JP2019037076A - DC power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、直流電力を送電する直流送電システムに関する。 The present embodiment relates to a DC power transmission system that transmits DC power.
ウインドファーム等により発電された電力は、長距離の送電が必要とされる。送電に使用される電力線のインダクタンスやキャパシタンスの影響で、交流電力による長距離の送電は電力の損失が大きくなる。そこで長距離の送電には、直流電力による送電が使用される。直流による送電システムは、交流直流変換装置および直流交流変換装置が設けられる。これらの交流直流変換装置または直流交流変換装置は、複雑なスイッチング回路を有する。 Electric power generated by a wind farm or the like needs to be transmitted over a long distance. Due to the influence of the inductance and capacitance of the power line used for power transmission, long-distance power transmission using AC power increases the loss of power. Therefore, DC power transmission is used for long-distance transmission. The direct current power transmission system includes an alternating current direct current converter and a direct current alternating current converter. These AC / DC converters or DC / AC converters have complicated switching circuits.
前述のように、従来の直流による送電システムには、複雑なスイッチング回路を有する交流直流変換装置および直流交流変換装置が設けられる。複雑なスイッチング回路を有する交流直流変換装置および直流交流変換装置は、例えば、充電用の電池を備えた太陽光発電装置等に使用される場合には、一台で交流直流変換および直流交流変換の双方向の変換を行うことができる装置を構成することができるため有効である。 As described above, the conventional DC power transmission system is provided with an AC / DC converter and a DC / AC converter having complicated switching circuits. For example, when the AC / DC converter and the DC / AC converter having a complicated switching circuit are used in a solar power generation device including a battery for charging, the AC / DC converter and the DC / AC converter are used alone. This is effective because a device capable of bidirectional conversion can be configured.
しかしながら、例えば洋上発電により発電された電力を送電する場合、双方向の変換は必要とされない。複雑なスイッチング回路を有する交流直流変換装置および直流交流変換装置は、ＩＧＢＴやサイリスタ等の自己消弧型スイッチング素子が使用されており、電力変換による損失が大きくなる問題点があった。また、複雑なスイッチング回路を有する交流直流変換装置および直流交流変換装置は、回路規模が大きくなり、装置が大型化、複雑化、高価格化するといった不都合があった。また、複雑なスイッチング回路を有するため故障の発生率も高くなり、従ってメンテナンスも煩雑になるとの不都合もあった。 However, for example, when transmitting electric power generated by offshore power generation, bidirectional conversion is not required. The AC / DC converter and the DC / AC converter having complicated switching circuits use a self-extinguishing switching element such as an IGBT or a thyristor, and there is a problem that loss due to power conversion increases. In addition, the AC / DC converter and DC / AC converter having complicated switching circuits have a disadvantage that the circuit scale becomes large, and the apparatus becomes large, complicated, and expensive. In addition, since the complicated switching circuit is included, the failure occurrence rate is increased, so that maintenance is complicated.
本実施形態は、電力変換による損失が小さく、小型化および省スペース化が可能な変換装置を有する直流送電システムを提供することを目的とする。 An object of the present embodiment is to provide a DC power transmission system having a conversion device that has a small loss due to power conversion and can be reduced in size and space.
本実施形態の直流送電システムは次のような構成を有することを特徴とする。
（１）発電機により発電された交流電力を直流に変換する交流直流変換装置。
（２）前記交流直流変換装置から出力された直流電力の電圧を平滑する第１の直流直流変換装置。
（３）前記第１の直流直流変換装置から出力された直流電力の電圧値を変換し、直流線路に出力する第２の直流直流変換装置。
前記交流直流変換装置は、全波整流または半波整流を行うダイオードによる整流回路により構成されことを特徴とする。
The direct-current power transmission system of this embodiment is characterized by having the following configuration.
(1) An AC / DC converter that converts AC power generated by a generator into DC.
(2) A first DC / DC converter that smoothes the voltage of DC power output from the AC / DC converter.
(3) A second DC / DC converter that converts the voltage value of the DC power output from the first DC / DC converter and outputs the voltage to a DC line.
The AC / DC converter is configured by a rectifier circuit using a diode that performs full-wave rectification or half-wave rectification.
［第１実施形態］
［１−１．構成］
図１を参照して本実施形態の一例としての直流送電システムについて説明する。本実施形態は一例として２つの風力発電機を有する。
[First Embodiment]
[1-1. Constitution]
A DC power transmission system as an example of the present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment has two wind power generators as an example.
（１．システムの全体構成）
本直流送電システムは、風力発電機１、交流直流変換装置２、直流直流変換装置３、直流直流変換装置４、直流線路５、直流交流変換装置６を有する。直流交流変換装置６から出力された交流電力は、変圧器７を介し電力系統８に供給される。変圧器７が、請求項における電力変圧器である。
(1. Overall system configuration)
The DC power transmission system includes a
本実施形態において、同一構成の装置や部材が複数ある場合にはそれらについて同一の番号を付して説明を行い、また、同一構成の個々の装置や部材についてそれぞれを説明する場合に、共通する番号にアルファベットの添え字を付けることで区別する。 In the present embodiment, when there are a plurality of devices and members having the same configuration, the same number is assigned to the description, and it is common when each device and member having the same configuration is described. Distinguish numbers by adding an alphabetic suffix.
