JP2000501276A - 送電線間電力潮流制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 各送電線が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流をそれら端部間において搬送する少なくとも２つの送電線（１２、１４）を含む送電系統の電力潮流制御装置（１０）及び方法が開示されている。送電線を流れる交流電流の基本周波数を有し、大きさが可変で且つ送電線電流に対する位相角が制御可能な、少なくとも２つの交流電圧を発生させ、送電線に直列に結合する。発生させる各電圧の大きさ及び位相は、各送電線の実効無効／有効インピーダンスを調整し、送電線の２つの端部間を送られる有効電力を制御し、それと同時に、送電線間を個々に転送される有効電力の量を制御するために、選択的且つ個々に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 送電線間電力潮流制御装置及び方法 発明の背景 本発明は、交流送電線における電力潮流の制御装置及び方法に関し、さらに詳 細には、個々の送電線に対して直列無効電力補償を行うことができると同時にこ れら送電線間における有効電力の転送が可能な電力潮流コントローラ及び制御方 法に関する。 交流送電線を流れる電力潮流は、ラインインピーダンス、送端及び受端電圧の 大きさ、及びこれら電圧間の位相角の関数である。個々の送電線の電力潮流は、 固定またはサイリスタ制御の直列キャパシタを用いる無効電力直列補償によるか 、あるいは移相変圧器により制御するのが一般的である。近年、ソリッドステー ト・スイッチングコンバータを用いる新型の電力コントローラが提案されている 。米国特許第５，１９８，７４６号（発明の名称：Transmission Line Dynamic Impedance Compensation System）は、送電線電流と直角位相で被制御電圧を注 入することにより無効ラインインピーダンス及び送電電力を制御できる装置を記 載している。米国特許第５，３４３，１３９号（発明の名称：Generalized Fast Flow Power Controller）は、適当な電圧を注入することによって送電線インピ ーダンス、電圧及び位相角を同時に、または選択的に、制御して送電電力を制御 できる装置を記載している。１９９４年１２月３０日付け出願の同一出願人に譲 渡された米国特許出願第０８／３６６，６４６号は、米国特許第５，１９８，７ ４６号に記載されたと同様な態様で送電線電流と直角位相で電圧を注入すること により無効ラインインピーダンスを制御し、さらに外部のエネルギー貯蔵手段を 用いて送電線電流と同相の電圧成分を挿入することによって送電線に直列に正ま たは負の見掛け有効インピーダンスを一時的に発生させ、電力動揺の制動を支援 できる改良型直列補償方法を記載している。 これら全ての電力潮流コントローラに共通する特徴は、従来式または電子式装 置のいずれを使用するかには無関係に、結合された単一送電線の電力潮流を直接 制御できるに過ぎないことである。しかしながら、電圧バスには通常、何本かの 送電線が接続されており、それら送電線の他端は、送電回路網の構造によっては 、別の共通電圧バス或いは種々のバスに接続されている。送電線は似たような或 いは種々のインピーダンスをもつものである。従って、送電回路網の１本の送電 線の電力潮流を制御しても、それが回路網全体を経済的に利用する最適の解法に ならないであろうことが容易に分かる。例えば、複数本のラインよりなる送電線 網では、１つの送電線が過負荷状態にあり、別のラインが負荷不足状態にある場 合、理想的な解法は、他の送電線の電力潮流への影響を極力抑えながら、負荷不 足状態の送電線の送電電力を増加させ、過負荷状態の送電線の電力を減少させる ことであろう。最新式の電力潮流コントローラは１つの送電線のみの電力潮流を 増減できるに過ぎず、その送電線における変化が他の全ての送電線の電力潮流に 影響を与える可能性がある。