JP6158858B2 - 高電圧直流送電システム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、高電圧直流送電システム及びその制御方法に関し、さらに詳細には、無効電力を制御できる高電圧直流送電システム及びその制御方法に関する。
高電圧直流送電(HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT TRANSMISSION,HVDC TRANSMISSION)システムは、送電パートが発電所から生産される交流電力を直流電力に変換させて送電した後、受電パートで交流に再変換させて電力を供給する送電方式のことを意味する。
HVDCシステムは、海底ケーブル送電、大容量長距離送電、交流系統間の連係などに採用される。また、HVDCシステムは、互いに異なる周波数系統の連係及び非同期(asynchronism)連係を可能にする。
送電パートは、交流電力を直流電力に変換する。すなわち、交流電力を海底ケーブルなどを利用して送信する状況は極めて危険なために、送電パートは、交流電力を直流電力に変換して受電パートに送信する。
一般に、送電パートが直流送電線路の直流電圧を制御する直流電圧制御モードにある場合、受電パートは、交流電力制御モード、交流電圧制御モード、無効電力制御モードにあることができる。送電パートは、受電パートが要求する有効電力を提供し、直流電圧を維持するための機能を有する。
しかしながら、高電圧直流送電システムにおいて特定の障害、特に、交流電力を生成する発電パートの一時的な障害は、正確な有効電力の送信を妨害する。
そのため、高電圧直流送電システムにおいて発生する障害が発生しても、正確な有効電力の送信を可能にする方法が求められる。
本発明は、高電圧直流送電システムの無効電力フィードバック制御を行なうのにおいて、交流パートの異常発生時に能動的な対処が可能な高電圧直流送電システム及びその制御方法の提供を目的とする。
本発明の実施の形態による高電圧直流送電システムは、交流電力を直流電力に変換する送電パートと、直流電力を交流電力に変換する受電パートと、前記送電パートで変換された直流電力を前記受電パートに伝達する直流送電パートとを備え、前記送電パート及び前記受電パートのうちの何れか一つは、交流電圧を測定する測定部と、前記測定された交流電圧及び基準交流電圧に基づいて、第1無効電力制御信号を生成する交流電圧制御部と、前記第1無効電力制御信号及び基準無効電力信号に基づいて、第2無効電力制御信号を生成する無効電力制御部と、前記第2無効電力制御信号に基づいて、前記送電パートまたは前記受電パートの無効電力を制御する電力制御部とを備える。
前記第1無効電力制御信号は、前記測定された交流電圧及び前記基準交流電圧の差に対応して生成された信号である。
前記第1無効電力制御信号は、前記測定された交流電圧を前記基準交流電圧で調節して、無効電力を制御するための補償信号である。
前記基準無効電力信号は、前記高電圧直流送電システムが安定して動作するために、予め設定された無効電力に対応する信号であり、前記第2無効電力制御信号は、前記基準無効電力信号に対応する無効電力と前記第1無効電力制御信号に対応する無効電力との間の差に対応する信号である。
前記第2無効電力制御信号は、前記第1無効電力制御信号に対応する無効電力を前記基準無効電力信号に対応する無効電力で調節するための信号である。
前記電力制御部は、無効電力を第2無効電力制御信号Q2Dに対応する無効電力で調節する。
前記電力制御部は、前記第2無効電力制御信号に基づいてターンオン/オフ制御信号を生成し、生成されたターンオン/オフ制御信号をコンバーターパートに伝達して無効電力を制御する。
本発明の多様な実施の形態によれば、高電圧直流送電システムの無効電力フィードバック制御を行うのにおいて、交流パートの異常発生時に能動的な対処が可能である。
本発明の実施の形態による高電圧直流送電(high voltage direct current transmission,HVDC transmission)システムを示す。 本発明の実施の形態によるモノポーラー方式の高電圧直流送電システムを示す。 本発明の実施の形態によるバイポーラー方式の高電圧直流送電システムを示す。 本発明の実施の形態による変圧器と3相バルブブリッジとの結線を示す。 本発明のさらに他の実施の形態による高電圧直流送電システムの構成を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施の形態による高電圧直流送電システムを構成する第2制御パートの構成を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施の形態による高電圧直流送電システムを構成する第2制御パートの構成を説明するための図である。 本発明の一実施の形態による高電圧直流送電システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明と関連した実施の形態について図面を参照してより詳細に説明する。以下の説明において使用される構成要素に対する接尾辞「パート」、「モジュール」及び「部」は、明細書作成の容易さだけが考慮されて付与または混用されるものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を有するものではない。
図1は、本発明の実施の形態による高電圧直流送電(high voltage direct current transmission,HVDC transmission)システムを示す。
図1は、本発明の実施の形態による高電圧直流送電システムを示す。
図1に示すように、本発明の実施の形態によるHVDCシステム100は、発電パート101、送電側交流パート110、送電側変電パート103、直流送電パート140、受電側変電パート105、受電側交流パート170、受電パート180、及び制御パート190を備える。送電側変電パート103は、送電側変圧器パート120、送電側交流−直流コンバーターパート130を備える。受電側変電パート105は、受電側直流−交流コンバーターパート150、受電側変圧器パート160を備える。
発電パート101は、3相の交流電力を生成する。発電パート101は、複数の発電所を備えることができる。