（２．風力発電機１の構成）
風力発電機１は、２０メートル程度の支柱に取付けられた受風扇および受風扇に接続された交流発電機を有する。風力発電機１は、風力により受風扇が回転し、受風扇に接続された交流発電機が回転することにより発電し、三相の交流電力を出力する。
(2. Configuration of wind power generator 1)
The
出力される三相の交流電力の周波数は、風力により回転する受風扇の回転周波数に依存した周波数となる。風力発電機１の出力は、接続線により交流直流変換装置２に接続される。風力発電機１は、風量の多い洋上に設置される。本実施形態における直流送電システムは、２つの風力発電機１ａ、１ｂを有する。
The frequency of the three-phase AC power that is output is a frequency that depends on the rotational frequency of the wind fan that rotates by wind power. The output of the
（３．交流直流変換装置２の構成）
交流直流変換装置２は、交流電力を整流する整流装置である。交流直流変換装置２は、ダイオードＤ２Ｋ、Ｄ２Ｌ、Ｄ２Ｍ、Ｄ２Ｎ、Ｄ２Ｏ、Ｄ２Ｐにより構成された全波整流回路である。交流直流変換装置２は、入力側が風力発電機１に、出力側が直流直流変換装置３に接続される。
(3. Configuration of AC / DC converter 2)
The AC / DC converter 2 is a rectifier that rectifies AC power. The AC / DC converter 2 is a full-wave rectifier circuit including diodes D2K, D2L, D2M, D2N, D2O, and D2P. The AC / DC converter 2 has an input side connected to the
交流直流変換装置２は、風力発電機１から出力された三相の交流電力が入力される。交流直流変換装置２のダイオードＤ２Ｋ、Ｄ２Ｌ、Ｄ２Ｍ、Ｄ２Ｎ、Ｄ２Ｏ、Ｄ２Ｐは、三相のダイオードブリッジ回路を構成する。交流直流変換装置２は、図２（ａ）に示す風力発電機１から出力された三相の交流電力を全波整流し、図２（ｂ）に示す直流電力に変換し出力する。
The AC / DC converter 2 receives the three-phase AC power output from the
交流直流変換装置２は、風力発電機１の支柱内に配置される。本実施形態における直流送電システムは、２つの風力発電機１ａ、１ｂごとに２つの交流直流変換装置２ａ、２ｂを有する。交流直流変換装置２から出力された直流電力は、図２（ｂ）に示すように脈流状であるが、コンデンサＣ２によりリップル電圧を含む電力に平滑される。
The AC / DC converter 2 is arranged in a column of the
（４．直流直流変換装置３の構成）
直流直流変換装置３は、交流直流変換装置２から出力されたリップル電圧を含む電力を、一定の電圧を有する電力に安定化させる装置である。直流直流変換装置３は、入力側が交流直流変換装置２に、出力側が直流直流変換装置４に接続される。直流直流変換装置３は、交流直流変換装置２とともに風力発電機１の支柱内に配置される。直流直流変換装置３は、交流直流変換装置２から出力された電圧を５〜１０ｋＶ程度の直流電圧に変換し出力する。本実施形態における直流送電システムは、２つの風力発電機１ａ、１ｂごとに２つの直流直流変換装置３ａ、３ｂを有する。
(4. Configuration of DC-DC converter 3)
The DC / DC converter 3 is an apparatus that stabilizes the electric power including the ripple voltage output from the AC / DC converter 2 into electric power having a constant voltage. The DC / DC converter 3 has an input side connected to the AC / DC converter 2 and an output side connected to the DC / DC converter 4. The DC / DC converter 3 is arranged in the column of the
直流直流変換装置３は、電圧検出器３１、チョッパ回路３２、制御回路３３を有する。 The DC / DC converter 3 includes a voltage detector 31, a chopper circuit 32, and a control circuit 33.
電圧検出器３１は、アナログデジタル変換回路等により構成された電圧検出回路である。電圧検出器３１は、入力側がチョッパ回路３２の入力側に、出力側が制御回路３３に接続される。電圧検出器３１は、チョッパ回路３２の入力側の電圧を検出する。電圧検出器３１は、検出した電圧を、制御回路３３に出力する。 The voltage detector 31 is a voltage detection circuit configured by an analog-digital conversion circuit or the like. The voltage detector 31 has an input side connected to the input side of the chopper circuit 32 and an output side connected to the control circuit 33. The voltage detector 31 detects the voltage on the input side of the chopper circuit 32. The voltage detector 31 outputs the detected voltage to the control circuit 33.
