JP2005253215A - Power flow control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統間に回転形変圧器を用いた電力潮流制御装置に関する。 The present invention relates to a power flow control device using a rotary transformer between power systems.
従来、交流電力系統の送電部と受電部間に直列に接続し、送電部と受電部との電力潮流を調整する電力潮流制御器として、線路のリアクタンス補償を行なうことで電力潮流を調整可能とした可変直列コンデンサや、母線間の電圧位相差調整を行なうことで電力潮流を調整する位相調整器などが実用化されている。 Conventionally, the power flow can be adjusted by performing line reactance compensation as a power flow controller that is connected in series between the power transmission unit and the power reception unit of the AC power system and adjusts the power flow between the power transmission unit and the power reception unit. Such variable series capacitors and phase adjusters that adjust the power flow by adjusting the voltage phase difference between the buses have been put into practical use.
例えば、A.J.F.KERI等は、可変直列コンデンサの一実施例であるスイッチドコンデンサ方式を紹介している(非特許文献1)。このスイッチドコンデンサ方式は、複数の直列コンデンサに並列接続されたサイリスタスイッチをオン、オフし線路電流の通過するキャパシタンス量を可変にしている。 For example, A.J.F.KERI and others have introduced a switched capacitor system which is an embodiment of a variable series capacitor (Non-Patent Document 1). In this switched capacitor system, a thyristor switch connected in parallel to a plurality of series capacitors is turned on and off to vary the capacitance through which the line current passes.
また、A.J.F.KERI等は、可変直列コンデンサの一実施例であるサイリスタ制御直列コンデンサ方式も紹介している(非特許文献1)。このサイリスタ制御直列コンデンサ方式は、直列コンデンサにサイリスタ制御リアクトルが並列接続され、サイリスタの点弧角を制御し、キャパシタとの合成リアクタンスを連続制御している。 A.J.F.KERI and others also introduce a thyristor-controlled series capacitor system which is an embodiment of a variable series capacitor (Non-patent Document 1). In this thyristor-controlled series capacitor system, a thyristor control reactor is connected in parallel to the series capacitor, the firing angle of the thyristor is controlled, and the combined reactance with the capacitor is continuously controlled.
また、安海一郎等は、位相調整器の一実施例を示している。送電部と受電部間に位相調整用電圧を印加する直列変圧器と、その直列変圧器に位相調整用電圧を供給する調整変圧器と、タップ切替え機とで構成されている(非特許文献2)。 Moreover, Ichiro Ankai et al. Show one embodiment of a phase adjuster. A series transformer that applies a phase adjustment voltage between a power transmission unit and a power reception unit, an adjustment transformer that supplies the phase adjustment voltage to the series transformer, and a tap changer (non-patent document 2). ).
上述した可変直列コンデンサや位相調整器等の各電力潮流制御器で電力潮流を制御する電力潮流制御系は、電力系統内の電力潮流調整を行なう線路の電力潮流を検出して入力し、電力潮流指令値との偏差を零とし、電力潮流指令値相当の線路電力潮流を実現するために、電力潮流制御器の操作量を出力する。 The power flow control system that controls the power flow with each of the power flow controllers such as the variable series capacitor and the phase adjuster described above detects and inputs the power flow of the line for power flow adjustment in the power system, and inputs the power flow. In order to realize a line power flow equivalent to the power flow command value with zero deviation from the command value, an operation amount of the power flow controller is output.
電力潮流制御器の操作量は、例えば、スイッチドコンデンサ方式では、各サイリスタスイッチのオン、オフ信号であり、サイリスタ制御直列コンデンサ方式では、サイリスタ点弧角であり、位相調整器では、タップ点数や位相調整電圧指令値等である。 The amount of operation of the power flow controller is, for example, an ON / OFF signal of each thyristor switch in the switched capacitor method, a thyristor firing angle in the thyristor controlled series capacitor method, and a tap point or It is a phase adjustment voltage command value or the like.
上述した各電力潮流制御器では、それぞれの機器に対応した電力潮流制御系が出力する操作量により、電力潮流調整が可能となる。 In each power flow controller described above, the power flow can be adjusted by the operation amount output from the power flow control system corresponding to each device.
一方、近年、回転変圧器を電力系統間に用い、回転変圧器の回転速度を制御して、系統間の周波数のズレを調節する方式も報告されている(特許文献1)。
従来の電力潮流制御において、移相調整器は、タップ切替え機によるタップ調整により電力潮流制御を実現するため、電力潮流を微細に調整する用途には不向きであり、かつ動作速度が遅いという問題があった。 In conventional power flow control, the phase shift adjuster realizes power flow control by tap adjustment by a tap changer, so it is not suitable for applications that finely adjust power flow, and the operation speed is slow. there were.
また、タップ切替え機を頻繁にメンテナンスする必要があり、運用コストがかかるという問題もあった。 In addition, it is necessary to frequently maintain the tap changer, and there is a problem that operation costs are increased.
また、パワーエレクトロニクスを応用した電力変換器を用いて、高速かつ連続的に調整する方法も考えられるが、コストが高くなり、相対的に損失が大きいという問題があった。 Moreover, although the method of adjusting continuously at high speed using the power converter which applied power electronics is also considered, there existed a problem that cost became high and loss was relatively large.
