JP2006280187A

JP2006280187A - 統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法

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Publication number: JP2006280187A
Application number: JP2005198303A
Authority: JP
Inventors: Chia-Chi Chu; 朱家齊; Sheng-Huei Lee; 李盛輝; Hung-Chi Tsai; 蔡泓▲き▼
Original assignee: Chang Gung University CGU
Current assignee: Chang Gung University CGU
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2006-10-12
Also published as: TW200634474A; TWI270762B

Abstract

【課題】ＵＰＦＣバスの電圧、送電回線等の有効電力、皮相電力に対して好ましい制御の効果を達成する統合電力潮流ダイナミックモデル制御方法を提供することを課題とする。
【解決手段】電圧コンバータの有効電力と皮相電力のデカップレッドコントロールを基礎とした有効電力と皮相電力のデカップレッドコントロールダイナミックモデルの制御方法である統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法であって、電力システムの送電回線の両バスの間にそれぞれ直列コンバータと並列コンバータと直流結合コンデンサを構築し、該直列コンバータを利用してｄ軸電流で送電回線の有効電力を調整し、ｑ軸電流で送電回線の皮相電力を調整し、該並列コンバータを利用してｄ軸電流で該直流結合コンデンサの電圧を調整し、ｑ軸でｓ伝送端のバス電流を調整し、該ＵＰＦＣの直流結合コンデンサを利用して該バス電圧が固定した状態を維持し、調整した電流を該電力システムに送電するステップを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法に関する。

近年来、電力電子技術の発展と成熟化によってフレキシブル交流システム（FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEM、以下ＦＡＣＴＳと称する）を電力システムのメカニズムとする方法が注目を浴びている。該システムを使用することによって、送電能力を高めるのみならず、電力システムの安定度を改善することができる。

統合電力潮流制御装置（Unifed Power Flow Controller、以下ＵＰＦＣと称する）は、あらゆるＦＡＣＴＳユニットの中でも最新で機能が最も完全な電力潮流制御装置である。該制御装置は送電ルート上の有効電力と皮相電力とを制御するのみならず、ＵＰＦＣに設けられたバスの電圧を制御することができる。

従来の技術に関して、L,Gyugyiが１９９２年７月にIEEE roceedings.Generation,Transmission&Distributionに発表した「Unified power flow control concept for flexible AC transmission systems」(Vol.139,No4,July 1992,pp.323-331.)においてＵＰＦＣの制御概念を提出している。また、世界で始めてのＵＰＦＣシステムもアメリカ合衆国ケンタッキー州東部に架設されたＡＥＰ社の送電ネットワークに設けられている。

事故が発生した場合、電力システムに発生する変化を理解するためには、システムの計画を担当するエンジニアは電力システムを運転する場合のタイムドメイン・ダイナミック分析（Time Domain Dynamic Analysis）を行い、電力システムが干渉を受けた場合のダイナミックレスポンス（Dynamic Response）をシミュレートしなければならない。電力システムのダイナミックレスポンスを正確にシミュレートするためには電力システムのあらゆるダイナミックユニットのモデルとパラメータによって、これら装置の動作に関するあらゆる微分と代数方程式を確立させなければならない。よって、ＵＰＦＣの電力システムのダイナミックレスポンスに対する影響を把握しようとするのであれば、ＵＰＦＣの行為のダイナミックモデルを完全且つ正確に描写しなければならない。

上述するようにＵＰＦＣの電力システムダイナミックレスポンスに対する影響を把握しようとするのであれば、ＵＰＦＣの能力と行為に基づき、完全で正確なダイナミックモデルを確立し、次いでタイムドメインの動態をシミュレートして電力システムが干渉を受けた場合の影響を観測する必要がある。