制御回路３３は、マイクロコンピュータ等により構成された制御回路である。制御回路３３は、入力側が電圧検出器３１に接続され、出力側がチョッパ回路３２に接続される。制御回路３３は、電圧検出器３１により検出された電圧が入力される。制御回路３３は、電圧検出器３１により検出された電圧値に応じ、チョッパ回路３２を制御する制御信号を出力する。制御回路３３は、直流直流変換装置３から出力される電力が一定の電圧になるようにチョッパ回路３２を制御する。 The control circuit 33 is a control circuit configured by a microcomputer or the like. The control circuit 33 has an input side connected to the voltage detector 31 and an output side connected to the chopper circuit 32. The control circuit 33 receives the voltage detected by the voltage detector 31. The control circuit 33 outputs a control signal for controlling the chopper circuit 32 according to the voltage value detected by the voltage detector 31. The control circuit 33 controls the chopper circuit 32 so that the power output from the DC / DC converter 3 becomes a constant voltage.
チョッパ回路３２は、スイッチング素子Ｓ３、リアクタンスＬ３、ダイオードＤ３、コンデンサＣ３により構成されたスイッチング電源回路である。チョッパ回路３２は、入力側が交流直流変換装置２に、出力側が直流直流変換装置４に接続され、制御回路３３により出力電圧が制御される。 The chopper circuit 32 is a switching power supply circuit including a switching element S3, a reactance L3, a diode D3, and a capacitor C3. The chopper circuit 32 has an input side connected to the AC / DC converter 2 and an output side connected to the DC / DC converter 4, and an output voltage is controlled by the control circuit 33.
チョッパ回路３２は、交流直流変換装置２から出力された直流電力が入力される。チョッパ回路３２は、制御回路３３により出力電圧が制御される。チョッパ回路３２は、入力された交流直流変換装置２からの直流電力をスイッチングし、予め定められた電圧値を有する直流電力を出力する。その結果、直流直流変換装置３は、交流直流変換装置２から出力されたリップル電圧を含む電力を、一定の電圧になるように安定化させ出力する。 The chopper circuit 32 receives DC power output from the AC / DC converter 2. The output voltage of the chopper circuit 32 is controlled by the control circuit 33. The chopper circuit 32 switches the input DC power from the AC / DC converter 2 and outputs DC power having a predetermined voltage value. As a result, the DC / DC converter 3 stabilizes and outputs the power including the ripple voltage output from the AC / DC converter 2 so as to be a constant voltage.
（５．直流直流変換装置４の構成）
直流直流変換装置４は、直流直流変換装置３から出力された電力を、直流線路５により搬送するための電圧を有する電力に変換する装置である。直流直流変換装置４は、入力側が直流直流変換装置３に、出力側が直流線路５に接続される。
(5. Configuration of DC-DC converter 4)
The DC / DC converter 4 is an apparatus that converts the electric power output from the DC / DC converter 3 into electric power having a voltage for carrying by the DC line 5. The DC / DC converter 4 has an input side connected to the DC / DC converter 3 and an output side connected to the DC line 5.
直流直流変換装置４は、風力発電機１が備えられた送変電所内に配置される。本実施形態における直流送電システムにおいて、直流直流変換装置４は、２つの風力発電機１ａ、１ｂにより発電され、交流直流変換装置２ａ、２ｂおよび直流直流変換装置３ａ、３ｂにより変換された直流となった電力が入力される。直流直流変換装置４は、直流直流変換装置３から出力された５〜１０ｋＶ程度の直流電圧を５００ｋＶ程度の直流電圧に変換し出力する。
The DC / DC converter 4 is disposed in a power transmission / substation provided with the
直流直流変換装置４は、電圧検出器４１、直交変換部４２、変圧器４３、交直変換部４４、制御回路４５を有する。
The DC / DC converter 4 includes a voltage detector 41, an
電圧検出器４１は、アナログデジタル変換回路等により構成された電圧検出回路である。電圧検出器４１は、入力側が直交変換部４２の入力側に、出力側が制御回路４５に接続される。電圧検出器４１は、直交変換部４２の入力側の電圧を検出する。電圧検出器４１は、検出した電圧を、制御回路４５に出力する。
The voltage detector 41 is a voltage detection circuit configured by an analog-digital conversion circuit or the like. The voltage detector 41 has an input side connected to the input side of the
制御回路４５は、マイクロコンピュータ等により構成された制御回路である。制御回路４５は、入力側が電圧検出器４１に接続され、出力側が直交変換部４２に接続される。制御回路４５は、電圧検出器４１により検出された電圧が入力される。制御回路４５は、電圧検出器４１により検出された電圧値に応じ、直交変換部４２を制御する制御信号を出力する。制御回路４５は、直流直流変換装置４から出力される電力が一定の電圧になるように直交変換部４２を制御する。
