(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機で発電された交流電力を直流電力を用いて交流配電系統および直流配電系統に送電する直流送電システムであって、
前記発電機からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器で変換された第１電圧を有する直流電力を第２電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力を交流電力に変換して前記交流配電系統へ出力するＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力は、前記直流配電系統にも送電され、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第２電圧が変動した場合に、前記第２電圧の変動に応答して前記第１電圧を制御する、直流送電システム。
【請求項２】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第２電圧がしきい値以上になった場合に、前記第１電圧の指令値を低下させることによって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器に流入する電力量を低減する、請求項１に記載の直流送電システム。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の入出力電力量の差分に応じて、前記第１電圧の指令値を補正する、請求項２に記載の直流送電システム。
【請求項４】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第２電圧についての指令値と検出値との差分に相当する補正量を、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の制御量に加えることによって前記第２電圧の変動を低減する、請求項３に記載の直流送電システム。
【請求項５】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記ＡＣ／ＤＣ変換器に流れる電流を制限する電流制限回路を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流送電システム。
【請求項６】
前記ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記第２電圧の変動に応答して前記第２電圧を制御し、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第１電圧の変動に応答して前記第１電圧を制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の直流送電システム。
【請求項７】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、
複数の半導体スイッチング素子を含み、前記第１電圧の直流電力を受けて交流電力に変換する第１変換部と、前記第１変換部からの交流電力を転送する変圧器と、複数の半導体スイッチング素子を含み、前記変圧器で転送された交流電力を受けて前記第２電圧の直流電圧に変換する第２変換部と、パルス信号を用いて前記第１変換部および前記第２変換部を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、前記第２変換部のパルス信号と前記第１変換部のパルス信号との間の位相角を調整することによって、前記第１電圧と前記第２電圧との間の電圧比を制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の直流送電システム。
【請求項８】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第１電圧の指令値を補正して前記第１電圧を制御している間に前記第２電圧が前記ＤＣ／ＤＣ変換器の二次側定格電圧以下になった場合には、前記第１電圧の指令値を前記ＤＣ／ＤＣ変換器の一次側定格電圧に設定するとともに、前記第１電圧の変動に応答して前記第１電圧を制御する、請求項３または４に記載の直流送電システム。
【請求項９】
発電機で発電された交流電力を直流電力を用いて交流配電系統および直流配電系統に送電する直流送電システムであって、
前記発電機からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器で変換された第１電圧を有する直流電力を第２電圧の直流電力に変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器で変換された前記第２電圧の直流電力を第３電圧の直流電力に変換する第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力を交流電力に変換して前記交流配電系統へ出力するＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力は、前記直流配電系統にも送電され、
前記第３電圧が変動した場合に、
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第３電圧の変動に応答して前記第３電圧を制御し、
前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第２電圧の変動に応答して前記第１電圧を制御する、直流送電システム。
【請求項１０】
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第３電圧がしきい値以上になった場合に、前記第２電圧についての指令値と検出値との差分に応じて前記第３電圧の指令値を補正する、請求項９に記載の直流送電システム。
【請求項１１】
前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第２電圧が基準値以上になった場合に、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の入出力電力の差分に応じて、前記第１電圧の指令値を低下させることによって、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器に流入する電力を低減する、請求項９または１０に記載の直流送電システム。
【請求項１２】
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第３電圧を制御している間に、前記第３電圧と補正された前記第３電圧の指令値との差分が基準差分値以上となり、さらに前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器の出力電流が基準電流値以下となった場合に、前記第２電圧の変動に応答して前記第２電圧を制御する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の直流送電システム。
【請求項１３】
前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、前記第１電圧を制御している間に、前記第２電圧が前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の二次側定格電圧以下になると、前記第１電圧の指令値を前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の一次側定格電圧に設定するとともに、前記第１電圧の変動に応答して前記第１電圧を制御する、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の直流送電システム。
【請求項１４】
発電機からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、直流電力を交流電力に変換して交流配電系統へ出力するＤＣ／ＡＣ変換器との間に接続されるＤＣ／ＤＣ変換器であって、
複数の半導体スイッチング素子を含み、前記ＡＣ／ＤＣ変換器から出力される第１電圧の直流電力を受けて交流電力に変換する第１変換部と、
