JP6861923B1 - 蓄電装置および電力系統安定化システム - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献3(特許第5189105号公報)および非特許文献1(E.Spahic et al.,CIGRE Winnipeg 2017 Colloquium,B4-56,Sep. 2017)は、自励式の交直変換器の一例であるMMC(Modular Multilevel Convertor)の構成例を開示する。前者は各変換器セルがハーフブリッジ構成の場合あり、後者は各変換器セルがフルブリッジ構成の場合である。
[電力系統安定化システムの概略構成]
図1は、電力系統安定化システムの概略構成を示すブロック図である。図1(A)は、交流電力系統10Aに接続される電力系統安定化システム8Aの構成例を示し、図1(B)は、直流電力系統10Bに接続される電力系統安定化システム8Bの構成例を示す。
図2は、図1の蓄電装置の概略構成を示す回路図である。図2を参照して、蓄電装置13は、互いに直列に接続された蓄電バンクESBと、1つ以上(n個)のサブモジュールBSM1〜BSMnとを含む。本開示では、サブモジュールBSM1〜BSMnを、ブースターセルBSM1〜BSMnまたは第1セルBSM1〜BSMnとも称する。
図3は、図1の交直変換器のハードウェアの概略構成の一例を示す図である。図3では、図1の交直変換器12Aがモジュラーマルチレベル変換器によって構成される例が示されている。
図4は、図3に示す自励式の交直変換器を構成する変換器セル43の構成例を示す回路図である。
交直変換器12Aは、直流電圧を0Vと定格電圧との間で調整可能なもの(以下、タイプ1と称する)と、定格電圧近辺の限られた電圧範囲で調整可能なもの(以下、タイプ2と称する)とがある。たとえば、図4(A)に示すフルブリッジ構成の変換器セル43によって構成されたMMCは、タイプ1の交直変換器12Aである。図4(B)に示すハーフブリッジ構成の変換器セル43によって構成されたMMCは、タイプ2の交直変換器12Aである。タイプ2のMMCの場合、直流電圧の範囲は0.8〜1PU程度である。ここで、PUは単位法を表す。
図6は、図1の制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図6には、コンピュータによって制御装置14を構成する例が示される。
次に蓄電装置13の制御手順について説明する。以下では、蓄電装置13がキャパシタ(電気二重層を含む)によって構成される場合について説明する。
以下、交流電力系統10A用の電力系統安定化システム8Aの使用方法について補足する。
以下では、まず従来技術の問題点を説明し、次に実施の形態1の蓄電装置13ではそれらの問題点が克服されていることを説明する。
実施の形態2では、ブースターセルBSMの蓄電素子22について、その蓄電容量および静電容量を適切に選択することにより、蓄電装置13のエネルギー利用範囲をさらに広げる方法について説明する。
実施の形態3では、ブースターセルBSMのスイッチング素子20p,20nをチョッパ動作させる場合について説明する。スイッチング損失は増えるが、蓄電装置13の直電流電圧Vdcをほぼ一定に保つことができる。また、交直変換器12AがMMCによって構成されている場合には各アーム内にリアクトルを含むので、チョッパ動作による電流急変の可能性は少ない。以下、ブースターセルBSMのスイッチング素子20p,20nがチョッパ動作している状態をチョッパ状態と称する。
電力系統安定化システム8Aが接続されている対象電力系統が周波数上昇の恐れがあり、蓄電装置13を最低充電状態で待機する場合について説明する。この場合、蓄電素子22を含むサブモジュールBSMに代えて、抵抗素子とそれに並列接続された半導体バイパススイッチとを含むサブモジュールASMを用いることができる。抵抗素子を含むサブモジュールASMを複数個直列に蓄電バンクESBに接続してもよい。本開示では、抵抗素子を含むサブモジュールASMを、アブソーバセルASMまたは第2セルASMとも称する。
実施の形態5では、蓄電装置13を構成するブースターセルBSMおよび蓄電バンクESBの具体的な構造および配置について説明する。
Claims (12)
- 互いに接続された複数の蓄電素子を含む蓄電バンクと、
1つまたは複数の第1セルとを備え、
前記蓄電バンクおよび前記1つまたは複数の第1セルは、互いに直列に接続され、
前記1つの第1セルまたは前記複数の第1セルの各々は、
入出力ノード対と、
