JP6194193B2

JP6194193B2 - DC boost converter, control method, and converter unit control apparatus

Info

Publication number: JP6194193B2
Application number: JP2013129888A
Authority: JP
Inventors: 憲一朗佐野; 昌洋高崎
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: JP2015006066A

Description

本発明は、直流昇圧変換器、制御方法及びコンバータ部制御装置に関する。 The present invention relates to a DC boost converter, a control method, and a converter unit control device.

従来、大容量の電力を長距離にわたって送電する技術として、高圧直流送電がある。近年、太陽光発電や風力発電など、電力変換器を介して直流で系統連系可能な発電装置がある。ここで、大規模な太陽光発電や風力発電などを直流送電系統に連系する際には、大容量の直流昇圧装置が必要となる。 Conventionally, there is high-voltage direct current transmission as a technology for transmitting a large amount of power over a long distance. In recent years, there are power generators that can be connected to a grid through a power converter, such as solar power generation and wind power generation. Here, when connecting large-scale solar power generation or wind power generation to a DC power transmission system, a large-capacity DC booster is required.

なお、光又は熱に応じて発電を行う発電モジュールに接続される電圧変換装置において、制御部が、電圧変換装置の入力電圧が上昇するにつれて、複数あるＤＣ／ＤＣコンバータを順次稼動させる技術がある。また、出力電圧を検出する電圧検出回路が、スイッチング周波数を可変制御できる第１のドライバと第２のドライバを介して、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を制御することで、第１のコンバータと第２のコンバータを直列にした出力電圧を一定に制御するものもある。 In addition, in the voltage converter connected to the power generation module that generates power in response to light or heat, there is a technique in which the control unit sequentially operates a plurality of DC / DC converters as the input voltage of the voltage converter increases. . Further, the voltage detection circuit for detecting the output voltage controls the first switching element and the second switching element via the first driver and the second driver that can variably control the switching frequency. Some of these converters and the second converter in series control the output voltage to be constant.

特開２０１１−１２５１７５号公報JP 2011-125175 A 特開２０１０−２１３４６６号公報JP 2010-213466 A

しかしながら、上述した技術では、高圧直流送電における直流昇圧変換は困難であるという問題がある。 However, the above-described technique has a problem that DC boost conversion in high-voltage DC transmission is difficult.

開示の技術は、上述に鑑みてなされたものであって、高圧直流送電における直流昇圧変換を実現可能となる直流昇圧変換器、制御方法及びコンバータ部制御装置を提供することを目的とする。 The disclosed technology has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a DC boost converter, a control method, and a converter unit control device capable of realizing DC boost conversion in high-voltage DC power transmission.

開示する直流昇圧変換器は、１つの態様において、直流電力となる入力直流電力を受け付ける入力端子と、絶縁された第１端子と第２端子を備え且つ前記第１端子に入力された前記入力直流電力を基に前記第２端子から直流電力を出力する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数有し、複数ある前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第１の端子各々が並列に前記入力端子と接続されるコンバータ部と、複数ある前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の端子各々が直列に接続され、各前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータから出力された直流電力を基に、前記コンバータ部により前記入力直流電力の電圧が昇圧された直流電力である出力直流電力を出力する出力端子と、前記コンバータ部を制御するコンバータ部制御装置として、前記コンバータ部の複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ各々に設けられる第１のコンバータ部制御装置と、第２のコンバータ部制御装置とを有する。 In one aspect, the disclosed DC boost converter includes an input terminal that receives input DC power to be DC power, an insulated first terminal and a second terminal, and the input DC that is input to the first terminal. A plurality of isolated DC-DC converters that output DC power from the second terminal based on power are provided, and each of the plurality of first terminals of the isolated DC-DC converter is connected to the input terminal in parallel. a converter unit, a plurality of second terminals each of the isolated DC-DC converter are connected in series, based on the DC power output from each of the isolated DC-DC converter, the input DC by the converter section an output terminal voltage of the power output of the output DC power is DC power boosted, as converter control device for controlling the converter section, double of the converter section Having first and the converter unit control device provided in certain isolated DC-DC converter respectively, and a second converter unit control device.

開示する直流昇圧変換器の１つの態様によれば、高圧直流送電における直流昇圧変換を実現可能となるという効果を奏する。 According to one aspect of the disclosed DC boost converter, the DC boost conversion in high-voltage DC transmission can be realized.

図１は、第１の実施形態における直流昇圧変換器の全体像の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an overall image of a DC boost converter according to the first embodiment. 図２は、第１の実施形態に係る直流昇圧変換器の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the DC boost converter according to the first embodiment. 図３は、第１の実施形態における絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the isolated DC-DC converter according to the first embodiment. 図４は、第１の実施形態におけるコンバータ部制御装置の一例について示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the converter unit control device according to the first embodiment. 図５は、直流昇圧変換器における回路定数の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of circuit constants in the DC boost converter. 図６は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路定数の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of circuit constants of the insulation type DC-DC converter. 図７−１は、計算機シミュレーションにより得られた直流昇圧変換器の起動時における動作波形を示す図である。FIG. 7-1 is a diagram illustrating an operation waveform at the time of startup of the DC boost converter obtained by computer simulation. 図７−２は、計算機シミュレーションにより得られた直流昇圧変換器の起動時における動作波形を示す図である。FIG. 7-2 is a diagram illustrating an operation waveform at the time of startup of the DC boost converter obtained by computer simulation. 図８−１は、計算機シミュレーションにより得られた定常運転時における動作波形の一例を示す図である。FIG. 8-1 is a diagram illustrating an example of operation waveforms during steady operation obtained by computer simulation. 図８−２は、計算機シミュレーションにより得られた定常運転時における動作波形の一例を示す図である。FIG. 8-2 is a diagram illustrating an example of operation waveforms during steady operation obtained by computer simulation. 図９−１は、計算機シミュレーションによって入力電流を増減させた場合に得られた動作波形の一例を示す図である。FIG. 9A is a diagram illustrating an example of operation waveforms obtained when the input current is increased or decreased by computer simulation. 図９−２は、計算機シミュレーションによって入力電流を増減させた場合に得られた動作波形の一例を示す図である。FIG. 9-2 is a diagram illustrating an example of operation waveforms obtained when the input current is increased or decreased by computer simulation. 図１０−１は、計算機シミュレーションによって直流送電系統の電圧を低下させた場合に得られた動作波形の一例を示す図である。FIG. 10A is a diagram illustrating an example of operation waveforms obtained when the voltage of the DC power transmission system is reduced by computer simulation. 図１０−２は、計算機シミュレーションによって直流送電系統の電圧を低下させた場合に得られた動作波形の一例を示す図である。FIG. 10-2 is a diagram illustrating an example of operation waveforms obtained when the voltage of the DC power transmission system is reduced by computer simulation.

以下に、開示する直流昇圧変換器、制御方法、コンバータ部制御装置及び制御プログラムの実施形態の一例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, exemplary embodiments of the disclosed DC boost converter, control method, converter control device, and control program will be described in detail based on the drawings. The invention disclosed by this embodiment is not limited. Each embodiment can be appropriately combined as long as the processing contents do not contradict each other.