かくして、有効電力の負担を１つの特定の送電線か ら別の送電線へ直接転送することができず、所望の潮流レベルが得られるまで個 々の電力潮流コントローラにより各送電線の電力潮流を間接的に変化できるに過 ぎない。 発明の概要 本発明は、直列電圧注入の方法により個々の送電線の送電電力を制御できるだ けでなく、１つの特定の送電線から他の１または２以上の送電線へ所定量の電力 を転送することも可能な、送電線間電力潮流コントローラ（ＩＰＦＣ）において 実現される。ＩＰＦＣは、個々の送電線に対して無効電力直列補償を行い、同時 にこれら送電線間において有効電力を制御された態様で転送することにより電力 潮流を制御する。 本発明に従って構成した電力潮流コントローラは、各送電線が２つの端部を備 え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流をそれら端部間において搬送する 少なくとも２つの送電線を含む送電系統の電力潮流を制御する。このコントロー ラは、送電線を流れる交流電流の基本周波数で、大きさが可変で且つ送電線電流 に対する位相角が制御可能な、少なくとも２つの交流電圧を発生させるコンバー タを含む。発生される各電圧はそれぞれ送電線のうちの１つに直列に結合される 。 制御装置は、発生される電圧の大きさ及び位相を制御することにより、各送電線 の実効無効／有効インピーダンスを、選択的且つ独立に、調整して、送電線の２ つの端部間の送電有効電力を制御し、同時に送電線間においてコンバータを介し て転送される有効電力の量をそれぞれ制御する。 本発明はまた、各送電線が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数 で交流電流をそれら端部間において搬送する少なくとも２つの送電線を含む送電 系統の電力潮流を制御する方法を包含する。この方法は、送電線を流れる交流電 流の基本周波数で、大きさが可変で且つ送電線電流に対する位相角が制御可能な 、少なくとも２つの交流電圧を発生させ、発生した各電圧を送電線のうちの１つ にそれぞれ直列に結合し、発生した各電圧の大きさ及び位相を制御して各送電線 の実効無効／有効インピーダンスを調整することにより送電線の２つの端部間を 送られる有効電力を制御し、同時に送電線間を転送される有効電力の量をそれぞ れ制御するステップより成る。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施例に従って構成した送電線間電力潮流コントローラの 略図である。 図２は、図１の送電線間電力潮流コントローラの動作を説明するベクトル図で ある。 図３は、本発明の別の実施例に従って構成した送電線間電力潮流の略図である 。 図４は、本発明の別の実施例に従って構成した送電線間電力潮流コントローラ の略図である。 図５は、本発明のさらに別の実施例に従って構成した送電線間電力潮流コント ローラの略図である。 図６は、本発明に従って構成した送電線間電力潮流コントローラのための制御 回路の略図である。 図７は、図６の制御回路の一部を示すブロック図である。 好ましい実施例の説明 図面を参照して、図１は電力系統の２つの平行な送電線１２，１４の電力潮流 を制御する送電線間電力潮流コントローラ１０の略図である。この電力系統は、 電圧がｖ_sの送端バス１６と、電圧がｖ_rである受端バス１８とを有する。送端バ ス１６は第１の電源２０に接続され、受端１８は第２の電源２２に接続されてい る。２つの送電線の特性は直列無効インピーダンスがＸ₁及びＸ₂であり、それぞ れ電流ｉ₁及びｉ₂を運ぶものと想定する。送電線間電力潮流コントローラの電力 回路は、この実施例では共通の直流リンク３０に背面結合された２つの電圧ソー ス型インバータ（voltage sourced inverter）２６，２８を含むコンバータ２４ より成る。２つのインバータはゲートターンオフ・サイリスタか或いは他の適当 な電力半導体を使用するものでよく、また出力波形を発生するための周知の方式 （例えば、調波中性化またはパルス幅変調）を用いるものでよい。