送電側交流パート110は、発電パート101が生成した3相交流電力を送電側変圧器パート120と送電側交流−直流コンバーターパート130とを備えるDC変電所に伝達する。
送電側変圧器パート120は、送電側交流パート110を送電側交流−直流コンバーターパート130及び直流送電パート140から隔離する(isolate)。
送電側交流−直流コンバーターパート130は、送電側変圧器パート120の出力に相当する3相交流電力を直流電力に変換する。
直流送電パート140は、送電側の直流電力を受電側に伝達する。
受電側直流−交流コンバーターパート150は、直流送電パート140により伝達された直流電力を3相交流電力に変換する。
受電側変圧器パート160は、受電側交流パート170を受電側直流−交流コンバーターパート150と直流送電パート140から隔離する。
受電側交流パート170は、受電側変圧器パート160の出力に相当する3相交流電力を受電パート180に提供する。
制御パート190は、発電パート101、送電側交流パート110、送電側変電パート103、直流送電パート140、受電側変電パート105、受電側交流パート170、受電パート180、送電側交流−直流コンバーターパート130、受電側直流−交流コンバーターパート150のうち、少なくとも一つを制御する。特に、制御パート190は、送電側交流−直流コンバーターパート130と受電側直流−交流コンバーターパート150内の複数のバルブのターンオン及びターンオフのタイミングを制御できる。このとき、バルブは、サイリスターまたは絶縁ゲート両極性トランジスタ(insulated gate bipolar transistor,IGBT)に該当できる。
制御パート190は、第1制御パート190及び第2制御パート193を備える。
第1制御パート191は、発電パート101、送電側交流パート110、送電側変電パート103、直流送電パート140のうち、少なくとも一つを制御する。
第1制御パート193は、受電側変電パート105、受電側交流パート170、受電パート180のうち、少なくとも一つを制御する。
第1制御パート191および第2制御パート193は、ケーブル通信を利用して情報を送受信することができる。
図2は、本発明の実施の形態によるモノポーラー方式の高電圧直流送電システムを示す。
特に、図2は、単一の極の直流電力を送電するシステムを示す。以下の説明では、単一の極は、陽極(positive pole)と仮定して説明するが、これに限定されるものではない。
送電側交流パート110は、交流送電ライン111と交流フィルタ113とを備える。
交流送電ライン111は、発電パート101が生成した3相の交流電力を送電側変電パート103に伝達する。
交流フィルタ113は、変電パート103において利用する周波数成分以外の残りの周波数成分を伝達された3相交流電力から除去する。
送電側変圧器パート120は、陽極のために、一つ以上の変圧器121を備える。陽極のために、送電側交流−直流コンバーターパート130は、陽極直流電力を生成する交流−陽極直流コンバーター131を備え、この交流−陽極直流コンバーター131は、一つ以上の変圧器121に各々対応する一つ以上の3相バルブブリッジ131aを備える。
1つの3相バルブブリッジ131aが利用される場合、交流−陽極直流コンバーター131は、交流電力を利用して6個のパルスを有する陽極直流電力を生成できる。このとき、その一つの変圧器121の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、Y−Δ状の結線を有しても良い。
2つの3相バルブブリッジ131aが利用される場合、交流−陽極直流コンバーター131は、交流電力を利用して12個のパルスを有する陽極直流電力を生成できる。このとき、2つのうち、1つの変圧器121の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、残りの一つの変圧器121の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Δ状の結線を有しても良い。
3つの3相バルブブリッジ131aが利用される場合、交流−陽極直流コンバーター131は、交流電力を利用して18個のパルスを有する陽極直流電力を生成すうことができる。陽極直流電力のパルスの数が多いほど、フィルタのコストが低くなることができる。
直流送電パート140は、送電側陽極直流フィルタ141、陽極直流送電ライン143、受電側陽極直流フィルタ145を備える。
送電側陽極直流フィルタ141は、インダクターL1とキャパシタC1とを備え、交流−陽極直流コンバーター131が出力する陽極直流電力を直流フィルタリングする。
陽極直流送電ライン143は、陽極直流電力の送信のための一つのDCラインを有し、電流の帰還通路としては大地が利用できる。このDCライン上には、一つ以上のスイッチが配置されることができる。
受電側陽極直流フィルタ145は、インダクターL2とキャパシタC2とを備え、陽極直流送電ライン143を介して伝達された陽極直流電力を直流フィルタリングする。
受電側直流−交流コンバーターパート150は、陽極直流−交流コンバーター151を備え、陽極直流−交流コンバーター151は、一つ以上の3相バルブブリッジ151aを備える。
受電側変圧器パート160は、陽極のために、一つ以上の3相バルブブリッジ151aに各々対応する一つ以上の変圧器161を備える。
1つの3相バルブブリッジ151aが利用される場合、陽極直流−交流コンバーター151は、陽極直流電力を利用して6個のパルスを有する交流電力を生成できる。このとき、その一つの変圧器161の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、Y−Δ状の結線を有しても良い。
2つの3相バルブブリッジ151aが利用される場合、陽極直流−交流コンバーター151は、陽極直流電力を利用して12個のパルスを有する交流電力を生成できる。このとき、2つのうち、1つの変圧器161の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、残りの一つの変圧器161の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Δ状の結線を有しても良い。
