JP3485568B2 - ２つの同期多相交流回路網の接続方法及びその接続装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の属する分野 本発明は、一つの同期多相交流回路網から他の交流回
路網へ有効電力の伝送を調整するための位相ラインをそ
れぞれ有する第１及び第２の前記回路網を接続する方法
に関する。本発明は、また、同目的のための受動的な接
続装置に関する。

先行技術の簡単な説明 先行技術として知られているものとして、米国特許第
4,983,856号（Pelletier）及び米国特許第4,621,198号
（Roberge等）;N.G.Hingorani著，“Flexible AC Tarns
miss on Systems（FACTS）−Overview",Panel Session
on FACTS,IEEE Winter Power Meeting,Atlanta,1990;L.
Gyugyi著“Solid−State Control of AC Transmissio
n",Panel Session on FACTS,IEEE Winter Power Meetin
g,Atlanta,1990;R.M.Maliszewski他著“Power Flow Con
trol in a Highly Integrated transmission Network",
CIGRE 1990 session 37−303;C.A.Falcone著“Electric
utility Industry Structure in the United States",
IEEE Power Engineering Review,April 1992;E.V.Larso
n著“Control aspects of FACTS applications",EPRI W
orkshop on FACTS,the future in High−Voltage Trans
mission,Nov.14−16,1990;及びW.A.Mittelstadt著“Con
siderations in planning use of FACTS,the future in
High−Voltage Transmission,Nov.14−16,1990.が挙げ
られ、これらは全て順応性（Flexible）交流伝送システ
ム（FACTS）に関するものである。FACTSは、通常、電力
伝送及び／又は電圧の静的又は動的制御によって特徴付
けられるサイリスタをベースにしたシステムを意味す
る。ここ数年、FACTSは、電力の伝送の問題を解決し、
また、異なるパートナー間のエネルギー交換をより効率
的に行えるものとして考慮されることが多くなってきて
いる。FACTSの主な利点は、効率性をより上げるために
現存の回路網に適用でき、かつ、段階的に（progressiv
ely）実行されうることである。通常、FACTSは高性能の
制御機器を用いたサイリスタ又はGTO（Gate Turn−of
f）である。FACTSは、静的なバール（var）補償器、サ
イリスタ制御直列コンデンサ、サイリスタスイッチ位相
シフタ、及び規格化された位相シフタ／電圧調整器から
なる。FACTSは、電力を制御するために閉回路コントロ
ーラと機械的又は電気的なスイッチも必要とする。

これらの技術の目的は、電気回路網の最適制御を実行
しながら、順応性をもたせつつかつ迅速に負荷の供給を
行うことである。多くの場合、それらは電力の“制御フ
ロー（Controlled flow）”を可能とし、電力の“自由
フロー（free flow）にかかる制約のいくつかを取り除
く。ある場合には、非同期回路網にも用いられる。

現在の自由フローモードの下で、本質的に遭遇する問
題点は、定常状態における電力フローの制御にある。し
かしながら、ある回路網は、日々のあるいは季節的な負
荷変動に応答し、その電圧を調整するために付加的な無
効電力が必要とされよう。他の回路網では、安定性を維
持するためにその回路網の多数のポイントにおいて電圧
及び電力の迅速な制御が必要とされよう。

発明の目的 したがって、本発明の一つの目的は、ある能動的な態
様で特定の制御、操作を行う先行技術の装置及び方法と
比較して、受動的な態様で２つの同期交流回路網間の電
力伝送を制御する接続方法及び受動的な接続装置を提供
することにある。本発明のもう一つの目的は、２つの交
流回路網間の比較的広範囲な位相シフト角にわたって、
ほぼ一定な電力フローを維持し、一つの交流回路網から
他の回路網への短絡寄与分を無くし、緊急時においても
安定化させ、及び調和振動（harmonics）を生じさせな
い接続方法及び受動的な接続装置を提供することにあ
る。

本発明の要約 本発明によれば、一つの同期多相交流回路網から他の
交流回路網へ有効電力の伝送を制御するための位相ライ
ンをそれぞれ有する第１及び第２の前記回路網を接続す
る方法を提供し、その方法は、前記第１の交流回路網の
各位相ラインについて、次のステップからなる： ａ）第１の交流回路網の前記位相ラインに第１サセプタ
ンスの第１端子を接続し、また、前記第１のサセプタン
スは第２の端子を有し、 ｂ）第１の交流回路網の前記位相ラインに第２サセプラ
ンスの第１端子を接続し、また、第２のサセプタンスは
第２端子を有し、 ｃ）前記第２の交流回路網から引き出された第１位相電
圧を第１サセプタンスの前記第２端子に印加し、 ｄ）第２の交流回路網から引き出された第２位相電圧を
第２サセプタンスの第２端子に印加し、前記第２位相電
圧は前記第１位相電圧に関して位相がシフトしており、
前記サセプタンスの一つは誘導型であり、前記サセプタ
ンスの他のものは容量型であり、これにより、稼働の際
に前記第１及び第２の位相電圧の間の位相のシフトは前
記一つの交流回路網から他の交流回路網へ有効電力の伝
送を可能ならしめる。

本発明によれば、第１及び第２の同期多相交流回路網
を接続し、一つの前記回路網から他の回路網へ有効電力
の伝送を制御する装置を提供し、前記回路網のそれぞれ
は多数の位相ラインを有し、前記装置は、前記第１の交
流回路網の各位相ラインについて、次の装置からなる： 第１サセプタンスを第１の交流回路網の前記位相ライ
ンに接続するための第１の接続手段を備えた第１端子を
有する第１サセプタンス、また、前記第１サセプタンス
は第２端子を有し、 第２サセプタンスを第１の交流回路網の前記位相ライ
ンに接続するための第２の接続手段を備えた第１端子を
有する第２サセプタンス、また、前記第２サセプタンス
は第２端子を有し、 前記第２の交流回路網から引き出された第１位相の電
圧を第１サセプタンスの前記第２端子に印加しするため
の第１の接続及び変換手段、及び 前記第２の交流回路網から引き出された第２位相電圧
を第２サセプタンスの第２端子に印加するための第２の
接続、変換手段であって、前記第２位相電圧は前記第１
位相電圧に関して位相がシフトしており、前記サセプタ
ンスの一つは誘導型であり、前記サセプタンスの他のも
のは容量型であり、これにより、稼働の際に前記第１及
び第２の位相電圧の間の位相のシフトは前記一つの交流
回路網から他の交流回路網へ有効電力の伝送を可能なら
しめる。

図面の簡単な説明 本発明にしたがって上記及び他の目的が達成されるよ
うに、十分な理解が得られるためにここでは好適な実施
例が添付図面を参照にして説明されている。

図１−４は、本発明にしたがう４つの接続装置を示す
電気回路図である。

図５は、本発明にしたがう一つの接続装置の作動原理
を示す概略図である。

図６は、図１に示された接続装置における電流及び電
圧を示す電気回路図である。

図７は、図６に示された電流及び電圧の位相図であ
る。

図８は、図２に示された接続装置における電流及び電
圧を示す電気回路図である。

図９は、図８に示された電圧及び電流の位相図であ
る。

図10は、図８に示された接続装置の理想化された有効
及び無効電力特性図（受入側）である。

図11は、本発明にしたがう１対のコンデンサとコイル
（inductors）を有する接続装置の等価回路図である。

図12及び13は、図８に示された接続装置の受入側の有
効及び無効電力特性図である。

図14は、図８に示された接続装置の無効電力特性図
（供給側）である。

図15−17は、図８に示された接続装置の供給及び受入
側の電圧の同時変化から生じる電力フローの変化図であ
る。

図18は、通常状態における図８に示された接続装置に
用いられる作動ポイント表である。

図19−23は、図８に示された接続装置の供給側の短絡
レベル変化に対する電力及び電圧の感度図である。

図24は、本発明にしたがう一つの接続装置の一つのア
プリケーションの概略図である。

図25は、付加的に電力制御調整部材を備えた図２に示
された接続装置の概略図である。

図26は、図２及び25に示された接続装置に用いられる
作動ポイント表である。

図27は、図２及び25に示された接続装置の障害電流制
限効果（fault−current−limiting effect）を示す概
略図である。

図28−32は、図２及び25に示された接続装置を持つ及
び持たない電力フローの例を示す概略図である。

図33は、異なる電力フロー方向を有し、図２及び25に
示された接続装置の供給及び受入側間の様々な位相シフ
トについての位相図を示す表である。

図34は、図２及び25に示された接続装置の供給及び受
入側の電圧間の様々な位相シフトに関する定常状態の定
格電圧及び電流を示す表である。

図35a−ｇ及び36a−ｇは、実験用のために図２及び25
に示された接続装置における種々のポイントでのサンプ
ル電圧及び電流波形を示す概略図である。

図37は、３相のオープニングの間において、図35a及
び36aに示された接続装置に関する最大負荷（stress）
特性図である。

図38は、図35a及び36aに示された接続装置の上部レイ
アウト図である。

図39は、図38の39−39線に沿った断面図である。

図40は、図38及び39に示された接続装置の保護スキー
ムの単一ライン概略図である。

図41−45は、本発明にしたがう５つの接続装置パーツ
を示す電気回路図である。

好ましい実施の形態の詳細な説明 下記の説明及び図面では、同じ番号が同一又は類似の
部品に用いられる。

図１−４を参照すると、一つの交流回路網（“供給
（sending）”回路網として機能）から他の交流回路網
（受入（receiving）回路網として機能）への有効電力
の伝送を制御するために、第１及び第２の同期多相交流
回路網の接続装置が示されており、各回路網は電圧ＶA
s、ＶBs、ＶCs（“供給”回路網）、及びＶAr、ＶBr、
ＶCr（“受入”回路網）を供給す多数の位相ラインを持
っている。

