JPH0487525A - 電力制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体化移相器と同期調相機のフライホイール
効果を利用した電力制御システムに関する。

（従来の技術） 需要家に対して良質の電気を供給するためには、電力系
統を安定化させる必要があり、そのための手法として系
統動揺に対して高速に有効電力を制御することが有効で
あることが知られている。有効電力の制御としては、ア
メリカにおいては移相変圧器を用いた潮流制御が行なわ
れているが、電力潮流の量の制御は変圧器のタップを切
換えることによって行なわれている。

又、電池等の電源又は回転機等をインバータを介して直
接に系統接続すれば、有効電力を高速に制御できるが、
この場合は通過有効電力と同容量のインバータ設備を要
する。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように、移相変圧器を用いたものは、タップ切
換操作が複雑であり、かつ有効電力の増加も段階的であ
って系統安定度にとって有利ではない。又、回転機等を
インバータを介して接続する方式は、容量の大きなイン
バータ設備を要して不利である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、系統安
定化に有利な電力制御システムを提供することを目的と
している。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）上記目的を達成
するため、本発明は変圧器を介して連系する系統間の潮
流制御を行なう電力制御システムにおいて、系統と同期
機との間に半導体変換器を介在して前記変圧器の２次側
に接続すると共に、前記同期機の位相角を高速に制御す
るよう構成した。

したがって同期機の位相角を高速に制御することにより
、位相角に応じた回転エネルギーを有効電力として高速
に系統へ流出、流入することができる。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。

第１図は本発明による電力制御システムを説明するため
の一実施例の構成図である。

第１図において１は電力系統制御装置であり、系統２．
同期機８間を変圧器１１−１．１１−２を介して接続し
ている。１２は半導体変換器（インバータ装置）であり
、変圧器４を介して系統２に接続され、電圧の移相は半
導体変換器１２及び変圧器１３によって相電圧と９０°
位相の興なる電圧■。を発生し、これを変圧器を介して
系統電圧■２に加算する。

なお、１３−１．１３−２は電圧注入用変圧器であり、
変圧器１１−２の各相巻線の中性点寄位置に＃続する。

５はＰＴ、　６はＣＴであり、制御部７に入力される。

８は同期調相機、９はフライホイールである。

次に作用について説明する。

電力系統において、電力の移動は下記（１）式で表わさ
れる。

ｐ＝ｖ　　−ｖ　　ｓｉｎθ／Ｘ　　　　　−−−−−
−（１１Ｓ 但し、ｖ、、ｖ、・・・ｉｔ＆両端の電圧θ・・・・・
・・・・位相差 Ｘ・・・・・・・・・線路のりアクタンスこの場合、９
０°位相の異なる電圧■。を入力電圧ｖ２に加算（第２
図（ａ））する。そして移相量は半導体変換器出力電圧
によって高速に制御される。

なお、第２図（ｂ）は制御後の有効・無効電力を表わし
たベクトル図である。

いま、変換器の出力電圧の最大値を■　とすると、移相
範囲は±ｓ　＋　ｎ　　＜　ｖ　ｃ　ＩＩ　／　ｖｌ　
）となり、制御可能な最大電力は下記（２）式となる。

ｐ　　＝ｖ１　・Ｖ　ｏ、／　Ｘ　　　　　　　・・・
・・・（２）また、Ｐ　と変換器設備容量Ｐ。ｌとの比
αは、■ 下記（３）式となる。

Ｐｃ１ｌ　　Ｐ、　　Ｘ　　Ｐ ｐｕ　　　　ｌ 但し、Ｘ、ｕ・・・単位法で表わしたりアクタンス （３）式から、Ｘｐｕの小さい場合には、極めて小容量
の変換器により、大電力を制御できることがわかる。

