JP2019009938A - 直流配電系統の電圧制御システムおよび電圧制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】系統電圧を安定に制御できる直流配電系統の電圧制御システムおよび制御方法を提供すること。
【解決手段】直流配電系統１では、発電装置３、蓄電装置５および負荷装置４がそれぞれの電力変換装置６，６ａ，６ｂを介して直流回路７に接続されており、各電力変換装置をそれぞれ制御する第１制御装置６１，６１ａ，６１ｂと、各第１制御装置に通信可能に接続されており、直流配電系統の運用状態を管理する第２制御装置２とを備え、第２制御装置は、各第１制御装置から取得する直流配電系統の潮流情報に基づいて系統状態を判定し、判定した系統状態に基づいて各第１制御装置のうち所定の第１制御装置へ制御指令を送信することにより、所定の第１制御装置によって直流回路の直流電圧を制御させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流配電系統の電圧制御システムおよび電圧制御方法に関する。

将来、電気負荷の大容量化と高電圧化は、一般の大規模系統にとどまらず、設置面積等に制限のある小規模の電力系統にも導入されるものと考えられる。

電気負荷の大容量化は、配電機器、特に昇圧／降圧等に用いる変圧器の大型化を引き起こすため、変圧器の設置面積が不足するといった課題を生じる。この課題を解決するために、高周波変圧器を活用した直流配電方式が注目を集めている。直流配電方式で使用する昇圧／降圧用の絶縁型直流／直流変換装置で使用する変圧器は、一般の商用周波数より高周波で駆動するため、商用周波数で用いる変圧器と比較して小型化が可能である。この利点等により、配電系統の直流化が検討されている。

また、直流配電系統では、発電装置、負荷装置、蓄電装置の間の電力融通は、主に電力変換装置を介して行われる。このため直流配電系統内の直流系統電圧は、系統内の少なくとも一つの電力変換装置で制御する必要があり、主に発電装置に接続した１方向出力の電力変換装置がその役割を担っている。

ここで、直流配電系統の系統事故、あるいは直流電圧を制御する電力変換装置の故障等により、電力変換装置による直流配電系統への電圧制御機能が停止すると、直流配電系統の電圧が不安定化するおそれがある。

また、負荷に電動機を含む直流配電系統では、電動機の回生作用により、電動機から直流配電系統への電力潮流（いわゆる逆潮流）が生じる。この回生電力が系統内の負荷や蓄電装置へ供給されると、系統内の電圧を制御している電力変換装置からの出力が０となってしまうことがある。電力変換装置は１方向出力であるため、回生電力が電力系統に流れ込むと、出力を調整して系統電圧を制御することが不可能となり、系統電圧が不安定化するおそれがある。

そこで特許文献１では、回生時に発電機への逆潮流を防ぐために、逆潮流分を蓄電装置に充電させて、発電機の慣性で系統電圧を安定化する方法が提示されている。

特開２００８−１２５２３９号公報

しかしながら特許文献１では、もしも発電機が故障して系統の電圧制御機能が停止すると、系統電圧が不安定となる。

また、そもそも特許文献１は、交流系統を対象としているため、発電装置の慣性を用いて負荷変動時の影響を吸収することにより、系統電圧を安定化することができる。しかし、直流配電系統における発電装置では、電力変換装置を介して、発電機から系統への一方向に電力を出力する。このため、電力変換装置の出力が０の場合は、負荷変動の影響を吸収して系統電圧を制御することはできない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、系統電圧を安定に制御できる直流配電系統の電圧制御システムおよび制御方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従う電圧制御システムは、直流配電系統の系統電圧を制御する電圧制御システムであって、直流配電系統では、発電装置、蓄電装置および負荷装置がそれぞれの電力変換装置を介して直流回路に接続されており、各電力変換装置をそれぞれ制御する第１制御装置と、各第１制御装置に通信可能に接続されており、直流配電系統の運用状態を管理する第２制御装置とを備え、第２制御装置は、各第１制御装置から取得する直流配電系統の潮流情報に基づいて系統状態を判定し、判定した系統状態に基づいて各第１制御装置のうち所定の第１制御装置へ制御指令を送信することにより、所定の第１制御装置によって直流回路の直流電圧を制御させる。

本発明によれば、第２制御装置は、直流配電系統の潮流情報に基づいて系統状態を判定し、判定した系統状態に基づいて各第１制御装置のうち所定の第１制御装置へ制御指令を送信することにより、所定の第１制御装置によって直流回路の直流電圧を制御させることができる。したがって、発電装置に故障が生じた場合でも、所定の第１制御装置が直流回路の直流電圧を制御することができる。

