JP2016001981A - 直流送電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムにおいて、定常時と事故時の制御モードを適確かつ円滑に切り替えることができる直流送電システム。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータが、直流集電系統の電圧を検出して所定の集電電圧指令値ｖ_{mvdc ref}とする前記直流集電系統の電圧を制御する集電電圧制御手段１１と、送電電圧制御量θ_hを出力する送電電圧制御手段１２と、集電電圧制御量θ_mまたは送電電圧制御量θ_hのいずれか一方に基づく制御量をＤＣ／ＤＣコンバータに対する電力制御量Δθ_dcpとして出力する選択手段１３とを備え、定常時は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御し、ＤＣ／ＡＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御する一方、交流事故時には、ＡＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は直流送電システムに関し、特に発電した電力をＡＣ／ＤＣ変換し、さらにＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧して直流送電する場合に適用して有用なものである。

例えば洋上風力発電システムにおいては、洋上から陸上まで送電するシステムとして直流送電システムが提案されている。かかる直流送電システムでは、図１０に示すように、例えば風力発電設備０１で発電した交流を、連系用コンバータ０２を介して変圧器０３で昇圧し、その後ＡＣ／ＤＣコンバータ０４で直流に変換して送電線０５により高圧で直流送電している。交流系統側では、ＤＣ／ＡＣコンバータ０６で交流に変換するとともに変圧器０７で所定の電圧に降圧して交流機器０８に供給している。ここで、交流機器０８には交流負荷のほか、交流負荷に並列に接続され、電圧変動を抑制するための発電機等が含まれる。当該直流送電システムに風力発電設備０１等、発電量が変動する可能性がある発電設備を用いた場合には、システム全体での発電量を平準化する必要があるからである。

かかる従来技術の直流送電システムにおける制御の態様を図１１に示す。同図（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。同図（ａ）に示すように、定常時には、ＡＣ／ＤＣコンバータ０４が電力制御、ＤＣ／ＡＣコンバータ０６が送電線０５で形成される直流送電系統の送電電圧制御を行う。ここで、ＤＣ／ＡＣコンバータ０６と交流機器０８との間で形成される交流系統に、落雷等で送電不能になる等の交流事故が発生した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ０４が送電電圧制御を行うように切り替わることで、直流送電系統の電圧を維持しながら待機し、事故除去後（通常は１００ｍｓ程度で行われる）に、送電を高速に再開する。

かかる従来の直流送電システムに対し、昇圧用の変圧器０２を用いることなくＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して直流送電する直流送電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる直流送電システムは、洋上の浮体に発電設備とともに重量物である昇圧用の変圧器を設置する必要がなく、その代わりに遙かに軽量なＤＣ／ＤＣコンバータを設置すれば良いので、特に洋上風力発電システムにおいて注目されている。

特表２００３−５０１９９３号公報

ところで、例えば特許文献１に示すようなＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータが、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとの間で形成される直流集電系統の電圧を制御するとともに、負荷側のＤＣ／ＡＣコンバータが送電線で形成される直流送電系統の電圧を制御するように構成することが考えられる。この制御を適用すると、落雷等で送電不能になる等の交流事故が負荷側で発生した場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータは直流送電系統の電力を交流系統へ送り出すことができなくなり、直流送電系統の電圧が上昇する。直流送電系統の電圧が過剰に上昇すれば、直流送電システムが停止に至り、送電を再開するまで時間を要する。交流事故除去後に、送電を高速に再開するためには、交流事故期間中においても、直流送電系統の電圧を維持し続けなければならない。

しかしながら、特許文献１をはじめ、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する従来技術に係る直流送電システムでは、交流事故時の制御に関しての対策を開示するものは存在しない。

本発明は、上記従来技術に鑑み、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムにおいて、定常時と事故時の制御モードを適確かつ円滑に切り替えることができる直流送電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧を検出して所定の集電電圧指令値になるよう前記直流集電系統の電圧を制御するための集電電圧制御量を出力する集電電圧制御手段と、前記直流送電系統の電圧を検出して所定の送電電圧指令値になるよう前記直流送電系統の電圧を制御するための送電電圧制御量を出力する送電電圧制御手段と、前記集電電圧制御量または前記送電電圧制御量のいずれか一方に基づく制御量を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電力制御量として出力する選択手段とを備えており、定常時には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御する一方、交流事故時には、前記連携用コンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御することを特徴とする直流送電システムにある。

