이 애플리케이션의 일부 콘텐츠는 현재 사용할 수 없습니다.
이 상황이 계속되면 다음 주소로 문의하십시오피드백 및 연락
1. (WO2019043777) DC POWER TRANSMISSION SYSTEM
Document

明 細 書

発明の名称 直流送電システム

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004  

課題を解決するための手段

0005  

図面の簡単な説明

0006  

発明を実施するための形態

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072  

産業上の利用可能性

0073  

符号の説明

0074  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 直流送電システム

技術分野

[0001]
 本発明は、直流送電システムに関する。

背景技術

[0002]
 近年、発電に伴う環境への負荷を低減させたり、電源を多様化させたりする観点から、風力発電や太陽光発電など再生可能エネルギーを利用した発電方式が普及している。このように発電された電力を需要家の受電設備に供給するシステムとして、高圧直流送電(HVDC:High-Voltage Direct Current Transmission)がある。HVDCは、大容量で長距離の送電に適した方式として世界中で実用化されている。従来のHVDCは、送電した直流電力を、変換器により交流電力に変換し、交流系統の受電設備に供給する。交流系統において地絡が発生する等して受電設備に電力供給ができない場合、発電装置の側から変換器に供給される直流電力と変換器から出力する交流電力とのバランスが取れなくなってしまう場合があった。特に、HVDCが再生可能エネルギーを利用した発電方式による発電機に接続されている場合、発電を即座に停止することが難しい。この場合、変換器が有する蓄電デバイスに過電圧が印加されてしまい、変換器が停止してしまうおそれがあった。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特表2015-515425号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 本発明が解決しようとする課題は、より低コストで高い信頼性を維持することができる直流送電システムを提供することである。

課題を解決するための手段

[0005]
 実施形態の直流送電システムは、第1の変換器と、第2の変換器と、保護装置と、を持つ。第1の変換器は、入力電力を所定電圧の直流電力に変換する。第2の変換器は、蓄電デバイスを有し、前記第1の変換器の直流側に接続された直流リンクを介して前記第1の変換器から供給される直流電力を交流電力に変換する第2の変換器であって、蓄電デバイスを有する。保護装置は、前記第2の変換器と交流系統との間に接続される保護装置であって、前記第2の変換器と前記交流系統との間の接続を接続状態又は遮断状態にする開閉部と、前記開閉部が遮断状態とされた場合に前記第2の変換器からの交流電力を消費する負荷とを有する。

図面の簡単な説明

[0006]
[図1] 第1の実施形態の直流送電システム100が適用される例を示す図。
[図2] 第1の実施形態の交流/直流変換器120の構成の一例を示す図。
[図3] 第1の実施形態の交流/直流変換器120の構成の他の例を示す図。
[図4] 送電システムにおいて事故が発生していない通常の状態を示す図。
[図5] 送電システムにおいて事故が発生した初期の状態を示す図。
[図6] 送電システムにおいて事故が発生した中期の状態を示す図。
[図7] 送電システムにおいて事故が発生した後期の状態を示す図。
[図8] 第1の実施形態の直流送電システム100の動作を説明するタイミングチャート。
[図9] 第3の実施形態の直流送電システム100Aが適用される例を示す図。