3つの3相バルブブリッジ151aが利用される場合、陽極直流−交流コンバーター151は、陽極直流電力を利用して18個のパルスを有する交流電力を生成できる。交流電力のパルスの数が多いほど、フィルタのコストが低くなることができる。
受電側交流パート170は、交流フィルタ171と交流送電ライン173とを備える。
交流フィルタ171は、受電パート180が利用する周波数成分(例えば、60Hz)以外の残りの周波数成分を、受電側直流変電パート105が生成する交流電力から除去する。
交流送電ライン173は、フィルタリングされた交流電力を受電パート180に伝達する。
図3は、本発明の実施の形態によるバイポーラー方式の高電圧直流送電システムを示す。
特に、図3は、2個の極の直流電力を送電するシステムを示す。以下の説明では、2個の極は、陽極(positive pole)と陰極(negative pole)であると仮定して説明するが、これに限定されるものではない。
送電側交流パート110は、交流送電ライン111と交流フィルタ113とを備える。
交流送電ライン111は、発電パート101が生成した3相の交流電力を送電側変電パート103に伝達する。
交流フィルタ113は、変電パート103が利用する周波数成分以外の残りの周波数成分を、伝達された3相交流電力から除去する。
送電側変圧器パート120は、陽極のための一つ以上の変圧器121を備え、陰極のための一つ以上の変圧器122を備える。送電側交流−直流コンバーターパート130は、陽極直流電力を生成する交流−陽極直流コンバーター131と、陰極直流電力を生成する交流−陰極直流コンバーター132とを備え、交流−陽極直流コンバーター131は、陽極のための一つ以上の変圧器121に各々対応する一つ以上の3相バルブブリッジ131aを備え、交流−陰極直流コンバーター132は、陰極のための一つ以上の変圧器122に各々対応する一つ以上の3相バルブブリッジ132aを備える。
陽極のために、1つの3相バルブブリッジ131aが利用される場合、交流−陽極直流コンバーター131は、交流電力を利用して6個のパルスを有する陽極直流電力を生成できる。このとき、その一つの変圧器121の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陽極のために、2つの3相バルブブリッジ131aが利用される場合、交流−陽極直流コンバーター131は、交流電力を利用して12個のパルスを有する陽極直流電力を生成できる。このとき、2つのうち、1つの変圧器121の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、残りの一つの変圧器121の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陽極のために、3つの3相バルブブリッジ131aが利用される場合、交流−陽極直流コンバーター131は、交流電力を利用して18個のパルスを有する陽極直流電力を生成できる。陽極直流電力のパルスの数が多いほど、フィルタのコストが低くなることができる。
陰極のために、1つの3相バルブブリッジ132aが利用される場合、交流−陰極直流コンバーター132は、6個のパルスを有する陰極直流電力を生成できる。このとき、その一つの変圧器122の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陰極のために、2つの3相バルブブリッジ132aが利用される場合、交流−陰極直流コンバーター132は、12個のパルスを有する陰極直流電力を生成できる。このとき、2つのうち、1つの変圧器122の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、残りの一つの変圧器122の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陰極のために、3つの3相バルブブリッジ132aが利用される場合、交流−陰極直流コンバーター132は、18個のパルスを有する陰極直流電力を生成できる。陰極直流電力のパルスの数が多いほど、フィルタのコストが低くなることができる。
直流送電パート140は、送電側陽極直流フィルタ141、送電側陰極直流フィルタ142、陽極直流送電ライン143、陰極直流送電ライン144、受電側陽極直流フィルタ145、受電側陰極直流フィルタ146を備える。
送電側陽極直流フィルタ141は、インダクターL1とキャパシタC1とを備え、交流−陽極直流コンバーター131が出力する陽極直流電力を直流フィルタリングする。
送電側陰極直流フィルタ142は、インダクターL3とキャパシタC3とを備え、交流−陰極直流コンバーター132が出力する陰極直流電力を直流フィルタリングする。
陽極直流送電ライン143は、陽極直流電力の送信のための一つのDCラインを有し、電流の帰還通路としては大地が利用できる。このDCライン上には、一つ以上のスイッチが配置されることができる。
陰極直流送電ライン144は、陰極直流電力の送信のための一つのDCラインを有し、電流の帰還通路としては大地が利用できる。このDCライン上には、一つ以上のスイッチが配置されることができる。
受電側陽極直流フィルタ145は、インダクターL2とキャパシタC2とを備え、陽極直流送電ライン143を介して伝達された陽極直流電力を直流フィルタリングする。
受電側陰極直流フィルタ146は、インダクターL4とキャパシタC4とを備え、陰極直流送電ライン144を介して伝達された陰極直流電力を直流フィルタリングする。
受電側直流−交流コンバーターパート150は、陽極直流−交流コンバーター151と陰極直流−交流コンバーター152とを備え、陽極直流−交流コンバーター151は、一つ以上の3相バルブブリッジ151aを備え、陰極直流−交流コンバーター152は、一つ以上の3相バルブブリッジ152aを備える。
受電側変圧器パート160は、陽極のために、一つ以上の3相バルブブリッジ151aに各々対応する一つ以上の変圧器161を備え、陰極のために一つ以上の3相バルブブリッジ152aに各々対応する一つ以上の変圧器162を備える。