第１の交流回路網の各位相ラインにつき、前記装置
は、第１のサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1Cを第１の交流
回路網（“供給”側）の位相ラインに接続するための第
１のコネクタ１を備えた第１の端子５、11、17を有する
第１のサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1Cから構成されてい
る。また、第１のサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1Cは、第
２端子４、10、16を有する。さらに、本装置は、第１の
交流回路網の各位相ラインにつき、第２のサセプタンス
Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2Cを第１の交流回路網（“供給”側）の
位相ラインに接続するためのコネクタ３を備える第１端
子７、13、19を有する第２のサセプタンスＢ2A、Ｂ2B、
Ｂ2Cから構成されている。第２のサセプタンスＢ2A、Ｂ
2B、Ｂ2Cは、また、第２端子６、12、18を有する。この
ようにサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1C及びＢ2A、Ｂ2B、
Ｂ2Cは電圧ＶAs、ＶBs、ＶCsを受け取る。

第１の接続及び変換装置９は、第２の交流回路網（す
なわち、“受入”側の電圧がＶAr、ＶBr、ＶCr）から引
き出される第１位相の電圧を第１サセプタンスＢ1A、Ｂ
1B、Ｂ1Cの第２端子４、10、16に印加するように構成さ
れる。第２の接続及び変換装置15は、第２の交流回路網
（すなわち、“受入”側の電圧がＶAr、ＶBr、ＶCr）か
ら引き出される第２位相の電圧を第２サセプタンスＢ2
A、Ｂ2B、Ｂ2Cの第２端子６、12、16に印加するように
構成される。しかしながら、第２位相電圧は第１の位相
電圧に対して位相がシフトしていなければならない。サ
セプタンスＢ1A、Ｂ1B及びＢ1Cは誘導型であり、また、
他のサセプタンスＢ2A、Ｂ2B及びＢ2Cは容量型である。
作動の際に、第１及び第２の位相電圧間の位相シフト
は、一つの交流回路網（“供給”側）から他の回路網
（“受入”側）への有効電力の調整された伝送を可能な
らしめる。

好適には、コンデンサＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2C及びコイルＢ
1A、Ｂ1B、Ｂ1Cは、スイッチ20で直列に接続され、その
選択により第１及び第２の交流回路網間の電力伝送条件
のいろいろなモードの調整が行える。

本発明によれば、第１及び第２の同期多相交流回路網
を接続する方法は、第１の交流回路網の各位相ラインに
つき、次のステップよりなる： ａ）第１の交流回路網の位相ライン（電圧ＶAs、ＶBs、
ＶCsを供給）に第１のサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1Cの
第１の端子５、11、17を接続し、 ｂ）第１の交流回路網の位相ラインに第２のサセプタン
スＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2Cの第１の端子７、13、19を接続し、 ｃ）前記第２の交流回路網から引き出された第１位相の
電圧（電圧ＶAr、ＶBr、ＶCrを供給）を第１のサセプタ
ンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1Cの第２の端子４、10、16に印加
し、そして ｄ）第２の交流回路網から引き出された第２位相電圧を
第２のサセプタンスＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2Cの第２端子６、1
2、18に印加し、この第２位相電圧は第１位相電圧に関
して位相がシフトしており、一つのサセプタンスＢ1A、
Ｂ1B、Ｂ1Cは誘導型であり、他のサセプタンスＢ2A、Ｂ
2B、Ｂ2Cは容量型であり、これにより、稼働の際に第１
及び第２の位相電圧の間の位相のシフトは前記一つの交
流回路網から他の交流回路網へ有効電力の伝送を可能な
らしめる。

図１を参照すると、接続装置は、それぞれがライン電
圧ＶAs、ＶBs、ＶCs及びＶAr、ＶBr、ＶCrを供給する３
相ラインを有する２つの３相交流回路網を接続するよう
に配列される。この配列の特性は、上記で定義されたよ
うな各第１の位相電圧が実質的に、上記で定義したよう
な第２の位相電圧に対して240゜位相がシフトしてい
る。この特性は、誘導型のサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ
1Cの各々については、その第２端子４、10、16を短絡回
路21を通して第２の交流回路網の第１位相ラインに直接
接続することにより得られ、また、対応する容量型のサ
セプタンスＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2Cの各々については、その第
２端子６、12、18を短絡回路23を通して第２の交流回路
網の第２位相ラインに直接接続することにより得られ、
そこでは第２交流回路網の第１位相ラインに対し240゜
位相がシフトしている。その場合、第１及び第２の接続
及び変換装置９、15は短絡回路21、23により形成され
る。第１及び第２の位相電圧はどれも、第１の交流回路
網の対応するライン電圧ＶAs、ＶBs、ＶCsに対して＋12
0゜及び−120゜位相がシフトしている（トータル240゜
の位相差）。

図３を参照すると、図１の接続装置との差は、各第１
位相電圧が、対応する第２位相電圧に対して60゜位相が
シフトしていることにある。この特性は、誘導型のサセ
プタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1Cの各々については、その第２
端子４、10、16を、第２の交流回路網との接続のために
ライン端子38、40、42を備えたＹ結合一次巻き線（wind
ing）を有する３相の変換器36の第１のΔ結合二次巻き
線の位相端子44、46、48へ接続することにより得られ、
また、容量型のサセプタンスＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2Cの各々に
ついては、その第２端子６、12、18を、３相の変換器36
の第２のΔ結合二次巻き線の位相端子50、52、54へ接続
することにより得られる。この場合、第１及び第２の接
続及び変換装置９、15は３相の変換器36により形成され
る。第１及び第２の位相電圧はどれも、第１の交流回路
網の対応するライン電圧ＶAs、ＶBs、ＶCsに対して＋30
゜及び−30゜位相がシフトしている。

ここで図２を参照すると、それぞれの第１位相電圧
は、対応する第２の位相電圧に対して120゜位相がシフ
トしている。この特性は、誘導型のサセプタンスＢ1A、
Ｂ1B、Ｂ1Cの各々については、その第２端子４、10、16
を、第２の交流回路網との接続のためにライン端子24、
26、28を備えたＹ結合一次巻き線（winding）を有する
３相の変換器22の第１のＹ結合二次巻き線の位相端子3
0、32、34へ接続することにより得られ、また、容量型
のサセプタンスＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2Cの各々については、そ
の第２端子６、12、18を、３相の変換器22の第２のＹ結
合二次巻き線の他の位相端子30、32、34へ接続すること
により得られる。この場合、第１及び第２の接続及び変
換装置９、15は３相の変換器22により形成される。第１
及び第２の位相電圧はどれも、第１の交流回路網の対応
するライン電圧ＶAs、ＶBs、ＶCsに対して＋60゜及び−
60゜位相がシフトしている。

図４を参照すると、それぞれの第１位相電圧は、対応
する第２の位相電圧に対して180゜位相がシフトしてい
る。この特性は、誘導型のサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ
1Cの各々については、その第２端子４、10、16を、第２
の交流回路網との接続のためのライン端子58、60、62を
備えたＹ結合一次巻き線を有する３相の変換器56のＹ結
合二次巻き線の位相端子64、66、68へ接続することによ
り得られ、また、容量型のサセプタンスＢ2A、Ｂ2B、Ｂ
2Cの各々については、その第２端子６、12、18を、短絡
回路25を通して第２の交流回路網の位相ラインへ接続す
ることにより得られる。この場合、第１の接続及び変換
装置９は３相の変換器56により形成され、一方、第２の
接続及び変換装置15は短絡回路25により形成される。第
１及び第２の位相電圧はどれも、第１の交流回路網の対
応するライン電圧ＶAs、ＶBs、ＶCsに対して＋60゜及び
−120゜位相がシフトしている。