交流系統への 結合を除き、ＩＰＦＣのインバータ構造は、米国特許第５，３４３，１３９号（ 発明の名称:Generalized Fast Flow Power Controller）に記載されたものと実 際に同一であろう。しかしながら、ＩＰＦＣの２つのインバータの出力を交流系 統に結合する回路構成には、この汎用型高速電力潮流コントローラに用いるもの とは基本的な相違がある。ＩＰＦＣでは、両方のインバータの交流出力が送電線 に直列に結合される。さらに詳しく説明すると、インバータ２６と２８の出力は それぞれ、挿入変圧器Ｔｒ₁，Ｔｒ₂を介して送電線１２、１４に直列に結合され る。米国特許第５，３４３，１３９号に示される汎用型高速電力潮流コントロー ラの回路構成では、両方のインバータが同一送電線に結合される。さらに、１つ のインバータの出力が送電線に直列に結合され、もう一つのインバータがその送 電線に並列に結合される。従って、米国特許第５，３４３，１３９号に開示され た汎用型高速電力潮流コントローラは、本発明の主要目的である、電力系統の２ または３以上の送電線間の電力潮流及びそれらの間における電力転送を制御でき るものではない。 図１の２つのインバータ２６，２８は、各送電線の送電可能電力を、２つの無 効補償インピーダンス基準信号Ｘ_c1及びＸ_c2により命令される個々の直列無効電 力補償と、有効電力基準信号Ｐ₁₂により命令される送電線１２、１４間の有効電 力転送により、変化させるように、制御装置３２により作動される。送電線電流 のような系統変数の測定値を表わす信号は、ラインｍｖ₁，ｍｖ₂，ｍｖ₃を介し て制御装置へ送られる。 図１において、各インバータは制御可能な交流出力電圧を交流電力系統の基本 周波数で発生させる。各出力電圧は、直列挿入変圧器Ｔｒ₁，Ｔｒ₂を介して個々 の送電線に結合される。各インバータの出力は、それが制御する特定の送電線の 電流と同期される。インバータ電圧の大きさだけでなく送電線電流に関するイン バータ電圧の位相は、直列に注入される電圧が送電線電流と直角位相の適当な成 分と、それと同相の別の成分とを有するように調整される。直角位相成分はその 送電線に対して直列無効電力補償を行い、また同相成分はその送電線から吸収す ることが望まれる量の有効電力を吸収するか或いはその送電線のために発生する ことが望まれる量の有効電力を発生する。（過負荷状態の送電線から電力が吸収 されるか或いは負荷不足状態の送電線へ電力が供給されるかのいずれかにより正 または負の）有効電力は、電力需要として、問題のインバータの直流端子へ転送 される。別の送電線（または複数の送電線）を制御する別の選択されたインバー タ（またはインバータ・セット）の出力電圧は、その結果得られる同相成分（ま たは同相成分の和）により、問題の過負荷または負荷不足状態の送電線と有効電 力を交換するインバータが要求する有効電力と大きさが同一であるが方向が反対 の有効電力が転送されるように調整される。このようにして、選択した送電線間 の有効電力の転送をインバータを介して行うことができ、それと同時に、各イン バータは個々の送電線に対して独立に制御された無効電力補償を継続して行う。 図１において、インバータ２６は送電線１２を流れる電流ｉ₁と同期される（ 電流と電圧の小文字は瞬時値を表わすが、大文字はＲＭＳ値及びフェーザを表わ す）。即ち、インバータ２６は電力系統の基本周波数で交流電圧Ｖ_pq1を発生す るが、その大きさは０とインバータ２６の定格で決まる最大値との間で制御可能 であり、その角度位置は送電線電流ｉ₁の角度位置に対して０から３６０°の間 で変化させることができる。この電圧Ｖ_pq1は変圧器Ｔｒ₁を介して送電線１２に 直列に挿入される。 送電線電流ｉ₁は直列変圧器Ｔｒ₁を流れて、注入電圧Ｖ_pq1と相互作用する。 一般的に、この相互作用は送電線１２とインバータ２６の間における有効及び無 効電力の交換を意味する。この電力の交換をフェーザ図である図２に示す。図２ から分かるように、電流ｉ₁と同相の電圧成分、Ｖ_pq1R、によりＰ₁₂＝Ｉ₁Ｖ_pq1R の有効電力が得られ、また電流ｉ₁と直角位相の電圧成分、Ｖ_pq1Q、）によりＱ_{C 1} =I₁V_pq1Qの無効電力が得られる。