JP4606460B2 - 電力伝送を最適化するための電力循環要求に応答する電力潮流制御装置 - Google Patents

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関連出願
本出願は、２００３年６月３０日出願の米国特許仮出願第６０／４８３，６９４号の優先権の恩典を請求するものであり、この特許仮出願は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。

本発明は、一般的に、送電線における電力潮流の制御、より具体的には、電力伝送を最適化するための電力潮流送出方法に関する。

高圧交流（ａｃ）送電線の電圧、インピーダンス、及び位相角の動的制御に対して「柔軟交流伝送システム（ＦＡＣＴＳ）」が使用されている。ＦＡＣＴＳの概念が紹介されて以来、送電線の電力潮流を制御及び最適化するために、一群の電力電子機器が登場している。この機器は、３相正弦波電源として挙動するように制御することができる高電力インバータ構成の大定格値（４５００Ｖから６０００Ｖ、４０００Ａから６０００Ａ）ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）を利用するものである。ＦＡＣＴＳ制御装置は、送電線と同期して作動し、並列に接続して電圧調節のために制御可能な分路無効電流を生成するか、又は直接的に電力潮流を制御するために送電線と直列に接続することができる。この一群のＦＡＣＴＳ制御装置には、「静的同期補償器（ＳＴＡＴＣＯＭ）」、「同期直列補償器（ＳＳＳＣ）」、「統合電力潮流制御装置（ＵＰＦＣ）」、「送電線間電力潮流制御装置（ＩＰＦＣ）」、及び「汎用統合電力潮流制御装置（ＧＵＰＦＣ）」がある。ＵＰＦＣの背景にある基本理論は、Ｌ．Ｇｙｕｇｙｉ他著「統合電力潮流制御装置：電力伝送制御の新しい手法」、電力送出に関するＩＥＥＥ議事録、第１０巻、１０８５ページから０１９３ページ、１９９５年に説明されている。ＩＰＦＣ及びＧＵＰＦＣの背景にある基本理論は、それぞれ、Ｓ．Ｚｅｌｉｎｇｈｅｒ他著「変換式静的補償器プロジェクト−ハードウエア概要」、ＩＥＥＥ冬季電力会議議事録、第４巻、２５１１ページから２５１７ページ、２０００年、及びＢ．Ｆａｒｄａｎｅｓｈ他著「マルチコンバータＦＡＣＴＳ装置：汎用統合電力潮流制御装置（ＧＵＰＦＣ）」、ＩＥＥＥ冬季電力会議議事録、第４巻、２５１１ページから２５１７ページ、２０００年に見ることができる。

「電源コンバータ（ＶＳＣ）」ベースのＦＡＣＴＳ制御装置に対しては、最大電力伝送は、一般的に、制御装置がその定格容量（例えば、最大電流、電圧、又はＭＶＡ定格値）で作動する時に発生する。ＳＴＡＴＣＯＭ装置及びＳＳＳＣ装置に対しては、定格容量での電力伝送は、ある一定の作動パラメータ又は設定値を緩めて確実な電力伝送を保証することによって達成することができる。しかし、ＵＰＦＣ、ＩＰＦＣ、及びＧＵＰＦＣ装置に対しては、定格容量での確実な電力伝送は、これらの制御装置の有効電力を循環させる機能によってより複雑になる。

ＦＡＣＴＳ装置をその定格容量で作動する１つの問題は、電圧崩壊の危険性が高くなる点である。電力崩壊が発生するのは、制御装置の出力電圧がサポートすることができるよりも多くの負荷に対応しようとする時である。すなわち、定格容量で作動するＦＡＣＴＳ装置は、最大電力伝送を提供すると同時に、電力崩壊を回避し、すなわち、電圧安定性を維持する必要がある。

従って、ＦＡＣＴＳ装置がその定格容量又はそれ以下で作動しながら最大電力伝送と電圧安定性を提供することを可能にする電力送出方法が必要である。このような送出方法は、以下に限定されるものではないが、ＵＰＦＣ、ＩＰＦＣ、及びＧＵＰＦＣ設計を含む既存のＦＡＣＴＳ設計に容易に統合されるべきである。

米国特許仮出願第６０／４８３，６９４号 Ｌ．Ｇｙｕｇｙｉ他著「統合電力潮流制御装置：電力伝送制御の新しい手法」、電力送出に関するＩＥＥＥ議事録、第１０巻、１０８５ページから０１９３ページ、１９９５年 Ｓ．Ｚｅｌｉｎｇｈｅｒ他著「変換式静的補償器プロジェクト−ハードウエア概要」、ＩＥＥＥ冬季電力会議議事録、第４巻、２５１１ページから２５１７ページ、２０００年 Ｂ．Ｆａｒｄａｎｅｓｈ他著「マルチコンバータＦＡＣＴＳ装置：汎用統合電力潮流制御装置（ＧＵＰＦＣ）」、ＩＥＥＥ冬季電力会議議事録、第４巻、２５１１ページから２５１７ページ、２０００年 Ｃ．Ｒ．Ｆｕｅｒｔｅ−Ｅｓｑｕｉｖｅｌ他著「実際的な電力網の二次電力潮流解の包括的ニュートン−ラプソンＵＰＦＣモデル」、電力システムに関するＩＥＥＥ議事録、第１５巻、１０２ページから１０９ページ、２０００年

開示する実施形態は、電力網において電力伝送を最適化するための電力循環要求に応答する電力潮流制御装置を提供することによって従来のシステム及び方法の欠陥を克服するものである。電力潮流制御装置がその定格容量で作動する時、電力潮流制御装置内の結合電源コンバータは、フロム・バス電圧設定値、送電線電力潮流設定値、又はその両方をもはや調節することはできない。このような場合、電力潮流制御装置は、電源コンバータの定格容量を超えることなく電力循環設調節制御に切り換わる。複雑な相互作用を有するいくつかの制御変数を単一の循環電力制御変数と入れ替えることにより、電力送出方法を選択する際の電力システムオペレータの役割が大幅に簡素化され、その結果、システムオペレータが不測事態発生後の条件下にリアルタイムで複数の制御変数を指定する必要がある場合がある従来の送出方法よりも効率的で人的エラーが発生しにくい送出方法がもたらされる。

一部の実施形態では、電力潮流制御装置は、循環電力要求に応答する制御装置を含む。第１の電源コンバータが制御装置に結合され、かつ送電線に結合されるようになっている。第１の電源コンバータは、送電線内の電力潮流を制御するように制御装置によって設定される。

一部の実施形態では、電力潮流制御装置は、直流リンクを通じて第１の電源コンバータに結合されて送電線に結合されるようになった第２の電源コンバータを含む。第２の電源コンバータはまた、送電線内の電力潮流を制御するように電力制御装置によって設定される。

一部の実施形態では、定格容量で作動する電力潮流制御装置を使用して送電線内の電力潮流を制御する方法は、送電線に結合した電力潮流制御装置が定格容量で作動しているかを判断する段階と、定格容量で作動している電力潮流制御装置に応答して循環電力要求を判断する段階と、送電線内の電力潮流を制御するために循環電力要求に基づいて電力潮流制御装置を設定する段階とを含む。

一部の実施形態では、循環電力要求は、結合ＶＳＣのその定格のそれぞれの容量又はそれ以下での作動を支配する様々な制約式を考慮する注入直列電圧モデルに基づいて、ニュートン−ラプソン（ＮＲ）アルゴリズムで効率的に計算される。

ＵＰＦＣアーキテクチャの概要
以下の説明は、ＵＰＦＣアーキテクチャに基づくものであるが、開示する実施形態は、限定はしないがＩＰＦＣ及びＧＵＰＦＣ装置を含む２つ又はそれよりも多くの結合ＶＳＣを有する他の形式のＦＡＣＴＳ装置に拡張することができる。

