特許 7735268 多端子直流送電システムの保護制御装置

(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】

(24)【登録日】2025-08-29

(45)【発行日】2025-09-08

(54)【発明の名称】多端子直流送電システムの保護制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20250901BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20250901BHJP

   H02H 3/06 20060101ALI20250901BHJP

   H02J 3/36 20060101ALI20250901BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 301D

H02J3/38 160

H02H3/06 D

H02J3/36

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022532310

(86)(22)【出願日】2021-03-24

(86)【国際出願番号】 JP2021012278

(87)【国際公開番号】W WO2021261041

(87)【国際公開日】2021-12-30

【審査請求日】2023-11-20

(31)【優先権主張番号】P 2020110265

(32)【優先日】2020-06-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】吉原 徹

(72)【発明者】

【氏名】大原 伸也

(72)【発明者】

【氏名】李 佳澤

(72)【発明者】

【氏名】原口 瑠理子

【審査官】佐藤 卓馬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５０６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６６１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８８０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４６６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】多端子ＨＶＤＣの制御・保護の標準仕様書案，日本，国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構，2020年03月，https://www.nedo.go.jp/content/100905898.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｈ ３／０６

Ｈ０２Ｊ ３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウインドファームの電力を交直変換する交直変換器を備えたウインドファーム変換所が、直流遮断器を含む複数の直流線路を介して他の交直変換所に接続された多端子直流送電システムの保護制御装置であって、
複数の前記直流線路の一部に直流事故が発生し、かつ前記ウインドファーム変換所における複数の前記直流遮断器が全て開放状態にあることを検知し、前記直流遮断器が全て開放状態にあるときに、前記直流遮断器の開放・投入状況及び前記直流線路の電流又は電圧情報から誤動作している直流遮断器を同定し、前記直流事故が発生していない側の前記直流線路の前記直流遮断器を再投入させ、
前記直流線路の一部に直流事故が発生したときに、前記ウインドファームの電力を抑制制御すると共に、
前記ウインドファーム変換所は、前記交直変換器と前記直流線路の間からブレーキングチョッパを介して対大地接続されており、複数の前記直流遮断器が全て開放状態にあることの検知により前記ブレーキングチョッパを対大地接続することを特徴とする多端子直流送電システムの保護制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、再生可能エネルギー電源などの発電システムを、電力変換器および直流送電線を介して連系する、多端子直流送電システムの保護制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

長距離送電や、海底送電の高効率化のために、直流送電システム（ＨＶＤＣ：Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）が用いられる。一般の電力系統は交流系統であるので、直流送電システムでは、交流系統の電力を交直変換器で直流に変換して送電する。

【0003】

直流送電システムに用いられる交直変換器は、古くはサイリスタを用いた他励式交直変換器が主流であったが、近年は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた自励式交直変換器の導入が増加している。

【0004】

自励式直流送電システムに用いる交直変換器は、高調波が少なく、大容量化や高電圧化に適した方式として、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を適用する事例が増加している。

【0005】

また、直流送電システムの送電形態として、従来は、２つの地点を１対１でつなぐ１対１送電が主流であったが、近年、直流送電システムの大規模化、大容量化が進み、送電形態も、３つの地点以上を接続する、いわゆる多端子直流送電システムが注目を浴びている。係る多端子直流送電システムの運用上の課題として、直流線路事故時におけるシステム全体の運転継続がある。

【0006】

システム全体の運転継続の基本的な考え方は、従来の交流系統と同様であり、事故区間を切り離し、残る健全部分で運転継続を図るというものである。この点について、交流系統と異なり、多端子直流送電システムでは、交直変換器を介して相互接続するが、事故除去後は速やかに交直変換器による制御の回復が行われることが求められる。また、交直変換器の過電流・過電圧保護および事故波及防止のため、一般に、事故発生から数ｍｓ程度で、事故区間を切り離し、残るシステムで運転継続できることが望まれる。

