JPH11225439A - 電力電送システムおよび方法 - Google Patents

電力電送システムおよび方法

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JPH11225439A
JPH11225439A JP31702398A JP31702398A JPH11225439A JP H11225439 A JPH11225439 A JP H11225439A JP 31702398 A JP31702398 A JP 31702398A JP 31702398 A JP31702398 A JP 31702398A JP H11225439 A JPH11225439 A JP H11225439A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第1のワット数および第1の周波数の第1の
交流電力系統(22)と第2の周波数の第2の交流電力
系統(24)との間で電力を伝送するシステムおよび方
法を提供する。 【解決手段】 回転変圧器(102)の第1の巻線に第
1の周波数を供給して、前記回転変圧器の第2の巻線
に、前記第1のワット数とは異なる第2のワット数の電
力を発生させ、また電力回復システム(103)によっ
て、前記回転変圧器の回転自在の軸(113)に伝えら
れる機械的パワーに起因する差の電力を回復して、第2
の交流電力系統に供給する。この回復電力は第2の交流
電力系統に加えられて、前記第2のワット数の電力を増
大させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に電力系統相互
間または電気領域相互間の電力の伝送に関するものであ
り、更に詳しくは電力の伝送を制御するための電力潮流
制御装置および方法に関するものである。
【0002】
【発明の背景】電力系統相互間の相互接続に非同期リン
クを必要とする区域が世界中に多数存在する。これらの
区域の幾つかは、電力系統の公称周波数が異なっている
(例えば、60Hzと50Hz)。電力系統相互間の非
同期的な相互接続を達成するために最も普通に行われて
いる方法は高電圧直流(HVDC)変換法である。HV
DC変換は、高調波の濾波および無効電力補償を密接に
調和させることなどが必要であるために複雑である。ま
た、HVDC変換は、いずれかの側の交流電力系統がH
VDC電力定格に比べて容量が低いとき性能に限界があ
る。更に、HVDC変換は、多数の高電圧スイッチおよ
びフィルタ群が使用されるので、望ましくないほどのか
なりのスペースを必要とする。
【0003】従来の回転変流機は2段階の変換を利用
し、同じ軸上に全定格発電機および全定格電動機の両方
を有する。回転変流機は交流から直流へ又は直流から交
流へ変換するために利用されてきた。しかし、このよう
な回転変流機は交流を異なる周波数の交流へ直接変換し
ない。更に、回転変流機は数百または数千RPM(毎分
回転数)の所定の速度で連続して運転され、それ自身を
実際に回転させる電動機として動作する。
【0004】米国特許第3,471,708号明細書等
に記載されているように、小さな周波数差を持つ多相系
統相互間を結合するための回転変圧器が提案された。上
記特許明細書によれば、非同期回転機の固定子巻線が第
1の三相電力系統に接続され、その回転子巻線が第2の
三相電力系統に接続されている。一方の系統の周波数が
他方の系統の周波数と異なっている場合、回転子に一方
向または反対方向にトルクがかかって、回転子が系統間
の周波数の差に等しい回転速度で回転させられる。
【0005】「電力系統相互間で電力を伝送するための
相互接続システム」と題する1997年3月31日出願
の米国特許出願第08/825,502号明細書には、
第1の電力系統から第2の電力系統へ電力を伝送するた
めに回転変圧器を動作させる閉ループ角度位置制御シス
テムが開示されている。該出願明細書にはまた、回転変
圧器を第2の電力系統に接続する三相線路に回転変圧器
の駆動電動機が接続され、この接続は回転変圧器の回転
軸に機械的パワーを回復させる。異なる状況でも他の態
様のパワー回復が望まれる。
【0006】
【発明の開示】本発明による、第1の電気周波数を持つ
第1の電力網または交流電力系統と第2の電気周波数を