The control circuit 45 is a control circuit configured by a microcomputer or the like. The control circuit 45 has an input side connected to the voltage detector 41 and an output side connected to the
直交変換部４２は、スイッチング素子Ｓ４Ｋ、Ｓ４Ｌ、Ｓ４Ｍ、Ｓ４Ｎにより構成されたスイッチング回路である。直交変換部４２は、入力側が直流直流変換装置３に、出力側が変圧器４３に接続され、制御回路４５により出力電圧が制御される。
The
直交変換部４２は、直流直流変換装置３から出力された直流電力が入力される。直交変換部４２は、制御回路４５により出力電圧が制御される。直交変換部４２は、入力された直流直流変換装置３からの直流電力をスイッチングし、矩形波状の交流電力を出力する。
The
変圧器４３は、入力側である一次側の電圧より出力側である二次側の電圧が高くなる巻線比を有するトランスである。変圧器４３は、入力側が直交変換部４２に、出力側が交直変換部４４に接続される。
The
変圧器４３は、直交変換部４２から出力された矩形波状の交流電力が入力される。変圧器４３は、入力された交流電力の電圧を１．２倍程度昇圧し、交直変換部４４に矩形波状の交流電力を出力する。
The
交直変換部４４は、ダイオードＤ４Ｋ、Ｄ４Ｌ、Ｄ４Ｍ、Ｄ４ＮおよびコンデンサＣ４４により構成された全波整流回路である。交直変換部４４は、入力側が変圧器４３に、出力側が直流線路５に接続される。
The AC /
交直変換部４４は、変圧器４３から出力された図３（ａ）に示す矩形波状の交流電力が入力される。交直変換部４４のダイオードＤ４Ｋ、Ｄ４Ｌ、Ｄ４Ｍ、Ｄ４Ｎは、ダイオードブリッジ回路を構成する。交直変換部４４は、変圧器４３から出力された矩形波状の交流電力を全波整流し、コンデンサＣ４４にて平滑し、図３（ｂ）に示す直流電力に変換し出力する。
The AC /
（６．直流線路５）
直流線路５は、直流直流変換装置４から出力された直流電力を、搬送する電力供給線である。直流線路５は、入力側が直流直流変換装置４に、出力側が直流交流変換装置６に接続される。直流線路５は、洋上の風力発電機１が備えられた送変電所と、直流交流変換装置６が配置された陸上の受変電所の間の海中等に配置される。
(6. DC line 5)
The DC line 5 is a power supply line that carries the DC power output from the DC / DC converter 4. The DC line 5 has an input side connected to the DC / DC converter 4 and an output side connected to the DC / AC converter 6. The DC line 5 is arranged in the sea between a transmission / substation equipped with the offshore
（７．直流交流変換装置６の構成）
直流交流変換装置６は、直流線路５により送電された直流電力を、交流電力に変換する装置である。直流交流変換装置６は、入力側が直流線路５に、出力側が変圧器７に接続される。直流交流変換装置６は、陸上の受変電所内に配置される。
(7. Configuration of DC-AC converter 6)
The DC / AC converter 6 is a device that converts DC power transmitted through the DC line 5 into AC power. The DC / AC converter 6 has an input side connected to the DC line 5 and an output side connected to the transformer 7. The DC / AC converter 6 is arranged in a land-receiving substation.
直流交流変換装置６は、電圧検出器６１、直交変換部６２、制御回路６３を有する。
The DC / AC converter 6 includes a
電圧検出器６１は、アナログデジタル変換回路等により構成された電圧検出回路である。電圧検出器６１は、入力側が直交変換部６２の入力側に、出力側が変圧器７に接続される。電圧検出器６１は、直交変換部６２の入力側の電圧を検出する。電圧検出器６１は、検出した電圧を、制御回路６３に出力する。
The
制御回路６３は、マイクロコンピュータ等により構成された制御回路である。制御回路６３は、入力側が電圧検出器６１に接続され、出力側が直交変換部６２に接続される。制御回路６３は、電圧検出器６１により検出された電圧が入力される。制御回路６３は、電圧検出器６１により検出された電圧値に応じ、直交変換部６２を制御する制御信号を出力する。制御回路６３は、直流交流変換装置６から出力される電力が一定の振幅を有する交流電圧になるように直交変換部６２を制御する。
The
直交変換部６２は、スイッチング素子Ｓ６Ｋ、Ｓ６Ｌ、Ｓ６Ｍ、Ｓ６Ｎ、Ｓ６Ｏ、Ｓ６Ｐにより構成されたスイッチング回路である。直交変換部６２は、入力側が直流線路５に、出力側が変圧器７に接続され、制御回路６３により出力電圧が制御される。
The
直交変換部６２は、直流線路５により送電された直流電力が入力される。直交変換部６２は、制御回路６３により、出力電圧が一定の振幅を有する交流電圧となるように制御される。直交変換部６２は、入力された直流線路５からの直流電力をスイッチングし、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ等の三相交流電力を出力する。
The
（８．変圧器７）
変圧器７は、直流交流変換装置６から出力された交流電力の電圧を変換するトランスである。変圧器７は、入力側が直流交流変換装置６に、出力側が電力系統８に接続される。変圧器７は、直流交流変換装置６から供給された三相の交流電力の電圧を電力系統用の電圧値を有する三相の交流電力に変換し、電力系統８に供給する。変圧器７は、直流交流変換装置６が配置された陸上の受変電所に配置される。
(8. Transformer 7)
The transformer 7 is a transformer that converts the voltage of the AC power output from the DC / AC converter 6. The transformer 7 has an input side connected to the DC / AC converter 6 and an output side connected to the power system 8. The transformer 7 converts the voltage of the three-phase AC power supplied from the DC / AC converter 6 into three-phase AC power having a voltage value for the power system, and supplies the power system 8 with the voltage. The transformer 7 is arranged at a land receiving substation where the DC / AC converter 6 is arranged.
