JP3907825B2 - 交流送電システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設の交流送電線を利用するもので、送電線のリアクタンスに影響されない交流送電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
我が国の送電線のほとんどは周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流送電方式であり、一部、系統間の連携や長距離送電などに、直流送電が使われている。
図５０は、直流送電と、交流送電の概念を表わすシステム構成図を示す。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、ＴＲ１，ＴＲ２はトランス、ＣＮＶは交流／直流電力変換器、ＩＮＶは直流／交流電力変換器、Ｌｄは直流リアクトル、Ｘは交流送電線のリアクタンスをそれぞれ表わす。
【０００３】
図５０（ａ）は、直流送電システムを示すもので、発電所Ｇで発電された交流電力を交流／直流電力変換器ＣＮＶで、直流に変換する。当該直流電力は、直流送電線を介して受電側の変電所に送られる。そこで、直流／交流電力変換器ＩＮＶにより、直流電力を再び交流電力に変換して別の変電所あるいは需要負荷に交流電力を供給する。
【０００４】
この直流送電システムは、一旦直流にして送電するため、送電線のリアクタンスによる電圧降下はなく、長距離の送電が可能という利点を有する。また、２つの交流系統が別の周波数であっても連系させることが可能である。しかし、送電側および受電側にそれぞれ送電容量を同じ容量の電力変換器が必要になり、また、新しい直流送電線を建設しなければならず、コストの高いシステムとなってしまう。
【０００５】
一方、図５０（ｂ）は交流送電システムを示すもので、変圧器ＴＲ１，ＴＲ２で自由に電圧を変えることができ、交流のまま送電できる利点がある。また、現在の送電線のほとんどが交流送電線であり、それらを有効に利用した経済的な電力供給が可能である。しかし、送電線にリアクタンス分Ｘがあると、その電圧降下が問題となり、送電できる有効電力が制限される欠点がある。
【０００６】
図５１において、（ａ）は交流送電線の簡易等価回路を、（ｂ）は位相角θに対する送電電力の関係を示す。図において、送電端の電圧Ｖｓ、受電端の電圧Ｖｒ、その位相差をθ、送電線のリアクタンスをＸとした場合、送電できる有効電力Ｐは、次式のように表わされる。
【数１】
Ｐ＝（Ｖｓ・Ｖｒ／Ｘ）・ｓｉｎθ
従って、送電線が長距離になると、リアクタンスＸが大きくなり、送電可能な有効電力が制限されてしまう。
【０００７】
また、通常の送電では位相差θは３０°以下で運転されているが、系統に電力変動が発生して位相差θが９０°を超えると、いわゆる発電機の脱調現象が生じ送電できなくなってしまう。更に、送電線のリアクタンスＸが大きい系統では、送電電力の最大値が小さく少しの電力変動でも位相差θが大きく変動し、系統が不安定になり易い欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
交流送電は、変圧器によって電圧を自由に変えることができ、既設の送電線を利用して長距離の交流送電ができれば経済的であり、電力を供給する側にも、また電力を利用する側にも大きなメリットがある。しかし、送電線のリアクタンスの影響を受け、送電可能な有効電力が制限される。
【０００９】
一方、直流送電は、送電線のリアクタンスの影響を受けないので、長距離の送電に適していると言われている。しかしながら、既設の送電線は使用できず、また送電容量分の大容量の電力変換器が必要となり、システムコストが非常に高くなる。また、送電の途中で、負荷に電力を供給しようとする場合、直流を一旦交流電力に変換する必要があり、そのための電力変換器が必要になり、これまた不経済なシステムになってしまう。
【００１０】
よって、本発明は、既設の交流送電線を有効に利用し、リアクタンスによる影響を無くし、送電線の送電能力を高めて長距離の送電を可能にした交流送電システムを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、複数の変電所を介して送電される電力系統において、当該変電所間を結ぶ送電線の中で、送電線のパーセントリアクタンス％ＸＩが大きいものを選択し、当該送電線の等価的なリアクタンスを小さくするように補償電圧を発生させる直列補償装置を有し、この直列補償装置は、隣接する送電線のリアクタンスを含めて補償する電圧を発生するように制御したこと特徴とする交流送電システムである。
【００１９】
交流送電では、既設の送電線を利用し、複数の変電所を介して長距離送電を行うことが考えられる。各変電所を結ぶ送電線の中で送電線のパーセントリアクタンス％ＸＩが大きいものを選択して、当該送電線の等価的なリアクタンスがほぼゼロになるように直列補償装置により補償電圧を発生させ、系統全体の送電能力を高める。これにより、複数の変電所を介した効率的な交流長距離送電が可能となる。
【００２０】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、複数の変電所を介して送電される電力系統において、当該変電所間を結ぶ送電線の中で、送電線のリアクタンスＸと当該送電線に流れる電力潮流量Ｐとの積が大きいものを選択し、当該送電線の等価的なリアクタンスを小さくするように補償電圧を発生させる直列補償装置を有し、この直列補償装置は、隣接する送電線のリアクタンスを含めて補償する電圧を発生するように制御したことを特徴とする交流送電システムである。
【００２１】
交流送電では、既設の送電線を利用し、複数の変電所を介して長距離送電を行うことが考えられる。各変電所を結ぶ送電線の中で送電線のリアクタンスＸと当該送電線に流れる電力潮流量Ｐとの積が大きいものを選択して、当該送電線の等価的なリアクタンスが小さくなるように直列補償装置により補償電圧を発生させ、系統全体の送電能力を高める。送電線に流れる電力潮流量Ｐが大きいものは送電線のリアクタンスＸの影響が大きくなる。故に、ＰとＸの積が大きいものを選択して補償するのが効果的である。これにより、複数の変電所を介した効率的な交流長距離送電が可能となる。
【００２２】
また、請求項１または請求項２に対応する発明は、複数の送電線を介して長距離の交流送電を行う場合、最小の設備で送電能力を上げる必要がある。１つの直列補償装置で、隣接する送電線のリアクタンスを補償することにより送電線全体の送電能力を向上させることができる。これによりシステムコストの安い交流長距離送電が達成できる。
【００２３】
直列補償装置は、定常状態では送電線に流れている電流に対しほぼ直交する成分の電圧を発生し、送電線等価的なリアクタンスを調整する機能があることは述べた。
送電線の地絡事故等がきっかけとなり、系統に電力動揺が発生する。その場合、送電線の有効電力と無効電力の変動分を検出し、当該有効電力変動分に応じて送電線に流れている電流と直交する成分の補償電圧を調整し、かつ、前記無効電力変動分に応じて送電線に流れている電流と同相成分の補償電圧を調整することにより、電力系統の電力動揺を抑える。これにより、電力変動をいち早く抑え、交流長距離送電の安定化を図ることが可能となる。
【００８８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の交流送電システムの第１の実施の形態を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、ＳＣＧ１とＳＣＧ２は直列補償装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【００８９】
直列補償装置ＳＣＧ１は送電線のリアクタンスＸ２を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることにより、その区間の送電能力を向上させる。同様に、直列補償装置ＳＣＧ２は送電線のリアクタンスＸ３を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることによりその区間の送電能力を向上させる。
また、送電線の電力動揺が発生した場合、それを抑制するように直列補償装置から電圧を発生し、電力動揺を抑える。
【００９０】
図２は、図１のシステムにおける直列補償装置の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、Ｔｒは直列トランス、ＶＳＩは電圧形ＰＷＭ制御インバータ、Ｅｄは直流電圧源、ＣＴは電流検出器、ＰＴは電圧検出器、ＤＰＤは電力検出器，ＤＰＣＮＴは電力変動抑制制御回路、ＡＶＲは電圧制御回路、ＰＷＭＣはパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路をそれぞれ示す。
【００９１】
直列トランスＴｒの１次側は各相毎に送電線に直列接続され、２次側にパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）の電圧形インバータＶＳＩが接続されている。
電圧形インバータＶＳＩは３相ブリッジ結線され、ＰＷＭ制御により電圧指令値Ｖｏｒに比例した交流電圧Ｖｏを発生させる。Ｓ１〜Ｓ６はＧＴＯ等の自己消弧素子で、各素子には逆並列にダイオードが接続されている。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。Ｖｏｂはその指令値で、この値を調整することにより送電線のリアクタンスＸをほぼゼロになるように調整することもできる。
【００９２】
一方、送電線に電力動揺が発生した場合、次のように抑制制御される。
すなわち、電流検出器ＣＴと電圧検出器ＰＴで、送電線の３相交流電圧・電流を検出し、それを用いて有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める。電力動揺があると、このＰとＱが変化するので、その変動分ΔＰとΔＱを取り出して次の電力変動抑制制御回路ＤＰＣＮＴに与える。有効分ΔＰに応じて送電線に流れている電流Ｉと直交する成分の補償電圧Ｖｏｑを調整し、また、無効分ΔＱに応じて電流Ｉと同相成分（又は逆相成分）の補償電圧Ｖｏｐを調整する。図中、Ｖｏａはその合成補償電圧指令を示す。電力動揺が発生すると、ΔＰとΔＱに応じて補償電圧Ｖｏａが変化し、電力動揺を抑える。
【００９３】
直流電圧源Ｅｄは、別電源を用意してもよいが、ここでは、自前で直流電圧源を作っている。すなわち、直流電圧源として、直流平滑コンデンサを用意し、その電圧Ｅｄが一定になるように制御している。まず、直流指令値Ｅｄｒと直流電圧検出値Ｅｄを比較し、その偏差を直流電圧制御回路ＡＶＲで増幅する。ＡＶＲの出力信号Ｖｏ１は送電線に流れている電流Ｉに対し同相成分（または逆相成分）の補償電圧指令を与えることにより、直流電圧Ｅｄを制御している。
【００９４】
以下、それぞれの動作を交流側の電圧・電流ベクトル図を用いて説明する。
図３は、図１のシステムの定常動作を説明するための送電線の等価回路と、電圧電流のベクトル図を示すものである。（ａ）は直列補償装置なしの等価回路、（ｂ）は（ａ）の等価回路の電圧電流ベクトル図、（ｃ）は直列補償装置を入れた場合の等価回路、（ｄ）は（ｃ）の等価回路の電圧電流ベクトル図を示す。
【００９５】
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、Ｉは電流、Ｖｏは補償電圧、ωは電源角周波数である。なお、送電線の抵抗分は十分小さいとして無視している。
【００９６】
図３（ｂ）は直列補償装置なしのベクトル図で、電流Ｉが流れることにより、ｊωＬ・Ｉの電圧降下が生じ、送電電圧ＶｓとＶｒの位相差θが大きくなる。電流Ｉを大きくしていくと、位相差θが大きくなり、それが９０°を超えるとそれ以上有効電力Ｐを送れなくなる。発電機でいうと、同期速度を保てなくなって脱調を引き起こす。長距離の送電線ではこのインダクタンスＬが大きく、すぐにその限界に達してしまう。
【００９７】
これに対し、図３（ｄ）は本発明の直列補償装置を入れた場合のベクトル図を示すもので、流れている電流Ｉに対し、ほぼ直交する成分の補償電圧Ｖｏを発生させることにより、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下ｊωＬ・Ｉを打ち消し、送電線の等価的なリアクタンスを小さくすることができる。この結果、送電電圧Ｖｓと受電電圧Ｖｒの位相差θが縮まり、送電能力を向上させることができる。Ｖｏ＝−ｊωＬ・Ｉとすれば、等価リアクタンスＸ＝０の送電が可能となる。この場合、ＶｒとＶｓを一致させることができる。ゼロリアクタンス送電では、電流Ｉが増加してもＶｓとＶｒの位相差θは動かず、電力動揺にも強い系統になる。ただし、図２の直列補償装置では、送電線の電流Ｉに比例して補償電圧Ｖｏを大きくする必要がある。
【００９８】
図４に、図１のシステムの電力動揺抑制動作を説明するための送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。図中の記号は、図３の記号に準ずる。
図４（ｂ）は、定常状態の電圧電流ベクトル図を示すもので、Ｖｏ＝−ｊωＬ・Ｉの補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスＸは、ほぼゼロとなっている。
【００９９】
図４（ｃ）は、何らかの原因で、送電側の電圧位相が変化し、電力動揺が発生した場合の動作ベクトル図を示す。すなわち、送電電圧ＶｓがＶｓ´ のように変化した場合、差電圧Ｖｓ´ −Ｖｒが発生し、電流ＩはＩ´ のように増加しようとする。受電側で電力変動分を検出すると、Ｖｒと同相の電流成分ΔＩｐが有効電流成分の増加分で、これを抑えるように電流Ｉと直交する補償電圧ΔＶｏｑを元の電圧Ｖｏと逆方向に発生させる。また、Ｖｒと直交する電流成分ΔＩｑが無効電流成分の増加分で、これを抑えるように電流Ｉと逆相の補償電圧ΔＶｏｐを発生させる。これにより、補償電圧ＶｏはＶｏ´ のように変化する。結果として、送電線のＬに印加される電圧ｊωＬ・Ｉは、差電圧Ｖｓ´ −Ｖｒ−Ｖｏ´ となり、前の値と同じになって、電流Ｉは元の電流に戻る。すなわち、Ｖｓ（あるいはＶｒ）の変化に応じて、補償電圧Ｖｏが調整され、電力動揺を抑制することができる。
【０１００】
図５は、図２の直列補償装置の制御動作を説明するための送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。図中の記号は、図３の記号に準ずる。
図５（ｂ）は、ある定常状態の電圧電流ベクトル図を示す。図２の装置において、直流電圧Ｅｄが指令値Ｅｄｒより小さくなった場合、偏差εは正の値となり、Ｖｏ１ｒを増加させる。図５（ｃ）は、そのときのベクトル図を示すもので、指令値Ｖｏ１ｒによって電流Ｉと同相成分の補償電圧Ｖｏｐを発生させる。この結果、Ｉ×Ｖｏｐに比例した有効電力が電圧形インバータＶＳＩに供給され、直流電圧Ｅｄを増加させる。逆に、Ｅｄｒ＜Ｅｄとなった場合、Ｖｏｐの向きが反転して有効電力がインバータＶＳＩから送電線に放出され、直流電圧Ｅｄが減少する。このようにして、電圧形インバータの直流電圧源を自前で確保することができる。もちろん、別電源を持ってきて電圧形インバータを構成してもよい。
【０１０１】
図６は、請求項１及び請求項２に関係するもので、本発明の交流長距離送電システムの第２の実施の形態を示す構成図と、電圧電流ベクトル図を示す。
図中、ＬＯＡＤは負荷、Ｖ１〜Ｖ４は各変電所における電圧、Ｘ１〜Ｘ３は送電線のリアクタンス、Ｖｏは直列補償装置の発生電圧、Ｉは送電電流を表わす。
【０１０２】
図６（ｂ）のベクトル図において、直列補償装置はリアクタンスＸ２の電圧降下ｊＸ２・Ｉを打ち消すように補償電圧Ｖｏを発生している。故に、Ｖ２とＶ３が等しくなり、電流Ｉが流れることにより、電圧Ｖ１に対し、Ｖ２＝Ｖ３が少し遅れ、さらにＶ４が少し遅れる。
【０１０３】
また、図６（ｃ）のベクトル図では、直列補償装置から、補償電圧Ｖｏ＝−ｊ（Ｘ１＋Ｘ２）・Ｉを発生させることにより、Ｖ１＝Ｖ３としている。この場合Ｘ１＝Ｘ３とすると、Ｖ２＝Ｖ４となり、Ｖ１＝Ｖ３より少し遅れた電圧ベクトルとなって、４つ変電所の電圧のバラツキが緩和される。
【０１０４】
さらに、図６（ｄ）のベクトル図では、補償電圧をＶｏ＝−（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３）・Ｉとしたもので、Ｖ１＝Ｖ４とすることができる。このとき、Ｖ３のベクトルは少し進み、Ｖ２の電圧ベクトルは少し遅れることになる。
【０１０５】
このようにして、隣接する送電線のリアクタンスを含めて補償することも可能となり、必要最小限の直列補償装置を設けることにより、送電能力を向上させることができる。
【０１０６】