従来の技術において、電力潮流の計算に使用するＵＰＦＣダイナミックモデルに関する研究例はかなりの数になり、例えば次に掲げるものが挙げられる。
１．E.Hansanovic, C.A. Feliachi, and J.Reeve,「Fundamental Frequency Model of Static Synchronous Compensator」Proceeding of the Nothe American, Power Symposium,NAPS,aramie,Wyoming,pp49-54,Oct.1997
２．K.schoder,A.Hasanovic,and A Fliachi,「Load-Flow and Dynamic Model of the Unifiedpower Flow Controller,UPFC,within the Power System Toolbox,PST」Proceeding of the 43^rd IEEE Midwest Symposium on Circuits and Systems,Vol.2,pp.634-637,2000
３．Zhengyu Huang,Yinxin Ni,Shen,C.M.,Wu,F.F.,Shousun Chen,Baolin Zhang,「Application of Unified Power Flow Controller in Interconnected Power Systems-Modeling,Interface,Control Strategy,and Case Study」IEEE Transactions on Power Systems,Vol.15,pp.817-824,May 2000

上述する第１の従来の技術はスタティック同期補償器のデカップリングモデルを提供するものであって、既に北米において応用されている。また、上述する第２の従来の技術はＵＰＦＣダイナミック、スタティック及び潮流モデルを同時に結合して分析する方法を提示するものであって、優れた電圧有効電力、皮相電力制御の効果を同時に達成することができる。更に、上述する第３の従来の技術は、ＵＰＦＣダイナミックでカップリングモデルを提示するものであって、優れた電圧、パワー制御の効果が得られる。

ＵＰＦＣダイナミックモデルに係る討論を掲載した文献では、ほとんどのモデルが直接電圧コンバータの電圧の大きさと、位相角を状態の変数とする。しかしながら、直列、並列コンバータの電圧の大きさ、位相角、被制御バス電圧、及び伝送線の有効電力、皮相電力潮流などの制御の標的は、それぞれが非直線的関係にあり、変数も極めて多く、かつ制御変数が互いにカップリングするため制御が容易でない。安定した回路を構築するためには一定の難しさがある。したがって、さらに好ましい効率のＵＰＦＣダイナミックモデルの研究開発が望まれている。

従来の技術において関連技術を開示した特許には、アメリカ合衆国特許第５３４３１３９号（１９９４年）、アメリカ合衆国特許第５４６９０４４号（１９９５年）、アメリカ合衆国特許第５６９８９６９号（１９９７年）、アメリカ合衆国特許第５７３４２５７号（１９９８年）などが挙げられる。
アメリカ合衆国特許第５３４３１３９号公報アメリカ合衆国特許第５４６９０４４号公報アメリカ合衆国特許第５６９８９６９号公報アメリカ合衆国特許第５７３４２５７号公報 Unified power flow control concept for flexible AC transmission systems(Vol.139,No4,July 1992,pp.323-331.)Fundamental Frequency Model of Static Synchronous Compensator pp49-54,Oct.1997Load-Flow and Dynamic Model of the Unifiedpower Flow Controller,UPFC,within the Power System Toolbox,PST Vol.2,pp.634-637,2000Application of Unified Power Flow Controller in Interconnected Power Systems-Modeling,Interface,Control Strategy,and Case Study,Vol.15,pp.817-824,May 2000

この発明は、ＵＰＦＣバスの電圧、もしくは送電回線における有効電力、皮相電力に対して好ましい制御の効果を達成する統合電力潮流ダイナミックモデル制御方法を提供することを課題とする。

またこの発明は、ＵＰＦＣを基礎とする電力システムが巨大な干渉を受けた場合、ダイナミックレスポンスを効率よく改善する統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法を提供することを課題とする。

そこで本発明者は、従来の技術に鑑み鋭意研究を重ねた結果、電力システムの送電回線の両バスの間にそれぞれ直列コンバータと並列コンバータと直流結合コンデンサを構築し、該直列コンバータを利用してｄ軸電流で送電回線の有効電力を調整し、ｑ軸電流で送電回線の皮相電力を調整し、該並列コンバータを利用してｄ軸電流で該直流結合コンデンサの電圧を調整し、ｑ軸でｓ伝送端のバス電流を調整し、該ＵＰＦＣの直流結合コンデンサを利用して該バス電圧が固定した状態を維持し、調整した電流を該電力システムに送電するステップを含む統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法によって課題を解決できる点に着眼し、係る知見に基づき本発明を完成させた。
以下、この発明について具体的に説明する。