発明を実施するための形態

[0007]
 以下、実施形態の直流送電システムを、図面を参照して説明する。
[0008]
(第1の実施形態)
 まず、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態の直流送電システム100が適用される例を示す図である。直流送電システム100は、例えば、洋上の風力発電や砂漠地帯の太陽光発電、太陽熱発電など大規模な再生可能エネルギーを大都市まで送電する送電システムに適用される。送電システムは、例えば、発電装置10と、変圧器20と、交流系統30と、直流送電システム100とを備える。そして、直流送電システム100は、交流/直流変換器110と、交流/直流変換器120と、保護回路130と、制御部140と、を備える。
[0009]
 ここで、保護回路130は、「保護装置」の一例である。また、風力、太陽光、または太陽熱によって生成された電力は、「再生可能エネルギー」の一例である。
[0010]
 発電装置10は、例えば、風力発電機などの発電機である。発電装置10は、例えば、数百キロボルト程度の電圧の交流電力を発電し、発電した電力を直流送電システム100に出力する。発電装置10により発電された交流電力は、「入力電力」の一例である。
[0011]
 直流送電システム100の交流/直流変換器110は、発電装置10から供給される入力電力を、所定電圧の直流電力に変換する。交流/直流変換器110は、例えば、発電装置10から供給される数百キロボルト程度の電圧の交流電力から数百キロボルト程度の直流電圧に変換する。
[0012]
 交流/直流変換器120は、交流/直流変換器110から供給される直流電圧を、交流電力に変換する。本実施形態において、交流/直流変換器120と交流/直流変換器110との間の伝送路Lは、直流送電システム100のうち直流電力を扱う直流側の部分と交流電力を扱う交流側の部分とを接続する接続部として機能する。つまり、伝送路Lは、「直流リンク」の一例である。
[0013]
 また、交流/直流変換器120は、内部にコンデンサを有し、コンデンサに電荷を蓄えたり放出したりすることで交流/直流変換器120から出力する交流電力の電圧を調整する。交流/直流変換器120の構成については、後述する。コンデンサは、「蓄電デバイス」の一例である。
[0014]
 保護回路130は、交流/直流変換器120と交流系統30との間に接続される。図1の例では、保護回路130は、変圧器20を介して交流系統30と接続されているが、本実施形態においては、変圧器20を備えていなくともよい。この場合、保護回路130と交流系統30との間は、変圧器20を介さずに接続される。保護回路130は、開閉部132と、開閉部制御部134と、抵抗部136とを備える。抵抗部136は、「負荷」の一例である。
[0015]
 開閉部132は、交流/直流変換器120と変圧器20との間に接続され、交流/直流変換器120と変圧器20との間を接続状態または遮断状態とする。開閉部132は、機械式の遮断器であってもよいし、ガス遮断器や真空遮断器であってもよい。また、開閉部132は、一つの開閉器により構成されてもよいし、複数の開閉器により構成されてもよい。
[0016]
 開閉部制御部134は、例えば、開閉部132において特定の電気条件が成立した場合に開閉部132を制御して交流/直流変換器120と変圧器20との間を遮断状態とする。ここで、特定の電気条件とは、例えば、交流系統30において地絡などの系統事故が生じた等により、所定の閾値以上の電流(短絡電流)が流れることをいう。例えば、開閉部制御部134は、内部の負荷電流が流れる導体に短絡電流が流れると発生する磁力を利用することにより、開閉部132を制御し交流/直流変換器120と変圧器20との間を遮断状態とする。
[0017]
 また、開閉部制御部134は、交流系統30における所望の箇所に設けられた計器用変圧器を介して当該箇所の電圧を監視し、当該箇所において特定の電気条件が成立した場合に開閉部132を制御して交流/直流変換器120と変圧器20との間を遮断状態とするようにしてもよい。
 開閉部制御部134は、交流/直流変換器120と変圧器20との間を遮断状態とした場合、その旨を制御部140に通知する。
[0018]
 ところで、交流/直流変換器120から変圧器20に交流電力が出力されている状態で、開閉部制御部134が開閉部132を制御して交流/直流変換器120と変圧器20との間が物理的に接続されていなくても、交流/直流変換器120から出力される交流電力の電圧が高いと、交流/直流変換器120から変圧器20にアーク電流が流れる場合がある。この場合、開閉部132を遮断状態としても交流/直流変換器120と変圧器20との間の電気的な接続が遮断されない。開閉部132を遮断状態とした後に交流/直流変換器120から変圧器20にアーク電流が流れる場合、当該アーク電流を止めるには交流/直流変換器120から出力される交流電流が停止される必要がある。
[0019]
 抵抗部136は、開閉部132により交流/直流変換器120と変圧器20との間が遮断状態とされ、且つ交流/直流変換器120から出力される交流電流が停止されることで、交流/直流変換器120と変圧器20との間の電気的な接続が遮断された後に、再び交流/直流変換器120から交流電力が出力された場合に、交流/直流変換器120から供給される交流電力を消費する。図1の例では、抵抗部136は、交流/直流変換器120に対して開閉部132と電気的に並列に設けられているが、抵抗部136は、交流/直流変換器120から供給される交流電力を消費することができればよい。また、抵抗部136は、一つの抵抗器により構成されてもよいし、複数の抵抗器により構成されてもよい。なお、各実施形態において、抵抗部136を備える構成を例示しているが、抵抗部136に代えて、交流/直流変換器120から供給される交流電力を少なくとも一時的に消費することが可能な任意の「負荷」を備えればよい。負荷の例としては、抵抗器と交流負荷との双方を含むものであってもよいし、電動機器や充電装置などであってもよい。