図７は、請求項３に関係するもので、本発明の交流長距離送電システムの第３の実施の形態を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、ＳＣＧ１〜ＳＣＧ４は直列補償装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０１０７】
複数の変電所を介して交流長距離送電を行う場合、その送電経路に当たる送電線全てに直列補償装置ＳＣＧ１〜ＳＣＧ４を設置する。これにより、当該送電経路の等価的なリアクタンスをほぼゼロにすることが可能となり、従来問題となっていたリアクタンスの影響を完全に無くすことができ、直流送電と等価な送電が可能となる。しかも、設置する直列補償装置の容量は、直流送電の変換器容量の１０％程度で済み、経済的なシステムとすることができる。
【０１０８】
また、直流送電では、送電線の途中から電力を引き出すことは非常に困難であるが、本発明の交流長距離送電システムでは、途中の変電所から自由に電力を取り出したり、あるいは、他の発電所から電力を授受することも可能である。
【０１０９】
さらに、ゼロリアクタンス送電では、送電能力が格段に向上し、電力外乱に対して強い系統とすることができ、仮に、外乱が入って、電力動揺が起きてもいち早くその動揺を抑えることができる。
【０１１０】
図８は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、ＳＣＧ１とＳＣＧ２は直列補償装置を、％ＸＩ１〜％ＸＩ５は送電線のパーセントリアクタンスをそれぞれ示す。
【０１１１】
図において、各送電線のパーセントリアクタンスが、％ＸＩ３＞％ＸＩ１＞％ＸＩ２＞％ＸＩ５＞％ＸＩ４の関係にあった場合、まず、直列補償装置ＳＣＧ１で％ＸＩ３を補償するように設置し、次に、直列補償装置ＳＣＧ２で％ＸＩ１を補償するように設置したものである。発電所Ｇから大口需要地ＬＯＡＤ４まで長距離送電する場合、送電経路のパーセントリアクタンスの大きいものをまず補償することにより、全体のリアクタンスによる電圧降下が小さくなり、送電能力が大幅に向上する。また、必要最小限の補償装置で最大の効果をあげることが可能となる。
【０１１２】
図９は、請求項２に関係するもので、本発明の交流長距離送電システムの第５の実施の形態を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、ＳＣＧ１とＳＣＧ２は直列補償装置を、Ｘ１〜Ｘ５は各送電線のリアクタンスを、Ｐ１〜Ｐ５は各送電線に流れる電力をそれぞれ示す。
【０１１３】
発電所Ｇから大口需要地ＬＯＡＤ４まで長距離送電する場合、各送電線のリアクタンスと、そこに流れる電力の積をとり、その値の大きいものを選択して、直列補償装置を設置する。図９において、Ｐ３・Ｘ３＞Ｐ１・Ｘ１＞Ｐ２・Ｘ２＞Ｐ５・Ｘ５＞Ｐ４・Ｘ４であった場合、まず、送電線Ｘ３のリアクタンスを小さくするように直列補償装置ＳＣＧ１を設置し、次に、送電線Ｘ１のリアクタンスを小さくするように直列補償装置ＳＣＧ２を設置する。これにより、電力潮流量Ｐが大きく、送電線リアクタンスＸが大きい送電線の送電能力が向上し、送電経路全体として大幅に送電能力を向上させることができる。また、必要最小限の直列補償装置を設置すればよく、経済的な交流長距離送電を実現できる。
【０１１４】
図１０は、本発明の直列補償装置の制御方式の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、Ｔｒは直列トランス、ＶＳＩは電圧形ＰＷＭ制御インバータ、Ｅｄは直流電圧源、ＣＴは電流検出器、ＰＴは電圧検出器、ＰＤは電力検出器，ＦＸは関数発生器、ＶＲＥＦは補償電圧設定器、ＶＣＮＴは電圧制御回路をそれぞれ示す。
【０１１５】
直列トランスＴｒの１次側は各相毎に送電線に直列接続され、２次側にパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）の電圧形インバータＶＳＩが接続されている。
【０１１６】
電圧形インバータＶＳＩは３相ブリッジ結線され、電圧制御回路ＶＣＮＴにより指令値Ｖｏｂに比例した交流電圧Ｖｏを発生させる。Ｓ１〜Ｓ６はＧＴＯ等の自己消弧素子で、各素子には逆並列にダイオードが接続されている。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。
【０１１７】
電圧検出器ＰＴおよび電流検出器ＣＴにより検出された電圧と電流を用いて有効電力Ｐを求める。関数発生器ＦＸは、当該有効電力Ｐに対する送電線の等価リアクタンス設定値Ｘｒの関係を与えるもので、例えば、図１１に示すような特性を持つ。
【０１１８】
図１１において、有効電力Ｐの絶対値に対し、等価リアクタンス指令Ｘｒを実線のように変化させる。すなわち、有効電力Ｐが小さいときは、等価リアクタンス指令Ｘｒを大きく設定し、有効電力Ｐが大きくなるに従って設定値Ｘｒを小さくしていく。
【０１１９】
補償電圧設定器ＶＲＥＦは、上記等価リアクタンス設定値Ｘｒに応じて、直列補償装置から出力する補償電圧Ｖｏの指令値Ｖｏｂを求める。例えば、電流をＩ、送電線のリアクタンスをＸＬとした場合、電圧指令値Ｖｏｂは、Ｖｏｂ＝（ＸＬ−Ｘｒ）・Ｉのように与えられる。この結果、補償後の送電線の等価リアクタンスは、
【数２】
Ｘｒ＝ＸＬ−Ｖｏｂ／Ｉ
となり、関数発生器ＦＸから与えられた設定値Ｘｒに一致させることができる。
【０１２０】
このように、送電線に流れる有効電力Ｐに応じて送電線の等価リアクタンスＸｒを変えることにより、電力潮流量に影響されない送電線を作ることができる。この結果、潮流量の大きさに関係なく、送電側の電圧と受電側の電圧の大きさと、位相差をほぼ一定に保つことができ、安定した系統電圧が得られる。
【０１２１】
なお、電圧指令値Ｖｏｂは図２で示した指令値Ｖｏｂと同じもので、電力動揺抑制信号Ｖｏａ等と加算されて実際の補償電圧指令値Ｖｏｒが与えられる。
図１１において、破線は有効電力Ｐの絶対値に応じて段階的に等価リアクタンス設定値Ｘｒを変えたもので、Ｘｒの設定数を減らすことができ、簡便な方式でしかも実線の方式とほぼ同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
図１２は、本発明の直列補償装置の別の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、Ｔｒは直列トランス、ＶＳＩは電圧形ＰＷＭ制御インバータ、Ｅｄは直流電圧源、ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗはバイパス回路、ＯＣＴは過電流検出器をそれぞれ示す。
【０１２３】
Ｕ相のバイパス回路ＳＷｕは、逆並列に接続された２個のサイリスタで構成され、直列トランスＴｒの１次側に並列接続されている。Ｖ相およびＷ相のバイパス回路も同様に構成されている。
【０１２４】
送電線の地絡事故等により過電流が流れた場合、過電流検出器ＯＣＴがそれを検知して、まず、電圧形インバータＶＳＩの出力電圧をゼロになるように制御する。次に、前記バイパス回路ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗのサイリスタに点弧信号を与え、送電線に流れている過電流をバイパス回路に流す。このようにして、送電線の等価リアクタンスを増やして電流の増加を抑え、かつ、直列補償装置を過電流から保護することができる。また、過電流が収まった時点で、バイパス回路を開放し、直列補償装置を動作させていち早く電力動揺を抑えることができる。
なお、バイパス回路は直列トランスの２次側に設置しても同様の効果が得られる。
【０１２５】
図１３は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１とＣ２は直列コンデンサを、ＣＶＧ１とＣＶＧ２は補償電圧発生装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０１２６】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０１２７】
直列コンデンサＣ１と補償電圧発生装置ＣＶＧ１は送電線のリアクタンスＸ２を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることによりその区間の送電能力を向上させる。同様に、直列コンデンサＣ２と補償電圧発生装置ＣＶＧ２は送電線のリアクタンスＸ３を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることによりその区間の送電能力を向上させる。また、送電線の電力動揺が発生した場合、それを抑制するように補償電圧発生装置ＣＶＧ１およびＣＶＧ２から補償電圧を発生し、電力動揺を抑える。すなわち、直列コンデンサＣ１と補償電圧発生装置ＣＶＧ１によって第１の直列補償装置を構成し、また、直列コンデンサＣ２と補償電圧発生装置ＣＶＧ２によって第２の直列補償装置を構成している。
【０１２８】
図１４は、図１３のシステムにおける直列補償装置の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、ＣＡＰは直列コンデンサ、Ｔｒは直列トランス、ＶＳＩは電圧形ＰＷＭ制御インバータ、Ｅｄは直流電圧源、ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗはバイパス回路、ＯＣＴは過電流検出器をそれぞれ示す。
【０１２９】
直列コンデンサＣＡＰは、送電線のインダクタンス分Ｌを打ち消すように作用する。また、補償電圧発生装置は、直列トランスＴｒと、電圧形自励式インバータＶＳＩで構成され、送電線のリアクタンスを調整し、かつ、送電線の電力動揺を抑制制御する。電圧形インバータＶＳＩは、図２に示した方式に比較すると、より小さい容量で済む。故に、より経済的な交流長距離送電を達成できる。
【０１３０】
バイパス回路ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗは、送電線に過電流が流れた場合、導通状態に制御され、当該過電流を流す。これにより、前記補償電圧発生装置を過電流から保護する。
【０１３１】
図１５は、図１３のシステムの動作を説明するための送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、ＣＡＰは直列コンデンサ、Ｉは電流、Ｖｏは補償電圧、ωは電源角周波数である。なお、送電線の抵抗分は十分小さいとして無視している。
【０１３２】
図１５において、（ａ）と（ｂ）は、直列補償装置なしの送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図、また、（ｃ）と（ｄ）は、直列補償装置を入れた場合の送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。
【０１３３】
図１５（ｂ）のベクトル図において、送電線に電流Ｉが流れることにより、ｊωＬ・Ｉの電圧降下が発生し、送電側電圧Ｖｓと受電側電圧Ｖｒとの間に位相差θが出る。また、電流Ｉが電圧Ｖｒより遅れていた場合、電圧Ｖｒは電圧Ｖｓより小さくなる。
【０１３４】
図１５（ｄ）のベクトル図において、電流Ｉが流れることにより、送電線のインダクタンスＬにはｊωＬ・Ｉの電圧降下が発生し、直列コンデンサＣＡＰにはＩ／（ｊωＣ）の電圧降下が発生する。両者は打ち消す方向に働き、送電線の等価リアクタンスは減少する。さらに、補償電圧発生装置から補償電圧Ｖｏを発生することにより、送電側電圧Ｖｓと受電側電圧Ｖｒの差は、図示のように小さくなり、その位相差θも小さくなる。また、電圧Ｖｒと電圧Ｖｓの大きさもほぼ同じになる。
【０１３５】
送電線に電力動揺が発生した場合、補償電圧発生装置から補償電圧を発生し、当該動揺を抑制する。
このシステムでは、補償電圧発生装置から発生する電圧は小さくて済み、そこに用いられる電力変換器（電圧形自励式インバータ等）の容量を小さくできる。
【０１３６】
図１６は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１とＣ２は直列コンデンサを、ＣＩＧ１とＣＩＧ２は補償電流発生装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０１３７】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０１３８】
直列コンデンサＣ１と補償電流発生装置ＣＩＧ１は送電線のリアクタンスＸ２を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることによりその区間の送電能力を向上させる。同様に、直列コンデンサＣ２と補償電流発生装置ＣＩＧ２は送電線のリアクタンスＸ３を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることによりその区間の送電能力を向上させる。また、送電線の電力動揺が発生した場合、それを抑制するように補償電流発生装置ＣＩＧ１およびＣＩＧ２から補償電流を発生し、電力動揺を抑える。すなわち、直列コンデンサＣ１と補償電流発生装置ＣＩＧ１によって第１の直列補償装置を構成し、また、直列コンデンサＣ２と補償電流発生装置ＣＩＧ２によって第２の直列補償装置を構成している。
【０１３９】
図１７は、図１６のシステムにおける直列補償装置の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、ＣＡＰは直列コンデンサ、Ｔｒは直列トランス、ＣＳＩは電流形ＰＷＭ制御インバータ、ＤＣＬは直流電流源、Ｃｆはフィルタコンデンサ、ＣＴは電流検出器、ＰＴは電圧検出器、ＤＰＤは電力検出回路、ＤＰＣＮＴは電力変動抑制回路、ＡＣＲは電流制御回路、ＰＷＭＣはＰＭＷ制御回路をそれぞれ示す。
【０１４０】
直列コンデンサＣＡＰは、送電線のインダクタンス分Ｌを打ち消すように作用する。また、補償電流発生装置は、直列トランスＴｒと、電流形自励式インバータＣＳＩで構成され、送電線のリアクタンスを調整し、かつ、送電線の電力動揺を抑制制御する。
【０１４１】
直列トランスＴｒの１次側は各相毎に直列コンデンサＣＡＰに並列接続され、２次側にパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）の電流形インバータＣＳＩが接続されている。
【０１４２】
電流形インバータＣＳＩは逆阻止形ＧＴＯ等の自己消弧素子Ｓ１〜Ｓ６で構成され、３相ブリッジ結線されている。当該電流形インバータＣＳＩは、ＰＷＭ制御により電流指令値Ｉｃｒに比例した交流電流Ｉｃを直列コンデンサＣＡＰに供給する。フィルタコンデンサＣｆは、ＰＷＭ制御に伴って発生する高調波電流を吸収する。直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの和電流によって決定され、直列補償装置としての補償電圧となる。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。
【０１４３】
Ｉｃｂは補償電流発生装置の定常的な補償電流の指令値で、この値を調整することにより送電線のリアクタンスＸをほぼゼロになるように調整することもできる。
一方、送電線に電力動揺が発生した場合、次のように抑制制御される。
【０１４４】
すなわち、電流検出器ＣＴと電圧検出器ＰＴで、送電線の３相交流電圧・電流を検出し、それを用いて有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める。電力動揺があると、このＰとＱが変化するので、その変動分ΔＰとΔＱを取り出して次の電力変動抑制制御回路ＤＰＣＮＴに与える。有効分ΔＰに応じて送電線に流れている電流Ｉと同相成分（または逆相成分）の補償電流（無効分）Ｉｃｑを調整し、また、無効分ΔＱに応じて電流Ｉと直交する成分の補償電流（有効分）Ｉｃｐを調整する。図中、Ｉｃａはその合成補償電圧指令を示す。電力動揺が発生すると、ΔＰとΔＱに応じて補償電圧Ｉｃａが変化し、電力動揺を抑える。
【０１４５】
直流電流源Ｉｄは、別電源を用意してもよいが、ここでは、自前で直流電流源を作っている。すなわち、直流電流源として、直流リアクトルＤＣＬを用意し、その電流Ｉｄが一定になるように制御している。まず、直流指令値Ｉｄｒと直流電流検出値Ｉｄを比較し、その偏差を直流電流制御回路ＡＣＲで増幅する。ＡＣＲの出力信号Ｉｃ１ｒは送電線に流れている電流Ｉに対し直交する成分（直列コンデンサＣＡＰに印加される電圧Ｖｏに対しては同相または逆相成分：有効分）の補償電流指令を与えることにより、直流電流Ｉｄを制御している。
【０１４６】
図１８は、図１６のシステムの動作を説明するための送電線の等価回路と電圧電流ベクトル図を示す。
