特許 6158857 高電圧直流送電システム及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6158857

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】高電圧直流送電システム及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20170626BHJP

   H02J 3/36 20060101ALI20170626BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20170626BHJP

【ＦＩ】

   H02J1/00 301B

   H02J1/00 301D

   H02J3/36

   H02M7/48 E

   H02M7/48 R

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-97246(P2015-97246)

(22)【出願日】2015年5月12日

(65)【公開番号】特開2015-220989(P2015-220989A)

(43)【公開日】2015年12月7日

【審査請求日】2015年5月12日

(31)【優先権主張番号】10-2014-0057388

(32)【優先日】2014年5月13日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】593121379

【氏名又は名称】エルエス産電株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＬＳＩＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】ソン クム テ

(72)【発明者】

【氏名】パク ホ ファン

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−１９３０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１９３０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０４４３６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１５３９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６４００５８５（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０２Ｊ ３／３６

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧直流送電システムにおいて、
交流電力を直流電力に変換する整流装置と、
前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記整流装置で変換された直流電力を前記インバータに伝達する直流送電線路と、
前記整流装置に入力される第１有効電力を測定する第１有効電力測定部と、
前記インバータから出力される第２有効電力を測定する第２有効電力測定部と、
前記測定された第１有効電力に対する第２有効電力の割合が基準割合範囲を逸脱すれば、前記直流送電線路上に異常電圧が発生したと確認する第１制御部と、を含む、高電圧直流送電システム。

【請求項2】

前記第１制御部は、
前記直流送電線路上に異常電圧が発生したと確認されれば前記高電圧直流送電システムの動作を中断するトリップ信号を生成する、請求項１に記載の高電圧直流送電システム。

【請求項3】

前記第１有効電力測定部は、
前記整流装置に入力される交流電流と交流電圧を測定して前記第１有効電力を測定し、
前記第２有効電力測定部は、
前記インバータから出力される交流電流と交流電圧を測定して前記第２有効電力を測定する、請求項１または２に記載の高電圧直流送電システム。

【請求項4】

前記第２有効電力測定部から測定された第２有効電力を伝達される第２制御部を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高電圧直流送電システム。

【請求項5】

前記第１制御部は、
前記第２制御部から前記第２有効電力に対する情報を受信し、
前記第１有効電力及び前記受信された第２有効電力に対する情報に基づいて前記直流送電線路上の異常電圧状態を検出する、請求項４に記載の高電圧直流送電システム。

【請求項6】

前記整流装置の電力変換過程で発生する高調波電流を除去する第１交流フィルタ及び前記インバータの電力変換過程で発生する高調波電流を除去する第２交流フィルタを更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の高電圧直流送電システム。

【請求項7】

前記整流装置及び前記インバータそれぞれは、
サイリスタバルブ及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタバルブのうちいずれか一つを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の高電圧直流送電システム。

【請求項8】

前記整流装置に並列に連結され、前記整流装置から出力される直流電圧を平滑する第１キャパシタと、
前記インバータに並列に連結され、前記インバータに入力される直流電圧を平滑する第２キャパシタと、を更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の高電圧直流送電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は高電圧直流送電システム及びその制御方法に関するものであり、より詳しくは、直流送電線路上の異常電圧を検出する高電圧直流送電システム及びその制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

高電圧直流送電（ＨＩＧＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＤＩＲＥＣＴ ＣＵＲＲＥＮＴ，ＨＶＤＣ）とは、送電所が発電所で生産される交流電力を直流に変換させて送電した後、受電所で交流に再変換して電力を供給する送電方式をいう。

【0003】

ＨＶＤＣシステムは海底ケーブル送電、大容量長距離送電、交流系統間連携などに適用される。また、ＨＶＤＣシステムは互いに異なる周波数系統連携及び非同期（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍ）連携を可能にする。

【0004】

送電所は交流電力を直流電力に変換する。即ち、交流電力を海底ケーブルなどを利用して伝送する情況は非常に危ないため、送電所は交流電量を直流電力に変換して受電所に伝送する。

【0005】

この際、送電所は送電線路を介して受電所に直流電力を伝達する。しかし、送電線路上に流れる直流電流又は送電線路上にかかる直流電圧に異常状態が発生した場合、即ち、送電線路上に一定時間の間に過電流又は過電圧が発生した場合、高電圧直流伝送システムが損傷する恐れがある。

【0006】

そのため、送電線路上で発生する異常状態を短時間に検出しそれに対応する方法が要求される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、直流送電線路上の異常電圧状態を効率的に検出し高電圧直流送電システムの動作を制御する高電圧直流送電システム及びその制御方法を提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施例による高電圧直流送電システムは、交流電力を直流電力に変換する整流装置と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記整流装置で変換された直流電力を前記インバータに伝達する直流送電線路と、前記整流装置に入力される第１有効電力を測定する第１有効電力測定部と、前記インバータから出力される第２有効電力を出力する第２有効電力測定部と、前記測定された第１有効電力及び第２有効電力に基づいて前記直流送電線路上の異常電圧状態を検出する第１制御部と、を含む。