【0007】

多端子直流送電システムにおける直流事故除去ならびにシステムの運転継続を図る手法として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１では、「送電経路を各区間に区切るように設置される各開閉器と、事故の存在を検出する検出部と検出部の検出結果に基づき、開閉器の開閉を制御する制御部と前記制御部は、前記検出部が事故発生を検出すると、前記事故区間を前記直流送電経路から切り離すように前記開閉器を遮断動作させ、前記遮断動作後、前記事故発生により遮断動作させた前記開閉器のうち一つの開閉器を投入動作させ、前記一つの開閉器の前記投入動作後、前記検出部が事故の継続を検出すると、前記投入動作させた前記一つの開閉器を再遮断動作させ、前記一つの開閉器の前記投入動作後、前記検出部が事故の継続を検出しなければ、前記事故区間を前記直流送電経路から切り離すために遮断動作させた全ての前記開閉器を投入状態に戻すことによって前記事故区間を復旧動作させること特徴をとするもの」である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許第６５１７５８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

一方、多端子直流送電システムの保護において、事故検出部の整定ミスや事故検出部と開閉部の通信ミスなどによって、本来、事故除去のために開く必要のない開閉器が、誤って開閉してしまうことも考えられる。以降、本明細書では、「事故除去のために開く必要のない開閉器や遮断器が、誤って開閉してしまうこと」を「誤動作」と呼称する。

【0010】

開閉器の誤動作は、多端子直流送電システムの直流系統の不要な分断を引き起こし、事故区間の拡大や、最悪の場合システム全停止を招きうる。特に、開閉器の誤動作は、多端子直流送電システムの少なくとも１端に、ウインドファームなどの再生可能エネルギー電源発電所が連系される場合に、再生可能エネルギー電源発電所が、多端子直流送電システムから分断されてしまい、再生可能エネルギー電源発電所の単独運転状態の検出による発電所解列、運転の停止に至る可能性がある。

【0011】

この場合に、一度運転を停止した発電所を再度運転するためには、復旧処理に時間を要する可能性があり、たとえ多端子直流送電システムの直流系統内の事故線路を切り離し、送電システムが復旧しても、再生可能エネルギー電源発電所からの電力を速やかに送電再開することはできない。

【0012】

ゆえに、多端子直流送電システムの少なくとも１端に、再生可能エネルギー電源発電所が連系されるような直流送電システムにおいては、開閉器の誤動作が起こった場合でも、再生可能エネルギー電源発電所の運転停止を極力回避し、かつ、多端子直流送電システムの直流線路で発生した直流事故の区間を適切に切り離し、システム全体として運転継続できることが望ましい。上記に示した開閉器の誤動作や再生可能エネルギー電源発電所が接続される場合の課題および解決手法について、特許文献１では言及されていない。

【0013】

以上のことから本発明においては、再生可能エネルギー電源発電所の運転停止を極力回避し、かつ、多端子直流送電システムの直流線路で発生した直流事故の区間を適切に切り離し、システム全体として運転継続できることができる多端子直流送電システムの保護制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明においては「ウインドファームの電力を交直変換する交直変換器を備えたウインドファーム変換所が、直流遮断器を含む複数の直流線路を介して他の交直変換所に接続された多端子直流送電システムの保護制御装置であって、複数の直流線路の一部に直流事故が発生し、かつウインドファーム変換所における複数の直流遮断器が全て開放状態にあることを検知し、直流遮断器が全て開放状態にあるときに、前記直流遮断器の開放・投入状況及び前記直流線路の電流又は電圧情報から誤動作している直流遮断器を同定し、前記直流事故が発生していない側の直流線路の直流遮断器を再投入させ、前記直流線路の一部に直流事故が発生したときに、前記ウインドファームの電力を抑制制御すると共に、前記ウインドファーム変換所は、前記交直変換器と前記直流線路の間からブレーキングチョッパを介して対大地接続されており、複数の前記直流遮断器が全て開放状態にあることの検知により前記ブレーキングチョッパを対大地接続することを特徴とする多端子直流送電システムの保護制御装置」としたものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、直流事故の発生時に、再生可能エネルギー発電装置から多端子直流送電システムへ送電される電力を抑制することで、直流事故の除去のために事故区間を切り離す際も、再生可能エネルギー発電装置および再生可能エネルギー発電装置が接続された交直変換所の運転停止を回避し、極力、健全部分で運転継続できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例に係る多端子直流送電システムとその制御装置の構成例を示す図。