[0020]
 変圧器20は、保護回路130を介して交流/直流変換器120から供給される交流電力の電圧を所定の電圧に変換する。変圧器20は、交流/直流変換器120と交流系統30との間の電位差を調整する。例えば、変圧器20を絶縁型変圧器とすることにより、保護回路130と交流系統30との間を、電気的に絶縁することができる。
[0021]
 交流系統30は、交流/直流変換器120により交流電力と直流電力とが相互に変換されることにより、商用電源を融通し合うためのハードウェアである。交流系統30は、例えば、交流電力を供給する交流電源や、交流電力を消費する交流負荷、交流負荷まで交流電力を送電するための送電網等である。
[0022]
 制御部140は、交流系統30において地絡などの系統事故が生じた場合に、交流/直流変換器120、および保護回路130を制御して、交流/直流変換器120が有するコンデンサが過充電されないようにする。図1の例では、制御部140は、交流/直流変換器120の外部に設けられている。この場合、実施形態の直流送電システム100においては、分散配置された制御部140と交流/直流変換器120の制御部(不図示)とをそれぞれ動作させることができるため、拡張が容易で、導入コストおよび運転コストを抑制することができる。なお、実施形態においては、制御部140が交流/直流変換器120の外部に設けられる場合を例に説明するが、これに限定されることはなく、制御部140は、交流/直流変換器120の内部に設けられていてもよい。
[0023]
 制御部140は、例えば、交流系統30の所定の箇所に設けられる図示しない計器用変圧器を介して、当該所定の箇所における交流電力電圧および電流を監視する。そして、制御部140は、例えば、地絡が発生した等により変圧器20と交流系統30との間の送電線に所定の閾値以上の電流が流れた場合、地絡などの系統事故が生じたと判定する。そして、地絡などの系統事故が生じたと判定した場合、制御部140は、交流/直流変換器120が出力する交流電流が0(ゼロ)の近傍となるように制御する。以下の説明においては、交流/直流変換器120が出力する交流電流を0(ゼロ)の近傍にすることを、「交流/直流変換器120を停止させる」などと称する。
[0024]
 制御部140は、交流系統30に地絡が発生した場合に、交流/直流変換器120を停止させる。これによって、制御部140は、交流/直流変換器120に過剰な電流が流れ続けることで交流/直流変換器120の内部回路が損傷することを抑制することができる。
 また、制御部140は、交流/直流変換器120に過剰な電流が流れ続けることで、交流/直流変換器120から出力される電圧が0(ゼロ)に近い値まで低下し、コンデンサに所望の電荷が蓄えられるように制御することができなくなることで交流/直流変換器120から交流電力が出力できない状態に陥ることを抑制することができる。
 また、制御部140は、交流系統30に地絡が発生した場合に、交流/直流変換器120を停止させることにより、開閉部132に流れている可能性があるアーク電流を停止させ、交流/直流変換器120と変圧器20との間の電気的な接続を遮断する。
[0025]
 なお、制御部140により交流/直流変換器120が停止されるタイミングと、開閉部制御部134により開閉部132が遮断状態とされるタイミングとは、いずれのタイミングが先であってもよい。制御部140により交流/直流変換器120が停止された後に開閉部132が遮断状態とされた場合、アーク電流は流れず、開閉部132が遮断状態とされたタイミングで交流/直流変換器120と変圧器20との間の電気的な接続も遮断される。
[0026]
 制御部140により交流/直流変換器120が停止されると、交流/直流変換器120は、交流電力を出力しないが、交流/直流変換器110からは直流電力が供給される状態となる。この状態が継続されると、交流/直流変換器120が有するコンデンサに電荷が蓄積され続け、当該コンデンサの電圧が耐電圧を超過して損傷してしまうことがある。このようなコンデンサの損傷を避けるため、制御部140は、交流/直流変換器120を停止させたことと、開閉部制御部134から開閉部132を遮断状態とした旨の通知を受けたこととの双方の条件が成立した後、交流/直流変換器120が停止される前の状態、つまり交流/直流変換器120が交流電力を出力する状態に戻るように120を制御する。この状態において、交流/直流変換器120が出力する交流電力は開閉部132ではなく抵抗部136を流れるため、交流/直流変換器120から出力される電圧が0(ゼロ)に近い値まで低下するのを防止しつつ、交流/直流変換器120が有するコンデンサ過充電されることを防止することができる。
[0027]
 ここで、交流/直流変換器120の例について、図2、図3を用いて説明する。図2は、第1の実施形態の交流/直流変換器120の構成の一例を示す図である。図2(a)は、モジュラーマルチレベル変換器120A(Modular Multilevel Converter、MMC)の例を示す図である。図2(b)は、モジュラーマルチレベル変換器120Aが備えるチョッパセルCの例を示す図である。
[0028]