（第１の実施形態）
開示する直流昇圧変換器は、１つの態様において、直流電力となる入力直流電力を受け付ける入力端子を有する。また、直流昇圧変換器は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数有し、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第１の端子各々が並列に入力端子と接続されるコンバータ部を有する。また、直流昇圧変換器は、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の端子各々と直列に接続され、コンバータ部により電圧が昇圧された直流電力である出力直流電力を出力する出力端子を有する。また、直流昇圧変換器は、コンバータ部を制御するコンバータ部制御装置として、コンバータ部の複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ各々に設けられる第１のコンバータ部制御装置と、第２のコンバータ部制御装置とを有する。 (First embodiment)
In one aspect, the disclosed DC boost converter has an input terminal that receives input DC power that is DC power. The DC boost converter has a plurality of insulated DC-DC converters, and has a converter unit in which the first terminals of the plurality of insulated DC-DC converters are connected in parallel to the input terminals. The DC boost converter has an output terminal that is connected in series with each of the second terminals of the plurality of isolated DC-DC converters and outputs output DC power that is DC power whose voltage is boosted by the converter unit. . Further, the DC boost converter is a converter unit control device that controls the converter unit, and includes a first converter unit control device and a second converter unit control device provided in each of the plurality of isolated DC-DC converters of the converter unit. And have.

開示する直流昇圧変換器は、１つの態様において、第１のコンバータ部制御装置各々は、相互に絶縁されている。 In the DC boost converter to be disclosed, in one aspect, the first converter unit control devices are insulated from each other.

開示する直流昇圧変換器は、１つの態様において、第２のコンバータ部制御装置は、入力直流電力の電圧を所定の電圧と一致させるための位相のシフト量である第１のシフト量を算出し、出力端子から出力される出力直流電力の電圧を絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの数で除算することで得られる電圧である絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧を算出し、算出した第１のシフト量と絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧とを第１のコンバータ部制御装置各々に送信する。また、第１のコンバータ部制御装置は、それぞれ、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の端子から出力される出力電圧を取得し、第２のコンバータ部制御装置から受信した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧と出力電圧とを一致させるための位相のシフト量である第２のシフト量を算出し、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに対して、第１のシフト量から第２のシフト量を減算したシフト量を与えることで、入力直流電力の電圧が所定の電圧となるように制御する。 In one aspect of the disclosed DC boost converter, the second converter unit control device calculates a first shift amount that is a phase shift amount for matching the voltage of the input DC power with a predetermined voltage. And calculating the average voltage for each isolated DC-DC converter, which is a voltage obtained by dividing the voltage of the output DC power output from the output terminal by the number of isolated DC-DC converters, and calculating the calculated first shift. The amount and the average voltage per isolated DC-DC converter are transmitted to each of the first converter unit control devices. Each of the first converter unit control devices acquires an output voltage output from the second terminal of the isolated DC-DC converter, and receives the output voltage received from the second converter unit control device. A second shift amount, which is a phase shift amount for making the average voltage and the output voltage coincide with each other, is calculated, and the second shift amount is subtracted from the first shift amount with respect to the isolated DC-DC converter. By giving the shifted amount, control is performed so that the voltage of the input DC power becomes a predetermined voltage.

また、第１の実施形態に係るコンバータ部制御装置は、１つの実施形態において、直流電力となる入力直流電力を受け付ける入力端子と、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数有し、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第１の端子各々が並列に入力端子と接続されるコンバータ部と、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の端子各々と直列に接続され、コンバータ部により電圧が昇圧された直流電力である出力直流電力を出力する出力端子とを有する直流昇圧変換器のコンバータ部制御装置である。ここで、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチ素子を有し、スイッチ素子の開閉タイミングの位相がシフトされることで第２の端子から出力される出力電圧が制御される。また、コンバータ部制御装置は、入力直流電力の電圧を所定の電圧と一致させるための位相のシフト量である第１のシフト量を算出し、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ各々について、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の端子から出力される出力電圧と、出力端子から出力される出力直流電力の電圧を絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの数で除算することで得られる電圧である絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧とを一致させるための位相のシフト量である第２のシフト量を算出し、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ各々に対して、第１のシフト量から第２のシフト量を減算したシフト量を与えることで、入力直流電力の電圧が所定の電圧となるようにコンバータ部を制御する。 Moreover, the converter part control apparatus which concerns on 1st Embodiment has the input terminal which receives the input DC power used as DC power in one embodiment, and a plurality of insulation type DC-DC converters, and there are a plurality of insulation type DC. -A converter unit in which each of the first terminals of the DC converter is connected in parallel to the input terminal, and a plurality of second terminals of the insulated DC-DC converters connected in series, and the voltage is boosted by the converter unit It is the converter part control apparatus of the DC boost converter which has the output terminal which outputs the output DC power which is DC power. Here, the insulated DC-DC converter has a switch element, and the output voltage output from the second terminal is controlled by shifting the phase of the switching timing of the switch element. Further, the converter unit control device calculates a first shift amount that is a phase shift amount for making the voltage of the input DC power coincide with a predetermined voltage, and for each of the plurality of isolated DC-DC converters, the isolated type Isolated DC which is a voltage obtained by dividing the output voltage output from the second terminal of the DC-DC converter and the voltage of the output DC power output from the output terminal by the number of isolated DC-DC converters A second shift amount that is a phase shift amount for matching the average voltage for each DC converter is calculated, and for each of the plurality of isolated DC-DC converters, the first shift amount to the second shift amount are calculated. By giving a shift amount obtained by subtracting the amount, the converter unit is controlled so that the voltage of the input DC power becomes a predetermined voltage.

（第１の実施形態における直流昇圧変換器の全体像）
図１は、第１の実施形態における直流昇圧変換器の全体像の一例を示す図である。図１に示す例では、電力源が、洋上風力発電である場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、動力源は、発電量が変動する任意の電力源であって良く、例えば、風力発電装置、太陽光発電装置などの自然変動電源であって良い。直流昇圧変換器は、例えば、直流送電用に用いられたり、直流配電等に用いられたりする。 (Overall image of DC boost converter in the first embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an overall image of a DC boost converter according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 1, the case where the power source is offshore wind power generation will be described as an example, but the present invention is not limited to this. That is, the power source may be an arbitrary power source whose power generation amount fluctuates, and may be, for example, a naturally variable power source such as a wind power generator or a solar power generator. The DC boost converter is used, for example, for DC power transmission or DC power distribution.

図１に示す例では、第１の実施形態に係る直流昇圧変換器１００に加えて、１つ又は複数の発電源２１０及びパワーコンディショナー２２０を有する洋上風力発電２００と、変電所３００とを併せて示した。なお、図１に示す例では、洋上風力発電２００が、２組の発電源２１０及びパワーコンディショナー２２０を有する場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、任意の数であって良い。ここで、洋上風力発電２００と、直流昇圧変換器１００とは、例えば、洋上に設けられ、変電所３００は、陸上に設けられる。 In the example shown in FIG. 1, in addition to the DC boost converter 100 according to the first embodiment, an offshore wind power generation 200 having one or a plurality of power generation sources 210 and a power conditioner 220 and a substation 300 are combined. Indicated. In the example shown in FIG. 1, the case where the offshore wind power generation 200 includes two sets of the power generation source 210 and the power conditioner 220 is shown as an example, but the present invention is not limited to this, and any number is possible. good. Here, the offshore wind power generation 200 and the DC boost converter 100 are provided on the ocean, for example, and the substation 300 is provided on the land.

図１に示す例では、洋上風力発電２００の発電源２１０各々にて発電された電力各々は、パワーコンディショナー２２０によってそれぞれ整流された上で、直流電力のまま集電される。その後、直流昇圧変換器１００は、集電された直流電力を昇圧し、変電所３００に直流送電を行う。このように、洋上風力発電の発電源各々にて発電された電力各々について、パワーコンディショナーにて整流した後に交流電力に変換して集電するのではなく、第１の実施形態では、直流のまま集電し、直流昇圧変換器１００が昇圧した上で変電所３００に送電する。この結果、洋上風力発電２００における発電源２１０それぞれに対して直流から交流に変換する変換器を設ける必要がなく、洋上風力発電２００の設備を小型化可能となる。 In the example shown in FIG. 1, each power generated by each power generation source 210 of the offshore wind power generation 200 is rectified by the power conditioner 220 and then collected as DC power. Thereafter, the DC boost converter 100 boosts the collected DC power and performs DC transmission to the substation 300. As described above, each power generated by each offshore wind power generation power source is rectified by a power conditioner and then converted into AC power and collected. The current is collected, and the DC boost converter 100 boosts the voltage before transmitting it to the substation 300. As a result, it is not necessary to provide a converter for converting direct current to alternating current for each power generation source 210 in the offshore wind power generation 200, and the equipment of the offshore wind power generation 200 can be downsized.