【図2】多端子直流送電システムの事故状態を示す図。

【図3】本発明の実施例に係る多端子直流送電システムの保護制御装置の動作フローを示す図。

【図4】ウインドファーム変換所が分断された状況における、ウインドファーム変換所とウインドファームの簡易的な回路構成を示す図。

【図5】ブレーキングチョッパを使わない場合の、有効電力Ｐａｃを変えた場合における、直流電圧Ｖｄｃの変化の概念を示す図。

【図6】ブレーキングチョッパを用いた場合の、直流電圧Ｖｄｃとブレーキングチョッパの温度の変化の概念を示す図。

【図7】ウインドファーム変換所が分断された状況における、ウインドファーム変換所とウインドファームの簡易的な回路を示す図。

【図8】ウインドファーム変換所の出力交流電圧を下げる方法を行った場合の、直流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ、有効電力Ｐａｃの時間変化の概念を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の実施例は本発明の一形態を示すものであり、本発明は要旨を逸脱しない限り、他の形態を含むものである。

【0019】

なお、以下の説明で、特に断りがない限り、「交流」は三相交流を指す。また交直変換器は、三相交流を直流に相互変換する自励式交直変換器を指し、交直変換器の三相交流と接続される部分を「交流側」と呼称し、直流回路と接続される部分を「直流側」と呼称する。また図中における矢印点線は「検出信号や指令信号の通信」を意味する。

【0020】

また、説明を簡単にするために、電圧や電力などの値について、数値を用いて説明する。電圧の値は、全て任意単位（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ）にて表記し、単位は［ａ．ｕ．］である。なお、数値については、本発明の実施形態の一例を示すために使用するものであり、本発明の実施形態について、その数値を限定するものではない。

【0021】

また、以下の図面の説明について、直流遮断器の投入および開放状態を示すために、投入状態の遮断器は黒塗にて図示し、開放状態の遮断器は白塗にて図示する。

【実施例】

【0022】

以下、本発明の実施例を図１から図８を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係る多端子直流送電システムとその制御装置の構成例である。

【0023】

図１には、電力系統とその制御装置の構成が示されている。電力系統は、ウインドファーム変換所１０２Ｗと、交流系統接続変換所１０２Ａと、交流系統接続変換所１０２Ｂが、直流送電線ＬＤ（ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３）を介して相互に接続されることで多端子直流送電システムを構成している。また各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂの交流側は、それぞれウインドファーム１０３Ｗ、交流系統１０４Ａ、交流系統１０４Ｂと電気的に接続されている。

【0024】

各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂは、ウインドファーム変換所１０２Ｗにブレーキングチョッパ１０８Ｗを追加的に設置している点を除けば、殆ど同じ構成であり、交直変換器１０６（１０６Ｗ、１０６Ａ、１０６Ｂ）と直流遮断器１０７（１０７ＷＡ、１０７ＷＢ、１０７ＡＷ、１０７ＡＢ、１０７ＢＡ、１０７ＢＷ）を含んで構成されている。
なお交直変換器１０６と直流遮断器１０７に付したＷ、Ａ、Ｂの記号は、変換所を区別したものであり、直流遮断器１０７に付したＷ、Ａ、Ｂの２桁の記号は、自己変換所を前に相手端変換所を後ろに記述することで、直流送電線の自端と相手端の接続関係を示したものである。