 図2(a)に示すように、モジュラーマルチレベル変換器120Aは、例えば、端子T(端子T-1、T-2)と、アームユニットU(アームユニットU‐1~U‐3)と、変圧器20Aとを備える。端子T-1、T-2は、直流系統(例えば、発電装置10や交流/直流変換器110)と接続される端子である。アームユニットU‐1~U‐3のそれぞれは、端子T-1とT-2との間に互いに並列に接続される。
[0029]
 アームユニットUは、正側アーム121P、正側バッファリアクトル122P、負側バッファリアクトル122N、負側アーム121Nと、交流電力を入出力する端子T(T-3~T-5)を備える。アームユニットUは、端子T-1の側から見て、正側アーム121P、正側バッファリアクトル122P、負側バッファリアクトル122N、負側アーム121N、の順に接続される。また、アームユニットUにおいては、正側バッファリアクトル122Pと負側バッファリアクトル122Nとの間の接続線にある端子T-3が変圧器20Aと接続される。
[0030]
 変圧器20Aは、上述した変圧器20と同様の機能を有する。変圧器20Aは、アームユニットUと交流系統(例えば交流系統30)との間に接続される。また、モジュラーマルチレベル変換器120Aにおいては、変圧器20Aを備えていなくともよく、この場合、モジュラーマルチレベル変換器120Aと交流系統との間は、変圧器20Aを介さずに接続される。
[0031]
 正側アーム121P、および負側アーム121Nのそれぞれは、例えば、複数のチョッパセルCを備える。複数のチョッパセルCは、例えば、正側アーム121Pにおける端子T-1の側と、正側バッファリアクトル122Pの側との間に直列に接続される。
[0032]
 図2(b)に示すように、チョッパセルCは、コンデンサ123と、スイッチング素子124(スイッチング素子124U、124X)と、ダイオード125(ダイオード125U、125X)と端子T(T-3、T-4)とを備える。スイッチング素子124は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。スイッチング素子124は、外部(例えば、モジュラーマルチレベル変換器120Aの図示しない制御部)からオンオフ制御をすることができ、自己消弧能力をもつスイッチング素子である。つまり、モジュラーマルチレベル変換器120Aは、自励式の電力変換器である。
[0033]
 チョッパセルCにおいては、直列に接続されたスイッチング素子124Uと、124Xとが、コンデンサ123と並列に接続される。また、チョッパセルCにおいては、スイッチング素子124Uと、124Xとのそれぞれに、逆並列にダイオード125U、125Xがそれぞれ接続されている。
[0034]
 また、チョッパセルCにおいては、チョッパセルCの正側に他のチョッパセルCが接続される場合、端子T-3は、他のチョッパセルCの端子T-4と接続される。チョッパセルCの正側に他のチョッパセルCが接続されない場合、端子T-3は、端子T-1と接続される。また、チョッパセルCにおいては、チョッパセルCの負側に他のチョッパセルCが接続される場合、端子T-4は、他のチョッパセルCの端子T-3と接続される。チョッパセルCの負側に他のチョッパセルCが接続されない場合、端子T-4は、端子T-2と接続される。
[0035]
 チョッパセルCは、モジュラーマルチレベル変換器120Aの制御部(不図示)からの制御に基づいて、スイッチング素子124Uと、124Xとのそれぞれを接続状態または遮断状態にすることで、端子T-3の電圧を、所定の単位電圧(正側)としたり、ゼロ電圧としたり、所定の単位電圧(負側)としたりする。
[0036]
 アームユニットU‐1~U‐3のそれぞれは、各々が有する複数のチョッパセルCそれぞれの端子T-3の電圧を調整することにより、多値レベル(マルチレベル)の電圧波形を出力する。
[0037]
 このように、交流/直流変換器120の一例であるモジュラーマルチレベル変換器120Aには複数のチョッパセルCが含まれ、チョッパセルCには、コンデンサ123が含まれる。
[0038]
 図3は、第1の実施形態の交流/直流変換器120の構成の他の例を示す図である。図3は、2レベル変換器120Bの例を示す図である。図3に示すように、2レベル変換器120Bは、端子T(端子T-8、T-9)と、コンデンサ126と、ユニットV(ユニットV-1~V-3)と、交流フィルタ129と、変圧器20Bと、を備える。
[0039]
 端子T-8、T-9は、直流系統(例えば、発電装置10や交流/直流変換器110)と接続される端子である。ユニットV‐1~V‐3のそれぞれは、端子T-8とT-9との間に互いに並列に接続される。ユニットVは、スイッチング素子127(スイッチング素子127U、127X)と、ダイオード128(ダイオード128U、128X)と、交流電力を入出力する端子T(T-10~T-12)を備える。
[0040]
 ユニットVにおいては、スイッチング素子127Uと、127Xとが直列に接続され、スイッチング素子127Uと、127Xとのそれぞれに、逆並列にダイオード128U、128Xがそれぞれ接続されている。また、ユニットV‐1~V‐3のそれぞれにおいては、スイッチング素子127Uと、127Xとの間の接続線にある端子T-10が交流フィルタ129を介して変圧器20Bと接続される。
[0041]
 ユニットVは、2レベル変換器120Bの制御部(不図示)からの制御に基づいて、スイッチング素子127Uと、127Xとのそれぞれを接続状態または遮断状態にすることで、端子T-3の電圧を、所定の単位電圧(正側)としたり、ゼロ電圧としたり、所定の単位電圧(負側)としたりする。交流フィルタ129は、ユニットVの端子Tの電圧を平滑化する。これにより、交流フィルタ129から、正弦波に近い電圧、つまり交流電力の電圧が出力される。変圧器20Bは、上述した変圧器20と同様の機能を有する。変圧器20Bは、交流フィルタ129と交流系統(例えば交流系統30)との間に接続される。