通常時および障害発生時の電力潮流を比較して示す説明図である。 通常時の電力潮流を示す系統構成図である。 異常時の電力潮流を示す系統構成図である。 電力変換装置の運転状態を管理する処理を示すフローチャートである。 第２実施例に係る直流配電系統の電圧制御システムの構成図である。 通常時の電力潮流を示す系統構成図である。 異常時の電力潮流を示す系統構成図である。 第３実施例に係り、通常時の電力潮流を示す系統構成図である。 異常時の電力潮流を示す系統構成図である。 第４実施例に係る直流配電系統の電圧制御システムの構成図である。 通常時の電力潮流を示す系統構成図である。 異常時の電力潮流を示す系統構成図である。 他の異常時の電力潮流を示す系統構成図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。直流配電系統１の系統電圧を制御する電力変換装置６１が故障すると、系統電圧の不安定化を招くおそれがある。また、電動機４１などの回生電力を発生させる負荷装置４からの回生電力等により、系統電圧を制御する役割を担う電力変換装置の出力が大幅に低下することがある。電力変換装置が、電圧を調整するための制御量を出力することができなくなると、系統電圧の不安定化を招くおそれがある。本実施形態では、上述した場合においても、直流配電系統の系統電圧を安定に制御できるように、発電装置３、蓄電装置５、負荷装置４が電力変換装置６１，６１ａ，６１ｂを介して直流回路７に接続している直流配電系統１において、状況に応じて、系統電圧を制御する電力変換装置と電力変換装置の制御対象とを切り替えることで、直流配電系統１の直流電圧を安定に制御する。

図１〜図４を用いて実施例を説明する。以下の説明は、本発明の内容の一例を示すものである。本発明は以下の説明に限定されず、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において、当業者による様々な変更および修正が可能である。

図１は、第１実施例に係る直流配電系統の電圧制御システムを、通常状態と異常状態とを比較して示す説明図である。系統構成の詳細は、図２で説明する。

全体構成を先に説明すると、直流配電系統１は、運用状態管理装置２によって系統電圧が制御されるようになっている。

直流配電系統１では、例えば、発電装置３、負荷装置４、蓄電装置５が直流回路７に接続されている。発電装置３は、電力変換装置６を介して直流回路７に接続されており、負荷装置４は、電力変換装置６ｂを介して直流回路７に接続されている。同様に、蓄電装置５は、電力変換装置６ａを介して直流回路７に接続されている。電力変換装置６，６ａ，６ｂは、それぞれの変換装置制御器６１，６１ａ，６１ｂにより制御される。これら変換装置制御器６１，６１ａ，６１ｂは、「第１制御装置」の例である。

各電力変換装置６１，６１ａ，６１ｂは、運用状態管理装置２からの制御指令１１により動作モードが切り替えられる。また、一部または全部の電力変換装置６１，６１ａ，６１ｂは、潮流等に関する情報１０を運用状態管理装置２へ送信する。図１では、発電機３に対応する変換装置制御器６１が、潮流情報１０を運用状態管理装置２へ送信するようになっている。

運用状態管理装置２は、図示せぬマイクロプロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等を有するコンピュータシステムとして構成されており、その機能として例えば、系統監視部８と、変換装置機能指定部９とを備える。

系統監視部８は、直流配電系統７の状態を監視する。系統監視部８は、変換装置制御器６１から電力変換装置６の出力値を直流電源（発電装置３）の潮流情報１０として取得し、取得した出力値と所定の値とを比較するで、直流配電系統１の状態を判定する。

変換装置機能指定部９は、系統監視部８からの判定結果を受信して、各電力変換装置６，６ａ，６ｂに対応する各変換装置制御器６１，６１ａ，６１ｂで実行する制御機能を指定する。

変換装置機能指定部９は、「制御処理」としての制御機能を切り替える制御指令（制御切替指令）１１を、変換装置制御器６１，６１ａ，６１ｂへ送信する。変換装置制御器は複数の制御機能を備えることができる。図２で後述するように、例えば、蓄電装置５に対応する変換装置制御器６１ａは、電圧制御処理、電力制御処理、電流制御処理、出力方法切替処理といった制御機能６１２ａの中からいずれか一つの制御機能６１２ａを選択し、選択した制御機能６１２ａで算出した制御量を指令値６１４ａとして出力する。

以下の説明では、変換装置制御器を「制御器」と、変換装置機能指定部を「機能指定部」と、それぞれ略記する場合がある。

図１の上側に、直流配電系統１の通常時の電力潮流１２（１）を示す。通常状態では、発電装置３で生成された交流電力が電力変換装置６で直流電力に変換されて、直流回路７に供給され、直流回路７を介して負荷装置４および蓄電装置５へ供給される。

発電装置３に接続された電力変換装置６は、直流配電系統１の直流電圧（系統電圧）を維持するように、出力を制御する。出力の方向は、発電装置３から直流回路７へ向かう一方向だけである。

電力変換装置６ｂは、負荷装置４と直流回路７とを接続しており、所定の電力を負荷装置４へ供給するよう制御している。同様に、電力変換装置６ａは、蓄電装置５と直流回路７とを接続しており、所定の電力を蓄電装置５へ供給するよう制御している。