図２は、第１の実施形態に係る直流昇圧変換器の構成の一例を示す図である。図３は、第１の実施形態における絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例を示す図である。図２に示すように、直流電力となる入力直流電力を受け付ける入力端子１０１と、コンバータ部１０２と、出力端子１０３とを有する。ここで、入力端子１０１は、例えば、洋上風力発電２００からの入力直流電力を受け付ける。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the DC boost converter according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the isolated DC-DC converter according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, it has the input terminal 101 which receives the input DC power used as DC power, the converter part 102, and the output terminal 103. Here, the input terminal 101 receives, for example, input DC power from the offshore wind power generation 200.

また、図２に示すように、コンバータ部１０２は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０を複数有する。また、図２及び図３に示すように、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の第１の端子１１１各々は、並列に入力端子１０１と接続される。また、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の第２の端子１１２各々は、出力端子１０３と直列に接続される。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０は、「絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ」とも称する。 Further, as shown in FIG. 2, the converter unit 102 includes a plurality of insulated DC-DC converter modules 110. 2 and 3, each of the first terminals 111 of the plurality of insulated DC-DC converter modules 110 is connected to the input terminal 101 in parallel. Further, each of the second terminals 112 of the plurality of insulated DC-DC converter modules 110 is connected in series with the output terminal 103. The isolated DC-DC converter module 110 is also referred to as an “insulated DC-DC converter”.

また、出力端子１０３は、コンバータ部１０２により電圧が昇圧された直流電力である出力直流電力を出力する。なお、図２に示す例では、コンバータ部１０２が、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０を４つ有する場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、任意の数の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０を有して良い。例えば、１つの絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の出力電圧を「Ｖｄｃ」、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の数を「Ｎ」個とした場合、直流昇圧変換器１００による出力電圧は「ＮＶｃ」となる。例えば、「Ｖｄｃ＝６ｋＶ」である場合、直流昇圧変換器１００からの出力電圧を「２５０ｋＶ」とする場合には、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の数を「Ｎ＝４２」とすれば良い。 Further, the output terminal 103 outputs output DC power that is DC power whose voltage is boosted by the converter unit 102. In the example illustrated in FIG. 2, the converter unit 102 has an example in which the four insulating DC-DC converter modules 110 are provided. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary number of isolated DC A DC converter module 110 may be included. For example, when the output voltage of one isolated DC-DC converter module 110 is “Vdc” and the number of isolated DC-DC converter modules 110 is “N”, the output voltage from the DC boost converter 100 is “NVc”. " For example, when “Vdc = 6 kV” and when the output voltage from the DC boost converter 100 is “250 kV”, the number of isolated DC-DC converter modules 110 may be “N = 42”. .

ここで、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０としては、種々の種類が存在し、例えば、定格電圧、変換容量、動作周波数などによって適切なものが選択される。以下では、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０が、大容量変換に適したフルブリッジ構成の変換回路である場合を用いて説明する。すなわち、図３に示すように、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０は、第１の端子１１１と、第２の端子１１２と、スイッチ素子１１３とを有する。図３に示す例では、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０は、スイッチ素子１１３を８個有する。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０は、スイッチ素子１１３の開閉タイミングの位相がシフトされることで、第２の端子１１２から出力される出力電圧が制御される。 Here, various types exist as the insulation type DC-DC converter module 110, and an appropriate one is selected depending on, for example, a rated voltage, a conversion capacity, an operating frequency, and the like. Hereinafter, the case where the isolated DC-DC converter module 110 is a full-bridge conversion circuit suitable for large-capacity conversion will be described. That is, as shown in FIG. 3, the insulation type DC-DC converter module 110 includes a first terminal 111, a second terminal 112, and a switch element 113. In the example illustrated in FIG. 3, the isolated DC-DC converter module 110 includes eight switch elements 113. In the isolated DC-DC converter module 110, the output voltage output from the second terminal 112 is controlled by shifting the phase of the switching timing of the switch element 113.

ここで、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０は、コンデンサＣｓを有することで、ソフトスイッチングの１種であるゼロ電圧スイッチングが可能となり、スイッチング損失が低減可能となり、動作周波数を高め、変圧器の小型化が可能となる。なお、ソフトスイッチングとは、共振現象の利用により、スイッチング過渡期間にスイッチに加わる電圧又は電流を軽減し、スイッチング損失や電磁ノイズの低減を行う技術である。 Here, since the insulation type DC-DC converter module 110 has the capacitor Cs, zero voltage switching which is one type of soft switching is possible, switching loss can be reduced, the operating frequency is increased, and the transformer is compact. Can be realized. Soft switching is a technology that reduces the switching loss and electromagnetic noise by reducing the voltage or current applied to the switch during the switching transition period by utilizing the resonance phenomenon.

このように、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０では、ソフトスイッチングが可能であり、スイッチング時に発生する損失を低減できる。この結果、動作周波数を高め、変圧器の小型化が可能となる。 Thus, in the insulation type DC-DC converter module 110, soft switching is possible, and loss generated during switching can be reduced. As a result, the operating frequency can be increased and the transformer can be miniaturized.

なお、図２に示すように、以下では、第１の実施形態に係る直流昇圧変換器１００に関する各種の値を以下のように記載する。例えば、「ｉｄｃｐ」は、洋上風力発電２００によって発電されて直流昇圧変換器１００に集電される電力の電流値を示す。「Ｖｄｃｐ」は、洋上風力発電２００によって発電されて直流昇圧変換器１００に集電される電力の電圧値を示す。また、「Ｖｄｃｓｋ（ｋは自然数）」は、Ｎ個ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々から出力される出力電圧各々を示す。例えば、図２に示す例では、４つある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々から出力される出力電圧各々は、「Ｖｄｃｓ１」、「Ｖｄｃｓ２」、「Ｖｄｃｓ３」及び「Ｖｄｃｓ４」となる。また、「Ｖｄｃｓａｌｌ」は、直流昇圧変換器１００から変電所３００に送電される電圧値を示す。「Ｖｄｃｓａｌｌ」は、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々から出力される出力電圧「Ｖｄｃｓｋ（ｋは自然数）」の和となる。また、「ｉｄｃｓ」は、直流接続された複数の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々のうち最下流にある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々から出力される出力電流値を示す。すなわち、出力電流値「ｉｄｃｓ」は、直流昇圧変換器１００から変電所３００に送電される電流値となる。また、「Ｖａｃｐ」は、変圧器の一次側電圧であり、「Ｖａｃｐ１」は、１段目のモジュールにおけるものである。「Ｖａｃｓ」は、変圧器の二次側電圧であり，「Ｖａｃｓ１」は、１段目のモジュールにおけるものである。「ｉａｃｐ」は、変圧器の一次側電流である。「Ｃｓ」は、スナバコンデンサである。「Ｃｄｃ」は、直流コンデンサである。「Δθｄｃｐ」は、変圧器の一次側と二次側の電圧位相差である。「Ｌｌｉｎｅ」は、直流昇圧変換器１００から変電所３００までの送電線を模擬したインダクタンスを示す。「Ｖｉｎｖ」は、直流送電系統側の電圧である。「Ｌ１」は、変圧器の漏れインダクタンス値である。 As shown in FIG. 2, hereinafter, various values related to the DC boost converter 100 according to the first embodiment will be described as follows. For example, “idcp” indicates a current value of power generated by the offshore wind power generation 200 and collected by the DC boost converter 100. “Vdcp” indicates a voltage value of electric power generated by the offshore wind power generation 200 and collected by the DC boost converter 100. “Vdcs k (k is a natural number)” indicates each output voltage output from each of the N isolated DC-DC converter modules 110. For example, in the example shown in FIG. 2, the output voltages output from each of the four isolated DC-DC converter modules 110 are “Vdcs 1”, “Vdcs 2”, “Vdcs 3”, and “Vdcs 4”. Become. “Vdcs all” represents a voltage value transmitted from the DC boost converter 100 to the substation 300. “Vdcs all” is the sum of output voltages “Vdcs k (k is a natural number)” output from each of the plurality of insulated DC-DC converter modules 110. “Idcs” indicates an output current value output from each of the insulated DC-DC converter modules 110 at the most downstream among the plurality of insulated DC-DC converter modules 110 connected in direct current. That is, the output current value “idcs” is a current value transmitted from the DC boost converter 100 to the substation 300. “Vacp” is the primary voltage of the transformer, and “Vacp1” is in the first-stage module. “Vacs” is the secondary voltage of the transformer, and “Vacs1” is in the first-stage module. “Iacp” is the primary current of the transformer. “Cs” is a snubber capacitor. “Cdc” is a DC capacitor. “Δθdcp” is a voltage phase difference between the primary side and the secondary side of the transformer. “Lline” indicates an inductance simulating a power transmission line from the DC boost converter 100 to the substation 300. “Vinv” is a voltage on the DC power transmission system side. “L1” is a leakage inductance value of the transformer.