[0042]
 このように、交流/直流変換器120の一例である2レベル変換器120Bにはコンデンサ126が含まれる。
[0043]
 次に、直流送電システム100における事故が発生した場合の動作について、図4~図8を用いて説明する。ここでの直流送電システム100における事故とは、例えば、落雷などにより、変圧器20と交流系統30との間の送電線が地絡した場合である。
[0044]
 図4は、送電システムにおいて事故が発生していない通常の状態を示す図である。通常の状態において、開閉部132は、交流/直流変換器120と変圧器20との間を接続状態とする。このため、交流/直流変換器120から出力される交流電力の電流Dは、開閉部132を介して変圧器20に流れ、抵抗部136には電流Dが流れない状態となる。
[0045]
 図5は、送電システムにおいて事故が発生した初期の状態を示す図である。事故が発生した初期の状態において、電流Dは、変圧器20と交流系統30との間の事故点(地絡が生じた地点)から地面等へ流れてしまう。このとき、交流/直流変換器120から変圧器20に出力される交流電力の有効電圧は、0(ゼロ)又は0(ゼロ)に近い値となり、事故が発生する前の状態と比較して小さな値となる。電圧が0(ゼロ)の状態となれば、交流/直流変換器120から交流電力が出力できない状態となってしまう。
[0046]
 図6は、送電システムにおいて事故が発生した中期の状態を示す図である。事故が発生した中期の状態においては、制御部140により、交流/直流変換器120が停止するように制御される。また、開閉部132は、開閉部制御部134により、交流/直流変換器120と変圧器20との間を遮断状態とするように制御される。
[0047]
 ここで、発電装置10、および交流/直流変換器110は、事故が発生したか否かに関わらず動作を継続する場合がある。特に、発電装置10が風力発電や太陽光発電など再生可能エネルギーを利用した発電である場合、発電装置10を直ちに停止させることは困難である。このため、発電装置10が直流電力を発電し、交流/直流変換器110が直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、変換した電力が交流/直流変換器120に供給され続ける場合がある。
[0048]
 従って、図7に示すような制御を行わなければ、交流/直流変換器120において出力停止中にも関わらず直流電力の供給を受ける状態となり、交流/直流変換器120における電力の授受のバランスが取れなくなってしまう。交流/直流変換器120における電力の授受のバランスが取れなくなることで、交流/直流変換器120が有するコンデンサに電荷が蓄積され続けた結果、コンデンサの持つ蓄電機能に損傷が生じ、交流/直流変換器120が制御不能となる恐れがある。そこで、実施形態においては、以下に説明するように交流/直流変換器120による交流電力の出力を再開する。
[0049]
 図7は、送電システムにおいて事故が発生した後期の状態を示す図である。事故が発生した後期の状態においては、制御部140により、交流/直流変換器120による交流電力の出力が再開される。制御部140により、交流/直流変換器120から出力される交流電力の電流Dが、事故が発生する前の状態に戻されると、電流Dは抵抗部136に流れ、交流/直流変換器120から出力された交流電力が抵抗部136の抵抗器により消費される。これにより、交流/直流変換器120が有するコンデンサの過充電を抑制し、交流/直流変換器120が制御不能となることを防止することができる。また、交流/直流変換器120から出力された交流電力が抵抗部136の抵抗器により消費されることにより、交流/直流変換器120の出力電圧が低下して電圧が0(ゼロ)の状態となってしまうことを防止することができる。
 なお、事故が回復した後には、予め定めた所定の手順に従い、直流送電システム100全体の復旧が行われる。
[0050]
 図8は、第1の実施形態の直流送電システム100の動作を説明するタイミングチャートである。図8(a)は、地絡が発生した場合に、交流/直流変換器120が停止される前に開閉部132が遮断状態となる場合の例を示す。図8(b)は、地絡が発生した場合に、交流/直流変換器120が停止された後に開閉部132が遮断状態となる場合の例を示す。
[0051]
 図8(a)、(b)それぞれの上段は交流/直流変換器120の状態、下段は交流/直流変換器120と変換器との間の接続状態をそれぞれ示す。また、図8(a)、(b)それぞれの上段および下段の横軸はともに時間を示す。また、図8(a)、(b)それぞれの上段では、交流/直流変換器120から通常の交流電力が出力されている状態を「通常状態」として示し、交流/直流変換器120から交流電力が停止されている場合を「停止状態」として示す。また、図8(a)、(b)それぞれの下段では、交流/直流変換器120と変圧器20との間が接続されている状態を「接続状態」として示し、遮断されている場合を「遮断状態」として示す。
[0052]
 図8(a)の例では、時刻T1で地絡が発生し、まず、開閉部制御部134により開閉部132が遮断状態とされる。次に、時刻T2において制御部140により交流/直流変換器120が停止される。そして、時刻T3において、制御部140により交流/直流変換器120が通常状態に戻される。時刻T1の時点では開閉部132にアーク電流が流れ続けている場合があるが、時刻T2の時点でアーク電流は停止される。そして時刻T3の時点で、交流/直流変換器120の交流電力が抵抗部136により消費される。