【0009】

前記第１制御部は、前記第１有効電力対比第２有効電力の割合を測定して前記直流送電線路上の異常電圧状態を検出する。

【0010】

前記第１制御部は、前記第１有効電力対比第２有効電力の割合が基準割合範囲を逸脱すれば前記直流送電線路上に異常電圧が発生したと確認する。

【0011】

前記第１制御部は、前記直流送電線路上に異常電圧が発生したと確認されれば前記高電圧直流送電システムの動作を中断するトリップ信号を生成する。

【0012】

前記第１有効電力測定部は前記整流装置に入力される交流電流と交流電圧を測定して前記第１有効電力を測定し、前記第２有効電力測定部は前記インバータから出力される交流電流と交流電圧を測定して前記第２有効電力を測定する。

【0013】

前記高電圧直流送電システムは、前記第２有効電力測定部から測定された第２有効電力を伝達される第２制御部を更に含む。

【0014】

前記第１制御部は前記第２制御部から前記第２有効電力に対する情報を受信し、前記第１有効電力及び前記受信された第２有効電力に対する情報に基づいて前記直流送電線路上の異常電圧状態を検出する。

【0015】

前記高電圧直流送電システムは、前記整流装置の電力変換過程で発生する高調波電流を除去する第１交流フィルタ及び前記インバータの電力変換過程で発生する高調波電流を除去する第２交流フィルタを更に含む。

【0016】

前記整流装置及び前記インバータそれぞれはサイリスタバルブ及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタバルブのうちいずれか一つを含む。

【0017】

前記高電圧直流送電システムは前記整流装置に並列に連結され、前記整流装置から出力される直流電圧を平滑する第１キャパシタ及び前記インバータに並列に連結され、前記インバータに入力される直流電圧を平滑する第２キャパシタを更に含む。

【発明の効果】

【0018】

本発明の多様な実施例によると、第１電力変換装置の一地点で測定された有効電力と第２電力変換装置の一地点で測定された有効電力のみを利用して直流送電線路上の異常電圧状態を検出することができる。

【0019】

それによってシステムの不安定な動作が起こることを防止し、高電圧直流送電システムの単価も下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施例による高電圧直流送電システムの構成を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施例による高電圧直流送電システムの実際の構成を説明するための図である。

【図3】本発明の他の実施例による高電圧直流送電システムの制御部の構成を説明するための図である。

【図4】本発明の一実施例による高電圧直流送電システムの制御方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に関する実施例について図面を参照してより詳細に説明する。以下に説明で使用される構成要素に対する接尾詞「パート」、「モジュール」及び「部」は明細書作成の容易性のみが考慮されて付与されるか混用されるものであって、それ自体として互いに区別される意味又は役割を有することはない。

【0022】

本発明の利点及びその特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すると明確になるはずである。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限らず互いに異なる多様な形態に具現されてもよいが、但し、本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は請求項の範疇によって定義されるのみである。明細書全体にわたって、同じ参照符号は同じ構成要素を指す。

【0023】

本発明の実施例を説明するに当たって、関連する公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明確にする恐れがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は本発明の実施例における機能を考慮して定義された用語であって、これはユーザ、運用者の意図又は慣例などによって異なり得る。よって、その定義は本明細書全般にわたる内容に基づいて下されるべきである。

【0024】

添付した図面の各ブロックとフローチャートの各ステップの組み合わせはコンピュータプログラムインストラクションによって行われてもよい。これらのコンピュータプログラムインストラクションは汎用コンピュータ、特殊用コンピュータ又はその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備のプロセッサに搭載可能であるため、コンピュータ又はその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備のプロセッサを介して行われるそのインストラクションが図面の各ブロック又はフローチャートの各ステップで説明された機能を行う手段を生成するようになる。これらのコンピュータプログラムインストラクションは特定方式に機能を具現するためにコンピュータ又はその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備の指向するコンピュータで利用可能な又はコンピュータで判読可能なメモリに貯蔵されることもできるため、そのコンピュータで利用可能な又はコンピュータで判読可能なメモリに貯蔵されたインストラクションは図面の各ブロック又はフローチャートの各ステップで説明された機能を行うインストラクション手段を内包する製造品目を生産することもできる。コンピュータプログラムインストラクションはコンピュータ又はその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備上に搭載することもできるため、コンピュータ又はその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備上で一連の動作ステップが行われてコンピュータで実行されるプロセスを生成してコンピュータ又はその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備を行うインストラクションは図面の各ブロック又はフローチャートの各ステップで説明された機能を行うためのステップを提供することもできる。

【0025】

また、各ブロック又は各ステップは特定の論理的機能を実行するための一つ以上の実行可能なインストラクションを含むモジュール、セグメント又はコードの一部を示す。また、いくつかの代替実施例ではブロック又はステップで言及した機能が順番を逸脱して発生することもできることに注目すべきである。例えば、引き続き図示されている２つのブロック又はステップは実は実質的に同時に行われてもよく、或いはそのブロック又はステップが時々当たる機能に応じて逆順に行われてもよい。

【0026】

図１は、本発明の一実施例による高電圧直流送電システムの構成を説明するための図である。

【0027】

本発明に実施例による高電圧直流送電システム１はサイリスタ型ＨＶＤＣシステム及び電圧型ＨＶＤＣシステムのうちいずれか一つのシステムである。サイリスタ型ＨＶＤＣシステムは整流装置としてサイリスタバルブを使用する電流型ＨＶＤＣシステムであり、電圧型ＨＶＤＣシステムはＩＧＢＴ素子を利用するシステムである。

【0028】

サイリスタ型ＨＶＤＣシステムはサイリスタバルブを整流するために発電機や同期調相機などのような回転機器がインバータ側の系統に必要であり、無効電力を補償するためのキャパシタバンクが整流装置やインバータ側の系統に含まれる。