図１は、電力循環要求に応答するＵＰＦＣシステム１００の主要素を示すブロック図である。ＵＰＦＣシステム１００は、直列挿入変圧器１０２と、並列変圧器１０４と、並列ＶＳＣ１０６と、直列ＶＳＣ１０８と、制御装置１１０と、リミットコンピュータ１１８とを含む。一部の実施形態では、並列ＶＳＣ１０６と直列ＶＳＣ１０８は、連続して結合され、ｄｃ蓄電コンデンサによって供給される共通ｄｃリンク電圧Ｖ_dcから作動される。この構成は、実際の電力がＶＳＣ１０６と１０８のａｃ端子間の送電線１１６でいずれの方向でも自由に流れることができる理想的な交流／交流電力コンバータとして機能する。更に、各ＶＳＣ１０６、１０８は、その自体のａｃ出力端子でそれぞれの電力潮流Ｑを独立に発生又は吸収することができる。

直列ＶＳＣ１０８は、直列変圧器１０２を通じて送電線１１６と直列に、制御可能マグニチュードＶ_m2と位相角を有する電圧

を注入することによってＵＰＦＣシステム１００の主機能を提供する。注入電圧

は、基本的に同期ａｃ電源の役目をする。送電線１１６電流

は、この電源を通して流れ、その結果、電源とａｃシステムの間で無効電力と実電力の交換が行われる。直列変圧器１０２の端子で交換される無効電力潮流Ｑは、直列ＶＳＣ１０８によって内部的に発生する。直列変圧器１０２の端子で交換された実電力潮流Ｐは、ｄｃ電力に変換され、これは、正又は負の実電力要求としてｄｃリンクに現れる。

並列ＶＳＣ１０６は、ｄｃリンクで直列ＶＳＣ１０８によって要求された実電力潮流Ｐを供給又は吸収して、直列ＶＳＣ１０８による送電線１１６内への直列電圧注入から生じる実電力交換をサポートする。直列ＶＳＣ１０８のｄｃリンク電力要求は、並列ＶＳＣ１０６によってａｃに変換して戻され、並列変圧器１０４を通じて送電線１１６に結合される。直列ＶＳＣ１０８の実電力の必要性に加えて、並列ＶＳＣ１０６は、制御可能な無効電力潮流Ｑを発生又は吸収し、送電線に対して独立した並列無効補正を提供することができる。

一部の実施形態では、並列及び直列ＶＳＣ１０４、１０８は、各々、並列ダイオードが逆に接続した「ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）」のようないくつかの非対称形ターンオフ装置を含む。他の実施形態では、ターンオフ装置は、ＶＳＣに適切な完全な一体化装置の一部として内蔵された並列逆ダイオードを典型的に有する「絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）」である。ＶＳＣの基本作動は、適切なゲートパターン論理に従ってターンオフ装置を交互に開閉することにより、ｄｃ電圧からａｃ電圧を発生することである。

制御装置１１０は、それぞれ、並列及び直列ＶＳＣ１０６、１０８を制御するために並列コンバータ制御装置１１２と直列コンバータ制御装置１１４を含む。並列コンバータ制御装置１１２と直列コンバータ制御装置１１４は、図２から図１５に関してより詳細に説明するように、循環電力の望ましい送出方法に従って注入電圧と位相角を生成するのに使用される様々な測定パラメータと電力調節パラメータ（例えば、設定値）を入力として受け取る。

ＵＰＦＣ潮流モデル
図２は、ＵＰＦＣに関する潮流モデル２００の回路図である。ＵＰＦＣは、一般的に、有効電力Ｐ_cがＶＳＣ間を循環するように、１つ又はそれよりも多くのｄｃコンデンサを通じて直列ＶＳＣに結合された並列電源コンバータ（ＶＳＣ）を含む。並列ＶＳＣは、同等の並列変圧器リアクタンスＸ_tlと直列に結合された注入並列電源

によってモデル化することができる。直列ＶＳＣは、同等の直列変圧器リアクタンスＸ_t2によって直列に結合された注入直列電源

によってモデル化することができる。従って、ＵＰＦＣを備えたＮバス電力システムの電圧変数は、式（１）に従って並べることができる。

ここで、

は、ｉ番目のバスの複素バス電圧であり、

は、ｊ番目のＶＳＣによる複素注入電圧である。

ＶＳＣのｄｃコンデンサを結合することにより、電力潮流制御装置は、２つのＶＳＣ間で有効電力Ｐ_cを循環させる柔軟性を有して作動することができる。図１の電力潮流制御装置モデルに対しては、

によって「バス」１に注入された有効電力、及び

によって送電線に注入された有効電力は、それぞれ、以下の式によって与えられる。

２つの結合ＶＳＣによる正味有効電力発生はゼロであるために、電力損失を無視すると、潮流方程式は、以下のようになる。

ここで、Ｐ_d及びＱ_dは、それぞれ、「バス」２内に流れ込む（すなわち、ツー・バス）望ましい送電線有効及び無効電力であり、Ｖ_1dは、「バス」１での（すなわち、フロム・バス）望ましい電圧マグニチュードである。式（３）は、一般的に、その定格容量以下で作動するＵＰＦＣに有効である。

ニュートン−ラプソンアルゴリズム
一部の実施形態では、潮流方程式（３）の解は、ＶＳＣ制御変数の感度を含むように拡張ヤコビアン行列を用いて高速収束ニュートン−ラプソン（ＮＲ）アルゴリズムを使用して求めることができる。例えば、Ｎ_g個の発電機とＵＰＦＣを有するＮバス電力網においては、潮流方程式は、有効電力バス注入Ｐに関するＮ−１個の方程式ｆ_p、無効電力バス注入Ｑに関するＮ−Ｎ_g個の方程式ｆ_Q、設定値と電力循環方程式（３）との４つのＶＳＣ方程式Ｆ_VSCとして公式化することができる。これらの式は、数学的に以下のように表すことができる。

ここで、Ｒ＝［Ｖ_1d Ｐ_d Ｑ_d ０］であり、ｖ＝［Ｖ₁．．．Ｖ_N θ₁．．．θ_N Ｖ_m1 Ｖ_m2 α₁ α₂］^Tは、Ｎ_g発電機バス電圧マグニチュードとスイングバスの角度とを除いたバス電圧マグニチュードと角度、及び注入ＶＳＣ電圧マグニチュードと角度の２（Ｎ＋２）−Ｎ_g−１個のベクトル変数である。

ＮＲアルゴリズムを適用するために、ｌ番目の反復での解ｖ_lから始めて、更新解は、以下のようになる。

ここで、βは、収束を助けるためのスカラーステップサイズであり、Δｖ_lは、以下から解かれる。

ここで、ΔＳは、不適合ベクトルであり、ヤコビアン行列は、以下によって与えられる。

すなわち、ＮＲアルゴリズム方程式（５）から（７）は、Ｃ．Ｒ．Ｆｕｅｒｔｅ−Ｅｓｑｕｉｖｅｌ他著「実際的な電力網の二次電力潮流解の包括的ニュートン−ラプソンＵＰＦＣモデル」、電力システムに関するＩＥＥＥ議事録、第１５巻、１０２ページから１０９ページ、２０００年に説明されているように、容易に既存の従来のＲＮアルゴリズムに組み込むことができ、この論文は、本明細書において引用により組み込まれている。大きなデータセットに対しては、スパース因数分解法を使用して効率的な解を達成することができる。ＮＲアルゴリズムによってｖにおける全ての変数が同時に更新されるので、反復が解のポイントに近い時に二次収束が達成される。

ＮＲアルゴリズムにおける重要な段階は、ＵＰＦＣシステム１００の初期条件の選択である。初期「フロム・バス」及び「ツー・バス」電圧Ｖ₁とＶ₂に基づいて、式（３）を使用して電圧

と

を初期化することができる。

ＵＰＦＣ作動限界
ＵＰＦＣに課す必要があるいくつかの実際的な作動限界があり、これらは、最大電力伝送容量に及ぼす影響を評価する時に重要である。以下は、限界値の一覧であり、下付き文字ｍａｘ及びｍｉｎは、それぞれ、最大値及び最小値を示している。