前記第１変換部からの交流電力を転送する変圧器と、
複数の半導体スイッチング素子を含み、前記変圧器で転送された交流電力を受けて第２電圧の直流電圧に変換して前記ＤＣ／ＡＣ変換器に出力する第２変換部と、
パルス信号を用いて前記第１変換部および前記第２変換部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第２変換部のパルス信号と前記第１変換部のゲートパルス信号との間の位相角を調整することによって、前記第１電圧と前記第２電圧との間の電圧比を制御し、
前記制御部は、前記第２電圧の変動に応答して前記第１電圧の指令値を補正するとともに、補正した前記第１電圧の指令値に前記第１電圧が従うように前記位相角を制御する、ＤＣ／ＤＣ変換器。
【請求項１５】
発電機からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、直流電力を交流電力に変換して交流配電系統へ出力するＤＣ／ＡＣ変換器との間に接続されるＤＣ／ＤＣ変換器であって、
複数の半導体スイッチング素子を含み、前記ＡＣ／ＤＣ変換器から出力される第１電圧の直流電力を受けて交流電力に変換する第１変換部と、
前記第１変換部からの交流電力を転送する変圧器と、
複数の半導体スイッチング素子を含み、前記変圧器で転送された交流電力を受けて第２電圧の直流電圧に変換して前記ＤＣ／ＡＣ変換器に出力する第２変換部と、
パルス信号を用いて前記第１変換部および前記第２変換部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第２変換部のパルス信号と前記第１変換部のゲートパルス信号との間の位相角を調整することによって、前記第１電圧と前記第２電圧との間の電圧比を制御し、
前記制御部は、前記第２電圧の変動を検出すると、前記第１電圧についての検出値と指令値との差分に応じて前記第２電圧の指令値を補正するとともに、補正した前記第２電圧の指令値に前記第２電圧が従うように前記位相角を制御する、ＤＣ／ＤＣ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流送電システムおよびそれに用いられるＤＣ／ＤＣ変換器に関し、より特定的には、風力発電によって発電された交流電力を直流電力に変換して送電して交流配電系統に電力を供給する直流送電システムにおいて、交流配電系統の異常が生じた場合のシステムの安定化制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の電力変換装置を直流で連系し、高電圧の電力を直流電力で送電する直流送電システムが知られている。直流電力による送電は、交流電力による送電と比較して、表皮効果による電流損失がないために、長距離送電における送電損失を低減できるというメリットがある。また、三相電力を用いる交流送電では３本の電力線が必要である一方、直流送電では２本の電力線で足りるという点でもメリットがある。【０００３】
特に近年では、太陽光発電または風力発電などの再生可能エネルギの普及により、大電力送電に適した直流送電を採用する場合が増加しつつある。【０００４】
特開２０１６−１９８１号公報（特許文献１）では、洋上の風力発電装置で発電された電力を陸上の電力系統に送電するシステムについて開示する。特許文献１のシステムにおいては、洋上の変換所において、風力発電設備で発電された交流電力をＡＣ／ＤＣ変換器で直流に変換するとともに、当該直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器で集電しかつ昇圧し、洋上または海底の送電ケーブルを介して陸上の電力系統へ送電するシステムが提案されている。【０００５】
図１１は、特許文献１で開示される直流送電システム５００の概略図である。特許文献１の直流送電システム５００は、風車（ブレード）１４に結合された発電機１２を含む風力発電設備１０からの交流電力をＡＣ／ＤＣ変換器５１０により直流電力に変換し、当該直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器５２０で昇圧して、送電線５４０を用いて陸上へ送電する。陸上においては、直流送電システム５００は、ＤＣ／ＡＣ変換器５３０によって送電された直流電力を交流電力に変換して陸上の電力系統へ電力を供給する。供給された交流電力は、トランス４０により適宜電圧が調整されて、交流機器５０へ供給される。【０００６】
図１１に示される直流送電システム５００の制御装置５５０は、通常運転時においては、ＤＣ／ＡＣ変換器５３０によって直流送電系統の電圧（送電電圧）を制御し、ＤＣ／ＤＣ変換器５２０が直流集電系統の電圧（集電電圧）を制御する。一方で、交流配電系統あるいはＤＣ／ＡＣ変換器５３０に異常が発生し、ＤＣ／ＡＣ変換器５３０が停止した場合には、ＤＣ／ＡＣ変換器５３０による直流送電系統の電圧の制御ができなくなる。そのため、特許文献１のシステムにおいては、図１２に示すように、ＤＣ／ＡＣ変換器５３０が停止した場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器５２０が送電電圧を制御し、ＡＣ／ＤＣ変換器５１０が集電電圧を制御するように切換えられる。このような制御の切換えによって、異常発生時においても直流系統電圧を安定化するようにしている。【０００７】
また、特開２０１４−２７７６２号公報（特許文献２）には、太陽光発電設備を有する分散電源システムが開示されている。特許文献２の分散電源システムでは、太陽光発電設備により発電された直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器で昇圧し、インバータを用いて交流電力に変換して、負荷系統と交流配電系統へ電力を供給する。交流配電系統に異常が生じた場合には、インバータと交流配電系統を連系するスイッチを切り離すとともに、ＤＣ／ＤＣ変換器およびインバータの運転モードを切換えることによって、負荷系統への送電を継続する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１９８１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２７７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１の直流送電システムにおいては、交流配電系統等に異常が生じてＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合に、ＤＣ／ＤＣ変換器により送電電圧を制御し、ＡＣ／ＤＣ変換器により集電電圧を制御することによって、直流電圧の変動が抑制される。しかしながら、特許文献１の構成においては、風力発電設備による発電電力を異常発生時に調整するような構成とはなっていない。異常発生時に直流系統電圧を調整したとしても、風力発電設備の発電電力が直流配電系統で消費される電力よりも大きいと、直流系統に入力される過剰な電力のために、結果として直流系統電圧が上昇してしまう可能性がある。【００１０】
風力発電設備においては発電電力を低下させる場合、一般的には、風車のピッチ制御やストール制御によって風車自体の回転速度を低下させる手法が採用される。しかしながら、ＤＣ／ＡＣ変換器の停止を検出してから風車側の制御装置に指令を出力するまでに少なからず遅れ時間が発生し、また風車自体のイナーシャが大きく実際の回転速度が低下するまでに時間がかかるため、発電電力を短時間で低下できない状態となりやすい。そのため、特許文献１のようにＤＣ／ＡＣ変換器の停止時に、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器の制御を切換えたとしても、風力発電設備から流入する過剰な発電電力により直流系統電圧が上昇し得る。そして、直流系統電圧が過電圧保護のためのしきい値を超えてしまうと、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器が停止してしまい、直流配電系統に適切に電力供給ができなくなってしまう状態となる。