JP2014241721A - Multiple terminal type electric power conversion device, electric power system and control program of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変動の大きい再生可能エネルギーを大量に系統導入した際に、系統動揺の波及や連鎖停電を防止するために必要となる、系統間の多端子電力変換装置とそれらを多数系統内に設置して構成する電力システムならびにその電力システムを制御するプログラムに関するものである。 The present invention provides a multi-terminal power conversion device between systems, which is necessary to prevent the spread of system fluctuations and chain power failure when a large amount of renewable energy with large fluctuations is introduced into the system, The present invention relates to a power system installed and configured and a program for controlling the power system.
近年、気候変動問題ならびに化石燃料高騰の影響を受け、風力発電・太陽光発電などに代表される再生可能エネルギー電源の導入が加速している。日本政府は、2020年には2,800万kW、2030年には5,300万kWの太陽光発電を導入する目標を立てている。これは、現在の日本の最大電力1億8千万kWの25%にも相当する。 In recent years, the introduction of renewable energy power sources, such as wind power generation and solar power generation, is accelerating due to climate change problems and rising fossil fuels. The Japanese government has set a goal of introducing 28 million kW of solar power in 2020 and 53 million kW in 2030. This is equivalent to 25% of the current maximum power of 180 million kW in Japan.
この大きさの電源が、天候により出力変動すれば、周波数維持が困難となる。従って政府は2009年7月の「低炭素電力供給システムに関する研究会報告書」において,現状の電力系統のままでは,太陽光発電は一定規模の出力抑制を採用しても,2020年度時点で1,300万kW程度(約7%)しか導入できないと報告している。 If the power supply of this size fluctuates due to the weather, it becomes difficult to maintain the frequency. Therefore, according to the “Study Group Report on Low-Carbon Electricity Supply System” in July 2009, the government would use 1% of solar power generation as of FY2020, even if it adopts a certain scale of output suppression. , Reported that only about 3 million kW (about 7%) can be introduced.
米国では、各州で異なるものの今後10−20年で、量として10−30%の導入を計画しており、周波数維持のために送電線容量を増強する計画がスマートグリッド推進の中で検討されている。 In the United States, although it is different in each state, the introduction of 10-30% is planned in the next 10-20 years, and the plan to increase the transmission line capacity to maintain the frequency is examined in the promotion of smart grid. Yes.
欧州でも、各国で導入計画は異なるものの、EU指令として2020年までに20%の再生可能エネルギー量の導入を目指しているが、周波数維持のための電力潮流変動増加が見込まれており、欧州全体の電力網を強化する計画が検討されている。 Even in Europe, although the introduction plans differ in each country, the EU directive aims to introduce 20% of renewable energy by 2020, but power flow fluctuations are expected to increase in order to maintain the frequency. Plans to strengthen the power grid are under consideration.
しかし、最近の大停電の例をみると、2003年8月14日の米国北東部の連鎖大停電はオハイオ州の操作ミスと警報装置不具合から始まり、2003年9月28日のイタリア全土大停電は樹木倒壊による高圧線事故から始まり、2006年のドイツ、フランス、スペイン等8カ国にもまたがる連鎖大停電は、ドイツの送電線の計画停止に端を発するものであった。 However, in the recent example of a major power outage, the chain power outage in the northeastern United States on August 14, 2003 began with an operational error in Ohio and a malfunction in the alarm system. Began with a high-voltage line accident caused by the collapse of trees, and the 2006 catastrophic power outage spanning eight countries including Germany, France and Spain originated from the planned suspension of transmission lines in Germany.
この連鎖停電のメカニズムは、電力系統が巨大な同期系統となっているため、どこか1か所で電力潮流を流せない事故が起こると、その潮流が予期せぬ系統の負担になり、負担に耐え切れなくなるとその系統が停止し、さらにそれにより他の系統に電力潮流の負担が及ぶという図式で、雪だるま式に停電個所が広がっていくというものになっている。 The mechanism of this chain power failure is that the power system is a huge synchronous system, so if an accident where the power flow cannot flow at any one place occurs, the power flow will be an unexpected burden on the system, If it becomes impossible to withstand, the system will stop, and the load of power flow will be extended to other systems, and the power outage will spread like a snowman.
すなわち、電力系統の送電容量を増大し、連系を強化すればするほど、小さな事故や小さな送電線容量低下が、より広範囲なエリアの連鎖大停電を引き起こす可能性が高まることになる。 That is, as the transmission capacity of the power system is increased and the interconnection is strengthened, the possibility that a small accident or a small decrease in transmission line capacity will cause a chain power outage in a wider area.
これを防止するために、デンマークでは電力系統を電圧階級ごとに区分して「セル」という単位に分け、その中で変動を吸収するようにする案が提案された。しかし、制御系の工夫だけでは、実際に事故が起こると連鎖の普及スピードに追い付けない上、協調制御がうまくいかないと健全な系統を停電させてしまう危険性もはらんでいる。 In order to prevent this, in Denmark, a proposal was made to divide the electric power system into voltage units and divide them into units called “cells”, in which fluctuations are absorbed. However, the control system alone cannot catch up with the spread speed of the chain if an accident actually occurs, and there is also a risk of causing a power failure in a healthy system if cooperative control is not successful.
米国では、東部、西部、南部の系統を分離して、その間を多数の超高圧送電線で連系し、送電線の途中にAC/DC/AC電力変換器を置いて、電力を非同期に融通する案が浮上しているが、東部一つとっても欧州と同程度の大きさがあり、その中で起こる連鎖大停電を防ぐことはできない。 In the United States, the eastern, western, and southern systems are separated, and a large number of ultrahigh-voltage transmission lines are connected between them, and an AC / DC / AC power converter is placed in the middle of the transmission lines to accommodate power asynchronously. However, even the eastern part is about the same size as Europe, and it cannot prevent the catastrophic blackout that occurs in it.
仮に米国や欧州をそれぞれ数百の電力系統に分離し、自分の電力系統と周辺の複数の電力系統との間で非同期に電力を融通しあえる複数系統間電力変換器を置くことができれば、事故が起こっても停電は事故を起こした電力系統にとどめることができ、連鎖停電を未然に防止することができる。 If the United States and Europe are separated into several hundreds of power grids each, and an inter-system power converter that can interchange power asynchronously between one's own power system and multiple neighboring power systems, an accident can occur. Even if a power failure occurs, the power failure can be limited to the power system that caused the accident, and a chain power failure can be prevented.
複数系統間電力変換器を多用すれば、多数の電力ルートが作られるので、停電事故を起こした系統を切り離しても、それ以外の多くの系統から少しずつ電力を融通してもらえるので、自系統も周辺系統も健全性を維持することができる。 If you use multiple power converters between multiple systems, many power routes are created, so even if you disconnect the system that caused the power outage accident, you can get power from many other systems little by little. And the surrounding system can maintain soundness.
自系統が持ちこたえれば、雪だるま式に停電が連鎖して行くことが防止できる。電力変換器はゲートブロック制御を使用するので通常の遮断器より高速に電力を遮断できるので、事故の影響による電力動揺を小さく抑えることもできる。 If your system can hold up, you can prevent the power failure from linking to the snowman. Since the power converter uses gate block control, the power can be cut off at a higher speed than a normal circuit breaker, so that the power fluctuation due to the accident can be suppressed to a small level.
複数系統間電力変換器があれば、周辺の電力系統との接続に既存の送電線を使うことができる。これにより通常50%以下にとどまっている送電線の設備利用率が飛躍的に高まる。また無効電力も自由に融通でき電圧調整が可能になる。 If there is an inter-system power converter, an existing transmission line can be used for connection to the surrounding power system. As a result, the facility utilization rate of the transmission line, which normally remains below 50%, is dramatically increased. In addition, reactive power can be freely accommodated and voltage adjustment can be performed.
しかし、このような多端子型の電力変換装置は存在していなかった。 However, such a multi-terminal type power converter has not existed.
その理由は、従来の電力系統が同期系統を拡大していくことで負荷変動を平均化し、系統安定化を図る方向にあり、再生可能エネルギーのような巨大な発電変動を考慮する必要がなかったことにある。 The reason is that the conventional power system is expanding the synchronous system to average load fluctuations and stabilize the system, and it was not necessary to consider huge power generation fluctuations such as renewable energy There is.
従来技術の中で、大量の不安定電源を同期系統に接続される際の問題の対策としては、以下のようないくつかの提案がなされている。それらは大別すると次の3つの方法に分類される。 In the prior art, the following several proposals have been made as countermeasures for problems when a large number of unstable power supplies are connected to a synchronous system. They are roughly classified into the following three methods.
第一の従来方法は、電力基幹系統を強化する方法である。これは高圧連系線の強化や、交流/直流/交流変換を行うBTB型ループコントローラの設置、周波数変換所の容量増大、北海道本州直流連系線の容量増大などを図り、バックアップ電源としてのガスタービン発電や可変速水力発電設備などの増大により再生可能エネルギー電源の変動に備えるものである。この方法にかかわるものとしては以下の特許文献1、2がある。 The first conventional method is a method for strengthening the power backbone system. This is to strengthen the high-voltage interconnection line, install a BTB loop controller that performs AC / DC / AC conversion, increase the capacity of the frequency converter station, increase the capacity of the Hokkaido Honshu DC interconnection line, etc. It will prepare for fluctuations in renewable energy power sources by increasing turbine power generation and variable speed hydroelectric power generation facilities. The following Patent Documents 1 and 2 are related to this method.
第二の従来方法は、分散電源の出力抑制ならびに需要抑制である。出力抑制については太陽光発電や風力発電は電力会社からの信号で出力を抑制する回路の義務化が検討されている。この方法にかかわるものとしては以下の特許文献3、4がある。 The second conventional method is to suppress output of the distributed power source and to suppress demand. As for output suppression, solar power generation and wind power generation are being considered to make a circuit to suppress output by a signal from an electric power company. The following Patent Documents 3 and 4 are related to this method.
第三の従来方法は、複数の電力系統間や基幹系統との間で電力の融通を行う方法である。再生可能エネルギーのような不安定電源を大量に導入された複数の電力系統を何らかの形の電力融通装置で接続し、相互に電力を融通する方法である。この方法には以下の特許文献5、6、7、8がある。 The third conventional method is a method of performing power interchange between a plurality of power systems and a backbone system. In this method, a plurality of power systems into which unstable power sources such as renewable energy are introduced in large quantities are connected by some form of power interchange device, and power is interchanged. There exist the following patent documents 5, 6, 7, and 8 in this method.
また、電力と通信の融合に関して以下の特許文献9がある。 Moreover, there exists the following patent document 9 regarding fusion of electric power and communication.
第一の従来手法は、基幹系統の強化を目的とするものであるが、例えば、特許文献1では複数の制御対象とする地域系統を制御実行時刻における系統状況に応じて各地域系統間を接続している開閉器の入り切り操作を用いて、自由に対象系統範囲を変更することにより電力系統の安定度を高めるとしている。しかし、各地域系統の元は同じ同期系統であり、単に系統の定数の変化に合わせて潮流の流れ方を変える提案に過ぎない。この方法では同期化力を持たない再生可能エネルギー電源が増大した時の解決にはならない。 The first conventional method is aimed at strengthening the backbone system. For example, in Patent Document 1, a plurality of regional systems to be controlled are connected between the regional systems according to the system status at the control execution time. It is said that the stability of the electric power system is increased by freely changing the target system range using the on / off operation of the switch. However, the source of each regional system is the same synchronous system, and it is only a proposal to change the flow of the tidal current according to the change of the system constant. This method does not solve the problem when the number of renewable energy power sources that do not have synchronization power increases.
また、特許文献2では、複数の電力系統においてBTB型の電力変換器で連系した電力連系系統における電力融通指令装置について提案している。明細書によれば、複数電力系統の電力連系で、電力系統毎に需要と供給をすべて測定し、その需要不均衡情報をすべてセンターに集めてあらかじめ定められた分担に従って電力を配分するという提案になっている。 Patent Document 2 proposes a power interchange command device in a power interconnection system in which a plurality of power systems are interconnected by a BTB type power converter. According to the specification, it is proposed to measure all demand and supply for each power grid in a power grid of multiple power grids, collect all the demand imbalance information in the center, and distribute power according to a predetermined share It has become.
特許文献2の実施例では、北海道・本州直流連系のような2系統間における電力融通方法としては、実現可能であるが、対象となる電力系統の数やその中の需要家数や太陽光発電設備などが急速に増加し、電力系統構成が急速に変化、増加していく電力システムにおいては、複数電力系統のすべての需要と供給を電力系統毎に常時把握する中央制御システムを維持することは極めて困難な課題となる。 In the embodiment of Patent Document 2, it is feasible as a power interchange method between two systems such as Hokkaido-Honshu DC connection, but the number of target power systems, the number of consumers in them, and solar power In a power system where power generation facilities etc. increase rapidly and the power system configuration changes and increases rapidly, maintain a central control system that keeps track of all the demand and supply of multiple power systems for each power system. Is a very difficult task.
第二の従来手法は、出力や需要の抑制であるが、例えば、特許文献3では蓄電装置の最大出力能力および充電容量を超える風力発電装置の出力電力変動分を抑制する風力発電システムが提案されている。また特許文献4では、系統の状態を常に監視し、必要な時には発電機遮断と発電機出力の抑制を組み合わせることで、よりきめ細かい抑制を図ることが提案されている。需要側の抑制については、近年スマートグリッドやスマートメーターというような表現で米国を中心に開発が進んでいる。これらの方法は、発電もしくは需要の抑制技術であり、いずれも再生可能エネルギー電源を大量に導入するという目的を達成するための技術ではない。 The second conventional technique is suppression of output and demand. For example, Patent Document 3 proposes a wind power generation system that suppresses fluctuations in the output power of the wind power generator exceeding the maximum output capacity and charge capacity of the power storage device. ing. Further, Patent Document 4 proposes that the state of the system is constantly monitored, and when necessary, the control of the generator is combined with the suppression of the generator output to achieve finer control. In recent years, demand-side restraints have been developed mainly in the United States in terms of smart grids and smart meters. These methods are technologies for suppressing power generation or demand, and none of them are technologies for achieving the purpose of introducing a large amount of renewable energy power sources.
第三の従来手法では、複数の電力系統間や基幹系統との間で電力の融通を行う手法が提案されている。 In the third conventional method, a method is proposed in which power is interchanged between a plurality of power systems and a backbone system.
例えば、特許文献5では、「送配電線網を介して電力を相互に融通するとともに、通信網を介して相互に各種情報をやり取りすることにより電力の融通を制御する電力需給調整システム」を提案している。しかし、基本的に従来型の同期系統の中で系統の切り分けをこまめに行う方法であって、再生可能エネルギー電源を大量に導入するという目的を達成するための技術とはいえない。 For example, Patent Document 5 proposes “a power supply and demand adjustment system that controls power interchange by exchanging various types of information with each other via a communication network while allowing power interchange with each other via a transmission and distribution network”. doing. However, it is basically a method of frequently separating systems in a conventional synchronous system, and cannot be said to be a technique for achieving the purpose of introducing a large amount of renewable energy power sources.
特許文献6では、ループコントローラを使用して系統の切り分けや接続の最適化について提案しているが、やはり同期系統につながった配電網の切り分けをこまめに行う方法である。 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228688 proposes system isolation and connection optimization using a loop controller, but it is also a method of frequently isolating a distribution network connected to a synchronous system.
これらの方法では、基本的にすべての電力需要家が基幹電力系統に依存しているため、再生可能エネルギー電源の増大が同期化力を弱めてしまうという課題には答えていない。 In these methods, since all electric power consumers basically depend on the main power system, the increase in the renewable energy power source does not answer the problem of weakening the synchronization power.
特許文献7では、「電力機器と電力需給制御機器とを備えた電力需給家の複数が相互接続されてなる電力システムにおいて、相互に電力融通を行う電力システム」を提案しているが、抽象的な概念になっていて電気回路的に以下のような欠陥がある。 Patent Document 7 proposes an “electric power system in which a plurality of electric power suppliers and electric power suppliers including electric power devices and electric power supply and demand control devices are interconnected, and which allows mutual power interchange”. It is a simple concept and has the following defects in electrical circuits.