【0029】

電圧型ＨＶＤＣシステムは高速スイッチングを介して高調波を大幅に減少するため高調波を除去するための高調波フィルタの大きさが小さく、無効電力供給が必要ではない。また、電圧型ＨＶＤＣシステムは独立的に有効電力及び無効電力を制御する。

【0030】

図１を参照すると、本発明の実施例による高電圧直流伝送システム１は第１電力変換装置１０及び第２電力変換装置２０を含む。

【0031】

第１電力変換装置１０は交流電力供給装置１１、第１変圧器１２、整流装置１３、冷却装置１４及び第１制御部１５を含む。

【0032】

交流電力供給装置１１は交流電力を生産し第１変圧器１２に伝達する。一実施例において、交流電力供給装置１１は風力発電所などのように電力を生産し供給する発電所である。

【0033】

第１変圧器１２は交流電力供給装置１１から伝達された交流電力の交流電圧の大きさを上げて高電圧を有する交流電力に変換する。

【0034】

整流装置１３は第１トラスフォーマ１２から変換された高圧の交流電力を直流電力に変換する。

【0035】

冷却装置１４は整流装置１３で発生する熱を冷却する。詳しくは、冷却装置１４は整流装置１３及びそれに関する部品によって発生した熱を冷却水を循環して冷却する。

【0036】

第１制御部１５は第１電力変換装置１０の全般的な動作を制御する。特に、第１制御部１５は第１電力変換装置１０のいずれか一つの端子に対する交流電力の大きさ、交流電力の位相、有効電力、無効電量などを制御する。

【0037】

整流装置１３を介して変換された直流電力はＤＣラインを介して第２電力変換装置２０に伝達される。

【0038】

第２電力変換装置２０はインバータ２１、第２変圧器２２、交流電力需給装置２３、冷却装置２４及び第２制御部２５を含む。

【0039】

インバータ２１は第１電力変換装置１０からＤＣラインを介して伝達された直流電力を交流電力に変換する。

【0040】

第２変圧器２２はインバータ２１から変換された交流電力を低圧の交流電力に変換する。

【0041】

交流電力需給装置２３は第２変圧器２３から低圧の交流電力を受信する。

【0042】

冷却装置２４はインバータ２１から発生した熱を冷却する。

【0043】

第２制御部２５は第２変換装置２０の全般的な構成を制御する。第２制御部２５は第２電力変換装置２０のいずれか一つの端子に対する交流電力の大きさ、交流電力の位相、有効電力、無効電量などを制御する。

【0044】

図２は、本発明の一実施例による高電圧直流送電システムの実際の構成を説明するための図である。

【0045】

図２を参照すると、本発明の一実施例による高電圧直流送電システム１は第１電力変換装置１０及び第２電力変換装置２０を含む。

【0046】

第１電力変換装置１０は交流電力を直流電力に変換して第２電力変換装置２０に提供し、第２電力変換装置２０は第１電力変換装置１０から伝達された直流電力を交流電力に変換する。

【0047】

第１電力変換装置１０及び第２電力変換装置２０は正極の直流送電線路Ｗ１，Ｗ２によって接続される。直流送電線路Ｗ１，Ｗ２は第１電力変換装置１０が出力する直流電流又は直流電圧を第２電力変換装置２０に伝達する。

【0048】

直流送電線路Ｗ１，Ｗ２は架空線路（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｌｉｎｅ）、ケーブルのうちいずれか一つであってもよく、それらの組み合わせで構成されてもよい。

【0049】

第１電力変換装置１０は交流電力供給装置１１、第１交流フィルタ１６、第１インダクタ１７、整流装置１３、第１キャパシタＣ１、第１測定部Ｍ１、第２測定部Ｍ３、第３測定部Ｍ７、第１制御部１５を含む。

【0050】

交流電力供給装置１１は交流電力を生成し整流装置１３に伝達する。交流電力供給装置１１は風力発電所などのように電力を生産し供給する発電所である。

【0051】

交流電力供給装置１１は３相交流電力を整流装置１３に伝達する。

【0052】

第１交流フィルタ１６は交流電力供給装置１１及び整流装置１３との間に配置される。第１交流フィルタ１６は整流装置１３が交流電力を直流電力に変換する過程で発生する電流高調波を除去する。即ち、第１交流フィルタ１６は電流高調波を除去して交流電力供給装置１１に電流高調波が入ることを遮断する。一実施例において、第１交流フィルタ１６はキャパシタ、インダクタ及び抵抗を含む共振回路を含む。

【0053】

また、第１交流フィルタ１６は整流装置１３で消費される無効電力を供給する。

【0054】

第１インダクタ１７は第１交流フィルタ１６及び整流装置１３の間に配置される。

【0055】

第１インダクタ１７は第１交流フィルタ１６を介して電流高周波が除去された交流電流を整流装置１３に伝達する。

【0056】

第１インダクタ１７は第１交流フィルタ１６を介して電流高周波が除去された交流電流の位相を調節する位相インダクタである。

【0057】

整流装置１３は交流電力供給装置１１、詳しくは、第１インダクタ１７から伝達された交流電力を直流電力に変換する。

【0058】

整流装置１３は交流電力を直流電力に変換する半導体バルブである。一実施例において、半導体バルブはサイリスタバルブ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｖａｌｖｅ）又はＩＧＢＴバルブのうちいずれか一つである。