本態様によれば、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータで直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＡＣコンバータで直流送電系統の電圧を制御する。一方、交流事故時には、ＤＣ／ＡＣコンバータによる直流送電系統の電圧制御機能が喪失されるので、代わりにＤＣ／ＤＣコンバータで直流送電系統の電圧を制御する。同時に、直流集電系統の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータに代わってＡＣ／ＤＣコンバータが制御する。

この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムにおいて、定常時のみならず、交流事故時にも所定の直流集電系統の電圧および直流送電系統の電圧の制御を円滑かつ継続的に行なうことができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する直流送電システムにおいて、前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系統の電圧との偏差に基づき生成された前記送電電圧制御量に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを最大出力とする最大位相角制御量を加算するとともに、加算した位相角制御量を前記集電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前記定常時の前記電力制御量として出力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事故時の前記電力制御量として出力することを特徴とする直流送電システムにある。

本態様によれば、最大位相角制御量を送電電圧制御量に加算し、加算した制御量を集電電圧制御量の上限としているので、定常時には前記上限の値よりも小さい集電電圧制御量が選択される。この結果、定常時には、集電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流集電系統の電圧が制御される。

一方、交流事故時には送電電圧制御量が集電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流送電系統の電圧が制御される。

本発明の第３の態様は、第１の態様に記載する直流送電システムにおいて、前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージンを加算した送電電圧制御量を前記集電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前記定常時の前記電力制御量として出力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事故時の前記電力制御量として出力することを特徴とする直流送電システムにある。

本態様によれば、送電電圧指令値と直流送電系統の電圧との偏差に送電電圧マージンを加算し、加算した制御量を集電電圧制御量の上限としているので、定常時には集電電圧制御量が前記上限の値よりも小さくなる。この結果、定常時には、集電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流集電系統の電圧が制御される。

一方、交流事故時には送電電圧制御量が集電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流送電系統の電圧が制御される。

本発明の第４の態様は、第１の態様に記載する直流送電システムにおいて、前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージンを加算した送電電圧制御量と、前記集電電圧制御量のうちいずれか小さい制御量を前記電力制御量として出力する最小値選択手段であることを特徴とする直流送電システムにある。

本態様によれば、送電電圧指令値と直流送電系統の電圧との偏差に送電電圧マージンを加算し、加算した制御量を送電電圧制御量としているので、通常時には集電電圧制御量が常に送電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、通常時には、集電電圧制御量に基づく電力制御量が選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流集電系統の電圧が制御される。

一方、交流事故時には送電電圧制御量が集電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量に基づく電力制御量が選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータにより直流送電系統の電圧が制御される。

本発明の第５の態様は、第２または第３の態様に記載する直流送電システムにおいて、
前記送電電圧制御手段は、比例制御により前記送電電圧制御量を生成するとともに、前記集電電圧制御手段は、比例・積分制御により前記集電電圧制御量を生成するものであることを特徴とする直流送電システムにある。

本態様によれば、集電電圧制御量を比例・積分制御により生成するようにしたので、集電電圧指令値と直流集電系統の電圧との偏差を除去することで、定常時の直流集電系統の電圧を所定値に正確に制御することができる。一方、送電電圧制御量は、比例制御により生成するようにしたので、交流事故時の制御モードから定常時の制御モードに移行する際の制御遅れを生起することはない。この結果、交流事故からの復旧を円滑に行なわせることができる。

本発明の第６の態様は、直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧である集電電圧に対して所定の昇圧比を乗じた値と、前記直流送電系統の電圧である送電電圧との偏差を低減するように生成された電力制御量で前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、
定常時には、前記ＤＣ／ＡＣコンバータによって前記送電電圧を既定値に制御する一方、
交流事故時には、前記ＡＣ／ＤＣコンバータによって前記集電電圧を既定値に制御することを特徴とする直流送電システムにある。

本態様によれば、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＡＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御する。一方、交流系統で事故が発生した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御する。