ここで図41を参照すると、図３の接続装置の変形例の
部分図が示されている。この場合、誘導サセプタンスＢ
1Aの第２端子４は、第２の交流回路網に接続するための
ライン端子104、106、108を備えた３相Ｙ結合一次巻き
線を有する変換器102の６相のジグザグ結合二次巻き線
の第１位相端子90に接続されている。容量型サセプタン
スＢ2Aの第２端子６は、６相のジグザグ結合二次巻き線
の第２位相端子92に接続されている。全ての第１及び第
２の接続及び変換装置は変換器102により形成されてい
る。このような配列は、第１の交流回路網の各位相ライ
ンに用いられることが理解されよう。

図42を参照すると、一つの接続装置の部分配列図が示
されており、そこでは第１の位相電圧は、対応する第２
の位相電圧に対して30゜位相がシフトしている。この特
性は、サセプタンスＢ1Aの第２端子４を、第２の交流回
路網に接続するためのライン端子118、120、122を備え
たＹ結合一次巻き線を有する３相変換器116のΔ結合二
次巻き線の一つの位相端子110に接続することにより得
られ、また、短絡回路124を通して、サセプタンスＢ2A
の第２端子６を第２の交流回路網（ライン電圧ＶArを供
給するもののように）の位相ラインに直接接続すること
により得られる。このような配列が、第１の交流回路網
の各位相ラインに用いられることが理解されよう。この
場合、全ての第１の接続及び変換装置は変換器116によ
り形成される一方、第２の接続及び変換装置の各々は短
絡回路124により形成される。第１及び第２の位相電圧
はどれも、第１の交流回路網の対応するライン電圧ＶA
s、ＶBs、ＶCsに対して−30゜及び０゜位相がシフトし
ている。したがって、この30゜の特性は中心がずれてい
る。

図43を参照すると、対応する第２位相電圧に対して30
゜位相がシフトしている第１位相電圧の別の接続装置の
部分配列図が示されている。この特性は、サセプタンス
Ｂ1Aの第２端子を、第２の交流回路網との接続のための
ライン端子132、134、136を備えるＹ結合一次巻き線を
有する３相変換器130のＹ及びジグザグ結合第２巻き線
の第１位相端子126に接続することにより、また、第２
サセプタンスＢ2Aの第２端子を、Ｙ及びジグザグ結合第
２巻き線の第２位相端子128に接続することにより得ら
れる。第２位相端子128は第１位相端子126とは異ならせ
るべきで、その結果それらが実質的に等しい振幅を有し
ているものの第１及び第２の位相電圧の位相はシフトさ
れている。第１位相端子126は、変換器130の他の巻き線
の一つの巻き線脚（leg）を、関係する第２巻き線のタ
ップ端子（位相端子128に接続）に接続することにより
形成される。このような配列は、第１の交流回路網の各
位相ラインに備えられなければならない。この場合、第
１及び第２の接続及び変換装置の全ては、変換器130に
より構成される。各第１及び第２の位相電圧は、第１の
交流回路網の対応するライン電圧ＶAs、ＶBs、ＶCsに対
して−30゜及び０゜位相がシフトしている。したがっ
て、この30゜の特性は中心がずれている。この配列は、
異なる電圧レベル（例えば、315kV及び120kVの交流回路
網）で稼働している２つの交流回路網を接続する際に特
に好適である。この電圧変動は、２つの交流回路網間の
有効電圧の位相を調整するためにサセプタンスＢ1A、Ｂ
2Aと連携して用いられる変換器130により行われる。こ
のように、変換器130は、第２の交流回路網により供さ
れるライン電圧の振幅に対して、第１及び第２の位相電
圧の振幅を調整する。

図44を参照すると、図43の配列と等価であるが３相変
換器（130）の代わりに３相の自動変換器142を使用して
いる接続装置の部分配列図が示されている。第１のサセ
プタンスＢ1Aの第２端子は、第２の交流回路網との接続
のためのライン端子144、146、148を備えるＹ及びジグ
ザグ結合自動変換器142の第１位相端子139のタップ端子
138に接続されている。第２サセプタンスＢ2Aの第２端
子は、Ｙ及びジグザグ結合自動変換器142の第２位相端
子140に接続される。第２位相端子140は第１位相端子13
9とは異ならせるべきで（図43のものと同様）、その結
果それらが実質的に等しい振幅を有しているものの第１
及び第２の位相電圧の位相はシフトされている。このよ
うな配列は、第１の交流回路網の各位相ラインに備えら
れなければならない。この場合、第１及び第２の接続及
び変換装置の全ては、自動変換器142により構成され
る。各第１及び第２の位相電圧は、第１の交流回路網の
対応するライン電圧ＶAs、ＶBs、ＶCsに対して−30゜及
び０゜位相がシフトしている。したがって、この30゜の
特性は中心がずれている。

図45を参照すると、各々が６相のラインＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを持つ２つの６相の交流回路網を接続す
る接続装置の部分配列図が示されている。この配列の特
徴は、各第１位相電圧が対応する第２位相電圧に対して
実質的に60゜位相がシフトしていることである。この特
性は、第１のサセプタンスＢ1Aの第２端子４を、短絡回
路150を通して第２の交流回路網の第１位相ライン
（Ｆ）に直接接続することにより、また、第２のサセプ
タンスＢ2Aの第２端子６を、短絡回路152を通して第２
の交流回路網の第２位相ライン（Ａ）に直接接続するこ
とにより得られる。第２の位相ライン（Ａ）は、第１の
位相ライン（Ｆ）とは異ならせるべきで、それにより第
１の位相電圧は第２の位相電圧に対して60゜位相がシフ
トしている。このような配列は、第１の交流回路網の各
位相ラインに備えられなければならない。さらに、この
ような配列は、６相の交流回路網を３相の交流回路網に
接続する場合にも用いられる。したがって、各第１及び
第２の接続及び変換装置は短絡回路150、152より構成さ
れる。各第１及び第２の位相電圧は、第１の交流回路網
位相ライン（Ａ）に供される対応するライン電圧に対し
て、−60゜及び０゜位相がシフトしている。したがっ
て、この60゜の特性は中心がずれている。

上記の種々の接続装置を使用する理由がここで明らか
にされる。

図１−３を参照すると、接続装置は、さらに、各接続
回路２、８、14において、対応するサセプタンスＢ1Aと
Ｂ2A、Ｂ1BとＢ2B、Ｂ1CとＢ2Cの位置を互いに変換する
ための（あるいは、第１のサセプタンスＢ1A、Ｂ1B、Ｂ
1Cの第２端子４、10、16に印加されていた位相電圧を対
応する第２のサセプタンスＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2Cの第２端子
６、12、18にスイッチするための、あるいはその逆の）
パワーリバーサルスイッチ70を有し、これにより、２つ
交流回路網間の電力のフロー方向を逆にすることを可能
とする。

図４を参照すると、この装置は、このケースでは、さ
らに、再接続のためのパワーリバーサルスイッチ70を有
する：すなわち、第１の接続回路２においては、位相端
子68からの第１のサセプタンスの端子４を位相端子66に
再接続し、第２の接続回路８においては、位相端子64か
らの第１のサセプタンスの端子10を位相端子68に再接続
し、かつ、位相端子58からの第２のサセプタンスの端子
12を位相端子62に再接続し、そして第３の接続回路14に
おいては、位相端子66からの第１のサセプタンスの端子
16を位相端子64に再接続し、かつ、位相端子60からの第
２のサセプタンスの端子18を位相端子58に再接続する。

また、別な構成のパワーリバーサルスイッチが図41−
45に示された接続回路に同様に適用される。

図１−４を参照すると、パワーリバーサルスイッチ70
は、好適には、分割器（sectionalizer）、回路ブレー
カあるいはサイリスタバルブであるが、他のタイプのス
イッチも使用可能である。コンデンサＢ2A、Ｂ2B、Ｂ2C
及びコイルＢ1A、Ｂ1B、Ｂ1Cと直列にあるスイッチ20
は、好適には、回路ブレーカあるいはサイリスタバルブ
であるが、他のタイプのスイッチも使用可能である。ス
イッチ20は、稼働の際に、必要に応じて、サセプタンス
のどの一つとでも、その接続を切り離すときに用いられ
る。

下記の説明は、接続される２つの（同期）交流回路網
の異なる位相間の直列インピーダンス接続をベースにし
た特別ではあるがこれに限定されない接続装置（以後、
IPCと言う）の適用例について行われる。このIPCは次の
特質を有する電流源として機能する。−２つの交流回路
網間で広い角度範囲（約±25゜）にわたって電力フロー
がほぼ一定であり（約10％以内）； −一つの交流回路網から他の交流回路網への短絡寄与
分が無視でき； −装置の片側での過酷な事故（severe contingenc
y）が他の側への電圧に無視できる影響しか及ぼさず； −調和振動（harmonic）が全く生じない（受動的な制
御が行われるため）。