まず、複数の需要家をつなぐ連系線路が、「分枝状電力需給線路、数珠つなぎ状電力需給線路、放射状電力需給線路、網状電力需給線路またはこれらを組み合わせた電力需給線路」となっているが、こういった接続は、電気的には複雑な潮流問題を内包すると同時に、短絡容量が大きくなるため、遮断器容量の増大や保護システムの複雑化を招くことになる。また、これを直流連系線路で行うという提案もなされているが、これは直流連系線の短絡容量を著しく増大させ、直流遮断器の設置や線路の分断など連系線設計の難度が高い。 First, the interconnection line connecting multiple customers is "branched power supply / demand line, daisy-chain power supply / demand line, radial power supply / demand line, mesh power supply / demand line, or a combination of these" However, such a connection entails complicated tidal current problems at the same time, and at the same time increases the short-circuit capacity, leading to an increase in circuit breaker capacity and a complicated protection system. There is also a proposal to do this with a DC interconnection line, but this significantly increases the short-circuit capacity of the DC interconnection line, and the difficulty of designing the interconnection line, such as installing a DC breaker or dividing the line, is high. .
また、この提案では、1本の線路に複数の需給家が電力制御機器を通じてつながっているが、需給家と需給家の間で電力を融通するには、2つの電力制御機器を通過するため、回路が冗長となっており、損失も大きくなる。 In addition, in this proposal, a plurality of suppliers and demanders are connected to one track through power control devices. However, in order to allow power to be exchanged between the demanders and demanders, two power control devices pass through. The circuit is redundant and the loss increases.
さらに、1本の連系線路上で複数の需給家が過不足なく電力を融通しあうには、いずれかの需給家が電圧源となり、連系線路の電圧を維持し、電力を供給する立場の需給家はこの電圧に合わせて電流を供給し、電力をもらう立場の需給家はこの電圧に合わせて電流をもらうことになる。この制御に時間遅れが発生すると、このような小さな系統では電圧源が大きくふらつき、この連系線路に接続している需給家すべてに動揺を与える。この系統の需給は、通信を介して行われるので信頼度は通信に依存することになる。このような電気回路構成は、現実味がない。 In addition, in order for multiple suppliers to supply and receive power without excess or deficiency on a single interconnection line, one of the supply and demanders becomes a voltage source, maintains the voltage of the interconnection line, and supplies power The supply and demander of this company supplies current according to this voltage, and the demander and demander who is in the position of receiving power receives current according to this voltage. When a time delay occurs in this control, the voltage source fluctuates greatly in such a small system, and shakes all the supply and demanders connected to this interconnection line. Since supply and demand of this system is performed via communication, the reliability depends on communication. Such an electric circuit configuration is not realistic.
特許文献8では、複数の離島などを想定した直流多端子送電に電力貯蔵装置を加えた提案を行っている。しかし、現実の直流多端子送電は限定的である。これは、複数の端子間での電力の総和をゼロに制御するの効果的手段が開発されていないことに起因している。実際に稼働している地点はわずか3端子の例であるイタリアのSACOIプロジェクト(200kV、200MW、3端子)とアメリカのQuebec−New Englandプロジェクト(450V、2,000MW、3端子)に限られその後の計画はない。後者は5端子で計画されたが、制御性の課題などにより3端子に計画縮小した上、双方向の電力融通はそのうちの1端子だけになった。 In patent document 8, the proposal which added the electric power storage apparatus to the direct current | flow multi-terminal power transmission which assumed several isolated islands etc. is performed. However, actual DC multi-terminal power transmission is limited. This is due to the fact that no effective means for controlling the total sum of power between a plurality of terminals to zero has been developed. The actual operating locations are limited to the SACOI project in Italy (200 kV, 200 MW, 3 terminals), which is an example of only 3 terminals, and the Quebec-New England project in the United States (450 V, 2,000 MW, 3 terminals). There is no plan. The latter was planned with 5 terminals, but the plan was reduced to 3 terminals due to controllability issues and the like, and bidirectional power interchange was limited to only one of them.
本特許文献によれば、電力貯蔵装置を取り込むことにより、複数の直流多端子で安定に運転できると主張している。しかしながら、本方式には次のような根本的な欠陥が内包されている。まず、直流送電線の距離長が長くなるため、直流ケーブルや接続部などでの事故確率が高まる。直流遮断器などを分岐点に多数配置しないと、直流部で事故が起きたときの電路切り分けができず、全系統停電になる。また、電力貯蔵装置を含めた全端子間の電力総和ゼロ制御は、通信回線で担保されなければならず、制御の信頼性が通信信頼性に依存することになる。これらの課題は電力貯蔵のあるなしにかかわらないが、電力貯蔵があるとさらに複雑になるため、4端子以上の直流送電の実現は実質上不可能であった。 According to this patent document, it is claimed that by taking in the power storage device, it can be stably operated with a plurality of DC multi-terminals. However, this system contains the following fundamental defects. First, since the distance length of the DC transmission line is increased, the probability of an accident at a DC cable or a connection portion is increased. If a large number of DC circuit breakers, etc. are not arranged at the branch point, the electric circuit cannot be separated when an accident occurs in the DC section, resulting in a power failure of the entire system. Further, the total power zero control between all terminals including the power storage device must be secured by a communication line, and the reliability of the control depends on the communication reliability. Although these problems are not related to the presence or absence of power storage, since the power storage becomes more complicated, it is practically impossible to realize DC power transmission with four or more terminals.
以上のように、先行技術文献には再生可能エネルギーの大量導入を可能にする為の電力システムについて、直截的な例が見当たらない。先行技術文献を参考にして想定し得るのは、現在の基幹電力系統を、再生可能エネルギー電源と分散電源と需要で構成される多数の電力系統に分割し、電力貯蔵装置を導入して独自に需給バランスをとって周波数と電圧を安定させ(電力系統の自立と呼ぶ)、その上で、BTBやループコントローラのような連系装置(以下BTB型連系装置と呼ぶ)で相互にネットワーク連系線で接続する方法までである。 As described above, there is no straightforward example in the prior art document regarding a power system for enabling mass introduction of renewable energy. What can be assumed with reference to prior art documents is that the current main power system is divided into a number of power systems composed of renewable energy power sources, distributed power sources and demands, and power storage devices are introduced to uniquely Stabilize frequency and voltage by balancing supply and demand (referred to as power system independence), and then connect to each other via interconnected devices such as BTB and loop controllers (hereinafter referred to as BTB-type interconnected devices). Up to the method of connecting with a line.
しかし、BTB型連系装置による電力ネットワークには以下のような課題がある。 However, the power network using the BTB type interconnection device has the following problems.
まず、電力融通制御装置面においては、
第1に、BTB型連系装置では連系する電力系統の数の2乗に比例するオーダーの連系装置が必要となる。
第2に、その間で協調制御をおこなう必要があるが、これは変換器数の増大のみならず、設置時期やメーカーの異なる装置間での協調制御という困難な課題を生み出す。
第3に、複数の電力系統を連続して電力融通する場合、電力が通過するだけの電力系統では電力変換が2度行われ、変換損失が大きくなるという問題がある。
第4に、電力母線に故障が発生すると、その電力系統を経由する電力融通ルートはすべて停止し、健全な電力系統にまで波及するという問題がある。
First, in terms of the power interchange control device,
First, the BTB type interconnection device requires an interconnection device of an order proportional to the square of the number of power systems to be linked.
Secondly, it is necessary to perform coordinated control in the meantime, which not only increases the number of converters but also creates a difficult problem of coordinated control between devices of different installation periods and manufacturers.
Third, when a plurality of power systems are continuously powered, there is a problem that power conversion is performed twice in a power system that only allows power to pass and conversion loss increases.
Fourthly, when a failure occurs in a power bus, there is a problem that all power interchange routes that pass through the power system are stopped and spread to a healthy power system.
また、通信システム面においては、
第1に、複数の電力系統間で電力融通を行うためには、ネットワークのルートが増えるにつれ、通信システムも複雑化し、高額な初期投資と保守費用が必要となる。
第2に、信頼度を維持しなければならない通信ルートや通信機器が膨大になり、改造や新増設と対応が困難になる。
第3に、任意の電力機器から別の電力系統内の任意の電力機器に電力を融通するという新しいコンセプトを実現することは、従来の通信方法では、設備対応の困難さや初期投資の大きさ、保守コストの増大といった課題がある。
In terms of communication systems,
First, in order to carry out power interchange among a plurality of power systems, as the number of network routes increases, the communication system becomes more complicated, requiring expensive initial investment and maintenance costs.
Secondly, the number of communication routes and communication devices that must maintain reliability becomes enormous, making it difficult to cope with modifications and new additions.
Thirdly, the realization of a new concept of accommodating power from any power device to any power device in another power system means that the conventional communication method has difficulty in handling facilities and the size of initial investment, There is a problem of increased maintenance costs.
さらに、制御システム面においては、
第1に、このような電力融通を行う際、従来の方法では、中央指令装置が必要であり、中央に情報を集める手段と、その通信回路、さらに指令を発信する手段が必要である。
第2に、電源系統の信頼性の重要さに鑑み、二重化などの措置が必要である。
第3に、分散した複数の電力系統システムが常に再編され増大していくような新しい電力システムにおいては、このような従来の方法では膨大な設備投資と間断のない保守対応が発生し、ネットワーク管理者の負担が膨大になる。
Furthermore, in terms of the control system,
First, when performing such power interchange, the conventional method requires a central command device, and means for collecting information in the center, its communication circuit, and means for transmitting a command.
Secondly, in view of the importance of the reliability of the power supply system, measures such as duplication are necessary.
Third, in a new power system in which a plurality of distributed power system systems are constantly reorganized and increased, such conventional methods generate enormous capital investment and uninterrupted maintenance. The burden on the person becomes enormous.
この他、複数電力系統間で電力融通を行う場合、すべての電力系統から融通可能な有効・無効電力の大きさや量、時間、電力価格の情報を得て、電力ルートの制限を加味して、融通すべきルート選定、複数ルートの組み合わせを決定し、各融通装置に通達し実行させる必要がある。 In addition, when conducting power interchange between multiple power systems, obtain information on the size, amount, time, and power price of active / reactive power that can be accommodated from all power systems, taking into account power route restrictions, It is necessary to select a route to be accommodated, determine a combination of a plurality of routes, and notify each of the accommodation devices for execution.
電力網と通信網の複合した概念については、特許文献9に家庭やビル内における電力線と通信回路の融合した例が示されているものの、これはコンセントを使ったインターネット回線の概念であり、電力融通制御に関する概念は含まれていない。 Regarding the combined concept of the power network and the communication network, Patent Document 9 shows an example in which a power line and a communication circuit are integrated in a home or building. However, this is a concept of an Internet line using a power outlet. It does not include concepts related to control.
以上のことから、再生可能エネルギーを大量導入するためには、個々の電力系統の中で再生可能エネルギーと他の電源・負荷および電力貯蔵装置等の電力機器の需給をバランスさせて自立させ、過不足が生じる部分について、基幹電力系統も含め、他の電力系統と非同期に接続して電力を融通し合える効率的な連系装置を開発する必要があり、さらにそれら電力機器の制御、全体をコントロールする効率的で柔軟な制御システム、その通信基盤となる通信システム、最適な電力融通アルゴリズムの開発等の課題を解決し総合的な電力システムを構築する必要がある。 From the above, in order to introduce a large amount of renewable energy, it is necessary to maintain a balance between the renewable energy and the supply and demand of power equipment such as other power sources / loads and power storage devices in each power system. It is necessary to develop an efficient interconnection device that can be connected asynchronously with other power systems, including the main power system, for the parts where shortages occur, and to control the power equipment and the overall control. It is necessary to construct a comprehensive power system that solves problems such as the development of efficient and flexible control systems, communication systems that serve as the communication infrastructure, and optimal power interchange algorithms.
上述のような背景から、本発明で解決しようとする課題は、既存の電力系統を細分化して生みだした複数の電力系統に対して、同時に電力を分配融通する複数電力系統間電力変換器であるところの「多端子型電力変換装置」及びその多端子型電力変換装置を複数連系して、時刻同期をとりつつ、電力を遠方の電力系統に融通するシステムを提供することにある。 From the background as described above, the problem to be solved by the present invention is a power converter between multiple power systems that distributes and distributes power simultaneously to a plurality of power systems generated by subdividing an existing power system. However, an object of the present invention is to provide a system in which a “multi-terminal power conversion device” and a plurality of the multi-terminal power conversion devices are connected to each other so as to synchronize time and accommodate power to a distant power system.
その制御方法として、各変換器や多端子電力変換システム全体に対して、アドレスを付加し、インターネットプロトコルに準じた分散型情報処理を行うことにより、電力を送るルートを、インターネットメールを送るようにルーティングしたり、送電元の情報(発電ソース、発電量、価格、時間、経由地、損失等)を、記録し、保存して電力取引を行ったりすることができる電力システムを提供することにある。 As a control method, an address is added to each converter and the entire multi-terminal power conversion system, and distributed information processing according to the Internet protocol is performed, so that a route for sending power is sent by Internet mail. The purpose is to provide an electric power system capable of routing, recording information of power transmission sources (power generation source, power generation amount, price, time, waypoint, loss, etc.), storing and conducting power transactions. .
多端子型制御装置の電力変換器を、交換したり、修理したりする際に、全装置を停電せずに、残りの電力変換器を運転継続できるような手段を提供することにある。 When replacing or repairing the power converter of a multi-terminal control device, the object is to provide means for continuing the operation of the remaining power converters without powering down all the devices.
多端子型電力変換装置自身に、電力の供給あるいは吸収手段を持たせ、母線電圧維持機能を持たす手段を提供することにある。 An object of the present invention is to provide means for providing a power supply or absorption means to the multi-terminal power converter itself and having a bus voltage maintaining function.
多端子型電力変換装置の各ユニットが引き出し可能なキャビネットに内蔵され、複数のキャビネットが一つのキュービクルに内蔵された構造を持ち、キャビネットを引き出すことによってユニットの入出力端子と共通母線端子が、キュービクル内の入出力端子側接続部と共通母線接続部から切り離すことができるように規格化して、プラグアンドプレイのような脱着認識を行うことができるようにすることにより、電力機器のアドホックな拡張が可能になり、保守活動の容易さを生みだすことを可能にする多端子型電力変換装置を提供することにある。 Each unit of the multi-terminal power converter is built in a cabinet that can be pulled out, and has a structure in which multiple cabinets are built in one cubicle. By pulling out the cabinet, the input / output terminals of the unit and the common bus terminal are connected to the cubicle. By standardizing so that it can be disconnected from the input / output terminal side connection part and the common bus connection part, it is possible to perform attachment / detachment recognition such as plug and play, so that ad hoc expansion of power equipment is possible An object of the present invention is to provide a multi-terminal type power conversion device that is capable of generating maintenance work.
既存の送電線を使用して、多端子型電力変換装置を接続し、電力融通を行い、送電ルートを多様化する電力システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric power system that uses an existing power transmission line to connect a multi-terminal power conversion device, perform power interchange, and diversify power transmission routes.
既存の送電線を使用して、多端子型電力変換装置を送電線の各回線に独立に接続し、送電ルートを多様化し、送電線利用率を向上する電力システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric power system that uses an existing power transmission line to independently connect a multi-terminal power converter to each line of the power transmission line, diversifies the power transmission route, and improves the power transmission line utilization rate.
複数の多端子型電力変換装置の運転モードを協調して変えることにより、電力ルートの制限や変換器容量の制限に応じた送電や電力融通を行う電力システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power system that performs power transmission and power accommodation according to power route restrictions and converter capacity restrictions by cooperatively changing the operation modes of a plurality of multi-terminal power converters.
有効電力のみならず、無効電力も供給し、電圧維持を行う電力システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power system that supplies not only active power but also reactive power and maintains voltage.