本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムにおいて、定常時のみならず、交流事故時にも所定の直流集電系統の電圧および直流送電系統の電圧の制御を円滑かつ継続的に行なうことができる。したがって、重量物である昇圧用の変圧器を送電側に配設することなく軽量な設備であるＤＣ／ＤＣコンバータで代替させることができるので、例えば洋上に設置する風力発電機等の発電設備で発電した電力を直流送電する場合に好適なものとなる。

本発明の実施の形態に係る直流送電システムを示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。 本発明の第１の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御系を示すブロック図である。 図３に示す制御系のさらに具体的な第１の実施例を示すブロック図である。 具体的な伝達関数を与えた図４に示す制御系のブロック線図である。 図３に示す制御系のさらに具体的な第２の実施例を示すブロック図である。 図３に示す制御系のさらに具体的な第３の実施例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。 本発明の第２の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御系を示すブロック図である。 従来技術に係る直流送電システムを示すブロック図である。 従来技術に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る直流送電システムを示すブロック図である。同図に示すように、かかる直流送電システムでは、例えば風力発電設備等の発電設備１で発電した交流をＡＣ／ＤＣコンバータ２で直流に変換した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ３で所定の直流電圧に昇圧して送電線４により直流送電している。負荷側では、ＤＣ／ＡＣコンバータ５で交流に変換するとともに変圧器６で所定の電圧に降圧して交流負荷等の交流機器７に供給している。ここで、交流機器７には交流負荷のほか、交流負荷に並列に接続され、電圧変動を抑制するための発電機等が含まれる。当該直流送電システムに風力発電設備等の発電量が変動する可能性がある発電設備１を用いた場合には、システム全体での発電量を平準化する必要があるからである。

＜第１の実施の形態＞
かかる直流送電システムに係る第１の実施の形態における制御の態様を図２に示す。同図（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時であり、図１と同一部分には、同一番号を付している。ここで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ３との間で直流集電系統Ｉが形成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３とＤＣ／ＡＣコンバータ５との間を接続する送電線４で直流送電系統IIが形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータ５と交流機器７との間で交流系統IIIが形成されている。

図２（ａ）に示すように、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が直流集電系統Ｉの電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＡＣコンバータ５が直流送電系統IIの電圧を制御する。一方、交流系統IIIで事故が発生した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が直流集電系統Ｉの電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が直流送電系統IIの電圧を制御する。ちなみに、交流系統IIIで事故が発生した場合には、交流系統IIIに対して電力を送り出すことができなくなり、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による直流送電系統IIの電圧の制御が不可能になる。

かかる定常時から交流事故時への切り替えは次のような制御系により実現している。図３は本形態におけるモード切り替えを行なうためのＤＣ／ＤＣコンバータの制御系を示すブロック図である。同図に示すように、本制御系は、集電電圧制御手段１１、送電電圧制御手段１２および選択手段１３からなる。集電電圧制御手段１１は、直流集電系統Ｉ（図２参照；以下同じ）の電圧を検出して所定の集電電圧指令値ｖ_{mvdc ref}になるよう直流集電系統Ｉの電圧を制御するための集電電圧制御量θ_mを出力する。送電電圧制御手段１２は、直流送電系統（図２参照；以下同じ）の電圧を検出して所定の送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}になるよう直流送電系統IIの電圧を制御するための送電電圧制御量θ_hを出力する。
選択手段１３は、集電電圧制御量θ_mまたは送電電圧制御量θ_hのいずれか一方に基づく制御量をＤＣ／ＤＣコンバータ３（図２参照；以下同じ）に対する電力制御量Δθ_dcpとして出力する。さらに詳言すると、集電電圧制御手段１１は、集電電圧指令値ｖ_{mvdc ref}と、実測した直流集電系統Ｉの電圧である集電電圧検出値ｖ_mvdcとの偏差に所定の伝達関数Ｇ_mvdcを掛けて集電電圧制御量θ_mを生成するとともに、送電電圧制御手段１２は、送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}と、実測した直流送電系統IIの電圧である送電電圧検出値ｖ_hvdcとの偏差に所定の伝達関数Ｇ_hvdcを掛けて送電電圧制御量θ_hを生成する。選択手段１３は、定常時には集電電圧制御量θ_mに基づく電力制御量Δθ_dcpで、交流事故時には送電電圧制御量θ_hに基づく電力制御量Δθ_dcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３の導通角を制御する。