陽極のために、1つの3相バルブブリッジ151aが利用される場合、陽極直流−交流コンバーター151は、陽極直流電力を利用して6個のパルスを有する交流電力を生成できる。このとき、その一つの変圧器161の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陽極のために、2つの3相バルブブリッジ151aが利用される場合、陽極直流−交流コンバーター151は、陽極直流電力を利用して12個のパルスを有する交流電力を生成できる。このとき、2つのうち、1つの変圧器161の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、残りの一つの変圧器161の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陽極のために、3つの3相バルブブリッジ151aが利用される場合、陽極直流−交流コンバーター151は、陽極直流電力を利用して18個のパルスを有する交流電力を生成できる。交流電力のパルスの数が多いほど、フィルタのコストが低くなることができる。
陰極のために、1つの3相バルブブリッジ152aが利用される場合、陰極直流−交流コンバーター152は、陰極直流電力を利用して6個のパルスを有する交流電力を生成できる。このとき、その一つの変圧器162の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陰極のために、2つの3相バルブブリッジ152aが利用される場合、陰極直流−交流コンバーター152は、陰極直流電力を利用して12個のパルスを有する交流電力を生成できる。このとき、2つのうち、1つの変圧器162の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Y状の結線を有しても良く、残りの一つの変圧器162の1次側コイルと2次側コイルとは、Y−Δ状の結線を有しても良い。
陰極のために、3つの3相バルブブリッジ152aが利用される場合、陰極直流−交流コンバーター152は、陰極直流電力を利用して18個のパルスを有する交流電力を生成できる。交流電力のパルスの数が多いほど、フィルタのコストが低くなることができる。
受電側交流パート170は、交流フィルタ171と交流送電ライン173とを備える。
交流フィルタ171は、受電パート180が利用する周波数成分(例えば、60Hz)以外の残りの周波数成分を、受電側直流変電パート105が生成する交流電力から除去する。
交流送電ライン173は、フィルタリングされた交流電力を受電パート180に伝達する。
図4は、本発明の実施の形態による変圧器と3相バルブブリッジとの結線を示す。
特に、図4は、陽極のための2つの変圧器121と陽極のための2つの3相バルブブリッジ131aとの結線を示す。陰極のための2つの変圧器122と陰極のための2つの3相バルブブリッジ132aとの結線、陽極のための2つの変圧器161と陽極のための2つの3相バルブブリッジ151aとの結線、陰極のための2つの変圧器162と陰極のための2つの3相バルブブリッジ152aとの結線、陽極のための1つの変圧器121と陽極のための1つの3相バルブブリッジ131a、陽極のための1つの変圧器161と陽極のための1つの3相バルブブリッジ151aとの結線などは、図4の実施の形態から容易に導き出すことができるので、その図面と説明は省略する。
図4において、Y−Y状の結線を有する変圧器121を上側変圧器、Y−Δ状の結線を有する変圧器121を下側変圧器、上側変圧器に接続する3相バルブブリッジ131aを上側3相バルブブリッジ、下側変圧器に接続する3相バルブブリッジ131aを下側3相バルブブリッジと呼ぶことにする。
上側3相バルブブリッジと下側3相バルブブリッジとは、直流電力を出力する2個の出力端である第1出力端OUT1と第2出力端OUT2とを有する。
上側3相バルブブリッジは、6個のバルブD1−D6を備え、下側3相バルブブリッジは、6個のバルブD7−D12を備える。
バルブD1は、第1出力端OUT1に接続するカソードと上側変圧器の2次側コイルの第1端子に接続するアノードとを有する。
バルブD2は、バルブD5のアノードに接続するカソードとバルブD6のアノードに接続するアノードとを有する。
バルブD3は、第1出力端OUT1に接続するカソードと上側変圧器の2次側コイルの第2端子に接続するアノードとを有する。
バルブD4は、バルブD1のアノードに接続するカソードとバルブD6のアノードに接続するアノードとを有する。
バルブD5は、第1出力端OUT1に接続するカソードと上側変圧器の2次側コイルの第3端子に接続するアノードとを有する。
バルブD6は、バルブD3のアノードに接続するカソードを有する。
バルブD7は、バルブD6のアノードに接続するカソードと下側変圧器の2次側コイルの第1端子に接続するアノードとを有する。
バルブD8は、バルブD11のアノードに接続するカソードと第2出力端OUT2に接続するアノードとを有する。
バルブD9は、バルブD6のアノードに接続するカソードと下側変圧器の2次側コイルの第2端子に接続するアノードとを有する。
バルブD10は、バルブD7のアノードに接続するカソードと第2出力端OUT2に接続するアノードとを有する。
バルブD11は、バルブD6のアノードに接続するカソードと下側変圧器の2次側コイルの第3端子に接続するアノードとを有する。
バルブD12は、バルブD9のアノードに接続するカソードと第2出力端OUT2に接続するアノードとを有する。
次に、図5を参照して、本発明のさらに他の高電圧直流送電システムの構成を説明する。
図5は、本発明のさらに他の実施の形態による高電圧直流送電システムの構成を説明するための図である。
図5の実施の形態では、図1ないし図4において説明された一部構成要素を省略して示した。
図5に示すように、本発明の一実施の形態による高電圧直流送電システム100は、送電パート10及び受電パート20を備える。
送電パート10は、交流電力を直流電力に変換して受電パート20に提供でき、受電パート20は、送電パート10から伝達された直流電力を交流電力に変換できる。
送電パート10及び受電パート20は、両極の直流送電線路W1、W2により接続されることができる。直流送電線路W1、W2は、送電パート10が出力する直流電流または直流電圧を受電パート20に伝達できる。
直流送電線路W1、W2は、加工線路(overhead line)、ケーブルのうちの何れか一つであっても良く、この両方の組み合わせから構成されても良い。