持つ第2の電力網または交流電力系統との間で電力を伝
送するための相互接続システムは、回転変圧器および電
力回復システムを含む。電力回復システムは、回転変圧
器の回転軸に伝えられる機械的パワーに起因する差の電
力を回復して、受電側の交流電力系統に供給する。電力
回復システムは両方向に動作することが可能である。
【0007】電力回復システムの種々の実施態様が提供
される。一実施態様では、電力回復システムは、回転変
圧器の駆動電動機と第2の交流電力系統との間に接続さ
れた電動機制御装置を含み、これは2つの交流電力系統
の周波数の広範な変動に対して調節を行う。第2の実施
態様では、電力回復システムは、回転変圧器の駆動電動
機と第2の交流電力系統との間を接続する1つの線路で
構成され、その際、駆動電動機の磁極数が、回転軸の回
転速度が駆動電動機に接続される交流電力系統の周波数
に対応するように選択される。第3の実施態様では、電
力回復システムは交流励磁器および多相の界磁巻線を含
み、交流励磁器を介して供給される電力の周波数により
駆動電動機のトルクを制御する。
【0008】本発明の上記および他の目的、特徴並びに
利点は、添付の図面を参照した好ましい実施態様につい
ての以下の説明から最も良く理解されよう。
【0009】
【発明の実施の形態】以下の記載では、本発明が完全に
理解されるようにするために、制限ではなく、説明のた
めに、特定のアーキテクチャ、インターフェイス、技術
などのような特定の細部について述べる。しかし、これ
らの細部とは別の実施態様で本発明が実施され得ること
は当業者には明らかであろう。また、本発明の説明を不
明瞭にするような周知の装置、回路および方法に関する
詳細な説明は、必要のないものとして省略した。
【0010】図1は、第1の電力網または交流電力系統
22と第2の電力網または交流電力系統24との間に接
続される電力相互接続システム100を示す。電力相互
接続システム100は三相線路26によって第1の交流
電力系統22に接続され且つ三相線路28によって第2
の交流電力系統24に接続されている。
【0011】電力相互接続システム100は可変周波数
回転変圧器102および電力回復システム103を含
む。図5により詳しく説明されているように、可変周波
数回転変圧器102は、(線路26に含まれる)三相線
路SA、SBおよびSCによって第1の交流電力系統2
2に接続され且つ(線路28に含まれる)三相線路R
A、RBおよびRCによって第2の交流電力系統24に
接続される。
【0012】特定の実施例では、第1の交流電力系統2
2の周波数は60Hzであり、第2の交流電力系統24
の周波数は50Hzである。これらの周波数は普通であ
るが、本発明の原理は交流電力系統22および24の一
方または両方が他の周波数である場合にも適用すること
が出来ることを理解されたい。
【0013】図1に示されているように、可変周波数回
転変圧器102は回転変圧器組立体105およびトルク
制御装置または回転子駆動部分106(これはまた一般
に回転子駆動電動機または駆動電動機としても知られて
いる)を含む。図5により詳しく説明されているよう、
回転変圧器組立体105は回転子組立体110および固
定子112を含む。回転子組立体110は、回転軸(回
転自在の軸)113、スリップリング114および回転
子かご型部分116を含む。第2の交流電力系統24か
らの三相線路RA、RBおよびRCがスリップリング1
14に接続され、第1の交流電力系統22からの三相線
路SA、SBおよびSCが固定子112に接続される。
【0014】当業者に理解されるように、図5に例示さ
れている回転変圧器組立体105は、60度の相帯を持
つように巻装され、回転子巻線にはRA+、RC−、R
B+、RA−、RC+およびRB−の符号が付されてお
り、固定子巻線にはSA+、SC−、SB+、SA−、
SC+およびSB−の符号が付されている。ところで、
本発明はこの60度の相帯のものに限定されず、むしろ
本発明の原理は2相以上の回転変圧器組立体に適用可能
であることを理解されたい。
【0015】回転子組立体110は、その軸線RXの周
りに時計回り方向CWおよび反時計回り方向CCWの両
方向に回転自在である。回転子組立体110は回転子駆
動部分106(これは駆動電動機としても知られてい