かかる選択手段１３は、定常時に集電電圧制御量θ_mに基づく電力制御量Δθ_dcpを選択する一方、交流事故時に送電電圧制御量θ_hに基づく電力制御量Δθ_dcpを選択する選択機能を有するものであれば特に制限はない。

なお、ＤＣ／ＡＣコンバータ５は、送電電圧制御手段１２と同様の構成の制御手段を備える。そして、定常時にはＤＣ／ＡＣコンバータ５が送電電圧制御を行う。この結果、送電電圧は規定範囲に保持される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、送電電圧が規定範囲に保持されていることにより定常時と判断し、集電電圧制御を選択する。かくして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の送電電圧制御手段１２による送電電圧制御と、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による送電電圧制御とが干渉することはない。

一方、交流事故時にはＤＣ／ＡＣコンバータ５の送電電圧制御が無効になる。この結果、送電電圧が上昇する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、送電電圧の上昇により交流事故時と判断し、送電電圧制御を選択する。このとき、ＤＣ／ＡＣコンバータ５の送電電圧制御は無効であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の送電電圧制御手段１２による送電電圧制御と、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による送電電圧制御とが干渉することはない。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、集電電圧制御手段１１と同様の構成の制御手段を備え、直流集電系統の電圧が上昇した場合のみこれを有効にする。すなわち、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が集電電圧制御を行う。この結果、集電電圧は規定範囲に保持される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、集電電圧が規定範囲に保持されていれば、集電電圧制御は無効になるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２による集電電圧制御とＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御が干渉することはない。

一方、交流事故時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が送電電圧制御を行うため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御は無効になる。この結果、集電電圧が上昇する。そこで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が、集電電圧の上昇を検出して集電電圧制御を有効とする。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御は無効であるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２による集電電圧制御とＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御が干渉することはない。

次に、定常時と交流事故時との切り替え動作を円滑かつ適確に行い得るように構成した実施例を説明しておく。なお、図４〜図７のうち、図３と同一部分には、同一番号を付し、重複する説明は省略する。

図４は、第１の実施例を示すブロック図である。同図に示すように、本実施例における集電電圧制御手段１１は、集電電圧指令値ｖ_{mvdc ref}と直流集電系統Ｉの電圧の実測値である集電電圧検出値ｖ_mvdcとの偏差に伝達関数Ｇ_mvdcを掛けて集電電圧制御量θ_mを生成する。一方、送電電圧制御手段１２は、送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}と直流送電系統IIの電圧の実測値である送電電圧検出値ｖ_hvdcとの偏差に伝達関数Ｇ_hvdcを掛けて送電電圧制御量θ_hを生成する。

本実施例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を最大とする最大位相角制御量θ_{dcp max}を送電電圧制御量θ_hに加算して生成する位相角制御量Δθ_max1で集電電圧制御量θ_mの上限を規定するようになっている。すなわち、位相角制御量Δθ_max1を上限値とするリミッターが形成されている。この結果、位相角制御量Δθ_max1が集電電圧制御量θ_mの上限となる。本実施例において、定常時には集電電圧制御量θ_mが上限値である位相角制御量Δθ_max1を超えることはない。したがって、この場合は、集電電圧制御量θ_mが電力制御量Δθ_dcpとしてＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流集電系統Ｉの電圧を規定値に制御する。一方、交流事故時には、送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}と送電電圧検出値ｖ_hvdcとの偏差が負方向で大きくなり送電電圧制御量θ_hが負の大きな値となるので、位相角制御量Δθ_max1で規定される上限値が小さくなる結果、集電電圧制御量θ_mよりも小さくなる。かかる状態では、位相角制御量Δθ_max1が電力制御量Δθ_dcpとして選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流送電系統IIの電圧を規定値に制御する。本実施例においては、最大位相角制御量θ_{dcp max}を送電電圧制御量θ_hに加算して生成する位相角制御量Δθ_max1で集電電圧制御量θ_mの上限を規定するリミッターを形成することで集電電圧制御量θ_mまたは送電電圧制御量θ_hの何れか一方を選択する選択手段１３（図３参照）を構成している。なお、リミッターの下限値は通常零として設定しておく。ただ、発電設備側に蓄電池等を有する場合には、下限値を負の値とすることにより、蓄電池等の充電を行わせることもできる。