請求項１に記載する統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、電圧コンバータの有効電力と皮相電力のデカップレッドコントロール（Ｗａｔｔ−ＶａｒＤｅｃｏｕｐｌｅｄＣｏｎｔｒｏｌ）を基礎とした有効電力と皮相電力のデカップレッドコントロールダイナミックモデルの制御方法である統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法であって、
電力システムの送電回線の両バスの間にそれぞれ直列コンバータと並列コンバータと直流結合コンデンサを構築し、
該直列コンバータを利用してｄ軸電流で送電回線の有効電力を調整し、ｑ軸電流で送電回線の皮相電力を調整し、
該並列コンバータを利用してｄ軸電流で該直流結合コンデンサの電圧を調整し、ｑ軸でｓ伝送端のバス電流を調整し、
該ＵＰＦＣの直流結合コンデンサを利用して該バス電圧が固定した状態を維持し、調整した電流を該電力システムに送電するステップを含む。

請求項２に記載する統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、請求項１における直列、もしくは並列コンバータがＰａｒｋＴｒａｎｓｆｏｒｍを利用し、入力変数の置き換えを経て三相電圧−電流変数をｄ−ｑ座標軸で表示する。

請求項３に記載する統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、請求項１における直列コンバータが送電回線の有効電力と皮相電力の潮流を制御し、且つ有効電力と皮相電力の演算法をデカップリングすることによって該送電回線の潮流を制御する。

請求項４に記載する統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、請求項１における並列コンバータの出力する皮相電力が制御を受けるバス上の電圧の大小を調整するために用いられ、出力する有効電力が該ＵＰＦＣ直流結合コンデンサの保存能力を調整し、有効電力制御コマンド値が、該ＵＰＦＣ直流結合コンデンサの能動的行為を決定し、且つ該直列コンバータと同等の有効電力、及び皮相電力デカップリング制御方法を使用する。

請求項５に記載する統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、請求項１におけるＵＰＦＣ直流結合コンデンサの電圧を固定した状態の維持が該直列、もしくは並列コンバータを正常に動作させるために用いられる。

請求項６に記載する統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、請求項５におけるＵＰＦＣ直流結合コンデンサの電圧がＰＩコントローラによって制御される。

本発明の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、ＵＰＦＣバスの電圧、もしくは送電回線の有効電力、皮相電力に対して優れた制御方法が得られる。

また、本発明の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法は、ＵＰＦＣを基礎とする電力システムが巨大な干渉を受けた場合、過渡的レスポンスを効率よく改善するという利点がある。

この発明は、統合電力潮流コントローラのダイナミックモデル制御方法を提供するものであって、直列コンバータの部分に電圧コンバータの有効電力、皮相電力デカップリング演算方法を応用し、それぞれコンバータのｄ−ｑ座標軸によって送電回線の有効電力と皮相電力を調整する。並列コンバータはｑ軸電流によってバス端電圧を調整する。並列コンバータの有効電力制御ブロックは直列コンバータ部分と同様であって、並列コンバータのｄ軸電流が直流結合コンデンサの電圧を調整し、コンバータ間の有効電力の交換量を制御することによって、並列コンバータの有効電力コマンド値は並列コンバータの有効電力出力、及び結合コンデンサによって能動的に共同で決定される。係る制御方法によって、ＵＰＦＣ送電回線のバス電圧、有効電力、もしくは皮相電力に対して効率よく制御するとともに、電力システムが巨大な干渉を受けた場合、システムの過渡状態におけるレスポンスの制御を効率よく行うという目的を、実現した。
係る構成の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法について、その構造と特徴を詳述するために具体的な実施例を挙げ、以下に説明する。