送電パート10は、発電パート101、第1交流フィルタ113、交流送電ライン111、送電側交流−直流コンバーターパート130、第1キャパシタC1、第1測定部M1、第2測定部M2、第3測定部M5、及び第1制御パート191を備える。
発電パート101は、交流電力を生成して送電側交流−直流コンバーターパート130に伝達できる。発電パート101は、風力発電所などのように電力を生産して供給できる発電所でありうる。
発電パート101は、3相交流電力を送電側交流−直流コンバーターパート130に伝達できる。
第1交流フィルタ113は、発電パート101及び送電側交流−直流コンバーターパート130の間に配置されることができる。第1交流フィルタ113は、送電側交流−直流コンバーターパート130が交流電力を直流電力に変換する過程において発生する高調波成分を除去できる。すなわち、第1交流フィルタ113は、高調波成分を除去して発電パート101に高調波成分の電流が流入することを遮断させることができる。一実施の形態において、第1交流フィルタ113は、キャパシタ、インダクター及び抵抗を含む共振回路を含むことができる。
また、第1交流フィルタ113は、送電側交流−直流コンバーターパート130において消費される無効電力を供給することもできる。
交流送電ライン111は、発電パート101が生成した3相の交流電力を送電側交流−直流コンバーターパート130に伝達する。
交流送電ライン111は、第1交流フィルタ113及び送電側交流−直流コンバーターパート130の間に配置されることができる。
交流送電ライン111は、インダクターを備えることができ、インダクターは、第1交流フィルタ113を介して電流高周波が除去された交流電流の位相を調節する位相インダクターでありうる。
送電側交流−直流コンバーターパート130は、発電パート101から伝達された交流電力を直流電力に変換できる。
送電側交流−直流コンバーターパート130は、交流電力を直流電力に変換できる半導体バルブでありうる。一実施の形態において半導体バルブは、サイリスターバルブ(Thyristor valve)またはIGBTバルブのうちの何れか一つでありうる。
第1キャパシタC1は、送電側交流−直流コンバーターパート130に並列に接続されて送電側交流−直流コンバーターパート130から出力された直流電圧を平滑にする平滑用キャパシタでありうる。
第1測定部M1は、発電パート101が供給する交流電圧UL1を測定して、第1制御パート191に伝達できる。第1測定部M1は、発電パート101と第1交流フィルタ113との間の一地点に対する交流電圧UL1を測定して、第1制御パート191に伝達できる。発電パート101と第1交流フィルタ113との間の一地点に対して測定された交流電圧UL1は、バス電圧UL1と呼ばれることができる。
第2測定部M2は、送電側交流−直流コンバーターパート130に入力される交流電流IV1または交流電圧UV1を測定して、第1制御パート191に伝達できる。送電側交流−直流コンバーターパート130に入力される交流電圧UV1は、ブリッジ電圧UV1と呼ばれることができる。
第3測定部M5は、第1キャパシタC1の両端にかかる直流電圧Udc1を測定して、第1制御パート191に伝達できる。
第1制御パート191は、送電パート10の動作を全般的に制御できる。
図1において説明した制御パート190は、第1制御パート191及び第2制御パート193を備えることができ、第1制御パート191は、送電パート10に備えられ、第2制御パート193は、受電パート20に備えられることができる。
第1制御パート191は、第1測定部M1からバス電圧UL1、第2測定部M2から伝達された送電側交流−直流コンバーターパート130に入力される交流電流IV1及び第3測定部M5から伝達された第1キャパシタC1の両端にかかる直流電圧Udc1に基づいて、送電側交流−直流コンバーターパート130の動作を制御できる。
仮に、送電側交流−直流コンバーターパート130がIGBTバルブ型の場合、第1制御パート191は、第1測定部M1から伝達されたバス電圧UL1、第2測定部M2から伝達された送電側交流−直流コンバーターパート130に入力される交流電流IV1、及び第3測定部M5から伝達された第1キャパシタC1の両端にかかる直流電圧Udc1に基づいて、ターンオン信号またはターンオフ信号を送電側交流−直流コンバーターパート130に伝達して、送電側交流−直流コンバーターパート130の動作を制御できる。前記ターンオン信号またはターンオフ信号により、交流電力から直流電力への変換が制御されることができる。
また、第1制御パート191は、直流送電線路W1、W2から発生する異常電圧状態に基づいて位相変更命令信号を生成し、生成された位相変更命令信号に従ってブリッジ電圧UV1及びバス電圧UL1間の位相差を調節できる。
具体的に、第1制御パート191は、直流送電線路W1の一地点で測定された直流電圧(例えば、第1キャパシタC1の両端にかかる直流電圧Udc1が一定時間の間に基準値を超過する場合、直流送電線路に異常電圧が発生したと確認することができる。第1制御パート191は、直流送電線路に異常電圧が発生したと確認された場合、位相変更命令信号を生成してブリッジ電圧UV1及びバス電圧UL1間の位相差を調節できる。
第1制御パート191は、ブリッジ電圧UV1及びバス電圧UL1間の位相差を調節して、送電側交流−直流コンバーターパート130において変換される直流電圧を調節でき、これにより、直流送電線路上において直流電圧が急増することが防止されることができる。
第1制御パート191の構成については、図6において後述する。
受電パート20は、受電側直流−交流コンバーターパート150、第2キャパシタC2、交流送電ライン173、第2交流フィルタ171、受電パート180、第4測定部M6、第5測定部M4、第6測定部M3、及び第2制御パート193を備える。
受電側直流−交流コンバーターパート150は、送電側交流−直流コンバーターパート130から伝達された直流電力を交流電力に変換できる半導体バルブでありうる。一実施の形態において半導体バルブは、サイリスターバルブまたはIGBTバルブのうちの何れか一つでありうる。
受電側直流−交流コンバーターパート150は、直流送電線路W1、W2を介して送電側直流−交流コンバーターパート130から直流電流または直流電圧が伝達されることができ、伝達された直流電流または直流電圧を交流電流または交流電圧に変換できる。