る)によって回転駆動される。
【0016】回転子駆動部分106は、図5には、回転
子組立体110上に装着された円筒形部分として象徴的
に示してある。従って、図5の回転子駆動部分106
は、回転子組立体110を回転させるための種々の異な
る形式の駆動機構を一般的に示している。実施態様によ
っては、回転子駆動部分106はアクチュエータ、およ
び回転子組立体110とのインターフェイスになるある
種のリンク機構(例えば、歯車装置)を含む。例えば、
一実施態様では、回転子駆動部分106は、通常の電動
機駆動装置によって制御される電動機で構成される。任
意の適当な駆動機構を回転子駆動部分106のために用
いてよい。
【0017】電力回復システム103は、回転変圧器1
02の第1組の巻線に供給された電力と第2組の巻線か
ら得られる電力との間の差の電力ワット数を少なくとも
一部分回復するように作用する。例えば、120MWの
ワット数の電力が図1に矢印P1で示すように第1の交
流電力系統22から回転変圧器102の第1組の巻線
(例えば、固定子巻線SA+、SC−、SB+、SA
−、SC+およびSB−)へ供給された場合、ただ10
0MWの電力が矢印P2で示すように回転変圧器102
の第2組の巻線(例えば、回転子巻線RA+、RC−、
RB+、RA−、RC+およびRB−)を通る。残りの
20MW(すなわち、P1−P2)は、回転変圧器10
2の回転軸113に機械的パワーとして現れて、駆動電
動機を駆動する。駆動電動機106の磁極数が4である
と仮定すると、回転軸113は300RPMで回転し、
交流電力系統22および24の間の10Hzの差を反映
する。他の周波数差または磁極数の場合には、回転速度
は変わる。回転軸113上の相対パワーは回転子巻線お
よび固定子巻線(例えば、回転変圧器102の第1およ
び第2組の巻線)の間の周波数差に比例する。
【0018】従って、電力回復システム103は、回転
軸113へ機械的パワーとして供給される電力P1−P
2を回復して、電力差P1−P2が第2の交流電力系統
24に供給されて、回転変圧器102の第2組の巻線か
ら第2の交流電力系統24へ供給される電力のワット数
を増大させるように作用する。電力回復システム103
の幾つかの異なる実施態様を以下に説明する。
【0019】図2は本発明の一実施態様による電力回復
システム103Aを示し、この電力回復システム103
Aは電動機制御装置200を含む。電動機制御装置20
0は、駆動電動機106を制御するための電力用電子装
置であり、前掲の米国特許出願第08/825,502
号明細書に記載されている原理に従って第1の交流電力
系統22から第2の交流電力系統24へに電力潮流を調
整するようにプログラムされる通常の電動機駆動システ
ムで構成される。電動機制御装置200は線路202に
よって駆動電動機106の固定子巻線に接続される。電
動機制御装置200の整合用変圧器が線路220によっ
て点222に接続される。線路220は、点222で、
第2の交流電力系統24に電力を供給するための線路2
8に接続される。
【0020】図2の実施態様における一例では、駆動電
動機106は定格20MWの4極電動機である。電動機
制御装置200は駆動電動機106に等しい定格(本例
では、20MW)を持つ。電力回復システム103Aに
よって回転軸113(20MW、50Hz)から回復さ
れた電力(P1−P2)は線路220を介して第2の交
流電力系統24に供給されて、60Hzの第1の交流電
力系統22から50Hzの第2の交流電力系統24へ実
質的に全ワット数の電力(例えば、120MW)の伝送
を達成する。
【0021】図2の実施態様は、電動機制御装置200
が回転変圧器102によって接続されている2つの交流
電力系統の周波数の広い変動に対して調節できるので、
交流電力系統相互間の電力伝送の融通性が大きい。
【0022】図3は本発明の別の実施態様による電力回
復システム103Bを示し、電力回復システム103B
は、電動機制御装置を有していず、代わりに駆動電動機
106の固定子巻線を点222で線路28に接続する単
一の線路230を有する。図3の実施態様では、駆動電
動機106の磁極数は、それが接続される交流電力系統
(例えば、交流電力系統24)の周波数に回転軸113
の回転速度が対応する(好ましくは、正確に対応する)