【0025】

ウインドファーム変換所１０２Ｗには、さらにブレーキングチョッパ１０８Ｗが設置されている。ここで、ブレーキングチョッパ１０８Ｗは、交直変換器１０６Ｗと所内母線間の直流線路に対大地接続された例えば、スイッチと抵抗の直列回路であり、後述する制御装置１０８Ｗからの指令に応じて、スイッチのオンオフを切り替え、抵抗投入状態ないし抵抗開放状態を切り替えることで、ブレーキングチョッパ１０８Ｗで消費する電力を切り替える機能を有するものである。

【0026】

ウインドファーム１０３Ｗは、複数の風力発電１０９から構成されており、図１ではその一例として４つの風力発電１０９から構成される例を示している。

【0027】

以上が図１に例示する多端子直流送電システムの電力系統構成であるが、これに対して電力系統の制御装置は、全変換所を統括制御する全体制御装置１００と、各変換所を個別に制御する個別制御装置１０５（１０５Ｗ、１０５Ａ、１０５Ｂ）と、ウインドファーム１０３Ｗを制御するウインドファーム制御装置１０１を含んで構成されている。また全体制御装置１００と、個別制御装置１０５（１０５Ｗ、１０５Ａ、１０５Ｂ）の間では相互通信による各種信号の送受が実行され、さらに個別制御装置１０５Ｗとウインドファーム制御装置１０１にも相互通信が形成されている。

【0028】

これにより、ウインドファーム１０３Ｗの状態を含めた各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂの状態が全体制御装置１００に把握され、ウインドファーム１０３Ｗを含めた各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂは全体制御装置１００からの制御指令により制御される。なお、個別制御装置１０５（１０５Ｗ、１０５Ａ、１０５Ｂ）における制御対象は、当該所内の交直変換器１０６と直流遮断器１０７であり、ウインドファーム変換所１０２Ｗでは更に、ブレーキングチョッパ１０８Ｗのスイッチ開閉操作を行う。ウインドファーム制御装置１０１は、ウインドファーム内の複数の風力発電１０９を制御する。

【0029】

先にも述べたが、図１などにおいて直流遮断器１０７（１０７ＷＡ、１０７ＷＢ、１０７ＡＷ、１０７ＡＢ、１０７ＢＡ、１０７ＢＷ）は、開放状態を白塗、投入状態を黒墨で表記している。従って図１は、電力系統が健全状態でありすべての直流遮断器１０７（１０７ＷＡ、１０７ＷＢ、１０７ＡＷ、１０７ＡＢ、１０７ＢＡ、１０７ＢＷ）は投入状態にあることを示している。

【0030】

これに対して図２は、直流送電線路ＬＤ２に直流事故２０１が発生した状態を示している。この状態では、直流送電線路ＬＤ２の両端の直流遮断器１０７ＷＢと１０７ＢＷが、例えば直流線路における事故を直流電圧低下から検知して開放され、さらにウインドファーム変換所１０２Ｗのもう一方の直流遮断器１０７ＷＡも直流電圧低下の影響を検知して開放されたものである。直流遮断器１０７ＷＡは、本来開放すべきものではなく、誤動作に基づいたものである。これにより、ウインドファーム変換所１０２Ｗは、ウインドファーム１０３Ｗでの発電電力に見合う電力を直流側に送電できない状態となっている。

【0031】

図３は、本発明の実施例に係る多端子直流送電システムの保護制御装置の動作フローを示す図である。この図は、図２の直流事故発生時における処理の流れを上段から下段に向かう時系列的な処理の流れをフローとして示したものである。また、左側から順次全体制御装置１００における動作内容、ウインドファーム変換所１０２Ｗにおける動作内容、ウインドファーム１０３Ｗにおける動作内容を記述している。なお図３ではウインドファームのことをＷＦと略式表示している。

【0032】

以降の説明では、本発明の実施例について、事故点２０１で直流事故が発生し、直流遮断器１０７ＷＡが誤動作にて開放されてしまった場合を例に、図３の動作フローと合わせて、時系列に沿って説明する。

