JP6219220B2 - 直流連系システムの周波数制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、直流連系システムの周波数制御装置に関する。

一般に、異なる周波数の電力系統間の電力融通や長距離送電が必要な場合に、直流送電システム、周波数変換システム或いは非同期連系システムなどの直流連系システムが適用される。

例えば、次のような直流連系システムが知られている。

順変換と逆変換する一対の変換器が直流リアクトルを介して直流回路で接続される。一対の変換器は、それぞれ変換器用変圧器を介して別々の電力系統に接続される。直流連系システムの制御部は、片方の変換器を、融通電力指令値に従って演算された直流電流指令値に主回路に流れる直流電流が等しくなるように制御し、もう一方の変換器を、直流電圧が定格値と等しくなるよう制御する。これにより、２つの電力系統の間で電力を融通する。

ここで、直流連系システムに接続される電力系統が弱小系統（接続されている発電機容量が小さい）で負荷変動などにより系統周波数が大きく変動する場合、直流連系システムに周波数制御機能が付加される場合がある。

次に、上述の直流連系システムに周波数制御機能を付加した構成について説明する。

周波数制御では、２つの電力系統のそれぞれの電圧の周波数の差分（周波数偏差）を検出する。検出した周波数偏差は、比例回路などで構成される周波数制御部に与えられ、融通電力指令値に対する補正値が求まる。この補正値を加えた融通電力指令値に従って演算された直流電流指令値に直流電流が等しくなるように、直流回路の変換器を制御する。

これにより、一方の電力系統の周波数が上昇すると、融通電力指令値が増加して融通される電力が増加することにより電力系統で余剰となっていた電力が減少し、周波数の上昇が抑えられる。

２つの電力系統の基本周波数が異なる場合には、基本周波数をベースとして規格化した値を使用して、周波数の差分を検出する。また、２つの電力系統のうち、片方だけが弱小系統で周波数変動が発生しやすいシステムの場合には、周波数変動が発生しやすい系統の周波数のみを検出し、検出した周波数と基本周波数の差分を２つの系統の周波数偏差として使用する場合もある。

特開平１０−２２４９９４号公報 特開２０１１−２２３７１４号公報 特開２０１１−２２３７１５号公報

しかしながら、周波数制御機能を有する複数の直流連系システムで、２つの電力系統を連系することは考慮されておらず、このような構成は、次のような問題が生じる。

融通電力により２つの電力系統の周波数偏差を最小化する場合、周波数偏差に応じて必要な融通電力の変更分（補正値）が決まる。この融通電力の変更分は、それぞれの直流連系システムの融通電力の合計値と等しくする必要がある。

しかし、複数の直流連系システムのそれぞれに系統周波数制御機能がある場合、それぞれの直流連系システムで、周波数偏差に基づいて融通電力の変更分を決定すると、融通電力の変更分の合計値が必要な融通電力の変更分を超過して過剰制御となり、却って周波数変動を助長する可能性がある。一方、直流連系システムの数に応じて、それぞれの直流連系システムで演算される融通電力の変更分が小さくなるように調整した場合、直流連系システムのいくつかが停止すると、融通電力の変更分の合計値が小さくなるため、周波数の制御効果も小さくなる。

そこで、本発明の実施形態の目的は、複数の直流連系システムで電力系統が連系されている場合において、電力系統の周波数変動を効果的に抑制することができる直流連系システムの周波数制御装置を提供することにある。

本発明の実施形態の観点に従った直流連系システムの周波数制御装置は、２つの電力系統を連系し、周波数を制御する複数の直流連系システムの周波数制御装置であって、前記２つの電力系統の周波数偏差を検出する周波数偏差検出手段と、前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する制御をする第１の周波数制御手段と、前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差から予め決められた条件を満たす特定周波数偏差を抽出する特定周波数偏差抽出手段と、前記特定周波数偏差抽出手段により抽出された前記特定周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する制御をする第２の周波数制御手段と、前記第２の周波数制御手段による制御から前記第１の周波数制御手段による制御に切り替える制御切替手段とを備える。

本発明の第１の実施形態に係る直流連系システムの構成を示す構成図。 第１の実施形態に係る直流連系主回路及び変換器制御部の構成を示す構成図。 第１の実施形態に係る切替判定部によるモード切替の判定手順を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る切替判定部のモード切替が生じる場合の周波数偏差の変動を表したグラフ図。 第１の実施形態に係る切替判定部のモード切替が生じない場合の周波数偏差の変動を表したグラフ図。 本発明の第２の実施形態に係る直流連系システムの構成を示す構成図。 本発明の第３の実施形態に係る直流連系システムの構成を示す構成図。 本発明の第４の実施形態に係る直流連系システムの構成を示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る直流連系システム１ａ，１ｂ，１ｃの構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

２つの電力系統２α，２βは、３つの直流連系システム１ａ，１ｂ，１ｃにより連系されている。

直流連系システム１ａは、直流連系主回路３ａ及び周波数制御装置１０ａを備える。周波数制御装置１０ａは、２つの周波数検出部４αａ，４βａ、減算器５ａ、不感帯フィルタ６ａ、周波数制御部７ａ、変換器制御部８ａ、及びモード切替部９ａを備える。

直流連系システム１ｂは、直流連系主回路３ｂ及び周波数制御装置１０ｂを備える。周波数制御装置１０ｂは、２つの周波数検出部４αｂ，４βｂ、減算器５ｂ、不感帯フィルタ６ｂ、周波数制御部７ｂ、変換器制御部８ｂ、及びモード切替部９ｂを備える。

直流連系システム１ｃは、直流連系主回路３ｃ及び周波数制御装置１０ｃを備える。周波数制御装置１０ｃは、２つの周波数検出部４αｃ，４βｃ、減算器５ｃ、不感帯フィルタ６ｃ、周波数制御部７ｃ、変換器制御部８ｃ、及びモード切替部９ｃを備える。