これらの式の形は単一相の量を意味すること に注意されたい。しかしながら、ＩＰＦＣの思想は単一相の電力系統に適用可能 であるが、実際には、三相電力系統に関連して通常、使用されることを理解され たい。しかしながら、これらの式は、それらが関連相の量、例えば線−中性電圧 及び線電流を表わすものとすることにより、またそれらをただ単に３重にするこ とにより、平衡三相系統にとっても成り立つようにすることができるため、この 本明細書の記載全体を通して前の簡略化した形を保持する。 電圧ソース型インバータの理論から知られるように、そして米国特許第５，３ ４３，１３９号に説明されているように、インバータ２８だけでなくインバータ ２６も、交換される無効電力Ｑ_c1を発生または吸収することができる。しかしな がら、インバータ２６は有効電力Ｐ₁₂を変換してその直流端子へ転送する。この 直流端子では、それはＶ_DCＩ_DCの形の有効電力需要（正または負）が提供される ように見える。Ｖ_DCは共通直流リンクの電圧であり、Ｉ_DCはそのリンクにより供 給されまたは吸収されるべき電流である。 量（１／Ｉ₁）Ｖ_pq1Qは、インバータが既存のラインインピーダンスＸ₁を補償 するために発生させてそれにより送電電力を増減する見掛け無効インピーダンス を表わす。この補償用インピーダンスは、注入電圧V_pq1Qが送電線電流に対して ９０°遅れているか進んでいるかにより、送電電力を増加させるために容量性で あるか、或いは送電電力を減少させるために誘導性である。補償用インピーダン スがＸ_c1であれば（Ｘ_c1＝（１／Ｉ₁）Ｖ_pq1Q）、送電線１２を送られる電力は Ｘ₁−Ｘ_c1により与えられるインピーダンスの差に逆比例する。Ｘ_c1は送電線１ ２の電力潮流をＩＰＦＣ制御装置が調整するための基準量である。インバータ２ ６により注入されるべき所望の直角位相電圧は、送電線電流Ｉ₁が分かっておれ ばこれから容易に導き出すことができる。即ち、Ｖ_pq1Q＝Ｘ_c1Ｉ₁である。 量（１／Ｉ₁）Ｖ_pq1Rは、インバータが発生する見掛け有効インピーダンスＲ₁ を表わす。このインピーダンスは、注入電圧成分Ｖ_pq1Rが送電線電流Ｉ₁と同相 か反対位相かにより、正（この場合、有効電力が送電線から吸収される）または 負（この場合、無効電力が送電線のために発生される）である。第１のケースで は、有効電力、Ｐ₁₂＝Ｉ₁Ｖ_pq1R＝（Ｉ₁）²Ｒ₁、が送電線から吸収されてインバ ータ２６及び２８の共通の直流端子へ転送される。第２のケースでは、Ｐ₁₂がイ ンバータ２６により共通直流端子から吸収されて送電線１２の交流端子に送られ る。送電線１２の観点から、これは有効電力定格がＰ₁₂である別の発電機が送端 電圧源に直列に接続されて送電線１２への全電力入力を増加させるケースと等価 である。 ＩＰＦＣのインバータ２８が、インバータ２６が送電線１２に直列に注入する のと大きさが等価で符号が反対の見掛け有効インピーダンスを送電線１４に直列 に注入しながら、独立に制御可能な見掛け無効インピーダンスを注入するように 作動されると、２つの見掛け有効インピーダンスのうちいずれが正であるか負で あるかにより、有効電力Ｐ₁₂が、送電線１２から送電線１４へ、またはその逆方 向に転送されると共に、両方の送電線がそれぞれ独立に制御された直列無効電力 補償を受けることが容易に分かる。これを実現するため、インバータ２８は送電 線１４を流れる電流Ｉ₂と同期される。即ち、インバータ２８は電力系統の周波 数で交流電圧Ｖ_pq2を発生するが、その大きさは０とインバータ２８の定格によ り決まる最大値の間で制御可能であり、その角度位置は電流Ｉ₂の角度位置に関 して０から３６０°の間で変化できる。この電圧Ｖ_pq2は変圧器Ｔｒ₂により送電 線１４と直列に挿入される。 送電線電流Ｉ₂は直列変圧器Ｔｒ₂を流れ、注入された電圧Ｖ_Pq2と相互作用す る。相互作用は、叙上のように、送電線１４とインバータ２８との間における有 効電力と無効電力の交換を意味する。