また、この電力変換器は、半導体素子のスイッチング動作により高調波が発生するため、高調波の電力系統への流出を低減する電力フィルタが必要となり、その設置用地難やコスト高になる問題があった。 Further, since this power converter generates harmonics due to the switching operation of the semiconductor element, a power filter that reduces the outflow of the harmonics to the power system is necessary, and there is a problem that the installation site is difficult and the cost is high. It was.
さらに、半導体素子は、一般的に大電流の通過に不向きであるので、系統故障の際に発生する故障電流に対して、半導体素子を保護する保護装置が必要であり、かつ系統故障時に、即時の電力潮流制御が不可能であるという課題があった。 Furthermore, since the semiconductor element is generally unsuitable for passing a large current, a protection device for protecting the semiconductor element against a failure current generated in the event of a system failure is necessary, and immediately when the system failure occurs. There was a problem that it was impossible to control the power flow.
そこで、本発明は、電力潮流制御装置の要素機器としてストッパ装置を備えた回転形変圧器を用い、回転形変圧器の故障電流等の過渡大電流に対し大きな耐量を持ち、高調波の発生が無く、低損失で、メンテナンスフリーで低コストの電力潮流制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention uses a rotary transformer provided with a stopper device as an element device of the power flow control device, has a large tolerance against a transient large current such as a fault current of the rotary transformer, and generates harmonics. Another object is to provide a low-loss, maintenance-free and low-cost power flow control device.
具体的には、電力潮流制御装置内の主要機器である回転形変圧器が、ストッパ装置を設定して回転角度範囲を制限し、限られた角度範囲の中で両方向に回転することでメンテナンスを軽減し、さらに、制御系統を強化して、回転形変圧器の回転子回転角度と回転形変圧器を通過する有効電力の非線形な関係を補償する装置や、回転子の回転角度を制限する装置や、周波数や電圧変動に対するダンピング向上制御装置等を提供することを目的とする。 Specifically, the rotary transformer, which is the main device in the power flow control device, sets a stopper device to limit the rotation angle range and performs maintenance by rotating in both directions within the limited angle range. A device that reduces and further enhances the control system to compensate for the nonlinear relationship between the rotor rotation angle of the rotary transformer and the active power passing through the rotary transformer, and a device that limits the rotor rotation angle Another object is to provide a damping improvement control device for frequency and voltage fluctuations.
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の電力潮流制御装置は、回転子と固定子を有し、回転子が第1の交流電力系統と結合され、固定子が第2の交流電力系統と結合される回転形変圧器と、回転子の回転角度範囲を制限するストッパ装置と、回転子を駆動する駆動電動機と、回転形変圧器の現通過電力と所定通過電力を比較し、回転子の角速度指令値を算出する潮流制御器と、角速度指令値と回転子の角速度から駆動電動機の出力トルクを調整するトルク制御器とから構成され、回転子の固定子に対する回転角度を、ストッパ装置で所定の回転角度範囲に制限した状態で調整することにより、現通過電力を所定通過電力に制御可能としたことを特徴とする。
To achieve the above object, the power flow control device according to
また、請求項2に記載の電力潮流制御装置は、請求項1に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子と前記第1の交流電力系統を結合する第1母線の電圧の大きさと、固定子と前記第2の交流電力系統を結合する第2母線の電圧の大きさとを取り込み、所定通過電力に対応する第1母線と前記第2母線間の電圧位相差と、現通過電力に対応する第1母線と第2母線間の電圧位相差との電圧位相差偏差を算出し、電圧位相差偏差から回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする。
Further, the power flow control device according to
また、請求項3に記載の電力潮流制御装置は、請求項1に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子と第1の交流電力系統を結合する第1母線の電圧の大きさと、固定子と第2の交流電力系統を結合する第2母線の電圧の大きさと、第1母線もしくは第2母線を通過する無効電力値を取り込み、所定通過電力に対応する第1母線と第2母線間の電圧位相差と、現通過電力に対応する第1母線と第2母線間の電圧位相差との電圧位相差偏差を算出し、電圧位相差偏差から回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the power flow control device according to the first aspect, wherein the power flow controller is configured to increase the voltage of the first bus connecting the rotor and the first AC power system. And the magnitude of the voltage of the second bus connecting the stator and the second AC power system and the reactive power value passing through the first bus or the second bus, and the first bus and the second corresponding to the predetermined passing power The voltage phase difference deviation between the voltage phase difference between the two buses and the voltage phase difference between the first bus and the second bus corresponding to the current passing power is calculated, and the angular velocity command value of the rotor is calculated from the voltage phase difference deviation. It is characterized by doing.