ここで、提案する直流昇圧変換器１００を動作させる際には、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０を直列接続することで得られる電圧を均一に保つための制御が必要となる。一般に、出力電圧制御を行う絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの場合、複数の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを、入力側を並列、出力側を直列接続すると、すなわち、ＩＰＯＳ（Input-parallel and Output-series）とすることで、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ間の協調制御を用いなくても、全てのコンバータの変換電力は均一となり、出力電圧を維持したまま運転が可能となる。この場合、コンバータの入力側は、電圧源として動作する電源が接続される必要がある。しかしながら、第１の実施形態に係る直流昇圧変換器１００では、入力側に接続される電力源は、洋上風力発電２００であり、出力が変動する。このため、直流集電系統の電圧を一定に保つように、直流昇圧変換器１００を制御する必要がある。ここで、複数の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０をＩＰＯＳ構成に接続した場合、入力電圧の制御を行うと、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０間で出力電圧の不均一が発生し、安定に動作を継続できないことが知られている。同様の事象の発生は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の入力側を直列、出力側を並列に接続して出力電圧を制御する場合、すなわち、ＩＳＯＰ（Input-series and Output-parallel）構成とする場合にも報告されている。 Here, when operating the proposed DC step-up converter 100, it is necessary to perform control to keep the voltage obtained by connecting the isolated DC-DC converter modules 110 in series uniform. Generally, in the case of an isolated DC-DC converter that performs output voltage control, a plurality of isolated DC-DC converters are connected in parallel on the input side and in series on the output side, that is, IPOS (Input-parallel and Output-series). By doing so, the conversion power of all the converters becomes uniform without using cooperative control between a plurality of insulated DC-DC converters, and operation can be performed while maintaining the output voltage. In this case, a power source operating as a voltage source needs to be connected to the input side of the converter. However, in the DC boost converter 100 according to the first embodiment, the power source connected to the input side is the offshore wind power generation 200, and the output fluctuates. For this reason, it is necessary to control the DC boost converter 100 so as to keep the voltage of the DC current collecting system constant. Here, when a plurality of isolated DC-DC converter modules 110 are connected to the IPOS configuration, when the input voltage is controlled, output voltage non-uniformity occurs between the insulated DC-DC converter modules 110, and the stable operation is achieved. It is known that the operation cannot be continued. The occurrence of a similar event occurs when the output voltage is controlled by connecting the input side of the isolated DC-DC converter module 110 in series and the output side in parallel, that is, with an ISOP (Input-series and Output-parallel) configuration. It has also been reported if.

このことを踏まえ、第１の実施形態では、以下に詳細に説明するように、コンバータ部制御装置１２０が、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０間の出力電圧が均一になるように制御することで、システムを安定に動作させることを可能とする。なお、以下では、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々から出力される出力電圧が所定の電圧「Ｖｄｃ」となるように制御する場合を用いて説明する。所定の電圧「Ｖｄｃ」は、例えば、直流昇圧変換器１００の管理者によって設定される。 Based on this, in the first embodiment, as will be described in detail below, the converter unit control device 120 controls the output voltage between the plurality of isolated DC-DC converter modules 110 to be uniform. This makes it possible to operate the system stably. In the following description, the output voltage output from each of the isolated DC-DC converter modules 110 is controlled to be a predetermined voltage “Vdc”. The predetermined voltage “Vdc” is set by an administrator of the DC boost converter 100, for example.

図４は、第１の実施形態におけるコンバータ部制御装置の一例について示す図である。コンバータ部制御装置１２０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などである。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the converter unit control device according to the first embodiment. The converter unit control device 120 is an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), a central processing unit (CPU), a micro processing unit (MPU), or the like.

コンバータ部制御装置１２０では、入力直流電力の電圧「Ｖｄｃｐ」を所定の電圧「Ｖｄｃ」と一致させるための位相のシフト量である第１のシフト量「Δθｄｃｐ」を算出する。そして、コンバータ部制御装置１２０では、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ各々について、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の第２の端子１１２から出力される出力電圧「Ｖｄｃｓｋ」と、出力端子１０３から出力される出力直流電力の電圧「Ｖｄｃｓａｌｌ」を絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の数「Ｎ」で除算することで得られる電圧である絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧「Ｖｄｃｓａｖｇ」とを一致させるための位相のシフト量である第２のシフト量「Δθｄｃｓｋ」を算出する。そして、コンバータ部制御装置１２０は、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々に対して、第１のシフト量「Δθｄｃｐ」から第２のシフト量「Δθｄｃｓｋ」を減算したシフト量「Δθｋ」を与えることで、入力直流電力の電圧「Ｖｄｃｐ」が所定の電圧「Ｖｄｃ」となるように制御する。 The converter unit control device 120 calculates a first shift amount “Δθdcp” that is a phase shift amount for making the voltage “Vdcp” of the input DC power coincide with the predetermined voltage “Vdc”. In converter unit control device 120, for each of a plurality of isolated DC-DC converters, output voltage “Vdcs k” output from second terminal 112 of isolated DC-DC converter module 110 and output terminal 103. The isolated DC-DC converter average voltage “Vdcs avg”, which is a voltage obtained by dividing the output DC power voltage “Vdcs all” by the number of isolated DC-DC converter modules 110 “N”, A second shift amount “Δθdcs k”, which is a phase shift amount for making the two values coincide with each other, is calculated. The converter unit control device 120 then subtracts the second shift amount “Δθdcs k” from the first shift amount “Δθdcp” for each of the plurality of isolated DC-DC converter modules 110. , The voltage “Vdcp” of the input DC power is controlled to be a predetermined voltage “Vdc”.