【0059】

第１キャパシタＣ１は整流装置１３に並列に連結され、整流装置１３から出力された電圧を平滑する平滑用キャパシタである。

【0060】

第１測定部Ｍ１は交流電力供給装置１１が供給する交流電圧ＵＬ１を測定して第１制御部１５に伝達する。

【0061】

第１測定部Ｍ１は交流電力供給装置１１と第１交流フィルタ１６の間の一地点に対する交流電圧ＵＬ１を測定して第１制御部１５に伝達する。以下、交流電力供給装置１１と第１交流フィルタ１６の間の一地点に対して測定された交流電圧ＵＬ１をバス電圧ＵＬ１と称する。

【0062】

第２測定部Ｍ３は第１インダクタ１７の出力端又は整流装置１３に入力される交流電流ＩＶ１又は交流電圧ＵＶ１を測定して第１制御部１５に伝達する。以下、第１インダクタ１７の出力端又は整流装置１３に入力される交流電圧ＵＶ１をブリッジ電圧ＵＶ１と称する。

【0063】

第３測定部Ｍ７は第１キャパシタＣ１の両端にかかる直流電圧Ｕｄ１を測定して第１制御部１５に伝達する。

【0064】

第１制御部１５は第１電力変換装置１０の動作を全般的に制御する。

【0065】

第１制御部１５は第１測定部Ｍ１からバス電圧ＵＬ１、第２測定部Ｍ３から伝達された整流装置１３に入力される交流電流ＩＶ１及び第３測定部Ｍ７から伝達された第１キャパシタＣ１の両端にかかる直流電圧Ｕｄ１に基づいて整流装置１３の動作を制御する。

【0066】

もし整流装置１３がＩＧＢＴバルブ型であれば、第１制御部１５は第１測定部Ｍ１から伝達されたバス電圧ＵＬ１、第２測定部Ｍ３から伝達された整流装置１３に入力される交流電流ＩＶ１及び第３測定部Ｍ７から伝達された第１キャパシタＣ１の両端にかかる直流電圧Ｕｄ１に基づいてターンオン信号又はターンオフ信号を整流装置１３に伝達して整流装置１３の動作を制御する。前記ターンオン信号又はターンオフ信号によって交流電力から直流電力への変換が制御される。

【0067】

また、第１制御部１５は直流送電線路Ｗ１，Ｗ２から発生する異常電圧状態に基づいて位相変更命令信号を生成し、生成された位相変更命令信号に応じてブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節する。

【0068】

詳しくは、第１制御部１５は直流送電線路Ｗ１の一地点で測定された直流電圧（例えば、第１キャパシタＣ１の両端にかかる直流電圧Ｕｄ１）が一定時間の間に基準値を超過する場合、直流送電線路に異常電圧が発生したと確認する。

【0069】

第１制御部１５は直流送電線路に異常電圧が発生したと確認される場合、位相変更命令信号を生成してブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節する。

【0070】

第１制御部１５はブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節して整流装置１３で変換される直流電圧を調節し、それに応じて直流送電線路上で直流電圧が急増することが防止される。

【0071】

第２電力変換装置２０はインバータ２１、第２キャパシタＣ２、第２インダクタ２７、第２交流フィルタ２６、交流電力需給装置２３、第４測定部Ｍ８、第５測定部Ｍ６、第６測定部Ｍ４、第２制御部２５を含む。

【0072】

インバータ２１は整流装置１３から伝達された直流電力を交流電力に変換する半導体バルブである。一実施例において、半導体バルブはサイリスタバルブ又はＩＧＢＴバルブのうちいずれか一つである。

【0073】

インバータ２１は直流送電線路Ｗ１，Ｗ２を介してインバータ２１から直流電流又は直流電圧を伝達され、伝達された直流電流又は直流電圧を交流電流又は交流電圧に変換する。
第２キャパシタＣ２はインバータ２１に並列に連結され、インバータ２１に入力される直流電圧を平滑する平滑用キャパシタである。

【0074】

第２インダクタ２７はインバータ２１と第２交流フィルタ２６との間に配置される。第２インダクタ２７はインバータ２１から出力された交流電力を交流伝電力需給装置２３に伝達する。第２インダクタ２７は交流電流の位相を調節する位相インダクタである。

【0075】

第２交流フィルタ２６は第２インダクタ２７及び交流電力需給装置２３との間に配置される。第２交流フィルタ２６はインバータ２１が直流電力を交流電力に変換する過程で発生する電流高調波を除去する。即ち、第２交流フィルタ２６は電流高調波を除去して交流電力需給装置２３に電流高調波が入ることを遮断する。一実施例において、第２交流フィルタ２６はキャパシタ、インダクタ及び抵抗を含む共振回路を含む。

【0076】

また、第２交流フィルタ２６はインバータ２１で消費される無効電力を供給してもよい。

【0077】

交流電力需給装置２３は第２交流フィルタ２６を介して高調波が除去された交流電力を伝達される。

【0078】

第４測定部Ｍ８は第２キャパシタＣ２の両端にかかる直流電圧Ｕｄ２を測定して第２制御部２５に伝達する。

【0079】

第５測定部Ｍ６は第２インダクタ２７の入力端又はインバータ２１から出力される交流電流ＩＶ２又は交流電圧ＵＶ２を測定して第２制御部２５に伝達する。以下、第２インダクタ２７の出力端又はインバータ２１から出力される交流電圧ＵＶ２をブリッジ電圧ＵＶ２と称する。