以上が通常状態の場合である。ここで、もしも、発電装置３もしくは電力変換装置６の故障等により、発電装置３および電力変換装置６が直流回路７の直流電圧を制御できなくなったとする。図１の下側に、直流配電系統１に異常が生じた場合の電力潮流１２（２）を示す。ここでは、発電機６に接続された電力変換装置６が故障した場合を例に挙げるが、発電装置３が故障した場合も同様である。

系統監視部８は、変換装置制御器６１から取得する電源（発電装置３）の潮流情報１０と所定の値とを比較する。系統監視部８は、潮流情報１０が所定の値以下である場合、直流配電系統１は系統電圧を制御する手段が無い状態であると判定する。

系統監視部８は、判定結果を変換装置機能指定部９に送信する。判定結果を受領した変換装置機能指定部９は、蓄電装置５に対応する変換装置制御器６１ａに対し、蓄電装置５に直流配電系統１の系統電圧を制御させるための制御指令を送信する。すなわち、変換装置機能指定部９は、電力変換装置６ａの動作モードを蓄電モードから放電モードに切り替えて、蓄電装置５で貯蔵している直流電力を直流回路７へ供給させる。

制御切替指令１１を受信した変換装置制御器６１ａは、図２に示すように、「複数の制御処理」としての各種の制御機能６１２ａを備えており、切替機能６１３ａで選択した制御機能６１２ａで算出した制御量を指令値６１４ａとして出力する。

変換装置制御器６１ａは、各種制御機能６１２ａのうち、制御対象を電力制御から電圧制御へ切り替える。これと共に、変換装置制御器６１ａは、蓄電装置５から負荷装置４へ直流電力を供給するように、電力潮流の向きを電力潮流１２（１）から電力潮流１２（２）へ変更する。

図２は、通常時の電力潮流１２（１）を示す系統構成図である。上述の通り、通常時には、発電装置３で発生させた交流電力が電力変換装置６で直流電力に変換され、直流回路７を介して負荷装置４および蓄電装置５へ供給される。発電装置３に対応する変換装置制御器６１は、直流回路７の電圧（系統電圧）を所定範囲内に維持するように、電力変換装置６で発電装置３から直流回路７への出力を制御する。

電力変換装置６ａを制御する変換装置制御器６１ａは、電力変換装置６ａの上流側および下流側の系統状態値６１１ａを計測している。上流側、下流側とは、電力潮流の上流側、下流側という意味である。電圧値などの系統状態値６１１ａは、潮流情報１０として運用状態管理装置２の系統監視部８に送信される。他の変換装置制御器６１，６１ｂについても同様である。

切替機能６１３ａにより選択された制御機能６１２ａは、上流側および下流側の系統状態値６１１ａに基づいて制御量を計算する。計算された制御量は、指令値６１４ａとして所定の変換装置制御器へ送られる。

他の変換装置制御器６１，６１ｂについても同様に、電力変換装置６，６ｂの上流側および下流側の系統状態値６１１，６１１ｂに基づいて、指令値６１４，６１４ｂを電力変換装置６，６ｂへ出力するかのように図示する。

図３は、異常時の電力潮流１２（２）を示す系統構成図である。発電装置３に接続された電力変換装置６に障害が発生した場合、そのままでは系統電圧が不安定になる。系統監視部８は、電力変換装置６の故障を潮流情報１０に基づいて判定する。変換装置機能指定部９は、系統監視部８の判定結果に基づき、蓄電装置５に対応する変換装置制御器６１ａに対して制御指令１１を送信する。

これにより、制御器６１ａは、電力潮流方向を逆向きに設定するとともに、制御機能６１２ａを電圧制御に切り替え、蓄電装置５から直流回路７へ電力を供給させる。蓄電装置５から放出された電力は、直流回路７から電力変換装置６１ｂを介して負荷装置４へ供給される。これにより、直流回路７の電圧は、蓄電装置５および電力変換装置６ａにより維持される。

図４のフローチャートを用いて、運用状態管理装置２の実行する運用状態管理処理を説明する。

まず最初に、各電力変換装置６，６ａ，６ｂについて、直流配電系統１の運用に応じた制御対象およびパラメータを設定する（Ｓ１０）。ステップＳ１０は、例えば、変換装置機能指定部９が制御指令１１を各電力変換装置６，６ａ，６ｂへ送信することにより、実現される。

続いて、系統監視部８は、各電力変換装置６，６ａ，６ｂから取得する潮流情報１０に基づいて、直流回路７の潮流を監視する（Ｓ１１）。すなわち、系統監視部８は、直流配電系統１の状態を監視する。

系統監視部８は、事故等により想定外の潮流変動が生じたか確認する（Ｓ１２）。系統監視部８は、想定外の潮流変動が生じたと判定すると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、系統電圧の制御を担当している電力変換装置の出力値を０に設定するか、すなわち、系統電圧の制御担当を解除するか否か判定する（Ｓ１３）。ここでは、系統監視部８は、発電装置３に対応する電力変換装置６の出力値を０に設定するか否か判定する。