より詳細には、コンバータ部制御装置１２０は、図４に示すように、コンバータ部１０２の複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０各々に設けられるモジュール制御装置１２１各々と、中央制御装置１２２とを含む。モジュール制御装置１２１と、中央制御装置１２２とは、それぞれ、「第１のコンバータ部制御装置」と、「第２のコンバータ部制御装置」とも称する。また、モジュール制御装置１２１と、中央制御装置１２２とは、絶縁されている。ここで、モジュール制御装置１２１各々は、例えば、それぞれ、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０各々に搭載され、中央制御装置１２２は、例えば、モジュール制御装置１２１各々とは別に設けられる。 More specifically, as shown in FIG. 4, the converter unit control device 120 includes a module control device 121 provided in each of the plurality of isolated DC-DC converter modules 110 of the converter unit 102, and a central control device 122. Including. The module control device 121 and the central control device 122 are also referred to as a “first converter unit control device” and a “second converter unit control device”, respectively. Further, the module control device 121 and the central control device 122 are insulated. Here, each of the module control devices 121 is mounted on, for example, each of the isolated DC-DC converters 110, and the central control device 122 is provided separately from, for example, each of the module control devices 121.

ここで、中央制御装置１２２は、入力直流電力の電圧「Ｖｄｃｐ」を所定の電圧「Ｖｄｃ」と一致させるための位相のシフト量である第１のシフト量「Δθｄｃｐ」を算出する。そして、中央制御装置１２２は、出力端子１０３から出力される出力直流電力の電圧「Ｖｄｃｓａｌｌ」を絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の数「Ｎ」で除算することで得られる電圧である絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧「Ｖｄｃｓａｖｇ」を算出する。そして、中央制御装置１２２は、算出した第１のシフト量「Δθｄｃｐ」と絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧「Ｖｄｃｓａｖｇ」とをモジュール制御装置１２１各々に送信する。 Here, the central controller 122 calculates a first shift amount “Δθdcp”, which is a phase shift amount for making the voltage “Vdcp” of the input DC power coincide with the predetermined voltage “Vdc”. The central control unit 122 then divides the voltage “Vdcs all” of the output DC power output from the output terminal 103 by the number “N” of the insulation type DC-DC converter modules 110, and is an insulation type. An average voltage “Vdcs avg” for each DC-DC converter is calculated. Then, the central control device 122 transmits the calculated first shift amount “Δθdcp” and the average voltage for each isolated DC-DC converter “Vdcs avg” to each of the module control devices 121.

また、複数あるモジュール制御装置１２１は、それぞれ、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の第２の端子１１２から出力される出力電圧「Ｖｄｃｓｋ」を取得し、中央制御装置１２２から受信した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧「Ｖｄｃｓａｖｇ」と出力電圧「Ｖｄｃｓｋ」とを一致させるための位相のシフト量である第２のシフト量「Δθｄｃｓｋ」を算出する。そして、複数あるモジュール制御装置１２１は、それぞれ、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０に対して、第１のシフト量「Δθｄｃｐ」から第２のシフト量「Δθｄｃｓｋ」を減算したシフト量「Δθｋ」を与える。 Each of the plurality of module control devices 121 acquires the output voltage “Vdcs k” output from the second terminal 112 of the isolated DC-DC converter module 110, and receives the isolated DC received from the central control device 122. A second shift amount “Δθdcs k”, which is a phase shift amount for making the DC converter average voltage “Vdcs avg” and the output voltage “Vdcs k” coincide, is calculated. Then, the plurality of module control devices 121 each have a shift amount “Δθk” obtained by subtracting the second shift amount “Δθdcs k” from the first shift amount “Δθdcp” with respect to the isolated DC-DC converter module 110. give.

その後、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０では、スイッチ素子１１３の開閉タイミングの位相が「Δθｋ」シフトされることで、第２の端子１１２から出力される出力電圧が制御される。この結果、直流昇圧変換器１００では、入力直流電力の電圧「Ｖｄｃｐ」が所定の電圧「Ｖｄｃ」となるように制御される。 Thereafter, in each of the isolated DC-DC converter modules 110, the phase of the switching timing of the switch element 113 is shifted by “Δθk”, whereby the output voltage output from the second terminal 112 is controlled. As a result, the DC boost converter 100 is controlled so that the voltage “Vdcp” of the input DC power becomes the predetermined voltage “Vdc”.

すなわち、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０は、「Δθｋ」が与えられることで、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０にて変換される電力の大きさが変化し、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０から出力される電圧が変化する。このことを踏まえ、例えば、入力電圧が上がった場合には、Δθを上げることで出力電圧の上昇を防止し、入力電圧が下がってきた場合には、Δθを下げることで出力電圧の降下を防止する。この結果、高圧直流送電における直流昇圧変換を実現可能となる。 That is, in the isolated DC-DC converter module 110, when “Δθk” is given, the magnitude of the electric power converted by the insulated DC-DC converter module 110 changes, and the insulated DC-DC converter module 110 is changed. The voltage output from is changed. Based on this, for example, when the input voltage rises, increase the output voltage by increasing Δθ, and when the input voltage decreases, decrease the output voltage by decreasing Δθ. To do. As a result, DC boost conversion in high-voltage DC transmission can be realized.

また、上述したように、コンバータ部制御装置１２０を階層構造に構成することで、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０に伝送する信号を、「Ｖｄｃｓａｖｇ」と「Δｄｃｐ」の２つのみとすることが可能となる。第１の実施形態に係る直流昇圧変換器１００では、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の出力側の電位が高く、信号を伝送する場合にも高い絶縁性能が要求される。ここで、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０に伝送する信号が２つのみとすることができ、伝送信号の本数を低減することができる結果、直流昇圧変換器１００の簡略化が可能となる。 Further, as described above, the converter unit control device 120 is configured in a hierarchical structure, so that only two signals “Vdcs avg” and “Δdcp” are transmitted to each isolated DC-DC converter module 110. It becomes possible. In the DC step-up converter 100 according to the first embodiment, the potential on the output side of the insulation type DC-DC converter module 110 is high, and high insulation performance is required even when a signal is transmitted. Here, only two signals can be transmitted to each isolated DC-DC converter module 110, and the number of transmission signals can be reduced. As a result, the DC boost converter 100 can be simplified. .

（シミュレーション）
図５及び図６に示す回路定数を用いて行った計算機シミュレーション結果について説明する。図５は、直流昇圧変換器における回路定数の一例を示す図である。図６は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路定数の一例を示す図である。計算機シミュレーションでは、基本動作及び出力電圧均一化制御の検証を主目的とし、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の数が「４」個である場合を用いた。ただし、これに限定されるものではない。例えば、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の数を「４０」個とすることで、「２０ＭＷ」「２５０ｋＶ」に対応する直流昇圧変換器１００を実現可能となる。なお、図５及び図６において、「Ｐｒｅ−ｃｈａｒｇｅｒｅｓｉｓｔｏｒ」は、出力端子１０３において、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを直流送電系統に接続する際に、コンデンサＣｄｃを予め充電するために挿入する，初期充電用の抵抗器である。「Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」は、図３のスイッチ素子１１３のスイッチング周波数である。「ＤＣｃａｐａｃｉｔｏｒ」は、図３の直流コンデンサ１１１および１１２である。 (simulation)
The computer simulation results performed using the circuit constants shown in FIGS. 5 and 6 will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of circuit constants in the DC boost converter. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of circuit constants of the insulation type DC-DC converter. In the computer simulation, the main purpose is to verify basic operation and output voltage equalization control, and the number of isolated DC-DC converter modules 110 is “4”. However, it is not limited to this. For example, by setting the number of insulated DC-DC converter modules 110 to “40”, it is possible to realize the DC boost converter 100 corresponding to “20 MW” and “250 kV”. 5 and 6, “Pre-charge resistor” is an initial charge inserted at the output terminal 103 to precharge the capacitor Cdc when the DC-DC converter module is connected to the DC power transmission system. It is a resistor. “Switching frequency” is the switching frequency of the switch element 113 in FIG. 3. “DC capacitor” is the DC capacitors 111 and 112 of FIG.