本実施例によれば、最大位相角制御量θ_{dcp max}を送電電圧制御量θ_hに加算して位相角制御量Δθ_max1を生成し、この位相角制御量Δθ_max1を集電電圧制御量θ_mの上限としているので、通常時には前記上限の値よりも小さい集電電圧制御量θ_mが選択される。この結果、通常時には、集電電圧制御量θ_mに基づく電力制御量Δθ_dcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流集電系統Ｉの電圧が制御される。

一方、交流事故時には送電電圧制御量θ_hが集電電圧制御量θ_mよりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量θ_hに基づく制御量である位相角制御量Δθ_max1でＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流送電系統IIの電圧が制御される。

図５に示すように、上記第１の実施例における送電電圧制御手段１２は、比例制御により送電電圧制御量θ_hを生成するとともに、集電電圧制御手段１１は、比例・積分制御により集電電圧制御量θ_mを生成するように伝達関数を選定するのが好ましい。

この場合には、集電電圧制御量θ_hを比例・積分制御により生成するようにしたので、集電電圧指令値ｖ_{mvdc ref}と直流集電系統Ｉの集電電圧検出値ｖ_mvdcとの偏差を除去することができる。この結果、定常時の直流集電系統Ｉの電圧を所定値に正確に制御することができる。一方、送電電圧制御量ｖ_{hvdc ref}は、比例制御により生成するようにしたので、交流事故時の制御モードから定常時の制御モードに移行する際の制御遅れを生起することはない。この結果、交流事故からの復旧を円滑に行なわせることができる。

図６は、第２の実施例を示すブロック図である。同図に示すように、本実施例における集電電圧制御手段１１は、第１の実施例のそれと同様である。一方、送電電圧制御手段１２は、送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}と直流送電系統IIの電圧の実測値である送電電圧検出値ｖ_hvdcとの偏差に送電電圧マージンΔｖ_{hvdc m}を加算し、それに伝達関数Ｇ_hvdcを掛けて送電電圧制御量θ_hmを生成している。したがって、送電電圧制御量θ_hmは、第１の実施例の送電電圧制御量θ_hよりも送電電圧マージンΔｖ_{hvdc m}の分だけ大きな値となっている。

本実施例においては、送電電圧マージンΔｖ_{hvdc m}を送電電圧制御量θ_hに加算して生成する送電電圧制御量θ_hmで集電電圧制御量θ_mの上限を規定するようになっている。すなわち、送電電圧制御量θ_hmを上限値とするリミッターが形成されている。この結果、送電電圧制御量θ_hmが集電電圧制御量θ_mの上限となる。本実施例において、定常時には集電電圧制御量θ_mが上限値である送電電圧制御量θ_hmを超えることはない。したがって、この場合は、集電電圧制御量θ_mが電力制御量Δθ_dcpとしてＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流集電系統Ｉの電圧を規定値に制御する。一方、交流事故時には、送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}と送電電圧検出値ｖ_hvdcとの偏差が負方向で大きくなり送電電圧制御量θ_hmが減少するので、送電電圧制御量θ_hmで規定される上限値が小さくなる。この結果、集電電圧制御量θ_mよりも小さくなる。かかる状態では、送電電圧制御量θ_hmが電力制御量Δθ_dcpとして選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流送電系統IIの電圧を規定値に制御する。本実施例においては、送電電圧マージンΔｖ_{hvdc m}が送電電圧制御量θ_hmに加算されている。すなわち、送電電圧制御量θ_hmで集電電圧制御量θ_mの上限を規定するリミッターを形成することで集電電圧制御量θ_mまたは送電電圧制御量θ_hmの何れか一方を選択する選択手段１３（図３参照）を構成している。なお、リミッターの下限値は通常零を設定しておく。ただ、発電設備側に蓄電池等を有する場合には、下限値を負の値とすることにより、蓄電池等の充電を行わせることもできる。