なおインバータ出力電圧値とその位相角を任意に制御す
れば、有効電力のみならず、無効電力も同時に高速制御
できる。

この場合、半導体変換器１２の入出力電力を制御すれば
同期調相機の慣性質量を短時間のエネルギー蓄積要素と
して活用できる。

このとき、同期調相機における機械方程式は下記となる Ｊｄω　／　ｄｔ＝　Ｐ　（／ωア　　　　・・・・・
・（４）γ ω　　＝ｄθ　／ｄｔ　　　　　　　　　　　　・・・
・・・（５）γ　　　　　　　γ 但、　Ｊ・・・慣性質量 ω　・・・軸角速度 γ θ　・・・回転子ｍ械角 γ Ｐｌ・・・同期機入力 いま時間Ｔの間、定電力を供給すると仮定すると、供給
できる最大電力Ｐ工及び供給可能なエネルギーＥは、上
式及び（１）式より下式となる。

Ｅ＝Ｅ　　θ　／ωｏＴ Ｓ　　　摺 ＝４Ｅ、ωｄ／ω０　　　　　・・・・・・（８）但し
、ω０＝同期速度 θ　：最大移相量 Ｅ、：慣性エネルギー ωａ１大移摺移相速度１／Ｔ） Ｐｏ：定格電力 Ｔ　：慣性定数（ＥＳ／Ｐｎ） （６）〜（８）式から、運転時間Ｔを短くすれば、より
多くのエネルギーを利用できることがわかる。

例えば、最大移相量を±３０°、慣性定数を２秒とすれ
ば、定格電力を０．１６秒間供給できる。更に、ＪＴ−
６０トロイダル磁場コイル電源用フライホイ一ル発電機
相当（同期機容量：　２００ＨＶＡ、慣性エネルギー；
８ＧＪ、慣性定数＝４０秒）の機器を使用すれば、０．
７３秒間定格電力を供給できる。

これらの有効電力制御は、実線例で示すようにフライホ
イールを接続すればより大きな効果を得ることができる
が、同期調相機本体の持つフライホイール効果だけでも
有効な制御を行なうことが可能である。又、同期調相機
とした部分も、これに限定されるものではなく、同期機
であればよいことは勿論である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば系統と同期調相機
との間に半導体化移相器を接続し、同期調相機の位相角
を高速に制御するよう構成したのて、以下に列挙する効
果を奏する。

■　非常に高速に有効電力を制御できる。

■　インバータは位相差分の電圧を発生させるだけでよ
いため、通過させる電力に比して、インバータ８備容量
が小さくてすむ。

■　インバータ出力電圧値と系統電圧に対する位相を任
意に変えることにより、有効電力と無効電力の各々の値
及びその流れを自在に制御することができる。

■　インバータ側回路を星形結線変圧器の中性点側に接
続することにより、インバータ側の絶縁を低減できる。

■　同期調相機を電源として利用するため、需要端での
有効電力制御が可能となり、系統安定化効果が大きい。

■　同期調相機と組み合わせて有効電力と無効電力を同
時に高速制御することにより、大きな系統安定化効果が
得られる。

■　当システムの同期調相機に、内部リアクタンスが小
さい超電導発＠機を使用すれば、より大きな系統安定化
効果を持たせることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電力制御システムを説明する一実
施例の構成図、第２図は制御後の入出力電圧のベクトル
図である。 １・・・電力制御装置　　　２・・・電力系統４・・・
変圧器　　　　　　５・・・ＰＴ６・・・ＣＴ　　　　
　　　　７・・・制御部８・・・同期調相機　　　　９
・・・フライホイール１１・・・変圧器　　　　　　１
２・・・半導体変換器１３・・・移相電圧注入用変圧器 １４・・・同期機インピーダンス 特許出願人　　東京電力株式会社 代理人弁理士　　石　井　　　紀　男

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）変圧器を介して連系する系統間の潮流制御を行な
   う電力制御システムにおいて、系統と同期機との間に半
   導体変換器を介在して前記変圧器の２次側に接続すると
   共に、前記同期機の位相角を高速に制御することを特徴
   とする電力制御システム。
2. （２）半導体変換器を介した制御出力は星形結線変圧器
   の中性点寄りに入力することを特徴とする請求項１項記
   載の電力制御システム。