以下では、計算機シミュレーションにより得られた直流昇圧変換器の起動時における動作波形と、定常運転時における動作波形について簡単に説明した上で、入力電流を変化させた場合における動作波形と、直流送電系統の電圧を変化させた場合の動作波形とについて順に説明する。以下に説明する計算機シミュレーションでは、上述したコンバータ部制御装置１２０による制御を行っている。 In the following, after briefly explaining the operation waveform at startup of the DC boost converter and the operation waveform at steady operation obtained by computer simulation, the operation waveform when the input current is changed, and the DC power transmission system The operation waveforms when changing the voltage of will be described in order. In the computer simulation described below, control by the converter unit control device 120 described above is performed.

図７−１及び図７−２は、計算機シミュレーションにより得られた直流昇圧変換器の起動時における動作波形を示す図である。図７−１に示す動作波形と図７−２に示す動作波形とは、それぞれ、コンバータ部１０２の，直流集電系統側に得られた動作波形と、直流送電系統側に得られた動作波形を示す。 FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating operation waveforms at the time of starting the DC boost converter obtained by computer simulation. The operation waveform shown in FIG. 7A and the operation waveform shown in FIG. 7B are the operation waveform obtained on the DC power collection system side and the operation waveform obtained on the DC power transmission system side, respectively. Indicates.

直流昇圧変換器１００を起動する際には、まず、コンデンサＣｓを初期充電する。ここで、初期充電に用いられる電力の供給を、発電源から受ける場合と、直流送電系統から受ける場合の２方式が考えられる。以下では、直流送電系統から電力の供給を受ける場合を用いて説明する。 When starting up the DC boost converter 100, first, the capacitor Cs is initially charged. Here, there are two methods of receiving power supply for initial charging from a power generation source and receiving from a DC power transmission system. Below, it demonstrates using the case where electric power supply is received from a DC power transmission system.

具体的には、まず、受電側の交直変換器によって、直流送電系統を荷電した状態とする。そして、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０のスイッチ素子１１３のうち、直流集電系統側にあるスイッチ「Ｑｐ」をゲートブロック状態とし、直流送電系統側にあるスイッチ「Ｑｓ」にはゲート信号を与えておく。ここで、図７−１及び図７−２に示す例において、時刻「５０ｍｓ」の時点において、「４００Ω」の充電抵抗を介して、直流昇圧変換器１００を直流送電系統に連系した。この結果、直流昇圧変換器１００の直流コンデンサ「ＣＤＣ」が充電される。また、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０では、ゲート信号を与えた直流送電系統側の回路がインバータとして動作し、変圧器が励磁する。また、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０では、ゲートブロック状態とした直流集電系統側の回路はダイオード整流器として動作し、変圧器を介して直流送電系統側から電力の供給を受け、直流集電系統側の直流コンデンサも充電される。 Specifically, first, the DC power transmission system is charged by the AC / DC converter on the power receiving side. Of the switch elements 113 of the insulated DC-DC converter module 110, the switch “Q p” on the DC power collection system side is set to the gate block state, and the switch “Q s” on the DC power transmission system side is set to the gate signal. Give it. Here, in the example shown in FIGS. 7A and 7B, the DC boost converter 100 is connected to the DC power transmission system via the charging resistance of “400Ω” at the time “50 ms”. As a result, the DC capacitor “C DC” of the DC boost converter 100 is charged. In the insulated DC-DC converter module 110, the circuit on the DC power transmission system side to which the gate signal is applied operates as an inverter, and the transformer is excited. In the insulated DC-DC converter module 110, the circuit on the side of the DC current collection system in the gate block state operates as a diode rectifier, receives power supply from the DC power transmission system side via the transformer, and receives the DC current collection. The system side DC capacitor is also charged.

その後、図７−１及び図７−２に示す例において、時刻「２５０ｍｓ」の時点において、充電抵抗を短絡し、直流昇圧変換器を直流送電系統に直結した。それと同時に、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０において、直流集電系統側にある変換器のゲートブロックを解除し、運転を開始した。この結果、直流昇圧変換器１００の入力側電圧「Ｖｄｃｐ」を既定の電圧に保つとともに、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の出力電圧「Ｖｄｃｓｋ」を均一に保つ制御が有効となる。上述の１連の手順で直流昇圧変換器１００が起動した後に、直流集電系統側の開閉器を投入することで、風力発電機から集約された電力の変換が行われる。 Thereafter, in the example shown in FIGS. 7A and 7B, at the time “250 ms”, the charging resistor was short-circuited, and the DC boost converter was directly connected to the DC power transmission system. At the same time, in the insulated DC-DC converter module 110, the gate block of the converter on the DC current collecting system side was released, and the operation was started. As a result, the input side voltage “Vdcp” of the DC boost converter 100 is maintained at a predetermined voltage, and the control for maintaining the output voltage “Vdcs k” of each isolated DC-DC converter module 110 is effective. After the DC step-up converter 100 is started in the above-described sequence of steps, the switch on the DC current collecting system side is turned on to convert the power collected from the wind power generator.

図８−１及び図８−２は、計算機シミュレーションにより得られた定常運転時における動作波形の一例を示す図である。図８−１に示す動作波形と図８−２に示す動作波形とは、それぞれ、直流集電系統側に得られた動作波形と、直流送電系統側に得られた動作波形を示す。 FIGS. 8-1 and FIGS. 8-2 are figures which show an example of the operation | movement waveform at the time of the steady operation obtained by computer simulation. The operation waveform shown in FIG. 8A and the operation waveform shown in FIG. 8B are an operation waveform obtained on the DC power collection system side and an operation waveform obtained on the DC power transmission system side, respectively.

図８−１及び図８−２に示すように、入力電圧「Ｖｄｃｐ」が指令値となる「６．３ｋＶ」に維持されるとともに、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の出力電圧「Ｖｄｃｓｋ」の平均値が均一に保たれる。ここで、フルブリッジインバータは、スイッチング周波数が「５ｋＨｚ」で動作しており、高周波変圧器には「５ｋＨｚ」の交流電圧「Ｖａｃｐｋ」が印加される。この結果、電力の脈動は「５ｋＨｚ」の２倍の「１０ｋＨｚ」となり、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の出力電圧「Ｖｄｃｓｋ」には、「１０ｋＨｚ」のリプルが確認された。また、４つの絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０は、それぞれ動作位相を４５度ずつずらしたインターリーブ運転を行っている結果、出力電圧「Ｖｄｃｓａｌｌ」のリプルは４倍となり、「４０ｋＨｚ」となった。 As shown in FIGS. 8A and 8B, the input voltage “Vdcp” is maintained at “6.3 kV” as a command value, and the output voltage “Vdcs k” of the isolated DC-DC converter module 110 is maintained. The average value of is kept uniform. Here, the full-bridge inverter operates at a switching frequency of “5 kHz”, and an AC voltage “Vacpk” of “5 kHz” is applied to the high-frequency transformer. As a result, the pulsation of the electric power became “10 kHz” which is twice that of “5 kHz”, and a ripple of “10 kHz” was confirmed in the output voltage “Vdcs k” of each isolated DC-DC converter module 110. In addition, the four isolated DC-DC converter modules 110 perform the interleave operation with the operation phase shifted by 45 degrees, respectively. As a result, the ripple of the output voltage “Vdcs all” is quadrupled to “40 kHz”. It was.

図９−１及び図９−２は、計算機シミュレーションによって入力電流を増減させた場合に得られた動作波形の一例を示す図である。図９−１に示す動作波形と図９−２に示す動作波形とは、それぞれ、ＭＶＤＣとした場合に得られた動作波形と、ＨＶＤＣとした場合に得られた動作波形を示す。図９−１及び図９−２に示す例では、入力電流「ｉｄｃｐ」を「０Ａ」から「３２０Ａ」の間で増減させた場合の動作波形を示した。 9A and 9B are diagrams illustrating examples of operation waveforms obtained when the input current is increased or decreased by computer simulation. The operation waveform shown in FIG. 9A and the operation waveform shown in FIG. 9B show the operation waveform obtained when the MVDC is used, and the operation waveform obtained when the HVDC is used. In the example illustrated in FIGS. 9A and 9B, the operation waveform when the input current “i dcp” is increased or decreased between “0A” and “320A” is illustrated.