少なくとも2つの半導体スイッチング素子を含むブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路を介して前記入出力ノード対に接続される蓄電素子とを含み、
前記1つの第1セルの前記蓄電素子の蓄電容量または前記複数の第1セルの各々の前記蓄電素子の蓄電容量は、前記蓄電バンクの蓄電容量よりも小さい、蓄電装置。 - 前記蓄電装置は、前記1つまたは複数の第1セルとして、複数の第1セルを備え、
前記複数の第1セルの各々の蓄電容量は、互いに異なる、請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記複数の第1セルの各々の前記蓄電素子が満充電されたときの電圧は、互いに等しい、請求項2に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置は、前記複数の第1セルの各々を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記複数の第1セルの各々を、前記蓄電素子が前記入出力ノード対に挿入された挿入状態、または、前記入出力ノード対が短絡されたバイパス状態に切り替える、請求項2または3に記載の蓄電装置。 - 前記制御装置は、前記蓄電装置を充電する場合には、前記複数の第1セルの各々を前記挿入状態にしてから充電を開始し、前記蓄電装置の電圧に応じて、前記複数の第1セルのうちの蓄電容量が小さい第1セルから順番に前記バイパス状態に切り替える、請求項4に記載の蓄電装置。
- 前記制御装置は、前記蓄電装置を放電する場合には、前記複数の第1セルの各々を前記バイパス状態にしてから放電を開始し、前記蓄電装置の電圧に応じて、前記複数の第1セルの各々を順番に前記挿入状態に切り替える、請求項4または5に記載の蓄電装置。
- 前記制御装置は、前記複数の第1セルの各々を、前記バイパス状態から前記挿入状態にまたはその逆に切り替える場合に、前記蓄電装置の電圧を一定範囲内に保つように前記少なくとも2つの半導体スイッチング素子をチョッパ動作させるチョッパ状態を介在させる、請求項5または6に記載の蓄電装置。
- 前記制御装置は、他地域から電力融通を受けている電力系統に前記蓄電装置が接続されている場合に使用される第1の待機モードと、他地域に電力供給を行っている電力系統に前記蓄電装置が接続されている場合に使用される第2の待機モードとを有し、
前記制御装置は、前記第1の待機モードにおいて、前記蓄電バンクおよび前記複数の第1セルを満充電状態にし、
前記制御装置は、前記第2の待機モードにおいて、前記蓄電バンクおよび前記複数の第1セルを最低充電状態にする、請求項4〜7のいずれか1項に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電装置は、1つまたは複数の第2セルをさらに備え、
前記蓄電バンク、前記1つまたは複数の第1セル、および前記1つまたは複数の第2セルは、互いに直列に接続され、
前記1つの第2セルまたは前記複数の第2セルの各々は、
入出力ノード対と、
前記入出力ノード対の間に接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子をバイパスする半導体スイッチング素子とを含む、請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電装置は、前記1つまたは複数の第1セルおよび前記1つまたは複数の第2セルを制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記1つの第2セルの前記半導体スイッチング素子または前記複数の第2セルの各々の前記半導体スイッチング素子を、前記蓄電素子を充電する場合にはオフ状態に制御し、前記蓄電装置を放電する場合にはオン状態に制御する、請求項9に記載の蓄電装置。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の蓄電装置と、
電力系統と前記蓄電装置との間に接続された電力変換装置とを備える、電力系統安定化システム。 - 前記1つの第1セルまたは前記複数の第1セルの各々に含まれる前記ブリッジ回路は、前記電力変換装置と共に第1のラックに収納され、
前記1つの第1セルまたは前記複数の第1セルの各々に含まれる前記蓄電素子は、前記蓄電バンクと共に前記第1のラックと異なる第2のラックに収納される、請求項11に記載の電力系統安定化システム。
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