ように選択される。図3の実施態様における特定の例で
は、駆動電動機106が20磁極を持ち、回転軸113
の300RPMの速度を50MHzに変換して、20M
Wを第2の交流電力系統24へ供給する。
【0023】図3の実施態様で駆動電動機106が同期
電動機であった場合、交流電力系統22および24はそ
れらの間の位相関係に従って電力を伝送し、これは可変
の回転変圧器102によって制御することは出来ない。
【0024】図3の実施態様で駆動電動機106が誘導
電動機であった場合、交流電力系統22および24の間
の電力伝送は、駆動電動機106のトルク−滑り特性に
従って交流電力系統22および24の周波数差に比例し
て変化する。交流電力系統22および24の周波数が正
確にそれぞれの公称周波数(例えば、交流電力系統22
では60Hzおよび交流電力系統24では50Hz)に
ある場合、なんら電力伝送は生じない。駆動電動機に僅
かに異なる数の磁極を選択することによって、電力伝送
を特定の方向にバイアスすることが出来る。例えば、磁
極数が22の電動機が使用された場合、ゼロ電力伝送が
生じる点は272.7RPMの回転子速度、すなわち送
電側系統と受電側系統との間の9.09Hzの周波数差
に対応する。
【0025】図4は本発明の別の実施態様による電力回
復システム103Cを示し、電力回復システム103C
は、駆動電動機106の固定子巻線を点222(すなわ
ち、線路28)に接続する線路240を有する。更に、
電力回復システム103Cは、多相の界磁巻線に接続さ
れた交流励磁器250を有する。特定の例では、駆動電
動機106が18磁極を持つ電動機であり、この場合、
交流励磁器250は通常5Hzを界磁巻線252に供給
する。これ以外の組合せも可能であり、例えば、20磁
極の駆動電動機106で界磁に通常は直流を供給するこ
とも可能である。
【0026】図4の場合、駆動電動機106は交流励磁
器250によって供給される電力の周波数により制御可
能である。従って、回転変圧器102全体を介しての電
力伝送を制御することが出来る。このように図4の実施
態様は、別々の送電系統の或る範囲の周波数偏差にわた
る電力制御との非同期連系である。
【0027】第1の交流電力系統22が回転変圧器10
2の固定子巻線に接続され且つ第2の交流電力系統24
が回転変圧器102の回転子巻線に接続されるものとし
て例示したが、このような接続は希望により逆にするこ
とが出来ることを理解されたい。更に、システムの他の
パラメータも、例示したものとは異なるようにすること
ができ、例えば、駆動電動機106の磁極数を例示した
ものとは異なる数にすることが出来る。
【0028】以上の説明から、上述したシステムを使用
すると両方向の電力伝送を行うことが出来ることが理解
されよう。
【0029】本発明を特定の好ましい実施態様について
詳述したが、本発明はこのような例示した実施態様に限
定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の真の精
神および範囲内に含まれる種々の変形および変更を包含
することを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様による電力相互接続システ
ムの概略構成図である。
【図2】一実施態様の電力回復システムを持つ電力相互
接続システムの概略構成図である。
【図3】別の実施態様の電力回復システムを持つ電力相
互接続システムの概略構成図である。
【図4】別の実施態様の電力回復システムを持つ電力相
互接続システムの概略構成図である。
【図5】本発明の一実施態様による回転変圧器の概略斜
視図である。
【符号の説明】
22 第1の交流電力系統 24 第2の交流電力系統 26 三相線路 28 三相線路 100 電力相互接続システム 102 可変周波数回転変圧器 103 電力回復システム 105 回転変圧器組立体 106 回転子駆動部分 110 回転子組立体 112 固定子 113 回転軸 114 スリップリング 116 回転子かご型部分 200 電動機制御装置 250 交流励磁器

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のワット数および第1の周波数で動