電気の特徴は、発電と消費が常に同時同量であり、変動の大きい消費に合わせて発電を増減しないと周波数が維持できなくなる。ここに変動の大きい自然エネルギー電源が大量に導入されると、発電側も変動が大きくなり、全体として同時同量を維持することが困難になる。そのため、送電支障が起こりやすくなり、いったん起こると連鎖的に支障が拡大していく傾向がある。課題は、同期系統を、多端子型電力変換装置により、分断し、非同期連系することによって、細分化された電力系統を多数作って、事故による連鎖停電の可能性を少なくする電力システムを手供することにある。 The characteristic of electricity is that power generation and consumption are always the same amount at the same time, and the frequency cannot be maintained unless the power generation is increased or decreased in accordance with consumption with large fluctuations. If a large amount of natural energy power supply with large fluctuation is introduced here, fluctuation on the power generation side also becomes large, and it becomes difficult to maintain the same amount as a whole. Therefore, power transmission troubles are likely to occur, and once they occur, the troubles tend to expand in a chained manner. The challenge is to create a power system that reduces the possibility of a chain power failure due to an accident by creating a large number of subdivided power systems by dividing the asynchronous system with a multi-terminal power converter and asynchronously connecting them. There is to serve.
複数の多端子型電力変換装置間で、協調して電力を送るためには、電力変換器の起動・増出力率・運転値・減出力率・停止のタイミングを一致させる必要がある。これを、時刻同期を達成するという。 In order to send power in a coordinated manner between a plurality of multi-terminal power converters, it is necessary to match the start-up / increase output rate / operation value / decrease output rate / stop timing of the power converter. This is called time synchronization.
時刻同期を達成する方法にはおおむね次の3つの方法が考えられる。
(1)高速通信回線で時刻同期をとる。
(2)GPSや電波時計など外部の時計データを元に該当電力変換器の制御回路の時刻を合わせる。
(3)電力回路を流れる電流波形や、電力回路に印加される電圧波形を使って同期をとる。
There are roughly three methods for achieving time synchronization.
(1) Time synchronization is achieved with a high-speed communication line.
(2) The time of the control circuit of the corresponding power converter is set based on external clock data such as GPS and radio clock.
(3) Synchronize using a current waveform flowing through the power circuit and a voltage waveform applied to the power circuit.
(1)の方法は、通信回線が遮断されたり、他の通信の影響で実効速度が遅くなったりする可能性があり、信頼性の低い方法と考えざるを得ない。通信回線の遅れ分を補正する手順が必要であり、その信頼性は十分とはいえない。
(2)の方法は、GPSや電波時計のデータが取得できなかった場合、信頼性が落ちる。またデータ取得は連続ではなく、通常間欠的に行われるため、取得と取得の間は、自己の持つ時計機能で時刻を判定する必要がある。このため、やはり信頼性が高いとは言えない。インターネットの世界では、Network Time Protcol(NTP)が知られている手順であるが、通信回線の遅れ分を補正して同期をとっており、その誤差の信頼性は十分とはいえない。
(3)の方法は、電力回路を流れる電流も電圧も光と同じ速度で伝搬しているので、時刻のずれは基本的に考えなくてもよく、優れた方法であるといえる。しかし、この電流波形や電圧波形(以下、電気波形と呼ぶ)の伝達しうる情報量は小さく、電力変換の開始時刻、終了時刻、電力変換の大きさ、価格、発電ソース、電力送電元、経由地等の情報を十分に伝えきれない。
The method (1) may be interrupted by a communication line or may have a lower effective speed due to the influence of other communications, and must be considered as a low-reliability method. A procedure for correcting the delay of the communication line is necessary, and its reliability is not sufficient.
The method (2) is less reliable when GPS or radio clock data cannot be acquired. Also, since data acquisition is not continuous but is usually performed intermittently, it is necessary to determine the time with the clock function of the self between acquisitions. For this reason, it cannot be said that the reliability is high. In the Internet world, Network Time Protocol (NTP) is a known procedure, but the communication line delay is corrected for synchronization and the reliability of the error is not sufficient.
The method (3) is an excellent method because the current and voltage flowing through the power circuit are propagated at the same speed as that of light, and thus there is no need to basically consider the time lag. However, the amount of information that this current waveform or voltage waveform (hereinafter referred to as an electrical waveform) can be transmitted is small, and the power conversion start time, end time, power conversion size, price, power generation source, power transmission source, via I can't fully convey information about the ground.
(3)の方法において、電力回路を流れる電流波形や、電圧波形を特殊な形にしたり、組み合わせたりすることによりに情報量を増大することは可能である。しかし、情報量を多くすると、伝送距離が短くなるという欠点を有する。 In the method (3), it is possible to increase the amount of information by making the current waveform and voltage waveform flowing through the power circuit into a special shape or combining them. However, when the amount of information is increased, the transmission distance is shortened.
課題は、以上の時刻同期の問題を解決した電力システムを提供することにある。 The problem is to provide a power system that solves the above time synchronization problem.
電気には、色がないと言われ、電気を識別することは従来不可能であった。しかし、識別が可能になれば、電力の取引や付加価値の取引が可能になる。 Electricity is said to have no color, and it has been impossible in the past to identify electricity. However, if the identification becomes possible, power trading and value-added trading become possible.
課題は、電気の識別を行い、その記録を一元管理できるようにすることである。 The challenge is to identify electricity and manage the records centrally.
ソフトウェアにおいても、電力関連装置および機器においては、個々の装置および機器に対応した個別のソフトを開発するのが通例であった。 Also in software, it has been customary to develop individual software corresponding to individual devices and devices in power-related devices and devices.
課題は、すべての電力機器に共通のソフトウェアとし常に最新のものになるような電力システムを提供することにある。 The challenge is to provide a power system that is always up-to-date with software common to all power devices.
請求項1に係る発明は、この課題を解決するためになされたものであって、多端子型電力変換装置であって、双方向に電力変換する3以上の自励式電力変換器と、前記各自励式電力変換器を通過する電圧・電流を測定する電圧・電流測定器と、前記自励式電力変換器の一方の端子同士を並列に接続する共通母線と、前記電圧・電流測定器で測定された測定値に基づき電圧・電流・電力・周波数・位相を算出し、前記自励式電力変換器の1つが前記共通母線の電圧を維持し、かつ、他の前記自励式電力変換器が前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先の電圧又は電流を維持し、前記共通母線に流入する電力と前記共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう複数の前記自励式電力変換器を協調して制御して、前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先間で非同期に電力融通するように前記自励式電力変換器を制御する電力制御システムとを備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 1, which has been made to solve this problem, a multi-terminal power conversion device, and three or more self-commutated power converter for power conversion bidirectionally, each Measured by a voltage / current measuring device for measuring the voltage / current passing through the self-excited power converter, a common bus connecting one terminal of the self-excited power converter in parallel, and the voltage / current measuring device. Voltage, current, power, frequency, and phase are calculated based on the measured values, one of the self-excited power converters maintains the voltage of the common bus, and the other self-excited power converter is the self-excited type. A plurality of the self-excited powers that maintain the voltage or current of the connection destination to which the other terminal of the power converter is connected, so that the sum of the power flowing into the common bus and the power sent from the common bus becomes zero The self-excited type by controlling the converter in cooperation Characterized by comprising a power control system for controlling the self-commutated power converter as the other terminal of the force transducer is power interchange asynchronously between connected connection destination.
本発明による効果は請求項ごとに以下のとおりである。 The effects of the present invention are as follows for each claim.
請求項1に係る発明による効果は、以下のとおりである。
まず、多端子型のAC−DC変換器群を、ACs−DC−ACs(sは複数のAC端子を示す)と表す。このシステム構成が、変電所構内に一体型のシステムとして設置されるため、複数の変換器の直流電圧、電流、制御角などの運転状況の把握や、集中的な制御や保護が容易になる。全変換器を一括で起動停止したり、個々に起動・停止したり、変換器間で電力の過不足が生じないようにする協調制御方式、電力の流れが反転する際に協調して制御する潮流反転方式、故障や事故が起きた時に全体を集中保護するシステムなどが一か所で集中管理できるという利点がある。
また、新たな送電線や、直流連系線を設置することなく、既存の交流送電線に多端子型電力変換装置の外部端子を直接接続することで、隣接する複数の電力系統に対し、電圧、周波数、位相が異なる場合でも、任意の大きさの有効電力を能動的に、1つの系統から複数の系統へ同時に送受したり、複数の系統から複数の系統に送受したりできるようになる。
さらに、電力用半導体素子を使用することにより、従来の遮断器に比べて電力の遮断速度が飛躍的に速まる。これにより、太陽光発電や風力発電が電力需要の大部分を賄うような状況になった場合でも、電力系統を細分化し、電力系統間の接続部に本発明の多端子型電力変換装置を使用することにより、連鎖大停電を引き起こす可能性を小さくすることができる。
The effects of the invention according to claim 1 are as follows.
First, a multi-terminal AC-DC converter group is represented as ACs-DC-ACs (s indicates a plurality of AC terminals). Since this system configuration is installed as an integrated system in the substation premises, it becomes easy to grasp the operation status such as DC voltage, current, and control angle of a plurality of converters, and to perform intensive control and protection. Start and stop all converters at once, start and stop them individually, coordinated control system to prevent excess or deficiency of power between converters, and control in concert when power flow is reversed The tidal current reversal method and the system that centrally protects the entire system in the event of a failure or accident have the advantage that it can be centrally managed in one place.
In addition, by connecting the external terminal of the multi-terminal power converter directly to an existing AC transmission line without installing a new transmission line or DC interconnection line, Even when the frequency and phase are different, active power of an arbitrary magnitude can be actively transmitted / received simultaneously from one system to a plurality of systems, or transmitted / received from a plurality of systems to a plurality of systems.
Furthermore, the use of the power semiconductor element dramatically increases the power interruption speed as compared to the conventional circuit breaker. As a result, even when solar power generation or wind power generation covers the majority of power demand, the power system is subdivided and the multi-terminal power conversion device of the present invention is used for the connection between the power systems. By doing so, the possibility of causing a chain blackout can be reduced.
本実施例は、請求項1に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 1 will be described.
図1は、多端子型電力変換装置1の構造を図示したものである。多端子型電力変換装置には遮断器8、断路器9、自励式電力変換器10で構成されるA入出力端子201と遮断器8、断路器9で構成されるB入出力端子202がある。まず、図1では電力線搬送通信端局13を使用した例を示しているが、外部データネットワークを使用する場合は不要となる。電圧・電流・電力測定器16は、電圧・電流により電力を計算するタイプのものと専用の電力測定器を設置するタイプのものとある。また、同測定器16は直流母線に設置するものと、交流側に設置するものとがあり、それぞれタイプが異なる。この測定値は電力の取引にも使用することが可能である。さらに、取引用に別途専用の電力計を用意することも可能である。この電力の記録は専用の記録装置161に保存され、電力取引に使用される。 FIG. 1 illustrates the structure of a multi-terminal power converter 1. The multi-terminal power converter includes an A input / output terminal 201 composed of a circuit breaker 8, a disconnector 9, and a self-excited power converter 10, and a B input / output terminal 202 composed of a circuit breaker 8 and a disconnector 9. . First, FIG. 1 shows an example in which the power line carrier communication terminal station 13 is used, but this is not necessary when an external data network is used. The voltage / current / power measuring device 16 includes a type that calculates power based on voltage / current and a type that installs a dedicated power measuring device. Moreover, the measuring device 16 has a thing installed in a direct current bus, and a thing installed in an alternating current side, and a type differs, respectively. This measurement can also be used for power trading. It is also possible to prepare a separate dedicated power meter for trading. This power record is stored in a dedicated recording device 161 and used for power transactions.
図1では、共通母線が直流のものを例示しているが、共通母線を交流にする場合もある。マトリックスコンバーターやトライアック等の電力変換回路を用いる形態もある。直流電圧安定化用キャパシター17は並列型共通母線18が直流の場合に使用される。 In FIG. 1, the common bus is a direct current, but the common bus may be an alternating current. There is also a form using a power conversion circuit such as a matrix converter or a triac. The DC voltage stabilizing capacitor 17 is used when the parallel type common bus 18 is DC.
図1のA入出力端子201の構成は、回路を切断できる機械式断路器9と、必要な遮断容量を持つ遮断器8と、自励式双方向電力変換器10からなり、B入出力端子202の構成は、回路を切断できる機械式断路器9と、必要な遮断容量を持つ遮断器8とだけでなる。多端子型電力変換装置1にはA・B入出力端子の両方があるものと、A入出力端子だけのものと、B入出力端子だけのものの3種類がある。 The configuration of the A input / output terminal 201 in FIG. 1 includes a mechanical disconnector 9 that can cut a circuit, a circuit breaker 8 having a necessary breaking capacity, and a self-excited bidirectional power converter 10. The configuration of is composed only of a mechanical disconnector 9 capable of cutting a circuit and a breaker 8 having a necessary breaking capacity. There are three types of the multi-terminal type power converter 1, one having both A and B input / output terminals, one having only A input / output terminals, and one having only B input / output terminals.
A入出力端子のうち、少なくとも一つが、その多端子型電力変換装置の設置されている電力系統に接続され、その電力系統の電力を直流に順変換したのち、残りのA入出力端子が接続先の電力系統の電圧・位相・周波数に同期させて電力を逆変換して送出したり、あるいは逆に複数のA入出力端子が電力を順変換して、その電力系統に逆変換して電力を送り込んだりできる。A入出力端子間での流入する電力と送出する電力の総和がゼロとなるよう制御することを特徴としている。 At least one of the A input / output terminals is connected to the power system in which the multi-terminal type power converter is installed, and after converting the power of the power system to DC, the remaining A input / output terminals are connected. Inverts and sends out power in synchronization with the voltage, phase, and frequency of the previous power system, or conversely, multiple A input / output terminals forward-convert power and back-convert to that power system for power Can be sent. Control is performed so that the sum of the inflow power and the output power between the A input / output terminals becomes zero.
共通直流母線18に、電力貯蔵装置や二次電池を接続することは可能である。このときは、直流母線の入出力電力総和ゼロ制御に、電力貯蔵装置や二次電池の充放電制御を組み込めばよい。電力貯蔵装置や二次電池をA入出力端子の接続先側に置き、A入出力端子の変換器制御で充放電を行くこともできる。 It is possible to connect a power storage device or a secondary battery to the common DC bus 18. In this case, charging / discharging control of the power storage device and the secondary battery may be incorporated in the input / output power total zero control of the DC bus. An electric power storage device or a secondary battery can be placed on the connection side of the A input / output terminal, and charging / discharging can be performed by controlling the converter of the A input / output terminal.
B入出力端子は、連系電線路を介して接続される先の電力系統に設置される、別の多端子型電力変換装置のA入出力端子と対をなす入出力端子である。 The B input / output terminal is an input / output terminal that is paired with the A input / output terminal of another multi-terminal type power converter installed in the previous power system connected via the interconnection electric line.
一つの多端子型電力変換装置のA入出力端子を複数、自系統に接続すれば自系統が授受する電力容量を増大することができる。 If a plurality of A input / output terminals of one multi-terminal type power converter are connected to the own system, the power capacity transferred by the own system can be increased.
複数の多端子型電力変換装置のA入出力端子をひとつずつ、自系統に接続すれば、自系統が授受する電力容量を増大するとともに接続先電力系統もの増やすことができる。 If the A input / output terminals of a plurality of multi-terminal type power converters are connected to the own system one by one, the power capacity delivered and received by the own system can be increased and the number of connected power systems can be increased.
A入出力端子の自励式電力変換器の順変換側は直流母線で並列接続され、電圧維持のためのコンデンサーを有しており、同電力変換器の逆変換側は接続先が交流電力系統の場合は交流リアクトルもしくは交流変圧器と必要な交流フィルターを有し、接続先が直流電力系統の場合は平滑用コンデンサーを有する。 The forward conversion side of the self-excited power converter of the A input / output terminal is connected in parallel with a DC bus and has a capacitor for maintaining the voltage. The reverse conversion side of the power converter is connected to the AC power system. In the case, it has an AC reactor or AC transformer and the necessary AC filter, and when the connection destination is a DC power system, it has a smoothing capacitor.