【0033】

まず、事故点２０１での直流事故の発生直後と直流遮断器１０７の動作について説明する。図３のステップ３０１において、直流送電線路ＬＤ２の事故点２０１に直流事故が発生した。このとき各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂから事故点に向かって事故電流が流れる。

【0034】

ステップ３０２では、各交直変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２ＢはＬＤ（ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３）に流れる電流や電圧など、変換所の自端で検出できる情報を基に、直流事故線路ＬＤ２を開放すべく、直流遮断器を開放する。この事例の場合に、事故点２０１を含む直流送電線ＬＤ２の両側における変換所１０２Ｗ、１０２Ｂが事故検知し、直流送電線路ＬＤ２の両端の直流遮断器１０７ＷＢと１０７ＢＷが開放される。

【0035】

ここまでは、直流送電線路ＬＤ２に直流事故が発生した場合の正しい保護動作である。
直流送電線路ＬＤ２に発生した直流事故に対して、理想的には、事故点２０１の直流送電線ＬＤ２の両端の遮断器である、直流遮断器１０７ＢＷと直流遮断器１０７ＷＢのみを開放すればよい。これに対しここでは、上記２つの直流遮断器１０７ＢＷと１０７ＷＢに加え、ウインドファーム変換所１０２Ｗにおける直流遮断器１０７ＷＡが誤動作にて開放されてしまったと想定している。

【0036】

ステップ３０３では、各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂが、自所内における直流遮断器の開放・投入状態および直流送電線の電流や電圧情報を全体制御装置１０１に送信する。この事例の場合には、変換所１０２Ｗ、１０２Ｂが直流送電線ＬＤ２における事故検知と、開放した直流遮断器１０７を報告する。このときウインドファーム変換所１０２Ｗが報告する開放した直流遮断器１０７には、誤動作にて開放された直流遮断器１０７ＷＡが含まれている。

【0037】

以降、まずは、全体制御装置１００で実施する動作について説明する。まずステップ３０４では、全体制御装置１００への情報送信により各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂから送信された直流遮断器の開放・投入状態、および直流送電線ＬＤ（ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３）の電流や電圧情報をもとに、どの直流送電線で事故が起きたかを同定する。事故送電線の同定方法においては、例えば電流差動方式のように、送電線の両端の情報を用いて事故点を同定する方法があげられる。ここでは、直流事故点の同定処理により、事故点２０１にて事故が起きたことを同定できたとする。

【0038】

ステップ３０５では、直流事故点の同定ステップ３０４で同定された事故点情報と、各変換所から送信された直流遮断器の開放・投入状態から、誤動作している直流遮断器を同定する。ここでは、直流事故点の同定ステップ３０４において、事故点２０１にて事故が起きたことを同定できており、事故点２０１で発生した直流事故に対して、理想的には、事故点２０１の直流送電線の両端の遮断器である、直流遮断器１０７ＢＷと直流遮断器１０７ＷＢのみを開放すればよいことは、予めわかるため、誤動作を起こしている直流遮断器は、直流遮断器１０７ＷＡであると同定することができる。

【0039】

ステップ３０６では、誤動作が判明した直流遮断器１０７ＷＢに対し、再投入するよう、全体制御装置１００から各変換所に指令を出す。本例では、直流遮断器１０７ＷＡを再投入するよう、ウインドファーム変換所１０２Ｗに指令を出す。

【0040】

以上が、本発明の実施例における、全体制御装置１００で実施する動作の説明である。
なお、各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂの運転情報の送受信、全体制御装置１００での直流事故点の同定や誤動作した直流遮断器の同定などには、数１００ｍｓ～数秒の時間遅延が発生する。しかし、どの程度の時間遅延が生じるかについては、例えば、全体制御装置１００と各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂの運用ルールとして、直流事故を全体制御装置１００で検出した後、最大である時間以内に各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂに指令を出す、などを予め設けておくことで、直流事故が発生してから、全体制御装置１００から指令が来るまでの間、どの程度の時間、各変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂが自律制御のみで運転継続し続ける必要があるかを、変換所１０２Ｗ、１０２Ａ、１０２Ｂが把握しておくことは可能である。