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、ＣＡＰは直列コンデンサ、Ｉは送電電流、Ｖｏは直列コンデンサＣＡＰの印加電圧（補償電圧）、Ｉｃは補償電流、ωは電源角周波数である。なお、送電線の抵抗分は十分小さいとして無視している。
【０１４７】
図１８（ｂ）のベクトル図において、電流Ｉが流れることにより、送電線のインダクタンスＬにはｊωＬ・Ｉの電圧降下が発生する。また、補償電流発生装置から送電電流Ｉと同相成分の補償電流Ｉｃを直列コンデンサＣＡＰに供給することにより、当該直列コンデンサＣＡＰには、Ｖｏ＝（Ｉ＋Ｉｃ）／（ｊωＣ）の電圧が印加される。両者は打ち消す方向に働き、送電線の等価リアクタンスは減少する。Ｖｏ＝−ｊωＬ・Ｉとなるように補償電流Ｉｃを調整すれば、送電線の等価リアクタンスＸをほぼゼロにすることができ、図１８（ｂ）のベクトル図のように、送電側電圧Ｖｓと受電側電圧Ｖｒを一致させることができる。
【０１４８】
送電線に電力動揺が発生した場合、補償電流発生装置から補償電流Ｉｃを発生し、当該動揺を抑制する。
このシステムでは、送電電流Ｉは直列コンデンサＣＡＰを通って流れ、当該直列コンデンサＣＡＰによって送電線のインダクタンスＬの大部分を打ち消すようにすれば、補償電流発生装置から発生する定常的な電流Ｉｃは小さくて済み、そこに用いられる電力変換器（電流形自励式インバータ等）の容量を小さくできる。
【０１４９】
また、地絡事故等により送電線に過電流が流れた場合でも、そのほとんどは直列コンデンサを介して流れるため、補償電流発生装置への影響は少ない。
【０１５０】
図１９は、図１６のシステムの直列補償装置の別の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、ＣＡＰは直列コンデンサ、Ｔｒは直列トランス、ＬＣＩは他励式インバータ、ＤＣＬは直流電流源、ＣＴは電流検出器、ＰＴは電圧検出器、ＤＰＤは電力検出回路、ＤＰＣＮＴは電力変動抑制回路、Ｋは比例要素、ＡＣＲは電流制御回路、ＰＨＣは位相制御回路をそれぞれ示す。
【０１５１】
直列コンデンサＣＡＰは、送電線のインダクタンス分Ｌを打ち消すように作用する。また、補償電流発生装置は、直列トランスＴｒと、他励式インバータＬＣＩで構成され、送電線のリアクタンスを調整し、かつ、送電線の電力動揺を抑制制御する。
【０１５２】
直列トランスＴｒの１次側は各相毎に直列コンデンサＣＡＰに並列接続され、２次側に他励式インバータＬＣＩが接続されている。
【０１５３】
他励式インバータＬＣＩは６個のサイリスタＳ１〜Ｓ６で構成され、３相ブリッジ結線されている。当該他励式インバータＬＣＩは、直列コンデンサＣＡＰの印加電圧を利用して自然転流するもので、直流電流Ｉｄの大きさを調整することにより必要な補償電流Ｉｃを直列コンデンサＣＡＰに供給する。なお、図１９では、補償電流Ｉｃの向きを逆にしているため、直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの差電流によって決定され、直列補償装置としての補償電圧となる。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。
【０１５４】
Ｉｃｂは補償電流発生装置の定常的な補償電流の指令値で、この値を調整することにより送電線のリアクタンスＸをほぼゼロになるように調整することもできる。
【０１５５】
直流電流源Ｉｄは、別電源を用意してもよいが、ここでは、自前で直流電流源を作っている。すなわち、直流電流源として、直流リアクトルＤＣＬを用意し、その電流Ｉｄが一定になるように制御している。まず、直流指令値Ｉｄｒと直流電圧検出値Ｉｄを比較し、その偏差を直流電流制御回路ＡＣＲで増幅する。ＡＣＲの出力信号ｖ＊は他励式インバータの位相制御入力信号となり、サイリスタの点弧制御角αを制御する。位相角αは、直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏに対する補償電流Ｉｃの遅れ角となる。
【０１５６】
ｖ＊＝０のとき、α＝９０°となり、ＬＣＩの直流電圧Ｖｄはゼロとなる。
Ｉｄｒ＞Ｉｄのとき、ｖ＊＞０となり、位相角α＜９０°となって、ＬＣＩの直流電圧Ｖｄは正となり、直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを増加させる。
【０１５７】
また、Ｉｄｒ＜Ｉｄのとき、ｖ＊＜０となり、α＞９０°となって、ＬＣＩの直流電圧Ｖｄは負となり、直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを減少させる。
このようにして、直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを制御することができる。直流電流Ｉｄを増加させれば、それに比例して補償電流Ｉｃの大きさを変えることができる。
【０１５８】
定常的には、ｖ＊＝０となり、補償電流Ｉｃは直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏに対してほぼ９０°遅れた電流となる。従って、Ｉｃは送電電流Ｉと逆相となり、直列コンデンサＣＡＰの印加電圧は、Ｖｏ＝（Ｉ−Ｉｃ）／（ｊωＣ）で、Ｉｃを増やせばＶｏは大きくなる。
【０１５９】
一方、送電線に電力動揺が発生した場合、次のように抑制制御される。
すなわち、電流検出器ＣＴと電圧検出器ＰＴで、送電線の３相交流電圧・電流を検出し、それを用いて有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める。電力動揺があると、このＰとＱが変化するので、その変動分ΔＰとΔＱを取り出して次の電力変動抑制制御回路ＤＰＣＮＴに与える。有効分ΔＰに応じて直流電流指令Ｉｄｒを調整し、また、無効分ΔＱに応じて位相制御入力信号ｖ＊を調整する。電力動揺が発生すると、ΔＰとΔＱに応じて補償電流Ｉｃの大きさと位相角αを変化させ、電力動揺を抑えることができる。なお、図１９では、有効電力変動分ΔＰに応じて直流電流指令Ｉｄｒだけを調整した場合を示している。
【０１６０】
図２０は、図１９の直列補償装置の動作を説明するための送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。
【０１６１】
送電線に電流Ｉが流れると、インダクタンスＬによる電圧降下ｊωＬ・Ｉが発生し、かつ、直列コンデンサＣＡＰにも、Ｉ／（ｊωＣ）の電圧が加わる。この電圧は上記インダクタンスＬの電圧降下分を打ち消す方向に働き、送電線の等価的なリアクタンスを低減させる。他励式インバータＬＣＩは、直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏに対し、常に遅れの電流Ｉｃをとり、定常的にはＩｃはＶｏに対し、９０°遅れとなっている。故に、補償電流Ｉｃの向きを図１９の方向に定めた場合、Ｉｃと送電電流Ｉは同相となる。従って、補償電流Ｉｃを流すことにより、直列コンデンサＣＡＰに流れる電流Ｉ−Ｉｃは増加し、その印加電圧（補償電圧）Ｖｏも増加する。
【０１６２】
図２１は、図１６のシステムの直列補償装置のさらに別の実施の形態を示す構成図である。
【０１６３】
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、ＣＡＰは直列コンデンサ、Ｔｒは直列トランス、Ｌｆはフィルタリアクトル、ＶＳＩは電流制御形インバータ、Ｅｄは直流電圧源、ＣＴとＣＴｃは電流検出器、ＰＴは電圧検出器、ＤＰＤは電力検出器，ＤＰＣＮＴは電力変動抑制制御回路、ＡＶＲは電圧制御回路、ＡＣＲは電流制御回路、ＰＷＭＣはパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路をそれぞれ示す。
【０１６４】
直列トランスＴｒの１次側は各相毎に直列コンデンサＣＡＰに並列接続され、２次側にフィルタリアクトルＬｆを介して、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）の電流制御形インバータＶＳＩが接続されている。
【０１６５】
電流制御形インバータＶＳＩは、ＧＴＯ等の自己消弧素子Ｓ１〜Ｓ６と、各素子に逆並列に接続されたダイオードで構成され、３相ブリッジ結線されている。当該電流制御形インバータＶＳＩは、電流指令値Ｉｃｒと、フィルタリアクトルＬｆに流れる電流Ｉｃの検出値を比較し、フィードバック制御する。インバータの出力電流Ｉｃは、直列コンデンサＣＡＰに供給され、当該直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏを制御する。
【０１６６】
直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの和電流によって決定され、直列補償装置としての補償電圧となる。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。
【０１６７】
Ｉｃｂは補償電流発生装置の定常的な補償電流の指令値で、この値を調整することにより送電線のリアクタンスＸをほぼゼロになるように調整することもできる。
一方、送電線に電力動揺が発生した場合、次のように抑制制御される。
【０１６８】
すなわち、電流検出器ＣＴと電圧検出器ＰＴで、送電線の３相交流電圧・電流を検出し、それを用いて有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める。電力動揺があると、このＰとＱが変化するので、その変動分ΔＰとΔＱを取り出して次の電力変動抑制制御回路ＤＰＣＮＴに与える。有効分ΔＰに応じて送電線に流れている電流Ｉと同相成分（または逆相成分）の補償電流圧Ｉｃｑを調整し、また、無効分ΔＱに応じて電流Ｉと直交する成分の補償電流Ｉｃｐを調整する。図中、Ｉｃａはその合成補償電圧指令を示す。電力動揺が発生すると、ΔＰとΔＱに応じて補償電圧Ｉｃａが変化し、電力動揺を抑える。
【０１６９】
直流電圧源Ｅｄは、別電源を用意してもよいが、ここでは、自前で直流電圧源を作っている。すなわち、直流電圧源として、直流平滑コンデンサＣｄを用意し、その印加電圧Ｅｄが一定になるように制御している。まず、直流電圧指令値Ｅｄｒと直流電圧検出値Ｅｄを比較し、その偏差を直流電圧制御回路ＡＶＲで増幅する。ＡＶＲの出力信号Ｉｃ１ｒは送電線に流れている電流Ｉに対し直交する成分（直列コンデンサＣＡＰに印加される電圧Ｖｏに対しては同相または逆相成分）の補償電流指令を与えることにより、直流電圧Ｅｄを制御している。
【０１７０】
図２２は、図１６のシステムの直列補償装置のさらにまた別の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、Ｔｒは直列トランス、ＣＡＰは直列コンデンサ、Ｌｆはフィルタリアクトル、ＶＳＩは電流制御形インバータ、Ｅｄは直流電圧源、ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗはサイリスタスイッチで構成されるバイパス回路、ＯＣＴは過電流検出回路をそれぞれ示す。
【０１７１】
直列トランスＴｒの１次側は各相毎に送電線に直列接続され、２次側に直列コンデンサＣＡＰが接続されている。また、当該直列コンデンサＣＡＰに、フィルタリアクトルＬｆを介して、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）の電流制御形インバータＶＳＩが接続されている。
【０１７２】
電流制御形インバータＶＳＩは、ＧＴＯ等の自己消弧素子Ｓ１〜Ｓ６と、各素子に逆並列に接続されたダイオードで構成され、３相ブリッジ結線されている。当該電流制御形インバータＶＳＩは、フィルタリアクトルＬｆに流れる電流Ｉｃを検出し、電流指令値Ｉｃｒに一致するようにフィードバック制御する。インバータの出力電流Ｉｃは、直列コンデンサＣＡＰに供給され、当該直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏを制御する。
【０１７３】
直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの和電流によって決定され、直列補償装置としての補償電圧となる。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。
Ｕ相のバイパス回路ＳＷｕは、逆並列に接続された２個のサイリスタで構成され、直列トランスＴｒの１次側に並列接続されている。Ｖ相およびＷ相のバイパス回路も同様に構成されている。
【０１７４】
送電線の地絡事故等により過電流が流れた場合、過電流検出器ＯＣＴがそれを検知して、前記バイパス回路ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗのサイリスタに点弧信号を与え、送電線に流れている過電流をバイパス回路に流す。このようにして、送電線の等価リアクタンスを増やして電流の増加を抑え、かつ、直列補償装置を過電流から保護することができる。
【０１７５】
また、過電流が収まった時点で、バイパス回路を開放し、直列補償装置を動作させていち早く電力動揺を抑えることができる。
なお、バイパス回路は直列トランスの２次側に設置しても同様の効果が得られる。
【０１７６】
図２３は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１とＣ２は主直列コンデンサを、Ｃａ１とＣａ２は補助直列コンデンサを、ＣＩＧ１とＣＩＧ２は補償電流発生装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０１７７】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０１７８】
主直列コンデンサＣａ１と、補助直列コンデンサＣａ１および補償電流発生装置ＣＩＧ１は送電線のリアクタンスＸ２を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることによりその区間の送電能力を向上させる。同様に、主直列コンデンサＣ２と、補助直列コンデンサＣａ２および補償電流発生装置ＣＩＧ２は送電線のリアクタンスＸ３を打ち消すような補償電圧を発生し、等価的なリアクタンスを小さくすることによりその区間の送電能力を向上させる。
【０１７９】
また、送電線の電力動揺が発生した場合、それを抑制するように補償電流発生装置ＣＩＧ１およびＣＩＧ２から補償電流を発生し、電力動揺を抑える。すなわち、主直列コンデンサＣ１と、補助直列コンデンサＣａ１および補償電流発生装置ＣＩＧ１によって第１の直列補償装置を構成し、また、主直列コンデンサＣ２と補助直列コンデンサＣａ２および補償電流発生装置ＣＩＧ２によって第２の直列補償装置を構成している。
【０１８０】
図２４は、図２３のシステムの直列補償装置の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、ＣＡＰは主直列コンデンサ、ＣＡＰａは補助直列コンデンサ、Ｔｒは直列トランス、Ｌｆはフィルタリアクトル、ＶＳＩは電流制御形インバータ、Ｅｄは直流電圧源、ＣＴは電流検出器、ＰＴは電圧検出器、ＤＰＤは電力検出器，ＤＰＣＮＴは電力変動抑制制御回路、ＡＶＲは電圧制御回路、ＡＣＲは電流制御回路、ＰＷＭＣはパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路をそれぞれ示す。
【０１８１】
直列トランスＴｒの１次側は各相毎に補助直列コンデンサＣＡＰａに並列接続され、その２次側にフィルタリアクトルＬｆを介して、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）の電流制御形インバータＶＳＩが接続されている。
【０１８２】
電流制御形インバータＶＳＩは、ＧＴＯ等の自己消弧素子Ｓ１〜Ｓ６と、各素子に逆並列に接続されたダイオードで構成され、３相ブリッジ結線されている。当該電流制御形インバータＶＳＩは、電流指令値Ｉｃｒと、フィルタリアクトルＬｆに流れる電流Ｉｃの検出値を比較し、フィードバック制御する。インバータの出力電流Ｉｃは、補助直列コンデンサＣＡＰａに供給され、当該補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏを制御する。
【０１８３】
補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの和電流によって決定され、直列補償装置としての補償電圧となる。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。
【０１８４】
一方、主直列コンデンサＣＡＰには、送電電流Ｉが流れることにより、送電線のインダクタンスＬの電圧降下を打ち消す電圧が発生し、送電線の等価的なリアクタンスＸを減少させる働きをする。
【０１８５】