図1に示すように電力制御システムとして、各A入出力端子の直流電圧・交流電圧・有効電力・無効電力・電流・位相同期・PWMゲート制御からなる端子制御システムと、起動・停止・各入出力端子受送電電力設定ならびに全電力協調制御からなる共通制御システムと、からなる電力制御システムを具備することができる。 As shown in FIG. 1, the power control system includes a terminal control system comprising DC voltage, AC voltage, active power, reactive power, current, phase synchronization, and PWM gate control of each A input / output terminal, and start / stop / input It is possible to provide a power control system including a common control system including output terminal receiving / transmitting power setting and total power cooperative control.
多端子型電力変換装置1の各端子は容量の異同を問わない。同一容量であればより制御定数など統一でき、電力分配の制約もないため効率的である。電力の送受については全端子に等しく電力を分配したり、異なる電力を配分したり、連系電線路の使用状況を見ながらタイムシェアリングして間欠的に送ることもできる。 Each terminal of the multi-terminal type power converter 1 may be different in capacity. If the capacity is the same, the control constants can be unified, and there is no restriction on power distribution, which is efficient. For power transmission / reception, power can be equally distributed to all terminals, different power can be distributed, or time sharing can be performed while observing the usage status of the interconnected electric lines.
電力取引システムとして、各A入出力端子の電力計16の値と電力融通プロファイルデータとを電力量の取引に使用できるように記録する電力取引用記録装置161を具備することができる。電力量計は、後述するソフトウェアで電力変換器を動作させて、随時自動校正を行うことができる構造となっている。電力量の計測には、制御用に使用する電圧・電流測定デバイスを流用したり、そのデータを用いて計算することもできる。 As the power trading system, a power trading recording device 161 for recording the value of the power meter 16 of each A input / output terminal and the power interchange profile data so that it can be used for trading of electric energy can be provided. The watt-hour meter has a structure in which automatic calibration can be performed at any time by operating a power converter with software described later. To measure the amount of electric power, a voltage / current measuring device used for control can be used, or the data can be used for calculation.
このように電力変換器を組み合わせ、直流電圧を維持するユニットと電力を制御するユニットを組み合わせ、すべての電力の出入りを、システム内に設置する中央演算処理装置によって統括制御することにより、複数の電力系統に対し、電力を融通分配する多端子型電力変換システムが構築できる。 By combining power converters in this way, combining a unit that maintains DC voltage and a unit that controls power, and controlling all power in and out by a central processing unit installed in the system, multiple power A multi-terminal power conversion system that allows power to be distributed and distributed to the system can be constructed.
図2(A)は、事故時保護システムを例示している。以下のようなものを持ち、必要最小限の回路の遮断を行うことによって、最大限の電力融通ルートを確保する電力融通ルート保護回路を具備することが可能である。
図2(A−1)入出力端子過電流保護回路:各入出力端子において個々の設定電流以上に電流が流れた時に、A入出力端子においてはゲートブロックと遮断器開操作、B入出力端子においては遮断器開操作を行う入出力端子保護回路。
図2(A−2)直流母線保護回路:各A入出力端子の直流部に直流電流計を設置し全端子電流総和がゼロでなくなった時に、時限を以て全電力変換器のゲートブロックを行う電力変換器直流母線保護回路。
図2(A−3)多端子型電力変換装置保護回路:電力系統の接続する各入出力端子受電部に電力計を設置し全端子電力総和がゼロでなくなった時に、時限を以て入出力端子全遮断器を開操作する多端子型電力変換装置保護回路。
図2(B−1)、図2(B−2)は、事故時の入出力端子切り替えを例示している。図2(B−1)のように1番上の端子から2番目の端子に電力融通を行っているとき、図2(B−2)のように、一番上の端子が、過電流などを含む事故を起こした時、速やかにこの回路の電力変換器のゲートブロックをかけて電力を停止し、4番目の端子から2番目の端子に電力を供給するように切り替えることができる。さらに、事故のあった入出力端子だけを遮断器8や断路器9で切り離し、他の入出力端子で電力融通を継続することが可能である。事故のあった入出力端子も、復旧次第、運転再開が可能なシステムとなっている。ゲートブロックだけで異常が復旧する場合には、不要な遮断を行わずに初期状態に戻すことが可能である。
図2(A−4)に示すように、制御方法は、入出力端子から流入する電力と流出する電力の総和がゼロになるようにする。これには、直流電圧維持ユニットを除くほかのユニットが、要求を受けた電力を入出力し、電力の過不足部分を直流電圧維持ユニットが補う方式がもっとも一般的である。
FIG. 2A illustrates an accident protection system. It is possible to have a power interchange route protection circuit that secures the maximum power interchange route by having the following components and cutting off the minimum necessary circuit.
Fig. 2 (A-1) I / O terminal overcurrent protection circuit: When the current exceeds the set current at each I / O terminal, at the A I / O terminal, the gate block and circuit breaker open operation, B I / O terminal In I / O terminal protection circuit that opens the circuit breaker.
Fig. 2 (A-2) DC bus protection circuit: Power to perform gate block of all power converter with time limit when DC current meter is installed in DC section of each A input / output terminal and total current of all terminals is not zero Converter DC bus protection circuit.
Fig. 2 (A-3) Multi-terminal type power converter protection circuit: When a power meter is installed in each input / output terminal receiving unit connected to the power system and the total power of all terminals is not zero, all input / output terminals are timed Multi-terminal power converter protection circuit that opens the circuit breaker.
FIG. 2B-1 and FIG. 2B-2 illustrate input / output terminal switching at the time of an accident. When power is exchanged from the top terminal to the second terminal as shown in FIG. 2 (B-1), the top terminal is overcurrent or the like as shown in FIG. 2 (B-2). Can be switched to supply power from the fourth terminal to the second terminal by quickly turning on the gate block of the power converter of this circuit. Furthermore, it is possible to disconnect only the input / output terminal where the accident occurred with the circuit breaker 8 or the disconnector 9 and to continue the power interchange with the other input / output terminals. The I / O terminal where the accident occurred can be restarted as soon as it is restored. When the abnormality is recovered only by the gate block, it is possible to return to the initial state without performing unnecessary blocking.
As shown in FIG. 2 (A-4), the control method is such that the sum of the power flowing in from the input / output terminal and the power flowing out becomes zero. For this, the most common method is that a unit other than the DC voltage maintaining unit inputs and outputs the requested power, and the DC voltage maintaining unit compensates for the excess or deficiency of the power.
また、後述するように電力貯蔵装置を直流母線に接続する場合は、すべてのユニットが要求を受けた電力を入出力し、電力の過不足部分を電力貯蔵装置が補いつつ、直流電圧も維持する制御方式とすることができる。 In addition, as will be described later, when connecting the power storage device to the DC bus, all the units input and output the requested power, and the power storage device compensates for the excess or deficiency of the power while maintaining the DC voltage. It can be a control method.
図3に示すように、機器操作システムとして、入出力端子同期投入時に断路器9を閉じ操作し、接続先の電圧・周波数・位相を測定し、接続先が電圧を有するとき(自立)は、電力変換器10の電圧・周波数・位相を同期させてから遮断器8を閉じる並列同期投入操作(系統連系運転モード)を行い(図3(A))、接続先が無電圧の時には、接続先定格に準拠した電圧・周波数を前記電力変換器10で作成してから、遮断器8を閉じ、接続先に電源を供給する自立運転投入操作回路(自立運転モード)を行う(図3(B))機器操作システムを具備することができる。 As shown in FIG. 3, as a device operation system, when the input / output terminal is synchronized, the disconnector 9 is closed and the voltage, frequency, and phase of the connection destination are measured, and when the connection destination has a voltage (independent), A parallel synchronous operation (system interconnection operation mode) is performed to close the circuit breaker 8 after synchronizing the voltage, frequency, and phase of the power converter 10 (FIG. 3 (A)). After the voltage / frequency conforming to the pre-rating is created by the power converter 10, the circuit breaker 8 is closed, and a self-sustaining operation input operation circuit (self-sustaining operation mode) for supplying power to the connection destination is performed (FIG. 3 (B )) A device operation system can be provided.
本実施例では、請求項2に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 2 will be described.
まず図4に基づいて、本発明の通信システムの構成を説明する。多端子型電力変換装置のA入出力端子、B入出力端子に設置され通信端局(データターミナルエンド:DTE)は、電力に関わる情報を取得し、CPUに伝えるとともに、外部データ通信路もしくは電力線搬送通信路をデータ通信路として外部との信号の授受をおこなう。外部データ通信路としてはて、光ケーブル・LANケーブル・メタルケーブル・無線・同軸ケーブルを使用することが可能である。 First, based on FIG. 4, the structure of the communication system of this invention is demonstrated. A communication terminal station (data terminal end: DTE) installed at the A input / output terminal and the B input / output terminal of the multi-terminal type power conversion device acquires information related to power and transmits it to the CPU, as well as an external data communication path or power line. Signals are exchanged with the outside using the carrier communication path as a data communication path. As the external data communication path, an optical cable, a LAN cable, a metal cable, a wireless cable, or a coaxial cable can be used.
図4は、多端子型電力変換装置本体とその入出力端子に通信用アドレスを与えてWANを構成し、電力系統内の電気機器の出力を制御するために付加される電力機器制御端末装置にも通信用アドレスを与えてLANを構成し、その両者を接続し、通信を統合するシステムを例示している。これによって、異電力系統電力機器間や、複数電力系統間での通信が可能になり、多端子型電力変換装置の入出力端子に電力融通に関する制御指示を与えることが可能になる電力システムが構築できる。 FIG. 4 shows a power device control terminal device added to provide a communication address to the multi-terminal type power conversion device main body and its input / output terminals to configure the WAN and control the output of the electrical devices in the power system. 1 also illustrates a system in which a communication address is given and a LAN is configured, the two are connected, and communication is integrated. This makes it possible to communicate between different power system power devices or between multiple power systems, and build a power system that can give control instructions related to power interchange to the input / output terminals of the multi-terminal power converter it can.
WANの中に、入出力端子固有のMACアドレス、割り当てられたIPアドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイを記述したアドレステーブルを保有するアドレスサーバーを置き、LANの中に、電力機器制御端末装置固有のMACアドレス、割り当てられたIPアドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイを記述したアドレステーブルを保有するアドレスサーバーを置けば、TCP/IP通信プロトコルを使用して、多端子型非同期連系装置入出力端子および電力機器制御端末装置の間で通信することを特徴とする電力ネットワークシステムが構築できる。 An address server holding an address table describing the MAC address specific to the input / output terminal, the assigned IP address, the subnet mask, and the default gateway is placed in the WAN, and the MAC unique to the power device control terminal device is placed in the LAN. If an address server that holds an address table that describes addresses, assigned IP addresses, subnet masks, and default gateways is placed, the multi-terminal asynchronous interconnection device input / output terminals and power equipment using the TCP / IP communication protocol A power network system characterized by communication between control terminal devices can be constructed.
通信路として電力線搬送通信を用いる場合、連系電線路や電力ケーブルを通信信号の伝送路としてWAN/LANが構築されるので、これにより、通信が可能なルートが電力を送れるルートと物理的に一致する。電線路が断線したり、関連設備を停止したりすると、通信回路も解放されたり停止したりするので、その回路に通信信号は流れない。これにより、複雑な状態確認などなしに、電力システムの最新状態が把握できる。66kV系の送電線では、すでに192kbpsのデジタル式電力線搬送が実用化されている。後述する電力融通信号の情報量は、すべての交信に数キロビット程度しか必要ないため、上記帯域は十分な速度といえる。 When power line carrier communication is used as a communication path, a WAN / LAN is constructed using a communication line or power cable as a transmission path for communication signals. Match. If the electric line is disconnected or the related equipment is stopped, the communication circuit is also released or stopped, so that no communication signal flows through the circuit. As a result, the latest state of the power system can be grasped without checking the complicated state. In the 66 kV transmission line, a digital power line carrier of 192 kbps has already been put into practical use. The amount of information of a power interchange signal, which will be described later, needs only about several kilobits for all communications, so the band can be said to be a sufficient speed.
多端子型電力変換装置は、インターネットのルーターのように、多端子型電力変換システム相互に情報を交換し、隣接する多端子型電力変換システムやその入出力端子のアドレスを常に把握することができ、必要な電力をバケツリレーのように電力変換しながら遠方の電力系統に送っていくことができ、そのために必要なルーティング情報を常に把握しておくことができる。 Multi-terminal power converters, like Internet routers, can exchange information between multi-terminal power conversion systems and always know the addresses of adjacent multi-terminal power conversion systems and their input / output terminals. The necessary power can be sent to a distant power system while converting the power like a bucket relay, and the necessary routing information can be always grasped.
これは、従来の電力融通のメカニズムが、中央給電指令所のような共通のセンターにすべての情報を集め、そこからすべての指令が出てくる方式に比べると、分散制御方式とでもいうべきもので大きく異なる概念であり、本発明はそれを実現する具体的手段を提案している。 This is a distributed control method compared to a method in which the conventional power interchange mechanism collects all information in a common center such as the central power supply command center and all commands are issued from there. The present invention proposes a specific means for realizing the concept.
また、本発明の多端子型電力変換システムは、変電所構内の一区画に隣接して配置されるものとなり、その制御に必要な情報は中央演算処理装置により電力用半導体素子のゲート制御を行い、記憶装置により電力変換関連情報と取引関連情報を関連付けてデジタル記録することを特徴としている。 In addition, the multi-terminal power conversion system of the present invention is arranged adjacent to a section of the substation, and the information necessary for the control is controlled by the central processing unit to control the gate of the power semiconductor element. The storage device is characterized in that the power conversion related information and the transaction related information are associated and digitally recorded.
本実施例では、請求項3に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 3 will be described.
図5は、図1で表現した電力変換回路の単純図示化を説明したものである。黒字の三角形でAC/DC変換回路を表す。三角形の頂部がDC側を表し、三角形の底辺がAC側を表す。 FIG. 5 illustrates a simple illustration of the power conversion circuit expressed in FIG. The AC / DC conversion circuit is represented by a black triangle. The top of the triangle represents the DC side, and the base of the triangle represents the AC side.
図6(A)は、4端子の多端子型電力変換装置を示しているが、端子数はこれに限るものではない。 FIG. 6A shows a four-terminal multi-terminal power converter, but the number of terminals is not limited to this.
図6(A)では、4端子のうちの任意の2端子を接続するすべての箇所に遮断器と断路器のバイパス回路を設置した例を示しているが、バイパス回路の形態はこれに限るものではない。 Although FIG. 6A shows an example in which bypass circuits of circuit breakers and disconnectors are installed at all locations where any two of the four terminals are connected, the form of the bypass circuit is not limited to this. is not.
本実施例では請求項4に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 4 will be described.
図6(B)に、多端子型電力変換装置において、共通母線が直流である場合、電力貯蔵装置を共通母線に直結した例図6(B−1)と、電力貯蔵装置をDC/DCコンバータを経由して接続した例図6(B−2)について示している。
これらにより共通母線に必要な電力を供給したり、過剰な電力を吸収したりすることができる。
FIG. 6B shows an example in which the power storage device is directly connected to the common bus when the common bus is direct current in the multi-terminal power conversion device, and FIG. 6B-1 shows the DC / DC converter. FIG. 6B-2 shows an example in which the connection is made via.
As a result, necessary power can be supplied to the common bus or excessive power can be absorbed.
多端子型電力変換器装置は、次のような制御方式を用いることができる。電力貯蔵装置を持たない場合は、入出力端子のいずれかが、共通直流母線の直流電圧維持を行い、他の端子が有効電力制御を行い、総和に過不足名生ずる部分を、直流電圧維持を行っている入出力端子が補う方法が一般的である。 The multi-terminal power converter device can use the following control method. If you do not have a power storage device, one of the input / output terminals will maintain the DC voltage of the common DC bus, the other terminal will perform active power control, and the DC voltage will be maintained at the part where the sum is excessive or insufficient. A common method is to make up for the input / output terminals.