系統監視部８は、系統電圧の制御を担当している電力変換装置６の出力値を０に変更する必要がないと判定すると（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１２へ戻る。

これに対し、系統監視部８が、系統電圧の制御を担当している電力変換装置６の出力値を０に変更する必要があると判定すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、変換装置機能指定部９は、電力変換装置６に代わって系統電圧を制御させる電力変換装置を、他の電力変換装置６ａ，６ｂの中から選択する（Ｓ１４）。ここでは、蓄電装置５に接続された電力変換装置６ａを選択する。

変換装置機能指定部９は、ステップＳ１４で選択した電力変換装置６ａの変換装置制御器６１ａに対して制御指令１１を送信し、制御対象を電圧制御に切り替えるよう指示する（Ｓ１５）。

制御指令１１を受信した変換装置制御器６１ａは、制御対象（実行する制御機能６１２ａ）を電圧制御に切り替える（Ｓ１６）。これにより、蓄電装置５に接続された電力変換装置６ａは、蓄電装置５から直流回路７へ所定電圧の直流電力を供給する。以後、蓄電装置５と電力変換装置６ａとにより、直流配電系統１の系統電圧が制御される。

なお、発電装置３に接続された電力変換装置６が保守作業により正常状態に復帰した場合、運用状態管理装置２は、系統電圧の制御を担当する電力変換装置を、蓄電装置５に接続された電力変換装置６ａから発電装置３に接続された電力変換装置６に戻すべく、変換装置制御器６１，６１ａへ制御指令を送信する。

本実施例によれば、今まで系統電圧を制御していた電力変換装置６が故障等によって制御機能を失った場合でも、他の制御を担っていた電力変換装置６ａの制御モード（制御機能）を切り替えることで、系統電圧を維持することができる。つまり、本実施例によれば、直流電力を直流回路７へ供給可能な他の電力変換装置６ａを、系統電圧維持用の電力変換装置として選択することができ、制御機能６１２ａを電圧制御へ切り替えさせることで、系統電圧を安定化させることができる。

図５〜図７を用いて、第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に説明する。

図５は、本実施例に係る系統構成図である。本実施例では、図１〜図３で述べた第１実施例に比較して、推進負荷装置４１をさらに備えている点で異なる。第１実施例で述べた負荷装置４の位置には、推進負荷装置４１が設けられている。推進負荷装置４１は、例えば、船舶や潜水艦等のスクリューを回転させる電動機として構成される。推進負荷装置４１は電力変換装置６ｂを介して直流回路７に接続されている。

電力変換装置６ｂは、後述のように、直流回路７からの直流電力を交流電力に変換して推進負荷装置４１に供給したり、減速時に推進負荷装置４１で発生した回生電力を直流電力に変換して直流回路７に供給したりする。

本実施例の直流回路７には、他の負荷装置４も接続されている。負荷装置４は、電力変換装置６ｃを介して直流回路７に接続されている。電力変換装置６ｃは、変換装置制御器６１ｃにより制御される。変換装置制御器６１ｃも、電力変換装置６ｃの上流側および下流側の系統状態値６１１ｃに基づいて制御量を算出し、算出した制御量を指令値６１４ｃとして電力変換装置６ｃへ出力する。

本実施例の運用状態管理装置２は、第１実施例と同様に、系統監視部８と変換装置機能指定部９とを備える。系統監視部８は、各変換装置制御器６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃから潮流情報１０１を取得する。変換装置機能指定部９は、選択した所定の変換装置制御器に対して、制御指令１１を送信する。

各変換装置制御器６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、電圧値等の系統状態値６１１，６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃを取得し、それら系統状態値を潮流情報１０１として運用状態管理装置２へ送信する。

系統監視部８は、直流配電系統１の各所から潮流情報１０１を受信すると、潮流情報１０１から系統状態を判断する。系統監視部８の判定結果は、運用状態管理装置２の変換機能指定部９に引き渡される。変換装置機能指定部９は、その判定結果に基づいて、制御指令（制御切替指令）１１を生成し、各変換装置制御器６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃの中から選択する所定の変換装置制御器へ送信する。

制御指令１１を受信した変換装置制御器は、制御対象を電圧制御などの所定の制御機能に切り替えると共に、適切な制御量を算出し、その制御量を指令値として各電力変換装置へ送信する。

図６は、通常時の電力潮流１２（１）を示す系統構成図である。通常時は、発電装置３で生成された交流電力が電力変換装置６により所定電圧の直流電力に変換されて、直流回路７へ供給される。電力潮流１２（１）は、直流回路７から各電力変換装置６ａ，６ｂ，６ｃを介して、蓄電装置５，推進負荷装置４１，負荷装置４へ供給される。