Ｉｃｂは補償電流発生装置の定常的な補償電流の指令値で、この値を調整することにより、主直列コンデンサＣＡＰと合わせて、送電線の等価的なリアクタンスＸをほぼゼロになるように調整することもできる。
一方、送電線に電力動揺が発生した場合、次のように抑制制御される。
【０１８６】
すなわち、電流検出器ＣＴと電圧検出器ＰＴで、送電線の３相交流電圧・電流を検出し、それを用いて有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める。電力動揺があると、このＰとＱが変化するので、その変動分ΔＰとΔＱを取り出して次の電力変動抑制制御回路ＤＰＣＮＴに与える。有効分ΔＰに応じて送電線に流れている電流Ｉと同相成分（または逆相成分）の補償電流圧Ｉｃｑを調整し、また、無効分ΔＱに応じて電流Ｉと直交する成分の補償電流Ｉｃｐを調整する。図中、Ｉｃａはその合成補償電圧指令を示す。電力動揺が発生すると、ΔＰとΔＱに応じて補償電圧Ｉｃａが変化し、電力動揺を抑える。
【０１８７】
直流電圧源Ｅｄは、別電源を用意してもよいが、ここでは、自前で直流電圧源を作っている。すなわち、直流電圧源として、直流平滑コンデンサＣｄを用意し、その印加電圧Ｅｄが一定になるように制御している。まず、直流電圧指令値Ｅｄｒと直流電圧検出値Ｅｄを比較し、その偏差を直流電圧制御回路ＡＶＲで増幅する。ＡＶＲの出力信号Ｉｃ１ｒは送電線に流れている電流Ｉに対し直交する成分（補助直列コンデンサＣＡＰａに印加される電圧Ｖｏに対しては同相または逆相成分）の補償電流指令を与えることにより、直流電圧Ｅｄを制御している。
【０１８８】
図２５は、図２３のシステムの動作を説明するための送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、ＣＡＰは主直列コンデンサ、ＣＡＰａは補助直列コンデンサ、Ｉは送電電流、Ｖｏは補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧（補償電圧）、Ｉｃは補償電流、ωは電源角周波数である。なお、送電線の抵抗分は十分小さいとして無視している。
【０１８９】
図２５（ｂ）のベクトル図において、電流Ｉが流れることにより、送電線のインダクタンスＬにはｊωＬ・Ｉの電圧降下が発生する。また、主直列コンデンサＣＡＰには、電流Ｉによって、Ｉ／（ｊωＣ）の電圧が発生する。両者は打ち消す方向に働き、送電線の等価リアクタンスは減少する。さらに、補償電流発生装置から送電電流Ｉと同相成分の補償電流Ｉｃを補助直列コンデンサＣＡＰａに供給することにより、当該補助直列コンデンサＣＡＰａには、Ｖｏ＝（Ｉ＋Ｉｃ）／（ｊωＣａ）の電圧が印加される。
【０１９０】
よって、Ｖｏ＝−ｊ（ωＬ−１／ωＣ）・Ｉとなるように前記補償電流Ｉｃを調整すれば、送電線の等価リアクタンスＸをほぼゼロにすることができ、図２５（ｂ）のベクトル図のように、送電側電圧Ｖｓと受電側電圧Ｖｒを一致させることができる。
送電線に電力動揺が発生した場合、補償電流発生装置から補償電流Ｉｃを発生し、当該動揺を抑制する。
【０１９１】
このシステムでは、送電電流Ｉは主直列コンデンサＣＡＰを通って流れ、当該主直列コンデンサＣＡＰによって送電線のインダクタンスＬの大部分を打ち消すようにすれば、補償電流発生装置から発生する定常的な電流Ｉｃは小さくて済み、そこに用いられる電力変換器（電流形自励式インバータ等）の容量を小さくできる。
【０１９２】
また、地絡事故等により送電線に過電流が流れた場合でも、そのほとんどは補助直列コンデンサＣＡＰａを介して流れるため、補償電流発生装置への影響は少ない。
【０１９３】
図２６は、図２３のシステムの直列補償装置の別の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌは送電線のインダクタンス分、ＣＡＰは主直列コンデンサ、ＣＡＰａは補助直列コンデンサ、Ｔｒは直列トランス、ＬＣＩは他励式インバータ、ＤＣＬは直流電流源、ＣＴは電流検出器、ＰＴは電圧検出器、ＤＰＤは電力検出回路、ＤＰＣＮＴは電力変動抑制回路、Ｋは比例要素、ＡＣＲは電流制御回路、ＰＨＣは位相制御回路をそれぞれ示す。
【０１９４】
主直列コンデンサＣＡＰおよび補助直列コンデンサＣＡＰａは、送電線のインダクタンス分Ｌを打ち消すように作用する。また、直列トランスＴｒは、その１次巻線が補助直列コンデンサＣＡＰａに並列接続され、２次側には他励式インバータが接続されている。補償電流発生装置は、直列トランスＴｒと、他励式インバータＬＣＩで構成され、送電線のリアクタンスを調整し、かつ、送電線の電力動揺を抑制制御する。
【０１９５】
他励式インバータＬＣＩは６個のサイリスタＳ１〜Ｓ６で構成され、３相ブリッジ結線されている。当該他励式インバータＬＣＩは、補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧を利用して自然転流するもので、直流電流Ｉｄの大きさを調整することにより必要な補償電流Ｉｃを補助直列コンデンサＣＡＰａに供給する。補償電流の向きを図２６の方向に定めると、補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの差電流によって決定される。定常的には、この補償電圧Ｖｏは送電線に流れている電流Ｉと直交する成分を発生させ、送電線の等価的なリアクタンスを調整する。
【０１９６】
Ｉｃｂは補償電流発生装置の定常的な補償電流の指令値で、この値を調整することにより、主直列コンデンサＣＡＰと合わせて、送電線のリアクタンスＸをほぼゼロになるように調整することもできる。
【０１９７】
直流電流源Ｉｄは、別電源を用意してもよいが、ここでは、自前で直流電流源を作っている。すなわち、直流電流源として、直流リアクトルＤＣＬを用意し、その電流Ｉｄが一定になるように制御している。まず、直流指令値Ｉｄｒと直流電圧検出値Ｉｄを比較し、その偏差を直流電流制御回路ＡＣＲで増幅する。ＡＣＲの出力信号ｖ＊は他励式インバータの位相制御入力信号となり、サイリスタの点弧制御角αを制御する。位相角αは、補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏに対する補償電流Ｉｃの遅れ角となる。
【０１９８】
ｖ＊＝０のとき、α＝９０°となり、ＬＣＩの直流電圧Ｖｄはゼロとなる。
Ｉｄｒ＞Ｉｄのとき、ｖ＊＞０となり、位相角α＜９０°となって、ＬＣＩの直流電圧Ｖｄは正となり、直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを増加させる。
【０１９９】
また、Ｉｄｒ＜Ｉｄのとき、ｖ＊＜０となり、α＞９０°となって、ＬＣＩの直流電圧Ｖｄは負となり、直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを減少させる。
このようにして、直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを制御することができる。直流電流Ｉｃを増加させれば、それに比例して補償電流Ｉｃの大きさを変えることができる。
【０２００】
定常的には、ｖ＊＝０となり、補償電流Ｉｃは補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏに対してほぼ９０°遅れた電流となる。ゆえに、ＩｃはＩと逆相となり、補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏは、（Ｉ−Ｉｃ）に比例し、Ｉｃを大きくすれば、Ｖｏは増加する。
一方、送電線に電力動揺が発生した場合、次のように抑制制御される。
【０２０１】
すなわち、電流検出器ＣＴと電圧検出器ＰＴで、送電線の３相交流電圧・電流を検出し、それを用いて有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める。電力動揺があると、このＰとＱが変化するので、その変動分ΔＰとΔＱを取り出して次の電力変動抑制制御回路ＤＰＣＮＴに与える。有効分ΔＰに応じて直流電流指令Ｉｄｒを調整し、また、無効分ΔＱに応じて位相制御入力信号ｖ＊を調整する。電力動揺が発生すると、ΔＰとΔＱに応じて補償電流Ｉｃの大きさと位相角αを変化させ、電力動揺を抑えることができる。なお、図２６では、ΔＰに応じてＩｄｒを調整する場合を示している。
【０２０２】
このシステムでは、送電電流Ｉは主直列コンデンサＣＡＰを通って流れ、当該主直列コンデンサＣＡＰによって送電線のインダクタンスＬの大部分を打ち消すようにすれば、補償電流発生装置から発生する定常的な電流Ｉｃは小さくて済み、そこに用いられる電力変換器の容量を小さくできる。
【０２０３】
また、地絡事故等により送電線に過電流が流れた場合でも、そのほとんどは補助直列コンデンサＣＡＰａを介して流れるため、補償電流発生装置への影響は少ない。
【０２０４】
図２７は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４は直列コンデンサ、ＣＶＧ２は補償電圧発生装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０２０５】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０２０６】
直列コンデンサＣ１は発電所Ｇと変電所ＳＳ１間の送電線のリアクタンスＸ１を補償し、直列コンデンサＣ３は変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４間の送電線のリアクタンスＸ３を補償し、さらに、直列コンデンサＣ４は変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５間の送電線のリアクタンスを補償するようにその値が選ばれる。また、補償電圧発生装置ＣＶＧ２は、変電所ＳＳ１とＳＳ２間のリアクタンスＸ２を補償する電圧を発生し、かつ、送電経路全体の電力動揺を抑制制御する。これにより、複数の変電所を介した長距離の送電経路全体の等価リアクタンスを低減し、送電能力を向上させ、かつ、電力系統の安定化を図ることができる。
【０２０７】
図２８は、図２７のシステムの動作を説明するための系統の等価回路図と、電圧電流ベクトル図を示す。
図中、Ｉは送電電流、Ｖ１〜Ｖ４は各変電所における電圧、Ｘ１〜Ｘ３は各送電線のリアクタンス、Ｃ１とＣ３は直列コンデンサ、Ｖｏは補償電圧発生装置の出力電圧、ＬＯＡＤは負荷、ωは電源の角周波数を表わしている。
【０２０８】
図２８（ｂ）は、このように各送電線のリアクタンスがほぼゼロになるように補償したもので、各変電所の電圧Ｖ１〜Ｖ４を一致させることができる。
すなわち、変電所Ｖ１とＶ２の間の送電線では、直列コンデンサＣ１によって、送電線のリアクタンスＸ１を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数３】
Ｉ／（ｊωＣ１）＝−ｊＸ１・Ｉ
となるようにコンデンサＣ１の容量を決める。これで、Ｖ１とＶ２を一致させることができる。
【０２０９】
また、変電所Ｖ２とＶ３の間の送電線では、補償電圧装置の補償電圧Ｖｏによって送電線のリアクタンスＸ２を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数４】
Ｖｏ＝−ｊＸ２・Ｉ
となるように補償電圧Ｖｏを与える。これで、Ｖ２とＶ３を一致させることができる。
【０２１０】
同様に、変電所Ｖ３とＶ４の間の送電線では、直列コンデンサＣ３によって、送電線のリアクタンスＸ３を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数５】
Ｉ／（ｊωＣ３）＝−ｊＸ３・Ｉ
となるようにコンデンサＣ３の容量を決める。これで、Ｖ３とＶ４を一致させることができる。
【０２１１】
このようにして、図２８（ｂ）のベクトル図に示すように各変電所の電圧を、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４となるようにすることができる。
交流長距離送電システムにおいて、すべての送電線のリアクタンスを直列コンデンサだけで補償しようとすると、ＬＣ共振により系統が不安定になってしまう。系統の安定化を図るため、補償電圧発生装置が機能する。補償電圧発生装置を必要最小限の数だけ設置することにより、システムコストを安くすることができ、より経済的な交流長距離送電システムを提供することが可能となる。
【０２１２】
図２９は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４は直列コンデンサ、ＣＶＧ２は補償電圧発生装置を、ＳＷ１〜ＳＷ４はバイパス回路を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０２１３】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０２１４】
直列コンデンサＣ１は発電所Ｇと変電所ＳＳ１間の送電線のリアクタンスＸ１を補償し、直列コンデンサＣ３は変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４間の送電線のリアクタンスＸ３を補償し、さらに、直列コンデンサＣ４は変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５間の送電線のリアクタンスＸ４を補償するようにその値が選ばれる。また、補償電圧発生装置ＣＶＧ２は、変電所ＳＳ１とＳＳ２間のリアクタンスＸ２を補償する電圧を発生し、かつ、送電経路全体の電力動揺を抑制制御する。
【０２１５】
これにより、複数の変電所を介した長距離の送電経路全体の等価リアクタンスを低減し、送電能力を向上させ、かつ、電力系統の安定化を図ることができる。
【０２１６】
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、直列コンデンサＣ１，Ｃ３，Ｃ４のバイパス回路ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４と、補償電圧発生装置ＣＶＧ２のバイパス回路ＳＷ２を閉じて、過電流がバイパス回路ＳＷ１〜ＳＷ４に流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスは元の値Ｘ１〜Ｘ４にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、直列コンデンサや、補償電圧発生装置への過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０２１７】
図３０は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は直列コンデンサ、ＣＶＧ２は補償電圧発生装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０２１８】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０２１９】
直列コンデンサＣ１は発電所Ｇと変電所ＳＳ１間の送電線のリアクタンスＸ１を補償し、直列コンデンサＣ３は変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４間の送電線のリアクタンスＸ３を補償し、さらに、直列コンデンサＣ４は変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５間の送電線のリアクタンスＸ４を補償するようにその値が選ばれる。また、直列コンデンサＣ２と補償電圧発生装置ＣＶＧ２は、変電所ＳＳ１とＳＳ２間のリアクタンスＸ２を補償する電圧を発生し、かつ、送電経路全体の電力動揺を抑制制御する。
【０２２０】
すなわち、送電経路のリアクタンスをほぼゼロになるようにした場合、次のように補償する。
まず、発電所Ｇと変電所ＳＳ１の間の送電線では、直列コンデンサＣ１によって、送電線のリアクタンスＸ１を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数６】
Ｉ／（ｊωＣ１）＝−ｊＸ１・Ｉ
となるようにコンデンサＣ１の容量を決める。これで、発電所Ｇの電圧と変電所ＳＳ１の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２２１】
また、変電所ＳＳ１と変電所ＳＳ２の間の送電線では、直列コンデンサＣ２と補償電圧発生装置ＣＶＧ２によって、送電線のリアクタンスＸ２を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数７】
Ｖｏ＋Ｉ／（ｊωＣ２）＝−ｊＸ２・Ｉ
となるようにコンデンサＣ２の容量と補償電圧Ｖｏを決める。これで、変電所ＳＳ１の電圧と変電所ＳＳ２の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２２２】