３つの直流連系システム１ａ〜１ｃは、全て同様に構成されているため、以降では、直流連系システム１ａについて主に説明する。他の２つの直流連系システム１ｂ，１ｃについては、直流連系システム１ａと異なる部分について主に説明する。

図２は、本実施形態に係る直流連系主回路３ａ及び変換器制御部８ａの構成を示す構成図である。

直流連系主回路３ａは、２つの変換器３１αａ，３１βａ、２つの変換器用変圧器３２αａ，３２βａ、直流リアクトル３３ａ、直流電流検出器３４、及び直流電圧検出器３５を備える。

２つの変換器３１αａ，３１βａは、それぞれ順変換と逆変換する一対の変換器である。２つの変換器３１αａ，３１βａは、直流リアクトル３３を介して直流回路で接続される。順変換する変換器３１αａは、変換器用変圧器３２αａを介して電力系統２αに接続される。逆変換する変換器３１βａは、変換器用変圧器３２βａを介して電力系統２βに接続される。直流電流検出器３４及び直流電圧検出器３５は、直流回路に設けられている。直流電流検出器３４は、直流回路に流れる直流電流Ｉｄｃを検出して、変換器制御部８ａに出力する。直流電圧検出器３５は、直流回路に印加される直流電圧Ｅｄｃを検出して、変換器制御部８ａに出力する。

変換器制御部８ａは、加算器８１ａ、電流指令値演算部８２ａ、減算器８３ａ、直流電流制御部８４ａ、減算器８５ａ、及び直流電圧制御部８６ａを備える。

加算器８１ａには、融通電力指令値Ｐｒｅｆ及び周波数制御部７ａにより演算された直流連系システム１ａの担当分の融通電力補正値ΔＰａが入力される。融通電力指令値Ｐｒｅｆは、例えば給電指令所などの上位システムから与えられる。加算器８１ａは、融通電力指令値Ｐｒｅｆに融通電力補正値ΔＰａを加算し、補正された融通電力指令値Ｐｒｅｆ１を電流指令値演算部８２ａに出力する。電流指令値演算部８２ａは、融通電力が融通電力指令値Ｐｒｅｆ１に従うように、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを演算し、演算した直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを減算器８３ａに出力する。

減算器８３ａには、電流指令値演算部８２ａにより演算された直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆ及び直流電流検出器３４により検出された直流電流Ｉｄｃが入力される。減算器８３ａは、直流電流Ｉｄｃから直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを減算した差分を直流電流制御部８４ａに出力する。

直流電流制御部８４ａは、減算器８３ａから入力された直流電流の差分に基づいて、直流電流Ｉｄｃが直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆと等しくなるように、変換器３１αａの出力を制御するための制御指令Ｓαａを変換器３１αａに出力する。

減算器８５ａには、直流回路の電圧定格値Ｅｄｃｒｅｆ及び直流電圧検出器３５により検出された直流電圧Ｅｄｃが入力される。減算器８５ａは、電圧定格値Ｅｄｃｒｅｆから直流電圧Ｅｄｃを減算した差分を直流電圧制御部８６ａに出力する。

直流電圧制御部８６ａは、減算器８５ａから入力された直流電圧の差分に基づいて、直流電圧Ｅｄｃが電圧定格値Ｅｄｃｒｅｆになるように、変換器３１βａの出力を制御するための制御指令Ｓβａを変換器３１βａに出力する。

変換器制御部８ａは、このように２つの変換器３１αａ，３１βａを制御することで、２つの電力系統２α，２βの間で電力を融通する。例えば、電力系統２αの周波数ｆαａが上昇すると、融通電力指令値Ｐｒｅｆ＋融通電力補正値ΔＰａが増加して電力系統２αから電力系統２βへ融通される電力が増加する。これにより、電力系統２αで余剰となっていた電力が減少し周波数上昇が抑えられる。

周波数検出部４αａ，４βａは、それぞれ２つの電力系統２α，２βの電圧の周波数ｆαａ，ｆβａを検出する。周波数検出部４αａ，４βａは、検出した周波数ｆαａ，ｆβａを減算器５ａに出力する。

減算器５ａは、２つの周波数の差分（周波数偏差）Δｆａ＝ｆαａ−ｆβａを演算する。減算器５ａは、演算した周波数偏差Δｆａを不感帯フィルタ６ａ及びモード切替部９ａに出力する。

不感帯フィルタ６ａは、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａを、予め設定された周波数の不感帯を通して、周波数制御部７ａに出力する。差分Δｆａが不感帯の範囲内にあれば、不感帯フィルタ６ａの出力は零になる。差分Δｆａが不感帯の範囲外であれば、入力された差分Δｆａが不感帯フィルタ６ａからそのまま出力される。

周波数制御部７ａは、不感帯フィルタ６ａから入力された周波数偏差Δｆａに応じた融通電力補正値ΔＰａを演算する。周波数制御部７ａは、例えば比例回路などで構成されている。周波数制御部７ａにより演算された融通電力補正値ΔＰａが直流連系システム１ａの担当分の補正値となる。周波数制御部７ａは、演算した融通電力補正値ΔＰａを変換器制御部８ａに出力する。この補正値により、周波数偏差Δｆａが最小化される（零に近づく）ように、２つの変換器３１αａ，３１βａの間で、電力が融通される。

モード切替部９ａは、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａに基づいて、運転モードを、メインモードとサブモードに相互に切り換える。メインモードは、３つの直流連系システム１ａ〜１ｃの中で、周波数制御の中心的役割を果たす運転モードである。サブモードは、メインモードの直流連系システムに対して補助的な周波数制御の役割を果たす運転モードである。３つの直流連系システム１ａ〜１ｃのうち必ず１つは、メインモードで運転され、サブモードで運転される直流連系システムはいくつあってもよいし、無くてもよい。従って、モード切替部９ａは、メインモードで運転している直流連系システムが何らかの理由で停止した場合に、メインモードの役割を引き継ぐための制御をする。