図９−１及び図９−２に示す例では、入力電流「ｉｄｃｐ」の増減に伴って、入力電圧「Ｖｄｃｐ」は一時的に最大で３％ほど増減するが、コンバータ部制御装置１２０による制御によって、一定時間後には指令値となる「６．３ｋＶ」に維持された。出力電流「ｉｄｃｓ」は、直流送電線を模擬したインダクタンス「Ｌｌｉｎｅ」の影響により、入力電流「ｉｄｃｐ」の増加後、若干の遅れを伴って増加した。この結果、「Ｖｄｃｓａｌｌ」が一時的に上昇し、入出力間のエネルギーの差異を吸収した。また、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の出力電圧「Ｖｄｃｓｋ」は、入力電流「ｉｄｃｐ」が増減した場合にも、コンバータ部制御装置１２０による制御によって電圧バランスが均一に保持された。 In the example shown in FIGS. 9A and 9B, the input voltage “Vdcp” temporarily increases or decreases by about 3% as the input current “i dcp” increases or decreases. By control, it was maintained at “6.3 kV”, which becomes a command value after a certain time. The output current “i dcs” increased with a slight delay after the input current “i dcp” increased due to the influence of the inductance “L line” simulating a DC transmission line. As a result, “Vdcs all” temporarily increased and absorbed the difference in energy between input and output. Further, the output voltage “Vdcs k” of each of the isolated DC-DC converter modules 110 was uniformly maintained by the control by the converter unit control device 120 even when the input current “i dcp” increased or decreased.

図１０−１及び図１０−２は、計算機シミュレーションによって直流送電系統の電圧を低下させた場合に得られた動作波形の一例を示す図である。図１０−１に示す動作波形と図１０−２に示す動作波形とは、それぞれ、直流集電系統側に得られた動作波形と、直流送電系統側に得られた動作波形を示す。図１０−１及び図１０−２に示す例では、直流送電系統の電圧「Ｖｉｎｖ」を、時刻「２０ｍｓ」から時刻「６０ｍｓ」にかけてランプ状に定格値から５％低下させた場合を示した。 10A and 10B are diagrams illustrating examples of operation waveforms obtained when the voltage of the DC power transmission system is reduced by computer simulation. The operation waveform shown in FIG. 10-1 and the operation waveform shown in FIG. 10-2 show an operation waveform obtained on the DC power collection system side and an operation waveform obtained on the DC power transmission system side, respectively. In the example illustrated in FIGS. 10A and 10B, the voltage “Vinv” of the DC power transmission system is reduced by 5% from the rated value in a ramp shape from the time “20 ms” to the time “60 ms”.

図１０−１及び図１０−２に示すように、直流送電系統の電圧「Ｖｉｎｖ」の低下に伴い、直流昇圧変換器の出力電圧「Ｖｄｃｓａｌｌ」は低下した。また、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の出力コンデンサの容量は等しい結果、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０の直流電圧「Ｖｄｃｓｋ」は均一に低下した。この際、入力電圧「Ｖｄｃｐ」は制御によって既定の値に保持されており、電圧が低下する前と同量の電力が流入している。この結果、直流送電系統側の出力電流「ｉｄｃｓ」は、「７７Ａ」から「８１Ａ」へと約５％増加することで、直流昇圧変換器１００では入出力電力が一致するように動作した。このように、第１の実施形態におけるコンバータ部制御装置１２０によれば、直流送電系統に電圧変動が発生しても、集電系統には影響を与えずに運転可能であった。 As illustrated in FIGS. 10A and 10B, the output voltage “Vdcs all” of the DC boost converter decreases as the voltage “Vinv” of the DC power transmission system decreases. In addition, as a result of the equal capacitance of the output capacitor of each insulation type DC-DC converter module 110, the DC voltage “Vdcs k” of each insulation type DC-DC converter module 110 was uniformly reduced. At this time, the input voltage “Vdcp” is maintained at a predetermined value by the control, and the same amount of electric power as that before the voltage drops flows. As a result, the output current “idcs” on the DC power transmission system side increased from “77A” to “81A” by about 5%, so that the DC boost converter 100 operated so that the input / output powers matched. Thus, according to the converter part control apparatus 120 in 1st Embodiment, even if the voltage fluctuation generate | occur | produced in the direct current power transmission system, it was able to drive | operate, without affecting a current collection system.

（第１の実施形態の効果）
上述したように、実施形態１によれば、直流昇圧変換器は、１つの態様において、直流電力となる入力直流電力を受け付ける入力端子を有する。また、直流昇圧変換器は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数有し、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第１の端子各々が並列に入力端子と接続されるコンバータ部を有する。また、直流昇圧変換器は、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の端子各々と直列に接続され、コンバータ部により電圧が昇圧された直流電力である出力直流電力を出力する出力端子を有する。また、直流昇圧変換器は、入力直流電力の電圧が所定の電圧となるようにコンバータ部を制御するコンバータ部制御装置として、コンバータ部の複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ各々に設けられる第１のコンバータ部制御装置と、第２のコンバータ部制御装置とを有する。この結果、各々のＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧比を高めることなく、高圧直流送電における直流昇圧変換を実現可能となる。さらに、この結果、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０に伝送する信号が２つのみとなり、伝送信号の本数を低減することができる結果、直流昇圧変換器１００の簡略化が可能となる。 (Effects of the first embodiment)
As described above, according to the first embodiment, the DC boost converter has, in one aspect, an input terminal that receives input DC power that is DC power. The DC boost converter has a plurality of insulated DC-DC converters, and has a converter unit in which the first terminals of the plurality of insulated DC-DC converters are connected in parallel to the input terminals. The DC boost converter has an output terminal that is connected in series with each of the second terminals of the plurality of isolated DC-DC converters and outputs output DC power that is DC power whose voltage is boosted by the converter unit. . The DC boost converter is a converter unit control device that controls the converter unit so that the voltage of the input DC power becomes a predetermined voltage. It has a converter unit control device and a second converter unit control device. As a result, DC boost conversion in high-voltage DC transmission can be realized without increasing the boost ratio of each DC-DC converter. Further, as a result, only two signals are transmitted to each isolated DC-DC converter module 110, and the number of transmission signals can be reduced. As a result, the DC boost converter 100 can be simplified.

開示する直流昇圧変換器は、１つの態様において、第１のコンバータ部制御装置各々は、相互に絶縁されている。この結果、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０各々における電圧が必ずしも同一とはならない状況下において、複数ある、第１のコンバータ部制御装置を各絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０との間で絶縁する必要が無くなり、直流昇圧変換器１００の簡略化が可能となる。 In the DC boost converter to be disclosed, in one aspect, the first converter unit control devices are insulated from each other. As a result, it is necessary to insulate a plurality of first converter control devices from each of the isolated DC-DC converter modules 110 in a situation where the voltages in each of the isolated DC-DC converters 110 are not necessarily the same. Thus, the DC boost converter 100 can be simplified.