[0053]
 図8(b)の例では、時刻T11で地絡が発生し、まず、制御部140により交流/直流変換器120が停止される。次に、時刻T12において開閉部制御部134により開閉部132が遮断状態とされる。そして、時刻T13において、制御部140により交流/直流変換器120が通常状態に戻される。時刻T11の時点で交流/直流変換器120からの電流が停止されるため、時刻T12の時点で開閉部132にアーク電流は流れない。そして時刻T3の時点で、交流/直流変換器120の交流電力が抵抗部136により消費される。
[0054]
 なお、交流/直流変換器120が停止される時間、(図8(a)の例における時刻T2からT3までの時間、および図8(b)の例における時刻T1からT3までの時間)に制約はないが、なるべく短時間であることが望ましい。時刻T1からT3までの時間が長引くほど、交流/直流変換器120が有するコンデンサに電荷が溜り、過充電となる可能性が高まるためである。
[0055]
 以上、説明したように第1の実施形態の直流送電システム100においては、交流/直流変換器110と、交流/直流変換器120と、保護回路130とを備える。交流/直流変換器110は、発電装置10により発電された直流電力を所定電圧の直流電力に変換する。交流/直流変換器120は、コンデンサを有し、伝送路Lを介して交流/直流変換器110から供給される直流電力を交流電力に変換する。保護回路130は、交流/直流変換器120と交流系統30との間に接続される。また、保護回路130は、開閉部132と、抵抗部136とを有する。開閉部132は、交流/直流変換器120と交流系統30との間の接続を接続状態又は遮断状態にする。抵抗部136は、開閉部132が遮断状態とされた場合に交流/直流変換器120からの交流電力を消費する。
[0056]
 これにより、第1の実施形態の直流送電システム100においては、より低コストで高い信頼性を維持することができる。交流系統30に地絡等が生じた場合であっても、開閉部132が交流/直流変換器120と交流系統30との間の接続を遮断することで交流/直流変換器120から出力される電圧の低下を抑制することができ、抵抗部136が交流/直流変換器120から出力される交流電力を消費することで交流/直流変換器120が有するコンデンサの過充電を抑制することができ、交流/直流変換器120が制御不能に陥ることを防止することができるためである。
[0057]
 比較例として、直流系統の側(例えば、交流/直流変換器110と発電装置10との間)に、保護回路130を設ける構成を考える。この構成の場合、保護回路130の抵抗部136は、発電装置10から出力される直流電力を消費する。しかし、発電装置10が風力発電機である場合には、発電装置10から出力される直流電力の電力量は、風量に応じて変化してしまう。変化する電力を消費するためには、抵抗部136は、例えば半導体スイッチで切り替え可能な多数の抵抗器で構成する必要がある。このような構成では、効果な半導体を多数使用しなければならず、装置コストがかかってしまう。
[0058]
 一方、本実施形態の直流送電システム100においては、保護回路130に高価な半導体スイッチを使用する必要はない。交流/直流変換器120から出力させる交流電力の電圧値は、交流/直流変換器120により制御することができるため、保護回路130は、例えば、交流/直流変換器120から出力させる交流電力の有効電力を消費することができる抵抗器を備えていればよい。
[0059]
 また、第1の実施形態の直流送電システム100においては、抵抗部136は、交流/直流変換器120に対して開閉部132と並列に設けられている。これにより、1の実施形態の直流送電システム100においては、上述した効果を奏する他、開閉部132が遮断状態となった場合であっても、変圧器20に電力を供給することができるため、事故が回復した場合によりスムーズに直流送電システム100を復旧させることが可能となる。
[0060]
 また、第1の実施形態の直流送電システム100においては、交流/直流変換器110に入力される直流電力は、再生可能エネルギーである。これにより、1の実施形態の直流送電システム100においては、交流系統30の側に事故が生じた場合に、直ちに交流/直流変換器120に供給する直流電力を停止することができないが、この場合であっても、交流/直流変換器120から抵抗部136を介して変圧器20に交流電力を供給することができる。
[0061]
 また、第1の実施形態の直流送電システム100においては、開閉部132が遮断状態になったときに、交流/直流変換器120に交流電力の出力を停止させる制御部140を更に備える。これにより、1の実施形態の直流送電システム100においては、交流系統30に地絡等が生じる等して、開閉部132が遮断状態になったときに、制御部140が交流/直流変換器120の出力を停止させることで、交流/直流変換器120から出力される電圧の低下を抑制することができ、交流/直流変換器120が制御不能に陥ることを防止することができる。
[0062]