１．並列ＶＳＣ電流

２．並列ＶＳＣ電圧マグニチュード

３．並列ＶＳＣのＭＶＡ定格値

ここで、Ｓ_shは、並列ＶＳＣ１０４によってＵＰＦＣフロム・バス（バス１）に注入される複素電力である。

４．直列ＶＳＣ電圧マグニチュード

５．直列ＶＳＣを通る送電線電流

６．直列ＶＳＣのＭＶＡ定格値

７．ＵＰＦＣの最大及び最小送電線側電圧

８．直列及び並列ＶＳＣの間の実電力伝送

上述の限界値は、ＮＲ潮流プログラムに含まれるが、ＵＰＦＣが限界値の１つ又はそれよりも多くで作動していると判断された時に実施される。限界値のいずれか１つに到達した時、ＵＰＦＣの一部の設定値は調節することができない。例えば、並列ＶＳＣ１０６のＭＶＡ定格値に到達した時、もはやフロム・バス電圧Ｖ₁を望ましい設定値Ｖ_1dに維持することはできない。従って、ＵＰＦＣが上述の限界値の１つ又はそれよりも多くで作動している時、以下で詳細に説明するように、式（３）を限界値制約式で置換することができる。

循環電力送出方法
定格容量又はそれ以下で作動する電力潮流制御装置に対しては、一般的な方法は、潮流方程式（３）で求められるように、３つの望ましい設定値、すなわち、望ましいフロム・バス電圧Ｖ_1dと、それぞれ、望ましい送電線有効及び無効電力潮流Ｐ_d及びＱ_dとを指定することである。電力システム計画者及びオペレータは、設定値の適正な値Ｖ_1dとＰ_dを容易に提供することができる。無効電力潮流Ｑ_dは、ツー・バス及びツー・バスに接続したあらゆるバスでの電圧に影響を与えるが、望ましい送電線無効電力潮流Ｑ_dの仕様は、いつも明らかであるわけではない。更に、循環電力Ｐ_cは、一般的にＱ_d指定の副産物として生じるものであり、直接的に指定されるものではない。

上述のように、電力潮流制御装置がその限界値のいずれかで作動している時、設定値Ｖ_1d、Ｐ_d、及びＱ_dの１つ又はそれよりも多くは、それ以上実施することはできない。これらの式の１つを任意に廃棄する代わりに、容量飽和が起こった時に循環電力Ｐ_cを指定することができる。ＭＶＡ定格値、電流マグニチュード限界値、及び注入電圧マグニチュード限界値を例示的に使用して、送出方法で使用される一部の例示的な設定値及び制約事項を表１に要約する。並列ＶＳＣが飽和した時、循環電力Ｐ_cと限界値Ｓ_shmax、Ｉ_shmax、又はＶ_mlmaxの１つとが適切な時に実施される。同様に、直列ＶＳＣが飽和した時、循環電力Ｐ_cと限界値Ｓ_semax、Ｉ_semax、又はＶ_m2maxの１つとが実施される。

（表Ｉ）

例えば、直列ＶＳＣ１０８のＭＶＡ定格値に到達し、式（３ｂ）と（３ｃ）の少なくとも一方を実施することができないと仮定する。このシナリオにおいては、式（３ｂ）を以下の限界方程式と置換することができる。

ここで、Ｑ_seは、直列ＶＳＣ１０８によって送電線に注入された無効電力であり、以下によって与えられる。

更に、望ましい循環電力Ｐ_cが指定されるように、式（３ｃ）と（３ｄ）を以下のように置き換えることができる。

一方、並列ＶＳＣ１０６がそのＭＶＡ定格値に到達した時、式（３ａ）を以下の限界方程式と置換することができる。

ここで、Ｑ_shは、並列ＶＳＣ１０６によって「バス」１に注入された無効電力であり、以下によって与えられる。

更に、式（３ｃ）と（３ｄ）は、循環電力方程式（６）と（７）で置換される。

並列ＶＳＣ１０６と直列ＶＳＣ１０８の両方がそれらのＭＶＡ定格値に到達した時、式（３ａ）と（３ｂ）は、式（２０）と（１６）で置換され、式（３ｃ）と（３ｄ）は、式（１８）と（１９）で置換される。

同様に、ＵＰＦＣが他の作動限界値に到達した時、限界方程式（１６）と（２０）をアクティブ化して、電力循環（１８）と（１９）を指定することができる。ＶＳＣ注入電圧マグニチュード限界に対しては、限界方程式は、それぞれＶ_mlmaxとＶ_m2maxでＶ_mlとＶ_m2を実施するためのものである。電流マグニチュード限界に対しては、限界方程式は、以下のものである。

式（１６）から（２１）によって説明した循環電力送出方法は、ＶＳＣ１０６、１０８の両方がその定格容量で作動することになる電圧安定性によって限定される最大電力伝送を計算するのに特に適している。電力循環Ｐ_cを指定することにより、ＶＳＣ１０６、１０８間の結合量を系統的に評価して最適な結果を達成することができる。例えば、Ｐ_c＝０の場合、この２つのＶＳＣは、ＳＴＡＴＣＯＭとＳＳＳＣとして別々に作動される。直観的には、Ｐ_cをゼロから増加又は低減する（すなわち、結合を増加又は低減する）ことにより、電力循環Ｐ_cが更なる利点をもたらさなくなるまで又は潮流方程式（３）が解を持たなくなるまで電力伝送が改善することが期待される。

この循環電力送出方法をＮＲ潮流アルゴリズムで実施するために、電力潮流制御装置内のＶＳＣの定格値を各反復終了時にモニタする必要がある。並列ＶＳＣ１０６又は直列ＶＳＣ１０８のいずれか又は両方のＶＳＣが定格容量で作動することになると判断された状態で、電力循環方程式（１８）及び（１９）と共に適正な限界方程式が、ＶＳＣ方程式Ｆ_vsc（４ｃ）として利用されることになり、ヤコビアン行列（７）は、補遺Ａで説明するように修正されることになる。

図３から図５に関して十分に説明するように、上述の循環電力送出方法を使用して、オペレータ及び計画者のために有用なグラフ（例えば、ＰＶ曲線）を生成することができる。

ＰＶ曲線の生成
電圧安定性解析の一般的な手法は、電力システム負荷Ｐ_loadを増大して、重要なバス上の得られる電圧変動Ｖを観察することである。このような解析は、一般的に、多くの電力管理センターで使用されている電力−電圧（ＰＶ）曲線の形で呈示される。

整合ＰＶ曲線を生成するために、一部の実施形態では、ＶＳＣ１０６、１０８がその定格容量にあるか否かに関係なく、上述のＵＰＦＣ制御方法は、複数の作動条件で望ましい循環電力Ｐ_cを実施することによって若干修正することができる。すなわち、両方のＶＳＣ１０６、１０８が定格容量よりも小さい場合、式（６）及び（７）を通じて特定の電力循環レベルを要求する以外に、並列ＶＳＣ１０６は、フロム・バス電圧Ｖ_1dを調節することになり、直列ＶＳＣ１０８は、送電線有効電力潮流Ｐ_dを調節することになる。送電線無効電力潮流Ｑ_dは、実施されない。リアルタイム実施においては、ＵＰＦＣは、ＰＶ曲線を使用して望ましい作動点に電力循環を連続的に調節することにより、（Ｖ_1d、Ｐ_d、Ｑ_d）設定値制御から電力循環制御まで作動することができる。

試験システム
図３は、ＰＶ曲線を生成するためのラジアル試験システム３００のブロック図である。ラジアル試験システム３００には、４つの「バス」１から４、同等の発電機、及び同等の負荷が含まれる。図３に示すように、ＵＰＦＣ３０２は、「バス」２の並列送電線上の１つに位置し、これは、システム３００の電気的中間点である。尚、スイッチＡを開路してスイッチＢを閉路することにより、ＵＰＦＣ３０２が迂回され、これを以下では無補償システム３００とも呼ぶ。ＵＰＦＣ３０２は、スイッチＡが閉路状態かつスイッチＢが開路状態であれば使用中である。この特定の試験システムに対して、並列及び直列ＶＳＣ１０６，１０８は、５０ＭＶＡという定格値を有する。他のシステム３００のパラメータを以下の表ＩＩに説明する。