【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、発電機で発電された交流電力を直流電力に変換して送電する直流送電システムにおいて、交流配電系統へ電力を供給するＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合であっても、適切に直流系統電圧を調整して直流送電を継続させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る直流送電システムは、発電機で発電された交流電力を直流電力を用いて交流配電系統および直流配電系統に送電する。直流送電システムは、ＡＣ／ＤＣ変換器と、ＤＣ／ＤＣ変換器と、ＤＣ／ＡＣ変換器とを備える。ＡＣ／ＤＣ変換器は、発電機からの交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣ変換器は、ＡＣ／ＤＣ変換器で変換された第１電圧を有する直流電力を第２電圧の直流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換器は、ＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力を交流電力に変換して交流配電系統へ出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力は、直流配電系統にも送電される。ＤＣ／ＤＣ変換器は、ＤＣ／ＡＣ変換器が停止したことに伴って第２電圧が変動した場合に、第２電圧の変動に応答して第１電圧を制御する。【００１３】
また、本発明の他の局面に係る直流送電システムは、発電機で発電された交流電力を直流電力を用いて交流配電系統および直流配電系統に送電する。直流送電システムは、ＡＣ／ＤＣ変換器と、第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、ＤＣ／ＡＣ変換器とを備える。ＡＣ／ＤＣ変換器は、発電機からの交流電力を直流電力に変換する。第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、ＡＣ／ＤＣ変換器で変換された第１電圧を有する直流電力を第２電圧の直流電力に変換する。第２のＤＣ／ＤＣ変換器は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器で変換された第２電圧の直流電力を第３電圧の直流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換器は、第２のＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力を交流電力に変換して交流配電系統へ出力する。第２のＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力は、直流配電系統にも送電される。ＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合に、第２のＤＣ／ＤＣ変換器は第２電圧の変動に応答して第３電圧を制御し、第１のＤＣ／ＤＣ変換器は第２電圧の変動に応答して第１電圧を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発電機で発電された交流電力を直流電力に変換して送電する直流送電システムにおいて、交流配電系統へ電力を供給するＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合であっても、直流系統電圧の変動に応じてＤＣ／ＤＣ変換器に入力される電力を調整することによって直流系統電圧の上昇を適切に抑制することができる。これによって、各変換器が過電圧保護機能によって停止することが防止されるので、直流送電を継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に従う直流送電システムの概略図である。
【図２】図１におけるＡＣ／ＤＣ変換器の詳細構成の一例を示す図である。
【図３】図１におけるＤＣ／ＤＣ変換器の詳細構成の一例を示す図である。
【図４】図１に示す直流送電システムにおいて、交流配電系統の異常が発生した場合の各変換器の制御状態を説明するための図である。
【図５】制御装置における、ＤＣ／ＤＣ変換器の制御に関する機能ブロック図である。
【図６】実施の形態１における第１のＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器１２０）の直流電圧制御の詳細を説明するための機能ブロック図である。
【図７】実施の形態１における第２のＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器１３０）の直流電圧制御の詳細を説明するための機能ブロック図である。
【図８】実施の形態２に従う直流送電システムの概略図である。
【図９】図８に示す直流送電システムにおいて、交流配電系統の異常が発生した場合の各変換器の制御状態を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣ変換器の直流電圧制御の詳細を説明するための機能ブロック図である。
【図１１】特許文献１における直流送電システムの概略図である。
【図１２】図１１の直流送電システムにおいて、交流配電系統の異常が発生した場合の各変換器の制御状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に従う直流送電システム１００の概略図である。図１を参照して、直流送電システム１００は、たとえば洋上や山上に配置された風力発電設備１０で発電された交流電力を直流電力に変換し、直流電力の状態で送電して直流負荷を含む直流配電系統２０に直流電力を供給する。また、直流送電システム１００は、送電された直流電力を交流電力に変換し、交流配電系統３０へ交流電力を供給する。
【００１８】
風力発電設備１０は、風車（ブレード）１４の回転軸に結合された発電機１２を含む。発電機１２は、風車１４の回転によってロータが回転されることによって発電し、交流電力を生成する。
【００１９】
直流送電システム１００は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０と、自励式の第１のＤＣ／ＤＣ変換器１２０および第２のＤＣ／ＤＣ変換器１３０と、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０と、送電線１５０と、各変換器を制御するための制御装置１０００とを備える。図１においては、制御装置１０００は、１つの要素として記載されているが、制御装置１０００における機能が各変換器毎に個別に設けられる構成であってもよい。
【００２０】
ＡＣ／ＤＣ変換器１１０は、発電機１２で発電された交流電力を直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣ変換器１１０で変換された直流電力の電圧を、実施の形態１では「発電電圧」とも称する。ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０で変換された直流電力の電圧（発電電圧）を異なる電圧に変換してＤＣ／ＤＣ変換器１３０へ供給する。
【００２１】
なお、図１においては、風力発電設備１０、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０およびＤＣ／ＤＣ変換器１２０は１台ずつしか記載されていないが、複数の風力発電設備１０が配置される場合には、各風力発電設備１０に対応してＡＣ／ＤＣ変換器１１０およびＤＣ／ＤＣ変換器１２０が１台ずつ設けられ、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０で変換された直流電力が集電される。このように、（複数の）ＤＣ／ＤＣ変換器１２０で変換され集電された直流電力の電圧を、実施の形態１では「集電電圧」とも称する。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０で変換され集電された直流電力の電圧（集電電圧）をさらに昇圧して、直流送電系統へ供給する。直流送電系統で送電される直流電力の電圧を、実施の形態１では「送電電圧」とも称する。
【００２３】
たとえば風力発電設備１０が洋上に配置される場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０〜ＤＣ／ＤＣ変換器１３０までの機器が、風力発電設備１０に隣接した洋上の変換所に配置される。直流送電系統では、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０で変換された直流電力が、たとえば陸上まで送電線１５０によって送電される。