［１−２．作用］
次に、本実施形態の直流送電システムの作用を、図１から３に基づき説明する。
[1-2. Action]
Next, the operation of the DC power transmission system of this embodiment will be described with reference to FIGS.
風力発電機１は、風を受け風力により受風扇が回転し、三相の交流電力を出力する。風力発電機１ａにより発電された交流電力は、交流直流変換装置２ａに入力される。風力発電機１ｂにより発電された交流電力は、交流直流変換装置２ｂに入力される。出力される三相の交流電力の周波数は、風力により回転する受風扇の回転周波数に依存した周波数となる。
The
交流直流変換装置２は、風力発電機１により発電された三相の交流電力を整流し、直流直流変換装置３に出力する。交流直流変換装置２は、風力発電機１から出力された三相の交流電力が入力される。交流直流変換装置２のダイオードＤ２Ｋ、Ｄ２Ｌ、Ｄ２Ｍ、Ｄ２Ｎ、Ｄ２Ｏ、Ｄ２Ｐは、三相のダイオードブリッジ回路を構成しており、図２（ａ）に示す風力発電機１から出力された三相の交流電力を全波整流し、図２（ｂ）に示す直流電力に変換し出力する。交流直流変換装置２から出力された直流電力は、図２（ｂ）に示すように脈流状であるが、コンデンサＣ２によりリップル電圧を含む電力に平滑される。
The AC / DC converter 2 rectifies the three-phase AC power generated by the
交流直流変換装置２ａは、風力発電機１ａにより発電された三相の交流電力を整流し、直流電力を直流直流変換装置３ａに出力する。交流直流変換装置２ｂは、風力発電機１ｂにより発電された三相の交流電力を整流し、直流電力を直流直流変換装置３ｂに出力する。
The AC /
直流直流変換装置３は、交流直流変換装置２から出力されたリップル電圧を含む電力を、一定の電圧を有する直流電力に安定化する。直流直流変換装置３は、交流直流変換装置２から出力された電圧を５〜１０ｋＶ程度の直流電圧に変換し出力する。 The DC / DC converter 3 stabilizes the power including the ripple voltage output from the AC / DC converter 2 to DC power having a constant voltage. The DC / DC converter 3 converts the voltage output from the AC / DC converter 2 into a DC voltage of about 5 to 10 kV and outputs it.
直流直流変換装置３の電圧検出器３１は、チョッパ回路３２の入力側の電圧を検出し、検出した電圧を、制御回路３３に出力する。 The voltage detector 31 of the DC / DC converter 3 detects the voltage on the input side of the chopper circuit 32 and outputs the detected voltage to the control circuit 33.
直流直流変換装置３の制御回路３３は、電圧検出器３１により検出された電圧値に応じ、チョッパ回路３２を制御する制御信号を出力する。制御回路３３は、直流直流変換装置３から出力される電力が一定の直流電圧になるようにチョッパ回路３２を制御する。 The control circuit 33 of the DC / DC converter 3 outputs a control signal for controlling the chopper circuit 32 according to the voltage value detected by the voltage detector 31. The control circuit 33 controls the chopper circuit 32 so that the power output from the DC / DC converter 3 becomes a constant DC voltage.
チョッパ回路３２は、スイッチング素子Ｓ３、リアクタンスＬ３、ダイオードＤ３、コンデンサＣ３により構成されたスイッチング電源回路であり、制御回路３３によりスイッチング素子Ｓ３が制御されることにより、チョッパ回路３２の出力電圧が制御される。 The chopper circuit 32 is a switching power supply circuit including a switching element S3, a reactance L3, a diode D3, and a capacitor C3. The control circuit 33 controls the switching element S3, whereby the output voltage of the chopper circuit 32 is controlled. The
チョッパ回路３２は、交流直流変換装置２から出力された直流電力が入力される。チョッパ回路３２は、制御回路３３により制御されスイッチング素子Ｓ３をスイッチングし、入力された交流直流変換装置２からの直流電力を、予め定められた電圧値を有する直流電力に変換する。その結果、直流直流変換装置３は、交流直流変換装置２から出力されたリップル電圧を含む電力を、一定の電圧値を有する直流電力に変換し出力する。 The chopper circuit 32 receives DC power output from the AC / DC converter 2. The chopper circuit 32 is controlled by the control circuit 33 to switch the switching element S3, and converts the input DC power from the AC / DC converter 2 into DC power having a predetermined voltage value. As a result, the DC / DC converter 3 converts the power including the ripple voltage output from the AC / DC converter 2 into DC power having a constant voltage value and outputs the DC power.