【0080】

第６測定部Ｍ４は交流電力需給装置２３が需給する交流電圧ＵＬ２を測定して第２制御部２５に伝達する。第６測定部Ｍ４は交流電力需給装置２３と第２交流フィルタ２６の間の一地点に対する交流電圧ＵＬ２を測定して第２制御部２５に伝達する。以下、交流電力需給装置２３と第２交流フィルタ２６の間の一地点に対して測定された交流電圧ＵＬ２をバス電圧ＵＬ２と称する。

【0081】

第２制御部２５は第２電力変換装置２０の動作を全般的に制御する。

【0082】

第２制御部２５は第６測定部Ｍ４からバス電圧ＵＬ２、第５測定部Ｍ６から伝達されたインバータ２１から出力される交流電流ＩＶ２及び第６測定部Ｍ４から伝達された第２キャパシタＣ２の両端にかかる電圧である直流電圧Ｕｄ２に基づいてインバータ２１の動作を制御する。

【0083】

もしインバータ２１がＩＧＢＴバルブ型であれば、第２制御部２５は第６測定部Ｍ４から伝達されたバス電圧ＵＬ２、第５測定部Ｍ６から伝達されたインバータ２１から出力される交流電流ＩＶ２及び第４測定部Ｍ８から伝達された第２キャパシタＣ２の両端にかかる電圧である直流電圧Ｕｄ２に基づいてターンオン信号又はターンオフ信号をインバータ２１に伝達してインバータ２１の動作を制御する。前記ターンオン信号又はターンオフ信号によって直流電力から交流電力への変換が制御される。

【0084】

また、第２制御部２５は直流送電線路Ｗ１，Ｗ２から発生する異常電圧状態に基づいて位相変更命令信号を生成し、生成された位相変更命令信号に応じてブリッジ電圧ＵＶ２及びバス電圧ＵＬ２間の位相差を調節する。

【0085】

詳しくは、第２制御部２５は直流送電線路Ｗ１の一地点で測定された直流電圧（例えば、第２キャパシタＣ２の両端にかかる直流電圧Ｕｄ２）が一定時間の間に基準値を超過する場合、直流送電線路に異常電圧が発生したと確認する。

【0086】

第２制御部２５は直流送電線路に異常電圧が発生したと確認される場合、位相変更命令信号を生成してブリッジ電圧ＵＶ２及びバス電圧ＵＬ２間の位相差を調節する。

【0087】

上述した図２の実施例による高電圧直流送電システム１は直流送電線路上の異常電圧状態を検出してブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節する。それによって直流送電線路上に過度な直流電圧がかかることが防止されて安全運転限界内で高電圧直流送電システム１が動作することができる。

【0088】

しかし、図２の実施例による高電圧直流送電システム１はブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節するために位相変更命令信号を生成する手段、位相変更命令信号に応じてブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節する手段などを必要とし、複雑な制御過程を経る。

【0089】

図３は、本発明の他の実施例による高電圧直流送電システムの構成を説明するための図である。

【0090】

図３を参照すると、本発明のまた他の実施例による高電圧直流送電システム２は第１電量変換装置１０及び第２電力変換装置２０を含む。

【0091】

第１電力変換装置１０は交流電力を直流電力に変換して第２電力変換装置に提供し、第２電力変換装置２０は第１電力変換装置１０から伝達された直流電力を交流電力に変換する。

【0092】

第１電力変換装置１０及び第２電力変換装置２０は正極の直流送電線路Ｗ１，Ｗ２によって接続される。直流送電線素Ｗ１，Ｗ２は第１電力変換装置１０が出力する直流電流又は直流電圧を第２電力変換装置２０に伝達する。

【0093】

直流送電線路Ｗ１，Ｗ２は架空線路、ケーブルのうちいずれか一つであってもよく、それら２つの組み合わせで構成されてもよい。

【0094】

第１電力変換装置１０は交流電力供給装置１１、第１交流フィルタ１６、第１インダクタ１７、整流装置１３、第１キャパシタＣ１、第１測定部Ｍ１、第１有効電力測定部１８、第３測定部Ｍ７、第１制御部１５を含む。

【0095】

交流電力供給装置１１は交流電力を生成して整流装置１３に伝達する。交流電力供給装置１１は風力発電所のように電力を生産し供給する発電所である。

【0096】

交流電力供給装置１１は３相交流電力を整流装置１３に伝達する。
第１交流フィルタ１６は交流電力供給装置１１及び整流装置１３の間に配置される。第１交流フィルタ１６は整流装置１３が交流電力を直流電力に変換する過程で発生する電流高調波を除去する。即ち、第１交流フィルタ１６は電流高調波を除去して交流電力供給装置１１に電流高調波が入ることを遮断する。一実施例において、第１交流フィルタ１６はキャパシタ、インダクタ及び抵抗を含む共振回路を含む。

【0097】

また、第１交流フィルタ１６は整流装置１３で消費される無効電力を供給してもよい。

【0098】

第１インダクタ１７は第１交流フィルタ１６及び整流装置１３の間に配置される。

【0099】

第１インダクタ１７は第１交流フィルタ１６を介して電流高周波が除去された交流電流を整流装置１３に伝達する。第１インダクタ１７は第１交流フィルタ１６を介して電流高周波が除去された交流電流の位相を調節する位相インダクタである。