 また、第1の実施形態の直流送電システム100においては、制御部140は、交流/直流変換器120の交流電力の出力を停止させたことと、開閉部132を遮断状態とした旨の通知を(開閉部制御部134から)受けたこととの双方の条件が成立した後、交流/直流変換器120に交流電力の出力を再開させる。これにより、第1の実施形態の直流送電システム100においては、開閉部132が遮断状態になったときにアーク電流が発生した場合であっても、制御部140が交流/直流変換器120の出力を停止させることで、アーク電流を停止させることができる。このため、制御部140がアーク電流が発生していない状態で交流電力の出力を再開させることで交流/直流変換器120からの交流電力の出力を抵抗部136に消費させることができる。このため、交流/直流変換器120が有するコンデンサが過充電されることを抑制することができ、交流/直流変換器120の損傷を防止することができる。
[0063]
(第2の実施形態)
 次に、第2の実施形態について、説明する。第2の実施形態においては、制御部140が開閉部132を制御する点において、上述した第1の実施形態と相違する。
[0064]
 制御部140は、交流系統30の所定の箇所における交流電力の電圧および電流を監視し、当該箇所に所定の閾値以上の電流が流れた場合等、交流系統30の状態が所定の状態である場合に、交流/直流変換器120の制御部に交流/直流変換器120を停止させる旨を指示すると共に、開閉部制御部134に指示し、開閉部132を遮断状態にさせる。
[0065]
 なお、第2の実施形態においては、開閉部制御部134が省略されていてもよい。開閉部制御部134が省略される場合、制御部140からの制御により開閉部132を遮断状態とする。この場合、制御部140が、「制御部」の一例となる。
[0066]
 また、制御部140は、開閉部132が遮断状態となった後、交流/直流変換器120の制御部に交流/直流変換器120からの交流電力の出力を再開させる旨を指示する。
[0067]
 以上説明したように、第2の実施形態の直流送電システム100においては、交流/直流変換器120により変換された交流電力の電流の出力を停止させるとともに、交流/直流変換器120と交流系統30との間の接続を遮断状態にさせる制御部140を更に備える。これにより、第2の実施形態の直流送電システム100においては、交流系統30に短絡事故が生じた場合等、交流系統30の状態が所定の状態である場合に、制御部140が交流/直流変換器120を停止させるとともに、開閉部制御部134(または制御部140)が開閉部132を遮断状態とすることにより、交流電力の電圧が低下してしまうことを防止することができる。
[0068]
 また、第2の実施形態の直流送電システム100においては、制御部140は、交流/直流変換器120の交流電流の出力を停止させたことと、開閉部132を遮断状態としたこととの双方が成立した場合に、交流/直流変換器120に交流電力の出力を再開させる。これにより、第2の実施形態の直流送電システム100においては、交流/直流変換器120から出力される交流電力を抵抗部136で消費させることができ、交流/直流変換器120が有するコンデンサが過充電されることを防止することができる。
[0069]
(第3の実施形態)
 次に、第3の実施形態について、図8を用いて説明する。図8は、第3の実施形態の直流送電システム100Aの構成例を示すブロック図である。第3の実施形態においては、交流/直流変換器120と保護回路130との間に変圧器20が設置される点において、上述した実施形態と相違する。また、第3の実施形態においては、保護回路130と交流系統30との間に変圧器20を有しない点において上述した実施形態と相違する。
[0070]
 制御部140は、例えば、交流系統30における所望の箇所に設けられた計器用変圧器を介して当該箇所の電圧を監視し、保護回路130と交流系統30との間に設けられる図示しない計器用変圧器を介して、交流系統30に供給される交流電力の電圧および電流を監視する。そして、制御部140は、地絡が発生した等により変圧器20と交流系統30との間の送電線に所定の閾値以上の電流が流れた場合、交流/直流変換器120が停止した状態となるように制御する。また、このとき、制御部140は、開閉部132が遮断状態となるように制御する。そして、制御部140は、交流/直流変換器120と交流系統30との間の電気的な接続を遮断状態とした後に、交流/直流変換器120の交流電力の出力を再開させる。
[0071]
 以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、入力電力を所定電圧の直流電力に変換する交流/直流変換器110と、コンデンサを有し、交流/直流変換器110の直流側に接続された伝送路Lを介して交流/直流変換器110から供給される直流電力を、交流電力に変換する交流/直流変換器120と、交流/直流変換器120と交流系統30との間に接続される保護回路130であって、交流/直流変換器120と交流系統30との間の接続を接続状態又は遮断状態にする開閉部132と、開閉部132により交流/直流変換器120と交流系統30との間が遮断状態とされた場合に交流/直流変換器120からの交流電力を消費する抵抗部136とを有する保護回路130と、を持つことにより、低コストで高い信頼性を維持することができる。交流系統30に地絡等が生じた場合であっても、開閉部132が交流/直流変換器120と交流系統30との間の接続を遮断することで交流/直流変換器120から出力される電圧の低下を抑制することができ、抵抗部136が交流/直流変換器120から出力される交流電力を消費することで交流/直流変換器120が有するコンデンサの過充電を抑制することができ、交流/直流変換器120が制御不能に陥ることを防止することができるためである。
[0072]
 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同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