変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４の間の送電線では、直列コンデンサＣ３によって、送電線のリアクタンスＸ３を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数８】
Ｉ／（ｊωＣ３）＝−ｊＸ３・Ｉ
となるようにコンデンサＣ３の容量を決める。これで、変電所ＳＳ２の電圧と変電所ＳＳ４の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２２３】
変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５の間の送電線では、直列コンデンサＣ４によって、送電線のリアクタンスＸ４を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数９】
Ｉ／（ｊωＣ４）＝−ｊＸ４・Ｉ
となるようにコンデンサＣ４の容量を決める。これで、変電所ＳＳ４の電圧と変電所ＳＳ５の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２２４】
これにより、複数の変電所を介した長距離の送電経路全体の等価リアクタンスを低減し、送電能力を向上させ、かつ、電力系統の安定化を図ることができる。
【０２２５】
交流長距離送電システムにおいて、すべての送電線のリアクタンスを直列コンデンサだけで補償しようとすると、ＬＣ共振により系統が不安定になってしまう。系統の安定化を図るため、補償電圧発生装置が機能する。補償電圧発生装置を必要最小限の数だけ設置することにより、システムコストを安くすることができ、より経済的な交流長距離送電システムを提供することが可能となる。また、補償電圧発生装置の容量は、直列コンデンサＣ２が送電線のリアクタンスＸ２の大部分を打ち消すようにすれば、補償電圧発生装置から発生する定常的な電流は小さくて済み、小さくすることができる。
【０２２６】
なお、図示していないが、上記複数の直列コンデンサおよび補償電圧発生装置に、バイパス回路を設置し、送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、当該バイパス回路を介して過電流を流す。これにより、送電線のリアクタンスは元の値にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、直列コンデンサや、補償電圧発生装置への過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０２２７】
図３１は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は直列コンデンサ、ＣＩＧは補償電流発生装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０２２８】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０２２９】
直列コンデンサＣ１は発電所Ｇと変電所ＳＳ１間の送電線のリアクタンスＸ１を補償し、直列コンデンサＣ２は変電所ＳＳ１と変電所ＳＳ２間の送電線のリアクタンスＸ２を補償し、さらに、直列コンデンサＣ４は変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５間の送電線のリアクタンスＸ４を補償するようにその値が選ばれる。また、直列コンデンサＣ３と補償電流発生装置ＣＩＶは、変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４間のリアクタンスＸ３を補償する電圧を発生し、かつ、送電経路全体の電力動揺を抑制制御する。
【０２３０】
すなわち、送電経路のリアクタンスをほぼゼロになるようにした場合、次のように補償する。
まず、発電所Ｇと変電所ＳＳ１の間の送電線では、直列コンデンサＣ１によって、送電線のリアクタンスＸ１を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数１０】
Ｉ／（ｊωＣ１）＝−ｊＸ１・Ｉ
となるようにコンデンサＣ１の容量を決める。これで、発電所Ｇの電圧と変電所ＳＳ１の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２３１】
変電所ＳＳ１と変電所ＳＳ２の間の送電線では、直列コンデンサＣ２によって、送電線のリアクタンスＸ２を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数１１】
Ｉ／（ｊωＣ２）＝−ｊＸ２・Ｉ
となるようにコンデンサＣ２の容量を決める。これで、変電所ＳＳ１の電圧と変電所ＳＳ２の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２３２】
また、変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４の間の送電線では、直列コンデンサＣ３と補償電流発生装置ＣＩＧによって、送電線のリアクタンスＸ３を補償する。すなわち、送電線の電流をＩ、補償電流発生装置ＣＩＧからの補償電流をＩｃとした場合、
【数１２】
（Ｉｃ＋Ｉ）／（ｊωＣ３）＝−ｊＸ３・Ｉ
となるようにコンデンサＣ３の容量と補償電流Ｉｃを決める。これで、変電所ＳＳ２の電圧と変電所ＳＳ４の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２３３】
変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５の間の送電線では、直列コンデンサＣ４によって、送電線のリアクタンスＸ４を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数１３】
Ｉ／（ｊωＣ４）＝−ｊＸ４・Ｉ
となるようにコンデンサＣ４の容量を決める。これで、変電所ＳＳ４の電圧と変電所ＳＳ５の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２３４】
これにより、複数の変電所を介した長距離の送電経路全体の等価リアクタンスを低減し、送電能力を向上させ、かつ、電力系統の安定化を図ることができる。交流長距離送電システムにおいて、すべての送電線のリアクタンスを直列コンデンサだけで補償しようとすると、ＬＣ共振により系統が不安定になってしまう。系統の安定化を図るため、補償電流発生装置が機能する。補償電流発生装置を必要最小限の数だけ設置することにより、システムコストを安くすることができ、より経済的な交流長距離送電システムを提供することが可能となる。
【０２３５】
図３２は、本発明
の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は直列コンデンサを、ＣＩＧは補償電流発生装置を、ＳＷ１〜ＳＷ４はバイパス回路を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０２３６】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０２３７】
直列コンデンサＣ１は発電所Ｇと変電所ＳＳ１間の送電線のリアクタンスＸ１を補償し、直列コンデンサＣ２は変電所ＳＳ１と変電所ＳＳ２間の送電線のリアクタンスＸ２を補償し、さらに、直列コンデンサＣ４は変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５間の送電線のリアクタンスＸ４を補償するようにその値が選ばれる。また、直列コンデンサＣ３と補償電流発生装置ＣＩＶは、変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４間のリアクタンスＸ３を補償する電圧を発生し、かつ、送電経路全体の電力動揺を抑制制御する。
【０２３８】
これにより、複数の変電所を介した長距離の送電経路全体の等価リアクタンスを低減し、送電能力を向上させ、かつ、電力系統の安定化を図ることができる。
【０２３９】
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、直列コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のバイパス回路ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を閉じて、過電流がバイパス回路ＳＷ１〜ＳＷ４に流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスは元の値Ｘ１〜Ｘ４にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、直列コンデンサや、補償電流発生装置への過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０２４０】
図３３は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は主直列コンデンサ、Ｃａ２は補助直列コンデンサ、ＣＩＧは補償電流発生装置を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０２４１】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０２４２】
主直列コンデンサＣ１は発電所Ｇと変電所ＳＳ１間の送電線のリアクタンスＸ１を補償し、主直列コンデンサＣ２と補助直列コンデンサＣａ２および補償電流発生装置ＣＩＧは変電所ＳＳ１と変電所ＳＳ２間の送電線のリアクタンスＸ２を補償し、主直列コンデンサＣ３は変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４間のリアクタンスＸ３を補償し、さらに、主直列コンデンサＣ４は変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５間の送電線のリアクタンスＸ４を補償するようにその値が選ばれる。また、補助直列コンデンサＣａ２と補償電流発生装置ＣＩＶは、送電経路全体の電力動揺を抑制制御する。
【０２４３】
すなわち、送電経路のリアクタンスをほぼゼロになるようにした場合、次のように補償する。
まず、発電所Ｇと変電所ＳＳ１の間の送電線では、主直列コンデンサＣ１によって、送電線のリアクタンスＸ１を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数１４】
Ｉ／（ｊωＣ１）＝−ｊＸ１・Ｉ
となるようにコンデンサＣ１の容量を決める。これで、発電所Ｇの電圧と変電所ＳＳ１の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２４４】
また、変電所ＳＳ１と変電所ＳＳ２の間の送電線では、主直列コンデンサＣ２と補助直列コンデンサＣａ２と補償電流発生装置ＣＩＧによって、送電線のリアクタンスＸ２を補償する。すなわち、送電線の電流をＩ、補償電流発生装置ＣＩＧからの補償電流をＩｃとした場合、
【数１５】
Ｉ／（ｊωＣ２）＋（Ｉｃ＋Ｉ）／（ｊωＣａ２）＝−ｊＸ２・Ｉ
となるように主直列コンデンサＣ２の容量と補助直列コンデンサＣａ２の容量および補償電流Ｉｃを決める。これで、変電所ＳＳ１の電圧と変電所ＳＳ２の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２４５】
変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４の間の送電線では、主直列コンデンサＣ３によって、送電線のリアクタンスＸ３を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数１６】
Ｉ／（ｊωＣ３）＝−ｊＸ３・Ｉ
となるように主直列コンデンサＣ３の容量を決める。これで、変電所ＳＳ２の電圧と変電所ＳＳ４の電圧をほぼ一致させることができる。
【０２４６】
変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５の間の送電線では、主直列コンデンサＣ４によって、送電線のリアクタンスＸ４を補償する。すなわち、送電線の電流をＩとした場合、
【数１７】
Ｉ／（ｊωＣ４）＝−ｊＸ４・Ｉ
となるように主直列コンデンサＣ４の容量を決める。これで、変電所ＳＳ４の電圧と変電所ＳＳ５の電圧をほぼ一致させることができる。
これにより、複数の変電所を介した長距離の送電経路全体の等価リアクタンスを低減し、送電能力を向上させ、かつ、電力系統の安定化を図ることができる。
【０２４７】
交流長距離送電システムにおいて、すべての送電線のリアクタンスを主直列コンデンサだけで補償しようとすると、ＬＣ共振により系統が不安定になってしまう。系統の安定化を図るため、補助直列コンデンサと、補償電流発生装置が機能する。補助直列コンデンサと補償電流発生装置を必要最小限の数だけ設置することにより、システムコストを安くすることができ、より経済的な交流長距離送電システムを提供することが可能となる。また、補償電流発生装置の容量は、主直列コンデンサＣ２が送電線のリアクタンスＸ２の大部分を打ち消すようにすれば、補償電流発生装置から発生する定常的な電流は小さくて済み、小さくすることができる。
【０２４８】
図３４は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所を、ＳＳ１〜ＳＳ５は変電所を、ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４は負荷を、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は主直列コンデンサを、Ｃａ２は補助直列コンデンサを、ＣＩＧは補償電流発生装置を、ＳＷ１〜ＳＷ４およびＳＷａ２はバイパス回路を、Ｘ１〜Ｘ４は送電線のリアクタンスをそれぞれ示す。
【０２４９】
発電所Ｇで発電された電力は複数の変電所ＳＳ１→ＳＳ２→ＳＳ４→ＳＳ５を介して、大口消費地である負荷ＬＯＡＤ４まで長距離送電される。
【０２５０】
主直列コンデンサＣ１は発電所Ｇと変電所ＳＳ１間の送電線のリアクタンスＸ１を補償し、主直列コンデンサＣ２と補助直列コンデンサＣａ２および補償電流発生装置ＣＩＧは変電所ＳＳ１と変電所ＳＳ２間の送電線のリアクタンスＸ２を補償し、主直列コンデンサＣ３は変電所ＳＳ２と変電所ＳＳ４間のリアクタンスＸ３を補償し、さらに、主直列コンデンサＣ４は変電所ＳＳ４と変電所ＳＳ５間の送電線のリアクタンスＸ４を補償するようにその値が選ばれる。また、補助直列コンデンサＣａ２と補償電流発生装置ＣＩＶは、送電経路全体の電力動揺を抑制制御する。
【０２５１】
これにより、複数の変電所を介した長距離の送電経路全体の等価リアクタンスを低減し、送電能力を向上させ、かつ、電力系統の安定化を図ることができる。
【０２５２】
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、主直列コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のバイパス回路SW1 ，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４と補助直列コンデンサＣａ２のバイパス回路ＳＷａ２を閉じて、過電流がバイパス回路ＳＷ１〜ＳＷ４およびＳＷａ２に流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスは元の値Ｘ１〜Ｘ４にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、主直列コンデンサや、補助直列コンデンサおよび補償電流発生装置への過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０２５３】
図３５は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、Ｌ１，Ｌ２は送電線のインダクタンス、Ｃｑ１，Ｃｑ２は送電線の浮遊キャパシタンス、ＳＶＧは無効電力補償装置、ＳＣＧは直列補償装置、ＳＷはバイパス回路、ＣＳＩは電流形インバータ、ＶＳＩは電圧形インバータ、ＰＤは電力検出器、ＣＯＮＴ１はＶＳＩの制御回路、ＣＯＮＴ２はＣＳＩの制御回路をそれぞれ示す。
【０２５４】
送電線間および送電線とアース間には、浮遊キャパシタンスがあり、送電距離が長くなると、それが無視できなくなる。浮遊キャパシタンスは分布定数であるが、ここでは、Ｃｑ１とＣｑ２の集中定数として表わしている。また、送電線のインダクタンスもＬ１とＬ２の２つに分けて示している。浮遊キャパシタンスＣｑ１，Ｃｑ２には進み電流Ｉｑが流れ、その進み電流を補償するために無効電力補償装置ＳＶＧを設置する。また、送電線のインダクタンス分Ｌ１＋Ｌ２を補償するために直列補償装置ＳＣＧを設置している。