（表ＩＩ）

尚、ＵＰＦＣ３０２の並列変圧器１０４と直列変圧器１０２は、それぞれ、Ｘ_t1＝０．１ｐｕ及びＸ_t2＝０．００２ｐｕのリアクタンスを有する。

「バス」３に掛かる負荷Ｐ_loadと「バス」１での必要な発電量を増大することにより、ＵＰＦＣ３０２がある状態とない状態で「バス」３電圧Ｖ₃の変動を観察することができる。補償されたシステム（スイッチＡ閉路、スイッチＢ開路）に対しては、Ｐ_c＝−１０、−５、０、５、１０ＭＷの電力循環が観察される。尚、正のＰ_cは、電力が並列ＶＳＣ１０６から直列ＶＳＣ１０８に循環していることを示している。飽和なしの状態で、並列電圧設定値及び直列有効電力潮流設定値は、それぞれ、Ｖ_1d＝１．０３ｐｕ、及びＰ_dが８０％の負荷有効電力Ｐ_loadで実施される。ＶＳＣ定格限界に到達した時はいつでも、電圧値又は潮流設定値はもはや実施されないが、ＭＶＡ限界方程式で置換される。無補償システム３００（スイッチＡ開路、スイッチＢ閉路）のＰＶ曲線も含む、「バス」３に対する得られるＰＶ曲線の組を図４に示す。ＰＶ曲線上のマーク付けした点は、収束潮流解から得られた値を示している。ＵＰＦＣ３０２フロム・バスＶ₃の対応するＰＶ曲線を図５に示している。

図４に示すように、特定の値で実施された循環電力Ｐ_cを有する各ＵＰＦＣ電力送出により、見慣れたＰＶ曲線が生成される。これらのＰＶ曲線から、電力循環ありと電力循環なしの影響が明確に分る。Ｐ_c＝０の曲線は、ＳＴＡＴＣＯＭとＳＳＳＣの独立した作動を表している。０．９５ｐｕで作動するＶ₃に対しては、０から１０ＭＷにＰ_cを上げることにより、伝送容量において２０ＭＷの増加を達成することができる。逆に、電力を直列ＶＳＣ１０８から並列ＶＳＣ１０６に循環させることにより、電力伝送容量が下がることになる。図４のＸ軸上に示すＰ_loadの範囲においては、直列ＶＳＣ１０８は、その５０ＭＶＡ限界で飽和状態であり、並列ＶＳＣ１０６は、負荷有効電力が約５７０ＭＷに到達するまで飽和せず、これは、ＰＶ曲線上のその値の近くにある「コーナ」点によって示されている。ＳＴＡＴＣＯＭの飽和も、Ｖ₂が約５７０ＭＷまで１．０３ｐｕに維持されているように図４で観察することができる。

図４及び図５のＰＶ曲線の組は、ＵＰＦＣ又は結合ＶＳＣを有する他のＦＡＣＴＳ装置に送出する際に有用である。例えば、良好な送出方法は、Ｐ_c＝−５ＭＷを使用してＰ_loadが５７０ＭＷよりも小さい時にＶ₃を約１ｐｕに維持することである。５７０ＭＷを超えるＰ_loadの場合、循環電力Ｐ_cをＰ_c＝１０ＭＷまで上げることができ、この時、Ｖ₃を約１ｐｕに維持することはもはや不可能である。一方、電圧安定性のマージンをモニタして、負荷低減措置が必要であるか否かを判断することができる。

上述のＰＶ曲線をシステムオペレータが使用すると、電力システムにおいて１つ又はそれよりも多くのバスで電圧安定性を維持しながら最大電力伝送を行うことができる。一部の実施形態では、オペレータは、ＰＶ曲線から適切な値を読み取って循環電力要求Ｐ_cを入力することができ（例えば、キーボードを通じて）、これを自動電力潮流制御装置が使用して、適切な量の注入電圧

を注入し、及び／又はＶＳＣ１０６、１０８の一方又は両方がその定格容量で作動している時に電圧安定性と共に最大電力伝送を達成することができる。他の実施形態では、ＰＶ曲線をルックアップテーブル又は他のデータ構造に格納することができ、これらは、一方又は両方のＶＳＣが定格容量で作動していることを検出し、次にＵＰＦＣ制御装置を使用するオペレータの介入なしに自動的に特定の循環電力Ｐ_cを指令するリミットコンピュータに応答して、監督コンピュータによって指標付けされる。

上述の循環電力送出方法を使用して、図３から図５に関して説明したように、オペレータ及び計画者に有用なグラフ（例えば、ＰＶ曲線）を生成することができるが、循環電力送出方法を電力潮流制御装置内でも使用すると、望ましい電圧安定性を維持しながら制約された条件下で自動電力潮流制御を提供することができる。

循環電力を使用した自動電力潮流制御
図６は、並列コンバータ制御システム１１２の実施形態のブロック図である。並列コンバータ制御システム１１２は、リミットコンピュータ１１８と、並列コンバータ調節制御ブロック６０２、６０４、６０６、６０８と、スイッチ６１０、６１２とを含む。制御ブロック６０２、６０４、６０６、６０８は、別々の制御ブロック（図示の通り）又は単一の制御装置としてソフトウエア及び／又はハードウエアに実装することができる。

リミットコンピュータ１１８は、並列ＶＳＣ１０６が、ある一定の作動限界で作動しているかを判断し、スイッチ６１０を通じてゲート信号を供給するための適切な制御ブロック６０２、６０４、６０６、６０８を選択する。スイッチ６１２に結合されたリミットコンピュータ１１８からの指令信号６０３は、制御ブロック６０２、６０４、６０６、６０８のうちの１つを有効にするのに使用され、リミットコンピュータ１１８からスイッチ６１０への指令信号６０５は、選択された制御ブロックによって供給されたゲート信号のみが並列ＶＳＣ１０６に受け渡されることを可能にするのに使用される。各調節制御ブロック６０２、６０４、６０６、６０８は、限界値違反シナリオに応じて制御方法を実施する。例えば、並列ＶＳＣ１０６に対して限界値違反がない場合、Ｖ_1ref及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ１）６０２がアクティブ化される。並列ＶＳＣ１０６が最大電圧マグニチュード限界値で作動している場合、Ｖ_ml及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ２）６０４がアクティブ化される。同様に、並列ＶＳＣ１０６が電流マグニチュード限界値又はＭＶＡ限界値で作動している場合、それぞれ、Ｉ_sh及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ３）６０５又はＳ_sh及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ４）６０８がアクティブ化される。尚、並列コンバータ制御システム１１２は、電力網の構成及びモニタすべき限界値違反に応じて、必要に応じてより多くの又はより少ない制御ブロックを含むことができる。

図７は、直列コンバータ制御システム１１４の実施形態のブロック図である。並列コンバータ制御システム１１２と同様に、リミットコンピュータ１１８は、限界値違反条件に従って有効直列制御方法を判断し、スイッチ７１０、７１２は、適切なゲート信号を直列ＶＳＣ１０８に供給するための調節制御ブロック７０２、７０４、７０６、７０８をアクティブ化するために使用される。例えば、直列ＶＳＣ１０８が限界値の下で作動している場合、Ｐ_ref及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓ_e１）７０２がアクティブ化される。直列ＶＳＣ１０８が電圧限界値、電流限界値、又はＭＶＡ限界値で作動している場合、Ｖ_m2及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓ_e２）６０４、Ｉ_se及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓ_e３）６０６、又はＳ_se及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓ_e４）６０８がそれぞれアクティブ化される。尚、直列コンバータ制御システム１１４は、電力網の構成及びモニタすべき限界値違反に応じて、必要に応じてより多くの又はより少ない制御ブロックを含むことができる。