本実施例の場合も図５と同様に、集電電圧制御手段１１を比例・積分制御、送電電圧制御手段１２を比例制御とすることにより、図５の場合と同様の作用・効果を奏する。

本実施例によれば、送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}と直流送電系統IIの送電電圧検出値ｖ_hvdcとの偏差に送電電圧マージンΔｖ_{hvdc m}を加算し、加算した値に基づく送電電圧制御量θ_hmを集電電圧制御量θ_mの上限としているので、通常時には集電電圧制御量θ_mが前記上限の値よりも小さくなる。この結果、通常時には、集電電圧制御量θ_mに基づく電力制御量Δθ_dcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流集電系統Ｉの電圧が制御される。

一方、交流事故時には送電電圧制御量θ_hmが集電電圧制御量θ_mよりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量θ_hmに基づく電力制御量Δθ_dcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流送電系統IIの電圧が制御される。

図７は、第３の実施例を示すブロック図である。同図に示すように、本実施例における集電電圧制御手段１１は、第１の実施例のそれと同様である。また、送電電圧制御手段１２は、第２の実施例のそれと同様である。したがって、集電電圧制御手段１１は集電電圧制御量θ_mを出力するとともに、送電電圧制御手段１２は、送電電圧制御量θ_hmを出力する。集電電圧制御量θ_mおよび送電電圧制御量θ_hmは、最小値選択手段１３Ａでいずれか小さい制御量が電力制御量Δθ_dcpとして出力される。

本実施例では、送電電圧指令値ｖ_{hvdc ref}と直流送電系統IIの送電電圧検出値ｖ_hvdcとの偏差に送電電圧マージンΔｖ_{hvdc m}を加算し、加算した制御量に基づき送電電圧制御量θ_hmを生成しているので、通常時には集電電圧制御量θ_mが常に送電電圧制御量θ_hmよりも小さくなる。この結果、通常時には、集電電圧制御量θ_mに基づく電力制御量Δθ_dcpが選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流集電系統Ｉの電圧が制御される。

一方、交流事故時には送電電圧制御量θ_hmが集電電圧制御量θ_mよりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量θ_hmに基づく電力制御量Δθ_dcpが選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により直流送電系統IIの電圧が制御される。

かかる本実施例においては、送電電圧マージンΔｖ_{hvdc m}を加算する構成と最小値選択手段１３Ａとが相俟って選択手段１３（図３参照）を構成している。

＜第２の実施の形態＞
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。同図に示すように、かかる直流送電システムの各構成要素およびその接続構成自体は、図２に示す直流送電システムと同様である。そこで、図８中、図２と同一部分には、同一番号を付し、重複する説明は省略する。

図８（ａ）に示すように、本形態における定常時には、送電電圧ｖ_hvdcがＤＣ／ＡＣコンバータ５によって規定値に制御される。また，ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇圧比Ｎ_dcを一定に保持するため、集電電圧ｖ_mvdc＝ｖ_hvdc／Ｎ_dcとなる。この結果、集電電圧ｖ_mvdcが既定の範囲内に制御されることになり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は電力制御を行うことになる。

一方、図８（ｂ）に示すように、事故時には、ＤＣ／ＡＣコンバータ５が送電電圧ｖ_hvdcを制御できなくなり、送電電圧ｖ_hvdcが上昇する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇圧比Ｎ_dcを一定に保持するため、集電電圧ｖ_mvdcも一緒に上昇する。集電電圧ｖ_mvdcが既定の範囲を超えると、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が集電電圧ｖ_mvdcの制御を開始する。この結果、集電電圧ｖ_mvdcのさらなる上昇は抑制される。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇圧比Ｎ_dcを一定に保持するため、送電電圧ｖ_hvdcの上昇も抑制される。

交流事故が除去されると、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による送電電圧ｖ_hvdcの制御が再び有効となり、直流送電系統４の送電電圧ｖ_hvdcが既定範囲内に抑制される。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により、直流集電系統Ｉの集電電圧ｖ_mvdcも既定の範囲内に抑制されるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の運転状態は、電力制御に切り替わる。