【0041】

次に、本発明の実施例における、ウインドファーム変換所およびウインドファームの動作フローについて説明する。ステップ３０８では、ウインドファーム変換所が自変換所の直流遮断器１０７の開放・投入状態をもとに、多端子直流送電システムから分断されているか判定する。本例では、直流遮断器１０７ＷＡと直流遮断器１０７ＷＢが両方とも開放状態のため、ウインドファーム変換所１０２Ｗは、多端子直流送電システムから分断されていると判定できる。

【0042】

ウインドファーム変換所１０２Ｗが多端子直流送電システムから分断されている、この状態では、ウインドファーム１０３Ｗからウインドファーム変換所１０２Ｗに送電される電力は、ウインドファーム変換所１０２Ｗに蓄積されてしまい、いずれは変換所の電気的制約や熱的制約により、ウインドファーム変換所１０２Ｗの運転停止に至る可能性がある。

【0043】

このことから本発明の実施例では、ウインドファーム変換所１０２Ｗの運転停止に至るまでの時間を、極力伸ばせるよう、ウインドファーム１０３Ｗから送電される電力を抑制するためのステップ３０９の処理（ウインドファーム変換所１０２Ｗへの出力上限指令）と、ウインドファーム変換所１０２Ｗに蓄積される電力を消費するためのステップ３１０の処理（ブレーキングチョッパ動作）を実施する。

【0044】

ウインドファーム１０３Ｗから送電される電力を抑制するためのステップ３０９の処理では、直流事故２０１が発生してから、全体制御装置１００から指令が来るまでの間、どの程度の時間、各変換所が自律制御のみで運転継続し続ける必要があるか、をもとに、ウインドファーム１０３Ｗへの出力上限を決定する。ウインドファーム１０３Ｗへの出力上限値の決定方法については、例えば、ウインドファーム変換所の直流過電圧を回避するよう決定する方法が考えられる。

【0045】

図４と図５は、出力上限値の決定方法の概念図を説明するための図である。図４は、ウインドファーム変換所が分断された状況における、ウインドファーム変換所とウインドファームの簡易的な回路図である。図４において、ウインドファーム１０３Ｗからウインドファーム変換所１０２Ｗに送電される有効電力をＰａｃと表記し、ウインドファーム変換所１０２Ｗから直流送電線ＬＤ２に送電される有効電力をＰｄｃと表記し、ブレーキングチョッパ１０８Ｗによる消費電力をＰｂｃと表記し、ウインドファーム変換所１０２Ｗの直流側の直流電圧をＶｄｃと表記している。事故継続状態に置いてＰｄｃは、ウインドファーム変換所１０２Ｗが分断されているため、０．０［ａ．ｕ．］である。

【0046】

図５は、ブレーキングチョッパ１０８Ｗを使わない状態で、ウインドファーム１０３Ｗからウインドファーム変換所１０２Ｗに送電される有効電力Ｐａｃを変えた場合におけるウインドファーム変換所１０２Ｗの直流側の直流電圧Ｖｄｃの変化の概念を示す図である。図５の縦軸は直流電圧Ｖｄｃ［ａ．ｕ．］、横軸は時刻である。

【0047】

図５の説明では、直流電圧Ｖｄｃの定常状態における値を１．０［ａ．ｕ．］、ウインドファーム変換所１０２Ｗの過電圧上限値を１．２［ａ．ｕ．］、ウインドファーム変換所１０２Ｗが多端子直流送電システムから分断された時刻をＴ０とする。