第2キャパシタC2は、受電側直流−交流コンバーターパート150に並列に接続されることができ、受電側直流−交流コンバーターパート150に入力される直流電圧を平滑にする平滑用キャパシタでありうる。
交流送電ライン173は、受電側交流−直流コンバーターパート150から伝達された直流電力を受電パート180に提供できる。
交流送電ライン173は、受電側直流−交流コンバーターパート150と第2交流フィルタ171との間に配置されたインダクターを備えることができる。インダクターは、受電側直流−交流コンバーターパート150から出力された交流電流を受電パート180に伝達できる。インダクターは、交流電流の位相を調節する位相インダクターでありうる。
第2交流フィルタ171は、交流送電ライン173及び受電パート180の間に配置されることができる。第2交流フィルタ171は、受電側直流−交流コンバーターパート150が直流電力を交流電力に変換する過程において発生する高調波成分を除去できる。すなわち、第2交流フィルタ171は、高調波成分を除去して受電パート180に電流高調波が流入することを遮断させることができる。一実施の形態において第2交流フィルタ171は、キャパシタ、インダクター及び抵抗を有する共振回路を備えることができる。
また、第2交流フィルタ171は、受電側直流−交流コンバーターパート150で消費される無効電力を供給することもできる。
受電パート180は、第2交流フィルタ171を介して高調波が除去された交流電力の伝達を受けることができ、伝達された電力を消費できる。
第4測定部M6は、第2キャパシタC2の両端にかかる直流電圧Udc2を測定して、第2制御パート193に伝達できる。
第5測定部M4は、受電側直流−交流コンバーターパート150から出力される交流電流IV2を測定して、第2制御パート193に伝達できる。
第6測定部M3は、受電パート180が需給する交流電圧UL2を測定して、第2制御パート193に伝達できる。第6測定部M3は、受電パート180と第2交流フィルタ171との間の一地点に対する交流電圧UL2を測定して、第2制御パート193に伝達できる。受電パート180と第2交流フィルタ171との間の一地点に対して測定された交流電圧UL2は、バス電圧UL2と呼ばれることができる。
第2制御パート193は、受電パート20の動作を全般的に制御できる。
第2制御パート193は、第6測定部M3からバス電圧UL2、第5測定部M4から伝達された受電側直流−交流コンバーターパート150から出力される交流電流IV2、及び第4測定部M6から伝達された第2キャパシタC2の両端にかかる直流電圧Udc2に基づいて、受電側直流−交流コンバーターパート150の動作を制御できる。
仮に、受電側直流−交流コンバーターパート150がIGBTバルブ型の場合、第2制御パート193は、第6測定部M3から伝達されたバス電圧UL2、第5測定部M4から受電側直流−交流コンバーターパート150から出力される交流電流IV2、及び第4測定部M6から伝達された第2キャパシタC2の両端にかかる直流電圧Udc2に基づいて、ターンオン信号またはターンオフ信号を受電側直流−交流コンバーターパート150に伝達して、受電側直流−交流コンバーターパート150の動作を制御できる。前記ターンオン信号またはターンオフ信号により直流電力から交流電力への変換が制御されることができる。
また、第2制御パート193は、直流送電線路W1、W2から発生する異常電圧状態に基づいて位相変更命令信号を生成し、生成された位相変更命令信号に応じてブリッジ電圧UV2及びバス電圧UL2間の位相差を調節できる。
具体的に、第2制御部15は、直流送電線路W1の一地点で測定された直流電圧(例えば、第2キャパシタC2の両端にかかる直流電圧Udc2)が一定時間の間に基準値を超過する場合、直流送電線路に異常電圧が発生したと確認することができる。第2制御パート193は、直流送電線路に異常電圧が発生したと確認された場合、位相変更命令信号を生成してブリッジ電圧UV2及びバス電圧UL2間の位相差を調節できる。
以下、第1制御パート191及び第2制御パート193の構成を説明する。
図5に示すように、第1制御パート191は、第1直流電圧制御部191a、第1スイッチSW11、第1交流電圧制御部191b、第2スイッチSW21及び電力制御部191cを備える。
第1直流電圧制御部191aは、第3測定部M5で測定された直流電圧Udc1及び第1基準直流電圧Udc1Rに基づいて、有効電力制御信号P1Cを出力する。
第1スイッチSW11は、第1基準有効電力信号P1R及び第1直流電圧制御部191aから出力された有効電力制御信号P1Cのうちの何れか一つを選択できる。具体的に、第1スイッチSW11は、第1モード信号MD11に基づいて第1基準有効電力信号P1R及び第1直流電圧制御部191aから出力された有効電力制御信号P1Cのうちの何れか一つを選択できる。
第1基準有効電力信号P1Rは、送電側交流−直流コンバーターパート130の有効電力を制御するために基準になる信号であって、予め設定された有効電力値に対する情報を含むことができる。
第1モード信号MD11は、送電パート10の動作モードに応じて生成される信号でありうる。
送電パート10及び受電パート20のそれぞれは、直流電圧制御モード、有効電力制御モード、交流電圧制御モード及び無効電力制御モードのうちの何れか一つのモードで動作できる。一般に、送電パート10及び受電パート20のうちの何れか一つが直流電圧制御モードで動作すると、残りの一つは、有効電力制御モード、交流電圧制御モード及び無効電力制御モードのうちの何れか一つのモードで動作できる。
第1モード信号MD11は、直流電圧制御モード、有効電力制御モード、交流電圧制御モード及び無効電力制御モードのうちの何れか一つのモードに対応して生成される信号でありうる。
第1スイッチSW11は、第1基準有効電力信号P1R及び有効電力制御信号P1Cのうち、選択された信号を有効電力制御信号pref1として出力でき、出力された有効電力制御信号pref1を電力制御部191cに伝達できる。
第1交流電圧制御部191bは、第1測定部M1で測定された交流電圧UL1及び第1基準交流電圧UL1Rに基づいて、無効電力制御信号Q1Cを出力する。