【００２４】
送電線１５０によって送電された直流電力の一部は、直流電力のまま直流配電系統２０に供給され、他の一部は陸上側の変換所に配置されたＡＣ／ＤＣ変換器１４０へ供給される。ＡＣ／ＤＣ変換器１４０は、送電線１５０から受けた直流電力を交流電力に変換して、交流配電系統３０に供給する。
【００２５】
図１に示される直流送電システム１００においては、通常動作時には、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０によって風力発電設備１０で生成される交流電圧が制御される。ＡＣ／ＤＣ変換器１１０が、図２で後述するように、ダイオード整流器を有する変換器である場合には、風車１４の回転速度によって、ダイオード整流器から出力される直流電圧（発電電圧）が変動する。ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、この発電電圧が一定になるように制御するとともに、発電電圧を集電電圧へと昇圧する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は、集電電圧が一定となるように制御し、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０は、送電電圧が一定となるように制御する。
【００２６】
図２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０の詳細構成の一例を示す図である。図２を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０は、ダイオードブリッジ１１２と、平滑用コンデンサＣ０と、電流制限装置１１４とを備える。
【００２７】
ダイオードブリッジ１１２は、発電機１２で発電された交流電力を全波整流する。整流された直流電力は、平滑用コンデンサＣ０によって平滑化されて、電力線ＰＬ０，ＮＬ０に供給される。
【００２８】
電流制限装置１１４は、たとえば電力線ＮＬ０に設けられる。電流制限装置１１４は、制御装置１０００からの制御指令ＬＭＴに従って、回路を流れる電流量を制限する。制御装置１０００は、電力線ＰＬ０に設けられた電流センサ２００の検出値Ｉｄｃ１に基づいて、電流制限装置１１４への制御指令ＬＭＴを生成する。このように、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０は、電流制限装置１１４を用いて回路に流れる電流を制御することによって、風力発電設備１０で発電される交流電圧を制御する。
【００２９】
図３は、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０，１３０の詳細構成の一例を示す図である。なお、本実施の形態においては、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０，１３０の基本的なハードウェア構成は同じであるため、以下の説明においては、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０を例として説明する。
【００３０】
図３を参照して、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、自励式の２つのフルブリッジ型のインバータ回路１２２，１２４と、絶縁用トランスＴＲ１と、平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。
【００３１】
インバータ回路１２２は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１との間に直列に接続された半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、同じく電力線ＰＬ１，ＮＬ１との間に直列に接続された半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とを含む。半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、それぞれ逆並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４が接続される。
【００３２】
電力線ＰＬ１，ＮＬ１は、図２のＡＣ／ＤＣ変換器１１０の出力側の電力線ＰＬ０，ＮＬ０にそれぞれ接続されている。平滑用コンデンサＣ１は電力線ＰＬ１，ＮＬ１間に接続され、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０から供給される直流電圧を平滑化する。
【００３３】
インバータ回路１２２は、制御装置１０００からの制御指令ＰＷＣ１により制御されて、平滑用コンデンサＣ１によって平滑化された直流電力を交流電力に変換しトランスＴＲ１へ出力する。トランスＴＲ１は、インバータ回路１２２から１次巻線に供給された交流電力を、２次巻線に絶縁的に転送して、インバータ回路１２４へ出力する。
【００３４】
インバータ回路１２４は、基本的にはインバータ回路１２２と同様の構成を有する。インバータ回路１２４は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２との間に直列に接続された半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、同じく電力線ＰＬ１，ＮＬ１との間に直列に接続された半導体スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８とを含む。半導体スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８には、それぞれ逆並列に接続されたダイオードＤ５〜Ｄ８が接続される。
【００３５】
インバータ回路１２４は、制御装置１０００からの制御指令ＰＷＣ２により制御されて、トランスＴＲ１から供給される交流電力を入力側とは異なる電圧に昇圧された直流電力に変換する。平滑用コンデンサＣ２は、インバータ回路１２４からの直流電力を平滑化して、電力線ＰＬ２、ＮＬ２へ出力する。
【００３６】
なお、インバータ回路１２２，１２４は、フルブリッジ型のインバータに限定されるものではなく、たとえば３レベルインバータであってもよい。また、図３においては、インバータ回路１２２，１２４に含まれる半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８としてＩＧＢＴを用いる例が示されているが、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８はこれに限定されず、他の自己消弧型半導体スイッチング素子を用いるものであってもよい。
【００３７】
電力線ＰＬ１，ＰＬ２には、それぞれ電流センサ２１０，２２０が設けられる。なお、電流センサ２１０は、図２における電流センサ２００と共通化されてもよい。電流センサ２１０は、電力線ＰＬ１に流れる電流を検出し、その検出値Ｉｄｃ１を制御装置１０００に出力する。電流センサ２２０は、電力線ＰＬ２に流れる電流を検出し、その検出値Ｉｄｃ２を制御装置１０００に出力する。
【００３８】