【０２５５】
直列補償装置ＳＣＧは、送電線のインダクタンスＬ１＋Ｌ２による電圧降下を補償するように、次の補償電圧Ｖｏを出力する。ただし、Ｉは送電線に流れている電流である。
【数１８】
Ｖｏ＝−ｊω（Ｌ１＋Ｌ２）・Ｉ
また、無効電力補償装置ＳＶＧは、浮遊キャパシタンスＣｑ１とＣｑ２に流れる進み電流Ｉｑに対し、それを打ち消す補償電流Ｉｏを流す。
【０２５６】
これにより、送電線の等価的なリアクタンスを調整することができ、長距離送電線の送電能力を大幅に向上させることが可能となる。
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、直列補償装置ＳＣＧに並列接続されたバイパス回路SWを閉じて、過電流がバイパス回路ＳＷに流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスＸ＝ω（Ｌ１＋Ｌ２）は元の値にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、直列補償装置への過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０２５７】
図３６は、図３５のシステムの無効電力補償装置の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌはそのインダクタンス、Ｃｑは浮遊キャパシタンス、Ｔｒは並列トランス、ＣＳＩは電流形自励式インバータ、ＤＣＬは直流リアクトル、Ｃｆはフィルタコンデンサ、ＡＣＲは直流電流制御回路、ＰＷＭＣはパルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路、をそれぞれ示す。
【０２５８】
無効電力補償装置は、並列トランスＴｒと、フィルタコンデンサＣｆと、電流形インバータＣＳＩで構成され、送電線に任意の大きさと位相の補償電流Ｉｏを送電線に供給する。
【０２５９】
電流形インバータＣＳＩは、６個の自己消弧素子（ＧＴＯ等）で構成され、ＰＷＭ制御により、電流指令値Ｉｏｒに比例した補償電流Ｉｏ出力する。インバータの出力電流にはスイッチングに伴う高調波電流が発生するので、それを吸収するためフィルタコンデンサＣｆが設けられている。
【０２６０】
電流形インバータＣＳＩの直流電流源として、直流リアクトルＤＣＬが接続され、当該直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを指令値Ｉｄｒに一致させるようにフィードバック制御を行う。すなわち、指令値Ｉｄｒに対し、実電流Ｉｄが小さくなった場合、その偏差は正の値となり、電流制御回路ＡＣＲを介して増幅される。ＡＣＲの出力Ｉｏｐは有効電流指令値で、Ｉｄｒ＞Ｉｄの場合、偏差εは正で、Ｉｏｐ＞０となって、有効電流を系統からとることにより、直流電流Ｉｄを増加させる。逆に、Ｉｄｒ＜Ｉｄとなった場合、偏差εは負の値となり、有効電流指令値Ｉｏｐは負の値となる。故に、有効電流を系統に放出し、直流電流Ｉｄは減少する。このようにして、電流形インバータの直流電流Ｉｄをほぼ一定に制御することができる。
【０２６１】
図中、Ｉｏｑは定常的な無効電流指令値で、この値を調整することにより、送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すことができる。
【０２６２】
図３７は、図３５のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図を示す。図３７（ａ）と（ｂ）は、無効電力補償装置無しの送電線等価回路と電圧電流ベクトル図を示す。また、（ｃ）と（ｄ）は、無効電力補償装置を入れた場合の送電線の等価回路と電圧電流ベクトル図を示す。
【０２６３】
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、Ｉは送電側の電流、Ｉｒは受電側の電流、Ｖｏは補償電圧発生装置の出力電圧、Ｉｑは送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流、Ｉｏは無効電力補償装置から発生する補償電流、ωは電源角周波数をそれぞれ示す。
【０２６４】
図３７（ｂ）のベクトル図において、送電線の浮遊キャパシタンスＣｑに進み電流Ｉｑが流れることにより、受電側の電流Ｉｒと送電側の電流Ｉが異なってくる。図３７（ａ）のような等価回路を想定すると、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下ｊωＬ・Ｉは、電流Ｉにほぼ直交することになる。一方、送電電圧Ｖｓと受電電圧Ｖｒをほぼ一致させるために、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下分を直列補償装置ＳＣＧで打ち消すように補償する。そのためには、直列補償装置から補償電圧Ｖｏとして、Ｖｏ＝−ｊωＬ・Ｉを出力する必要がある。当該補償電圧Ｖｏのベクトルは、受電側の電流Ｉｒに対して位相が９０°よりずれてしまうため、定常的に有効電力を直列補償装置から供給（あるいは回生）しなければならない。従って、直列補償装置にエネルギー供給源（あるいはエネルギー回生源）が必要になり、装置が大型化し、高価になる。
【０２６５】
図３７（ｄ）のベクトル図において、浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すように無効電力補償装置ＳＶＧから補償電流Ｉｏを供給する。その結果、送電側の電流Ｉと受電側の電流Ｉｒが等しくなり、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下ｊωＬ・Ｉを打ち消すための直列補償装置ＳＣＧからの補償電圧ベクトルＶｏは、Ｉ＝Ｉｒベクトルに直交するようになる。従って、直列補償装置ＳＣＧからやりとりする有効電力は定常的にはゼロとなり、エネルギー供給源（あるいはエネルギー回生源）を持たなくても済むことになる。
【０２６６】
無効電力補償装置ＳＶＧは、また、送電線に流れる高調波電流を補償し、３相不平衡電流を平衡化するための補償電流を供給することもできる。これにより、送電線の送電能力を向上させ、かつ、直列補償装置ＳＣＧの負担を軽減して、より経済的な交流長距離送電システムを提供できる。
【０２６７】
図３８は、図３５のシステムの電力動揺抑制動作を説明するための電圧電流ベクトル図である。図３８において、（ａ）は送電線の等価回路、（ｂ）は定常状態の電圧電流ベクトル図、（ｃ）は送電線の電力が変動した場合の電圧電流ベクトル図を示す。
【０２６８】
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、Ｉは送電側の電流、Ｉｒは受電側の電流、Ｖｏは補償電圧発生装置の出力電圧、Ｉｑは送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流、Ｉｏは無効電力補償装置から発生する補償電流、ωは電源角周波数をそれぞれ示す。
【０２６９】
図３８（ｂ）の定常状態では、無効電力補償装置ＳＶＧにより、浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すように補償電流Ｉｏを供給する。また、直列補償装置ＳＣＧから送電線のインダクタンスＬによる電圧降下ｊωＬ・Ｉを補償する電圧Ｖｏを出力している。この結果、送電側電圧Ｖｓと受電側電圧Ｖｒの大きさと位相が一致し、送電線のインダクタンスに影響されない長距離送電が達成されている。
【０２７０】
図３８（ｃ）は、地絡事故等の影響により、送電線の電力が変動した場合のベクトル図を示すもので、例えば、送電側の電圧位相がＶｓ´ のようにずれたときの動作を説明する。送電電圧がＶｓ´ のように位相がずれると、差電圧Ｖｓ´ −Ｖｒが発生し、今まで、Ｉ＝Ｉｒであった送電電流はＩ´ のように増加しようとする。そのため、送電線の有効電力Ｐと無効電力Ｑも変化し、その変動分ΔＰ，ΔＱを検出して、直列補償装置ＳＣＧの補償電圧Ｖｏを制御する。具体的には、有効電力変動分ΔＰに応じて送電線の電流Ｉｒに直交する成分の補償電圧Ｖｏｑを制御し、また、無効電力変動分ΔＱに応じて送電線の電流Ｉｒと同相（又は逆相）成分の補償電圧Ｖｏｐを制御することにより、いち早く電力動揺を抑えることができる。
【０２７１】
すなわち、図３８（ｃ）において、送電電圧Ｖｓ´ の変化に応じて、補償電圧Ｖｏは、Ｖｏ´ のように瞬時に変化し、結果として、送電線のインダクタンスに印加される電圧は元のｊωＬ・Ｉのまま維持されて、電流もＩ＝Ｉｒとなって、電力動揺を抑制することができる。この場合でも、無効電力補償装置ＳＶＧが浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すようにして、上記直列補償装置ＳＣＧの動作を助けている。
【０２７２】
図３９は、図３５のシステムの無効電力補償装置の別の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌはそのインダクタンス、Ｃｑは浮遊キャパシタンス、Ｔｒは並列トランス，ＶＳＩは電流制御形自励式インバータ、Ｅｄは直流電圧源，Ｌｆはフィルタリアクトル、ＡＶＲは直流電圧制御回路、ＰＷＭＣはパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）回路、をそれぞれ示す。
【０２７３】
無効電力補償装置は、並列トランスＴｒと、フィルタリアクトルＬｆと、電流制御形インバータＶＳＩで構成され、送電線に任意の大きさと位相の補償電流Ｉｏを送電線に供給する。
【０２７４】
電流制御形インバータＶＳＩは、６個の自己消弧素子（ＧＴＯ等）と当該素子に逆並列接続された６個のダイオードで構成されている。インバータＶＳＩの出力電流Ｉｏは、電流検出器ＣＴｏにより検出され、指令値Ｉｏｒと比較して、その偏差εを電流制御回路で増幅する。その出力がＰＷＭ制御回路ＰＷＭＣに入力される電圧指令値ｖ＊となる。インバータはＰＷＭ制御により、電圧指令値ｖ＊に比例した電圧Ｖｉを出力する。フィルタリアクトルＬｆは各相毎に設置され、インバータ出力電流Ｉｏの脈動を抑える役目をする。
【０２７５】
このように、電流制御形インバータＶＳＩは、補償電流指令値Ｉｏｒに一致するように出力電流Ｉｏを制御し、必要な補償電流Ｉｏを送電線に供給する。
【０２７６】
電流制御形インバータＶＳＩの直流電圧源Ｅｄとして、別電源を用意してもよいが、ここでは、直流平滑コンデンサＣｄを用いてその電圧がほぼ一定になるように制御している。すなわち、当該直流平滑コンデンサＣｄの印加電圧Ｅｄを検出し、指令値Ｅｄｒと比較して、両者が一致させるようにフィードバック制御する。指令値Ｅｄｒに対し、実電圧Ｅｄが小さくなった場合、その偏差は正の値となり、電圧制御回路ＡＶＲを介して増幅される。ＡＶＲの出力Ｉｏｐは有効電流指令値で、Ｅｄｒ＞Ｅｄの場合、偏差εｖは正で、Ｉｏｐ＞０となり、有効電流を系統からとって、直流電圧Ｅｄを増加させる。逆に、Ｅｄｒ＜Ｅｄとなった場合、偏差εｖは負の値となり、有効電流指令値Ｉｏｐは負の値となる。故に、有効電流を系統に放出し、直流電流Ｅｄは減少する。このようにして、電流制御形インバータの直流電圧Ｅｄをほぼ一定に制御することができる。
【０２７７】
図中、Ｉｏｑは定常的な無効電流指令値で、この値を調整することにより、送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すことができる。
【０２７８】
図４０は、図３５のシステムの無効電力補償装置のさらに別の実施の形態を示す構成図である。
図中、ＵＶＷは３相交流送電線、Ｌはそのインダクタンス、Ｃｑは浮遊キャパシタンス、Ｔｒは並列トランス、ＬＣＩは他励式インバータ、ＤＣＬは直流リアクトル、Ｋは比例要素、ＡＣＲは直流電流制御回路、ＰＨＣは位相制御回路、をそれぞれ示す。
【０２７９】
無効電力補償装置は、並列トランスＴｒと、他励式インバータＬＣＩで構成され、補償電流Ｉｏを送電線に供給する。
【０２８０】
電流形他励式インバータＣＳＩは、６個のサイリスタＳ１〜Ｓ６で構成され、位相制御により、ＣＳＩの直流側電圧Ｖｄを制御する。補償電流Ｉｏの大きさは直流電流Ｉｄに比例し、系統の電圧に対する補償電流の位相角αは、ＬＣＩの点弧制御角に一致する。
【０２８１】
他励式インバータＬＣＩでは、電源電圧を利用してサイリスタＳ１〜Ｓ６を自然転流させるため、上記位相角αは０°〜１８０°の範囲で制御され、常に遅れの電流Ｉｏをとることになる。
【０２８２】
他励式インバータＬＣＩの直流電流源として、直流リアクトルＤＣＬが接続され、当該直流リアクトルＤＣＬに流れる電流Ｉｄを指令値Ｉｄｒに一致させるようにフィードバック制御を行う。すなわち、補償電流指令値Ｉｏｑに比例した直流電流指令値Ｉｄｒを与え、直流電流検出値Ｉｄと比較して、その偏差εを電流制御回路ＡＣＲを介して増幅する。ＡＣＲの出力信号ｖｄ＊は位相制御回路ＰＨＣに与えられ、位相制御によって、当該信号ｖｄ＊に比例した直流電圧Ｖｄを発生させる。Ｉｄｒ＞Ｉｄの場合、偏差εは正で、ｖｄ＊＞０となって、直流電流Ｉｄを増加させる。逆に、Ｉｄｒ＜Ｉｄとなった場合、偏差εは負の値となり、ｖｄ＊＜０となって、直流電流Ｉｄは減少する。このようにして、他励式インバータＬＣＩの直流電流Ｉｄを指令値Ｉｄｒに一致するように制御することができる。定常的には、ほぼｖｄ＊＝０となり、補償電流Ｉｏの位相角は、ほぼα＝９０°となって、遅れの補償電流となる。
【０２８３】
図中、Ｉｏｑは定常的な無効電流指令値で、この値を調整することにより、送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すことができる。
【０２８４】
図４１は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は送電線のインダクタンス、Ｃｑ１，Ｃｑ２は送電線の浮遊キャパシタンス、ＳＶＧ１，ＳＶＧ２は無効電力補償装置、ＳＣＧは直列補償装置、ＳＷはバイパス回路、をそれぞれ示す。
【０２８５】
送電線間および送電線とアース間には、浮遊キャパシタンスがあり、送電距離が長くなると、それが無視できなくなる。浮遊キャパシタンスは分布定数であるが、ここでは、Ｃｑ１とＣｑ２の集中定数として表わしている。また、送電線のインダクタンスもＬ１とＬ２およびＬ３の３つに分けて示している。浮遊キャパシタンスＣｑ１，Ｃｑ２には進み電流Ｉｑ１，Ｉｑ２が流れ、その進み電流を補償するために無効電力補償装置ＳＶＧ１、ＳＶＧ２を設置する。また、送電線のインダクタンス分Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３を補償するために直列補償装置ＳＣＧを設置している。
【０２８６】
直列補償装置ＳＣＧは、送電線のインダクタンスＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３による電圧降下を補償するように、次の補償電圧Ｖｏを出力する。
【数１９】
Ｖｏ＝−ｊω（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）・Ｉ
ただし、送電線のインダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３に同じ電流Ｉが流れている場合に上記直列補償が有効に働く。
【０２８７】
上述したように、実際には送電線の浮遊キャパシタンスは分布定数となっており、当該浮遊キャパシタンスに流れる進み電流により、上記送電線のインダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３に流れる電流は同じにはならない。
【０２８８】
ここでは、２つの無効電力補償装置ＳＶＧ１，ＳＶＧ２を用い、それを分割して配置する。故に、無効電力補償装置ＳＶＧ１は送電線の浮遊キャパシタンスＣｑ１に流れる進み電流Ｉｑ１を補償し、また、無効電力補償装置ＳＶＧ２は送電線の浮遊キャパシタンスＣｑ２に流れる進み電流Ｉｑ２を補償する。これにより、送電線に流れる電流Ｉを均一化でき、上記直列補償装置ＳＣＧによる送電線のインダクタンス分の補償が有効に作用するようになる。無効電力補償装置の分割数を増やせばさらに送電電流Ｉの均一化が図れる。これにより、送電線の等価的なリアクタンスを調整することができ、長距離送電線の送電能力を大幅に向上させることが可能となる。
【０２８９】