また、請求項4に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子の回転角度を取り込み、回転角度を用いて所定通過電力に対応する回転子の所定回転角度を算出し、設定する角度範囲内に所定回転角度を制限して出力する回転角度ソフトリミッタを有し、回転角度ソフトリミッタの出力と回転子の回転角度から回転子の角速度指令値を算出することを特徴とする。
The power flow control device according to claim 4 is the power flow control device according to any one of
また、請求項5に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、潮流制御器は、回転子の回転角度を取り込み、回転角度に比例要素またはかつ微分要素を介して算出した値を角速度指令値に加算し、角速度指令値を所定の角速度指令値範囲内の値に制限して出力することを特徴とする。
The power flow control device according to claim 5 is the power flow control device according to any one of
また、請求項6に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器が結合される交流電力系統の系統状態に応じて、所定通過電力の変化率制限を変化させ、変化率制限の範囲内で所定通過電力を出力する指令変化率制限回路を有することを特徴とする。
A power flow control device according to claim 6 is the power flow control device according to any one of
また、請求項7に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器の現通過電力にゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、所定通過電力に加算することを特徴とする。
A power flow control device according to claim 7 is the power flow control device according to any one of
また、請求項8に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器が結合される第1の交流電力系統または第2の交流電力系統の周波数を取り込み、ゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、所定通過電力に加算することを特徴とする。
The power flow control device according to claim 8 is the power flow control device according to any one of
また、請求項9に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、回転形変圧器が結合される第1の交流電力系統または第2の交流電力系統の母線電圧の大きさを取り込み、ゲイン要素と、位相補償要素と、不完全微分要素とを介して算出した値を、所定通過電力に加算することを特徴とする。 A power flow control device according to a ninth aspect is the power flow control device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first AC power system or the second power transformer to which the rotary transformer is coupled. The value calculated through the gain element, the phase compensation element, and the incomplete differential element is added to the predetermined passing power, taking in the magnitude of the bus voltage of the AC power system.
また、請求項10に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、回転子と第1の交流電力系統との結合母線またはかつ固定子と第2の交流電力系統との結合母線と対地間または3相線間にコンデンサを接続したことを特徴とする電力潮流制御装置。 A power flow control device according to a tenth aspect of the present invention is the power flow control device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the rotor is connected to the first AC power system or the stator. And a second AC power system. A power flow control device, wherein a capacitor is connected between the connection bus and the ground or a three-phase line.
また、請求項11に記載の電力潮流制御装置は、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電力潮流制御装置において、回転子巻線と第1の交流電力系統とを、長さに余裕をもつ導線で接続したことを特徴とする。
The power flow control device according to
本発明の電力潮流制御装置は、電力潮流制御装置の要素機器として回転形変圧器を用い、回転形変圧器の故障電流等の過渡大電流に対し大きな耐量を持ち、かつ高調波の発生が無く、かつ低コストで、低損失である特徴を活用した電力潮流制御装置を提供することができる。 The power flow control device of the present invention uses a rotary transformer as an element device of the power flow control device, has a large tolerance against a transient large current such as a fault current of the rotary transformer, and has no generation of harmonics. In addition, it is possible to provide a power flow control device that utilizes the features of low cost and low loss.
さらに、本発明は、電力潮流制御装置内の主要機器である回転形変圧器が、ストッパ装置を設定して回転角度範囲を制限し、限られた角度範囲の中で両方向に回転するという特徴を持たせた上に、制御系統を強化して、回転形変圧器の回転子回転角度と回転形変圧器を通過する有効電力の非線形な関係を補償する装置や、回転子の回転角度を制限する装置や、周波数や電圧変動に対するダンピング向上制御装置等を提供することができる。 Furthermore, the present invention is characterized in that the rotary transformer, which is the main equipment in the power flow control device, sets a stopper device to limit the rotation angle range and rotates in both directions within the limited angle range. In addition, the control system is strengthened to compensate for the nonlinear relationship between the rotor rotation angle of the rotary transformer and the active power passing through the rotary transformer, and to limit the rotor rotation angle It is possible to provide a device, a damping improvement control device for frequency and voltage fluctuations, and the like.