通常時には、第１実施例で述べたと同様に、発電装置３に接続された電力変換装置６は、直流配電系統１の直流電圧（系統電圧）を所定範囲に維持するように、出力電圧を制御している。電力変換装置６は、発電装置３から直流回路７への一方向に、直流電力を出力する。

ここで、スクリューが減速すると、推進負荷装置４１では回生電力が発生する。回生電力が電力変換装置６ｂを介して直流回路７へ流れ込んだ場合を考える。回生電力が発電装置３の出力に匹敵する場合は、その回生電力により負荷装置４と蓄電装置５への電力供給が実現するものとする。

この場合、系統監視部８は、系統の潮流情報１０１（系統状態値６１１ｂ）に基づいて、回生電力の発生を検出することができる。また、系統監視部８は、受信した潮流情報１０１により電力変換装置６の出力が減少したことを検出すると、電力変換装置６による系統電圧の制御は不安定化するおそれがあると判定する。

変換装置機能指定部９は、系統監視部８の判定結果を受信すると、変換装置制御器６１ａに対して制御指令１１を送信する。これにより、変換装置制御器６１ａは、制御機能６１２ａを電力制御から電圧制御へ切り替え、直流回路７から蓄電装置５への直流電力供給を電圧制御で実行する。これにより、直流回路７に放出された回生電力の一部は、電力変換装置６ａを介して蓄電装置５の充電に使用される。この結果、蓄電装置５および電力変換装置６ａが、直流回路７の電圧（系統電圧）を制御することになる。

図７は、推進負荷装置４１の回生時に、発電装置３の出力に匹敵する回生電力が生じた場合の電力潮流１２（２）を示す系統構成図である。この場合、発電装置３に接続された電力変換装置６の出力は、ほぼ０となる。推進負荷装置４１からの回生電力は、その一部が電力変換装置６ｃを介して負荷４へ供給され、残りが電力変換装置６ａを介して蓄電装置５へ供給され、吸収される。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、回生等により発電装置３に接続した電力変換装置６が系統電圧を補正するための制御量を出力できない状況下であっても、蓄電装置５に接続した電力変換装置６ａが電力制御から電圧制御に切り替わることで、系統電圧を安定化することができる。

また、本実施例では、推進負荷装置４１が回生出力している事を潮流情報１０１によって早期に把握することができる。したがって、蓄電装置５の電力変換装置６ａを予め電力制御から電圧制御へ切り替えることができ、制御安定性を向上することができる。

図８，図９を用いて、第３実施例を説明する。本実施例では、電力変換装置内に、負性抵抗特性を補償する補償機能６１５を設けている。

図８は、通常時の電力潮流１２（１）を示す系統構成図である。本実施例の基本構成および作用は、第１実施例と同様である。通常時は、発電装置３からの電力が電力変換装置６により直流電力に変換されて直流回路７へ供給され、直流回路７から各電力変換装置６ａ，６ｂを介して蓄電装置５，負荷装置４に供給される。

このとき、発電装置３に接続された電力変換装置６は、直流配電系統１の直流電圧を維持するように電圧を制御する。電力変換装置６は、発電装置３から直流回路７の一方向に出力する。

電力変換装置６ａと電力変換装置６ｂは、通常、蓄電装置５および負荷装置４への供給電力を制御する電力制御で駆動している。すなわち、通常時には、電力変換装置６ａを制御する変換装置制御器６１ａと電力変換装置６ｂを制御する変換装置制御器６１ｂとは、制御機能として「電力制御」を選択して実行している。

故に、電力変換装置６ａおよび電力変換装置６ｂは、直流回路７から見ると定電力負荷として扱われる。直流配電系統１では、この定電力負荷の負性抵抗特性が直流回路７の直流電圧を不安定な状態にする要因となり得る。

そこで、本実施例では、通常時は、電力変換装置が直流回路７の電圧を制御し、負性抵抗特性を補償する。

ここで、発電装置３もしくは電力変換装置６の故障等により、発電装置３および電力変換装置６が直流回路７の直流電圧を制御できなくなったと仮定する。

この場合、系統監視部８は、変換装置制御器６１から受信する潮流情報１０と所定の値と比較する。系統監視部８は、潮流情報１０が所定の値以下である場合、直流配電系統１は系統電圧を制御する手段を持たない状態であると判定する。

この判定結果を変換装置機能指定部９が受信すると、変換装置機能指定部９は、変換装置制御機器６１ａに対して、電力制御から電圧制御への切り替えと、必要に応じて定電力負荷の負性抵抗特性を補償するようにとの内容を含む制御指令１１を送信する。

制御切替指令１１を受信した変換装置制御器６１ａは、制御対象（制御機能）を電力制御から電圧制御に切り替える。これと同時に、変換装置制御器６１ａは、定電力負荷の負性抵抗特性を補償する補償機能６１５により補償値を計算し、電圧制御で求めた制御量に補償値を加算し、加算した値を指令値６１４ａとして電力変換装置６ａに出力し、電圧制御で駆動させる。