電力線ＰＬ１，ＮＬ１間および電力線ＰＬ２，ＮＬ２間には、それぞれ電圧センサ２３０，２４０が設けられる。電圧センサ２３０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１間の電圧（すなわち、平滑用コンデンサＣ１の両端電圧）を検出し、その検出値Ｖｄｃ１を制御装置１０００に出力する。電圧センサ２４０は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２間の電圧（すなわち、平滑用コンデンサＣ２の両端電圧）を検出し、その検出値Ｖｄｃ２を制御装置１０００に出力する。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣ変換器１２０においては、低圧側の直流電圧Ｖｄｃ１が「発電電圧」であり、降圧側の直流電圧Ｖｄｃ２が「集電電圧」となる。一方で、ＤＣ／ＤＣ１３０の場合には、低圧側の直流電圧Ｖｄｃ１が「集電電圧」となり、降圧側の直流電圧Ｖｄｃ２が「送電電圧」となる。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣ変換器１２０，１３０の制御方式は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse  Width  Modulation）制御によるゲート駆動のデューティを５０％に固定した状態で、トランスＴＲ１の１次側のインバータ回路１２２および２次側のインバータ回路１２４のうちの一方のインバータ回路の位相を基準として、他方のインバータ回路の位相をシフトすることにより、片側の直流電圧を制御する。以降の説明においては、高圧側（２次側）の位相を基準とした場合を例として説明する。
【００４１】
なお、図示していないが、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０は、たとえば図３で示されるようなフルブリッジ型のインバータ回路を含んで構成される。当該インバータ回路は、制御装置１０００からの制御指令に基づいて制御され、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０から供給される直流電力を交流電力に変換して、交流配電系統へ出力する。
【００４２】
このような構成の直流送電システム１００において、たとえば交流配電系統３０に事故などの異常が生じた場合、交流配電系統３０から電気的に切り離すためにＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止される。また、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０自身に異常が生じた場合にも、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止される。ＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止すると、交流配電系統への電力供給が遮断されるため、風力発電設備１０から供給される電力が直流配電系統２０で消費される電力を上回り、送電電圧が上昇する。ＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止しているため、直流系統の送電電圧が制御できず、送電電圧および集電電圧が各変換器の過電圧しきい値を超えると、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０，１３０が停止する。そうすると、直流配電系統２０への安定した電力供給ができなくなってしまう。
【００４３】
そのため、本実施の形態１においては、交流配電系統３０あるいはＤＣ／ＡＣ変換器１４０に異常が生じてＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止した場合には、図４に示すように、各変換器による制御が切換えられる。より具体的には、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は、送電電圧の変動（送電電圧＞しきい値）を検出すると、集電電圧の制御から、集電電圧の変動に基づく送電電圧の制御に自律的に切換えられる。また、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、集電電圧の変動（集電電圧＞しきい値）を検出すると、発電電圧の制御から、集電電圧の変動に基づいた、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０から出力される発電電力の電力制御に自律的に切換えられる。
【００４４】
ＤＣ／ＤＣ変換器１２０による電力制御は、概略的には、集電電圧の変動量（上昇量）に応じて、正常時に比べて発電電圧の設定値を低下させる制御である。直流電力の場合には、「電力＝電圧×電流」の関係が成立するので、同じ電力であれば、発電電圧が低下するとそれに伴って回路に流れる電流は上昇する。このとき、回路に流れる電流は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０の電流制限装置１１４（図２）によって、上限リミット以下に制限される。これによって、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０自体に流れ込む電力を低減することができる。したがって、風力発電設備１０の発電電力と直流配電系統２０における消費電力との間の電力需給をバランスすることができ、直流配電系統２０に対して安定的に電力を継続して供給することが可能となる。
【００４５】
図５は、制御装置１０００における、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０，１３０の制御に関連する部分の機能ブロック図である。図５を参照して、制御装置１０００は、記憶部１１００と、直流電圧制御部１２００と、電圧指令分配部１３００とを含む。
【００４６】
記憶部１１００は、各ＤＣ／ＤＣ変換器における低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆ、および高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆ等の目標値を記憶している。直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆ，ＶＤＨｒｅｆは、予め定められた固定値であってもよいし、たとえば負荷系統から要求される電力等に応じて可変に設定されるものであってもよい。記憶部１１００は、直流電圧制御部１２００へこれらの目標値を出力する。
【００４７】
直流電圧制御部１２００は、記憶部１１００に記憶された目標値と、直流電圧検出部（電圧センサ）２３０，２４０からの検出値Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２と、直流電流検出部（電流センサ）２００，２１０，２２０からの検出値Ｉｄｃ１，Ｉｄｃ２とを受ける。直流電圧制御部１２００はこれらの入力値を用いて、ＤＣ／ＤＣ変換器に対する制御量である、インバータ回路１２２，１２４間の位相指令ＰＨＳを算出し、電圧指令分配部１３００へ出力する。
【００４８】
電圧指令分配部１３００は、直流電圧制御部１２００からの位相指令ＰＨＳを実現するように、インバータ回路１２２，１２４の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８を制御するための制御指令ＰＷＣ１，ＰＷＣ２（ゲートパルス信号）を生成し、各ＤＣ／ＤＣ変換器へと出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器１２０，１３０は、制御装置１０００で生成された制御指令ＰＷＣ１，ＰＷＣ２に従って半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８を切換えることによって、電力変換を行なう。
【００４９】
図６は、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０について、直流電圧制御部１２００で実行される直流電圧制御の詳細を説明するための機能ブロック図である。
【００５０】
図６を参照して、直流電圧制御部１２００は、切換部１２１０と、低圧側の直流電圧指令値調整部１２２０と、高圧側の直流電圧変動検出部１２３０とを含む。直流電圧変動検出部１２３０は、比較器１２３２，１２３４と、ＯＲ回路１２３６と、フリップフロップ１２３８とを含む。
【００５１】
直流電圧変動検出部１２３０は、集電電圧が予め定められた範囲内であるか否か、すなわち集電電圧の変動の有無を判定する。比較器１２３２は、高圧側の電圧検出値Ｖｄｃ２（すなわち、集電電圧）が下限値ＲｅｆＬより低い場合に「１」を出力する。比較器１２３４は、集電電圧が上限値ＲｅｆＨより高い場合に「１」を出力する。
【００５２】