直流直流変換装置３ａは、交流直流変換装置２ａから出力された直流電力を変換し、直流直流変換装置４に直流電力を出力する。直流直流変換装置３ｂは、交流直流変換装置２ｂから出力された直流電力を変換し、直流直流変換装置４に直流電力を出力する。直流直流変換装置３ａから出力された直流電力、および直流直流変換装置３ｂから出力された直流電力は、ワイヤードオアされて直流直流変換装置４に入力される。
The DC /
直流直流変換装置４は、直流直流変換装置３から出力された電力を、直流線路５により搬送するための電圧を有する電力に変換する。直流直流変換装置４は、直流直流変換装置３から出力された５〜１０ｋＶ程度の直流電圧を５００ｋＶ程度の直流電圧に変換し出力する。直流直流変換装置４には、２つの風力発電機１ａ、１ｂにより発電され、交流直流変換装置２ａ、２ｂおよび直流直流変換装置３ａ、３ｂにより変換され直流となった電力が入力される。
The DC / DC converter 4 converts the electric power output from the DC / DC converter 3 into electric power having a voltage for carrying by the DC line 5. The DC / DC converter 4 converts the DC voltage of about 5 to 10 kV output from the DC / DC converter 3 into a DC voltage of about 500 kV and outputs the DC voltage. The DC / DC converter 4 is supplied with electric power generated by the two
直流直流変換装置４の電圧検出器４１は、直交変換部４２の入力側の電圧を検出する。電圧検出器４１は、検出した電圧を、制御回路４５に出力する。
The voltage detector 41 of the DC / DC converter 4 detects the voltage on the input side of the
直流直流変換装置４の制御回路４５は、電圧検出器４１により検出された電圧値に応じ、直交変換部４２を制御する制御信号を出力する。制御回路４５は、直流直流変換装置４から出力される電力が一定の電圧になるように直交変換部４２を制御する。
The control circuit 45 of the DC / DC converter 4 outputs a control signal for controlling the
直交変換部４２は、スイッチング素子Ｓ４Ｋ、Ｓ４Ｌ、Ｓ４Ｍ、Ｓ４Ｎにより構成されたスイッチング回路であり、制御回路４５によりスイッチング素子Ｓ４Ｋ、Ｓ４Ｌ、Ｓ４Ｍ、Ｓ４Ｎが制御されることにより、直交変換部４２の出力電圧が制御される。
The
直交変換部４２は、直流直流変換装置３から出力された直流電力が入力される。直交変換部４２は、制御回路４５により制御され、スイッチング素子Ｓ４Ｋ、Ｓ４Ｌ、Ｓ４Ｍ、Ｓ４Ｎをスイッチングし、入力された直流直流変換装置３からの直流電力を、予め定められた電圧値を有する矩形波状の交流電力に変換する。その結果、直交変換部４２は、直流直流変換装置３から出力された直流電力を、予め定められた電圧値を有する矩形波状の交流電力に変換し出力する。
The
直交変換部４２は、直流直流変換装置３から出力された直流電力を変換し、変圧器４３に矩形波状の交流電力を出力する。この矩形波状の交流電力は１ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度の周波数を有する。
The
変圧器４３は、入力側である一次側の電圧より出力側である二次側の電圧が高くなる巻線比を有するトランスである。変圧器４３は、直交変換部４２から出力された矩形波状の交流電力が入力される。変圧器４３は、入力された交流電力の電圧を１．２倍程度昇圧し、交直変換部４４に矩形波状の交流電力を出力する。
The
交直変換部４４は、ダイオードＤ４Ｋ、Ｄ４Ｌ、Ｄ４Ｍ、Ｄ４Ｎにより構成された全波整流回路であり、これらのダイオードによる電圧降下が発生する。このダイオードによる電圧降下を考慮し、変圧器４３に入力された交流電力の電圧を変圧器４３により、予め１．２倍程度昇圧しておくことが望ましい。
The AC /
交直変換部４４は、ダイオードＤ４Ｋ、Ｄ４Ｌ、Ｄ４Ｍ、Ｄ４Ｎにより構成された全波整流回路を有し、変圧器４３から出力された図３（ａ）に示す矩形波状の交流電力を全波整流し、コンデンサＣ４４にて平滑し、図３（ｂ）に示す直流電力に変換し出力する。交直変換部４４は、変換し直流電力を、直流線路５に出力する。
The AC /
直流線路５は、電力供給線であり、直流直流変換装置４から出力された直流電力を、直流交流変換装置６に送電する。直流線路５は、リアクタンス成分およびコンデンサ成分を有するが、送電される電力は直流電力であるため、交流により送電される場合に比べ損失が少ない。 The DC line 5 is a power supply line, and transmits the DC power output from the DC / DC converter 4 to the DC / AC converter 6. The DC line 5 has a reactance component and a capacitor component. However, since the transmitted power is DC power, the loss is small as compared with the case where the AC power is transmitted.