開示する直流昇圧変換器は、１つの態様において、第２のコンバータ部制御装置は、入力直流電力の電圧を所定の電圧と一致させるための位相のシフト量である第１のシフト量を算出し、出力端子から出力される出力直流電力の電圧を絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの数で除算することで得られる電圧である絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧を算出し、算出した第１のシフト量と絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧とを第１のコンバータ部制御装置各々に送信する。また、第１のコンバータ部制御装置は、それぞれ、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の端子から出力される出力電圧を取得し、第２のコンバータ部制御装置から受信した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ毎平均電圧と出力電圧とを一致させるための位相のシフト量である第２のシフト量を算出し、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに対して、第１のシフト量から第２のシフト量を減算したシフト量を与えることで、入力直流電力の電圧が所定の電圧となるように制御する。この結果、高圧直流送電における直流昇圧変換を簡単に実現可能となる。 In one aspect of the disclosed DC boost converter, the second converter unit control device calculates a first shift amount that is a phase shift amount for matching the voltage of the input DC power with a predetermined voltage. And calculating the average voltage for each isolated DC-DC converter, which is a voltage obtained by dividing the voltage of the output DC power output from the output terminal by the number of isolated DC-DC converters, and calculating the calculated first shift. The amount and the average voltage per isolated DC-DC converter are transmitted to each of the first converter unit control devices. Each of the first converter unit control devices acquires an output voltage output from the second terminal of the isolated DC-DC converter, and receives the output voltage received from the second converter unit control device. A second shift amount, which is a phase shift amount for making the average voltage and the output voltage coincide with each other, is calculated, and the second shift amount is subtracted from the first shift amount with respect to the isolated DC-DC converter. By giving the shifted amount, control is performed so that the voltage of the input DC power becomes a predetermined voltage. As a result, DC boost conversion in high-voltage DC transmission can be easily realized.

また、第１の実施形態に係る直流昇圧変換器１００によれば、直流昇圧変換器１００に入力される電流値が変動することで、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１１０からの出力電圧がばらついてきたとしても、直流昇圧変換器１００から出力される出力電圧が一定になるように制御可能となる。 Further, according to the DC boost converter 100 according to the first embodiment, the output voltage from each isolated DC-DC converter module 110 varies due to fluctuations in the current value input to the DC boost converter 100. Even if it is, the output voltage output from the DC boost converter 100 can be controlled to be constant.

また、第１の実施形態に係る直流昇圧変換器では、１つの実施形態において、入力端子は、発電量が変動する電力源と接続される。また、入力直流電力は、発電量が変動する電力源により入力される電力となる。 In the DC step-up converter according to the first embodiment, in one embodiment, the input terminal is connected to a power source whose power generation amount varies. Further, the input DC power is power input from a power source whose power generation varies.

１００直流昇圧変換器
１０１入力端子
１０２コンバータ部
１０３出力端子
１１０絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール
１１１第１の端子
１１２第２の端子
１１３スイッチ素子
１２０コンバータ部制御装置
１２１モジュールコンバータ部制御装置
１２２中央コンバータ部制御装置
２００洋上風力発電
２１０発電源
２２０パワーコンディショナー
３００変電所 100 DC Boost Converter 101 Input Terminal 102 Converter Unit 103 Output Terminal 110 Isolated DC-DC Converter Module 111 First Terminal 112 Second Terminal 113 Switch Element 120 Converter Unit Controller 121 Module Converter Unit Controller 122 Central Converter Unit Control device 200 Offshore wind power generation 210 Power generation 220 Power conditioner 300 Substation

Claims

An input terminal for receiving input DC power to be DC power;
A plurality of insulated DC-DC converters having a first terminal and a second terminal insulated from each other and outputting DC power from the second terminal based on the input DC power input to the first terminal A plurality of first DC-DC converter first terminals connected in parallel to the input terminals;
Plurality of second terminals each of the isolated DC-DC converter are connected in series, based on the DC power output from each of the isolated DC-DC converter, the voltage of the input DC power by the converter section An output terminal that outputs output DC power that is boosted DC power;
DC converter having a first converter unit controller and a second converter unit controller provided in each of the plurality of isolated DC-DC converters of the converter unit as a converter unit controller for controlling the converter unit vessel.

2. The DC boost converter according to claim 1, wherein the first converter unit control devices are insulated from each other.

The second converter unit control device includes:
Calculating a first shift amount which is a shift amount of the phase for making the voltage of the input DC power coincide with a predetermined voltage;
An average voltage for each isolated DC-DC converter, which is a voltage obtained by dividing the voltage of the output DC power output from the output terminal by the number of the isolated DC-DC converters, is calculated.
The calculated first shift amount and the average voltage for each isolated DC-DC converter are transmitted to each of the first converter unit control devices,
The first converter unit control devices are respectively
An output voltage output from the second terminal of the isolated DC-DC converter is acquired, and the average voltage and the output voltage for each of the isolated DC-DC converters received from the second converter control unit are obtained. Calculating a second shift amount that is a shift amount of the phase for matching,
Control is performed so that the voltage of the input DC power becomes the predetermined voltage by applying a shift amount obtained by subtracting the second shift amount from the first shift amount to the isolated DC-DC converter. The direct current step-up converter according to claim 1 or 2, characterized in that:

The input terminal is connected to a power source whose power generation amount varies,
The DC boost converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the input DC power is power input by the power source whose power generation amount varies.

An input terminal for receiving input DC power to be DC power;
A converter unit having a plurality of isolated DC-DC converters, and a plurality of first terminals of the plurality of isolated DC-DC converters connected in parallel to the input terminal;
An output terminal connected in series with each of a plurality of second terminals of the plurality of insulated DC-DC converters and outputting an output DC power which is a DC power whose voltage is boosted by the converter unit;
As a converter unit control device that controls the converter unit so that the voltage of the input DC power becomes a predetermined voltage, a first converter unit control device provided in each of the plurality of isolated DC-DC converters of the converter unit; And the second converter unit control device, wherein the isolated DC-DC converter has a switch element, and is output from the second terminal by shifting the phase of the switching timing of the switch element. A method for controlling a DC boost converter in which an output voltage is controlled,
The second converter unit control device comprises:
Calculating a first shift amount that is a shift amount of the phase for making the voltage of the input DC power coincide with the predetermined voltage;
An average voltage for each isolated DC-DC converter, which is a voltage obtained by dividing the voltage of the output DC power output from the output terminal by the number of the isolated DC-DC converters, is calculated.
The calculated first shift amount and the average voltage for each isolated DC-DC converter are transmitted to each of the first converter unit control devices,
The first converter unit control devices are respectively
An output voltage output from the second terminal of the isolated DC-DC converter is acquired, and the average voltage and the output voltage for each of the isolated DC-DC converters received from the second converter control unit are obtained. Calculating a second shift amount that is a shift amount of the phase for matching,
Control is performed so that the voltage of the input DC power becomes the predetermined voltage by applying a shift amount obtained by subtracting the second shift amount from the first shift amount to the isolated DC-DC converter. A control method characterized by:

An input terminal for receiving input DC power to be DC power;
A converter unit having a plurality of isolated DC-DC converters, and a plurality of first terminals of the plurality of isolated DC-DC converters connected in parallel to the input terminal;
A DC step-up converter having an output terminal connected in series with each of a plurality of second terminals of the isolated DC-DC converter and outputting an output DC power that is a DC power whose voltage has been boosted by the converter unit; A converter unit control device,
The insulated DC-DC converter includes a switch element, and an output voltage output from the second terminal is controlled by shifting a phase of opening and closing timing of the switch element.
The converter unit control device includes:
Calculating a first shift amount which is a shift amount of the phase for making the voltage of the input DC power coincide with a predetermined voltage;
For each of the plurality of insulated DC-DC converters, the output voltage output from the second terminal of the insulated DC-DC converter and the voltage of the output DC power output from the output terminal are converted into the isolated DC-DC converter. Calculating a second shift amount that is a shift amount of the phase for making the average voltage per isolated DC-DC converter that is a voltage obtained by dividing by the number of DC converters;
By giving each of the plurality of insulated DC-DC converters a shift amount obtained by subtracting the second shift amount from the first shift amount, the voltage of the input DC power becomes the predetermined voltage. Thus, the converter unit control apparatus controls the converter unit.