モード切替部９ａは、変動検出部９１ａ、レベル検出部９２ａ、及び切替判定部９３ａを備える。

変動検出部９１ａには、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａが入力される。変動検出部９１ａは、入力された周波数偏差Δｆａの変動分を抽出する。変動検出部９１ａは、例えば不完全微分回路である。変動検出部９１ａは、抽出した周波数偏差Δｆａの変動分をレベル検出部９２ａに出力する。

レベル検出部９２ａには、変動検出部９１ａにより抽出された周波数偏差Δｆａの変動分が入力される。レベル検出部９２ａは、周波数偏差Δｆａの変動分の絶対値が予め設定された閾値以上であれば１を、閾値未満であれば０を、切替判定部９３ａに出力する。

切替判定部９３ａには、予め２つの基準時間Ｔｓｈ，Ｔｃｈが設定されている。基準時間Ｔｓｈは、周波数偏差Δｆａの変動が頻繁であるか否かを判定するための時間である。基準時間Ｔｓｈは、例えば１分と設定されている。基準時間Ｔｃｈは、周波数偏差Δｆａの変動が長時間継続しているか否かを判定するための時間である。基準時間Ｔｃｈは、例えば１０分又は２０分と設定されている。基準時間Ｔｃｈは、全ての直流連系システム１ａ〜１ｃで、異なる時間に設定されている。基準時間Ｔｃｈは、メインモードに切り替わる優先順位の高い直流連系システムほど、短い時間に設定されている。

切替判定部９３ａは、レベル検出部９２ａから出力された値を受信して、取得値Ａｎｓとする。切替判定部９３ａは、取得値Ａｎｓ及び予め設定された２つの基準時間Ｔｓｈ，Ｔｃｈに基づいて、モード切替の判定を行う。サブモードからメインモードへのモード切替の判定基準は、周波数偏差Δｆａの変動によりレベル検出部９２ａから１が頻繁に出力される状態が一定時間継続した場合である。切替判定部９３ａは、不感帯フィルタ６ａの不感帯の範囲を変更することで、運転モードの切り替えを行う。サブモードからメインモードに切り替える場合は、不感帯フィルタ６ａの不感帯を±０Ｈｚに変更する。メインモードからサブモードに切り替える場合は、不感帯フィルタ６ａの不感帯を±０Ｈｚ以外（例えば、±２Ｈｚ）に変更する。

次に、図３を参照して、切替判定部９３ａによるサブモードからメインモードへのモード切替の判定手順について説明する。図３は、この判定手順を示すフローチャートである。

切替判定部９３ａは、レベル検出部９２ａから受信した値を取得値Ａｎｓとする（ステップＳ１１０）。取得値Ａｎｓが１の場合は、切替判定部９３ａは、保持時刻Ｔｈ１に現在時刻Ｔを格納し（ステップＳ１２０のＹｅｓ、ステップＳ１３０）、ステップＳ１４０の判定処理に進む。取得値Ａｎｓが０の場合は、切替判定部９３ａは、ステップＳ１６０の判定処理に進む（ステップＳ１２０のＮｏ）。

ステップＳ１４０の判定処理では、切替判定部９３ａは、保持時刻Ｔｈ２がリセット状態か否かを判定する。保持時刻Ｔｈ２がリセット状態の場合、切替判定部９３ａは、保持時刻Ｔｈ２に現在時刻Ｔを格納し（ステップＳ１４０のＹｅｓ、ステップＳ１５０）、ステップＳ１６０の判定処理に進む。保持時刻Ｔｈ２の初期状態は、リセット状態である。保持時刻Ｔｈ２がリセット状態でない場合、切替判定部９３ａは、ステップＳ１６０の処理に進む（ステップＳ１４０のＮｏ）。

ステップＳ１６０の判定処理では、切替判定部９３ａは、保持時刻Ｔｈ１に格納されている時刻から現在時刻Ｔまでの時間が基準時間Ｔｓｈ（例えば、１分）以上か否かを判定する。切替判定部９３ａは、基準時間Ｔｓｈ以上と判定した場合、保持時刻Ｔｈ２をリセットする（ステップＳ１６０のＹｅｓ、ステップＳ１７０）。切替判定部９３ａは、保持時刻Ｔｈ２に極大値を格納することで、保持時刻Ｔｈ２をリセット状態とする。切替判定部９３ａは、保持時刻Ｔｈ２をリセットすると（ステップＳ１７０）、ステップＳ１８０の判定処理に進む。一方、切替判定部９３ａは、基準時間Ｔｓｈ未満と判定した場合、ステップＳ１８０の判定処理に進む（ステップＳ１６０のＮｏ）。

ステップＳ１８０の判定処理では、切替判定部９３ａは、保持時刻Ｔｈ２に格納されている時刻から現在時刻Ｔまでの時間が基準時間Ｔｃｈ（例えば、１０分）以上か否かを判定する（ステップＳ１８０）。ここで、保持時刻Ｔｈ２がリセット状態であれば、保持時刻Ｔｈ２には極大値が格納されているため、この判定は必ず偽（Ｎｏ）となる。切替判定部９３ａは、基準時間Ｔｃｈ以上と判定した場合、サブモードからメインモードへのモード切替を実行する（ステップＳ１８０のＹｅｓ、ステップＳ１９０）。一方、切替判定部９３ａは、基準時間Ｔｃｈ未満と判定した場合、ステップＳ１１０の処理に戻り、上述の一連の処理を繰り返す（ステップＳ１８０のＮｏ）。

次に、図３、図４及び図５を参照して、切替判定部９３ａによるサブモードからメインモードへのモード切替の動作について説明する。図４は、切替判定部９３ａのモード切替が生じる場合の周波数偏差｜Δｆ｜の変動を表したグラフ図である。図５は、切替判定部９３ａのモード切替が生じない場合の周波数偏差｜Δｆ｜の変動を表したグラフ図である。周波数偏差｜Δｆ｜は、直流連系システム１ａで検出される周波数偏差Δｆａの絶対値に相当する値である。