図１に、この発明による電力システムの統合電力潮流コントローラのダイナミックモデル制御方法を開示する。電力システムは送信端のｓバスと、受信端のｒバスとの間に形成され、直列コンバータ（図示におけるＶｓ１−１）、並列コンバータ（図示におけるＶｓ１−２）、及び直流結合コンデンサを含んでなる。ここで中止すべき点は、ＵＰＦＣを電力システムバス上に設置する位置は特に制限しないという点である。この発明においては上述するそれぞれの素子の作用を説明し、これら作用によって発生する結果と本発明の目的との関係についてのみ詳述する。

従来の技術である「C.D. Schauder,H metha,”Vector Analysis and Control of Advanced Static Var Compensator,”IEEE Proceeding.C,Vol.140,No4 pp.299-306,July 1992」によれば、三相電圧コンバータから電力システムに流れる電流は、ＰａｒｋＴｒａｎｓｆｏｒｍを経てｄ−ｑ軸方向座標システムとなる。これを次の数１で表すことができる。

数１におけるｉ、ｅ、ｖは、それぞれ電圧コンバータ電流、電圧、及びコンバータに接続するバスの電圧を表す。小文字の電圧電流変数は交流瞬間値を表す。下付き文字であるｄ、ｑはそれぞれｄ、ｑ軸分量を表す。Ｒ、Ｌはそれぞれ結合変圧器の抵抗とインダクタンスを表す。ω_Ｂは電源角周波数である。

次いで、数２に開示するように新規な制御入力変数を改めて定義する。

数２を数１に代入すると、数３に開示するようにデカップリングシステムが得られる。

図２はデカップリングシステムの構造図である。図面における０２０１、及び０２０２の部分は比例積分コントローラを使用する。更に単位フィードバックコントロールを加えると、それぞれ二つのデカップリングシステムに対する状態変数ｉ_ｄ、ｉ_ｑをコマンド追跡制御することができる。

ｘ_１及びｘ_２は、人的に定義する入力変数であって、電圧コンバータによって制御する変数はｅ_ｄ、ｅ_ｑである。数２を整理しなおすと、数４に開示するように両者の関係を得ることができる。

電圧コンバータの電流変数をｄ−ｑ軸座標で表示すると、制御入力変数の置き換えを経てデカップリング制御の効果を達成することができる。

三相が平均化した状態において電圧電流は通常、極座標フェ−ザ（ｐｈａｓｏｒ）によって表示する。係る表示方法において、ｄ−ｑ座標軸転換は、フェ−ザ投影問題となる。即ち、極座標のフェ−ザをそれぞれ参考フェ−ザ方向（以下ｄ軸と称する）、及び参考ベクターより先に９０°の方向（以下ｑ軸と称する）にそれぞれ投影する。例を挙げると仮にＵＰＦＣのｓバス、及びｒバス両端の電圧がそれぞれＶｓ∠θｓ、及びＶｒ∠θｒであって、ｒバス電圧が図３に開示するように参考ベースであればｓバス、及びｒバスのｄ−ｑ座標軸分量はそれぞれ数５、数６によって計算する。

前記式における大文字の電圧、もしくは電流変数は交流有効値であって、上付き文字のｄ、ｑはそれぞれフェ−ザのｄ、ｑ軸分量を表す。

並列コンバータは送電回線上の有効電力と皮相電力の潮流を制御するものである。この発明における電圧コンバータは、デカップリングによって有効電力と皮相電力とを制御する演算法で送電回線の潮流を制御する。図３に開示するようにVｒバス電圧が参考フェ−ザであれば、直列コンバータの制御しようとする送電回線の有効電力と皮相電力の潮流は、数７、数８によってコンバータｄ−ｑ座標軸電流の制御コマンドに換算することができる。

図２に開示する制御ブロックを直流コンバータの制御に応用する場合、図４に開示する直流コンバータの有効電力制御、及び図５に開示する直流コンバータの皮相電力制御を制御することができる。数５、数６を数４に代入すると、以下の如く直列コンバータ電圧のｄ−ｑ座標軸を得ることができる。