【0048】

時刻Ｔ０でウインドファーム変換所１０２Ｗが多端子直流送電システムから分断されると、有効電力Ｐａｃの流入により、直流側のコンデンサや直流送電線の浮遊容量などによりエネルギーが蓄積されるため、直流電圧Ｖｄｃは上昇する。このときの直流電圧Ｖｄｃの上昇の傾きは、有効電力Ｐａｃの大きさによって決まり、有効電力Ｐａｃが大きいほど、その傾きは大きくなる。換言すれば、有効電力Ｐａｃを下げることにより、直流電圧Ｖｄｃの上昇の傾きを下げられる。

【0049】

図５では有効電力Ｐａｃ＝１．０［ａ．ｕ．］の例を点線で図示し、有効電力Ｐａｃ＝０．５［ａ．ｕ．］の例を実線で図示している。ウインドファーム変換所１０２Ｗが分断されてからの直流電圧Ｖｄｃの値は、大略、有効電力Ｐａｃの大きさと分断時間の時間積によって決まるため、有効電力Ｐａｃが半分になれば、ウインドファーム変換所１０２Ｗが過電圧上限値に達する時間は大略２倍となる。

【0050】

このことから本発明の実施例では、直流事故が発生し、全体制御装置１００から指令が来るまでの間にかかる時間をΔＴｔｈとした場合、直流電圧Ｖｄｃが１．０［ａ．ｕ．］から１．２［ａ．ｕ．］に上昇するのにかかる時間ΔＴが、ΔＴｔｈより長くなるように、有効電力Ｐａｃの上限値を決定すればよい。以上が、ステップ３０９の処理による、ウインドファーム変換所１０２Ｗへの出力上限指令値の決定方法についての説明である。

【0051】

また、本発明の実施例のように、ウインドファーム変換所１０２Ｗに蓄積される電力を消費するためのステップ３１０の処理である、ブレーキングチョッパ動作を併用するのがよい。ウインドファーム変換所１０２Ｗにブレーキングチョッパ１０８Ｗを備える場合、ブレーキングチョッパ１０８Ｗを動作させ、直流電圧Ｖｄｃ上昇時にブレーキングチョッパ１０８Ｗを投入することで、直流側に蓄えられたエネルギーを消費できるため、直流電圧Ｖｄｃの傾きを小さくすることができる。

【0052】

図６はブレーキングチョッパ１０８Ｗを用いた場合の、直流電圧Ｖｄｃの変化を図６の上段に示し、かつ同時刻におけるブレーキングチョッパ１０８Ｗの温度の変化を図６の下段に示した図である。

【0053】

ブレーキングチョッパ１０８Ｗが投入されている間は、ブレーキングチョッパ１０８Ｗにて、電力が消費されるため、直流電圧Ｖｄｃの上昇が抑えられる一方、ブレーキングチョッパ１０８Ｗの発熱によって、温度が上昇する。例えば、ブレーキングチョッパ直流電圧の上限値が１．１［ａ．ｕ．］の場合、ブレーキングチョッパの温度が上限に達するまで、ブレーキングチョッパ直流電圧を投入することで、直流電圧Ｖｄｃの上昇を抑えることができる。

【0054】

以上が本発明の実施例における、ブレーキングチョッパ１０８Ｗの投入による直流電圧Ｖｄｃ上昇速度を抑える原理の説明である。ブレーキングチョッパの消費電力は、抵抗値と直流電圧によって定まるため、ブレーキングチョッパ１０８Ｗの動作を加味したうえで、直流電圧Ｖｄｃが１．０［ａ．ｕ．］から１．２［ａ．ｕ．］に上昇するのにかかる時間ΔＴを計算することで、ブレーキングチョッパ１０８Ｗがある場合の有効電力Ｐａｃについても、同様の思想で、決定可能である。

【0055】

なお、有効電力Ｐａｃの出力上限値の設定による直流電圧Ｖｄｃの上昇速度の抑制と、ブレーキングチョッパによる直流電圧Ｖｄｃの上昇速度の抑制は、組み合わせて使用することができる。また、本説明では、直流過電圧を例に、有効電力Ｐａｃの上限値を決める方法について説明したが、変換所の熱制約など、有効電力Ｐａｃの時間積に依存する制約について考慮する場合も、同様の思想で有効電力Ｐａｃの上限値を決定することが可能である。