風力発電による洋上発電等の場合、発電機が電力系統から離れた洋上に配置される。このため、発電機から電力系統まで長距離の送電が必要とされる場合がある。交流電力により長距離の送電を行った場合、電力供給線のリアクタンス成分およびコンデンサ成分により損失が大きくなってしまう。しかし直流電力により送電を行った場合、電力供給線のリアクタンス成分およびコンデンサ成分の影響を受けにくく、損失を小さくすることができる。 In the case of offshore power generation by wind power generation or the like, the generator is disposed on the offshore from the power system. For this reason, long-distance transmission from the generator to the power system may be required. When long-distance transmission is performed with AC power, the loss increases due to the reactance component and the capacitor component of the power supply line. However, when power is transmitted using DC power, it is difficult to be affected by the reactance component and the capacitor component of the power supply line, and loss can be reduced.
直流交流変換装置６は、直流線路５により送電された直流電力を、交流電力に変換し変圧器７に出力する。 The DC / AC converter 6 converts the DC power transmitted through the DC line 5 into AC power and outputs the AC power to the transformer 7.
直流交流変換装置６の電圧検出器６１は、直交変換部６２の入力側の電圧を検出し、検出した電圧を制御回路６３に出力する。
The
直流交流変換装置６の制御回路６３は、電圧検出器６１により検出された電圧値に応じ、直交変換部６２を制御する制御信号を出力する。制御回路６３は、直流交流変換装置６から出力される電力が一定の振幅を有する交流電圧になるように直交変換部６２を制御する。
The
直交変換部６２は、スイッチング素子Ｓ６Ｋ、Ｓ６Ｌ、Ｓ６Ｍ、Ｓ６Ｎ、Ｓ６Ｏ、Ｓ６Ｐにより構成されたスイッチング回路であり、制御回路６３によりスイッチング素子Ｓ６Ｋ、Ｓ６Ｌ、Ｓ６Ｍ、Ｓ６Ｎ、Ｓ６Ｏ、Ｓ６Ｐが制御されることにより、直流交流変換装置６の出力電圧が制御される。
The
直交変換部６２は、直流線路５により送電された直流電力が入力される。直交変換部６２は、制御回路６３に制御され、スイッチング素子Ｓ６Ｋ、Ｓ６Ｌ、Ｓ６Ｍ、Ｓ６Ｎ、Ｓ６Ｏ、Ｓ６Ｐをスイッチングし、予め定められた一定の振幅電圧を有する交流電力を出力する。直交変換部６２は、入力された直流線路５からの直流電力をスイッチングし、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ等の三相交流電力を、変圧器７に出力する。
The
変圧器７は、直流交流変換装置６から供給された三相の交流電力の電圧を電力系統用の電圧値を有する三相の交流電力に変換し、電力系統８に供給する。
以上が、本実施形態に係る直流送電システムの動作である。
The transformer 7 converts the voltage of the three-phase AC power supplied from the DC / AC converter 6 into three-phase AC power having a voltage value for the power system, and supplies the power system 8 with the voltage.
The above is the operation of the DC power transmission system according to the present embodiment.
［１−３．効果］
（１）本実施形態によれば、交流直流変換装置２は、全波整流または半波整流を行うダイオードによる整流回路により構成されるので、電力変換による損失が小さく、小型化および省スペース化が可能な変換装置を有する直流送電システムを提供することができる。
[1-3. effect]
(1) According to the present embodiment, the AC / DC converter 2 is configured by a rectifier circuit using a diode that performs full-wave rectification or half-wave rectification, so that loss due to power conversion is small, and miniaturization and space saving can be achieved. It is possible to provide a direct current power transmission system having a possible conversion device.
（２）本実施形態によれば、直流直流変換装置４の交直変換部４４は、全波整流または半波整流を行うダイオードによる整流回路により構成されるので、電力変換による損失が小さく、小型化および省スペース化が可能な変換装置を有する直流送電システムを提供することができる。
(2) According to the present embodiment, the AC /
（３）本実施形態によれば、直流直流変換装置４の変圧器４３は、入力側より出力側の電圧が高くなる巻線比を有するので、送電される直流電力の電圧を低下させることなく電力変換による損失が小さく、小型化および省スペース化が可能な変換装置を有する直流送電システムを提供することができる。
(3) According to the present embodiment, the
（４）本実施形態によれば、交流発電機は、風力発電機１であるので、風力発電による洋上発電に対応した、電力変換による損失が小さく、小型化および省スペース化が可能な変換装置を有する直流送電システムを提供することができる。
(4) According to the present embodiment, since the AC generator is the
（５）本実施形態によれば、直流線路５の受電側に、直流電力を交流電力に変換する直流交流変換装置６を有するので、長距離の直流送電による直流電力が商用周波の交流電力に変換される直流送電システムを提供することができる。 (5) According to this embodiment, since the DC line 5 has the DC / AC converter 6 that converts DC power into AC power on the power receiving side, DC power by long-distance DC power transmission becomes AC power of commercial frequency. A DC power transmission system to be converted can be provided.