ｄ−ｑ座標軸に表示するフェ−ザは、数１１、数１２に開示するように極座標に換算する。

前記式においては、数１３となる。仮に直列カップリング変圧器の抵抗が０とすれば、直列コンバータの出力する有効電力パワーは数１４で表す通りとなる。

図６にＵＰＦＣ並列コンバータバスの電圧制御ダイナミックモデルを開示する。並列コンバータの制御に出力する皮相電力は、制御を受けるバスの電圧の大小を調整するために用いられる。この部分の機能はスタティック皮相電力補償器（ＳＴＡＣＯＭ）に類似する。よって、この発明においてはＰＳＳ／Ｅの提供するＳＴＡＴＣＯＮダイナミックモデルのＣＳＴＡＴＣを用い、その電流方向の定義についてのみ修正を加え、電流方向の定義を直列コンバータの部分に一致させる。

図７はＵＰＦＣ並列コンバータと直列コンバータの有効電力を交換するダイナミックモデルである。並列コンバータの有効電力制御は、主に直流結合コンデンサの保存能力を調整するためであって、コンデンサの電圧を維持して固定的なものにすることができる。その有効電力の制御コマンド値であるＰ_{ｓｈ，ｒｅｆ}は、コンデンサのダイナミックモードによって決まるものであって、この発明においては以下に説明する。並列コンバータを制御し、出力する有効電力をＰ_{ｓｈ，ｒｅｆ}に従って変化させるために、この発明においては並列コンバータと同様の有効電力、皮相電力デカップリング制御を採用する。

並列コンバータの有効電力を制御する場合、この発明においてはｓ端バス電圧を参考フェーザとする。関連するフェーザのｄ−ｑ座標軸の表示方法は、図８に開示する通りであって、並列コンバータのｄ軸電流制御コマンド値は次の式で表示する。

並列コンバータｄ−ｑ座標軸電圧と、コンバータｄ−ｑ座標軸電流との間の関係は次の式で表す。

以上を整理すると、次の式が得られる。

直列コンバータと分析すると、類似した結果が得られ、並列コンバータの電源の大小、及び位相角は次の通りである。

数２０におけるα_shは、数２１である。

並列コンバータから電力システムに出力される有効電力は、次の式で求めることができる。

直流結合コンデンサの能動的特性については、コンバータに損失が発生しないと仮定した場合、直流結合コンデンサの瞬時のパワーは数２３で計算する。
係るパワー値は直列、及び並列コンバータから電力システムに流れるパワーの和のマイナス値に等しくなるべきである。よって直流結合コンデンサの電圧は次の微分方程式で得ることができる。

前記数式２４におけるＶ_ｄｃは、コンデンサ電圧である。

直列、及び並列コンバータを正常に作動させるためには、ＵＰＦＣ直流結合コンデンサは電圧が固定された状態を維持しなければならない。この発明においては図９に開示するようにＰＩコントローラによって直流結合コンデンサの電圧を制御する。安定した状態において並列コンバータの出力する有効パワーの設定値はちょうど直列コンバータの出力する有効パワーのマイナス値となり、コンデンサ電圧の微分が０となり、コンデンサの電圧が固定される。直流電圧Ｖ_ｄｃが干渉を受けて低下する場合、図９に開示する０９０１のＰＩコントローラに負の補正量が発生し、並列コンバータから伝送される有効電力の設定値が低下する。このため、コンデンサ電圧の微分−（Ｐ_ｓｅｒ＋Ｐ_ｓｈ）がプラスとなる。コンデンサ電圧が上昇して制御コマンド値Ｖ_{ｄｃ、ｒｅｆ}に復帰する。