図９は、異常時の電力潮流１２（２）を示す系統構成図である。図９は、発電装置３および電力変換装置６の故障等のように、発電装置３から直流回路７への電力供給が不可能な場合の直流配電系統１の電力潮流の向き１２（２）を示す。このとき、負荷装置４への電力供給は、上述の通り、蓄電装置５および電力変換装置６ａにより実現される。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、電力変換装置６ａは、電力変換装置６ｂが電力制御することで生ずる定電力負荷の負性抵抗特性に対し、補償機能６１５を指令値６１４ａに加算して、直流回路７の電圧を制御する。これにより直流回路７の直流電圧を制御すると同時に、定電力負荷の負性抵抗特性による直流配電系統１の不安定化を防ぐことができる。

図１０〜図１３を用いて、第４実施例を説明する。本実施例の直流配電系統１は、３つのサブ回路を含んでいる。

第１のサブ回路は、図１０中の上側に示す回路である。第１のサブ回路は、発電部分３，６，６１と、推進負荷部分４１，６ｂ，６１ｂと、蓄電部分５，６ａ，６１ａとを備える。発電部分は、上述の通り、発電装置３と、発電装置３と直流回路７を接続する電力変換装置６と、電力変換装置６を制御する変換装置制御器６１とを備える。推進負荷部分は、推進負荷装置４１と、推進負荷装置４１と直流回路７を接続する電力変換装置６ｂと、電力変換装置６ｂを制御する変換装置制御器６１ｂとを備える。蓄電部分は、蓄電装置５と、蓄電装置５と直流回路７を接続する電力変換装置６ａと、電力変換装置６ａを制御する変換装置制御器６１ａを備える。

第２のサブ回路は、図１０中の下側に示す回路である。第２のサブ回路は、発電部分３１，６ｃ，６１ｃと、推進負荷部分４１ａ，６ｄ，６１ｄとを備える。発電部分は、発電装置３１と、発電装置３１と直流回路７１を接続する電力変換装置６ｃと、電力変換装置６ｃを制御する変換装置制御器６１ｃとを備える。推進負荷部分は、推進負荷装置４１ａと、推進負荷装置４１ａと直流回路７１を接続する電力変換装置６ｄと、電力変換装置６ｄを制御する変換装置制御器６１ｄとを備える。

第３のサブ回路は、第１のサブ回路と第２のサブ回路の間に位置する回路である。第３のサブ回路は、負荷装置４と、負荷装置４を第１のサブ回路および第２のサブ回路の両方に直流回路７，７１を介して接続させる装置６ｅ，６１ｅ，６ｆ，６１ｆを備える。すなわち、電力変換装置６ｅは、負荷装置４を直流回路７を介して第１のサブ回路へ接続するものであり、変換装置制御器６１ｅにより制御される。同様に、電力変換装置６ｆは、負荷装置４を直流回路７１を介して第２のサブ回路へ接続するものであり、変換装置制御器６１ｆにより制御される。

各電力変換装置６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆの系統状態値６１１，６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆおよび指令値６１４，６１４ａ，６１４ｂ，６１４ｃ，６１４ｄ，６１４ｅ，６１４ｆについては、上記各実施例と同様であるため、説明を省略する。また、電力変換装置の数が多いため、以下では、各電力変換装置の全体について言及する場合は、その符号を省略することがある。

第１のサブ回路側の直流回路７と第２のサブ回路側の直流回路７１とは、複数の開閉装置１３を介して連通／遮断可能に接続されている。さらに、直流回路７と直流回路７１との間には、電力変換装置６ｅおよび電力変換装置６ｆを介して、直流回路７２が設けられている。そして、負荷装置４は、電流回路７２を介して、電力変換装置６ｅ，６ｆに接続されている。

運用状態管理装置２は、系統監視部８と状態制御部９１とを備える。系統監視部８は、直流配電系統１の潮流情報１０１を各電力変換装置から受信し、受信した潮流情報１０１と所定の値とを比較して系統状態を判定し、系統状態を制御する状態制御部９１に系統の状態を判定した結果を送信する。

状態制御部９１は、系統監視部８の判定結果に基づいて、「制御指令」の例である状態制御指令１１１を計算し、各装置へ送信する機能である。状態制御指令１１１は、各電力変換装置の制御対象（制御機能）と、各発電装置３，３１の出力と、蓄電装置５の入出力と、負荷装置４および各推進負荷装置４１，４１ａの消費電力と、をそれぞれ指定する信号またはデータである。この状態制御指令１１１は、各変換装置制御器、各発電装置３，３１、蓄電装置５、負荷装置４、各推進負荷装置４１，４１ａへ送信される。

本実施例における直流配電系統１は、通常時、各開閉装置１３は開放状態である。したがって、直流回路７と直流回路７１の電力供給は、発電装置３と発電装置３１がそれぞれ担っている。