［２．他の実施形態］
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
[2. Other Embodiments]
Although the embodiments including modifications have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention. The following is an example.
（１）上記実施形態では、交流直流変換装置２は、風力発電機１から出力された三相の交流電力を全波整流するダイオードブリッジ回路を有するものとしたが、半波整流するダイオード回路であってもよい。また、交流直流変換装置２は、三相の交流電力を整流するものとしたが、単相の交流電力を整流するものであってもよい。
(1) In the above embodiment, the AC / DC converter 2 has the diode bridge circuit that full-wave rectifies the three-phase AC power output from the
（２）上記実施形態では、交直変換部４４は、交流電力を全波整流するダイオードブリッジ回路を有するものとしたが、半波整流するダイオード回路であってもよい。
(2) In the above embodiment, the AC /
（３）上記実施形態では、直流交流変換装置６は、三相の交流電力を出力するものとしたが、単相の交流電力を出力するものであってもよい。 (3) In the above embodiment, the DC / AC converter 6 outputs three-phase AC power, but may output single-phase AC power.
１、１ａ、１ｂ・・・風力発電機
２、２ａ、２ｂ・・・交流直流変換装置
３、３ａ、３ｂ・・・直流直流変換装置
４・・・直流直流変換装置
５・・・直流線路
６・・・直流交流変換装置
７・・・変圧器
８・・・電力系統
３１、３１ａ、３１ｂ、４１、６１・・・電圧検出器
３２、３２ａ、３２ｂ・・・チョッパ回路
３３、３３ａ、３３ｂ、４５、６３・・・制御回路
４２、６２・・・直交変換部
４３・・・変圧器
４４・・・交直変換部
Ｃ２、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ３、Ｃ３ａ、Ｃ３ｂ、Ｃ４２、Ｃ４４・・・コンデンサ
Ｄ２、Ｄ２Ｋ、Ｄ２Ｌ、Ｄ２Ｍ、Ｄ２Ｎ、Ｄ２Ｏ、Ｄ２Ｐ、Ｄ３、Ｄ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ４、Ｄ４Ｋ、Ｄ４Ｌ、Ｄ４Ｍ、Ｄ４Ｎ・・・ダイオード
Ｌ３・・・リアクタンス
Ｓ３、Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ４、Ｓ４Ｋ、Ｓ４Ｌ、Ｓ４Ｍ、Ｓ４Ｎ、Ｓ６、Ｓ６Ｋ、Ｓ６Ｌ、Ｓ６Ｍ、Ｓ６Ｎ、Ｓ６Ｏ、Ｓ６Ｐ・・・スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記交流直流変換装置から出力された直流電力の電圧を平滑する第１の直流直流変換装置と、
前記第１の直流直流変換装置から出力された直流電力の電圧値を変換し、直流線路に出力する第２の直流直流変換装置と、
を有し、
前記交流直流変換装置は、全波整流または半波整流を行うダイオードによる整流回路により構成された、
直流送電システム。 An AC / DC converter that converts AC power generated by the generator into DC;
A first DC / DC converter for smoothing a voltage of DC power output from the AC / DC converter;
A second DC / DC converter for converting a voltage value of DC power output from the first DC / DC converter and outputting the voltage to a DC line;
Have
The AC-DC converter is configured by a rectifier circuit using a diode that performs full-wave rectification or half-wave rectification,
DC power transmission system.
前記直交変換部から出力された交流電力を、変圧器を介し直流に変換する交直変換部を有し、
前記交直変換部は、全波整流または半波整流を行うダイオードによる整流回路により構成された、
請求項１記載の直流送電システム。 The second DC / DC converter includes an orthogonal transform unit that converts DC power output from the first DC / DC converter into AC power;
The AC power output from the orthogonal transform unit has an AC / DC converter that converts the AC power to DC through a transformer,
The AC / DC converter is composed of a diode rectifier that performs full-wave rectification or half-wave rectification,
The DC power transmission system according to claim 1.
請求項２に記載の直流送電システム。 The transformer of the DC-DC converter has a winding ratio in which the voltage on the output side is higher than the input side,
The DC power transmission system according to claim 2.
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の直流送電システム。 The generator is a wind power generator,
The DC power transmission system according to any one of claims 1 to 3.
The DC power transmission system according to claim 5, further comprising a power transformer that transforms the power output from the DC / AC converter.
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| WO2024090221A1 (en) * | 2022-10-26 | 2024-05-02 | 株式会社パワーエックス | Power generation facility and power output method |
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