他の運転条件（電力降下、無効電力生成あるいは吸
収）はインピーダンス素子をスイッチすることにより可
能となる。

IPCは事故時と同様に通常時の下で、信頼性の高く、
予測可能な稼働を可能ならしめる。さらに、IPCは事故
時に電圧を調整するための無効電力サポートを供する。

図５を参照すると、IPCは、それぞれが２つの交流回
路網あるいはサブ回路網間72、74に直列に装備された１
組の３相のリアクトル（コイル）Ｌ及びコンデンサＣを
用いている。この新しい組の装置と他の直列の補償装置
とを区別する点は、この直列の素子が回路網に接続され
ている方法においてである。例えば、第１の回路網の位
相Ａのリアクトルとコンデンサは第２の回路網の位相Ｂ
とＣに接続される。このように、IPC端子において電圧
位相の角度δがどれほどシフトしているにせよ、この素
子のいくつかはいつも一定の電圧が印加されている。こ
れらの素子の値を調節することにより、例え端子での角
度δがゼロであっても、それぞれの回路網に電流を入力
させることが可能となる。全ての素子が動作状態になっ
たとき、電流の振幅及び位相角度はIPCが接続される２
つのバスのうちの一つにおいてセットされる。この電流
調整により、IPCによりもたらされる電力がセットされ
るとともに、バスの一つで吸収又は生成された無効電力
もセットされる。

次の説明では、リアクトル（コイル）Ｌ及びコンデン
サＣは、損失がなく理想状態にあるものとされる。これ
らの直列の素子のインピーダンスそれらの虚数部、すな
わちリアクタンスまで減じられる。これらの直列の素子
が互いに並列に設けられるIPCのコンテクスト内で、サ
セプタンスという言葉が現実的な理由により（Ｂ＝−1/
X）リアクタンスの代わりに用いられる。

図６、７を参照すると、有効電力フローＰの方向（矢
印）はパワーリバーサルスイッチ70により逆転されるこ
とができる。有効電力Ｐは、フローが“s"（供給）側か
らIPCの“r"（受入）側へ生じるとき正として定義され
る。矢印Qs及びQrにより示される無効電力は、IPCが、
それが接続されるバス（図示されず）に無効電力を生じ
させるとき正とされる。

フローが正のとき、サセプタンスB1とB2は、それぞれ
電圧ポイントＶCsとＶBsに接続される。電力フローの逆
転は、単に、“供給”側のサセプタンスを再接続し、B1
がB2の位置をとるか、あるいはその逆となることにより
行われる。

サセプタンスB1、B2は、240゜の角度γだけ位相がシ
フトしている電圧ポイントＶCsとＶBsに接続されている
ために、IPCは240型と称される。

位相電流ＩArはサセプタンスB1、B2における電流ＩB1
とＩB2の合計に等しい。これらの電流ＩB1とＩB2は電圧
ＶArに対し＋60゜と−60゜の角度をなすために、これら
の力率（power factor）は低い。

図８、９を参照すると、電流の力率を向上させるため
にＹ−y6変換器22が用いられる。

ここで、サセプタンスB1及びB2は、“供給”側でＶBs
とＶCs電圧にそれぞれ接続されている。これらの電圧は
互いに120゜のγ角度を形成するために、IPCは120型と
呼ばれる。変換器側である位相回転角度を生じる変換器
22の二次コイルの様々な接続は360゜の角度範囲でIPCの
広範囲な作動を許容する。

サセプタンスB1とB2に印加される電圧ＶB1とＶB2はそ
れぞれ電流ＩB1とＩB2を生じ、それらの間に角度60゜を
形成する。“受入”側の位相Ａの電流ＩArは、これらの
電流の合計に等しい。IPCは対称であるために、電流ＩA
sは、変換率ｎに対して、位相がそれぞれ−60゜及び＋6
0゜シフトしている電流ＩB1及びＩB2の合計に等しい。
サセプタンスB1及びB2の値を調整することにより、IPC
は電圧ＶAsに対して電流ＩAsの振幅と位相角を完全に制
御することができ、同様に、電圧ＶArに対してはＩArの
完全な制御を可能とする。このように“供給”及び“受
入”側を指すように定義される電力SsあるいはSrをセッ
トすることが可能となり、それぞれ（IPCの外側への方
向）： S_s＝−V_sI^＊ _ｓ＝−Ｐ＋jQ_s （A.1） S_r＝−V_rI^＊ _ｒ＝Ｐ＋jQ_r （A.2） 有効電力Ｐは電力フローが“供給”から“受入”へ流
れるとき正となる。有効電力Qs及びQrは、IPCがそれぞ
れ接続されるバスへ無効電力を生じさせるとき、正とな
る。

変換器が理想的でｎ＝１の場合、Ｐ、Qs及びQrの値は
次式で表される： 角度δB1及びδB2はサセプタンスB1及びB2の“供給”
及び“受入”側の電圧間に現れる位相シフトであり、そ
れぞれ： δ_B1＝δ−Ψ_１ （A.4） δ_B2＝δ−Ψ_２ （A.5） 角度δは電圧ＶAs及びＶAs間の位相シフトを表してい
る。120型IPCの角度変位Ψ１とΨ２はそれぞれ−60゜及
び60゜である。

式（A.3）は２つの未知の量を有する３式からなるシ
ステムである。したがって、120型IPCは、２つのサセプ
タンスB1、B2が変化するとき、３つの電力Ｐ、Qs、Qrの
いかなる２つも制御することができる。調整システムを
用いると、QsあるいはQrの制御をVsあるいはVrの調整に
換えることができる。また、他の調整手法も考えられ
る。さらに、第３のサセプタンスについて３つの変数が
制御される。

ＰとQr値が制御される場合、サセプタンス値は次式で
与えられる： （A.3）から導かれた次式は、サセプタンスが共役の
とき、VsとVrが何であれ、Qs＝Qrであることを示してい
る： ある電力レベルでは（すなわち、図６、８における電
流ＩArと同じ）、サセプタンスにおける電流はかなり小
さい。電圧ＶArに対する電流ＩB1とＩB2の位相シフトは
それぞれ＋30゜と−30゜であり、良好な力率となる。

インストールされた無効電力は240型IPCのそれよりも
大幅に低く、それは付加的な変換器22を補完するもので
ある。トータルな損失はどちらの場合でもほぼ同じであ
る。

サセプタンスB1とB2が変数であるならば、サセプタン
スB1とB2に電圧が印加されている限り、IPCは有効電力
Ｐ及び無効電力QsあるいはQrを直接制御できる。ある調
整システムもってすれば、IPC端子で電圧ＶAs及びＶAr
のような他の変数を制御することも可能である。

有効電力フローのみが、ほぼδ＝０゜を中心にした制
限された角度範囲で制御されなければならない場合に
は、サセプタンスB1とB2は一定値に固定される。

図10は、120型IPCが２つの無限バス（infinite buse
s）に接続されるとき、角度δの関数として、図８に示
されたサセプタンスB1とB2の“供給”側上で有効及び無
効電力Ｐ、Qrの理想化された特性を示している。サセプ
タンスB1及びB2の特性は、それぞれ角度がΨ１＝−60゜
及びΨ２＝＋60゜だけシフトされている。変換器は理想
的として扱われる。有効電力Ｐ及び無効電力Qrの特性
は、各サセプタンスB1とB2の特性を加えることに由来す
る。δ＝０゜でIPCの力率１（unity power factor）
における動作は、B1＝−B2（サセプタンスが共役）と仮
定することにより達成される。そのとき、電力フローは
cos（δ）の関数である一方、無効電力Qrは−sin（δ）
にしたがって変化する。

Qsの特性は（図示されず）、Qrのものと同一である。
式A.8は、サセプタンスB1とB2が共役のとき、VsとVrが
何であれQs＝Qrであることを示している。

図８、11を参照すると、２つの交流回路網の異なる位
相間のサセプタンスB1とB2との接続は、サセプタンスB1
とB2が共役で、かつ、変換器の漏洩インピーダンス及び
全損失が無視できるならば単純化された等価回路（図11
参照）により表される。これらの条件の下で、IPCは２
つの制御された電源76、78として機能する。各電源76、
78の振幅は、IPCの反対側上の端子電圧ＶAsあるいはＶA
rに比例する。図10に依れば、IPCの両側上の力率はcos
（δ）に等しい。このように、δ＝０゜を中心にした±
25゜の角度範囲では、有効電力フローはサセプタンスB1
及びB2が固定値のときでさえも、ほとんど一定である。
無効電力は、０゜付近で−1p.u./radに等しい曲線でほ
とんど直線的に変化する。さらに、IPCは、位相制御調
整が全然なされていないとき、いかなる調和振動も生じ
ない。