以下、実施例について説明する。 Examples will be described below.
図1は、本発明の実施例1に対応する電力潮流制御装置の構成図である。図1において、回転形変圧器101は、回転子101Rと固定子101Sとを持ち、回転子101Rが、送電線路20に含まれる3相線路RR、SR、TRによって、第1の交流電力系統10に接続され、固定子101Sが、送電線路21に含まれる3相線路RS、SS、TSによって、第2の交流電力系統11に接続されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a power flow control device corresponding to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
なお、第1の交流電力系統10および第2の交流電力系統11と、回転子101Rおよび固定子101Sとの接続を逆にしてもよい。図1では、第1の交流電力系統10と第2の交流電力系統11は、回転形変圧器101を介してのみ接続されているが、回転形変圧器101と共に、回転形変圧器101以外の送電線路と接続されていてもよい。
Note that the connection between the first
また、図1に示すように、第1の交流電力系統10と第2の交流電力系統11が、回転形変圧器101を介してのみ接続されている場合には、交流基本周波数は同一とするが位相は異なっていてもよい。
In addition, as shown in FIG. 1, when the first
回転子101Rには、駆動電動機30と速度検出器32と角度検出器33が接続されている。駆動電動機30は、回転子101Rを直接的に駆動してもよいし、歯車を介して回転子101Rと連結されていてもよい。
A
回転子101Rと固定子101Sには、互いに係止する凸形のストッパ装置31が設置されていて、このストッパ装置31の設置個所を増やすことにより、回転角度を360度以下の設定回転角度で機械的に回転を制限することができる。
The
制御装置200は、潮流制御器201とトルク制御器202と電力トランスデューサ203で構成されている。潮流制御器201の動作速度は、トルク制御器202の動作速度より低速である。すなわち、潮流制御器201の制御速度は、トルク制御器202の制御速度より低速である。
The
潮流制御器201は、送電線路20から伝達される電力トランスデューサ203にて測定された送電線路20の通過電力Pを表す信号を受け取る。潮流制御器201では、有効電力指令入力信号Prefを設定して、この電力指令入力信号Prefと通過電力Pの差分(Pref−P)を、例えば、図2に示すように、比例要素304aと積分要素304bとリミッタ要素304cから構成されるPI制御回路304を通じて処理し、トルク制御器202に回転速度指令信号ωrefを出力する。
The
トルク制御器202では、速度検出器32からの回転子101Rの角速度ωRを受け取り、駆動電動機30に、駆動トルク信号Tを出力する。駆動トルク信号Tの生成は、一般に用いられるモータの速度制御と同等であるので詳細な説明は省略する。
The
図3は、回転形変圧器101の詳細構成図である。回転形変圧器101は、回転子101Rと固定子101Sを含む。なお、回転子101Rおよび固定子101Sの巻線は最大電力通過が可能な定格値となっているものとする。回転子101Rは、スリップリング102および回転子かご形部103を含む。
FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the
第1の交流電力系統10からの3相線路RR、SR、TRが、スリップリング102に接続されており、第2の交流電力系統11からの3相線路RS、SS、TSが、固定子101Sに接続されている。回転子101Rには、その近くに速度検出器32と角度検出器33が取り付けられており、回転子101Rの角速度ωRと固定子101Sに対する回転子101Rの角度θRを発生する。
The three-phase lines RR, SR, TR from the first
図3では、回転子101Rは、60度間隔の回転子巻線RR+、SR+、TR+、RR−、SR−、TR−にて、固定子101Sは、60度間隔の固定子巻線RS+、SS+、TS+、RS−、SS−、TS−にて、極対数1で図示されている。本発明の構成原理は、2相以上の回転変圧器に適用可能である。回転子101Rは、その軸線RAXを中心軸として、時計回りと反時計周りの両方向に回転可能である。回転子101Rは、回転子101Rに結合された駆動電動機30によって回転駆動される。
In FIG. 3, the
なお、RR+とSR+とが正確に揃った時の角度θRをゼロとし、角度検出器33の出力は、これにより校正されているものとする。
It is assumed that the angle θR when RR + and SR + are accurately aligned is zero, and the output of the
回転子101Rと固定子101Sには、互いに係止し合うストッパ装置31が設置されている。図1に示すように、ストッパ装置31は、一例として突起物形状であるとして説明する。回転子101Rの突起物と固定子101Sの突起物が接することにより、回転子101Rの回転可能な角度範囲が制限される。回転子101Rと固定子101S上の突起物がそれぞれ1個であれば、1回転の範囲の角度変化が可能である。駆動電動機30は、トルク制御器202からの駆動トルク信号Tに応じて、回転子101Rを回転駆動する。駆動トルク信号Tの極性は、電力が第1の交流電力系統10から第2の交流電力系統11へ流れるか、あるいはその逆であるかに従う。駆動トルク信号Tの振幅により、駆動電動機の回転速度が増減される。
A
以上のように、第1の交流電力系統10と第2の交流電力系統11の間で、回転形変圧器101を介して、所望の電力(電力指令入力信号)Prefが伝達され、測定する電力PとPrefが一致するように、制御装置200からトルク指令Tを与えらた駆動電動機30が、回転形変圧器101の回転子101Rの固定子101Sに対する角度θRを調整する。
As described above, desired power (power command input signal) Pref is transmitted between the first
回転形変圧器101による電力伝達は、回転形変圧器101を通過する、すなわち、送電線路20を通過する有効電力をP、送電線路20の電圧の大きさをV1、送電線路21の電圧の大きさをV2、電圧位相基準に対する送電線路20の電圧の位相角をθ1、電圧位相基準に対する送電線路21の電圧の位相角をθ2、固定子101Sに対する回転子101Rの位相角をθr、送電線路20と送電線路21の間の合計リアクタンスをXtr、回転形変圧器101の回転子101Rの巻線巻数に対する固定子101Sの巻線巻数の巻数比をnとすると、有効電力Pは、(1)式で表される。
P=(n×V1×V2/Xtr)sin(θ1+θr−θ2) (1)
なお、本発明において位相角は電気角を表すものとする。周知のように電気角と機械角との間には、
電気角=極対数×機械角 (ただし、極対数=極数/2) (2)
の関係がある。
The power transmission by the
P = (n × V1 × V2 / Xtr) sin (θ1 + θr−θ2) (1)
In the present invention, the phase angle represents an electrical angle. As is well known, between the electrical angle and the mechanical angle,
Electrical angle = number of pole pairs x mechanical angle (however, the number of pole pairs = number of poles / 2) (2)
There is a relationship.