電力貯蔵装置を共通母線に接続する場合、直流電圧維持が電力貯蔵装置によって行われるので、すべての入出力端子が有効電力制御を行うことができる。過不足が生じた部分は電力貯蔵装置が補うことになる。 When the power storage device is connected to the common bus, since the DC voltage is maintained by the power storage device, all input / output terminals can perform active power control. The power storage device will compensate for the excess or deficiency.
この場合、電力貯蔵装置の充電量を正確に把握しておかないと過充電・過放電が起こる可能性があるため、充電量測定システムが重要になる。 In this case, since the overcharge / overdischarge may occur unless the charge amount of the power storage device is accurately grasped, the charge amount measurement system is important.
電力貯蔵装置が二次電池である場合、電池の充電量(SOC)の変化により直流電圧が変化するものが多い。この場合、直流共通母線に接続するには(B−2)のケースとして直流母線の電圧を維持する必要がある。 When the power storage device is a secondary battery, the DC voltage often changes due to a change in the charge amount (SOC) of the battery. In this case, in order to connect to the DC common bus, it is necessary to maintain the voltage of the DC bus as in the case of (B-2).
電力貯蔵装置が二次電池である場合、電池の充電量(SOC)の変化により直流電圧があまり変化しないものもある。この場合、直流共通母線に接続するには(B−1)のケースとして直流母線に直結させることができる。 When the power storage device is a secondary battery, the DC voltage does not change so much due to the change in the battery charge (SOC). In this case, in order to connect to the DC common bus, the case of (B-1) can be directly connected to the DC bus.
本実施例では請求項5に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 5 will be described.
図7は、多端子型電力変換装置において、各ユニットが引き出し可能なキャビネットに内蔵され、複数のキャビネットが一つのキュービクルに内蔵された構造を持ち、キャビネットを引き出すことによってユニットの入出力端子と共通母線端子が、キュービクル内の入出力端子側接続部と共通母線接続部から切り離すことができる例を示している。このような構造を規格化して、プラグアンドプレイのような脱着認識を行うことができるようにすることにより、電力機器のアドホックな拡張が可能になり、保守活動の容易さを生みだすことを可能にする電力システムを提供できる。 FIG. 7 shows a multi-terminal type power conversion device in which each unit is built in a cabinet that can be pulled out, and a plurality of cabinets are built in one cubicle. An example is shown in which the busbar terminal can be disconnected from the input / output terminal side connection portion and the common busbar connection portion in the cubicle. By standardizing such a structure so that plug-and-play-like attachment / detachment recognition can be performed, ad hoc expansion of power equipment is possible, and maintenance activities can be made easier. Power system can be provided.
図7では、上から4番目の入出力端子が多端子型電力変換装置1から引き出されている状態を示す。 FIG. 7 shows a state in which the fourth input / output terminal from the top is pulled out from the multi-terminal power conversion device 1.
各入出力端子や電力貯蔵装置ユニットは、差し込み端子で共通母線に接続されている。この構造は、電力系統のメタルクラッドスイッチギアなどで通常使われているものと同じである。 Each input / output terminal and the power storage device unit are connected to a common bus with an insertion terminal. This structure is the same as that normally used in metal clad switchgears for power systems.
引き出すにあたって、電力変換素子をゲートブロックし、遮断器を開操作して、断路器を開き、電気的衝撃が発生しない状態となってから引き出し可能となるようなインターロック構造が組み込まれている。 When pulling out, an interlock structure is incorporated in which the power conversion element is gate-blocked, the circuit breaker is opened, the disconnector is opened, and the electric shock is not generated and can be pulled out.
断路器は、引き出すことで断路することを兼ねる構造としてもよい。遮断器はゲートブロックで代用することも可能であり、その場合図中の断路器9と遮断器8は不要とすることもできる。 A disconnector is good also as a structure which serves as disconnecting by pulling out. The circuit breaker can be replaced by a gate block. In that case, the disconnecting device 9 and the circuit breaker 8 in the drawing can be omitted.
電力貯蔵装置の回路も同様に引き出し可能とすることができる。この場合、コンデンサーなどの付属部品が充電されていることがあるため、無電圧を確認して引き出し可能となるインターロック機構が組み込まれている。 Similarly, the circuit of the power storage device can be pulled out. In this case, since an accessory such as a capacitor may be charged, an interlock mechanism that can be pulled out after confirming no voltage is incorporated.
本実施例では請求項6に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 6 will be described.
図8は、本発明の多端子型電力変換装置が、当該装置の入出力端子を複数の電力系統に接続して電力融通を行う様子を図示したものである。図8では、5つの電力系統にすべての組み合わせルートを介して接続する図となっているが、すべてが必要であるわけでもなく、ルート一つに対して電力変換素子が一組である必要もない。 FIG. 8 illustrates a state in which the multi-terminal power conversion device of the present invention performs power accommodation by connecting input / output terminals of the device to a plurality of power systems. In FIG. 8, the connection is made to all five power systems through all combination routes. However, not all are necessary, and one power conversion element is required for one route. Absent.
図8では、電力変換器のあるA入出力端子201と電力変換器のないB入出力端子202が、対になっているが、これも必ずしもその必要性はない。 In FIG. 8, the A input / output terminal 201 with the power converter and the B input / output terminal 202 without the power converter are paired, but this is not necessarily required.
電力変換器は系統連係運転も自立運転も可能であるので、このような電力システムにおいて、いずれかの電力系統が全停電に陥った時に、復旧用の電圧源として提供することができる。電力系統内の電源をこの電圧源に系統連系させる形で復旧を進めていくことで事故復旧が容易になる。この際の電源ルートは、本電力システムにおいては複数あるので、事故時の復旧操作に有利である。 Since the power converter is capable of grid-linked operation and independent operation, in such a power system, when any power system goes into a total power failure, it can be provided as a voltage source for restoration. Accident recovery is facilitated by proceeding with recovery by connecting the power supply in the power system to this voltage source. In this power system, there are a plurality of power supply routes at this time, which is advantageous for a recovery operation in the event of an accident.
何らかの理由により電力系統が、他の電力系統と分離された時、その電力系統の発電と消費がほぼ等しいと、その電力系統が単独で運転継続する単独運転という現象が起きる可能性がある。仮に単独運転になった時でも、後述する時刻同期用電気波形を常時検出していれば、それが検出できなくなったときを持って単独運転になったと判断することが可能である。 When the power system is separated from another power system for some reason, if the power generation and consumption of the power system are approximately equal, there may be a phenomenon of isolated operation in which the power system continues to operate independently. Even if the operation becomes independent, if a time synchronization electric waveform described later is constantly detected, it is possible to determine that the operation has become independent when the time synchronization cannot be detected.
これは上流から下流へ電力を流す同期系統の際に上流が停電しているのにもかかわらず、下流に電圧があって、作業員が気付かずに感電する事故があることから問題になる現象である。 This is a phenomenon that becomes a problem because there is an accident that an electric shock is not noticed by the worker because there is a voltage in the downstream even though the upstream has a power outage in the synchronous system that flows power from upstream to downstream It is.
本発明が提案する電力システムでは、電力供給ルートが複数あるので、単独運転になりにくく、各電力系統が同期していなくても電力を融通できる非同期連系となっているので、上流にも下流にも電圧がある。作業安全は無電圧確認という原則で実施すればよい。 In the power system proposed by the present invention, since there are a plurality of power supply routes, it is difficult to operate independently, and the power system is an asynchronous interconnection that can accommodate power even if the power systems are not synchronized. There is also a voltage. Work safety should be implemented based on the principle of no-voltage confirmation.
本実施例では請求項7に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 7 will be described.
図9は、偶数回線数を持ち並列に運用されている送電線の各回線に対し多端子型電力変換装置の入出力端子が独立に接続し、回線ごとに独立の電力融通運用を行う例を示したものである。 FIG. 9 shows an example in which the input / output terminals of the multi-terminal power converter are independently connected to each line of the transmission lines that are operated in parallel with an even number of lines, and independent power interchange operation is performed for each line. It is shown.
通常の同期系統における送電線で、6,000ボルトを超える特別高圧系では、2回線で送電されているのが一般的である。送電鉄塔の両側に1回線ずつ設置されて同じ目的地まで敷設されている。送電線の容量を100%とすると、両回線とも50%ずつ負担する並列運用がなされている。しかし、定格容量は、事故時などに片回線のみになった時を想定して、それぞれ100%容量となっている。従って通常送電線利用率は50%以下になる。 In a transmission line in a normal synchronous system, in an extra high voltage system exceeding 6,000 volts, power is generally transmitted in two lines. One line is installed on each side of the transmission tower and is laid to the same destination. Assuming that the capacity of the transmission line is 100%, both lines are operated in parallel to bear 50% each. However, the rated capacities are 100% capacity assuming that there is only one line in the event of an accident. Therefore, the normal transmission line utilization rate is 50% or less.
図9(A)は、A、B、Cの三つの電力系統に電力を送電している例を示している。この例では、簡単のためにAからCに100%の電力が送電され、2回線ある送電線はともに50%で並列運用されている例になっている。 FIG. 9A shows an example in which power is transmitted to three power systems A, B, and C. In this example, for simplicity, 100% of power is transmitted from A to C, and two transmission lines are both operated in parallel at 50%.
図9(B)は、本発明の電力システムにおける送電線各回線の独立運用の事例である。送電線2回線のうち上部に描かれているルートは、電力系統Aから電力系統Cへ100%容量で電力を送電することが可能になっている。送電線2回線のうち下部に描かれているルートは、まず電力系統Aから電力系統Bへ100%容量で電力を送電することが可能になっている。電力系統Bから電力系統Cに対してもやはり100%容量で電力を送電することが可能になっている。各電力変換器はその送電容量に見合った定格となっている。 FIG. 9B is an example of independent operation of each line of the transmission line in the power system of the present invention. The route drawn at the top of the two transmission lines can transmit power from the power system A to the power system C with 100% capacity. The route depicted in the lower part of the two transmission lines allows power to be transmitted from the power system A to the power system B with 100% capacity. It is also possible to transmit power from the power system B to the power system C with 100% capacity. Each power converter is rated according to its transmission capacity.
仮に、電力系統Aからそれぞれの送電ルートに100%ずつ送電しているとした場合に、上部ルートが停止した場合、電力系統Cが電力不足となるが、電力系統Bが出力を増加させて電力系統Cへのルートで100%をバックアップすることができる。 Assuming that 100% of power is transmitted from the power system A to each power transmission route, if the upper route is stopped, the power system C becomes insufficient in power, but the power system B increases the output power. 100% can be backed up on the route to system C.
同様に、仮に、下部ルートが停止した場合、電力系統Bが電力不足となるが、電力系統Cが出力を増加させて電力系統Bへのルートで100%をバックアップすることができる。 Similarly, if the lower route stops, the power system B becomes insufficient in power, but the power system C can increase the output and back up 100% with the route to the power system B.
いずれの場合も、バックアップする電力系統の負担は大きいが、二次電池などの普及により短時間のバックアップは現行技術でも十分可能である。この方法は送電線の増強に比べて、可能性が高い。 In either case, the burden on the power system to be backed up is large, but due to the widespread use of secondary batteries and the like, short-time backup is sufficiently possible with current technology. This method is more likely than the increase in transmission lines.
図10は、4回線の送電線の場合を図示したものである。送電線の両側に6本ずつ電線が通っているものが、この例である。通常は、2回線ずつ行き先が異なることが多いが、そのうち共通のルートを通っている部分について図示したものである。 FIG. 10 illustrates the case of four power transmission lines. In this example, there are six wires on both sides of the transmission line. In general, the destinations are often different for each two lines, but the part that passes through a common route is illustrated.
図10では、電力系統Aから4回戦の送電ルートが電力系統B、C、D、E、Fを経由して行く例を示した。この例では、回線が各送電鉄塔から、各電力系統に引き込まれるところで直接接続しているところを切り離しもしくは遮断器9を設置して開放運用しており、送電線の両端を多端子型電力変換装置に引き込んでいる。多端子型電力変換装置の中では、入出力端子毎に非同期に独立運用がなされている。 FIG. 10 shows an example in which the power transmission route of the fourth round from the power system A goes through the power systems B, C, D, E, and F. In this example, the place where the line is directly connected to each power system from each power transmission tower is disconnected or the circuit breaker 9 is installed for open operation. You are pulling into the device. In the multi-terminal power converter, independent operation is performed asynchronously for each input / output terminal.
回線1では、図10から明らかなように電力系統A−B間、電力系統B−C間、電力系統C−D間、電力系統D−E間、電力系統E−F間、電力系統F−回線1の接続先の電力系統間、の電力融通ルートができたことになる。 In the line 1, as is clear from FIG. 10, between the power systems A and B, between the power systems B and C, between the power systems C and D, between the power systems D and E, between the power systems EF and F, the power system F- This means that a power interchange route between power systems connected to the line 1 has been established.
回線2では、図10から明らかなように電力系統A−C間、電力系統C−E間、電力系統E−回線2の接続先の電力系統間、の電力融通ルートができたことになる。 As is apparent from FIG. 10, the line 2 has power interchange routes between the power systems A and C, between the power systems CE and between the power system E and the power system to which the line 2 is connected.
回線3では、図10から明らかなように電力系統A−D間、電力系統D−回線3の接続先の電力系統間、の電力融通ルートができたことになる。 As is apparent from FIG. 10, in the line 3, the power interchange route between the power systems A and D and between the power system D and the power system to which the line 3 is connected has been established.
回線4では、図10から明らかなように電力系統A−F間、電力系統F−回線4の接続先の電力系統間、の電力融通ルートができたことになる。 As is apparent from FIG. 10, in the line 4, power interchange routes between the power systems A and F and between the power system F and the power system to which the line 4 is connected have been established.
電力融通ルートの作り方は、上記の例に限ったものではなく、ケースバイケースによって検討されるべきものである。 The method of creating a power interchange route is not limited to the above example, but should be considered on a case-by-case basis.
これにより作られた電力融通ルートは、非同期連系であるため、任意の大きさの有効電力・無効電力を送ることも受けることもできるルートとなり、電力系統にその余力があれば、送電線の定格容量一杯まで使うことができる。 Since the power interchange route created by this is asynchronous interconnection, it becomes a route that can send and receive active power and reactive power of any size, and if the power system has the remaining capacity, Can be used up to full rated capacity.
事故時の変動は、電力変換器の高速なゲートブロックにより、電力系統に与える影響を少なくすることができる。電力の過不足については、電力貯蔵装置などのバックアップが必要となる場合もあるが、送電線の増強より容易な設備投資となる。 The fluctuation at the time of the accident can reduce the influence on the power system by the high-speed gate block of the power converter. As for excess and deficiency of power, backup of power storage devices and the like may be required, but it is easier to make capital investment than enhancing transmission lines.
このような工夫で得られた電力融通ルートは、図8の電力融通ルートに類似の電力ネットワークを構成する。 The power accommodation route obtained by such a device constitutes a power network similar to the power accommodation route of FIG.
本実施例では請求項8に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 8 will be described.
この中で、重畳型電力送電、タイムシェアリング送電、複数ルート送電、電力圧縮融通、仮想取引融通の5つの電力融通方法を可能にする電力システムについて考案している。 Among them, an electric power system has been devised that enables five electric power interchange methods of superposition type electric power transmission, time sharing power transmission, multi-route power transmission, power compression accommodation, and virtual transaction accommodation.
図11は、多端子型電力変換装置を送電線の変電所引き込み部のそれぞれに設置し、装置間相互に情報通信を行い、同じ送電回線を使用して、複数変電所に異なる電力を同時に送電する重畳型電力送電について説明している。電力系統1、2、3があり、その間にそれぞれ変換器12と変換器23がある。変換器12が単位時間当たりW1とW2の電力を電力系統2に対して送り出し、同じタイミングで変換器23が単位時間当たりW2の電力を電力系統2から電力系統3に向かって送りこむと、電力系統2には差し引きW1の電力が送りこまれたことになる。変換器12と変換器23に、それぞれW1+W2とW2の電力を送りこむよう指示した行き先情報ヘッダーが信号として送られることにより、このような電力融通が可能となる。 FIG. 11 shows that a multi-terminal type power converter is installed in each substation lead-in part of a transmission line, performs information communication between the devices, and simultaneously transmits different power to a plurality of substations using the same transmission line. The superposition type electric power transmission is explained. There are power systems 1, 2, and 3, with a converter 12 and a converter 23 respectively. When the converter 12 sends the power of W1 and W2 per unit time to the power system 2, and the converter 23 sends the power of W2 per unit time from the power system 2 to the power system 3 at the same timing, the power system 2, the power of deduction W1 is sent. The destination information header instructed to send the power of W1 + W2 and W2 to the converter 12 and the converter 23, respectively, is sent as a signal, so that such power interchange is possible.