さらに詳しく説明すると、電流Ｉ₂と同相 の電圧成分Ｖ_pq2Rが送電線１４とインバータ３０との間で交換される有効電力を 決定し、電流Ｉ₂と直角位相の電圧成分Ｖ_pq2Qが送電線１４とインバータ３０と の間で交換される無効電力を決定する。背面結合されたインバータの共通直流リ ンク３０を介する送電線１２と１４の間の有効電力の転送命令を満足させるため には、送電線２４とインバータ２８の間の有効電力の交換は送電線１２とイン バータ２６の間で交換される有効電力と大きさが等しく符号が反対でなければな らない。即ち、Ｉ₁Ｖ_pq1R＋Ｉ₂Ｖ_pq2R＝０である。送電線１４とインバータ２８ の間で交換される無効電力はＱ_c2＝Ｉ₂Ｖ_pq2Qにより決まり、電線１２とインバ ータ２６の間で交換される電力、Ｑ_c1＝Ｉ₁Ｖ_pq1Q、とは独立に制御可能である 。量、（１／Ｉ₂）Ｖ_pq2Q、は、インバータが既存の送電線インピーダンスＸ₂を 補償して送電線１４の送電有効電力を増減させるために発生させる見掛け無効イ ンピーダンスを表わす。この補償用インピーダンスは、インバータ２６により発 生される見掛け補償用インピーダンスと同様、注入電圧Ｖ_pq2Qが送電線電流に対 して９０°遅れているか或いは進んでいるかにより、送電電力を増加させるため の容量性か或いは送電電力を減少させるための誘導性である。補償用インピーダ ンスがＸ_c2である場合（Ｘ_c2＝（１／Ｉ₂）Ｖ_pq2Q）、送電線１４を介して送電 される電力はインピーダンスの差、Ｘ₂−Ｘ_c2、に逆比例する。このＸ_c2はまた 、ＩＰＦＣ制御装置３２が送電線１４の電力潮流を調整するための基準量でもあ る。インバータ２８により注入されるべき所望の直角位相電圧は、送電線電流Ｉ₂ が分かればこれから簡単に導くことができる。即ち、Ｖ_pq2Q＝Ｘ_c2Ｉ₂である。 上記のＩＰＦＣの実施例は、図３に示すようなＮ個（Ｎは整数）の複数送電線 に容易に拡張できることが分かる。図３において、複数（Ｎ個）の交流−直流イ ンバータ３４，３６，３８が変圧器Ｔｒ_{1 ´}、Ｔｒ_{2 ´}、Ｔｒ_nを介して送電線４ ０，４２，４４へそれぞれ直列に結合されている。直流リンク４６はインバータ へ共通直流入力電圧を与える。このシステムが作動するため必要条件は、全ての インバータにより交換される有効電力の和が０でなければならないことである。 Ｉ₁Ｖ_pq1R＋Ｉ₂Ｖ_pq2R＋．．．＋Ｉ_nＶ_pqnR＝０。そうでなければ、インバータ の動作に必要な交流電圧を維持することができない。図３の交流−直流インバー タは、他のタイプの電力コンバータ、例えば、直流リンクの代わりに交流リンク により結合される交流−交流コンバータで置き換えることが可能であり、これも 本発明の技術的範囲に含まれる。 ＩＰＦＣの別の一般化した構成を図４に示す。この実施例において、全て直流 バス５６に接続されたＮ個の直列インバータ４８，５０，５２がＮ本の送電線を 補償する。分流インバータ５８の形の別のインバータも直流バスに接続される。 分流インバータの交流端子は変圧器Ｔｒ_sを介して交流系統の適当なバスに接続 される。図４はまた、Ｎ本の送電線のうちの２本に給電する単一の交流バス６０ を示す。勿論、ＩＰＦＣは送電系統のバス構成によりいかなる制限を受けるもの ではない。直列インバータを介して給電される送電線は、任意数の関連するまた は関連しないバスからそれぞれ単独で或いはそれらの群から給電されることもあ る。分流インバータの目的は、全ての直列インバータにより交換される有効電力 の合計が０でなければならないという叙上の要件を取り除くことである。この場 合、交換される有効電力の和、即ちＩ₁Ｖ_pq1R＋Ｉ₂Ｖ_pq2R＋．．．＋Ｉ_nＶ_pqnR= Ｐ_diffは、分流インバータにより共通交流バスへ再循環される。換言すれば、こ の分流インバータは所望の直流端子電圧を維持するように制御され、そうするこ とによって、電力（正または負）、Ｐ_diff＝Ｖ_busＩ_inv-real、を交流バスと交 換する。