120型IPCは、固定値のサセプタンスB1とB2を用いて、
有効電力を信頼性高く、また予測可能に制御する。IPC
端子でのδ角度が±25゜の範囲内に維持される限り、電
力フローを制御するためためにサセプタンスB1及びB2を
分割及びスイッチングする必要はなくなる。スイッチン
グは電力レベルを変更する際に及び所望量の無効電力を
生成又は吸収する際に必要となるのみである。

下記の論点は、IPCのサセプタンスB1とB2の漏洩イン
ピーダンス、端子電圧及びスイッチングの電力特性に対
する影響について述べるものである。IPC特性は、交流
回路網の短絡レベルに実質的に影響されない。下記の特
性は、それぞれの側の名目上の電圧で計算され、変換比
ｎ＝１（図８参照）で1.0p.u電力はIPCの定格値（ratin
g）である。全ての特性についてのサセプタンスB1及びB
2の最大値は、それぞれ−57.7％及び＋57.7％である。
変換漏洩インピーダンスは10％にセットされる。

図12、13及び14を参照すると、120型IPCの名目上の稼
働特性が示されている。設定角度範囲はほぼδ＝０゜で
±25゜である（図10参照）。稼働範囲は、２つの隣接す
るサブシステム間の色々な態様の電力交換に十分に適用
可能である。その最大値及び最大値の2/3値におけるサ
セプタンスB1とB2（図８参照）について、実線曲線及び
破線曲線がプロットされている。サセプタンスB1とB2は
共役である。このように、フローはサセプタンス値に直
線的に比例しており、電力特性の形（shape）は変化し
ない。電力フローはδ＝±25゜で9.37％、δ＝±15゜で
3.4％減少している。それぞれの側の無効電力は−0.016
9p.u./degの勾配で変化する。電源間の角度変位が直列
インピーダンスと変換器の漏洩インピーダンスとに配分
され、かつ、フローの方向が“供給（ｓ）”側から“受
入（ｒ）”側であるとき、サセプタンス端子において直
接的に配分された角度は減少し、それによりサセプタン
スはより以上の無効電力を生じることになる。この増加
は、変換器がないとき、“受入”側で視認可能である。
Qr特性は右側へ換えられる。“受入”側では、変換器漏
洩インピーダンスはサセプタンスにより生成した無効電
力を吸収する。

電力フローが最大絶対値を有するサセプタンスB1及び
B2で逆転するとき、δ＝０゜での電力フロー及び無効電
力曲線の勾配は等しいが、符号が逆である。δに対する
電力フローの感度は変化しない。

図15、16及び17を参照すると、IPC端子における電圧
特性は最大電力で計算される。曲線１、２、及び３が、
それぞれ1.1、1.0及び0.9p.u.のそれぞれの側のIPCの電
圧に対してプロットされている。式A.3にしたがって、
電力フローＰにおける増加は２つの電圧の積により与え
られる。たとえば、曲線１は（1.1）×（1.1）＝1.21で
21％の電力増加を示している。Qs及びQrにおける変化
は、両側における同じ電圧変化に対して等しい。しかし
ながら、“受入”側のみにおいて（図示されず）電圧が
10％増加すれば、Qsの最大無効電力増は４％で、δ＝−
25゜で生じる。これは、IPCの一つの側の電圧変化は他
の側に実質的な影響を及ぼさないことを示している。

電力特性は、サセプタンスB1とB2が共役ではなく、例
えばサセプタンスB1及びB2のうちの一つがゼロのとき
は、異なる形となる。

B1がゼロのとき、有効電力は−25゜から＋25゜へ、0.
61から0.35p.u.を通って、ほとんど直線的に減少する。
IPCによってそれぞれの側で生じた無効電力は、コンデ
ンサB2だけが回路内にあるとき、δ＝０゜で0.31p.u.と
なる。これらの条件の下で、電力フローは角度δの変化
により高感度となる。しかしながら、これはIPCについ
て特殊な稼働モードであり、交流回路網が事故時にある
ときにのみ用いられる。サセプタンスB2がスイッチされ
る一方、サセプタンスB1が固定されるならば、同様な結
果が予想される。最小の有効電力伝送力は＋25゜におい
てよりもむしろ−25゜においてであり、無効電力はIPC
により生成されるかわりに吸収される（QsとQrは約0.6
p.u.だけシフトする。） 図18は、定格条件で120型IPCに用いられる稼働ポイン
ト一覧を示す表である。

図19−23は、IPC特性に対する交流回路網の短絡の影
響を示している。δ＝０゜におけるIPCの定格電力は1p.
u.にセットされる一方、対応する交流回路網の短絡電力
は15p.u.とされる。これは都市地域システムに適用され
る短絡レベルである。この条件の下で、120型IPCのコイ
ル及びコンデンサのインピーダンスは、IPCのそれぞれ
の側で観測される交流回路網短絡回路インピーダンスＺ
Th0よりも25倍大きい。これに対応する特性が実線曲線
としてプロットされている。IPCの“供給”側のみの交
流回路網のゼブニン（Thevenin）インピーダンスが100
％増加すれば、有効及び無効電力特性は破線曲線で示さ
れているように僅かだけ影響を被る。この100％の増加
は、短絡レベルが半分に減少するために、過酷な事故時
を想定している。このように、日々の及び季節的な負荷
変動は、保守期間内あるいは事故時の変動と同様に、IP
Cの動きに影響を及ぼすものであってはならない。この
ような規模の事故時の間は、IPCは交流回路網間の有効
電力フローを減少させる一方で無効電力を発生あるいは
吸収することでその電圧に維持する役割を担う点に留意
すべきである。

図８は、120型IPCの無効電力が2.1p.u.のとき、リア
クトルB1とコンデンサB2の量は、その端子の電圧が両方
とも1.0p.u.のときに±25゜の角度範囲にわたってIPCが
0.91と1.0p.u.の間に電力フローを維持することを可能
とする。損失は主に変換器22及びリアクトル81内に存在
する。上記の条件の下で、変換器損失は0.34％で、全角
度範囲で一定である。リアクトル損失は0.05％（δ＝−
25゜）と0.26％（δ＝＋25゜）の間の値である。損失
は、これらの装置のタイプに関して典型的な値を用いて
計算される。120型IPCの全損失は、ほぼ0.4及び0.6％と
の間の値である。

120型IPCに関する上記の電力特性に基づいて、２つの
基本的な洞察が、直列補償を伴うあるいは伴わない伝送
ライン及び伝送シフト変換器と比較した前記電力特性の
挙動に関して行われる： −その端子における角度に対する電力フローの感度は
低い一方、伝送ライン及び伝送シフト変換器に対しては
非常に高い； −逆に、その端子における角度に対する無効電力の感
度はかなり大きく、一方、伝送ライン及び伝送シフト変
換器は大きな影響は受けない。

このように、外乱の間、IPCは交流回路網間の有効電
力伝送をほぼ一定に維持する。この外乱が変動交流回路
網内で電圧変化を伴うものであれば、有効電力フローに
おける損失はその電圧変化の振幅により支配される。し
かるに、健全な交流回路網の電圧は影響を受けない。さ
らに、角度変位による電力フロー方向の逆転は防止され
るべき現実的な全目標である。IPCは、いかなる倍振動
を生じさせることなく完全に受動的な態様でこのタイプ
の挙動を示すものである。

上述したように、IPCの直列インピーダンスは交流回
路網の短絡インピーダンスよりもかなり大きい。IPCの
いずれかの側の短絡回路を考慮すると、直列インピーダ
ンスはフォルト（fault）電流を制限する。３相の短絡
回路の場合、健全な交流回路網の各位相は、サセプタン
スB1とB2が共役であるために、平行なLC回路に60Hzの共
鳴周波数を供給する。したがって、フォルトの発生は、
図27に示されたように、全フォルト電流の増加に実質的
に影響を全く与えない。正味の値（net result）は、
短絡回路に対する寄与はプレフォルト（porefault）電
流レベルにとどまることである（図11参照）。120型IPC
に関して興味をひく点は、フォルトの間、サセプタンス
B1及びB2に印加される電圧は通常稼働時の間のものと同
じである点である。したがって、フォルトはIPCを圧迫
するいかなる特別な電圧を生じさせない。

IPCの一つの側の回路ブレーカはオープンにされるべ
きで、そのときIPCに接続されている交流回路網は、３
相の直列LCに60Hzの共鳴周波数を供給する。LC直列回路
の中間点における電圧が危険なほど高くなるのを防ぐた
め、バリスタがサセプタンスB1とB2のそれぞれの側に装
備される。