図12は、異なる変電所に異なる電力を時間的に分割して送るタイムシェアリング送電について説明している。図8と同様の電力系統と電力変換器を有しているが、変換器12にはまず、単位時間当たりW1の電力を送り出すよう指示した行き先情報ヘッダーが来て、W1を電力系統2に送りだす。このとき変換器23は稼働していないので電力系統3には電力は融通されていない。次いで、電力系統3に単位時間当たりW2の電力を送る行き先情報ヘッダーが変換器12と変換器23の両方に指示を与え、両方の変換器を同時にW2の大きさで稼働させる。これにより電力系統1から電力系統3にW2が送られる。このとき電力系統2は電力が通過するだけである。このようにして、時間を区切って電力を異なる目的に融通することができる。 FIG. 12 illustrates time-sharing power transmission in which different power is divided and sent to different substations. 8 has a power system and a power converter similar to those in FIG. 8, but the converter 12 first receives a destination information header instructing to send out W1 power per unit time, and sends W1 to the power system 2. . At this time, the converter 23 is not operating, so that no power is accommodated in the power system 3. Next, a destination information header for sending W2 power per unit time to the power system 3 gives instructions to both the converter 12 and the converter 23, and both converters are simultaneously operated at the size of W2. As a result, W2 is sent from the power system 1 to the power system 3. At this time, the electric power system 2 only passes electric power. In this way, power can be accommodated for different purposes at different times.
この方式の利点は、変換器の最大出力で電力を異なる目的地に時間を区切って送れるところにある。これは、通信で言うところのパケットの概念に類似しており、パケット電力ということができる。変換器の最大出力で一定時間の電力量を一単位として取り扱うことができる。これをデジタル電力と呼ぶこともできる。 The advantage of this scheme is that power can be sent to different destinations at different times at the maximum output of the converter. This is similar to the concept of packet in communication, and can be called packet power. The amount of electric power for a certain time can be handled as a unit at the maximum output of the converter. This can also be called digital power.
図13は、複数の異なる送電回路を使用して一つの変電所に異なる電力を同時に送る複数ルート送電について説明している。図11、12と同様に電力系統1、2、3の間に電力変換器12と電力変換器23があるが、それに加えて電力系統1と3との間にも送電ルートがありその間に変換器13がある。この例では、電力変換器12と23の両方にW1の電力を送るよう情報を与え、同時に変換器13には、W2の電力を送るように情報を与える。これらにより、電力系統3には、W1+W2の電力が電力系統1から異なるルートを経由して送られる。 FIG. 13 illustrates multi-route power transmission that uses a plurality of different power transmission circuits to simultaneously send different power to one substation. 11 and 12, there are the power converter 12 and the power converter 23 between the power systems 1, 2, and 3, but there is also a power transmission route between the power systems 1 and 3 and conversion between them. There is a vessel 13. In this example, information is given to send power W1 to both power converters 12 and 23, and information is given to converter 13 to send power W2. As a result, the power of W1 + W2 is sent to the power system 3 from the power system 1 via different routes.
図14は、逆方向の電力送電要求を組み合わせて送電量を圧縮もしくは相殺することで電力変換及び送電ロスを減少させる電力圧縮融通について説明している。図の例では、#1から#4の電力系統に#5を経由してW1(kW)が送られ、#7から#1の電力系統に#5を経由してW1(kW)が送られている。この場合、図から明らかなように#1と#5の間では、W1と−W1の電力が流れることになり、これは相殺されるので#1と#5の電力変換器は稼働しなくてもよいことになる。これにより、電力変換ロスと送電ロスが軽減される。 FIG. 14 illustrates power compression accommodation that reduces power conversion and transmission loss by combining or canceling power transmission amounts by combining power transmission requests in the reverse direction. In the example shown in the figure, W1 (kW) is sent to the # 1 to # 4 power system via # 5, and W1 (kW) is sent to the # 7 to # 1 power system via # 5. ing. In this case, as is apparent from the figure, the power of W1 and -W1 flows between # 1 and # 5, which cancels out, so the power converters of # 1 and # 5 do not operate. It will be good. Thereby, a power conversion loss and a power transmission loss are reduced.
このような電力融通計画を積極的に組み合わせることによりロスを最小化することができる。各電力系統に電力貯蔵装置があれば、時間をずらしたり出力の大きさを合わせたりして調整することができる。電力エネルギーに、発電ソースのような情報が付加されることにより、このような逆方向の電力取引が発生する場合がある。ある電力系統で、風力発電の電力を必要とし、風力発電を有する電力系統が逆に安価な化石燃料由来の電力を必要とする例など、これに限らず逆方向の取引が発生する場合がある。 Loss can be minimized by actively combining such power interchange plans. If each power system has a power storage device, it can be adjusted by shifting the time or adjusting the output. When information such as a power generation source is added to power energy, such a reverse power transaction may occur. In some power systems, wind power generation power is required, and the power system with wind power generation, on the contrary, requires power derived from cheap fossil fuels. .
図15は、電力貯蔵装置を使った場合の、送電線がつながっていない電力系統間での電力の仮想取引融通について説明している。 FIG. 15 illustrates the virtual transaction interchange of power between the power systems that are not connected to the transmission line when the power storage device is used.
図15では電力系統Aと電力系統Bがあり、連系線が接続されていない。電力系統Aは太陽光発電PVのみを持ち、電力系統Bはディーゼル発電DGのみを持つ。それぞれに設置された、電力貯蔵装置(A)と電力貯蔵装置(B)の中の電力貯蔵量が、t0からt2の順番で行われる仮想的電力取引により、電力系統Aの顧客にDG電力を、電力系統Bの顧客にPV電力を販売できる例について説明する。 In FIG. 15, there are an electric power system A and an electric power system B, and no interconnection line is connected. The electric power system A has only the photovoltaic power generation PV, and the electric power system B has only the diesel power generation DG. The DG power is supplied to the customers of the power grid A by virtual power transactions in which the power storage amount in the power storage device (A) and the power storage device (B) installed in each is performed in the order from t0 to t2. An example in which PV power can be sold to a customer of the power system B will be described.
時刻t0において、電力貯蔵装置AとBはそれぞれPV由来の電力と、DG由来の電力で充電されている。 At time t0, power storage devices A and B are charged with PV-derived power and DG-derived power, respectively.
時刻t1で、電力貯蔵装置間でDGとPVを同量仮想交換する。この取引は債券のような形や、手形や証書や現金決済などの手段を伴うことが望ましい。 At time t1, the same amount of DG and PV are virtually exchanged between the power storage devices. This transaction is preferably accompanied by a bond-like form or means such as bills, certificates or cash settlement.
時刻t2で、電力系統A内ではDG電力を、電力系統B内ではPV電力を販売することができる。これにより実際に電力が送電されなくても、仮想取引融通を行うことができる。 At time t2, DG power can be sold in the power system A and PV power can be sold in the power system B. As a result, it is possible to carry out virtual transaction accommodation even when power is not actually transmitted.
時刻t1で、DGとPVを同量取引する場合、電力量として同量とする考え方もあれば、金額として同額とする考え方もある。また、同量とせずに差分を別な形で取引することもできる。債権を先物取引したり、デリバティブ商品を作ったりすることもできる。 When trading the same amount of DG and PV at time t1, there is a way of thinking that the amount of power is the same amount and a way of thinking that the amount is the same amount. It is also possible to trade the difference in a different form without making the same amount. You can also trade futures on bonds and make derivative products.
図16は、両電力系統ともPVとDGと電力貯蔵を持っている場合の仮想取引融通について説明する。 FIG. 16 illustrates virtual transaction accommodation when both power systems have PV, DG, and power storage.
時刻t2までは、上述と同じである。時刻t3では、それぞれDGとPVを持っているのでそれを発電して其々の電力貯蔵装置を充電する。時刻t4で電力系統AのDGと電力系統BのPVを再度仮想交換すれば、時刻t0の状態と同じに戻り、かつそれぞれの顧客に異なる系統の電気を販売することができる。 Up to time t2, the same as described above. At time t3, since each has DG and PV, it generates power and charges each power storage device. If the DG of the electric power system A and the PV of the electric power system B are virtually exchanged again at the time t4, it returns to the same state as that at the time t0, and different systems of electricity can be sold to each customer.
本実施例では請求項9に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 9 will be described.
はじめに、従来型の交流同期系統での電力融通と、本発明の基本原理である電力変換による電力融通との差異について説明する。 First, the difference between power interchange in a conventional AC synchronous system and power interchange by power conversion, which is the basic principle of the present invention, will be described.
図17(A)が従来型の交流同期系統で4つの電力系統(ノード20と呼ぶ)を6つの連系電線路(リンク21と呼ぶ)で結んだものである。連系電線路には線路インダクタンスLのリアクトル成分19がある。図17(B)は、本発明の交流非同期系統で、同様に4つのノードを、多端子型非同期連系装置のA入出力端子とB入出力端子を介して6つのリンクで結んだものである。簡単のために図中には交流フィルターや接続用リアクトルもしくは変圧器を省略してある。 FIG. 17A shows a conventional AC synchronous system in which four power systems (referred to as nodes 20) are connected by six interconnection electric lines (referred to as links 21). The interconnection line has a reactor component 19 of line inductance L. FIG. 17B is an AC asynchronous system according to the present invention, in which four nodes are similarly connected by six links via the A input / output terminals and B input / output terminals of the multi-terminal type asynchronous interconnection device. is there. For simplicity, the AC filter, connecting reactor or transformer are omitted in the figure.
図17(A)の回路網の初期状態は、電圧V、位相0、周波数ω/2πで同期している。この状態からノードcに電力を送るためには、ノードcの電圧を下げるか、位相をθだけ遅らすか、いずれかの方法をとる。通常電圧を下げると、その電力系統内の電力機器に悪影響が出るので位相を遅らす方法をとる。ノードcの位相をθだけ遅らせると、隣接するa、b、dすべてのノードとの間に位相差θが生じる。これにより流れる電流はIdc、Iac、Ibcとなり、これらは同じ大きさの電流となる。電圧が同じなので流入する電力も同じになる。すなわち電力を3つのノードから受け取ることになる。これは、位相を変えずに電圧Vを変えても同じことである。すなわち、交流同期系統では、一つのノードが電力授受を行う際に、必ず隣接するノードに影響を与えてしまうことがわかる。 The initial state of the circuit network in FIG. 17A is synchronized with voltage V, phase 0, and frequency ω / 2π. In order to send power to the node c from this state, either the voltage of the node c is lowered or the phase is delayed by θ. If the normal voltage is lowered, the power equipment in the power system is adversely affected, so the phase is delayed. When the phase of the node c is delayed by θ, a phase difference θ is generated between all the adjacent nodes a, b, and d. As a result, the flowing currents are Idc, Iac, and Ibc, and these currents have the same magnitude. Since the voltage is the same, the incoming power is the same. That is, power is received from three nodes. This is the same even if the voltage V is changed without changing the phase. That is, in the AC synchronous system, it can be seen that when one node transfers power, it always affects adjacent nodes.
図17(B)の回路網の初期状態は、電圧Vの大きさは4つのノード間で等しいが、周波数はそれぞれ、ωa/2π、ωb/2π、ωc/2π、ωd/2πと異なっており、同期していない。最初はすべての双方向電力変換器10が停止している状態(黒色の三角形の状態)とする。この状態から、ノードcに電力を送るために、ここではノードaに接続している電力変換器とノードcに接続している電力変換器を動作(白抜きの三角形の状態)させる。これで、図示されているように、ノードaとノードcを結ぶ電力変換器だけが運転しており、他の電力変換器はすべて停止している状態となる。従って、リンクacの間でだけ電力が融通され、他のノードbとノードdは全く影響を受けない。 In the initial state of the circuit network in FIG. 17B, the magnitude of the voltage V is the same among the four nodes, but the frequencies are different from ωa / 2π, ωb / 2π, ωc / 2π, and ωd / 2π, respectively. , Not synchronized. Initially, it is assumed that all bidirectional power converters 10 are stopped (black triangle state). In order to send power to the node c from this state, the power converter connected to the node a and the power converter connected to the node c are operated (white triangle state) here. Thus, as shown in the figure, only the power converter connecting node a and node c is operating, and all the other power converters are stopped. Therefore, power is interchanged only between the links ac, and the other nodes b and d are not affected at all.
このときの電圧・電流ベクトルの状態を、図18(A)と(B)にそれぞれ図示した。 The state of the voltage / current vector at this time is shown in FIGS. 18 (A) and 18 (B), respectively.
図18(A)は、図17(A)に対応した交流同期系統の場合である。ノードa、b、c、dが同じ電圧Vであり、ノードcについてのみ位相をθだけ遅らした時のベクトル図を示している。このとき、リンクac、bc、dc間の線路リアクトル(L)の両端に電圧差ΔVが発生し、ΔV/ωLの大きさの電流I(=Iac=Ibc=Idc)が、ΔVの位相に90度遅れて流れる。図18(A)では、各ベクトルの電圧Vが等しいので、電圧ベクトルの作る三角形は二等辺三角形になり、電流位相はθ/2になる。
I=ΔV/jωL=(V−V・ejθ)/jωL
となり、ノードcに流入する複素電力は、ノードa、b、dの3方向から同じ大きさのIが流れ込むので以下の通りとなる。
P+jQ=V・3・I* (ただし、I*はIの共役複素数)
=V・3・V(1−e-jθ)/(−jωL)
=3・(V2/ωL)・j(e-jθ−1)
=3・(V2/ωL)・sinθ+j・3・(V2/ωL)・(cosθ−1)
一方、図18(B)は、図17(B)に対応した交流非同期系統の場合である。ノードaの電力は電力変換器で直流に順変換される。ついでノードcの周波数ωc/2πに同期した交流Vinvに逆変換される。ノードcの複素電圧Vcの大きさをVとし、位相を0としたとき、電力変換器に与えるPWM信号により、複素電圧Vinvは任意の値をとることができる。Vinvの大きさをVxとし、Vcとの位相差をφとしてVcと同期させれば、VinvとVcの間にある変圧器またはリアクトルのリアクタンスの大きさをLとすると、その両端にΔVの電圧差が発生する。すなわち、Vinv=Vx・e(jωct+φ)、Vc=V・ejωct、ΔV=Vc−Vinvとすれば、
リアクトルLを流れる電流Iは、
I=ΔV/jωL=(V−Vx・ejφ)/jωL
また、授受できる電力は、
P+jQ=V・I*
=V・(V−Vx・ejφ)/(−jωL)
=V・Vx・sinφ/ωL+j・(V2−V・Vx・cosφ)/ωL
となる。
FIG. 18A shows a case of an AC synchronous system corresponding to FIG. The nodes a, b, c, and d have the same voltage V, and the vector diagram when the phase is delayed by θ only for the node c is shown. At this time, a voltage difference ΔV is generated at both ends of the line reactor (L) between the links ac, bc, and dc, and a current I having a magnitude of ΔV / ωL (= Iac = Ibc = Idc) is 90 in the phase of ΔV. Flowing late. In FIG. 18A, since the voltages V of the respective vectors are equal, the triangle formed by the voltage vector is an isosceles triangle and the current phase is θ / 2.
I = ΔV / jωL = (V−V · e jθ ) / jωL
The complex power flowing into the node c is as follows because I of the same magnitude flows from the three directions of the nodes a, b, and d.