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、直列補償装置ＳＣＧに並列接続されたバイパス回路SWを閉じて、過電流がバイパス回路ＳＷに流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスＸ＝ω（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）は元の値にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、直列補償装置への過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０２９０】
図４２は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、Ｌ１，Ｌ２は送電線のインダクタンス、Ｃｑ１，Ｃｑ２は送電線の浮遊キャパシタンス、ＳＶＧは無効電力補償装置、ＣＡＰは直列コンデンサ、ＣＶＧは補償電圧発生装置、ＳＷ１，ＳＷ２はバイパス回路、ＣＳＩは電流形インバータ、ＰＤは電力検出器、ＣＯＮＴ１はＣＶＧの制御回路、ＣＯＮＴ２はＣＳＩの制御回路をそれぞれ示す。
【０２９１】
送電線間および送電線とアース間には、浮遊キャパシタンスがあり、送電距離が長くなると、それが無視できなくなる。浮遊キャパシタンスは分布定数であるが、ここでは、Ｃｑ１とＣｑ２の集中定数として表わしている。また、送電線のインダクタンスもＬ１とＬ２の２つに分けて示している。浮遊キャパシタンスＣｑ１，Ｃｑ２には進み電流Ｉｑが流れ、その進み電流を補償するために無効電力補償装置ＳＶＧを設置する。また、送電線のインダクタンス分Ｌ１＋Ｌ２を補償するために直列コンデンサＣＡＰと、補償電圧発生装置ＣＶＧを設置している。
【０２９２】
直列コンデンサＣＡＰは、送電線のインダクタンスＬ１＋Ｌ２の大部分を打ち消すようにその容量が決められる。また、補償電圧発生装置ＣＶＧは送電線の等価リアクタンスを調整し、電力動揺を抑制するように補償電圧Ｖｏを発生させる。送電線の等価リアクタンスがゼロになるように補償した場合、定常状態での補償電圧Ｖｏは次式のように表わされる。ただし、Ｃは直列コンデンサＣＡＰの容量、Ｉは送電線に流れている電流とする。
【数２０】
Ｖｏ＝−ｊＩ｛ω（Ｌ１＋Ｌ２）−１／（ωＣ）｝
また、無効電力補償装置ＳＶＧは、浮遊キャパシタンスＣｑ１とＣｑ２に流れる進み電流Ｉｑに対し、それを打ち消す補償電流Ｉｏを流す。これにより、送電側の電流と受電側の電流がほぼ等しくなり、上記直列コンデンサＣＡＰおよび補償電圧発生装置ＣＶＧが有効に働くようになる。
【０２９３】
これにより、送電線の等価的なリアクタンスを調整することができ、長距離送電線の送電能力を大幅に向上させることが可能となる。
【０２９４】
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、直列コンデンサＣＡＰのバイパス回路ＳＷ１と、補償電圧発生装置ＳＣＧに並列接続されたバイパス回路ＳＷ２を閉じて、過電流がバイパス回路ＳＷ１とＳＷ２に流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスＸ＝ω（Ｌ１＋Ｌ２）は元の値にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、直列コンデンサＣＡＰ及び補償電圧発生装置ＣＶＧへの過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０２９５】
地絡事故等の影響により、送電線の電力が変動した場合、電力検出器ＰＤで、送電線の有効電力Ｐと無効電力Ｑの変動分ΔＰ，ΔＱを検出して、補償電圧発生装置ＣＶＧの出力電圧Ｖｏを制御する。具体的には、有効電力変動分ΔＰに応じて送電線の電流Ｉｒに直交する成分の補償電圧Ｖｏｑを制御し、また、無効電力変動分ΔＱに応じて送電線の電流Ｉｒと同相（又は逆相）成分の補償電圧Ｖｏｐを制御することにより、いち早く電力動揺を抑えることができる。この場合でも、無効電力補償装置ＳＶＧが浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すようにして、上記補償電圧発生装置ＣＶＧの動作を助けている。
【０２９６】
図４３は、図４２のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図を示す。
図４３において（ａ）と（ｂ）は、無効電力補償装置無しの送電線等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。また、（ｃ）と（ｄ）は、無効電力補償装置を入れた場合の送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。
【０２９７】
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、Ｃは直列コンデンサ、Ｉは送電側の電流、Ｉｒは受電側の電流、Ｖｏは補償電圧発生装置の出力電圧、Ｉｑは送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流、Ｉｏは無効電力補償装置から発生する補償電流、ωは電源角周波数をそれぞれ示す。
【０２９８】
図４３（ｂ）のベクトル図において、送電線の浮遊キャパシタンスＣｑに進み電流Ｉｑが流れることにより、受電側の電流Ｉｒと送電側の電流Ｉが異なってくる。図４３（ａ）のような等価回路を想定すると、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下ｊωＬ・Ｉは、電流Ｉにほぼ直交することになる。
【０２９９】
一方、送電電圧Ｖｓと受電電圧Ｖｒをほぼ一致させるために、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下分を直列コンデンサＣと補償電圧発生装置ＣＶＧで打ち消すように補償する。そのためには、補償電圧発生装置から補償電圧Ｖｏとして、
【数２１】
Ｖｏ＝−ｊωＬ・Ｉ−Ｉｒ／（ｊωＣ）
を出力する必要がある。この場合、直列コンデンサＣに流れる電流は受電側の電流Ｉｒであるため、送電線のインダクタンス分Ｌを有効に打ち消すことができなくなる。
【０３００】
この結果、補償電圧発生装置の出力電圧Ｖｏは、受電側の電流Ｉｒに対して位相が９０°よりずれてしまうため、定常的に有効電力を補償電圧装置から供給（あるいは回生）しなければならない。従って、補償電圧発生装置にエネルギー供給源（あるいはエネルギー回生源）が必要になり、装置が大型化し、高価になる。
【０３０１】
図４３（ｄ）のベクトル図において、浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すように無効電力補償装置ＳＶＧから補償電流Ｉｏを供給する。その結果、送電側の電流Ｉと受電側の電流Ｉｒが等しくなり、送電線のインダクタンス分Ｌを直列コンデンサＣで有効に打ち消すことができる。この結果、補償電圧発生装置ＣＶＧから出力する補償電圧Ｖｏは小さくなり、かつ、当該電圧ベクトルＶｏは、Ｉ＝Ｉｒベクトルに直交するようになる。従って、補償電圧装置ＣＶＧの容量は小さくて済み、かつ、ＣＶＧがやりとりする有効電力は定常的にはゼロとなり、エネルギー供給源（あるいはエネルギー回生源）を持たなくても済むことになる。
【０３０２】
これにより、送電線の送電能力を向上させ、かつ、補償電圧発生装置ＣＶＧの負担を軽減して、より経済的な交流長距離送電システムを提供できる。
【０３０３】
図４４は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、Ｌ１，Ｌ２は送電線のインダクタンス、Ｃｑ１，Ｃｑ２は送電線の浮遊キャパシタンス、ＳＶＧ１，ＳＶＧ２は無効電力補償装置、ＣＡＰ１，ＣＡＰ２は直列コンデンサ、ＣＶＧは補償電圧発生装置、をそれぞれ示す。
【０３０４】
送電線間および送電線とアース間には、浮遊キャパシタンスがあり、送電距離が長くなると、それが無視できなくなる。浮遊キャパシタンスは分布定数であるが、ここでは、Ｃｑ１とＣｑ２の集中定数として表わしている。また、送電線のインダクタンスもＬ１とＬ２の２つに分けて示している。浮遊キャパシタンスＣｑ１，Ｃｑ２には進み電流Ｉｑ１，Ｉｑ２が流れ、その進み電流を補償するために無効電力補償装置ＳＶＧ１、ＳＶＧ２を設置する。また、送電線のインダクタンス分Ｌ１とＬ２を補償するためにそれぞれ直列コンデンサＣＡＰ１とＣＡＰ２を分割して設置している。さらに、送電線全体の等価リアクタンスを調整し、かつ、電力動揺を抑えるため補償電圧発生装置ＣＶＧを設置している。
【０３０５】
ここでは、まず、２つの無効電力補償装置ＳＶＧ１，ＳＶＧ２を用い、それを分割して配置する。故に、無効電力補償装置ＳＶＧ１は送電線の浮遊キャパシタンスＣｑ１に流れる進み電流Ｉｑ１を補償し、また、無効電力補償装置ＳＶＧ２は送電線の浮遊キャパシタンスＣｑ２に流れる進み電流Ｉｑ２を補償する。
【０３０６】
次に、直列コンデンサＣＡＰ１とＣＡＰ２を、それぞれ前記無効電力補償装置ＳＶＧ１とＳＶＧ２の直後に分割して設置する。この結果、送電線のインダクタンスＬ１に流れる電流と、直列コンデンサＣＡＰ１に流れる電流がほぼ一致し、また、送電線のインダクタンスＬ２に流れる電流と、直列コンデンサＣＡＰ２に流れる電流がほぼ一致するようになる。故に、直列コンデンサＣＡＰ１とＣＡＰ２は送電線のインダクタンスＬ１，Ｌ２を有効に補償することができ、補償電圧発生装置ＣＶＧの容量を大幅に低減できる。
【０３０７】
無効電力補償装置および直列コンデンサの分割数を増やせばさらに送電電流Ｉの均一化が図れ、送電線全体の等価リアクタンスを有効に調整することができ、長距離送電線の送電能力を大幅に向上させることが可能となる。
【０３０８】
図４５は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、Ｌ１，Ｌ２は送電線のインダクタンス、Ｃｑ１，Ｃｑ２は送電線の浮遊キャパシタンス、ＳＶＧは無効電力補償装置、ＣＡＰは直列コンデンサ、ＣＩＧは補償電流発生装置、ＳＷはバイパス回路、ＣＳＩは電流形インバータ、ＰＤは電力検出器、ＣＯＮＴ１はＣＩＧの制御回路、ＣＯＮＴ２はＣＳＩの制御回路をそれぞれ示す。
【０３０９】
送電線間および送電線とアース間には、浮遊キャパシタンスがあり、送電距離が長くなると、それが無視できなくなる。浮遊キャパシタンスは分布定数であるが、ここでは、Ｃｑ１とＣｑ２の集中定数として表わしている。また、送電線のインダクタンスもＬ１とＬ２の２つに分けて示している。浮遊キャパシタンスＣｑ１，Ｃｑ２には進み電流Ｉｑが流れ、その進み電流を補償するために無効電力補償装置ＳＶＧを設置する。また、送電線のインダクタンス分Ｌ１＋Ｌ２を補償するために直列コンデンサＣＡＰと、補償電流発生装置ＣＩＧを設置している。
【０３１０】
直列コンデンサＣＡＰは、送電線のインダクタンスＬ１＋Ｌ２の大部分を打ち消すようにその容量が決められる。また、補償電流発生装置ＣＩＧは、直列コンデンサＣＡＰに並列接続され、当該コンデンサＣＡＰに補償電流Ｉｃを供給する。直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの和によって決定される。
【０３１１】
当該直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏを調整することにより、送電線の等価リアクタンスを調整し、電力動揺を抑制する。送電線の等価リアクタンスがゼロになるように補償した場合、定常状態での直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏは次式のように表わされる。ただし、Ｃは直列コンデンサＣＡＰの容量、Ｉは送電線に流れている電流とする。
【数２２】
Ｖｏ＝−ｊω（Ｌ１＋Ｌ２）・Ｉ＝（Ｉ＋Ｉｃ）／（ｊωＣ）
また、無効電力補償装置ＳＶＧは、浮遊キャパシタンスＣｑ１とＣｑ２に流れる進み電流Ｉｑに対し、それを打ち消す補償電流Ｉｏを流す。これにより、送電側の電流と受電側の電流がほぼ等しくなり、上記送電線に流れる電流Ｉと直列コンデンサＣＡＰに流れる電流がほぼ一致するようになり、補償電流発生装置ＣＩＧの容量が低減できる。
【０３１２】
これにより、送電線の等価的なリアクタンスを調整することができ、長距離送電線の送電能力を大幅に向上させることが可能となる。
【０３１３】
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、直列コンデンサＣＡＰに並列接続されたバイパス回路ＳＷを閉じて、過電流がバイパス回路ＳＷに流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスＸ＝ω（Ｌ１＋Ｌ２）は元の値にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、直列コンデンサＣＡＰ及び補償電流発生装置ＣＩＧへの過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０３１４】
また、地絡事故等の影響により、送電線の電力が変動した場合、電力検出器ＰＤで、送電線の有効電力Ｐと無効電力Ｑの変動分ΔＰ，ΔＱを検出して、補償電流発生装置ＣＩＧの出力電流Ｉｃを制御する。具体的には、有効電力変動分ΔＰに応じて送電線の電流Ｉｒと同相成分（または逆相成分）の補償電流Ｉｏｑを制御し、また、無効電力変動分ΔＱに応じて送電線の電流Ｉｒに直交する成分の補償電流Ｉｏｐを制御することにより、いち早く電力動揺を抑えることができる。この場合でも、無効電力補償装置ＳＶＧが浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すようにして、上記補償電流発生装置ＣＩＧの動作を助けている。
【０３１５】
図４６は、図４５のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図を示す。
図４６において、（ａ）と（ｂ）は、無効電力補償装置無しの送電線等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。また、（ｃ）と（ｄ）は、無効電力補償装置を入れた場合の送電線の等価回路と、電圧電流ベクトル図を示す。
【０３１６】
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、Ｃは直列コンデンサ、Ｉは送電側の電流、Ｉｒは受電側の電流、Ｉｃは補償電流発生装置の出力電流、Ｉｑは送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流、Ｉｏは無効電力補償装置から発生する補償電流、ωは電源角周波数をそれぞれ示す。
【０３１７】
図４６（ｂ）のベクトル図において、送電線の浮遊キャパシタンスＣｑに進み電流Ｉｑが流れることにより、受電側の電流Ｉｒと送電側の電流Ｉが異なってくる。図４６（ａ）のような等価回路を想定すると、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下ｊωＬ・Ｉは、電流Ｉにほぼ直交することになる。
【０３１８】
一方、送電電圧Ｖｓと受電電圧Ｖｒをほぼ一致させるために、送電線のインダクタンスＬによる電圧降下分を直列コンデンサＣと補償電流発生装置ＣＩＧで打ち消すように補償する。そのためには、直列コンデンサの印加電圧Ｖｏとして、
【数２３】
Ｖｏ＝（Ｉｒ＋Ｉｃ）／（ｊωＣ）＝−ｊωＬ・Ｉ
を出力する必要がある。この場合、直列コンデンサＣに流れる電流Ｉｒは受電側の電流であるため、送電線のインダクタンス分Ｌを有効に打ち消すことができなくなる。
【０３１９】
この結果、補償電流発生装置の出力電流Ｉｃは、
【数２４】
Ｉｃ＝ωＣ・ωＬ・Ｉ−Ｉｒ
となり、仮に、１／（ωＣ）＝ωＬに選んだとすると、Ｉｃ＝Ｉ−Ｉｒとなる。この電流は送電線の浮遊キャパシタンスＣｑに流れる進み電流Ｉｑと一致し、定常的に補償電流発生装置ＣＩＧからこの電流を供給する必要がある。また、この補償電流Ｉｃは、直列コンデンサＣＡＰの印加電圧に対して、同相（または逆相）に近くなり、定常的に有効電力を補償電流装置から供給（あるいは回生）しなければならない。従って、補償電流発生装置にエネルギー供給源（あるいはエネルギー回生源）が必要になり、装置が大型化し、高価になる。
【０３２０】
これに対し、図４６（ｄ）のベクトル図では、浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すように無効電力補償装置ＳＶＧから補償電流Ｉｏを供給する。その結果、送電側の電流Ｉと受電側の電流Ｉｒが等しくなり、送電線のインダクタンス分Ｌを直列コンデンサＣで有効に打ち消すことができるようになる。この結果、補償電流発生装置ＣＩＧから出力する補償電流Ｉｃは小さくなり、かつ、当該電流ベクトルＩｃは、Ｉ＝Ｉｒベクトルに同相（または逆相）になり、直列コンデンサＣＡＰの印加電圧Ｖｏに対して直交した成分となる。従って、補償電流装置ＣＩＧの容量は小さくて済み、かつ、ＣＩＧがやりとりする有効電力は定常的にはゼロとなり、エネルギー供給源（あるいはエネルギー回生源）を持たなくても済むことになる。