並列コンバータ調節制御ブロック
図８は、並列コンバータＶ_1ref及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ１）６０２の実施形態のブロック図である。制御ブロック６０２は、性能信号誤差増幅器８０２と、実電流コンピュータ８０４と、電圧誤差増幅器８０６と、実及び無効電流コンピュータ８０８と、電流誤差増幅器８１０と、マグニチュード及び角度コンピュータ８１２と、電圧マグニチュード制限器８１６と、並列コンバータゲートパターン論理８１８と、位相固定ループ８２０とを含む。

一部の実施形態では、調節制御ブロック６０２は、位相固定ループ８２０で確立された同期規準フレームを使用して、ＵＰＦＣフロム・バス電圧

の位相角である規準フレーム角度θ₁を生成する。循環電力Ｐ_cは、特定バス上の電圧、いくつかのバスの重み付き平均電圧値、又は送電線上の無効電力潮流とすることができる性能変数Ｊの望ましい値を最終的に達成するように調節される。性能信号誤差増幅器８０２は、実システムとシステムのモデル（例えば、ＰＶ曲線）との差異による変数Ｊ内の誤差に適合するように構成される。性能信号誤差増幅器８０２の出力は、循環電力設定値Ｐ_c ^*に追加される区分的循環電力成分である。一部の実施形態では、設定値Ｐ_c ^*は、システムのモデルに基づいて計算され、これは、実際には、実際の電力網と正確には同じでない場合がある。区分的調節により、誤差なく変数Ｊが確実に達成されることになる。Ｖ_1ref及びＰ_cの調節は、並列電流Ｉ_shを制御することによって達成される。望ましい実並列電流ｉ_shp ^*は、次式を使用して実電流コンピュータ８０４から計算される。

ここで、Ｖ₁は、実測フロム・バス電圧マグニチュードである。しかし、無効並列電流ｉ_shp ^*の規準は、設定値Ｖ_1refを達成するために電圧誤差増幅器８０６から生成される。望ましい実電流ｉ_shp ^*と無効電流ｉ_shq ^*は、それぞれ、実測実電流値ｉ_shpと実測無効電流値ｉ_shqに比較され、その誤差は、有効及び無効並列電圧成分Ｖ_shp及びＶ_shqを駆動するために電流誤差増幅器８１０内に移植され、それらは、マグニチュード及び角度コンピュータ８１２を使用して、フロム・バス電圧

に対する並列コンバータ電圧マグニチュードＶ_ml及び角度ρ_lをもたらす。実及び無効電力成分ｐ−ｑは、フロム・バス電圧

に対して計算されるので、得られる電圧角度ρ_lは、並列コンバータゲートパターン論理８１８を使用して適正ゲート信号を生成する前にフロム・バス電圧角度θ_lに追加される。尚、電圧マグニチュード制限器８１６は、電圧出力Ｖ_mlが現在の制御ループで電圧マグニチュード限界値を超えないことを保証するものである。電圧マグニチュードが限界値に到達した場合、次の制御段階でリミットコンピュータ１１８は、Ｖ_ml設定値を限界値で実施する制御方法を選択することになる。

図９は、並列コンバータＶ_ml及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ２）６０４の実施形態のブロック図である。制御ブロック６０４は、性能信号誤差増幅器９０２と、電圧位相角コンピュータ９０４と、位相固定ループ９０６と、並列コンバータゲートパターン論理９０８とを含む。

この制御方法においては、Ｖ_ml ^*は、最大電圧限界値とするか、又は固定電圧注入作動を達成するようにオペレータが指定することができる。望ましい電圧マグニチュードＶ_ml ^*を用いて、電圧角度ρ_lは、以下の式を使用して電圧位相角コンピュータ９０４により直接計算することができる。

ここで、Ｉ_shは、実測並列電流マグニチュードであり、ρ_ishは、フロム・バス電圧

に対する電流角度である。式（２３）から計算した電圧角度ρ_lは、並列ＶＳＣ１０６の作動損失を含まない。しかし、性能信号誤差増幅器９０２は、性能変数Ｊ内の誤差を補償することになる。式（２５）から計算した電圧角度ρ_lは、位相固定ループ９０６からフロム・バス電圧角度θ_lに追加される。これらの角度の合計と望ましい電圧マグニチュードＶ_ml ^*とは、適切なゲート信号を並列ＶＳＣ１０６に供給するために並列コンバータゲート論理９０８に供給される。

図１０は、並列コンバータＩ_sh及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ３）６０２の実施形態のブロック図である。制御ブロック６０６は、性能信号誤差増幅器１００２と、電流位相角コンピュータ１００４と、実及び無効電流コンピュータ１００６、１００８と、電流誤差増幅器１０１０と、マグニチュード及び角度コンピュータ１０１２と、位相固定ループ１０１４と、電圧マグニチュード制限器１０１６と、並列コンバータゲートパターン論理１０１８とを含む。

一部の実施形態では、電流マグニチュード規準Ｉ_sh ^*は、最大電流限界値又はオペレータからの指定値とすることができる。規準並列電流マグニチュードＩ_sh ^*と循環電力Ｐ_cを用いて、望ましい電流位相角ρ_ish ^*は、次式を使用して電流位相角コンピュータ１００４によりフロム・バス電圧に対して計算することができる。

ここで、Ｖ₁は、実測フロム・バス電圧マグニチュードである。Ｉ_sh ^*とρ_ish ^*から、実及び無効電流コンピュータ１００６により実電流成分ｉ_shp ^*と無効電流成分ｉ_shq ^*を計算し、実及び無効電流コンピュータ１００８によって計算された実測並列実及び無効電流ｉ_shp及びｉ_shqと比較され、並列コンバータ電圧を駆動することができる。式（２６）では作動損失を無視するが、並列電流内の誤差は、電流誤差増幅器１０１０によって補償されることになる。性能信号誤差増幅器１００２と、マグニチュード及び角度コンピュータ１０１２と、位相固定ループ１０１４と、電圧マグニチュード制限器１０１６と、並列コンバータゲートパターン論理１０１８は、図８に関して上述したように作動する。

図１１は、並列コンバータＳ_sh及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ４）６０８の実施形態のブロック図である。制御ブロック６０８は、性能信号誤差増幅器１１０２と、電流マグニチュード及び角度コンピュータ１１０４と、実及び無効電流コンピュータ１１０６、１１０８と、電流誤差増幅器１１１０と、マグニチュード及び角度コンピュータ１１１２と、位相固定ループ１１１４と、電圧マグニチュード制限器１１１６と、並列コンバータゲートパターン論理１１１８とを含む。

望ましいＭＶＡ出力Ｓ_sh ^*と循環電力Ｐ_cから、電流角度及びマグニチュードコンピュータ１１０４は、以下の式によりフロム・バス電圧に対して望ましい並列電流マグニチュードＩ_sh ^*及び電流角度ρ_ish ^*を計算することができる。

ここで、Ｖ₁は、実測フロム・バス電圧マグニチュードである。式（２７）では作動損失を無視するが、電流内の誤差は、電流誤差増幅器１１１０によって補償されることになる。性能信号誤差増幅器１１０２と、実及び無効電流コンピュータ１１０６，１１０８と、マグニチュード及び角度コンピュータ１１１２と、位相固定ループ１１１４と、電圧マグニチュード制限器１１１６と、並列コンバータゲートパターン論理１１１８は、図１０に関して上述したように作動する。

直列コンバータ調節制御ブロック
図１２は、直列コンバータＰ_ref及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ１）７０２の実施形態のブロック図である。制御ブロック７０２は、性能信号誤差増幅器１２０２と、実及び無効電流コンピュータ１２０４、１２０６と、電流誤差コンピュータ１２０８と、マグニチュード及び角度コンピュータ１２１０と、電圧マグニチュード制限器１２１２と、位相固定ループ１２１６と、直列コンバータゲートパターン論理１２１４とを含む。