    作する第1の交流電力系統と第2の周波数で動作する第
    2の交流電力系統との間で電力を伝送するためのシステ
    ムにおいて、 第1の巻線および第2の巻線を持つと共に、回転自在の
    軸および該軸を回転駆動する駆動電動機を持つ回転変圧
    器であって、前記第1の巻線が前記第1の交流電力系統
    に接続されていて、それに印加される前記第1の周波数
    を持ち、前記第2の巻線が前記第2の交流電力系統に接
    続されていて前記第2の周波数にあり、前記第1の巻線
    と前記第2の巻線との間の電磁結合により、前記第1の
    ワット数とは異なる第2のワット数の電力が発生される
    回転変圧器、並びに前記回転変圧器に接続されていて、
    前記回転自在の軸から回復電力を得て、該回復電力の少
    なくとも幾分かを前記第2のワット数の電力に加えるた
    めに前記第2の交流電力系統に供給する電力回復システ
    ムであって、前記駆動電動機と前記第2の交流電力系統
    との間に接続された電力用電子制御装置を有する電力回
    復システム、を含んでいることを特徴とする電力伝送シ
    ステム。
  2. 【請求項2】 前記駆動電動機の磁極数が20であり、
    前記回転自在の軸の回転速度が300RPMであり、前
    記第2の周波数が50Hzである請求項1記載の電力伝
    送システム。
  3. 【請求項3】 第1のワット数および第1の周波数で動
    作する第1の交流電力系統と第2の周波数で動作する第
    2の交流電力系統との間で電力を伝送するためのシステ
    ムにおいて、 第1の巻線および第2の巻線を持つと共に、回転自在の
    軸および該軸を回転駆動する駆動電動機を持つ回転変圧
    器であって、前記第1の巻線が前記第1の交流電力系統
    に接続されていて、それに印加される前記第1の周波数
    を持ち、前記第2の巻線が前記第2の交流電力系統に接
    続されていて前記第2の周波数にあり、前記第1の巻線
    と前記第2の巻線との間の電磁結合により、前記第1の
    ワット数とは異なる第2のワット数の電力が発生される
    回転変圧器、並びに前記回転変圧器に接続されていて、
    前記回転自在の軸から回復電力を得て、該回復電力の少
    なくとも幾分かを前記第2のワット数の電力に加えるた
    めに前記第2の交流電力系統に供給する電力回復システ
    ムであって、前記駆動電動機から前記第2の交流電力系
    統に接続された線路を有する電力回復システムを含み、 前記回転自在の軸の回転速度が前記第2の交流電力系統
    の周波数に対応するように前記駆動電動機の磁極数が選
    択されていること、を特徴とする電力伝送システム。
  4. 【請求項4】 前記駆動電動機の磁極数が20であり、
    前記回転自在の軸の回転速度が300RPMであり、前
    記第2の周波数が50Hzである請求項3記載の電力伝
    送システム。
  5. 【請求項5】 前記駆動電動機が誘導電動機であり、前
    記第1の交流電力系統と前記第2の交流電力系統との間
    の電力伝送が前記駆動電動機のトルク−滑り特性に従っ
    て前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に比例し
    て変化する請求項3記載の電力伝送システム。
  6. 【請求項6】 前記駆動電動機に異なる磁極数を使用す
    ることにより電力伝送の方向がバイアスされている請求
    項3記載の電力伝送システム。
  7. 【請求項7】 第1のワット数および第1の周波数で動
    作する第1の交流電力系統と第2の周波数で動作する第
    2の交流電力系統との間で電力を伝送するためのシステ
    ムにおいて、 第1の巻線および第2の巻線を持つと共に、回転自在の
    軸および該軸を回転駆動する駆動電動機を持つ回転変圧
    器であって、前記第1の巻線が前記第1の交流電力系統
    に接続されていて、それに印加される前記第1の周波数
    を持ち、前記第2の巻線が前記第2の交流電力系統に接
    続されていて前記第2の周波数にあり、前記第1の巻線
    と前記第2の巻線との間の電磁結合により、前記第1の