【0056】

以上、ウインドファーム１０３Ｗから送電される電力を抑制するための、ウインドファーム１０３Ｗへの出力上限指令と、ウインドファーム変換所１０２Ｗに蓄積される電力を消費するための、ブレーキングチョッパ１０８Ｗの動作を説明した。

【0057】

最終的にステップ３１１では、ウインドファーム１０３Ｗへの出力上限指令で計算された有効電力Ｐａｃの上限値をもとに、ウインドファーム１０３Ｗの出力抑制を実施する。

【0058】

以上が、直流事故の発生時に、直流遮断器の誤動作があった場合でも、ウインドファームの出力を抑制することで、ウインドファーム変換所の停止を回避しつつ、誤動作した直流遮断器を再投入する動作フローの説明である。最終的にステップ３１２にて、一連の動作フローが完了する。

【0059】

以上、事故点２０１で直流事故が発生し、直流遮断器１０７ＷＡが誤動作にて開放されてしまった場合における対応について説明した。なお、本発明の実施例では、ウインドファーム１０３Ｗから直流送電線に流入する電力を抑制するために、ウインドファーム１０３Ｗの出力抑制指令を用いる方法と、ブレーキングチョッパ１０８Ｗを活用する方法について説明したが、ウインドファーム変換所１０２Ｗの出力交流電圧を下げる方法でも、本発明は実現可能である。

【0060】

図７は、ウインドファーム変換所１０２Ｗが分断された状況における、ウインドファーム変換所１０２Ｗとウインドファーム１０３Ｗの簡易的な回路図である。図７において、ウインドファーム変換所１０２Ｗの交流側の電圧をＶａｃと表記し、ウインドファーム変換所１０２Ｗに送電される交流電流をＩａｃと表記し、ウインドファーム変換所１０２Ｗに送電される有効電力をＰａｃと表記し、ウインドファーム変換所１０２Ｗから直流送電線に送電される有効電力をＰｄｃと表記している。ウインドファーム変換所１０２Ｗに送電される電力の力率が１の場合、有効電力Ｐａｃは交流側電圧Ｖａｃと交流電流Ｉａｃの積である。

【0061】

図８は、時刻Ｔ０で、ウインドファーム変換所１０２Ｗの出力交流電圧Ｖａｃを下げる方法を行った場合の、交流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ、有効電力Ｐａｃの時間変化の概念図である。これによれば、ウインドファーム１０３Ｗは交流電流Ｉａｃを一定にするよう運転し、ウインドファーム変換所にて直流電圧Ｖａｃを下げるように制御をおこなうことで、有効電力Ｐａｃを下げることができる。

【0062】

ウインドファームの出力抑制指令を用いる方法と違い、ウインドファーム変換所が分断されている間の、ウインドファームとウインドファーム変換所の通信は不要である。

【符号の説明】

【0063】

１０：全体制御装置、１０２Ａ、１０２Ｂ：交流系統接続変換所、１０２Ｗ：ウインドファーム変換所、１０３Ｗ：ウインドファーム、１０４Ａ、１０４Ｂ：交流系統、１０５Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｗ：個別制御装置、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｗ：交直変換器、１０７ＡＢ、１０７ＡＷ、１０７ＢＡ、１０７ＢＷ、１０７ＷＡ、１０７ＷＢ：直流遮断器、１０８Ｗ：ブレーキングチョッパ、１０９：風力発電、２０１：事故点、３０１：直流事故発生、３０２：直流遮断器開放、３０３：全体制御装置への情報送信、３０４：直流事故点の同定、３０５：誤動作遮断器の同定、３０６：遮断器投入指令、３０７：遮断器投入、３０８：ウインドファーム変換所の分断検出、３０９：ウインドファームへの出力上限指令、３１０：ブレーキングチョッパ動作、３１１：ウインドファーム出力抑制運転、３１２：完了

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】