産業上の利用可能性

[0073]
 系統事故が発生した場合に、交流/直流変換器120の損傷を抑制することができ、HVDCにおける伝送システムに適用できる。

符号の説明

[0074]
10…発電装置、20…変圧器、30…交流系統、100…直流送電システム、110…交流/直流変換器、120…交流/直流変換器、130…保護回路、132…開閉部、134…開閉部制御部、136…抵抗部、140…制御部

請求の範囲

[請求項1]
 入力電力を所定電圧の直流電力に変換する第1の変換器と、
 蓄電デバイスを有し、前記第1の変換器の直流側に接続された直流リンクを介して前記第1の変換器から供給される直流電力を、交流電力に変換する第2の変換器と、
 前記第2の変換器と交流系統との間に接続される保護装置であって、前記第2の変換器と前記交流系統との間の接続を接続状態又は遮断状態にする開閉部と、前記開閉部が遮断状態とされた場合に前記第2の変換器からの交流電力を消費する負荷とを有する保護装置と、
 を備える直流送電システム。
[請求項2]
 前記負荷は、前記第2の変換器に対して前記開閉部と並列に設けられている抵抗器を含む
 請求項1に記載の直流送電システム。
[請求項3]
 前記第1の変換器に入力される電力は、再生可能エネルギーである
 請求項1又は請求項2に記載の直流送電システム。
[請求項4]
 前記開閉部が遮断状態になったときに、前記第2の変換器に交流電力の出力を停止させる制御部を更に備える、
 請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の直流送電システム。
[請求項5]
 前記制御部は、前記第2の変換器の交流電力の出力を停止させたことと、前記開閉部を遮断状態とした旨の通知を受けたこととの双方の条件が成立した後、前記第2の変換器に交流電力の出力を再開させる
 請求項4に記載の直流送電システム。
[請求項6]
 前記交流系統の状態が所定の状態である場合に、前記開閉部を遮断状態にすると共に、前記第2の変換器に交流電力の出力を停止させる制御部を更に備える、
 請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の直流送電システム。
[請求項7]
 前記制御部は、前記第2の変換器の交流電力の出力を停止させたことと、前記開閉部を遮断状態としたこととの双方が成立した場合に、前記第2の変換器に交流電力の出力を再開させる
 請求項6に記載の直流送電システム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]