図４に示すように、周波数偏差の絶対値｜Δf｜の変動が大きい場合は、頻繁にレベル検出器９２ａの閾値を超えるため、保持時刻Ｔｈ１の更新周期が短くなる。このため、ステップＳ１６０の条件式（Ｔ−Ｔｈ１≧Ｔｓｈ）は真とならない。従って、保持時刻Ｔｈ２がリセットされずに、保持時刻Ｔｈ２から現在時刻Ｔまでの時間が増加するため、ステップＳ１８０の条件式（Ｔ−Ｔｈ２≧Ｔｃｈ）が真となり、モード切替が生じる。

一方、図５に示すように、周波数偏差の絶対値｜Δf｜の変動が小さい場合は、レベル検出器９２ａの閾値を超えることが少なく、保持時刻Ｔｈ１の更新周期が長くなる。このため、ステップＳ１６０の条件式（Ｔ−Ｔｈ１≧Ｔｓｈ）が真となる。従って、保持時刻Ｔｈ２がリセットされる。従って、ステップＳ１８０の条件式（Ｔ−Ｔｈ２≧Ｔｃｈ）が真とならないのでモード切替は生じない。

図１を参照して、３つの直流連系システム１ａ〜１ｃの具体的な動作について説明する。

まず、３つの直流連系システム１ａ〜１ｃは、次のように設定されているものとする。

直流連系システム１ａは、メインモードで運転されており、他の２つの直流連系システム１ｂ，１ｃは、サブモードで運転されている。直流連系システム１ａは、不感帯が±０Ｈｚに設定されている。直流連系システム１ｂは、不感帯が±２Ｈｚに、基準時間Ｔｓｈが１分に、基準時間Ｔｃｈが１０分に設定されている。直流連系システム１ｃは、不感帯が±２Ｈｚに、基準時間Ｔｓｈが１分に、基準時間Ｔｃｈが２０分に設定されている。

直流連系システム１ａの２つの周波数検出部４αａ，４βａで検出された２つの周波数ｆαａ，ｆβａの偏差Δｆａが減算器５ａから不感帯フィルタ６ａに出力される。直流連系システム１ａの不感帯は、±０Ｈｚに設定されているため、不感帯フィルタ６ａに入力された周波数偏差Δｆａは、そのまま周波数制御部７ａに入力される。周波数制御部７ａでは、不感帯フィルタ６ａから入力された周波数偏差Δｆａを最小化するための融通電力補正値ΔＰａを出力し、変換器制御部８ａでは融通電力が融通電力設定値Ｐｒｅｆと融通電力補正値ΔＰａの合計値に一致するように直流連系主回路３ａに制御信号Ｓαａを出力する。これにより、融通電力補正値ΔＰａだけ融通電力が変化すると、２つの電力系統２α，２βの周波数ｆαａ，ｆβａが変化し、新たに検出された周波数偏差Δｆａが不感帯フィルタ６ａを通過して周波数制御部７ａに入力される。このようにして、融通電力補正値ΔＰａが更新されて融通電力が変化するという作用が繰り返されることで、周波数偏差Δｆａが最小の状態に収束していく。

一方、直流連系システム１ｂの２つの周波数検出部４αｂ，４βｂで検出された２つの周波数ｆαｂ，ｆβｂの偏差Δｆｂが減算器５ｂから出力される。また、直流連系システム１ｃの２つの周波数検出部４αｃ，４βｃで検出された２つの周波数ｆαｃ，ｆβｃの偏差Δｆｃが減算器５ｃから出力される。２つの直流連系システム１ｂ，１ｃの減算器５ｂ，５ｃでそれぞれ検出される周波数偏差Δｆｂ，Δｆｃは、検出場所が異なるものの、同じ２つの電力系統２α，２βの周波数偏差であるから、直流連系システム１ａの周波数偏差Δｆａと概ね等しい。通常時は２つの電力系統２α，２βの周波数偏差は小さい（不感帯±２Ｈｚの範囲内である）ため、２つの直流連系システム１ｂ，１ｃは、それぞれ周波数偏差Δｆｂ，Δｆｃが不感帯フィルタ６ｂ，６ｃを通過しない。従って、不感帯フィルタ６ｂ，６ｃの出力は、ともに零になる。このため、２つの周波数制御部７ｂ，７ｃからそれぞれ出力される融通電力補正値ΔＰｂ，ΔＰｃもともに零となり、２つのサブモードの直流連系システム１ｂ，１ｃの周波数制御は、実質的には行われない。

ここで、２つの電力系統２α，２βのいずれかに外乱が発生し、大幅に周波数が変動して、２つの直流連系システム１ｂ，１ｃの周波数偏差Δｆｂ，Δｆｃが不感帯フィルタ６ｂ，６ｃの不感帯の範囲を超えたとする。この場合、２つの直流連系システム１ｂ，１ｃの周波数制御部７ｂ，７ｃもそれぞれ周波数偏差Δｆｂ，Δｆｃを最小化するために融通電力補正値ΔＰｂ，ΔＰｃを出力して、周波数変動を抑制するための周波数制御を行う。

次に、直流連系システム３ａが停止した場合について説明する。

直流連系システム３ａが停止すると、２つの直流連系システム１ｂ，１ｃで検出される周波数偏差Δｆｂ，Δｆｃが大きくなる。直流連系システム１ｂの周波数偏差Δｆｂが大きくなり、直流連系システム１ｂの切替判定部９３ｂに設定された基準時間Ｔｃｈの１０分が経過すると、直流連系システム１ｂは、サブモードからメインモードに切り替わる。即ち、直流連系システム１ｂの不感帯フィルタ６ｂの不感帯は±０Ｈｚになる。これにより、直流連系システム１ｂの周波数制御部７ｂに周波数偏差Δｆｂが入力されて周波数制御が動作するので周波数変動が収まる。周波数変動が収まると、直流連系システム３ｃの周波数偏差Δｆｃは零に近づく。このため、直流連系システム３ａが停止しても、メインモードになった直流連系システム１ｂにより、直流連系システム１ｃの切替判定部９３ｃに設定された基準時間Ｔｃｈの２０分は経過しない。従って、直流連系システム１ｂよりも優先順位の低い直流連系システム１ｃは、サブモードのままとなる。