したがって、(1)式から分かるように、回転形変圧器101を通過する有効電力Pは、固定子101Sに対する回転子101Rの位相角θrの影響を受ける特性を有するので、回転形変圧器101を通過する有効電力Pを測定し、所望の通過有効電力Prefとの比較量に応じて、回転子101Rの回転速度指令ωrefを連続的に可変調整することで通過電力を指令値Prefとすることができる。ただし(1)式の最大値Pmaxは、
Pmax=V1×V2/Xtr (3)
であるので、潮流制御器201に与える有効電力指令値Prefは、Pmax以下に制限して与えるべきである。
Therefore, as can be seen from the equation (1), the active power P passing through the
Pmax = V1 × V2 / Xtr (3)
Therefore, the active power command value Pref to be given to the
本実施例によれば、制御装置200により、回転子101Rの固定子101Sに対する回転角度θRを調整し、可能な回転角度範囲の中で、回転形変圧器101の通過有効電力を連続的に微細に調整することができる。
According to the present embodiment, the
図4は、本発明の実施例2に対応する潮流制御器201の構成図である。潮流制御器201以外は、実施例1における説明と同様であるので説明を省略する。
FIG. 4 is a configuration diagram of the
潮流制御器201は、有効電力指令入力信号Prefと、電力トランスデューサ203で測定した送電線路20の通過電力Pと、送電線路20の電圧の大きさV1と、送電線路21の電圧の大きさV2とを入力し、トルク制御器202に、回転速度指令信号ωrefを出力する。
The
また、潮流制御器201は、有効電力指令入力信号Prefを、電力指令リミッタ301で設定する上下限値PmaxとPminの範囲内に制限して、Prefを出力し、位相差算出器302aへ伝達する。なお、一般的に、Pminは、Pmaxと逆符号でありPmaxは、(3)式で計算可能である。
Further, the
第1の位相差算出器302aは、電力指令リミッタ301の出力Prefと、送電線路20の電圧の大きさV1と、送電線路21の電圧の大きさV2を入力し、送電線路20の電圧の位相角θ1と、送電線路21の電圧の位相角θ2と、送電線路20の通過有効電力がPrefである時の回転形変圧器101の位相角θrrefとからなる「θ1+θrref−θ2」を(1)式と等価式である(4)式にて計算し、出力する。なお、(4)式は、(1)式を参照すれば、容易に導出できる。
θ1+θrref−θ2=arc sin(Xtr×Pref/(n×V1×V2)) (4)
The first
θ1 + θrref−θ2 = arc sin (Xtr × Pref / (n × V1 × V2)) (4)
電力トランスデューサ203で測定した送電線路20の通過有効電力Pは、第2の位相差算出器302bへ伝達される。第2の位相差算出器302bでは、第1の位相差算出器302aへ入力される送電線路20の通過有効電力をPrefとしているが、これを送電線路20の通過有効電力Pとしたのみの相違であり、(5)式にて送電線路20の電圧の位相角θ1と、送電線路21の電圧の位相角θ2と、送電線路20の通過有効電力がPである時の回転形変圧器101の位相角θrとからなる「θ1+θr−θ2」を計算し、出力する。
θ1+θr−θ2=arc sin(Xtr×P/(n×V1×V2)) (5)
The passing effective power P of the
θ1 + θr−θ2 = arc sin (Xtr × P / (n × V1 × V2)) (5)
第1の位相差算出器302aの出力から第2の位相差算出器302bの出力が差分されて、(6)式のΔθrが算出され、PI制御回路304へ伝達される。
Δθr=(θ1+θrref−θ2)−(θ1+θr−θ2)=θrref−θr (6)
(6)式が示すように、Δθrは、送電線路20の通過有効電力が指令値Prefである時と送電線路20の現通過有効電力Pである時における、それぞれの回転形変圧器101の回転子回転(電気的)位相、θrrefとθrの偏差を表す。
The output of the second
Δθr = (θ1 + θrref−θ2) − (θ1 + θr−θ2) = θrref−θr (6)
As shown in the equation (6), Δθr is the rotation of each
PI制御回路304では、Δθrを入力し、図2に示すように、PI制御回路304内の比例要素304aと、積分要素304bと、リミッタ要素304cを介して回転速度指令信号ωrefを算出し、図4に示すように、回転速度指令リミッタ305へ伝達する。回転速度指令リミッタ305では、入力された回転速度指令信号ωrefを回転速度指令の上下限値ωrefmaxとωrefminの範囲内に制限して出力する。
In the
このような構成によれば、送電線路20の通過有効電力設定値Prefと通過有効電力Pに対して、(1)式で示した正弦関数(sin)の非線形の関係にある回転形変圧器101において、回転子101Rの固定子101Sに対する位相角の偏差Δθrを算出して、この位相角偏差Δθrをゼロに近づけるよう制御することが可能であり、位相角θrの大きな変化範囲で送電線路20の通過電力Pと回転子101Rの位相角θrの非線形特性の影響を受けることなく、一定の制御性能を得ることが可能となる。
According to such a configuration, the
図5は、本発明の実施例3に対応する潮流制御器201の構成図である。実施例2との相違は、図5に示す第1の位相差算出器302cと第2の位相差算出器302dと送電線路20の通過無効電力Qの取り込みである。Rtrを送電線路20と送電線路21の間の合計抵抗とし、送電線路20の通過無効電力をQとすると、(1)式で示した送電線路20の通過有効電力Pは、さらに詳細に(7)式で表される。
P=(n×V1×V2/Xtr)sin(θ1+θr−θ2)+(Rtr/Xtr)×Q (7)
FIG. 5 is a configuration diagram of the
P = (n × V1 × V2 / Xtr) sin (θ1 + θr−θ2) + (Rtr / Xtr) × Q (7)
第1の位相差算出器302cは、電力指令リミッタ301の出力Prefと、送電線路20の電圧の大きさV1と、送電線路21の電圧の大きさV2と、送電線路20の通過無効電力Qとを入力し、送電線路20の電圧の位相角θ1と、送電線路21の電圧の位相角θ2と、送電線路20の通過有効電力がPrefである時の回転形変圧器101の位相角θrrefとからなる「θ1+θrref−θ2」を、(7)式と等価式である(8)式にて計算し、出力する。