電力変換装置６，６ｃは、発電装置３，３１から直流回路７，７１の一方向へ電力を出力する。負荷装置４への電力供給は、電力変換装置６ｅおよび電力変換装置６ｆが担っている。電力変換装置６ｆは、直流回路７２の電圧制御を担当する。電力変換装置６ｅは、電力制御を担当する。

図１１に通常時の電力潮流１２（１），１２１（１）を示す。発電装置３から電力変換装置６を介して出力される電力潮流１２（１）は、推進負荷装置４１および蓄電装置５にそれぞれの電力変換装置６ｂ，６ａを介して供給されると共に、電力変換装置６ｅおよび直流回路７２を介して負荷装置４にも供給される。

発電装置３１から電力変換装置６ｃを介して出力される電力潮流１２１（１）は、推進負荷装置４１ａに電力変換装置６ｄを介して供給されると共に、電力変換装置６ｆおよび直流回路７２を介して負荷装置４にも供給される。

図１２に異常時の電力潮流１２（２），１２１（２）を示す。直流回路７１での系統事故により、発電装置３１で生成した電力を直流回路７１を介して電力変換装置６ｆへ供給できない状況が生じたとする。

このとき、図１２に示すように、電力変換装置６ｆへの電力供給は０となり、電力変換装置６ｆは駆動しないため、直流回路７２の系統電圧が不安定となるおそれがある。

これに対し、系統の潮流情報１０１を受けた系統監視部８は、電力変換装置６ｆの潮流が所定の値以下であるという情報を受け、直流回路７２の電圧制御を担う機器が不在であると判定する。

系統監視部８は判定結果を状態制御部９１に送信する。状態制御部９１は、変換装置制御器６１ｅに対して制御指令１１１を送信し、電力変換装置６ｅで実行する制御機能を電力制御から電圧制御に切り替えさせる。

状態制御指令１１１を受信した変換装置制御器６１ｅは、制御対象を電力制御から電圧制御に切り替える。これにより、電力変換装置６ｅは、直流回路７２の電圧を制御することができる。

続いて、図１１の状態から発電装置３１、電力変換装置６ｄ、あるいは電力変換装置６ｆが故障し、直流回路７１の電力供給機能が停止した場合について説明する。このとき、系統監視部８は、系統の潮流情報１０１を受信し、電力変換装置６ｃと電力変換装置６ｄと電力変換装置６ｆとのそれぞれ潮流情報から系統の状態を判断して、直流回路７１における電力供給機能が停止していると判定する。

図１３の系統構成図に示すように、系統監視部８の判定結果を受信した状態制御部９１は、負荷装置４への電力供給を実現するために、各開閉装置１３に制御指令を送信し、各開閉装置１３を開状態から閉状態にそれぞれ切り替える。

また、状態制御部９１は、直流配電系統１の運用状況を踏まえて、発電装置３の出力と、負荷装置４と推進負荷装置４１と負荷装置４１ａへの供給電力量と、蓄電装置５の充放電と、充放電時の電力とを、それぞれ設定する。

さらに、状態制御部９１は、変換装置制御器６１を除く各変換装置制御器に対して、電力制御をする際の電力指令値をそれぞれ設定する。

状態制御部９１は、上述した各設定値を状態制御指令１１１として、変換装置制御器６１を除く各変換装置制御器、開閉装置１３、蓄電装置５、負荷装置４、各推進負荷装置４１，４１ａ、発電装置３へそれぞれ送信する。

状態制御指令１１１を受信した各開閉装置１３は開から閉となり、直流回路７と直流回路７１が導通状態となる。これにより、電力潮流１２（３）に示すように、発電装置３および蓄電装置５の電力を直流回路７１へも供給することができる。

状態制御指令１１１を受信した変換装置制御器６１ａは、状態制御指令１１１で指定した電力を蓄電装置５から直流回路７へ送信するように各種制御機能６１２ａの電力制御パラメータの値を変更し、電力制御の指令値６１４ａを電力変換装置６ａに送信する。

状態制御指令１１１を受信した変換装置制御器６１ｅは、制御機能を電力制御から電圧制御に切り替えて直流回路７２の電圧を制御する。負荷装置４は、状態制御指令１１１を受信して得た有効電力を消費する。

状態制御指令１１１を受信した変換装置制御器６１ｂ，６１ｄは、変換装置制御器６１ａと同様に、状態制御指令１１１で指定された電力を推進負荷装置４１，４１ａへ出力するように、指令値６１４ｂ，６１４ｄを電力変換装置６ｂ，６ｄに送信する。

図１３は、直流回路７１の系統事故により、発電装置３１から推進負荷装置４１ａと負荷装置４へ電力を供給できない場合の、電力潮流の向き１２（３）、蓄電装置５から電力変換装置６ａを介して直流回路７１へ供給される電力潮流の向き１２２を示す。

