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1. JP1999510360 - 電力線内の振動を減衰させるための調整装置の制御装置

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Title of Invention 電力線内の振動を減衰させるための調整装置の制御装置 SE 9600172-2 19960118 20050907 7 G05F 1/70 H02J 3/18 H02J 3/24 特開昭60−59923(JP,A) 特表平10−511839(JP,A) 特表平11−511946(JP,A) 特表2000−501276(JP,A) 欧州特許出願公開第442455(EP,A2) 米国特許第4434376(US,A) 米国特許第4724333(US,A) 米国特許第4999565(US,A) 米国特許第5032738(US,A) 米国特許第5198746(US,A) 米国特許第5291120(US,A) 米国特許第5329222(US,A) 米国特許第5343139(US,A) 米国特許第5367197(US,A) A.Olwegard, K.Walve, G.Waglund, H.Frank, S.Torseng, Improvement of Transmission Capacity by Thyristor Controlled Reactive Power, IEEE Transactions of Power Apparatus and Systems, 米国,IEEE, 1981年 8月,Vol.PAS-100, No.8, p.3930-3939 L.Angquist, B.Lundin, J.Samuelsson, Power oscillation damping using controllrd reactive power compensation - a comparison between series, IEEE Transactions on Power Systems, 米国,IEEE, 1993年 5月,Vol.8, No.2, p.687-700 M.Noroozian, G.Adersson, Damping of Power System Oscillations by use of Controllable Components, IEEE Transactions on Power Delivery, 米国,IEEE, 1994年10月,Vol.9, No.4, p.2046-2054 James F.Gronquist, William A.Sethares, Fernando L.Alvarado, Robert H.Lasseter, Power Oscillation Damping Control Strategies for FACTS Devicesusing Locally Measurable Quantities, IEEE Transactions on Power Systems, 米国,IEEE, 1995年 8月,Vol.10, No.3, p.1598-1605 SE1996001695 19961218 WO1997026696 19970724 1999510360 19990907 20031218 杉田 恵一  

Claims

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

Drawings

1   2   3   4   5   6A   6B   7   8   9A   9B   10    

Description

電力線内の振動を減衰させるための調整装置の制御装置

SE 9600172-2 19960118 20050907 7 G05F 1/70 H02J 3/18 H02J 3/24 patcit 1 : 特開昭60−59923(JP,A)
patcit 2 : 特表平10−511839(JP,A)
patcit 3 : 特表平11−511946(JP,A)
patcit 4 : 特表2000−501276(JP,A)
patcit 5 : 欧州特許出願公開第442455(EP,A2)
patcit 6 : 米国特許第4434376(US,A)
patcit 7 : 米国特許第4724333(US,A)
patcit 8 : 米国特許第4999565(US,A)
patcit 9 : 米国特許第5032738(US,A)
patcit 10 : 米国特許第5198746(US,A)
patcit 11 : 米国特許第5291120(US,A)
patcit 12 : 米国特許第5329222(US,A)
patcit 13 : 米国特許第5343139(US,A)
patcit 14 : 米国特許第5367197(US,A)
nplcit 1 : A.Olwegard, K.Walve, G.Waglund, H.Frank, S.Torseng, Improvement of Transmission Capacity by Thyristor Controlled Reactive Power, IEEE Transactions of Power Apparatus and Systems, 米国,IEEE, 1981年 8月,Vol.PAS-100, No.8, p.3930-3939
nplcit 2 : L.Angquist, B.Lundin, J.Samuelsson, Power oscillation damping using controllrd reactive power compensation - a comparison between series, IEEE Transactions on Power Systems, 米国,IEEE, 1993年 5月,Vol.8, No.2, p.687-700
nplcit 3 : M.Noroozian, G.Adersson, Damping of Power System Oscillations by use of Controllable Components, IEEE Transactions on Power Delivery, 米国,IEEE, 1994年10月,Vol.9, No.4, p.2046-2054
nplcit 4 : James F.Gronquist, William A.Sethares, Fernando L.Alvarado, Robert H.Lasseter, Power Oscillation Damping Control Strategies for FACTS Devicesusing Locally Measurable Quantities, IEEE Transactions on Power Systems, 米国,IEEE, 1995年 8月,Vol.10, No.3, p.1598-1605
SE1996001695 19961218 WO1997026696 19970724 1999510360 19990907 20031218 杉田 恵一
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技術分野
この発明は、交流電力網内の電力線の第1接続点と第2接続点の間に直列に接続する調整装置を制御する装置に関するもので、前記調整装置は、内部の電力振動を減衰させるために、与えられる制御命令に従って電力線内に電圧を直列に生成する。この装置は、制御命令を生成する制御部を制御装置内に備える。
背景技術
2つの節点を持ち、しばしば長い線で相互接続された電力線では、電力線で送られる電力は、各節点の電圧の間の位相角の差に従って変わる。この角差は、電圧網が平衡状態にあるときは一定であるが、電力線の一時的な故障や2つの節点の一方の電力条件の変化などの外乱が生じたときは、その後で新しい平衡状態を再び作らなければならない。1つの平衡状態から別の平衡状態への変化は、上述の角差が低周波数で過渡的に振動することにより起こり、これに対応して電力線で送られる電力は振動する。通常は、電力振動は減衰が弱く、その周波数は1Hz程度であって、電力線と電力網と、これに接続する回転機から成る電気機械システム内の動的特性により決まる。
電力網内の検出された電力振動を減衰させるため、種々の調整装置や制御法則が提案されている。電力線に直列に接続する調整装置の例としては、いわゆる統一電力潮流制御器(UPFC)、位相角調整器(PAR)、制御可能な、例えばサイリスタ接続の直列コンデンサ(CSC)などがある。電力線に並列に接続する調整装置としては、例えば無効電力の静的バール補償器(SVC)や、制御可能なコンバータを備える静的コンデンサ(STATCON)などがある。
上述の調整装置を少なくともいくつか備える電力網を示すのにFACTS(柔軟な交流伝送システム)という用語が一般に用いられている。