本発明の明細書においては２つの領域を使用する。これらには本発明の提供するＵＰＦＣダイナミックモデルの性能を検査する４つの発電機テストシステムを含む。そのシステムの構造は図１０に開示する通りであって、ＵＰＦＣを加える前において、安定状態で３９０ＭＷ有効電力が２組の２３０ＫＶのタイライン（ＴｉｅＬｉｎｅ）を介して第１領域から第２領域に流れる。それぞれの領域における発電量と負荷量を表１に表す。

ＵＰＦＣは、並列して分岐し、１０１バス（ｓ端バスと略称する）に接続して該バスの電圧の大小を調整し、直列して分岐し、一組のタイラインに接続して該タイラインの潮流を制御する。該タイラインは本来、１０１バスの一端に接続するものであるが、これをＵＰＦＣのｒ端（１０２バス）に接続するように変更する。１０１〜１３バスの間に接続する送電回線を以下タイライン＃１と称し、１０２〜１３バスの間に接続する送電回線を以下＃２と称する。

この発明はＰＳＳ／ＥダイナミックシミュレートプログラムによってＵＰＦＣダイナミックモデルの性能を検査する。ＰＳＳ／Ｅ内に構築するモデルユニットベースは、各種電力設備のダイナミックモデルを含む。同時にダイナミックモデルを自身で定義する拡張能力を具える。目下、ＰＳＳ／Ｅの２８．１バージョンは、ＵＰＦＣスタティックモデルの分析機能しか提供しない。これは電力の潮流を計算する場合に使用するものであって、ＵＰＦＣダイナミックモデルの分析機能について、該ソフトウェアは提供していない。次いで提出するＣＰＦＣダイナミックモデルは従来のＦＯＲＴＲＡＮ、及びハイレベルのＦＬＥＣＳ言語で書かれたｃｏｎｅｃ．ｆｌｘ、及びｃｏｎｅｔ．ｆｌｘファイルである。また、ＵＰＦＣダイナミックモデルに必要とする微分方程式、及び第数方程式はＰＳＳ／Ｅダイナミックモデルプログラム内に書き加える。

この発明は３つの具体的な実例を提供する。これらはＵＰＦＣが制御コマンドによって変化するか、動力システムが干渉を受けた後の影響をシミュレートし、ＵＰＦＣダイナミックモデルの性能を検査するものである。ＵＰＦＣダイナミックモデル、及びコントローラパラメータの詳細については別紙参照。それぞれのシミュレート案の詳細は次の通りである。
（実例１）

実例１は送電回路の有効電力と皮相電力の調整に関し、ＵＰＦＣの送電回路の有効電力、及び皮相電力を制御する能力を表現するためにＵＦＰＣ制御コマンド値を次のように設定した。即ち、固定を維持するｓ端バス電圧Ｖ_s,ref＝１．０ｐｕとした。タイライン＃２は潮流が０から２秒の時点においてＰ_{ｌｉｎｅ，ｒｅｆ}＝２２０ＭＷ、Ｑ_{ｌｉｎｅ，ｒｅｆ}＝１０ＭＶＡＲであって、２〜４秒の時点において送電線回路の潮流有効電力の制御コマンドが２００ＭＷに低下した。皮相電力制御コマンド値は不変を維持した。４〜６秒の時点において、送電回路の皮相電力制御コマンド値が継続して低下し、０ＭＶＡＲに至った。有効電力制御コマンド値は２００ＭＷを維持した。

シミュレートの結果は図１１からわかるようにｓ端バスの電圧、及び結合コンデンサの電圧は潮流制御コマンド値に変化がある時点のみにおいて短時間の過渡的な電圧の変化が明らかに見られ、且つ瞬時に設定値に復帰した。図１１から分かるように並列、直列コンバータの出力する有効電力は殆ど０である。これは結合コンデンサの電圧を固定する条件を維持しているためである。コンバータの出力するパワーのプラス、マイナスの変化は直列、並列コンバータが直流結合コンデンサを介して行う有効電力の交換が双方向性であることを説明するものである。