以上により、定常時および交流事故時のいずれにおいても、送電電圧ｖ_hvdcと集電電圧ｖ_mvdcを維持することができる。

図９は図８に示す直流送電システムにおける制御系を示すブロック図である。同図に示すように、本形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３は、集電電圧ｖ_mvdcと送電電圧ｖ_hvdcの比率を、既定の昇圧比Ｎ_dcと一致するように常に動作させる。具体的には，集電電圧ｖ_mvdcに対して既定の昇圧比Ｎ_dcを乗じた値と、送電電圧ｖ_hvdcとの偏差を加算器２１で取り、これにゲインＧを乗じた大きさの電力制御量θ_dcpをＤＣ・ＤＣコンバータ３に供給している。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＡＣコンバータ５は、従来の制御と同様とする。

なお、図９に示す本形態では、加算器２１の出力である集電電圧ｖ_mvdcに昇圧比Ｎ_dcを乗じた値と、送電電圧ｖ_hvdcとの偏差にゲインＧを乗じて電力制御量θ_dcpとしているが、これに限るものではない。前記偏差を減じるように生成された電力制御量θ_dcpであれば、それ以上の限定はない。

本発明は直流電圧の昇圧を伴う直流送電およびその保守管理に関する産業分野において有効に利用することができる。

Ｉ 直流集電系統
II 直流送電系統
III 交流系統
１ 発電設備
２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 送電線
５ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１１ 集電電圧制御手段
１２ 送電電圧制御手段
１３ 選択手段
１３Ａ 最小値選択手段
ｖ_{mvdc ref} 集電電圧指令値
ｖ_{hvdc ref} 送電電圧指令値
ｖ_mvdc 集電電圧検出値
ｖ_hvdc 送電電圧検出値
θ_m 集電電圧制御量
θ_h、θ_hm 送電電圧制御量
Δθ_dcp 電力制御量
Ｇ_mvdc、Ｇ_hvdc 伝達関数

Claims (6)

1. 直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の
   送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流
   系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／
   ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ
   ／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／
   ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧を検出して所定の集電
   電圧指令値になるよう前記直流集電系統の電圧を制御するための集電電圧制御量を出力す
   る集電電圧制御手段と、前記直流送電系統の電圧を検出して所定の送電電圧指令値になる
   よう前記直流送電系統の電圧を制御するための送電電圧制御量を出力する送電電圧制御手
   段と、前記集電電圧制御量または前記送電電圧制御量のいずれか一方に基づく制御量を前
   記ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電力制御量として出力する選択手段とを備えており、
   定常時には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに
   、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御する一方、
   交流事故時には、前記連系用コンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに
   、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御することを特徴とする直流
   送電システム。
2. 請求項１に記載する直流送電システムにおいて、
   前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系
   統の電圧との偏差に基づき生成された前記送電電圧制御量に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ
   を最大出力とする最大位相角制御量を加算するとともに、加算した位相角制御量を前記集
   電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前記定常時の前記電力制御量として出
   力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事故時の前記電力制御量として出力す
   ることを特徴とする直流送電システム。
3. 請求項１に記載する直流送電システムにおいて、
   前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系
   統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージン
   を加算した送電電圧制御量を前記集電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前
   記定常時の前記電力制御量として出力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事
   故時の前記電力制御量として出力することを特徴とする直流送電システム。
4. 請求項１に記載する直流送電システムにおいて、
   前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系
   統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージン
   を加算した送電電圧制御量と、前記集電電圧制御量のうちいずれか小さい制御量を前記電
   力制御量として出力する最小値選択手段であることを特徴とする直流送電システム。
5. 請求項２または請求項３に記載する直流送電システムにおいて、
   前記送電電圧制御手段は、比例制御により前記送電電圧制御量を生成するとともに、前
   記集電電圧制御手段は、比例・積分制御により前記集電電圧制御量を生成するものである
   ことを特徴とする直流送電システム。
6. 直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧である集電電圧に対して所定の昇圧比を乗じた値と、前記直流送電系統の電圧である送電電圧との偏差を低減するように生成された電力制御量で前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、
   定常時には、前記ＤＣ／ＡＣコンバータによって前記送電電圧を既定値に制御する一方、
   交流事故時には、前記ＡＣ／ＤＣコンバータによって前記集電電圧を既定値に制御することを特徴とする直流送電システム。