この式、Ｖ_busＩ_inv-real、のＶ_busは交流バスの線−中性電圧であり、 Ｉ_inv-realは分流インバータにより引き出されるＶ_busと同相の電流成分である 。分流インバータは個々の送電線の補償及び電力転送制御における自由度を増加 させるため、この構成は数本の送電線を含む複雑な送電系統において電力の転送 を首尾よく行なうのに特に好適である。 当業者にとっては、本発明の他の実施例及び用途が実現可能であることが明ら かであろう。例えば、ＩＰＦＣは、図１の実施例に示す交流−直流電圧ソース型 インバータの代わりに、交流−直流電流ソース型インバータ、或いは共振リンク により作動されるインバータを用いて実現することが可能である。同様に、交流 −交流コンバータまたは周波数変換装置ような他のタイプの電力コンバータを用 いてＩＰＦＣを構成することも可能である。交流リンクを用いる場合、そのリン クに受動共振回路を結合することができる。また、好ましい実施例に用いたＩＰ ＦＣインバータ直流端子を、図５に示すように、大型の蓄積キャパシタ、バッテ リーバンク、超電導磁石蓄積手段等のようなエネルギー源またはエネルギー蓄積 装置６２に結合してもよい。電圧ソース型インバータは、リンクが電圧ソース型 特性を有する場合（例えば、リンクがバッテリーまたはキャパシタバンクに接続 されている場合）に使用されるであろうし、電流ソース型インバータはリンクが 電流ソース型特性を有する場合（例えば、リンクが回転機械または誘導性エネル ギー蓄積装置に接続されている場合）に用いられるであろう。図５の実施例にお いて、エネルギー蓄積装置は、結合回路６４を介して直流リンク５６に結合され る。この構成によれば、図３に示す基本的なＩＰＦＣシステムに対して規定され る、全てのインバータにより交換される有効電力の和が０でなければならない、 という条件に短期間であれば違反してもよい。このように、ＩＰＦＣは、１本（ または規定本数）の送電線だけの擾乱に対処できるように定格を定められた単一 のエネルギー蓄積装置を用いることにより、接続送電線の任意の１本における電 圧低下、電力動揺、次同期動揺等の過渡的な擾乱を封じ込めるように使用できる 。エネルギー蓄積装置を有するＩＰＦＣシステムの重要な用途のひとつは、配電 系統の給電線で起こる電圧低下の動的補償または復旧である。 ＩＰＦＣの電力回路の特定実施例及びそれらの種々の用途上の特徴を説明した が、当業者にとっては、上記の記載全体に照らして、さらに別の設計変更、変形 例及び新たな用途を想到できるであろう。従って、叙上の構成は例示的なものに 過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものと見なすべきではない。例えば、図 ５のエネルギー源は回転電機装置であってもよい。 図１に示すような２本の送電線を含む例に用いるＩＰＦＣの制御装置を図６に 示す。インバータ２６及び２８を制御する２つの本質的に同一の制御装置がある 。各装置は、送電線１２と１４の直列無効電力補償の度合を決定するために、独 立の無効インピーダンス基準入力（制御ユニット６６はＸ_c1 ^*）制御ユニット６ ８はＸ_c2 ^*）により作動される。１つの送電線からもう１つの送電線へ転送され る有効電力を決定する有効電力基準Ｐ₁₂ ^*は、制御装置６５ではその極性が反対 である点を除き２つの制御装置にとって共通である。このようにして、Ｐ₁₂ ^*の 基準値が正であることは、有効電力の転送が送電線１４から送電線１２へ行われ ることを意味し、基準値が負であることは有効電力の転送が送電線１２から送電 線１４の方向であることを意味する。 制御装置は、１９９４年１２月３０日付け出願の同一出願人が所有する米国特 許出願第０８／３６６，６４６号に明解に解説されるように、周知のベクトル制 御方式及び機能ブロックを用いる。 図６、特に制御装置６８を参照して、この装置はインバータ２８を作動して送 電線１４と直列に電圧ｖ_pq2を注入する。