他の「サイリスタ制御の無効電力による伝送容量の改善」[IEEE Trans. on Power App. and Systems, Vol. PAS-100, No.8, August 1981, pp 3930-3939]は、並列および直列接続のサイリスタ接続のコンデンサバンクを用いて、電力線で接続する電力システム間の電力振動を減衰させる方法について述べている。直列接続のコンデンサバンクについて、電力線上の伝送された有効電力を検知して行う制御法則が提案されている。原理的に、この制御法則は、伝送電力の変化速度が正であって或レベルを超えたとき、全コンデンサバンクを電力線に接続することである。電力が最大値に達すると、コンデンサバンクの切替え部をバイパスし、電力が最小値に達すると、全コンデンサバンクを再び電力線に接続する。提案されたこの制御法則には欠点がある。すなわち、複数の電力線とサイリスタ接続の直列コンデンサを備えるシステムでは、これらは互いに干渉すると指摘されている。したがって、全ての直列コンデンサに共通の制御法則があるのが好ましいが、この制御法則を各直列コンデンサに適用することは、技術的に困難なので、これは実現できないと考えられる。
また並列の電力線により相互接続された2台の機械のシステムの研究から分かったことであるが、有効電力を制御法則の出発点とすることには欠点がある。
James F. Gronquist他の「局所的に測定可能な量を用いたFACTS装置用の電力振動減衰制御方式」[IEEE Trans. on Power App. and Systems, Vol. 10, No.3, August 1995, pp 1598-1605]は、電力網内および相互間の電力振動を減衰させるため、エネルギー関数を用いてサイリスタ制御の直列コンデンサ(TCSC)、無効電力の静的補償器(SVC)、静的コンデンサ(STATCON)、サイリスタ制御の移相変圧器(TCPS)用の制御法則を得ることを述べている。電力線に直列に接続された、いわゆる統一電力潮流制御器(UPFC)については述べられていないし、また時間に関するエネルギー関数の誘導から得られる制御法則についての記述は抽象的である。


他の「制御された無効電力補償を用いた電力振動の減衰−直列方式と並列方式の比較[Trans. on Power App. and Systems, Vol.8, No.2, May 1993, pp 687-700]は、上に述べた種類の電力振動の減衰を扱っており、無効電力については制御された直列コンデンサ(CSC)の方が静的な並列接続の補償器より減衰効果が大きいことを示している。特に2台の機械のシステムでは、電力振動により2台の機械の角差に正弦的偏差を生じ、これがその定常値より大きいことが分かった。制御法則に関しては、角差の変化の速度に関して逆符号の追加のトルクを生成するような有効電力を調整装置から供給することが、一般的な表現で述べられている。シミュレーションを行った例では、これらの場合の角は、機械の回転の機械的角を意味する。すなわち、この場合は、角差の変化速度は、2台の機械の速度差と同じである。速度差の測定に基づくこの制御法則を3台以上の機械を有する電力網に単純に拡張することはできない。
M. Noroozian他の「制御素子を用いた電力システム振動の減衰」[IEEE Trans. on Power Delivery. Vol.9, No.4, October 1994, pp 2046-2054]は、電力システムの線形モデルに基づく電力振動の減衰について述べており、無効電力については、制御された直列コンデンサ(CSC)の方が静的な並列接続の補償器より減衰効果が大きく、同じ減衰特性を得るには制御された直列コンデンサの寸法をいわゆる位相角調整器(PAR)に比べて低い電力用にした方がよいことを示している。
したがって、電力線に直列に調整装置を接続して、上述の電力振動を迅速にかつ優れた費用効果で減衰させる具体的で適切な制御法則を得る必要がある。
発明の概要
この発明の目的は、電力網内の電力振動を迅速かつ優れた費用効果で減衰させる、この明細書の導入部に述べたような装置を得ることである。
この発明の制御法則は、調整装置で検知された電力網内の量に基づいている。
この発明の装置の特徴は、添付の特許請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
この発明について、以下の図面を参照して、いくつかの実施の形態について詳細に説明する。
図1は、この発明の調整装置を備える電力網の単線図を示す。
図2は、図1の電力網内のいくつかの異なる電力量の間の関係をベクトル図の形で示す。
図3は、図1の電力網の1つのモデルを示す。
図4は、図1の調整装置の第1の実施の形態を単線図で示す。
図5は、図1の調整装置の第2の実施の形態を単線図で示す。
図6Aは、図1の調整装置の第3の実施の形態を単線図で示す。
図6Bは、図1の調整装置の第4の実施の形態を単線図で示す。
図7は、図4の調整装置の或実施の形態における調整装置の或実施の形態を流れ図の形で示す。
図8は、図5の調整装置の或実施の形態における調整装置の或実施の形態を流れ図の形で示す。
図9Aは、図6Aの調整装置の或実施の形態における調整装置の或実施の形態を流れ図の形で示す。
図9Bは、図6Bの調整装置の或実施の形態における調整装置の或実施の形態を流れ図の形で示す。
図10は、図1のこの発明の或実施の形態における電力網内の量を検知する一例を示す。
好ましい実施の形態の説明
以下の説明では、複素量(ベクトル量)は、記号の上に短線を付けて示し、対応する量の大きさ(振幅)は、記号の上に短線を付けずに示す。例えば、振幅と位相角を含めた電圧は、


で示し、対応する電圧の大きさは、V iで示す。
図1は、角周波数ωの三相交流電圧の電力網の一部を示す。電力網内の第1節点N1と第2節点N2の間を電力線Lで接続する。第1接続点N iと第2接続点N jの間の電力線L内に調整装置FDV(いくつかの実施の形態を後で説明する)を直列に接続する。第1節点と第1接続点の間の電力線のインピーダンスをインピーダンス素子XL1で示し、第2節点と第2接続点の間の電力線のインピーダンスをインピーダンス素子XL2で示す。調整装置は、電力線上の接続点JPで電力線Lに並列に接続する電流発生器CGと、電力線の第1接続点N iと第2接続点N jの間に接続する制御可能な電圧発生器VGを備える。電流発生器には電流