第2スイッチSW21は、第1基準無効電力信号Q1R及び第1交流電圧制御部191bから出力された無効電力制御信号Q1Cのうちの何れか一つを選択できる。具体的に、第2スイッチSW21は、第2モード信号MD21に基づいて第1基準無効電力信号Q1R及び第1交流電圧制御部191bから出力された無効電力制御信号Q1Cのうちの何れか一つを選択できる。
第1基準無効電力信号Q1Rは、送電パート10の無効電力を制御するために基準になる信号であって、予め設定された無効電力値に対する情報を含むことができる。
第2モード信号MD21は、送電パート10の動作モードに応じて生成される信号でありうる。
第2スイッチSW21は、第1基準無効電力信号Q1R及び無効電力制御信号Q1Cのうち、選択された信号を無効電力制御信号qref1として出力でき、出力された無効電力制御信号qref1を電力制御部191cに伝達できる。
電力制御部191cは、dq参照フレームで基準電流値を表すidref及びiqrefを利用して、有効電力制御信号pref1に対応する有効電力及び無効電力制御信号qref1に対応する無効電力を計算できる。このために、公知された以下の関係式が利用されることができる。
pref=ud*irefd+uq*irefq
qref=ud*irefq−uq*irefd
式中、交流電圧ud及びuqは、発電パート101から出力された電圧が公知された方法に従って、dq参照フレーム(dq−reference fram)により変換された電圧を表す。
電力制御部191cは、有効電力制御信号pref1及び無効電力制御信号qref1に基づいて、ターンオン/オフ制御信号Fp1を送電側交流−直流コンバーターパート130に伝達できる。ターンオン/オフ制御信号Fp1により送電側交流−直流コンバーターパート130のターンオン/オフタイミングが制御されることができ、それにより送電側交流−流直コンバーターパート130が出力する有効電力または無効電力が制御されることができる。
第2制御パート193は、第1制御パート191と同じ構成要素を含み、インデックス1と表示された記号がインデックス2に変換されたことだけが異なる。
図6及び図7は、本発明のさらに他の実施の形態による高電圧直流送電システムを構成する第2制御パートの構成を説明するための図である。
図6ないし図7では、便宜上第2制御パート200のみを説明するが、第2制御パート200の構成及び動作は、送電パート10に含まれた第1制御パートにもそのまま適用されることができる。
第2制御パート200は、受電パート20の動作を全般的に制御できる。
特に、第2制御パート200は、測定値を利用して有効電力、無効電力、直流電圧、交流電圧を調節するフィードバック制御(feedback control)を行うことができる。
図6ないし図7を参照すれば、第2制御パート200は、直流電圧制御部210、スイッチング部220、交流電圧制御部230、無効電力制御部240及び電力制御部250を備える。
直流電圧制御部210は、第4測定部M6で測定された直流電圧Udc2及び基準直流電圧Udc2Rに基づいて有効電力制御信号P2Cを出力する。
スイッチング部220は、基準有効電力信号P2R及び直流電圧制御部210から出力された有効電力制御信号P2Cのうちの何れか一つを選択できる。具体的に、スイッチング部220は、モード信号MD12に基づいて基準有効電力信号P2R及び直流電圧制御部210から出力された有効電力制御信号P2Cのうちの何れか一つを選択できる。
基準有効電力信号P2Rは、受電パート20の有効電力を制御するために基準になる信号であって、予め設定された有効電力値に対する情報を含むことができる。
モード信号MD12は、受電パート20の動作モードに応じて生成される信号でありうる。送電パート10及び受電パート20のそれぞれは、直流電圧制御モード、有効電力制御モード、交流電圧制御モード及び無効電力制御モードのうちの何れか一つのモードで動作できる。一般に、送電パート10及び受電パート20のうちの何れか一つが直流電圧制御モードで動作すると、他の一つは、有効電力制御モード、交流電圧制御モード及び無効電力制御モードのうちの何れか一つのモードで動作できる。
モード信号MD12は、直流電圧制御モード、有効電力制御モード、交流電圧制御モード及び無効電力制御モードのうちの何れか一つのモードに対応して生成される信号でありうる。
スイッチング部220は、基準有効電力信号P2R及び有効電力制御信号P2Cのうち、選択された信号を有効電力制御信号pref2として出力でき、出力された有効電力制御信号pref2を電力制御部250に伝達できる。
交流電圧制御部230は、第6測定部M3で測定された交流電圧UL2及び基準交流電圧UL2Rに基づいて、第1無効電力制御信号Q2Cを生成する。
基準交流電圧UL2Rは、高電圧直流送電システムが安定して動作するために、予め設定された交流電圧でありうる。
第1無効電力制御信号Q2Cは、受電パート20の無効電力を制御するための補償信号でありうる。第1無効電力制御信号Q2Cは、測定された交流電圧UL2及び基準交流電圧UL2Rの差に対応して生成された信号でありうる。第1無効電力制御信号Q2Cは、測定された交流電圧UL2を基準交流電圧UL2Rで調節して、受電パート20の無効電力を制御するための補償信号でありうる。
無効電力制御部240は、交流電圧制御部230から伝達された第1無効電力制御信号Q2C及び基準無効電力信号Q2Rに基づいて第2無効電力制御信号Q2Dを生成する。基準無効電力信号Q2Rは、高電圧直流送電システムが安定して動作するために、予め設定された無効電力に対応する信号でありうる。
第2無効電力制御信号Q2Dは、基準無効電力信号Q2Rに対応する無効電力と第1無効電力制御信号Q2Cに対応する無効電力との間の差に対応する信号でありうる。第2無効電力制御信号Q2Dは、第1無効電力制御信号Q2Cに対応する無効電力を基準無効電力信号Q2Rに対応する無効電力で調節するための信号でありうる。
電力制御部250は、スイッチング部220から伝達された有効電力制御信号pref2に基づいて、有効電力を調節できる。電力制御部250は、受電パート20の有効電力を有効電力制御信号pref2に対応する有効電力で調節できる。