図１２に開示するように、タイライン＃２がＵＰＦＣ制御を受けたため、送電回路の有効電力と皮相電力の潮流がいずれも制御コマンドの変化に従って素早く反応した。タイライン＃１はタイライン＃２の潮流の変化によってタイライン＃２より更に明らかな潮流の過渡的変化が現れた。

図１３に開示するように送電回路の有効電力の制御コマンドの変化は、主に直列コンバータのｄ軸電流に影響を与え、皮相電力を制御するコマンドの変化は主に直流コンバータのｑ軸電流に影響を与える。並列コンバータｄ−ｑ座標軸電流はｓ端バス電圧、及び直流結合コンデンサの電圧の大小を固定し、これを維持するためのものであって、潮流制御コマンドに合わせて変化する。ｄ−ｑ座標軸電流を数４に代入すると、図４に開示するように並列、直列コンバータ電圧の大小、及び位相アングルを得ることができる。
（実例２）

実例２はバス電圧の調整に関し、ＵＰＦＣのバス電圧を調整する能力を表現するためにＵＰＦＣ制御コマンド値を次のように設定した。即ちタイライン＃２の送電回路潮流は固定を維持し、有効電力がＰ_{ｌｉｎｅ，ｒｅｆ}＝２２０ＭＷ、皮相電力がＱ_{ｌｉｎｅ，ｒｅｆ}＝１０ＭＶＡＲとした。ｓ端バスの電圧は０〜２秒の時点においてＶ_ｓ,ref＝１．０ｐｕに設定し、２〜４秒の時点において電圧を低下させる制御コマンド値を０．９８ｐｕとした。また、４〜６秒の時点において継続して電圧を低下させる制御コマンドを０．９６ｐｕとした。シミュレートの結果は図１５に開示する通りである。図面によればｓ端バスの電圧が制御コマンドに従って急速に反応し、直流結合コンデンサの電圧、タイライン＃２の有効電力、及び皮相電力の潮流は設定値を維持し、電圧制御コマンドが変化した時点のみにおいて短時間の暫時的な変化が発生した。図１６から分かるようにバス電圧のコマンドの変化は、主に並列コンバータのｑ軸電流の変化に影響を与え、皮相電力の並列分岐注入量を変更させる。ｄ軸電流の変化は、コンバータ間の有効電力の交換量を調整し、制御を受ける送電回路の潮流を固定し維持する。
（実例３）

実例３は短絡、故障が発生した状況下における送電回路潮流と、バス電圧の制御に関し、重大な事故が発生した場合のＵＰＦＣの制御能力を表現するために事故の状況を次のようにシミュレートした。即ち０〜１秒の時点においてシステムが安定した状態で運転されている場合のＵＰＦＣ制御コマンドをＰ_{ｌｉｎｅ，ｒｅｆ}＝２２０ＭＷ、Ｑ_{ｌｉｎｅ，ｒｅｆ}＝１０ＭＶＡＲ、Ｖ_ｓ,ref＝１．０ｐｕとした。１．０秒の時点において３〜１０１バス間の＃１送電回路がバス側にある場合、３層短絡抵抗接地に故障が発生し、故障が６周波（０．１秒）継続した後、該送電回路がブレークダウンして補償を解除した。

図１７に実例３のシミュレートの結果を開示する。実線の部分はＵＰＦＣを加えた後、システムの過渡的な反応であって、点線の部分はＵＰＦＣを設けない状況を表す（ＵＰＦＣ直列分岐ショート、並列分岐）。図示からわかるようにＵＰＦＣを設けると、ｓ端バス、及び結合コンデンサ電圧と送電回路潮流が電力システムに短絡の故障が発生した後、短時間の過渡的変化を経て、いずれも急速に制御コマンドに従うように回復した。ＵＰＦＣを設けない状況において、ｓ端バス電圧、タイライン＃２の有効電力と、皮相電力潮流は激烈で明らかな変化が発生した。
以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