が流れる。電圧発生器は、電圧


を生成し、この電圧は、電力線内に直列に発生する。電力発生器のインピーダンスを


で示し、図にインピーダンス素子Xsで示す。
節点N1では電流


が電力線に流れ込み、節点N2では電流


が電力線に流れ込む。第1節点N1での電圧を


その振幅をV 1、その位相角をθ 1で示す。第2節点での電圧V 2の振幅を


位相角をθ 2で示す。第1接続点と第2接続点での電圧


については、それぞれV i、θ i、V j、θ jで示す。電圧発生器とインピーダンス素子Xsの間の電力線上の点での電力を


で示す。
制御装置CEは、制御命令SOを生成する制御部CTRLを備える。制御命令を電圧発生器に与えて電圧


を制御する。更に制御装置は、入力部INPを備える。入力部INPには電力網内で検知された量の測定値Ynが与えられる。この測定値については後で詳細に説明する。測定値は、図に示していない測定装置により、それ自体知られている或方法で作られる。制御部は、電力網で直接検知され、または計算された、入力部から与えられる量に従って制御命令を生成する。
図2は、電圧


と電流


のベクトル図を示す。電圧


は、電圧


と角γを形成し、電流


と角βを形成する。電圧


は、電圧


と角Φを形成する。
図1に示す電力網の一部は、図3のモデルに対応する。図3では、図1の電流発生器CGと電圧発生器VGは、それぞれ接続点N iに供給される制御可能な皮相電力S si=P si+jQ siと、接続点N jに供給される制御可能な皮相電力S sj=P sj+jQ sjに置き換えられている。P siとP sjは、ここでは、それぞれ各接続点での有効電力を、Q siとQ sjは、それぞれの無効電力を表す。後で示すように、これらの電力は、電圧


とインピーダンス


と角γの関数で表してよく、これらの関数は、調整装置を実現する実施の形態に従って異なる形を有する。
この発明の第1の実施の形態では、調整装置は、それ自体知られている、いわゆる統一電力潮流制御器(UPFC)を備えており、その1つの実施の形態を図4に示す。図1の電流発生器CGは、変圧器T1に対応する。その一次巻線PW1は、接続点JPで電力線Lに並列に接続し、その二次巻線SW1は、変換器CONV1の交流端子に接続する。電圧発生器VGは、変圧器T2に対応する。その一次巻線PW2は、変換器CONV2の交流端子に接続し、その二次巻線SW2は、接続点N iとN jの間に電力線に直列に接続する。変換器は、それ自体知られている設計であり、自己整流式電圧源型である。変換器CONV1の直流端子は、コンデンサDCLCを備える直流電圧中間リンクDCLを経て変換器CONV2の対応する直流端子に接続する。変換器CONV2の出力電圧の大きさと位相は電圧


に対して、それ自体知られている或方法(例えばパルス幅変調)で、制御命令SO(図1を参照して説明した方法で生成する。これについては後で更に説明する)に従って制御する。変換器CONV1は、それ自体知られている或方法で制御され、変換器CONV2が消費する有効電力に等しい有効電力を直流電圧中間リンクに(そして変圧器T2に)送る。この発明の目的では、その無効電力を制御してゼロの値にしてよい。変換器CONV2の出力電圧は、変圧器T2を経て電力線Lに電圧


として与えられる。
この発明の第1の実施の形態では、電力P si、P sj、Q si、Q sjに関するそれ自体知られている次式が得られる。


ただし、b sは電圧発生器のサセプタンス、すなわち
s=1/X s (2a)
である。rは、第1接続点の電圧に対する電圧


の振幅を示し、


の振幅の絶対値と


の振幅の絶対値の比で表す。すなわち、
r=V s/V i (2b)
調整装置に含まれる素子の寸法を選んで、相対的振幅rを第1上限値r max(一般に0.1の大きさ)に制限する。電圧


の電圧の第1上限値V smaxは、値r maxに対応する。したがって、


の振幅は、第1上限値V smaxに対して制御することができる。
この発明の第2の実施の形態では、調整装置は、それ自体知られている、いわゆる位相角調整器(PAR)を備えており、その1つの実施の形態を図5に示す。図1の電流発生器CGは、電圧変圧器T3に対応する。その一次巻線PW3は、接続点JPで電力線Lに並列に接続し、その二次巻線SW3は、図に矢印で示しているだけの制御可能なタップ点TP3を備え、切替え部SWNに接続する。電圧発生器VGは、変圧器T4に対応し、その二次巻線SW2は、接続点N iとN jの間に電力線Lに直列に接続する。切替え部SWNは、それ自体知られている方法で、制御命令SO(図1を参照して説明した方法で生成する。これについては後で更に説明する)に従って変圧器T3の二次電圧を変圧器T4の一次巻線PW4に接続し、変圧器T3とT4を通して交流網の1つの相の線間電圧の一部を交流網の別の相の電圧


として電力線Lに与える。制御命令SOは、また、それ自体知られている或方法で、二次巻線SW3からの可変二次電圧をタップするタップ点に影響を与える。このように電圧


の大きさは、制御命令に従って第1接続点の電圧


に対して制御され、またその位相角γは、この電圧に対して制御されて値+−π/2のどちらかを取る(図2)。
この発明の第2の実施の形態では、それ自体知られている電力P si、P sj、Q si、Q sjに関する次式が得られる。


この発明の第3の実施の形態では、調整装置は、それ自体知られている制御可能な直列コンデンサCSCを備えており、その1つの実施の形態を図6Aに示す。この実施の形態では、図1の電流発生器CGは、無限インピーダンス(すなわち電流