ｖ_pq2の大きさ及び角度は、送電線電流 ｉ₂と直角位相の成分ｖ_pq2Qが基準Ｘ_c2 ^*により決まる見掛け無効インピーダンス 、Ｘ_c2＝Ｖ_pq2R／Ｉ₂、を表わし、電流ｉ₂と同相の成分ｖ_pq2Rが基準Ｐ₁₂ ^*によ り決まる有効電力、Ｐ₁₂＝Ｉ₂ ²Ｒ₂、を与える見掛け有効インピーダンス、Ｒ₂＝ Ｖ_pq2R／Ｉ₂、を表わすようなものでなければならない。 制御装置６８のブロック図が示すように、送電線１４の三相電流の瞬時値は２ 軸ｄ／ｑ座標系の電流ベクトルにより表わされている。この電流ベクトルは大き さの瞬時値がｉ₂で、位相角の瞬時値がΘ₂である。これらの量は、３つの制御ブ ロック、即ちベクトルレゾルバ７０、ベクトル位相ロックループ７２及びベクト ル大きさ計算手段７４により導かれる。これら制御ブロックの詳細を図７に示す が、それらの動作は同業者によく理解されるものである。さらに説明が必要であ れば、同一出願人に譲渡された米国出願第０８／３６６，６４６号を参照された い。 インバータ２８の動作は４つの変数Ｘ_c2 ^*、Ｐ₁₂ ^*、Ｎｉ₂及びΘ₂により本質的 に決まる。図６から分かるように、電力基準が瞬時有効基準：Ｒ₂ ^*＝Ｐ₁₂ ^*／ｉ₂ ² に変換される。送電線１４の電流ベクトルに対する所望の直列電圧ベクトルの 大きさｅ₂ ^*及び角度β₂ ^*は、簡単な演算により基準量Ｘｃ₂ ^*、Ｒ₂ ^*、及び電流の 大きさｉ₂から導かれる。角度β₂ ^*は所望の直列電圧ベクトルの相対的な角度位 置を決定するため、この電圧ベクトルの全瞬時位相角、従ってインバータ２８に より発生されるべき電圧の位相角は式、φ₂＝Θ₂＋β₂ ^*、で与えられる。インバ ータ２８により発生される出力電圧の大きさは、ｅ₂ ^*／Ｖ_DCとして定義されるパ ラメータτ₂により制御される。ここで、ｅ₂ ^*は出力電圧の振幅、Ｖ_DCは直流リ ンクの電圧である。従って、所望の直列電圧ｅ₂ ^*／Ｖ_DCの大きさに対する直流電 圧の比率は、インバータ２８を作動させるに必要なτ₂の瞬時値を決定する。か くして、量φ₂及びτ₂を用いてスイッチ状態の探索表によりインバータ２８を作 動できる。この探索表は、規定された組のτ₂の値につき逐次蓄積され量φ₂の関 数として評価可能なスイッチ状態を表にしたものである。 図６に示すように、制御装置６６は制御装置６８と同じ構造を有し、同じよう に作動してインバータ２６のスイッチにゲート信号を与えるための制御変数φ₁ 、τ₁導出する。しかしながら、基準Ｒ₁ ^*（Ｒ₁ ^*＝Ｐ₁₂ ^*／ｉ₁ ²）の符号が、送電 線１４からインバータ２８により吸収される（正の）有効電力がインバータ２６ により直流リンクを介して送電線１２へ確実に送られるようにするために逆転（ −１を乗算）されることに注意されたい。 Ｒ₁ ^*はＲ₂ ^*と同じ電力を表わすため、またその符号は反対であるため、２つの インバータは、理論的には、直流リンク電圧が安定であれば滑らかな電力潮流を 提供するはずである。しかしながら、２つのインバータの電力回路の損失または 制御精度に小さな差が現実に存在すると、微妙な有効電力のバランスに小さな差 が生じて直流リンク電圧が揺動或いは激減することになる。直流リンク電圧を安 定化するため、特殊な電力等化制御装置７８を閉ループ回路構成で用いる。 再び図６を参照すると、基準入力Ｒ₂ ^*及び−Ｒ₁ ^*がそれぞれエラー信号ΔＲ₂及 び△Ｒ₁加えることにより修正されて、制御角β₂ ^*及びβ₁ ^*を発生させるための Ｒ_2r ^*及びＲ_1r ^*が得られることが分かる。エラー信号△Ｒ₁及び△Ｒ₂はそれぞれ 、注入電圧Ｖ_pq1、Ｖ_pq2の必要とされる大きさ信号ｅ₁ ^*及びｅ₂ ^*を比較して大き い方ｅ_max ^*を選択することにより開始されるプロセスにより導びかれる。これは 機能ブロックｍａｘ（ｅ₁ ^*、ｅ₂ ^*）により行われる。信号ｅ_max ^*はその後、直流 リンク電圧Ｖ_DCの適当にスケーリングされた値（ｋ_DC）と比較される。得られる 電圧エラーはｉ₁ｃｏｓβ₁ ^*及びｉ₂ｃｏｓβ₂（それぞれ注入電圧Ｖ_pq1、Ｖ_pq2 と同相である送電線電流ｉ₁、ｉ₂の成分）により割算されて正または負の有効イ ンピーダンスの差が得られるが、この差は所望の最大送電線無効電力補償及び有 効電力転送を容易にするために直流電圧を増加する必要性または減少する可能性 を示す。