ＯＲ回路１２３６は、比較器１２３２，１２３４からの信号を受け、いずれかの信号が「１」の場合に、フリップフロップ１２３８に「１」を出力する。フリップフロップ１２３８は、ＯＲ回路１２３６の出力が「１」の場合にセットされ、電圧信号判定値を「１」（すなわち電圧変動あり）として切換部１２１０へ出力する。一方、フリップフロップ１２３８は、通常運転に復帰したことを示す通常運転信号を受けるとリセットされ、電圧信号判定値を「０」（すなわち電圧変動なし）として切換部１２１０へ出力する。
【００５３】
直流電圧変動検出部１２３０からの電圧変動判定値が「０」、すなわち集電電圧の電圧変動がない場合には、切換部１２１０は、その入力を記憶部１１００からの低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆ（発電電圧指令値）に切換えて、「発電電圧」が一定となるようにフィードバック制御を行なう。直流電圧制御部１２００は、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆと低圧側直流電圧検出値Ｖｄｃ１との差分を増幅し、フィードバック制御して得られたゲート制御量φを高圧側の基準位相θから減算して位相指令ＰＨＳを算出する。この位相指令ＰＨＳに基づいて、図５の電圧指令分配部１３００によって、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のゲートパルスが生成される。
【００５４】
一方、直流電圧変動検出部１２３０からの電圧変動判定値が「１」、すなわち集電電圧の電圧変動がある場合には、切換部１２１０は、その入力を直流電圧指令値調整部１２２０へと切換え、入出力電力の差分に応じて「発電電圧」の指令値を低下させる。直流電圧指令値調整部１２２０は、電圧センサ２３０，２４０によって検出された電圧検出値Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２および電流センサ２１０，２２０によって検出された電流検出値Ｉｄｃ１，Ｉｄｃ２に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０の低圧側の入力電力（Ｖｄｃ１×Ｉｄｃ１）と高圧側の出力電力（Ｖｄｃ２×Ｉｄｃ２）を算出する。そして、直流電圧指令値調整部１２２０は、入出力電力の差分を増幅するとともに、低圧側直流電流検出値Ｉｄｃで除算することによって電圧制御量ΔＶｄｃを算出する。直流電圧指令値調整部１２２０は、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆから当該電圧制御量ΔＶｄｃを減算することによって、直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆを補正する。
【００５５】
すなわち、直流電圧指令値調整部１２２０は、低圧側の入力電力が高圧側の出力電力よりも大きい場合（すなわち、入力電力が過剰である場合）には、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆ（発電電圧指令値）を低下させる。直流電圧制御部１２００は、集電電圧の電圧変動がある場合には、直流電圧指令値調整部１２２０によって補正された低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆに基づいて位相指令ＰＨＳを算出する。
【００５６】
このように、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、定常送電時においては発電電圧が一定となるように制御する一方で、高圧側の集電電圧の変動が大きくなった場合には、入力電力の電力過剰分に相当する電力に応じて低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆを低下させることによって発電電圧を低下させる。発電電圧が低下されると、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０の電流制限装置１１４によってＤＣ／ＤＣ変換器１２０への入力電流が制限されるので、風力発電設備１０からＤＣ／ＤＣ変換器１２０へ流入する電力を低減できる。その結果、直流系統電圧の擾乱を抑制することができる。
【００５７】
図７は、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０について、直流電圧制御部１２００Ａで実行される直流電圧制御の詳細を説明するための機能ブロック図である。
【００５８】
図７を参照して、直流電圧制御部１２００Ａは、切換部１２１０Ａと、高圧側の直流電圧指令値調整部１２２０Ａと、高圧側の直流電圧変動検出部１２３０とを含む。なお、直流電圧変動検出部１２３０については、図６のものと同様であるので、その詳細な説明は繰り返さない。
【００５９】
直流電圧変動検出部１２３０からの電圧変動判定値が「０」、すなわち集電電圧の電圧変動がない場合には、切換部１２１０Ａは、その入力を記憶部１１００からの低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆ（集電電圧指令値）に切換えて、「集電電圧」が一定となるようにフィードバック制御を行なう。具体的には、直流電圧制御部１２００Ａは、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆと低圧側直流電圧検出値Ｖｄｃ１との差分を増幅し、フィードバック制御して得られたゲート制御量φを高圧側の基準位相θから減算して位相指令ＰＨＳを算出する。この位相指令ＰＨＳに基づいて、図５の電圧指令分配部１３００によって、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のゲートパルスが生成される。
【００６０】
一方、直流電圧変動検出部１２３０からの電圧変動判定値が「１」、すなわち集電電圧の電圧変動がある場合には、切換部１２１０Ａは、その入力を直流電圧指令値調整部１２２０Ａへと切換え、制御対象を高圧側（すなわち、送電電圧）の直流電圧制御に切換える。ここで、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０が送電電圧制御に切換えられると、低圧側の集電電圧の制御ができなくなる。上述のように、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、発電電圧を制御する必要があるため、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０による集電電圧の制御はできない。
【００６１】
そのため、本実施の形態１においては、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０が送電電圧制御に切換えられた場合、直流電圧指令値調整部１２２０Ａによって、集電電圧の指令値と検出値との差分に応じて送電電圧の指令値を補正することにより、集電電圧の上昇を抑制する。より具体的には、直流電圧指令値調整部１２２０Ａは、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆ（集電電圧指令値）と低圧側直流電圧検出値（集電電圧検出値）Ｖｄｃ１との差分を増幅して電圧制御量ΔＶｄｃを算出し、高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆ（送電電圧指令値）に加算することによって高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆを補正する。このとき、直流電圧指令値調整部１２２０Ａは、電圧制御量ΔＶｄｃが送電電圧の定常動作範囲内（概ね±５％以内）となるように設定する。そして、補正された高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆと高圧側直流電圧検出値Ｖｄｃ２との差分を増幅し、フィードバック制御して得られたゲート制御量φを高圧側の基準位相θから減算して位相指令ＰＨＳを算出する。この位相指令ＰＨＳに基づいて、図５の電圧指令分配部１３００によって、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のゲートパルスが生成される。
【００６２】