θ1+θrref−θ2=arc sin((Xtr×Pref−Rtr×Q)/(n×V1×V2)) (8)
The first
θ1 + θrref−θ2 = arc sin ((Xtr × Pref−Rtr × Q) / (n × V1 × V2)) (8)
電力トランスデューサ203で測定した送電線路20の通過有効電力Pは、第2の位相差算出器302dへ伝達される。第2の位相差算出器302dでは、第1の位相差算出器302cへ入力される送電線路20の通過有効電力をPrefとしているが、これを送電線路20の通過有効電力Pとしたのみの相違であり、(9)式にて送電線路20の電圧の位相角θ1と、送電線路21の電圧の位相角θ2と、送電線路20の通過有効電力がPである時の回転形変圧器101の位相角θrとからなる「θ1+θr−θ2」を計算し、出力する。
θ1+θr−θ2=arc sin((Xtr×P−Rtr×Q)/(n×V1×V2)) (9)
The passing effective power P of the
θ1 + θr−θ2 = arc sin ((Xtr × P−Rtr × Q) / (n × V1 × V2)) (9)
このような構成によれば、送電線路20の通過有効電力設定値Prefおよび通過有効電力Pに対して、(7)式で示した正弦関数(sin)の非線形の関係にある回転形変圧器101の回転子101Rの固定子101Sに対する位相角の偏差Δθrを算出して、位相角の偏差Δθrをゼロに近づけるよう制御することが可能であり、回転形変圧器101の漏れインピーダンスに含まれる抵抗分や送電線路の抵抗分が大きい場合においても、位相角θrの大きな変化範囲で、送電線路20の通過電力Pと回転子101Rの位相角θr間の非線形特性の影響を受けることなく、一定の制御性能を得ることが可能となる。
According to such a configuration, the
図6は、本発明の実施例4に対応する潮流制御器201の構成図である。実施例2及び実施例3との相違点は、図6に示すように、回転角度ソフトリミッタ306と、回転角度変換ゲイン307と、回転形変圧器101の回転子101R近辺に接続された角度検出器33で検出した回転角度θRの取り込みである。なお、角度検出器33では、回転子101Rの機械角度θRを検出するものとして説明を行う。
FIG. 6 is a configuration diagram of the
回転角度変換ゲイン307に、角度検出器33で検出した回転子101Rの機械角度
θRを入力する。回転角度変換ゲイン307では、当該回転形変圧器101の極数に応じ、式(2)にて回転子101Rの電気的な回転角度(位相角)θrを算出する。回転角度θrは、実施例2の第1の位相差算出器302aと第2の位相差算出器302bとの差分Δθrまたは実施例3の第1の位相差算出器302cと第2の位相差算出器302dとの差分Δθrに加算され、(θr+Δθr)が、回転角度ソフトリミッタ306に入力される。
The mechanical angle θR of the
回転角度ソフトリミッタ306に入力される(θr+Δθr)は、Δθrが実施例2で説明した(6)式のように表されるため、送電線路20の通過有効電力Pが、指令値Prefである時における回転形変圧器101の回転子回転(電気的)位相θrrefと等価である。
When (θr + Δθr) input to the rotation angle
回転角度ソフトリミッタ306では、その内部で設定されている(電気的)回転子回転位相の上下限値θrrefmax、θrrefminの範囲内に入力信号(θr+Δθr)を制限して出力する。回転角度ソフトリミッタ306の出力値から回転角度変換ゲイン307の出力値が減算された減算値は、第2の実施例または第3の実施例におけるPI制御回路304へ入力される。
The rotation angle
このような構成によれば、送電線路20の通過有効電力Pが指令値Prefである時における回転形変圧器101の回転子回転(電気的)位相θrrefを算出し、回転角度ソフトリミッタ306で回転位相θrrefを設定範囲内に制限して回転位相θrを制御することが可能となるので、ストッパ装置31で回転角度を制限する際の機械的な衝撃を緩和し、ストッパ装置31の寿命やメンテナンス周期を延ばし運用コストを低減することが可能となる。
According to such a configuration, the rotor rotation (electrical) phase θrref of the
図7は、本発明の実施例5に対応する制御装置200の構成図である。制御装置200は、実施例1乃至5での潮流制御器201と、トルク制御器202と、電力トランスデューサ203に加え、比例・微分(PD)制御回路308とで構成されている。
FIG. 7 is a configuration diagram of a
比例微分制御回路308には、角度検出器33で検出した回転角度θRを取り込み、比例要素と微分要素を並列に通過した値を加算し、出力する。潮流制御器201の出力ωrefから比例微分制御回路308の出力値を減算した値を、トルク制御器202に伝達する。
The proportional
このような構成によると、トルク制御器202と、駆動電動機30と、回転形変圧器101に対し、比例微分制御回路308でフィードバック補償ループを構成したものとなっている。よって、比例微分(PD)制御回路308の比例ゲインや微分要素ゲインの調整により、トルク制御器202と駆動電動機30と回転形変圧器101の動特性を変更することが可能となる。
According to such a configuration, a feedback compensation loop is configured by the proportional
潮流制御器201の制御速度は、トルク制御器202の制御速度より遅く、本実施例によると、トルク制御器202の動特性を潮流制御器201の動特性に影響することなく調整可能となる。したがって、潮流制御器201の動特性と、トルク制御器202と駆動電動機30と回転形変圧器101の動特性とを協調させた調整が可能となり、電力潮流制御装置の動特性が向上し、制御性能の高い電力潮流制御装置が得られる。
The control speed of the
図8は、本発明の実施例6に対応する潮流制御器201の構成図である。実施例1乃至実施例3との相違点は、有効電力指令入力信号Prefが、変化率制限回路400に入力され、変化率制限回路400の出力が、実施例1乃至実施例3における有効電力指令入力信号Prefに変更されていることである。
FIG. 8 is a configuration diagram of the