以下の式により、実及び無効電流コンピュータ１２０４と設定値Ｐ_ref及びＰ_cとを使用してフロム・バス電圧

に対する望ましい実及び無効電流成分ｉ_p ^*及びｉ_q ^*を求める。

ここで、Ｖ₁ε^jθ1とＶ₂ε^jθ2は、それぞれ、フロム・バスとツー・バスの実測複素電圧である。望ましい実電流ｉ_p ^*と無効電流ｉ_q ^*を実及び無効コンピュータ１２０６によって供給された実測実電流ｉ_p及び実測無効電流ｉ_qと比較し、マグニチュード及び角度コンピュータ１２１０によって受信される直列電圧Ｖ_pとＶ_qを駆動する。マグニチュード及び角度コンピュータ１２１０は、電圧マグニチュードＶ_m2及び角度ρ₂を供給する。電圧角度ρ₂は、直列ｐ−ｑ成分もフロム・バス電圧に関して計算されるので、位相固定ループ１２１６によって生成されたフロム・バス電圧角度θ₁に追加される。尚、電圧マグニチュード制限器１２１２は、電圧出力Ｖ_m2が現在の制御段階で電圧マグニチュード限界を超えないことを保証するものである。Ｖ_m2が次の制御段階で限界値に到達した場合、リミットコンピュータ１１８は、Ｖ_m1設定値を限界値で実施する制御方法を選択することになる。

図１３は、直列コンバータＶ_m2及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ２）７０４の実施形態のブロック図である。制御ブロック７０４は、性能信号誤差増幅器１３０２と、電圧位相角コンピュータ１３０４と、位相固定ループ１３０６と、直列コンバータパターン論理１３０８とを含む。

一部の実施形態では、規準Ｖ_m2 ^*は、固定直列電圧注入作動を達成するために、最大電圧限界値又はオペレータからの指定値とすることができ、これは、特に偶発事故後の有用な作動モードである。規準Ｖ_m2 ^*を用いて、電圧角度ρ₂を直接に以下の式から計算することができる。

ここで、Ｉ_seは、実測電流マグニチュードであり、ρ_ishは、フロム・バス電圧に対する電流角度である。式（２９）を使用して電圧位相角コンピュータ１３０４によって計算された電圧角度ρ₂は、直列コンバータＶＳＣ１０８の作動損失を含まないが、性能信号誤差増幅器１３０２は、性能変数Ｊ内の誤差を補償することになる。位相固定ループ１３０６及び直列コンバータゲートパターン論理１３０８は、上述のように作動する。

図１４は、直列コンバータＩ_se及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ３）７０６の実施形態のブロック図である。制御ブロック７０６は、性能信号誤差増幅器１４０２と、電流位相角コンピュータ１４０４と、実及び無効電流コンピュータ１４０６と、電流誤差増幅器１４０８と、マグニチュード及び角度コンピュータ１４１０と、位相固定ループ１４１２と、電圧マグニチュード制限器１４１４と、直列コンバータゲートパターン論理１４１６とを含む。

一部の実施形態では、電流マグニチュード規準Ｉ_se ^*は、最大電流限界値とするか又はオペレータから指定することができる。望ましい直列電流マグニチュードＩ_se ^*と循環電力Ｐ_cを用いて、望ましい電流位相角ρ_ish ^*は、フロム・バス電圧に対して以下の式を使用して計算することができる。

ここで、Ｖ₁は、実測フロム・バス電圧マグニチュードであり、Ｖ₂とθ₂は、それぞれ、実測ツー・バス電圧マグニチュード及び角度である。望ましいＩ_se ^*とρ_ish ^*から、実電流ｉ_p ^*と無効電流ｉ_q ^*は、実及び無効電流コンピュータ１４０６によって計算され、実及び無効電流コンピュータ１４１８によって供給された実測並列電流ｉ_pとｉ_qに比較されて直列電圧Ｖ_pとＶ_qを駆動し、電圧マグニチュードＶ_m2及び角度ρ₂をもたらすことができる。性能信号誤差増幅器１４０２と、電流位相角コンピュータ１４０４と、電流誤差増幅器１４０８と、マグニチュード及び角度コンピュータ１４１０と、位相固定ループ１４１２と、電圧マグニチュード制限器１４１４と、直列コンバータゲートパターン論理１４１６は、図１２に関して上述したように作動する。

図１５は、直列コンバータＳ_se及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ４）７０８の実施形態のブロック図である。制御ブロック７０８は、性能信号誤差増幅器１５０２と、電流マグニチュード及び角度コンピュータ１５０４と、実及び無効電流コンピュータ１５０６、１５０８と、電流誤差増幅器１５１０と、マグニチュード及び角度コンピュータ１５１２と、位相固定ループ１５１４と、電圧マグニチュード制限器１５１６と、直列コンバータゲートパターン論理１５１８とを含む。

望ましい直列ＭＶＡ出力Ｓ_se ^*と循環電力Ｐ_cから、望ましい直列電流マグニチュードＩ_se ^*及び角度ρ_ish ^*は、電流マグニチュード及び角度コンピュータ１５０４によって供給され、このコンピュータは、以下の式を実行する。

ここで、Ｖ₁ε^jθ1とＶ₂ε^jθ2は、それぞれ、ＵＰＦＣフロム・バス及びツー・バスの実測電圧である。性能信号誤差増幅器１５０２と、実及び無効電流コンピュータ１５０６、１５０８と、電流誤差増幅器１５１０と、マグニチュード及び角度コンピュータ１５１２と、位相固定ループ１５１４と、電圧マグニチュード制限器１５１６と、直列コンバータゲートパターン論理１５１８は、図１４に関して上述したように作動する。

以上は、説明を目的として特定的な実施形態を参照して説明したものである。しかし、上述の例示的な説明は、網羅的であること又は開示した通りの形態に本発明を限定することを意図したものではない。以上の教示に鑑みて、多くの修正及び変形が可能である。これらの実施形態は、本発明の原理及びその実際的な用途を最も良く説明し、それによって他の当業者が本発明と想定される特定の使用に適する様々な修正を伴った様々な実施形態とを最も良く利用することを可能にするように選択して説明したものである。

補遺Ａ
ＵＰＦＣに対するヤコビアン行列
図２に示すＵＰＦＣモデルに対して、ＵＰＦＣによる有効及び無効電力の注入は、以下の通りである。

ここで、Ｐ_sh、Ｑ_shは、並列ＶＳＣによるＵＰＦＣフロム・バス内への電力注入である。Ｐ_sefrom及びＱ_sefromは、直列ＶＳＣによるフロム・バス内への電力注入であり、Ｐ_seto及びＱ_setoは、直列ＶＳＣによるＵＰＦＣツー・バス内への電力注入である。Ｐ_seは、直列ＶＳＣの有効電力発生である。

式（Ａ．１）から、摂動解析を行って拡大潮流ヤコビアン内の付加的な要素を計算することができる。

実際には、電圧マグニチュード及び角度ではなく、直接及び直交直列電圧を使用する。直接及び直交電圧は、以下のように定義される。

変数のこの変換は、電圧角度の循環周期性に付随するあらゆる曖昧さを回避するものである。（Ａ．３）により、ヤコビアン行列要素は、以下のように修正される。

ＵＰＦＣに対して飽和が発生しない時、デフォルト潮流方程式ｆ_vscは、（３ａ，ｂ，ｃ，ｄ）であり、（７）のｆ_vscに対する対応するヤコビアン行列項は、（Ａ．４）のΔＶ_1、ΔＰ_seto、（Ａ．４）のΔＱ_seto、及び（Ａ．２）のΔＰ_sh＋ΔＰ_seであり、各々は、ヤコビアン行列の１つの行を表している。ＵＰＦＣが定格容量で作動している時、（７）のｆ_vscに対するヤコビアン項は、以下に説明するように相応に修正する必要がある。