【0100】

整流装置１３は交流電力供給装置１１、詳しくは第１インダクタ１７から伝達された交流電力を直流電力に変換する。

【0101】

整流装置１３は交流電力を直流電力に変換する半導体バルブである。一実施例において、半導体バルブはサイリスタバルブ又はＩＧＢＴバルブのうちいずれか一つである。

【0102】

第１キャパシタＣ１は整流装置１３に並列に連結されて整流装置１３から出力された直流電圧を平滑する平滑用キャパシタである。

【0103】

第１測定部Ｍ１は交流電力供給装置１１が供給する交流電圧ＵＬ１を測定して第１制御部１５に伝達する。第１測定部Ｍ１は交流電力供給装置１１と第１交流フィルタ１６の間の一地点に対する交流電圧ＵＬ１を測定して第１制御部１５に伝達する。以下、交流電力供給装置１１と第１交流フィルタ１６の間の一地点に対して測定された交流電圧ＵＬ１をバス電圧ＵＬ１と称する。

【0104】

第１有効電力測定部１８は図３に示した第１地点Ａの有効電力を測定するがこれは例示に過ぎず、第１インダクタ１７の出力端と整流装置１３の入力端の間のいずれか一地点であってもよい。

【0105】

詳しくは、第１有効電力測定部１８は第１インダクタ１７の出力端又は整流装置１３に入力される交流電流ＩＶ１及び交流電圧ＵＶ１を測定し、測定された交流電流ＩＶ１及び交流電圧ＵＶ１を利用して第１有効電力Ｐ１を測定した後、測定された第１有効電力Ｐ１を第１制御部１５に伝達する。以下、第１インダクタ１７の出力端又は整流装置１３に入力される交流電圧ＵＶ１をブリッジ電圧ＵＶ１と称する。

【0106】

第３測定部Ｍ７は第１キャパシタＣ１の両端にかかる直流電圧Ｕｄ１を測定して第１制御部１５に伝達する。

【0107】

第１制御部１５は第１電力変換装置１０の動作を全般的に制御する。

【0108】

第１制御部１５は測定された第１有効電力Ｐ１及び第２有効電力Ｐ２に基づいて第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合を測定する。一実施例において、第１制御部１５は第２制御部２５から第２有効電力Ｐ２に対する情報を受信する。第１制御部１５及び第２制御部２５それぞれは第１電力変換装置１０と第２電力変換装置２０間の情報交換のために遠隔通信インタフェースを具備し、遠隔通信インタフェース２０を介して第１有効電力Ｐ１及び第２有効電力Ｐ２に対する情報を送受信する。

【0109】

第１制御部１５は第２制御部２５から受信した第２有効電力Ｐ２に対する情報を利用して第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合（ａ＝Ｐ２／Ｐ１＊１００）を測定する。一実施例において、第１制御部１５は第２制御部２５から第２有効電力Ｐ２に対する情報を受信する。第１制御部１５及び第２制御部２５それぞれは第１電力変換装置１０と第２電力変換装置２０間の情報交換のために遠隔通信インタフェースを具備し、遠隔通信インタフェースを介して第１有効電力Ｐ１及び第２有効電力Ｐ２に対する情報を送受信する。

【0110】

第１制御部１５は第２制御部２５から受信した第２有効電力Ｐ２に対する情報を利用して第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合（ａ＝Ｐ２／Ｐ１＊１００）を測定する。

【0111】

第１制御部１５は測定された割合が基準割合範囲内にあるのかを確認する。一実施例において、基準割合範囲は直流送電線路に異常電圧状態が発生しないと確認される割合範囲であり、９５〜９８％の範囲を有する。しかし、これは例示に過ぎない数値である。

【0112】

例えば、第１有効電力Ｐ１が１００ＭＷで第２有効電力Ｐ２が９６ＭＷであれば第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合は９６%であるため基準割合範囲内にあると確認され、第１制御部１５は直流送電線路に異常電圧状態が発生していないと確認する。

【0113】

もし、第１有効電力Ｐ１が１００ＭＷで第２有効電力Ｐ２が９０ＭＷであれば第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合は９０%であるため基準割合範囲内にないと確認され、第１制御部１５は直流送電線路に異常電圧状態が発生したと確認する。

【0114】

第１制御部１５は測定された割合が基準割合範囲内になければトリップ信号を発生する。

【0115】

即ち、第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合が基準割合範囲内になければ、第１制御部１５は直流送電線路上に異常電圧状態が発生したと判断し高電圧直流送電システム２の動作を中止するためのトリップ信号を発生する。

【0116】

もし、第１制御部１５は第１有効電力に対する第２有効電力の割合が基準割合範囲内にあれば、第１制御部１５は直流送電線路上に異常電圧状態が発生していないと判断し高電圧直流送電システム２の動作を中止するためのトリップ信号を発生しない。

【0117】

第２電力変換装置２０はインバータ２１、第２キャパシタＣ２、第２インダクタ２７、第２交流フィルタ２６、交流電力需給装置２３、第４測底部Ｍ８、第２有効電力測定部２８、第６測定部Ｍ４、第２制御部２５を含む。

【0118】

インバータ２１は整流装置１３から伝達された直流電力を交流電力に変換する半導体バルブである。一実施例において、半導体バルブはサイリスタバルブ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタバルブのうちいずれか一つである。

【0119】

インバータ２１は直流送電線路Ｗ１，Ｗ２を介して整流装置１３から直流電流又は直流電圧を伝達され、伝達された直流電流又は直流電圧を交流電流又は交流電圧に変換する。

【0120】

第２キャパシタＣ２はインバータ２１に並列に連結され、インバータ２１に入力される直流電圧を平滑する平滑用キャパシタである。

【0121】

第２インダクタ２７はインバータ２１と第２交流フィルタ２６との間に配置される。第２インダクタ２７はインバータ２１から出力された交流電流を交流電力需給装置２３に伝達する。第２インダクタ２７は交流電流の位相を調節する位相インダクタである。