    ワット数とは異なる第2のワット数の電力が発生される
    回転変圧器、並びに前記回転変圧器に接続されていて、
    前記回転自在の軸から回復電力を得て、該回復電力の少
    なくとも幾分かを前記第2のワット数の電力に加えるた
    めに前記第2の交流電力系統に供給する電力回復システ
    ムであって、前記駆動電動機と多相の界磁巻線との間に
    接続された交流励磁器を有し、前記界磁巻線が前記第2
    の交流電力系統に接続されている電力回復システム、を
    含んでいることを特徴とする電力伝送システム。
  8. 【請求項8】 前記駆動電動機の磁極数が18であり、
    前記交流励磁器が前記多相の界磁巻線に5Hzを供給す
    る請求項7記載の電力伝送システム。
  9. 【請求項9】 第1のワット数および第1の周波数の第
    1の交流電力系統から第2の周波数の第2の交流電力系
    統へ電力を伝送するための方法において、 回転変圧器の第1の巻線に第1の周波数を供給して、前
    記回転変圧器の第2の巻線に、前記第1のワット数とは
    異なる第2のワット数の電力を発生させるステップ、 前記回転変圧器の回転自在の軸の駆動電動機によって、
    前記回転自在の軸の回転から電力を回復するステップ、 前記回転自在の軸の回転速度が前記第2の交流電力系統
    の周波数に対応するように前記駆動電動機の磁極数を定
    めるステップ、並びに前記回復電力を前記第2の交流電
    力系統に加えて前記第2のワット数の電力を増大させる
    ステップを有していることを特徴とする電力伝送方法。
  10. 【請求項10】 前記回転自在の軸の回転から電力を回
    復する前記ステップが、前記駆動電動機として誘導電動
    機を使用することを含み、これにより、前記第1の交流
    電力系統と前記第2の交流電力系統との間の電力伝送
    が、前記駆動電動機のトルク−滑り特性に従って前記第
    1の周波数と前記第2の周波数との差に比例して変化す
    る請求項9記載の電力伝送方法。
  11. 【請求項11】 前記駆動電動機に異なる磁極数を使用
    することにより電力伝送の方向がバイアスする請求項1
    0記載の電力伝送方法。
  12. 【請求項12】 第1のワット数および第1の周波数の
    第1の交流電力系統から第2の周波数の第2の交流電力
    系統へ電力を伝送するための方法において、 回転変圧器の第1の巻線に第1の周波数を供給して、前
    記回転変圧器の第2の巻線に、前記第1のワット数とは
    異なる第2のワット数の電力を発生させるステップ、 前記回転変圧器の回転自在の軸の駆動電動機によって、
    前記回転自在の軸の回転から電力を回復するステップ、
    および前記回復電力を前記第2の交流電力系統に加えて
    前記第2のワット数の電力を増大させるステップを有
    し、 前記回転自在の軸の回転から電力を回復する前記ステッ
    プが、前記駆動電動機と前記第2の交流電力系統との間
    に接続された電力用電子制御装置を使用すること、を特
    徴とする電力伝送方法。
  13. 【請求項13】 第1のワット数および第1の周波数の
    第1の交流電力系統から第2の周波数の第2の交流電力
    系統へ電力を伝送するための方法において、 回転変圧器の第1の巻線に第1の周波数を供給して、前
    記回転変圧器の第2の巻線に、前記第1のワット数とは
    異なる第2のワット数の電力を発生させるステップ、 前記回転変圧器の回転自在の軸の駆動電動機によって、
    前記回転自在の軸の回転から電力を回復するステップ、
    および前記回復電力を前記第2の交流電力系統に加えて
    前記第2のワット数の電力を増大させるステップを有
    し、 前記回転自在の軸の回転から電力を回復する前記ステッ
    プが、前記駆動電動機に接続された交流励磁器を使用す
    ることを含み、前記交流励磁器が多相の界磁巻線に接続
    され、前記多相の界磁巻線が前記第2の交流電力系統に
    接続されていること、を特徴とする電力伝送方法。
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