また、変化率制限回路400には、第1の交流電力系統10またはかつ第2の交流電力系統11の系統状態を表す信号が入力されている。系統状態を表す信号は、例えば、電力系統内の遮断機の開閉状況等である。変化率制限回路400には、予め設定した系統状態に対する変化率が保存されており、変化率制限回路400に入力される系統状態を表す信号に応じて、保存されている変化率が適用される。なお、変化率は単位時間当たりの入力信号の変化率を意味する。
Further, the change rate limiting circuit 400 is input with a signal indicating the system state of the first
このような構成によれば、有効電力指令入力信号Prefの変化率を、系統状態の変化に応じて変化させ、系統状態に応じたPrefの変更速度を可変にでき、電力潮流制御装置の見かけ上の有効電力指令入力信号Prefの変化に対する電力潮流制御速度を可変にすることが可能となる。例えば、電力系統内の特定線路が開放されて、系統安定度の面で潮流制御装置による電力潮流制御を低速に行った方がよい場合には、変化率を小さく設定して低速な電力潮流制御を実現し、電力潮流制御を高速に行った方がよい場合には、変化率を大きく設定していくというような系統安定度を考慮した電力潮流制御が可能であり、電力潮流制御による系統安定度への影響を低減することが可能となる。 According to such a configuration, the rate of change of the active power command input signal Pref can be changed in accordance with the change in the system state, and the rate of change of Pref in accordance with the system state can be made variable. It becomes possible to make the power flow control speed variable with respect to the change in the active power command input signal Pref. For example, when a specific line in the power system is opened and it is better to perform power flow control by the power flow control device at a low speed in terms of system stability, a low rate of power flow control is set by setting a small change rate. If it is better to perform power flow control at high speed, power flow control considering the system stability such as increasing the rate of change is possible. The influence on the degree can be reduced.
図9は、本発明の実施例7に対応する潮流制御器201の構成図である。実施例1乃至3または実施例6との相違点は、変動抑制回路401を備え、この変動抑制回路401の出力が、有効電力指令入力信号Prefに加算されることである。
FIG. 9 is a configuration diagram of the
変動抑制回路401は、不完全微分要素401aと、位相進み遅れ要素401bと、ゲイン要素401cと、リミット要素401dとが直列接続されている。入力信号は、電力トランスデューサ203で測定検出した送電線路20の通過電力Pを表す信号である。不完全微分要素401aでは、入力信号の直流分が除去され、入力信号の変化分が取り出され、位相進み遅れ要素401bに送られる。位相進み遅れ要素401bにて、設定した定数による周波数帯域に対する位相進みまたは遅れ補正がなされ、ゲイン要素401cにて、設定するゲインが乗じられる。なお、位相進み遅れ補償は、1要素のみならず複数要素を活用してもよい。ゲイン要素401cの出力は、リミッタ要素401dで設定する上下限値の範囲に制限され、リミッタ要素401dの出力である変動抑制回路401の出力は、有効電力指令入力信号Prefに加算される。
In the
実施例8では、変動抑制回路401の構成は、実施例7と同様であり、変動抑制回路401の入力信号は、第1の交流電力系統10または第2の交流電力系統11内の母線で計測する周波数である。
In the eighth embodiment, the configuration of the
実施例9では、変動抑制回路401の構成は、実施例7と同様であり、変動抑制回路401の入力信号は、第1の交流電力系統10または第2の交流電力系統11内の母線で計測する電圧の大きさである。
In the ninth embodiment, the configuration of the
このような構成によれば、変動抑制回路401の入力信号の変動分を検出し、位相進み・遅れ補償を施して入力信号の位相を補正し、有効電力指令入力信号Prefに加算することが可能なので、送電線路20の電力潮流を、電力指令値Prefに調整しながら変動抑制回路401の入力信号の減衰を促進させることが可能となる。より具体的には、実施例7では、送電線路20の電力潮流の変動に対する減衰を促進でき、実施例8では、第1の交流電力系統10または第2の交流電力系統11の周波数変動に対する減衰を促進でき、実施例9では、第1の交流電力系統10または第2の交流電力系統11内の母線で計測する電圧変動に対する減衰を促進できる。
According to such a configuration, it is possible to detect the fluctuation of the input signal of the
したがって送電線路の電力潮流を一定に制御しながら、かつ電力潮流の変動または周波数の変動または電圧変動を迅速に制御することができる。 Therefore, it is possible to control the power flow fluctuation, the frequency fluctuation, or the voltage fluctuation quickly while keeping the power flow of the transmission line constant.