がゼロ)に対応し、電圧発生器VGは、直列コンデンサ装置CSCに対応して電力線L内で直列に電圧


を生成する。ただし


は、電力線を流れる電流であり、


は、直列コンデンサ装置のインピーダンスである。
直列コンデンサ装置は、多数の相互に直列に接続されたコンデンサC1、C2、C3を備え、これらは全て電力線Lの接続点N iとN jの間に接続する。各コンデンサC1、C2、C3に並列に切替え部SW1、SW2、SW3がそれ自体知られている方法でそれぞれ接続し、各切替え部は、逆並列接続の2個のトランジスタを備える。
コンデンサ装置のインピーダンスの大きさX cは、それ自体知られている方法で最小値X cminc=0と最大値X cmaxc=K c *X FCの間に制御される。ただし、X FCは、選択されたインピーダンス値であって、例えば電力線CFに永久に接続されている直列コンデンサCF(図に示していない)のインピーダンスに対応する。制御は、制御命令SO(図1を参照して説明した方法で生成する。これについては後で更に説明する)に従って行い、切替え部の制御回路(図に示していない)に点火命令を与える。また係数K cは、比例係数であって、増幅係数と見なしてよい。X cmincは、全てのコンデンサをバイパスしたときの値であり、X cmaxcは、全てのコンデンサを電力線に接続したときの値である。
電力線L内の電圧


の大きさは、所定の電流


においてコンデンサC1、C2、C3を接続および切断することにより制御することができる。この接続と切断は、制御命令SOに従って行う。したがって、所定の電流


において、その相対的振幅rは、r=I ij*X c/V iであり、また所定の電流において、その上限値は、r maxc=I ij*K c *X FC/V iである。また、この実施の形態では、所定の電流において相対的振幅rの自然下限値は、r minc=0である。これは全てのコンデンサC1−C3をバイパスした状態に対応する。電圧


は、電流


と角β=−π/2を形成する(図2)。したがって電圧


は、所定の電流


において第1制御値を取り、その位相角βは、電流に対して値−π/2であり、その振幅V sは、第1上限値V smaxc=I ij*K c *X FCに対して制御可能である。電圧の第1上限値V smaxcは、容量性インピーダンスの第1上限値X cmaxc=K c *X FCに対応し、調整装置のインピーダンスX cは、第1上限値X cmaxcに対して制御可能である。
この発明の第3の実施の形態では、電力P si、P sj、Q si、Q sjに関するそれ自体知られている次式が得られる。


ただし、K CSは、比例係数(K CS=X c/X s)、X cは、直列コンデンサ装置のインピーダンスである。この場合のインピーダンスX Sは、直列コンデンサ装置のインピーダンスと、接続点N iとコンデンサC1の間と、コンデンサC3と接続点N jの間のインピーダンスから成る。
この発明の第4の実施の形態では、図6Aの調整装置の代わりに、図6Bに示すそれ自体知られている連続制御の直列コンデンサ装置を用いる。この図には、図6Aの調整装置と同様に電力線に接続する調整装置だけを示す。コンデンサC4は、サイリスタ切替え装置TSWとリアクタTCLの直列接続に対して並列に接続する。サイリスタ切替え装置は、逆並列接続の2個のサイリスタを備え、サイリスタ切替え装置の位相角制御により調整装置のインピーダンス(したがって接続点N iとN jの間の電圧V s)は、連続的に制御され、また電流


との角は、β>0(調整装置のインピーダンスが誘導性であることに対応する)になる。この実施の形態では、X cは、コンデンサC4とリアクタTCLの並列接続のインピーダンスを示す。ここで、リアクタで表されるインピーダンスは、サイリスタ切替え装置TSWの制御角の関数である。調整装置のインピーダンスが容量性(β>0)の場合は、図6Aを参照して説明したように電圧


の相対的振幅は、r=I ij*X c/V iで、また、その上限値は、所定の電流においてr maxc=I ij*K c *X FC/V iで表すことができる。調整装置のインピーダンスが誘導性(β>0)の場合は、電圧


の相対的振幅は、同様にr=I ij*X c/V iで、また、その上限値は、所定の電流においてr maxi=I ij*K i *X FC/V iで表すことができる。ただし、係数K iは、比例係数で、これは増幅係数と見なしてよい。係数K iは、係数K cと等しくてよいが、これは必ずしも必要ではない。この場合も下限値r mincとr miniをそれぞれ電圧


に適用して、調整装置の容量性インピーダンスと誘導性のインピーダンスが、それぞれ有限値r minc=I ij*m c *K c *X FC/V iとr mini=I ij*m i *K i *X FC/V iより低くなってはならないという状態に対応させてよい。ただしm cとm iは、1より小さい係数である。
したがって、所定の電流


において電圧


は、第1制御値(その位相角βの値は、この電流に対して−π/2であり、その振幅V sは、第1上限値V smaxc=I ij*K c *X FCに対して制御可能である)と第2制御値(その位相角βの値は、この電流に対してπ/2であり、その振幅V sは、第2上限値V smaxi=I ij*K i *X FCに対して制御可能である)を取る。電圧の第1上限値V smaxcは、容量性インピーダンスの第1上限値X cmaxc(X cmaxc=K c *X FC)に対応し、電圧の第2上限値V smaxiは、誘導性のインピーダンスの第2上限値X cmaxi(X cmaxi=K i *X FC)に対応し、調整装置のインピーダンスX cは、インピーダンスの第1および第2上限値に対して制御可能である。
それ自体知られている方法において、電気機械システムの全エネルギーδは、一般的に運動エネルギーと位置エネルギーの和で表すことができる。このシステムで電力振動が起こった場合は、これらの全ての振動を減衰させる基準として、対象とするシステムの全エネルギーが減衰過程で減少する。すなわち、エネルギーの変化の速度d(δ)/dtがd(δ)/dt<0という条件を満たすと更に仮定する。
ここで、図3を参照して説明したモデルに基づいて、調整装置がシステムに加える無効電力の半分をシステムの位置エネルギーの表現に加えることにより調整装置からの貢献を考慮するとよいことが分かっている。このようにして、電力線内の調整装置の接続点における電力網内の量に基づいて、上述の調整装置の実施の形態のシステムの電力振動を減衰させる簡単で不変の制御法則が得られる。
これらの実施の形態のエネルギーの変化速度は、供給された皮相電力S siとS sjの上記から得られた表現に基づいて計算される。計算の結果全ての場合において、全エネルギーの変化速度の表現は、


