記交流送電線の電気信号を
   検出して前記交流送電線のインピーダンスを算出し、前
   記誘導性のインピーダンス指令値と前記インピーダンス
   算出値との偏差に応じて前記スイッチング素子に対する
   点弧位相角を算出するとともに、前記コンデンサと前記
   交流リアクトルとが前記交流送電線の周波数で共振する
   ときの点弧位相角との間にマージンを有するリミット値
   を最小値として前記点弧位相角の算出値を制限し、前記
   リミット値以上に制限された点弧位相角の算出結果に従
   った制御角の点弧パルス信号を生成して前記スイッチン
   グ素子に出力することを特徴とする電力系統の直列補償
   方法。