本実施形態によれば、各直流連系システム１ａ〜１ｃにメインモードとサブモードの２つの運転モードを設け、各直流連系システム１ａ〜１ｃを２つの運転モードに分けて運転することで、周波数制御を行うメインの直流連系システム１ａ〜１ｃを決定することができる。また、制御量を調整するための不感帯フィルタ６ａ〜６ｃを設けることで、複数の直流連系システム１ａ〜１ｃにより周波数制御を行う場合でも、制御量が過剰になることを防止することができる。これらにより、周波数変動の小さい平常時に、複数の直流連系システム１ａ〜１ｃによる周波数制御の制御量が過剰になることにより、周波数変動が助長されることを防止することができる。

また、電力系統２α，２βに外乱などが発生して大きな周波数変動が生じた場合は、複数の直流連系システム１ａ〜１ｃで周波数制御が動作することで、高い周波数制御能力を発揮させることができる。

さらに、メインモードで動作している直流連系システム１ａが何らかの理由で停止した場合においても、周波数変動の悪化を検知して予め定めておいた優先順位に従って、サブモードで運転している直流連系システム１ｂ，１ｃのいずれかがメインモードに切り替わることで、継続して周波数を制御することができる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る直流連系システム１Ａａ，１Ａｂ，１Ａｃの構成を示す構成図である。

３つの直流連系システム１Ａａ〜１Ａｃは、全て同様に構成されているため、第１の実施形態と同様に、直流連系システム１Ａａについて主に説明する。

直流連系システム１Ａａは、図１に示す第１の実施形態に係る直流連系システム１ａにおいて、周波数制御装置１０ａを周波数制御装置１０Ａａに代えたものである。周波数制御装置１０Ａａは、第１の実施形態に係る周波数制御装置１０ａにおいて、不感帯フィルタ６ａをローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１ａ及び出力切替部１２ａに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態に係る直流連系システム１ａと同様である。

ローパスフィルタ１１ａは、減算器５ａにより演算された周波数偏差Δｆａから長周期成分（低周波成分）を抽出する。ローパスフィルタ１１ａは、抽出した周波数偏差Δｆａの長周期成分を出力切替部１２ａに出力する。

出力切替部１２ａには、減算器５ａにより演算された周波数偏差Δｆａ及びローパスフィルタ１１ａにより抽出された周波数偏差Δｆａの長周期成分が入力される。出力切替部１２ａは、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａとローパスフィルタ１１ａから入力された周波数偏差Δｆａの長周期成分のうちいずれか１つを選択して、周波数制御部７ａに出力する。直流連系システム１Ａａをメインモードで運転する場合、出力切替部１２ａは、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａを周波数制御部７ａに出力する。直流連系システム１Ａａをサブモードで運転する場合、出力切替部１２ａは、ローパスフィルタ１１ａから入力された周波数偏差Δｆａの長周期成分を周波数制御部７ａに出力する。出力切替部１２ａは、モード切替部９ａの切替判定部９３ａによる判定結果に応じて、出力を切り替える。

周波数制御部７ａは、第１の実施形態と同様に、入力された周波数偏差Δｆａ又はその長周期成分を最小化するように融通電力補正値ΔＰａを演算する。この融通電力補正値ΔＰａにより、周波数制御部７ａは、融通電力を変化させ、周波数偏差Δｆａを抑制するように周波数制御をする。直流連系システム１Ａａがメインモードで運転されている場合、周波数制御部７ａは、２つの電力系統２α，２βの周波数偏差Δｆａを最小化するように周波数制御する。直流連系システム１Ａａがサブモードで運転されている場合、周波数制御部７ａは、２つの電力系統２α，２βの周波数偏差Δｆａの長周期成分のみを最小化するように周波数制御する。

３つの直流連系システム１Ａａ〜１Ａｃは、１つがメインモードで運転され、他の２つがサブモードで運転される。これにより、メインモードで運転される直流連系システムは、２つの電力系統２α，２βの周波数偏差Δｆａを全て最小化するように周波数制御し、サブモードで運転される直流連系システムは、周波数偏差Δｆａの長周期成分のみを最小化するように周波数制御する。

本実施形態によれば、直流連系システム１Ａａ〜１Ａｃにおいて、第１の実施形態に係る不感帯フィルタ６ａ〜６ｃの代わりに、ローパスフィルタ１１ａ〜１１ｃ及び出力切替部１２ａ〜１２ｃを設けることで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、ローパスフィルタ１１ａ〜１１ｃを用いることで、複数の直流連系システム１Ａａ〜１Ａｃで周波数制御を行う場合でも、短周期の急峻な周波数変動に対して制御量が過剰となることを防止すし、効率よく周波数制御することができる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る直流連系システム１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｂｃの構成を示す構成図である。

３つの直流連系システム１Ｂａ〜１Ｂｃは、全て同様に構成されているため、第１の実施形態と同様に、直流連系システム１Ｂａについて主に説明する。

直流連系システム１Ｂａは、図１に示す第１の実施形態に係る直流連系システム１ａにおいて、周波数制御装置１０ａを周波数制御装置１０Ｂａに代えたものである。周波数制御装置１０Ｂａは、第１の実施形態に係る周波数制御装置１０ａにおいて、不感帯フィルタ６ａをゲイン設定部１３ａに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態に係る直流連系システム１ａと同様である。