ＵＰＦＣと電力システムとの接続を示した説明図である。電源コンバータの有効電力、皮相電力のデカップリング制御の実施を示した説明図である。フェーザｄ−ｑ座標軸表示法−並列コンバータで制御する場合、Ｖｒを参考フェ−ザとした説明図である。ＵＰＦＣ直列コンバータ有効電力制御ダイナミックモデルの実施例を示した説明図である。ＵＰＦＣ直列コンバータ皮相電力制御ダイナミックモデルの実施例を示した説明図である。ＵＰＦＣ並列コンバータバス電圧制御ダイナミックモデルの実施例を示した説明図である。ＵＰＦＣ並列コンバータと直列コンバータの有効電力交換ダイナミックモデルの実施例を示した説明図である。フェーザｄ−ｑ座標軸表示法―並列コンバータで制御する場合、Ｖｓを参考フェーザとした説明図である。直流結合コンデンサの能動的状態、及び直流電圧制御実施の説明図である。二つの領域に４台の発電機を設けたテストシステム実施の説明図である。実例１の制御を受けるバス電圧、結合コンデンサ電圧、コンバータパワーの説明図である。実例１のタイライン＃１とタイライン＃２の有効電力と皮相電力の潮流を示した説明図である。実例１の並列、直列コンバータのｄ―ｑ座標軸電流の説明図である。実例１の並列、直列コンバータの電圧の大小、及び位相角を示した説明図である。実例２のｓ端バス、直流結合コンデンサ電圧、タイライン＃２の有効電力、及びタイライン＃２の皮相電力の潮流を示した説明図である。実例２の並列、直列コンバータのｄ−ｑ座標軸電流の説明図である。実例３のｓ端バス、結合コンデンサ電圧、タイライン＃２の潮流を示した説明図である。

Claims

電圧コンバータの有効電力と皮相電力のデカップレッドコントロール（Ｗａｔｔ−ＶａｒＤｅｃｏｕｐｌｅｄＣｏｎｔｒｏｌ）を基礎とした有効電力と皮相電力のデカップレッドコントロールダイナミックモデルの制御方法である統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法であって、
電力システムの送電回線の両バスの間にそれぞれ直列コンバータと並列コンバータと直流結合コンデンサを構築し、
該直列コンバータを利用してｄ軸電流で送電回線の有効電力を調整し、ｑ軸電流で送電回線の皮相電力を調整し、
該並列コンバータを利用してｄ軸電流で該直流結合コンデンサの電圧を調整し、ｑ軸でｓ伝送端のバス電流を調整し、
該ＵＰＦＣの直流結合コンデンサを利用して該バス電圧が固定した状態を維持し、調整した電流を該電力システムに送電するステップを含むことを特徴とする統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法。
前記直列、もしくは並列コンバータがＰａｒｋＴｒａｎｓｆｏｒｍを利用し、入力変数の置き換えを経て三相電圧−電流変数をｄ−ｑ座標軸で表示することを特徴とする請求項１に記載の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法。
前記直列コンバータが送電回線の有効電力と皮相電力の潮流を制御し、且つ有効電力と皮相電力の演算法をデカップリングすることによって該送電回線の潮流を制御することを特徴とする請求項１に記載の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法。
前記並列コンバータの出力する皮相電力が制御を受けるバス上の電圧の大小を調整するために用いられ、出力する有効電力が該ＵＰＦＣ直流結合コンデンサの保存能力を調整し、有効電力制御コマンド値が、該ＵＰＦＣ直流結合コンデンサの能動的行為を決定し、且つ該直列コンバータと同等の有効電力、及び皮相電力デカップリング制御方法を使用することを特徴とする請求項１に記載の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法。
前記ＵＰＦＣ直流結合コンデンサの電圧を固定した状態の維持が該直列、もしくは並列コンバータを正常に動作させるために用いられることを特徴とする請求項１に記載の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法。
前記ＵＰＦＣ直流結合コンデンサの電圧がＰＩコントローラによって制御されることを特徴とする請求項５に記載の統合電力潮流ダイナミックモデルの制御方法。