並列ＶＳＣのみが定格容量で作動し、直列ＶＳＣがそうでない場合、潮流方程式は、（３ｂ）、（１８）、（１９）、及び（２０）又は（２２）のような並列ＶＳＣの限界方程式である。ｆ_vscに対するヤコビアン行列項は、ΔＰ_seto（Ａ．４）、ΔＰ_sh（Ａ．２）、ΔＰ_se（Ａ．２）、及び限界方程式に依存して限界方程式ヤコビアンΔＳ_sh、ΔＶ_ml、又はΔＩ_shに対応する４つの行であり、ここで、以下の通りである。

直列ＶＳＣのみが定格容量で作動し、並列ＶＳＣがそうでない場合、潮流方程式は、（３ａ）、（１８）−（１９）、及び（１６）又は（２３）のような直列ＶＳＣの限界方程式である。ｆ_vscに対するヤコビアン行列項は、ΔＶ₁、ΔＰ_sh（Ａ．２）、ΔＰ_se（Ａ．２）、及び限界方程式に依存して限界方程式ヤコビアンΔＳ_se、ΔＶ_m2、又はΔＩ_seに対応する４つの行であり、個々で、以下の通りである。

並列ＶＳＣと直列ＶＳＣの両方が定格容量で作動する場合、潮流方程式は、（１８）、（１９）、及び並列ＶＳＣと直列ＶＳＣの対応する限界方程式である。ｆ_vscに対するヤコビアン行列項は、ΔＰ_sh（Ａ．２）、及びΔＰ_se（Ａ．２）、及びΔＳ_sh（Ａ．５）及びΔＳ_se（Ａ．７）、又はΔＩ_se（Ａ．６）及びΔＶ_m2（Ａ．８）のような適正限界方程式ヤコビアンに対応する４つの行である。

尚、ヤコビアン行列（７）において、ｆ_Pとｆ_Qの上部の行は、送出方法が飽和のために切り替わる時に変化しない。しかし、バス有効電力注入ｆ_Pに関するヤコビアン項に対しては、ＵＰＦＣによって注入される有効電力ΔＰ_sh＋ΔＰ_sefrom及びΔＰ_setoは、それぞれ、ＵＰＦＣフロム・バス及びツー・バスに対応する行に挿入すべきである。同様に、ｆ_Qに関連するヤコビアン行列項に対しては、無効電力ΔＱ_sh＋ΔＱ_sefrom及びＵＰＦＣによって注入されるΔＱ_setoは、それぞれ、ＵＰＦＣフロム・バス及びツー・バスに対応する行に挿入されるべきである。

電力循環要求に応答するＵＰＦＣのブロック図である。 図１に示すＵＰＦＣに対する潮流モデルの回路図である。 ＰＶ曲線を生成するラジアル試験システムのブロック図である。 図４に示すラジアル試験システム内の「バス」３のＰＶ曲線のグラフである。 図４に示すラジアル試験システム内の「バス」２のＰＶ曲線のグラフである。 並列コンバータ制御システムの実施形態のブロック図である。 直列コンバータ制御システムの実施形態のブロック図である。 並列コンバータＶ_1ref及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ１）の実施形態のブロック図である。 並列コンバータＶ_ml及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ２）の実施形態のブロック図である。 並列コンバータＩ_sh及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ３）の実施形態のブロック図である。 並列コンバータＳ_sh及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｈ４）の実施形態のブロック図である。 直列コンバータＰ_ref及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ１）の実施形態のブロック図である。 直列コンバータＶ_m2及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ２）の実施形態のブロック図である。 直列コンバータＩ_se及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ３）の実施形態のブロック図である。 直列コンバータＳ_se及びＰ_c調節制御ブロック（Ｓｅ４）の実施形態のブロック図である。

符号の説明

１００ ＵＰＦＣシステム
１０２ 直列挿入変圧器
１０４ 並列変圧器
１０６ 並列ＶＳＣ
１０８ 直列ＶＳＣ
１１０ 制御装置
１１８ リミットコンピュータ

Claims (22)

1. 循環電力要求に応答する制御装置と、
   前記循環電力要求に応答する前記制御装置に結合され、かつ送電線に結合され、前記循環電力要求に応答して該送電線の電力潮流を制御するように制御装置によって設定された第１の電源コンバータと、
   直流リンクを通じて前記第１の電源コンバータに結合され、かつ、前記送電線に結合された第２の電源コンバータであって、前記制御装置によって循環電力要求に応答して前記送電線の電力潮流を制御するよう構成された第２の電源コンバータと、を含み、
   循環電力要求に応答する前記制御装置は、前記第１及び第２の電源コンバータの少なくとも一方が作動限界になったときに、前記第１及び第２の電源コンバータの間で電力循環設定値制御に切り換わるようにされていることを特徴とする電力潮流制御装置。
2. 前記循環電力要求は、リアルタイムで判断されることを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
3. 前記循環電力要求は、ルックアップテーブルから判断されることを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
4. 前記循環電力要求は、閉ループフィードバックシステムを使用して自動的かつ連続的に判断されることを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
5. 循環電力要求に応答する前記制御装置は、同期規準フレームを使用して送電線電流を調節するベクトル制御方式を実施することを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
6. 前記第１及び第２の電源コンバータは、「統合電力潮流制御装置（ＵＰＦＣ）」として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
7. 前記第１の電源コンバータは、ＭＶＡ定格で作動しており、前記循環電力要求Ｐ_cdは、Ｑ_seが、
   

   

   及び
   

   

   によって与えられる時に、
   

   

   によって与えられる１組の潮流方程式と、
   

   

   及び
   

   

   によって与えられる前記第２の電源コンバータに対する第２の組の潮流方程式との解に基づいていることを特徴とし、ここで、
   Ｐ _se は、送電線にＶ _m2 だけ注入される有効電力、
   Ｑ _se は、第１の電源コンバータによって送電線に注入される無効電力、
   Ｓ _semax は、第１の電源コンバータによって送電線に注入される複素電力の最大値、
   Ｖ ₁ は、初期フロム・バス電圧、
   Ｖ _m2 は、第１の電源コンバータによって注入される注入電圧、
   θ ₁ は、無効電力の計算において使用する位相角
   α ₁ は、無効電力の計算に使用する位相角、
   Ｖ ₂ は、初期ツー・バス電圧、
   θ ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
   α ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
   Ｘ _t2 は、第１の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
   Ｖ _1d は、フロム・バスにおける望ましい電圧、
   Ｐ _sh は、フロム・バスにＶ _m1 だけ注入される有効電力、
   である、請求項６に記載の電力潮流制御装置。
8. 前記第１の電源コンバータは、電圧マグニチュード限界値Ｖ_m2maxで作動しており、前記循環電力要求Ｐ_cdは、
   

   

   及び
   

   

   によって与えられる第１の組の潮流方程式と、
   

   

   及び
   

   

   によって与えられる前記第２の電源コンバータに対する第２の組の潮流方程式との解に基づいていることを特徴とし、ここで、
   Ｐ _se は、送電線にＶ _m2 だけ注入される有効電力、
   Ｖ _m1 は、フロム・バスに注入される注入電圧、
   Ｖ１は、初期フロム・バス電圧、
   Ｖ _1d は、フロム・バスにおける望ましい電圧、
   Ｐ _sh は、フロム・バスにＶ _m1 だけ注入される有効電力、
   である、請求項７に記載の電力潮流制御装置。
9. 前記第２の電源コンバータは、ＭＶＡ定格で作動しており、前記循環電力要求Ｐ_cdは、Ｑ_shが、
   

   

   及び
   

   

   によって与えられる時に、
   

   

   によって与えられる１組の潮流方程式と、
   

   

   及び
   

   

