特許 6181695 高圧直流送電システムの瞬時電力モニタリングシステム

(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】6181695

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】高圧直流送電システムの瞬時電力モニタリングシステム

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/00 20060101AFI20170807BHJP

   G01R 21/00 20060101ALI20170807BHJP

   H02J 3/36 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   G01R19/00 A

   G01R19/00 T

   G01R21/00 P

   H02J3/36

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-78269(P2015-78269)

(22)【出願日】2015年4月7日

(65)【公開番号】特開2015-210265(P2015-210265A)

(43)【公開日】2015年11月24日

【審査請求日】2015年4月7日

(31)【優先権主張番号】10-2014-0051552

(32)【優先日】2014年4月29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】チェ ホ ソク

【審査官】 居島 一仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１４１８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０３３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２１２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３９４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５１６９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２２３９３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ１１／００−１１／６６

Ｇ０１Ｒ２１／００−２２／０４

Ｇ０１Ｒ３５／００−３５／０６

Ｈ０２Ｊ９／０６

Ｈ０２Ｐ９／１０

Ｈ０２Ｐ６／１６−６／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相電流及び電圧を入力されて前記入力された３相電流及び電圧から同期位相角を検出し、３相データを２相データに変換して出力する演算処理部と、
前記演算処理部で変換されたデータを貯蔵するデータ処理部と、を含み、
前記演算処理部は、前記３相データを第１次変換及び第２次変換する瞬時電力３相−２相変換処理部を含み、
前記第１次変換は、前記３相データを２相直交座標系データに固定座標系変換する第１変換と、前記第１変換されたデータを回転座標系変換する第２変換とを含み、
前記第２次変換は、前記第１次変換の逆変換であり、
前記瞬時電力３相−２相変換処理部は、
前記３相電流の２線短絡時、第１次変換を介して前記３相電流を２相電流に変換し、変換された２相電流を第２次変換して正常状態の３相電流に復元することを特徴とするＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステム。

【請求項2】

前記演算処理部は、
前記３相電流及び電圧から同期位相角を検出する同期位相角検出部を含む、請求項１に記載のＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステム。

【請求項3】

前記回転座標系変換は前記同期位相角検出部で検出された同期位相角に基づいて行われる、請求項１に記載のＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステム。

【請求項4】

ユーザインタフェース部を更に含む、請求項１に記載のＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステム。

【請求項5】

前記データ処理部は、
予め貯蔵されたデータを前記演算処理部に出力する、請求項１に記載のＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステムに関するものであり、詳しくは、ＨＶＤＣ電力モニタリングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

電力系統を連携する方式には交流電力系統をそのまま連携する方式と、電力変換器を介して交流電力を直流電力に変換して系統を連携する方式がある。

【0003】

最近は交流電力系統をそのまま連携する方式よりは交流電力を直流電力に変換して系統を連携する方式に対する関心が増大されている。

【0004】

国内でも電力変換器を利用した超高圧直流送電（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：ＨＶＤＣ）システムを済州と海南の間に設置して済州と海南の電力系統を連携している。

【0005】

超高圧直流送電（ＨＶＤＣ）方式とは電気送電方式の一つであって、発電所で発電した高圧の交流電力を直流電力に変換して送電した後、望みの受電地域で更に交流電力に再変換する供給方式をいう。

【0006】

直流送電方式には多様な長所がある。

【0007】

まず、直流電圧は交流電圧の最大値に比べて大きさが約７０％に過ぎず、超高圧直流送電システムは機器の絶縁が容易で電圧が低いため各機器に設置されている絶縁体の数量及び鉄塔の高さを下げることができる。

【0008】

超高圧直流送電システムは同じ電力を送る場合に交流方式に比べ直流方式が送電損失が少ないため送電効率が上がることが最大の長所である。超高圧直流送電システムは直流が交流に比べ２倍以上の電流を伝送することができる。