の形の項を含む。すなわち、d(δ)/dtは、この項と、この発明の実施の形態に従ってP sjとQ sjの表現に含まれる他の変数との関数Fである。すなわち、


電力システムのシミュレーションと上に述べた調整装置の実施の形態により、項


は、エネルギーの変化速度の表現に最も大きな影響を持つことが分かる。したがって、この説明の導入部に並べた種類の調整装置を制御して、条件


が満たされるようにするとよい。
物理的には、この条件は、制御命令に従って調整装置が電力線内に或電圧を生成して、電力システム内の電力振動に関連する電力線内の有効電力の変化に対抗する有効電力を与えることを意味する。
上述の調整装置の実施の形態において電力P sjの上述の表現を用いて、またd(δ)/dtの絶対値が最大になるようにして、これらの制御パラメータr、γ、K CS、βの値を計算すると、次の制御法則が得られる。この発明の第1の実施の形態において調整装置が統一電力潮流制御器を備えるとき、次の制御法則が定式化される。


これは、電力


の大きさを制御命令SOにより制御して上限値にし、また第1接続点の電圧


に対する角を制御して、角π/2または角−π/2と、第1接続点の電圧と第2接続点の電圧に対する、それぞれの位相角の差(θ i−θ j)とで形成することを意味する。
この発明の第2の実施の形態において調整装置が位相角制御器(PAR)を備えるとき、次の制御法則が定式化される。


これは、電力


の大きさを制御命令SOにより制御して上限値にし、また第1接続点の電圧


に対する角を制御して、電圧


に対して角π/2または角−π/2を形成することを意味する。
この発明の第3の実施の形態において、調整装置が図6Aに示す制御可能な直列コンデンサCSCを備えるとき、次の制御法則が定式化される。


上の関係と定義から、この制御法則は、所定の電流


と所定の電圧


において、次のように定式化される。


これは、直列コンデンサ装置を制御命令SOにより制御して電力線と完全に接続するか、または完全に切り離すことと、コンデンサを通る電流


と常に角β=−π/2を作る接続点の間の電圧


(図2)が下限値と上限値の間で変化することを意味する。ただし、上の説明から下限値は、ゼロであり、上限値は、


である。
この発明の第4の実施の形態において、調整装置が図6Bに示す制御された直列コンデンサCSCを備えるとき、同様にして、次の制御法則が定式化される。


これは、直列コンデンサ装置は、制御命令SOとサイリスタ切替え装置の位相角制御により、容量性の選択された最大インピーダンス値または誘導性の選択された最大インピーダンス値を示すことを意味する。接続点N iとN jの間の電圧


は、制御命令SOにより、その第1上限値または第2上限値に等しい大きさを取り、また電流


とそれぞれ角−π/2または角π/2を形成する。
図6Aの第3の実施の形態では、係数K cは離散値であってよいが、図6Bの第4の実施の形態では、係数K cとK iは調整装置に含まれる素子のインピーダンスの値によって決まる区間内で連続値を取ってよい。
上述の全ての実施の形態において、制御命令は、第1接続点の電圧の位相角と第2接続点の電圧の位相角の差(θ i−θ j)の関数の変化速度に従って形成される。この関数は、1(式6a、6b)か、正弦関数(式7a、7b)か、余弦関数(式8a、8b、9a、9b)である。
また式6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9bに従う制御法則を安定基準により修正するとよいことが分かった。つまり、第1接続点の電圧の位相角と第2接続点の電圧の位相角の差(θ i−θ j)の変化速度


の絶対値が減少するに従って、電圧


の振幅を減少させ、更に、選択された変化速度の限界値(D)をこの絶対値が超える


場合だけ調整装置から介入する。この場合は制御命令を修正して、調整装置は、その上限値と差(θ i−θ j)の変化速度の絶対値の積に従って形成される振幅を持つ電圧を生成する。
この発明の第1の実施の形態において、調整装置が統一電力潮流調整器(UPFC)を備えるとき、次の制御法則を定式化することができる。すなわち、


ただし、TDは値1と、差(θ i−θ j)の変化速度の絶対値の値の大きい方の値


を取る。
この発明の第2の実施の形態において、調整装置が位相角調整器(PAR)を備えるとき、次の制御法則が定式化される。


ただし、TDは上記と同様に定義される。
この発明の第3の実施の形態において、調整装置が図6Aの実施の形態の直列コンデンサ装置を備えるとき、次の制御法則が定式化される。


ただし、TDは上記と同様に定義される。
この発明の第4の実施の形態において、図6Bのコンデンサ装置を備えるとき、次の制御法則が定式化される。


ただし、TDは上記と同様に定義される。
図7は、調整装置が統一電力潮流調整器(UPFC)を備えるときの、この発明の第1の実施の形態の式6Aと6Bの制御法則を実現する流れ図を示す。
以下に示す図7、図8、図9A、図9Bでは、電力網で発生する量を表すのにθ i、θ j、γ、r、X c、X FCなどを用いる。更に、制御命令SOは、電力網に関する量で表す。しかし制御装置CEは、もちろん、これらの量に対応する測定値と信号で動作する。また表現を簡単にするために、これらの図では対応する量と同じ記号で、これらの測定値と信号を示している。
制御装置CEは、入力部INPを備え、電力網内で検知された量の測定値Ynに従って、それ自体知られている或方法により、位相偏差(θ i−θ j)、すなわち第1節点の電圧