   によって与えられる前記第１の電源コンバータに対する第２の組の潮流方程式との解に基づいていることを特徴とし、ここで、
   Ｐ _sh は、フロム・バスにＶ _m1 だけ注入される有効電力、
   Ｑ _sh は、第２の電源コンバータによってフロム・バスに注入される無効電力、
   Ｓ _shmax は、第２の電源コンバータによってフロム・バスに注入される複素電力の最大値、
   Ｖ ₁ は、初期フロム・バス電圧、
   Ｖ _m1 は、第２の電源コンバータによって注入される注入電圧、
   θは、無効電力の計算に使用する位相角、
   α ₁ は、無効電力の計算に使用する位相角、
   Ｘ _t1 は、第２の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
   Ｖ ₂ は、初期ツー・バス電圧、
   Ｖ _m2 は、第１の電源コンバータによって注入される注入電圧、
   θ ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
   α ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
   θ ₁ は、無効電力の計算において使用する位相角
   Ｘ _t2 は、第１の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
   Ｐ _d は、ツー・バスへの望ましい有効電力、
   Ｐ _se は、送電線にＶ _m2 だけ注入される有効電力、
   である、請求項６に記載の電力潮流制御装置。
10. 前記第２の電源コンバータは、電流マグニチュード限界値Ｉ_shmaxで作動しており、前記循環電力要求Ｐ_cdは、
    

    

    及び
    

    

    によって与えられる第１の組の潮流方程式と、
    

    

    及び
    

    

    によって与えられる前記第１の電源コンバータに対する第２の組の潮流方程式との解に基づいていることを特徴とし、ここで、
    Ｖ _i ε ^{j θ i} は、ｉ番目のバスの複素バス電圧、
    Ｖ _mj ε ^{j α j} は、ｊ番目の電圧源コンバータによる複素注入電圧、
    Ｘ _t1 は、第２の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
    Ｐ _sh は、フロム・バスにＶ _m1 だけ注入される有効電力、
    Ｖ ₂ は、初期ツー・バス電圧、
    Ｖ _m2 は、第１の電源コンバータによって注入される注入電圧、
    θ ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
    α ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
    Ｖ ₁ は、初期フロム・バス電圧、
    θ ₁ は、無効電力の計算において使用する位相角
    Ｘ _t2 は、第１の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
    Ｐ _d は、ツー・バスへの望ましい有効電力、
    Ｐ _se は、送電線にＶ _m2 だけ注入される有効電力、
    である、請求項６に記載の電力潮流制御装置。
11. 前記第１及び第２の電源コンバータは、ＭＶＡ定格で作動しており、前記循環電力要求Ｐ_cdは、
    

    

    によって与えられる１組の潮流方程式の解に基づいており、ここで、Ｑ_seは、
    

    

    及び
    

    

    によって与えられ、Ｑ_shは、
    

    

    

    及び
    

    

    によって与えられることを特徴とし、ここで、
    Ｐ _se は、送電線にＶ _m2 だけ注入される有効電力、
    Ｑ _se は、第１の電源コンバータによって送電線に注入される無効電力、
    Ｓ _semax は、第１の電源コンバータによって送電線に注入される複素電力の最大値、
    Ｖ ₁ は、初期フロム・バス電圧、
    Ｖ _m2 は、第１の電源コンバータによって注入される注入電圧、
    θ ₁ は、無効電力の計算において使用する位相角
    α ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
    Ｖ ₂ は、初期ツー・バス電圧、
    θ ₂ は、無効電力の計算において使用する位相角、
    Ｘ _t2 は、第１の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
    Ｐ _sh は、フロム・バスにＶ _m1 だけ注入される有効電力、
    Ｑ _sh は、第２の電源コンバータによってフロム・バスに注入される無効電力、
    Ｓ _shmax は、第２の電源コンバータによってフロム・バスに注入される複素電力の最大値、
    Ｖ _m1 は、第２の電源コンバータによって注入される注入電圧、
    θは、無効電力の計算に使用する位相角、
    α ₁ は、無効電力の計算に使用する位相角、
    Ｘ _t1 は、第２の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
    である、請求項６に記載の電力潮流制御装置。
12. 前記第１の電源コンバータは、電圧マグニチュード限界値Ｖ_m2maxで作動しており、前記第２の電源コンバータは、電流マグニチュード限界値Ｉ_shmaxで作動しており、前記循環電力要求Ｐ_cdは、
    

    

    

    

    及び
    

    

    によって与えられる１組の潮流方程式の解に基づいていることを特徴とし、ここで、
    Ｖ _m1 は、第２の電源コンバータによって注入される注入電圧、
    Ｖ _i ε ^{j θ i} は、ｉ番目のバスの複素バス電圧、
    Ｖ _mj ε ^{j α j} は、ｊ番目の電圧源コンバータによる複素注入電圧、
    Ｘ _t1 は、第２の電源コンバータの変圧器のリアクタンス、
    Ｐ _se は、送電線にＶ _m2 だけ注入される有効電力、
    Ｐ _sh は、フロム・バスにＶ _m1 だけ注入される有効電力、
    である、請求項６に記載の電力潮流制御装置。
13. 前記第１及び第２の電源コンバータは、「回線間電力潮流制御装置（ＩＰＦＣ）」として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
14. さらに第３の電源コンバータを含み、そして「汎用統合電力潮流制御装置（ＧＵＰＦＣ）」として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力潮流制御装置。
15. 定格容量で作動する電力潮流制御装置を使用して送電線内の電力潮流を制御する方法であって、
    送電線に結合された電力潮流制御装置が定格容量で作動しているかを判断する段階と、 定格容量で作動している前記電力潮流制御装置に応答して循環電力要求を判断する段階と、
    前記送電線内の電力潮流を制御するために前記循環電力要求に基づいて前記電力潮流制御装置を設定する段階とを含み、
    前記設定する段階には、送電線が定格容量で作動している場合は、電力潮流制御装置を、少なくとも２つの接続された電源コンバータの間での電力循環設定値制御を含むように設定する段階が含まれることを特徴とする方法。
16. 前記循環電力要求を判断する前記段階は、
    前記送電線上のバスに対する望ましい電圧安定性マージンを判断する段階と、
    前記バス上の前記望ましい電圧安定性マージンを維持することになる電力潮流調節を判断する段階と、
    前記バス上の前記望ましい電圧安定性マージンを維持しながら最大電力潮流調節をもたらすことになる循環電力要求を判断する段階と、
    を更に含む、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記循環電力要求は、前記送電線上のバスに対する望ましい電圧安定性マージン及び電力潮流の調節値に基づいて、所定の電圧崩壊曲線から判断されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 循環電力要求が、前記送電線上のバスに対する望ましい電圧安定性のマージン及び電力潮流の調節値に基づいて、所定の電圧崩壊曲線から自動的に判断されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
19. 命令が格納されたコンピュータ可読媒体であって、
    前記命令が、送電線に結合された電力潮流制御システム内のプロセッサによって実行された時に、
    前記送電線上のバスに対する望ましい電圧安定性マージンを判断し、
    前記バス上の前記望ましい電圧安定性マージンを維持することになる電力潮流調節を判断し、
    前記バス上の前記望ましい電圧安定性マージンを維持しながら最大電力潮流調節をもたらすことになる循環電力要求を判断する、
    作業を前記プロセッサに実行させ、
    循環電力要求を判断することには、少なくとも２つの電源コンバータの間での電力循環設定値制御を含むことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
20. 前記循環電力要求は、前記送電線上のバスに対する望ましい電圧安定性マージン及び電力潮流の調節値に基づいて所定の電圧崩壊曲線から判断されることを特徴とする請求項１９に記載のコンピュータ可読媒体。
21. 循環電力要求が、前記送電線上のバスに対する望ましい電圧安定性マージン及び電力潮流の調節値に基づいて、ルックアップテーブルから自動的に判断されることを特徴とする請求項１９に記載のコンピュータ可読媒体。
22. 定格容量で作動する電力潮流制御装置を使用して送電線内の電力潮流を制御するためのシステムであって、
    送電線に結合された電力潮流制御装置が定格容量で作動しているかを判断するための手段と、
    定格容量で作動している前記電力潮流制御装置に応答して循環電力要求を判断するための手段と、
    前記送電線内の電力潮流を制御するために前記循環電力要求に基づいて前記電力潮流制御装置を設定するための手段と、を含み、
    電力潮流制御装置は、少なくとも２つの接続された電源コンバータの間での電力循環設定値制御を含むように設定するようにされていることを特徴とするシステム。

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