このように、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は、通常送電時においては集電電圧が一定となるように制御する。一方で、高圧側の送電電圧の変動が大きくなった場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は、制御対象を集電電圧から送電電圧に切換えるとともに、集電電圧の指令値と検出値との差分に応じて送電電圧の指令値を送電電圧の定常動作範囲内で補正する。これによって、集電電圧の上昇を抑制しつつ、定常動作範囲内の送電電圧で継続して送電することが可能となる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態１においては、２つの自励式ＤＣ／ＤＣ変換器が直流連系された直流送電システムにおいて、送電電圧（第３電圧）の制御を行なっているＤＣ／ＡＣ変換器が交流配電系統の異常あるいはＤＣ／ＡＣ変換器の異常によって停止した場合に、発電電圧（第１電圧）を制御していた第１のＤＣ／ＤＣ変換器が、入出力電圧に応じて発電電圧を低下することによって風力発電設備から流入する電力を調整するように切換えられる。さらに、集電電圧（第２電圧）を制御していた第２のＤＣ／ＤＣ変換器が、集電電圧の変動に応じて送電電圧を制御するように切換えられる。これにより、交流配電系統等の異常のためにＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合であっても、直流系統電圧を高速に安定化することができるので、風力発電設備で発電された電力の直流配電系統への送電を継続することが可能となる。
【００６４】
実施の形態２．
上記の実施の形態１においては、直流系統に２台のＤＣ／ＤＣ変換器が連系した構成を有する直流送電システムの例について説明した。本実施の形態２においては、直流系統に１台の自励式のＤＣ／ＤＣ変換器を有する直流送電システムの例について説明する。
【００６５】
図８は、実施の形態２に従う直流送電システム１００＃の概略図である。図８においては、図１の直流送電システム１００におけるＤＣ／ＤＣ変換器１３０が除かれた構成となっている。図８の場合においては、風力発電設備１０で発電された交流電力が「発電電圧」となり、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０で変換された直流電力が「集電電力」となり、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０で昇圧された直流電力が「送電電圧」となる。図８において、図１と共通の要素についての説明は繰り返さない。
【００６６】
直流送電システム１００＃においては、通常運転時には、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０によって送電電圧が制御され、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０によって集電電圧が制御され、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０によって発電電圧が制御される。
【００６７】
ここで、図９に示されるように、交流配電系統３０またはＤＣ／ＡＣ変換器１４０に異常が生じてＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止した場合、実施の形態１と同様に、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、入出力電力の差分に応じて低圧側直流電圧指令値（集電電圧指令値）を低下させる。これにより、風力発電設備１０からの過剰分の電力の流入が抑制される。さらに、実施の形態２においては、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０の高圧側直流電圧（送電電圧）の指令値と検出値との差分に基づいてゲート制御量φを補正することによって、送電電圧の変動が抑制される。このように、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止したことに伴ってＤＣ／ＤＣ変換器１２０の制御を切換えることによって、直流系統電圧を高速に安定化することができる。
【００６８】
図１０は、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣ変換器１２０の直流電圧制御部１２００Ｂで実行される直流電圧制御の詳細を説明するための機能ブロック図である。図１０に示される直流電圧制御部１２００Ｂは、実施の形態１の図６の構成に加えて、高圧側直流電圧偏差補正部１２９０をさらに備える。図１０において、図６と共通する要素についての説明は繰り返さない。
【００６９】
図１０を参照して、直流電圧制御部１２００Ｂは、実施の形態１の直流電圧制御部１２００と同様に、高圧側の直流電圧である送電電圧の変動がある場合には、低圧側の集電電圧指令値を、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆから直流電圧指令値調整部１２２０で補正された指令値に切換える。直流電圧制御部１２００Ｂは、選択された集電電圧指令値と低圧側直流電圧検出値Ｖｄｃ１との差分を増幅したものに、高圧側直流電圧偏差補正部１２９０で算出された、高圧側の直流電圧（送電電圧）の指令値ＶＤＨｒｅｆと検出値Ｖｄｃ２との差分を増幅した電圧制御量ΔＶｄｃを加算することによって、ゲート制御量φを算出する。そして、算出されたゲート制御量φを高圧側の基準位相θから減算して位相指令ＰＨＳを算出する。この位相指令ＰＨＳに基づいて、図５の電圧指令分配部１３００によって、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のゲートパルスが生成される。
【００７０】
このように、直流電圧系統のＤＣ／ＤＣ変換器が１台の場合においても、ＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合に、送電電圧変動による電力過剰分に相当する電力に応じて、集電電圧を低下させることができる。そして、集電電圧の低下に伴ってＡＣ／ＤＣ変換器の電流制限回路により入力電流が制限されることによって、ＤＣ／ＤＣ変換器へ流入する電流を低減できるので、直流系統電圧の擾乱を抑制することができる。さらに、送電電圧の指令値と検出値との差分に基づいてゲート制御量を補正することによって、送電電圧の変動を抑制することができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態２においては、直流系統に１つの自励式ＤＣ／ＤＣ変換器が連系された直流送電システムにおいて、送電電圧（第２電圧）の制御を行なっているＤＣ／ＡＣ変換器が、交流配電系統の異常あるいはＤＣ／ＡＣ変換器の異常によって停止した場合に、集電電圧（第１電圧）を制御していたＤＣ／ＤＣ変換器が入出力電圧に応じて発電電圧を低下することによって風力発電設備から流入する電力を調整するとともに、送電電圧の指令値と検出値との差分に相当する補正量を、ＤＣ／ＤＣ変換器の制御量に加えることによって送電電圧の変動を抑制する。これにより、交流配電系統等の異常のためにＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合であっても、直流系統電圧を高速に安定化することができるので、風力発電設備で発電された電力の直流配電系統への送電を継続することが可能となる。
【００７２】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２の自励式ＤＣ／ＤＣ変換器を有する直流送電システムにおいては、定常送電中に交流配電系統等に異常が生じてＤＣ／ＡＣ変換器が停止した場合に、直流系統電圧を安定化し、配電系統への送電を継続する例について説明した。
【００７３】
本実施の形態３においては、交流配電系統事故等に異常が生じてＤＣ／ＡＣ変換器が停止した状態から、事故が除去され、通常送電に戻る場合について、図４に示す直流送電システムを例に説明する。
【００７４】
上述のように、交流配電系統３０あるいはＤＣ／ＡＣ変換器１４０に異常が生じてＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止した場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は、集電電圧を一定にする制御（集電電圧制御）から送電電圧を一定にする制御（送電電圧制御）に自律的に切換えられる。