の位相角と第2節点の電圧


の位相角との差(θ i−θ j)と、この位相偏差の変化速度


と、この変化速度の絶対値


を計算する。制御部CTRLにおいて変化速度の絶対値と、選択された変化速度限界値Dとを比較し、変化速度の絶対値がこの変化速度限界値以下の場合は、制御命令を変えない。しかし、変化速度の絶対値がこの変化速度限界値より大きい場合は、制御部は、変化速度の符号をチェックする。この場合は、図のスイッチS1は閉じて、符号を決定するために、この変化速度を2個の比較回路に与える。変化速度がゼロより大きい場合は、1つの制御命令SOが生成される。これにより、それ自体知られている或方法で調整装置(この実施の形態では変圧器T2を経た変換器CONV2(図4))は、相対的振幅r=TD*r maxと、電圧


との角γ=π/2−(θ i−θ j)とを持つ、


を電力線L内に生成する。振幅rは、相対的振幅の上限値r maxと位相偏差の変化速度の絶対値との積で決まる。この図で相対的振幅rを作るには、値1に制限される制限回路内で作られる変化速度の絶対値を値TDの形で乗算器M1に与えて、同じく、この乗算器に与えられるr maxの値に乗算する。変化速度がゼロより小さい場合は、別の制御命SOにより調整装置は、相対的振幅r=TD*r maxと、電圧


との角γ=−π/2−(θ i−θ j)とを持つ


を電力線内に生成する。
スイッチS2は、図の位置では振幅が制限された変化速度の絶対値を乗算器M1に接続するが、逆の位置では値1を接続する。これは安定基準を考慮せずに制御法則を生成する場合であって、相対的振幅は、常に値r maxが与えられる。
図8は、調整装置が位相角調整器(PAR)を備えるときの、この発明の第2の実施の形態の式7A、7Bに従う制御法則を実現する流れ図を示す。この実施の形態では、制御装置と、この制御装置が動作する流れ図は、図7を参照して説明したものと同様である。しかし、この実施の形態の入力部INPは、測定値Ynに従って、それ自体知られている或方法で位相偏差と位相偏差の変化速度の絶対値に加えて、位相偏差の正弦関数sin(θ i−θ j)と、この正弦関数の変化速度


も得る。位相偏差の変化速度の絶対値が変化速度の限界値Dより大きい場合は、位相偏差の正弦関数の変化速度の符号に従って制御命令を作る。更に、変圧器T4(図5)を経て電力線L内で生成され、相対的振幅r=TD*r maxを有する電圧


をその位相角に関して制御して、


に対して角γ=π/2またはγ=−π/2にする。
図9Aは、調整装置が図6Aの実施の形態の直列コンデンサ装置を備えるときの、この発明の第3の実施の形態の式8A、8Bに従う制御法則を実現するを流れ図を示す。この実施の形態では、制御装置とこの制御装置が動作する流れ図は、図8を参照して説明したものと同様である。しかし、異なるところは、位相偏差の正弦関数ではなく、余弦関数cosine(θ i−θ j)と、その変化速度を用いることである。この場合は、そのインピーダンスX cに影響を与えることにより調整装置を制御することができるので、図では生成する制御命令は、このインピーダンスの或値X cを得る命令として示している。位相偏差の変化速度の絶対値が変化速度限界値D以下の場合は、調整装置のインピーダンスを最小値(この場合はゼロ)に設定する。位相偏差の変化速度の絶対値が変化速度限界値Dより大きい場合は、位相偏差の余弦関数の変化速度の符号に従って、調整装置のインピーダンスを最小値ゼロか、または値X c=TD*K c *X FCに設定する。ただし、増幅係数K cは、図7、図8の値r maxを持つアナログ関数を有する。電力振動の小さい振幅での係数TDが1より小さい値を取るときは、つまり位相偏差の余弦関数の変化速度がゼロより小さい場合は、調整装置の制御可能な部分の一部だけを電力線に接続する。この実施の形態では、制御部は、配電ユニットDISTを備え、それ自体知られている方法で、またインピーダンスX cの所要の値に従って、制御命令SOを修正して離散的制御命令SO’を用いる。これは切替え部SW1、SW2、SW3に影響を与えて所要の値X cに最も近いインターフェース値になるようにコンデンサC1−C3の組合わせを接続し、調整装置が表すインピーダンスと制御装置が要求するインピーダンスの値との差を最小にする。図に、これをステップ関数として関係SO−SO’で示す。
図9Bは、調整装置が図6Bの直列コンデンサ装置を備えるときの、この発明の第4の実施の形態の式9A、9Bに従う制御法則を実現する流れ図を示す。この実施の形態では、制御装置とこの装置が動作する流れ図は、図9Aを参照して説明したものと同様である。しかし、異なるところは、位相偏差の変化速度の絶対値が変化速度限界値Dより大きい場合は、調整装置のインピーダンスを位相偏差の余弦関数の変化速度の符号に従って、角β=−π/2を持つ値X c=TD*K c *X FCまたは角β=p/2を持つ値X c=TD*K i *X FCに設定する。積TD*K cは、乗算器M1で作り、積TD*K iは、乗算器M2で作る。この場合、配電ユニットDIST内の関係SO−SO’は、正または負の値を取る直線関数で示される。これは、調整装置が電力線内で生成する電圧の位相位置が−π/2からπ/2の値の間で変わってよいことを示す。
電力網内で検知された量Yn(その測定値は制御装置内の入力部INPに入る)は、例えば電力値や、電流および電圧値や、位相角θ iとθ jの直接の測定値でよく、入力部は当業者に知られている或方法で、これらの量および既知の網データに従って、第1および第2接続点での