通常状態でIPCが稼働する際、直列共鳴現象が、交流
回路網の等価リアクタンスとともに出現する。この現象
を説明するために、IPCをその等価の周波数に置き換え
ることが可能である。この等価物は、単に、IPCの一つ
と同一である直列コンデンサである。固有値の研究によ
って、この等価物はIPCインピーダンスが接続回路網の
それよりも少なくとも10倍であるならば、10％の精度で
適切に共鳴周波数を示す。この等価物に基づけば、120
型IPCインピーダンスが交流回路網のインピーダンスの
それの15倍である場合、共鳴周波数は近似的に次式で表
される： この値は60Hz（北アメリカの交流回路網の周波数）と
はかけ離れているために、サブ同期共鳴が生じる直列補
償で見いだされるものと同様な稼働の際の問題を示すも
のではない。

交流回路網内で電力フローを制御するための接続装置
（IPC）は従来の部品（変換器、コンデンサ、リアクト
ル及び回路ブレーカ）から構成される受動的な装置であ
るが、それは交流回路網間の電力フローの受動的な制御
にいかなる意味でも限定されるものではない。このよう
に、これは、潜在的には、電力フローの柔軟な調整が定
常及びダイナミックな状態の両方で電圧サポートにした
がって必要とされる交流回路網のアプリケーションに用
いられ得る。

次の説明は、交流回路網内の電力フロー制御のための
一つのIPCのアプリケーションについてである。

図24を参照すると、このアプリケーションは、高短絡
レベルの制限によって通常はオープンとされる連結部
（tie）をクローズすることによって、２つの切り離さ
れているが、同期している120kVのサブ回路網“B"及び
“C"を接続することを考慮している。

このアプリケーションの研究に関し、120kVのサブ伝
送システムが、高短絡レベルのために放射状に（radial
ly）稼働される多数のサブ回路網から構成される故に、
このシステムが選択される。このアプリケーションで
は、IPCは短絡レベルを上げないでサブ回路網間に付加
的な供給を行うために用いられる。主伝送システム（回
路網“A"）は315−kV及び120−kVのサブ回路網に供給す
る735−kVのループである。このシステムへの負荷は通
常、時間とともに増加するために、120−kVへの供給は
増大されなければならない。通常の解決法は、工場への
電力供給を維持するために、放射状の稼働モードにおい
て変換器と共に新リンク（new link）を付加すること
にある。他の解決法はサブ回路網を接続することである
が、これは全短絡電流が回路ブレーカの遮断能力よりも
低く抑えられているときのみ可能である。この問題の別
な側面は、連結ライン（tie line）の端部間の電圧及
び位相角のわずかな変化が有効及び無効電力のフローに
かなりの影響を与えることと、ひいては有効電力フロー
の逆転を引き起こすことである。これらのファクターの
最終的な帰結は、２つのサブ回路網の接続は装置を過負
荷にすることにより状況を悪化させることである。

ここで提案される他の解決法が、本発明にしたがっ
て、IPCを用いることにより色々な態様で提供される。I
PCトポロジーの選択は次のようないくつかの決定ファク
ターに基づく： −２つのサブ回路網間で変換される位相角δの範囲； −交流回路網内の最大電圧の変動； −提案された装置によって処理（ライン損失に続く短
絡）される事故のタイプ；−スピード及び精度について
要求される性能； −IPCが接続される電圧レベル。

カバー角度範囲は２つの交流回路網間の最大可能角度
差に対応する。例えば、季節的な負荷条件（夏及び
冬）、装置保守によって影響される各回路網のトポロジ
ー、ジェネレーション（generation）の管理、等の多数
のファクターがこの範囲に影響を及ぼす。許容電圧変動
は、ある交流回路網上でスイッチされる最大サセプタン
ス（コイルあるいはコンデンサMvar）を決定する。この
装置は、２つの交流回路網のいずれかで、いかなる外乱
の間も接続されたままでなければならない。例えば、短
絡によって生じるライン損失は、IPC素子に印加される
電圧と共に２つの交流回路網間の角度を変更する。要求
性能は、あるアプリケーションとほかのものとでは異な
る。あるアプリケーションでは、一定の電力制御のみが
必要とされる一方で、他のものでは外乱中の伝送電力を
調整する能力が必要とされる。

図25を参照すると、IPCは２つの交流サブ回路網“B"
と“C"の異なる位相間に接続されたコイル及びコンデン
サのサセプタンス（B1とB2）から構成される。各サセプ
タンスB1とB2は、そのウエート（weight）が２進法（ビ
ット）にしたがう１以上の部品から構成される。このよ
うな配列は２つの同期交流回路網間の電力交換の段階的
な制御を可能とする。IPCの様々なトポロジーが可能で
あり、いくつかは変換器を伴うが、他は伴わない。各サ
セプタンスB1とB2におけるビットの数は、要求される稼
働ポイントとともにサセプタンスB1とB2をスイッチする
ことによって引き起こされる交流回路網の最大許容電圧
変化に依存する。現実的な観点から、各サセプタンスに
対するビット数はコストにより制限を受ける。

図24で選択されたIPCの構成は120型である。このトポ
ロジーは各サセプタンスB1とB2に対し２つの部品（ビッ
ト）を有する。これにより、有効電力フローの各方向に
ついて15の機能的な作動ポイントが可能となる。パワー
リバーサルスイッチ70は電力フローを逆転するのに用い
られる。このIPCにおける電力フローは、稼働時におい
てサセプタンスB1とB2の値の関数であり、その端子間の
角度によって大きな影響を受けない。

図26を参照すると、このIPCのそれぞれの側の定格電
圧とビットとの各組合せ（combination）について、及
びその端子間のゼロ度位相シフトについて、図25に示さ
れたIPCの15の機能的な作動ポイントの表が示されてい
る。さらに、サセプタンス接続を修正することにより、
逆転電力フローについて15の同一の作動ポイントが得ら
れる。サセプタンスB1の各ビットはサセプタンスB2の共
役対であり、これによりこのIPCのそれぞれの側で同一
の無効電力が生成されあるいは吸収される（変換器漏洩
インピーダンスを無視する）。作動ポイント５、12及び
16は単一電力ファクタに近い作動ポイントを示してい
る。

１ビットIPCについては、作動ポイント１、７、10、
及び16だけが有効である。

IPCの起動の間、このビットがスイッチされるシーク
エンスは電圧を保持する機能を果たす。例えば、電圧が
定格値よりも大きいとき、操作員は、無効電力が生成さ
れるよりはむしろ吸収される中間の作動ポイントを重要
視するためにシークエンス２、５、11及び16を選択す
る。反対に、電圧が低いとき、操作員は、無効電力の生
成を重要視するために、シークエンス３、５、13及び16
を選択する。遮断シークエンスも起動と同様なルールで
行われる。作動ポイントは、稼働シークエンスを最適化
し、装置のストレスを最小化し時間遅れを減少させるた
めに、プログラム制御によって変更される。例えば、す
でに作動状態にあるコンデンサは、蓄えられた電荷が放
電される前に稼働状態に戻されない。これにより数分の
時間遅れが生じる。

サブ伝送システムで起こる様々な事故は、隣接するラ
イン及び変換器に一時的な過負荷を引き起こす。この状
態は数分内に手動で修正される。操作員の介在が望まれ
なければ、過負荷を検出し、事故のタイプにしたがって
新しい作動ポイントを選択する制御手段を装備すること
は可能である。

図28を参照すると、短いライン（3.4km）LIを通して
接続される単純化された２つの120−kVの放射状回路網
図が示されている。ラインLIは、120−kVの回路ブレー
カ80の遮断能力以下に短絡電流を維持するために、一端
部が通常オープンとされている。回路ブレーカ端子間の
位相角度差は約３゜である。

図28−32はIPCを持つ及び持たない電力フローのシミ
ュレートされたいくつかの例を示している。200MWの最
大フローに対応する稼働条件のみが示されている（図26
の表内のポイント16）。

IPCに関する電力フロー図は、作動ポイントが、両方
向の電力フローともに図26の表の理論的なケースとわず
かに異なる。この差異は、電圧が定格値とわずかに違っ
ており、かつ、Ｐ−Ｑ特性から予測されるように角度δ
がゼロではないという事実に依る。

図はIPCの突出した特性を示している： −２つの同期回路網間の電力交換の効率的な運用； −その端子間の角度に対する特定の感度； −２つの側における交流回路網間の効率的な電気的減
結合（decoupling）。

ローカル制御のストラテジーは、外的な短絡及びライ
ンあるいは変換器の喪失のような事故によって影響を受
ける２つの交流回路網の需要に合わせるために、IPCの
作動ポイント（有効及び無効電力レベル）を調節する外
部信号によって容易に構築される。交流回路網は日々の
及び季節的な負荷サイクルを受けている。IPCは、有効
電力フローの減少、及び、逆転すら可能とし、かつ、無
効電力の生成あるいは吸収を可能にする。図26の表は、
実際の全無効電力幅がδ＝０で＋122と−110Mvarの間に
あることを示している。段階的に電圧レベルを調整する
ために、この幅の無効電力の制御が行われる。ケーブル
の近接配置は、低負荷時の付加的な無効補償を必要と
し、これはIPCによって考慮される。