【0122】

第２交流フィルタ２６は第２インダクタ２７及び交流電力需給装置２３との間に配置される。第２交流フィルタ２６はインバータ２１が直流電力を交流電力に変換する過程で発生する電流高調波を除去する。即ち、第２交流フィルタ２６は電流高調波を除去して交流電力需給装置２３に電流高調波が入ることを遮断する。一実施例において、第２交流フィルタ２６はキャパシタ、インダクタ及び抵抗を含む共振回路を含む。

【0123】

また、第２交流フィルタ２６はインバータ２１で消費される無効電力を供給してもよい。

【0124】

交流電力需給装置２３は第２交流フィルタ２６を介して高調波が除去された交流電力を伝達される。

【0125】

第４測定部Ｍ８は第２キャパシタＣ２の両端にかかる直流電圧Ｕｄ２を測定して第２制御部２５に伝達する。

【0126】

第２有効電力測定部２８は図３に示した第２地点Ｂの有効電力を測定するがこれは例示に過ぎず、インバータ２１の出力端と第２インダクタ２７の入力端の間のいずれか一地点であってもよい。

【0127】

第２有効電力測定部２８は第２インダクタ２７の出力端又はインバータ２１から出力された交流電流ＩＶ２及び交流電圧ＵＶ２を測定し、測定された交流電流ＩＶ２及び交流電圧ＵＶ２を利用して第２有効電力Ｐ２を測定した後、測定された第２有効電力Ｐ２を第２制御部２５に伝達する。以下、第２インダクタ２７の出力端又はインバータ２１から出力される交流電圧ＵＶ２をブリッジ電圧ＵＶ２と称する。

【0128】

第６測定部Ｍ４は交流電力需給装置２３が需給する交流電圧ＵＬ２を測定して第２制御部２５に伝達する。第６測定部Ｍ１は交流電力需給装置２３と第２交流フィルタ２６の間の一地点に対する交流電圧ＵＬ２を測定して第２制御部２５に伝達する。以下、交流電力需給装置２３と第２交流フィルタ２６の間の一地点に対して測定された交流電圧ＵＬ２をバス電圧ＵＬ２と称する。

【0129】

第２制御部２５は第２電力変換装置２０の動作を全般的に制御する。

【0130】

第２制御部２５は測定された第１有効電力Ｐ１及び第２有効電力Ｐ２に基づいて第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合を測定する。一実施例において、第２制御部２５は第１制御部１５から第１有効電力Ｐ１に対する情報を受信する。第１制御部１５及び第２制御部２５それぞれは第１電力変換装置１０と第２電力変換装置２０間の情報交換のために遠隔通信インタフェースを具備し、遠隔通信インタフェース２０を介して第１有効電力Ｐ１及び第２有効電力Ｐ２に対する情報を送受信する。

【0131】

第２制御部２５は第１制御部１５から受信した第１有効電力Ｐ１に対する情報を利用して第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合（ａ＝Ｐ２／Ｐ１＊１００）を測定する。

【0132】

第２制御部２５は測定された割合が基準割合範囲内にあるのかを確認する。一実施例において、基準割合範囲は直流送電線路に異常電圧状態が発生しないと確認される割合範囲であり、９５〜９８％の範囲を有する。しかし、これは例示に過ぎない数値である。

【0133】

第２制御部２５は測定された割合が基準割合範囲内になければトリップ信号を発生する。
即ち、第１有効電力に対する第２有効電力の割合が基準割合範囲内になければ、第２制御部２５は直流送電線路上に異常電圧状態が発生したと判断し高電圧直流送電システム２の動作を中止するためのトリップ信号を発生する。

【0134】

もし、第２制御部２５は第１有効電力に対する第２有効電力の割合が基準割合範囲内にあれば、第２制御部２５は直流送電線路上に異常電圧状態が発生していないと判断し高電圧直流送電システム２の動作を中止するためのトリップ信号を発生しない。

【0135】

図４は、本発明の一実施例による高電圧直流送電システムの制御方法を説明するための図である。

【0136】

以下、本発明の一実施例による高電圧直流送電システムの制御方法を図１〜図３の内容に結び付けて説明する。

【0137】

まず、第１電力変換装置１０の第１有効電力測定部は整流装置１３に入力される交流電力に対する第１有効電力を測定するＳ１０１。

【0138】

一実施例において、第１有効電力測定部１８は図３に示した第１地点Ａでの有効電力を測定するがこれは例示に過ぎず、第１インダクタ１７の出力端と整流装置１３の入力端の間の一地点であってもよい。

【0139】

第１有効電力測定部１８は第１地点Ａで測定される交流電力ＩＶ１及び交流電圧ＵＶ１に基づいて第１地点Ａでの第１有効電力を測定する。

【0140】

第１有効電力測定部１８は整流装置１３に入力される交流電流ＩＶ１及び交流電圧ＩＶ１を利用して整流装置１３に入力される第１有効電力Ｐ１を測定する。

【0141】

第２電力変換装置２０の第２有効電力測定部２８はインバータ２１から出力される交流電力に対する第２有効電力を測定するＳ１０３。

【0142】

一実施例において、第２有効電力測定部２８は図３に示した第２地点Ｂでの有効電力を測定するがこれは例示に過ぎず、第２インダクタ２７の入力端とインバータ２１の入力端の間の一地点であってもよい。