の間の所望の位相偏差(θ i−θ j)と、位相偏差の変化速度


およびこの変化速度の絶対値を計算する。
図10は、電圧および有効電力の測定値から位相偏差を作る方法の例を示す。この図は、図1と同じであるが、異なるところは、図10では第1節点N1から第1接続点N iに向けて流れる有効電力P ijと、接続点JPから電流発生器CGを通って流れる有効電力P siと、接続点JPから電圧発生器VGを通って第2接続点N jに向かって流れる有効電力P iを示していることである。
次の式が成り立つ。 P ij=P si+P i (10a)
この発明の第1および第2の実施の形態では、式1aと、電気工学で一般に知られている表現から、次の式が得られる。
P ij=rb sV iV jsin(θ i−θ j+γ)+b sV iV jsin(θ i−θ j) (10b)
電力網内で検知される量Ynは、この場合は第1接続点での有効電力P ijと、第1および第2接続点でのそれぞれの電圧V iとV jである。量rとγは、制御命令の最新の値から得られ、量b sは、調整装置の製造データから得られる。したがって入力部INPは、それ自体知られている或方法で、式10bから差(θ i−θ j)を計算することができる。
この発明の第3および第4の実施の形態では、次式が適用される。すなわち、P si=0および
P ij=V iV jsin(θ i−θ j)/(X c−X s) (10c)
この場合、電力網内で検知される量Ynは、この発明の第1および第2の実施の形態と同じである。量X cは、制御命令の最新の値から得られ、量X s=1/b sは、調整装置の製造データまたは測定データから得られる。
この発明は、ここに示した実施の形態に限られるものではなく、この発明の概念の範囲内でいろいろの修正を行うことができる。例えば、入力部と制御部は、この特定の目的に従ってハード配線を行ったアナログまたはディジタル回路で全面的にまたは部分的に設計してよく、または図7−図9に示す原理に従ってプログラムされたマイクロプロセッサで設計してよい。またこれに関して、もちろん入力ユニットと制御部を全面的にまたは部分的に統合してよい。
特に、この発明の第1の実施の形態では、電流発生器CGを制御して、無効電力の静的な補償設備(SVC)に対応する方法で、変換器CONV1が接続点JPの電圧に影響を与えるようにしてよい。
調整装置の介入の方法として、特に、この発明の第2の実施の形態では、相対振幅rを電圧


と電圧


が作る角Φ(図2)で置き換えてよい。
図6Aを参照して説明した第3の実施の形態において、もちろん直列コンデンサ装置は、より少数の、またはより多数のコンデンサC1、C2、C3、C4、...と、関連する切替え部SW1、SW2、SW3、SW4、...を備えてよい。
また調整装置は、電力網の節点の1つ(例えば第1節点)に、またはその近くに設けてよい。この場合は、この節点とこの節点に面する第1接続点の間のインピーダンスは低い、または無視できる。実用上の観点から、場合によっては接続点の電圧の位相角の差(θ i−θ j)を第1節点と第2接続点の電圧の位相角の差(θ i−θ j)で置き換えてよい。
この発明の制御法則は、電力網内で検知された、調整装置で現在、発生している局所値に基づいている。このようにして、また制御法則を電力線内で直列に接続された調整装置の各部に適用することにより、上に述べたような電力振動を迅速にかつ優れた費用効果で減衰させることができる。

Claims

[1]
交流電力網内の電力線(L)の第1接続点(N i)と第2接続点(N j)の間に直列に接続する調整装置(FDV)を制御する装置であって、前記調整装置は、前記電力線内の電力振動を減衰させるために、与えられる制御命令(SO、SO’)の従って電圧


を電力線(L)内に直列に生成し、その特徴は、前記電力網内で検知された量(Yn)に従って、第1接続点の電圧


の位相角(θ i)と第2接続点の電圧


の位相角(θ j)との差(θ i−θ j)として位相偏差(θ i−θ j)を作り、また前記位相偏差の関数の変化速度に従って制御命令を作り、これにより前記調整装置は、電力線内に電圧を生成して、電力線内の電力振動に関連する有効電力の変化に対抗する有効量を与えるようにする制御装置を備える調整装置を制御する装置。
[2]
前記調整装置が生成する前記電圧は、第1上限値(V smax)に関して振幅を、また前記第1接続点の電圧に関して、その位相角(γ)を制御することができ、その特徴は、前記位相偏差の変化速度


の絶対値が、選択された変化速度の限度値(D)を超える場合は、前記制御装置は制御命令を作り、これにより前記調整装置は、前記第1上限値に従って作られる振幅と、前記位相偏差の変化速度がゼロより小さいときは、−π/2と前記位相偏差との差に等しくまた前記位相差板偏差の変化速度がゼロより大きいときは、π/2と前記位相偏差の差に等しい位相角(γ)とを持つ電圧を生成することである請求項1記載の調整装置を制御する装置。
[3]
前記調整装置が生成する電圧は、第1上限値(V smax)に関して振幅を制御することができ、また前記第1接続点の電圧に関するその位相角(γ)は、値−π/2とπ/2を取り、その特徴は、前記位相偏差の変化速度


の絶対値が、選択された変化限度値(D)を超える場合は、前記制御装置は、制御命令を作り、これにより前記調整装置は、前記第1上限値に従って作られる振幅と、前記位相偏差の正弦関数の変化速度


がゼロより小さいときは、−π/2に等しく、また前記位相偏差の正弦関数の変化速度がゼロより大きいときは、π/2に等しい位相角(γ)とを持つ電圧を生成する請求項1記載の調整装置を制御する装置。
[4]
前記制御装置は、制御命令を作り、これにより前記調整装置は、その振幅が前記第1上限値と前記位相偏差の変化速度の絶対値との積に従って作られる電圧を生成することを特徴とする請求項2−3のいずれかに記載の調整装置を制御する装置。
[5]
前記制御装置は、制御命令を作り、これにより前記調整装置は、前記第1上限値に等しい振幅を持つ電圧を生成することを特徴とする請求項2−3のいずれかに記載の調整装置を制御する装置。
[6]
前記第1接続点で電力線(L)を流れる所定の電流