図29は、２つの交流サブ回路網が通常はオープンとさ
れている回路ブレーカ80を閉じたときの電力フローの変
化を示している。電力量及びその方向は、それが閉じる
前の回路ブレーカ端子における電圧及び角度の差に依存
する。操作員は、電力フロープログラムを用いないで最
終結果を予測することはできない；このケースでは79MW
が回路網“C"に入る。

図30を参照すると、このシミュレーションは回路網
“C"のみにおける事故の影響を示している。回路網“C"
から“B"へのIPCにより生じた電力フローによって、204
−MWのフローが92Mvarの無効電力の生成とともに生じ
る。これは、IPCによる、ナチュラルな電力フローの逆
転の可能性を例示するものである。

図31を参照すると、例えば120−kVライン及び450−MV
A変換器の喪失のような２重事故の発生が残余の120−kV
ラインの過負荷を引き起こす。これらの条件にもかかわ
らず、IPCは199MWの伝送を確保する；すなわちIPCにお
ける位相シフトは16゜まで増加し、生成した全無効電力
は132Mvarであり、かくして有益な（beneficiel）電圧
サポートを可能とする。２つの側の電圧は受容可能なレ
ベルに維持される。

この例は、それ自体が有する固有的な電力制御の強靭
性を示している。しかしながら、有害な過負荷が起こり
うる。この状態は、操作員あるいはアプリケーション特
別（application−specific）制御による適切な対応に
よって修正される。実際、システムは、IPC内の回路ブ
レーカスイッチングを通して、作動ポイントを変更する
ことにより簡単に受容可能な作動状態に戻ることができ
る。

この効果は図32に示されており、そこでは電力フロー
は逆転されている。その結果、120kV回路網によって伝
送された電力は180MWまで減少し、これにより過負荷が
防止される。

次の説明は、図２及び25に示されたような200MW120型
IPCの実際の設計思想についてのものであり、短絡限界
に近い２つの同期210−kVの交流回路網の接続に関す
る。IPC変換器及びサセプタンスB1とB2の定格MVAは定常
運転の必要条件から決定される。

変換器漏洩インピーダンスを無視し、かつ、δ＝０と
仮定すると、180゜位相シフト変換器22を有する直列素
子の内部位相（innner−phase）接続は、位相−接地電
圧に等しいサセプタンスB1とB2間の電圧をもたらす。

図33、34を参照すると、位相差δが増加するにつれ、
IPCのサセプタンス間の電圧はもはや等しくなくなる。
位相図（図33）は、異なる角度及び両方向の電力フロー
に対するコイル（ＶB1）とコンデンサ（ＶB2）間の電圧
を示している。ここでは、角度がゼロからいずれの方向
にも動いていくにつれ、上記電圧がどのように変化して
いくかを見ることができる。リアクトル電圧ＶB1は、電
力フローが“供給”側から“受入”側となるとともにδ
が正となっていくにつれ、増加し、一方、コンデンサ電
圧ＶB2はそれにつれて減少する。電力フローが逆転すれ
ば、リアクトル電圧ＶB1は、δが正になるにつれて減少
する一方、コンデンサ電圧ＶB2は増加する。δ及び電力
フロー方向の関数として、対応する電圧及び電流の設計
値が図34の表に示されている。

IPCのそれぞれの側における10％の過電圧により、サ
セプタンスB1とB2間の最大定常状態電圧はコンデンサが
110kVでリアクトルが86kVである。インストールされた
リアクトル電力は、コンデンサが335Mvarsで、リアクト
ルが215Mvarsである。例えば、132/132/13.8kV比をもつ
242MVAは180゜の要求位相シフトをもたらす。

図35a−ｇを参照すると、“供給”側における６サイ
クル３相の接地障害（six−cycle three−phase to−
ground fault）に起こる事象（event）についてのサン
プル電圧、電流及び波形が示されている。その結果は、
障害の間、サセプタンスB1とB2間の電圧はソース（sour
ce）側の位相−接地電圧に比例することを示している
（IPCは電源として機能する）。結局、この事象に対す
るバリストル（MOV）84のひずみ（stresses）は無視で
きる。

図36a−ｇを参照すると、第２事象が一つの側のブレ
ーカの予期しない開放をシミュレートしており、そこで
はIPCのそれぞれの位相で約60Hzの直列−共鳴回路が形
成される。

過剰の過電圧からサセプタンスB1とB2及び開となった
ブレーカを保護するために、金属酸化物バリストル（MO
V）84が位相−接地の中間点に接続される。共鳴現象
は、それがどちらかの側で起こるにせよ、類似している
ので、MOV84はサセプタンスの各側に装着されるが、一
度に１セットのMOVのみが負荷を受ける。この切断が
“受入”側で起こるとき、最大過電圧が２次変換器上に
現れる。この共鳴現象は、コイルB1あるいはコンデンサ
B2いずれかのブレーカを開とすることにより避けること
ができる。コイルB1の切断に続いておこる開状態の間に
見られる典型的な波形が図示されている。このケース
は、MOV84内のコンデンサB2の放電によって、MOVによる
最大エネルギー吸収に対応している。

中点電圧の増幅度はサセプタンス値B1及びB2の関数で
ある。最悪の状態はそれらが共役のときに生じる。

図37を参照すると、様々なIPC素子にかかる最大負荷
（stresses）の表及び図36に示されているようなIPC切
断に続く６サイクル期間の間の最大吸収エネルギーの表
が示されている。

回路ブレーカに生じる最も過酷な過電圧は、それが直
列共鳴回路を開としなければならないときに起こる。コ
ンデンサブランチブレーカが最も負荷を受け、そして、
コイルブレーカは一つだけでよいのに２つの遮断チェン
バを装備しなければならない。

再び図36a−ｇを参照すると、事故の間、異なるポイ
ントにおける前記装備による負荷電圧は絶縁調整の研究
において考慮されてきた。120kV交流回路網上にあるア
レストル（arresters）の最大最適稼働電圧（MCOV）は8
6kVである。図36aは、IPCが一つの側で交流回路網から
分離されるとき、共鳴過電圧からそのIPCを保護するた
めに必要なバリストル84の配置を示している。コンデン
サ（ZnO“供給”及びZnO“Sec."）のそれぞれの側に配
置されるIPCバリストルのMCOVは80kVとなるように選択
される。6kVのマージンは、IPCバリストル84のみが切断
事象に関連した全エネルギーを吸収することを可能なら
しめるものである。最大システム稼働電圧（76kV）には
4kVのマージンが確保されている。

B1あるいはB2用のブレーカのいずれかを開とすること
により、一つのブレーカが、例え他の一つが故障して
も、開となるやいなや、バリストル84における直列共鳴
条件及びエネルギー蓄積を回避することができる。２つ
のブレーカは共鳴状態が検出されるとすぐに同時にトリ
ップされる。少なくとも一つのブレーカをトリップする
こととする方が合理的である。したがって、バリストル
のエネルギーは６サイクル内での共鳴回避にそのベース
がおかれる。

１ビットシステムでは、コイル及びコンデンサ素子は
それぞれ一つのランプ（lumped）３相ブランチから構成
される。２ビットシステムでは、全要求無効電力の約1/
3及び2/3の２つの平行コイル及び２つの平行コンデンサ
３相ブランチが用いられる。図38及び39に図示の２ビッ
トプロトタイプのレイアウトは現実のアプリケーション
用の特別のものである。ここでは、現存する変電所（su
bstation）においてその統合性が考慮されている。必要
な全領域はサセプタンスを表すビット数の関数である。
１ビットに必要な領域は1440平方ｍ（15,000平方フィー
ト）で;2ビットでは2260平方ｍ（24,000平方フィート）
が必要とされる。このプロトタイプに要されるスペース
を最小にするためにいかなる特別な努力も払われてこな
かった。むしろ、IPCの保守とモニタリングを促進する
ために、全ての３相の各ビットを一緒にする方がより適
切であった。仮にサイトに関連する制限がないならば、
必要な全領域の25％の削減が可能である。