【0143】

第２有効電力測定部２８は第２地点Ｂで測定される交流電流ＩＶ２及び交流電圧ＵＶ２に基づいて第２地点Ｂでの第２有効電力を測定する。

【0144】

第２有効電力測定部２８はインバータ２１から出力される交流電流ＩＶ２及び交流電圧ＵＶ２を利用してインバータ２１から出力される第２有効電力Ｐ２を測定する。

【0145】

第１電力変換装置１０の第１制御部１５は測定された第１有効電力Ｐ１及び第２有効電力Ｐ２に基づいて第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合を測定するＳ２０５。

【0146】

一実施例において、第１制御部１５は第２制御部２５から第２有効電力Ｐ２に対する情報を受信する。第１制御部１５及び第２制御部２５それぞれは第１電力変換装置１０と第２電力変換装置２０間の情報交換のために遠隔通信インタフェースを具備し、遠隔通信インタフェースを介して第１有効電力Ｐ１及び第２有効電力Ｐ２に対する情報を送受信する。

【0147】

一実施例において、第１制御部１５と第２制御部２５間の情報、制御信号の送受信のためにケーブル通信が利用される。

【0148】

第１制御部１５は第２制御部２５から受信した第２有効電力Ｐ２に対する情報を利用して第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合（ａ＝Ｐ２／Ｐ１＊１００）を測定する。

【0149】

第１電力変換装置１０の第１制御部１５は測定された割合が基準割合範囲内にあるのかを確認するＳ２０７。一実施例において、基準割合範囲は直流送電線路に異常電圧状態が発生していないと確認される割合範囲であり、９５〜９８％の範囲を有する。しかし、これは例示に過ぎない数値である。

【0150】

例えば、第１有効電力Ｐ１が１００ＭＷで第２有効電力Ｐ２が９６ＭＷであれば第１第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合は９６%であるため基準割合範囲内にあると確認され、第１制御部１５は直流送電線路に異常電圧状態が発生していないと確認する。

【0151】

もし、第１有効電力Ｐ１が１００ＭＷで第２有効電力Ｐ２が９０ＭＷであれば第１有効電力Ｐ１に対する第２有効電力Ｐ２の割合は９０%であるため基準割合範囲内にないと確認され、第１制御部１５は直流送電線路に異常電圧状態が発生したと確認する。

【0152】

もし測定された割合が基準割合範囲内にあればＳ２０１に戻り、測定された割合が基準割合範囲内になければ第１電量変換装置１０の第１制御部１５はトリップ信号を発生するＳ２０９。

【0153】

即ち、第１有効電力に対する第２有効電力の割合が基準割合範囲内になければ、第１制御部１５は直流送電線路上に異常電圧状態が発生したと判断して高電圧直流送電システム２の動作を中止するためのトリップ信号を発生する。

【0154】

もし、第１制御部１５は第１有効電力に対する第２有効電力の割合が基準割合範囲内にあれば、第１制御部１５は直流送電線路上に異常電圧状態が発生していないと判断して高電圧直流送電システム２の動作を中止するためのトリップ信号を発生しない。

【0155】

第１電力変換装置１０の第１制御部１５は発生したトリップ信号に応じて高電圧直流送電システム２の動作を中断するＳ２１１。

【0156】

図４の実施例ではＳ２０５〜Ｓ２１１を第１制御部１５が行うと説明したが、Ｓ２０５〜Ｓ２１１は第２制御部２５で行われてもよい。

【0157】

本発明の多様な実施例による高電圧直流送電システム２の制御方法によると、ブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節するために位相変更命令信号を生成する手段、位相変更命令信号に応じてブリッジ電圧ＵＶ１及びバス電圧ＵＬ１間の位相差を調節する手段がなくても直流送電線路上の異常電圧状態を検出してシステムの不安定な動作が起こることを防止し、高電圧直流送電システムの単価を下げることもできる。

【0158】

また、本発明の他の実施例による高電圧直流送電システム２の制御方法によると、第１電力変換装置１０の一地点で測定された有効電力と第２電力変換装置２０の一地点で測定された有効電力のみを利用して容易に直流送電線路上の異常電圧状態を把握することができる。

【0159】

また、前記では本発明の好ましい実施例について図示し説明したが、本発明が上述した特定の実施例に限ることはなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく該当発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であることはもちろんである。また、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。

【符号の説明】

【0160】

１ 高電圧直流伝送システム
１０ 第１電力変換装置
１１ 交流電力供給装置
１２ 第１変圧器
１３ 整流装置
１４ 冷却装置
１５ 第１制御部
１６ 第１交流フィルタ
１７ 第１インダクタ
１８ 第１有効電力測定部
２０ 第２電力変換装置
２１ インバータ
２２ 第２変圧器
２３ 交流電力需給装置
２４ 冷却装置
２５ 第２制御部
２６ 第２交流フィルタ
２７ 第２インダクタ
Ｃ１ 第１キャパシタ
Ｃ２ 第２キャパシタ
Ｍ１ 第１測定部
Ｍ３ 第２測定部
Ｍ４ 第６測定部Ｍ４
Ｍ６ 第５測定部Ｍ６
Ｍ７ 第３測定部Ｍ７
Ｍ８ 第４測定部
Ｗ１、Ｗ２ 直流送電線路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】