図10は、本発明の実施例10に対応する電力潮流制御装置の構成図である。回転形変圧器101と第1の交流電力系統10との接続母線20bおよび回転形変圧器101と第2の交流電力系統11との接続母線21bから対地に対して、コンデンサ600が接続されている。なお、接続母線20bおよび接続母線21bに接続されるコンデンサ600はどちらか一方であってもよい。
FIG. 10 is a configuration diagram of a power flow control device corresponding to Example 10 of the present invention. A
接続母線20bおよび接続母線20bのどちらか一方にコンデンサ600を接続する場合には、コンデンサ600のインピーダンス −jXcを回転形変圧器101の励磁インピーダンスjXmと同一の絶対値を持つ値、すなわち、「jXc=−jXm」とする。接続母線20bおよび接続母線21bの両方にコンデンサ600を接続する場合には、各コンデンサインピーダンスjXcを「jXc=−jXm/2」と設定する。
When the
このような構成によれば、回転形変圧器101の励磁インピーダンスの遅れ無効電力消費による電圧低下に対し、コンデンサインピーダンスによる進み無効電力の発生で打ち消すことが可能となり、回転形変圧器101の設置による電圧低下を防止することが可能となる。
According to such a configuration, it is possible to cancel the voltage drop due to the delayed reactive power consumption of the excitation impedance of the
ここでは、母線から対地に対してコンデンサを接続する場合について説明したが、3相母線の線間それぞれにコンデンサを接続してもよい。3相線間にインピーダンスを接続する場合は、前記対地間に接続したコンデンサインピーダンス値の3倍のインピーダンス値を持つコンデンサを3相線間に接続するとよい。 Although the case where a capacitor is connected from the bus to the ground has been described here, a capacitor may be connected between each of the three-phase buses. When an impedance is connected between the three-phase lines, a capacitor having an impedance value that is three times the capacitor impedance value connected between the grounds may be connected between the three-phase lines.
図11は、本発明の実施例11に対応する回転形変圧器101の構成図である。図2による実施例2での説明との相違点は、回転子101Rが回転子かご形部103のみでありスリップリング102が無いことである。第1の交流電力系統10からの3相線路RR,SR,TRが3本の導線500を介して、回転子かご形部103の各対応相に接続されている。本発明の回転形位相変圧器101は、両方向に回転するが、回転は1回転以内に限定されているため、長さに余裕をもつ3本の導線500にて回転子101Rに接続しても回転子101Rの回転変化が不可となることはない。
FIG. 11 is a configuration diagram of the
このような構成によれば、回転子101Rのスリップリングを省略することが可能であるので、メンテナンスが容易となりメンテナンス周期を長くし、電力潮流制御装置の信頼性を高くし、かつ運用コストを低減することが可能となる。
According to such a configuration, since the slip ring of the
本発明の電力潮流制御装置は、系統の安定化のために、電力系統の規模の大小によらず、利用することが可能である。 The power flow control device of the present invention can be used to stabilize the system regardless of the size of the power system.
10…第1の交流電力系統、11…第2の交流電力系統、101…回転形変圧器、101R…回転子、101S…固定子、102…スリップリング、103…回転子かご形部、20(RR,SR,TR)…送電線路、21(RS,SS,TS)…送電線路、30…駆動電動機、31…ストッパ装置、32…速度検出器、33…角度検出器、200…制御装置、201…潮流制御器、202…トルク制御器、203…電力トランスデューサ、301…電力指令リミッタ、302a,302b,302c,302d…位相差算出器、304…PI制御回路、304a…比例要素、304b…積分要素、304c…リミッタ要素、305…回転速度指令リミッタ、306…回転角度ソフトリミッタ、307…回転角度変換ゲイン、308…比例微分制御回路、400…変化率制限回路、401…変動抑制回路、401a…不完全微分要素、401b…位相進み遅れ要素、401c…ゲイン要素、401d…リミット要素、500…電力線、600…コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記回転子の回転角度範囲を制限するストッパ装置と、
前記回転子を駆動する駆動電動機と、
前記回転形変圧器の現通過電力と所定通過電力を比較し、前記回転子の角速度指令値を算出する潮流制御器と、
前記角速度指令値と前記回転子の角速度から前記駆動電動機の出力トルクを調整するトルク制御器とから構成され、
前記回転子の前記固定子に対する回転角度を、前記ストッパ装置で所定の回転角度範囲に制限した状態で調整することにより、前記現通過電力を前記所定通過電力に制御可能にすることを特徴とする電力潮流制御装置。 A rotary transformer having a rotor and a stator, wherein the rotor is coupled to a first AC power system, and wherein the stator is coupled to a second AC power system;
A stopper device for limiting a rotation angle range of the rotor;
A drive motor for driving the rotor;
A power flow controller that compares a predetermined passing power with a current passing power of the rotary transformer and calculates an angular velocity command value of the rotor;
A torque controller that adjusts the output torque of the drive motor from the angular velocity command value and the angular velocity of the rotor;
The current passing electric power can be controlled to the predetermined passing electric power by adjusting a rotation angle of the rotor with respect to the stator in a state in which the rotation is limited to a predetermined rotation angle range by the stopper device. Power flow control device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004061310A JP2005253215A (en) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Power flow control device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009005439A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Hitachi Ltd | Electric system supply and demand control system, commanding unit, and electric system supply and demand control method |
CN112350343A (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-09 | 国家电网公司华东分部 | Controllable phase shifter damping control method taking power as input quantity |
CN115733141A (en) * | 2022-11-18 | 2023-03-03 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | Frequency additional control method and device of inter-line moisture controller |
-
2004
- 2004-03-04 JP JP2004061310A patent/JP2005253215A/en not_active Withdrawn
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