で前記調整装置が生成する電圧は、その位相角(β)が前記電流に対して−π/2の値を持つ第1制御値と、その位相角(β)が前記電流に対してπ/2の値を持つ第2制御値を取り、その振幅は、第1上限値(V smaxc)と第2上限値(V smaxi)に関してそれぞれ制御可能であり、その特徴は、前記位相偏差の変化速度


の絶対値が、選択された変化限度値(D)を超える場合は、前記制御装置は、制御命令を作り、これにより前記調整装置は、前記位相偏差の余弦関数の変化速度


がゼロより小さいときは、前記第1上限値に従って作られる振幅を持つ第1制御値に等しい電圧を、また前記位相偏差の余弦関数の変化速度がゼロより大きいときは、前記第2制限値に従って作られる振幅を持つ第2制御値に等しい電圧を生成することである請求項1に記載の調整装置を制御する装置。
[7]
前記第1制御値の振幅は、前記第1上限値と前記位相偏差の変化速度の絶対値との積に従って作り、前記第2制御値の振幅は、前記第2上限値と前記位相偏差の変化速度の絶対値との積に従って作ることを特徴とする請求項6記載の調整装置を制御する装置。
[8]
前記第1上限値は、前記電流と選択されたリアクタンス値(X FC)と第1増幅係数(K c)の関数であり、前記第2上限値は、前記電流と前記選択されたリアクタンス値と第2増幅係数(K i)の関数であることを特徴とする請求項6−7記載の調整装置を制御する装置。
[9]
前記制御装置は、前記第2制御値の振幅をゼロにする制御命令を作ることを特徴とする請求項6−8記載の調整装置を制御する装置。
[10]
交流電力網内の電力線(L)の第1接続点(N i)と第2接続点(N j)の間に直列に接続する調整装置(FDV)のインピーダンスを変えることにより前記電力線内の電力振動を減衰させるために前記調整装置を制御する装置であって、前記調整装置は、直列コンデンサ(C4)と、これに並列に接続するリアクタ(TCL)とサイリスタ切替え装置(TSW)の直列接続とを備え、これに与えられる制御命令(SO、SO’)に従って、リアクタの位相角制御を行うことにより、前記調整装置のインピーダンス(X c)は、容量性の第1上限値(X cmaxc)と誘導性の第2上限値(X cmaxi)に関して制御可能であり、その特徴は、前記電力網内で検知された量(Yn)に従って、第1接続点の電圧


の位相角(θ i)と第2接続点の電圧


の位相角(θ j)との差(θ i−θ j)として位相偏差(θ i−θ j)を作り、また前記位相偏差の変化速度


の絶対値が、選択された変化限度値(D)を超える場合は、制御命令を作り、これにより前記調整装置は、前記位相偏差の余弦関数の変化速度


がゼロより小さいときは、前記第1上限値に従って作られる容量性のインピーダンスを示し、また前記位相偏差の余弦関数の変化速度がゼロより大きいときは、前記第2上限値に従って作られる誘導性のインピーダンスを示す制御装置(CE)を備える調整装置を制御する装置。
[11]
前記制御装置により前記調整装置は、前記第1上限値と前記位相偏差の変化速度の絶対値との積に従って作られる容量性のインピーダンスと、前記上限値と前記位相偏差の変化速度の絶対値との積に従って作られる誘導性のインピーダンスをそれぞれ示すことを特徴とする請求項10記載の調整装置を制御する装置。
[12]
前記第1上限値は、選択されたリアクタンス値(X FC)と第1増幅係数(K c)との積であり、前記第2上限値は、前記選択されたリアクタンス値と第2増幅係数(K i)との積であることを特徴とする請求項10−11記載の調整装置を制御する装置。
[13]
交流電力網内の電力線(L)の第1接続点(N i)と第2接続点(N j)の間に直列に接続する調整装置(FDV)のインピーダンスを変えることにより前記電力線内の電力振動を減衰させるために前記調整装置を制御する装置であって、前記調整装置は、それぞれ切替え部(SW1、SW2、SW3、..)に並列に接続する多数の相互に直列に接続するコンデンサ(C1、C2、C3、..)を備え、与えられる制御命令(SO、SO’)に従って、前記切替え部により前記コンデンサを前記電力線に接続しまたバイパスすることにより、前記調整装置のインピーダンス(X c)は、選択されたリアクタンス値(X FC)と増幅係数(K c)との積である上限値(X cmaxc)と、ゼロに等しい下限値を取り、その特徴は、前記電力網内で検知された量(Yn)に従って、第1接続点の電圧


の位相角(θ i)と第2接続点の電圧


の位相角(θ j)との差(θ i−θ j)として位相偏差(θ i−θ j)を作り、また前記位相偏差の変化速度


の絶対値が、選択された変化限度値(D)を超える場合は、前記制御命令により前記調整装置は、前記位相偏差の余弦関数の変化速度


がゼロより小さいときは、前記第1上限値に従って作られるインピーダンスを示し、また前記位相偏差の余弦関数の変化速度がゼロより大きいときは、前記下限値に等しいインピーダンスを示すことである調整装置を制御する装置。
[14]
前記制御装置は、制御命令を作り、これにより前記調整装置は、前記上限値と前記位相偏差の変化速度の絶対値との積に従って作られるインピーダンスを示すことを特徴とする請求項13記載の調整装置を制御する装置。
[15]
前記制御装置により、前記調整装置が示すインピーダンスと、前記上限値と前記位相偏差の変化速度の絶対値との積に従って作られるインピーダンスとの差が最小になることを特徴とする請求項14記載の調整装置を制御する装置。

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6A]

[ Fig. 6B]

[ Fig. 7]

[ Fig. 8]

[ Fig. 9A]

[ Fig. 9B]

[ Fig. 10]