ゲイン設定部１３ａは、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａに、設定されているゲインを掛けて、周波数制御部７ａに出力する。ゲイン設定部１３ａは、モード切替部９ａの切替判定部９３ａによる判定結果に応じて、ゲインを切り替える。直流連系システム１Ｂａをメインモードで運転する場合は、ゲインを１にする。この場合、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａは、そのまま周波数制御部７ａに出力される。直流連系システム１Ｂａをサブモードで運転する場合は、ゲインを０にする。この場合、減算器５ａから入力された周波数偏差Δｆａは、零として周波数制御部７ａに出力される。即ち、直流連系システム１Ｂａがサブモードで運転している場合は、周波数制御を実質的に行わない。なお、サブモードのときのゲインは、１でなければ、０でなくてもよい。例えば、サブモードのときは、ゲインを０．２として、補助的な周波数制御を行わせてもよい。

本実施形態によれば、直流連系システム１Ｂａ〜１Ｂｃにおいて、第１の実施形態に係る不感帯フィルタ６ａ〜６ｃの代わりに、ゲイン設定部１３ａ〜１３ｃを設けることで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

よって、サブモードのときのゲイン設定部１３ａ〜１３ｃのゲインを０に設定することで、３つの直流連系システム１Ｂａ〜１Ｂｃのうち、メインモードで運転されている１つの直流連系システムが周波数制御をし、残りのサブモードで運転されている直流連系システムが周波数制御をしない状態となる。また、サブモードのときのゲイン設定部１３ａ〜１３ｃのゲインを０より大きく１未満の値で設定することで、サブモードで運転されている直流連系システムは、制御量が過剰とならない範囲で、補助的に周波数制御をさせることができる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る直流連系システム１Ｃａ，１Ｃｂ，１Ｃｃの構成を示す構成図である。

直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃは、全て同様に構成されているため、第１の実施形態と同様に、直流連系システム１Ｃａについて主に説明する。

直流連系システム１Ｃａは、図１に示す第１の実施形態に係る直流連系システム１ａにおいて、周波数制御装置１０ａを周波数制御装置１０Ｃａに代えたものである。周波数制御装置１０Ｃａは、第１の実施形態に係る周波数制御装置１０ａにおいて、不感帯フィルタ６ａ及びモード切替部９ａを配分処理部１４ａに代え、周波数制御部７ａを周波数制御部７Ｃａに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態に係る直流連系システム１ａと同様である。

周波数制御部７Ｃａには、減算器５ａにより演算された周波数偏差Δｆａがそのまま入力される。周波数制御部７Ｃａは、第１の実施形態と同様に、周波数偏差Δｆａに基づいて、融通電力補正値ΔＰを演算する。ここで、演算された融通電力補正値ΔＰは、全ての直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃで周波数制御を行うための全体の補正値である。周波数制御部７Ｃａは、演算した融通電力補正値ΔＰを配分処理部１４ａに出力する。その他の点は、第１の実施形態に係る周波数制御部７ａと同様である。

３つの直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃのそれぞれの配分処理部１４ａ〜１４ｃは、情報を伝送する伝送路で相互に接続されている。配分処理部１４ａは、周波数制御部７Ｃａにより演算された融通電力補正値ΔＰ、又は他の直流連系システム１Ｃｂ，１Ｃｃの配分処理部１４ｂ，１４ｃから入力された融通電力補正値に基づいて、自己の直流連系システム１Ｃａが担当する分の融通電力補正値ΔＰａを演算する。メインモードで運転している場合は、配分処理部１４ａは、サブモードで運転している直流連系システム１Ｃｂ，１Ｃｃにそれぞれの担当分の融通電力補正値を出力する。

次に、直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃの動作について説明する。

まず、優先順位は、直流連系システム１Ｃａ、直流連系システム１Ｃｂ、直流連系システム１Ｃｃの順番に高く設定されているものとする。優先順位は、高いほど、周波数制御の制御量が多くなる。この優先順位に従って、各直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃは、次のように初期設定されている。

直流連系システム１Ｃａは、メインモードに設定されており、自身より優先順位の低い２つの直流連系システム１Ｃｂ，１Ｃｃを補助として、周波数制御をする。直流連系システム１Ｃｂは、サブモードに設定されており、自身より優先順位の高い直流連系システム１Ｃａからの指令により周波数制御をする。直流連系システム１Ｃｃは、サブモードに設定されており、自身より優先順位の高い２つの直流連系システム１Ｃａ，１Ｃｂのいずれかの指令により周波数制御をする。

次に、複数の直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃへの融通電力補正値ΔＰの配分方法について説明する。

メインモードで運転している直流連系システム１Ｃａの配分処理部１４ａは、周波数制御部７Ｃａにより演算された全体の融通電力補正値ΔＰに基づいて、自己の直流連系システム１Ｃａが担当する融通電力補正値ΔＰａを演算する。全体の融通電力補正値ΔＰが予め設定された第１の電力値（例えば、直流連系主回路３ａの定格電力）よりも小さい場合、配分処理部１４ａは、全体の融通電力補正値ΔＰをそのまま自己担当分の融通電力補正値ΔＰａとして算出する。全体の融通電力補正値ΔＰが第１の電力値以上の場合、配分処理部１４ａは、全体の融通電力補正値ΔＰのうち第１の電力値分の融通電力補正値を自己担当分の融通電力補正値ΔＰａとして算出し、残りの融通電力補正値を他の直流連系システム１Ｃｂ，１Ｃｃの担当分の融通電力補正値として配分する。自己担当分の融通電力補正値ΔＰａは、変換器制御部８ａに出力される。

残りの融通電力補正値が零でない場合は、配分処理部１４ａは、自己の直流連系システム１Ｃａの次に優先順位の高い直流連系システム１Ｃｂの担当分の融通電力補正値ΔＰｂとして、残りの融通電力補正値から予め設定された第２の電力値（例えば、直流連系システム１Ｃｂの直流連系主回路３ｂの定格電力）を限度として配分する。