P + jQ = V · 3 · I * (where I * is a conjugate complex number of I)
= V · 3 · V (1-e −jθ ) / (− jωL)
= 3 · (V 2 / ωL) · j (e −jθ −1)
= 3 · (V 2 / ωL) · sin θ + j · 3 · (V 2 / ωL) · (cos θ−1)
On the other hand, FIG. 18B is a case of an AC asynchronous system corresponding to FIG. The power at node a is forward converted to direct current by the power converter. Subsequently, it is inversely converted to AC Vinv synchronized with the frequency ωc / 2π of the node c. When the magnitude of the complex voltage Vc at the node c is V and the phase is 0, the complex voltage Vinv can take an arbitrary value by the PWM signal applied to the power converter. If the magnitude of Vinv is Vx and the phase difference from Vc is φ and synchronized with Vc, the reactance of the transformer or reactor between Vinv and Vc is L, and the voltage of ΔV is applied to both ends thereof. A difference occurs. That is, if Vinv = Vx · e (jωct + φ) , Vc = V · e jωct , and ΔV = Vc−Vinv,
The current I flowing through the reactor L is
I = ΔV / jωL = (V−Vx · e jφ ) / jωL
The power that can be exchanged is
P + jQ = V · I *
= V · (V−Vx · e jφ ) / (− jωL)
= V · Vx · sinφ / ωL + j · (V 2 −V · Vx · cosφ) / ωL
It becomes.
以上により、複素電圧Vinvの電圧の大きさVxと、VinvとVcとの位相差φが、任意に作れるので、有効電力と無効電力の授受の大きさ・方向が任意に設計できる。 As described above, since the voltage magnitude Vx of the complex voltage Vinv and the phase difference φ between Vinv and Vc can be made arbitrarily, the magnitude and direction of exchange of active power and reactive power can be arbitrarily designed.
一般的な同期系統では、発電機が作り出す有効電力と無効電力とには一定の関係があり、お互いに独立して作り出すことはできない。従って、発電機で有効電力を作り周波数を調整するのとは別に、系統にコンデンサー設備を入れて無効電力を作り出すことにより電圧調整を行っている。それに対し、本発明の多端子型電力変換装置は一つの入出力端子で、有効電力と無効電力の両方を任意の大きさで同時に供給できる。 In a general synchronous system, there is a certain relationship between active power and reactive power generated by a generator, and they cannot be generated independently of each other. Accordingly, voltage adjustment is performed by creating reactive power by putting capacitor equipment in the system separately from generating active power and adjusting frequency. On the other hand, the multi-terminal power converter of the present invention can supply both active power and reactive power simultaneously in an arbitrary size with one input / output terminal.
本実施例では請求項10に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claim 10 will be described.
図8を使って説明する。既存の電気系統が図のように#1から#5の電力系統に細分化されている例と考えた場合、その連系部分の多端子型電力変換装置は図8に示すような接続になる。仮に#2電力系統に事故が起こり、停電した場合、#1電力系統は、#1と#2電力系統を接続している電力変換器が、高速に停電を検出して#2電力系統側の電力変換器を停止する。これにより#1電力系統側の電力変換器と#1から#3、#4、#5電力系統に接続している電力変換器も運転継続できる。 This will be described with reference to FIG. Considering an example in which the existing electrical system is subdivided into # 1 to # 5 power systems as shown in the figure, the multi-terminal power converter of the interconnected portion is connected as shown in FIG. . If an accident occurs in the # 2 power system and a power failure occurs, the power converter connecting the # 1 and # 2 power systems detects the power outage at high speed and the # 2 power system side Stop the power converter. As a result, the power converter on the # 1 power system side and the power converters connected to the # 1 to # 3, # 4, and # 5 power systems can continue to operate.
#2電力系統が、事故を起こした場合に、#3、#4、#5電力系統は、#2電力系統側に設置された多端子型電力変換装置が高速に停止するため、事故の影響をほとんど受けなくて済む。#2電力系統を経由して他の系統に融通されていた電力は、速やかに他のルートを使った融通に変更される。 When the # 2 power system causes an accident, the # 3, # 4, and # 5 power systems are affected by the accident because the multi-terminal power converter installed on the # 2 power system side stops at high speed. Almost no need. The power that has been accommodated in the other system via the # 2 power system is promptly changed to accommodation using another route.
本実施例では請求項11、12、13にかかわる実施例について説明する。 In the present embodiment, embodiments related to claims 11, 12, and 13 will be described.
これらの発明は、複数の電力系統間に配置された複数の電力変換器において、電力変換器が作り出した電力線路上を伝搬する時刻同期用電気波形と、その電気波形の持つ意味を伝送する時刻同期用電子情報との両者を組み合わせることにより複数電力変換器間の時刻同期をとることを特徴とする時刻同期情報伝達ネットワークシステムである。 These inventions relate to a plurality of power converters arranged between a plurality of power systems, a time synchronization electric waveform propagating on a power line created by the power converter, and a time synchronization transmitting the meaning of the electric waveform. The time synchronization information transmission network system is characterized in that time synchronization among a plurality of power converters is achieved by combining both the electronic information and the electronic information.
この発明により、電力線上に現れる電気波形の持つ比較的少ない情報と、その意味を説明する多量の電子情報とを組み合わせて、複数の電力変換器を同時に同じ大きさで動作させたり、停止させたり、途中で大きさを変更させたりすることが可能になる。 According to the present invention, a plurality of power converters can be operated at the same size or stopped at the same time by combining a relatively small amount of information contained in the electric waveform appearing on the power line and a large amount of electronic information explaining its meaning. It is possible to change the size on the way.
図19は電力系統1、2、3の間で、変換器12と変換器23を同じタイミングで同じ大きさで駆動させることにより、電力系統2には電力を送りこまずに、あるいは電力を受け取らずに、電力系統1から電力系統3に電力を送ることができることを示している。これを時刻同期させるという。 In FIG. 19, by driving the converter 12 and the converter 23 at the same timing and the same magnitude between the power systems 1, 2, and 3, the power system 2 is not sent power or is not received. 2 shows that power can be sent from the power system 1 to the power system 3. This is called time synchronization.
このように、電圧波形に乗せられる情報量は限られているので、少ない情報の持つ意味を、別の外部データ通信路を経由して、あらかじめ送信しておくことにより電力変換器の動作準備を行っておく方法が考えられる。これが本発明の言うところの時刻同期用電気波形と時刻同期用電子情報の組み合わせで時刻同期をとる方法である。 In this way, since the amount of information that can be put on the voltage waveform is limited, the power converter is prepared for operation by transmitting in advance the meaning of small information via another external data communication path. A way to go is conceivable. This is a method of achieving time synchronization by a combination of the time synchronization electric waveform and the time synchronization electronic information according to the present invention.
図19では、電圧波形に信号を乗せているが、電圧波形のピークはノイズが多いので、信号を乗せるタイミングを電圧がゼロになるゼロクロスにすることもできる。また、電圧波形に電力線搬送通信信号を乗せることもできる。電圧波形に信号を乗せる代わりに、電流波形に信号をのせることもできる。信号を電力変換器そのものに信号を作らせることもできる。 In FIG. 19, a signal is placed on the voltage waveform, but the peak of the voltage waveform has a lot of noise, so the timing for placing the signal can be zero cross where the voltage is zero. Moreover, a power line carrier communication signal can be put on the voltage waveform. Instead of putting a signal on the voltage waveform, a signal can be put on the current waveform. It is also possible to have the signal generated by the power converter itself.
時刻同期用電気波形は一つとは限らず、いくつかの電気波形の組み合わせとしてそれに意味を持たせることもできる。組み合わせを使えば、時刻同期用電気波形だけで時刻同期をとることもできる。たとえば2つ以上の電気波形を用いて駆動開始の一定サイクル前に予告信号を発生させて準備を行うことや、間隔をあけるサイクル数を変化させてカウントダウン信号とすることによって駆動開始のタイミングを合わせることなどができる。 The electrical waveform for time synchronization is not limited to one, and it can be given meaning as a combination of several electrical waveforms. If a combination is used, time synchronization can be achieved using only the electrical waveform for time synchronization. For example, by using two or more electrical waveforms to generate a warning signal before a certain cycle of driving start, preparation is performed, or by changing the number of cycles to be spaced to make a countdown signal, the timing of driving start is matched You can do that.
また、時刻同期用電子情報として、GPS時刻情報を使用したり、電波時計信号を使ったりして、多端子型電力連系装置の時計を同期させて、時刻同期を図る方法もある。この場合時刻同期用電気波形は不要となる。 In addition, there is a method of synchronizing time by using GPS time information or a radio clock signal as time synchronization electronic information to synchronize the clock of the multi-terminal power interconnection device. In this case, an electric waveform for time synchronization is not necessary.
請求項11に係る発明では、電力変換器が作り出した電力線路上を伝搬する時刻同期用電気波形と、その電気波形の持つ意味を伝送する時刻同期用電子情報との両者を組み合わせることにより複数電力変換器間の時刻同期をとることを特徴としており、以下のような手順で時刻同期をとることができる。 In the invention which concerns on Claim 11, multiple electric power conversion is carried out by combining both the electric waveform for time synchronization which propagates on the power line which the power converter produced, and the electronic information for time synchronization which transmits the meaning which the electric waveform has It is characterized by time synchronization between devices, and time synchronization can be achieved by the following procedure.
たとえば、送電元の電力変換器において独特の電圧波形、電流波形、有効電力波形、無効電力波形、これらの大きさの変化、位相の変化、位相ベクトルの変化、空間ベクトル軌跡の変化、およびそれらを組み合わせた開始・終了予告信号やスタート・ストップ信号(これらを総称して電気波形プロファイルと呼ぶ)を作って電力回路に送りこむことを、あらかじめ別の情報ルートにより同期させる電力変換器に情報として伝えておく。 For example, a unique voltage waveform, current waveform, active power waveform, reactive power waveform, change in magnitude, change in phase, change in phase vector, change in space vector trajectory, and Inform the power converter that is synchronized in advance by another information route that the combined start / end warning signal and start / stop signal (collectively referred to as the electrical waveform profile) are sent to the power circuit. deep.
情報を受け取った電力変換器は、これらの電気波形プロファイルを、時刻同期用電気波形として速やかに検出できるように検出回路構成やソフトウェア設定を行い、それによって電力変換を同期させる準備を行う。 The power converter that has received the information performs detection circuit configuration and software settings so that these electrical waveform profiles can be quickly detected as time-synchronized electrical waveforms, thereby preparing to synchronize the power conversion.
予定された時刻付近で電力線路にあらかじめ伝えられた予告信号の電気波形プロファイルが検出されると、電力変換器は電力変換に必要な準備を開始し、予告信号からあらかじめ定めた回数の電圧のゼロクロッシングサイクル後に電力変換を開始するなどの方法で複数の電力変換器の時刻同期をとることができる。 When the electrical waveform profile of the warning signal transmitted to the power line in advance is detected around the scheduled time, the power converter starts preparations necessary for power conversion, and the voltage of the predetermined number of times is zeroed from the warning signal. Time synchronization of a plurality of power converters can be achieved by a method such as starting power conversion after a crossing cycle.
また、確認のためにあらかじめ時刻同期用電子情報で定めた直前信号を検出したら、その検出確認直後に電力変換を開始するなどのアルゴリズムを持つこともできる。 Further, if a previous signal determined in advance by electronic information for time synchronization is detected for confirmation, an algorithm such as starting power conversion immediately after the detection confirmation can be provided.
電力変換中に、あらかじめ時刻同期用電子情報で定めた電気波形プロファイルを送出して、電力変換の大きさをあらかじめ定めた出力変化率に基づいて増減することもできる。 During power conversion, it is also possible to send out an electrical waveform profile determined in advance by electronic information for time synchronization, and to increase or decrease the magnitude of power conversion based on a predetermined output change rate.
電力変換の停止に当たっても、電力変換中にあらかじめあらかじめ時刻同期用電子情報で定めた電気波形プロファイルを検出したら、一定ゼロクロッシングサイクル後に一定変化率で電力変換の大きさを小さくしていき、停止信号の検出を持って停止することができる。 Even when power conversion is stopped, if the electric waveform profile defined in advance by electronic information for time synchronization is detected during power conversion, the size of power conversion is reduced at a constant rate of change after a certain zero crossing cycle, and a stop signal Can be stopped with detection.
あらかじめ、どのような手続きと電気波形プロファイルを使用するかを、時刻同期用電子情報として伝送しておくことにより、電気波形プロファイルを単純なものとしてノイズの影響を小さくすることができる。 By transmitting in advance the procedure and electric waveform profile to be used as electronic information for time synchronization, the electric waveform profile can be simplified and the influence of noise can be reduced.
このように、光のスピードで伝達できるが情報量の少ない電気波形プロファイルと、別ルートで送る情報量の豊富な時刻同期用電子情報とを組み合わせることにより、離れた場所にある複数の電力変換器の時刻同期をとることが可能となる。電力線搬送通信(PLC)を用いる場合は、電気波形と情報が同一のルートを通過するので、ルートの物理的健全性の確認も併せて行うことができるメリットがある。 In this way, by combining the electrical waveform profile that can be transmitted at the speed of light but with a small amount of information, and the electronic information for time synchronization that is rich in the amount of information to be sent by another route, a plurality of power converters at remote locations Can be synchronized. In the case of using power line carrier communication (PLC), since the electrical waveform and information pass through the same route, there is an advantage that the physical soundness of the route can also be confirmed.
請求項12に係る発明は、請求項11に記載の電力システムにおける時刻同期用電気波形が、電流波形を基本とするものであることを特徴とするものである。 The invention according to claim 12 is characterized in that the electric waveform for time synchronization in the electric power system according to claim 11 is based on a current waveform.
BTB型電力変換器は、片方の電力変換器で交流を整流し、直流を作り、ついでもう片方の電力変換器で直流部電圧を、1秒間に数千から数万回オンオフしてその時間間隔を変化させることにより平均して正弦波電圧を作りだす。
この電圧と直列リアクトルを挟んで接続される電力系統との間で周波数を同期させ、若干の位相差を付けることにより、目的の電流を送り込んだり、引き込んだりすることができる。
The BTB type power converter rectifies alternating current with one power converter to create direct current, and then turns on and off the DC section voltage with the other power converter several thousand to several tens of thousands of times per second. A sinusoidal voltage is averaged by changing.
By synchronizing the frequency between this voltage and the power system connected across the series reactor and adding a slight phase difference, the target current can be sent or drawn.
電力変換器の出力回路にはリアクトルや平滑用のコンデンサーが使われていることが一般的であるので、前述した電圧波形、電流波形、有効電力波形、無効電力波形、これらの大きさの変化、位相ベクトルの変化、空間ベクトル軌跡の変化、およびそれらを組み合わせた開始・終了予告信号やスタート・ストップ信号等の電気波形プロファイルを電気回路に送りこむ場合、電気回路そのものの工夫が必要である場合が多い。しかし、電流波形は、リアクトルの平滑作用のために変化速度は遅くなるが、電力変換器のデジタルシグナルプロセッサーへの信号の工夫だけで実現することができ、特別な電気回路の工夫が不要であるため経済的な手法であるといえる。 Since it is common to use a reactor or a smoothing capacitor in the output circuit of the power converter, the aforementioned voltage waveform, current waveform, active power waveform, reactive power waveform, changes in these magnitudes, When sending electrical waveform profiles such as phase vector changes, space vector trajectory changes, and combination start / end warning signals and start / stop signals to an electrical circuit, it is often necessary to devise the electrical circuit itself. . However, although the current waveform has a slow change speed due to the smoothing action of the reactor, it can be realized only by devising the signal to the digital signal processor of the power converter, and no special electric circuit devising is required. Therefore, it can be said that it is an economical method.
電流波形を基本として電流の位相を測定してその位相シフトを検出する方法や3相電流の空間ベクトルの相対位相変化などを組み合わせることにより、より高速で情報量の比較的多い電気波形プロファイルとすることができる。 By combining the method of detecting the phase shift by measuring the phase of the current based on the current waveform and the relative phase change of the space vector of the three-phase current, an electrical waveform profile with a relatively high amount of information can be obtained. be able to.
請求項13に係る発明は、請求項11に記載の電力システムにおいて、時刻同期用電子情報が、電力線路上を伝搬する電力線搬送通信信号であることを特徴とするものである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the power system according to the eleventh aspect, the time synchronization electronic information is a power line carrier communication signal propagating on the power line.