これらのエラーは、適当な増幅（ｋ₁、ｋ₂）を施した後、−Ｒ₁ ^*及びＲ₂ ^* へ加算されるとＲ_1r ^*及びＲ_2s ^*が得られ、それらがβ₁ ^*及びβ₂ ^*を変化させる 。正のエラーはをβ₂ ^*増加させ、β₁ ^*を減少させて、直流リンク電圧を増加させ るが、負のエラーは反対の作用を及ぼして直流リンク電圧を減少させることが分 かる。 本発明の特定実施例を詳細に説明したが、当業者は本明細書の記載全体から種 々の変形例及び設計変更を想到できるであろうことが分かる。従って、開示した 特定の構成は例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものにあらず、本 発明の技術的範囲としては請求の範囲の全幅及びその均等の範囲を全て与えられ るべきである。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．各送電線が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流を それら端部間において搬送する少なくとも２つの送電線を含む送電系統において 電力潮流を制御する電力潮流コントローラ（１０）であって、 送電線を流れる交流電流の基本周波数で、大きさが可変で且つ送電線電流に対 する位相角が制御可能な、少なくとも２つの交流電圧を発生させるコンバータ（ ２４）と、 コンバータにより発生される各交流電圧をそれぞれ送電線のうちの１つに直列 に結合する手段（Ｔｒ₁、Ｔｒ₂）と、 コンバータにより発生される各交流電圧の大きさ及び位相を制御することによ って、各送電線の実効無効／有効インピーダンスを調整し、送電線の２つの端部 間を送電される有効電力を制御する手段（３２）とより成る電力潮流コントロー ラ（１０）。 ２．コンバータにより発生される各交流電圧の大きさ及び位相を制御する前記手 段は、送電線間においてコンバータを介して個々に転送される有効電力の量を同 時に制御する請求項１の電力潮流コントローラ。 ３．前記コンバータは、直流端子が直流リンクを介して結合された少なくとも２ つの直流−交流インバータ（２６、２８）より成る請求項１の電力潮流コントロ ーラ。 ４．直流リンクに接続された電力源をさらに具備してなる請求項３の電力潮流コ ントローラ。 ５．直流リンクに結合されたエネルギー蓄積手段をさらに具備してなる請求項３ の電力潮流コントローラ。 ６．前記コンバータは、入力端子が共振リンク手段を介して結合された少なくと も２つの共振インバータ手段より成る請求項１の電力潮流コントローラ。 ７．コンバータは、少なくとも１つの交流−交流コンバータより成る請求項１の 電力潮流コントローラ。 ８．コンバータは、各々の一組の交流端子が交流リンクに結合された少なくとも ２つの交流−交流コンバータより成る請求項１の電力潮流コントローラ。 ９．交流リンクに結合された交流電源をさらに具備して成る請求項８の電力潮流 コントローラ。 １０．交流電源は交流系統の１または２以上の送電線により提供される請求項９ の電力潮流コントローラ。 １１．各送電線が２つの端部を備え、所定の送電線電圧と基本周波数で交流電流 をそれら端部間において搬送する少なくとも２つの送電線を含む送電系統におい て電力潮流を制御する方法であって、 送電線を流れる交流電流の基本周波数で、大きさが可変で且つ送電線電流に対 する位相角が制御可能な、少なくとも２つの交流電圧を発生させ、 発生した各交流電圧を送電線のうちの１つにそれぞれ直列に結合し、 発生した各交流電圧の大きさ及び位相を制御して、各送電線の実効無効／有効 インピーダンスを調整し、送電線の２つの端部間を送られる有効電力を制御する ステップより成る電力潮流制御方法。 １２．発生した各交流電圧の大きさ及び位相を制御する前記ステップは、送電線 間において個々に転送される有効電力の量を制御するステップを含む請求項１１ の電力潮流制御方法。