直流回路７１において、負荷装置４と推進負荷装置４１ａへの電力供給が機能しなくなると、各開閉装置１３が状態制御指令１１１を受信して開から閉となる。これにより、直流回路７の発電装置３および蓄電装置５から負荷装置４および推進負荷装置４１ａへの電力供給を実現する。

また負荷装置４と推進負荷装置４１への供給電力を、直流配電系統１の運用状況をもとに指定することで、発電装置３と蓄電装置５の定格出力を超えることなく、直流配電系統１を運用することができる。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、直流回路７，７１で冗長化された直流配電系統１において、障害が生じた場合でも系統電圧を安定化して各装置への電力供給を継続することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。

１：直流配電系統、２：運用状態管理装置、３，３１：発電装置、４：負荷装置、５：蓄電装置、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ：電力変換装置、７，７１，７２：直流回路、８：系統監視部、９：変換装置機能指定部、１０，１０１：潮流情報、１１，１１１：制御指令、１２，１２１，１２２：電力潮流、４１，４１ａ：推進負荷装置、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ：変換装置制御器

Claims (8)

1. 直流配電系統の系統電圧を制御する電圧制御システムであって、
   前記直流配電系統では、発電装置、蓄電装置および負荷装置がそれぞれの電力変換装置を介して直流回路に接続されており、
   前記各電力変換装置をそれぞれ制御する第１制御装置と、
   前記各第１制御装置に通信可能に接続されており、前記直流配電系統の運用状態を管理する第２制御装置とを備え、
   前記第２制御装置は、
   前記各第１制御装置から取得する前記直流配電系統の潮流情報に基づいて系統状態を判定し、
   前記判定した系統状態に基づいて前記各第１制御装置のうち所定の第１制御装置へ制御指令を送信することにより、
   前記所定の第１制御装置によって前記直流回路の直流電圧を制御させる、
   直流配電系統の電圧制御システム。
2. 前記各第１制御装置は、少なくとも直流電圧を制御する直流電圧制御処理を含む複数の制御処理を切替可能であり、
   前記第２制御装置は、前記所定の第１制御装置へ制御指令を送信することにより、前記所定の第１制御装置で実行する制御処理を切り替えさせる、
   請求項１に記載の直流配電系統の電圧制御システム。
3. 前記蓄電装置の電力変換装置は、前記直流回路から前記蓄電装置への電力潮流と前記蓄電装置から前記直流回路への電力潮流との両方を実現する機能を有し、
   前記蓄電装置の電力変換装置を制御する第１制御装置は、所定の場合に前記第２制御装置から出力される制御信号にしたがって、直流電力制御処理から直流電圧制御処理へ切り替わる、
   請求項２に記載の直流配電系統の電圧制御システム。
4. 前記所定の場合とは、前記負荷装置から当該負荷装置用の電力変換装置を介して前記直流回路へ電力逆潮流が発生した場合、または、前記発電装置から当該発電装置用の電力変換装置を介して前記直流回路へ供給される出力が所定値以下になった場合、のいずれかである、
   請求項３に記載の直流配電系統の電圧制御システム。
5. 前記負荷装置には、電動機が含まれている、
   請求項４に記載の直流配電系統の電圧制御システム。
6. 前記各第１制御装置のうち少なくとも前記所定の第１制御措置は、定電力負荷の負性抵抗特性を補償する補償機能を備えている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の直流配電系統の電圧制御システム。
7. 直流配電系統の系統電圧を制御する電圧制御システムであって、
   前記直流配電系統では、発電装置、蓄電装置および負荷装置がそれぞれの電力変換装置を介して直流回路に接続されており、
   前記各電力変換装置をそれぞれ制御する第１制御装置と、
   前記各第１制御装置に通信可能に接続されており、前記直流配電系統の運用状態を管理する第２制御装置とを備え、
   前記第２制御装置は、
   前記各第１制御装置から取得する前記直流配電系統の潮流情報に基づいて系統状態を判定し、
   前記判定した系統状態と前記直流配電系統の運用状況とに基づいて、前記発電装置の出力と前記蓄電装置の入出力と前記負荷装置の消費電力とを決定し、前記決定した内容を実現する制御指令を、前記各第１制御装置の中から選択される少なくとも一つの所定の第１制御装置へ送信することにより、
   前記所定の第１制御装置によって前記直流回路の直流電圧を制御させる、
   直流配電系統の電圧制御システム。
8. 直流配電系統の系統電圧を制御する電圧制御方法であって、
   前記直流配電系統では、発電装置、蓄電装置および負荷装置がそれぞれの電力変換装置を介して直流回路に接続されており、
   前記各電力変換装置をそれぞれ制御する第１制御装置から前記直流配電系統の潮流情報を取得し、
   前記取得した潮流情報に基づいて系統状態を判定し、
   前記判定した系統状態に基づいて前記各第１制御装置のうち所定の第１制御装置へ制御指令を送信することにより、前記所定の第１制御装置によって前記直流回路の直流電圧を制御させる、
   直流配電系統の電圧制御方法。

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