時刻同期用電子情報が、時刻同期用電気波形が伝搬される電力線路と同じ線路の上を送信される電力線搬送方式を採用すると、電力線路の断線や接地など物理的障害により、電子情報が送れない場合は返信もないため、電力線路の不具合が容易に発見できる。 If a power line carrier system is used in which electronic information for time synchronization is transmitted on the same line as the power line through which the electric waveform for time synchronization is propagated, electronic information can be sent due to physical failure such as power line disconnection or grounding. If there is no response, there is no reply, so it is easy to find a problem with the power line.
時刻同期用電子情報に限らず、時刻同期用電気波形として電力線搬送信号を使用し、電圧のゼロクロスのタイミングに挿入して時刻同期用電気波形プロファイルの代替とすることができる。 Not only the electronic information for time synchronization but also a power line carrier signal can be used as the electrical waveform for time synchronization and inserted at the timing of the voltage zero crossing to replace the electrical waveform profile for time synchronization.
本実施例では請求項14、15に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claims 14 and 15 will be described.
図20は電力取引を、記述した取引簿の例である。この中で実際の取引には、電力変換や送電に伴う電力損失が発生するため、それを記録する欄が設けられていることが特徴である。またこの取引簿は、仮想取引も記述できる。仮想取引の場合は、入力側と出力側双方に対記載を行うことが特徴であり、現金収入・支出の代わりに債権や手形、証書のような記録を行うことが特徴である。 FIG. 20 is an example of a transaction book describing power transactions. Among these, an actual transaction is characterized in that a power loss associated with power conversion or power transmission occurs, so that a column for recording it is provided. This transaction book can also describe virtual transactions. In the case of a virtual transaction, a feature is that a description is made on both the input side and the output side, and a record such as a bond, a bill, or a certificate is used instead of cash income / expenditure.
このような記録方法をとることにより、あらゆるユーザーや事業者が、電力の売買に関して銀行通帳のような取引簿や複式簿記のような仕訳を通じ、電力の取引を記録し、他の電力取引と区別することができるようになる。 By using such a recording method, every user or business operator records power transactions through transaction books such as bank passbooks or journals such as double-entry bookkeeping, and distinguishes them from other power transactions. Will be able to.
この記録は、取引日時、取引量、発電エネルギー源、発電事業者、貯蔵事業者、価格、電力損失、CO2価値、RPS価値、グリーン電力価値、など多彩な情報を有する電力として管理される。これにより情報と電力が融合し、電力を識別することができるようになる。 This record is managed as electric power having various information such as transaction date / time, transaction volume, power generation energy source, power generation company, storage company, price, power loss, CO 2 value, RPS value, and green power value. As a result, the information and the power are fused, and the power can be identified.
この記録は、第三者公的機関で認定され、取引され決済される。この第三者機関の役割は、金融における銀行のようなものとなる。 This record is certified, traded and settled by a third party public authority. This third party role is like a bank in finance.
図21は、電力量の変化を、最小単位の電力融通パーツに分解した例である。
このパーツは、3種類あり、出力のみのパーツ、入力のみのパーツ、入出力を持ち損失を有するパーツ(融通パーツと呼ぶ)である。
FIG. 21 is an example in which the change in the electric energy is disassembled into power interchangeable parts in the minimum unit.
There are three types of parts: an output only part, an input only part, and a part with input / output and a loss (referred to as an interchangeable part).
図21では、電力系統1から、出力が出るところを、出力パーツで表し、変換器での損失を融通パーツで表し、送電線での損失を融通パーツで表し、電力系統2への入力を入力パーツで表している。 In FIG. 21, the output from the power system 1 is represented by output parts, the loss at the converter is represented by interchangeable parts, the loss at the transmission line is represented by interchangeable parts, and the input to the power system 2 is input. Expressed in parts.
これらのパーツ表記により、ある電力融通ルートでの電力融通は、単純なパーツの和で表されるので、複数の電力融通が重なり合うケースにおける損失の分担もパーツに分離することで容易に表記できる。 Because of these parts notations, power interchange on a certain power interchange route is represented by the sum of simple parts. Therefore, the loss sharing in the case where a plurality of power interchanges can be easily separated into parts.
本実施例では請求項16、17に係る発明の実施例について説明する。 In the present embodiment, an embodiment of the invention according to claims 16 and 17 will be described.
まず、多端子型電力変換装置全体システムを制御するプログラムは、入出力端子、電力変換回路、制御回路、通信回路、計測回路、保護回路、記録回路及びさらに詳細な回路のドライバーソフトウェアを認識し、異なるハードウェアであっても多端子型電力変換装置の回路として機能させることができる。 First, the program for controlling the entire system of the multi-terminal type power converter recognizes the driver software for the input / output terminal, power converter circuit, control circuit, communication circuit, measurement circuit, protection circuit, recording circuit, and more detailed circuit, Even different hardware can function as a circuit of a multi-terminal power converter.
また、複数の多端子型電力変換装置同士でも、連系協調して制御する必要があるため、本発明のプログラムは、連鎖停電事故防止のようなハード面から、電力取引のようなソフト面まで幅広い内容を取り扱う基本オペレーティングシステムを備えたものとなる。 In addition, since it is necessary to control a plurality of multi-terminal power converters in coordination with each other, the program of the present invention can be applied from a hardware aspect such as a chain blackout prevention to a software aspect such as an electric power transaction. It has a basic operating system that handles a wide range of content.
さらに、共通の基本オペレーティングシステムを持つことにより、全体システムを同じ思想を持って制御できるようになる上、外部通信回線を通じて、全装置に対してソフトウェアのバージョンアップを行ったり、バグを修正したり、することが遠隔から分散型に処理できる。 Furthermore, by having a common basic operating system, the entire system can be controlled with the same concept, and software upgrades and bug fixes are made to all devices via an external communication line. , Can be processed remotely from a remote.
これらにより、最低限のオペレーションプロトコルが一元管理できる基盤ができる。 As a result, a base on which a minimum operation protocol can be centrally managed is created.
多端子型電力変換装置用の基本オペレーティングシステムは、すべての装置に共通で搭載されるものとして開発される。 A basic operating system for a multi-terminal power converter is developed as a common operating system for all devices.
まず、これは、多数の多端子型電力変換装置が連系して協調動作する「電力システム」の共通のソフトウェアとなる。 First, this is common software for a “power system” in which a large number of multi-terminal power converters operate in a coordinated manner.
また、適宜リモートバージョンアップすることにより経済性と利便性上の課題も解決するプログラムを提供するものとなる。 In addition, it is possible to provide a program that solves problems in terms of economy and convenience by appropriately performing remote version upgrades.
さらに、電力取引の基本となる、電力量計の校正と異常検出手続きは、基本オペレーティングシステムの根幹アルゴリズムとなる。 Furthermore, the watt-hour meter calibration and the abnormality detection procedure, which are the basis of power trading, become the basic algorithm of the basic operating system.
そのほか、電力損失最小化アルゴリズムも基本オペレーティングシステムの根幹となる。 In addition, the power loss minimization algorithm is the foundation of the basic operating system.
1 多端子型電力変換装置
3 電力系統
4 電力機器単独系統
5 基幹電力系統
6 電力母線
7 連系電線路
8 遮断器
9 断路器
10 双方向電力変換器
11 電力線搬送バイパス付変圧器
12 電力機器制御端末装置
13 電力線搬送通信端局
14 IPアドレス
15 BTB型電力変換器
16 電圧・電流・電力・電力量測定器
17 キャパシター
18 共通直流母線
19 リアクトル
20 電力系統ノード
21 電力系統リンク
22 送電線
61 発電装置
62 電力貯蔵装置
101 運転状態双方向電力変換器
102 停止状態双方向電力変換器
161 電力取引用記録装置
201 A入出力端子
202 B入出力端子
203 共通直流母線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-terminal type power converter 3 Power system 4 Power equipment single system 5 Core power system 6 Power bus 7 Interconnection line 8 Breaker 9 Disconnector 10 Bidirectional power converter 11 Transformer with power line carrying bypass 12 Power equipment control Terminal device 13 Power line carrier communication terminal 14 IP address 15 BTB type power converter 16 Voltage / current / power / power meter 17 Capacitor 18 Common DC bus 19 Reactor 20 Power system node 21 Power system link 21 Power transmission line 61 Power generation device 62 Power Storage Device 101 Operational State Bidirectional Power Converter 102 Stopped State Bidirectional Power Converter 161 Power Transaction Recording Device 201 A Input / Output Terminal 202 B Input / Output Terminal 203 Common DC Bus
請求項1に係る発明は、この課題を解決するためになされたものであって、双方向に電力変換する3以上の自励式電力変換器と、前記自励式電力変換器の一方の端子同士を並列に接続する共通母線と、前記各自励式電力変換器の他方の端子の電圧・電流を測定する電圧・電流測定器と、前記共通母線の電圧を測定する電圧測定器と、前記電圧・電流測定器および前記電圧測定器で測定された測定値に基づき電圧・電流・電力・周波数・位相を算出し、前記自励式電力変換器の1つが前記共通母線の電圧を維持し、かつ、他の前記自励式電力変換器が、前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先に対して任意の電力を送出又は流入する電力制御を行い、前記共通母線に流入する電力と前記共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう複数の前記自励式電力変換器を協調して制御して、前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先間で非同期に電力融通するように前記自励式電力変換器を制御する電力制御システムとを備えたことを特徴とする。
請求項2に係る発明は、多端子型電力変換装置であって、双方向に電力変換する3以上の自励式電力変換器と、前記自励式電力変換器の一方の端子同士を並列に接続する共通母線と、前記各自励式電力変換器の他方の端子の電圧・電流を測定する電圧・電流測定器と、前記共通母線の電圧を測定する電圧測定器と、前記共通母線に接続された電力貯蔵装置と、前記電圧・電流測定器および前記電圧測定器で測定された測定値に基づき電圧・電流・電力・周波数・位相を算出し、前記電力貯蔵装置に前記共通母線の電圧を維持させ、かつ、前記自励式電力変換器に前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先に対して任意の電力を送出又は流入する電力制御を行い、前記共通母線に流入する電力と前記共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう前記電力貯蔵装置と複数の前記自励式電力変換器とを協調して制御して、前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先間で非同期に電力融通するように前記自励式電力変換器を制御する電力制御システムとを備えたことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の多端子型電力変換装置において、前記電力貯蔵装置は、直流電力変換器を有し、前記直流電力変換器を介して前記共通母線に接続されることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の多端子型電力変換装置において、前記電力制御システムは、前記自励式電力変換器を前記接続先と周波数を同期するよう制御することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の多端子型電力変換装置において、前記電力制御システムは、前記電力制御システムに入力された前記自励式電力変換器毎の電力制御目標値に基づき、前記接続先に対して任意の電力を送出又は流入するように前記自励式電力変換器の制御を行うことを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の多端子型電力変換装置において、前記電力制御システムは、前記接続先の電圧又は電流を維持するように前記自励式電力変換器の制御を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 1 is made to solve this problem, and includes three or more self-excited power converters that perform bidirectional power conversion, and one terminal of the self-excited power converter. A common bus connected in parallel, a voltage / current measuring device for measuring the voltage / current of the other terminal of each self-excited power converter, a voltage measuring device for measuring the voltage of the common bus, and the voltage / current measurement Voltage, current, power, frequency, and phase based on the measured values measured by the voltage measuring device and the voltage measuring device, one of the self-excited power converters maintains the voltage of the common bus, and the other The self-excited power converter performs power control for sending or flowing arbitrary power to the connection destination to which the other terminal of the self-excited power converter is connected, and the power flowing into the common bus and the common bus Total with the power sent from The self-excited power converter is controlled in a coordinated manner so that the other self-excited power converter is connected to the other end of the self-excited power converter in an asynchronous manner. And a power control system for controlling.
The invention according to claim 2 is a multi-terminal power converter, wherein three or more self-excited power converters that perform bidirectional power conversion and one terminal of the self-excited power converter are connected in parallel. A common bus, a voltage / current measuring device for measuring the voltage / current of the other terminal of each self-excited power converter, a voltage measuring device for measuring the voltage of the common bus, and a power storage connected to the common bus Calculating a voltage, current, power, frequency, and phase based on the measured value measured by the apparatus, the voltage / current measuring instrument and the voltage measuring instrument, causing the power storage device to maintain the voltage of the common bus, and , Performing power control for sending or flowing arbitrary power to a connection destination where the other terminal of the self-excited power converter is connected to the self-excited power converter, and common with the power flowing into the common bus With power sent from the bus The power storage device and a plurality of the self-excited power converters are cooperatively controlled so that the sum becomes zero, and power is exchanged asynchronously between the connection destinations to which the other terminals of the self-excited power converters are connected. And a power control system for controlling the self-excited power converter.
The invention according to claim 3 is the multi-terminal power conversion device according to claim 2, wherein the power storage device includes a DC power converter, and is connected to the common bus via the DC power converter. It is characterized by that.
The invention according to claim 4 is the multi-terminal power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the power control system controls the self-excited power converter to synchronize the frequency with the connection destination. It is characterized by doing.
The invention according to claim 5 is the multi-terminal power conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power control system includes power for each self-excited power converter input to the power control system. Based on the control target value, the self-excited power converter is controlled so as to send or flow arbitrary power to the connection destination.
The invention according to claim 6 is the multi-terminal power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the power control system performs the self-excited power conversion so as to maintain the voltage or current of the connection destination. It is characterized by controlling the vessel.
一実施形態に係る発明では、電力変換器が作り出した電力線路上を伝搬する時刻同期用電気波形と、その電気波形の持つ意味を伝送する時刻同期用電子情報との両者を組み合わせることにより複数電力変換器間の時刻同期をとることを特徴としており、以下のような手順で時刻同期をとることができる。 In the invention according to one embodiment, a plurality of power conversions are performed by combining both a time synchronization electric waveform propagating on a power line created by a power converter and a time synchronization electronic information transmitting the meaning of the electric waveform. It is characterized by time synchronization between devices, and time synchronization can be achieved by the following procedure.
一実施形態に係る発明は、電力システムにおける時刻同期用電気波形が、電流波形を基本とするものであることを特徴とするものである。 The invention according to an embodiment is characterized in that the electrical waveform for time synchronization in the power system is based on a current waveform.
一実施形態に係る発明は、電力システムにおいて、時刻同期用電子情報が、電力線路上を伝搬する電力線搬送通信信号であることを特徴とするものである。 The invention according to one embodiment is characterized in that, in the power system, the electronic information for time synchronization is a power line carrier communication signal propagating on the power line.
Claims (1)
前記各自励式電力変換器を通過する電圧・電流を測定する電圧・電流測定器と、
前記自励式電力変換器の一方の端子同士を並列に接続する共通母線と、
前記電圧・電流測定器で測定された測定値に基づき電圧・電流・電力・周波数・位相を算出し、前記自励式電力変換器の1つが前記共通母線の電圧を維持し、かつ、他の前記自励式電力変換器が前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先の電圧又は電流を維持し、前記共通母線に流入する電力と前記共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう複数の前記自励式電力変換器を協調して制御して、前記自励式電力変換器の他方の端子が接続された接続先間で非同期に電力融通するように前記自励式電力変換器を制御する電力制御システムと
を備えたことを特徴とする多端子型電力変換装置。 Three or more self-excited power converters that perform bidirectional power conversion;
A voltage / current measuring device for measuring the voltage / current passing through each of the self-excited power converters;
A common bus connecting in parallel one terminal of the self-excited power converter;
Calculate voltage, current, power, frequency, and phase based on the measured values measured by the voltage / current measuring device, one of the self-excited power converters maintains the voltage of the common bus, and the other The self-excited power converter maintains the voltage or current of the connection destination to which the other terminal of the self-excited power converter is connected, and the sum of the power flowing into the common bus and the power sent from the common bus is zero The self-excited power converter is controlled in a coordinated manner so that the other terminals of the self-excited power converter are connected asynchronously and power is exchanged asynchronously. And a power control system for controlling the power.
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