【0009】

超高圧直流送電システムは電線の使用量を減らし送電線路の面積を減らすことができるため効果的であり、電圧や周波数が異なる２つの交流系統の間に連結して系統の安定度を向上することもできる。

【0010】

超高圧直流送電システムは送電距離に対する制約なく、４５０ｋｍを超える陸上電力伝送や４０ｋｍを超える海底を介した電力伝送においても直流送電方式の方が建設費が安価である。

【0011】

よって、ＨＶＤＣ伝送システムは新再生エネルギーの電力システムへの連係方案、特に大規模の海上風力発電団地の電力伝送などに利用される。

【0012】

他の国家、例えば中国、インドなどの場合、発電所と電気使用者間の距離が１０００ｋｍ以上であるため超高圧直流送電システムの普及が急速に拡張しているのが実情である。

【0013】

このようなＨＶＤＣシステムは、サイリスタ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）バルブを利用する電流型ＨＶＤＣシステムとＩＧＢＴ素子を利用する電圧型ＨＶＤＣシステムに区分される。

【0014】

国内の電力送配電システムでは電力潮流の監視だけでなく故障電流の監視など、全てのイベント状況の監視及びデータ取得のために３相電流と電圧を測定して瞬時電力を監視する方式を採択し適用している。電力の監視は送配電点の母線別変電所で行われており、母線に連携されている各フィーダー（ｆｅｅｄｅｒ）に対しても電力のモニタリングが行われる。

【0015】

よって、ＨＶＤＣシステムでも同じ目的で整流器側及びインバータ側の変換所でそれぞれ交流電力を監視する。

【0016】

図１は、従来のＨＶＤＣ瞬時電力のモニタリングシステムを説明するための図である。

【0017】

図１を参照すると、従来のＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステム１は交流電力を監視するために３相電圧と電流、そしてその位相差を測定し、送電システムの正常動作可否及び故障状況など全てのイベント状況を判断する構成を含む。

【0018】

特に、電力監視処理部１０は演算処理部１１とデータ処理部１２を含んで構成される。一般に、イベント状況が発生すれば必ずイベントの発生時点とその状況の電圧電流をデータ化して貯蔵するように設計されるが、データ処理部１２のデータ貯蔵容量に限界がある。よって、貯蔵空間を確保するための法案として、一定期間以上貯蔵されたデータは自動的に削除又はユーザインタフェース部２０を介して運営者が選択的に削除するようにして貯蔵空間を確保する。もし貯蔵空間が確保されていない状況で電力システムに事故及び故障などのイベントが発生すれば、その原因に対する分析と状況の解決能力を確保することが難しい。また、予め貯蔵されたデータに対する任意削除又は一括削除などによって過去の履歴に対するイベントデータの確認が不可能になる恐れがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明が解決しようとする課題は、瞬時電力を解析するためのアルゴリズムを設計してデータの貯蔵空間を効率的に管理するＨＤＶＣ瞬時電力モニタリングシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の実施例によるＨＶＤＣ瞬時電力にモニタリングシステムは、３相電力及び電圧を入力されて前記入力された３相電流及び電圧から同期位相角を検出し、３相データを２相データに変換して出力する演算処理部と、前記演算処理部で変換されたデータを貯蔵するデータ処理部と、を含む。

【0021】

特に、前記演算処理部は前記３相電流及び電圧から同期位相角を検出する同期位相角検出部を含む。

【0022】

特に、前記演算処理部は前記３相データを第１次変換及び第２次変換する瞬時３相−２相変換処理部を含む。

【0023】

特に、前記瞬時電力３相−２相変換処理部は前記第１変換を介して前記３相データを固定座標系変換（Ｃｌａｒｋｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：クラーク変換）して２相直行座標系データに変換し、前記第２変換を介して前記第１次変換されたデータを回転座標系変換（Ｐａｒｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：パーク変換）して２相回転同期座標系に変換する。