【００７５】
具体的には、図７に示す直流電圧指令値調整部１２２０Ａにおいて、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆ（集電電圧指令値）と低圧側直流電圧検出値Ｖｄｃ１（集電電圧検出値）との差分を増幅することによって電圧制御量ΔＶｄｃが算出され、さらにそれを高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆ（送電電圧指令値）に加算することによって高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆが補正される。このとき、直流電圧指令値調整部１２２０Ａは、電圧制御量ΔＶｄｃが送電電圧の定常動作範囲内（概ね±５％以内）で負方向（たとえばＤＣ／ＤＣ変換器１３０の二次側定格電圧の９５％）となるように設定する。そして、直流電圧指令値調整部１２２０Ａは、補正された高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆと高圧側直流電圧検出値Ｖｄｃ２との差分を増幅するとともに、フィードバック制御して得られたゲート制御量φを高圧側の基準位相θから減算することによって位相指令ＰＨＳを算出する。この位相指令ＰＨＳに基づいて、図５の電圧指令分配部１３００は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のゲートパルスを生成して、送電電圧を制御する。
【００７６】
また、ＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止した場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、図６に示したように、集電電圧が高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆより大きいことを検出すると、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０が出力する電力量の変動に応じて低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆを補正して発電電圧を制御する。
【００７７】
上記のＤＣ／ＡＣ変換器１４０が停止中の状態から交流系統事故が除去され、ＡＣ／ＤＣ変換器１４０が動作を開始すると、ＡＣ／ＤＣ変換器１４０は送電電圧がＡＣ／ＤＣ変換器１４０の直流側定格電圧（ＤＣ／ＤＣ変換器１３０の二次側定格電圧と同等）になるように制御する。このとき、高圧側の直流電圧Ｖｄｃ２は、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０によって補正された高圧側直流電圧指令値ＶＤＨｒｅｆより大きくなる。補正された送電電圧指令値ＶＤＨｒｅｆと高圧側の直流電圧検出値Ｖｄｃ２の差分が基準差分値以上（概ね５％以上）となることが検出され、さらにＤＣ／ＤＣ変換器１３０の出力電流が基準電流値（たとえば０Ａ）以下に低下したことが検出されると、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は通常運転に切換わる。それにより、電圧変動判定値が０とされ、ＤＣ／ＤＣ変換器１３０は送電電圧制御から集電電圧制御に自律的に切換えられる。
【００７８】
ＤＣ／ＤＣ変換器１３０が集電電圧制御に切換えられ、それにより集電電圧がＤＣ／ＤＣ変換器１３０の一次側定格電圧（ＤＣ／ＤＣ変換器１２０の二次側定格電圧と同等）以下になると、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０は、低圧側直流電圧指令値ＶＤＬｒｅｆをＤＣ／ＤＣ変換器１２０の一次側定格電圧に戻し、風車１４の発電電圧をＤＣ／ＤＣ変換器１２０の一次側定格電圧に制御することで、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０への入力電力を回復させる。
【００７９】
なお、実施の形態２に示した図９の直流送電システムにおいても、高圧側直流電圧を送電電圧とみなせば、ＤＣ／ＤＣ変換器１２０の制御は基本的には上記の図４の場合の例と同様となる。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００８０】
以上のように、本実施の形態３においては、２つの自励式ＤＣ／ＤＣ変換器が直流連系された直流送電システムにおいて、停止中のＤＣ／ＡＣ変換器が事故から復帰すると、送電電圧（第３電圧）を制御していた第２のＤＣ／ＤＣ変換器は、送電電圧と補正した高圧側直流電圧指令値との差分および出力電流の低下に基づいて当該ＤＣ／ＡＣ変換器が復帰したと判断し、自律的に送電電圧制御から集電電圧制御に切換えられる。さらに発電電圧を制御していた第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、第２のＤＣ／ＤＣ変換器が集電電圧の制御に切換えられることによって集電電圧が第２のＤＣ／ＤＣ変換器の一次側定格電圧（第１のＤＣ／ＤＣ変換器の二次側定格電圧と同等）以下になると、自律的に風車の発電電圧（第１電圧）を第１のＤＣ／ＤＣ変換器の一次側定格電圧に戻すことによって、第１のＤＣ／ＤＣ変換器へ入力される電力を増加させる。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換器が事故から復帰した場合にも、直流系統電圧を高速に安定化できるので、風力発電設備で発電された電力の直流配電系統への送電を継続することができる。
【００８１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８２】
１０  風力発電設備、１２  発電機、１４  風車、２０  直流配電系統、３０  交流配電系統、４０，ＴＲ１  トランス、５０  交流機器，１００，１００＃，５００  直流送電システム、１１０，５１０  ＡＣ／ＤＣ変換器、１２０，１３０，５２０  ＤＣ／ＤＣ変換器、１４０，５３０  ＤＣ／ＡＣ変換器、１１２  ダイオードブリッジ、１１４  電流制限装置、１２２，１２４  インバータ回路、１５０，５４０  送電線、２００，２１０，２２０  電流センサ、２３０，２４０  電圧センサ、５５０，１０００  制御装置、１１００  記憶部、１２００，１２００Ａ，１２００Ｂ  直流電圧制御部、１２１０，１２１０Ａ  切換部、１２２０，１２２０Ａ  直流電圧指令値調整部、１２３０  直流電圧変動検出部、１２３２，１２３４  比較器、１２３６  ＯＲ回路、１２３８  フリップフロップ、１２９０  高圧側直流電圧偏差補正部、１３００  電圧指令分配部、Ｃ０〜Ｃ２  平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、ＮＬ０〜ＮＬ２，ＰＬ０〜ＰＬ２  電力線、Ｑ１〜Ｑ８  半導体スイッチング素子。
【要約】
直流送電システム（１００＃）は、発電機（１２）で発電された交流電力を直流電力を用いて交流配電系統（３０）および直流配電系統（２０）に送電する。直流送電システムは、ＡＣ／ＤＣ変換器（１１０）と、ＤＣ／ＤＣ変換器（１２０）と、ＤＣ／ＡＣ変換器（１４０）とを備える。ＡＣ／ＤＣ変換器は、発電機からの交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣ変換器は、ＡＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力の第１電圧を第２電圧に昇圧する。ＤＣ／ＡＣ変換器は、ＤＣ／ＤＣ変換器で変換された直流電力を交流電力に変換して交流配電系統へ出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器は、第２電圧が変動した場合に、第２電圧の変動に応答して第１電圧を制御する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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