電力制御部250は、生成された有効電力制御信号に基づいてターンオン/オフ制御信号Fp2を生成して、受電側直流−交流コンバーターパート150に伝達できる。受電側直流−交流コンバーターパート150は、ターンオン/オフ制御信号Fp2の伝達を受けて、受電側直流−交流コンバーターパート150から出力される有効電力を調節できる。
電力制御部250は、第2無効電力制御信号Q2Dに基づいて受電パート20の無効電力を制御できる。具体的に、電力制御部250は、受電パート20の無効電力を第2無効電力制御信号Q2Dに対応する無効電力で調節できる。
電力制御部250は、第2無効電力制御信号Q2Dに基づいてターンオン/オフ制御信号Fp2を生成して、受電側直流−交流コンバーターパート150に伝達できる。受電側直流−交流コンバーターパート150は、ターンオン/オフ制御信号Fp2の伝達を受けて、受電側直流−交流コンバーターパート150から出力される無効電力を調節できる。
図8は、本発明の一実施の形態による高電圧直流送電システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。
第6測定部M3は、受電パート20に提供される交流電圧UL2を測定する(S101)。すなわち、第6測定部M3は、第2交流フィルタ171と受電パート180との間に流れる交流電圧交流電圧UL2を測定できる。
交流電圧制御部230は、測定された交流電圧UL2及び基準交流電圧UL2Rに基づいて、第1無効電力制御信号Q2Cを生成する(S103)。
基準交流電圧UL2Rは、高電圧直流送電システムが安定して動作するために、予め設定された交流電圧でありうる。
第1無効電力制御信号Q2Cは、受電パート20の無効電力を制御するための補償信号でありうる。第1無効電力制御信号Q2Cは、測定された交流電圧UL2及び基準交流電圧UL2Rの差に対応して生成された信号でありうる。第1無効電力制御信号Q2Cは、測定された交流電圧UL2を基準交流電圧UL2Rで調節して受電パート20の無効電力を制御するための補償信号でありうる。
無効電力制御部240は、交流電圧制御部230から伝達された第1無効電力制御信号Q2C、及び基準無効電力信号Q2Rに基づいて、第2無効電力制御信号Q2Dを生成する(S105)。基準無効電力信号Q2Rは、高電圧直流送電システムが安定して動作するために、予め設定された無効電力に対応する信号でありうる。
第2無効電力制御信号Q2Dは、基準無効電力信号Q2Rに対応する無効電力と第1無効電力制御信号Q2Cに対応する無効電力との間の差に対応する信号でありうる。第2無効電力制御信号Q2Dは、第1無効電力制御信号Q2Cに対応する無効電力を基準無効電力信号Q2Rに対応する無効電力で調節するための信号でありうる。
電力制御部250は、第2無効電力制御信号Q2Dに基づいて受電パート20の無効電力を制御する(S107)。具体的に、電力制御部250は、受電パート20の無効電力を第2無効電力制御信号Q2Dに対応する無効電力で調節できる。
電力制御部250は、第2無効電力制御信号Q2Dに基づいてターンオン/オフ制御信号Fp2を生成して、受電側直流−交流コンバーターパート150に伝達できる。受電側直流−交流コンバーターパート150は、ターンオン/オフ制御信号Fp2の伝達を受けて、受電側直流−交流コンバーターパート150から出力される無効電力を調節できる。
本発明の多様な実施の形態によれば、高電圧直流送電システムの無効電力フィードバック制御を無効電力制御部240を介して行うにあたって、交流電圧制御部230を補償装置として利用して、交流パートの異常発生時に能動的な対処が可能である。
本発明の実施の形態は、2個のターミナル間の接続についてのみ述べたが、これに限定されるものではなく、マルチターミナルである一つ以上の送電パート、受電パートにも適用されることができ、バックトゥーバックシステム(back−to−back)にも適用されることができる。
本発明の一実施の形態によれば、前述した方法は、プログラムが記録された媒体にプロセッサが読むことのできるコードとして具現化することが可能である。プロセッサが読むことのできる媒体の例には、ROM、RAM、CD−ROM、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ格納装置などがあり、キャリアウェーブ(例えば、インターネットを介した送信)の形態により具現化されることも含む。
上述の実施の形態は、説明された構成と方法が限定されて適用されるものではなく、実施の形態は、多様な変形がなされることができるように各実施の形態の全てまたは一部が選択的に組合わせられて構成されることもできる。

Claims (3)

  1. 高電圧直流送電システムであって、
    交流電力を直流電力に変換する送電パートと、
    直流電力を交流電力に変換する受電パートと、
    前記送電パートで変換された直流電力を前記受電パートに伝達する直流送電パートと、を備え、
    前記送電パート及び前記受電パートのうちの何れか一つは、
    交流電圧を測定する測定部と、
    前記測定された交流電圧基準交流電圧で調節して、前記送電パートの無効電力または前記受電パートの無効電力を制御するための第1無効電力制御信号を生成する交流電圧制御部と、
    前記第1無効電力制御信号に含まれた無効電力を基準無効電力信号に含まれた予め設定された無効電力で調節するための第2無効電力制御信号を生成する無効電力制御部と、
    前記第2無効電力制御信号に基づいて、前記送電パートまたは前記受電パートの無効電力を制御する電力制御部と、を備える高電圧直流送電システム。
  2. 前記基準無効電力信号は、前記高電圧直流送電システムが安定して動作するために、前記予め設定された無効電力を含む信号であ、請求項に記載の高電圧直流送電システム。
  3. 前記電力制御部は、前記第2無効電力制御信号に基づいてターンオン/オフ制御信号を生成し、生成されたターンオン/オフ制御信号を送電側コンバーターパートまたは受電側コンバーターパートに伝達して無効電力を制御
    前記送電側コンバーターパートは、前記送電パートで変換された交流電力を直流電力に変換し、
    前記受電側コンバーターパートは、前記直流送電パートによって伝達された直流電力を交流電力に変換する、請求項に記載の高電圧直流送電システム。
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