直流連系システム１Ｃｂの担当分の融通電力補正値ΔＰｂを配分してもまだ残りの融通電力補正値が零でない場合は、配分処理部１４ａは、直流連系システム１Ｃｂの次に優先順位の高い直流連系システム１Ｃｃの担当分の融通電力補正値ΔＰｃとして、さらに残りの融通電力補正値から予め設定された第３の電力値（例えば、直流連系システム１Ｃｃの直流連系主回路３ｃの定格電力）を限度として、配分する。配分処理部１４ａは、演算した他の担当分の融通電力補正値ΔＰｂ，ΔＰｃをそれぞれの配分処理部１４ｂ，１４ｃに出力する。配分処理部１４ｂ，１４ｃは、それぞれ受信した自己担当分の融通電力補正値ΔＰｂ，ΔＰｃを変換器制御部８ｂ，８ｃに出力する。

なお、融通電力補正値ΔＰの直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃへの配分方法については、上述した方法以外の方法で配分してもよい。例えば、複数の直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃにそれぞれ等分になるように配分してもよいし、直流連系主回路３ａ〜３ｃの定格電力などにより予め決められた割合に従って配分してもよい。

次に、メインモードで運転している直流連系システム１Ｃａが何らかの理由で停止した場合に、サブモードからメインモードへの切り替えについて説明する。

メインモードで運転している直流連系システム１Ｃａが停止すると、サブモードで運転している直流連系システム１Ｃｂ，１Ｃｃの配分処理部１４ｂ，１４ｃに、それぞれの担当分の融通電力補正値ΔＰｂ，ΔＰｃが送信されなくなる。

配分処理部１４ｂ，１４ｃには、予め受信停止継続時間が設定されている。受信停止継続時間は、優先順位が高いほど、短い時間に設定されている。例えば、配分処理部１４ｂの受信停止継続時間が１０分に設定され、配分処理部１４ｃの受信停止継続時間が２０分に設定されているものとする。

配分処理部１４ｂは、配分処理部１４ａからの自己担当分の融通電力補正値ΔＰｂの受信が停止してから受信停止継続時間の１０分が経過後に、自己の直流連系システム１Ｃｂをサブモードからメインモードに切り替える。

これにより、配分処理部１４ｂは、前述した配分処理部１４ａと同様に、周波数制御部７Ｃｂにより演算された全体の融通電力補正値ΔＰに基づいて、自己担当分の融通電力補正値ΔＰｂを演算するとともに、他の担当分の融通電力補正値ΔＰｃを演算する。配分処理部１４ｂは、演算した他の担当分の融通電力補正値ΔＰｃを該当の配分処理部１４ｃに出力する。

配分処理部１４ｃは、配分処理部１４ａからの自己担当分の融通電力補正値ΔＰｃの受信が停止してから１０分経過後で、受信停止継続時間の２０分が経過前に、配分処理部１４ｂから自己担当分の融通電力補正値ΔＰｃを受信する。これにより、配分処理部１４ｃは、直流連系システム１Ｃａが停止しても、自己の直流連系システム１Ｃｃをサブモードからメインモードに切り替えない。直流連系システム１Ｃａの停止後、さらに直流連系システム１Ｃｂが停止した場合は、自己担当分の融通電力補正値ΔＰｃの受信が停止してから受信停止継続時間の２０分が経過するため、配分処理部１４ｃは、自己の直流連系システム１Ｃｃをサブモードからメインモードに切り替える。

なお、ここでは、配分処理部１４ｂ，１４ｃによるモードの切り替えを自己担当分の融通電力補正値ΔＰｂ，ΔＰｃの受信が停止したことを検出することにより実行したが、これ以外の方法で切り替えてもよい。例えば、配分処理部１４ａ〜１４ｃが常時相互に通信を行うことにより、直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃの停止（又は、通信の停止）を検出して、モードの切り替えを実行してもよい。

このようにして、メインモードで運転している直流連系システム１Ｃａが停止しても、次に優先順位の高い直流連系システム１Ｃｂのみがサブモードからメインモードに切り替わることで、電力系統２α，２βの周波数制御を継続する。

本実施形態によれば、全ての直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃに配分処理部１４ａ〜１４ｃを設け、メインモードで運転している直流連系システムの配分処理部で、全ての直流連系システム１Ｃａ〜１Ｃｃに配分する融通電力補正値ΔＰａ〜ΔＰｃを演算することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、各実施形態では、３つの直流連系システムの構成を説明したが、直流連系システムは２つ以上であれば、いくつで構成してもよい。

各実施形態において、直流連系システムをサブモードで運転する場合に、不感帯フィルタ、ローパスフィルタ、又はゲイン設定部を用いて、２つの電力系統の周波数偏差から予め決められた条件を満たす特定の周波数偏差（以下、特定周波数偏差という。）を抽出して、これを最小化するように周波数制御する構成を説明したが、特定周波数偏差の抽出方法はこれらに限らない。メインモードの直流連系システムによる周波数制御を補助するように周波数制御を行うのであれば、特定周波数偏差は、２つの電力系統の周波数偏差からどのような条件（成分又は範囲など）を満たすように抽出してもよい。

なお、本発明のいくつかの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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１ａ，１ｂ，１ｃ…直流連系システム、２α，２β…電力系統、３ａ，３ｂ，３ｃ…直流連系主回路、４αａ，４βａ，４αｂ，４βｂ，４αｃ，４βｃ…周波数検出部、５ａ，５ｂ，５ｃ…減算器、６ａ，６ｂ，６ｃ…不感帯フィルタ、７ａ，７ｂ，７ｃ…周波数制御部、８ａ，８ｂ，８ｃ…変換器制御部、９ａ，９ｂ，９ｃ…モード切替部、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…周波数制御装置、９１ａ，９１ｂ，９１ｃ…変動検出部、９２ａ，９２ｂ，９２ｃ…レベル検出部、９３ａ，９３ｂ，９３ｃ…切替判定部。

Claims (12)