【0024】

特に、前記回転座標系変換は前記同期位相角検出部で検出された同期位相角に基づいて行われる。

【0025】

特に、前記第１変換は前記３相電流を２相電流に変換し、前記第２変換は前記変換された２相電流を直流性（ＤＣ）２相電流に変換する。

【0026】

特に、前記瞬時電力３相−２相変換処理部は、前記第１次変換及び第２次変換を介して変換された２相データを逆に前記第１次及び第２次変換して最初に入力された３相データに復元する。

【0027】

特に、前記瞬時電力３相−２相変換処理部は前記３相データの第２線短絡の際に正常状態の３相電流に復元する。

【発明の効果】

【0028】

本発明のＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステムは、ＨＶＤＣ瞬時電力データを管理しモニタリングシステムの貯蔵空間を効率的に利用可能な効果がある。

【0029】

また、本発明のＨＶＤＣ瞬時電力モニタリングシステムは収集されるデータに対する強制削除が発生しない限り全ての収集データを貯蔵するようにすることで、事故イベントの履歴管理に効率的に使用される。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】従来のＨＶＤＣ瞬時電力のモニタリングシステムを説明するための図である。

【図2】本発明の実施例が適用されるのＨＶＤＣ瞬時電力のモニタリングシステムを説明するための図である。

【図3】本発明の実施例によるＨＶＤＣ瞬時電力データに対する処理動作を説明するための図である。

【図4】本発明の実施例によるＨＶＤＣ瞬時電力データに対する処理動作を説明するための図である。

【図5】本発明の実施例によって処理されるＨＶＤＣ瞬時電力データを説明するための例示図である。

【図6】本発明の実施例によって処理されるＨＶＤＣ瞬時電力データを説明するための例示図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の具体的な実施例を図面と共に詳細に説明する。

【0032】

本発明で使用される用語はなるべく現在広く使用されている一般的な用語を選択しているが、特定の場合には出願人が任意に選定した用語もあり、この場合には該当する発明の説明部分にその意味を詳細に記載しているため、単純な用語の名称ではなく用語が有する意味として本発明を把握すべきであることを明白にする。

【0033】

即ち、以下の説明において、単語「含む」は列挙されたものとは異なる構成要素又はステップの存在を排除しない。

【0034】

図２は、本発明の実施例が適用されるのＨＶＤＣ瞬時電力のモニタリングシステムを説明するための図である。

【0035】

図２を参照すると、本発明の実施例が適用されるのＨＶＤＣ瞬時電力のモニタリングシステム２は電力監視処理部１００及びユーザインタフェース部２００で構成される。

【0036】

電力監視処理部１００は演算処理部１１０及びデータ処理部１２０を含む。

【0037】

演算処理部１１０は３相測定電流と３相測定電圧を印加され、前記印加された電流及び電圧に対するデータ変換を介して２相ＤＣ電流及び電圧データに変換する。

【0038】

演算処理部１１０は同期位相角検出部１１１と瞬時電力３相−２相変換処理部１１２を含む。

【0039】

同期位相角検出部１１１は３相電流及び電圧から同期位相角を検出し、検出された同期位相角は瞬時電力に対する第１次変換値に適用されて第２次変換値を算出する係数として使用される。

【0040】

瞬時電力３相−２相変換処理部１１２は本発明の実施例による３相電流及び３相電圧に対して第１次変換及び第２次変換を介して２相電流及び電圧データを変換するための動作を行う。

【0041】

図３及び図４は、本発明の実施例によるＨＶＤＣ瞬時電力データに対して瞬時電力３相−２相変換処理部１１２の処理動作を説明するための図である。

【0042】

図３及び図４を参照して、本発明の実施例による瞬時電力モニタリングデータの変換動作について詳細に説明する。

【0043】

瞬時電力３相−２相変換処理部１１２は３相電流及び３相電圧データに基づいて第１変換（Ｃｌａｒｋｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｉｔｏｎ）及び第２変換（Ｐａｒｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｉｏｎ）を行って２相瞬時電力データに変換する。