図40は、一つの防護スキームの単一ライン図を表して
いる。IPC（リアクトルB1、コンデンサB2、変換器）の
各素子は個別的に防護されている。一つの特別な防護に
より、内部バス障害が検出され、かつ、受動型素子の個
別的な防護のバックアップが行われる。また、バリスト
ル誘導（conduction）の場合には（単一側トリッピング
による電圧上昇）、IPCを切り離す。さらに、それぞれ
の側で過電圧保護が設けられている。IPCは、一つの側
から他の側への障害のの寄与を防止するために、IPCと
近隣のステーションとの間のリンクの保護を選択し、調
整する際に特別な考慮が払われなければならない。受入
側端子（receiving end）のトリップを可能とするため
に、この端子に配置されたリレーはウイークエンドイン
フィード（weak−end−infeed）ロジック（WFI）が装備
されるべきである。このロジックはローカルなブレーカ
をトリップし、供給側端子に連絡信号を送る。IPCが作
動しておらず、パイパスされていれば、ラインの誤トリ
ップが、領域１がラインの全長をカバーしているなら
ば、発生する。この場合、WEIは機能しない。

実際のアプリケーションのような短ラインでは、パイ
ロットワイヤによる特別な保護が勧められる。

本発明はその好適な実施例によって説明されてきた
が、本願の特許請求の範囲の記載内で、これらの実施例
に対するいかなる修正も本発明の特質、及び範囲を変更
するものではないことに留意すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボーレガルド，フランソワ カナダ国 ジェイ４ビー ２ワイ１ ケ ベック，ブーシェルヴィル，ル ド ラ ヴェランドライ 564番地 (72)発明者 モラン，ガストン カナダ国 ジェイ３エル ４エイ７ ケ ベック，カリグナン，ルイス バダイヤ ック 5397番地 (56)参考文献 特開 昭55−61243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−81045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−59923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−299766（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−45465（ＪＰ，Ｂ１) 欧州特許出願公開478966（ＥＰ，Ａ ２) 米国特許4983856（ＵＳ，Ａ) Ｃｈａｒｌｅｓ Ａ．Ｆａｌｃｏｎ ｅ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｕｔｉｌｉｔｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒ ｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔ ａｔｅｓ，ＩＥＥＥ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎ ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｖｅｗ，1992 年 ４月，Ｖｏｌ．12 Ｎｏ．４，ｐ. 13−17，ＩＮＳＰＥＣ ａｃｃｅｓｓｉ ｏｎ ｎｕｍｂｅｒ：4179221 Ｎ．Ｇ．Ｈｉｎｇｏｒａｎｉ，ＦＡＣ ＴＳ−Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ ｔｒａ ｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，Ｉ ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅ ｒｒｅｎｃｅ ｏｎ ＡＣ ａｎｄ Ｄ Ｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ ｏｎ，1991，1991年 ９月17日，ｐ．１ −７，ＩＮＳＰＥＣ ａｃｃｅｓｓｉｏ ｎ Ｎｕｍｂｅｒ：4039146 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 3/06

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の交流回路網の各位相線について、 ａ）第１の交流回路網の前記位相線に第２端子（４、1
   0、16）を有する第１サセプタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1
   C）の第１端子（５、11、17）を接続するステップと； ｂ）第１の交流回路網の前記位相線に第２端子（６、1
   2、18）を有する第２サセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2
   C）の第１端子（７、13、19）を接続するステップと； ｃ）前記第２の交流回路網から引き出された第１位相の
   電圧を第１サセプタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）の前記第
   ２端子（４、10、16）に印加するステップと； ｄ）第２の交流回路網から引き出された第２位相電圧を
   第２サセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）の第２端子
   （６、12、18）に印加し、前記第２位相電圧は前記第１
   位相電圧に関して位相がシフトしており、前記サセプタ
   ンスの一つ（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）は誘導型であり、前記
   サセプタンスの他のもの（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）は容量型
   であり、稼働の際に前記第１及び第２の位相電圧の間の
   位相のシフトは前記一つの交流回路網から他の交流回路
   網へ有効電力の伝送を可能ならしめるステップと； からなることを特徴とする、一つの同期多相交流回路網
   から他の交流回路網への有効電力の伝送を制御するため
   の位相ラインをそれぞれ有する第１及び第２の前記回路
   網を接続する方法。
2. 【請求項２】前記誘導型サセプタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ
   1C）が所定数の平行なコイルからなり、前記容量型サセ
   プタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）が所定数の平行なコンデ
   ンサからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】それぞれの前記交流回路網は３相ラインか
   らなり、そして前記ステップ（ｄ）において前記第１位
   相電圧は前記第２位相電圧に対して実質的に240゜位相
   がシフトしていることを特徴とする請求項１記載の方
   法。
4. 【請求項４】それぞれの前記交流回路網は３相ラインか
   らなり、そして前記ステップ（ｄ）において前記第１位
   相電圧は前記第２位相電圧に対して実質的に60゜位相が
   シフトしていることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】それぞれの前記交流回路網は３相ラインか
   らなり、そして前記ステップ（ｄ）において前記第１位
   相電圧は前記第２位相電圧に対して実質的に120゜位相
   がシフトしていることを特徴とする請求項１記載の方
   法。
6. 【請求項６】それぞれの前記交流回路網は３相ラインか
   らなり、そして前記ステップ（ｄ）において前記第１位
   相電圧は前記第２位相電圧に対して実質的に180゜位相
   がシフトしていることを特徴とする請求項１記載の方
   法。
7. 【請求項７】それぞれの前記交流回路網は３相ラインか
   らなり、そして前記ステップ（ｄ）において前記第１位
   相電圧は前記第２位相電圧に対して実質的に30゜位相が
   シフトしていることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】前記第１の交流回路網は６相の位相ライン
   からなり、前記第２の位相ラインは６相の位相ラインか
   らなり、前記ステップ（ｃ）において、前記第１サセプ
   タンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）の第２端子（４、10、16）
   は前記第２交流回路網の第１位相ライン（Ｆ）に直接接
   続され；そして前記ステップ（ｄ）において前記第２サ
   セプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）の第２端子（６、12、
   18）は前記第２交流回路網の第２位相ライン（Ａ）と直
   接接続され、前記第２位相ライン（Ａ）は前記第２交流
   回路網の第１位相ライン（Ｆ）とは異なっており、前記
   第１位相電圧は前記第２位相電圧に対し実質的に60゜位
   相がシフトしていることを特徴とする請求項１記載の方
   法。
9. 【請求項９】稼働の際に、前記サセプタンス（Ｂ1A、Ｂ
   1B、Ｂ1C、Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）の一つを切り離す、さら
   なるステップからなることを特徴とする請求項１記載の
   方法。
10. 【請求項１０】前記ステップ（ｃ）及び（ｄ）は、前記
    第２交流回路網によって供給されるライン電圧の振幅に
    関して前記第１及び第２の位相電圧の振幅を変更する、
    さらなるステップからなることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
11. 【請求項１１】第２サセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）
    の第２端子（６、12、18）に、第１サセプタンス（Ｂ1
    A、Ｂ1B、Ｂ1C）の第２端子（４、10、16）に当初印加
    されていた位相電圧をスイッチする、あるいは第１サセ
    プタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）の第２端子（４、10、1
    6）に、第２サセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）の第２
    端子（６、12、18）に当初印加されていた位相電圧をス
    イッチする、さらなるステップからなることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
12. 【請求項１２】各交流回路網は多数の位相ラインを有
    し、第１の交流回路網の各位相ラインについて： 第１のサセプタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）を第１の交流
    回路網の位相ラインに接続するための第１の接続手段
    （１）を備えた第１端子（end）（５、11、17）を有す
    る第１のサセプタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）であって、
    前記第１のサセプタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）は、さら
    に、第２の端子（４、10、16）を有し； 第２のサセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）を第１の交流
    回路網の前記位相ラインに接続するための第２の接続手
    段（３）を備えた第１の端子（７、13、19）を有する第
    ２のサセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）であって、前記
    第２のサセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）は、さらに、
    第２の端子（６、12、18）を有し； 前記第２の交流回路網から引き出された第１の位相電圧
    を第１のサセプタンス（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）の前記第２
    端子（４、10、16）に印加するための第１の接続及び変
    換手段（９）；及び 前記第２の交流回路網から引き出された第２位相電圧を
    第２のサセプタンス（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）の第２端子
    （６、12、18）に印加するための第２の接続及び変換手
    段（15）であって、前記第２位相電圧は前記第１位相電
    圧に関して位相がシフトしており、前記サセプタンスの
    一つ（Ｂ1A、Ｂ1B、Ｂ1C）は誘導型であり、前記サセプ
    タンスの他のもの（Ｂ2A、Ｂ2B、Ｂ2C）は容量型であ
    り、稼働の際に前記第１及び第２の位相電圧の間の位相
    のシフトは前記一つの交流回路網から他の交流回路網へ
    有効電力の伝送を可能ならしめる； 装置からなることを特徴とし、第１及び第２の同期多相
    交流回路網を接続し、そして一つの前記回路網から他の
    回路網へ有効電力の伝送を制御する装置。