1. ２つの電力系統を連系し、周波数を制御する複数の直流連系システムの周波数制御装置であって、
   前記２つの電力系統の周波数偏差を検出する周波数偏差検出手段と、
   前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する制御をする第１の周波数制御手段と、
   前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差から予め決められた条件を満たす特定周波数偏差を抽出する特定周波数偏差抽出手段と、
   前記特定周波数偏差抽出手段により抽出された前記特定周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する制御をする第２の周波数制御手段と、
   前記第２の周波数制御手段による制御から前記第１の周波数制御手段による制御に切り替える制御切替手段と
   を備えることを特徴とする直流連系システムの周波数制御装置。
2. 前記特定周波数偏差抽出手段は、前記周波数偏差が所定の範囲内のときは、前記特定周波数偏差を零にする不感帯を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載の直流連系システムの周波数制御装置。
3. 前記特定周波数偏差抽出手段は、前記周波数偏差から長周期成分を抽出する長周期成分抽出手段を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載の直流連系システムの周波数制御装置。
4. 前記特定周波数偏差抽出手段は、前記周波数偏差にゲインを掛けて前記特定周波数偏差を演算すること
   を特徴とする請求項１に記載の直流連系システムの周波数制御装置。
5. 前記制御切替手段は、前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差に基づいて制御を切り替えること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の直流連系システムの周波数制御装置。
6. ２つの電力系統を連系し、周波数を制御する複数の直流連系システムの周波数制御装置であって、
   前記２つの電力系統の周波数偏差を検出する周波数偏差検出手段と、
   前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間を融通する融通電力値を演算する融通電力値演算手段と、
   前記融通電力値演算手段により演算された前記融通電力値を、前記複数の直流連系システムのそれぞれが担当する担当融通電力値に配分する融通電力値配分手段と、
   前記融通電力値配分手段により配分された自己の直流連系システムが担当する前記担当融通電力値に相当する融通電力を融通する制御をする第１の周波数制御手段と、
   他の直流連系システムから前記自己の直流連系システムが担当する融通電力値を受信する融通電力値受信手段と、
   前記融通電力値受信手段により受信した前記融通電力値に相当する融通電力を融通する制御をする第２の周波数制御手段と、
   前記第２の周波数制御手段による制御から前記第１の周波数制御手段による制御に切り替える制御切替手段と
   を備えることを特徴とする直流連系システムの周波数制御装置。
7. 前記融通電力値配分手段は、前記融通電力値が所定値を超えた分の前記融通電力値を前記他の直流連系システムが担当する前記担当融通電力値として配分し、前記融通電力値のうち前記所定値以下の分は、自己が担当する前記担当融通電力値として配分すること
   を特徴とする請求項６に記載の直流連系システムの周波数制御装置。
8. 前記融通電力値配分手段は、予め決められた割合に従って、前記複数の直流連系システムのそれぞれが担当する前記担当融通電力値を演算すること
   を特徴とする請求項６に記載の直流連系システムの周波数制御装置。
9. ２つの電力系統を連系し、周波数を制御する直流連系システムであって、
   前記２つの電力系統を接続する直流回路と、
   前記２つの電力系統の周波数偏差を検出する周波数偏差検出手段と、
   前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する制御をする第１の周波数制御手段と、
   前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差から予め決められた条件を満たす特定周波数偏差を抽出する特定周波数偏差抽出手段と、
   前記特定周波数偏差抽出手段により抽出された前記特定周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する制御をする第２の周波数制御手段と、
   前記第２の周波数制御手段による制御から前記第１の周波数制御手段による制御に切り替える制御切替手段と
   を備えることを特徴とする直流連系システム。
10. ２つの電力系統を連系し、周波数を制御する直流連系システムであって、
    前記２つの電力系統を接続する直流回路と、
    前記２つの電力系統の周波数偏差を検出する周波数偏差検出手段と、
    前記周波数偏差検出手段により検出された前記周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間を融通する融通電力値を演算する融通電力値演算手段と、
    前記融通電力値演算手段により演算された前記融通電力値を、自己の直流連系システムを含む複数の直流連系システムのそれぞれが担当する担当融通電力値に配分する融通電力値配分手段と、
    前記融通電力値配分手段により配分された前記自己の直流連系システムが担当する前記担当融通電力値に相当する融通電力を融通する制御をする第１の周波数制御手段と、
    他の直流連系システムから前記自己の直流連系システムが担当する融通電力値を受信する融通電力値受信手段と、
    前記融通電力値受信手段により受信した前記融通電力値に相当する融通電力を融通する制御をする第２の周波数制御手段と、
    前記第２の周波数制御手段による制御から前記第１の周波数制御手段による制御に切り替える制御切替手段と
    を備えることを特徴とする直流連系システム。
11. ２つの電力系統を連系し、周波数を制御する複数の直流連系システムの周波数制御方法であって、
    前記２つの電力系統の周波数偏差を検出し、
    検出した前記周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する制御をする第１の周波数制御をし、
    検出した前記周波数偏差から予め決められた条件を満たす特定周波数偏差を抽出し、
    抽出した前記特定周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間の電力を融通する第２の周波数制御をし、
    前記第２の周波数制御から前記第１の周波数制御に切り替えること
    を含むことを特徴とする直流連系システムの周波数制御方法。
12. ２つの電力系統を連系し、周波数を制御する複数の直流連系システムの周波数制御方法であって、
    前記２つの電力系統の周波数偏差を検出し、
    検出した前記周波数偏差を最小化するように前記２つの電力系統間を融通する融通電力値を演算し、
    演算した前記融通電力値を、前記複数の直流連系システムのそれぞれが担当する担当融通電力値に配分し、
    配分した自己の直流連系システムが担当する前記担当融通電力値に相当する融通電力を融通する第１の周波数制御をし、
    他の直流連系システムから前記自己の直流連系システムが担当する融通電力値を受信し、
    受信した前記融通電力値に相当する融通電力を融通する第２の周波数制御をし、
    前記第２の周波数制御から前記第１の周波数制御に切り替えること
    を含むことを特徴とする直流連系システムの周波数制御方法。

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