【0044】

瞬時電力３相−２相変換処理部１１２は３相電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃを入力され、前記３相電流を第１次変換部１１２ａで変換する。この際、３相電流及び３相電圧データを２相瞬時電力データに変換するための第１次変換は固定座標系変換（Ｃｌａｒｋｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｉｏｎ）で行われる。固定座標系変換は下記数式１及び図４（ａ）に基づいて固定子ａ，ｂ，ｃ３相電流をα、βの２つの固定子直行座標系に変換する。

【0045】

【数1】

【0046】

即ち、第１変換部１１２ａで変換された第１次変換データは同期位相角検出部１１１で検出された同期位相角θを第１次変換データに適用して第２変換部１１２ｂで第２次変換を行う。

【0047】

第２変換部１１２ｂで行われる第２変換は回転座標系変換（Ｐａｒｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｉｏｎ）で行われる。回転座標系変換は下記数学式２及び図４（ｂ）の例示図に基づいてα、βの２つの固定子直行座標系をｄ、ｑの２つの回転同期座標系に変換する。この際、同期位相角検出部１１１で検出される値θはα、βに対するｄ、ｑのロータ磁束位置を示す。

【0048】

【数2】

【0049】

よって、本発明の実施例では３相測定電流及び３相測定電圧値が入力されると、前記３相値は第１変換及び第２変換を行って２相瞬時電力モニタリングデータに変換される。

【0050】

逆に、予め変換された２相瞬時電力モニタリングデータは前記のような第１次変換及び第２次変換を逆変換して取得３相電流及び３相電圧データに変換する。

【0051】

前記逆変換は下記数学式３及び数学式４を順次に適用して行われる。

【0052】

【数3】

【0053】

【数4】

【0054】

データ処理部１２０は、前記演算処理部１１０の処理結果を貯蔵するか予め貯蔵されたデータを前記演算処理部１１０に出力する。前記データ処理部１２０は本発明の実施例によって処理されたデータ及び処理対象データを貯蔵する貯蔵部である。

【0055】

以下、前記のように本発明の実施例による構成に基づき、図５及び図６を参照して本発明の実施例によるＨＶＤＣ瞬時電力データについて詳細に説明する。

【0056】

図５及び図６は、本発明の実施例によって処理されるＨＶＤＣ瞬時電力データを説明するための例示図である。

【0057】

図５は、本発明の実施例によって例示図（ａ）は正常状態の３相電流曲線を示す例示図である。上述したように、３相電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃが入力されると前記３相電流から同期位相角検出部１１１で同期位相角θを検出する。３相電流は瞬時電力３相−２相変換処理部１１２で第１変換を行う。３相電流が第１次変換を完了すると例示図（ｂ）のように２相電流ｉｄｓ，ｉｑｓに変換して出力し、前記第１次変換された２相電流は第２次変換を介して例示図（ｃ）のように直流性（ＤＣ）２相電流ｉｄｅ，ｉｑｅに出力される。よって、前記のように２相平衡電流データを出力することで、最初に入力される電流及び電圧データに比べデータの量及び解析が容易な形態の相のデータに変換される。

【0058】

また、前記のように変換された２相データは３相データを２相データに変換するための動作を逆変換し、最初に入力されたデータに復帰してデータの状態を監視及び解析する。

【0059】

図６の例示図（ａ）は図４に示した正常状態の２線短絡（故障）の際の３相電流曲線であり、入力される３相電流に対して第１次変換を介して例示図（ｂ）のように２つの相に変換し、例示図（ｃ）のように第２次変換して解析が容易な正常状態の３相電力に復元する。

【符号の説明】

【0060】

２ モニタリングシステム
１００ 電力監視処理部
１１０ 演算処理部
１１１ 同期位相角検出部
１１２ 瞬時電力３相−２相変換処理部
１１２ａ 第１変換部
１１２ｂ 第２変換部
１２０ データ処理部
２００ ユーザインタフェース部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】