【０３２１】
これにより、送電線の送電能力を向上させ、かつ、補償電流発生装置ＣＩＧの負担を軽減して、より経済的な交流長距離送電システムを提供できる。
【０３２２】
図４７は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、Ｌ１，Ｌ２は送電線のインダクタンス、Ｃｑ１，Ｃｑ２は送電線の浮遊キャパシタンス、ＳＶＧは無効電力補償装置、ＣＡＰは主直列コンデンサ、ＣＡＰａは補助直列コンデンサ、ＣＩＧは補償電流発生装置、ＳＷ，ＳＷａはバイパス回路、ＣＳＩは電流形インバータ、ＰＤは電力検出器、ＣＯＮＴ１はＣＩＧの制御回路、ＣＯＮＴ２はＣＳＩの制御回路をそれぞれ示す。
【０３２３】
送電線間および送電線とアース間には、浮遊キャパシタンスがあり、送電距離が長くなると、それが無視できなくなる。浮遊キャパシタンスは分布定数であるが、ここでは、Ｃｑ１とＣｑ２の集中定数として表わしている。また、送電線のインダクタンスもＬ１とＬ２の２つに分けて示している。浮遊キャパシタンスＣｑ１，Ｃｑ２には進み電流Ｉｑが流れ、その進み電流を補償するために無効電力補償装置ＳＶＧを設置する。また、送電線のインダクタンス分Ｌ１＋Ｌ２を補償するために主直列コンデンサＣＡＰと、補助直列コンデンサＣＡＰａおよび補償電流発生装置ＣＩＧを設置している。
【０３２４】
主直列コンデンサＣＡＰは、送電線のインダクタンスＬ１＋Ｌ２の大部分を打ち消すようにその容量が決められる。また、補償電流発生装置ＣＩＧは、補助直列コンデンサＣＡＰａに並列接続され、当該コンデンサＣＡＰａに補償電流Ｉｃを供給する。補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏは、送電線に流れる電流Ｉと上記補償電流Ｉｃの和によって決定される。
【０３２５】
当該補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏを調整することにより、送電線の等価リアクタンスを調整し、電力動揺を抑制する。送電線の等価リアクタンスがゼロになるように補償した場合、定常状態での補助直列コンデンサＣＡＰａの印加電圧Ｖｏは次式のように表わされる。ただし、Ｃは主直列コンデンサＣＡＰの容量、Ｃａは補助直列コンデンサＣＡＰａの容量、Ｉは送電線に流れている電流とする。
【数２５】

【０３２６】
また、無効電力補償装置ＳＶＧは、浮遊キャパシタンスＣｑ１とＣｑ２に流れる進み電流Ｉｑに対し、それを打ち消す補償電流Ｉｏを流す。これにより、送電側の電流と受電側の電流がほぼ等しくなり、上記送電線に流れる電流Ｉと、主直列コンデンサＣＡＰおよび補助直列コンデンサＣＡＰａに流れる電流がほぼ一致するようになり、補償電流発生装置ＣＩＧの容量が低減できる。
【０３２７】
これにより、送電線の等価的なリアクタンスを調整することができ、長距離送電線の送電能力を大幅に向上させることが可能となる。
送電線の地絡事故等により過電流が発生した場合、主直列コンデンサＣＡＰに並列接続されたバイパス回路ＳＷと、補助直列コンデンサに並列接続されたバイパス回路ＳＷａを閉じて、過電流が当該バイパス回路ＳＷ，ＳＷａに流れるようにする。これにより、送電線のリアクタンスＸ＝ω（Ｌ１＋Ｌ２）は元の値にもどり、過電流が増大するのを防止できる。また、主直列コンデンサＣＡＰと、補助直列コンデンサＣＡＰａ及び補償電流発生装置ＣＩＧへの過電流を防止でき、システムの信頼性を高めることができる。
【０３２８】
地絡事故等の影響により、送電線の電力が変動した場合、電力検出器ＰＤで、送電線の有効電力Ｐと無効電力Ｑの変動分ΔＰ，ΔＱを検出して、補償電流発生装置ＣＩＧの出力電流Ｉｃを制御する。具体的には、有効電力変動分ΔＰに応じて送電線の電流Ｉｒと同相成分（または逆相成分）の補償電流Ｉｏｑを制御し、また、無効電力変動分ΔＱに応じて送電線の電流Ｉｒに直交する成分の補償電流Ｉｏｐを制御することにより、いち早く電力動揺を抑えることができる。この場合でも、無効電力補償装置ＳＶＧが浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すようにして、上記補償電流発生装置ＣＩＧの動作を助けている。
【０３２９】
図４８は、図４７のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図を示す。
図中、Ｖｓは送電側の電圧、Ｖｒは受電側の電圧、Ｌは送電線のインダクタンス、Ｃは主直列コンデンサ、Ｃａは補助直列コンデンサ、Ｉは送電側の電流、Ｉｒは受電側の電流、Ｉｃは補償電流発生装置の出力電流、Ｉｑは送電線の浮遊キャパシタンスに流れる進み電流、Ｉｏは無効電力補償装置から発生する補償電流、ωは電源角周波数をそれぞれ示す。
【０３３０】
図４８（ｂ）のベクトル図において、浮遊キャパシタンスに流れる進み電流Ｉｑを打ち消すように無効電力補償装置ＳＶＧから補償電流Ｉｏを供給する。その結果、送電側の電流Ｉと受電側の電流Ｉｒが等しくなり、送電線のインダクタンス分Ｌを主直列コンデンサＣおよび補助直列コンデンサＣａで有効に打ち消すことができるようになる。この結果、補償電流発生装置ＣＩＧから出力する補償電流Ｉｃは小さくなり、かつ、当該電流ベクトルＩｃは、Ｉ＝Ｉｒベクトルに同相（または逆相）になり、補助直列コンデンサＣａの印加電圧Ｖｏに対して直交した成分となる。従って、補償電流装置ＣＩＧの容量は小さくて済み、かつ、ＣＩＧがやりとりする有効電力は定常的にはゼロとなり、エネルギー供給源（あるいはエネルギー回生源）を持たなくても済むことになる。
【０３３１】
これにより、送電線の送電能力を向上させ、かつ、補償電流発生装置ＣＩＧの負担を軽減して、より経済的な交流長距離送電システムを提供できる。
【０３３２】
図４９は、本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図である。
図中、Ｇは発電所、ＳＳは変電所、Ｌ１，Ｌ２は送電線のインダクタンス、Ｃｑ１，Ｃｑ２は送電線の浮遊キャパシタンス、ＳＶＧ１，ＳＶＧ２は無効電力補償装置、ＣＡＰ１，ＣＡＰ２は主直列コンデンサ、ＣＡＰａは補助直列コンデンサ、ＣＩＧは補償電流発生装置、をそれぞれ示す。
【０３３３】
送電線間および送電線とアース間には、浮遊キャパシタンスがあり、送電距離が長くなると、それが無視できなくなる。送電線の浮遊キャパシタンスは分布定数であるが、ここでは、Ｃｑ１とＣｑ２の集中定数として表わしている。また、送電線のインダクタンスもＬ１とＬ２の２つに分けて示している。浮遊キャパシタンスＣｑ１，Ｃｑ２には進み電流Ｉｑ１，Ｉｑ２が流れ、その進み電流を補償するために無効電力補償装置ＳＶＧ１、ＳＶＧ２を設置する。また、送電線のインダクタンス分Ｌ１とＬ２を補償するためにそれぞれ主直列コンデンサをＣＡＰ１とＣＡＰ２に分割して設置している。さらに、送電線全体の等価リアクタンスを調整し、かつ、電力動揺を抑えるため補助直列コンデンサＣａと、補償電流発生装置ＣＩＧを設置している。
【０３３４】
ここでは、まず、２つの無効電力補償装置ＳＶＧ１，ＳＶＧ２を用い、それを分割して配置する。故に、無効電力補償装置ＳＶＧ１は送電線の浮遊キャパシタンスＣｑ１に流れる進み電流Ｉｑ１を補償し、また、無効電力補償装置ＳＶＧ２は送電線の浮遊キャパシタンスＣｑ２に流れる進み電流Ｉｑ２を補償する。
【０３３５】
次に、主直列コンデンサＣＡＰ１とＣＡＰ２を、それぞれ前記無効電力補償装置ＳＶＧ１とＳＶＧ２の直後に分割して設置する。この結果、送電線のインダクタンスＬ１に流れる電流と、主直列コンデンサＣＡＰ１に流れる電流がほぼ一致し、また、送電線のインダクタンスＬ２に流れる電流と、主直列コンデンサＣＡＰ２に流れる電流がほぼ一致するようになる。故に、主直列コンデンサＣＡＰ１とＣＡＰ２は送電線のインダクタンスＬ１，Ｌ２を有効に補償することができ、補助直列コンデンサＣＡＰａおよび補償電流発生装置ＣＩＧの容量を大幅に低減できる。
【０３３６】
無効電力補償装置および直列コンデンサの分割数を増やせばさらに送電電流Ｉの均一化が図れ、送電線全体の等価リアクタンスを有効に調整することができ、長距離送電線の送電能力を大幅に向上させることが可能となる。
【０３３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の交流送電システムでは、複数の変電所を介した長距離送電が可能になり、当該各変電所から負荷をとることもでき、直流送電では困難であった複数系統との連系ができる。また、既設の送電線を活用でき、各送電線の送電能力を格段に向上させることが可能となる。さらに、電力動揺に対してもそれを速やかに抑制することができるようになり、経済的で、かつ、信頼性の高い交流送電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の交流長距離送電システムの第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】図１のシステムにおける直列補償装置の実施の形態を示す構成図。
【図３】図１のシステムの動作を説明するための電圧電流のベクトル図。
【図４】図１のシステムの電力動揺抑制動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図５】図２の直列補償装置の制御動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図６】本発明の交流長距離送電システムの第２の実施の形態を示す構成図。
【図７】本発明の交流長距離送電システムの第３の実施の形態を示す構成図。
【図８】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図９】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図１０】本発明の直列補償装置の制御方式の実施の形態を示す構成図。
【図１１】図１０のシステムの動作を説明するための特性図。
【図１２】本発明の直列補償装置の別の実施の形態を示す構成図。
【図１３】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図１４】図１３のシステムの直列補償装置の実施の形態を示す構成図。
【図１５】図１３のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図１６】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図１７】図１６のシステムの直列補償装置の実施の形態を示す構成図。
【図１８】図１６のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図１９】図１６のシステムの直列補償装置の別の実施の形態を示す構成図。
【図２０】図１９の装置の動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図２１】図１６のシステムの直列補償装置のさらに別の実施の形態を示す構成図。
【図２２】図１６のシステムの直列補償装置のさらにまた別の実施の形態を示す構成図。
【図２３】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図２４】図２３のシステムの直列補償装置の実施の形態を示す構成図。
【図２５】図２３のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図２６】図２３のシステムの直列補償装置の別の実施の形態を示す構成図。
【図２７】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図２８】図２７のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図２９】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図３０】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図３１】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図３２】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図３３】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図３４】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図３５】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図３６】図３５のシステムの無効電力補償装置の実施の形態を示す構成図。
【図３７】図３５のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図３８】図３５のシステムの電力動揺抑制動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図３９】図３５のシステムの無効電力補償装置の別の実施の形態を示す構成図。
【図４０】図３５のシステムの無効電力補償装置のさらに別の実施の形態を示す構成図。
【図４１】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図４２】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図４３】図４２のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図４４】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図４５】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図４６】図４５のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図４７】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図４８】図４７のシステムの動作を説明するための電圧電流ベクトル図。
【図４９】本発明の交流長距離送電システムの他の参考例を示す構成図。
【図５０】従来の直流送電システムと交流送電システムを示す構成図。
【図５１】従来の交流送電システムの特性図。
【符号の説明】
Ｇ…発電所
ＳＳ１〜ＳＳ５…変電所
ＬＯＡＤ１〜ＬＯＡＤ４…負荷
ＳＣＧ１〜ＳＣＧ４…直列補償装置
Ｘ１〜Ｘ４…リアクタンス
Ｕ，Ｖ，Ｗ…３相交流送電線
Ｌ…送電線のインダクタンス分
Ｔｒ…直列トランス
ＶＳＩ…電圧形ＰＷＭ制御イン
バータ
Ｅｄ…直流電圧源
ＣＴ…電流検出器
ＰＴ…電圧検出器
ＤＰＤ…電力検出器
Ｄ
ＰＣＮＴ…電力変動抑制制御回路
ＡＶＲ…電圧制御回路
ＰＷＭＣ…パルス幅変調制御回路
ＰＤ…電力検出器
ＦＸ…関数発生器
ＶＲＥＦ…補償電圧設定器
ＶＣＮＴ…電圧制御回路
ＳＷｕ 、ＳＷｖ 、ＳＷｗ …バイパス回路
ＯＣＴ…過電流検出器
Ｃ１〜Ｃ４
…直列コンデンサ
ＣＶＧ１、ＣＶＧ２…補償電圧発生装置
ＣＡＰ…直列コンデンサ
Ｃ
ＩＧ１、ＣＩＧ２…補償電流発生装置
ＣＳＩ…電流形ＰＷＭ制御インバータ
ＤＣＬ…直流電流源
Ｃｆ…フィルタコンデンサ
ＡＣＲ…電流制御回路
ＬＣＩ…他励式インバータ
Ｋ…比例要素
ＰＨＣ…位相制御回路
ＶＳＩ…電流制御形インバータ
Ｌｆ…フィルタリ
アクトル
Ｃａ１、Ｃａ２…補助直列コンデンサ
ＣＡＰ…主直列コンデンサ
ＣＡＰａ…
補助直列コンデンサ
ＳＷ１〜ＳＷ４…バイパス回路
Ｌ１，Ｌ２…インダクタンス
Ｃｑ
１，Ｃｐ２…浮遊キャパシタンス
ＳＶＧ…無効電力補償装置
ＣＳＩ…電流形自励式インバータ

Claims (2)

1. 複数の変電所を介して送電される電力系統において、当該変電所間を結ぶ送電線の中で、送電線のパーセントリアクタンス％ＸＩが大きいものを選択し、当該送電線の等価的なリアクタンスを小さくするように補償電圧を発生させる直列補償装置を有し、この直列補償装置は、隣接する送電線のリアクタンスを含めて補償する電圧を発生するように制御したことを特徴とする交流送電システム。
2. 複数の変電所を介して送電される電力系統において、当該変電所間を結ぶ送電線の中で、送電線のリアクタンスＸと当該送電線に流れる電力潮流量Ｐとの積が大きいものを選択し、当該送電線の等価的なリアクタンスを小さくするように補償電圧を発生させる直列補償装置を有し、この直列補償装置は、隣接する送電線のリアクタンスを含めて補償する電圧を発生するように制御したことを特徴とする交流送電システム。

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